JP6529679B2 - 赤外線撮像素子、赤外線撮像アレイおよび赤外線撮像素子の製造方法 - Google Patents

赤外線撮像素子、赤外線撮像アレイおよび赤外線撮像素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、入射赤外線を熱に変換して検出する熱型の赤外線固体撮像素子に関し、特に、半導体センサからの電気信号を信号処理回路で積分処理して出力する熱型の赤外線固体撮像素子に関する。また、赤外線撮像素子の製造方法に関する。
一般的な熱型赤外線固体撮像素子では、断熱構造を有する画素を２次元に配置し、入射した赤外線によって画素の温度が変化することを利用して赤外線画像を撮像する。熱型赤外線固体撮像素子の場合、画素を構成する温度センサには、例えばダイオード等の半導体素子が用いられる。半導体素子を用いた場合、電気特性や温度依存性の素子間のバラツキが非常に小さいため、各画素の特性を均一にできる。
ダイオードを温度センサとして用いる熱型赤外線固体撮像素子では、画素は２次元に配列されており、行ごとに駆動線に接続され、列ごとに信号線に接続されている。垂直走査回路とスイッチにより各駆動線が順番に選択され、選択された駆動線を介して電源から画素に通電される。画素の出力は信号線を介して積分回路に伝えられ、積分回路で積分および増幅され、水平走査回路とスイッチによって順次出力端子へ出力される（例えば、非特許文献１参照）。
石川等、「従来のシリコンＩＣプロセスを用いた低コスト３２０×２４０非冷却ＩＲＦＰＡ」、Part of the SPIE Conference on infrared Technology and Applications XXV、１９９９年４月発行、Ｖｏｌ．３６９８、ｐ．５５６〜５６４頁
従来の熱型赤外線固体撮像素子では、ダイオード等の温度センサを備えた温度検知部を、支持脚で中空部の上に保持する中空断熱構造を採用する。このため、温度検知部の下方の基板を除去する必要があり、また温度検知部、支持脚、配線が同一平面内に配置されるため、１）温度検知部、支持脚、配線を配置する領域の面積に制限がある、２）画素毎に複雑な補正回路を設けることができない、３）画素アレイ領域外に読出回路を形成するため、チップ面積が増大する、等の問題があった。
そこで、本発明は、上記１）〜３）の課題を解決し、高性能でかつ小型化が可能な赤外線撮像素子および赤外線撮像アレイの提供を目的とする。
本発明は、
表面と裏面とを有し、回路部が設けられた基板と、
基板の表面の上方に配置された支持脚配線と、
支持脚配線の上に保持され、支持脚配線を介して回路部に電気的に接続されたダイオードが設けられた赤外線検知部と、を含み、
赤外線検知部の温度変化を、ダイオードの電気信号の変化として回路部で検出する赤外線撮像素子であって、
基板、支持脚配線、および赤外線検知部は、基板の表面に垂直な方向に、互いに間隔をおいて積層されたことを特徴とする赤外線撮像素子である。
また、本発明は、赤外線撮像素子を、アレイ状に配置したことを特徴とする赤外線撮像アレイでもある。
以上で述べたように、本発明にかかる赤外線撮像素子では、回路領域、支持脚領域、赤外線検出領域が、互いに異なる層として積層できるため、赤外線検出領域ではダイオードの個数を増加させて検出感度の向上ができ、一方で支持脚領域では、支持脚配線を長くして熱時定数を大きくすることができるため、赤外線検出感度の高い赤外線撮像素子が提供できる。また、回路領域に読出回路や補正回路を設けることができ、高性能化および小型化が可能となる。
また、本発明にかかる赤外線撮像アレイでは、各画素を構成する赤外線撮像素子の中に回路領域を形成でき、画素アレイの周囲に形成する必要がないため赤外線検出アレイの小型化が可能となる。
本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の概略平面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像アレイの構成図である。 従来の赤外線撮像素子の断面図である。 従来の赤外線撮像素子の概略平面図である。 従来の赤外線撮像素子の赤外線撮像アレイの構成図である。 本発明の実施の形態１にかかる回路部の回路図である。 本発明の実施の形態１にかかる回路部の他の回路図である。 本発明の実施の形態１にかかる回路部の他の回路図である。 本発明の実施の形態１にかかる回路部の他の回路図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像アレイの回路部の配置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像アレイの回路部の配置を示す平面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像アレイの回路部の他の配置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像アレイの回路部の他の配置示す平面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の概略平面図である。 本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる他の赤外線撮像素子の断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる他の赤外線撮像素子の断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる他の赤外線撮像素子の断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の断面図である。
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の断面図であり、図２は、図１の赤外線撮像素子１００の第１基板５０をＺ方向に見た場合の概略平面図である。ここで、図１の断面図は、理解を容易にするために、図２の破線Ａ−Ａに沿った断面図とする。赤外線撮像素子１００は、赤外線撮像アレイの１つの画素に対応する。
赤外線撮像素子１００は表面と裏面とを有し、回路部３２が設けられた基板３１と、基板３１の表面の上方に配置された支持脚配線４と、支持脚配線４の上に保持され、支持脚配線４を介して回路部３２に電気的に接続されたダイオード２が設けられた赤外線検知部１３とを含む。赤外線検知部１３の温度変化を、ダイオード２の電気信号の変化として回路部３２で検出する。基板３１、支持脚配線４、および赤外線検知部１３は、基板３１の表面に垂直な方向Ｚに、互いに間隔をおいて積層されている。
支持脚配線４は、基板３１の表面上に設けられたメタル層２０にその一端が接続され、赤外線検知部１３に設けられたメタル配線１５に他端が接続される。
より具体的には、赤外線撮像素子１００は、第１基板５０と第２基板５１とを含む。第２基板５１は、例えばシリコンからなる基板３１を有する。基板３１には、回路部３２が設けられている。回路部３２は、例えば入射信号を増幅する増幅回路や、アナログ的、デジタル的な補正を行う補正回路を含み、処理した信号を出力信号として出力する。回路部３２の上は、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３３に覆われている。絶縁膜３３には、回路部３２と電気的に接続された配線部３４が設けられている。絶縁膜３３の上には、配線部３４と電気的に接続されたメタル層３５が設けられている。
メタル層３５の上には、第１基板５０のメタル層２０が接続されている。メタル層２０の上には、支持脚配線４が設けられている。支持脚配線４は、金属等の導電膜１７の周囲を酸化シリコン等の絶縁膜１８で被覆した構造からなる。ただし、導電膜１７が酸素等の雰囲気で変質劣化せず、また強度が十分に保てる材料であれば、導電膜１７の全体を絶縁膜１８で覆う必要はなく、例えば上面または下面のみを被覆しても良い。
赤外線撮像素子１００には２つの支持脚配線４が設けられ、それぞれの支持脚配線４の一端はメタル層２０に、他端はメタル配線１５を介して赤外線検知部１３のダイオード２に、それぞれ電気的に接続されている。ダイオード２は、酸化膜、窒化膜等の絶縁膜７中に設けられ、その上にＢＯＸ酸化膜３が形成されている。ダイオード２に代えて、温度変化により電気的特性が変化する素子を用いても構わない。
赤外線撮像素子１００では、ダイオード２、絶縁膜７、およびＢＯＸ酸化膜３は赤外線検出領域４１（赤外線吸収領域４３を兼ねる）を形成する。また、支持脚配線４は、赤外線検出領域４１を中空に保持するための支持脚領域４２を形成する。基板３１に形成され、支持脚配線４によりダイオード２に接続されたた回路部３２は、回路領域４４を形成する。
図１からわかるように、赤外線撮像素子１００では、赤外線検出領域４１と、支持脚領域４２と、回路領域４４とは、それぞれ異なる平面内に形成され、図１のＺ軸方向に見た場合に、重なるように配置されている。このため、１つの画素を構成する赤外線撮像素子１００において、赤外線検出領域４１の全体にダイオード２の形成領域を広げることができる。同様に、支持脚領域４２の全体に支持脚配線４を形成でき、また、回路領域４４の全体に、回路部３２を形成できる。
ここで、赤外線撮像素子１００では、図１のＺ軸方向から入射した赤外線は、ＢＯＸ酸化膜３で吸収され、熱エネルギーに変換され、これにより、絶縁膜７中に設けられたダイオード２の温度が上昇する。この場合の温度上昇は、
１）受光面積である赤外線検知部１３のＸＹ平面の面積に比例し、
２）赤外線検知部１３からの熱の逃げやすさ（以降、「熱コンダクタンス」と呼ぶ）に反比例する、ことになる。
赤外線検知部１３からの熱の逃げやすさは、支持脚配線４からの熱の逃げやすさでほぼ決定されるため、支持脚配線４を延長することで、熱コンダクタンスを大きくし、温度上昇を大きくできる。また、赤外線検知部１３の面積を拡大することによっても、同様に、温度上昇を大きくすることができる。
赤外線検知部１３の温度上昇は、ダイオード２の電気信号の変化として検出される。例えば、ダイオード２を複数個直列接続し、定電流動作させた場合、温度上昇に伴うダイオード２の順方向電圧の変化は、ダイオード２の個数に比例する。つまり、赤外線検知部１３の拡大に伴って、直列に接続されたダイオード２の個数を増やすことができ、この結果、検出感度を向上させることができる。即ち、赤外線検出領域４１および支持脚領域４２を拡大することにより、赤外線の検出感度を向上させることができる。
一方、図４は、全体が９００で表される、従来の赤外線撮像素子の断面図であり、図５は、その概略平面図である。図４中、図１と同一符合は、同一または相当箇所を示す。赤外線撮像素子９００では、基板３１に中空部９０が形成され、その上に、支持脚配線４が設けられ、赤外線検知部１３が保持される。赤外線検知部１３の上には、受光用の傘構造部９１が設けられている。
図４から明らかなように、従来の赤外線撮像素子９００では、赤外線検出領域４１、支持脚領域４２、更には配線領域４５が同一平面内に設けられている。このため、ダイオード、支持脚、配線を配置する領域の面積に制限があり、検出感度の向上には限界があった。
これに対して、上述のように、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００では、１画素全体の広さまで、赤外線検出領域４１および支持脚領域４２を拡張でき、検出感度を向上や、画素の小型化が可能となる。
また、図３は本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像アレイ（チップ）の構成図であり、１画素を構成する赤外線撮像素子１００をアレイ状に配置した構造となっている。一方、図６は、従来の赤外線撮像アレイ（チップ）の構成図であり、１画素を構成する赤外線撮像素子９００がアレイ状に配置（画素アレイ）され、その外側に走査回路および読出回路が設けられている。
即ち、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像アレイでは、回路領域４４は、赤外線検出領域４１および支持脚領域４２の下方に設けられるため、換言すれば各画素を構成する赤外線撮像素子１００の中に形成でき、画素アレイの周囲に形成する必要はない。これに対して、基板３１に中空構造を有する従来の赤外線撮像素子９００では、基板３１中に回路部を設けることができないため、図６に示すように、走査回路および読出回路は各画素の周囲に設けられる。
このように、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００をアレイ状に配置した赤外線撮像アレイ（チップ）では、画素アレイ領域外に走査回路や読出回路を形成する必要が無く、チップ面積を小さくすることが可能となる。
更に、赤外線撮像素子１００では、各素子の回路部３２にそれぞれ補正回路を設けることができ、画素毎にアナログ処理やデジタル処理で補正を加えることが可能となる。
図７ａ〜７ｄは、赤外線撮像素子１００の第２基板５１に設けられた回路部３２の具体例を表す回路図である。破線で囲んだ部分は第１基板５０に形成されたダイオードを示す。
図７ａの回路では、第１基板５０に設けられたダイオードと、第２基板５１に設けられた形成されたと配線の間にスイッチが設けられ、これにより、画素の動作時間を制御することが可能となる。
図７ｂの回路では、画素毎に電流源と積分回路が設けられ、これにより、回路部３２を読出回路として用いることができる。
図７ｃの回路では、画素毎にデジタルアナログ変換回路（ＤＡＣ）が設けられ、出力レベル等を補正することができる。
図７ｄの回路は、画素毎にアナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）が設けられ、出力レベル等を補正することができる。
なお、図７ａ〜７ｄは回路部３２の一例であり、例えば、雑音低減、ゲイン調整、出力安定化等の補正ができる他の回路を設けても構わない。また、複数の補正回路を組み合わせとしても構わない。
図８ａは、赤外線撮像素子１００をアレイ状に配置した、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像アレイの、回路部３２の配置を示す断面図であり、図８ｂは、回路部の配置を示す平面図である。図８ａ、８ｂ中、図１と同一符合は、同一または相当箇所を示す。図８ａでは、回路部３２は、隣接する赤外線撮像素子１００の間に跨がって設けられ、複数の赤外線撮像素子１００に共通の回路部３２が設けられている。例えば１画素ごとに複雑な補正を行う必要がない場合は、赤外線撮像素子１００毎（画素毎）に回路部３２を設ける必要はなく、図８ｂに示すように、縦の４つの画素に対して回路部３２を共通としても良い。
また、図９ａは、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像アレイの、他の回路部の配置を示す断面図であり、図９ｂは、回路部の他の配置を示す平面図である。図９ａ、９ｂ中、図１と同一符合は、同一または相当箇所を示す。図９ａ、９ｂの構造では、縦横２×２の赤外線撮像素子１００に対して共通の回路部３２が設けられている。
次に、図１０ａ〜１０ｉを用いて、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００の製造方法について説明する。赤外線撮像素子１００の製造方法は、以下の工程１〜９を含む。
工程１：図１０ａに示すように、第１基板５０を作製するために、まず画素を支持する基板１を準備する。基板１には、ＢＯＸ酸化膜３、およびシリコン層１２が形成され、全体がＳＯＩ基板となっている。
工程２：図１０ｂに示すように、シリコン層１２を加工して温度検知用のダイオード２を２つ形成する。ダイオード２はｐ型領域とｎ型領域を有し、２つのダイオードは配線（図示せず）で直列に接続する。シリコン層１２の加工は、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いて行う。次に、ダイオード２を覆うように、酸化シリコンや窒化シリコン等からなる絶縁膜７を形成して、ダイオード２の間を絶縁する。ダイオード２のｐ型領域とｎ型領域は、例えば熱拡散で形成する。なお、ダイオード２の間の絶縁は、シリコン層１２を熱酸化して行っても良い。
工程３：図１０ｃに示すように、フォトレジスト層１４を形成して、ＢＯＸ酸化膜３および絶縁膜７をパターニングする。
工程４：図１０ｄに示すように、更に、フォトレジスト層１６を形成し、これをマスクに用いて、絶縁膜７を開口して、ダイオード２の上にそれぞれコンタクトホール５を形成する。
工程５：図１０ｅに示すように、コンタクトホール５にメタル配線１５を埋め込む。メタル配線１５の形成には、フォトレジスト層１６によるリフトオフ法を用いても良い。次に、フォトレジスト層１６を除去した後に、犠牲層１０を形成する。犠牲層１０は、レジスト材料等の有機材料、ポリシリコン等の無機材料など、赤外線検出領域４１や支持脚領域４２で使用される材料とは異なる材料であることが好ましい。犠牲層１０は、例えば基板１の全面に塗布した後、メタル配線１５が露出するまでＣＭＰ等で薄層化して形成する。
工程６：図１０ｆに示すように、支持脚配線４を形成する。支持脚配線４は、金属等の導電膜１７の周囲を酸化シリコン等の絶縁膜１８で被覆した構造からなる。ただし、導電膜１７が酸素等の雰囲気で変質劣化せず、また強度が十分に保てる材料であれば、導電膜１７の全体を絶縁膜１８で覆わなくても、例えば上面または下面のみを被覆しても良い。
工程７：図１０ｇに示すように、マイクロバンプメタル形成用の犠牲層１１を、基板１の全面に形成した後、犠牲層１１に開口部２１を形成する。開口部２１の底部では、絶縁膜１８は除去されて、導電膜１７が露出する。続いて、導電膜１７をシードメタルに用いて、メタル層２０をメッキ処理により形成する。メタル層２０は、支持脚配線４との電気接続を良好なものとするために、Ｎｉメッキ等の電気的接続層と、はんだメッキ等のマイクロバンプ接合層との積層構造としてもよい。また、メッキ表面金属は、次の工程８で第２基板５１とのマイクロバンプ接合方法に適した材料としても良い。
工程８：図１０ｈに示すように、工程１〜７で形成した第１基板５０を、第２基板５１に接続する。ここで第２基板５１では、基板３１に回路部３２が形成されている。回路部３２の上は、酸化シリコン等の絶縁膜３３が形成され、その中に、回路部３２と電気的に接続された配線部３４が設けられて、メタル層３５に接続されている。第１基板５０と第２基板５１とは、それぞれ上面同士が対向するように、第１基板５０のメタル層２０と、第２基板５１のメタル層３５とが電気的に接続されるように貼り合わせる。次に、犠牲層１１を除去する。犠牲層１１を除去することにより、第１基板５０と第２基板５１との間に中空構造が形成される。なお、犠牲層１１はあらかじめ除去しておいても構わない。
工程９：図１０ｉに示すように、第１基板５０の基板１を、研削、ＣＭＰ、湿式または乾式エッチングなどを用いて除去する。除去工程は、ＢＯＸ酸化膜３および犠牲層１０が露出するまで行う。最後に、犠牲層１０を選択的に除去する。犠牲層１０は、赤外線検知部１３と支持脚配線４で使用されている材料とは異なる材料とすることで、選択的な除去が可能となる。
以上の工程で、図１に示すような本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００が完成する。
実施の形態２．
図１１は、全体が２００で表される、本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の断面図であり、図１２は、図１１の赤外線撮像素子２００の第１基板５０をＺ方向に見た場合の概略平面図である。ここで、図１１の断面図は、理解を容易にするために、図１２の破線Ｂ−Ｂに沿った断面図とする。図１１、１２中、図１、２と同一符合は同一または相当箇所を示す。
赤外線撮像素子２００では、メタル層２０に接続された支持脚配線４の直上にもメタル配線１５が設けられ、その上に、上記赤外線検知部１３の一部が分離してなるマイクロバンプ接合強度増強梁２３が設けられている。
即ち、赤外線撮像素子２００では、第１基板５０において、赤外線検知部１３と同じくＢＯＸ酸化膜３と絶縁膜７から形成されたマイクロバンプ接合強度増強梁２３にも、支持脚配線４の一端が、メタル配線１５により接続されている。
図１３は、本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子２００の製造工程の断面図であり、実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００の製造工程７（図１０ｇ）に対応する。この工程では、マイクロバンプ接合強度増強梁２３は、赤外線検知部１３から分離するように加工されている。
赤外線撮像素子２００では、マイクロバンプ接合強度増強梁２３を、メタル配線１５等を用いて第２基板５１の上に支持しているため、犠牲層１０が有機材料等から形成されても、第１基板５０と第２基板５１を貼り合わせる工程（実施の形態１の工程８（図１０ｈ））において犠牲層１０が加重により変形したり、破損したりすることはなく、歩留まりの向上が可能となる。
実施の形態３．
図１４ａは、全体が３００で表される、本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の断面図である。また、図１４ｂ、１４ｃは、全体がそれぞれ３１０、３２０で表される、本発明の実施の形態３にかかる他の赤外線撮像素子の断面図である。図１４ａ〜１４ｃ中、図１と同一符合は、同一または相当箇所を示す。
本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子３００、３１０、３２０では、赤外線検知部１３の、基板３１と反対側の表面が、電磁波吸収構造体を備える。
電磁波吸収構造体は、赤外線検知部１３の上に形成された周期構造の突起部６０、赤外線検知部１３の表面に設けられたテクスチュア構造のＢＯＸ酸化膜６３、および赤外線検知部１３の上に設けられた赤外線吸収膜６５、からなる群から選択される。
具体的には、図１４ａに示す赤外線撮像素子３００では、ＢＯＸ酸化膜３の上部に突起部６０を一定の間隔で設けている。突起部６０は、例えば酸化シリコンから形成された、一定間隔に設けた四角柱からなる。
また、図１４ｂに示す赤外線撮像素子３１０では、ＢＯＸ酸化膜６３の上部が加工されてテクスチュア構造（例えば規則的な凹凸構造）となっている。
また、図１４ｃに示す赤外線撮像素子３２０では、ＢＯＸ酸化膜３の上に赤外線吸収膜６５が形成されている。赤外線吸収膜６５は、例えば酸化チタンを加えたエポキシ樹脂からなる。
なお、電磁波吸収構造体を構成する突起部６０、ステクチュア構造のＢＯＸ酸化膜６３、赤外線吸収膜６５の構造や材料を変えることにより、吸収される電磁波の波長が変わる。これにより、赤外線に限らず、可視光、近赤外光、より長波長の電磁波等の検出が可能となる。
このように、本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子３００、３１０、３２０では、吸収波長の変更や狭帯域化、広帯域化が可能となると共に、吸収率の向上が可能となる。
実施の形態４．
図１５は、全体が４００で表される、本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の断面図である。図１５において、図１と同一符合は、同一または相当箇所を表す。
赤外線撮像素子４００では、赤外線検知部１３は、基板３１の表面に垂直な方向の膜厚が部分的に薄い領域３０を有する。
即ち、赤外線撮像素子４００では、赤外線検知部１３のうち、ダイオード２が配置されていない部分を部分的に除去して、赤外線検知部除去領域３０が設けられて、赤外線検知部１３が薄くなっている。
一般に、赤外線撮像素子の応答速度、即ち熱時定数は、赤外線検知部１３が有する熱容量の、赤外線検知部１３からの熱の逃げやすさ（熱コンダクタンス）に対する比で表すことができる。つまり、赤外線検知部１３が有する熱容量を小さくすることで、高速な被写体温度の変化も検出可能となる。
本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子４００では、赤外線検知部１３の受光面積を減らすことなく、赤外線検知部除去領域３０を設けることにより、赤外線検知部１３の熱容量を低減し、検出応答速度を向上している。
図１６は、全体が４１０で表される、本発明の実施の形態４にかかる他の赤外線撮像素子の断面図であり、図１６中、図１と同一符合は、同一または相当箇所を表す。
赤外線撮像素子４００では、赤外線検知部１３のうち、ダイオード２が配置されていない部分を部分的に除去して薄層化したが、赤外線撮像素子４１０では、ダイオード２が配置されていない部分をすべて除去し、別途、板状の赤外線吸収傘２４が設けられている。赤外線吸収傘２４は、例えば窒化シリコンからなり、赤外線撮像素子４１０のほぼ全体を覆うように形成される。
赤外線撮像素子４１０では、赤外線検知部の受光面積を維持しつつ、熱容量を減らすことにより被写体赤外線感度を維持しつつ、検出応答速度を向上している。
図１７ａ、１７ｂは、赤外線撮像素子４１０の製造工程の断面図である。図１７ａは、実施の形態１の製造工程７（図１０ｇ）に対応する工程であり、赤外線検知部１３を構成する絶縁膜７およびＢＯＸ酸化膜３は、ダイオード２の近傍を除いて除去されている。
続く図１７ｂの工程は、実施の形態１の製造工程９（図１０ｉ）に対応する工程であり、第２基板５１の上に第１基板５０を貼り付けた後、第１基板５０の裏面上に赤外線吸収傘２４が形成される。これに続いて犠牲層１０を除去することにより、図１６のような構造の赤外線撮像素子４１０が得られる。
実施の形態５．
図１８は、全体が５００で表される、本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の断面図である。図１８において、図１と同一符合は、同一または相当箇所を表す。
本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子５００では、基板３１の表面上に、具体的には第１基板５０と第２基板５１との間の絶縁膜３３の上に、赤外線反射膜４０が設けられている。
図１８に示すように、Ｚ軸方向から入射した赤外線は、赤外線吸収用のＢＯＸ酸化膜３に入射し、吸収されることで、熱エネルギーに変換されるが、入射光の一部はＢＯＸ酸化膜３を透過する。また、入射光の一部は、隣接する赤外線検知部１３の間から入射する。このような赤外線は、赤外線検知量のロスとなり、検出感度の低下を招くとともに、回路部３２に入射し、雑音の原因ともなる。
そこで、本実施の形態５にかかる赤外線撮像素子５００では、第２基板５１の絶縁膜３３の上に赤外線反射膜４０を設けることにより、ＢＯＸ酸化膜３を透過したり、隣接する赤外線検知部１３との隙間から入射した赤外線を反射し、ＢＯＸ酸化膜３で再吸収させている。さらに、回路部３２への赤外線の入射を防止している。
このように、本実施の形態５にかかる赤外線撮像素子５００では、赤外線反射膜４０を設けることにより、赤外線を反射して再吸収することで、赤外線の検出感度を向上させると同時に、回路部３２への赤外線の入射を防止することで低雑音化が可能となる。
なお、赤外線反射膜４０は、第２基板５１のメタル層６と同時に形成してもよく、または反射率をさらに向上させるため、他の材料から形成してもよい。
１ 基板、２ ダイオード、３ ＢＯＸ酸化膜、４ 支持脚配線、７ 絶縁膜、１５ メタル配線、１７ 導電膜、１８絶縁膜、２０ メタル層、３１ 基板、３２回路部、３３ 絶縁膜、３５ メタル層、４１ 赤外線検出領域、４２ 支持脚領域、４３ 赤外線吸収領域、４４ 回路領域、４５ 配線領域、５０ 第１基板、５１ 第２基板、１００ 赤外線撮像素子。

Claims (8)

  1. 支持脚配線４と、
    前記支持脚配線４に設けられたメタル層２０と、
    前記支持脚配線４の上に保持され、前記支持脚配線４を介して前記メタル層２０に電気的に接続されたダイオード２が設けられた赤外線検知部１３と、を備えた第１基板５０と、
    表面と裏面とを有し、回路部３２が設けられた基板３１と、
    前記基板３１の表面に設けられたメタル層３５と、を備えた第２基板５１と、を含み、
    前記第１基板５０と前記第２基板５１とが貼り合わされて、前記メタル層２０と前記メタル層３５とが接合され、
    前記赤外線検知部１３の温度変化を、前記ダイオード２の電気信号の変化として前記回路部３２で検出する赤外線撮像素子であって、
    前記基板３１、前記支持脚配線４、および前記赤外線検知部１３は、前記基板３１の表面に垂直な方向Ｚに、互いに間隔をおいて積層され、
    前記支持脚配線４は、前記基板３１の表面上に設けられた前記メタル層３５の上の、マイクロバンプとなる前記メタル層２０にその一端が接続され、前記赤外線検知部１３に設けられたメタル配線１５に他端が接続され、
    前記支持脚配線４の、前記メタル層２０に接続された部分の直上には、前記支持脚配線４とは電気的に接続されないメタル配線１５が設けられ、その上に、前記赤外線検知部１３と同一構造であり、前記赤外線検知部１３から分離されたＢＯＸ酸化膜３および絶縁膜７からなり、前記マイクロバンプの接合強度を増強するマイクロバンプ接合強度増強梁２３が設けられたことを特徴とする赤外線撮像素子。
  2. 前記赤外線検知部１３の、前記基板３１と反対側の表面が、電磁波吸収構造体を備えることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像素子。
  3. 前記電磁波吸収構造体は、前記赤外線検知部１３の上に形成された周期構造の突起部６０、前記赤外線検知部１３の表面に設けられたテクスチュア構造部６３、および前記赤外線検知部１３の上に設けられた赤外線吸収膜６５、からなる群から選択される請求項２に記載の赤外線撮像素子。
  4. 前記赤外線検知部１３は、前記基板３１の表面に垂直な方向の膜厚が部分的に薄い領域３０を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線撮像素子。
  5. 前記基板３１の表面上に、赤外線反射膜４０が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線撮像素子。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載の赤外線撮像素子を、アレイ状に配置したことを特徴とする赤外線撮像アレイ。
  7. 前記回路部３２は、隣接する前記赤外線撮像素子の間に跨がって設けられたことを特徴とする請求項６に記載の赤外線撮像アレイ。
  8. 第１基板５０を準備する工程であって、
    基板１の上にＢＯＸ酸化層３およびシリコン層１２を有するＳＯＩ基板を準備する工程と、
    前記シリコン層１２を加工してダイオード２を形成する工程と、
    前記ＢＯＸ酸化層３の上に絶縁膜７を形成した後、前記絶縁膜７を開口して前記ダイオード２の表面を露出させ前記ダイオード２に接続された第１メタル配線１５および前記絶縁膜７の一部の上に形成された第２メタル配線１５を形成する工程と、
    前記ＢＯＸ酸化層３の上に犠牲層１０を形成する工程と、
    前記犠牲層１０の上に、前記第１メタル配線１５に一端が接続された支持脚配線４を形成する工程と、
    前記絶縁膜７の上に形成された前記第２メタル配線１５の直上の、前記支持脚配線４の上に第１メタル層２０を形成し、前記支持脚配線４の他端に前記第１メタル層２０を接続する工程と、
    を含む工程と、
    第２基板５１を準備する工程であって、
    表面と裏面とを有する基板３１を準備する工程と、
    前記基板３１の表面側に回路部３２を形成する工程と、
    前記回路部３２に電気的に接続された第２メタル層３５を形成する工程と、
    を含む工程と、
    前記第１基板５０の表面と前記第２基板５１の表面とが対向するように、前記第１メタル層２０と前記第２メタル層３５とを接合する工程と、
    前記基板１を裏面側から除去して前記ＢＯＸ酸化層３を露出させる工程と、
    前記犠牲層１０を除去する工程と、
    前記ＢＯＸ酸化層３と前記絶縁膜７とを部分的に除去し、前記第１メタル層２０の上に前記支持脚配線４を介して接続された前記第２メタル配線１５の上に、赤外線検知部１３と同一構造であり、前記赤外線検知部１３から分離したマイクロバンプ接合強度増強梁２３を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。
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