JPH05164604A - 赤外線検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の赤外線検出部間でクロストークを生じ
させることなく、赤外線検出部の集積度を高めることが
でき、しかも簡単且つ小型に製造可能な赤外線検出素子
を提供する。 【構成】 基板１の片面に複数の赤外線検出部２、２・
・が設けられて、これら赤外線検出部２、２・・の下方
位置に、赤外線検出部２と基板１との両者間の熱伝導を
抑制するための熱分離空間部５が設けられている赤外線
検出素子であって、前記複数の赤外線検出部２、２・・
の相互間には、赤外線検出部２からの流出熱を吸収する
干渉防止用導体３が設けられた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線吸収による温度
変化に伴った抵抗体の電気抵抗等の変化を利用して赤外
線を検出する方式の赤外線検出素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種赤外線検出素子の一例とし
ては、特開平２−２０５７２９号に所載のものが存在す
る。この従来のものは、図８に示すように、基板１ｅ上
にシリコン窒化膜２０と絶縁膜２１を形成して、これら
両者で薄膜抵抗体２２と赤外線吸収膜２３で構成される
赤外線検出部２ｅを支持し、又赤外線検出部２ｅの下方
には、基板１ｅをエッチングにより一部除去した熱分離
空間部５ｅを設けたものである。前記シリコン窒化膜２
０と絶縁膜２１は、スリット孔２４から注入されるシリ
コンエッチング液に対してストッパとして作用するもの
である。かかる赤外線検出素子によれば、赤外線検出部
２ｅの赤外線の受光吸収による温度上昇に伴って、薄膜
抵抗体２２の抵抗値等が変化するため、その変化を検出
することにより赤外線検出が行える。また、熱分離空間
部５ｅの存在により、赤外線検出部２ｅから基板１ｅへ
の熱の流出が抑制されているから、赤外線を受光した際
の赤外線検出部２ｅの熱変化が迅速となり、赤外線検出
の応答性が良好となる。

【０００３】また、前記特開平２−２０５７２９号に
は、上記の赤外線検出素子を二次元アレイ化した実施例
も記載されている。即ち、その構造は、図９及び図１０
に示すように、複数の赤外線検出部２ｅ・・を基板１ｅ
上へ縦横に配列し、各赤外線検出部２ｅの下方に熱分離
空間部５ｅを個別に設けた構造である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来では、図９及び図１０に示す二次元アレイ化を図る場
合において、赤外線検出部２ｅの集積度を高めんとし
て、赤外線検出部２ｅ、２ｅどうしを接近させると、赤
外線を受光吸収して温度上昇を行う一つの赤外線検出部
２ｅから、他の赤外線検出部２ｅ側へ熱伝導を生じる。
その結果、赤外線を受光していない他の赤外線検出部２
ｅも温度上昇する所謂クロストーク（干渉）と称される
現象が発生し、赤外線検出感度の低下、又は誤動作が生
じる。従って、従来では、赤外線検出部どうしをさほど
接近させることができず、その集積度を高めることが困
難であった。

【０００５】尚、上記従来では、赤外線検出部２ｅ、２
ｅの相互間の位置には基板１ｅの一部Ｎを残存させてお
き、赤外線受光を行った赤外線検出部２ｅからの流出熱
を前記Ｎの部位に逃がすことにより、赤外線受光を行っ
た一つの赤外線検出部２ｅから他の赤外線検出部２ｅへ
伝導する熱量を減少させることは可能である。ところ
が、かかる手段では、両赤外線検出部２ｅ、２ｅ間に基
板１ｅを比較的広いスペース間隔で残存させる必要があ
る他、熱分離空間部５ｅを複数の赤外線検出部２ｅ・・
の各々に対応させて赤外線検出部２ｅの数と同数分だけ
形成せねばならない等の煩雑さが生じ、赤外線検出部の
集積度を高めることはやはり困難であった。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みて提案されたもの
で、複数の赤外線検出部間で流出熱に原因するクロスト
ークを生じさせることなく、赤外線検出部の集積度を高
めることができ、しかも簡単且つ小型に製造可能な赤外
線検出素子を提供することを、その目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案された請求項１に記載の本発明に係る赤外線検出
素子は、基板の片面に複数の赤外線検出部が設けられ
て、これら赤外線検出部の下方位置に、赤外線検出部と
基板との両者間の熱伝導を抑制するための熱分離空間部
が設けられている赤外線検出素子であって、前記複数の
赤外線検出部の相互間には、赤外線検出部からの流出熱
を吸収する干渉防止用導体が設けられた構成である。

【０００８】請求項２記載の本発明に係る赤外線検出素
子は、上記請求項１に記載の構成において、上記干渉防
止用導体が、吸収した熱を基板に逃がすように基板に接
続された構成である。

【０００９】請求項３記載の本発明に係る赤外線検出素
子は、上記請求項１又は請求項２に記載の構成におい
て、上記干渉防止用導体が、赤外線検出部の電極に電気
的に接続された構成である。

【００１０】

【作用】上記構成を特徴とする請求項１記載の本発明に
係る赤外線検出素子においては、複数の赤外線検出部の
うち何れか一つの赤外線検出部が赤外線を受光吸収して
温度上昇を生じた場合に、その赤外線検出部から流出す
る熱が、隣接する他の赤外線検出部に到達する以前に干
渉防止用導体に吸収される。従って、赤外線受光を行っ
た赤外線検出部から他の赤外線検出部への熱伝導量は、
干渉防止用導体の熱吸収作用により減少するため、赤外
線を受光していない赤外線検出部の温度上昇が防止さ
れ、クロストークを生じないこととなる。また、このよ
うなクロストークの防止は、赤外線検出部の相互間に適
当幅の干渉防止用導体を設けるだけの簡易な構成で達成
されるために、赤外線検出部の相互間に基板の一部を幅
広い状態で残存させて当該部位から基板に熱を吸収させ
るような必要がなくなる。従って、赤外線検出部の相互
間の寸法を小さく設定し、その集積度を高めることが可
能となる。本発明に係る赤外線検出素子では、赤外線検
出部の相互間に基板の一部を残存させる必要もなくなる
から、熱分離空間部を複数の赤外線検出部の相互間に跨
がった状態に形成することも可能となる。

【００１１】請求項２に記載の本発明に係る赤外線検出
素子においては、干渉防止用導体で吸収させた熱を基板
に逃がすことができるために、干渉防止用導体で吸収し
得る熱量を増加させることができる。従って、赤外線を
受光吸収した赤外線検出部から他の赤外線検出部へ伝導
する熱量を一層減少させることができることとなる。

【００１２】請求項３に記載の本発明に係る赤外線検出
素子においては、干渉防止用導体を赤外線検出部の電極
の電気配線として機能させることができるために、赤外
線検出部の電極用の配線を省略化でき、赤外線検出素子
の構造の簡素化が図れる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１乃至図４は本発明に係る赤外線検出素
子の第１実施例（請求項１及び２に対応）を示し、図１
は赤外線検出素子Ａの平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断
面図、図３は図１のＹ−Ｙ線端面図、図４は図１の要部
拡大平面図である。当該赤外線検出素子Ａは、シリコン
製等の半導体基板１の表面に、赤外線検出部２を四箇所
設けるとともに、これら赤外線検出部２、２どうしの相
互間の位置に干渉防止用導体３を設けたものである。

【００１４】ここに、半導体基板１の表面には、酸化シ
リコン膜又は酸化シリコンと窒化シリコンとの多層膜等
からなる絶縁膜４が形成されている。また、計四つの赤
外線検出部２・・の下方には、それら四つの赤外線検出
部２・・を包括する面積よりも僅かに大きな面積の切欠
凹部状に形成された熱分離空間部５が設けられている。
この熱分離空間部５は、半導体基板１の裏面側からＫＯ
Ｈ液による異方性エッチング処理を行って、絶縁膜４よ
りも下方の半導体基板１を除去すればよい。

【００１５】各赤外線検出部２は、熱分離空間部５の上
方に位置する半導体基板１の絶縁膜４上に、薄膜抵抗体
２ｂ、一対の電極２ａ、２ａ、及び赤外線吸収膜２ｃを
順次重ねて設けることにより構成されている。このう
ち、薄膜抵抗体２ｂは、例えば膜厚が０．１〜５．０μ
ｍの非結晶シリコン又は多結晶シリコンからなるもの
で、赤外線吸収による温度変化に伴って抵抗値が変化す
るものである。薄膜抵抗体２ｂとしては、温度上昇によ
って抵抗値が増加するものと減少するものの両方があ
り、本発明では何れのタイプでもよい。赤外線吸収膜２
ｃは、赤外線吸収率が高く且つ半導体プロセスに適した
物質で形成され、例えば酸化シリコンが適用でき、又金
黒等も使用可能である。尚、赤外線吸収膜２ｃは、電極
２ａ、２ａや薄膜抵抗体２ｂの保護膜としての役目も果
たす。

【００１６】電極２ａ、２ａは、薄膜抵抗体２ｂの抵抗
値の変化が正確に検出できるように、例えば図４に示す
ような互いに対向する櫛型の平面形状に形成されて、薄
膜抵抗体２ｂと広面積で接触するように構成されてい
る。また、電極２ａ、２ａの各端部は、増幅回路やその
他の回路を備えた信号処理回路（図示せず）に接続でき
るように半導体基板１の端部又は角部の位置へ延設され
ている。尚、信号処理回路は、半導体基板１の絶縁膜４
よりも下層の位置へ設けることにより、赤外線検出素子
Ａに一体的に組み込むことも可能である。電極２ａ、２
ａも前記赤外線吸収膜２ｃ等と同様に薄膜により形成可
能であり、その材料としては、ＡｕやＡｌ等の通常の電
極材料の他、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属合金、或いは多結晶
シリコンとのシリサイドを用いると、赤外線の吸収率が
高いので、検出感度を向上させることが可能である。
尚、電極２ａ、２ａと薄膜抵抗体２ｂとは上下逆さまの
位置関係でもよい。

【００１７】干渉防止用導体３は、四つの赤外線検出部
２、２・・の各相互間を仕切るように半導体基板１の絶
縁膜４上に例えばその平面形状が十字状になるように形
成されて設けられたものである。この干渉防止用導体３
も、上記赤外線検出部２の各部と同様に、半導体プロセ
スに則した薄膜により形成されることが望ましい。ま
た、その材質としては熱吸収性に優れたものが好まし
く、例えば前記電極２ａ、２ａと同一の材質で形成でき
る。更に、図３に示すように、干渉防止用導体３の端部
３Ａ、３Ａ・・は絶縁膜４を通過して半導体基板１と接
触した状態に設けられ、干渉防止用導体３から半導体基
板１へ熱を逃がすことができるように構成されている。

【００１８】上記構成の赤外線検出素子Ａは、例えば四
つの赤外線検出部２・・でブリッジ回路を組むように電
極２ａ、２ａを配線し、且つそのブリッジ回路に一定の
電圧を印加しておくことにより使用される。これによ
り、何れか一つの赤外線検出部２が赤外線の受光吸収に
反応して温度上昇して、その抵抗値が変化すれば、その
抵抗値の変化を電圧の変化に変換した状態で検出でき
る。また、実際の赤外線検知に際しては、赤外線以外の
電磁波を遮断しつつ赤外線のみを通過させる赤外線透過
フィルタが併用される。但し、この赤外線透過フィルタ
を赤外線検出部２の表面に薄膜形成する等して、赤外線
検出素子Ａへ一体的に設けておくことも可能である。

【００１９】次いで、上記赤外線検出素子Ａの使用に際
し、四つの赤外線検出部２・・のうち、例えば一つの赤
外線検出部２のみが赤外線を受光吸収して温度が上昇す
ると、その熱が絶縁膜４を伝って赤外線検出部２からそ
の周囲へ流出する。絶縁膜４は熱伝導性に劣る材質では
あるが、赤外線検出部２が熱分離空間部５の存在により
半導体基板１とは熱伝導が抑制された状態にあるため
に、赤外線検出部２の熱は絶縁膜４を伝導する。尚、熱
分離空間部５により赤外線検出部２から半導体基板１へ
の熱の流出が抑制されていれば、赤外線検出部２は赤外
線の受光吸収に対応して迅速な温度上昇を行い、その感
度が良好となる。

【００２０】而して、上記赤外線検出部２からの流出熱
は、隣接する他の赤外線検出部２へ到達する前に干渉防
止用導体３に吸収されるために、その流出熱が他の赤外
線検出部２へ多量に流れることが防止される。従って、
他の赤外線検出部２が赤外線の受光吸収を行っていない
にも拘わらず、一つの赤外線検出部２から流出した熱に
原因して不当に温度上昇してその抵抗値が変化する所謂
クロストークの現象を生じるようなことが、適切に防止
される。

【００２１】またその際、干渉防止用導体３に吸収され
た熱は、干渉防止用導体３の端部３Ａから半導体基板１
側へ流出するために、これにより干渉防止用導体３の温
度上昇を防止できて、連続した熱吸収が可能となる。従
って、該干渉防止用導体３で吸収する赤外線検出部２か
らの流出熱の熱量を増大させることができ、他の赤外線
検出部２に対するクロストークを一層徹底して防止する
ことができる。その結果、上記赤外線検出素子Ａでは、
実際に赤外線を受光した一つの赤外線検出部２のみの抵
抗値が変化することにより、その抵抗値の変化を的確に
検出でき、赤外線検出の感度が良好となる。

【００２２】図５及び図６は、本発明に係る赤外線検出
素子の第２実施例（請求項３に対応）を示している。図
５は赤外線検出素子Ａａの平面図、図６はその要部断面
図である（尚、図１乃至図４と同一部位は同一符号で示
している）。当該赤外線検出素子Ａａは、計四つの干渉
防止用導体３ａ・・を、各々個々に四つの赤外線検出部
２・・の各相互間位置へ設けたものである。また、各赤
外線検出部２の各々の電極２ａ、２ａは干渉防止用導体
３ａの各々に接続されて、各干渉防止用導体３ａが電極
２ａ、２ａの電気配線を兼用するように構成されてい
る。尚、本実施例における各干渉防止用導体３ａは、熱
伝導性のみならず、電導性にも良好な材質の薄膜として
構成されていると共に、二本の電極２ａ、２ａ間を短絡
させないように配慮されている。

【００２３】上記構成の赤外線検出素子Ａａでは、各干
渉防止用導体３ａによって、相互に隣接する赤外線検出
部２、２間の熱伝導を抑制して、これらのクロストーク
を防止できることは上記第１実施例と同様であることは
勿論のこと、各赤外線検出部２の電極２ａ、２ａの電気
配線を干渉防止用導体３ａとは別個に形成する必要性が
なくなる。

【００２４】尚、上述した実施例では、計四つの赤外線
検出部２に対して一つの信号処理回路を接続する態様で
あるが、本発明はこれに限定されない。例えば、一つの
赤外線検出部２に対して信号処理回路を一つずつ対応さ
せて個別に接続する態様であってもよい。かかる場合に
は、信号処理部ごとに赤外線検出が行え、赤外線検出部
間でクロストークが発生すると、赤外線検出の誤動作と
なるが、この場合であっても赤外線検出部２・・の相互
間の位置に設けた干渉防止用導体３（又は３ａ）の作用
により赤外線検出部間のクロストークを解消でき、赤外
線検出の適正化が図れる。

【００２５】また、本発明は熱分離空間部５の形成手段
も上述の実施例で示した基板の裏面側をエッチングする
手段に限定されない。例えば、図７に示すように、半導
体基板１の表面の絶縁膜４にスリット６を形成し、当該
スリット６からエッチッグ液を注入することにより半導
体基板１の上面側を一部除去し、熱分離空間部５を形成
してもよい。尚、本発明では、図１０で示した従来のよ
うに、一つの赤外線検出部２に対して一つの熱分離空間
部５を対応させて形成する必要性はなく、四つの赤外線
検出部２・・が設けられた領域に対して一つの熱分離空
間部５を形成すればよい。更に、赤外線検出部２の電極
２ａ、２ａは、図４に示すような櫛型状のものに限ら
ず、例えば前記図７で示すように、薄膜抵抗体２ｂを上
下から挟み込むタイプにしてもよい。その他、本発明は
基板の片面に赤外線検出部２を複数設けることが前提条
件であるが、その具体的な数が四つに限定されないこと
は言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、請求
項１乃至３に記載の本発明に係る赤外線検出素子によれ
ば、赤外線検出部どうしを相互に接近させた場合であっ
ても、干渉防止用導体の熱吸収作用によって赤外線検出
部間のクロストークが解消できて、赤外線検出感度の向
上、或いは赤外線検出の過誤防止が図れ、しかも干渉防
止用導体は赤外線検出部の相互間に大きなサイズで設け
る必要がなく、また従来のように赤外線検出部の相互間
に基板の一部を幅広い状態で残存させる必要もなくなる
から、赤外線検出部の集積度を従来よりも高めることが
できるという効果が得られる。また、本発明では、干渉
防止用導体を赤外線検出部の相互間に設けるだけでよい
から、赤外線検出素子全体の構成が嵩張らず、赤外線検
出素子を簡易且つ小型に製造できる利点もある。

【００２７】特に、請求項２記載の本発明に係る赤外線
検出素子によれば、干渉防止用導体で吸収した熱を基板
に逃がすことにより、干渉防止用導体を大きなサイズに
形成することなく、その熱吸収量を増大させることでき
るため、赤外線検出部間のクロストークの防止、並びに
赤外線検出部の集積度の向上を一層徹底して図れるとい
う効果が得られる。また、請求項３記載の本発明に係る
赤外線検出素子によれば、干渉防止用導体を赤外線検出
部の電極用の電気配線として機能させ得るために、赤外
線検出部の電極用の電気配線の省略化が図れ、赤外線検
出素子の構造を一層簡素にできる利点も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る赤外線検出素子の第１実施例を示
す平面図。

【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図。

【図３】図２のＹ−Ｙ線端面図。

【図４】図１に示す赤外線検出素子の要部拡大平面図。

【図５】本発明に係る赤外線検出素子の第２実施例を示
す平面図。

【図６】図５に示す赤外線検出素子の要部断面図。

【図７】本発明に係る赤外線検出素子の他の実施例を示
す断面図。

【図８】従来の赤外線検出素子の一例を示す断面図。

【図９】二次元アレイ化した従来の赤外線検出素子の一
例を示す平面図。

【図１０】二次元アレイ化した従来の赤外線検出素子の
一例を示す断面図。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 赤外線検出部 ２ａ，２ａ 電極 ２ｂ 薄膜抵抗体 ２ｃ 赤外線吸収膜 ３，３ａ 干渉防止用導体 ４ 絶縁膜 ５ 熱分離空間部 Ａ，Ａａ 赤外線検出素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の片面に複数の赤外線検出部が設けら
   れて、これら赤外線検出部の下方位置に、赤外線検出部
   と基板との両者間の熱伝導を抑制するための熱分離空間
   部が設けられている赤外線検出素子であって、 前記複数の赤外線検出部の相互間には、赤外線検出部か
   らの流出熱を吸収する干渉防止用導体が設けられている
   ことを特徴とする赤外線検出素子。
2. 【請求項２】請求項１において、上記干渉防止用導体
   が、吸収した熱を基板に逃がすように基板に接続されて
   いることを特徴とする赤外線検出素子。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、上記干渉防止用
   導体が、赤外線検出部の電極に電気的に接続されている
   ことを特徴とする赤外線検出素子。