JPH05164605A - 赤外線検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造が容易で且つ小型に製造できるととも
に、赤外線検出部から基板への熱の流出を抑制できて赤
外線検出の感度、応答性が良好な赤外線検出素子を提供
する。 【構成】 基板１の表面側に赤外線検出部２が設けられ
て、該基板１の赤外線検出部２よりも下方の位置には、
赤外線検出部２と基板１との相互間の熱伝導を抑制する
熱分離空間部５が形成されている赤外線検出素子であっ
て、前記赤外線検出部２は、シリコン酸化膜４の単層膜
により支持されている構成である。

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】近時、この種赤外線検出素子としては、
ハーメチックシールド型以外のものとして、半導体基板
等の基板の表面に赤外線検出部を設けた所謂ワンチップ
型のものも多々開発されるに至っている。ここで、基板
の片面に設けられる赤外線検出部は、赤外線を受光吸収
する赤外線吸収膜や、赤外線の受光吸収に基づく温度上
昇に伴って抵抗値が変化する薄膜抵抗体等から構成され
ているが、従来では、かかる赤外線検出部は、シリコン
窒化膜等の絶縁膜を成膜した基板の表面にそのまま薄膜
形成されていたに過ぎなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のものは、赤
外線検出部の直下に絶縁膜を形成した基板が存在するた
めに、赤外線検出部の熱が絶縁膜を介して基板側へ流出
し易くなっていた。従って、赤外線検出部が赤外線を受
光しても赤外線検出部が迅速に温度上昇し難く、赤外線
検出の応答性が悪いものとなっていた。また、従来で
は、絶縁膜としてシリコン窒化膜が使用されていたが、
かかるシリコン窒化膜は熱伝導率が高いために、これが
赤外線検出部から基板へ流出する熱量の増大を招き、赤
外線検出の感度の低下を一層顕著なものとしていた。そ
れ故、本発明は、製造が容易で且つ小型に製造できると
ともに、赤外線検出部から基板への熱の流出を抑制でき
て、赤外線検出の感度、応答性が良好な赤外線検出素子
を提供することを、その目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案された本発明に係る赤外線検出素子は、基板の表
面側に赤外線検出部が設けられて、該基板の赤外線検出
部よりも下方の位置には、赤外線検出部と基板との相互
間の熱伝導を抑制する熱分離空間部が形成されている赤
外線検出素子であって、前記赤外線検出部は、シリコン
酸化膜の単層膜により支持されている構成である。

【０００５】

【作用】上記構成を特徴とする赤外線検出素子では、赤
外線検出部から基板への熱の流出が熱分離空間部の存在
によって抑制されるため、赤外線吸収による赤外線検出
部の温度変化が鋭敏なものとなり、赤外線検出部での赤
外線検出の感度が向上する。また、赤外線検出部を支持
するシリコン酸化膜の単層膜は、シリコン窒化膜に比し
て、その熱伝導率が低く、熱抵抗が大きいために、赤外
線検出部の熱が当該シリコン酸化膜を伝って基板側に流
出することが一層徹底して抑制され、赤外線検出部の温
度変化が一層鋭敏となる。尚、前記シリコン酸化膜は、
赤外線の吸収率が高いという特性をも有するために、こ
のシリコン酸化膜を赤外線吸収膜として利用することも
可能となる。

【０００６】

【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は本発明に係る赤外線検出素子Ａの斜
視図、図２はその製造工程を示す断面図である。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、絶縁膜としてのシリコン酸化膜４を形成したのち、
その表面に赤外線検出部２を設け、また該赤外線検出部
２の下方には熱分離空間部５を設けたものである。

【０００７】ここで、シリコン酸化膜４は、半導体基板
１の表面の全域に亙って単層で成膜されたもので、後述
の如く、赤外線検出部２を熱絶縁状態で支持する機能以
外として、半導体基板１の裏面下方側から入射する赤外
線を吸収する赤外線吸収膜として、及び半導体基板１の
表面に設けられる信号処理回路６等の保護膜としても役
立つものである。熱分離空間部５は、赤外線検出部２の
下方に位置する半導体基板１の裏面側からＫＯＨ液によ
る異方性エッチング処理を施す等して、シリコン酸化膜
４よりも下層の部位の一部を除去することにより所望の
切欠凹部状に形成されたものである。シリコン酸化膜４
は、かかる熱分離空間部５を形成する際のエッチング液
のストッパとしても機能するもので、熱分離空間部５の
上部にはシリコン酸化膜４が存在することとなる。

【０００８】赤外線検出部２は、上記熱分離空間部５の
上方のシリコン酸化膜４上に、一対の電極２ａ、２ａと
薄膜抵抗体２ｂとを重ねて設けることにより構成された
もので、シリコン酸化膜４によって熱分離空間部５上に
支持された状態にある。このうち、薄膜抵抗体２ｂは、
例えば膜厚が０．１〜５．０μｍの非結晶シリコン又は
多結晶シリコンからなるもので、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。

【０００９】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、薄膜抵抗体２ｂの
上下両側に重ねて設けられて、薄膜抵抗体２ｂと広面積
で接触するように構成され、又その各端部は後述する信
号処理回路６に接続されている。電極２ａ、２ａも好ま
しくは半導体プロセスに適した薄膜材料で形成され、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、Ｍｏ、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。

【００１０】一方、半導体基板１のシリコン酸化膜４よ
りも下層の他の部位には、通常の赤外線検出装置と同様
の増幅回路やその他の回路を備えた信号処理回路６が設
けられ、その適所には前記電極２ａ、２ａの各端部がシ
リコン酸化膜４を通過した状態で接続されている。

【００１１】上記構成の赤外線検出素子Ａの製造に際し
ては、先ず図２の（ａ）に示すように、半導体基板１上
に信号処理回路６を通常の半導体プロセスに即した方法
で作製した後に、半導体基板１の表面にシリコン酸化膜
４を単層で成膜させる。次に、同図（ｂ）に示すよう
に、半導体基板１の赤外線検出部２が設けられる予定位
置の下方の部位を異方性エッチング等によって除去し、
熱分離空間部５を形成する。その後は、同図（ｃ）に示
すように、熱分離空間部５の上方のシリコン酸化膜４上
に、下側の電極２ａ、薄膜抵抗体２ｂ、上側の電極２ａ
を、蒸着等によって順次形成すればよい。

【００１２】上記構成の赤外線検出素子Ａの実際の使用
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が、
かかる赤外線透過フィルタを赤外線検出素子Ａに対して
一体的に設けておくことも可能である。上記構成の赤外
線検出素子Ａは、先ず半導体基板１の裏面下方側から赤
外線が照射されると、熱分離空間部５を通過した赤外線
は、赤外線吸収率の高いシリコン酸化膜４に効率よく吸
収され、シリコン酸化膜４上に設けられた赤外線検出部
２の薄膜抵抗体２ｂの温度を上昇させる。また、かかる
温度上昇に伴う薄膜抵抗体２ｂの抵抗値の変化は、電極
２ａ、２ａが接続された信号処理回路６を通じて検出で
きることとなる。

【００１３】而して、赤外線検出部２と半導体基板１と
は熱分離空間部５によって熱分離された状態であるか
ら、赤外線検出部２から半導体基板１側へ熱が逃げるこ
とが抑制される。特に、赤外線検出部２は、熱分離空間
部５上において熱伝導率の低いシリコン酸化膜４で支持
されているために、当該シリコン酸化膜４を伝って赤外
線検出部２から半導体基板１へ流出する熱量は極僅かと
なる。従って、赤外線吸収による赤外線検出部２の温度
変化が鋭敏となり、赤外線検出の応答速度を速めること
ができる。また、赤外線検出部２が半導体基板１と熱分
離されることにより、赤外線検出部２における見かけ上
の熱容量も小さくできるため、赤外線検出の感度を一層
向上させることが可能となる。

【００１４】尚、半導体基板１に信号処理回路６を設け
たことにより、当該信号処理回路６が赤外線検出部２等
とともにワンチップに集積され、その取扱いに利便であ
り、また赤外線検出部２等の一連の製造過程において信
号処理回路６の製造が能率良く行える。しかも、赤外線
検出部２と信号処理回路６との配線距離を短くできるた
めに、信号の減衰や雑音の侵入を少なくでき、赤外線検
出性能を一層向上させることが可能である。

【００１５】図３は本発明の他の実施例に係る赤外線検
出素子Ａａを示す斜視図、図４はその要部断面図である
（但し、図３以下は、図１、図２で示した実施例と同一
部位は同一符号で示している）。当該赤外線検出素子Ａ
ａは、半導体基板１表面のシリコン酸化膜４の所定位置
にスリット（孔）７を複数箇所設けて、該スリット７か
らエッチング液を注入することにより、半導体基板１の
表面側の一部を除去して熱分離空間部５ａを形成したも
のである。また、かかるスリット７は、例えば図５に示
すように、その平面形状をカンチレバーの如き形状のも
のに形成してもよい。

【００１６】このように、本発明では、スリット７を利
用して熱分離空間部５ａを形成した場合であっても、赤
外線検出部２と半導体基板１との相互間の熱伝導が抑制
できる。しかも、かかる構成では、スリット７の形成に
より、赤外線検出部２を支持するシリコン酸化膜４の面
積が減少するため、赤外線検出部２が半導体基板１に対
してより一層断熱された構造となり、赤外線検出部２か
ら半導体基板１への不当な熱流出を一層徹底して防止す
ることが可能となる。尚、上記図３、図４に示す赤外線
検出素子Ａａにおいて、半導体基板１の裏面側下方から
赤外線を受光するためには、半導体基板１が赤外線を透
過させる材質から構成されている必要があるが、その具
体的な材質としては、例えば、シリコン基板が適用で
き、特に比抵抗０．１Ωｃｍ以上のシリコン基板が赤外
線透過性に優れ望ましい。

【００１７】図６、図７に各々示す赤外線検出素子Ａ
ｂ、Ａｃは、シリコン酸化膜４を赤外線吸収膜として機
能させるのではなく、赤外線検出部２の上面側に赤外線
吸収膜２ｃを各々追加して設けた構成である。赤外線吸
収膜２ｃとしては、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、例えばシリコン酸化膜を
適用でき、又金黒等も使用可能である。このような構成
によれば、赤外線検出素子Ａｂ、Ａｃの表面側上方から
の赤外線を赤外線吸収膜２ｃに受光吸収させることによ
り薄膜抵抗体２ｂの温度を上昇させることができ、上記
同様に高感度の赤外線検出が可能である。

【００１８】図８、図９に示す赤外線検出素子Ａｄは、
一対の電極２ａ、２ａを互いに対向する平面櫛型状に形
成したものである。かかる構造であっても、電極２ａ、
２ａを薄膜抵抗体２ｂに広い面積で接触させることがで
き、薄膜抵抗体２ｂの抵抗値の変化を正確に検出可能で
ある。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る赤外線検出
素子によれば、簡易な製造手段によって全体をワンチッ
プ状の非常に小型のものに製作できることは勿論のこ
と、熱分離空間部の存在、並びにシリコン酸化膜により
赤外線検出部が支持されることにより、赤外線検出部か
ら基板への不当な熱流出を適切に防止できるために、赤
外線を受光した際の赤外線検出部の温度上昇が迅速に行
われ、赤外線検出の感度、応答性を向上させることがで
きるという格別な効果が得られる。また、本発明に係る
赤外線検出素子では、赤外線吸収率が高いシリコン酸化
膜を、基板の裏面下方側から照射される赤外線に対する
赤外線吸収膜として機能させることもできるために、赤
外線検出に際しての使用に便宜が図れ、又赤外線吸収膜
を別途成膜する作業工程を必要に応じて省略することが
できるという実益も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る赤外線検出素子の一実施例を示す
斜視図。

【図２】図１に示す赤外線検出素子の製造工程の一例を
示す断面図。

【図３】本発明に係る赤外線検出素子の熱分離空間部の
形成手段を変更した場合の一実施例を示す斜視図。

【図４】図３に示す赤外線検出素子の要部断面図。

【図５】本発明に係る赤外線検出素子の熱分離空間部を
形成するためのスリットの他の形態の例を示す要部平面
図。

【図６】本発明に係る赤外線検出素子に赤外線吸収膜を
追加して設けた場合の一実施例を示す断面図。

【図７】本発明に係る赤外線検出素子に赤外線吸収膜を
追加して設けた場合の他の実施例を示す要部断面図。

【図８】本発明に係る赤外線検出素子の電極を他の形態
に構成した場合の一例を示す断面図。

【図９】本発明に係る赤外線検出素子の電極を他の形態
に構成した場合の一例を示す平面図。

【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 ４ シリコン酸化膜 ５，５ａ 熱分離空間部 ６ 信号処理部 ７ スリット Ａ〜Ａｄ 赤外線検出素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の表面側に赤外線検出部が設けられ
   て、該基板の赤外線検出部よりも下方の位置には、赤外
   線検出部と基板との相互間の熱伝導を抑制する熱分離空
   間部が形成されている赤外線検出素子であって、前記赤
   外線検出部は、シリコン酸化膜の単層膜により支持され
   ていることを特徴とする赤外線検出素子。