JPH07297454A - 赤外線イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型化が容易で歩留り良く作成できる赤外線
イメージセンサを提供する。 【構成】 絶縁性基板30を断熱性材料例えばガラス又は
セラミクスから成る基板とし、この基板面30a 上に熱型
の熱電素子32をアレイ状に配列して設けて、赤外線イメ
ージセンサ28を構成する。熱電素子32は赤外線の吸収に
より熱を発する吸収層42と吸収層42の温度変化に応じて
電流−電圧特性が変化する熱電変換層46とを有する熱型
の熱電素子である。基板30は断熱性材料から成るので、
基板30中にキャビティ（空洞）を形成しなくとも、熱電
素子32と基板30とを熱的に絶縁できる。この結果、目的
を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、赤外線イメージセン
サ特に熱型の熱電素子を用いて構成した赤外線イメージ
センサと、その製造方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の熱電素子をアレイ状に配列して構
成した赤外線イメージセンサは、発熱体例えば車、人間
或は炎を検知することができ、このような特性を活かし
て、交通管制、セキュリティー、防災等の種々の分野で
応用されている。

【０００３】図１４は赤外線イメージセンサを構成する
のに用いて好適な、熱型の熱電素子の構成の一例を概略
的に示す断面図である。同図に示す熱電素子は、Ｓｉ基
板１０の（１００）基板面１０ａ上に順次に設けたメン
ブレン１２、ｐｎダイオード１４、保護膜１６及び吸収
層１８と、ｐｎダイオード１４に対応する領域の基板１
０中に設けたキャビティ２０とを有して成る。メンブレ
ン１２及び保護膜１６はそれぞれ、ＳｉＯ₂ 膜或はＳｉ
Ｎ_X 膜から成り、吸収層１８は赤外線の吸収により熱を
発する材料例えば金ブラック（gold black）から成る。
ｐｎダイオード１４はメンブレン１２上に設けたｐ−ｐ
ｏｌｙＳｉ層２２ａ及びｎ−ｐｏｌｙＳｉ層２２ｂから
成る能動層２２と、これらｐ層２２ａ及びｎ層２２ｂに
設けたｐ側電極２４及びｎ側電極２６とから成る。

【０００４】キャビティ２０の形成に当っては、保護膜
１６から基板面１０ａに至る深さのエッチングホール２
１を、ｐｎダイオード１４近傍に形成し、このホール２
１を介し基板１０をアルカリエッチャントでエッチング
して、ｐｎダイオード１４下方の基板１０中に空洞を形
成する。キャビティ２０はこのようにして形成した空洞
であって、従ってｐｎダイオード１４と基板１０とをキ
ャビティ２０により熱的に絶縁できる。

【０００５】吸収層１８が赤外線を吸収し熱を発する
と、この熱によりｐｎダイオード１４の電流−電圧特性
が変化するので、この変化に基づいて発熱体からの熱を
検知できる。この際、吸収層１８の発熱温度に追従させ
て、感度良く、ｐｎダイオード１４の特性変化を生じさ
せるためには、ｐｎダイオード１４をキャビティ２０で
熱的に絶縁することが、有用である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の熱電素子では、キャビティー２０の形成に長時間
のエッチングを必要とする。この結果、メンブレン１２
がエッチングにより破損したり、メンブレン１２がシリ
コン基板１０から剥離したりすることがあり、その結
果、歩留りが悪くなる。また、赤外線イメージセンサを
構成するため熱電素子を集積化する場合には、各熱電素
子毎にキャビティ２０を形成し、或は熱電素子の配設領
域全体にわたって一つのキャビティ２０を形成する必要
があり、この結果、赤外線イメージセンサの構造的強度
が低下し、大面積の赤外線イメージセンサを構成するこ
とが困難となる。

【０００７】この発明の目的は、上述した従来の問題点
を解決し、歩留り良く製造でき、しかも大面積化が容易
な赤外線イメージセンサとその製造方法とを提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、第一発明の赤外線イメージセンサは、絶縁性基板
と、絶縁性基板上にアレイ状に配列して設けた複数の熱
電素子とを備え、絶縁性基板を、断熱性材料から成る基
板とし、熱電素子を、赤外線の吸収により熱を発する吸
収層と吸収層の温度変化に応じて電流−電圧特性が変化
する熱電変換層とを有する熱型の熱電素子として成るこ
とを特徴とする。

【０００９】また第二発明の赤外線イメージセンサの製
造方法は、第一発明の赤外線イメージセンサを製造する
ための一方法であって、絶縁性基板をガラス基板とし、
絶縁性基板上に低温成長させた半導体層を用いて、熱電
素子の熱電変換層を形成することを特徴とする。

【００１０】

【作用】第一発明によれば、絶縁性基板を断熱性材料か
ら成る基板とする。従って絶縁性基板中にキャビティを
形成しなくても、熱型の熱電素子と絶縁性基板との間の
熱的絶縁を行なえる。

【００１１】また第二発明によれば、半導体層を、絶縁
性基板上に低温成長させるので、絶縁性基板をガラス基
板とした場合でも、この基板の熱変形を防止できる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、発明の実施例につき
説明する。尚、図面は発明が理解できる程度に概略的に
示してあるにすぎず、従って発明を図示例に限定するも
のではない。

【００１３】まず図１を参照して、この実施例の赤外線
イメージセンサ２８の全体構成につき概略的に説明す
る。図１はこの発明の第一実施例の全体構成を概略的に
示す平面図である。

【００１４】この実施例の赤外線イメージセンサ２８
は、絶縁性基板３０と、この絶縁性基板３０上にアレイ
状に配列して設けた複数の熱電素子３２とを備える。絶
縁性基板３０を、断熱性材料から成る基板とし、熱電素
子３２を、赤外線の吸収により熱を発する吸収層とこの
吸収層の温度変化に応じて電流−電圧特性が変化する熱
電変換層とを有する熱型の熱電素子とする。

【００１５】さらに赤外線イメージセンサ２８は、絶縁
性基板３０上に設けた熱電素子３２を駆動するための駆
動用電極を備える。熱電素子３２を駆動するための回路
構成は種々のものが考えられるが、ここでは一例とし
て、熱電素子３２を駆動するための駆動用電極をＸ電極
３４及びＹ電極３６とし、これら電極３４及び３６を介
しＸＹアドレス方式により熱電素子３２を駆動する。さ
らにこれに加え、赤外線イメージセンサ２８は、絶縁性
基板３０上に設けた熱電素子３２を駆動するための周辺
回路３８、４０を備える。尚、周辺回路３８、４０は必
ずしも設けなくとも良い。

【００１６】そしてｍ個のＸ電極３４を並列させると共
に、ｎ個のＹ電極３６を並列配置し（但し、ｍ、ｎは自
然数であってｍ・ｎ≠１）、これらＸ電極３４及びＹ電
極３６を平面的に見て相交差するように配置する。また
熱電素子３２をｍ行ｎ列に配列し、第ｉ行第ｊ列の熱電
素子３２を対応する第ｉ行のＸ電極３４に電気接続する
と共に対応する第ｊ列のＹ電極３６に電気接続する（但
し、ｉ、ｊは自然数であって１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦
ｎ）。ｍ個のＸ電極３２はそれぞれ周辺回路３８と電気
接続すると共に、ｎ個のＹ電極３６はそれぞれ周辺回路
４０と電気接続する。

【００１７】次に図２〜図５を参照して、熱電素子３
２、周辺回路３８、４０の構成につきより詳細に説明す
る。図２は第一実施例の要部構成を拡大して概略的に示
す平面図である。図３は熱電素子及びその近傍部分の構
成を断面図であって、図２のIII −III 線に沿って取っ
た断面に対応する断面を拡大してより詳細に示す。図４
及び図５は周辺回路及びその近傍部分の構成を示す断面
図であって、図２のIV−IV線及びＶ−Ｖ線に沿って取っ
た断面に対応する断面を拡大してより詳細に示す。図２
にあっては図面の理解を助けるために、図３〜図５で示
す第一絶縁層８２及び第二絶縁層８４を省略して示すと
共に、吸収層４４を点線で示した。

【００１８】この実施例では図３及び図２にも示すよう
に、熱電素子３２は、絶縁性基板３０の基板面３０ａ上
に順次にｐｎダイオード４２及び吸収層４４を設けて成
る。このダイオード４２は、ｐｎ接合を形成するｎ−ポ
リＳｉ半導体層４６ａ及びｐ−ポリＳｉ半導体層４６ｂ
により構成した能動層４６と、ｎ型半導体層４６ａに設
けた端子電極ここではｎ側電極４８及びｐ型半導体層４
６ｂに設けた端子電極ここではｐ側電極５０とを有して
成る。この能動層４６を熱電素子３２の熱電変換層とす
る。

【００１９】ｎ側電極４８を対応する列のＹ電極３６と
電気接続すると共に、ｐ側電極５０を対応する行のＸ電
極３４と電気接続する。

【００２０】尚、ｐｎダイオード４２に代えてｐｉｎダ
イオードを設けても良い。ｐｉｎダイオードは、ｐｉｎ
接合を形成するｐ型半導体層、ｉ型半導体層（ノンドー
プ半導体層）及びｎ型半導体層により構成した能動層
と、この能動層のｐ型及びｎ型半導体層にｐ側及びｎ側
電極とを有して成る。

【００２１】また図４及び図２にも示すように、周辺回
路４０は、各Ｙ電極３６毎に設けたスイッチング素子５
２、５４及び制御信号電極５６（図２参照）と、全ての
Ｙ電極３６に共通の出力信号電極５８及び基準信号電極
６０とから成る。

【００２２】スイッチング素子５２は薄膜トランジスタ
であって、ｉ−ポリＳｉ（ノンドープポリＳｉ）半導体
層６２ａ及びｎ−ポリＳｉ半導体層６２ｂ、６２ｃによ
り構成した能動層６２と、主電極６４、６６及びゲート
電極６８とゲート絶縁膜７０とを有して成る。ｎ型半導
体層６２ｂ、６２ｃをチャネルとなるべき領域を挟んで
離間させてｉ型半導体層６２ａに設ける。そして主電極
６４及び６６を、ｎ型半導体層６２ｂ及び６２ｃに設け
ると共に、ゲート電極６８をゲート絶縁膜７０を介して
チャネルとなるべき領域上に設ける。

【００２３】スイッチング素子５４もまた薄膜トランジ
スタであって、ｉ−ポリＳｉ（ノンドープポリＳｉ）半
導体層７２ａ及びｎ−ポリＳｉ半導体層７２ｂ、７２ｃ
により構成した能動層７２と、主電極７４、７６及びゲ
ート電極７８とゲート絶縁膜８０とを有して成る。ｎ型
半導体層７２ｂ、７２ｃをチャネルとなるべき領域を挟
んで離間させてｉ型半導体層７２ａに設ける。そして主
電極７４及び７６を、ｎ型半導体層７２ｂ及び７２ｃに
設けると共に、ゲート電極７８をゲート絶縁膜８０を介
してチャネルとなるべき領域上に設ける。

【００２４】周辺回路４０に関しては、スイッチング素
子５２の主電極６４を対応する列のＹ電極３６と電気接
続し、主電極６６を出力信号電極５８と電気接続し、さ
らにゲート電極６８を対応する制御信号電極５６と電気
接続する。そしてスイッチング素子５４の主電極７４を
基準信号電極６０と電気接続し、ゲート電極７８を対応
する制御信号電極５６と電気接続する。図示せずも、制
御信号電極５６にはシフトレジスタからのＹ電極選択信
号が入力され、出力信号電極５８からはＹ電極出力信号
が次段の回路へ出力され、基準信号電極６０にはＹ電極
基準信号が入力され、主電極７６にはバイアス電圧が印
加される。

【００２５】周辺回路４０と同様にして、周辺回路３８
は、各Ｘ電極３４毎に設けたスイッチング素子５２、５
４及び制御信号電極５６と、全てのＸ電極３４に共通の
出力信号電極５８及び基準信号電極６０とから成る。

【００２６】周辺回路３８に関しては、スイッチング素
子５２の主電極６４を相対応する行のＸ電極３４と電気
接続し、主電極６６を出力信号電極５８と電気接続し、
さらにゲート電極６８を相対応する制御信号電極５６と
電気接続する。そしてスイッチング素子５４の主電極７
４を基準信号電極６０と電気接続し、ゲート電極７８を
相対応する制御信号電極５６と電気接続する。図示せず
も、制御信号電極５６にはシフトレジスタからのＸ電極
選択信号が入力され、出力信号電極５８からはＸ電極出
力信号が次段の回路へ出力され、基準信号電極６０には
Ｘ電極基準信号が入力され、主電極７６にはバイアス電
圧が印加される。

【００２７】配線構造をこれに限定するものではない
が、ここでは次のようにする。図３及び図４にも示すよ
うに、絶縁性基板３０をガラス基板とし、この基板面３
０ａ上に、ｐｎダイオード４２の能動層４６と薄膜トラ
ンジスタ５２、５４の能動層６２、７２とを設ける。こ
れら能動層４６、６２、７２上に、これら能動層を覆う
ように、第一絶縁層８２を設ける。能動層６２、７２の
チャネルとなるべき領域に対応する部分の第一絶縁層８
２は、ゲート絶縁膜７０、８０を兼ねる。

【００２８】そして図３にも示すように、第一絶縁層８
２上に、ｐｎダイオード４２のｎ側電極４８及びｐ側電
極５０とＸ電極３４とを設ける。第一絶縁層８２は、ｐ
ｎダイオード４２のｎ型半導体層４６ａ及びｐ型半導体
層４６ｂに対応する位置にそれぞれコンタクトホールを
有し、これらコンタクトホールを介しｐｎダイオード４
２のｎ側電極４８及びｐ側電極５０をｎ型半導体層４６
ａ及びｐ型半導体層４６ｂと電気接続する。

【００２９】これと共に図４にも示すように、第一絶縁
層８２上に、薄膜トランジスタ５２の主電極６４、６６
及びゲート電極６８と薄膜トランジスタ５４の主電極７
４、７６及びゲート電極７８と出力信号電極５８と基準
信号電極６０とを設ける。第一絶縁層８２は、薄膜トラ
ンジスタ５２のｎ型半導体層６２ｂ及び６２ｃに対応す
る位置にそれぞれコンタクトホールを有し、これらコン
タクトホールを介し薄膜トランジスタ５２の主電極６４
及び６６をｎ型半導体層６２ｂ及び６２ｃと電気接続す
る。また第一絶縁層８２は、薄膜トランジスタ５４のｎ
型半導体層７２ｂ及び７２ｃに対応する位置にそれぞれ
コンタクトホールを有し、これらコンタクトホールを介
し薄膜トランジスタ５４の主電極７４及び７６をｎ型半
導体層７２ｂ及び７２ｃと電気接続する。そして薄膜ト
ランジスタ５２の主電極６６を出力信号電極５８と、ま
た薄膜トランジスタ５４の主電極６０を基準信号電極６
０と電気接続する。

【００３０】さらにこれらＸ電極３４、ｎ側電極４８、
ｐ側電極５０、主電極６４、６６、７４、７６、ゲート
電極６８、７８、出力信号電極５８及び基準信号電極６
０上に、これら電極を覆うように第二絶縁層８４を設け
る。

【００３１】そして図３及び図２にも示すように、この
第二絶縁層８４上に、熱電素子３２の吸収層４４例えば
金ブラック（gold black）を設ける。吸収層４４を、平
面的に見てｐｎダイオード４２の能動層４６と重ね合わ
せるように設ける。

【００３２】これと共に図４及び図５にも示すように第
二絶縁層８４上に、Ｙ電極３６及び制御信号電極５６を
設ける。第二絶縁層８４は、ｐｎダイオード４２のｎ側
電極４８及び薄膜トランジスタ５２の主電極６４に対応
する位置にそれぞれコンタクトホールを有し、これらコ
ンタクトホールを介してこれらｎ側電極４８及び主電極
６４をそれぞれ対応する列のＹ電極３６と電気接続す
る。また第二絶縁層８４は、薄膜トランジスタ５２及び
５４のゲート電極６８及び７８に対応する位置にそれぞ
れコンタクトホールを有し、これらコンタクトホールを
介してこれらゲート電極６８及び７８を制御信号電極５
６と電気接続する。さらに第二絶縁層８４は、薄膜トラ
ンジスタ５２の主電極６６及び薄膜トランジスタ５４の
主電極７４に対応する位置にそれぞれコンタクトホール
を有し、これらコンタクトホールを介し主電極６６及び
７４を出力信号電極５８及び基準信号電極６０と電気接
続する。

【００３３】上述のような構成によれば、赤外線イメー
ジセンサ２８に赤外線像を結像させると、熱電素子３２
の吸収層４４は赤外線を吸収して発熱する。吸収層４４
の発熱温度は、赤外線の強度に応じて変化する。

【００３４】一方、周辺回路３８及び４０を介してＸ電
極３４及びＹ電極３６にシフトレジスタからの選択信号
を入力すると、この選択信号に応じて選択された画素の
ｐｎダイオード４２に定電流が流れる。このときｐｎダ
イオード４２にはバイアス電圧が印加されている。吸収
層４４の発熱温度が高くなると、ｐｎダイオード４２の
順方向電圧は低くなり従って順方向電流は増加するの
で、この順方向電圧或は電流の変化に基づいて、画素単
位に赤外線を検知できる。

【００３５】この実施例では、絶縁性基板３０としてガ
ラス基板を用いており、このガラス基板の熱伝導率は従
来の赤外線イメージセンサで用いていたＳｉ基板の１０
０分の１程度と非常に小さい。従って従来の赤外線イメ
ージセンサで形成していたキャビティは不要であり、キ
ャビティを絶縁性基板３０に設けなくとも吸収層４４の
発熱温度に追従させて、感度良く、ｐｎダイオード４２
の特性変化を生じさせることができる。

【００３６】絶縁性基板３０としては、断熱性を有する
熱伝導率の小さな基板を用いることができ、従ってガラ
ス基板、セラミクス基板、或はその他の任意好適な断熱
性材料から成る基板を用いることができる。

【００３７】図６〜図８は第二発明の実施例の説明に供
する工程図であって、図２に対応する要部平面図であ
る。この第二発明の実施例は、第一発明の実施例で説明
した熱電素子の熱電変換層従ってｐｎダイオード４２の
能動層４６を形成する例である。

【００３８】まず絶縁性基板３０をガラス基板として、
この基板３０上に半導体層８６を低温成長させる。この
実施例では、基板面３０ａ上に、プラズマＣＶＤ法によ
り、ノンドープ（ｉ型）ポリＳｉ半導体層８６を低温成
長させる（図６）。成長温度は、ガラス基板が変形しな
いような低温例えば４５０℃以下の温度とする。文献：
ＩＥＥＥ ＩＥＤＭ９２ ｐｐ．６７３〜６７６によれ
ば、ＳｉＦ₄ 、ＳｉＨ₄ 及びＨ₂ の混合ガスを用いて、
プラズマＣＶＤ法により、ポリＳｉを低温成長（成長温
度３００℃）できることが開示されている。尚、プラズ
マＣＶＤ法のほかレーザ溶融法によっても、半導体層８
６を低温成長させることができる。

【００３９】次に半導体層８６を用いて、ｐｎダイオー
ド４２の能動層４６を形成する。

【００４０】この実施例では、熱電素子の熱電変換層と
熱電素子用駆動素子の能動層とをここではｐｎダイオー
ド４２の能動層４６と薄膜トランジスタ５２、５４の能
動層６２、７２とを、同一の半導体層８６を用いて形成
する。これら能動層４６、６２、７２を、同一の半導体
層８６を用いて形成することにより、工程の簡略化を図
れる。このため、フォトリソ及びエッチング技術を用い
て、これら能動層４６、６２、７２を形成しない領域の
半導体層８６をエッチング除去し、これら能動層４６、
６２、７２を形成する領域に残存させた半導体層８６か
ら成る半導体パターン８６ａ、８６ｂ及び８６ｃを得る
（図７）。半導体パターン８６ａはｐｎダイオード４２
の能動層４６を形成するためのもの、半導体パターン８
６ｂは薄膜トランジスタ５２の能動層６２を形成するた
めのもの、及び半導体パターン８６ｃは薄膜トランジス
タ５４の能動層７２を形成するためのものである。

【００４１】次いで半導体パターン８６ａ、８６ｂ及び
８６ｃにそれぞれ、Ｐ等のｎ型不純物を選択的に導入し
て、ｎ−ポリＳｉ半導体層４６ａ、６２ｂ、６２ｃ、７
２ｂ及び７２ｃを形成する。然る後、半導体パターン８
６ａにＢ等のｐ型不純物を選択的に導入して、ｐ−ポリ
Ｓｉ半導体層４６ｂを形成する（図８）。不純物の導入
をここではイオン注入により行なうが、不純物拡散その
ほかの任意好適な方法により不純物導入を行なうように
しても良い。

【００４２】このようにｐｎダイオード４２の能動層４
６を構成する半導体層と薄膜トランジスタ５２、５４の
能動層６２、７２を構成する半導体層のうち、導電型が
同一のものについては同一工程で不純物を導入するの
が、工程の簡略化のためには好ましい。

【００４３】図９は第一発明の第二実施例の構成を概略
的に示す要部平面図であって、熱電素子一素子分の構成
を拡大して示す。同図にあっては、図面の理解を助ける
ために、第一絶縁層８２及び第二絶縁層８４を省略して
示すと共に、吸収層４４を点線で示した。以下、第一発
明の第一実施例と相違する点につき説明し、第一発明の
第一実施例と同様の点についてはその詳細な説明を省略
する。

【００４４】上述した第一発明の第一実施例では、熱電
素子３２一素子を、１個のｐｎダイオード４２と吸収層
４４とにより構成したが、第一発明の第二実施例では、
熱電素子３２一素子を、直列に多段接続した複数個のｐ
ｎダイオード４２と吸収層４４とにより構成する。

【００４５】この実施例では、一画素分の領域内に複数
個のｐｎダイオード４２を分散させて設け、これらｐｎ
ダイオード４２を直列に多段接続する。これらの多段接
続に当っては、前段のｐｎダイオード４２のｎ側電極４
８を後段のｐｎダイオード４２のｐ側電極５０と電気接
続するようにして、順方向に順次に接続する。そして第
一段目のｐｎダイオード４２のｐ側電極５０を対応する
行のＸ電極３４と電気接続すると共に、最終段のｐｎダ
イオード４２のｎ側電極４８を対応する列のＹ電極３６
と電気接続する。平面的に見て、これら多段接続した複
数個のｐｎダイオード４２と、吸収層４４とを重ね合わ
せるように設ける。

【００４６】このように直列に多段接続した複数個のｐ
ｎダイオード４２を用いて、熱電素子３２一素子を構成
することにより、これらｐｎダイオード４２の個々の順
方向電圧或は電流が重畳されるので、赤外線の検出感度
を高めることができる。

【００４７】図１０は第一発明の第三実施例の要部構成
を概略的に示す平面図である。図１０にあっては、図面
の理解を助けるため第一絶縁層８２及び第二絶縁層８４
を省略して示すと共に、吸収層４４を点線で示した。ま
た図１１は第一発明の第三実施例の要部構成を示す断面
図である。図１１にあっては、図１０のXI−XI線に沿っ
て取った断面に対応する断面を拡大してより詳細に示す
と共に、熱電素子一素子分の構成を示す。以下、第一発
明の第一実施例と相違する点につき説明し、第一発明の
第一実施例と同様の点についてはその詳細な説明を省略
する。

【００４８】この実施例では、熱電素子３２は、絶縁性
基板３０上に順次に薄膜トランジスタ８８及び吸収層４
４を設けて成る。この薄膜トランジスタ８８の能動層９
０を熱電素子３２の熱電変換層とする。

【００４９】薄膜トランジスタ８８は、ｉ−ポリＳｉ
（ノンドープポリＳｉ）半導体層９０ａ及びｎ−ポリＳ
ｉ半導体層９０ｂ、９０ｃにより構成した能動層９０
と、主電極９２、９４及びゲート電極９６とゲート絶縁
膜９８とを有して成る。ｎ型半導体層９０ｂ、９０ｃを
チャネルとなるべき領域を挟んで離間させてｉ型半導体
層９０ａに設ける。そして主電極９２及び９４を、ｎ型
半導体層９０ｂ及び９０ｃに設けると共に、ゲート電極
９６をゲート絶縁膜９０を介してチャネルとなるべき領
域上に設ける。

【００５０】配線構造をこれに限定するものではない
が、ここでは、基板面３０ａ上に順次に、薄膜トランジ
スタ８８の能動層９０及び第一絶縁層８２を設ける。そ
して第一絶縁層８２上に、薄膜トランジスタ８８の主電
極９２、９４とゲート電極９６とを設ける。能動層９０
のチャネルとなるべき領域に対応する部分の第一絶縁層
８２は、ゲート絶縁膜９８を兼ねる。

【００５１】第一絶縁層８２は、薄膜トランジスタ８８
のｎ型半導体層９０ｂ及び９０ｃに対応する位置にそれ
ぞれコンタクトホールを有し、これらコンタクトホール
を介し薄膜トランジスタ８８の主電極９２及び９４をｎ
型半導体層９０ｂ及び９０ｃと電気接続する。また薄膜
トランジスタ８８の主電極９２及びゲート電極９６を対
応する行のＸ電極３４と電気接続する。

【００５２】さらにこれら主電極９２、９４及びゲート
電極９６上に、これら電極を覆うように第二絶縁層８４
を設ける。第二絶縁層８４は、薄膜トランジスタ８８の
主電極９４に対応する位置にコンタクトホールを有し、
このコンタクトホールを介しこの主電極９４を対応する
列のＹ電極３６と電気接続する。

【００５３】そして第二絶縁層８４上に、熱電素子３２
の吸収層４４を設ける。この吸収層４４を、平面的に見
て薄膜トランジスタ８８の能動層９０と重ね合わせるよ
うに設ける。

【００５４】この実施例の熱電素子３２の熱電変換層こ
こでは薄膜トランジスタ８８の能動層９０を、上述した
第二発明の実施例と同様に、低温成長させた半導体層を
用いて形成することができる。或はまた、この薄膜トラ
ンジスタ８８の能動層９０と熱電素子用駆動素子の能動
層ここでは薄膜トランジスタ５２、５４の能動層６２、
７２とを、低温成長させた同一の半導体層を用いて形成
することができ、この場合には、これら能動層９０、６
２、７２を構成する半導体層のうち導電型が同一のもの
については同一工程で不純物を導入するのが、工程の簡
略化のためには好ましい。

【００５５】図１２は第一発明の第四実施例の要部構成
を概略的に示す平面図である。図１２にあっては、図面
の理解を助けるため第一絶縁層８２及び第二絶縁層８４
を省略して示すと共に、吸収層４４及びヒートシンクを
点線で示した。また図１３は第一発明の第四実施例の要
部構成を示す断面図である。図１３にあっては、図１２
のXIII−XIII線に沿って取った断面に対応する断面を拡
大してより詳細に示すと共に、熱電素子一素子分の構成
を示す。以下、第一発明の第一実施例と相違する点につ
き説明し、第一発明の第一実施例と同様の点については
その詳細な説明を省略する。

【００５６】この実施例では、熱電素子３２は、絶縁性
基板３０上に順次に熱電対１００及び吸収層４４を設け
て成る。この熱電対１００を熱電素子３２の熱電変換層
とする。

【００５７】熱電対１００は２種の異なった導体１００
ａ及び１００ｂを接合して成る。導体１００ａは例えば
ｉ−ポリＳｉ（ノンドープポリＳｉ）半導体層、導体１
００ｂは例えばＡｌである。

【００５８】配線構造をこれに限定するものではない
が、ここでは、基板面３０ａ上に順次に、熱電対１００
及び第一絶縁層８２を設ける。そして第一絶縁層８２上
に、端子電極１０２及び１０４を設ける。

【００５９】第一絶縁層８２は、熱電対１００の導体１
００ａ及び１００ｂに対応する位置にそれぞれコンタク
トホールを有し、これらコンタクトホールを介し端子電
極１０２及び１０４をこれら導体１００ａ及び１００ｂ
と電気接続する。また端子電極１０２を対応する行のＸ
電極３４と電気接続する。

【００６０】さらにこれら端子電極１０２及び１０４上
に、これら電極を覆うように第二絶縁層８４を設ける。
第二絶縁層８４は、端子電極１０４に対応する位置にコ
ンタクトホールを有し、このコンタクトホールを介しこ
の端子電極９４を対応する列のＹ電極３６と電気接続す
る。

【００６１】そして第二絶縁層８４上に、熱電素子３２
の吸収層４４と、ヒートシンク１０６とを設ける。この
吸収層４４を、平面的に見て熱電対１００の導体１００
ａと重ね合わせるように設ける。またヒートシンク１０
６を、平面的に見て熱電対１００の導体１００ｂと重ね
合わせるように設ける。ヒートシンク１０６は熱伝導率
の良好な絶縁性材料例えばダイヤモンド薄膜から成る。
絶縁性基板３０上には複数の熱電素子３２従って複数の
熱電対１００をアレイ状に配列してあるが、これらアレ
イ状に配列した各熱電対１００の導体１００ｂにはヒー
トシンク１０６６を重ね合わせるように設け、導体１０
０ａには重ね合わせないようにしてヒートシンク１０６
を設ける。そして各熱電対１００の導体１００ｂに設け
たヒートシンク１０６を一体に接続する。これら一体に
接続したヒートシンク１０６の平面形状を例えばメッシ
ュ状にする。

【００６２】この実施例の熱電素子３２の熱電変換層こ
こでは熱電対１００の導体１００ａを、上述した第二発
明の実施例と同様に、低温成長させた半導体層を用いて
形成することができる。或はまた、この熱電対１００と
熱電素子用駆動素子の能動層ここでは薄膜トランジスタ
５２、５４の能動層６２、７２とを、低温成長させた同
一の半導体層を用いて形成することができ、この場合に
は、これら熱電対１００及び能動層６２、７２を構成す
る半導体層のうち導電型が同一のものについては同一工
程で不純物を導入するのが、工程の簡略化のためには好
ましい。

【００６３】尚、ヒートシンク１０６を熱伝導率の良好
な導電性材料例えば銅薄膜により形成しても良い。この
場合、赤外線イメージセンサ２８の電極と電気的に絶縁
するように絶縁層を介してヒートシンク１０６を設けれ
ば良い。またこの実施例では、熱電素子３２一素子を、
１個の熱電対１００と吸収層４４とにより構成したが、
このほか、熱電素子３２一素子を、直列に多段接続した
複数個の熱電対１００と吸収層４４とにより構成するよ
うにしても良い。これら多段接続した複数個の熱電対１
００はサーモパイルとも称される。サーモパイルを用い
て構成することにより、赤外線の検出感度を高めること
ができる。

【００６４】この発明は上述した実施例にのみ限定され
るものではなく、従って各構成成分の形状、配設位置、
配設個数、形成材料、導電型、回路構成そのほかを任意
好適に変更できる。

【００６５】例えば、熱電素子３２の能動層をポリＳ
ｉ、ゲルマニウム或はそのほかの半導体材料で形成する
ようにしても良い。

【００６６】また上述した実施例では、薄膜トランジス
タ５２、５４、８８のチャネル層をｉ型半導体層６２
ａ、７２ａ、９０ａとし、薄膜トランジスタ５２、５
４、８８の主電極層をｎ型半導体層６２ｂ、６２ｃ、７
２ｂ、７２ｃ、９０ｂ、９０ｃとしたが、これらチャネ
ル層及び主電極層の導電型は変更できる。例えば主電極
層をｐ型半導体層としても良い。

【００６７】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、第
一発明の赤外線イメージセンサによれば、絶縁性基板中
にキャビティを形成しなくても、熱型の熱電素子と絶縁
性基板との間の熱的絶縁を行なえるので、赤外線に対す
る熱電素子の感度を実用上充分な感度とすることができ
る。しかもキャビティを形成する必要がないので、絶縁
性基板の機械的強度が劣化することがなくなり、その結
果、赤外線イメージセンサの大型化が容易になる。また
キャビティ形成に纏わる歩留り低下を無くせるので、赤
外線イメージセンサを歩留り良く作成できる。

【００６８】さらに第二発明の赤外線イメージセンサの
製造方法によれば、熱電素子の熱電変換を構成するため
の半導体層を、絶縁性基板上に低温成長させるので、絶
縁性基板にガラス基板を用いた場合でも、基板の熱変形
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例における赤外線イメージセンサの全
体構成を概略的に示す平面図である。

【図２】第一実施例における赤外線イメージセンサの要
部構成を拡大してより詳細に示す平面図である。

【図３】第一実施例における熱電素子及びその近傍部分
の構成を拡大してより詳細に示す断面図である。

【図４】第一実施例における周辺回路及びその近傍部分
の構成を拡大してより詳細に示す断面図である。

【図５】第一実施例における周辺回路及びその近傍部分
の構成を拡大してより詳細に示す断面図である。

【図６】熱電変換層の作成工程の一例を示す工程図であ
る。

【図７】熱電変換層の作成工程の一例を示す工程図であ
る。

【図８】熱電変換層の作成工程の一例を示す工程図であ
る。

【図９】第二実施例における熱電素子の構成を概略的に
示す平面図である。

【図１０】第三実施例における赤外線イメージセンサの
要部構成を概略的に示す平面図である。

【図１１】第三実施例における熱電素子の構成を概略的
に示す断面図である。

【図１２】第四実施例における赤外線イメージセンサの
要部構成を概略的に示す平面図である。

【図１３】第四実施例における熱電素子の構成を概略的
に示す断面図である。

【図１４】従来の赤外線イメージセンサにおける熱電素
子の構成を概略的に示す断面図である。

【符号の説明】 ２８：赤外線イメージセンサ ３０：絶縁性基板 ３２：熱電素子 ４２：ｐｎダイオード ４４：吸収層 ８６：低温成長させた半導体層 ８８：薄膜トランジスタ １００：熱電対

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板と、該絶縁性基板上にアレイ
   状に配列して設けた複数の熱電素子とを備えて成る赤外
   線イメージセンサにおいて、 前記絶縁性基板を、断熱性材料から成る基板とし、 前記熱電素子を、赤外線の吸収により熱を発する吸収層
   と該吸収層の温度変化に応じて電流−電圧特性が変化す
   る熱電変換層とを有する熱型の熱電素子として成ること
   を特徴とする赤外線イメージセンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の赤外線イメージセンサに
   おいて、 絶縁性基板を、ガラス基板又はセラミクス基板としたこ
   とを特徴とする赤外線イメージセンサ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の赤外線イメージセンサに
   おいて、 熱電素子は、絶縁性基板上に順次にダイオード及び吸収
   層を設けて成り、該ダイオードの能動層を熱電変換層と
   して成ることを特徴とする赤外線イメージセンサ。
4. 【請求項４】 請求項１記載の赤外線イメージセンサに
   おいて、 熱電素子は、絶縁性基板上に順次に薄膜トランジスタ及
   び吸収層を設けて成り、該薄膜トランジスタの能動層を
   熱電変換層として成ることを特徴とする赤外線イメージ
   センサ。
5. 【請求項５】 請求項１記載の赤外線イメージセンサに
   おいて、 熱電素子は、絶縁性基板上に順次に熱電対及び吸収層を
   設けて成り、該熱電対を熱電変換層として成ることを特
   徴とするイメージセンサ。
6. 【請求項６】 請求項１記載の赤外線イメージセンサを
   製造するに当り、 絶縁性基板をガラス基板とし、該絶縁性基板上に低温成
   長させた半導体層を用いて、熱電素子の熱電変換層を形
   成することを特徴とする赤外線イメージセンサの製造方
   法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の赤外線イメージセンサの
   製造方法において、 熱電素子の熱電変換層と熱電素子用駆動素子の能動層と
   を、同一の半導体層を用いて形成することを特徴とする
   赤外線イメージセンサの製造方法。