JPH1019671A - 熱型赤外線センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱型赤外線センサにおいて、簡単な構造で赤
外線受光部と半導体基板との間の熱コンダクタンスを低
下させて、センサ感度を向上させる。 【解決手段】 半導体基板１上に作製された赤外線セン
サ２０は赤外線受光部２１と橋梁部２４とを備える。赤
外線受光部２１は入射赤外線を熱エネルギーに変換し、
変換した熱エネルギーに応じて変化する物性値を電気的
に読み出すために設けられる。橋梁部２４には赤外線受
光部と半導体基板１を電気的に接続する配線層２４Ａが
設けられる。上記赤外線受光部２１、橋梁部２４の少な
くとも一方は、絶縁性の脚部２５，２６，２７で支持さ
れて、赤外線受光部２１及び／又は橋梁部２４と、半導
体基板１との間の熱コンダクタンスの低減が図られてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱型赤外線センサ
に関し、特にマイクロブリッジ構造の熱型赤外線センサ
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線が入射する赤外線受光部と、該入
射赤外線のフォトンエネルギーを吸収して温度が変化し
たときの上記赤外線受光部の物性値を示す電気信号を、
半導体基板側に送るための配線部とで構成された熱型赤
外線センサが公知である。かかる熱型赤外線センサにあ
っては、入射赤外線の強さに応じて赤外線受光部の物性
値（例えば、抵抗値）が応答よく変化する程、センサ感
度が高くなる。

【０００３】このため従来より、図９に示すように、赤
外線受光部１１と半導体基板１との間の熱コンダクタン
スを小さくするために、赤外線受光部１１と半導体基板
１との間に空隙Ｍを設けるようにしたマイクロブリッジ
構造の熱型赤外線センサ１０が提案されている。この熱
型赤外線センサ１０では、赤外線受光部１１に赤外線吸
収層と熱電変換層（共に図示省略）が形成されると共
に、当該赤外線受光部１１に連なる２つの橋梁部１４，
１４によってその赤外線受光部１１が半導体基板１上に
空隙Ｍを設けて配置されている。

【０００４】この場合、橋梁部１４，１４は、図１０に
示すように、その内部に配線層１４Ａが形成されてお
り、赤外線受光部１１を支える機能のみならず当該配線
層１４Ａによって熱電変換層（図示省略）を半導体基板
１上の電極１Ａ，１Ａに電気的に接続させる機能を有す
る。

【０００５】而して、上記橋梁部１４，１４は、赤外線
受光部１１を支持するために（所定の強度を得るべ
く）、図１０に示すように、配線層（例えば、チタン
膜）１４Ａを上下から保護層１４Ｂ，１４Ｃにて覆うよ
うにしていた。このような構造の熱型赤外線センサ１０
は、赤外線受光部１１と半導体基板１との間に空隙Ｍが
設けられているため、赤外線受光部を直付けするタイプ
の他の熱型赤外線センサ（図示省略）に比べて、赤外線
受光部１１から半導体基板１への熱の伝導率が低くなり
センサ感度が向上する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、更にセンサ
感度を高めるには、赤外線受光部１１と半導体基板１と
を機械的に接続する橋梁部１４，１４の長さを長くし、
又は、橋梁部１４の断面積を小さくして、当該赤外線受
光部１１と半導体基板１との間の熱コンダクタンスを小
さくすればよいことが知られている。

【０００７】しかしながら、上記構造の熱型赤外線セン
サ１０では、上記のように橋梁部１４，１４で赤外線受
光部１１を支持する必要があるために、当該橋梁部１
４，１４を単に長くしたり、又、その断面積を小さくす
ることができず、センサの感度の向上が図れなかった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、赤外線
受光部を半導体基板上に所定の空隙を設けつつ配置した
熱型赤外線センサの、赤外線受光部と半導体基板との間
の熱コンダクタンスを低下させて、センサ感度を向上さ
せた熱型赤外線センサを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、半導体基板上に、入射し
た赤外線を熱エネルギーに変換し、該変換された熱エネ
ルギーの大きさに応じて変化する物性値を電気的に読み
出すための赤外線受光部と、上記赤外線受光部と半導体
基板とを電気的に接続する配線が設けられた橋梁部と、
上記赤外線受光部又は上記橋梁部の少なくとも一方を支
持する絶縁性脚部とを備えたものである。

【０００９】又、請求項２に記載の発明は、上記絶縁性
脚部を、有機物質にて形成したものである。又、請求項
３に記載の発明は、上記絶縁性脚部を、レジスト、ポリ
イミド樹脂、エナメル、セルロイドの何れかによって形
成したものである。又、請求項４に記載の発明は、上記
橋梁部を、少なくとも配線層と絶縁層を含む２層構造若
しくはそれ以上の多層構造としたものである。

【００１０】又、請求項５に記載の発明は、上記絶縁層
を、窒化シリコン膜で構成したものである。又、請求項
６に記載の発明は、請求項１から請求項５の何れかの熱
型赤外線センサを作製するに当り、半導体基板上に絶縁
膜を形成し、該絶縁膜を上記絶縁性脚部の形状に合わせ
てエッチングし、これに上記絶縁性脚部と、エッチング
時の選択性が確保できる充填体を堆積させ、該充填体を
選択的にエッチングし、その上面に少なくとも上記赤外
線受光部若しくは橋梁部を構成する導電膜又は半導体膜
を形成し、これら導電膜又は半導体膜を当該赤外線受光
部若しくは橋梁部の形状に合わせてエッチングし、その
後、上記充填体を除去して、熱型赤外線センサを作製す
るものである。

【００１１】（作用）上記請求項１の発明によれば、橋
梁部は赤外線受光部を支持する必要がなくなるため、当
該絶縁性脚部を新たに設けたことによる熱コンダクタン
スの上昇分より、橋梁部を長くし且つその断面積を小さ
くしたことによる熱コンダクタンスの低下分を大きくし
て、赤外線受光部と半導体基板との間の熱コンダクタン
スを全体として低下させることができる。この場合、絶
縁性脚部に関しては、その横断面積を、赤外線受光部を
支持するのに必要な最小の大きさに決定すれば、赤外線
受光部と半導体基板との間の熱コンダクタンスの上昇を
最小限に抑えられる。又、橋梁部は、赤外線受光部を支
持する必要がないため、配線としての機能さえあればよ
く、従って、その断面積を半導体製造技術において可能
な限り小さくし、レイアウトの許す限りにおいてその長
さを長くして、赤外線受光部と半導体基板との間の熱コ
ンダクタンスを低下させることができる。又、橋梁部を
絶縁性脚部によって支持する場合には、該橋梁部の全長
を更に長くでき、この橋梁部の熱コンダクタンスを更に
低下させることができる。

【００１２】又、請求項２の発明によれば、絶縁性脚部
の熱コンダクタンスが十分に小さくなり、又、橋梁部と
半導体基板、及び赤外線受光部と半導体基板との間の絶
縁も同時に達成できる。又、請求項３の発明によれば、
半導体製造技術等で一般的に用いられる材料で、当該絶
縁性脚部が容易に作製できる。

【００１３】又、請求項４の発明によれば、赤外線受光
部を支持する強固さが要求されない橋梁部は、配線層の
片面を保護するだけでよく、従来橋梁部の撓み防止に必
要とされていた両面の保護層を必要としないので、当該
橋梁部を簡単に作製できる。又、請求項５の発明によれ
ば、配線層の保護膜を容易に形成できる。又、請求項６
の発明によれば、一般的な半導体製造技術を、適宜組み
合わせることで、従来より用いられている半導体製造装
置で、容易に当該熱型赤外線センサを作製することがで
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、本発明の第１の実施形態につ
いて、添付図面を参照して説明する。尚、この第１の実
施形態は、請求項１から請求項６に対応する。

【００１５】図１は第１の実施形態のマイクロブリッジ
構造の熱型赤外線センサ２０を概念的に示す斜視図、図
２は熱型赤外線センサ２０の橋梁部２４の構造を示す斜
視図、図３及び図４は熱型赤外線センサ２０の製造工程
を示す断面図、図５は熱型赤外線センサ２０の熱コンダ
クタンスを算出するための模式図である。先ず、熱型赤
外線センサ２０の構造の概略について、図１，図２を用
いて説明する。

【００１６】熱型赤外線センサ２０は、図１に示すよう
に、赤外線受光部２１と、該赤外線受光部２１に連なる
橋梁部２４，２４と、上記赤外線受光部２１を支持する
第１の脚部２５，２５，２６，２６と、上記橋梁部２
４，２４を支持する第２の脚部２７，２７とによって構
成されている。このうち赤外線受光部２１は、入射赤外
線によるエネルギーを吸収する赤外線吸収層（図示省
略）と、当該赤外線エネルギーの吸収に起因する温度上
昇による物性値（例えば、抵抗値）の変化を検知するた
めの熱電変換層（図示省略）とによって構成される。
尚、この第１の実施形態では、赤外線受光部２１は、チ
タン膜とその上面を覆う窒化シリコン膜（図示省略）と
からなり、これらチタン膜と窒化シリコン膜が、熱電変
換層、赤外線吸収層（共に図示省略）を構成する。

【００１７】尚、熱電変換層として膜厚が１０００Å以
下の薄膜チタン膜を用いた場合は、当該膜が赤外線吸収
層としての働きも併せもつため、赤外線受光部は、当該
薄膜チタン膜による単一層で構成することもできる。一
方、橋梁部２４，２４は、図２に示すように、チタン膜
からなる配線層２４Ａ及び窒化シリコン膜からなる保護
層（絶縁層）２４Ｂの２層構造であり、この第１の実施
形態では、詳細は後述するように、上記赤外線受光部２
１を構成するチタン膜及び窒化シリコン膜と、同一の半
導体製造工程において一体的に形成される。而して、配
線層２４Ａは、赤外線受光部２１の熱電変換層（図示省
略）と半導体基板１上の電極１Ａとを電気的に接続さ
せ、入射赤外線のフォトンエネルギーによって上記赤外
線受光部２１に温度変化が生じたときに、当該赤外線受
光部２１の物性値の変化を、半導体基板１側で検出でき
るようになっている。

【００１８】ところで、上記赤外線受光部２１は、図１
に示すように、４つの第１の脚部２５，２５，２６，２
６によって半導体基板１上方に空隙Ｍを空けて配置さ
れ、２つの橋梁部２４，２４は、その角部２４Ｃ，２４
Ｃにおいて各々第２の脚部２７，２７で支持されてい
る。そして、第１の脚部２５，２５，２６，２６及び第
２の脚部２７，２７は、共に、熱伝導率が低いレジスト
（例えば、１．０×１０^-3［Ｗ／cm・Ｋ］）によって形
成されており、入射赤外線により温度上昇が生じる赤外
線受光部２１から半導体基板１側に熱が伝わり難くなっ
ている。因みに、第１の実施形態では、赤外線受光部２
１は一辺が４０μｍ程度に作製され、上記第１，第２の
脚部２５，２５，２６，２６，２７，２７は、この赤外
線受光部２１を支持するのに充分な太さで、且つ、当該
赤外線受光部２１と半導体基板１との熱の伝導が生じな
い空隙Ｍを確保するために必要な高さとなっている（例
えば、横断面が直径１．０μｍで高さ２．０μｍ程度の
円柱形状）。

【００１９】一方で、上記橋梁部２４，２４は、上記赤
外線受光部２１を支持する必要がないため、熱コンダク
タンスが小さくなるように、半導体製造技術において可
能な細さ（例えば、１．０μｍ程度）に設計され、しか
も、その長さも長くなっている（図１に示す例では、一
辺４０μｍの赤外線受光部２１の二辺に沿った長さで、
約８０μｍ）。

【００２０】次に、上記構成の熱型赤外線センサ２０の
製造方法について、図３、図４を参照して説明する。
尚、図３、図４は図１のIII−III線に沿った断面に対応
する。熱型赤外線センサ２０は概ね以下の手順に従って
作製される。 （１）半導体基板１上に、例えば、ネガ形のレジスト３
１を塗布し、これをマスク３８を使って上記第１，第２
の脚部２５，２５，２６，２６，２７，２７の形状に露
光する（図３（ａ））。

【００２１】（２）被露光部を例えば、現像液にて除去
して第１及び第２の脚部２５，２５，２６，２６，２
７，２７を形成し、その上面に充填体として酸化シリコ
ン膜３２をＣＶＤ法又は回転塗布法にて形成する（図３
（ｂ））。 （３）上記酸化シリコン膜３２をプラズマエッチング法
によりエッチングして、更に、橋梁部２４，２４に対応
する傾斜部３２Ｃ（一点鎖線で示す）をウェットエッチ
ングによるテーパーエッチング技術を利用して形成する
（図３（ｃ））。

【００２２】（４）上記エッチングされた酸化シリコン
膜３２の上面に赤外線受光部２１の熱電変換層（図示省
略）及び橋梁部２４，２４の配線層２４Ａを構成するチ
タン膜（金属膜）３３をスパッタ法や蒸着法等によって
形成する。次いで、その上面に赤外線受光部２１の赤外
線吸収層（図示省略）及び橋梁部２４，２４の保護膜２
４Ｂを構成する窒化シリコン膜３４をＣＶＤ法又はスパ
ッタ法にて形成する（図３（ｄ））。

【００２３】（５）斯く形成したチタン膜３３及び窒化
シリコン膜３４をホトリソグラフィ技術により作製され
たマスクを用いて所望の形状にエッチングして、赤外線
受光部２１及び橋梁部２４，２４を形成する（図４
（ｅ））。 （６）上記赤外線受光部２１と半導体基板１との間にあ
る酸化シリコン膜３２を、例えば、フッ酸系のエッチン
グ液で除去して（ウェットエッチング）、空隙Ｍを設け
た熱型赤外線センサ２０を得る（図４（ｆ）及び図
１）。

【００２４】次に、図５、図１１を参照しながら、上記
第１及び第２の脚部２５，２５，２６，２６，２７，２
７を設けたことによる赤外線受光部２１と半導体基板１
との間の熱コンダクタンスの低減効果について、従来構
造の熱型赤外線センサ１０の場合と比較して説明する。
尚、図５は熱型赤外線センサ２０の熱コンダクタンスを
算出するための模式図、図１１は従来の熱型赤外線セン
サ１０の熱コンダクタンスを算出するための模式図であ
る。又、以下の説明では、２つの熱型赤外線センサ２
０，１０は、その赤外線受光部２１，１１が共に、一辺
がおよそ４０μｍの正方形とする。

【００２５】ところで、熱コンダクタンス“Ｋ”は、一
般に、次式（１）で与えられる。 Ｋ＝ｋ×Ｓ／Ｌ …（１） ここで“ｋ”は物質によって定まる熱電導率、“Ｓ”は
熱伝導経路の断面積、“Ｌ”は熱伝導経路の長さであ
る。この算出式に基づいて、熱型赤外線センサ１０及び
熱型赤外線センサ２０の各々の、赤外線受光部１１，２
１と半導体基板１との間の熱コンダクタンスＫ１及びＫ
２を求める。

【００２６】因みに、赤外線受光部１１，２１と半導体
基板１と間の熱コンダクタンスＫ１，Ｋ２は、その値が
小さい程、熱型赤外線センサ１０，２０の感度が高くな
る。先ず、比較対象とする、従来の熱型赤外線センサ１
０の赤外線受光部１１と半導体基板１との間の熱コンダ
クタンスＫ１を算出する。ここでは熱型赤外線センサ１
０の橋梁部１４，１４をチタン膜（Ｔi）と窒化シリコ
ン膜（ＳiＮ）とで構成した場合を考える。

【００２７】前述したように、従来の熱型赤外線センサ
１０は、その橋梁部１４，１４が、赤外線受光部１１を
支持しなければならない。而して、一辺が４０μｍ程度
の赤外線受光部１１を支持するのであれば、チタン膜
（Ｔi）からなる配線層１４Ａは幅が１．５μｍ、厚さ
が７５０Åに形成され、窒化シリコン膜からなる上側の
保護層（絶縁層）１４Ｂは幅が３．０μｍ、厚さが１５
００Åに形成され、同じく窒化シリコン膜からなる下側
の保護層１４Ｃは幅が３．０μｍ、高さが２０００Å程
度に形成される。又、橋梁部１４，１４の長さは、赤外
線受光部１１の一辺と略同じ４０μｍである。

【００２８】ここで、チタン（Ｔi）の熱伝導率を０．
２［Ｗ／cm・Ｋ］、窒化シリコン（ＳiＮ）の熱伝導率
を０．５５７［Ｗ／cm・Ｋ］とすると、橋梁部１４，１
４の１つ当りの熱コンダクタンスＫ1１（図１１のＰ１
−Ｐ２間の熱コンダクタンス）は、次式（２）によって
得られる。 Ｋ11＝０．２（１．５×１０^-4×７５０×１０^-8／４０×１０^-4） ＋０．５５７（３×１０^-4×３５００×１０^-8／４０×１０^-4） ＝１．５×１０^-6［Ｗ／Ｋ］ …（２） 而して、図９，図１１に示す従来の熱型赤外線センサ１
０は、２つの橋梁部１４，１４でその赤外線受光部１１
が半導体基板１上に支持されているので、赤外線受光部
１１と半導体基板１との間の熱コンダクタンスＫ１は、
次式（３）によって得られる。

【００２９】 Ｋ１＝２Ｋ11＝３．０×１０^-6［Ｗ／Ｋ］ …（３） 次に、熱型赤外線センサ２０の赤外線受光部２１と半導
体基板１との間の熱コンダクタンスＫ２を算出する。上
記したように熱型赤外線センサ２０の赤外線受光部２１
はレジストからなる第１，第２の脚部２５，２５，２
６，２６，２７，２７によって支えられている。

【００３０】一辺が４０μｍ程度の赤外線受光部２１を
支持するのであれば、各々の脚部２５，２５，２６，２
６，２７，２７は、直径が１．０μｍ程度、高さが２．
０μｍ程度の円柱とすることができる。この場合、第
１，第２の脚部２５，２５，２６，２６，２７，２７の
１本当りの熱コンダクタンスＫ21は、レジストの熱伝導
率を１．０×１０^-3［Ｗ／cm・Ｋ］とすると、次式
（４）によって得られる。

【００３１】 Ｋ21＝１．０×１０^-3｛π×(０．５×１０^-4)²／２×１０^-4｝ ＝３．９×１０^-8［Ｗ／Ｋ］ …（４） 又、橋梁部２４の一辺（図５のＰ１−Ｐ２間、Ｐ２−Ｐ
３間）当りの熱コンダクタンスＫ22は以下のように求め
られる。即ち、橋梁部２４は、配線層２４Ａと保護層２
４Ｂの２層構造になっており、配線層２４Ａは、幅が１
μｍ、膜厚が８００Åで、材質はチタン、又、保護層２
４Ｂは、幅が１．０μｍ膜厚１０００Åで、材質は窒化
シリコン（ＳiＮ）とすることができる。又、橋梁部２
４の一辺当りの長さは、上記従来の橋梁部１４と同じ４
０μｍ程度である。チタンの熱伝導率を０．２［Ｗ／cm
・Ｋ］、窒化シリコンの熱伝導率を０．５５７［Ｗ／cm
・Ｋ］とすると、上記熱コンダクタンスＫ22は、次式
（５）によって得られる。

【００３２】 Ｋ22＝０．２（１．０×１０^-4×８００×１０^-8／４０×１０^-4） ＋０．５５７（１．０×１０^-4×１０００×１０^-8／４０×１０^-4） ＝１．８×１０^-7［Ｗ／Ｋ］ …（５） 前述した脚部（第１，第２の脚部２５，２６，２７）の
１つ当たりの熱コンダクタンスＫ21、及び当該橋梁部２
４の一辺当りの熱コンダクタンスＫ22を用いてＰ１−Ｐ
３間の熱コンダクタンスＫ23を求めると、該熱コンダク
タンスＫ23は、図５のＰ１−Ｐ２間の熱コンダクタンス
と、Ｐ２点（角部２４Ｃに対応）を支える第２の脚部２
７の熱コンダクタンスと、Ｐ２−Ｐ３間の熱コンダクタ
ンスを合成したものであるから、次式（６）によって得
られる。

【００３３】 Ｋ23＝１／｛１／Ｋ22＋１／（Ｋ21＋Ｋ22）｝ ＝９．８×１０^-8［Ｗ／Ｋ］ …（６） この熱コンダクタンスＫ23はＰ１〜Ｐ３間の熱コンダク
タンスであり、従来の熱型赤外線センサ１０における橋
梁部１４の１つの熱コンダクタンスＫ11に相当する値で
ある。この値Ｋ23と値Ｋ11とを比較すると、前者は後者
の１／１５程度になる。

【００３４】このように、熱型赤外線センサ２０では、
橋梁部２４と第２の脚部２７とを合わせても、熱型赤外
線センサ１０の橋梁部１４に比べて格段に熱コンダクタ
ンスを小さくすることができる。而して、第１，第２の
脚部２５，２５，２６，２６，２７，２７を用いて赤外
線受光部２１と橋梁部２４とを、各々支持した場合の
（図１に示す熱型赤外線センサ２０）当該赤外線受光部
２１と半導体基板１との間の熱コンダクタンスＫ２は、
次式（７）によって得られる。

【００３５】 Ｋ２＝４Ｋ21＋２Ｋ23 ＝３．５×１０^-7［Ｗ／Ｋ］ …（７） このように第１、第２の脚部２５，２５，２６，２６，
２７，２７を用いた場合の熱コンダクタンスＫ２は、赤
外線受光部１１，２１が略同じ大きさ（一辺が４０μ
ｍ）の従来の熱型赤外線センサ１０の熱コンダクタンス
Ｋ１の、およそ１／９となる。

【００３６】以上のように、熱型赤外線センサ２０で
は、赤外線受光部２１が、当該脚部２５，２５，２６，
２６で支えられているために、橋梁部２４，２４は、従
来のようにその強度を強くする必要がなくなり、その断
面積を小さくし、しかも半導体基板１上のレイアウトパ
ターンが許す限りにおいて長くできるので、橋梁部２
４，２４に係る上記熱コンダクタンスＫ23を著しく低減
することができる。

【００３７】そして、赤外線受光部２１と半導体基板１
との間に脚部２５，２５，２６，２６，２７，２７を配
置することにより増加する熱コンダクタンスと、橋梁部
２４，２４の断面積を小さくし、且つ、長くすることに
よって低減される熱コンダクタンスとを比較した場合、
前者に対して後者を著しく大きくできるために、熱型赤
外線センサ２０全体の熱コンダクタンスＫ２を大幅に低
減できる。

【００３８】図６は、脚部２８を用いて赤外線受光部２
１若しくはこれに連なる橋梁部２４，２４を支持する変
形例を示す説明図である。このうち（ａ）は２つの脚部
２８，２８で赤外線受光部２１を支持した例、（ｂ）は
脚部２８，２８で赤外線受光部２１及び橋梁部２４，２
４の直線部を同時に支持した例、（ｃ）は２つの脚部２
８，２８で赤外線受光部２１を支持し他の２つの脚部２
８，２８で橋梁部２４，２４を支持した例、（ｄ）は橋
梁部２４，２４を長く延ばし脚部２８，２８で当該橋梁
部２４，２４と赤外線受光部２１を同時に支持した例、
（ｅ）は脚部２８，２８で赤外線受光部２１及び橋梁部
２４，２４の角部を同時に支持した例、（ｆ）は２つの
脚部２８，２８で赤外線受光部２１を支持し他の４つの
脚部２８，２８，２８，２８で長く延ばされた橋梁部
（赤外線受光部２１の四辺の長さに相当）２４，２４を
支持した例、（ｇ）は４つの脚部２８，２８，２８，２
８で橋梁部２４，２４の８つの角部を支持した例、
（ｈ）は葛籠状に形成された橋梁部２４，２４を４つの
脚部２８，２８，２８，２８で支持した例を示す説明図
である。

【００３９】以上のものは何れも、脚部２８…の数を減
らして当該熱コンダクタンスを低下するもの、及び／又
は橋梁部２４，２４を細長く形成して当該熱コンダクタ
ンスを低下させたものであり、これらの例によれば、熱
コンダクタンスは更に低下し、熱型赤外線センサ２０の
感度が更に向上する。尚、この第１の実施形態では、第
１及び第２の脚部２５，２５，２６，２６，２７，２７
を熱伝導率の小さいレジストで形成した例を示したが、
他の熱伝導率の小さい材質、例えば、ポリイミド樹脂、
エナメル、セルロイド等の有機物質にて、これを形成し
てもよい。

【００４０】又、上記実施形態では、橋梁部２４，２４
の配線層２４Ａをチタンで構成する例を示したが、他の
導体若しくは半導体（例えば、バナジウムオキサイド膜
（ＶＯx））でこれを形成してもよい。又、上記実施形
態では、橋梁部２４，２４を、配線層２４Ａと保護層２
４Ｂの２層構造としたが、３層構造以上にしてもよい。
この場合、上記した実施形態では、橋梁部２４，２４を
形成する際に、配線層２４Ａの上面に保護層２４Ｂを形
成しているが、配線層２４Ａの上下に保護層を形成して
もよい。反対に、配線層２４Ａを第２の脚部２７，２７
で支持しているので、保護膜２４Ｂを省いても強度的に
は問題はない。

【００４１】尚、熱型赤外線センサ２０の赤外線受光部
２１の構造に関しては、例示した構造に限るものでな
く、他のマイクロブリッジ構造の熱型赤外線センサに、
本発明を適用できるのは、勿論である。 （第２の実施形態）次に、本発明の第２の実施形態につ
いて説明する。尚、この第２の実施形態は、請求項１か
ら請求項６に対応する。

【００４２】熱型赤外線センサ４０では、図７に示すよ
うに、赤外線受光部４１が脚部４５によって支持されて
いる。尚、赤外線受光部４１、橋梁部４４の構造は、上
記した第１の実施形態の赤外線受光部２１、橋梁部２４
と同一の構成であり、その詳細な説明は省略する。赤外
線受光部４１は、図７に示すように、１つの円柱状の脚
部４５によって半導体基板１上方に空隙Ｍを空けて配置
されている。

【００４３】この場合、脚部４５も、上記した第１の実
施形態の脚部２５，２６，２７と同じように、熱伝導率
が低いレジスト（例えば、１．０×１０^-3［Ｗ／cm・
Ｋ］）によって形成されている。このレジストで脚部４
５を形成することによって、入射赤外線により温度上昇
が生じる赤外線受光部４１から半導体基板１側に熱が伝
わり難くなる。因みに、赤外線受光部４１の一辺が４０
μｍ程度に作製されている場合には、脚部４５は、この
赤外線受光部４１を支持するのに充分な太さで、且つ、
当該赤外線受光部４１と半導体基板１との熱の伝導が生
じない空隙Ｍを確保するために必要な高さとなっている
（例えば、横断面が直径４．０μｍで高さ２．０μｍ程
度の円柱形状）。

【００４４】この場合、上記橋梁部４４，４４は、上記
赤外線受光部４１を支持する必要がないため、熱コンダ
クタンスが小さくなるように、半導体製造技術において
可能な細さ（例えば、１．０μｍ程度）に設計され、し
かも、その長さも長くなっている（図７に示す例では、
一辺４０μｍの赤外線受光部４１の二辺に沿った長さ
で、約８０μｍ）。

【００４５】尚、上記構成の熱型赤外線センサ４０の製
造方法は、上記した第１の実施形態の熱型赤外線センサ
２０の製造方法と、脚部４５の形状のみが異なるもので
あって（図３（ａ）におけるマスク３８のパターンのみ
が異なる）、他の工程は略同一であり、その詳細な説明
は省略する。又、熱型赤外線センサ４０における熱コン
ダクタンスＫ30は以下のような値になる。尚、ここで
は、熱型赤外線センサ４０の赤外線受光部４１が、上記
第１の実施形態の熱型赤外線センサ２０と同様に一辺が
およそ４０μｍの正方形とする。

【００４６】上記したように熱型赤外線センサ４０の赤
外線受光部４１はレジストからなる唯１つの脚部４５に
よって支えられている。一辺が４０μｍ程度の赤外線受
光部４１を支持するのであれば、脚部４５は、直径が
４．０μｍ程度、高さが２．０μｍ程度の円柱とするこ
とができる。この場合、１つの脚部４５の熱コンダクタ
ンスＫ31は、レジストの熱伝導率を１．０×１０^-3［Ｗ
／cm・Ｋ］とすると、次式（８）によって得られる。

【００４７】 Ｋ31＝１．０×１０^-3｛π×(２．０×１０^-4)²／２×１０^-4｝ ＝６．３×１０^-7［Ｗ／Ｋ］ …（８） 又、橋梁部４４の一辺当りの熱コンダクタンスＫ32は、
第１の実施形態の熱コンダクタンスＫ22と同じ値（１．
８×１０^-7［Ｗ／Ｋ］）となる。従って、橋梁部４４の
１本当りの熱コンダクタンスＫ33は、Ｋ32の半分の値
（０．９×１０^-7［Ｗ／Ｋ］）となる。

【００４８】而して、脚部４５を用いて赤外線受光部４
１を支持した場合の（図７に示す熱型赤外線センサ４
０）当該赤外線受光部４１と半導体基板１との間の熱コ
ンダクタンスＫ３は、次式（９）によって得られる。 Ｋ３＝Ｋ31＋２Ｋ33 ＝８．１×１０^-7［Ｗ／Ｋ］ …（９） このように１つの脚部４５を用いた場合の熱コンダクタ
ンスＫ３は、赤外線受光部１１，４１が略同じ大きさ
（一辺が４０μｍ）の従来の熱型赤外線センサ１０の熱
コンダクタンスＫ１の、およそ１／４となる。

【００４９】以上のように、熱型赤外線センサ４０で
は、赤外線受光部４１が、当該脚部４５で支えられてい
るために、橋梁部４４，４４は、従来のようにその強度
を強くする必要がなくなり、その断面積を小さくし、し
かも半導体基板１上のレイアウトパターンが許す限りに
おいて長くできるので、橋梁部４４，４４に係る上記熱
コンダクタンスＫ33を著しく低減することができる。

【００５０】そして、赤外線受光部４１と半導体基板１
との間に脚部４５を配置することにより増加する熱コン
ダクタンスと、橋梁部４４，４４の断面積を小さくし、
且つ、長くすることによって低減される熱コンダクタン
スとを比較した場合、前者に対して後者を著しく大きく
できるために、熱型赤外線センサ４０全体の熱コンダク
タンスＫ３を大幅に低減できる。

【００５１】図８は、図７の円柱状の脚部４５に代え
て、断面が十字状の脚部４６（図８（ａ））、中空の脚
部４７（図８（ｂ））、断面がＣ型の脚部４８（図８
（ｃ））、断面が長方形の脚部４９（図８（ｄ））を用
いて赤外線受光部４１を支持する変形例を示す説明図で
ある。このような脚部４６，４７，４８，４９によれ
ば、その断面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４をより小さくし
て当該脚部４６，４７，４８，４９の熱コンダクタンス
を更に小さくして、赤外線受光部４１と半導体基板１と
の間の断熱効果を更に向上させることができ、熱型赤外
線センサ４０の感度が更に向上する。

【００５２】尚、これらの脚部４６，４７，４８，４９
は、第１の実施形態の第１，第２の脚部２５，…，２７
と置換して使用できるのは、勿論である。尚、この第２
の実施形態では脚部４５，４６，４７，４８，４９を、
熱伝導率の小さいレジストで形成した例を示したが、他
の熱伝導率の小さい材質、例えば、ポリイミド樹脂、エ
ナメル、セルロイド等の有機物質にて、これを形成して
もよい。

【００５３】尚、熱型赤外線センサ４０の赤外線受光部
４１の構造に関しては、例示した構造に限るものでな
く、他のマイクロブリッジ構造の熱型赤外線センサに、
本発明を適用できるのは、勿論である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、橋梁部は赤外線受光部を支持する必要がなくな
るため、絶縁性脚部による熱コンダクタンスの上昇分と
橋梁部の熱コンダクタンスの低下分とを調整して、全体
として、熱型赤外線センサの熱コンダクタンスを低下さ
せて、センサ感度の向上が図れる。この場合、絶縁性脚
部はその横断面が、赤外線受光部を支持するに必要な最
小の大きさに決定すれば、熱コンダクタンスの上昇が最
小限に抑えられ、センサ感度の向上が図れる。又、橋梁
部は、赤外線受光部を支持する必要がないため、配線と
しての機能があればよく、従って、その断面積を小さく
且つ長さを長くして、熱コンダクタンスを低下させれ
ば、センサ感度の更なる向上が図れる。又、橋梁部をも
絶縁性脚部によって支持するのであれば、橋梁部の全長
を更に長くでき、この橋梁部の熱コンダクタンスを更に
低下させて、更なるセンサ感度の向上が図れる。

【００５５】又、請求項２の発明によれば、絶縁性脚部
の熱コンダクタンスが下がり、センサ感度の向上が図れ
る。又、請求項３の発明によれば、半導体製造技術で一
般的に用いられる材料で、絶縁性脚部が容易に形成でき
る。又、請求項４の発明によれば、赤外線受光部を支持
する強固さが要求されないため、橋梁部はその表面を絶
縁するだけで、簡単に作製できる。

【００５６】又、請求項５の発明によれば、容易に橋梁
部の保護膜を形成できる。又、請求項６の発明によれ
ば、一般的に用いられている半導体製造装置で、センサ
感度の高い熱型赤外線センサを容易に作製することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の熱型赤外線センサ２０を示す
斜視図である。

【図２】熱型赤外線センサ２０の橋梁部２４の構造を示
す斜視図である。

【図３】熱型赤外線センサ２０の製造工程を示す断面図
である。

【図４】熱型赤外線センサ２０の製造工程を示す断面図
である。

【図５】熱コンダクタンスＫ２の算出のための熱型赤外
線センサ２０の模式図である。

【図６】熱型赤外線センサ２０の橋梁部２４，２４の形
状及び脚部２５，２５，２６，２６，２７，２７の配置
を異ならせた変形例を示す説明図である。

【図７】第２の実施形態の熱型赤外線センサ４０を示す
斜視図である。

【図８】熱型赤外線センサ４０の脚部の形状を異ならせ
た変形例を示す説明図である。

【図９】従来の熱型赤外線センサ１０を示す斜視図であ
る。

【図１０】従来の熱型赤外線センサ１０の橋梁部１４の
構造を示す斜視図である。

【図１１】熱コンダクタンスＫ１の算出のための従来の
熱型赤外線センサ１０の模式図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 １Ａ 電極 ２０，４０ 熱型赤外線センサ ２１，４１ 赤外線受光部 ２４，４４ 橋梁部 ２４Ａ 配線層 ２４Ｂ 保護膜（絶縁膜） ２５，２６ 第１の脚部（絶縁性脚部） ２７ 第２の脚部（絶縁性脚部） ３１ レジスト ３２ 酸化シリコン膜（充填体） ３３ チタン膜 ３４ 窒化シリコン膜 ４５，４６，４７，４８，４９ 脚部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に、入射した赤外線を熱エ
   ネルギーに変換し、該変換された熱エネルギーの大きさ
   に応じて変化する物性値を電気的に読み出すための赤外
   線受光部と、 上記赤外線受光部と半導体基板とを電気的に接続する配
   線が設けられた橋梁部と、 上記赤外線受光部又は上記橋梁部の少なくとも一方を支
   持する絶縁性脚部とを備えていることを特徴とする熱型
   赤外線センサ。
2. 【請求項２】 上記絶縁性脚部は、有機物質にて形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の熱型赤外線
   センサ。
3. 【請求項３】 上記絶縁性脚部は、レジスト、ポリイミ
   ド樹脂、エナメル、セルロイドの何れかによって形成さ
   れていることを特徴とする請求項２に記載の熱型赤外線
   センサ。
4. 【請求項４】 上記橋梁部は、少なくとも配線層と絶縁
   層を含む２層構造若しくはそれ以上の多層構造をなして
   いることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに
   記載の熱型赤外線センサ。
5. 【請求項５】 上記絶縁層は、窒化シリコン膜で構成さ
   れていることを特徴とする請求項４に記載の熱型赤外線
   センサ。
6. 【請求項６】 半導体基板上に絶縁膜を形成し、 該絶縁膜を上記絶縁性脚部の形状に合わせてエッチング
   し、 これに上記絶縁性脚部と、エッチング時の選択性が確保
   できる充填体を堆積させ、 該充填体を選択的にエッチングし、 その上面に少なくとも上記赤外線受光部若しくは橋梁部
   を構成する導電膜又は半導体膜を形成し、 これら導電膜又は半導体膜を当該赤外線受光部若しくは
   橋梁部の形状に合わせてエッチングし、 その後、上記充填体を除去して、 請求項１から請求項５の何れかに記載の熱型赤外線セン
   サを形成することを特徴とする熱型赤外線センサの製造
   方法。