WO2024105713A1 - 熱型赤外線検出器及びその製造方法 - Google Patents

熱型赤外線検出器及びその製造方法 Download PDF

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WO2024105713A1
WO2024105713A1 PCT/JP2022/042158 JP2022042158W WO2024105713A1 WO 2024105713 A1 WO2024105713 A1 WO 2024105713A1 JP 2022042158 W JP2022042158 W JP 2022042158W WO 2024105713 A1 WO2024105713 A1 WO 2024105713A1
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WO
WIPO (PCT)
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infrared
peripheral circuit
absorbing film
substrate
infrared detector
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/042158
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English (en)
French (fr)
Inventor
暁 小林
賢治 新谷
大介 藤澤
倫宏 前川
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects

Definitions

  • This disclosure relates to a thermal infrared detector and a method for manufacturing the same.
  • Infrared detectors that detect infrared rays can be broadly divided into thermal infrared detectors, which use the temperature change caused by absorbing the thermal energy of infrared rays, and quantum infrared detectors, which use carrier excitation caused by absorbing infrared rays, based on their operating principle.
  • Quantum infrared detectors have a low operating temperature, and the elements used themselves need to be cooled to around -200°C using a refrigerator. This not only makes the structure of quantum infrared detectors complex, but also requires maintenance of the refrigerator. As a result, quantum infrared detectors have the drawbacks of being expensive to manufacture and difficult to handle.
  • Thermal infrared detectors can operate at room temperature and do not require a refrigerator. Furthermore, the infrared detection section with a temperature sensor and the signal readout circuit can be formed simultaneously on a semiconductor manufacturing line. For this reason, thermal infrared detectors can be made smaller and less expensive than quantum type detectors. Therefore, thermal infrared detectors are mainstream in the consumer sector, such as for security and in-vehicle use.
  • the lens material is being changed from expensive glass materials such as germanium (Ge) that have been used in the past to low-cost glass materials such as silicon (Si) or chalcogenide glass.
  • the optical system is being simplified by reducing the number of lenses.
  • the amount of glass material used is being reduced by shortening the pixel pitch to reduce the image circle and the lens diameter.
  • the above-mentioned cost reduction techniques are in a trade-off relationship with the imaging performance of the optical system. For this reason, when the above-mentioned cost reduction techniques are used, there is a risk of increased focus deviation and increased stray light. In particular, if stray light that enters the peripheral circuit is multiple-scattered between the sealing window and the sealing portion and enters the infrared detection portion, there is a problem in that the detection accuracy of infrared temperature changes decreases.
  • Patent document 1 discloses technology to suppress stray light.
  • the stray light suppression technology disclosed in Patent Document 1 absorbs stray light using a light absorbing film.
  • this stray light suppression technology has the problem that it cannot properly dispose of the heat of the absorbed stray light.
  • the present disclosure has been made to solve the problems described above, and aims to provide a thermal infrared detector that can dissipate the heat of absorbed stray light to a component with a large thermal capacity.
  • the thermal infrared detector disclosed herein comprises an infrared detection unit provided on the surface of a substrate and having an element that converts temperature changes caused by incident infrared rays into an electrical signal; a peripheral circuit provided on the surface of the substrate to surround the infrared detection unit and read out the electrical signal from the element; a sealing unit provided in the peripheral circuit to surround the infrared detection unit; a sealing window provided in the sealing unit and forming, together with the substrate, the peripheral circuit, and the sealing unit, a sealed internal space that houses the infrared detection unit; an infrared absorbing film that covers at least the surface of the inner part of the sealing unit among the surfaces of the peripheral circuit; and waste heat wiring provided inside the peripheral circuit and thermally connecting the substrate and the infrared absorbing film.
  • the heat of absorbed stray light can be discharged to a substrate with a large heat capacity.
  • FIG. 1 is a plan view of a thermal infrared detector according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 5A to 5C are cross-sectional views showing a method for manufacturing a thermal infrared detector.
  • 3B is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the thermal infrared detector subsequent to FIG. 3A.
  • 3C is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the thermal infrared detector, subsequent to FIG. 3B.
  • 3D is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the thermal infrared detector, subsequent to FIG. 3C. 3D , which is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the thermal infrared detector.
  • FIG. 1 is a plan view of a thermal infrared detector according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 5A to 5C are cross-sectional views
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a thermal infrared detector according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a thermal infrared detector according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a thermal infrared detector according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a thermal infrared detector according to a fifth embodiment. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. 7 .
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a thermal infrared detector according to a sixth embodiment.
  • Embodiment 1 A thermal infrared detector 100 according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3A to 3E.
  • Fig. 1 is a plan view of the thermal infrared detector 100 according to the first embodiment.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in Fig. 1. Note that Fig. 1 shows a plan view without the sealing window 15 shown in Fig. 2.
  • the thermal infrared detector 100 shown in Figures 1 and 2 includes a substrate 11, an infrared detection section 12, a peripheral circuit 13, a sealing section 14, a sealing window 15, an infrared absorbing film 16, and a waste heat wiring 17.
  • the arrow IR in Figure 1 indicates the direction of incidence of infrared rays.
  • the infrared detection units 12 are arranged in an array at equal intervals on the mounting surface of the substrate 11.
  • the infrared detection units 12 convert the absorbed infrared rays into heat, and convert the temperature change caused by the converted heat into an electrical signal for output.
  • the peripheral circuit 13 is arranged on the substrate 11 so as to surround the multiple infrared detection units 12 arranged in an array.
  • the peripheral circuit 13 is formed in a rectangular frame shape, and surrounds the periphery of the multiple infrared detection units 12 arranged in an array in a rectangular shape.
  • the rectangular inner space surrounded by the peripheral circuit 13 becomes the infrared detection area (pixel area) 18.
  • the peripheral circuit 13 then reads out the electrical signals output from the individual infrared detection units 12 via a readout circuit on the substrate 11.
  • the peripheral circuit 13 also has a number of electrode pads 13a. These electrode pads 13a are provided on the upper surface of the peripheral circuit 13, and are arranged outside the sealing section 14 and sealing window 15 described below. In other words, the peripheral circuit 13 reads out the electrical signal output from the infrared detection section 12 from the readout circuit of the substrate 11, and outputs the read electrical signal to the outside of the detector via the electrode pads 13a.
  • the sealing portion 14 is provided in a sealed manner on the upper surface of the peripheral circuit 13.
  • the sealing portion 14 is a sealing frame formed in a rectangular frame shape. Therefore, on the upper surface of the peripheral circuit 13, the sealing portion 14 surrounds the internal space of the peripheral circuit 13, in other words, the periphery of the infrared detection area 18, in a rectangular shape.
  • the sealing window 15 is also provided so as to be sealed against the upper surface of the sealing portion 14.
  • the sealing window 15 is formed in a flat rectangular shape.
  • the size of the sealing portion 14 and the size of the sealing window 15 are the same. Therefore, the space surrounded by the surface of the substrate 11, the inner and upper surfaces of the peripheral circuit 13, the inner surface of the sealing portion 14, and the back surface of the sealing window 15 is sealed. In other words, all of the infrared detection units 12 are arranged within a sealed space.
  • the infrared absorbing film 16 absorbs infrared rays that become stray light.
  • the infrared absorbing film 16 is provided on at least the surface of the inner part of the sealing part 14 among the surfaces of the peripheral circuit 13.
  • Figures 1 and 2 show an example in which the infrared absorbing film 16 is provided so as to cover the entire surface of the inner part of the sealing part 14.
  • the waste heat wiring 17 is provided inside the peripheral circuit 13. This waste heat wiring 17 thermally connects the substrate 11 and the infrared absorbing film 16. Therefore, the waste heat wiring 17 can transmit the heat of the infrared rays (stray light) absorbed by the infrared absorbing film 16 to the substrate 11. It is sufficient to provide at least one waste heat wiring 17.
  • Figure 1 shows an example in which multiple waste heat wirings 17 are provided.
  • the infrared rays sent to the thermal infrared detector 100 usually pass through the sealing window 15 and enter the infrared detection section 12, which outputs an electrical signal according to the temperature change of the heat of the incident infrared rays.
  • infrared rays sent to the thermal infrared detector pass through the sealing window 15 but are not input to the infrared detection unit 12, and instead are incident on the surface of the peripheral circuit 13 inside the sealing unit 14.
  • infrared rays that are incident on the surface of the peripheral circuit may, for example, be reflected off that surface and scattered on the inner surface of the sealing unit, or on the front and back surfaces of the sealing window, or on these surfaces, before being incident on the infrared detection unit 12.
  • the thermal infrared detector may experience a decrease in the accuracy of detecting temperature changes in infrared rays.
  • Thermal infrared detector 100 has an infrared absorbing film 16 provided on the inner part of the sealing portion 14 on the surface of the peripheral circuit 13, where stray light may be incident. Therefore, the infrared absorbing film 16 can absorb the heat of the stray light. As a result, the thermal infrared detector 100 can suppress a decrease in detection accuracy due to stray light.
  • the heat of the stray light absorbed by the infrared absorbing film 16 is discharged to the substrate 11 via the waste heat wiring 17.
  • the substrate 11 acts as a heat sink with a large thermal capacity, and is therefore able to instantly absorb the heat of the stray light.
  • This allows the thermal infrared detector 100 to reduce thermal noise caused by the heat of the stray light.
  • the thermal infrared detector 100 also prevents the light-absorbing points of the infrared absorbing film 16 that have absorbed the stray light from becoming new heat sources.
  • Figures 3A to 3D are cross-sectional views showing the right half portion during the manufacturing process of the thermal infrared detector 100, and in the omitted left half portion, the same configuration as the right half portion is arranged in line symmetry.
  • an opening is formed by dry etching at a predetermined position for each unit pixel in a substrate 11 such as a Si substrate or an SOI substrate. Furthermore, an insulating film 102 that becomes a SiO2 film is formed on the surface of the substrate 11 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like, thereby forming a trench structure 101 that can be electrically connected to the peripheral circuit 13 region.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • SiO2 film is given as a material used for the trench structure 101 and the insulating film 102.
  • the materials are not limited to SiO2 film.
  • the infrared detection unit 12 uses an element 103 that converts the detected heat into an electrical signal due to a change in voltage value.
  • This element 103 is, for example, a semiconductor element having temperature characteristics such as a diode, a metal film element, or the like. When multiple elements 103 are used, they are electrically connected to each other by connection wiring 104.
  • the waste heat wiring 17 is formed at the same time as the peripheral circuit 13.
  • the material for this waste heat wiring 17 may be any material with high thermal conductivity, such as Al, Cu, Co and their compounds, TiN, Ti, Pt compounds, WSi, etc., but it does not have to be a conductor and is not limited to these.
  • Al, Cu, and their compound materials are materials used for multi-layer wiring of circuits, so the waste heat wiring 17 can be formed at the same time as the circuit wiring is formed. This reduces the manufacturing cost of the waste heat wiring 17.
  • the waste heat wiring 17 may be made of multiple materials as long as they are thermally connectable.
  • the waste heat wiring 17 is formed by CVD or PVD (Physical Vapor Deposition) and is formed so as to be thermally connected to the infrared absorbing film 16 in the sealing portion 14 described below using photolithography and etching techniques. At this time, it is preferable that the waste heat wiring 17 that is thermally connected to the infrared absorbing film 16 is arranged along at least one side of the infrared detection area 18 shown in FIG. 1.
  • the waste heat wiring 17 may also serve as a ground line. In this manufacturing process, the substrate 11 and the waste heat wiring 17 are connected.
  • the heat-insulating support legs 105 have metal wiring for reading out an electrical signal from the infrared detection unit 12.
  • the heat-insulating support legs 105 are preferably made of TiN, Ti, a Co compound, a Pt compound, WSi, or a laminated structure thereof.
  • wiring 106 made of Al and its compounds is formed on the trench structure 101. Furthermore, an insulating film made of a SiO2 film, a SiN film, or the like is formed on the wiring 106.
  • the insulating film is processed into the desired shape using general photolithography and etching techniques.
  • the infrared detection unit 12 is connected to the wiring 106 via a number of heat-insulating support legs 105.
  • the wiring 106 is also connected to the peripheral circuitry 13.
  • an infrared absorbing film 16 made of a nitride, oxide, or the like is formed on the surface of the peripheral circuit 13 by a CVD method, a PVD method, or the like.
  • materials for the infrared absorbing film 16 include SiN, TiN, TiO, VN, VO, CoO, CrO, NiO, and the like, and they may be used in a multi-layered film to increase the infrared absorption rate.
  • a thin SiO2 film or the like may be provided on the infrared absorbing film 16 in a thickness range that does not cause thermal insulation.
  • the substrate 11 is etched using an etching gas with a high etching selectivity ratio, such as Si and SiO2. As a result, the substrate 11 is hollow and insulated against the infrared detection unit 12 and the insulating support leg 105.
  • an etching gas with a high etching selectivity ratio such as Si and SiO2.
  • FIG. 3E is a simplified cross-sectional view of the entire thermal infrared detector 100 after this manufacturing process.
  • the infrared detection unit 12 is vacuum sealed.
  • a sealing unit 14 made of a metal multilayer film is formed on the surface of the peripheral circuit 13.
  • This sealing unit 14 is made of a metal multilayer film made of, for example, Au, Ni, and Cr.
  • the metal multilayer film is formed using plating, PVD, or the like.
  • a metal multilayer film made of, for example, Au, Ni, and Cr is formed on the outer periphery of the lower surface of the sealing window 15.
  • the sealing window 15 is usually set to be larger than the imaging range of the optical system, but a reflective film made of Au, Ni, or Cr may be provided outside the imaging range of the sealing window 15. In this case, photolithography and etching techniques are used to form the metal multilayer film so that it remains only outside the imaging range.
  • Materials used for the sealing window 15 include Si, Ge, and chalcogenide glass.
  • solder paste (not shown) is applied onto the sealing portion 14, and the applied solder paste is superimposed on the metal multilayer film of the sealing window 15.
  • the sealing window 15 with the sealing portion 14 is heated in a vacuum chamber equipped with an upper heater and a lower heater. This causes the solder paste to melt, and the sealing portion 14 and the sealing window 15 are joined and fixed.
  • the thermal infrared detector 100 includes an infrared detection unit 12 provided on the surface of the substrate 11 and having an element 103 that converts a temperature change caused by the incidence of infrared rays into an electrical signal, a peripheral circuit 13 provided on the surface of the substrate 11 so as to surround the infrared detection unit 12 and read out an electrical signal from the element 103, a sealing portion 14 provided in the peripheral circuit 13 so as to surround the infrared detection unit 12, a sealing window 15 provided in the sealing portion 14 and forming a sealed internal space that houses the infrared detection unit 12 together with the substrate 11, the peripheral circuit 13, and the sealing portion 14, an infrared absorbing film 16 that covers at least the surface of the inner part of the sealing portion 14 among the surfaces of the peripheral circuit 13, and a waste heat wiring 17 provided inside the peripheral circuit 13 and thermally connecting the substrate 11 and the infrared absorbing film 16. Therefore, the thermal infrared detector 100 can discharge the heat of the absorbed stray light to the substrate 11,
  • the thermal infrared detector 100 the infrared absorbing film 16 provided on the surface of the peripheral circuit 13 is electrically connected to the ground line provided in the peripheral circuit 13. Therefore, the thermal infrared detector 100 can suppress a decrease in the operating speed of the peripheral circuit 13 due to an increase in electrical capacitance.
  • the thermal infrared detector 100 the infrared absorbing film 16 provided on the surface of the peripheral circuit 13 is provided so as to avoid the electrical wiring of the peripheral circuit 13. Therefore, the thermal infrared detector 100 can suppress a decrease in the operating speed of the peripheral circuit 13 due to an increase in electrical capacitance.
  • the elements 103 are multiple diodes connected in series. This makes the thermal infrared detector 100 applicable to diode types.
  • the infrared absorbing film 16 is made of the same material as the connection wiring 104 between the diodes. Therefore, the thermal infrared detector 100 can reduce the manufacturing costs of the element 103.
  • the infrared absorbing film 16 is a silicon nitride film. Therefore, the thermal infrared detector 100 can reduce the manufacturing cost of the infrared absorbing film 16 because the silicon nitride film is a material used in the semiconductor manufacturing process.
  • the infrared absorbing film 16 is an oxidized or nitrided metal film. Therefore, the thermal infrared detector 100 can reduce the manufacturing cost of the infrared absorbing film 16 because the metal film is a material used in the semiconductor manufacturing process.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the thermal infrared detector 200 according to the second embodiment. Note that components having the same functions as those described in the above-mentioned embodiments are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the thermal infrared detector 200 according to the second embodiment has a structure in which waste heat wiring 27 is added to the structure of the thermal infrared detector 100 according to the first embodiment. That is, the thermal infrared detector 200 according to the second embodiment has waste heat wiring 17, 27.
  • the waste heat wiring 17, 27 is provided inside the peripheral circuit 13. Note that while FIG. 4 shows an example in which the thermal infrared detector 200 has waste heat wiring 17, 27, the thermal infrared detector 200 may have only the waste heat wiring 27 out of the waste heat wiring 17, 27.
  • the waste heat wiring 27 thermally connects the substrate 11 and the infrared absorbing film 16. At this time, the waste heat wiring 27 is arranged so as to cross the sealing portion 14. That is, one end (inner end) of the waste heat wiring 27 is arranged inside the sealing portion 14 and is thermally connected to the infrared absorbing film 16. On the other hand, the other end (outer end) of the waste heat wiring 27 is arranged outside the sealing portion 14 and is thermally connected to the substrate 11.
  • the waste heat wiring 27 can discharge the heat of stray light absorbed by the infrared absorbing film 16 to the outside of the infrared detection area 18.
  • the thermal infrared detector 200 can further reduce thermal noise caused by the heat of stray light.
  • the waste heat wiring 27 is formed by photolithography and etching techniques during the formation of the peripheral circuit 13 in the manufacturing process of FIG. 3A, so as to cross the sealing portion 14 between its inside and outside.
  • one end of the waste heat wiring 27 is thermally connected to the infrared absorbing film 16 inside the sealing portion 14, and the other end of the waste heat wiring 27 is thermally connected to the substrate 11 outside the sealing portion 14. Therefore, the thermal infrared detector 200 can discharge the heat of stray light absorbed by the infrared absorbing film 16 to the outside of the infrared detection area 18.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the thermal infrared detector 300 according to the third embodiment. Note that components having the same functions as those described in the above-mentioned embodiments are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the thermal infrared detector 300 has a structure including an infrared absorbing film 36 instead of the infrared absorbing film 16 and waste heat wiring 17 of the thermal infrared detector 100 according to the first embodiment.
  • the infrared absorbing film 36 absorbs infrared rays that become stray light.
  • This infrared absorbing film 36 is provided so as to cover the surface of the peripheral circuit 13, but its outer periphery is sandwiched between the substrate 11 and the sealing portion 14. Therefore, the infrared absorbing film 36 is thermally connected to the sealing window 15 via the sealing portion 14.
  • the infrared absorbing film 36 can release the heat of the absorbed stray light to the sealing window 15 via the sealing portion 14.
  • the sealing window 15 acts as a heat sink with a large thermal capacity, so it can instantly absorb the heat of the stray light.
  • the infrared absorbing film 36 is formed so as to remain on the sealing portion 14 by photolithography during the manufacturing process shown in Figures 3D and 3E.
  • the thermal infrared detector 300 includes an infrared detection unit 12 provided on the surface of the substrate 11 and having an element 103 that converts a temperature change caused by the incidence of infrared rays into an electrical signal, a peripheral circuit 13 provided on the surface of the substrate 11 so as to surround the infrared detection unit 12 and to read out an electrical signal from the element 103, a sealing unit 14 provided in the peripheral circuit 13 so as to surround the infrared detection unit 12, a sealing window 15 provided in the sealing unit 14 and forming a sealed internal space that houses the infrared detection unit 12 together with the substrate 11, the peripheral circuit 13, and the sealing unit 14, and an infrared absorbing film 36 that covers at least the surface of the inner part of the sealing unit 14 among the surfaces of the peripheral circuit 13 and thermally connects to the sealing unit 14. Therefore, the thermal infrared detector 300 can discharge the heat of the absorbed stray light to the sealing window 15, which has a large heat capacity.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the thermal infrared detector 400 according to the fourth embodiment. Note that components having the same functions as those described in the above-mentioned embodiments are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the thermal infrared detector 400 according to the fourth embodiment has a structure in which waste heat wiring 17, 47 is added to the structure of the thermal infrared detector 300 according to the third embodiment. Note that while FIG. 6 shows an example in which the thermal infrared detector 400 has waste heat wiring 17, 47, the thermal infrared detector 400 may have only the waste heat wiring 47 out of the waste heat wiring 17, 47. Furthermore, the thermal infrared detector 400 may have waste heat wiring 27 in addition to the waste heat wiring 17, 47.
  • the waste heat wiring 47 thermally connects the substrate 11 and the infrared absorbing film 36. At this time, the waste heat wiring 47 is arranged so as to cross the sealing portion 14.
  • the waste heat wiring 47 also has three ends 47a, 47b, and 47c.
  • the first end (inner end) 47a is arranged inside the sealing portion 14 and is thermally connected to the infrared absorbing film 36.
  • the second end (center end) 47b is arranged at a position corresponding to the sealing portion 14, and the sealing portion 14 is thermally connected to the sealing window 15 via the infrared absorbing film 36 and the sealing portion 14.
  • the third end (outer end) 47c is arranged outside the sealing portion 14 and is thermally connected to the substrate 11.
  • the waste heat wiring 47 can transmit the heat of stray light absorbed by the infrared absorbing film 36 from end 47a to end 47b, and from end 47a to end 47c. Therefore, the waste heat wiring 47 can discharge the heat of stray light via the infrared absorbing film 36 and the sealing portion 14 to the sealing window 15, which has a large heat capacity. In addition, the waste heat wiring 47 can discharge the heat of stray light to the substrate 11, which has a large heat capacity. As a result, the waste heat wiring 47 can quickly discharge the heat of stray light absorbed by the infrared absorbing film 36.
  • the waste heat wiring 47 is formed by film formation technology, photolithography technology, and etching technology so as to be thermally connected to the substrate 11 and the sealing portion 14.
  • the waste heat wiring 47 is formed by photolithography technology so that the infrared absorbing film 16 remains on the sealing portion 14.
  • the thermal infrared detector 400 includes the waste heat wiring 47 provided inside the peripheral circuit 13.
  • the waste heat wiring 47 is thermally connected to the infrared absorbing film 36 inside the sealing portion 14, is thermally connected to the infrared absorbing film 36 at a portion that is thermally connected to the sealing portion 14, and is thermally connected to the substrate 11 outside the sealing portion 14. Therefore, the thermal infrared detector 400 can discharge the heat of the absorbed stray light to the substrate 11 and the sealing window 15, which have a large heat capacity.
  • FIG. 7 is a plan view of the thermal infrared detector 500 according to the fifth embodiment.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in Fig. 7. Note that components having the same functions as those described in the above-mentioned embodiments are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the thermal infrared detector 500 according to the fifth embodiment has a structure in which an anti-reflection film 59 is added to the structure of the thermal infrared detector 400 according to the fourth embodiment.
  • the anti-reflection film 59 suppresses the reflection of infrared rays that become stray light.
  • This anti-reflection film 59 is provided on the surface of the infrared absorbing film 36 provided on the surface of the peripheral circuit 13.
  • the anti-reflection film 59 is provided so as to cover the inner part of the sealing portion 14 on the surface of the infrared absorbing film 36.
  • the anti-reflection film 59 is formed of, for example, ZnS, MgO, MgF2, or a multi-layer film containing these materials, but is not limited to this.
  • the anti-reflection film 59 may be made of a material whose refractive index in the 8 to 14 ⁇ m infrared band is smaller than that of the infrared absorbing film 36.
  • the anti-reflection film 59 therefore suppresses the reflection of stray light on the surface of the infrared absorbing film 36. This improves the absorption rate of stray light in the infrared absorbing film 36.
  • the anti-reflection film 59 is formed into the desired shape by film formation technology, photolithography technology, and etching technology.
  • the thermal infrared detector 500 includes an anti-reflection film 59 provided on the surface of the infrared absorbing film 36. Therefore, the thermal infrared detector 500 can improve the absorption rate of stray light in the infrared absorbing film 36.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the thermal infrared detector 600 according to the sixth embodiment. Note that components having the same functions as those described in the above-mentioned embodiments are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the thermal infrared detector 600 according to the sixth embodiment has a structure in which an infrared absorbing film 66 is added to the structure of the thermal infrared detector 400 according to the fourth embodiment.
  • the infrared absorbing film 66 is provided on the surface of the infrared detection unit 12.
  • This infrared absorbing film 66 is made of the same material as the infrared absorbing film 36 provided on the surface of the peripheral circuit 13. Therefore, the infrared detection unit 12 has an increased infrared absorptivity, improving its temperature sensitivity. As a result, the infrared detection unit 12 has improved temperature resolution.
  • the infrared absorbing film 66 is formed when the infrared absorbing film 16 remains on the surface of the infrared detection section 12 during the manufacturing process shown in FIG. 3C when the infrared absorbing film 16 is formed using photolithography and etching techniques.
  • the thermal infrared detector 600 can increase the infrared absorptivity of the infrared detection section 12 and improve its temperature sensitivity. As a result, the thermal infrared detector 600 can improve the temperature resolution of the infrared detection section 12.
  • the thermal infrared detector disclosed herein is equipped with waste heat wiring that thermally connects the substrate and the infrared absorbing film, so the heat of the absorbed stray light can be discharged to the substrate, which has a large heat capacity, making it suitable for use in thermal infrared detectors, etc.

Landscapes

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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

熱型赤外線検出器（１００）は、基板（１１）の表面に設けられ、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する素子（１０３）を有する赤外線検出部（１２）と、基板（１１）の表面において赤外線検出部（１２）を取り囲むように設けられ、素子（１０３）から電気信号を読み出す周辺回路（１３）と、周辺回路（１３）において、赤外線検出部（１２）を取り囲むように設けられる封止部（１４）と、封止部（１４）に設けられ、基板（１１）、周辺回路（１３）、及び、封止部（１４）と共に、赤外線検出部（１２）を収容する密閉状態の内部空間を形成する封止窓（１５）と、周辺回路（１３）の表面のうち、少なくとも封止部（１４）の内側部分の表面を覆う赤外線吸収膜（１６）と、周辺回路（１３）の内部に設けられ、基板（１１）と赤外線吸収膜（１６）との間を熱的に接続する廃熱配線（１７）とを備える。

Description

熱型赤外線検出器及びその製造方法
　本開示は、熱型赤外線検出器及びその製造方法に関する。
　赤外線を検出する赤外線検出器は、その動作原理により、赤外線の熱エネルギー吸収による温度変化を利用する熱型赤外線検出器と、赤外線の吸収によって生じるキャリア励起を利用する量子型赤外線検出器とに大きく分けられる。
　量子型赤外線検出器は、動作温度が低く、使用する素子自体を冷凍機を用いてマイナス２００℃前後に冷却する必要がある。このため、量子型赤外線検出器は、その構造が複雑になるだけでなく、冷凍機のメンテナンスも必要となる。この結果、量子型赤外線検出器は、製造コストが高く、且つ、取り扱いづらいという難点がある。
　熱型赤外線検出器は、常温動作が可能であり、冷凍機を使用しない。また、熱型赤外線検出器は、温度センサを有する赤外線検出部と、信号読み出し回路とを、半導体製造ラインで同時に形成することができる。このため、熱型赤外線検出器は、量子型のそれと比べて、小型化及び低価格化を図ることができる。従って、セキュリティー用及び車載用等の民生分野においては、熱型赤外線検出器が主流となっている。
　また、熱型赤外線検出器においては、高価になりがちな光学系の低コスト化が進められている。具体的には、レンズの材質を、従来から使用されていたゲルマニウム（Ｇｅ）のような高価格な硝材から、ケイ素（Ｓｉ）又はカルコゲナイドガラスのような低価格な硝材に変更する。また、レンズの枚数を減らすことで、光学系の簡素化を図る。更に、画素ピッチの短縮化によって、イメージサークルを小さくして、レンズ径を小さくすることで、硝材の使用量を減らす。
　しかしながら、上述した低コスト化手法は、光学系の結像性との間で、トレードオフの関係にある。このため、上述した低コスト化手法を用いた場合、焦点ずれの増加、及び、迷光の増加を招くおそれがある。特に、周辺回路に入射した迷光が、封止窓と封止部との間で多重散乱して、赤外線検出部に入射してしまうと、赤外線の温度変化の検出精度が低下するという問題が発生する。
　特許文献１には、迷光を抑制する技術が開示されている。
特開２０１０２３８７２６号公報
　特許文献１に開示される迷光抑制技術は、迷光を光吸収膜によって吸収するものである。しかしながら、その迷光抑制技術は、吸収した迷光の熱を適切に処理することができないという問題を有している。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、吸収した迷光の熱を、熱容量が大きい部材に排出することができる熱型赤外線検出器を提供することを目的とする。
　本開示に係る熱型赤外線検出器は、基板の表面に設けられ、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する素子を有する赤外線検出部と、基板の表面において赤外線検出部を取り囲むように設けられ、素子から電気信号を読み出す周辺回路と、周辺回路において、赤外線検出部を取り囲むように設けられる封止部と、封止部に設けられ、基板、周辺回路、及び、封止部と共に、赤外線検出部を収容する密閉状態の内部空間を形成する封止窓と、周辺回路の表面のうち、少なくとも封止部の内側部分の表面を覆う赤外線吸収膜と、周辺回路の内部に設けられ、基板と赤外線吸収膜との間を熱的に接続する廃熱配線とを備えるものである。
　本開示によれば、吸収した迷光の熱を、熱容量が大きい基板に排出することができる。
実施の形態１に係る熱型赤外線検出器の平面図である。 図１のII－II矢視断面図である。 熱型赤外線検出器の製造方法を示す断面図である。 図３Ａに続く、熱型赤外線検出器の製造方法を示す断面図である。 図３Ｂに続く、熱型赤外線検出器の製造方法を示す断面図である。 図３Ｃに続く、熱型赤外線検出器の製造方法を示す断面図である。 図３Ｄに続く、熱型赤外線検出器の製造方法を示す断面図である。 実施の形態２に係る熱型赤外線検出器の断面図である。 実施の形態３に係る熱型赤外線検出器の断面図である。 実施の形態４に係る熱型赤外線検出器の断面図である。 実施の形態５に係る熱型赤外線検出器の平面図である。 図７のVIII－VIII矢視断面図である。 実施の形態６に係る熱型赤外線検出器の断面図である。
　以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　実施の形態１に係る熱型赤外線検出器１００について、図１、図２、及び、図３Ａから図３Ｅを用いて説明する。
　先ず、実施の形態１に係る熱型赤外線検出器１００の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る熱型赤外線検出器１００の平面図である。図２は、図１のＩ－Ｉ矢視断面図である。なお、図１は、図２に示す封止窓１５を除いた状態での平面図を示している。
　図１及び図２に示す熱型赤外線検出器１００は、この熱型赤外線検出器１００は、基板１１、赤外線検出部１２、周辺回路１３、封止部１４、封止窓１５、赤外線吸収膜１６、及び、廃熱配線１７を備えている。なお、図１に記載した矢印ＩＲは、赤外線の入射方向を示している。
　赤外線検出部１２は、基板１１の実装面となる表面上において、等ピッチ間隔でアレイ状に配置されている。この赤外線検出部１２は、吸収した赤外線を熱に変換し、その変換した熱によって生じた温度変化を電気信号に変換して出力する。
　周辺回路１３は、基板１１上において、アレイ状に配置された複数の赤外線検出部１２を取り囲むように配置されている。具体的には、周辺回路１３は、矩形枠状に形成されており、アレイ状に配置された複数の赤外線検出部１２の周囲を、矩形状に取り囲んでいる。即ち、周辺回路１３によって囲まれた、矩形の内側空間は、赤外線検出エリア（画素エリア）１８となる。そして、周辺回路１３は、個々の赤外線検出部１２から出力された電気信号を、基板１１の読み出し回路を介して、読み出す。
　また、周辺回路１３は、複数の電極パッド１３ａを有している。これらの電極パッド１３ａは、周辺回路１３の上面に設けられており、後述する封止部１４及び封止窓１５の外側に配置されている。即ち、周辺回路１３は、赤外線検出部１２から出力された電気信号を、基板１１の読み出し回路から読み出し、この読み出した電気信号を、電極パッド１３ａを介して、検出器外部に出力する。
　封止部１４は、周辺回路１３の上面に対して密閉して設けられている。封止部１４は、矩形枠状に形成されている封止枠である。このため、封止部１４は、周辺回路１３の上面において、当該周辺回路１３の内部空間、言い換えれば、赤外線検出エリア１８の周囲を、矩形状に取り囲んでいる。
　封止窓１５は、封止部１４の上面に対して密閉しても設けられている。封止窓１５は、平板矩形状に形成されている。封止部１４の大きさと封止窓１５の大きさとは、同じ大きさである。このため、基板１１の表面、周辺回路１３の内面及び上面、封止部１４の内面、封止窓１５の裏面に囲まれた空間は、密閉状態となる。即ち、全ての赤外線検出部１２は、密閉された空間内に配置されることになる。
　赤外線吸収膜１６は、迷光となる赤外線を吸収するものである。赤外線吸収膜１６は、周辺回路１３の表面のうち、少なくとも封止部１４の内側部分の表面に設けられている。図１及び図２は、赤外線吸収膜１６を、封止部１４の内側部分の表面全域を覆うように設けた例である。
　廃熱配線１７は、周辺回路１３の内部に設けられている。この廃熱配線１７は、基板１１と赤外線吸収膜１６との間を熱的に接続するものである。このため、廃熱配線１７は、赤外線吸収膜１６が吸収した赤外線（迷光）の熱を基板１１に伝えることができる。廃熱配線１７は、少なくとも１つ設けられていれば良い。図１は、廃熱配線１７を複数設けた例である。
　ここで、通常、熱型赤外線検出器１００に送られてきた赤外線は、封止窓１５を通過して、赤外線検出部１２に入射されて、その入射された赤外線の熱の温度変化に応じた電気信号が出力される。
　これに対して、熱型赤外線検出器に送られてきた赤外線の中には、封止窓１５を通過するものの、赤外線検出部１２には入力されずに、封止部１４の内側における周辺回路１３の表面に入射するものがある。このように、周辺回路の表面に入射した赤外線（以下、迷光）は、例えば、その表面を反射して、封止部の内面、又は、封止窓の表面及び裏面、或いは、それらの面に散乱した後、赤外線検出部１２に入射する場合がある。この場合、熱型赤外線検出器は、赤外線の温度変化の検出精度が低下するおそれがある。
　そこで、実施の形態１に係る熱型赤外線検出器１００は、迷光が入射するおそれがある、周辺回路１３の表面における封止部１４の内側部分に、赤外線吸収膜１６を設けている。このため、赤外線吸収膜１６は、迷光の熱を吸収することができる。この結果、熱型赤外線検出器１００は、迷光による検出精度の低下を抑えることができる。
　また、赤外線吸収膜１６に吸収された迷光の熱は、廃熱配線１７を介して、基板１１に排出される。このとき、基板１１は、熱容量が大きいヒートシンクの役割を果たすため、迷光の熱を即座に吸収することができる。このため、熱型赤外線検出器１００は、迷光の熱による熱ノイズを低減することができる。また、熱型赤外線検出器１００は、迷光を吸収した赤外線吸収膜１６の吸光箇所が、新たな熱源となることを抑制することができる。
　次に、実施の形態１に係る熱型赤外線検出器１００の製造方法について、図３Ａから図３Ｅを順に用いて説明する。なお、図３Ａから図３Ｄは、熱型赤外線検出器１００を製造する過程での右側半分部分を示す断面図であり、省略された左側半分部分には、右側半分部分の構成と同じものが、線対称に配置されている。
　先ず、図３Ａに示すように、例えば、Ｓｉ基板及びＳＯＩ基板等の基板１１において、単位画素毎の所定の位置に、ドライエッチングによって開口が形成される。更に、基板１１の表面に、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法等によって、ＳｉＯ２膜となる絶縁膜１０２を形成することで、周辺回路１３の領域と電気的に接続可能なトレンチ構造１０１が形成される。
　ここで、トレンチ構造１０１及び絶縁膜１０２に用いる材料として、ＳｉＯ２膜を挙げた。しかしながら、赤外線検出部及びＳｉ基板の絶縁が確保され、且つ、Ｓｉ基板とのエッチング選択比の高い材料であれば、それらの材料は、ＳｉＯ２膜に限定されるものではない。
　その後、基板１１の表面上のＳｉＯ２膜が、ＣＭＰ法等によって除去されて平坦化され、絶縁膜１０２が形成された後に、赤外線検出部１２及び周辺回路１３が形成される。赤外線検出部１２には、検出した熱を電圧値の変化による電気信号に変換する素子１０３が、用いられる。この素子１０３は、例えば、ダイオード等の温度特性を有する半導体素子及び金属膜素子等である。複数の素子１０３を用いる場合、それらは、接続配線１０４によって互いに電気的に接続される。
　廃熱配線１７は、周辺回路１３と同時に形成される。この廃熱配線１７の材料は、熱伝導率の高い材料であれば良く、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ及びそれらの化合物、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｐｔ化合物、ＷＳｉ等が挙げられるが、導電体である必要は無く、これに限定されるものではない。特に、Ａｌ、Ｃｕ、及び、それらの化合物材料は、回路の多層配線に用いられる材料であるため、回路配線形成時に廃熱配線１７も同時形成可能である。このため、廃熱配線１７の製造コストが低減される。
　なお、廃熱配線１７は、熱的に接続可能であれば、複数材料で形成されても構わない。廃熱配線１７は、ＣＶＤ法又はＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)法によって成膜され、写真製版技術及びエッチング技術を用いて、後述する封止部１４内において赤外線吸収膜１６と熱的に接続するように形成される。このとき、赤外線吸収膜１６と熱的に接続される廃熱配線１７は、図１に示す赤外線検出エリア１８のうち、少なくとも一辺に沿うように配置されていることが好ましい。また、廃熱配線１７は、グランド線を兼ねていても構わない。本製造工程において、基板１１と廃熱配線１７とが接続される。
　次に、図３Ｂに示すように、複数の断熱支持脚１０５が、基板１１の表面に形成される。この断熱支持脚１０５は、赤外線検出部１２から電気信号を読み出すための金属配線を有している。断熱支持脚１０５は、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｃｏ化合物、Ｐｔ化合物、ＷＳｉ、又は、これらの積層構造であることが好ましい。
　そして、トレンチ構造１０１上に、Ａｌ及びその化合物で形成される配線１０６が形成される。更に、配線１０６の上に、ＳｉＯ２膜及びＳｉＮ膜等による絶縁膜が形成される。
　続いて、一般的な写真製版技術及びエッチング技術を用いて、上記絶縁膜が所望の形状に加工される。この一連の製造工程を経て、赤外線検出部１２は、複数の断熱支持脚１０５を介して、配線１０６と接続される。また、配線１０６は、周辺回路１３と接続される。
　次に、図３Ｃに示すように、窒化物、酸化物等からなる赤外線吸収膜１６が、周辺回路１３の表面に、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法等によって形成される。赤外線吸収膜１６の材料の具体例としては、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯ、ＶＮ、ＶＯ、ＣｏＯ、ＣｒＯ、ＮｉＯ等が挙げられるが、赤外線吸収率を上げるために、それらを多層膜化して用いても構わない。
　また、後述する中空化工程において、赤外線吸収膜１６へのエッチングダメージを回避するため、赤外線吸収膜１６上に、ＳｉＯ２薄膜等を断熱にならない膜厚範囲で設けても構わない。
　そして、写真製版技術及びエッチング技術を用いて、周辺回路１３上の表面以外に形成される赤外線吸収膜１６が除去される。本製造工程において、基板１１と赤外線吸収膜１６との間が、廃熱配線１７によって熱的に接続される。
　次に、図３Ｄに示すように、Ｓｉ及びＳｉＯ２等のエッチング選択比が高いエッチングガスを用いて、基板１１がエッチングされる。このため、基板１１には、赤外線検出部１２及び断熱支持脚１０５に対する中空断熱化が図られる。
　そして、図３Ｅは、本製造工程後における熱型赤外線検出器１００の全体の簡略断面図である。
　最後に、図２に示すように、赤外線検出部１２が、真空封止される。具体的には、金属多層膜からなる封止部１４が、周辺回路１３の表面に形成される。この封止部１４は、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒからなる金属多層膜で形成される。金属多層膜は、めっき及びＰＶＤ法等を用いて形成される。そして、封止窓１５の下面外周部には、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒからなる金属多層膜が形成される。
　なお、封止窓１５は、通常、光学系による結像範囲よりも大きく設けられているが、封止窓１５の結像範囲外に、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒからなる反射膜を設けても構わない。この場合、写真製版技術及びエッチング技術によって、結像範囲外にのみ金属多層膜が残存するように形成する。封止窓１５の材料には、Ｓｉ、Ｇｅ、カルコゲナイドガラス等が用いられる。
　続いて、封止部１４上に、半田ペースト（図示省略）が塗布され、この塗布された半田ペーストと封止窓１５の金属多層膜とが重ね合わされる。
　続いて、上部ヒータ及び下部ヒータを備えた真空チャンバ内において、封止部１４を備えた封止窓１５が、加熱される。このため、上記半田ペーストが溶融し、封止部１４と封止窓１５とが、接合固定される。
　続いて、真空チャンバによる加熱を止めて、半田ペーストの融点以下になるまで、互いに接合固定された封止部１４及び封止窓１５が冷却される。この結果、図２に示す熱型赤外線検出器１００が完成される。
　以上、実施の形態１に係る熱型赤外線検出器１００は、基板１１の表面に設けられ、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する素子１０３を有する赤外線検出部１２と、基板１１の表面において赤外線検出部１２を取り囲むように設けられ、素子１０３から電気信号を読み出す周辺回路１３と、周辺回路１３において、赤外線検出部１２を取り囲むように設けられる封止部１４と、封止部１４に設けられ、基板１１、周辺回路１３、及び、封止部１４と共に、赤外線検出部１２を収容する密閉状態の内部空間を形成する封止窓１５と、周辺回路１３の表面のうち、少なくとも封止部１４の内側部分の表面を覆う赤外線吸収膜１６と、周辺回路１３の内部に設けられ、基板１１と赤外線吸収膜１６との間を熱的に接続する廃熱配線１７とを備える。このため、熱型赤外線検出器１００は、吸収した迷光の熱を、熱容量が大きい基板１１に排出することができる。
　熱型赤外線検出器１００においては、周辺回路１３の表面に設けられる赤外線吸収膜１６と、周辺回路１３に設けられるグランド線とは、電気的に接続される。このため、熱型赤外線検出器１００は、電気容量の増加による周辺回路１３の動作速度の低下を、抑制することができる。
　熱型赤外線検出器１００においては、周辺回路１３の表面に設けられる赤外線吸収膜１６は、周辺回路１３が有する電気配線を避けるように設けられる。このため、熱型赤外線検出器１００は、電気容量の増加による周辺回路１３の動作速度の低下を、抑制することができる。
　熱型赤外線検出器１００においては、素子１０３は、互いに直列接続された複数のダイオードである。このため、熱型赤外線検出器１００は、ダイオード型に適用可能となる。
　熱型赤外線検出器１００においては、赤外線吸収膜１６は、ダイオード同士の接続配線１０４の材料と同じ材料で形成される。このため、熱型赤外線検出器１００は、素子１０３の製造コストを抑えることができる。
　熱型赤外線検出器１００においては、赤外線吸収膜１６は、シリコン窒化膜である。このため、熱型赤外線検出器１００は、シリコン窒化膜が半導体製造工程で使用する材料となるため、赤外線吸収膜１６の製造コストを抑えることができる。
　熱型赤外線検出器１００においては、赤外線吸収膜１６は、酸化又は窒化された金属膜である。このため、熱型赤外線検出器１００は、金属膜が半導体製造工程で使用する材料となるため、赤外線吸収膜１６の製造コストを抑えることができる。
実施の形態２．
　実施の形態２に係る熱型赤外線検出器２００について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態２に係る熱型赤外線検出器２００の断面図である。なお、上述した実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図４に示すように、実施の形態２に係る熱型赤外線検出器２００は、実施の形態１に係る熱型赤外線検出器１００の構造に、廃熱配線２７を加えた構造となっている。即ち、実施の形態２に係る熱型赤外線検出器２００は、廃熱配線１７，２７を備えている。この廃熱配線１７，２７は、周辺回路１３の内部に設けられている。なお、図４は、熱型赤外線検出器２００が廃熱配線１７，２７を備える例を示しているが、熱型赤外線検出器２００は、廃熱配線１７，２７のうち、廃熱配線２７のみを備えても構わない。
　廃熱配線２７は、基板１１と赤外線吸収膜１６との間を熱的に接続するものである。このとき、廃熱配線２７は、封止部１４を横断するように配置されている。即ち、廃熱配線２７の一端（内端）は、封止部１４の内側に配置されており、赤外線吸収膜１６と熱的に接続されている。一方、廃熱配線２７の他端（外端）は、封止部１４の外側に配置されており、基板１１と熱的に接続されている。
　従って、廃熱配線２７は、赤外線吸収膜１６によって吸収された迷光の熱を、赤外線検出エリア１８の外側に排出することができる。このため、熱型赤外線検出器２００は、迷光の熱による熱ノイズを更に低減することができる。
　廃熱配線２７は、図３Ａの製造工程において、周辺回路１３の形成時に、写真製版技術及びエッチング技術によって、封止部１４を、その内側と外側との間で横断するように形成される。
　以上、実施の形態２に係る熱型赤外線検出器２００においては、廃熱配線２７の一端は、封止部１４の内側において、赤外線吸収膜１６と熱的に接続し、廃熱配線２７の他端は、封止部１４の外側において、基板１１と熱的に接続する。このため、熱型赤外線検出器２００は、赤外線吸収膜１６によって吸収された迷光の熱を、赤外線検出エリア１８の外側に排出することができる。
実施の形態３．
　実施の形態３に係る熱型赤外線検出器３００について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態３に係る熱型赤外線検出器３００の断面図である。なお、上述した実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図５に示すように、実施の形態３に係る熱型赤外線検出器３００は、実施の形態１に係る熱型赤外線検出器１００の赤外線吸収膜１６及び廃熱配線１７に替えて、赤外線吸収膜３６を備えた構造となっている。
　赤外線吸収膜３６は、迷光となる赤外線を吸収するものである。この赤外線吸収膜３６は、周辺回路１３の表面を覆うように設けられるものの、その外周部が、基板１１と封止部１４との間に挟み込まれている。このため、赤外線吸収膜３６は、封止部１４を介して、封止窓１５と熱的に接続されている。
　従って、赤外線吸収膜３６は、吸収した迷光の熱を、封止部１４を介して、封止窓１５に排出することができる。このとき、封止窓１５は、熱容量が大きいヒートシンクの役割を果たすため、迷光の熱を即座に吸収することができる。
　赤外線吸収膜３６は、図３Ｄ及び図３Ｅの製造工程において、写真製版技術によって、封止部１４上に残存するように形成される。
　以上、実施の形態３に係る熱型赤外線検出器３００は、基板１１の表面に設けられ、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する素子１０３を有する赤外線検出部１２と、基板１１の表面において赤外線検出部１２を取り囲むように設けられ、素子１０３から電気信号を読み出す周辺回路１３と、周辺回路１３において、赤外線検出部１２を取り囲むように設けられる封止部１４と、封止部１４に設けられ、基板１１、周辺回路１３、及び、封止部１４と共に、赤外線検出部１２を収容する密閉状態の内部空間を形成する封止窓１５と、周辺回路１３の表面のうち、少なくとも封止部１４の内側部分の表面を覆い、封止部１４と熱的に接続する赤外線吸収膜３６を備える。このため、熱型赤外線検出器３００は、吸収した迷光の熱を、熱容量が大きい封止窓１５に排出することができる。
実施の形態４．
　実施の形態４に係る熱型赤外線検出器４００について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態４に係る熱型赤外線検出器４００の断面図である。なお、上述した実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図６に示すように、実施の形態４に係る熱型赤外線検出器４００は、実施の形態３に係る熱型赤外線検出器３００の構造に、廃熱配線１７，４７を加えた構造となっている。なお、図６は、熱型赤外線検出器４００が廃熱配線１７，４７を備える例を示しているが、熱型赤外線検出器４００は、廃熱配線１７，４７のうち、廃熱配線４７のみを備えても構わない。また、熱型赤外線検出器４００は、廃熱配線１７，４７に加えて、廃熱配線２７を備えても構わない。
　廃熱配線４７は、基板１１と赤外線吸収膜３６との間を熱的に接続するものである。このとき、廃熱配線４７は、封止部１４を横断するように配置されている。また、廃熱配線４７は、３つの端部４７ａ，４７ｂ，４７ｃを有している。１つ目の端部（内側端部）４７ａは、封止部１４の内側に配置されており、赤外線吸収膜３６と熱的に接続されている。２つ目の端部（中央端部）４７ｂは、封止部１４に対応した位置に配置されており、封止部１４が赤外線吸収膜３６及び封止部１４を介して、封止窓１５と熱的に接続されている。３つ目の端部（外側端部）４７ｃは、封止部１４の外側に配置されており、基板１１と熱的に接続されている。
　従って、廃熱配線４７は、赤外線吸収膜３６によって吸収された迷光の熱を、端部４７ａから端部４７ｂ、及び、端部４７ａから端部４７ｃに伝えることができる。このため、廃熱配線４７は、迷光の熱を、赤外線吸収膜３６及び封止部１４を介して、熱容量が大きい封止窓１５に排出することができる。また、廃熱配線４７は、迷光の熱を、熱容量が大きい基板１１に排出することができる。この結果、廃熱配線４７は、赤外線吸収膜３６によって吸収された迷光の熱を、素早く排出することができる。
　廃熱配線４７は、図３Ａの製造工程において、成膜技術、写真製版技術、及び、エッチング技術によって、基板１１及び封止部１４と熱的に接続するように形成される。また、廃熱配線４７は、図３Ｄの製造工程において、赤外線吸収膜１６を形成する際に、写真製版技術によって、封止部１４上に赤外線吸収膜１６が残存するように形成される。
　以上、実施の形態４に係る熱型赤外線検出器４００は、周辺回路１３の内部に設けられる廃熱配線４７を備える。廃熱配線４７は、封止部１４の内側において、赤外線吸収膜３６と熱的に接続し、封止部１４と熱的に接続する部分の赤外線吸収膜３６と熱的に接続し、封止部１４の外側において、基板１１と熱的に接続する。このため、熱型赤外線検出器４００は、吸収した迷光の熱を、熱容量が大きい基板１１及び封止窓１５に排出することができる。
実施の形態５．
　実施の形態５に係る熱型赤外線検出器５００について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、実施の形態５に係る熱型赤外線検出器５００の平面図である。図８は、図７のVIII－VIII矢視断面図である。なお、上述した実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図７及び図８に示すように、実施の形態５に係る熱型赤外線検出器５００は、実施の形態４に係る熱型赤外線検出器４００の構造に、反射防止膜５９を加えた構造となっている。
　反射防止膜５９は、迷光となる赤外線の反射を抑えるものである。この反射防止膜５９は、周辺回路１３の表面に設けられた赤外線吸収膜３６の表面に対して、更に設けられたものである。反射防止膜５９は、赤外線吸収膜３６の表面における封止部１４の内側部分を覆うように設けられている。
　反射防止膜５９は、例えば、ＺｎＳ、ＭｇＯ、ＭｇＦ２、及び、これらの材料が含まれる多層膜で形成されているが、これに限定されるものではない。反射防止膜５９は、赤外線の８～１４μｍ帯における屈折率が、赤外線吸収膜３６の屈折率よりも小さい材料であれば良い。
　従って、反射防止膜５９は、赤外線吸収膜３６の表面での迷光の反射を抑えることができる。このため、赤外線吸収膜３６は、迷光の吸収率が向上する。
　反射防止膜５９は、図３Ｃの製造工程において、赤外線吸収膜１６を形成した後に、成膜技術、写真製版技術、及び、エッチング技術によって、所望の形状に形成される。
　以上、実施の形態５に係る熱型赤外線検出器５００は、赤外線吸収膜３６の表面に設けられる反射防止膜５９を備える。このため、熱型赤外線検出器５００は、赤外線吸収膜３６における迷光の吸収率を向上させることができる。
実施の形態６．
　実施の形態６に係る熱型赤外線検出器６００について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態６に係る熱型赤外線検出器６００の断面図である。なお、上述した実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図９に示すように、実施の形態６に係る熱型赤外線検出器６００は、実施の形態４に係る熱型赤外線検出器４００の構造に、赤外線吸収膜６６を加えた構造となっている。
　赤外線吸収膜６６は、赤外線検出部１２の表面に設けられている。この赤外線吸収膜６６は、周辺回路１３の表面に設けた赤外線吸収膜３６の材料と同じ材料で形成されている。従って、赤外線検出部１２は、赤外線吸収率が増加するため、温度感度が向上する。このため、赤外線検出部１２は、温度分解能が向上する。
　赤外線吸収膜６６は、図３Ｃの製造工程において、赤外線吸収膜１６を、写真製版技術及びエッチング技術を用いて形成する際に、赤外線検出部１２の表面に、その赤外線吸収膜１６が残存することで形成される。
　以上、実施の形態６に係る熱型赤外線検出器６００においては、周辺回路１３の表面に設けられる赤外線吸収膜３６の材料と同じ材料で形成される赤外線吸収膜６６が、赤外線検出部１２の表面に設けられる。このため、熱型赤外線検出器６００は、赤外線検出部１２の赤外線吸収率を増加させて、その温度感度を向上させることができる。この結果、熱型赤外線検出器６００は、赤外線検出部１２の温度分解能を向上させることができる。
　なお、本開示はその開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示に係る熱型赤外線検出器は、基板と赤外線吸収膜との間を熱的に接続する廃熱配線を備えるため、吸収した迷光の熱を、熱容量が大きい基板に排出することができ、熱型赤外線検出器等に用いるのに適している。
　１１　基板、１２　赤外線検出部、１３　周辺回路、１３ａ　電極パッド、１４　封止部、１５　封止窓、１６　赤外線吸収膜、１７　廃熱配線、１８　赤外線検出エリア、２７　廃熱配線、３６　赤外線吸収膜、４７　廃熱配線、４７ａ，４７ｂ，４７ｃ　端部、５９　反射防止膜、６６　赤外線吸収膜、１０１　トレンチ構造、１０２　絶縁膜、１０３　素子、１０４　接続配線、１０５　断熱支持脚、１０６　配線、１００，２００，３００，４００，５００，６００　熱型赤外線検出器。

Claims (13)

  1. 　基板の表面に設けられ、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する素子を有する赤外線検出部と、
    　前記基板の表面において前記赤外線検出部を取り囲むように設けられ、前記素子から電気信号を読み出す周辺回路と、
    　前記周辺回路において、前記赤外線検出部を取り囲むように設けられる封止部と、
    　前記封止部に設けられ、前記基板、前記周辺回路、及び、前記封止部と共に、前記赤外線検出部を収容する密閉状態の内部空間を形成する封止窓と、
    　前記周辺回路の表面のうち、少なくとも前記封止部の内側部分の表面を覆う赤外線吸収膜と、
    　前記周辺回路の内部に設けられ、前記基板と前記赤外線吸収膜との間を熱的に接続する廃熱配線とを備える
    　ことを特徴とする熱型赤外線検出器。
  2. 　前記廃熱配線の一端は、前記赤外線吸収膜と熱的に接続し、
    　前記廃熱配線の他端は、前記封止部の外側において、前記基板と熱的に接続する
    　ことを特徴とする請求項１記載の熱型赤外線検出器。
  3. 　基板の表面に設けられ、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する素子を有する赤外線検出部と、
    　前記基板の表面において前記赤外線検出部を取り囲むように設けられ、前記素子から電気信号を読み出す周辺回路と、
    　前記周辺回路において、前記赤外線検出部を取り囲むように設けられる封止部と、
    　前記封止部に設けられ、前記基板、前記周辺回路、及び、前記封止部と共に、前記赤外線検出部を収容する密閉状態の内部空間を形成する封止窓と、
    　前記周辺回路の表面のうち、少なくとも前記封止部の内側部分の表面を覆い、前記封止部と熱的に接続する赤外線吸収膜とを備える
    　ことを特徴とする熱型赤外線検出器。
  4. 　前記周辺回路の内部に設けられる廃熱配線を備え、
    　前記廃熱配線は、
    　前記封止部の内側において、前記赤外線吸収膜と熱的に接続し、
    　前記封止部と熱的に接続する部分の前記赤外線吸収膜と熱的に接続し、
    　前記封止部の外側において、前記基板と熱的に接続する
    　ことを特徴とする請求項３記載の熱型赤外線検出器。
  5. 　前記赤外線吸収膜の表面に設けられる反射防止膜を備える
    　ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の熱型赤外線検出器。
  6. 　前記周辺回路の表面に設けられる赤外線吸収膜の材料と同じ材料で形成される赤外線吸収膜が、前記赤外線検出器の表面に設けられる
    　ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の熱型赤外線検出器。
  7. 　前記周辺回路の表面に設けられる赤外線吸収膜と、前記周辺回路に設けられるグランド線とは、電気的に接続される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の熱型赤外線検出器。
  8. 　前記周辺回路の表面に設けられる赤外線吸収膜は、前記周辺回路が有する電気配線を避けるように設けられる
    　ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の熱型赤外線検出器。
  9. 　前記素子は、互いに直列接続された複数のダイオードである
    　ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の熱型赤外線検出器。
  10. 　前記赤外線吸収膜は、ダイオード同士の接続配線の材料と同じ材料で形成される
    　ことを特徴とする請求項９記載の熱型赤外線検出器。
  11. 　前記赤外線吸収膜は、シリコン窒化膜である
    　ことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の熱型赤外線検出器。
  12. 　前記赤外線吸収膜は、酸化又は窒化された金属膜である
    　ことを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載の熱型赤外線検出器。
  13. 　請求項１記載の熱型赤外線検出器の製造方法であって、
    　前記基板の表面に、前記赤外線検出器及び前記周辺回路を形成し、
    　前記周辺回路を形成する際に、前記廃熱配線を同時に形成し、
    　前記基板と前記廃熱配線とを熱的に接続し、
    　前記基板と前記赤外線検出部とを電気的に接続すると共に、前記基板と前記周辺回路とを電気的に接続し、
    　前記周辺回路の表面に前記赤外線吸収膜を形成して、前記赤外線吸収膜と前記廃熱配線とを熱的に接続し、
    　前記封止部及び前記封止窓を接合して、前記赤外線検出部を内部空間に収納する
    　ことを特徴とする熱型赤外線検出器の製造方法。
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