(57)【要約】【課題】赤外線吸収層の赤外線吸収率を増加させて、熱型赤外線センサの検出感度を向上させる。【解決手段】本発明による熱型赤外線センサは、赤外線受光部１１と、回路基板１上の空洞部を介して保持され、入射する赤外線を熱変換して得た熱を赤外線受光部１１に伝達する赤外線吸収膜とを具備する。赤外吸収膜における赤外線入射面と、入射面の裏面である空洞部側の透過面とに、赤外線吸収膜の膜厚より大きく、膜厚の１０倍以下の幅の凸部又は凹部が形成されている。【選択図】図１
2010210293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線受光部と、
回路基板上の空洞部を介して保持され、入射する赤外線を熱変換して得た熱を前記赤外線受光部に伝達する赤外線吸収膜と、
を具備し、
前記赤外吸収膜における赤外線入射面と、前記入射面の裏面である前記空洞部側の透過面とに、前記赤外線吸収膜の膜厚より大きく、前記膜厚の１０倍以下の幅の凸部又は凹部が形成されている
熱型赤外線センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の熱型赤外線センサにおいて、
前記入射面に複数の凸部が形成され、前記透過面において前記複数の凸部に対応する位置に複数の凹部が形成されている
熱型赤外線センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の熱型赤外線センサにおいて、
前記入射面に複数の凹部が形成され、前記透過面において前記複数の凹部に対応する位置に複数の凸部が形成されている
熱型赤外線センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサにおいて、
前記凸部又は前記凹部の高低差ｈは、前記凸部又は前記凹部の幅より大きく、隣接する前記凸部又は前記凹部の間隔より大きい
熱型赤外線センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサにおいて、
前記凸部又は前記凹部は、角柱、角錐、円柱、円錐のいずれかから選択される形状である
熱型赤外線センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサにおいて、
空洞部を介して前記赤外線受光部の下部に形成された赤外線反射膜を更に備える
熱型赤外線センサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサにおいて、
前記赤外線吸収膜は、前記赤外線受光部の下層に形成される
熱型赤外線センサ。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサにおいて、
前記赤外線吸収膜は、前記赤外線受光部の上層に形成され、前記赤外線受光部における開口部を避ける方向に延設される
熱型赤外線センサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサにおいて、
前記赤外線受光部は、ボロメータを備える
熱型赤外線センサ。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサにおいて、
前記赤外線受光部は、サーモパイルを備える
熱型赤外線センサ。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサにおいて、
前記赤外線受光部は、昇電センサを備える
熱型赤外線センサ。
【請求項１２】
赤外線受光部を形成するステップと、
熱処理によって犠牲層を形成するステップと、
前記犠牲層の表面に凸部又は凹部を形成するステップと、
前記凸部又は前記凹部を有する前記犠牲層の表面上に、前記赤外線受光部に接続された赤外線吸収膜を形成するステップと、
前記犠牲層を除去するステップと、
を具備する
熱型赤外線センサの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の熱型赤外線センサの製造方法において、
前記犠牲層の表面に凸部又は凹部を形成するステップは、
前記犠牲層の表面に、前記赤外線吸収膜の膜厚より大きく、前記膜厚の１０倍以下の幅の凸部又は凹部を形成するステップを備える
熱型赤外線センサの製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の熱型赤外線センサの製造方法において、
前記凸部又は前記凹部の高低差ｈは、前記凸部又は前記凹部の幅より大きく、隣接する前記凸部又は前記凹部の間隔より大きい
熱型赤外線センサの製造方法。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサの製造方法において、
前記犠牲層の下層に赤外線反射膜を形成するステップを更に具備する
熱型赤外線センサの製造方法。
【請求項１６】
請求項１２から１５のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサの製造方法において、
前記赤外線吸収膜は、前記赤外線受光部の下層に形成される
熱型赤外線センサの製造方法。
【請求項１７】
請求項１２から１５のいずれか１項に記載の熱型赤外線センサの製造方法において、
前記赤外線吸収膜は、前記赤外線受光部の上層に形成され、前記赤外線受光部における開口部を避ける方向に延設される
熱型赤外線センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型赤外線センサ、及び熱型赤外線センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱型赤外線センサの感度は主に赤外線吸収率で決まる。従来、赤外線センサは赤外線吸収層として赤外線吸収率が良好な金黒等を用いていた。しかし、金自体が製造プロセス中で汚染源となってしまうため、半導体集積回路としては適合性が悪い。そこで近年、赤外線吸収層の構造を工夫することで、金黒を使用せずに感度を向上させる技術が開発されてきている。
【０００３】
例えば、特開２００１−２１５１５１には、庇状の赤外線吸収層を有した熱型赤外線センサが記載されている（特許文献１参照）。この庇状の赤外線吸収層は、赤外線受光部に対する開口部を避けるよう方向に設けられ、その一部が中空上となるように支持されている。特許文献１では、庇状の赤外線吸収層が開口部を避ける方向に設けられているため、開口率が増加し、赤外線受光部上に設けられた赤外線吸収層における入射赤外線の吸収率が向上する。
【０００４】
又、特開２００６−２２６９８１では、赤外線吸収膜における入射面側の表面に凸凹構造を設けることで赤外線の吸収率を増加させ、感度を向上させる赤外線センサが記載されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１５１５１
【特許文献２】特開２００６−２２６９８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の熱型赤外線センサでは、開口率を増加させることで、赤外線の検出感度を向上させているが、更に検出感度を向上させるため、庇状の赤外線吸収層における赤外線吸収率を上げることが求められている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、赤外線吸収層の赤外線吸収率を増加させて、熱型赤外線センサの検出感度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【０００９】
本発明による熱型赤外線センサは、赤外線受光部（１１）と、回路基板（１）上の空洞部を介して保持され、入射する赤外線を熱変換して得た熱を赤外線受光部（１１）に伝達する赤外線吸収膜とを具備する。赤外吸収膜における赤外線入射面と、入射面の裏面である空洞部側の透過面とに、赤外線吸収膜の膜厚より大きく、膜厚の１０倍以下の幅の凸部又は凹部が形成されている。
【００１０】
本発明では、赤外線吸収膜の入射面のみならず透過面にも凹凸形状が形成されている。このため、赤外線吸収膜の入射面のみならず透過面に対して入射する赤外線の反射が抑制され、赤外線吸収率が増大する。
【００１１】
又、本発明による熱型赤外線センサの製造方法は、赤外線受光部（１１）を形成するステップと、熱処理によって犠牲層を形成するステップと、犠牲層の表面に凸部又は凹部を形成するステップと、凸部又は凹部を有する犠牲層の表面上に、赤外線受光部（１１）に接続された赤外線吸収膜を形成するステップと、犠牲層を除去するステップとを具備する。
【００１２】
後に除去される犠牲層の表面に凹凸形状を形成し、その上層に赤外線吸収膜を形成することで、赤外線吸収膜は凹凸形状となる。これにより、赤外線吸収膜の入射面のみならずその裏面の透過面は凹凸形状となり、赤外線吸収率が増大する。
【発明の効果】
【００１３】
従って、本発明によれば、赤外線吸収率の増大に伴い、熱型赤外線センサの検出感度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明による熱型赤外線検出素子の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による庇状赤外線吸収膜の表面構造の一例を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明による庇状赤外線吸収膜の断面構造の一例を示す図である。図３（ｂ）は、本発明による庇状赤外線吸収膜の断面構造の他の一例を示す図である。図３（ｃ）は、本発明による庇状赤外線吸収膜の断面構造の更に他の一例を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明による庇状赤外線吸収膜の断面構造の一例を示す図である。図４（ｂ）は、本発明による庇状赤外線吸収膜の断面構造の他の一例を示す図である。図４（ｃ）は、本発明による庇状赤外線吸収膜の断面構造の更に他の一例を示す図である。図４（ｄ）は、本発明による庇状赤外線吸収膜の断面構造の更に他の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明による庇状赤外線吸収膜の表面構造の他の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明による庇状赤外線吸収膜の表面構造の更に他の一例を示す平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｇ】図７Ｇは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｈ】図７Ｈは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｉ】図７Ｉは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｊ】図７Ｊは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｋ】図７Ｋは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｌ】図７Ｌは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｍ】図７Ｍは、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）は、犠牲層上に形成される凹凸パタンの一例である。図８（ｂ）は、犠牲層上に形成される凹凸パタンの他の一例である。
【図９】図９は、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程の他の一例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明による熱型赤外線検出素子の製造工程の更に他の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図面において同一、又は類似の参照符号は、同一、類似、又は等価な構成要素を示している。本発明による熱型赤外線センサは、入射される赤外線を赤外線吸収体で熱変換し、得られた熱によって感熱抵抗体（赤外線受光部）の抵抗値を変動させて赤外線量（温度）を検出する。以下では、感熱抵抗体（赤外線受光部）としてボロメータを用いた熱型赤外線センサを一例に実施の形態を説明する。
【００１６】
（熱型赤外線検出素子１００の構造）
図１から図６を参照して、本発明による熱型赤外線検出素子１００の構造を説明する。図１は、本発明による熱型赤外線検出素子１００の構造を示す断面図である。通常、複数の熱型赤外線検出素子１００がアレイ状配列されて１つの熱型赤外線センサとして機能する。図１では、赤外線センサの１画素（熱型赤外線検出素子１００）を電流経路に沿った断面構造が示される。
【００１７】
図１を参照して、本発明による熱型赤外線検出素子１００は、回路基板１内に設けられた読み出し回路２と、読み出し回路２上に設けられた赤外線検出部１０を具備する。読み出し回路２は、シリコンウェハなどの半導体ウェハ内部（回路基板１）にＣＭＯＳプロセスにより形成される。読み出し回路２は、入射された赤外線によって変動するボロメータの抵抗値を電気信号として検出する。赤外線検出部１０は、赤外線反射膜３、保護膜４、赤外線吸収膜５（第１赤外線吸収膜）、ボロメータ層６、赤外線吸収膜７（第２赤外線吸収膜）、配線８、赤外線吸収膜９（第３赤外線吸収膜）、電極部１３、コンタクト部１４、及び庇状赤外線吸収膜１７（第４赤外線吸収膜）を備える。
【００１８】
以下、赤外線検出部１０の構造を詳細に説明する。赤外線検出部１０には、回路基板１上に保護膜４に表面が被覆された赤外線反射膜３が形成され、保護膜４の上部領域に、空洞部１２を介して下層側から赤外線吸収膜５、ボロメータ層６、赤外線吸収膜７、赤外線吸収膜９が順に積層されている。ボロメータ層６の上部領域には、赤外線吸収膜９を露出面とした開口面が形成される。ボロメータ層６は、配線８及びコンタクト部１４を介して読み出し回路２に接続される。赤外線吸収膜５、赤外線吸収膜７、配線８、赤外線吸収膜９は、ボロメータ層６を中空で支える梁３０として機能する。これにより、ボロメータ層６及び赤外線吸収膜５、７、９、１７で形成される受光部１１が、空洞部１２によって回路基板１（赤外反射膜３）から熱的に分離される。
【００１９】
赤外線反射膜３は、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、又はそれらのシリサイド膜などによって形成される。赤外線反射膜３は、上部に形成される赤外線吸収膜５、７、９、１７を透過した赤外線を反射して再び、赤外線吸収膜５、７、９、１７に入射することができるため、赤外線吸収膜５、７、９、及び後述する庇状赤外線吸収膜１７の赤外線吸収効率を向上させることができる。保護膜４は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン酸窒化膜で形成されることが好適である。赤外線吸収膜５、７、９及び庇状赤外線吸収膜１７は、例えば８〜１４μｍの波長帯の赤外線を吸収する材料（例示：ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、又はＳｉＣＯ）で形成されることが好適である。ボロメータ層６は、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が大きい材料であれば良く、酸化バナジウムで形成されることが好適である。その他の例としては、ＮｉＭｏＣｏ酸化物、Ｔｉ金属薄膜、多結晶シリコン薄膜、非晶質シリコン薄膜、非晶質シリコンゲルマニウム薄膜、（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３薄膜、ＹＢａＣｕＯ薄膜などをボロメータ層６として用いることもできる。配線８は熱伝導率が小さければよくＴｉによって形成されることが好適であるが、Ｔｉ合金やＮｉＣｒによって形成されてもよい。又、ボロメータ層６として多結晶シリコンや非晶質シリコンをボロメータを使用する場合、シリコンにボロンや砒素を高濃度に注入・拡散した拡散層を配線８として利用することができる。
【００２０】
ボロメータ層６には、赤外線吸収膜９を介して庇状赤外線吸収膜１７が接続される。庇状赤外線吸収膜１７は、赤外線吸収膜９との接続部分によって支持され、他の部分は中空に延設されている。ここで、庇状赤外線吸収膜１７は、受光部１１上の開口面を避けるように延設されているため、庇状赤外線吸収膜１７によって受光部１１の開口率が減少することはない。又、庇状赤外線吸収膜１７において空中に支持される庇状の領域の少なくとも一部は、ボロメータ層６と概平行な平面形状であり、その表面及び裏面が凹凸状の凹凸状吸収面１５を形成している。凹凸状吸収面１５は、受光部１１の開口面を避ける方向に延設される。すなわち、凹凸状吸収面１５は、梁３０を含む領域上に形成される。又、凹凸状吸収面１５と、梁３０を含む領域及び回路基板１との間は空洞部１６が形成され、両者は熱的に分離される。
【００２１】
以上のような構成により、８〜１４μｍの波長帯の大気の窓を通過して入射して通過する赤外線は、赤外線吸収膜５、７、９及び庇状赤外線吸収膜１７によって熱変換される。変換された熱は、受光部１１に伝達されボロメータ層６を加熱する（又は減熱する）。受光部１１の温度変化に伴ってボロメータ層６の抵抗が変化することで、配線８を流れる電流値が変化する。赤外線センサは、読み出し回路２によってこの電流値の変化を検出することで赤外線量（温度）を検出する。
【００２２】
本発明による加熱型赤外線検出素子１００では、庇構造の庇状赤外線吸収膜１７によって、赤外線の吸収率を向上させることができる。庇状赤外線吸収膜１７では、凹凸形状によって入射する赤外線が分散され反射が抑制されるため、赤外線の吸収効率が高まる。又、本発明による庇状赤外線吸収膜１７では表面のみならず裏面にも凹凸形状を有している。このため、入射する赤外線に対する吸収率のみならず回路基板１側から反射された赤外線に対する吸収率も向上する。当然ながら、庇状赤外線吸収膜１７は、その構造上開口面に入射する赤外線を妨げないため、開口率を減少させることはない。
【００２３】
図２から図６を参照して、凹凸状吸収面１５の構造の詳細を説明する。図２は、本発明による庇状赤外線吸収膜１７（凹凸状吸収面１５）の表面構造の一例を示す平面図である。図２におけるＡ−Ａ’断面の一例を図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す。
【００２４】
凹凸状吸収面１５の表面及び裏面には凹凸形状が形成されている。図２を参照して、凹凸状吸収面１５には、底部の形状が矩形の凸部（山部）及び凹部（谷部）が、Ｘ方向及びＹ方向に複数形成される。凹凸状吸収面１５における赤外線の入射面側に凸部が形成されている場合、凹凸状吸収面１５は、図３（ａ）〜図３（ｃ）のような断面構造を示す。この場合、透過面において、入射面に形成された凸部に対応する位置に凹部が形成される。例えば、図２及び図３（ａ）に示すように、凹凸状吸収面１５の入射面には角柱状の凸部（山部）が形成され、透過面において凸部に対応する領域には角柱状の凹部（谷部）が形成される。あるいは、図２及び図３（ｂ）に示すように、凹凸状吸収面１５の入射面には角錘状の凸部（山部）が形成され、透過面において凸部に対応する領域には角錘状の凹部（谷部）が形成されてもよい。さらに、図２及び図３（ｃ）に示すように、凹凸状吸収面１５の入射面に頭頂領域が水平面をなす錘状の凸部（山部）が形成され、裏側の透過面において凸部に対応する領域には底面領域（凸部の頭頂領域に対応）が水平面をなす錘状の凹部（谷部）が形成されてもよい。
【００２５】
一方、凹凸状吸収面１５における赤外線の入射面側に凹部が形成されている場合、凹凸吸収面１５は、図４（ａ）〜図４（ｄ）のような断面構造を示す。この場合、入射面の裏側の透過面において、入射面に形成された凹部に対応する位置に凸部が形成される。例えば、図２及び図４（ａ）に示すように、凹凸状吸収面１５の入射面には角柱状の凹部（谷部）が形成され、透過面において凹部に対応する領域には角柱状の凸部（山部）が形成される。あるいは、図２及び図４（ｂ）に示すように、凹凸状吸収面１５の入射面には角錘状の凹部（谷部）が形成され、透過面において凹部に対応する領域には角錘状の凸部（山部）が形成されてもよい。更に、図２及び図４（ｃ）に示すように、凹凸状吸収面１５の入射面に底面領域が水平面をなす錘状の凹部（谷部）が形成され、裏側の透過面において凹部に対応する領域には頭頂領域（凹部の底面領域に対応）が水平面をなす錘状の凸部（山部）が形成されてもよい。更に、図２及び図４（ｄ）に示すように、凹凸状吸収面１５の入射面に底面領域が水平面をなす逆錘状の凹部（谷部）が形成され、裏側の透過面において凹部に対応する領域には頭頂領域（凹部の底面領域に対応）が水平面をなす逆錘状の凸部（山部）が形成されてもよい。
【００２６】
又、凹凸吸収面１５に形成される凹凸形状は、図５に示すように底面を円形とする凸部又は凹部が形成されても構わない。この場合、図３（ａ）〜図３（ｃ）及び図４（ａ）〜図４（ｄ）は、図５に示すＡ−Ａ’断面を示し、凸部及び凹部は、円柱状、円錐状、又は頭頂領域（底面領域）が水平面をなす円錐状等で形成される。更に、凹凸形状（凸び及び凹部）の密度を高めるため図６に示すように、底面の形状が多角形（例えば六角形）であっても構わない。この場合、図３（ａ）〜図３（ｃ）及び図４（ａ）〜図４（ｄ）は、図６に示すＡ−Ａ’断面を示し、上述の一例と同様に凸部及び凹部が形成される。凸部又は凹部の底面形状は、上述の例に限らず、楕円やその他の形状でも構わない。
【００２７】
更に、上述では、凹凸状吸収面１５の入射面に凸部又は凹部の一方のみが形成された一例を示したが、凸部と凹部が混在して形成されていても構わない。この場合、入射面の裏面である透過面にも凸部と凹部が混在して形成される。又、凹凸状吸収面１５に形成される凹凸パタンの形状は、様々なバリエーションのパタン（例えば角柱と円錐）を混在させても構わない。
【００２８】
（熱型赤外線検出素子１００の製造方法）
次に、図７Ａ〜図７Ｍを参照して、本発明による熱型赤外線検出素子１００を製造方法について説明する。尚、以下に説明する構造や方法は例示であり、製造条件や膜厚などは適宜変更することができる。
【００２９】
図７Ａを参照して、シリコンウェハなどの回路基板１内に、従来と同様の手法を用いて信号読み出しのＣＭＯＳ回路（読み出し回路２）などを形成する。次に、回路基板１（読み出し回路２）上に、各画素の受光部１１に入射する赤外線を反射するための赤外線反射膜３を形成すると共に、コンタクト部１４を形成する。詳細には、スパッタ法を用いて、回路基板１上にＡｌ、Ｔｉ、Ｗなどの金属、又は、それらのシリサイド膜などを３００〜１０００ｎｍ程度の膜厚で堆積する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて形成したレジストパタンをマスクとして、堆積した金属又はシリサイド膜を部分的にエッチングして赤外線反射膜３を形成すると共に、コンタクト部１４を形成する。更に、ＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、又はシリコン酸窒化膜などを堆積して、赤外線反射膜３及びコンタクト部１４を保護するための保護膜４を形成する。
【００３０】
図７Ｂを参照して、保護膜４上における受光部１１となる領域に、犠牲層１２ａを堆積する。詳細には、保護膜４上に感光性ポリイミド膜などの有機膜を塗布し、露光・現像により受光部１１が形成される領域以外の感光性ポリイミド膜を除去した後、４００℃程度の温度で焼締めを行う。これにより、マイクロブリッジ構造を形成するための犠牲層１２ａが形成される。犠牲層１２ａの膜厚は、１．０〜２．０μｍ程度の膜厚に設定されることが好ましい。
【００３１】
図７Ｃを参照して、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法を用いて、犠牲層１２ａ上に、赤外線吸収膜５を１００〜１０００ｎｍの膜厚で成膜する。赤外線吸収膜５として、ＳｉＣＯ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、又はＳｉＣＮなどが好適に利用される。又、赤外線吸収膜５として、例示した材料以外も利用することができる。ただし、赤外線吸収膜５として利用される材料は、後述する犠牲層１２ａのエッチングに対して耐性があり、その上に形成されるボロメータ層６を支持できる強度を有していることが好ましい。
【００３２】
図７Ｄを参照して、赤外線吸収膜５の上層にボロメータ層６を形成する。詳細には、先ず、赤外線吸収膜５の上に、酸素雰囲気の反応性スパッタにより酸化バナジウムを堆積する。次に、レジストパタンをマスクとして、Ｆ系ガスを用いたプラズマエッチングにより酸化バナジウム薄膜を部分的にエッチングし、ボロメータ層６を形成する。なお、ここではボロメータ層６として酸化バナジウム薄膜を用いているが、上述した抵抗温度係数（ＴＣＲ）の大きい他の材料を用いることもできる。
【００３３】
図７Ｅを参照して、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法を用いて、赤外線吸収膜５及びボロメータ層６の上層に、赤外線吸収膜７を１０〜１００ｎｍの膜厚で成膜する。赤外線吸収膜７として、ＳｉＣＯ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、又はＳｉＣＮなどが好適に利用される。又、赤外線吸収膜７として、例示した材料以外も利用することができる。ただし、赤外線吸収膜７として利用される材料は、後述する犠牲層１２ａのエッチングに対して耐性があり、ボロメータ層６との密着性がよく相互作用のない材料を選択することが好ましい。赤外線吸収膜７の形成後、レジストパタンをマスクとして、Ｆ系エッチングガスを用いてエッチングを行い、コンタクト部１４上の赤外線吸収膜５、７を除去するとともに、ボロメータ層６の端部における赤外線吸収膜７を除去して電極部１３を形成する。
【００３４】
図７Ｆを参照して、ボロメータ層６（電極部１３）とコンタクト部１４を電気的に接続する配線８を形成する。詳細には、ＰＶＤ法により、Ｔｉ、Ｔｉ合金、又はＮｉＣｒ等の配線金属を成膜した後、レジストパタンをマスクとして、塩素と三塩化ホウ素の混合ガスを用いたプラズマエッチングにより配線金属を部分的にエッチングして配線８を形成する。配線８は、ボロメータ層６の電極部１３と回路基板１のコンタクト部１４とを電気的に接続するとともに、受光部１１を中空に保持する梁３０としての役割を果たす。
【００３５】
図７Ｇを参照して、ＰＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法を用いて、回路基板１上の露出面の上層に、赤外線吸収膜９を１０〜５００ｎｍの膜厚で成膜する。赤外線吸収膜９として、ＳｉＣＯ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、又はＳｉＣＮなどが好適に利用される。又、赤外線吸収膜９として、例示した材料以外も利用することができる。ただし、赤外線吸収膜９として利用される材料は、後述する犠牲層１２ａのエッチングに対して耐性があることが好ましい。
【００３６】
赤外線吸収膜９の形成後、レジストパタンをマスクとして、Ｆ系エッチングガスを用いてエッチングを行い、赤外線吸収膜５、７、９を貫通するスルーホール（図示なし）を形成する。
【００３７】
図７Ｈを参照して、赤外線吸収膜９の上層に犠牲層１６ａを堆積する。詳細には、赤外線吸収膜９上に感光性ポリイミド膜などの有機膜を塗布し、露光・現像により電極部１３周辺の感光性ポリイミド膜を除去する。この際、犠牲層１６ａの最上層はボロメータ層６と概平行、又は所定の局率で湾曲した平面が形成される。これにより、犠牲層１６ａの表面形状は、庇状にパターニングされる。パターニングされた感光性ポリイミド膜を４００℃程度の温度で焼締めを行うことで、犠牲層１６ａが形成される。この際、加熱によるポリイミドの収縮により、電極部１３を避ける方向に斜面が形成される。犠牲層１６ａの厚さは、１〜２μｍ程度の膜厚に設定されることが好ましい。
【００３８】
本発明では、焼締め後の犠牲層１６ａの表面に、凹凸パタン２０を形成する。後の工程において凹凸パタン２０上に赤外線吸収膜を形成することで、凹凸吸収面１５を有する庇状赤外線吸収膜１７を形成することができる。以下では、犠牲層１６ａの表面に凹凸パタン２０を形成する方法の実施例を３つ示す。
【００３９】
先ず、凹凸パタン２０を形成する方法の第１実施例として、図７Ｉ〜図７Ｌに示すように、凹凸パタンが形成されたマスク層１８を犠牲層１６ａ上に形成し、犠牲層１６ａの表面をエッチングする方法がある。以下、凹凸パタン２０を形成する方法の第１実施例の詳細を説明する。
【００４０】
図７Ｉを参照して、回路基板１上の露出面上（犠牲層１６ａ及び電極部１３の表面上）にＰＶＤ法又はＣＶＤ法を用いて、マスク層１８を１００ｎｍ程度以下で堆積する。マスク層１８は、ＳｉＣＯ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、又はＳｉＣＮが好適に利用される。又、マスク層１８は、後の工程で除去されるが、一部が取り残されることがある。このため、取り残されたマスク層１８も赤外線吸収膜として機能させるため、マスク層１８は赤外線を吸収できる材質であることが好ましい。
【００４１】
図７Ｊを参照して、マスク層１８上に所定のパタンのレジスト１９を形成し、レジスト１９をマスクとしてＦ系ガスを用いたエッチングによりマスク層１８をエッチングする。例えば、ステッパーを用いて０．２〜１．０μｍ□の短径パタン（凸部の幅、又は凹部の幅）が０．２〜１．０μｍの間隔で配置されるレジスト１９を、マスク層１８上に形成してエッチングを行なう。ただし、凸部又は凹部の幅及び間隔は、後の工程で形成する庇状赤外線吸収膜１７の膜厚よりも大きく設定される。
【００４２】
次に、図７Ｋ及び図７Ｌを参照して、マスク層１８をマスクとして、Ｆ系エッチングガスを用いて犠牲層１６ａの表面をエッチングし、凹凸パタン２０を形成する。図７Ｍを参照して、表面に凹凸パタン２０を形成した犠牲層１６ａの上に庇状赤外線吸収膜１７となるＳｉＣＯ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、又はＳｉＣＮ膜をＰＶＤ法あるいはＣＶＤ法を用いて１００〜５００ｎｍ程度堆積する。凹凸パタン２０上に赤外線吸収体を塗布することで、凹凸パタン２０に応じた形状の凹凸吸収面１５を形成することができる。
【００４３】
図８（ａ）を参照して、犠牲層１６ａに形成される凹凸パタンの一例を示す。図８（ａ）は、凹凸パタン２０の構造の一例を示す断面図である。例えば、犠牲層１６ａの表面には、凹凸パタン２０として角柱状の凸部が複数形成される。この場合、赤外線の吸収効率の観点から、凸部の底面の各辺の幅をＷ１、高さをｈ、隣接する凸部との距離（間隔）をｄとすると、幅Ｗ１に対する高さｈの比率ｈ／Ｗ１が１以上、凸部の間隔ｄが高さｈよりも小さく（ｈ＞ｄ）なるように凹凸パタン２０を形成することが好ましい。このような、凹凸パタン２０上に赤外線吸収体を塗布することで、図２及び図３（ａ）に示す形状の凹凸吸収面１５を形成することができる。
【００４４】
凹凸パタン２０は、角柱を配列した形状のみならず、円柱、あるいは、錘状（円錐状や角錐状）の凸部を複数配列した形状でも良い。例えば、図８（ｂ）に示すように頭頂部がボロメータ層６に概水平な面を有する錘状の凸部が複数配置された凹凸パタン２０が形成されても良い。この場合も、赤外線の吸収効率の観点から、凸部（錘状体）の底面の幅Ｗ１に対する高さｈの比率ｈ／Ｗ１が１以上、凸部の間隔ｄが高さｈより小さく（ｈ＞ｄ）なるように、凹凸パタン２０を形成することが好ましい。このような、凹凸パタン２０上に赤外線吸収体を塗布することで、図２及び図３（ｃ）に示す形状の凹凸状吸収面１５を形成することができる。凹凸パタン２０における突起（凸部）の形状はエッチングの条件（マスクパタンやエッチング時間等）を調整することによって、角錐状、円錐状、円柱状、あるいは底面が多角形の柱状又は錘状とすることができる。エッチングによって犠牲層１６ａ上の凹凸パタン２０を任意の形状に形成することで、凹凸状吸収面１５の形状を上述した一例のように形成することができる。
【００４５】
更に、上述の例では、凹凸パタン２０として複数の凸部を形成したが、入射赤外線を分散させて反射を抑制するためには表面が平坦でなければよく、凸部に代えて凹部を形成しても良い。
【００４６】
例えば、図８（ａ）を参照して、犠牲層１６ａの表面には、凹凸パタン２０として角柱状の凹部が複数形成される。この場合、赤外線の吸収効率の観点から、凹部の上面の各辺の幅をＷ２、深さをｈ、隣接する凹部との距離（間隔）をｄとすると、幅Ｗ２に対する深さｈの比率ｈ／Ｗ１が１以上、凸部の間隔ｄが深さｈよりも小さく（ｈ＞ｄ）なるように凹凸パタン２０を形成することが好ましい。このような、凹凸パタン２０上に赤外線吸収体を塗布することで、図２及び図４（ａ）に示す形状の凹凸状吸収面１５を形成することができる。
【００４７】
又、凹凸パタン２０は、角柱を配列した形状のみならず、円柱、あるいは、錘状（円錐状や角錐状）の凹部を複数配列した形状でも良い。例えば、図８（ｂ）に示すように頭頂部がボロメータ層６に概水平な面を有する錘状の凹部が複数配置された凹凸パタン２０が形成されても良い。この場合も、赤外線の吸収効率の観点から、凹部（錘状体）の上面の幅Ｗ２に対する深さｈの比率ｈ／Ｗ２が１以上、凹部の間隔ｄが深さｈより小さく（ｈ＞ｄ）なるように、凹凸パタン２０を形成することが好ましい。このような、凹凸パタン２０上に赤外線吸収体を塗布することで、図２及び図４（ｃ）に示す形状の凹凸状吸収面１５を形成することができる。凹凸パタン２０における凹部の形状はエッチングの条件（マスクパタンやエッチング時間等）を調整することによって、角錐状、円錐状、円柱状、あるいは底面が多角形の柱状又は錘状とすることができる。エッチングによって犠牲層１６ａ上の凹凸パタン２０を任意の形状に形成することで、凹凸状吸収面１５の形状を上述した一例のように形成することができる。例えば、凹凸状吸収面１５が、図４（ｃ）に示すような、上部の幅が底部の幅よりも大きい順テーパー状となるように側面を傾斜させたり、図４（ｄ）に示すように上部の幅が底部の幅よりも小さい逆テーパー状となるように側面を傾斜させたり、角を丸めた形状にすることもできる。
【００４８】
凹凸パタン２０における凸部や凹部の形状や間隔は適宜設定することができるが、通常のフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術で形成可能な範囲で、赤外線の吸収効率を高める形状や寸法が設定されることが好ましい。凹凸パタン２０における、凸部や凹部の形状は任意であり、平面構造を任意の多角形や円、楕円などにすることもできる。
【００４９】
庇状赤外線吸収膜１７の形成後、レジストパタンをマスクとして、Ｆ系エッチングガスでプラズマエッチングを行い、庇状赤外線吸収膜１７にスリット（図示なし）を形成する。この際、ボロメータ層６の上部に形成された庇状赤外線吸収膜１７は除去され、開口部を形成する。続いて、酸素プラズマ等を利用したアッシング装置を用いて犠牲層１２ａ、１６ａを除去することで、空洞部１２、１６を形成する。これにより、ボロメータ層６、赤外線吸収膜５、７、９及び庇状赤外線吸収膜１７の一部は、回路基板１に対して熱分離される。
【００５０】
以上のような工程によって、図１に示す赤外線検出素子１００を形成することができる。
【００５１】
次に、図９を参照して、凹凸パタン２０を形成する方法の他の一例（第２実施例）について説明する。図７Ａから図７Ｈまでの製造工程は上述と同様なので説明は省略する。犠牲層１６ａを形成後、ステッパーを用いて０．２〜１．０μｍ□の短径状パタンが０．２〜１．０μｍの間隔で配置されたレジストパタン（レジスト２１）を犠牲層１６ａ上に形成する。ただし、凸部又は凹部の幅及び間隔は、後の工程で形成する庇状赤外線吸収膜１７の膜厚よりも大きく設定される。そして、図９に示すように、レジスト２１をマスクとしてＦ系エッチングガスを用いて犠牲層１６ａの表面をエッチングし、上述と同様な形状の凹凸パタン２０を形成する。
【００５２】
その後の工程は、図７Ｍに示す工程と同様に、表面に凹凸パタン２０を形成した犠牲層１６ａの上に庇状赤外線吸収膜１７を堆積する。凹凸パタン２０上に赤外線吸収体を塗布することで、凹凸パタン２０に応じた形状の凹凸状吸収面１５を形成することができる。
【００５３】
次に、図１０を参照して、凹凸パタン２０を形成する方法の更に他の一例（第３実施例）について説明する。図７Ａから図７Ｈまでの製造工程は上述と同様なので説明は省略する。犠牲層１６ａを形成後、犠牲層１６ａを形成後、犠牲層１６ａの最表面層をエッチングすることにより、表面ラフネス２２（凹凸形状）を形成する。ここで表面ラフネス２２における凹部の底部と凸部の頭頂部の差は、エッチング量（例えばエッチング時間）により適宜設定できる。表面ラフネス２２上に赤外線吸収体を堆積することにより、入射面と透過面の両面に凹凸形状を有する凹凸状吸収面１５（庇状赤外線吸収膜１７）を形成することができる。
【００５４】
第２、第３の実施例において、庇状赤外線吸収膜１７が形成されると、第１実施例と同様に、庇状赤外線吸収膜１７にスリットが形成され、アッシング装置を用いて犠牲層１２ａ、１６ａが除去される。以上のように、熱型赤外線検出素子１００が形成される。
【００５５】
以上のように、本発明による熱型赤外線検出素子１００では、デバイス製造の最終工程において酸素プラズマによるアッシング等によって除去される犠牲層１２ａ、１６ａを除去することで、犠牲層１２ａ、１６ａ上に形成された赤外線吸収膜及び受光部１１を空中に浮かせた熱分離構造とすることができる。又、本発明ではエッチング等の処理によって焼結後の犠牲層１６ａの表面に凹凸パタン２０を形成し、その上に赤外線吸収膜を塗布している。このため、犠牲層１６ａ上に形成される庇状赤外線吸収膜１７の表面（入射面）及び裏面（透過面）には凹凸パタン２０に応じた凹凸形状（凹凸吸収面１５）が形成される。
【００５６】
従来の赤外線検出素子では、赤外線吸収体は平坦な膜のみで形成されていたため、入射する赤外線が赤外線吸収層で反射されやすく、入射する赤外線を効率よく吸収することができないという問題があった。一方、本発明による庇状赤外線吸収膜１７では、入射面のみならず透過面にも凹凸形状が形成されているため、入射面側と透過面側の両面において入射光の反射が抑制される。このため、庇状赤外線吸収膜１７における赤外線吸収効率は飛躍的に増大する。特許文献２では、赤外線の入射面側のみに凸状パタンが形成されているため、入射光のみの吸収効率を高めているに過ぎない。しかし本発明による赤外線検出素子では、入射面の裏側の透過面にも凹凸パタンが形成されているため、透過光や、赤外線反射膜３（基板側）からの反射光も効率的に吸収して熱変換することができる。
【００５７】
又、上述した実施の形態では、庇状赤外線吸収膜１７の両面に凹凸形状を形成したが、これに限らず、ボロメータ層６の下層にある赤外線吸収膜５の入射面及び透過面に凹凸形状を形成しても良い。この場合、図７Ｂに示す犠牲層１２ａを形成した後、犠牲層１２ａの表面にエッチング等の処理によって凹凸パタンを形成し、その上に赤外線吸収体を堆積することで、入射面及び透過面に凹凸形状を有する赤外線吸収膜５を形成することができる。赤外線吸収膜５に凹凸形状を形成することで、入射光及び透過光、あるいは赤外線反射膜３（基板側）からの反射光の吸収効率が増大する。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。本実施の形態では、熱型赤外線素子として、ボロメータを使用しているが、サーモパイルや焦電センサ等の他の熱型赤外線センサにも適用できる。
【００５９】
又、本発明の構造は、熱型赤外線検出素子の受光部を構成する赤外線吸収体に限らず、赤外線を効率よく吸収するための構造全体に適用することができる。例えば、太陽電池の表面に形成する反射抑制材料として利用したり、バンドパスフィルタなどのフィルタ材料として利用したりすることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１：回路基板
２：読み出し回路
３：赤外線反射膜
４：保護膜
５、７、９：赤外線吸収膜
６：ボロメータ層
８：配線
１０：赤外線検出部
１１：受光部
１２、１６：空洞部
１２ａ、１６ａ：犠牲層
１３：電極部
１４：コンタクト部
１５：凹凸状吸収面
１７：庇状赤外線吸収膜
１８：マスク層
１９、２１：レジスト
２０：凹凸パタン
２２：表面ラフネス
３０：梁
１００：赤外線検出素子
【図１】
2010210293.tif 000003
【図２】
2010210293.tif 000004
【図３】
2010210293.tif 000005
【図４】
2010210293.tif 000006
【図５】
2010210293.tif 000007
【図６】
2010210293.tif 000008
【図７Ａ】
2010210293.tif 000009
【図７Ｂ】
2010210293.tif 000010
【図７Ｃ】
2010210293.tif 000011
【図７Ｄ】
2010210293.tif 000012
【図７Ｅ】
2010210293.tif 000013
【図７Ｆ】
2010210293.tif 000014
【図７Ｇ】
2010210293.tif 000015
【図７Ｈ】
2010210293.tif 000016
【図７Ｉ】
2010210293.tif 000017
【図７Ｊ】
2010210293.tif 000018
【図７Ｋ】
2010210293.tif 000019
【図７Ｌ】
2010210293.tif 000020
【図７Ｍ】
2010210293.tif 000021
【図８】
2010210293.tif 000022
【図９】
2010210293.tif 000023
【図１０】
2010210293.tif 000024