(57)【要約】【課題】応答速度を極力低下させることなく、広い領域で赤外線を吸収することができる高感度の非冷却赤外線検出素子を提供する。【解決手段】表面に空洞部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の前記空洞部を囲む領域に形成された配線部と、前記配線部に接続され、前記配線部より内側で前記半導体基板の空洞部上に配置された支持部と、前記支持部に接続されて前記支持部より内側で前記半導体基板の空洞部上に支持され、下部から順に配置された熱電変換部、第１反射層および第１吸収層を含む検出セルと、前記検出セル上に、前記第１反射層の領域以外の領域を覆いかつ前記支持部の上方に張り出すように形成された第２反射層と、前記検出セル上に形成された支柱により、前記検出セルおよび前記第２反射層の上方に間隙を隔てて形成された第２吸収層とを具備したことを特徴とする非冷却赤外線検出素子。【選択図】      図１
2006220555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に空洞部が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の前記空洞部を囲む領域に形成された配線部と、
前記配線部に接続され、前記配線部より内側で前記半導体基板の空洞部上に配置された支持部と、
前記支持部に接続されて前記支持部より内側で前記半導体基板の空洞部上に支持され、下部から順に配置された熱電変換部、第１反射層および第１吸収層を含む検出セルと、
前記検出セル上に、前記第１反射層の領域以外の領域を覆いかつ前記支持部の上方に張り出すように形成された第２反射層と、
前記検出セル上に形成された支柱により、前記検出セルおよび前記第２反射層の上方に間隙を隔てて形成された第２吸収層と
を具備したことを特徴とする非冷却赤外線検出素子。
【請求項２】
表面に空洞部が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の前記空洞部を囲む領域に形成された配線部と、
前記配線部に接続され、前記配線部より内側で前記半導体基板の空洞部上に配置された支持部と、
前記支持部に接続されて前記支持部より内側で前記半導体基板の空洞部上に支持され、下部から順に配置された熱電変換部、第１反射層および第１吸収層を含む検出セルと、
前記検出セル上に、前記第１反射層の領域以外の領域を覆うように形成された第３反射層と、
前記配線部上に、前記支持部の上方に張り出すように形成された第４反射層と、
前記検出セル上に形成された支柱により、前記検出セル、前記第３反射層および前記第４反射層の上方に間隙を隔てて形成された第２吸収層と
を具備したことを特徴とする非冷却赤外線検出素子。
【請求項３】
表面に空洞部が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の前記空洞部を囲む領域に形成された配線部と、
前記配線部に接続され、前記配線部より内側で前記半導体基板の空洞部上に配置された支持部と、
前記支持部に接続されて前記支持部より内側で前記半導体基板の空洞部上に支持され、下部から順に配置された熱電変換部、第１反射層および第１吸収層を含む検出セルと、
前記検出セル上に、前記第１反射層の領域以外の領域を覆いかつ前記支持部の上方に張り出すように形成された、第５反射層および第３吸収層を含む積層体と、
前記検出セル上に形成された支柱により、前記検出セルおよび前記積層体の上方に間隙を隔てて形成された第２吸収層と
を具備したことを特徴とする非冷却赤外線検出素子。
【請求項４】
前記第２吸収層と前記第１吸収層との間の光学距離、前記第１吸収層と前記第１反射層との間の光学距離、および前記第２吸収層と前記第２反射層との間の光学距離が、互いに異なっていることを特徴とする請求項１に記載の非冷却赤外線検出素子。
【請求項５】
前記第２吸収層と前記第１吸収層との間の光学距離、前記第１吸収層と前記第１反射層との間の光学距離、前記第２吸収層と前記第３反射層との間の光学距離、および前記第２吸収層と前記第４反射層との間の光学距離が、互いに異なっていることを特徴とする請求項２に記載の非冷却赤外線検出素子。
【請求項６】
前記第２吸収層と前記第１吸収層との間の光学距離、前記第１吸収層と前記第１反射層との間の光学距離、前記第２吸収層と前記第３吸収層との間の光学距離、および前記第３吸収層と前記第５反射層との間の光学距離が、互いに異なっていることを特徴とする請求項３に記載の非冷却赤外線検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非冷却赤外線検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
非冷却型（熱型）赤外線検出素子は、赤外線吸収層によって赤外線を吸収して熱に変換し、熱電変換素子によって熱を電気信号に変換する素子である。非冷却型（熱型）赤外線検出素子では、赤外線吸収層および熱電変換素子を外系と熱的に隔離するように、表面微細構造またはバルク微細構造形成技術が活用される。冷却型赤外線センサが高価で大きな冷却器を必要とするのに対し、非冷却型赤外線素子は小型で安価というメリットがある。
【０００３】
従来の非冷却型赤外線検出素子はたとえば特許文献１に開示されている。この非冷却型赤外線検出素子は、基板と、基板上に支持脚で支持され、検知膜が設けられた検出部と、互いに略平行に配置された第１赤外線吸収膜（第１傘構造部）および第２赤外線吸収膜（第２傘構造部）と、第１赤外線吸収膜および第２赤外線吸収膜を透過した赤外線を反射して、第１赤外線吸収膜および第２赤外線吸収膜に入射させる反射膜とを含み、第１赤外線吸収膜と反射膜との間の第１光学距離と、第２赤外線吸収膜と反射膜との間の第２光学距離とが、互いに異なっている。
【０００４】
この非冷却型赤外線検出素子では、入射した赤外線を２段の傘構造部で熱に変換し、検知膜によって温度上昇を電気信号に変換する。このとき、傘構造部で吸収しきれなかった赤外線を反射膜（金属配線層）によって反射して再び傘構造部に入射させるようにし、かつ第１赤外線吸収膜と反射膜との光学距離および第２赤外線吸収膜と反射膜との光学距離を吸収すべき赤外線の波長のｍ／４倍（ｍは奇数）に設定することによって吸収効率を上げている。
【特許文献１】特開２００３−２９４５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１では、反射膜が検出面全体に形成されているわけではなく、たとえば支持脚の周囲には反射膜のない領域が存在し、このような領域では２段の傘構造部を透過してきた赤外線をロスすることになる。反射膜のない領域の面積は検出面全体の３０〜４０％にも及ぶため、赤外線の吸収効率が悪くなり、感度の低下を招く。また、赤外線吸収膜を含む傘吸収部を二重に形成しているため、赤外線検出素子の熱容量が非常に大きくなり応答速度が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、応答速度を極力低下させることなく、広い領域で赤外線を吸収することができる高感度の非冷却赤外線検出素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子は、表面に空洞部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の前記空洞部を囲む領域に形成された配線部と、前記配線部に接続され、前記配線部より内側で前記半導体基板の空洞部上に配置された支持部と、前記支持部に接続されて前記支持部より内側で前記半導体基板の空洞部上に支持され、下部から順に配置された熱電変換部、第１反射層および第１吸収層を含む検出セルと、前記検出セル上に、前記第１反射層の領域以外の領域を覆いかつ前記支持部の上方に張り出すように形成された第２反射層と、前記検出セル上に形成された支柱により、前記検出セルおよび前記第２反射層の上方に間隙を隔てて形成された第２吸収層とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子は、表面に空洞部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の前記空洞部を囲む領域に形成された配線部と、前記配線部に接続され、前記配線部より内側で前記半導体基板の空洞部上に配置された支持部と、前記支持部に接続されて前記支持部より内側で前記半導体基板の空洞部上に支持され、下部から順に配置された熱電変換部、第１反射層および第１吸収層を含む検出セルと、前記検出セル上に、前記第１反射層の領域以外の領域を覆うように形成された第３反射層と、前記配線部上に、前記支持部の上方に張り出すように形成された第４反射層と、前記検出セル上に形成された支柱により、前記検出セル、前記第３反射層および前記第４反射層の上方に間隙を隔てて形成された第２吸収層とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子は、表面に空洞部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の前記空洞部を囲む領域に形成された配線部と、前記配線部に接続され、前記配線部より内側で前記半導体基板の空洞部上に配置された支持部と、前記支持部に接続されて前記支持部より内側で前記半導体基板の空洞部上に支持され、下部から順に配置された熱電変換部、第１反射層および第１吸収層を含む検出セルと、前記検出セル上に、前記第１反射層の領域以外の領域を覆いかつ前記支持部の上方に張り出すように形成された、第５反射層および第３吸収層を含む積層体と、前記検出セル上に形成された支柱により、前記検出セルおよび前記積層体の上方に間隙を隔てて形成された第２吸収層とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態における非冷却赤外線検出素子は、従来はカバーできていなかった領域に反射層を配置したことにより、広い領域で赤外線を吸収することができ、感度を向上できる。また、本発明の実施形態における非冷却赤外線検出素子は、従来のものよりも構造が単純で熱容量が小さいため、応答速度の低下を招くこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の第１の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子では、検出セル上に第１反射層の領域以外の領域を覆いかつ支持部の上方に張り出すように第２反射層を形成し、検出セルおよび第２反射層の上方に間隙を隔てて第２吸収層を１層だけ形成している。
【００１２】
本発明の第２の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子では、検出セル上に第１反射層の領域以外の領域を覆うように第３反射層を形成し、配線部上に支持部の上方に張り出すように第４反射層を形成し、検出セル、第３反射層および第４反射層の上方に間隙を隔てて第２吸収層を１層だけ形成している。
【００１３】
本発明の第３の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子では、検出セル上に第１反射層の領域以外の領域を覆いかつ支持部の上方に張り出すように第５反射層および第３吸収層を含む積層体を形成し、検出セルおよび第３吸収層の上方に間隙を隔てて第２吸収層を１層だけ形成している。
【００１４】
このように本発明の各実施形態に係る非冷却赤外線検出素子は、従来カバーできていなかった支持部の周囲の領域の上方にも反射層または反射層および吸収層を配置したことにより、ほぼ全素子面積にわたる広い領域で赤外線を吸収することができ、感度を向上できる。また、本発明の各実施形態に係る非冷却赤外線検出素子は、傘構造をなす第２吸収層が１層だけなので従来のものよりも構造が単純で熱容量が小さいため、応答速度の低下を招くこともない。
【００１５】
第１の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子においては、前記第２吸収層と前記第１吸収層との間の光学距離、前記第１吸収層と前記第１反射層との間の光学距離、および前記第２吸収層と前記第２反射層との間の光学距離が、互いに異なっていることが好ましい。
【００１６】
第２の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子においては、前記第２吸収層と前記第１吸収層との間の光学距離、前記第１吸収層と前記第１反射層との間の光学距離、前記第２吸収層と前記第３反射層との間の光学距離、および前記第２吸収層と前記第４反射層との間の光学距離が、互いに異なっていることが好ましい。
【００１７】
第３の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子においては、前記第２吸収層と前記第１吸収層との間の光学距離、前記第１吸収層と前記第１反射層との間の光学距離、前記第２吸収層と前記第３吸収層との間の光学距離、および前記第３吸収層と前記第５反射層との間の光学距離が、互いに異なっていることが好ましい。
【００１８】
これらの条件を満たしている場合には、広い波長範囲の赤外線を吸収することができるので、赤外線の吸収効率をより高めることができる。
【００１９】
本発明の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子を用いて複数列×複数行のマトリクスを構成すれば、非冷却赤外線撮像装置として用いることができる。
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の非冷却赤外線検出素子の断面図、図２は図１中のＢ−Ｂ線より下を見た平面図である。
【００２２】
図１に示すように、シリコン基板１００の表面には空洞部１０１が設けられている。シリコン基板１００の空洞部１０１を囲む領域には、配線層１７２とその周囲を被覆する絶縁層１７１を含む配線部１７が形成されている。この配線部１７には、配線部１７より内側でシリコン基板１００の空洞部１０１上に配置されるように、支持部１６が接続されている。支持部１６は、配線層１６２とその周囲を被覆する絶縁層１６１を含む。この支持部１６には、支持部１６より内側でシリコン基板１００の空洞部１０１上に支持されるように、検出セル１１が接続されている。この検出セル１１は、下部から順に配置された熱電変換部１１１、その周囲を被覆する絶縁層１１２、第１反射層１１３、その周囲を被覆する絶縁層１９１、および第１吸収層１３１を含む。なお、第１反射層１１３として検出セル１１内の配線層を用いることにより検出セルの構造を簡略化している。第１反射層（配線層）１１３は熱電変換部１１１と接続されている（接続部は図示せず）。検出セル１１上には、第１反射層（配線層）１１３の領域以外の領域を覆いかつ支持部１６の上方に張り出すように第２反射層１５１が形成されている。さらに、検出セル１１上には支柱１４が形成され、支柱１４に支持されて検出セル１１および第２反射層１５１の上方に間隙を隔てて傘構造をなすように絶縁層１２１および第２吸収層１２２が形成されている。傘構造部に含まれる第２吸収層１２２は、支柱１４を介して検出セル１１と熱的に接続されている。
【００２３】
なお、第２反射層１５１を段差構造としているのは以下のような理由による。すなわち、通常のデバイスでは配線部１７と検出セル１１の絶縁層１９１の上端を同じ高さにすることが多いため、第２反射層１５１に段差をつけずに平坦に作ると配線部１７の上端に第２反射層１５１が接触し、断熱性が劣化しやすくなる。ただし、配線部１７を絶縁層１９１よりも低く形成すれば、図１のように第２反射層１５１に段差を設ける必要はない。
【００２４】
図２に示すように、熱電変換部１１１および第１反射層１１３は、たとえば４個の矩形を含むパターンに加工される。また、支持部１６はそれぞれほぼカギ型の一対のパターンをなすようにパターン形成されており、支持部１６の周囲はエッチングホール１６３となっている。支持部１６の配線層１６２は、一端が配線部１７の配線層１７１と接続され、他端が検出セル１１の第１反射層（配線層）１１３と接続されている。
【００２５】
素子全体は真空パッケージされ、傘構造部（絶縁層１２１および第２吸収層１２２）と検出セル１１との間、および空洞部１０１は真空層となっている。このように、基板１００から分離された検出セル１１を真空中に置くことにより検出セル１１の断熱性を向上させ、感度を高めるようにしている。
【００２６】
赤外線が吸収されると、検出セル１１の温度が上昇し、熱電変換部１１１の電気特性が変化する。熱電変換部１１１の電気特性の変化は、第１反射層（配線層）１１３、支持部１６の配線層１６２、および配線部１７の配線層１７２を介して読み出される。
【００２７】
ここで、図１に示すように、本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の素子面を第１吸収領域Ａ１と第２吸収領域Ａ２とに分けて考える。第１吸収領域Ａ１は、赤外線入射側（上側）から見て、第２吸収層１２２、第１吸収層１３１、第１反射層１１３、熱電変換部１１１がこの順に配置されている領域である。第２吸収領域Ａ２は、赤外線入射側から見て、第２吸収層１２２、第２反射層１５１がこの順に配置されている領域である。
【００２８】
第１吸収領域Ａ１では、入射した赤外線の一部が第２吸収層１２２で吸収される。第２吸収層１２２で吸収されずに透過した赤外線は第１吸収層１３１に達し、その一部が吸収される。第１吸収層１３１で吸収されずに透過した赤外線は第１反射層（配線層）１１３に達して反射され、再び第１吸収層１３１に達し、その一部が吸収される。さらに、反射された赤外線のうち第１吸収層１３１で吸収されずに上側に透過した赤外線は第２吸収層１２２まで戻って吸収される。この第１吸収領域Ａ１は、従来の素子において２段の傘構造部と検出セルによって実現されていた領域に対応する。
【００２９】
第２吸収領域Ａ２では、入射した赤外線の一部が第２吸収層１２２で吸収される。第２吸収層１２２で吸収されずに透過した赤外線は第２反射層１５１に達して反射され、再び第２吸収層１２２まで戻って吸収される。従来の素子には、第２反射層１５１（第１反射層１１３の領域以外の領域を覆いかつ支持部１６の上方に張り出すように形成されている）を含む第２吸収領域Ａ２は存在しなかった。
【００３０】
上記のように本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子では、第１吸収領域Ａ１だけでなく第２吸収領域Ａ２も含むほぼ全面で赤外線が吸収されるので赤外線の吸収効率を向上させて感度を向上でき、しかも傘構造部が１段だけ設けられた単純な構造なので熱容量が小さく応答速度の低下を招くこともない。
【００３１】
次に、図３を参照して、本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の好適な設計について説明する。図３に示したように、第１吸収領域Ａ１における第２吸収層１２２と第１吸収層１３１との間の物理距離をｄ１（光学距離をＬ１）、第１吸収層１３１と第１反射層１１３との間の物理距離をｄ２（光学距離をＬ２）、第２吸収領域Ａ２における第２吸収層１２２と第２反射層１５１との間の物理距離をｄ３（光学距離をＬ３）とする。ここで、光学距離（キャビティ厚ともいう）は、各部材間の物理距離と、各部材の間に存在する絶縁層の屈折率によって決定される。たとえば第１吸収層１３１と第１反射層１１３との間に存在する絶縁層１９１の屈折率をｎとすると、光学距離Ｌ２＝ｎｄ２と表される。絶縁層としては、二酸化シリコンや、二酸化シリコンと窒化シリコンとの積層体が用いられる。したがって、積層体に含まれる二酸化シリコンおよび窒化シリコンの膜厚比を調整することによって光学距離を設定することもできる。
【００３２】
本実施形態においては、吸収しようとする赤外線の波長をλ（具体的には、８〜１２μｍの範囲）として、上記の光学距離をλ／４（すなわち２〜３μｍ）の整数倍に設定することが好ましい。吸収しようとする赤外線の波長をλ１、λ２、λ３として、たとえばＬ１＝λ１／４、Ｌ２＝λ２／４、Ｌ３＝λ３／４となるように設計する。また、Ｌ１＝λ１／２、Ｌ２＝λ２／４、Ｌ３＝λ３／４となるように設計してもよい。
【００３３】
第２反射層１５１に段差を設けた場合でも設けない場合でも、上記のような設計により光学距離の異なる複数の吸収キャビティを平面的に分布させることにより、赤外線の吸収スペクトルをブロードにすることができる。ただし、図１に示したように、第２反射層１５１に段差を設けたほうが、赤外線の吸収スペクトルをブロードにするには有利になる。
【００３４】
本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法の一例を、図４〜図８に示す（ａ）〜（ｋ）の工程を参照して説明する。  
（ａ工程）シリコン基板１００を準備し、シリコン基板１００上に検出セル１１と、支持部１６と、配線部１７を形成する。検出セル１１は、熱電変換部１１１、その周囲を被覆する絶縁層１１２、熱電変換部１１１上に絶縁層１１２を介して形成された第１反射層１１３、およびその周囲を被覆する絶縁層１９１を含む。熱電変換部１１１は、シリコンのｐｎ接合ダイオードや、酸化バナジウム（ＶＯx）のようなボロメータ材料などからなる。支持部１６は配線層１６２とその周囲を被覆する絶縁層１６１を含む。配線部１７は配線層１７２とその周囲を被覆する絶縁層１７１を含む。この際、図２に示すようなカギ型のパターンをなす一対の支持部１６を形成するようにエッチングホール１６３を形成し、さらに支持部１６の上部をエッチングする。
【００３５】
（ｂ工程）全面にたとえばアモルファスＳｉからなる第１犠牲層２０１を堆積する。  
（ｃ工程）検出セル１１上面が露出するように第１犠牲層２０１の一部をエッチングする。  
（ｄ工程）全面に、下部の保護層２１１、第１吸収層１３１、および第２反射層１５１を堆積する。第１吸収層１３１の材料としては、たとえばＴｉＮが用いられる。第２反射層１５１をエッチングして、絶縁層１９１上で第１反射層（配線層）１１３以外の領域に重なる領域および第１犠牲層２０１上で支持部１６に重なる領域に第２反射層１５１を残す。配線層１７の中央上部の第１吸収層１３１および保護層２１１をエッチングして、第１犠牲層２０１の表面の一部を露出させるとともに、検出セル１１上では第１吸収層１３１のパターンをほぼ第１反射層１１３のパターンと重なるように形成する。その後、残存する第２反射層１５１および第１吸収層１３１の上に上部の保護層２１１を形成する。
【００３６】
（ｅ工程）全面にたとえばアモルファスＳｉからなる第２犠牲層２０２を堆積する。  
（ｆ工程）検出セル１１上の第２犠牲層２０２の一部を貫通するまでエッチングし、エッチングホールを形成する。このとき、エッチングホールは、検出セル１１上で第１反射層（配線層）１１３のない領域（第２吸収領域Ａ２）に形成する。これは、本実施形態では、第１吸収領域Ａ１の方が第２吸収領域Ａ２よりも吸収効率が高く、支柱１４を第２吸収領域Ａ２に形成する方が吸収効率の点で有利になるためである。
【００３７】
（ｇ工程）たとえば二酸化シリコンを堆積して、支柱１４および傘構造の下層となる絶縁層１２１を形成する。
【００３８】
（ｈ工程）必要に応じて、絶縁層１２１をエッチバックして薄膜化する。次に、たとえばＴｉＮからなる第２吸収層１２２、およびこれを保護する絶縁層１２１を堆積する。
【００３９】
（ｉ工程）配線部１７の中央上部の絶縁層１２１および第２吸収層１２２をエッチングして第２犠牲層２０２の表面を露出させる。
【００４０】
（ｊ工程）第２犠牲層２０２および第１犠牲層２０１をエッチングして除去するとともに、シリコン基板１００の一部をエッチングして空洞部１０１を形成する。このとき、単結晶シリコンの面方向選択比の大きいエッチャント（ＴＭＡＨやＫＯＨなど）を用いることが望ましい。
【００４１】
以上の工程により第１の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子を製造することができる。また、必要に応じて下記の工程を追加する。
【００４２】
（ｋ工程）例えば弗酸を用いて、絶縁層１２１、支柱１４、および保護層２１１をエッチングする。この工程により、絶縁層１２２の厚みや支柱１４の太さを調整し、第２反射層１５１の反射率を向上させることができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
図９は本発明の第２の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の断面図、図１０は図９中のＢ−Ｂ線より下を見た平面図である。
【００４４】
図９に示すように、本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子は、第１の実施形態における第２反射層１５１の代わりに、検出セル１１上に第１反射層１１１の領域以外の領域を覆うように形成された第３反射層１５３および配線部１７上に支持部１６の上方に張り出すように形成された第４反射層１５４を設けた構造を有する。このような構造を実現するために、配線部１７の高さを検出セル１１の高さよりも高くしている。
【００４５】
本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の素子面を第１吸収領域Ａ１と第３吸収領域Ａ３と第４吸収領域Ａ４とに分けて考える。第１吸収領域Ａ１は、赤外線入射側（上側）から見て、第２吸収層１２２、第１吸収層１３１、第１反射層１１３、熱電変換部１１１がこの順に配置されている領域である。第３吸収領域Ａ３は、赤外線入射側から見て、第２吸収層１２２、第３反射層１５３がこの順に配置されている領域である。第４吸収領域Ａ４は、赤外線入射側から見て、第２吸収層１２２、第４反射層１５４がこの順に配置されている領域である。
【００４６】
本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子でも、第１吸収領域Ａ１だけでなく第３吸収領域Ａ３および第４吸収領域Ａ４も含むほぼ全面で赤外線が吸収されるので赤外線の吸収効率を向上させて感度を向上できる。また、本実施形態においては、第１の実施形態と異なり、第４反射層１５４が検出セル１１上に形成されていないので、第１の実施形態よりもさらに熱容量の低下が期待できる。
【００４７】
図１１を参照して、本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の好適な設計について説明する。図１１に示したように、第１吸収領域Ａ１における第２吸収層１２２と第１吸収層１３１との間の物理距離をｄ１（光学距離をＬ１）、第１吸収層１３１と第１反射層１１３との間の物理距離をｄ２（光学距離をＬ２）、第３吸収領域Ａ３における第２吸収層１２２と第３反射層１５３との間の物理距離をｄ４（光学距離をＬ４）、第４吸収領域Ａ４における第２吸収層１２２と第４反射層１５４との間の物理距離をｄ５（光学距離をＬ５）とする。
【００４８】
本実施形態においては、吸収しようとする赤外線の波長をλ１、λ２、λ４、λ５として、たとえばＬ１＝λ１／４、Ｌ２＝λ２／４、Ｌ４＝λ４／４、Ｌ５＝λ５／４となるように設計する。また、Ｌ１＝λ１／４、Ｌ２＝λ２／２、Ｌ４＝λ４／４、Ｌ５＝λ５／４となるように設計してもよい。このように設計することにより、広帯域の赤外線を吸収することができる。
【００４９】
本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法のうち、第１の実施形態と異なる工程について説明する。本実施形態では、第１の実施形態における（ｄ）工程（図５）を図１２に示すように変更する。第１犠牲層２０１を検出セル１１上面および配線部１７上面が露出するようにエッチングする。次に、下部の保護膜２１１および第１吸収層１３１を堆積する。次に、金属層を堆積した後、パターニングして検出セル１１縁部の第３反射層１５３および配線部１７上の第４反射層１５４を形成する。その後、必要に応じて、第１吸収層１３１および保護膜２１１の一部をエッチングして第１犠牲層２０１の表面を露出させる。次いで、上部の保護層２１１を堆積する。この工程以降は、第１の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法と同じ工程を採用することにより、本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子を製造することができる。
【００５０】
（第３の実施形態）
図１３は本発明の第３の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の断面図、図１４は図１３中のＢ−Ｂ線より下を見た平面図である。
【００５１】
図９に示すように、本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子は、検出セル１１上に第１反射層１１３の領域以外の領域を覆いかつ支持部１６の上方に張り出すように形成された第５反射層１５５（第１の実施形態における第２反射層１５１に相当する）の上に、絶縁層１９２および第３吸収層１３３を設けた構造を有する。
【００５２】
本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の素子面を第１吸収領域Ａ１と第５吸収領域Ａ５とに分けて考えると、第１の実施形態における第１吸収領域Ａ１と第２吸収領域Ａ２とほぼ同様であり、平面図は図２と同様になる。
【００５３】
したがって、本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子でも、ほぼ全面で赤外線が吸収されるので赤外線の吸収効率を向上させて感度を向上でき、しかも傘構造部が１段だけ設けられた単純な構造なので熱容量が小さく応答速度の低下を招くこともない。
【００５４】
図１４を参照して、本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の好適な設計について説明する。図１４に示したように、第１吸収領域Ａ１における第２吸収層１２２と第１吸収層１３１との間の物理距離をｄ１（光学距離をＬ１）、第１吸収層１３１と第１反射層１１３との間の物理距離をｄ２（光学距離をＬ２）、第５吸収領域Ａ５における第２吸収層１２２と第３吸収層１３３との間の物理距離をｄ６（光学距離をＬ６）、第３吸収層１３３と第５反射層１５５との間の物理距離をｄ７（光学距離をＬ７）とする。
【００５５】
本実施形態においては、吸収しようとする赤外線の波長をλ１、λ２、λ６、λ７として、たとえばＬ１＝λ１／４、Ｌ２＝λ２／４、Ｌ６＝λ６／４、Ｌ７＝λ７／４となるように設計する。また、Ｌ１＝λ１／４、Ｌ２＝λ２／２、Ｌ６＝λ６／４、Ｌ７＝λ７／２となるように設計してもよい。このように設計することにより、広帯域の赤外線を吸収することができる。
【００５６】
本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法のうち、第１の実施形態と異なる工程について説明する。本実施形態では、第１の実施形態における（ｄ）工程（図５）を図１５に示すように変更する。第１犠牲層２０１を検出セル１１上面が露出するようにエッチングする。次に、下部の保護膜２１１、第１吸収層１３１、第５反射層１５５、絶縁層１９２、第３吸収層１３２を堆積する。次に、第１反射層１１３の上部および配線部１７中央上部の第３吸収層１３２、絶縁層１９２および第５反射層１５５をエッチングする。次いで、配線部１７中央上部の第１吸収層１３１および下部の絶縁膜２１１をエッチングして第１犠牲層の表面を露出させる。さらに、上部の保護層２１１を堆積する。この工程以降は、第１の実施形態に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法と同じ工程を採用することにより、本実施形態に係る非冷却赤外線検出素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施形態１に係る非冷却赤外線検出素子の断面図。
【図２】実施形態１に係る非冷却赤外線検出素子の平面図。
【図３】実施形態１に係る非冷却赤外線検出素子における光学距離を説明する図。
【図４】実施形態１に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法を示す断面図。
【図５】実施形態１に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法を示す断面図。
【図６】実施形態１に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法を示す断面図。
【図７】実施形態１に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法を示す断面図。
【図８】実施形態１に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法を示す断面図。
【図９】実施形態２に係る非冷却赤外線検出素子の断面図。
【図１０】実施形態２に係る非冷却赤外線検出素子の平面図。
【図１１】実施形態２に係る非冷却赤外線検出素子における光学距離を説明する図。
【図１２】実施形態２に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法を示す断面図。
【図１３】実施形態３に係る非冷却赤外線検出素子の断面図。
【図１４】実施形態３に係る非冷却赤外線検出素子における光学距離を説明する図。
【図１５】実施形態３に係る非冷却赤外線検出素子の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１００…シリコン基板、１０１…空洞部、１１…検出セル、１１１…熱電変換部、１１２…絶縁層、１１３…第１反射層、１２１…絶縁層、１２２…第２吸収層、１３１…第１吸収層、１３３…第３吸収層、１４…支柱、１５１…第２反射層、１５３…第３反射層、１５４…第４反射層、１５５…第５反射層、１６…支持部、１６１…絶縁層、１６２…配線層、１６３…エッチングホール、１７…配線部、１７１…絶縁層、１７２…配線層、１９１、１９２…絶縁層、２０１…第１犠牲層、２０２…第２犠牲層、２１１…絶縁層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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