(57)【要約】【課題】  内部応力による検出部等の傾きが発生しない赤外線検出器およびそれを含む赤外線固体撮像装置を提供する。【解決手段】  検出部の温度変化を検知膜で検出する略矩形の赤外線検出器が、基板と、検知膜が設けられた検出部と、検出部を基板上に支持する支持脚と、支持脚に設けられ、検知膜と接続された配線層とを含む。赤外線検出器の対角線の交点における、基板表面に対する法線に対して、支持脚が線対称となるような構造を有する。赤外線固体撮像装置は、マトリックス状に配置された赤外線検出器を含む。【選択図】図２
2006300816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出部の温度変化を検知膜で検出する略矩形の赤外線検出器であって、
基板と、
検知膜が設けられた検出部と、
該検出部を該基板上に支持する支持脚と、
該支持脚に設けられ、該検知膜と接続された配線層とを含み、
該赤外線検出器の対角線の交点における、該基板表面に対する法線に対して、該支持脚が線対称となるような構造を有することを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】
上記支持脚に設けられた上記配線層が、上記法線に対して、線対称となるような構造を有することを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
【請求項３】
検出部の温度変化を検知膜で検出する略矩形の赤外線検出器であって、
基板と、
検知膜が設けられた検出部と、
該検出部を該基板上に支持する支持脚と、
該支持脚に設けられ、該検知膜と接続された配線層とを含み、
該赤外線検出器の対角線の交点における、該基板表面に対する法線に対して、該検出部が線対称となるような構造を有することを特徴とする赤外線検出器。
【請求項４】
検出部の温度変化を検知膜で検出する略矩形の赤外線検出器であって、
基板と、
検知膜が設けられた検出部と、
該検出部を該基板上に支持する支持脚と、
該支持脚に設けられ、該検知膜と接続された配線層と、
該検出部の上に支持された板状の傘構造部とを含み、
該赤外線検出器の対角線の交点における、該基板表面に対する法線に対して、該傘構造部が線対称となるような構造を有することを特徴とする赤外線検出器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線検出器が、マトリックス状に配置されたことを特徴とする赤外線固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出器およびそれを含む赤外線固体撮像装置に関し、特に、中心線に対して線対称なレイアウトを備えた赤外線検出器およびそれを含む赤外線固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の赤外線固体撮像装置は、赤外線を電気信号として取り出すための、複数の検出器を有する。それぞれの検出器は、赤外線を検知するための検知膜を備えた検出部、検出部を凹部上で中空に保持する支持脚、および赤外線を効率良く吸収するために検出部の上に設けられた傘構造部を含む（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】米国特許５，２２０，１８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の赤外線固体撮像装置では、検出部や支持脚のレイアウトは、検出器の対角線の交点における、基板表面に対する法線（以下、「中心線」という。）に対して非対称な配置となっていた。このため、検出器の支持脚、検出部、および、傘構造部において発生する内部応力が検出器の中心線に対して非対称となり、検出器や傘構造部が傾くという問題があった。
【０００４】
特に、検出器の赤外線検出感度や応答速度を向上させるために、検出器を小型化した場合にかかる傾向が顕著となり、検出器が傾いて基板と接触したり、傘構造部が傾いて支持脚と接触することにより、検出器の赤外線検出感度が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、内部応力による検出部等の傾きが発生しない赤外線固体撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、検出部の温度変化を検知膜で検出する略矩形の赤外線検出器であって、基板と、検知膜が設けられた検出部と、検出部を基板上に支持する支持脚と、支持脚に設けられ、検知膜と接続された配線層とを含み、赤外線検出器の対角線の交点における、基板表面に対する法線（中心線）に対して、支持脚が線対称となるような構造を有することを特徴とする赤外線検出器である。
【０００７】
また、本発明は、かかる赤外線検出器が、マトリックス状に配置されたことを特徴とする赤外線固体撮像装置でもある。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、支持脚等に発生する内部応力が赤外線検出器の中心線に対して対称となるため、検出部や傘構造部の傾きが防止でき、赤外線検出部を含む赤外線固体撮像装置の製造歩留りを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、全体が３００で表される、本発明の実施の形態１にかかる赤外線固体撮像装置の斜視図である。本実施の形態１にかかる赤外線固体撮像装置３００は、基板３０１を含む。基板３０１の上には、複数の検出器５０３がマトリックス状に配置された検出器アレイ５０２と、検出器５０３から出力された電気信号を処理して外部に出力する信号処理回路５０９が設けられている。検出器５０３と信号処理回路５０９とは、垂直信号線３０２および水平信号線３０３に接続されている。
なお、以下で述べる実施の形態２〜４の場合も、赤外線固体撮像装置の外観は、図１に示す赤外線固体撮像装置３００と略同じである。
【００１０】
図２は、本実施の形態１にかかる赤外線固体撮像装置３００の検出器５０３を拡大した平面図である。また、図３は、図２の赤外線固体撮像装置３００を、II−II方向に見た場合の断面図である。説明を容易にするために、図２において傘構造部５０７、および保護膜３０７は省略されている。
【００１１】
図２、３に示すように、全体が５０３で表される検出器は、凹部５０６が設けられた基板３０１を含む。基板３０１の上には支持脚５０５が設けられ、支持脚５０５により、検出部５０４が凹部５０６上で中空に保持される。検出部５０４の上には、赤外線の検出効率を向上させるために板状の傘構造部５０７が設けられている。
【００１２】
検出部５０４には、配線層３０４と検知膜２００が設置されている。支持脚５０５にも配線層３０４が設けられ、信号処理回路５０９と検知膜２００とを電気的に接続している。検知膜２００は、例えば、ボロメータ、焦電体、熱電対、および、ＰＮ接合ダイオードのいずれかが用いられる。本実施の形態１においては、検知膜２００はＰＮ接合ダイオードからなるものとする。配線層３０４は、例えばアルミニウムからなる。
【００１３】
次に、検出器５０３が赤外線を検出する原理について簡単に述べる。
赤外線固体撮像装置３００の撮像対象となる被写体が発した赤外線が、検出器アレイ５０２に含まれる検出器５０３に入射すると、検出部５０４の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じて検知膜２００の電気特性が変化する。それぞれの検出器５０４ごとに、信号処理回路５０９がかかる電気特性の変化を読み取り、外部に出力する。これにより、被写体の熱画像を得ることができる。
基板３０１と検出部５０４とは、支持脚５０５により接続されているので、支持脚５０５の熱コンダクタンスが小さいほど検出部５０４の温度変化が大きくなり、検出器５０３の温度感度が高くなる。
【００１４】
次に、検出器５０３の支持脚５０５、検出部５０４、および傘構造部５０７の内部応力について考察する。
図２からわかるように、検出器５０３は、支持脚５０５の点Ｂ、および点Ｂ‘近傍を支点として、凹部５０６の上で中空に保持されている。Ｃは、略正方形の検出器５０３の対角線の交点である。
【００１５】
本実施の形態１にかかる検出器５０３では、支持脚５０５がいわゆる渦巻き形状となり、支持脚５０５、検出部５０４、および傘構造部５０７のレイアウトが、点Ｃを通る中心線（基板３０１の表面に垂直な方向の線）に対して、線対称となっている。このため、検出器５０３の各部で発生する内部応力も中心線Ｃ−Ｃに対して線対称になり、中心線Ｃ−Ｃを中心にして内部応力は釣り合う。この結果、凹部５０６の上で中空に保持された検出部５０４は、基板３０１の表面に略平行に維持され、傾斜しない。同様に、検出部５０４の上に形成された傘構造部５０７も、検出部５０４の表面に対して略平行に配置され、傾斜しない。
【００１６】
このように、本実施の形態１にかかる検出器５０３では、中心線Ｃ−Ｃに対して内部応力が線対称となるため、検出部５０４が基板３０１に接触したり、傘構造部５０７が支持脚５０５に接触することがない。このため、接触に起因する赤外線固体撮像装置３００の故障が防止でき、赤外線固体撮像装置３００の製造歩留りを向上させることができる。
【００１７】
なお、本実施の形態１にかかる検出器５０３では、中心線Ｃ−Ｃに対して支持脚５０５が線対称な構造となっているが、支持脚５０５に含まれる配線層５０１は線対称とはならない。
【００１８】
次に、図４を用いて、本実施の形態１にかかる赤外線固体撮像装置３００の製造方法について説明する。図４は、製造工程における断面図であり、図４中、図３と同一符合は、同一または相当箇所を示す。かかる製造工程が、以下の工程１〜７を含む。
【００１９】
工程１：図４（ａ）に示すように、はじめに、基板３０１を準備する。基板３０１は、シリコン支持基板４００上に、シリコン酸化膜層４０１、シリコン層４０２を順次積層したＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板からなる。
【００２０】
工程２：図４（ｂ）に示すように、ＬＯＣＯＳ（LOCal Oxidation of Silicon）分離法もしくはトレンチ分離法を用いて、所定の位置に分離酸化膜３０５を形成する。
【００２１】
工程３：図４（ｃ）に示すように、信号処理回路５０９（図示せず）を形成する。更に、検出器アレイ５０２を形成する領域の、シリコン支持基板４００もしくはシリコン層４０２に検知膜２００を形成する。ここでは、検知膜２００は、ＰＮ接合ダイオードからなる。
【００２２】
工程４：図４（ｄ）に示すように、全面に、酸化シリコンからなる絶縁膜３０６を堆積させる。
【００２３】
工程５：図４（ｅ）に示すように、絶縁膜３０６の上に、例えばアルミニウムからなる配線層３０４を形成し、更に、配線層３０４の上に保護膜３０７を堆積させる。
【００２４】
工程６：図４（ｆ）に示すように、上述の中心線Ｃ−Ｃに対して線対称となるように、絶縁膜３０６の所定の位置にエッチング孔５０８を開口する。続いて、例えばシリコンから成る犠牲層３０８を堆積させる。
更に、犠牲層３０８の上に、中心線Ｃ−Ｃに対して線対称となるように、板状の傘構造部５０７を形成する。
【００２５】
工程７：図４（ｇ）に示すように、エッチング孔５０８から、例えばフッ化キセノン等のエッチャントを導入して犠牲層３０８を除去し、更に、シリコン支持基板４００を選択的にエッチングして凹部５０６を形成する。
【００２６】
以上の工程により、絶縁膜からなる支持脚５０５によって支えられて、検出部５０４および傘構造部５０７が中空に浮いた検出器５０３を搭載した赤外線固体撮像装置３００が完成する。
【００２７】
実施の形態２．
図５は、全体が５１３で表される、本発明の実施の形態２にかかる赤外線固体撮像装置に含まれる検出器の上面図であり、図６は、図５の検出器５１３をＶ−Ｖ方向に見た場合の断面図である。
図５、６中、図２、３と同一符合は、同一又は相当箇所を示す。また、説明を容易にするために、図５において傘構造部５０７、および保護膜３０７は省略されている。
【００２８】
実施の形態２にかかる検出器５１３では、図５からわかるように、支持脚５０５がＵ字型に蛇行したレイアウト、即ち、いわゆるアコーディオン形状となっている。かかるアコーディオン形状において、支持脚５０５、検出部５０４、および傘構造部５０７のレイアウトが、点Ｃを通る中心線に対して線対称となっている。このため、実施の形態１の場合と同様に、検出器５１３の各部で発生する内部応力も中心線Ｃ−Ｃに対して線対称になり、この結果、凹部５０６の上で中空に保持された検出部５０４は、基板３０１の表面に略平行に維持され、傾斜しない。同様に、傘構造部５０７の構造も、中心線Ｃ−Ｃに対して線対称となるため、傘構造部５０７は、検出部５０４の表面に対して略平行に配置され、傾斜しない。
【００２９】
このように、本実施の形態２にかかる検出器５１３においても、中心線Ｃ−Ｃに対して内部応力が線対称となるため、検出部５０４が基板３０１に接触したり、傘構造部５０７が支持脚５０５に接触することがない。このため、接触に起因する赤外線固体撮像装置３００の故障が防止でき、赤外線固体撮像装置３００の製造歩留りを向上させることができる。
【００３０】
なお、本実施の形態２にかかる検出器５１３では、実施の形態１にかかる検出器５０３と同様に、支持脚５０５は中心線Ｃ−Ｃに対して線対称となっているが、支持脚５０５に含まれる配線層５０１は線対称とはならない。
【００３１】
図７は、本実施の形態２にかかる赤外線固体撮像装置３００の製造工程の断面図であり、図７中、図４と同一符合は、同一または相当箇所を示す。
【００３２】
かかる製造工程では、上述の実施の形態１と同様に、工程１〜４（図７（ａ）〜（ｄ））を行った後、工程５、６（図７（ｅ）、（ｆ））において、アコーディオン形状の支持脚５０５（配線層３０４を含む）を形成する。
【００３３】
更に、工程７（図７（ｇ））において、凹部５０６を形成する。
【００３４】
以上の工程により、アコーディオン形状の支持脚５０５によって支えられて、検出部５０４および傘構造部５０７が中空に浮いた検出器５１３を搭載した赤外線固体撮像装置３００が完成する。
【００３５】
実施の形態３．
図８は、全体が５２３で表される、本発明の実施の形態３にかかる赤外線固体撮像装置に含まれる検出器の上面図である。
図８中、図２と同一符合は、同一又は相当箇所を示し、また、説明を容易にするために、傘構造部５０７および保護膜３０７は省略されている。
【００３６】
本実施の形態３にかかる検出器５２３では、実施の形態１にかかる検出器５０３と同様に、支持脚５０５、検出部５０４、および傘構造部５０７のレイアウトが、点Ｃを通る中心線に対して線対称となっている。更に、支持脚５０５に含まれる配線層５０１も、中心線Ｃ−Ｃに対して線対称な配置となっている。
【００３７】
このように、本実施の形態３にかかる検出器５２３においても、中心線Ｃ−Ｃに対して内部応力が線対称となるため、検出部５０４が基板３０１に接触したり、傘構造部５０７が支持脚５０５に接触することがない。このため、接触に起因する赤外線固体撮像装置３００の故障が防止でき、赤外線固体撮像装置３００の製造歩留りを向上させることができる。
【００３８】
特に、本実施の形態３にかかる検出器５２３では、支持脚５０５に含まれる配線層５０１も、中心線Ｃ−Ｃに対して線対称であり、より内部応力による検出部５０４等の傾きが防止できる。
【００３９】
なお、支持脚５０５に含まれる配線層５０１とは、図８中に示した破線より内側（検出部５０４側）の配線層をいう。破線より外側の配線層は、垂直信号線３０２または水平信号線３０３に接続されるため、一般的に点対称な配置とはならない。
【００４０】
また、本実施の形態３にかかる赤外線固体撮像装置の製造工程は、図４に示す実施の形態１の製造工程と略同じである。
【００４１】
実施の形態４．
図９は、全体が５３３で表される、本発明の実施の形態４にかかる赤外線固体撮像装置に含まれる検出器の上面図である。
図９中、図２と同一符合は、同一又は相当箇所を示し、また、説明を容易にするために、傘構造部５０７、および保護膜３０７は省略されている。
【００４２】
実施の形態４にかかる検出器５３３では、実施の形態２にかかる検出器５１３と同様に、支持脚５０５がいわゆるアコーディオン形状となり、かつ支持脚５０５、検出部５０４、および傘構造部５０７のレイアウトが、点Ｃを通る中心線に対して、線対称な配置となっている。加えて、支持脚５０５に含まれる配線層５０１も、点Ｃを通る中心線に対して線対称な配置となっている。
【００４３】
本実施の形態４にかかる検出器５３３では、点Ｃを通る中心線に対して内部応力が線対称となるため、検出部５０４が基板３０１に接触したり、傘構造部５０７が支持脚５０５に接触することがない。このため、接触に起因する赤外線固体撮像装置３００の故障が防止でき、赤外線固体撮像装置３００の製造歩留りを向上させることができる。
【００４４】
特に、本実施の形態４にかかる検出器５３３では、支持脚５０５に含まれる配線層５０１も、中心線に対して線対称であり、より内部応力による検出部５０４等の傾きが防止できる。
【００４５】
なお、支持脚５０５に含まれる配線層５０１とは、図９中に示した破線より内側（検出部５０４側）の支持脚５０５に含まれた配線層をいう。なお、破線より外側の配線層は、垂直信号線３０２または水平信号線３０３に接続されるため、中心線で対称とはならない。
【００４６】
また、本実施の形態４にかかる赤外線固体撮像装置の製造工程は、図７に示す実施の形態２の製造工程と略同じである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる赤外線固体撮像装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる検出器の上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる検出器の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる検出器の製造工程の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる検出器の上面図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる検出器の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる検出器の製造工程の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかる検出器の上面図である。
【図９】本発明の実施の形態４にかかる検出器の上面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２００  検知膜、３００  赤外線固体撮像装置、３０１  基板、３０２  垂直信号線、３０３  水平信号線、３０４  配線層、３０５  分離酸化膜、３０６  絶縁膜、３０７  保護膜、３０８  犠牲層、４００  シリコン支持基板、４０１  シリコン酸化膜層、４０２  シリコン層、５０１  支持脚に含まれる配線層、５０２  検出器アレイ、５０３  検出器、５０４  検出部、５０５  支持脚、５０６  凹部、５０７  傘構造部、５０８  エッチング孔、５０９  信号処理回路。
【図１】
2006300816.tif 000003
【図２】
2006300816.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006300816.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006300816.tif 000008
【図７】
2006300816.tif 000009
【図８】
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【図９】
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