(57)【要約】【課題】従来の赤外線検出センサのマイクロブリッジは、斜めに立ち上がる2本の梁で支える構造であったため、マイクロブリッジを形成した後にエッチング除去する犠牲層パターンを斜めに立ち上がる形状に加工する必要があり、この加工困難という課題があった。また、画素を小型化すると、梁の立ち上がり角度が急峻となり、梁の作製困難という課題があった。更に、梁の立ち上がり角度急峻とすると、梁部に形成する赤外線検出パターン断線等の不具合発生確率大となり、信頼性低下するという問題点もある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号処理回路チップ上に予め設けられた入出力パッド以外の領域を絶縁層で覆い、信号処理回路チップ上の予め設けられた入出力パッド上に、赤外線検出パターン・ダイヤフラム層・赤外線吸収膜の3層で構成されたマイクロブリッジを１画素として形成し、且つ、信号処理回路・マイクロブリッジ間を中空とするマイクロブリッジ構造を採る赤外線検出センサにおいて、信号処理回路チップ上の予め設けられた入出力パッド上に同一高さの絶縁性材料パターンを形成し、このパターンを支点とする梁を含むダイヤフラム層を絶縁性材料で平面として形成し、更にダイヤフラム層上に赤外線検出パターン及び赤外線吸収膜を形成しマイクロブリッジを構成し、信号処理回路チップ上に予め設けられた入出力パッドと赤外線検出パターンとを結線する貫通電極をダイヤフラム層及び絶縁性材料パターンに設けたことを特徴とする赤外線検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロブリッジ構造を採る赤外線検出センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出センサは、赤外線照射により抵抗値が変化する抵抗体パターン、ダイヤフラム層、赤外線吸収層の３層から成るマイクロブリッジ構造を採っている。抵抗体パターンが、赤外線検出パターンとなる。これを1画素として、信号処理回路チップであるＣＭＯＳチップ上の予め設けられた入出力パッド上に各画素が設けられ、マイクロブリッジ・ＣＭＯＳチップ間は中空となっている。
【０００３】
以下に上記構造及び各層の役割等を説明する
ある物体が温度Ｔ０よりＴ１温度変化した際の抵抗Ｒ（Ｔ０＋Ｔ１）は下式で表される
Ｒ（Ｔ０＋Ｔ１）＝Ｒ０（１＋α・Ｔ１）                                        （１）
ここで、αは抵抗温度係数と呼ばれる物質固有の定数であり、Ｒ０は温度Ｔ０時の抵抗である
【０００４】
また、物体にエネルギーＱ０が入射されたときの温度変化Ｔ１は下式で表される
Ｔ１＝（Ｑ０−Ｑ１）／Ｃ
（２）
ここで、Ｑ１は物体より熱伝導・輻射により減じるエネルギーであり、Ｃは物体の熱容量である
【０００５】
いま、物体を抵抗体として抵抗変化を大とするためには、以下が必要条件となる
（１）           抵抗体のα抵抗温度係数を大とする
（２）           抵抗体の抵抗値Ｒ０を大とする
（３）           Ｔ１を大とするため、熱容量Ｃを小とする
（４）           Ｔ１を大とするため、熱伝導・輻射により減じるエネルギーＱ１を小とする
【０００６】
上記（２）〜（４）を満足する構造は、赤外線検出パターン、ダイヤフラム層、赤外線吸収層の３層を中空で形成するマイクロブリッジ構造である。中空とすること及びマイクロブリッジ厚を小とすることにより、熱絶縁性を高として、熱伝導により減じるエネルギーＱ１を小としている。尚、赤外線検出パターン、ダイヤフラム層、赤外線吸収層の３層の総厚は数ミクロン程度に設定されている。また、抵抗体をパターンとするのは、抵抗体の幅小・長さ大として（１）式の温度Ｔ０時の抵抗Ｒ０を大とするためである。
【０００７】
赤外線検出センサの一例としては、サイズ７５ミクロン角の６４×６４＝４０９６画素が６ミリ角ＣＭＯＳチップに形成される。この例にて画素が占める領域は４．８ミリ角であり、周囲０．６ミリの領域に信号処理回路が形成されている。
【０００８】
中空のマイクロブリッジ構造を採る赤外線検出センサは、例えば特表２００３−５０７９０４にて説明されているように以下手順で作製される。これら作製工程では、成膜・露光・エッチング等の半導体工程手法を使用して作製される。
【０００９】
第１工程でＣＭＯＳチップ上の入出力パッド以外の領域を例えば厚２．０ミクロンの窒化シリコン等の絶縁層で覆う。これは、以降の手順にてＣＭＯＳチップ内に設けた回路が破損することを防止するためである。入出力パッドサイズは例えば１０ミクロン角である。
【００１０】
第２工程でポリイミド等の材料でＣＭＯＳチップ上の入出力パッドが露出する形状で設定画素サイズの犠牲層パターンを形成する。このとき、ＣＭＯＳチップ上の２個の入出力パッドより犠牲層表面に向け斜め方向に立ち上がる形状も同時に作製する。犠牲層厚は、例えば２．５ミクロンに設定され、この値が、マイクロブリッジ・ＣＭＯＳチップ間の中空厚となる。
【００１１】
第３工程で赤外線検出パターンとして例えば厚０．３ミクロン、幅２．０ミクロン、抵抗値２．２キロオームのチタンパターンを犠牲層パターン上に形成する。ＣＭＯＳチップ上の入出力パッドが露出していることより、この工程で赤外線検出パターンとＣＭＯＳチップが結線されることになる。
【００１２】
第４工程で赤外線検出パターン上に例えば厚１．０ミクロンの酸化シリコンのダイヤフラム層を形成する。このとき、第６工程で使用する犠牲層エッチング加工用穴も同時に形成する。
【００１３】
第５工程で例えば厚０．０１ミクロンの窒化チタン赤外線吸収層を形成する。このとき、第６工程で使用する犠牲層エッチング加工用穴も同時に形成する。
【００１４】
第６工程では、予めダイヤフラム層及び赤外線吸収層に設けておいた犠牲層エッチング加工用穴を利用し、赤外線検出パターンの下に位置する犠牲層を全てエッチング除去し、中空高さ２．５ミクロンのマイクロブリッジを作製する。
【００１５】
以上の工程により、マイクロブリッジは２本の斜めに立ち上がる梁で支えられ、この梁は赤外線検出パターン・ダイヤフラム層・赤外線吸収層で形成されることになる。また、マイクロブリッジ厚は赤外線検出パターン・ダイヤフラム層・赤外線吸収層３層の総厚１．３１ミクロンであり、マイクロブリッジ厚を小とする条件は満足されている。
【００１６】
図５に従来のマイクロブリッジ構造概念斜視図を示す。同図には、明瞭化のためマイクロブリッジを構成する各層等は図示していない。図６に従来のマイクロブリッジ構造を分解した斜視図を示す。図７に従来のマイクロブリッジ構造のＣＭＯＳチップパッドと赤外線検出パターンの接続形態の概念断面図を示す。図８に従来の第２工程完了時の犠牲層パターン形状の概念斜視図を示す
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特表２００３−５０７９０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来の赤外線検出センサでは、犠牲層パターンを斜めに立ち上がる形状に加工する必要があり、この加工困難であった。
【００１９】
また、前項で述べたように、赤外線検出センサでは画素自体が占める面積大のため、チップ小型化のためには、画素自体を小とする必要がある。しかし、従来の赤外線検出センサでは、チップ小型化困難という課題があった。これは、赤外線検出パターン・ダイヤフラム層・赤外線吸収層で形成されるマイクロブリッジを支える2本の梁が斜めに立ち上がるため、画素自体を小型化すると、梁の立ち上がり角度が急峻となり、梁自体の作製容易でなくなるためである。また、梁の立ち上がり角度を急峻すると、梁部に形成する赤外線検出パターン断線等の不具合発生確率大となり、信頼性低下するという問題点も発生する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
信号処理回路チップ上の予め設けられた入出力パッド上に同一高さの絶縁性材料パターンを形成し、このパターンを支点とする梁を含むダイヤフラム層を絶縁性材料で形成し、ダイヤフラム層上に赤外線検出パターン及び赤外線吸収膜を形成しマイクロブリッジを構成し、信号処理回路チップ上に予め設けられた入出力パッド上部に位置する部分に穴を形成し、この穴側壁に電極を設けて信号処理回路チップ上に予め設けられた入出力パッドと赤外線検出パターンとの電気的結線を行う。
【００２１】
信号処理回路チップ上の予め設けられた入出力パッド上に同一高さの絶縁性材料パターンを形成し、このパターンを支点とする梁を含むダイヤフラム層を絶縁性材料で平面として形成し、更にダイヤフラム層上に赤外線検出パターン及び赤外線吸収膜を形成しマイクロブリッジを構成し、信号処理回路チップ上に予め設けられた入出力パッドと赤外線検出パターンとを結線する貫通電極をダイヤフラム層及び絶縁性材料パターンに設ける
【発明の効果】
【００２２】
同一高さの絶縁性材料パターンを支点とする梁を含む絶縁性材料ダイヤフラム層を平面として形成し、ダイヤフラム層上に赤外線検出パターン及び赤外線吸収膜を形成しマイクロブリッジを構成することにより、マイクロブリッジを支える梁が信号処理回路チップと平行となる。これにより、犠牲層パターンも簡単な形状となり、犠牲層パターンの加工性が向上する。また、画素自体を小型化しても、梁が信号処理回路チップと平行のため、梁作製困難さは大とならず、梁上に形成する赤外線検出パターン断線等不具合発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のマイクロブリッジ構造概念斜視図である。
【図２】本発明のマイクロブリッジ構造を分解した概念斜視図である。
【図３】本発明の犠牲層パターン形状の概念斜視図である。
【図４】本発明のマイクロブリッジ構造のＣＭＯＳチップパッドと赤外線検出パターンの接続形態の概念断面図である
【図５】従来のマイクロブリッジ構造概念斜視図である。
【図６】従来のマイクロブリッジ構造を分解した概念斜視図である。
【図７】従来の犠牲層パターン形状の概念斜視図である。
【図８】従来のマイクロブリッジ構造のＣＭＯＳチップパッドと赤外線検出パターンの接続形態の概念断面図である
【発明を実施するための形態】
【００２４】
信号処理回路チップ上であるＣＭＯＳチップの予め設けられた入出力パッド上に同一高さの絶縁性材料パターンを形成し、このパターンを支点とする梁を含むダイヤフラム層を平面として絶縁性材料で形成し、ダイヤフラム層上に赤外線検出パターンを形成し、更にＣＭＯＳチップ上の入出力パッド上には位置しない形状で赤外線検出パターン上に赤外線吸収膜を形成しマイクロブリッジを構成する。信号処理回路チップ上に予め設けられた入出力パッド上部に位置する絶縁性材料パターンとダイヤフラム層に信号処理回路チップ入出力パッドに到達する穴を形成し、この穴側壁に電極を設けて信号処理回路チップ上に予め設けられた入出力パッドと赤外線検出パターンとを結線する貫通電極を形成する。
【実施例１】
【００２５】
以下に本発明実施例として、中空のマイクロブリッジ構造を採る赤外線検出センサ作製手順の一例を記す。
【００２６】
第１工程では、入出力パッドサイズが例えば１０ミクロン角であるＣＭＯＳチップ上全域を例えば厚２．０ミクロンの窒化シリコン等の絶縁層で覆う。これは、以降の手順にてＣＭＯＳチップ内に設けた回路が破損することを防止するためである。窒化シリコン成膜には例えばＰ−ＣＶＤ法を用いる。
【００２７】
第２工程でＣＭＯＳチップ上の入出力パッド上の位置に例えば１０ミクロン角で２．５ミクロン高さの窒化シリコン等の絶縁性材料パターンを形成する。窒化シリコン成膜を例えばＰ−ＣＶＤ法を用いて実施した後、露光、ガスを使用したドライエッチング手法を用いて、絶縁性材料パターンを加工することにより、同一高さの絶縁性材料パターンが形成される
【００２８】
第３工程でポリイミド等の材料でＣＭＯＳチップ上に設定画素サイズ形状・位置に犠牲層パターンを露光手法により形成する。犠牲層厚は、絶縁性材料パターと同一高さの例えば２．５ミクロンに設定され、この値が、マイクロブリッジ・ＣＭＯＳチップ間の中空厚となる。
【００２９】
第４工程で絶縁性材料パターンを支点とする梁を含むダイヤフラム層を例えば厚１．０ミクロンの酸化シリコン絶縁性材料で犠牲層パターン上に形成する。絶縁性材料パターン、及び犠牲層パターンが同一高さで形成されるので、ダイヤフラム層は平面として形成される。酸化シリコン成膜には例えばＰ−ＣＶＤ法を用い、ダイヤフラム層形成には、露光、ガスを使用したドライエッチング手法を用いる。このとき、第９工程で使用する犠牲層エッチング加工用穴も同時に形成する。
【００３０】
第５工程でＣＭＯＳチップ上の入出力パッド上の位置の第１工程で形成した絶縁層、第２工程で形成した絶縁性材料パターン及び第４工程で形成したダイヤフラム層に例えば８．０ミクロン角の入出力パッドに到達する穴を作製する。この加工には、露光、ガスを使用したドライエッチング手法を用いる。この穴深さは絶縁層厚２．０ミクロンと絶縁性材料パターン厚２．５ミクロンとダイヤフラム層厚１．０ミクロンの和の５．５ミクロンである
【００３１】
第６工程でダイヤフラム層上に赤外線検出パターンとして例えば厚０．３ミクロン、幅２．０ミクロンのチタンパターンに形成する。チタン成膜には例えばスパッタ法を用い、赤外線検出パターン形成には、露光、ガスを使用したドライエッチング手法を用いる。
【００３２】
第７工程でＣＭＯＳチップ上の入出力パッド上の位置の絶縁性材料パターン及びダイヤフラム層に形成した例えば８ミクロン角の入出力パッドに到達する穴側壁に貫通電極としてアルミニウム等の金属を成膜する。この成膜には例えばスパッタ法を用いる。この貫通電極により、ＣＭＯＳチップ上の入出力パッドと赤外線検出パターンが結線される。
【００３３】
第８工程で赤外線検出パターン上に例えば下地絶縁層である厚０．２ミクロンの窒化シリコン及び赤外吸収膜である厚０．０１ミクロンの窒化チタンから成る赤外線吸収層をＣＭＯＳチップ上の入出力パッド上には位置しない形状で形成する。ここで、下地絶縁層は、窒化チタンが導電性を有すため、設けるものであり、赤外線吸収膜を絶縁性材料で形成する場合は不要となる。窒化チタン成膜には例えばスパッタ法を用い、赤外線吸収層形成には、露光、ガスを使用したドライエッチング手法を用いる。このとき、第９工程で使用する犠牲層エッチング加工用穴も同時に形成する。
【００３４】
第９工程で予めダイヤフラム層及び赤外線吸収層に設けておいた犠牲層エッチング加工用穴を利用し、ダイヤフラム層の下に位置する犠牲層を全てエッチング除去し、中空高さ２．５ミクロンのマイクロブリッジを作製する。犠牲層エッチングには、例えば酸素ガスによるドライエッチング手法を用いる。
【００３５】
上記工程で、マイクロブリッジを支える梁がＣＭＯＳチップと平行なマイクロブリッジが形成される。また、マイクロブリッジ厚はダイヤフラム層・赤外線検出パターン・赤外線吸収層３層の総厚１．３１ミクロンであり、マイクロブリッジ・ＣＭＯＳチップ間の中空厚は２．５ミクロンとなり、背景技術で説明した従来構造と差異はない。
【００３６】
図１に本発明のマイクロブリッジ構造概念斜視図を示す。同図には、明瞭化のためマイクロブリッジを構成する各層等は図示していない。図２に本発明のマイクロブリッジ構造を分解した斜視図を示す。図３に本発明のマイクロブリッジ構造のＣＭＯＳチップパッドと赤外線検出パターンの接続形態の概念断面図を示す。図４に本発明の第３工程完了時の犠牲層パターン形状の概念斜視図を示す。
【００３７】
次に本発明により、画素サイズ小としＣＭＯＳチップ小型化しても、センサ性能維持されることを説明する。
【００３８】
背景技術の項で述べたように、従来の６４×６４＝４０９６赤外線検出センサでは、例えば、画素サイズは７５ミクロン角であり、画素内に幅２．０ミクロン、厚０．３ミクロン、抵抗値２．２キロオームの赤外線検出パターンが形成されている。
【００３９】
いま、画素サイズを３５ミクロン角とすると、画素面積は、７５ミクロン角に対し２２％となり、１画素に入射するエネルギーも７５ミクロン角に対し２２％となる。赤外線検出パターンを幅２．０ミクロン、厚０．０６ミクロンとすると赤外線検出パターン抵抗値は、５．０倍の１１．０キロオームとなる。（１）式に示したように、抵抗体材質が同一であれば、抵抗値変化量は、温度Ｔ０時の抵抗値で定まる。これにより、画素面積減に伴う、入射エネルギー減は十分補償でき、画素小型化しても、従来と同等の性能が得られることになる。また、本発明マイクロブリッジ構造では、平面であるダイヤフラム層上に赤外線検出パターン形成するので、赤外線検出パターン厚減となっても、加工での不具合生じない。３５ミクロン角の画素を６４×６４＝４０９６画素設けるとし、信号処理回路部寸法を背景技術の項で記載した値であるチップ周囲０．６ｍｍとすると、赤外線検出センサチップサイズは、３．４４ｍｍ角となる。この寸法は、現状の６．０ｍｍ角に対し、３２％に相当し、上述説明したように、センサ性能及び加工性低下なしで、センサチップ小型化が達成される。
【符号の説明】
【００４０】
１  マイクロブリッジ
２  ＣＭＯＳチップ表面と平行なマイクロブリッジを支える梁
３  ＣＭＯＳチップパッド上の位置に設けた穴
４  ＣＭＯＳチップ
５  絶縁層
６  絶縁性材料パターン
７  ダイヤフラム層
８  赤外線検出パターン
９  赤外吸収層
１０  貫通電極
１１  犠牲層エッチング加工用穴
１２  ＣＭＯＳチップパッド
１３  犠牲層パターン
１４  斜めに立ち上がるマイクロブリッジを支える梁
【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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