(57)【要約】【課題】赤外線の検出感度が高くかつ信頼性の高い赤外線検出器を提供する。【解決手段】熱型の赤外線検出器において、画素領域が規定された基板と、基板に固定された支持脚と、支持脚により基板上に支持された、赤外線検知膜を備えた赤外線検出部とを含み、支持脚が、画素領域の略中央で、基板に一箇所で固定される。赤外線検出部は、支持脚を囲む環状の検出部であってよい。また、赤外線検出部と基板との距離が、赤外線検出部の周辺部ほど大きくなるように、赤外線検出部を湾曲させてもよい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱型の赤外線検出器であって、
画素領域が規定された基板と、
該基板に固定された支持脚と、
該支持脚により該基板上に支持された、赤外線検知膜を備えた赤外線検出部とを含み、
該支持脚が、該画素領域の略中央で、該基板に一箇所で固定されたことを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】
上記赤外線検出部が、上記支持脚を囲む環状の検出部であ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】
上記赤外線検出部が、該赤外線検出部と上記基板との距離が、該赤外線検出部の周辺部ほど大きくなるように湾曲してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検出器。
【請求項４】
上記支持脚が、上記基板に固定された台部と、該台部の上部から張出して上記赤外線検出部を支持する脚部とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線検出器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線検出器を、基板上にマトリックス状に配置してなることを特徴とする赤外線検出器アレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱型の赤外線検出器および赤外線検出器アレイに関し、特に、マイクロブリッジ構造を有する赤外線検出器および赤外線検出器アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の赤外線検出器は、信号読み出し回路等を備えた基板上に、赤外線検出部が細い支持脚で支持されたマイクロブリッジ構造を有している。マイクロブリッジ構造は、赤外線検出部を基板から熱的に絶縁し、赤外線の検出効率を向上させる反面、機械的強度が低く、振動等により赤外線検出部が基板に固着する等の問題があった。
また、支持脚や赤外線検出部は、成膜条件や材質の異なる複数の膜の積層構造を有するため、各層の真性応力や熱応力に起因する変形が生じやすい。この結果、赤外線検出部が基板に接触し、検出感度が低下するという問題もあった。なお、変形を低減するには、赤外線検出部等の構造体を多層化したり厚膜化する手段があるが、例えば熱伝導度や熱容量等の他の特性が悪くなったり、製造工程が複雑化するという問題があった。
【０００３】
これに対して、マイクロブリッジ構造の変形を防止するために、支持脚を浪板状にして強化した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５３９９８９７号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
支持脚を波板状にして強化した構造では、支持脚の強度が向上する反面、赤外線検出部の膨張により赤外線検出部自体が湾曲するという問題があった。また、支持脚と基板との接続点の強度が相対的に低下するために、赤外線検出部の収縮によりかかる接続点が破損するという問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明は、赤外線の検出感度が高く、かつ、支持脚の強度が大きな赤外線検出器の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱型の赤外線検出器であって、画素領域が規定された基板と、基板に固定された支持脚と、支持脚により基板上に支持された、赤外線検知膜を備えた赤外線検出部とを含み、支持脚が、画素領域の略中央で、基板に一箇所で固定されたことを特徴とする赤外線検出器である。
かかる赤外線検出器では、支持脚が基板に一箇所で固定されるため、赤外線検出部の変形等に起因する、基板と支持脚との接続部の破損を防止できる。
また、画素領域の略中央で支持脚を基板に固定するため、赤外線検出部をバランスよく支持でき、機械的な強度が向上するとともに、基板と赤外線検出部との接触を防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本実施の形態１にかかる熱型の赤外線検出器である。図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ方向に見た場合の断面図である。
なお、図１（ａ）では、実際には見えない配線層２２、電極３２、赤外線検知膜３３等を記載してある。
【０００９】
赤外線検出器１００は、例えばシリコンからなる基板１を含む。図１では、一の画素領域に相当する基板１を示す。基板１の上には、台部１０と２つの脚部１１からなる支持脚２０が固定されている。台部１０と脚部１１は一体として形成され、２つの脚部１１が台部１０の上端から張出した構造となっている。また、台部１０は、中空部３を有する構造となっている。
【００１０】
支持脚２０は、基板１の上面の略中央の一箇所に、台部１０で固定される。支持脚２０は、例えば酸化シリコンからなる絶縁層２１と、その内部に設けられた配線層２２を有する。配線層２２は、例えばチタン、コバルト、アルミニウム等の金属からなる。配線層２２は、スルーホール３の底面に設けられたコンタクト２３を介して、基板１中に形成された走査回路（図示せず）に接続される。赤外線検出器１００では、２つのコンタクト２３が設けられ、それぞれ配線層２２に接続されている。
【００１１】
２つの脚部１１には環状の赤外線検出部３０が接続され、赤外線検出部３０を内側から支持する。赤外線検出部３０は、例えば酸化シリコンからなる絶縁層３１を含み、絶縁層３１中には配線層２２が延びている。絶縁層２２の上には、チタン等からなる電極３２が二重に設けられている。２つの配線層２２は、それぞれ電極３２に接続されている。また、電極３２の間には、電極３２間を接続するように、赤外線検知膜３３が設けられている。赤外線検知膜３３は、例えば、酸化バナジウム（ＶＯｘ）等のボロメータ材料、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の焦電材料の他、熱電対やダイオードから形成される。
電極３２、赤外線検知膜３３の上には、例えば窒化シリコンからなる保護膜３３が設けられている。
【００１２】
このように、本実施の形態１にかかる赤外線検出器１００では、支持脚２０が、これに含まれる台部１０一箇所で基板１に固定されている。これにより、赤外線検出部３０の変形等に起因する、基板１と支持脚２０との接続部における破損を防止できる。
【００１３】
また、赤外線検出器１００では、画素領域の略中央で支持脚２０を基板１に固定し、これにより赤外線検出部３０を内側から支持する。このため、赤外線検出器３０をバランスよく支持でき、機械的な強度が向上する。また、赤外線検出部３０が応力等で変形した場合にも変形の影響を受けにくく、基板と赤外線検出部３０との接触を防止できる。
【００１４】
次に、図２〜９を参照しながら、赤外線検出器１００の製造方法について説明する。図２〜９中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。製造工程は、以下の工程１〜８を含む。
【００１５】
工程１：図２に示すように、例えばシリコンからなる基板１を準備する。基板１には、赤外線検出部３０に走査信号を供給するための走査回路（図示せず）を予め形成する。続いて、例えば有機レジストからなる犠牲層２を形成する。犠牲層２の膜厚は、概ね２μｍ程度である。犠牲層２には、一般的なリソグラフィ技術を用いてスルーホール３を形成する。
【００１６】
工程２：図３に示すように、酸化シリコンからなる絶縁層３１を、スパッタ法を用いて形成する。絶縁層３１の膜厚は０．１μｍ程度である。
【００１７】
工程３：図４に示すように、スルーホール３の底面にコンタクトホール２３を形成した後に、配線層２２となる金属層を堆積する。金属層はコンタクトホール３にも埋めこまれ、走査回路（図示せず）と電気的に接続される。金属層は、例えばチタン、コバルト、アルミニウム等の一般的なＣＭＯＳ作製プロセスで使用される金属から選択される。金属層の膜厚は、配線層として機能しうる範囲で薄膜化することが好ましいが、概ね０．１μｍ程度とする。
【００１８】
工程４：図５に示すように、ドライエッチング法で金属層をパターニングし、配線層２２を形成する。続いて、再度、酸化シリコンからなる絶縁層３１をスパッタ法を用いて形成する。
【００１９】
工程５：図６に示すように、絶縁層３１をパターニングして開口部２５を形成し、台部１０に接続された、支持脚２０の脚部１１を形成する。また、同時に、絶縁層３１を、環状の赤外線検出部３０にパターニングする。
【００２０】
工程６：図７に示すように、絶縁層３１の上に、電極３２を２重に形成する。電極３２は、例えばチタンからなる金属層を堆積した後に、これをパターニングして形成する。
【００２１】
工程７：図８に示すように、電極３２の間を接続するように、例えば、酸化バナジウム等のボロメータ材料からなる赤外線検知膜３３を形成する。更に、例えば窒化シリコンからなる保護膜３４を形成する。
【００２２】
工程８：図９に示すように、酸素プラズマを用いて犠牲層２をドライエッチングして除去し、赤外線検出部３０が支持脚２０で支持された構造を形成する。以上の工程により、熱型の赤外線検出器１００が完成する。
【００２３】
このように、本実施の形態１にかかる製造方法では、工程３（図４）において、１つのスルーホール３中に２つのコンタクト２３を形成した後、配線層２２を形成し、２本の配線層２２がスルーホール３から引き出された構造とする。これにより、基板１と支持脚２０とが１箇所で固定された構造でありながら、２本の配線層２２を有する赤外線検出器１００が得られる。
【００２４】
実施の形態２．
図１０は、全体が２００で表される、本実施の形態２にかかる熱型の赤外線検出器の上面図であり、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。なお、図１０においても、理解を助けるために、実際には見えない配線層２２、電極３２、赤外線検知膜３３等を記載してある。
【００２５】
赤外線検出器２００では、支持脚２０が、基板１に固定された台部１０と、１本の脚部１１から形成される。そして、１本の脚部１１に２本の配線層２２が設けられている。他の構造は、赤外線検出器１００と同じである。
このように、脚部１１を１本とした場合、脚部１１の長さを大きくすることができる。ここでは、脚部１１の長さが、赤外線検出器１００の約２倍となっている。これにより、赤外線検出部３０と基板１との熱絶縁性が向上し、赤外線の検出感度を向上させることができる。
【００２６】
実施の形態３．
図１１は、全体が３００で表される、本実施の形態３にかかる熱型の赤外線検出器の断面図であり、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。かかる断面図は、図１（ａ）のＩ−Ｉ方向の断面図に相当する。
【００２７】
赤外線検出器３００は、上述の赤外線検出器１００と同様に、支持脚２０で、環状の赤外線検出部３０を支持した構造を有するが、更に、赤外線検出部３０が内部から周辺部に向って、湾曲した構造となっている。即ち、赤外線検出部３０と基板１との距離が、周辺部ほど大きくなっている。
【００２８】
かかる構造を用いることにより、赤外線検出部３０と基板１との接触防止効果が向上する。
【００２９】
次に、赤外線検出器３００の製造方法について、簡単に説明する。
基本的には、上述の実施の形態１と同じ製造方法で作製するが、赤外線検出部３０を構成する絶縁膜３１、保護膜３４の成膜条件を調整して、保護膜３４に対して絶縁層３１が圧縮応力を有するような構造とする。赤外線検出部３０がこのような内部応力を有することにより、支持脚２０に固定された部分から離れるほど赤外線検出部３０が上に反った構造となる。即ち、赤外線検出部３０が基板１から離れるように膜厚方向の応力分布を持たせることにより、基板１と赤外線検出部３０の接触防止効果が向上する。
【００３０】
なお、かかる湾曲した赤外線検出部３０は、実施の形態２にかかる赤外線検出器２００に適用しても構わない。
【００３１】
実施の形態４．
図１２は、全体が５００で表される、本実施の形態４にかかる赤外線検出器アレイの斜視図である。
赤外線検出器アレイ５００は、例えばシリコンからなる基板１を含む。基板１の上には、上記実施の形態１にかかる赤外線検出器１００が、マトリックス状に設けられている。赤外線検出器１００の周辺部には、走査回路５１０が設けられている。
【００３２】
このように、上述の赤外線検出器１００を用いて赤外線検出器アレイ５００を形成することにより、赤外線検出部の破損や基板１との接触を防止し、信頼性及び製造歩留りの高い赤外線検出器アレイ５００を得ることができる。
【００３３】
なお、上述の赤外線検出器２００、３００をマトリックス状に配置して赤外線検出器アレイを形成しても、同様の効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる赤外線検出器では、赤外線の検出感度が高く、かつ赤外線検出部の破損や基板との接触を防止した、信頼性および製造歩留りの高い赤外線検出器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出器の上面図および断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる赤外線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１にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１にかかる赤外線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１にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２にかかる赤外線検出器の上面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３にかかる赤外線検出器の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４にかかる赤外線検出器アレイの斜視図である。
【符号の説明】
１  基板、３  スルーホール、１０  台部、１１  脚部、２０  支持脚、２２配線層、２３  コンタクト、２５  開口部、３０  赤外線検出部、３１  絶縁層、３２  電極、３３  赤外線検知膜、３４  保護膜、１００  赤外線検出器。
【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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