(57)【要約】【課題】検出器アレイの高密度化が可能で、感度むらや画素間熱クロストークが少なく、小型で低コストの熱型赤外線固体撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】固体撮像装置２０は、赤外線入射による温度変化を検知するための赤外線検知部２３が二次元的に配列された検出器アレイと、該検出器アレイを中空支持するための支持脚３４および配線層３６と、配線層３６が連結された基板３１と、検出器アレイから基板３１へ熱を伝導するための熱伝導部材３８とを備え、熱伝導部材３８は、検出器アレイの配列面から離隔配置され、検出器アレイを覆うように面状に形成された熱伝導部材３８ａと、熱伝導部材３８ａと配線層３６とを連結する熱伝導部材３８ｂなどで構成される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線入射による温度変化を検知するための赤外線検知部が二次元的に配列された検出器アレイと、
該検出器アレイを中空支持するための支持部材と、
該支持部材が連結された基板と、
検出器アレイから基板へ熱を伝導するための熱伝導部材とを備え、
熱伝導部材は、検出器アレイの配列面から離隔配置され、検出器アレイを覆うように面状に形成された第１熱伝導部材と、第１熱伝導部材と支持部材とを連結する第２熱伝導部材とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置。
【請求項２】
熱伝導部材の熱コンダクタンスは、支持部材の熱コンダクタンスより大きいことを特徴とする請求項１記載の熱型赤外線固体撮像装置。
【請求項３】
赤外線検知部と電気接続された導体の一部が、第１熱伝導部材および第２熱伝導部材に沿って設けられることを特徴とする請求項１または２記載の熱型赤外線固体撮像装置。
【請求項４】
導体は、赤外線検知部の主面から延出していることを特徴とする請求項３記載の熱型赤外線固体撮像装置。
【請求項５】
第１熱伝導部材には貫通孔が設けられ、検出器アレイの裏面側は基板によって覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱型赤外線固体撮像装置。
【請求項６】
貫通孔は、封止材料によって封止されていることを特徴とする請求項５記載の熱型赤外線固体撮像装置。
【請求項７】
基板の上に、赤外線検知部を二次元的に配列して検出器アレイを形成する工程と、
検出器アレイの上に、赤外線検知部を覆うように犠牲層を形成する工程と、
犠牲層の上に、熱伝導部材を形成する工程と、
基板の一部および犠牲層を除去して、検出器アレイを中空支持するための支持部材を形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
熱伝導部材を形成する前に、犠牲層の上に赤外線検知部と電気接続された導体を形成する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の熱型赤外線固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
熱伝導部材を形成した後、犠牲層に達する貫通孔を熱伝導部材に形成する工程を含み、
基板の一部および犠牲層を除去する工程において、貫通孔からエッチング液またはエッチングガスを導入することを特徴とする請求項７または８記載の熱型赤外線固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
犠牲層を除去した後、貫通孔を封止材料で封止する工程を含むことを特徴とする請求項９記載の熱型赤外線固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体、動物、高温物体等が放射する赤外線を検出し、赤外線画像を得るための熱型赤外線固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の熱型赤外線固体撮像装置の一例を示し、図１０（ａ）は斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中のＡ１−Ａ１線に沿った断面図、図１０（ｃ）は部分平面図である。この固体撮像装置１０は、文献（Ｕ．Ｍｕｎｃｈ　ｅｔ　ａｌ．，　”Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ＣＭＯＳ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ａｒｒａｙｓ”，　ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ　９７，１９９７，　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，　Ｖｏｌ１，　ｐ２０５−２０８）に記載されており、図１０（ａ）に示すように、シリコン基板１１の上には複数の赤外線検知部３が二次元的に配列されて、検出器アレイを構成している。ここでは、赤外線検知部３が２行×３列のマトリクス状に配置された例を示している。
【０００３】
検出器アレイの周辺には、各赤外線検知部３からの電気信号を処理して外部回路へ出力する信号処理回路２が設けられる。
【０００４】
図１１は、赤外線検知部３の電気配線図である。図１０（ｂ）（ｃ）も参照して、赤外線検知部３は、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換するセンサ部１３と、センサ部１３を中空支持するための一対の支持脚１４とを備え、センサ部１３および支持脚１４は電気絶縁膜９で被覆されている。支持脚１４は、センサ部１３を機械的に支持する支持部材としての機能と、センサ部１３からの信号を伝送する導電部材としての機能と、センサ部１３の温度変化を適切に保つ熱伝導部材としての機能を有する。
【０００５】
配線層１６は、隣接する赤外線検知部３の間に介在するように格子状に設けられ、検出器アレイ周辺において基板３１に連結される。支持脚１４の先端はセンサ部１３と電気接続され、支持脚１４の基部は配線層１６と電気接続されている。配線層１６は、電気絶縁膜９で被覆されており、支持脚１４と同様に、支持部材としての機能と、導電部材としての機能と、熱伝導部材としての機能を有する。信号処理回路２は、各配線層１６を時分割でスイッチングすることによって、各赤外線検知部３からのセンシング信号を時系列的に出力する。
【０００６】
上記文献では、配線層１６の上に電気絶縁膜９を介してＡｕからなる熱伝導層１８を戴置することによって、配線層１６に沿って伝達される熱をバイパスし、センサ部１３から配線層１６を経由し、熱浴として機能する基板１１に至るまでの熱コンダクタンスを増加させて、放熱効率を向上させている。さらに、熱伝導層１８が隣接する赤外線検知部３の間に格子状に介在することによって、画素間の熱クロストークを低減している。
【０００７】
次に、赤外線検出原理について説明する。被写体が発した赤外線が、検出器アレイの赤外線検知部３に入射すると、センサ部１３の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じてセンサ部１３の電気特性が変化する。この特性変化は、支持脚１４および配線層１６を通して信号処理回路２へ伝達される。信号処理回路２は、赤外線検知部３ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像を得る。言い換えれば、個々の赤外線検知部３は温度センサとして機能する。なお、赤外線が赤外線検知部３に入射する方向は、基板１１の表側と裏側のどちらからでもよい。
【０００８】
上記文献では、センサ部１３はポリシリコンとアルミニウムから成る熱電対で構成されている。熱電対は、温接点と冷接点の温度差を電圧に変換すること（ゼーベック効果）を利用する。
【０００９】
図１２は、図１０に示した固体撮像装置１０の製造方法を示す断面図である。まず図１２（ａ）に示すように、シリコン基板１１の上部に、信号処理回路２およびトランジスタ、コンデンサ、抵抗などの周辺デバイスを形成した後、センサ部１３、支持脚１４および配線層１６を所定パターンに形成する。なお、センサ部１３、支持脚１４および配線層１６は電気絶縁膜９で覆われている。
【００１０】
次に図１２（ｂ）に示すように、電気絶縁膜９を所定パターンで開口して、センサ部１３、支持脚１４および配線層１６を個別部材に分離する。
【００１１】
次に図１２（ｃ）に示すように、基板１１の裏面にはエッチング保護膜１２を堆積した後、該保護膜１２にエッチング孔１２ａを開口する。基板１１の表面には、配線層１６の上に電気絶縁膜９を介してＡｕからなる熱伝導層１８を所定パターンに形成する。
【００１２】
次に図１２（ｄ）に示すように、エッチング液またはエッチングガスをエッチング孔１２ａから導入して、シリコン基板１１の一部をエッチングで除去し、電気絶縁膜９で被覆されたセンサ部１３、支持脚１４および配線層１６を露出させる。
【００１３】
このようにしてセンサ部１３が支持脚１４および配線層１６によって中空支持された素子構造を有する固体撮像装置１０が得られる。
【００１４】
赤外線検知部３で生じた熱は、支持脚１４および熱伝導層１８を通過して、熱浴であるシリコン基板１１へ排出される。また、配線層１６の上に熱伝導層１８を配置することによって、各赤外線検知部３を熱的に絶縁することができ、特定の赤外線検知部３で生じた熱は他の赤外線検知部３を通過することなく、熱伝導層１８を経由してシリコン基板１１へ放熱することができる。
【００１５】
なお、他の先行技術として、上記文献と関連した文献（Ｏ．Ｐａｕｌ　ｅｔ　ａｌ．，　”Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ＣＭＯＳ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＥＳＳＤＥＲＣ｀９８，　ｐｐ５２−５５）には、赤外線検出器アレイ全面の上方にＡｕバンプを介してシリコンのフィルターを設置したパッケージ封止構造が開示されている。
【００１６】
また、特開平１１−２０１８２０号公報の図１には、シリコン基板の上に感温膜が形成され、感温膜を第１シェルと第２シェルで覆うように減圧室が形成されているボロメータ型の赤外放射温度計が開示されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の固体撮像装置１０では、支持脚１４およびセンサ部１３を囲むようにして配線層１６および熱伝導層１８を配置している。そのため、固体撮像装置全体を小型化する場合、支持脚１４およびセンサ部１３だけでなく、配線層１６および熱伝導層１８のサイズを縮小しなければならない。熱伝導層１８の幅および高さが小さくなると、熱伝導層１８の熱コンダクタンスが小さくなる。その結果、検出器アレイの中央に位置する赤外線検知部からシリコン基板１１までの熱伝達効率と、検出器アレイの周辺に位置する赤外線検知部からシリコン基板１１までの熱伝達効率とが大きく異なってしまい、赤外線検出感度が検出器アレイの中央と周辺とで大幅に変動してしまう。
【００１８】
従って、熱伝導層１８の幅および高さはある程度以上確保しなければならず、従来の素子構造では検出器アレイの小型化や高密度化が困難である。
【００１９】
また、センサ部１３が外部に露出しているため、製造プロセス中に異物がセンサ部１３に付着し易くなり、製造歩留りおよび量産性が低い。
【００２０】
本発明の目的は、赤外線検知部の高密度化が可能で、感度むらや画素間熱クロストークが少なく、小型で低コストの熱型赤外線固体撮像装置およびその製造方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱型赤外線固体撮像装置は、
赤外線入射による温度変化を検知するための赤外線検知部が二次元的に配列された検出器アレイと、
該検出器アレイを中空支持するための支持部材と、
該支持部材が連結された基板と、
検出器アレイから基板へ熱を伝導するための熱伝導部材とを備え、
熱伝導部材は、検出器アレイの配列面から離隔配置され、検出器アレイを覆うように面状に形成された第１熱伝導部材と、第１熱伝導部材と支持部材とを連結する第２熱伝導部材とを含むことを特徴とする。
【００２２】
こうした構成において、第１熱伝導部材を面状に形成することによって、熱伝導部材の熱伝達断面積を大きく設定できるため、熱伝導部材の熱コンダクタンスを大幅に増加させることができる。また、こうした形状を有する第１熱伝導部材を検出器アレイの配列面から離隔配置することによって、検出器アレイの小型化や高密度化が図られる。さらに、第２熱伝導部材を用いて第１熱伝導部材と支持部材とを連結することによって、赤外線検知部で生じた熱が支持部材を経由して第２熱伝導部材および第１熱伝導部材を通過して基板へ効率的に排出されるようになる。
【００２３】
こうして検出器アレイの中央に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率と、検出器アレイの周辺に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率とがほぼ等しくなり、検出器アレイにおける赤外線検出感度むらを低減できる。
【００２４】
また、検出器アレイが第１熱伝導部材によって覆われているため、製造プロセス中に異物が赤外線検知部に付着しにくくなり、製造歩留りおよび量産性を向上でき、低コスト化が図られる。
【００２５】
本発明において、熱伝導部材の熱コンダクタンスは、支持部材の熱コンダクタンスより大きいことが好ましい。
【００２６】
こうした構成において、熱伝導部材の熱コンダクタンスを支持部材の熱コンダクタンスよりも大きくすることによって、各赤外線検知部を熱的に絶縁することができ、特定の赤外線検知部で生じた熱は他の赤外線検知部を通過することなく、熱伝導部材を経由して基板へ放熱されるため、画素間熱クロストークを低減できる。
【００２７】
本発明において、赤外線検知部と電気接続された導体の一部が、第１熱伝導部材および第２熱伝導部材に沿って設けられることが好ましい。
【００２８】
こうした構成において、赤外線検知部からの信号を伝達するための導体を検出器アレイの配列面から部分的に分離することによって、検出器アレイの配列面における導体の面積率を低減できるため、逆に赤外線検知部の面積率を増加させることができ、赤外線検知部の高密度化が図られる。
【００２９】
本発明において、導体は、赤外線検知部の主面から延出していることが好ましい。
【００３０】
こうした構成において、赤外線検知部からの信号を伝達するための導体を赤外線検知部の主面から延出させることによって、検出器アレイの配列面における導体の専有面積をゼロにできるため、赤外線検知部をより高密度に配列することができる。
【００３１】
本発明において、第１熱伝導部材には貫通孔が設けられ、検出器アレイの裏面側は基板によって覆われていることが好ましい。
【００３２】
こうした構成において、第１熱伝導部材に設けられた貫通孔を利用して、各種の液体や気体を赤外線検知部およびその周辺に供給したり、排出することができる。例えば、赤外線検知部の中空構造を形成するプロセスの際に、エッチング液やエッチングガスを貫通孔から供給することによって、少ない量でエッチングが可能になり、製造歩留りおよび量産性の向上、低コスト化が図られる。
【００３３】
本発明において、貫通孔を封止するための封止部材を備えることが好ましい。
【００３４】
こうした構成において、赤外線検知部およびその周辺を不活性ガス雰囲気または減圧環境にした状態で封止可能になり、気密性や防塵性に優れ、信頼性が高い固体撮像装置が得られる。
【００３５】
さらに本発明に係る熱型赤外線固体撮像装置の製造方法は、
基板の上に、赤外線検知部を二次元的に配列して検出器アレイを形成する工程と、
検出器アレイの上に、赤外線検知部を覆うように犠牲層を形成する工程と、
犠牲層の上に、熱伝導部材を形成する工程と、
基板の一部および犠牲層を除去して、検出器アレイを中空支持するための支持部材を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００３６】
こうした製法において、検出器アレイの上に、例えばシリコンで犠牲層を形成した後、犠牲層の上に、例えば蒸着法、スパッタ法、化学気相堆積法等の成膜プロセスを用いて熱伝導部材を形成し、その後、犠牲層を除去することによって、熱伝導部材を面状に形成することができる。その結果、熱伝導部材の熱伝達断面積を大きく設定でき、熱伝導部材の熱コンダクタンスを大幅に増加できる。
【００３７】
従って、赤外線検知部で生じた熱が熱伝導部材を経由して基板へ効率的に排出されるようになり、画素間熱クロストークを低減できる。さらに、検出器アレイの中央に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率と、検出器アレイの周辺に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率とがほぼ等しくなり、検出器アレイにおける赤外線検出感度むらを低減できる。
【００３８】
また、熱伝導部材を検出器アレイの配列面から離隔配置できるため、検出器アレイの小型化や高密度化が図られる。
【００３９】
また、検出器アレイが熱伝導部材によって覆われているため、製造プロセス中に異物が赤外線検知部に付着しにくくなり、製造歩留りおよび量産性を向上でき、低コスト化が図られる。
【００４０】
本発明において、熱伝導部材を形成する前に、犠牲層の上に赤外線検知部と電気接続された導体を形成する工程を含むことが好ましい。
【００４１】
こうした製法において、赤外線検知部からの信号を伝達するための導体を検出器アレイの配列面から部分的に分離可能になり、検出器アレイの配列面における導体の面積率を低減できるため、逆に赤外線検知部の面積率を増加させることができ、赤外線検知部の高密度化が図られる。
【００４２】
本発明において、熱伝導部材を形成した後、犠牲層に達する貫通孔を熱伝導部材に形成する工程を含み、
基板の一部および犠牲層を除去する工程において、貫通孔からエッチング液またはエッチングガスを導入することが好ましい。
【００４３】
こうした製法において、熱伝導部材に設けた貫通孔を利用して、赤外線検知部およびその周辺にエッチング液またはエッチングガスを供給することによって、少量のエッチャントでエッチングが可能になり、製造歩留りおよび量産性の向上、低コスト化が図られる。
【００４４】
本発明において、犠牲層を除去した後、貫通孔を封止材料で封止する工程を含むことが好ましい。
【００４５】
こうした製法において、赤外線検知部およびその周辺を不活性ガス雰囲気または減圧環境に維持した状態で、半田溶融法、蒸着法、スパッタ法、または、化学気相堆積法等を用いて貫通孔を封止することによって、気密性や防塵性に優れ、信頼性が高い固体撮像装置が得られる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の第１実施形態を示し、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ２−Ａ２線に沿った断面図、図１（ｃ）は部分平面図である。固体撮像装置２０は、図１（ａ）に示すように、シリコン等の半導体からなる基板３１の上に複数の赤外線検知部２３が二次元的に配列されて、検出器アレイを構成している。ここでは、理解容易のため、赤外線検知部２３が２行×３列のマトリクス状に配置された例を示しているが、一般に、３５行×４０列あるいはこれ以上の検出器アレイが構成可能である。
【００４７】
検出器アレイの周辺には、各赤外線検知部２３からの電気信号を処理して外部回路へ出力する信号処理回路２２が設けられる。
【００４８】
図１（ｂ）（ｃ）に示すように、赤外線検知部２３は、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換するセンサ部３３と、センサ部３３を中空支持するための一対の支持脚３４とを備え、センサ部３３および支持脚３４は電気絶縁膜２９で被覆されている。支持脚３４は、センサ部３３を機械的に支持する支持部材としての機能と、センサ部３３からの信号を伝送する導電部材としての機能と、センサ部３３の温度変化を適切に保つ熱伝導部材としての機能を有する。
【００４９】
配線層３６は、隣接する赤外線検知部２３の間に介在するように格子状に設けられ、検出器アレイ周辺において基板３１に連結される。支持脚３４の先端はセンサ部３３と電気接続され、支持脚３４の基部は配線層３６と電気接続されている。配線層３６は、電気絶縁膜２９で被覆されており、支持脚３４と同様に、支持部材としての機能と、導電部材としての機能と、熱伝導部材としての機能を有する。信号処理回路２２は、各配線層３６を時分割でスイッチングすることによって、各赤外線検知部２３からのセンシング信号を時系列的に出力する。
【００５０】
本実施形態では、熱伝導部材３８を検出器アレイの上方に設けている。熱伝導部材３８は、検出器アレイの配列面から離隔配置され、検出器アレイを覆うように面状に形成された熱伝導部材３８ａと、熱伝導部材３８ａと配線層３６とを連結する熱伝導部材３８ｂなどで構成され、両者は別部材でもよく一体化していてもよい。熱伝導部材３８ｂは電気絶縁膜２９を介して配線層３６と連結しており、熱伝導部材３８ａの周辺は熱浴として機能する基板３１と連結している。熱伝導部材３８は、高い熱伝導率を示す材料、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ等の金属などで形成される。なお、電気絶縁膜２９はＳｉＯ２　等の電気絶縁材料で形成される。
【００５１】
こうした構成によって、熱伝導部材３８ａ，３８ｂは配線層３６に沿って伝達される熱をバイパスし、支持脚３４の基部から配線層３６を経由し、基板３１に至るまでの熱コンダクタンスを増加させて、放熱効率を向上させている。さらに、熱伝導部材３８ｂが隣接する赤外線検知部３の間に格子状に介在することによって、画素間の熱クロストークを低減している。
【００５２】
次に、赤外線検出原理について説明する。被写体が発した赤外線が、検出器アレイの赤外線検知部２３に入射すると、センサ部３３の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じてセンサ部３３の電気特性が変化する。この特性変化は、支持脚３４および配線層３６を通して信号処理回路２２へ伝達される。信号処理回路２２は、赤外線検知部２３ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像を得る。
【００５３】
赤外線が赤外線検知部２３に入射する方向は、基板３１の表側と裏側のどちらからでもよい。特に、基板３１の表側から赤外線を検出する場合は、良好な赤外線透過率を有する材料を用いて熱伝導部材３８を形成する。
【００５４】
センサ部３３は、温度変化によって電気特性が変化する材料を用いて構成され、例えばポリシリコンとアルミニウムから成る熱電対や、温度変化によって電流電圧特性が変化するＰＮ接合ダイオード、温度変化によって電気抵抗値が変化する材料、例えば酸化バナジウムなどを用いたボロメータ、温度変化によって誘電率が変化する材料、例えばＢａＳｒＴｉＯ３　などの強誘電体などで構成することができる。
【００５５】
図２は、図１に示した固体撮像装置２０の製造方法を示す断面図である。まず図２（ａ）に示すように、シリコン等の基板３１の上部に、信号処理回路２２およびトランジスタ、コンデンサ、抵抗などの周辺デバイスを形成した後、センサ部３３、支持脚３４および配線層３６を所定パターンに形成する。なお、センサ部３３、支持脚３４および配線層３６は電気絶縁膜２９で覆われている。
【００５６】
次に図２（ｂ）に示すように、電気絶縁膜２９を所定パターンで開口して、センサ部３３、支持脚３４および配線層３６を個別部材に分離する。次に、例えばシリコンを用いて犠牲層４０を形成する。犠牲層４０は、センサ部３３および支持脚３４を覆いつつ、配線層３６が露出するようなパターンに形成される。
【００５７】
次に図２（ｃ）に示すように、犠牲層４０の上を覆うように、蒸着法、スパッタ法、化学気相堆積法等の成膜プロセスを用いて、Ａｕ等からなる熱伝導部材３８ａ，３８ｂを形成する。基板３１の裏面にはエッチング保護膜３２を堆積した後、該保護膜３２にエッチング孔３２ａを開口する。
【００５８】
次に図２（ｄ）に示すように、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液またはＸｅＦ２ガスなどをエッチング孔３２ａから導入して、基板３１の一部および犠牲層４０をエッチングで除去し、電気絶縁膜２９で被覆されたセンサ部３３、支持脚３４および配線層３６を露出させる。
【００５９】
このようにしてセンサ部３３が支持脚３４および配線層３６によって中空支持され、さらに配線層３６と基板３１とが熱伝導部材３８ａ，３８ｂによって連結された素子構造を有する固体撮像装置２０が得られる。
【００６０】
赤外線入射によって赤外線検知部２３で生じた熱は、支持脚３４および熱伝導部材３８ａ，３８ｂを通過して、熱浴である基板３１へ排出される。熱伝導部材３８ａは面状に形成しているため、熱伝達断面積が大きくなって、熱コンダクタンスが大幅に増加する。熱伝導部材３８ｂは、配線層３６に沿って帯状に形成可能であり、配線層３６から熱伝導部材３８ａまでの長さは支持脚３４の全長より大幅に短縮できることから、熱コンダクタンスが大幅に増加する。
【００６１】
従って、熱伝導部材３８ａと熱伝導部材３８ｂとの合成熱コンダクタンスは、支持脚３４の熱コンダクタンスよりも十分に大きくなる。その結果、各赤外線検知部２３を熱的に絶縁することができ、特定の赤外線検知部２３で生じた熱は他の赤外線検知部２３を通過することなく、熱伝導部材３８を経由して基板３１へ放熱することができるため、画素間の熱クロストークを低減できる。
【００６２】
このように熱伝導部材３８ａを検出器アレイの配列面から離隔配置することによって、熱伝導部材３８ｂの幅を小さくしても全体として充分な熱コンダクタンスを確保できるため、検出器アレイの小型化や高密度化が図られる。また、検出器アレイの中央に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率と、検出器アレイの周辺に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率とがほぼ等しくなり、検出器アレイにおける赤外線検出感度むらを低減できる。
【００６３】
また、検出器アレイが熱伝導部材３８ａによって覆われているため、製造歩留りおよび量産性を向上でき、低コスト化が図られる。
【００６４】
実施の形態２．
図３は本発明の第２実施形態を示し、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＡ３−Ａ３線に沿った断面図である。固体撮像装置２０は、図３（ａ）に示すように、シリコン等の半導体からなる基板３１の上に複数の赤外線検知部２３が二次元的に配列されて、検出器アレイを構成している。検出器アレイの周辺には、各赤外線検知部２３からの電気信号を処理して外部回路へ出力する信号処理回路２２が設けられる。
【００６５】
本実施形態に係る固体撮像装置２０は、図１で説明したものと同様な構成であるが、熱伝導部材３８に貫通孔３９を設けるとともに、基板３１の上面を部分的に除去して検出器アレイの裏面側を覆っている点が相違する。
【００６６】
図３（ｂ）に示すように、赤外線検知部２３は、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換するセンサ部３３と、センサ部３３を中空支持するための一対の支持脚３４とを備え、センサ部３３および支持脚３４は電気絶縁膜２９で被覆されている。支持脚３４は、センサ部３３を機械的に支持する支持部材としての機能と、センサ部３３からの信号を伝送する導電部材としての機能と、センサ部３３の温度変化を適切に保つ熱伝導部材としての機能を有する。
【００６７】
配線層３６は、隣接する赤外線検知部２３の間に介在するように格子状に設けられ、検出器アレイ周辺において基板３１に連結される。支持脚３４の先端はセンサ部３３と電気接続され、支持脚３４の基部は配線層３６と電気接続されている。配線層３６は、電気絶縁膜２９で被覆されており、支持脚３４と同様に、支持部材としての機能と、導電部材としての機能と、熱伝導部材としての機能を有する。信号処理回路２２は、各配線層３６を時分割でスイッチングすることによって、各赤外線検知部２３からのセンシング信号を時系列的に出力する。
【００６８】
熱伝導部材３８は、検出器アレイの配列面から離隔配置され、検出器アレイを覆うように面状に形成された熱伝導部材３８ａと、熱伝導部材３８ａと配線層３６とを連結する熱伝導部材３８ｂなどで構成され、両者は別部材でもよく一体化していてもよい。熱伝導部材３８ｂは電気絶縁膜２９を介して配線層３６と連結しており、熱伝導部材３８ａの周辺は熱浴として機能する基板３１と連結している。熱伝導部材３８は、高い熱伝導率を示す材料、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ等の金属などで形成される。なお、電気絶縁膜２９はＳｉＯ２　等の電気絶縁材料で形成される。
【００６９】
こうした構成によって、熱伝導部材３８ａ，３８ｂは配線層３６に沿って伝達される熱をバイパスし、支持脚３４の基部から配線層３６を経由し、基板３１に至るまでの熱コンダクタンスを増加させて、放熱効率を向上させている。さらに、熱伝導部材３８ｂが隣接する赤外線検知部３の間に格子状に介在することによって、画素間の熱クロストークを低減している。
【００７０】
次に、赤外線検出原理について説明する。被写体が発した赤外線が、検出器アレイの赤外線検知部２３に入射すると、センサ部３３の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じてセンサ部３３の電気特性が変化する。この特性変化は、支持脚３４および配線層３６を通して信号処理回路２２へ伝達される。信号処理回路２２は、赤外線検知部２３ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像を得る。
【００７１】
赤外線が赤外線検知部２３に入射する方向は、基板３１の表側と裏側のどちらからでもよい。特に、基板３１の表側から赤外線を検出する場合は、良好な赤外線透過率を有する材料を用いて熱伝導部材３８を形成する。
【００７２】
センサ部３３は、温度変化によって電気特性が変化する材料を用いて構成され、例えばポリシリコンとアルミニウムから成る熱電対や、温度変化によって電流電圧特性が変化するＰＮ接合ダイオード、温度変化によって電気抵抗値が変化する材料、例えば酸化バナジウムなどを用いたボロメータ、温度変化によって誘電率が変化する材料、例えばＢａＳｒＴｉＯ３　などの強誘電体などで構成することができる。
【００７３】
図４は、図３に示した固体撮像装置２０の製造方法を示す断面図である。まず図４（ａ）に示すように、シリコン等の基板３１の上部に、信号処理回路２２およびトランジスタ、コンデンサ、抵抗などの周辺デバイスを形成した後、センサ部３３、支持脚３４および配線層３６を所定パターンに形成する。なお、センサ部３３、支持脚３４および配線層３６は電気絶縁膜２９で覆われている。
【００７４】
次に図４（ｂ）に示すように、電気絶縁膜２９を所定パターンで開口して、センサ部３３、支持脚３４および配線層３６を個別部材に分離する。次に、例えばシリコンを用いて犠牲層４０を形成する。犠牲層４０は、センサ部３３および支持脚３４を覆いつつ、配線層３６が露出するようなパターンに形成される。
【００７５】
次に図４（ｃ）に示すように、犠牲層４０の上を覆うように、蒸着法、スパッタ法、化学気相堆積法等の成膜プロセスを用いて、Ａｕ等からなる熱伝導部材３８ａ，３８ｂを形成する。続いて、フォトリソグフィ法等を用いて、熱伝導部材３８ａに貫通孔３９を形成する。
【００７６】
次に図４（ｄ）に示すように、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液またはＸｅＦ２ガスなどを貫通孔３９から導入して、基板３１の上面の一部および犠牲層４０をエッチングで除去し、電気絶縁膜２９で被覆されたセンサ部３３、支持脚３４および配線層３６を露出させる。ここでエッチングレートは貫通孔３９の数に比例するので、貫通孔３９の数は画素数と同じにするとは限らない。
【００７７】
こうして熱伝導部材３８に貫通孔３９を設けることによって、基板３１の上面から赤外線検知部２３の近傍へのアクセスが可能になるため、エッチング液やエッチングガスが少ない量で済むようになる。また、検出器アレイの表面側が熱伝導部材３８によって全面に覆われ、検出器アレイの裏面側が基板３１によって全面に覆われているため、防塵性が高くなり、製造歩留りおよび量産性の向上、低コスト化が図られる。
【００７８】
なお、貫通孔３９は封止部材（不図示）によって封止してもよく、赤外線検知部およびその周辺を不活性ガス雰囲気または減圧環境にした状態で封止可能になり、気密性や防塵性に優れ、信頼性が高い固体撮像装置が得られる。
【００７９】
このようにしてセンサ部３３が支持脚３４および配線層３６によって中空支持され、さらに配線層３６と基板３１とが熱伝導部材３８ａ，３８ｂによって連結された素子構造を有する固体撮像装置２０が得られる。
【００８０】
赤外線入射によって赤外線検知部２３で生じた熱は、支持脚３４および熱伝導部材３８ａ，３８ｂを通過して、熱浴である基板３１へ排出される。熱伝導部材３８ａは面状に形成しているため、熱伝達断面積が大きくなって、熱コンダクタンスが大幅に増加する。熱伝導部材３８ｂは、配線層３６に沿って帯状に形成可能であり、配線層３６から熱伝導部材３８ａまでの長さは支持脚３４の全長より大幅に短縮できることから、熱コンダクタンスが大幅に増加する。
【００８１】
従って、熱伝導部材３８ａと熱伝導部材３８ｂとの合成熱コンダクタンスは、支持脚３４の熱コンダクタンスよりも十分に大きくなる。その結果、各赤外線検知部２３を熱的に絶縁することができ、特定の赤外線検知部２３で生じた熱は他の赤外線検知部２３を通過することなく、熱伝導部材３８を経由して基板３１へ放熱することができるため、画素間の熱クロストークを低減できる。
【００８２】
このように熱伝導部材３８ａを検出器アレイの配列面から離隔配置することによって、熱伝導部材３８ｂの幅を小さくしても全体として充分な熱コンダクタンスを確保できるため、検出器アレイの小型化や高密度化が図られる。また、検出器アレイの中央に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率と、検出器アレイの周辺に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率とがほぼ等しくなり、検出器アレイにおける赤外線検出感度むらを低減できる。
【００８３】
また、検出器アレイが熱伝導部材３８ａおよび基板３１によって覆われているため、製造歩留りおよび量産性を向上でき、低コスト化が図られる。
【００８４】
実施の形態３．
図５は本発明の第３実施形態を示し、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は部分平面図である。固体撮像装置２０は、図５（ａ）に示すように、シリコン等の半導体からなる基板３１の上に複数の赤外線検知部２３が二次元的に配列されて、検出器アレイを構成している。検出器アレイの周辺には、各赤外線検知部２３からの電気信号を処理して外部回路へ出力する信号処理回路２２が設けられる。
【００８５】
本実施形態に係る固体撮像装置２０は、図１で説明したものと同様な構成であるが、配線層３６を検出器アレイの配列面から熱伝導部材３８へ移動させるとともに、支持脚３４と配線層３６とを連結するための連結部材３７を設けている点が相違する。
【００８６】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、赤外線検知部２３は、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換するセンサ部３３と、センサ部３３を中空支持するための一対の支持脚３４とを備え、センサ部３３および支持脚３４は電気絶縁膜２９で被覆されている。支持脚３４は、センサ部３３を機械的に支持する支持部材としての機能と、センサ部３３からの信号を伝送する導電部材としての機能と、センサ部３３の温度変化を適切に保つ熱伝導部材としての機能を有する。
【００８７】
配線層３６は、熱伝導部材３８の裏面側に格子状に設けられ、検出器アレイ周辺において基板３１に連結される。支持脚３４の先端はセンサ部３３と電気接続され、支持脚３４の基部は連結部材３７の一端と電気接続され、連結部材３７の他端は配線層３６と電気接続されている。
【００８８】
配線層３６および連結部材３７は、電気絶縁膜２９で被覆されており、支持脚３４と同様に、支持部材としての機能と、導電部材としての機能と、熱伝導部材としての機能を有する。両者は別部材でもよく一体化していてもよい。信号処理回路２２は、各配線層３６を時分割でスイッチングすることによって、各赤外線検知部２３からのセンシング信号を時系列的に出力する。
【００８９】
本実施形態では、熱伝導部材３８は、検出器アレイの配列面から離隔配置され、検出器アレイを覆うように面状に形成されて、第１熱伝導部材として機能する。連結部材３７は、熱伝導部材３８と支持脚３４とを連結して、第２熱伝導部材として機能する。熱伝導部材３８の周辺は熱浴として機能する基板３１と連結している。熱伝導部材３８は、高い熱伝導率を示す材料、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ等の金属などで形成される。なお、電気絶縁膜２９はＳｉＯ２　等の電気絶縁材料で形成される。
【００９０】
こうした構成によって、連結部材３７および熱伝導部材３８は、支持脚３４の基部から配線層３６を経由し、基板３１に至るまでの熱コンダクタンスを増加させて、放熱効率を向上させている。さらに、隣接する赤外線検知部２３の間は空隙が介在することによって、画素間の熱クロストークを低減している。
【００９１】
次に、赤外線検出原理について説明する。被写体が発した赤外線が、検出器アレイの赤外線検知部２３に入射すると、センサ部３３の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じてセンサ部３３の電気特性が変化する。この特性変化は、支持脚３４、連結部材３７および配線層３６を通して信号処理回路２２へ伝達される。信号処理回路２２は、赤外線検知部２３ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像を得る。
【００９２】
赤外線が赤外線検知部２３に入射する方向は、基板３１の表側と裏側のどちらからでもよい。特に、基板３１の表側から赤外線を検出する場合は、良好な赤外線透過率を有する材料を用いて熱伝導部材３８を形成する。
【００９３】
センサ部３３は、温度変化によって電気特性が変化する材料を用いて構成され、例えばポリシリコンとアルミニウムから成る熱電対や、温度変化によって電流電圧特性が変化するＰＮ接合ダイオード、温度変化によって電気抵抗値が変化する材料、例えば酸化バナジウムなどを用いたボロメータ、温度変化によって誘電率が変化する材料、例えばＢａＳｒＴｉＯ３　などの強誘電体などで構成することができる。
【００９４】
図６は、図５に示した固体撮像装置２０の製造方法を示す断面図である。まず図６（ａ）に示すように、シリコン等の基板３１の上部に、信号処理回路２２およびトランジスタ、コンデンサ、抵抗などの周辺デバイスを形成した後、センサ部３３および支持脚３４を所定パターンに形成する。なお、センサ部３３および支持脚３４は電気絶縁膜２９で覆われている。
【００９５】
次に図６（ｂ）に示すように、電気絶縁膜２９を所定パターンで開口して、センサ部３３および支持脚３４を個別部材に分離する。次に、例えばシリコンを用いて犠牲層４０を形成する。犠牲層４０は、センサ部３３および支持脚３４を覆うようなパターンに形成され、さらに連結部材３７の外形に対応した接続孔４０ａを形成する。
【００９６】
次に図６（ｃ）に示すように、犠牲層４０の上を覆うように、連結部材３７および配線層３６を形成する。連結部材３７および配線層３６は、電気絶縁膜２９で覆われている。続いて、蒸着法、スパッタ法、化学気相堆積法等の成膜プロセスを用いて、Ａｕ等からなる熱伝導部材３８を形成する。基板３１の裏面にはエッチング保護膜３２を堆積した後、該保護膜３２にエッチング孔３２ａを開口する。
【００９７】
次に図６（ｄ）に示すように、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液またはＸｅＦ２ガスなどをエッチング孔３２ａから導入して、基板３１の一部および犠牲層４０をエッチングで除去し、電気絶縁膜２９で被覆されたセンサ部３３、支持脚３４および連結部材３７を露出させる。
【００９８】
このようにしてセンサ部３３が支持脚３４および連結部材３７によって中空支持され、さらに連結部材３７および配線層３６と基板３１とが熱伝導部材３８によって連結された素子構造を有する固体撮像装置２０が得られる。
【００９９】
赤外線入射によって赤外線検知部２３で生じた熱は、支持脚３４、連結部材３７、配線層３６および熱伝導部材３８を通過して、熱浴である基板３１へ排出される。熱伝導部材３８は面状に形成しているため、熱伝達断面積が大きくなって、熱コンダクタンスが大幅に増加する。連結部材３７は柱状に形成可能であり、支持脚３４から配線層３６までの長さは支持脚３４の全長より大幅に短縮できることから、熱コンダクタンスが大幅に増加する。
【０１００】
従って、熱伝導部材３８と連結部材３７との合成熱コンダクタンスは、支持脚３４の熱コンダクタンスよりも十分に大きくなる。その結果、各赤外線検知部２３を熱的に絶縁することができ、特定の赤外線検知部２３で生じた熱は他の赤外線検知部２３を通過することなく、熱伝導部材３８を経由して基板３１へ放熱することができるため、画素間の熱クロストークを低減できる。
【０１０１】
このように熱伝導部材３８を検出器アレイの配列面から離隔配置することによって、連結部材３７の幅を小さくしても全体として充分な熱コンダクタンスを確保できるため、検出器アレイの小型化や高密度化が図られる。また、検出器アレイの中央に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率と、検出器アレイの周辺に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率とがほぼ等しくなり、検出器アレイにおける赤外線検出感度むらを低減できる。
【０１０２】
また、検出器アレイが熱伝導部材３８によって覆われているため、製造歩留りおよび量産性を向上でき、低コスト化が図られる。
【０１０３】
また、赤外線検知部２３からの信号を伝達するための導体として機能する連結部材３７および配線層３６を熱伝導部材３８に沿って配置して、検出器アレイの配列面から部分的に移動させることによって、検出器アレイの配列面における導体の面積率を低減できるため、逆に赤外線検知部の面積率を増加させることができ、赤外線検知部２３の高密度化が図られる。
【０１０４】
実施の形態４．
図７は本発明の第４実施形態を示す断面図である。固体撮像装置２０は、シリコン等の半導体からなる基板３１の上に複数の赤外線検知部２３が二次元的に配列されて、検出器アレイを構成している。検出器アレイの周辺には、各赤外線検知部２３からの電気信号を処理して外部回路へ出力する信号処理回路２２が設けられる。
【０１０５】
本実施形態に係る固体撮像装置２０は、図５で説明したものと同様な構成であるが、図３と同様に、熱伝導部材３８に貫通孔３９を設けるとともに、基板３１の上面を部分的に除去して検出器アレイの裏面側を覆っている点が相違する。
【０１０６】
固体撮像装置２０の構成および動作については、図５で説明したものと同様であり、貫通孔３９を利用したエッチングプロセスについては図４で説明したものと同様であり、犠牲層４０を利用した連結部材３７および熱伝導部材３８の成膜プロセスについては図６で説明したものと同様であることから、これらの重複説明を省く。
【０１０７】
こうして熱伝導部材３８に貫通孔３９を設けることによって、基板３１の上面から赤外線検知部２３の近傍へのアクセスが可能になるため、エッチング液やエッチングガスが少ない量で済むようになる。また、検出器アレイの表面側が熱伝導部材３８によって全面に覆われ、検出器アレイの裏面側が基板３１によって全面に覆われているため、防塵性が高くなり、製造歩留りおよび量産性の向上、低コスト化が図られる。
【０１０８】
なお、貫通孔３９は封止部材（不図示）によって封止してもよく、赤外線検知部およびその周辺を不活性ガス雰囲気または減圧環境にした状態で封止可能になり、気密性や防塵性に優れ、信頼性が高い固体撮像装置が得られる。
【０１０９】
このようにしてセンサ部３３が支持脚３４および連結部材３７によって中空支持され、さらに連結部材３７および配線層３６と基板３１とが熱伝導部材３８によって連結された素子構造を有する固体撮像装置２０が得られる。
【０１１０】
赤外線入射によって赤外線検知部２３で生じた熱は、支持脚３４、連結部材３７、配線層３６および熱伝導部材３８を通過して、熱浴である基板３１へ排出される。熱伝導部材３８は面状に形成しているため、熱伝達断面積が大きくなって、熱コンダクタンスが大幅に増加する。連結部材３７は柱状に形成可能であり、支持脚３４から配線層３６までの長さは支持脚３４の全長より大幅に短縮できることから、熱コンダクタンスが大幅に増加する。
【０１１１】
従って、熱伝導部材３８と連結部材３７との合成熱コンダクタンスは、支持脚３４の熱コンダクタンスよりも十分に大きくなる。その結果、各赤外線検知部２３を熱的に絶縁することができ、特定の赤外線検知部２３で生じた熱は他の赤外線検知部２３を通過することなく、熱伝導部材３８を経由して基板３１へ放熱することができるため、画素間の熱クロストークを低減できる。
【０１１２】
このように熱伝導部材３８を検出器アレイの配列面から離隔配置することによって、連結部材３７の幅を小さくしても全体として充分な熱コンダクタンスを確保できるため、検出器アレイの小型化や高密度化が図られる。また、検出器アレイの中央に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率と、検出器アレイの周辺に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率とがほぼ等しくなり、検出器アレイにおける赤外線検出感度むらを低減できる。
【０１１３】
また、検出器アレイが熱伝導部材３８および基板３１によって覆われているため、製造歩留りおよび量産性を向上でき、低コスト化が図られる。
また、赤外線検知部２３からの信号を伝達するための導体として機能する連結部材３７および配線層３６を熱伝導部材３８に沿って配置して、検出器アレイの配列面から部分的に移動させることによって、検出器アレイの配列面における導体の面積率を低減できるため、逆に赤外線検知部の面積率を増加させることができ、赤外線検知部２３の高密度化が図られる。
【０１１４】
実施の形態５．
図８は本発明の第５実施形態を示し、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は部分平面図、図８（ｃ）は部分拡大断面図である。固体撮像装置２０は、シリコン等の半導体からなる基板３１の上に複数の赤外線検知部２３が二次元的に配列されて、検出器アレイを構成している。検出器アレイの周辺には、各赤外線検知部２３からの電気信号を処理して外部回路へ出力する信号処理回路２２が設けられる。
【０１１５】
本実施形態に係る固体撮像装置２０は、図５で説明したものと同様な構成であるが、赤外線検知部２３の主面から延出するように連結部材３７をセンサ部３３に直結して、図５中の支持脚３４を省いている点が相違する。
【０１１６】
図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、赤外線検知部２３は、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換するセンサ部３３と、センサ部３３を中空支持するための一対の連結部材３７とを備え、センサ部３３および連結部材３７は電気絶縁膜２９で被覆されている。連結部材３７は、センサ部３３を機械的に支持する支持部材としての機能と、センサ部３３からの信号を伝送する導電部材としての機能と、センサ部３３の温度変化を適切に保つ熱伝導部材としての機能を有する。
【０１１７】
配線層３６は、熱伝導部材３８の裏面側に格子状に設けられ、検出器アレイ周辺において基板３１に連結される。連結部材３７の先端はセンサ部３３と電気接続され、連結部材３７の基部は配線層３６と電気接続されている。
【０１１８】
配線層３６は、電気絶縁膜２９で被覆されており、連結部材３７と同様に、支持部材としての機能と、導電部材としての機能と、熱伝導部材としての機能を有する。配線層３６および連結部材３７は別部材でもよく、一体化していてもよい。信号処理回路２２は、各配線層３６を時分割でスイッチングすることによって、各赤外線検知部２３からのセンシング信号を時系列的に出力する。
【０１１９】
本実施形態では、熱伝導部材３８は、検出器アレイの配列面から離隔配置され、検出器アレイを覆うように面状に形成されて、第１熱伝導部材として機能する。連結部材３７は、熱伝導部材３８とセンサ部３３とを連結して、第２熱伝導部材として機能する。熱伝導部材３８の周辺は熱浴として機能する基板３１と連結している。熱伝導部材３８は、高い熱伝導率を示す材料、例えばＡｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ等の金属などで形成される。なお、電気絶縁膜２９はＳｉＯ２　等の電気絶縁材料で形成される。
【０１２０】
こうした構成によって、熱伝導部材３８は、連結部材３７の基部から配線層３６を経由し、基板３１に至るまでの熱コンダクタンスを増加させて、放熱効率を向上させている。さらに、隣接する赤外線検知部２３の間は空隙が介在することによって、画素間の熱クロストークを低減している。
【０１２１】
次に、赤外線検出原理について説明する。被写体が発した赤外線が、検出器アレイの赤外線検知部２３に入射すると、センサ部３３の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じてセンサ部３３の電気特性が変化する。この特性変化は、連結部材３７および配線層３６を通して信号処理回路２２へ伝達される。信号処理回路２２は、赤外線検知部２３ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像を得る。
【０１２２】
赤外線が赤外線検知部２３に入射する方向は、基板３１の表側と裏側のどちらからでもよい。特に、基板３１の表側から赤外線を検出する場合は、良好な赤外線透過率を有する材料を用いて熱伝導部材３８を形成する。
【０１２３】
センサ部３３は、温度変化によって電気特性が変化する材料を用いて構成され、例えばポリシリコンとアルミニウムから成る熱電対や、温度変化によって電流電圧特性が変化するＰＮ接合ダイオード、温度変化によって電気抵抗値が変化する材料、例えば酸化バナジウムなどを用いたボロメータ、温度変化によって誘電率が変化する材料、例えばＢａＳｒＴｉＯ３　などの強誘電体などで構成することができる。
【０１２４】
固体撮像装置２０の製造方法は上述した各実施形態のものと同様であり、特に、犠牲層４０を利用した連結部材３７および熱伝導部材３８の成膜プロセスについては図６で説明したものと同様であることから、これらの重複説明を省く。
【０１２５】
赤外線入射によって赤外線検知部２３で生じた熱は、連結部材３７、配線層３６および熱伝導部材３８を通過して、熱浴である基板３１へ排出される。熱伝導部材３８は面状に形成しているため、熱伝達断面積が大きくなって、熱コンダクタンスが大幅に増加する。
【０１２６】
従って、各赤外線検知部２３を熱的に絶縁することができ、特定の赤外線検知部２３で生じた熱は他の赤外線検知部２３を通過することなく、熱伝導部材３８を経由して基板３１へ放熱することができるため、画素間の熱クロストークを低減できる。
【０１２７】
このように熱伝導部材３８を検出器アレイの配列面から離隔配置することによって、連結部材３７の幅を小さくしても全体として充分な熱コンダクタンスを確保できるため、検出器アレイの小型化や高密度化が図られる。また、検出器アレイの中央に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率と、検出器アレイの周辺に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率とがほぼ等しくなり、検出器アレイにおける赤外線検出感度むらを低減できる。
【０１２８】
また、検出器アレイが熱伝導部材３８によって覆われているため、製造歩留りおよび量産性を向上でき、低コスト化が図られる。
【０１２９】
また、赤外線検知部２３からの信号を伝達するための導体として機能する連結部材３７および配線層３６を熱伝導部材３８に沿って配置して、検出器アレイの配列面から部分的に移動させることによって、検出器アレイの配列面における導体の面積率を低減できるため、逆に赤外線検知部２３の面積率を増加させることができ、赤外線検知部２３の高密度化が図られる。
【０１３０】
また、赤外線検知部２３からの信号を伝達するための導体として機能する連結部材３７を赤外線検知部２３の主面から延出させることによって、検出器アレイの配列面における導体の専有面積をゼロにできるため、赤外線検知部２３をより高密度に配列することができる。
【０１３１】
図９はセンサ部３３から基板３１までの熱伝導経路を示す概念図であり、図９（ａ）は第１実施形態および第２実施形態の熱伝導回路、図９（ｂ）は第３実施形態および第４実施形態の熱伝導回路、図９（ｃ）は第５実施形態の熱伝導回路をそれぞれ示す。
【０１３２】
図９（ａ）において、赤外線入射によりセンサ部３３で生じた熱は、支持脚３４→配線層３６→熱伝導部材３８ｂ→熱伝導部材３８ａの順で通過して、基板３１に到達する。従って、センサ部３３は熱源として機能し、基板３１は熱浴として機能する。
【０１３３】
図９（ｂ）において、赤外線入射によりセンサ部３３で生じた熱は、支持脚３４→連結部材３７→熱伝導部材３８の順で通過して、基板３１に到達する。
【０１３４】
図９（ｃ）において、赤外線入射によりセンサ部３３で生じた熱は、連結部材３７→熱伝導部材３８の順で通過して、基板３１に到達する。
【０１３５】
そこで、センサ部３３と基板３１との温度差Δθ、センサ部３３から基板３１への伝導熱量Ｑ、センサ部３３と基板３１との間の合成熱コンダクタンスＧとして、次式（１）が成立する。
Ｑ＝Ｇ×Δθ　　　　　　　　　　　　　　…（１）
【０１３６】
また、各部材の熱コンダクタンスＧａについて、材料固有の熱伝導率λ、熱伝導断面積Ｓ、熱伝導の長さＬとして、次式（２）が成立する。
Ｇａ＝λ×Ｓ／Ｌ　　　　　　　　　　　　…（２）
【０１３７】
また、複数の部材が直列接続されたときの合成熱コンダクタンスＧは、各部材の熱コンダクタンスＧａ，Ｇｂとして、次式（３）が成立する。
１／Ｇ＝１／Ｇａ＋１／Ｇｂ　　　　　　　…（３）
【０１３８】
次に、センサ部と基板との間の合成熱コンダクタンスＧについて、具体的な例を用いて従来の固体撮像装置と本発明に係る固体撮像装置とを比較した結果を次の（表１）に示す。
【０１３９】
【表１】
2004093535.tif 000003
【０１４０】
まず支持脚について、従来の支持脚１４および第１実施形態の支持脚３４を同じ金属材料（熱伝導率λ＝０．１（Ｗ／ｃｍ／Ｋ））で形成した例を用いており、その表面がＳｉＯ２　で被覆されていても全体の熱伝導率は金属材料が支配的となる。また、支持脚の形状（長さＬ＝５０μｍ，幅Ｗ＝３μｍ，厚みｄ＝２μｍ）も同じであることから、支持脚の熱コンダクタンスは１．２０×１０−６（Ｗ／Ｋ）となって互いに等しくなる。
【０１４１】
次に熱伝導部材について、従来の熱伝導層１８および第１実施形態の熱伝導部材３８をＡｕ（λ＝３．１（Ｗ／ｃｍ／Ｋ））で形成し、検出器アレイ周辺から基板までの長さを５０μｍ、検出器アレイ中央から基板までの長さを７５００μｍとした例を用いている。また、両者は同じ厚み（ｄ＝２５μｍ）であるが、従来の熱伝導層１８の幅（Ｗ＝１μｍ）と第１実施形態の熱伝導部材３８の幅（Ｗ＝５０μｍ）とが相違する。
【０１４２】
その結果、従来の支持脚１４と熱伝導層１８との合成熱コンダクタンスは、検出器アレイ周辺を起点とすると１．１９×１０−６（Ｗ／Ｋ）となり、検出器アレイ中央を起点とすると５．５５×１０−７（Ｗ／Ｋ）となり、アレイ中央から基板までの放熱効率はアレイ周辺と比べて約２倍劣っていることが判る。このことは、検出器アレイに大きな感度むらをもたらすことになる。
【０１４３】
一方、第１実施形態の支持脚３４と熱伝導部材３８との合成熱コンダクタンスは、検出器アレイ周辺を起点とすると１．２０×１０−６（Ｗ／Ｋ）となり、検出器アレイ中央を起点とすると１．１７×１０−６（Ｗ／Ｋ）となり、大きな差異がない。このことから検出器アレイのいずれの位置からでも基板までの放熱効率に変動がなく、検出器アレイの感度むらを低減できることが判る。
【０１４４】
以上の概算において、配線層１６，３６の長さは他の部材と比べてかなり小さく、その熱コンダクタンスは無視できる量である。また、第２実施形態では、熱伝導部材３８に貫通孔３９を設けているが、全体の熱コンダクタンスに影響を及ぼすほどでない。また、第３〜第４実施形態においても、連結部材３７の長さは他の部材と比べてかなり小さいことから、その熱コンダクタンスは無視できる量である。第５実施形態においては、連結部材が支持脚の代りとなって、センサ部３３の温度変化を適切に保つ熱伝導部材としての機能を有する。
【０１４５】
なお、上記概算は典型的な数値を用いたものであり、支持脚３４、配線層３６、連結部材３７、熱伝導部材３８等の材料、形状は適宜選択できる。
【０１４６】
各実施形態において、熱伝導部材３８を比抵抗１×１０−５Ω・ｃｍ以下の金属で形成してもよく、この場合、赤外線を基板の裏面側から赤外線検知部に入射させると、熱伝導部材が赤外線反射膜として機能するようになり、検出器アレイの赤外線検出感度が高くなる。
【０１４７】
熱伝導部材３８を金属で形成した場合、シート抵抗が０．１Ω／□以下に設定することが好ましい。熱伝導部材３８の熱コンダクタンスは、その電気抵抗値に反比例するため（Ｗｉｅｄｅｍａｎｎ−Ｆｒａｎｚ則）、これによって各検知部を熱的に絶縁して検知部の熱を基板へ排出でき、画素間の熱クロストークを低減できる。
【０１４８】
また、センサ部３３に赤外線吸収膜を設けてもよく、赤外線検知部における赤外線吸収効率が高くなって、検出器アレイの赤外線検出感度が高くなる。この場合、赤外線反射膜である熱伝導部材３８とセンサ部３３上の赤外線吸収膜との間の光学距離の４倍に相当する波長の赤外線が、特に強く吸収されるようになる。
【０１４９】
【発明の効果】
以上詳説したように、第１熱伝導部材を面状に形成することによって、熱伝導部材の熱伝達断面積を大きく設定できるため、熱伝導部材の熱コンダクタンスを大幅に増加させることができる。また、こうした形状を有する第１熱伝導部材を検出器アレイの配列面から離隔配置することによって、検出器アレイの小型化や高密度化が図られる。さらに、第２熱伝導部材を用いて第１熱伝導部材と支持部材とを連結することによって、赤外線検知部で生じた熱が支持部材を経由して第２熱伝導部材および第１熱伝導部材を通過して基板へ効率的に排出されるようになる。
【０１５０】
こうして検出器アレイの中央に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率と、検出器アレイの周辺に位置する赤外線検知部から基板までの熱伝達効率とがほぼ等しくなり、検出器アレイにおける赤外線検出感度むらを低減できる。
【０１５１】
また、検出器アレイが第１熱伝導部材によって覆われているため、製造プロセス中に異物が赤外線検知部に付着しにくくなり、製造歩留りおよび量産性を向上でき、低コスト化が図られる。
【０１５２】
また、熱伝導部材の熱コンダクタンスを支持部材の熱コンダクタンスよりも大きくすることによって、各赤外線検知部を熱的に絶縁することができ、特定の赤外線検知部で生じた熱は他の赤外線検知部を通過することなく、熱伝導部材を経由して基板へ放熱されるため、画素間熱クロストークを低減できる。
【０１５３】
さらに、本発明に係る製造方法において、検出器アレイの上に、例えばシリコンで犠牲層を形成した後、犠牲層の上に、例えば蒸着法、スパッタ法、化学気相堆積法等の成膜プロセスを用いて熱伝導部材を形成し、その後、犠牲層を除去することによって、熱伝導部材を面状に形成することができる。その結果、熱伝導部材の熱伝達断面積を大きく設定でき、熱伝導部材の熱コンダクタンスを大幅に増加できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施形態を示し、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ２−Ａ２線に沿った断面図、図１（ｃ）は部分平面図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置２０の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示し、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＡ３−Ａ３線に沿った断面図である。
【図４】図３に示した固体撮像装置２０の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示し、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は部分平面図である。
【図６】図５に示した固体撮像装置２０の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態を示し、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は部分平面図、図８（ｃ）は部分拡大断面図である。
【図９】センサ部３３から基板３１までの熱伝導経路を示す概念図であり、図９（ａ）は第１実施形態および第２実施形態の熱伝導回路、図９（ｂ）は第３実施形態および第４実施形態の熱伝導回路、図９（ｃ）は第５実施形態の熱伝導回路をそれぞれ示す。
【図１０】従来の熱型赤外線固体撮像装置の一例を示し、図１０（ａ）は斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中のＡ１−Ａ１線に沿った断面図、図１０（ｃ）は部分平面図である。
【図１１】赤外線検知部３の電気配線図である。
【図１２】図１０に示した固体撮像装置１０の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
２０　固体撮像装置，　２２　信号処理回路，　２３　赤外線検知部，
２９　電気絶縁膜，　３１　基板，　３３　センサ部，　３４　支持脚，
３６　配線層，　３８，３８ａ，３８ｂ　熱伝導部材，
３２　保護膜，３２ａ　エッチング孔，
３７　連結部材，　３９　貫通孔，　４０　犠牲層，　４０ａ　接続孔
【図１】
2004093535.tif 000004
【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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