(57)【要約】【課題】赤外線検知部の熱散逸を抑制し、赤外線検出感度を格段に向上できる赤外線検出装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】赤外線検出装置は、赤外線入射による温度変化を検知するためのセンサ層２１を含む赤外線検知部３１と、赤外線検知部３１を中空支持するための一対の支持脚３２，３３と、センサ層２１に電気接続された一対の第１電極層２２，２３と、第１電極層２２，２３から離間して基体部３４に配置され、第１電極層２２，２３との間でそれぞれ容量結合した第２電極層２６ａ，２７ａなどで構成される。【選択図】        図２
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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センサ部を含む赤外線検知部と、
赤外線検知部を中空支持するための支持手段と、
センサ部に電気接続された一対の第１電極と、
第１電極から離間して基体側に配置され、第１電極との間でそれぞれ容量結合した一対の第２電極とを備えることを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】
赤外線入射による温度変化を検知するためのセンサ部を含む赤外線検知部と、
赤外線検知部を中空支持するための支持手段と、
センサ部に電気接続された一対の第１インダクタと、
第１インダクタから離間して基体側に配置され、第１インダクタとの間でそれぞれ誘導結合した一対の第２インダクタとを備えることを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項３】
前記支持手段は、赤外線検知部に設けられた第１磁気発生部材と、
基体側に設けられ、第１磁気発生部材との磁力作用によって赤外線検知部を中空支持するための第２磁気発生部材とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
赤外線入射側に配置された第２磁気発生部材は、赤外線が通過可能な開口を有することを特徴とする請求項３記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
赤外線検知部は、二次元的に配列さ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赤外線検出装置。
【請求項６】
基板に一対の第２電極層を形成する工程と、
第２電極層の上に犠牲層を形成する工程と、
犠牲層の上に、赤外線を検知するためのセンサ部および該センサ部に電気接続された一対の第１電極層を形成する工程と、
犠牲層を除去して中空空間を形成する工程とを含むことを特徴とする赤外線検出装置の製造方法。
【請求項７】
基板の上に犠牲層を形成する工程と、
犠牲層の上に、赤外線を検知するためのセンサ部および該センサ部に電気接続された一対の第１インダクタを形成する工程と、
基板側に、第１インダクタにそれぞれ近接するように一対の第２インダクタを形成する工程と、
犠牲層を除去して中空空間を形成する工程とを含むことを特徴とする赤外線検出装置の製造方法。
【請求項８】
基板側に第２磁気発生部材を設ける工程と、
赤外線検知部に、第２磁気発生部材と磁力作用が可能な第１磁気発生部材を設ける工程と含むことを特徴とする請求項６または７記載の赤外線検出装置の製造方法。
【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可能な赤外線検出装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は従来の赤外線検出装置の一例を示し、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）中のＡ４−Ａ４線に沿った断面図である。この赤外線検出装置は、下記の非特許文献１に記載されたもので、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換する赤外線検知部１１と、赤外線検知部１１を中空支持するための一対の支持脚１２，１３と、赤外線検知部１１からの信号を伝送する配線層２，３，４，５，６，７と、これらの部材を支える基体部１４とを備える。
【０００３】
赤外線検知部１１は、酸化バナジウムで形成されたボロメータ層１と、ボロメータ層１の両端部にそれぞれ電気接続された配線層２，３と、ボロメータ層１および配線層２，３を被覆する電気絶縁膜９とで構成される。
【０００４】
支持脚１２，１３は、上述の配線層２，３と、配線層２，３を被覆する電気絶縁膜９とで構成される。支持脚１２，１３は、赤外線検知部１１を機械的に支持する支持部材としての機能と、赤外線検知部１１からの信号を伝送する導電部材としての機能と、赤外線検知部１１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】
基体部１４は、シリコン等で形成された基板１０と、配線層４〜７と、配線層４〜７を被覆する電気絶縁膜９とで構成される。配線層６，７は、信号処理回路（不図示）に接続されている。
【０００６】
赤外線検知部１１を中空支持し、基板１０との間に中空空間Ｂを確保することによって、赤外線検知部１１から基板１０への熱散逸を抑制している。また、支持脚１２，１３をＬ字形状にして、赤外線検知部１１から基体部１４までの熱コンダクタンスを小さくすることによって、赤外線検知部１１から基体部１４への熱散逸を抑制している。
【０００７】
こうした構成を有する赤外線検知部１１をアレイ状に、例えば２５６行×２５６列のマトリクス状に配置することにより、赤外線固体撮像装置を実現することができ、信号処理回路が配線層６，７を時分割でスイッチングし、各赤外線検知部１１からのセンシング信号を時系列的に出力することによって、赤外線画像が得られる。
【０００８】
なお、関連する先行技術（例えば特許文献１）には、ボロメータ抵抗とコンデンサからなるフィルタ回路を設けて、トランジスタの１／ｆノイズを回避する手法が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１２１４３４号公報（図１）
【非特許文献１】
Ｈｉｄｅｏ  Ｗａｄａ  ｅｔ  ａｌ．．  ”Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ２５６ｘ２５６  Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ−ｔｙｐｅ  Ｕｎｃｏｏｌｅｄ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄｅｔｅｃｔｅｒ”，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３２２４，  ｐ４０−ｐ５１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の赤外線検出装置では、赤外線検知部１１からの信号を伝送するための配線層２，３が支持脚１２，１３に沿って配置されているため、支持脚１２，１３の熱コンダクタンスはあまり小さくならない。即ち、電気伝導キャリアである電子や正孔が支持脚１２，１３の配線層２，３を通じて熱を輸送することから、支持脚１２，１３の熱コンダクタンスが大きくなってしまう。また、格子振動キャリアであるフォノンが支持脚１２，１３の配線層２，３および電気絶縁膜９を通じて熱を輸送することから、支持脚１２，１３の熱コンダクタンスが大きくなってしまう。その結果、赤外線入射による赤外線検知部１１の温度変化が小さくなり、赤外線検出感度が低下してしまう。
【００１１】
本発明の目的は、赤外線検知部の熱散逸を抑制し、赤外線検出感度を格段に向上できる赤外線検出装置およびその製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る赤外線検出装置は、赤外線入射による温度変化を検知するためのセンサ部を含む赤外線検知部と、
赤外線検知部を中空支持するための支持手段と、
センサ部に電気接続された一対の第１電極と、
第１電極から離間して基体側に配置され、第１電極との間でそれぞれ容量結合した一対の第２電極とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また本発明に係る赤外線検出装置は、赤外線入射による温度変化を検知するためのセンサ部を含む赤外線検知部と、
赤外線検知部を中空支持するための支持手段と、
センサ部に電気接続された一対の第１インダクタと、
第１インダクタから離間して基体側に配置され、第１インダクタとの間でそれぞれ誘導結合した一対の第２インダクタとを備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の第１実施形態を示す斜視図であり、図２（ａ）はその部分平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ１−Ａ１線に沿った断面図である。この赤外線検出装置は、図１に示すように、複数の赤外線検知部３１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３１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。
【００１５】
検出器アレイの周辺には、各赤外線検知部３１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３９が設けられる。
【００１６】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、赤外線検出装置は、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換するための赤外線検知部３１と、赤外線検知部３１を中空支持するための一対の支持脚３２，３３と、これらの部材を支える基体部３４などで構成される。
【００１７】
赤外線検知部３１は、酸化バナジウム等で形成されたセンサ層２１と、センサ層２１の両端部にそれぞれ電気接続された一対の第１電極層２２，２３と、センサ層２１および第１電極層２２，２３を被覆する電気絶縁膜２９などで構成される。電気絶縁膜２９は、例えばＳｉＯ２等で形成される。
【００１８】
支持脚３２，３３は、電気絶縁性で熱伝導率の低い材料、例えばＳｉＯ２等で形成され、赤外線検知部３１を機械的に支持する支持部材としての機能と、赤外線検知部３１からの熱伝導を適切に遮断する熱絶縁部材としての機能を有する。
【００１９】
基体部３４は、シリコン等で形成された基板３０と、基板３０の上に配置された配線層２６，２７と、配線層２６，２７を被覆する電気絶縁膜２９と、支持脚３２，３３の根元部を支持する支持台２８などで構成される。支持台２８は、支持脚３２，３３と同様に、電気絶縁性で熱伝導率の低い材料、例えばＳｉＯ２等で形成される。配線層２６，２７は、図１に示した信号処理回路３９に接続されている。
【００２０】
このように赤外線検知部３１を中空支持し、基板３０との間に中空空間Ｂを確保することによって、赤外線検知部３１から基板３０への熱散逸を抑制している。また、支持脚３２，３３をＬ字形状にして、赤外線検知部３１から基体部３４までの熱コンダクタンスを小さくすることによって、赤外線検知部３１から基体部３４への熱散逸を抑制している。
【００２１】
基体部３４には、赤外線検知部３１の第１電極層２２，２３から離間して第２電極層２６ａ，２７ａが配置される。第１電極層２２と第２電極層２６ａとは、中空空間Ｂを挟んで対向しており、第１のキャパシタを構成する。第１電極層２３と第２電極層２７ａとは、中空空間Ｂを挟んで対向しており、第２のキャパシタを構成する。第２電極層２６ａは配線層２６に電気接続され、第２電極層２７ａは配線層２７に電気接続されている。
【００２２】
図３は、図２に示した赤外線検知部３１の周辺を含む等価回路図である。配線層２６、第２電極層２６ａ、第１のキャパシタＣ１、第１電極層２２、センサ層２１、第１電極層２３、第２のキャパシタＣ２、第２電極層２７ａ、配線層２７の順で信号伝送回路が形成され、各キャパシタＣ１，Ｃ２の容量結合によって交流信号の伝送が可能になる。
【００２３】
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赤外線検知部３１に入射すると、センサ層２１の温度が上昇する。すると温度変化に応じてセンサ層２１の電気特性が変化する。このとき配線層２６と配線層２７の間に交流信号を印加すると、センサ層２１の特性変化に応じて信号電流の大きさやセンサ層２１の両端電圧が変化する。この変化は配線層２６，２７を通じて信号処理回路３９へ伝達される。信号処理回路３９は、赤外線検知部３１ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像が得られる。
【００２４】
このように赤外線検知部３１と配線層２６，２７との間にキャパシタを形成し、容量結合により信号伝送を行うことによって、支持脚３２，３３での配線層を省くことが可能になり、支持脚３２，３３の熱コンダクタンスを極めて小さくできる。その結果、赤外線検知部３１から基体部３４への熱散逸を低減でき、赤外線検出感度を格段に向上できる。
【００２５】
また、従来と同程度の赤外線検出感度を実現する場合は、支持脚３２，３３の全長を短縮することができる。そのため赤外線検知部３１と支持台２８との間の隙間が小さくなり、赤外線検知部３１の高密度配列が可能になり、装置全体の小型化、撮像分解能の向上が図られる。また、赤外線検出装置が小型になると、結像用の赤外線レンズも小型化できるため、赤外線カメラの低コスト化、小型化が図られる。
【００２６】
図４は、図２に示した赤外線検出装置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３０の上部に、信号処理回路３９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するとともに、配線層２６，２７を電気絶縁膜２９で被覆するように所定パターンに形成する。このとき図２（ａ）に示した第２電極層２６ａ，２７ａも同時に形成する。
【００２７】
次に図４（ｂ）に示すように、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、第２電極層２６ａ，２７ａを覆いつつ、図２（ｂ）に示した中空空間Ｂに対応した形状に形成される。次に、第１電極層２２，２３およびセンサ層２１を電気絶縁膜２９で被覆するように所定パターンに形成する。
【００２８】
次に図４（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法等を用いて、電気絶縁膜２９に貫通孔４１を形成して、支持脚３２，３３を形成する。貫通孔４１は、図２（ｂ）に示すように、赤外線検知部３１と支持脚３２，３３との隙間および支持脚３２，３３と支持台２８との隙間に対応した形状に形成される。
【００２９】
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４１から導入して、犠牲層４０をエッチング除去し、図２（ｂ）に示した中空空間Ｂを形成する。
【００３０】
こうして犠牲層４０のエッチング除去によって、センサ層２１および第１電極層２２，２３を含む赤外線検知部３１が支持脚３２，３３によって中空支持された中空支持構造を実現できる。また、中空空間Ｂの存在によって第１電極層２２，２３と第２電極層２６ａ，２７ａとの間にキャパシタＣ１，Ｃ２がそれぞれ形成され、容量結合による信号伝送回路を容易に実現できる。
【００３１】
実施の形態２．
図５は本発明の第２実施形態を示し、図５（ａ）は部分平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＡ２−Ａ２線に沿った断面図である。この赤外線検出装置は、図１と同様に、複数の赤外線検知部３１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、図１と同様に、各赤外線検知部３１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３９が設けられる。
【００３２】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、赤外線検出装置は、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換するための赤外線検知部３１と、赤外線検知部３１を中空支持するための一対の支持脚３２，３３と、これらの部材を支える基体部３４などで構成される。
【００３３】
赤外線検知部３１は、酸化バナジウム等で形成されたセンサ層２１と、センサ層２１の両端部にそれぞれ電気接続された一対の第１インダクタ層５２，５３と、第１インダクタ層５２，５３を相互接続する配線層５４と、センサ層２１、第１インダクタ層５２，５３および配線層５４を被覆する電気絶縁膜２９などで構成される。電気絶縁膜２９は、例えばＳｉＯ２等で形成される。
【００３４】
支持脚３２，３３は、電気絶縁性で熱伝導率の低い材料、例えばＳｉＯ２等で形成され、赤外線検知部３１を機械的に支持する支持部材としての機能と、赤外線検知部３１からの熱伝導を適切に遮断する熱絶縁部材としての機能を有する。
【００３５】
基体部３４は、シリコン等で形成された基板３０と、基板３０の上に配置された配線層２６，２７と、配線層２６，２７を被覆する電気絶縁膜２９と、支持脚３２，３３の根元部を支持する支持台２８などで構成される。支持台２８は、支持脚３２，３３と同様に、電気絶縁性で熱伝導率の低い材料、例えばＳｉＯ２等で形成される。配線層２６，２７は、図１に示した信号処理回路３９に接続されている。
【００３６】
このように赤外線検知部３１を中空支持し、基板３０との間に中空空間Ｂを確保することによって、赤外線検知部３１から基板３０への熱散逸を抑制している。また、支持脚３２，３３をＬ字形状にして、赤外線検知部３１から基体部３４までの熱コンダクタンスを小さくすることによって、赤外線検知部３１から基体部３４への熱散逸を抑制している。
【００３７】
基体部３４には、赤外線検知部３１の第１インダクタ層５２，５３から離間して第２インダクタ層５６，５７が配置される。第１インダクタ層５２と第２インダクタ層５６はスパイラル形状をなし、貫通孔４１を挟んで互いに近接することによって相互誘導作用を行う第１の変成器を構成する。第１インダクタ層５３と第２インダクタ層５７もスパイラル形状をなし、貫通孔４１を挟んで互いに近接することによって相互誘導作用を行う第２の変成器を構成する。第２インダクタ層５６はスルー導体５８を介して配線層２６に電気接続され、第２インダクタ層５７はスルー導体５９を介して配線層２７に電気接続されている。
【００３８】
図６は、図５に示した赤外線検知部３１の周辺を含む等価回路図である。センサ層２１、第１インダクタ層５２、配線層５４、第１インダクタ層５３、センサ層２１の順で１次側ループ回路が形成される。第２インダクタ層５６および配線層２６により第１の変成器Ｍ１の２次側回路が形成され、第２インダクタ層５７および配線層２７により第２の変成器Ｍ２の２次側回路が形成される。従って、各変成器Ｍ１，Ｍ２の誘導結合によって配線層２６から配線層２７までの交流信号の伝送が可能になる。
【００３９】
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赤外線検知部３１に入射すると、センサ層２１の温度が上昇する。すると温度変化に応じてセンサ層２１の電気特性が変化する。このとき配線層２６および配線層２７に交流信号を印加すると、センサ層２１の特性変化に応じて信号電流の大きさが変化する。この変化は配線層２６，２７を通じて図１に示した信号処理回路３９へ伝達される。信号処理回路３９は、赤外線検知部３１ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像が得られる。
【００４０】
このように赤外線検知部３１と配線層２６，２７との間にインダクタを形成し、誘導結合により信号伝送を行うことによって、支持脚３２，３３での配線層を省くことが可能になり、支持脚３２，３３の熱コンダクタンスを極めて小さくできる。その結果、赤外線検知部３１から基体部３４への熱散逸を低減でき、赤外線検出感度を格段に向上できる。
【００４１】
また、従来と同程度の赤外線検出感度を実現する場合は、支持脚３２，３３の全長を短縮することができる。そのため赤外線検知部３１と支持台２８との間の隙間が小さくなり、赤外線検知部３１の高密度配列が可能になり、装置全体の小型化、撮像分解能の向上が図られる。また、赤外線検出装置が小型になると、結像用の赤外線レンズも小型化できるため、赤外線カメラの低コスト化、小型化が図られる。
【００４２】
図７は、図５に示した赤外線検出装置の製造方法を示す断面図である。まず図７（ａ）に示すように、シリコン等の基板３０の上部に、信号処理回路３９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するとともに、配線層２６，２７を電気絶縁膜２９で被覆するように所定パターンに形成する。
【００４３】
次に図７（ｂ）に示すように、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、図５（ｂ）に示した中空空間Ｂに対応した形状に形成される。次に、犠牲層４０の全体を覆うように電気絶縁膜２９を形成した後、配線層２６，２７の上部にスルーホールをそれぞれ形成し、スルー導体５８，５９を埋め込む。犠牲層４０の上方には電気絶縁膜２９を介して配線層５４を所定パターンに形成する。
【００４４】
次に図７（ｃ）に示すように、第１インダクタ層５２，５３および第２インダクタ層５６，５７を電気絶縁膜２９で被覆するように所定パターンに形成する。第１インダクタ層５２と第２インダクタ層５６は相互誘導可能なように互いに近接させる。同様に、第１インダクタ層５３と第２インダクタ層５７は相互誘導可能なように互いに近接させる。
【００４５】
次にフォトリソグラフィ法等を用いて、電気絶縁膜２９に貫通孔４１を形成して、支持脚３２，３３を形成する。貫通孔４１は、図５（ｂ）に示すように、支持脚３２，３３と赤外線検知部３１および支持台２８との隙間に対応した形状に形成される。
【００４６】
次に図７（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４１から導入して、犠牲層４０をエッチング除去し、図５（ｂ）に示した中空空間Ｂを形成する。
【００４７】
こうして犠牲層４０のエッチング除去によって、センサ層２１、第１インダクタ層５２，５３および配線層５４を含む赤外線検知部３１が支持脚３２，３３によって中空支持された中空支持構造を実現できる。また、第１インダクタ層５２と第２インダクタ層５６との間および第１インダクタ層５３と第２インダクタ層５７との間に変成器Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ形成することによって、誘導結合による信号伝送回路を容易に実現できる。
【００４８】
実施の形態３．
図８および図９は本発明の第３実施形態を示し、図８（ａ）はセンサ層２１を含む平面に沿って切断した部分平面断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＡ３−Ａ３線に沿った断面図、図９は上方から見た部分平面図である。この赤外線検出装置は、図１と同様に、複数の赤外線検知部３１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、図１と同様に、各赤外線検知部３１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３９が設けられる。
【００４９】
図８および図９に示すように、赤外線検出装置は、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換するための赤外線検知部３１と、赤外線検知部３１を中空支持するための磁石６１〜６６と、赤外線検知部３１の上方で磁石６３を支持するための上部支持台３５と、これらの部材を支える基体部３４などで構成される。
【００５０】
赤外線検知部３１は、酸化バナジウム等で形成されたセンサ層２１と、センサ層２１の両端部にそれぞれ電気接続された一対の第１電極層２２，２３と、磁石６２，６４，６６と、センサ層２１、第１電極層２２，２３および磁石６２，６４，６６を被覆する電気絶縁膜２９などで構成される。電気絶縁膜２９は、例えばＳｉＯ２等で形成される。
【００５１】
基体部３４は、シリコン等で形成された基板３０と、基板３０の上に配置された磁石６１および配線層２６，２７と、磁石６１および配線層２６，２７を被覆する電気絶縁膜２９と、赤外線検知部３１の周辺に設けられた支持台２８などで構成される。
【００５２】
支持台２８は、電気絶縁性で熱伝導率の低い材料、例えばＳｉＯ２等で形成される。配線層２６，２７は、図１に示した信号処理回路３９に接続されている。
【００５３】
上部支持台３５は、磁石６３と、磁石６３を被覆する電気絶縁膜２９などで構成され、図９に示すように、一対の支持脚３６を介して支持台２８に固定されている。
【００５４】
磁石６１は基板３０側に埋め込まれ、磁石６２は赤外線検知部３１に埋め込まれ、磁石６１と磁石６２とは互いに反発力が作用するように磁化されており、赤外線検知部３１には上方に向かう力が働く。
【００５５】
磁石６３は上部支持台３５に埋め込まれ、磁石６４は赤外線検知部３１に埋め込まれ、磁石６３と磁石６４とは互いに反発力が作用するように磁化されており、赤外線検知部３１には下方に向かう力が働く。
【００５６】
磁石６５は矩形リング形状をなして支持台２８に埋め込まれ、磁石６６も矩形リング形状をなして赤外線検知部３１に埋め込まれ、磁石６５と磁石６６とは互いに反発力が作用するように磁化されており、赤外線検知部３１には水平センタリング方向の力が働く。
【００５７】
従って、磁石６１〜６６の磁力相互作用によって、赤外線検知部３１は垂直方向および水平方向に求心力が働いて、安定した姿勢で中空支持される。
【００５８】
このように赤外線検知部３１を中空支持して、基板３０との間には中空空間Ｂを、上部支持台３５の間には中空空間Ｄを、支持台２８との間には隙間をそれぞれ有する非接触支持構造を実現することによって、赤外線検知部３１から基体部３４への熱散逸を抑制できる。赤外線検知部３１から基体部３４への熱伝導は、周囲の気体分子運動によって行われるため、中空空間Ｂ，Ｄの真空度およびガス種を適切に設定し選択することによって制御することができる。
【００５９】
磁石６１〜６４を赤外線通過可能な材料で形成した場合、上方入射および下方入射のいずれの赤外線も検知することができる。一方、磁石６１〜６４を赤外線が通過しない料料で形成した場合、図９に示すように、磁石６１〜６４にスリット等の開口窓６３ａを形成することが好ましく、これによって上方入射または下方入射の赤外線が開口窓６３ａを通過してセンサ層２１に到達できる。
【００６０】
基体部３４には、図８（ａ）に示すように、赤外線検知部３１の第１電極層２２，２３から離間して第２電極層２６ａ，２７ａが配置される。第１電極層２２と第２電極層２６ａとは、中空空間Ｂを挟んで対向しており、第１のキャパシタを構成する。第１電極層２３と第２電極層２７ａとは、中空空間Ｂを挟んで対向しており、第２のキャパシタを構成する。第２電極層２６ａは配線層２６に電気接続され、第２電極層２７ａは配線層２７に電気接続されている。
【００６１】
本実施形態における等価回路図は、図３と同様なものであり、配線層２６、第２電極層２６ａ、第１のキャパシタＣ１、第１電極層２２、センサ層２１、第１電極層２３、第２のキャパシタＣ２、第２電極層２７ａ、配線層２７の順で信号伝送回路が形成され、各キャパシタＣ１，Ｃ２の容量結合によって交流信号の伝送が可能になる。
【００６２】
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赤外線検知部３１に入射すると、センサ層２１の温度が上昇する。すると温度変化に応じてセンサ層２１の電気特性が変化する。このとき配線層２６と配線層２７の間に交流信号を印加すると、センサ層２１の特性変化に応じて信号電流の大きさやセンサ層２１の両端電圧が変化する。この変化は配線層２６，２７を通じて図１に示す信号処理回路３９へ伝達される。信号処理回路３９は、赤外線検知部３１ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像が得られる。
【００６３】
このように赤外線検知部３１と配線層２６，２７との間にキャパシタを形成し、容量結合により信号伝送を行い、さらに、赤外線検知部３１を磁気反発力によって非接触支持することによって、赤外線検知部３１から基体部３４への熱散逸を低減でき、赤外線検出感度を格段に向上できる。
【００６４】
また、赤外線検知部３１の機械的支持部材が存在しないため、赤外線検知部３１と支持台２８との間の隙間が小さくなり、赤外線検知部３１の高密度配列が可能になり、装置全体の小型化、撮像分解能の向上が図られる。また、赤外線検出装置が小型になると、結像用の赤外線レンズも小型化できるため、赤外線カメラの低コスト化、小型化が図られる。
【００６５】
図１０および図１１は、図８、図９に示した赤外線検出装置の製造方法を示す断面図である。まず図１０（ａ）に示すように、シリコン等の基板３０の上部に、磁石６１を電気絶縁膜２９で被覆するように所定パターンに形成する。その上に、図１に示す信号処理回路３９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するとともに、配線層２６，２７を電気絶縁膜２９で被覆するように所定パターンに形成する。このとき図８（ａ）に示した第２電極層２６ａ，２７ａも同時に形成する。
【００６６】
次に図１０（ｂ）に示すように、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、第２電極層２６ａ，２７ａを覆いつつ、図８（ｂ）に示した中空空間Ｂに対応した形状に形成される。次に、第１電極層２２，２３、センサ層２１および磁石６５，６６を電気絶縁膜２９で被覆するように所定パターンに形成する。
【００６７】
次に図１１（ａ）に示すように、電気絶縁膜２９をさらに積み上げるとともに、センサ層２１の上方に磁石６２，６４を電気絶縁膜２９で被覆するように所定パターンに形成する。次にフォトリソグラフィ法等を用いて、磁石６５，６６の間にある電気絶縁膜２９に貫通孔４１を形成して、支持台２８と赤外線検知部３１と分離形成する。
【００６８】
次に図１１（ｂ）に示すように、貫通孔４１および赤外線検知部３１の上に犠牲層４０を形成する。犠牲層４０は、図８（ｂ）に示した中空空間Ｄに対応した形状に形成される。次に、支持台２８の上に電気絶縁膜２９をさらに積み上げるとともに、犠牲層４０の上には磁石６３を電気絶縁膜２９で被覆するように所定パターンに形成する。次にフォトリソグラフィ法等を用いて、図１１（ａ）の貫通孔４１と同じ領域となるように電気絶縁膜２９に貫通孔４１を形成する。
【００６９】
次に図１１（ｃ）に示すように、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液またはＸｅＦ２ガスなどを貫通孔４１から導入して、犠牲層４０をエッチング除去し、図８（ｂ）に示した中空空間Ｂ，Ｄを形成する。
【００７０】
こうして犠牲層４０のエッチング除去によって、センサ層２１および第１電極層２２，２３を含む赤外線検知部３１が磁石６１〜６６の磁気反発力によって中空支持された中空支持構造を実現できる。また、中空空間Ｂの存在によって第１電極層２２，２３と第２電極層２６ａ，２７ａとの間にキャパシタＣ１，Ｃ２がそれぞれ形成され、容量結合による信号伝送回路を容易に実現できる。
【００７１】
本実施形態では、磁石６１〜６６として永久磁石を用いる例を示したが、磁石６１〜６６の全てまたは一部を電磁石で構成しても構わない。電磁石を使用した場合、電磁石に通電する電流の大きさや向きを制御することによって、赤外線検知部３１の位置調整が可能になる。例えば、赤外線撮像の読出し時には、赤外線検知部３１を浮上させて断熱することによって、赤外線検出感度を向上させる。一方、待機時には、赤外線検知部３１を基体部３４に接触させることによって、赤外線検知部３１の放熱を促して、熱時定数を短縮することができる。
【００７２】
実施の形態４．
図１２は本発明の第４実施形態を示す断面図である。この赤外線検出装置は、図１と同様に、複数の赤外線検知部３１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、図１と同様に、各赤外線検知部３１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３９が設けられる。
【００７３】
赤外線検出装置は、赤外線入射による温度変化を電気信号に変換するための赤外線検知部３１と、赤外線検知部３１を中空支持するための磁石６１〜６６と、赤外線検知部３１の上方で磁石６３を支持するための上部支持台３５と、これらの部材を支える基体部３４などで構成される。
【００７４】
赤外線検知部３１は、酸化バナジウム等で形成されたセンサ層２１と、センサ層２１の両端部にそれぞれ電気接続された一対の第１インダクタ層５２，５３と、第１インダクタ層５２，５３を相互接続する配線層５４と、磁石６２，６４，６６と、センサ層２１、第１インダクタ層５２，５３、配線層５４および磁石６２，６４，６６を被覆する電気絶縁膜２９などで構成される。電気絶縁膜２９は、例えばＳｉＯ２等で形成される。
【００７５】
基体部３４は、シリコン等で形成された基板３０と、基板３０の上に配置された磁石６１および配線層２６，２７と、磁石６１および配線層２６，２７を被覆する電気絶縁膜２９と、赤外線検知部３１の周辺に設けられた支持台２８などで構成される。
【００７６】
支持台２８は、電気絶縁性で熱伝導率の低い材料、例えばＳｉＯ２等で形成される。配線層２６，２７は、図１に示した信号処理回路３９に接続されている。
【００７７】
上部支持台３５は、磁石６３と、磁石６３を被覆する電気絶縁膜２９などで構成され、図９と同様に、一対の支持脚３６を介して支持台２８に固定されている。
【００７８】
磁石６１は基板３０側に埋め込まれ、磁石６２は赤外線検知部３１に埋め込まれ、磁石６１と磁石６２とは互いに反発力が作用するように磁化されており、赤外線検知部３１には上方に向かう力が働く。
【００７９】
磁石６３は上部支持台３５に埋め込まれ、磁石６４は赤外線検知部３１に埋め込まれ、磁石６３と磁石６４とは互いに反発力が作用するように磁化されており、赤外線検知部３１には下方に向かう力が働く。
【００８０】
磁石６５は矩形リング形状をなして支持台２８に埋め込まれ、磁石６６も矩形リング形状をなして赤外線検知部３１に埋め込まれ、磁石６５と磁石６６とは互いに反発力が作用するように磁化されており、赤外線検知部３１には水平センタリング方向の力が働く。
【００８１】
従って、磁石６１〜６６の磁力相互作用によって、赤外線検知部３１は垂直方向および水平方向に求心力が働いて、安定した姿勢で中空支持される。
【００８２】
このように赤外線検知部３１を中空支持して、基板３０との間には中空空間Ｂを、上部支持台３５の間には中空空間Ｄを、支持台２８との間には隙間をそれぞれ有する非接触支持構造を実現することによって、赤外線検知部３１から基体部３４への熱散逸を抑制できる。赤外線検知部３１から基体部３４への熱伝導は、周囲の気体分子運動によって行われるため、中空空間Ｂ，Ｄの真空度およびガス種を適切に設定し選択することによって制御することができる。
【００８３】
磁石６１〜６４を赤外線通過可能な材料で形成した場合、上方入射および下方入射のいずれの赤外線も検知することができる。一方、磁石６１〜６４を赤外線が通過しない材料で形成した場合、図９と同様に、磁石６１〜６４にスリット等の開口窓６３ａを形成することが好ましく、これによって上方入射または下方入射の赤外線が開口窓６３ａを通過してセンサ層２１に到達できる。
【００８４】
基体部３４には、図５（ａ）（ｂ）と同様に、赤外線検知部３１の第１インダクタ層５２，５３から離間して第２インダクタ層５６，５７が配置される。第１インダクタ層５２と第２インダクタ層５６はスパイラル形状をなし、貫通孔４１を挟んで互いに近接することによって相互誘導作用を行う第１の変成器を構成する。第１インダクタ層５３と第２インダクタ層５７もスパイラル形状をなし、貫通孔４１を挟んで互いに近接することによって相互誘導作用を行う第２の変成器を構成する。第２インダクタ層５６はスルー導体５８を介して配線層２６に電気接続され、第２インダクタ層５７はスルー導体５９を介して配線層２７に電気接続されている。
【００８５】
本実施形態における等価回路図は、図６と同様なものであり、センサ層２１、第１インダクタ層５２、配線層５４、第１インダクタ層５３、センサ層２１の順で１次側ループ回路が形成される。第２インダクタ層５６および配線層２６により第１の変成器Ｍ１の２次側回路が形成され、第２インダクタ層５７および配線層２７により第２の変成器Ｍ２の２次側回路が形成される。従って、各変成器Ｍ１，Ｍ２の誘導結合によって配線層２６から配線層２７までの交流信号の伝送が可能になる。
【００８６】
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赤外線検知部３１に入射すると、センサ層２１の温度が上昇する。すると温度変化に応じてセンサ層２１の電気特性が変化する。このとき配線層２６および配線層２７に交流信号を印加すると、センサ層２１の特性変化に応じて信号電流の大きさが変化する。この変化は配線層２６，２７を通じて図１に示した信号処理回路３９へ伝達される。信号処理回路３９は、赤外線検知部３１ごとに電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像が得られる。
【００８７】
このように赤外線検知部３１と配線層２６，２７との間にインダクタを形成し、誘導結合により信号伝送を行うことによって、機械的支持部材と信号伝送部材とを分離している。さらに、赤外線検知部３１を磁気反発力によって非接触支持することによって、赤外線検知部３１から基体部３４への熱散逸を低減でき、赤外線検出感度を格段に向上できる。
【００８８】
また、赤外線検知部３１の機械的支持部材が存在しないため、赤外線検知部３１と支持台２８との間の隙間が小さくなり、赤外線検知部３１の高密度配列が可能になり、装置全体の小型化、撮像分解能の向上が図られる。また、赤外線検出装置が小型になると、結像用の赤外線レンズも小型化できるため、赤外線カメラの低コスト化、小型化が図られる。
【００８９】
本実施形態の製造方法に関して、磁石６１〜６６による非接触支持構造については図１１に示した製造プロセスを応用することができる。また、第１インダクタ層５２、配線層５４、第１インダクタ層５２，５３、第２インダクタ層５６，５７、スルー導体５８，５９等の誘導結合構造については、図７に示した製造プロセスを応用することができる。
【００９０】
上記プロセスにおいて犠牲層のエッチング除去を用いることによって、センサ層２１および第１電極層２２，２３を含む赤外線検知部３１が磁石６１〜６６の磁気反発力によって中空支持された中空支持構造を実現できる。また、第１インダクタ層５２と第２インダクタ層５６との間および第１インダクタ層５３と第２インダクタ層５７との間に変成器Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ形成することによって、誘導結合による信号伝送回路を容易に実現できる。
【００９１】
本実施形態では、磁石６１〜６６として永久磁石を用いる例を示したが、磁石６１〜６６の全てまたは一部を電磁石で構成しても構わない。電磁石を使用した場合、電磁石に通電する電流の大きさや向きを制御することによって、赤外線検知部３１の位置調整が可能になる。例えば、赤外線撮像の読出し時には、赤外線検知部３１を浮上させて断熱することによって、赤外線検出感度を向上させる。一方、待機時には、赤外線検知部３１を基体部３４に接触させることによって、赤外線検知部３１の放熱を促して、熱時定数を短縮することができる。
【００９２】
以上説明した各実施形態において、図１３に示すように、赤外線検知部３１の上部に、赤外線検知部３１より大きな面積を有する赤外線吸収傘部材７０を設けてもよい。赤外線吸収傘部材７０は、赤外線吸収率が良好な材料で形成される。これによって検出面積が増加して赤外線の利用効率が高くなり、赤外線検出感度が向上する。
【００９３】
また各実施形態において、赤外線検知部３１でのセンサ層２１を第１電極層２２，２３または第１インダクタ層５２，５３などの配線層の上部に配置した例を示したが、センサ層２１はこれらの配線層の下部に配置してもよく、あるいはセンサ層２１を挟んで上部および下部にそれぞれ配線層を配置してもよい。
【００９４】
また、上述のセンサ層２１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。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳説したように、赤外線検知部との間にキャパシタを形成して、容量結合により信号伝送を行うことによって、支持手段での配線層を省くことが可能になり、支持手段の熱コンダクタンスを極めて小さくできる。その結果、赤外線検知部から基体側への熱散逸を低減でき、赤外線検出感度を格段に向上できる。
【００９６】
また、赤外線検知部との間にインダクタを形成して、誘導結合により信号伝送を行うことによって、支持手段での配線層を省くことが可能になり、支持手段の熱コンダクタンスを極めて小さくできる。その結果、赤外線検知部から基体側への熱散逸を低減でき、赤外線検出感度を格段に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示し、図２（ａ）は部分平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ１−Ａ１線に沿った断面図である。
【図３】図２に示した赤外線検知部３１の周辺を含む等価回路図である。
【図４】図２に示した赤外線検出装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示し、図５（ａ）は部分平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＡ２−Ａ２線に沿った断面図である。
【図６】図５に示した赤外線検知部３１の周辺を含む等価回路図である。
【図７】図５に示した赤外線検出装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態を示し、図８（ａ）はセンサ層２１を含む平面に沿って切断した部分平面断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＡ３−Ａ３線に沿った断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態を示し、上方から見た部分平面図である。
【図１０】図８、図９に示した赤外線検出装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１】図８、図９に示した赤外線検出装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態を示す断面図である。
【図１３】赤外線吸収傘部材を設けた例を示す断面図である。
【図１４】従来の赤外線検出装置の一例を示し、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）中のＡ４−Ａ４線に沿った断面図である。
【符号の説明】
２１  センサ層、  ２２，２３  第１電極層、  ２６，２７  配線層、  ２６ａ，２７ａ  第２電極層、  ２８  支持台、  ２９  電気絶縁膜、  ３０  基板、  ３１  赤外線検知部、  ３２，３３  支持脚、  ３４  基体部、  ３５  上部支持台、  ３６  支持脚、  ３９  信号処理回路、  ４０  犠牲層、  ４１  貫通孔、  ５２，５３  第１インダクタ層、  ５４  配線層、  ５６，５７  第２インダクタ層、  ５８，５９  スルー導体、  ６１〜６６  磁石、  ６３ａ  開口窓。
【図１】
2004239708.tif 000003
【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】
2004239708.tif 000012
【図１１】
2004239708.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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