(57)【要約】【課題】  熱型赤外線検出器の開口率を高め、熱時定数を殆ど増加させずに感度を高くする。【解決手段】  コンタクトパッドを有するシリコン基板１に赤外線反射膜２と第１の絶縁保護膜３が積層され、赤外線受光部５が支持部６によって、第１の絶縁保護膜３の表面から空洞部４を隔てて支持されている。赤外線受光部５は、温度検出部（サーミスターボロメータ薄膜７）と、それを覆う第１の赤外線吸収部（絶縁保護膜８）と、電極部１３とからなる。絶縁保護膜８の表面から第２の赤外線吸収部（庇部１２）が突出し、赤外線受光部５の縁部または電極部１３の内側から赤外線受光部５の外側に向けて延び、電極部１３、支持部６、コンタクトパッドを覆っている。絶縁保護膜８の中央部は庇部１２の中央開口を介して赤外線の入射方向に露出しており、絶縁保護膜８と庇部１２の赤外線入射可能な総面積は、絶縁保護膜８の基板１と反対側の面積よりも大きい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクトパッドを備えた基板と、
赤外線を吸収すると該赤外線により加熱される第１の赤外線吸収部、該第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および該温度検出部と電気的に接続された電極部を備え、前記基板のコンタクトパッド形成面の上方に間隔をあけて配置された赤外線受光部と、
前記基板上で前記赤外線受光部を前記基板の前記コンタクトパッド形成面から浮かせて支持し、前記基板の前記コンタクトパッドに前記赤外線受光部の前記電極部を電気的に接続する配線を構成するように少なくとも一部が導電性材料により形成された支持部と、
前記赤外線受光部の前記第１の赤外線吸収部から突出し、前記赤外線受光部の縁部から、および／または前記電極部の内側に位置する根元から前記赤外線受光部の外側に向けて延び、前記電極部との間に空間を隔てて、前記電極部の、前記基板側と反対側の面を覆う庇部からなり、赤外線を吸収すると該赤外線により加熱されその熱を前記第１の赤外線吸収部を介して前記温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
前記第２の赤外線吸収部は、隣接する画素の第２の赤外線吸収部と物理的に分離されており、
前記第１の赤外線吸収部の中央部は、前記第２の赤外線吸収部に設けられた中央開口を介して、赤外線が入射してくる方向に向けて露出しており、
前記第１の赤外線吸収部および前記第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、前記第１の赤外線吸収部の、前記基板側と反対側の面の面積よりも大きい、熱型赤外線検出器。
【請求項２】
前記第２の赤外線吸収部が、前記支持部との間に空間を隔てて、前記支持部の、前記基板側と反対側の面を覆うとともに、前記基板の前記コンタクトパッドとの間に空間を隔てて前記コンタクトパッドを覆うものである請求項１に記載の熱型赤外線検出器。
【請求項３】
前記第２の赤外線吸収部は、前記第１の赤外線吸収部の、前記電極部に対応する部分を除く部分から突出し、前記赤外線受光部の縁部に位置する根元から前記赤外線受光部の外側に向けて延びている、請求項１または２に記載の熱型赤外線検出器。
【請求項４】
コンタクトパッドを備えた基板と、
赤外線を吸収すると該赤外線により加熱される第１の赤外線吸収部、該第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および該温度検出部と電気的に接続された電極部を備え、前記基板のコンタクトパッド形成面の上方に間隔をあけて配置された赤外線受光部と、
前記基板上で前記赤外線受光部を前記基板の前記コンタクトパッド形成面から浮かせて支持し、前記基板の前記コンタクトパッドに前記赤外線受光部の前記電極部を電気的に接続する配線を構成するように少なくとも一部が導電性材料により形成された支持部と、
前記赤外線受光部の前記第１の赤外線吸収部の、前記電極部に対応する部分を除く部分からから突出し、前記赤外線受光部の縁部に位置する根元から前記赤外線受光部の外側に向けて延び、前記支持部との間に空間を隔てて、前記支持部の、前記基板側と反対側の面を覆い、かつ前記基板の前記コンタクトパッドとの間に空間を隔てて前記コンタクトパッドを覆う庇部からなり、赤外線を吸収すると該赤外線により加熱されその熱を前記第１の赤外線吸収部を介して前記温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
前記第２の赤外線吸収部は、隣接する画素の第２の赤外線吸収部と物理的に分離されており、
前記第１の赤外線吸収部の中央部は、前記第２の赤外線吸収部に設けられた中央開口を介して、赤外線が入射してくる方向に向けて露出しており、
前記第１の赤外線吸収部および前記第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、前記第１の赤外線吸収部の、前記基板側と反対側の面の面積よりも大きい、熱型赤外線検出器。
【請求項５】
前記基板の前記赤外線受光部側の表面である前記コンタクトパッド形成面に形成された赤外線反射膜と、該赤外線反射膜を覆うように前記赤外線反射膜の表面に形成された第１の絶縁保護膜とをさらに有し、
前記赤外線受光部が、前記第１の絶縁保護膜の上方に前記支持部によって浮かせられて支持されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
【請求項６】
前記温度検出部の、前記基板側と反対側の面に前記第１の赤外線吸収部が設けられており、
前記第１の赤外線吸収部の、前記基板側と反対側の表面と、前記第２の赤外線吸収部の、前記基板側と反対側の表面に、金属薄膜が形成されている、請求項５に記載の熱型赤外線検出器。
【請求項７】
前記基板は、前記基板の前記コンタクトパッドと電気的に接続され、前記温度検出部により検出された温度変化を電気信号に変換するとともに、該電気信号を読み出すことができる読出回路を有している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
【請求項８】
前記支持部が、前記基板の前記コンタクトパッドに前記電極部を電気的に接続するための配線を構成する導電性材料と、該導電性材料を覆う第２の絶縁保護膜とから成るものである請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
【請求項９】
赤外線が照射される表面層として金属薄膜が形成されている絶縁膜からなる第１の赤外線吸収部、前記第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および温度検出部と電気的に接続された電極部を備えた赤外線受光部と、
前記電極部と電気的に接続されるコンタクトパッドを備えた基板と、
前記基板の前記コンタクトパッド側の面に形成され、前記金属薄膜に照射された前記赤外線のうち前記金属薄膜を透過した赤外線を前記金属薄膜に向けて反射することで、前記金属薄膜内にて赤外線同士の干渉を生じさせて前記金属薄膜を加熱するための赤外線反射膜と、
前記赤外線反射膜を覆うように前記赤外線反射膜の表面に形成された第１の絶縁保護膜と、
前記コンタクトパッドに前記電極部を電気的に接続する配線を構成する導電性材料、および該導電性材料を覆う第２の絶縁保護膜から成り、前記第１の絶縁保護膜の上方に前記赤外線受光部を浮かせて支持する支持部と、
前記赤外線受光部の前記絶縁膜から突出し、前記赤外線受光部の縁部から、および／または前記電極部の内側に位置する根元から前記赤外線受光部の外側に向けて延び、前記電極部との間に空間を隔てて、前記電極部の、前記基板側と反対側の面を覆い、前記支持部との間に空間を隔てて、前記支持部の、前記基板側と反対側の面を覆い、かつ前記基板の前記コンタクトパッドとの間に空間を隔てて前記コンタクトパッドを覆う庇部からなり、赤外線を吸収すると該赤外線により加熱されその熱を前記第１の赤外線吸収部を介して前記温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
前記第２の赤外線吸収部には赤外線が照射される表面層として金属薄膜が形成されており、前記第１の赤外線吸収部の表面層である前記金属薄膜と前記第２の赤外線吸収部の表面層である前記金属薄膜は、互いに連続するように一体的に形成されたものであり、
前記第２の赤外線吸収部は、隣接する画素の第２の赤外線吸収部と物理的に分離されており、
前記第１の赤外線吸収部の中央部は、前記第２の赤外線吸収部に設けられた中央開口を介して、赤外線が入射してくる方向に向けて露出しており、
前記第１の赤外線吸収部および前記第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、前記第１の赤外線吸収部の、前記基板側と反対側の面の面積よりも大きい、熱型赤外線検出器。
【請求項１０】
前記温度検出部が、サーミスターボロメータ薄膜、焦電型薄膜、またはサーモパイルのいずれかである請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
【請求項１１】
赤外線を吸収すると該赤外線により加熱される第１の赤外線吸収部、該第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および該温度検出部と電気的に接続された電極部を備えた赤外線受光部と、
前記赤外線受光部を基板上に浮かせて支持する支持部と、
前記第１の赤外線吸収部から突出する庇部からなり、赤外線を吸収すると該赤外線により加熱されその熱を前記第１の赤外線吸収部を介して前記温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
前記第１の赤外線吸収部および前記第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、前記第１の赤外線吸収部の、前記基板側と反対側の面の面積よりも大きい、熱型赤外線検出器の製造方法であって、
コンタクトパッドを有する前記基板を準備する工程と、
前記基板の前記コンタクトパッド側の表面の一部に赤外線反射膜を形成する工程と、
前記赤外線反射膜を覆うように、前記赤外線反射膜および前記基板の表面に第１の絶縁保護膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁保護膜の、前記赤外線受光部を形成すべき位置に第１の犠牲層を形成する工程と、
前記第１の犠牲層を覆うように、前記第１の犠牲層および前記第１の絶縁保護膜の表面に、第１の材料膜を形成する工程と、
前記第１の材料膜の、前記第１の犠牲層の上方に位置する部分の表面に温度検出部を形成する工程と、
前記温度検出部を覆うように、前記温度検出部および前記第１の材料膜の表面に、第２の材料膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁保護膜と前記第１および第２の材料膜の、前記コンタクトパッドの上方の位置に第１の開口部を形成する工程と、
前記第２の材料膜に、前記温度検出部の一部を露出させる第２の開口部を形成する工程と、
前記第１および第２の開口部の内部と前記第２の材料膜の表面に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜をパターニングして、前記温度検出部上の前記第２の材料膜を露出させるとともに、前記第２の開口部内に位置し前記温度検出部に接続される電極部と、前記電極部と前記コンタクトパッドを接続する配線とを形成する工程と、
前記金属膜を覆うように、前記金属膜および前記第２の材料膜の表面に、一部が前記第１の赤外線吸収部となる第３の材料膜を形成する工程と、
前記第１〜第３の材料膜をパターニングしてスリットを形成し、該スリットを介して前記第１の犠牲層を露出させる工程と、
前記第３の材料膜の表面および前記第１の犠牲層の露出面に第２の犠牲層を形成する工程と、
前記第３の材料膜の、前記温度検出部の中央部の上方に位置する部分を露出させるように、前記第２の犠牲層をパターニングする工程と、
前記第２の犠牲層の表面および前記第３の材料膜の露出面に、一部が前記第２の赤外線吸収部となる第４の材料膜を形成する工程と、
前記第３の材料膜の、前記温度検出部の中央部の上方に位置する部分を露出させて前記第１の赤外線吸収部とし、かつ前記第２の犠牲層の一部を露出させるように前記第４の材料膜をパターニングして、前記赤外線受光部の縁部から、および／または前記電極部の内側に位置する根元から前記赤外線受光部の外側に向けて延びて前記赤外線受光部の中央部に対向する部分が開口している前記第２の赤外線吸収部を形成する工程と、
前記第１の犠牲層を除去することにより、前記第１の赤外線吸収部を含む前記赤外線受光部を前記支持部によって前記基板との間に空間を隔てて浮かせて支持した状態にする工程と、
前記第２の犠牲層を除去することにより、前記第２の赤外線吸収部を、前記電極部、前記支持部、および前記コンタクトパッドをそれぞれ空間を隔てて覆う状態にする工程と、
を含む熱型赤外線検出器の製造方法。
【請求項１２】
前記第４の材料膜をパターニングする工程の前に、前記第４の材料膜の表面に金属薄膜を形成する工程をさらに有し、
前記第４の材料膜をパターニングする工程で、前記第４の材料膜と共に前記金属薄膜をパターニングして、前記第１および第２の赤外線吸収部のそれぞれの表面層をなす前記金属薄膜を残す、請求項１１に記載の熱型赤外線検出器の製造方法。
【請求項１３】
赤外線が照射される表面層として金属薄膜が形成されている絶縁膜からなる第１の赤外線吸収部、該第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および該温度検出部と電気的に接続された電極部を備えた赤外線受光部と、
前記赤外線受光部を基板上に浮かせて支持する支持部と、
前記第１の赤外線吸収部から突出する庇部からなり、赤外線を吸収すると該赤外線により加熱されその熱を前記第１の赤外線吸収部を介して前記温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
前記第１の赤外線吸収部および前記第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、前記第１の赤外線吸収部の、前記基板側と反対側の面の面積よりも大きい、熱型赤外線検出器の製造方法であって、
コンタクトパッドを有する前記基板を準備する工程と、
前記基板の前記コンタクトパッド側の表面の一部に赤外線反射膜を形成する工程と、
前記赤外線反射膜を覆うように、前記赤外線反射膜および前記基板の表面に第１の絶縁保護膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁保護膜の、前記赤外線受光部を形成すべき位置に第１の犠牲層を形成する工程と、
前記第１の犠牲層を覆うように、前記第１の犠牲層および前記第１の絶縁保護膜の表面に、第１の材料膜を形成する工程と、
前記第１の材料膜の、前記第１の犠牲層の上方に位置する部分の表面に温度検出部を形成する工程と、
前記温度検出部を覆うように、前記温度検出部および前記第１の材料膜の表面に、第２の材料膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁保護膜と前記第１および第２の材料膜の、前記コンタクトパッドの上方の位置に第１の開口部を形成する工程と、
前記第２の材料膜に、前記温度検出部の一部を露出させる第２の開口部を形成する工程と、
前記第１および第２の開口部の内部と前記第２の材料膜の表面に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜をパターニングして、前記温度検出部上の前記第２の材料膜を露出させるとともに、前記第２の開口部内に位置し前記温度検出部に接続される電極部と、前記電極部と前記コンタクトパッドを接続する配線とを形成する工程と、
前記金属膜を覆うように、前記金属膜および前記第２の材料膜の表面に、一部が前記第１の赤外線吸収部となる第３の材料膜を形成する工程と、
前記第１〜第３の材料膜をパターニングしてスリットを形成し、該スリットを介して前記第１の犠牲層を露出させる工程と、
前記第３の材料膜の表面および前記第１の犠牲層の露出面に第２の犠牲層を形成する工程と、
前記第３の材料膜の、前記温度検出部の中央部の上方に位置する部分を露出させるように、前記第２の犠牲層をパターニングする工程と、
前記第２の犠牲層の表面および前記第３の材料膜の露出面に、一部が前記第２の赤外線吸収部となる第４の材料膜を形成する工程と、
前記第４の材料膜の表面全体に、前記第１および第２の赤外線受光部の表面層を構成する金属薄膜である第５の材料膜を形成する工程と、
前記第３の材料膜の、前記温度検出部の中央部の上方に位置する部分を露出させて前記第１の赤外線吸収部とし、かつ前記第２の犠牲層の一部を露出させるように前記第４および第５の材料膜をパターニングして、前記赤外線受光部の縁部から、および／または前記電極部の内側に位置する根元から前記赤外線受光部の外側に向けて延びて前記赤外線受光部の中央部に対向する部分が開口している前記第２の赤外線吸収部およびその表面層を形成する工程と、
前記第１の犠牲層を除去することにより、前記第１の赤外線吸収部を含む前記赤外線受光部を前記支持部によって前記基板との間に空間を隔てて浮かせて支持した状態にする工程と、
前記第２の犠牲層を除去することにより、前記第２の赤外線吸収部を、前記電極部、前記支持部、および前記コンタクトパッドをそれぞれ空間を隔てて覆う状態にする工程と、
を含む熱型赤外線検出器の製造方法。
【請求項１４】
前記第１および第２の犠牲層の材料としてポリイミドを用いる請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を受ける受光部が梁等によって基板から空間を隔てて支持された構造、いわゆる熱分離構造を有する高開口率の熱型赤外線検出器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱分離構造を有する熱型赤外線検出器の開口率（フィルファクター）を向上させるために、特許文献１に記載された赤外線固体撮像素子の構造や、非特許文献１に記載された熱型赤外線検出器アレイの構造等が提案されている。図２１は、熱分離構造を有する従来の熱型赤外線検出器として、特許文献１に記載された二次元赤外線固体撮像素子を示す断面図である。図２１には、二次元赤外線固体撮像素子の１個の画素における電流経路に沿った断面が示されている。図２２は、図２１に示した二次元赤外線固体撮像素子の１個の画素における赤外線吸収部を除いた部分の平面図である。図２３は、特許文献１に記載された二次元赤外線固体撮像素子の別の例を示す断面図である。また、図２４は、熱分離構造を有する従来の熱型赤外線検出器として、非特許文献１に記載された熱型赤外線検出器アレイを示す断面図である。
【０００３】
まず、図２１および図２２に示される従来の熱型赤外線検出器について説明する。図２１に示すようにシリコン基板１００の表面には、空洞部１０４となる凹部が形成されている。シリコン基板１００に形成された空洞部１０４の上に、シリコン基板１００の表面に積層された絶縁膜１０８，１０９等から成る梁１０２，１０３がある。絶縁膜１０８，１０９のそれぞれの厚さは数百ｎｍであり、梁１０２，１０３の厚さ、すなわちシリコン基板１００上の絶縁膜の厚さの合計が１μｍ程度となっている。梁１０２，１０３のそれぞれの幅は１〜３μｍ程度となっている。
【０００４】
梁１０２，１０３はそれぞれ、サーミスターボロメータ薄膜１０１を含む温度検出部１０５を空洞部１０４の上で浮かして支持している。これらの絶縁膜１０８，１０９はそれぞれ、温度検出部１０５からシリコン基板１００への熱の流出を制御する熱抵抗の大きい材料であるシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜等から成る。これら２つの絶縁膜１０８，１０９は、梁１０２，１０３および温度検出部１０５の機械的構造を形成して温度検出部１０５を支えている。
【０００５】
絶縁膜１０８と１０９との間には金属配線１０６，１０７が形成されている。金属配線１０６，１０７のそれぞれの一端がサーミスターボロメータ薄膜１０１に接続されている。金属配線１０６の他端は、絶縁膜１０９に形成されたコンタクト部１１０を介して、図２２に示されるようにシリコン基板１００上に設けられた信号線２０２と電気的に接続されている。図２１では、シリコン基板１００上に設けられた信号線２０２が省略されている。金属配線１０７の他端は、絶縁膜１０９に形成されたコンタクト部１１１を介して信号読出回路２０１と電気的に接続されている。すなわち、サーミスターボロメータ薄膜１０１が、金属配線１０６，１０７およびコンタクト部１１０，１１１を介して信号読出回路２０１と電気的に接続されている。図２１では、シリコン基板１００上に設けられた信号読出回路２０１が省略されている。
【０００６】
一方、温度検出部１０５の、空洞部１０４側と反対側の面には、接合柱１１３を介して赤外線吸収部１１２が接合されている。赤外線吸収部１１２は、赤外線を吸収して熱に変換する部分であり、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜、あるいはそれらの積層膜等により構成されている。接合柱１１３は、赤外線吸収部１１２を温度検出部１０５から離して保持すると共に赤外線吸収部１１２と温度検出部１０５とを熱的に結合している。接合柱１１３も赤外線吸収部１１２と同様に、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜、あるいはそれらの積層膜等により構成されている。接合柱１１３の寸法としては、太さが数μｍで、長さが１〜２μｍであることが好ましく、接合柱１１３の形状は任意である。
【０００７】
熱型赤外線検出器では、赤外線吸収部に赤外線が照射されると、赤外線吸収部に赤外線が吸収されて、その赤外線吸収部の温度が上昇する。そして、赤外線吸収部の温度変化を検出することによって、赤外線吸収部に照射された赤外線が検出される。従って、図２１および図２２に示した従来の熱型赤外線検出器は、主に赤外線吸収部１１２と温度検出部１０５とから構成されている。この熱型赤外線検出器では、赤外線吸収部１１２に入射した赤外線によって赤外線吸収部１１２に生じる温度変化が、接合柱１１３を介して温度検出部１０５へと伝えられる。そして、温度変化による温度検出部１０５の特性変化、具体的には図２１および図２２に示されるサーミスターボロメータ薄膜１０１の電気抵抗の変化を検出することによって、赤外線吸収部１１２の温度変化を検出する。
【０００８】
図２２には、１個の画素２００の全体と、その１個の画素２００における信号読出回路２０１の一部が示されている。画素２００に設置された信号読出回路２０１は、ＭＯＳトランジスタやダイオード等から構成されている。この信号読出回路２０１にはコンタクト部２０５が形成されている。そのコンタクト部２０５が金属配線２０４を介して、制御クロックバスライン２０３に形成されたコンタクト部２０６と接続されている。制御クロックバスライン２０３は信号読出回路２０１を制御するためのものである。一方、金属配線１０６は、コンタクト部１１０を介して信号線２０２と接続されている。信号線２０２は、温度検出部１０５からの信号を読み出すためのものである。
【０００９】
図２３に示される別の熱型赤外線検出器、すなわち特許文献１に示される別の例では、シリコン基板３００の上に空洞部３０２を隔てて温度検出部３０１が配置されている。温度検出部３０１にはサーミスターボロメータ薄膜３０３が備えられており、サーミスターボロメータ薄膜３０３が絶縁保護膜３０４，３０５で取り囲まれている。温度検出部３０１は、梁３０６，３０７によりシリコン基板３００から浮かせて持ち上げられている。
【００１０】
サーミスターボロメータ薄膜３０３は、それに電流を流すための金属配線３０８，３０９と、絶縁膜３０５，３１０に形成されたコンタクト部３１１，３１２とにより、シリコン基板３００内の信号読出回路（不図示）に接続されている。金属配線３０８，３０９はそれぞれ、絶縁膜３０４，３０５で取り囲まれている。温度検出部３０１の、シリコン基板３００側と反対側の面には、金属反射膜３１３と金属赤外線吸収膜３１６との間に赤外線吸収部３１５が挟まれて成るものが接合柱３１４を介して接合されている。接合柱３１４は金属反射膜３１３と一体になっており、金属反射膜３１３の、接合柱３１４側と反対側の面に、赤外線吸収部３１５および金属赤外線吸収膜３１６がこの順番で積層されている。このように金属反射膜３１３、赤外線吸収部３１５および金属赤外線吸収膜３１６によって、３層構造の光学的共振構造が構成されている。
【００１１】
熱型赤外線検出器によって検出したい赤外線の波長をλとし、赤外線吸収部３１５の屈折率をｎとすると、赤外線吸収部３１５の厚みは、λ／（４ｎ）と表される。金属反射膜３１３における赤外線の反射率は１００％であることが好ましく、金属赤外線吸収膜３１６のシート抵抗は３７７Ω程度であることが望ましい。これらの条件を満たすことで、図２３に示されるような光学的共振構造によって波長λの赤外線が効率良く吸収されて熱に変換される。変換された熱は、接合柱３１４を通してサーミスターボロメータ薄膜３０３に伝えられ、これによりサーミスターボロメータ薄膜３０３の抵抗値が変化する。サーミスターボロメータ薄膜３０３の抵抗値の変化は、シリコン基板３００の信号読出回路によって電圧変化に変換されて電気信号として出力され、その電気信号が外部回路によって画像化される。
【００１２】
図２４に示されるように、非特許文献１に記載された熱型赤外線検出器アレイでは、ＳＯＩ（Silicon on insulator）シリコン基板４００の表面に、空洞部４０２となる凹部が形成されている。その空洞部４０２の上に温度検出部４０１が配置されている。温度検出部４０１は梁４０５によって、空洞部４０２の底面から空洞部４０２の空間を隔てて、すなわちＳＯＩシリコン基板４００から隔てられて支持されている。温度検出部４０１の埋め込み酸化膜４１３上にはシリコンダイオード４０３が直列に形成され、シリコンダイオード４０３が絶縁保護膜４０４で取り囲まれている。ここで、ＳＯＩシリコン基板４００には埋め込み酸化膜４１３が存在している。シリコンダイオード４０３は、それに電流を流すために梁４０５内に形成された金属配線４０６により、ＳＯＩシリコン基板４００上の信号線４０７と、ＳＯＩシリコン基板４００内の信号読出回路（不図示）とに接続されている。金属配線４０６は絶縁膜４０８で取り囲まれている。
【００１３】
温度検出部４０１の、ＳＯＩシリコン基板４００側と反側の面には、赤外線反射膜４０９、絶縁膜４１１、および赤外線吸収膜４１２がこの順番で積層された積層体が接合されている。赤外線反射膜４０９、絶縁膜４１１、および赤外線吸収膜４１２の積層体の、温度検出部４０１との接合部分は、温度検出部４０１側に向かって突出する接合柱４１０となっている。接合柱４１０の絶縁膜４１１側の面が温度検出部４０１に接している。これらの赤外線反射膜４０９、絶縁膜４１１、および赤外線吸収膜４１２から、３層構造の光学的共振構造が構成されている。
【００１４】
熱型赤外線検出器によって検出したい赤外線の波長をλ（具体的には８〜１２μｍ帯）とし、絶縁膜４１１の屈折率をｎとすると、絶縁膜４１１の厚さは、λ／（４ｎ）と表される。絶縁膜４１１はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜で構成されている。赤外線反射膜４０９の赤外反射率は１００％であることが好ましく、赤外線吸収膜４１２のシート抵抗は３７７Ω程度であることが望ましい。これらの条件を満たすことで、図２４に示されるような光学的共振構造によって波長λの赤外線が効率良く吸収されて熱に変換される。変換された熱は、接合柱４１０を通してシリコンダイオード４０３に伝えられ、伝えられた熱によってシリコンダイオード４０３における電流−電圧特性が変化する。シリコンダイオード４０３における電流−電圧特性の変化は、信号読出回路によって電圧変化に変換されて電気信号として出力され、その電気信号が外部回路によって画像化される。熱型赤外線検出器の感度は、温度検出部と基板との間の熱分離が大きいほど高くなる。非特許文献１に記載された赤外線検出器の場合、熱コンダクタンスが８．２×１０-8Ｗ／Ｋと小さく、高い感度を得られることが予想される。
【００１５】
図２５は、特許文献１に記載された熱型赤外線センサを示す斜視図であり、図２６は、図２５に示される熱型赤外線センサのＡ−Ａ’線断面図である。図２５および図２６に示される熱型赤外線検出器では、赤外線受光部５１０が、２つの梁５０１、第１の柱部５０２および第２の柱部５０３によって半導体基板５０４から浮かせられて支持されている。赤外線受光部５１０には、図２６に示されるように、ｐｎ接合サーミスターである多結晶シリコン膜５１１が形成されている。赤外線受光部５１０は、入射した赤外線のエネルギーを吸収する赤外線吸収層と、その赤外線エネルギーの吸収に起因する温度上昇による物性値（例えば抵抗値）の変化を電気的に検知するセンサ部として機能する熱電変換層とによって構成されている。
【００１６】
２つの梁５０１はそれぞれ、平面形状がＬ字型の板状に形成されていて、赤外線受光部５１０と半導体基板５０４との間に配置されている。半導体基板５０４の表層に部分的に形成された不純物拡散層５０４ａと、梁５０１の一端部とが第１の柱部５０２によって接続され、梁５０１の他端部と赤外線受光部５１０とが第２の柱部５０３によって接続されている。これら梁５０１、第１の柱部５０２および第２の柱部５０３によって支持部が構成されている。そして、この支持部によって、赤外線受光部５１０が、図２６に示される所定の高さｈの空隙Ｍを介して半導体基板５０４上で支持されている。従って、梁５０１、第１の柱部５０２および第２の柱部５０３はそれぞれ、赤外線受光部５１０の下方に配置されている。
【００１７】
図２６に示されるように、赤外線受光部５１０は、多結晶シリコン膜５１１と、多結晶シリコン膜５１１の表面を被覆する窒化シリコン膜５１２，５１３，５１４とによって構成されている。窒化シリコンは、赤外線を吸収し易い材質であるため、多結晶シリコン膜５１１の上面に形成された窒化シリコン膜５１３，５１４が赤外線受光部５１０における赤外線吸収層の実質的な大きさ（面積）を決定することになる。
【００１８】
多結晶シリコン膜５１１には、ｎ形拡散層およびｐ形拡散層が形成され、これらのｎ形拡散層およびｐ形拡散層によってｐｎ接合型サーミスターが構成されている。また、赤外線受光部５１０の所定の位置にはスルーホール５２４が設けられており、スルーホール５２４を囲むように、高濃度不純物拡散層（導電部）５１１ａが形成されている。この高濃度不純物拡散層５１１ａは前記ｐｎ接合型サーミスターに電気的に接続されている。
【００１９】
２つの梁５０１はそれぞれ、図２６に示すようにチタン膜５１５、およびチタン膜５１５を覆う窒化シリコン膜５１６，５１７により構成されている。これらの膜のうちチタン膜５１５の一端部５１５ａは、半導体基板５０４に形成された不純物拡散層５０４ａに電気的に接続されている。また、チタン膜５１５を覆う窒化シリコン膜５１７には開口５１７ａが設けられ、この開口５１７ａにおいてチタン膜５１５の他端部５１５ｂがアルミニウム膜５１８を介して、多結晶シリコン膜５１１に形成された高濃度不純物拡散層（導電部）５１１ａに電気的に接続される。従って、赤外線受光部５１０の導体部（若しくは半導体部）と半導体基板５０４の不純物拡散層５０４ａとが、チタン膜５１５およびアルミニウム膜５１８を介して電気的に接続されている。
【００２０】
チタン膜５１５の一端部５１５ａが第１の柱部５０２（および導電部）として機能し、アルミニウム膜５１８が第２の柱部５０３（および導電部）として機能している。アルミニウム膜５１８は、スルーホール５２４において高濃度不純物拡散層５１１ａに接するようにスルーホール５２４の内壁に形成されている。アルミニウム膜５１８の外周面および内周面は各々、保護膜としての窒化シリコン膜５１４，５１３で覆われている。
【００２１】
このような熱型赤外線検出器では、赤外線が赤外線受光部５１０に入射すると、入射した赤外線が赤外線受光部５１０の赤外線吸収部に吸収されて熱に変換される。そして、変換された熱量に応じて赤外線受光部５１０のセンサ部の物性値（例えば抵抗値）が変化する。上述したように梁５０１は、赤外線受光部５１０とほぼ平行に赤外線受光部５１０の下方に配置されている。また、梁５０１と共に支持部を構成する第１の柱部５０２および第２の柱部５０３も、赤外線受光部５１０の下方に配置されている。よって、赤外線が入射する側（図２６の上方）から見たとき、梁５０１と第１の柱部５０２と第２の柱部５０３とから成る支持部が赤外線受光部５１０で覆われている。これにより、赤外線受光部５１０が占める面積の割合（開口率）を高めることができ、温度分解能を向上させることができる。
【特許文献１】特開平１０−２０９４１８号公報
【特許文献２】特表平７−５０９０５７号公報
【特許文献３】特開平１０−１８５６８１号公報
【特許文献４】特開平１１−３３００５１号公報
【非特許文献１】イシカワ（Ishikawa）等著、「ローコスト ３２０×２４０ アンクールド ＩＲＦＰＡ ユージング コンベンショナル シリコン ＩＣ プロセス（Low-cost 320 x 240 uncooled IRFPA using conventional silicon IC process）」 ＳＰＩＥ ｖｏｌ．３６９８、１９９９年、ｐ５５６−５６４
【非特許文献２】ギブン・Ｗ・クリーク（Given W. Cleek）著、「ジ オプティカル コンスタンツ オブ サム オキサイド グラスィズ イン ザ ストロング アブソープション リジョン（The Optical Constants of Some Oxide Glasses in the Strong Absorption Region）」 アプライド オプティクス（Applied Optics） ｖｏｌ．５ Ｎｏ．５、１９６６年、ｐ７７１
【非特許文献３】ヘンリー・バルテス（Henry Baltes）、オリバー・ポール（Oliver Paul）著、「サーマル センサーズ ファブリケイテッド バイ ＣＭＯＳ アンド マイクロマシニング（Thermal Sensors Fabricated by CMOS and Micromachining）」 センサー アンド マテリアルズ（Sensors and Materials） ｖｏｌ．８、１９９６年、ｐ４０９−４２１
【非特許文献４】Ｒ・Ａ・ウッド（R. A. Wood）著、「モノリシック シリコン マイクロボロメータ アレイズ（Monolithic Silicon Microbolometer Arrays）」 「アンクールド インフレイテッド イメージング アレイズ アンド システムズ（Uncooled Infrared Imaging Arrays and Systems）」 セミコンダクターズ アンド セミメタルズ（Semiconductors and Semimetals） ｖｏｌ．４７、ポール・Ｗ・クルーズ（Paul W. Kruse）、デイビッド・Ｄ・スカトラッド（David D. Skatrud）編、アカデミック プレス（Academic Press）、１９９７年、ｐ９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
特許文献１や非特許文献１に記載された熱型赤外線検出器は、小さい熱コンダクタンスと高い開口率（フィルファクター）を有しているため感度が高いと予想される。熱型赤外線検出器アレイを用いて実時間画像（３０Ｈｚ以上のフレームレート）を得るためには、熱時定数が３０ｍsecより十分小さいことが要求される。熱時定数（τth）は、図２１〜図２６に示したそれぞれの熱型赤外線検出器において、次の式（１）のように温度検出部および赤外線吸収部の熱容量（Ｈ）と、熱分離構造の熱コンダクタンス（Ｇth）との比で表わされる。
【００２３】
τth＝Ｈ／Ｇth      （１）
前述した従来のそれぞれの熱型赤外線検出器は、次に説明するように、熱時定数が３０ｍsecよりかなり大きいことが予想され、実時間画像化において残像が大きな問題になると考えられる。
【００２４】
非特許文献１に記載された熱型赤外線検出器の場合、熱コンダクタンスの値が８．２×１０-8Ｗ／Ｋと記述されているが、熱容量に関する記載が一切ない。但し、温度検出部の大きさは、その文献中のＳＥＭ写真より約１７×２３μｍであることが分かる。非特許文献１の著者と同じグループである発明者の特許文献１には、熱コンダクタンスに関する記述はないが、温度検出部の厚さは梁の厚さから約１μｍと推測でき、その温度検出部の熱容量を計算することができる。また、赤外線吸収部の熱容量については、非特許文献１の光学的共振構造に対して、波長８〜１２μｍ帯でのシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の屈折率の値および両材料の定積比熱から計算される。波長８〜１２μｍ帯の赤外線に対するシリコン酸化膜の屈折率は、非特許文献２に記載されているように０．５１〜３．３８の範囲にあり、波長９．５μｍに特異な吸収があるため、同波長帯での代表的な屈折率を決めることは容易ではない。しかし、ここでは非特許文献２の７７４頁に記載された図７を参考にして、波長８〜１２μｍ帯の赤外線に対するシリコン酸化膜の屈折率として１．５を用いることにする。波長８〜１２μｍ帯でのシリコン窒化膜の屈折率は、特許文献２の図７に示されているシリコン窒化膜の反射率のデータから１．９と計算される。シリコン酸化膜の定積比熱は成膜方法に依存していて、１．０５Ｊ／ｃｍ3・Ｋ（非特許文献３参照）から２．２７Ｊ／ｃｍ3・Ｋ（非特許文献４参照）の範囲にある。シリコン窒化膜の定積比熱についてはデータが見当たらない。そこで両材料に対して１．７Ｊ／ｃｍ3・Ｋという値を用いて熱容量を計算する。
【００２５】
まず、波長８〜１２μｍ帯でのシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の屈折率の値から赤外線吸収部の絶縁膜４１１の厚みは１．３〜１．７μｍと推測され、非特許文献１の熱型赤外線検出器アレイの開口率が９０％であることを考慮すると、温度検出部４０１と赤外線吸収部（４０９，４１１，４１２）の熱容量は各々、６．６×１０-10Ｊ／Ｋ、（３．２〜４．２）×１０-9Ｊ／Ｋであり、熱容量の合計は（３．９〜４．８）×１０-9Ｊ／Ｋとなる。この値と熱コンダクタンスの値８．２×１０-8Ｗ／Ｋより、特許文献１および非特許文献１の熱型赤外線検出器アレイの熱時定数は、４７〜５８ｍsecと予想され、実時間画像化において残像等が大きな問題になると判断される。
【００２６】
次に、赤外線吸収部が、厚さ５００ｎｍのシリコン窒化膜から成る絶縁膜４１１と、厚さ１５０ｎｍのＴｉ膜から成る赤外線反射膜４０９とだけで構成されている場合、赤外線吸収部の熱容量が１．７×１０-9Ｊ／Ｋとなり、熱時定数は３０ｍsecと計算される。しかし、依然としてテレビのフレームレート３０Ｈｚ（時間で３３ｍsec）とあまり変わらず、やはり残像等が問題になると判断される。
【００２７】
特許文献３の熱型赤外線検出器の場合、赤外線受光部５１０、梁５０１、および半導体基板５０４の三階建て構造のため、第１の柱部５０２および第２の柱部５０３が必要になる。よって、導電材料の接触不良が発生しやすいという問題点がある。また、第２の柱部５０３の直上部とその近傍はサーミスターの電極として機能するため、その分、開口率が小さくなるという問題点がある。
【００２８】
本発明の目的は、開口率を高めると同時に、熱時定数を殆ど増加させることなく、感度をより高くすることが可能な熱型赤外線検出器およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の熱型赤外線検出器は、
コンタクトパッドを備えた基板と、
赤外線を吸収すると赤外線により加熱される第１の赤外線吸収部、第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および温度検出部と電気的に接続された電極部を備え、基板のコンタクトパッド形成面の上方に間隔をあけて配置された赤外線受光部と、
基板上で赤外線受光部を基板のコンタクトパッド形成面から浮かせて支持し、基板のコンタクトパッドに赤外線受光部の電極部を電気的に接続する配線を構成するように少なくとも一部が導電性材料により形成された支持部と、
赤外線受光部の第１の赤外線吸収部から突出し、赤外線受光部の縁部から、および／または電極部の内側に位置する根元から赤外線受光部の外側に向けて延び、電極部との間に空間を隔てて、電極部の、基板側と反対側の面を覆う庇部からなり、赤外線を吸収すると赤外線により加熱されその熱を第１の赤外線吸収部を介して温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
第２の赤外線吸収部は、隣接する画素の第２の赤外線吸収部と物理的に分離されており、
第１の赤外線吸収部の中央部は、第２の赤外線吸収部に設けられた中央開口を介して、赤外線が入射してくる方向に向けて露出しており、
第１の赤外線吸収部および第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、第１の赤外線吸収部の、基板側と反対側の面の面積よりも大きい。
【００３０】
この構成によると、赤外線受光部の第１の赤外線吸収部と、第１の赤外線吸収部から突出した庇部からなる第２の赤外線吸収部とに赤外線が入射すると、入射した赤外線の少なくとも一部を第１および第２の赤外線吸収部が吸収して加熱される。第１の赤外線吸収部の熱は温度検出部に伝わり、第２の赤外線吸収部の熱も第１の赤外線吸収部を通して温度検出部に伝わり、温度検出部の温度が変化する。温度検出部の温度変化は、温度検出部と電気的に接続された電極部、支持部の配線、および基板のコンタクトパッドを通る信号として、例えば信号読出回路に伝えられて、その信号読出回路によって電気信号に変換される。そして、その電気信号を基に温度検出部の温度変化が外部回路などによって赤外画像化される。
【００３１】
ここで、前記したように赤外線受光部の第１の赤外線吸収部から第２の赤外線吸収部（庇部）を突出させて、その第２の赤外線吸収部によって、電極部との間に空間を隔てて電極部の、基板側と反対側の面を覆うことにより、熱型赤外線検出器の各画素の開口率を増加させて、赤外線をより多く吸収することができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度を高くすることができる。また、第２の赤外線吸収部の根元を赤外線受光部の縁部近傍に配置させることにより、熱容量も殆ど増えず、熱時定数もテレビのフレームレートに対応する時間３３ｍsecより十分小さくすることができる。
【００３２】
第２の赤外線吸収部が、支持部との間に空間を隔てて、支持部の、基板側と反対側の面を覆うとともに、基板のコンタクトパッドとの間に空間を隔ててコンタクトパッドを覆うものであることが好ましい。このように、第２の赤外線吸収部がコンタクトパッドおよび支持部を覆うことにより、熱型赤外線検出器における各画素の開口率をより増加させて、赤外線をより多く吸収することができる。
【００３３】
第２の赤外線吸収部は、第１の赤外線吸収部の、電極部に対応する部分を除く部分から突出し、赤外線受光部の縁部に位置する根元から赤外線受光部の外側に向けて延びていてもよい。
【００３４】
本発明の第２の熱型赤外線検出器は、
コンタクトパッドを備えた基板と、
赤外線を吸収すると赤外線により加熱される第１の赤外線吸収部、第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および温度検出部と電気的に接続された電極部を備え、基板のコンタクトパッド形成面の上方に間隔をあけて配置された赤外線受光部と、
基板上で赤外線受光部を基板のコンタクトパッド形成面から浮かせて支持し、基板のコンタクトパッドに赤外線受光部の電極部を電気的に接続する配線を構成するように少なくとも一部が導電性材料により形成された支持部と、
赤外線受光部の第１の赤外線吸収部の、電極部に対応する部分を除く部分からから突出し、赤外線受光部の縁部に位置する根元から赤外線受光部の外側に向けて延び、支持部との間に空間を隔てて、支持部の、基板側と反対側の面を覆い、かつ基板のコンタクトパッドとの間に空間を隔ててコンタクトパッドを覆う庇部からなり、赤外線を吸収すると赤外線により加熱されその熱を第１の赤外線吸収部を介して温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
第２の赤外線吸収部は、隣接する画素の第２の赤外線吸収部と物理的に分離されており、
第１の赤外線吸収部の中央部は、第２の赤外線吸収部に設けられた中央開口を介して、赤外線が入射してくる方向に向けて露出しており、
第１の赤外線吸収部および第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、第１の赤外線吸収部の、基板側と反対側の面の面積よりも大きい。
【００３５】
この構成によると、赤外線受光部の第１の赤外線吸収部の、電極部に対応する部分を除く部分から第２の赤外線吸収部（庇部）を突出させて、その第２の赤外線吸収部によって支持部および基板のコンタクトパッドを覆うことにより、熱型赤外線検出器の各画素の開口率を増加させて、赤外線をより多く吸収することができる。ここで、第１の赤外線吸収部の、電極部に対応する部分を除く部分から第２の赤外線吸収部が突出していることにより、第２の赤外線吸収部の熱が、電極部および支持部の配線を伝わって基板に逃げることが防止される。その結果、熱型赤外線検出器の感度が悪化することが防止される。
【００３６】
基板の赤外線受光部側の表面であるコンタクトパッド形成面に形成された赤外線反射膜と、赤外線反射膜を覆うように赤外線反射膜の表面に形成された第１の絶縁保護膜とをさらに有し、赤外線受光部が、第１の絶縁保護膜の上方に支持部によって浮かせられて支持されていることが好ましい。このように、赤外線反射膜および第１の絶縁保護膜が形成されていることにより、赤外線受光部を透過した赤外線が基板上の赤外線反射膜によって赤外線受光部に向けて反射される。反射された赤外線は、第１の赤外線吸収部や第２の赤外線吸収部に再度入射して、それらに吸収される。よって、このように基板のコンタクトパッド形成面に赤外線反射膜が形成されていることにより、より多くの赤外線を赤外線吸収部や庇部に吸収させることができる。
【００３７】
さらに、温度検出部の、基板側と反対側の面に第１の赤外線吸収部が設けられており、第１の赤外線吸収部の、基板側と反対側の表面と、第２の赤外線吸収部の、基板側と反対側の表面に、金属薄膜が形成されていてもよい。
【００３８】
このように、第１および第２の赤外線吸収部の、基板側と反対側の表面に金属薄膜を形成することにより、その金属薄膜で赤外線同士を干渉させて金属薄膜を加熱するように熱型赤外線検出器を構成することができる。そのような熱型赤外線検出器における具体的な動作としては、まず、第１および第２の赤外線吸収部の上の金属薄膜に赤外線が入射すると、入射した赤外線の一部が金属薄膜により反射されようとする。一方、金属薄膜に入射した赤外線の残りの部分は、金属薄膜を通過して基板に向かって進行する。金属薄膜を通過した赤外線は、基板上の赤外線反射膜やコンタクトパッド等により金属薄膜に向けて反射されて、金属薄膜に再び入射する。ここで、金属薄膜に再び入射する赤外線は、金属薄膜により反射されようとする赤外線と打ち消し合う干渉を起こし、干渉を起こした赤外線同士が金属薄膜内の自由電子により吸収されて熱になる。その結果、金属薄膜が加熱されてその温度が上昇し、金属薄膜の熱は第１および第２の赤外線吸収部を介して温度検出部に伝わる。ここで、第１および第２の赤外線吸収部の上に形成された金属薄膜によって、第１および第２の赤外線吸収部の熱が温度検出部に速く伝わるようになっている。
【００３９】
さらに、基板のコンタクトパッドと電気的に接続され、温度検出部により検出された温度変化を電気信号に変換するとともに、電気信号を読み出すことができる読出回路を基板が有していることが好ましい。
【００４０】
さらに、支持部が、基板のコンタクトパッドに電極部を電気的に接続するための配線を構成する導電性材料と、導電性材料を覆う第２の絶縁保護膜とから成るものであることが好ましい。
【００４１】
本発明の第３の熱型赤外線検出器は、
赤外線が照射される表面層として金属薄膜が形成されている絶縁膜からなる第１の赤外線吸収部、第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および温度検出部と電気的に接続された電極部を備えた赤外線受光部と、
電極部と電気的に接続されるコンタクトパッドを備えた基板と、
基板のコンタクトパッド側の面に形成され、金属薄膜に照射された赤外線のうち金属薄膜を透過した赤外線を金属薄膜に向けて反射することで、金属薄膜内にて赤外線同士の干渉を生じさせて金属薄膜を加熱するための赤外線反射膜と、
赤外線反射膜を覆うように赤外線反射膜の表面に形成された第１の絶縁保護膜と、
コンタクトパッドに電極部を電気的に接続する配線を構成する導電性材料、および導電性材料を覆う第２の絶縁保護膜から成り、第１の絶縁保護膜の上方に赤外線受光部を浮かせて支持する支持部と、
赤外線受光部の絶縁膜から突出し、赤外線受光部の縁部から、および／または電極部の内側に位置する根元から赤外線受光部の外側に向けて延び、電極部との間に空間を隔てて、電極部の、基板側と反対側の面を覆い、支持部との間に空間を隔てて、支持部の、基板側と反対側の面を覆い、かつ基板のコンタクトパッドとの間に空間を隔ててコンタクトパッドを覆う庇部からなり、赤外線を吸収すると赤外線により加熱されその熱を第１の赤外線吸収部を介して温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
第２の赤外線吸収部には赤外線が照射される表面層として金属薄膜が形成されており、第１の赤外線吸収部の表面層である金属薄膜と第２の赤外線吸収部の表面層である金属薄膜は、互いに連続するように一体的に形成されたものであり、
第２の赤外線吸収部は、隣接する画素の第２の赤外線吸収部と物理的に分離されており、
第１の赤外線吸収部の中央部は、第２の赤外線吸収部に設けられた中央開口を介して、赤外線が入射してくる方向に向けて露出しており、
第１の赤外線吸収部および第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、第１の赤外線吸収部の、基板側と反対側の面の面積よりも大きい。
【００４２】
この熱型赤外線検出器でも、前記したのと同様に、金属薄膜により反射されようとする赤外線と、金属薄膜を通過した後に赤外線反射膜やコンタクトパッド等により反射されて金属薄膜に再び入射する赤外線とが打ち消し合う干渉を起こし、干渉を起こした赤外線同士が金属薄膜内の自由電子により吸収されて熱になり、金属薄膜の温度が上昇し、それが第１および第２の赤外線吸収部を介して温度検出部に伝わる。金属薄膜によって、第１および第２の赤外線吸収部の熱が温度検出部に速く伝わるようになっている。このように金属薄膜で赤外線同士を干渉させて金属薄膜を加熱するように構成された熱型赤外線検出器においても、赤外線受光部の第１の赤外線吸収部から突出した第２の赤外線吸収部（庇部）によって、赤外線受光部の電極部、支持部、および基板のコンタクトパッドを覆い、第２の赤外線吸収部の、基板側と反対側の面全体にまで金属薄膜を延ばすことにより、熱型赤外線検出器の各画素の開口率を増加させて、赤外線をより多く吸収することができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度を高くすることができる。
【００４３】
温度検出部が、サーミスターボロメータ薄膜、焦電型薄膜、またはサーモパイルのいずれかであることが好ましい。
【００４４】
本発明の第１の熱型赤外線検出器の製造方法は、
赤外線を吸収すると赤外線により加熱される第１の赤外線吸収部、第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および温度検出部と電気的に接続された電極部を備えた赤外線受光部と、
赤外線受光部を基板上に浮かせて支持する支持部と、
第１の赤外線吸収部から突出する庇部からなり、赤外線を吸収すると赤外線により加熱されその熱を第１の赤外線吸収部を介して温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
第１の赤外線吸収部および第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、第１の赤外線吸収部の、基板側と反対側の面の面積よりも大きい、熱型赤外線検出器の製造方法であって、
コンタクトパッドを有する基板を準備する工程と、
基板のコンタクトパッド側の表面の一部に赤外線反射膜を形成する工程と、
赤外線反射膜を覆うように、赤外線反射膜および基板の表面に第１の絶縁保護膜を形成する工程と、
第１の絶縁保護膜の、赤外線受光部を形成すべき位置に第１の犠牲層を形成する工程と、
第１の犠牲層を覆うように、第１の犠牲層および第１の絶縁保護膜の表面に、第１の材料膜を形成する工程と、
第１の材料膜の、第１の犠牲層の上方に位置する部分の表面に温度検出部を形成する工程と、
温度検出部を覆うように、温度検出部および第１の材料膜の表面に、第２の材料膜を形成する工程と、
第１の絶縁保護膜と第１および第２の材料膜の、コンタクトパッドの上方の位置に第１の開口部を形成する工程と、
第２の材料膜に、温度検出部の一部を露出させる第２の開口部を形成する工程と、
第１および第２の開口部の内部と第２の材料膜の表面に金属膜を形成する工程と、
金属膜をパターニングして、温度検出部上の第２の材料膜を露出させるとともに、第２の開口部内に位置し温度検出部に接続される電極部と、電極部とコンタクトパッドを接続する配線とを形成する工程と、
金属膜を覆うように、金属膜および第２の材料膜の表面に、一部が第１の赤外線吸収部となる第３の材料膜を形成する工程と、
第１〜第３の材料膜をパターニングしてスリットを形成し、スリットを介して第１の犠牲層を露出させる工程と、
第３の材料膜の表面および第１の犠牲層の露出面に第２の犠牲層を形成する工程と、
第３の材料膜の、温度検出部の中央部の上方に位置する部分を露出させるように、第２の犠牲層をパターニングする工程と、
第２の犠牲層の表面および第３の材料膜の露出面に、一部が第２の赤外線吸収部となる第４の材料膜を形成する工程と、
第３の材料膜の、温度検出部の中央部の上方に位置する部分を露出させて第１の赤外線吸収部とし、かつ第２の犠牲層の一部を露出させるように第４の材料膜をパターニングして、赤外線受光部の縁部から、および／または電極部の内側に位置する根元から赤外線受光部の外側に向けて延びて赤外線受光部の中央部に対向する部分が開口している第２の赤外線吸収部を形成する工程と、
第１の犠牲層を除去することにより、第１の赤外線吸収部を含む赤外線受光部を支持部によって基板との間に空間を隔てて浮かせて支持した状態にする工程と、
第２の犠牲層を除去することにより、第２の赤外線吸収部を、電極部、支持部、およびコンタクトパッドをそれぞれ空間を隔てて覆う状態にする工程とを含む。
【００４５】
第４の材料膜をパターニングする工程の前に、第４の材料膜の表面に金属薄膜を形成する工程をさらに有し、第４の材料膜をパターニングする工程で、第４の材料膜と共に金属薄膜をパターニングして、第１および第２の赤外線吸収部のそれぞれの表面層をなす金属薄膜を残してもよい。
【００４６】
本発明の第２の熱型赤外線検出器の製造方法は、
赤外線が照射される表面層として金属薄膜が形成されている絶縁膜からなる第１の赤外線吸収部、第１の赤外線吸収部から伝えられる熱による温度変化を検出する温度検出部、および温度検出部と電気的に接続された電極部を備えた赤外線受光部と、
赤外線受光部を基板上に浮かせて支持する支持部と、
第１の赤外線吸収部から突出する庇部からなり、赤外線を吸収すると赤外線により加熱されその熱を第１の赤外線吸収部を介して温度検出部に伝える第２の赤外線吸収部とを有し、
第１の赤外線吸収部および第２の赤外線吸収部の赤外線入射可能な面の総面積は、第１の赤外線吸収部の、基板側と反対側の面の面積よりも大きい、熱型赤外線検出器の製造方法であって、
コンタクトパッドを有する基板を準備する工程と、
基板のコンタクトパッド側の表面の一部に赤外線反射膜を形成する工程と、
赤外線反射膜を覆うように、赤外線反射膜および基板の表面に第１の絶縁保護膜を形成する工程と、
第１の絶縁保護膜の、赤外線受光部を形成すべき位置に第１の犠牲層を形成する工程と、
第１の犠牲層を覆うように、第１の犠牲層および第１の絶縁保護膜の表面に、第１の材料膜を形成する工程と、
第１の材料膜の、第１の犠牲層の上方に位置する部分の表面に温度検出部を形成する工程と、
温度検出部を覆うように、温度検出部および第１の材料膜の表面に、第２の材料膜を形成する工程と、
第１の絶縁保護膜と第１および第２の材料膜の、コンタクトパッドの上方の位置に第１の開口部を形成する工程と、
第２の材料膜に、温度検出部の一部を露出させる第２の開口部を形成する工程と、
第１および第２の開口部の内部と第２の材料膜の表面に金属膜を形成する工程と、
金属膜をパターニングして、温度検出部上の第２の材料膜を露出させるとともに、第２の開口部内に位置し温度検出部に接続される電極部と、電極部とコンタクトパッドを接続する配線とを形成する工程と、
金属膜を覆うように、金属膜および第２の材料膜の表面に、一部が第１の赤外線吸収部となる第３の材料膜を形成する工程と、
第１〜第３の材料膜をパターニングしてスリットを形成し、スリットを介して第１の犠牲層を露出させる工程と、
第３の材料膜の表面および第１の犠牲層の露出面に第２の犠牲層を形成する工程と、
第３の材料膜の、温度検出部の中央部の上方に位置する部分を露出させるように、第２の犠牲層をパターニングする工程と、
第２の犠牲層の表面および第３の材料膜の露出面に、一部が第２の赤外線吸収部となる第４の材料膜を形成する工程と、
第４の材料膜の表面全体に、第１および第２の赤外線受光部の表面層を構成する金属薄膜である第５の材料膜を形成する工程と、
第３の材料膜の、温度検出部の中央部の上方に位置する部分を露出させて第１の赤外線吸収部とし、かつ第２の犠牲層の一部を露出させるように第４および第５の材料膜をパターニングして、赤外線受光部の縁部から、および／または電極部の内側に位置する根元から赤外線受光部の外側に向けて延びて赤外線受光部の中央部に対向する部分が開口している第２の赤外線吸収部およびその表面層を形成する工程と、
第１の犠牲層を除去することにより、第１の赤外線吸収部を含む赤外線受光部を支持部によって基板との間に空間を隔てて浮かせて支持した状態にする工程と、
第２の犠牲層を除去することにより、第２の赤外線吸収部を、電極部、支持部、およびコンタクトパッドをそれぞれ空間を隔てて覆う状態にする工程とを含む。
【００４７】
第１および第２の犠牲層の材料としてポリイミドを用いることが好ましい。
【００４８】
前記した本発明の方法によれば、開口率が高く赤外線をより多く吸収することが可能な高感度の熱型赤外線検出器を製造することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明は、赤外線受光部の第１の赤外線吸収部から突出した庇部からなる第２の赤外線吸収部によって、赤外線受光部の電極部、赤外線受光部を基板から浮かせて支持するための支持部、および基板のコンタクトパッドのそれぞれを空間を隔てて覆うことで、熱時定数を殆ど増加させることなく開口率を高めることができる。その結果、より高感度で実時間の赤外画像が得られる熱型赤外線検出器を実現することができる。また、本発明の熱型赤外線検出器の製造方法によれば、開口率が高く、赤外線をより多く吸収することが可能な高感度の熱型赤外線検出器を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００５１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の熱型赤外線検出器を示す平面図である。図２は図１のＸ−Ｘ’線断面図であり、図３は図１のＹ−Ｙ’線断面図である。図４は、図１〜図３に示した熱型赤外線検出器における電流経路に沿った断面図であり、図５は図２のＡ−Ａ’線断面図である。本実施形態の熱型赤外線検出器は、画素ピッチが４０μｍの２次元アレイセンサであり、図１には４つの画素が示されている。
【００５２】
図２および図３に示すようにシリコン基板１の表面には、Ｔｉから成る厚さ２００ｎｍの赤外線反射膜２が形成されている。赤外線反射膜２の表面には、酸化シリコンから成る厚さ２００ｎｍの第１の絶縁保護膜３が形成されており、第１の絶縁保護膜３によって赤外線反射膜２が覆われている。本実施形態では、赤外線反射膜２を構成する金属材料としてＴｉを用いたが、その金属材料として、波長８〜１２μｍ帯の赤外線をほぼ１００％反射するものであれば、Ｔｉ以外にＡｌ、Ｗ、ＷＳｉまたはＴｉＮ等を用いても構わない。また、本実施形態では第１の絶縁保護膜３がシリコン酸化膜であるが、第１の絶縁保護膜３はシリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜であってもよい。
【００５３】
本実施形態の熱型赤外線検出器では、図１〜図５のそれぞれに示すようにシリコン基板１の第１の絶縁保護膜３側の面の上方に、複数の赤外線受光部５が配列されている。それぞれの赤外線受光部５は、２つの支持部６によって空洞部４を隔てて第１の絶縁保護膜３の表面から浮かせられて支持されており、１つの画素に１つの赤外線受光部５が配置されている。それぞれの支持部６は、図１および図５に示すように、赤外線受光部５の上面から見て、赤外線受光部５の外周に沿って延びている。また、それぞれの支持部６は、赤外線受光部５とシリコン基板１との間の熱コンダクタンスを小さくするために、赤外線受光部５における互いに隣り合う２つの辺に渡って長く延びている。この支持部６は、シリコン基板１の表面に対して平行な梁６ａと、梁６ａの一端に接続された支持脚６ｂとから成る。
【００５４】
赤外線受光部５は、温度検出部であるサーミスターボロメータ薄膜７と、サーミスターボロメータ薄膜７に接した２つの電極部１３と、サーミスターボロメータ薄膜７および２つの電極部１３を取り囲む、第１の赤外線吸収部である絶縁保護膜８とから構成されている。サーミスターボロメータ薄膜７および赤外線受光部５の外形形状はほぼ矩形であり、サーミスターボロメータ薄膜７の一辺と平行な方向にそれぞれの電極部１３が延びている。１つの赤外線受光部５に備えられた２つの電極部１３のうち一方の電極部１３がサーミスターボロメータ薄膜７の一端部に接触してサーミスターボロメータ薄膜７と電気的に接続されている。また、他方の電極部１３がサーミスターボロメータ薄膜７の他端部に接触してサーミスターボロメータ薄膜７と電気的に接続されている。
【００５５】
一方、支持部６を構成する板状の支持脚６ｂの一端部は、シリコン基板１のコンタクトパッド１１上に固定されている。支持脚６ｂは、シリコン基板１側の一端部からシリコン基板１から離れる方向に向かってシリコン基板１の表面に対して斜めに延びている。その支持脚６ｂの、シリコン基板１側と反対側の他端部に、シリコン基板１の表面に対して平行な梁６ａの一端部が接続されている。梁６ａは、赤外線受光部５の角部の近傍で９０度に折れ曲がっており、梁６ａの他端部が赤外線受光部５の側面に接続されている。
【００５６】
支持部６の梁６ａおよび支持脚６ｂはそれぞれ、金属配線９が第２の絶縁保護膜１０により被覆されて成るものである。金属配線９のシリコン基板１側の一端部がコンタクトパッド１１と電気的に接続され、金属配線９の赤外線受光部５側の他端部が電極部１３の一端部に電気的に接続されている。よって、赤外線受光部５の電極部１３と、シリコン基板１のコンタクトパッド１１とが支持部６内の金属配線９を介して電気的に接続されている。それぞれの画素には２つのコンタクトパッド１１が配置されており、それぞれのコンタクトパッド１１が、図４に示されるようにシリコン基板１内に形成された読出回路１６と電気的に接続されている。
【００５７】
製造工程の説明として後述する通り、空洞部４は、ポリイミド膜からなる第１の犠牲層を一旦形成しておいて、製造工程の最終段階でそのポリイミド膜を、例えば酸素プラズマによるアッシングで除去することによって形成されている。上記のように支持部６によって赤外線受光部５をシリコン基板１から浮かせて支持する熱分離構造により、赤外線受光部５に蓄積された熱が、ヒートシンクであるシリコン基板１に逃げ難くなっている。
【００５８】
赤外線受光部５の、シリコン基板１側と反対側の面、すなわち絶縁保護膜８の、赤外線が照射される上面からは庇部１２が突出している。庇部１２は、赤外線受光部５内の電極部１３との間、支持部６との間、およびシリコン基板１のコンタクトパッド１１との間に空間を隔てて、電極部１３、支持部６およびコンタクトパッド１１を覆うように延びている。すなわち、電極部１３の、シリコン基板１側と反対側の面、金属配線９の、シリコン基板１側と反対側の面、およびコンタクトパッド１１の表面がそれぞれ、空間を隔てて庇部１２によって覆われている。庇部１２はシリコン窒化膜であり、赤外線を吸収してその赤外線を熱に変換する第２の赤外線吸収部である。この庇部１２は、シリコン窒化膜の他に、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、ＳｉＣ膜、あるいはそれらの膜のうち少なくとも２つを組み合わせた積層膜であってもよい。
【００５９】
従って、庇部１２の、絶縁保護膜８との接続部、すなわち庇部１２の根元部は、電極部１３の近傍の領域で、図２および図４に示すように赤外線受光部５の上面側から見て電極部１３よりも赤外線受光部５の内側に配置されている。他の領域、すなわち電極部１３の近傍ではない領域では、庇部１２の根元部が、図３および図５に示すように赤外線受光部５の上面側から見て赤外線受光部５の縁部に配置されている。庇部１２の、電極部１３の近傍にある部分と、電極部１３との距離は、サーミスターボロメータ薄膜７上の絶縁保護膜８の厚さ以上の値に設定されていることが好ましい。
【００６０】
サーミスターボロメータ薄膜７の材質としては酸化バナジウムが用いられており、サーミスターボロメータ薄膜７の厚さは約１００ｎｍとなっている。電極部１３は厚さ約１００ｎｍのＴｉから成り、絶縁保護膜８は厚さ約５００ｎｍのシリコン窒化膜８から成る。サーミスターボロメータ薄膜７の材質としては、抵抗温度係数が大きいものであればどのようなものを用いてもよく、不純物をドーピングした非晶質シリコンや非晶質ゲルマニウム、不純物を添加した酸化バナジウム、チタン等を用いてもよい。
【００６１】
梁６ａおよび支持脚６ｂ内の金属配線９はＴｉから成り、その金属配線９の断面形状は、厚さ１００ｎｍで幅１μｍの矩形である。金属配線９を取り囲む第２の絶縁保護膜１０はシリコン窒化膜から成り、梁６ａおよび支持脚６ｂの断面形状は、厚さ５００ｎｍで幅２．６μｍの矩形になっている。１本の梁６ａと１本の支持脚６ｂの合計の長さは約８６μｍである。絶縁保護膜８および第２の絶縁保護膜１０はそれぞれ、シリコン窒化膜の他に、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、ＳｉＣ膜、あるいはそれらの膜のうち少なくとも２つを組み合わせた積層膜であってもよい。絶縁保護膜８および庇部１２の材料は、赤外線を効率良く吸収するものであることが要求される。
【００６２】
サーミスターボロメータ薄膜７を覆う絶縁保護膜８、および支持部６の第２の絶縁保護膜１０は、後述する製造工程によって形成された、図４に示される絶縁保護膜３２，３３，３７によって構成されている。熱型赤外線検出器の製造工程を簡略化するためには、このように絶縁保護膜８および第２の絶縁保護膜１０を同じ絶縁保護膜によって構成し、絶縁保護膜８および第２の絶縁保護膜１０の材質として同じものを用いることが好ましい。絶縁保護膜８が、絶縁保護膜３２，３３，３７の、サーミスターボロメータ薄膜７の周囲にある一部分から構成されている。また、第２の絶縁保護膜１０が、絶縁保護膜３２，３３，３７のそれぞれの他の部分から構成されている。さらに、赤外線受光部５の電極部１３、および支持部６内の金属配線９は、図４に示される金属膜３６により構成されていて、同じ配線材料によって形成されている。その金属膜３６におけるサーミスターボロメータ薄膜７との接続部分が電極部１３となっている。
【００６３】
コンタクトパッド１１の大きさは約７．５μｍ角であり、コンタクトパッド１１の殆どの領域（約６μｍ角）が、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜と厚さ２００ｎｍのＡｌ膜とで覆われている。このようにコンタクトパッド１１がＴｉ膜およびＡｌ膜で覆われていて、コンタクトパッド１１の上方で赤外線の反射率が高くなると共に、コンタクトパッド１１上のＴｉ膜およびＡｌ膜がシリコン基板１内の読出回路１６と電気的に接続されている。シリコン基板１の内部には、図４および図５に示すように、互いに平行な方向に延びる信号線１７、および画素への配線１８がそれぞれ複数形成されている。信号線１７、および画素への配線１８のそれぞれの上方に複数のコンタクトパッド１１が配列されており、信号線１７上のコンタクトパッド１１が信号線１７と電気的に接続され、画素への配線１８上のコンタクトパッド１１が、画素への配線１８と電気的に接続されている。
【００６４】
コンタクトパッド１１を覆う金属膜は、ＴｉとＡｌの積層膜の他に、Ａｌ、Ｗ、ＷＳｉ、ＴｉＮ等の膜や、これらの金属膜にＴｉ膜を含めた積層構造の膜であってもよい。コンタクトパッド１１上にＴｉ膜およびＡｌ膜を積層した本実施形態の構成の場合、熱コンダクタンスは８．２×１０-8Ｗ／Ｋ、赤外線受光部５の開口率は４７％、赤外線受光部５の熱容量は９×１０-10Ｊ／Ｋとなった。また、熱時定数は１１ｍsecとなって、テレビのフレームレートに対応する時間３３ｍsecに比べて十分小さくなり、実時間画像化の際、問題が無かった。
【００６５】
このように赤外線受光部５が支持部６によって支持されている構成において、電極部１３が無い領域では赤外線受光部５の外周から、電極部１３が有る領域ではその内側約０．５〜１μｍの領域から、赤外線を吸収する第２の赤外線吸収部である庇部１２を出すことで、開口率を増やすことができる。本実施形態では、電極部１３が無い領域では庇部１２の根元を赤外線受光部５の縁部に配置し、電極部１３が有る領域では電極部１３より０．５μｍ内側に入ったところに庇部１２の根元を配置した。すなわち、庇部１２は、赤外線受光部５の縁部または電極部１３の内側に位置する根元から赤外線受光部５の外側に向けて延びている。そして、図１〜５に明確に示されているように、庇部１２は赤外線受光部５の外側に向けて四方に延びており、庇部の中央部分（画素の中央に相当）は開口しており、この中央開口を介して赤外線受光部５の絶縁保護膜８が、赤外線１５が入射してくる方向（図２，３参照）に向けて露出している。
【００６６】
その結果、赤外線受光部５の第１の赤外線吸収部である絶縁保護膜８と、第２の赤外線吸収部である庇部１２とを合わせた開口率は９０％となり、赤外線受光部５の第１の赤外線吸収部である絶縁保護膜８だけの場合（開口率６０〜７０％程度が一般的である）よりも、検出器の感度が１．９倍高くなった。そして、図１〜５に明確に示されているように、１つの画素内において、絶縁保護膜８および庇部１２の赤外線入射可能な面の総面積、すなわち、庇部１２の、赤外線１５が入射してくる方向（図２，３参照）に向いている部分の面積と、赤外線受光部５の絶縁保護膜８の、中央開口を介して、赤外線１５が入射してくる方向（図２，３参照）に向けて露出している部分の面積の合計が、絶縁保護膜８の、基板１側と反対側の面（庇部１２に覆われていて露出していない部分も含む）の面積よりも大きくなっている。
【００６７】
なお、本実施形態では、庇部１２の根元の位置について、電極部１３が有る領域では０．５μｍ内側に入ったところに設定したが、必ずしも０．５μｍである必要はなく、サーミスターボロメータ薄膜７の上に形成された絶縁保護膜８の厚さ程度でもよい。庇部１２としては、波長１０μｍ帯の赤外線を吸収するものであれば、非晶質ＳｉＣ、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜、あるいはそれらの膜のうち少なくともいずれか２つを組み合わせた積層膜を用いてもよい。
【００６８】
次に、本実施形態の熱型赤外線検出器の動作原理について説明する。
【００６９】
まず、赤外線受光部５の絶縁保護膜８（第１の赤外線吸収部）と庇部１２（第２の赤外線吸収部）に赤外線１５が入射すると、入射した赤外線１５の一部が絶縁保護膜８と庇部１２のそれぞれで吸収されて、絶縁保護膜８および庇部１２が加熱される。絶縁保護膜８と庇部１２に入射した赤外線１５の他の部分は、赤外線受光部５や庇部１２、支持部６をそれぞれ透過してシリコン基板１側に向かって進行する。赤外線受光部５や庇部１２、支持部６をそれぞれ透過した赤外線は、赤外線反射膜２や金属配線９およびコンタクトパッド１１により赤外線受光部５および庇部１２に向けて反射されて、再び絶縁保護膜８と庇部１２に入射する。これにより、赤外線反射膜２によって反射された赤外線が絶縁保護膜と庇部１２に吸収されて、絶縁保護膜８および庇部１２がさらに加熱される。
【００７０】
庇部１２の熱は、絶縁保護膜８を通してサーミスターボロメータ薄膜７に伝わる。このように庇部１２および絶縁保護膜８からの熱によりサーミスターボロメータ薄膜７の温度が変化して、サーミスターボロメータ薄膜７の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化は、シリコン基板１内の信号読出回路１６により電圧変化に変換されて電気信号として読み出され、その電気信号を基に外部回路により赤外画像化される。ここで、庇部１２や赤外線受光部５を透過した赤外線を、庇部１２と赤外線受光部５に再度入射させるために、赤外線反射膜２、梁６ａ内の金属配線９およびコンタクトパッド１１は平坦であることが望ましい。
【００７１】
上述したように本実施形態の熱型赤外線検出器では、赤外線受光部５の絶縁保護膜８（第１の赤外線吸収部）から庇部１２（第２の赤外線吸収部）が突出し、その庇部１２によって、電極部１３および支持部６の、シリコン基板１側と反対側のそれぞれの面や、コンタクトパッド１１が空間を隔てて覆われている。これにより、熱時定数を殆ど増加させることなく、各画素の開口率が増加し、赤外線をより多く吸収することができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度を高くすることができる。また、庇部１２の根元を赤外線受光部５の縁部近傍に配置させることにより、熱容量も殆ど増えず、熱時定数もテレビのフレームレートに対応する時間３３ｍsecより十分小さくすることができる。
【００７２】
以上で述べた実施形態の熱型赤外線検出器は、サーミスターボロメータ型のものであるが、庇部１２を赤外線受光部５からせり出すことにより開口率を増加させる方法は、強誘電体型（焦電型）やサーモパイル型の熱型赤外線検出器に対しても成り立つ。すなわち、赤外線受光部５の温度検出部として、サーミスターボロメータ薄膜７の代わりに焦電型薄膜またはサーモパイルを用いてもよい。
【００７３】
次に、上記の熱型赤外線検出器の製造方法について図６〜図１３を参照して説明する。図６〜図１３はそれぞれ、本実施形態の熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための図である。図６〜図９、および図１１〜図１３のそれぞれでは、図４と同様に熱型赤外線検出器の電流経路に沿った断面が示されている。
【００７４】
まず、図６（ａ）において、読出回路１６およびコンタクトパッド１１を複数備えたシリコン基板１を準備する。シリコン基板１の内部に読出回路１６が形成され、シリコン基板１の表面に、読出回路１６と電気的に接続されたコンタクトパッド１１の表面が露出している。
【００７５】
次に、図６（ｂ）において、シリコン基板１の、赤外線受光部５に対応する部分の表面や、コンタクトパッド１１の表面およびその周囲に赤外線反射膜２を形成する。
【００７６】
次に、図７（ａ）において、シリコン基板１上のそれぞれの赤外線反射膜２を覆うように、シリコン基板１の表面や、それぞれの赤外線反射膜２の表面全体に第１の絶縁保護膜３を形成する。
【００７７】
次に、図７（ｂ）において、第１の絶縁保護膜３の表面における赤外線受光部５に対応する部分やその周囲に、支持部６とシリコン基板１との間の空間や空洞部４を形成するための第１の犠牲層３１を部分的に形成する。第１の犠牲層３１はシリコン基板１上に島状に複数形成されており、第１の犠牲層３１の、支持脚６ｂに対応する部分の表面は、図７（ｂ）に示すようにシリコン基板１の表面に対して傾斜している。第１の犠牲層３１はポリイミドから成るものであり、製造工程の最終段階で除去される。第１の犠牲層３１を形成する際には、まず、第１の絶縁保護膜３の表面全体に感光性ポリイミドを塗布する。そして、露光および現像の工程と、熱処理とによって第１の絶縁保護膜３上の感光性ポリイミドをパターニングして島状に整形し、感光性ポリイミドから成る第１の犠牲層３１を形成する。
【００７８】
次に、第１の犠牲層３１および第１の絶縁保護膜３のそれぞれの表面全体に、プラズマＣＶＤ法により第１の材料膜として絶縁保護膜３２を形成し、絶縁保護膜３２によって第１の犠牲層３１を覆う。絶縁保護膜３２としては、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、またはシリコン酸窒化膜を形成する。
【００７９】
次に、図８（ａ）において、絶縁保護膜（第１の材料膜）３２の、第１の犠牲層３１上の部分における赤外線受光部５に対応する部分の表面に、温度検出部となるサーミスターボロメータ薄膜７を形成する。サーミスターボロメータ薄膜７を形成する際には、まず、絶縁保護膜３２の表面全体に、熱電変換材料薄膜として、サーミスターボロメータ材料である酸化バナジウムの膜を反応性スパッター法により形成する。そして、露光および現像の工程の後、絶縁保護膜３２上の酸化バナジウムの膜を、特許文献４に記載されているようにＳＦ6とＣＯ2の混合ガスのプラズマによりエッチング加工する。このような露光および現像の工程と、エッチング加工とにより酸化バナジウムの膜をパターニングすることで、酸化バナジウムから成るサーミスターボロメータ薄膜７を形成する。
【００８０】
次に、サーミスターボロメータ薄膜７を覆うように、サーミスターボロメータ薄膜７および絶縁保護膜３２のそれぞれの表面全体に、プラズマＣＶＤ法により第２の材料膜として絶縁保護膜３３を形成する。絶縁保護膜３３としては、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、またはシリコン酸窒化膜を形成する。
【００８１】
次に、図８（ｂ）において、シリコン基板１内の読出回路１６との電気的なコンタクトを得るために、第１の絶縁保護膜３および絶縁保護膜（第１および第２の材料膜）３２，３３の、コンタクトパッド１１に対応する部分に、コンタクトホールとなる第１の開口部３４を形成する。これにより、第１の開口部３４の底面にコンタクトパッド１１上の赤外線反射膜２の表面が露出する。
【００８２】
次に、サーミスターボロメータ薄膜７との電気的なコンタクトを得るために、絶縁保護膜３３の、サーミスターボロメータ薄膜７の端部に対応する部分、すなわち図５などに示した電極部１３に対応する部分に、コンタクトホールとなる第２の開口部３５を形成する。第２の開口部３５の形状は、電極部１３の形状に対応して、サーミスターボロメータ薄膜７の縁部に沿って細長く延びたスリット状になっている。これにより、第２の開口部３５の底面にサーミスターボロメータ薄膜７の表面の一部が露出する。
【００８３】
第１の開口部３４を形成する工程では、露光および現像の工程の後、ＣＦ4とＯ2の混合ガスまたはＣＨＦ3とＯ2の混合ガスのプラズマにより第１の絶縁保護膜３および絶縁保護膜３２，３３の、コンタクトパッド１１に対応する部分をエッチングする。第２の開口部３５を形成する工程では、露光および現像の工程の後、ＣＦ4とＯ2の混合ガスまたはＣＨＦ3とＯ2の混合ガスのプラズマにより絶縁保護膜３３の、サーミスターボロメータ薄膜７の端部に対応する部分をエッチングする。
【００８４】
次に、図９（ａ）において、シリコン基板１内の読出回路１６とサーミスターボロメータ薄膜７とを電気的に接続するために、絶縁保護膜３３の表面全体や、赤外線反射膜２の露出面を含む第１の開口部３４の内壁全体、およびサーミスターボロメータ薄膜７の露出面を含む第２の開口部３５の内壁全体に、例えばチタンまたはニクロムから成る金属膜３６をスパッター法により形成する。次に、露光および現像の工程の後、例えば金属膜３６がチタンから成る場合にはＣｌ2とＢＣｌ3の混合ガスのプラズマにより金属膜３６をエッチングして、金属膜３６をパターニングする。これにより、金属膜３６を、サーミスターボロメータ薄膜７とコンタクトパッド１１とを電気的に接続する電気配線の形状に加工する。
【００８５】
金属膜３６の、サーミスターボロメータ薄膜７と接する部分によって電極部１３が構成されている。また、金属膜３６の、第１の犠牲層３１上に形成された部分の一部によって支持部６内の金属配線９が構成されている。金属膜３６の、第１の開口部３４内の部分は、コンタクトパッド１１上の赤外線反射膜２を介してコンタクトパッド１１と電気的に接続されている。
【００８６】
次に、図９（ｂ）において、金属膜３６を覆うように金属膜３６および絶縁保護膜３３の表面全体に、プラズマＣＶＤ法により第３の材料膜として絶縁保護膜３７を形成する。絶縁保護膜３７としては、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、またはシリコン酸窒化膜を形成する。
【００８７】
次に、図１０において、赤外線受光部５が支持部６によってシリコン基板１から浮かせられている熱分離構造を形成するために、図９（ｂ）に示した絶縁保護膜（第１〜第３の材料膜）３２，３３，３７をパターニングして、それらの絶縁保護膜にスリット３８，３９を形成する。スリット３８が、１つの画素における赤外線受光部５と支持部６との間の隙間となり、スリット３９が、隣り合う２つの支持部同士の間の隙間となる。赤外線受光部５と支持部６との間の隙間となるスリット３８の底面には、第１の犠牲層３１が露出している。
【００８８】
スリット３８，３９をそれぞれ形成する際には、露光および現像の工程の後、ＣＦ4とＯ2の混合ガスまたはＣＨＦ3とＯ2の混合ガスのプラズマにより、絶縁保護膜３２，３３，３７をスリット状にエッチングする。これにより、スリット３８，３９のそれぞれの底面に第１の犠牲層３１のポリイミドを露出させる。絶縁保護膜３２，３３，３７の、サーミスターボロメータ薄膜７の周囲にある部分から、サーミスターボロメータ薄膜７を覆う第１の赤外線吸収部となる絶縁保護膜８が構成される。また、絶縁保護膜３２，３３，３７のそれぞれの他の部分から、支持部６の第２の絶縁保護膜１０が構成される。
【００８９】
次に、図１１において、庇部１２の形状を形成するための第２の犠牲層を形成するために絶縁保護膜３７の表面全体に感光性ポリイミドを塗布すると共に、その感光性ポリイミドを、図１０に示したスリット３８，３９内に充填する。そして、その感光性ポリイミドを、露光および現像の工程と、熱処理とによってパターニングして島状に整形し、感光性ポリイミドから成る第２の犠牲層４０を絶縁保護膜３７の表面に形成する。第２の犠牲層４０は、赤外線受光部５の電極部１３と庇部１２との間の空間、支持部６と庇部１２との間の空間、およびコンタクトパッド１１と庇部１２との間の空間を形成するためのものであり、第２の犠牲層４０の表面の形状は、庇部１２の形状に対応して湾曲している。
【００９０】
この第２の犠牲層４０によって、サーミスターボロメータ薄膜７の中央部を除く部分が全て覆われている。第２の犠牲層４０をパターニングによって整形した直後では、絶縁保護膜３７の、サーミスターボロメータ薄膜７の中央部に対応する部分の表面が露出している。従って、金属膜３６やコンタクトパッド１１の、シリコン基板１側と反対側の面全体が第２の犠牲層４０によって覆われている。上述したようにスリット３８，３９内にも感光性ポリイミドを充填してスリット３８，３９内に第２の犠牲層４０を形成したことにより、スリット３８の底面で露出していた第１の犠牲層３１の表面にも第２の犠牲層４０が形成されている。よって、スリット３８の底面で第１の犠牲層３１と第２の犠牲層４０とが接している。
【００９１】
次に、第２の犠牲層４０の表面全体および絶縁保護膜３７の露出面全体に、プラズマＣＶＤ法により第４の材料膜として絶縁保護膜４１を形成する。絶縁保護膜４１としては、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、またはシリコン酸窒化膜を形成する。
【００９２】
次に、図１２において、赤外線を吸収する第２の赤外線吸収部となる庇部１２を形成するために、露光および現像の工程の後、ＣＦ4とＯ2の混合ガスまたはＣＨＦ3とＯ2の混合ガスのプラズマにより絶縁保護膜（第４の材料膜）４１をスリット状にエッチングして第２の犠牲層４０を部分的に露出させる。これにより、第２の犠牲層４０上に残った絶縁保護膜４１から成り、絶縁保護膜３７から突出している庇部１２が形成される。図１２では、絶縁保護膜４１の、絶縁保護膜３７の表面に直接形成されている部分が除去されているが、絶縁保護膜４１のその部分、すなわち絶縁保護膜３７に接していた部分を除去しなくともよい。
【００９３】
次に、図１３において、第１の犠牲層３１および第２の犠牲層４０をＯ2ガスのプラズマを用いたアッシングにより除去することで、庇部１２のシリコン基板１側の空間と、赤外線受光部５のシリコン基板１側の空洞部４を形成する。これにより、庇部１２を備えた赤外線受光部５が支持部６によってシリコン基板１から浮かせられて支持されている熱分離構造が熱型赤外線検出器に形成される。以上の工程を経て、上記の熱分離構造を有する熱型赤外線検出器が作製される。
【００９４】
（第２の実施の形態）
図１４および図１５はそれぞれ、本発明の第２の実施形態の熱型赤外線検出器を示す断面図である。本実施形態の熱型赤外線検出器は、第１の実施形態のものと比較して、赤外線同士の干渉により加熱される金属薄膜が赤外線受光部に形成されている点が主に異なっている。図１４および図１５では、第１の実施形態と構成が同じものに同一の符号を付してあり、以下では、第１の実施形態の熱型赤外線検出器と異なる点を中心に説明する。
【００９５】
図１４および図１５のそれぞれに示すように、本実施形態の熱型赤外線検出器の構成は、第１の実施形態と同様な熱型赤外線検出器において庇部（第２の赤外線吸収部）１２および絶縁保護膜（第１の赤外線吸収部）８の、シリコン基板１側と反対側の面に、赤外線吸収膜として、高い熱伝導率の金属薄膜１４が形成されたものである。従って、赤外線受光部５の、シリコン基板１側と反対側の面に金属薄膜１４が形成され、その金属薄膜１４が庇部１２の、シリコン基板１側と反対側の面全体にまで延びている。金属薄膜１４としては厚さ３ｎｍのＮｉＣｒ膜を用い、金属薄膜１４は、真空インピーダンス３７７Ω／□に設定されている。庇部１２としては、波長３〜５μｍ帯の赤外線に対して透明で、かつ波長１０μｍ帯の赤外線を吸収する厚さ５００ｎｍのシリコン窒化膜を用いた。
【００９６】
また、金属薄膜１４の、絶縁保護膜８と接する部分と、赤外線反射膜２との間隔を約１μｍに設定した。これにより、波長３〜５μｍ帯の赤外線に対しては、金属薄膜１４における赤外線同士の干渉効果を利用して、その波長帯の赤外線が金属薄膜１４に吸収される。従って、本実施形態の熱型赤外線検出器には、金属薄膜１４および赤外線反射膜２から構成された光学的共振構造が形成されている。庇部１２および絶縁保護膜８のシリコン窒化膜には、波長１０μｍ帯の赤外線が効率良く吸収される。この場合、庇部１２の熱容量は５．８×１０-10Ｊ／Ｋとなり、赤外線受光部５の熱容量と合わせると、１．５×１０-9Ｊ／Ｋにしかならない。この時、熱時定数は１８ｍsecとなり、テレビのフレームレートに対応する時間３３ｍsecに比べて十分小さく、実時間画像化の際、問題は無かった。
【００９７】
本実施形態の熱型赤外線検出器に対して第１の実施形態のものでは、赤外線受光部５に金属薄膜１４が形成されていないため、絶縁保護膜８および庇部１２としてシリコン窒化膜を用いた場合、そのシリコン窒化膜によって波長１０μｍ帯の赤外線だけが吸収される。そのような第１の実施形態の熱型赤外線検出器では、３００Ｋの物体からの熱輻射を検出する限り、本実施形態の熱型赤外線検出器と比較しても信号雑音比は殆ど変わらなかった。庇部１２で波長１０μｍ帯の赤外線を吸収させる場合、庇部１２としては、非晶質ＳｉＣ、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜、あるいはそれらの膜のうち少なくともいずれか２つを組み合わせた積層膜を用いることができる。
【００９８】
絶縁保護膜８の材料としては、波長３〜５μｍ帯の赤外線に対して透明なものを用いることができ、ＳｉＮおよびＳｉＯの他に、例えばＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣａＦ2、ＢａＦ2、またはＧｅ等を用いることができる。ただし、ＳｉＮは、波長９〜１３μｍの赤外線を吸収する性質があり、ＳｉＯは、波長９．５μｍの赤外線を強く吸収する性質がある。
【００９９】
また、絶縁保護膜８の材料と、支持部６の第２の絶縁保護膜１０の材料とが異なると、製造工程が増えて製造方法が複雑になり、熱型赤外線検出器の製造が困難になるため、絶縁保護膜８と第２の絶縁保護膜１０の材料が同一であることが好ましい。ここで、第２の絶縁保護膜１０の材料としては、熱伝導率の小さいものを用いる必要がある。ＺｎＳｅ、ＣａＦ2、ＢａＦ2、およびＧｅは熱伝導率が高く、第２の絶縁保護膜１０の材料には適していない。
【０１００】
本実施形態の熱型赤外線検出器の動作原理について説明する。
【０１０１】
まず、金属薄膜１４に赤外線１５が入射すると、入射した赤外線１５の一部が金属薄膜１４により反射されようとする。一方、金属薄膜１４に入射した赤外線１５の残りの部分は、金属薄膜１４を通過してシリコン基板１側に向かって進行する。金属薄膜１４を通過した赤外線は、赤外線反射膜２や金属配線９およびコンタクトパッド１１により金属薄膜１４に向けて反射されて、再び金属薄膜１４に入射する。ここで、赤外線反射膜２によって反射されて再び金属薄膜１４に入射する赤外線は、庇部１２、絶縁保護膜８、または第２の絶縁保護膜１０を透過している。
【０１０２】
赤外線反射膜２によって反射されて再び金属薄膜１４に入射する赤外線は、金属薄膜１４により反射されようとする元の赤外線と打ち消し合う干渉を起こし、干渉を起こした赤外線同士が金属薄膜１４内の自由電子により吸収されて熱になる。その結果、金属薄膜１４が加熱されてその温度が上昇し、金属薄膜１４の熱は、金属薄膜１４に接した絶縁保護膜８および庇部１２を介してサーミスターボロメータ薄膜７に伝わる。また、波長１０μｍ帯の赤外線は庇部１２に直接吸収され、その赤外線によって庇部１２が加熱される。庇部１２の熱は金属薄膜１４および絶縁保護膜８を介してサーミスターボロメータ薄膜７に伝わる。ここで、庇部１２および絶縁保護膜８上に形成された金属薄膜１４によって、庇部１２および絶縁保護膜８の熱がサーミスターボロメータ薄膜７に速く伝わるようになっている。
【０１０３】
このように金属薄膜１４、庇部１２、および絶縁保護膜８からのそれぞれの熱によってサーミスターボロメータ薄膜７の温度が変化し、サーミスターボロメータ薄膜７の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化は、シリコン基板１内の読出回路により電圧変化に変換されて電気信号として読み出され、その電気信号を基に外部回路により赤外画像化される。本実施形態の熱型赤外線検出器では、赤外線同士が干渉するように赤外線反射膜２と、梁６ａ内の金属配線９と、コンタクトパッド１１とでそれぞれ、赤外線を反射させるため、赤外線反射膜２、梁６ａ内の金属配線９およびコンタクトパッド１１は平坦であることが望ましい。
【０１０４】
上述したように金属薄膜１４は、真空インピーダンス３７７Ω／□に設定されているため、金属薄膜１４で吸収する赤外線の波長をλ、金属薄膜１４と赤外線反射膜２との間の実効的な屈折率をｎとすると、金属薄膜１４と赤外線反射膜２との間隔を、λ／（４ｎ）に設定する必要がある。ここで、赤外線受光部５の厚さをｄxとし、赤外線受光部５と赤外線反射膜２との距離、すなわち空洞部４の高さをｄ0とし、絶縁保護膜８の屈折率をｎxとし、空洞部４内の空気の屈折率をｎ0として、上記の実効的な屈折率ｎ＝（ｎx・ｄx＋ｎ0・ｄ0）／（ｄx＋ｄ0）と近似した。空洞部４内の空気の屈折率ｎ0の値は１である。
【０１０５】
金属薄膜１４の、絶縁保護膜８に接する部分と、赤外線反射膜２との間隔を上記のλ／（４ｎ）に設定すると、金属薄膜１４の、庇部１２に接する部分と、赤外線反射膜２との間隔はλ／（４ｎ）よりも大きくなる。この場合、金属薄膜１４の、庇部１２に接する部分では、金属薄膜１４と赤外線反射膜２との間隔に対応した波長の赤外線が吸収される。
【０１０６】
次に、本実施形態の熱型赤外線検出器の製造方法について説明する。本実施形態の熱型赤外線検出器の製造方法では、第１の実施形態で説明した製造方法における図６〜図１１の工程と同様な工程が行われる。それら図６〜図１１の工程において、例えばサーミスターボロメータ薄膜７を覆う絶縁保護膜８および庇部１２の材料や膜厚が第１の実施形態の場合と異なる場合には、それらの材料および膜厚に応じてそれぞれの膜を形成していけばよい。以下では、第１の実施形態で説明した製造方法における図１１の工程の後の段階について図１６〜図１８を参照して説明する。図１６〜図１８はそれぞれ、本実施形態の熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【０１０７】
図１６において、絶縁保護膜４１（第４の材料膜）を形成した後に絶縁保護膜４１の表面全体に、スパッター法により第５の材料膜として金属薄膜１４を形成する。金属薄膜１４の材質として、例えば窒化チタンまたはニクロムを用いる。
【０１０８】
次に、図１７において、赤外線を吸収する第２の赤外線吸収部となる庇部１２を形成するために、露光および現像の工程の後、Ｃｌ2とＢＣｌ3の混合ガスのプラズマにより金属薄膜１４をスリット状にエッチングし、続いてＣＦ4とＯ2の混合ガスまたはＣＨＦ3とＯ2の混合ガスのプラズマにより絶縁保護膜４１をスリット状にエッチングして第２の犠牲層４０を部分的に露出させる。これにより、第２の犠牲層４０上に残った絶縁保護膜４１から成り、絶縁保護膜３７から突出している庇部１２が形成される。
【０１０９】
次に、図１８において、第１の犠牲層３１および第２の犠牲層４０を、Ｏ2ガスのプラズマを用いたアッシングにより除去することで、庇部１２のシリコン基板１側の空間と、赤外線受光部５のシリコン基板１側の空洞部４を形成する。これにより、庇部１２および金属薄膜１４を備えた赤外線受光部５が支持部６によってシリコン基板１から浮かせられて支持されている熱分離構造が熱型赤外線検出器に形成される。以上の工程を経て、上記の熱分離構造を有する熱型赤外線検出器が作製される。
【０１１０】
図１９は、図１４および図１５に示した熱型赤外線検出器の変形例を示す断面図である。図１９に示される変形例では、図１４および図１５に示した熱型赤外線検出器と比較して、庇部１２の根元の位置、および電極部１３の位置が主に異なっている。図１９に示すように、庇部１２の、電極部１３の近傍にある根元の位置を赤外線受光部５の縁部に配置させると共に、電極部１３の位置を、赤外線受光部５の上面から見て庇部１２の根元から離れるように赤外線受光部５の内側に配置させてもよい。この電極部１３の位置に応じて、サーミスターボロメータ薄膜７の幅が、図１４および図１５に示した場合よりも狭くなっている。
【０１１１】
ここで、もし、庇部１２の根元、すなわち庇部１２の、絶縁保護膜８との接続部が電極部１３の直上にあると、庇部１２の熱の一部が電極部１３、および梁６ａ内の金属配線９を伝わって、ヒートシンクのシリコン基板１に逃げてしまい、感度が低下する。従って、第１および第２の実施形態の熱型赤外線検出器や、図１９に示される熱型赤外線検出器のように、庇部１２の根元の真下に電極部１３を配置しないようにする。これにより、庇部１２上の金属薄膜１４からの熱、および庇部１２からの熱が電極部１３に直接伝わることが防止され、感度の低下が抑制される。第１および第２の実施形態の熱型赤外線検出器のように、赤外線受光部５の上面から見て、電極部１３よりも赤外線受光部５の内側に庇部１２の根元を配置させる方が、感度をより向上させることができる。
【０１１２】
図２０は、図１〜図５に示した第１の実施形態の熱型赤外線検出器の変形例を示す断面図である。すなわち、図２０に示すように、庇部１２上および赤外線受光部５上に金属薄膜１４が形成されていない熱型赤外線検出器においても、電極部１３の近傍にある根元の位置を赤外線受光部５の縁部に配置させると共に、赤外線受光部５の上面から見て電極部１３が庇部１２の根元と重ならないように、電極部１３を赤外線受光部５の内側に配置させてもよい。
【０１１３】
本発明の熱型赤外線検出器は、以上説明したものに限定されず、赤外線を吸収する庇部（第２の赤外線吸収部）１２を用いて、開口率が高くなるように構成された熱型赤外線検出器は全て、本発明に含まれるものである。例えば、第１の実施形態のように赤外線吸収膜（絶縁保護膜８）のみによって赤外線を吸収する画素と、第２の実施形態のように赤外線同士の干渉により加熱される金属薄膜１４を備えた画素とを有する熱型赤外線検出器に対して、本発明の特徴である庇部１２の構成を適用してもよい。そのような熱型赤外線検出器では、ある画素に、真空インピーダンス３７７Ω／□に整合された金属薄膜１４を赤外線受光部５に形成し、かつ、その金属薄膜１４と、基板１上の赤外線反射膜２との距離を約１μｍにして光学的共振構造を作る。これにより、その画素では、主に波長３〜５μｍ帯の赤外線を吸収して検出する。この場合、サーミスターボロメータ薄膜７を覆う絶縁保護膜８の材料として、波長３〜５μｍ帯の赤外線に対して透明なもの、例えばＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣａＦ2、ＢａＦ2、またはＧｅ等を用いる。そして、他の画素では、金属薄膜１４を形成せずに、サーミスターボロメータ薄膜７を覆う絶縁保護膜８として波長１０μｍ帯の赤外線を吸収するもの、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ、またはＳｉＣ等を用いる。これにより、他の画素では波長１０μｍ帯の赤外線を吸収して検出する。
【０１１４】
このような、１つのアレイセンサで複数の波長帯の赤外線を検出する熱型赤外線検出器においても、それぞれの画素で、赤外線を吸収する方法に応じて庇部１２を設けることにより開口率を高くすることが可能となる。ここで述べたのは一例であって、検出したい波長帯が変われば、光学的共振構造を構成する金属薄膜１４と赤外線反射膜２との距離は、λ／（４ｎ）に応じて変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１の実施形態の熱型赤外線検出器を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’線断面図である。
【図３】図１のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図４】図１〜図３に示した熱型赤外線検出器における電流経路に沿った断面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図６】図１〜図５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図７】図１〜図５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図８】図１〜図５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図９】図１〜図５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図１０】図１〜図５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための平面図である。
【図１１】図１〜図５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図１２】図１〜図５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図１３】図１〜図５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態の熱型赤外線検出器を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態の熱型赤外線検出器を示す断面図である。
【図１６】図１４および図１５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図１７】図１４および図１５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図１８】図１４および図１５に示した熱型赤外線検出器の製造方法について説明するための断面図である。
【図１９】図１４および図１５に示した熱型赤外線検出器の変形例を示す断面図である。
【図２０】図１〜図５に示した熱型赤外線検出器の変形例を示す断面図である。
【図２１】熱分離構造を有する従来の熱型赤外線検出器としての二次元赤外線固体撮像素子を示す断面図である。
【図２２】図２１に示した二次元赤外線固体撮像素子の１個の画素における赤外線吸収部を除いた部分の平面図である。
【図２３】図２１および図２２に示した従来の二次元赤外線固体撮像素子の別の例を示す断面図である。
【図２４】熱分離構造を有する従来の熱型赤外線検出器を示す断面図である。
【図２５】熱分離構造を有する従来の熱型赤外線検出器を示す斜視図である。
【図２６】図２５に示される熱型赤外線検出器のＡ−Ａ’線断面図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１      シリコン基板
２      赤外線反射膜
３      第１の絶縁保護膜
４      空洞部
５      赤外線受光部
６      支持部
６ａ    梁
６ｂ    支持脚
７      サーミスターボロメータ薄膜（温度検出部）
８      絶縁保護膜（第１の赤外線吸収部）
９      金属配線
１０    第２の絶縁保護膜
１１    コンタクトパッド
１２    庇部（第２の赤外線吸収部）
１３    電極部
１４    金属薄膜（第５の材料膜）
１５    赤外線
１６    読出回路
１７    信号線
１８    画素への配線
３１    第１の犠牲層
３２    絶縁保護膜（第１の材料膜）
３３    絶縁保護膜（第２の材料膜）
３４    第１の開口部
３５    第２の開口部
３６    金属膜
３７    絶縁保護膜（第３の材料膜）
３８、３９    スリット
４０    第２の犠牲層
４１    絶縁保護膜（第４の材料膜）
【図１】
2005043381.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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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