(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を検出する第１素子と環境温度を補正する第２素子とが基板上に形成される熱型赤外線検出器において、
前記第１素子の温度検出部は、ダイアモンドライクカーボンからなる犠牲層を除去して形成された空洞部により、前記基板から熱的に分離され、
前記第２素子の温度検出部は、前記空洞部に残存する前記犠牲層上に形成され、該犠牲層により、前記基板と熱的に接続され、
前記第１素子及び前記第２素子の前記温度検出部の出力信号が、該温度検出部の各々の端部に接続される電極配線を介して前記基板内に形成された読出回路に伝達され、該読出回路で前記出力信号の差分が検出されることを特徴とする熱型赤外線検出器。
【請求項２】
赤外線を検出する第１素子と環境温度を補正する第２素子とが基板上に形成される熱型赤外線検出器において、
前記第１素子の温度検出部は、ダイアモンドライクカーボンからなる犠牲層を除去して形成された空洞部により、前記基板から熱的に分離され、
前記第２素子の温度検出部は、前記空洞部に残存する前記犠牲層上に形成され、該犠牲層により、前記基板と熱的に接続され、
前記第１の素子及び前記第２の素子の外側の、前記犠牲層が形成されずに凹状となった部分に、金属の埋め込み層が形成され、
前記第１素子及び前記第２素子の前記温度検出部の各々の端部と前記埋め込み層とは、前記基板の表面に略平行に延在する電極配線で接続され、
前記第１素子及び前記第２素子の前記温度検出部の出力信号が、前記電極配線及び前記埋め込み層を介して前記基板内に形成された読出回路に伝達され、該読出回路で前記出力信号の差分が検出されることを特徴とする熱型赤外線検出器。
【請求項３】
前記温度検出部は、第１保護膜と、前記第１保護膜の上層のボロメータ薄膜と、前記ボロメータ薄膜を覆う第２保護膜と、前記第２保護膜の上層に形成され、該第２保護膜に設けられたコンタクトホールを介して前記ボロメータ薄膜に接続される前記電極配線と、前記電極配線を覆う第３保護膜と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱型赤外線検出器。
【請求項４】
前記温度検出部は、第１保護膜と、前記第１保護膜の上層の前記電極配線と、前記電極配線を覆う第２保護膜と、前記第２保護膜の上層に形成され、該第２保護膜に設けられたコンタクトホールを介して前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜と、前記ボロメータ薄膜を覆う第３保護膜と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱型赤外線検出器。
【請求項５】
赤外線を検出する第１素子と環境温度を補正する第２素子とが基板上に形成される熱型赤外線検出器の製造方法であって、
基板上の前記第１素子及び前記第２素子の各々が形成される領域に反射膜を形成すると共に、前記反射膜の外側に前記基板内に形成された読出回路に接続されるコンタクトを形成する第１の工程と、
前記第１素子及び前記第２素子の各々が形成される領域にダイアモンドライクカーボンからなる犠牲層を形成する第２の工程と、
第１保護膜を形成する第３の工程と、
前記コンタクト上の前記第１保護膜を除去した後、少なくとも前記コンタクト上の前記犠牲層が形成されていない凹部を金属で埋め込む第４の工程と、
前記金属を研磨して、前記凹部に前記金属の埋め込み層を形成する第５の工程と、
前記犠牲層上にボロメータ薄膜を形成する第６の工程と、
第２保護膜を形成し、前記ボロメータ薄膜の端部上に第１コンタクトホールを形成すると共に、前記埋め込み層上に第２コンタクトホールを形成する第７の工程と、
前記第１コンタクトホールと前記第２コンタクトホールとを繋ぐ領域に電極配線を形成し、前記ボロメータ薄膜と前記埋め込み層とを前記電極配線で接続する第８の工程と、
第３保護膜を形成する第９の工程と、
前記第１保護膜と前記第２保護膜と前記第３保護膜とを貫通するスリットを形成し、該スリットを介して前記第１素子が形成される領域の前記犠牲層を除去する第１０の工程と、を少なくとも有することを特徴とする熱型赤外線検出器の製造方法。
【請求項６】
赤外線を検出する第１素子と環境温度を補正する第２素子とが基板上に形成される熱型赤外線検出器の製造方法であって、
基板上の前記第１素子及び前記第２素子の各々が形成される領域に反射膜を形成すると共に、前記反射膜の外側に前記基板内に形成された読出回路に接続されるコンタクトを形成する第１の工程と、
前記第１素子及び前記第２素子の各々が形成される領域にダイアモンドライクカーボンからなる犠牲層を形成する第２の工程と、
第１保護膜を形成する第３の工程と、
前記コンタクト上の前記第１保護膜を除去した後、少なくとも前記コンタクト上の前記犠牲層が形成されていない凹部を金属で埋め込む第４の工程と、
前記金属を研磨して、前記凹部に前記金属の埋め込み層を形成する第５の工程と、
前記犠牲層上端部から前記埋め込み層上部に至る領域に電極配線を形成する第６の工程と、
第２保護膜を形成し、前記犠牲層上端部の前記電極配線上にコンタクトホールを形成する第７の工程と、
前記犠牲層上の前記コンタクトホールを含む領域にボロメータ薄膜を形成し、前記ボロメータ薄膜と前記電極配線とを接続する第８の工程と、
第３保護膜を形成する第９の工程と、
前記第１保護膜と前記第２保護膜と前記第３保護膜とを貫通するスリットを形成し、該スリットを介して前記第１素子が形成される領域の前記犠牲層を除去する第１０の工程と、を少なくとも有することを特徴とする熱型赤外線検出器の製造方法。
【請求項７】
前記第５の工程では、前記犠牲層上の前記第１保護膜が露出する位置まで研磨を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の熱型赤外線検出器の製造方法。
【請求項８】
前記第５の工程では、前記犠牲層上の前記第１保護膜が切削される位置まで研磨を行い、前記犠牲層上に再度、前記第１保護膜を形成することを特徴とする請求項５又は６に記載の熱型赤外線検出器の製造方法。
【請求項９】
前記第２の工程では、互いに隣接する素子の前記コンタクトの間の領域にも、前記犠牲層を形成することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一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、熱型赤外線検出器及びその製造方法に関し、特に、温度検出部が空洞部を介して中空に保持される第１素子と、温度検出部が残存する犠牲層上に配設される第２素子と、を備える熱型赤外線検出器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱型の赤外線検出器は、一般に、物体から放射された赤外線を光学的共振構造の赤外線吸収膜で吸収して熱に変換し、マイクロブリッジ構造のダイアフラムを構成するボロメータ薄膜等の感熱抵抗体の温度を上昇させて抵抗を変化させ、その抵抗変化から対象物の温度を測定するものである。このような熱分離構造を有する熱型赤外線検出器は、ボロメータ薄膜自身の温度変化により赤外線を検出するものであるため、環境温度等が変動するとそれに起因して検出器の出力にドリフトが生じ、正確に赤外線を検出することができなくなる。
【０００３】
このような環境温度変動による検出器出力ノードリフトを抑制するには、温度制御器で検出器の温度を制御すればよいが、この方法では温度制御器を別途設けなければならず、装置の価格上昇を招いてしまう。そこで、温度制御器を使用せずに検出器出力ノードリフトを抑制する方法が、下記特許文献１等に記載されている。
【０００４】
特許文献１記載の従来例について、図３５及び図３６を参照して説明する。図３５は、従来例に係る赤外線検出器の信号読み出し回路図であり、図３６は、赤外線検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図である。
【０００５】
図３５には、赤外線検出器と同検出器の出力信号の増幅器としてのチョッパー型増幅器とからなる信号読出回路が示されており、１０１は第１感熱抵抗体、１０２はダミー抵抗体である第２感熱抵抗体、１０３はカレントミラー回路、１０４ａはトランジスタから成る第１スイッチ、１０４ｂはトランジスタから成る第２スイッチ、１０４ｃはトランジスタから成る第３スイッチ、１０５ａは第１ノード、１０５ｂは第２ノード、１０５ｃは第３ノード、１０６は容量、１０７はインバータを示している。赤外線検出器は、第１感熱抵抗体１０１および第２感熱抵抗体１０２として示されており、アレイ検出器の場合、１つの画素内に設けられている。また、増幅器は、第１スイッチ１０４ａ、第２スイッチ１０４ｂ、第３スイッチ１０４ｃ、容量１０６およびインバータ１０７で構成されている。
【０００６】
このような構成の赤外線検出器の動作について説明すると、第１感熱抵抗体１０１と第２感熱抵抗体１０２とはカレントミラー回路１０３に接続されており、第１感熱抵抗体１０１と第２感熱抵抗体１０２には同じ電流が流れる。ここで、両抵抗体に電流を流し、同時にクロック信号を第１スイッチ１０４ａに与えると、同スイッチがオン状態になり第１ノード１０５ａに出力された電気信号は容量１０６に伝わる。同容量の、第１スイッチ１０４ａが接続された側と反対側の端子は、インバータ１０７の入力部に接続されている。また、同容量に電気信号が伝わると同時に第２スイッチ１０４ｂにクロック信号を与えると、同インバータの入力部と出力部が短絡され、増幅器の動作点を決めることができる。
【０００７】
更に、第１スイッチ１０４ａと第２スイッチ１０４ｂをオフ状態にし、クロック信号を第３スイッチ１０４ｃに与えると、同スイッチがオン状態になり、第２ノード１０５ｂに出力された電気信号が容量１０６に伝わる。第３ノード１０５ｃに出力される電気信号は、第１ノード１０５ａと第２ノード１０５ｂとの電位差分に等しい電位を第３ノード１０５ｃにもたらす。この第１ノード１０５ａと第２ノード１０５ｂの電位差は、赤外線の入射量に対応する温度上昇分に応じて生じる。そして、第３ノード１０５ｃに出力される電気信号はインバータ１０７を介して増幅器から出力される。
【０００８】
次に、図３６を参照して上記従来例の赤外線検出器の構造について説明する。図３６の（ａ）及び（ｂ）は、各々１画素の断面構造を表しており、図の左側が赤外線を検出する第１素子１２１、右側が環境温度を補正する第２素子１２２を示している。第１素子１２１の第１ボロメータ薄膜１３１は、マイクロマシーニング技術を応用して、シリコン基板１２３から熱分離され、支持台１２４と同基板１２３との間には空洞部１２６が形成されており、第１素子１２１は入射赤外線によって容易に温度変化が生じるような構造になっている。一方、第２素子１２２の第２ボロメータ薄膜１３２は、第１ボロメータ薄膜１３１と同じ形状、即ち薄膜状のものであり、支持台１２４を介してシリコン基板１２３上に形成される。
【０００９】
ここで、環境温度変動によって赤外線検出器の出力が変化しないように、第１ボロメータ薄膜１３１と第２ボロメータ薄膜１３２の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は同程度の値としている。また、第２ボロメータ薄膜１３２下部の支持台１２４の厚さは、図３６（ａ）に示すように薄く形成したり、また、図３６（ｂ）に示すように厚く形成することもできる。
【００１０】
このような構造の赤外線検出器では、第２ボロメータ薄膜１３２に赤外線が入射しても、赤外線による温度変化はヒ−トシンクであるシリコン基板１２３に容易に伝わり、第２ボロメータ薄膜１３２の抵抗値は入射赤外線によりほとんど変化しない。すなわち、第２ボロメータ薄膜１３２の抵抗値は赤外線検出器を取り巻く環境温度変動によってのみ変わるが、第１ボロメータ薄膜１３１の抵抗値は、入射赤外線および環境温度変動の双方によって変わる。このような構成の赤外線検出器と図３５の信号読出回路とを組み合わせることにより、直流的な出力電圧を環境温度に依らず一定にし、入射赤外線により生じた信号分を上乗せさせることが可能になる。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２２７６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで、図３６（ａ）の構造の場合、第１素子１２１と第２素子１２２とで構成部材の高さが異なるため、縮小投影露光機でレジストマスクを作成する際の焦点がずれて、レジストマスクのパターン精度が悪化してしまう。従って、熱分離構造を有する赤外線検出器を製造する場合は、図３６（ｂ）の構造の方がプロセス上有利である。
【００１３】
一方、図３６（ｂ）の構造の赤外線検出器を作成する場合、シリコン基板１２３上に犠牲層１２７を形成し、その犠牲層１２７上に支持部１２４、第１ボロメータ薄膜１３１及び第２ボロメータ薄膜１３２、保護部材１２５を形成した後、第１素子１２１に犠牲層１２７を露出させるスリットを形成し、第１素子１２１の犠牲層１２４のみをエッチングにより除去して空洞部１２６を形成する方法が用いられる。従って、第２素子１２２の第２ボロメータ薄膜１３２は犠牲層１２７を介してシリコン基板１２３に熱的に接続されることになる。
【００１４】
ここで、犠牲層１２７は、他の構造部材に悪影響を及ぼさずに容易に除去できる材料とする必要があることから、従来はドライエッチングが可能なポリイミド等の樹脂が用いられていた。しかしながら、ポリイミド等の樹脂は熱伝導率が小さいため、入射赤外線やバイアス電流によって第２ボロメータ薄膜１３２で発生した熱を迅速にシリコン基板１２３に逃がすことができず、第２素子１２２の温度をシリコン基板１２３に正確に追従させることができないという問題があった。
【００１５】
また、熱伝導性を向上させるために、犠牲層１２７としてシリコンやポリシリコン、メタルなどを用いることもできる。しかしながら、このような部材は一般にウェットエッチング法により除去しなければならず、ウェットエッチング法の場合、空洞部１２６に溜まったエッチング液を除去するのは容易ではなく、また、エッチング液の除去時に空洞部１２６が変形して第１ボロメータ薄膜１３１がシリコン基板１２３に接触するという問題が生じる。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、温度検出部が空洞部を介して中空に保持される第１素子と、温度検出部が残存する犠牲層上に配設される第２素子と、を備える構造において、第２素子の温度検出部の温度を正確に基板に追従させ、かつ、犠牲層の除去時の不具合を未然に防止することができる熱型赤外線検出器及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】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明は、赤外線を検出する第１素子と環境温度を補正する第２素子とが基板上に形成される熱型赤外線検出器において、前記第１素子の温度検出部は、ダイアモンドライクカーボンからなる犠牲層を除去して形成された空洞部により、前記基板から熱的に分離され、前記第２素子の温度検出部は、前記空洞部に残存する前記犠牲層上に形成され、該犠牲層により、前記基板と熱的に接続され、前記第１素子及び前記第２素子の前記温度検出部の出力信号が、該温度検出部の各々の端部に接続される電極配線を介して前記基板内に形成された読出回路に伝達され、該読出回路で前記出力信号の差分が検出されるものである。
【００１８】
また、本発明は、赤外線を検出する第１素子と環境温度を補正する第２素子とが基板上に形成される熱型赤外線検出器において、前記第１素子の温度検出部は、ダイアモンドライクカーボンからなる犠牲層を除去して形成された空洞部により、前記基板から熱的に分離され、前記第２素子の温度検出部は、前記空洞部に残存する前記犠牲層上に形成され、該犠牲層により、前記基板と熱的に接続され、前記第１の素子及び前記第２の素子の外側の、前記犠牲層が形成されずに凹状となった部分に、金属の埋め込み層が形成され、前記第１素子及び前記第２素子の前記温度検出部の各々の端部と前記埋め込み層とは、前記基板の表面に略平行に延在する電極配線で接続され、前記第１素子及び前記第２素子の前記温度検出部の出力信号が、前記電極配線及び前記埋め込み層を介して前記基板内に形成された読出回路に伝達され、該読出回路で前記出力信号の差分が検出されるものである。
【００１９】
本発明においては、前記温度検出部は、第１保護膜と、前記第１保護膜の上層のボロメータ薄膜と、前記ボロメータ薄膜を覆う第２保護膜と、前記第２保護膜の上層に形成され、該第２保護膜に設けられたコンタクトホールを介して前記ボロメータ薄膜に接続される前記電極配線と、前記電極配線を覆う第３保護膜と、を含む構成、若しくは、第１保護膜と、前記第１保護膜の上層の前記電極配線と、前記電極配線を覆う第２保護膜と、前記第２保護膜の上層に形成され、該第２保護膜に設けられたコンタクトホールを介して前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜と、前記ボロメータ薄膜を覆う第３保護膜と、を含む構成とすることができる。
【００２０】
また、本発明は、赤外線を検出する第１素子と環境温度を補正する第２素子とが基板上に形成される熱型赤外線検出器の製造方法であって、基板上の前記第１素子及び前記第２素子の各々が形成される領域に反射膜を形成すると共に、前記反射膜の外側に前記基板内に形成された読出回路に接続されるコンタクトを形成する第１の工程と、前記第１素子及び前記第２素子の各々が形成される領域にダイアモンドライクカーボンからなる犠牲層を形成する第２の工程と、第１保護膜を形成する第３の工程と、前記コンタクト上の前記第１保護膜を除去した後、少なくとも前記コンタクト上の前記犠牲層が形成されていない凹部を金属で埋め込む第４の工程と、前記金属を研磨して、前記凹部に前記金属の埋め込み層を形成する第５の工程と、前記犠牲層上にボロメータ薄膜を形成する第６の工程と、第２保護膜を形成し、前記ボロメータ薄膜の端部上に第１コンタクトホールを形成すると共に、前記埋め込み層上に第２コンタクトホールを形成する第７の工程と、前記第１コンタクトホールと前記第２コンタクトホールとを繋ぐ領域に電極配線を形成し、前記ボロメータ薄膜と前記埋め込み層とを前記電極配線で接続する第８の工程と、第３保護膜を形成する第９の工程と、前記第１保護膜と前記第２保護膜と前記第３保護膜とを貫通するスリットを形成し、該スリットを介して前記第１素子が形成される領域の前記犠牲層を除去する第１０の工程と、を少なくとも有するものである。
【００２１】
また、本発明は、赤外線を検出する第１素子と環境温度を補正する第２素子とが基板上に形成される熱型赤外線検出器の製造方法であって、基板上の前記第１素子及び前記第２素子の各々が形成される領域に反射膜を形成すると共に、前記反射膜の外側に前記基板内に形成された読出回路に接続されるコンタクトを形成する第１の工程と、前記第１素子及び前記第２素子の各々が形成される領域にダイアモンドライクカーボンからなる犠牲層を形成する第２の工程と、第１保護膜を形成する第３の工程と、前記コンタクト上の前記第１保護膜を除去した後、少なくとも前記コンタクト上の前記犠牲層が形成されていない凹部を金属で埋め込む第４の工程と、前記金属を研磨して、前記凹部に前記金属の埋め込み層を形成する第５の工程と、前記犠牲層上端部から前記埋め込み層上部に至る領域に電極配線を形成する第６の工程と、第２保護膜を形成し、前記犠牲層上端部の前記電極配線上にコンタクトホールを形成する第７の工程と、前記犠牲層上の前記コンタクトホールを含む領域にボロメータ薄膜を形成し、前記ボロメータ薄膜と前記電極配線とを接続する第８の工程と、第３保護膜を形成する第９の工程と、前記第１保護膜と前記第２保護膜と前記第３保護膜とを貫通するスリットを形成し、該スリットを介して前記第１素子が形成される領域の前記犠牲層を除去する第１０の工程と、を少なくとも有するものである。
【００２２】
本発明においては、前記第５の工程では、前記犠牲層上の前記第１保護膜が露出する位置まで研磨を行う構成、若しくは、前記犠牲層上の前記第１保護膜が切削される位置まで研磨を行い、前記犠牲層上に再度、前記第１保護膜を形成する構成とすることができる。
【００２３】
また、本発明においては、前記第２の工程では、互いに隣接する素子の前記コンタクトの間の領域にも、前記犠牲層を形成する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の熱型赤外線検出器及びその製造方法によれば、温度検出部が空洞部を介して中空に保持される第１素子と、温度検出部が残存する犠牲層上に配設される第２素子と、を備える構造において、第２素子の温度検出部の温度を正確に基板に追従させ、かつ、犠牲層の除去時の不具合を未然に防止することができる。
【００２５】
その理由は、犠牲層として、ポリイミド等の樹脂よりも熱伝導率が高く、シリコン、ポリシリコン、メタルなどよりもプロセス適合性に優れたダイアモンドライクカーボン（アモルファスカーボン）を使用しているからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
背景技術で示したように、環境温度変動によって赤外線検出器の出力が変化しないように、感熱抵抗体が空洞部を介して中空に保持される第１素子の近傍に、感熱抵抗体が残存する犠牲層上に配設される第２素子を設け、第２素子を用いて第１素子の出力を補正する方法が用いられている。しかしながら、犠牲層としてポリイミド等の樹脂を用いると、第２素子の感熱抵抗体の温度を正確に基板に追従させることができず、犠牲層としてシリコンやポリシリコン、メタルなどを用いると、犠牲層の除去時に第１素子の空洞部が変形してしまうという問題があった。
【００２７】
この問題に対して、本願発明者は様々な部材を検討し、熱伝導率などの物性値、成膜及びドライエッチングの容易性、他の部材に与える影響などを比較考量した結果、ダイアモンドとグラファイトの中間的な結晶構造（すなわち、ダイアモンド結合（ＳＰ３結合）とグラファイト結合（ＳＰ２結合）の両方の結合が混在しているアモルファス構造）を持つダイアモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）と略称する。）と呼ばれる炭素材料が犠牲層の材料として好ましいことを見出した。
【００２８】
このＤＬＣは、熱伝導率が０．１〜０．２Ｗ／ｃｍ・Ｋであり、ポリイミド（１〜２ｍＷ／ｃｍ・Ｋ）に比べて遙かに大きく、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法で容易に製造可能であり、かつ、酸素を含む雰囲気での加熱処理やプラズマ処理で容易に除去することができるため、上述した問題を解決することができる。
【００２９】
また、犠牲層としてポリイミド等の樹脂を用いる場合、加熱処理で焼締めを行わなければならず、その際に樹脂が収縮して犠牲層の側壁が大きく傾斜するため、犠牲層上部の面積が小さくなり、熱型赤外線検出器の高感度化、高密度化、小型化の障害となっていた。しかしながら、ＤＬＣは上述した変形がなく、犠牲層の側壁をほぼ垂直にすることができるため、犠牲層上部の面積を大きくすることができ、その結果、熱型赤外線検出器の高感度化、高密度化、小型化を図ることができる。
【００３０】
また、ポリイミドの熱膨張係数は４．４Ｅ−５／℃と大きいため、熱型赤外線検出器の製造時のプロセス温度や使用時に環境温度によって膨張／縮小しやすく、ポリイミドが変形すると、その上に形成されるボロメータ薄膜や支持部にストレスが加わり、温度検出部が破損したり、温度検出部の出力が変動する等の問題が生じる。しかしながら、ＤＬＣの熱膨張係数は２．０Ｅ−６であり、ポリイミドに比べて遙かに小さく、温度による変形がほとんどないため、上記問題も解決することができる。
【００３１】
更に、ＤＬＣは、ビッカース硬さが３０００〜５０００であり、ポリイミドに比べて遙かに堅いため、熱型赤外線検出器の製造プロセスの自由度が高くなる。例えば、犠牲層を形成した後に研磨等のプロセスを行うこともでき、素子の外側の凹部を金属で埋設して平坦化することもできる。
【００３２】
なお、ＤＬＣは公知の材料であるが、このＤＬＣを熱型赤外線検出器に利用した例はなく、本願の熱型赤外線検出器の構造は、本願発明者の知見によって得られた新規な構造である。
【実施例１】
【００３３】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例係る熱型赤外線検出器及びその製造方法について、図１乃至図１９を参照して説明する。図１は、第１の実施例の熱型赤外線検出器の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は赤外線を検出する第１素子の断面図、（ｂ）は第１素子を補正するための第２素子の断面図である。また、図２乃至図１０は、本実施例の熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図であり、第１素子と第２素子の構造が異なる場合は別々に図示している。また、図１１乃至図１９は、本実施例の熱型赤外線検出器の他の構造及び製造方法を示す図である。
【００３４】
本実施例の熱型赤外線検出器は、１つの画素若しくはマトリクス状に配列された複数の画素からなり、１つの画素には、図１（ａ）に示すように、空洞部１５を介してボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４（ダイアフラム）が中空に保持された赤外線を検出する素子（以下、第１素子１ａと呼ぶ。）と、図１（ｂ）に示すように、残存した第１犠牲層５上にボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４が配置された補正用素子（以下、第２素子１ｂと呼ぶ。）と、を備える。なお、第１素子１ａと第２素子１ｂとは通常、隣接して配置されるが、図１では便宜上、第１素子１ａ及び第２素子１ｂを別々に示している。
【００３５】
この熱型赤外線検出器の構造を具体的に説明すると、回路基板２はシリコンウェハー等からなり、その内部にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）プロセスにより読出回路２ａが作り込まれている。回路基板２上には、赤外線反射膜３が形成され、その上層に保護膜（図示せず）が形成されている。
【００３６】
第１素子１ａの空洞部１５は、デバイス製造の初期の工程ではパターニングされた第１犠牲層５（本実施例ではダイアモンドライクカーボン）で埋められており、デバイス製造の終盤の工程でドライエッチングにより除去される。一方、第２素子１ｂは、パターニングされた第１犠牲層５（ダイアモンドライクカーボン）がそのまま残存している。
【００３７】
温度検出部１４は、例えば、波長８〜１２μｍ付近の赤外線を吸収する第１保護膜６、第２保護膜８、第３保護膜１０、これらの保護膜で取り囲まれたボロメータ薄膜７、及び電極配線９で構成されている。また、支持部１３は、第１保護膜６、第２保護膜８、第３保護膜１０とこれら保護膜で囲まれた電極配線９で構成され、回路基板２から空洞部１５を介して第１素子１ａの温度検出部１４を宙に浮かせるように支持し、熱分離構造を実現している。電極配線９はボロメータ薄膜７の電極と回路基板２上のコンタクト４を電気的に接続し、コンタクト４は読出回路２ａに電気的に接続されている。そして、第１素子１ａ及び第２素子１ｂの温度検出部１４の出力信号は、電極配線９により読出回路２ａに伝達され、読出回路２ａで、従来例と同様の方法で出力信号の差分が検出されて環境温度の補正が行われる。
【００３８】
以下、図１の構造の熱型赤外線検出器の製造方法について、図２乃至図１０を参照して詳細に説明する。
【００３９】
まず、図２に示すように、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、スパッタ法等によりＡｌ等の金属を５０〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、各画素の温度検出部１４に入射する赤外線を反射するための反射膜３及び電極配線９と読出回路２ａとを接続するためのコンタクト４を形成する。なお、上記金属は赤外線の反射率が高く、電気抵抗が小さい材料であればよく、Ｔｉ、Ｗ等の他の金属やそれらのシリサイド膜等の赤外線反射部材を用いることもできる。
【００４０】
次に、図３に示すように、プラズマＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いて、回路基板２全面にＤＬＣを堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、コンタクト４上を除く領域に第１犠牲層５を形成する。例えば、ＰＶＤ法の一種であるイオンプレーティング法の場合は、真空チャンバー内にベンゼンなどの炭化水素ガスを導入し、直流アーク放電プラズマ中で炭化水素イオンを生成させ、この炭化水素イオンを試料に衝突させて固体化して成膜する。ここで、従来は第１犠牲層５として感光性ポリイミド等の樹脂を用いており、溶剤を除去するために４００℃程度の温度で焼締めを行っていたため、ポリイミドが収縮して変形し、その側壁が緩やかなテーパー状となっていた。そのため、第１犠牲層５の上部が小さくなり、温度検出部１４の占有面積を大きくすることができず、熱型赤外線検出器の高感度化、高密度化、小型化の障害となっていた。しかしながら、ＤＬＣはこのような変形がなく、その側壁をほぼ垂直にすることができるため、温度検出部１４の占有面積を大きくして熱型赤外線検出器の高感度化、高密度化、小型化を図ることができる。
【００４１】
次に、図４に示すように、第１犠牲層５の上に、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを５０〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、第１保護膜６を形成する。
【００４２】
次に、図５に示すように、第１保護膜６の上に、酸素雰囲気の反応性スパッタ等により酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３、ＶＯＸなど）や酸化チタン（ＴｉＯＸ）などを１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４となる部分にボロメータ薄膜７を形成する。なお、ここではボロメータ薄膜７として酸化バナジウムや酸化チタンを用いているが、抵抗温度係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient Resistance）の大きい他の材料を用いることもでき、例えば、ＮｉＭｎＣｏ酸化物、多結晶シリコン、非晶質シリコン、非晶質ゲルマニウム、非晶質シコンゲルマニウム、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、ＹＢａＣｕＯなどを用いることもできる。
【００４３】
次に、図６に示すように、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、ボロメータ薄膜７を保護する第２保護膜８を形成する。その後、図７に示すように、コンタクト４上の第１保護膜６及び第２保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第２保護膜８を除去してコンタクトホール１６ａを形成する。
【００４４】
次に、図８に示すように、スパッタ法等によりＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの金属を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、電極配線９を形成する。この電極配線９はコンタクトホール１６ａを介してボロメータ薄膜７と回路基板２内の読出回路２ａとを電気的に接続すると共に、ボロメータ薄膜７を中空に保持する支持部１３としての役割を果たす。
【００４５】
次に、図９に示すように、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを５０〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、電極配線９を保護する第３保護膜１０を形成する。
【００４６】
次に、図１０に示すように、ＣＦ４やＣ２Ｆ６、ＣＨＦ３などを用いたプラズマエッチング等により、第１保護膜６と第２保護膜８と第３保護膜１０とを部分的にエッチングして、図１０（ａ）に示すように、第１素子１ａに第１スリット１７、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第２スリット１８を形成して第１犠牲層５を部分的に露出させる。その際、第２素子１ｂ及び第２素子１ｂ間の領域の第１犠牲層５は除去せずに残存させるため、図１０（ｂ）に示すように、第２素子１ｂには第１スリット１７及び第２スリット１８は形成しない。
【００４７】
そして、酸素を含む雰囲気中で加熱処理やプラズマ処理を行い、第１スリット１７及び第２スリット１８を介して第１犠牲層５を除去する。その際、第２素子１ｂには第１スリット１７及び第２スリット１８が形成されていないため、温度検出部１４下部及び隣接する素子のコンタクト４の間の領域の第１犠牲層５が残存することになる。ここで、第１犠牲層５としてシリコンやポリシリコン、メタル等を用いた場合、これらはウェットエッチングで除去しなければならなかったため、エッチング液を除去する際に空洞部が変形し、第１素子１ａの温度検出部１４が回路基板２に接触する等の不具合が生じていた。しかしながら、ＤＬＣはドライエッチングで除去可能であるため、このような不具合を未然に防止することができる。
【００４８】
以上の工程を経て、図１に示すように、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造の第１素子１ａと、温度検出部１４が第１犠牲層５上に形成された第２素子１ｂとからなる熱型赤外線検出器が完成する。
【００４９】
図１が本実施例の熱型赤外線検出器の基本的な構造であるが、その変形として、第１素子１ａ上に庇を形成することもできる。その場合の構造は図１１のようになり、入射赤外線を感知する第１素子１ａには、更に、波長８〜１２μｍ付近の赤外線を吸収する庇１２が、温度検出部１４の端部から外側の素子に向かって伸びている。この庇１２により、第１素子１ａに入射した赤外線は庇１２により吸収されて温度検出部１５のボロメータ薄膜７に流入するため、支持部１３のスペースも赤外線の検出に有効に利用することができ、開口率を向上させることができる。
【００５０】
なお、この庇１２は、隣接する第２素子１ｂを覆うように延ばしても良く、第２素子１ｂを庇１２で覆うことにより、入射赤外線による第２素子１ｂの温度上昇を抑え、かつ、第１素子１ａで検出する赤外線の光量を増加させることもできる。また、第２素子１ｂの最上層に赤外線反射膜を形成してもよく、第２素子１ｂを赤外線反射膜で覆うことにより、入射赤外線による第２素子１ｂの温度上昇を抑えることができる。
【００５１】
以下、図１１の構造の熱型赤外線検出器の製造方法について、図１２乃至図１４を参照して詳細に説明する。
【００５２】
まず、上記と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いて、回路基板２全面にＤＬＣを堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、コンタクトホール１６ａを除く領域に第１犠牲層５を形成する。次に、第１犠牲層５の上に第１保護膜６を形成する。次に、第１保護膜６の上の温度検出部１４となる部分にボロメータ薄膜７を形成し、ボロメータ薄膜７を保護する第２保護膜８を形成する。次に、コンタクト４上及びボロメータ薄膜７端部にコンタクトホール１６ａを形成し、電極配線９を形成した後、電極配線９を保護する第３保護膜１０を形成する。次に、第１素子１ａに第１スリット１７、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第２スリット１８を形成して第１犠牲層５を部分的に露出させる。その際、第２素子１ｂの第１犠牲層５は除去せずに残存させるため、第２素子１ｂ、隣接する素子のコンタクト４の間の領域には第１スリット１７及び第２スリット１８は形成しない。
【００５３】
次に、図１２に示すように、プラズマＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いて、回路基板２全面にＤＬＣを堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、図１２（ａ）に示すように、第１素子１ａのボロメータ薄膜７端部のコンタクトホール１６ａ近傍を除く領域に第２犠牲層１１を形成する。なお、ここでは第１犠牲層５及び第２犠牲層１１の双方をＤＬＣで形成しているが、第２犠牲層１１は庇を形成した後に除去するものであり、第１犠牲層５のような熱伝導の問題は生じないため、感光性ポリイミド等で形成することもできる。その場合は、回路基板２全面に感光性ポリイミドを塗布し、露光、現像して所望の形状の第２犠牲層１１を形成すればよい。また、ここでは第２素子１ｂには庇を形成しないため、図１２（ｂ）に示すように、第２素子１ｂの全面に第２犠牲層１１を形成しているが、第２素子１ｂにも庇を形成する場合は、第１素子１ａと同様に第２犠牲層１１をパターン形成すればよい。また、第２素子１ｂの上部に赤外線反射膜を形成する場合は、第２素子１ｂ上の第２犠牲層１１を除去すればよい。
【００５４】
次に、図１３に示すように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを５０〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、第１素子１ａの赤外線受光面積を高めるための庇１２を形成する。
【００５５】
次に、図１４に示すように、ＣＦ４やＣ２Ｆ６、ＣＨＦ３などを用いたプラズマエッチング等により、庇１２を部分的にエッチングして、図１４（ａ）に示すように、第１素子１ａの温度検出部１４上部を露出させると共に、素子間の領域に第３スリット１９を形成して第２犠牲層１１を部分的に露出させる。また、図１４（ｂ）に示すように、第２素子１ｂ上の庇１２はエッチングして除去する。
【００５６】
そして、酸素を含む雰囲気中で加熱処理やプラズマ処理を行い、第１素子１ａ及び第２素子１ｂ上の第２犠牲層１１を除去すると共に、第３スリット１９を介して隣接する素子のコンタクト４の間の第２犠牲層１１を除去し、更に、第１スリット１７及び第２スリット１８を介して第１犠牲層５を除去する。その際、第２素子１ｂには第１スリット１７及び第２スリット１８が形成されていないため、温度検出部１４下部及び隣接する素子のコンタクト４の間の第１犠牲層５が残存することになる。
【００５７】
図１１は第２素子１ｂ上の庇１２を除去する場合の構造であるが、更にその変形として、第２素子１ｂ上の庇１２を残すこともできる。その場合の構造は図１５のようになり、入射赤外線を感知する第１素子１ａの構造は図１１と同様であるが、第２素子１ｂ上には、第２犠牲層１１及び庇１２が残存している。
【００５８】
以下、図１５の構造の熱型赤外線検出器の製造方法について、図１６乃至図１９を参照して詳細に説明する。
【００５９】
まず、上記と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いて、回路基板２全面にＤＬＣを堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、コンタクトホール１６ａを除く領域に第１犠牲層５を形成する。次に、第１犠牲層５の上に第１保護膜６を形成する。次に、第１保護膜６の上の温度検出部１４となる部分にボロメータ薄膜７を形成し、ボロメータ薄膜７を保護する第２保護膜８を形成する。次に、コンタクト４上及びボロメータ薄膜７端部にコンタクトホール１６ａを形成し、電極配線９を形成した後、電極配線９を保護する第３保護膜１０を形成する。
【００６０】
次に、図１６に示すように、ＣＦ４やＣ２Ｆ６、ＣＨＦ３などを用いたプラズマエッチング等により、第１保護膜６と第２保護膜８と第３保護膜１０とを部分的にエッチングして、図１６（ａ）に示すように、第１素子１ａに第１スリット１７、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第２スリット１８を形成して第１犠牲層５を部分的に露出させる。その際、第２素子１ｂの第１犠牲層５は第２犠牲層１１及び庇１２によって保護されるため、図１６（ｂ）に示すように、第２素子１ｂにも第１スリット１７及び第２スリット１８を形成してもよいし、第１スリット１７及び第２スリット１８を形成しなくてもよい。
【００６１】
次に、図１７に示すように、プラズマＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いて、回路基板２全面にＤＬＣを堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、図１７（ａ）に示すように、第１素子１ａのボロメータ薄膜７端部のコンタクトホール１６ａ近傍を除く領域に第２犠牲層１１を形成する。また、図１７（ｂ）に示すように、第２素子１ｂ上には、全面に第２犠牲層１１を形成する。
【００６２】
次に、図１８に示すように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを５０〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、第１素子１ａの赤外線受光面積を高めるため、及び、第２素子１ｂの第１犠牲層５を保護するための庇１２を形成する。
【００６３】
次に、図１９に示すように、ＣＦ４やＣ２Ｆ６、ＣＨＦ３などを用いたプラズマエッチング等により、庇１２を部分的にエッチングして、図１９（ａ）に示すように、第１素子１ａの温度検出部１４上部を露出させると共に、素子間の領域に第３スリット１９を形成して第２犠牲層１１を部分的に露出させる。また、図１９（ｂ）に示すように、第２素子１ｂ及び素子間の領域上の庇１２はエッチングせずに残存させ、第３スリット１９は形成しない。
【００６４】
そして、酸素を含む雰囲気中で加熱処理やプラズマ処理を行い、第１素子１ａ上の第２犠牲層１１を除去すると共に、第３スリット１９を介して隣接する素子のコンタクト４の間の第２犠牲層１１を除去し、更に、第１スリット１７及び第２スリット１８を介して第１犠牲層５を除去する。その際、第２素子１ｂ及び素子間の領域上には庇１２が残存しているため、第２犠牲層１１及び第１犠牲層５は残存することになる。
【実施例２】
【００６５】
次に、本発明の第２の実施例に係る熱型赤外線検出器及びその製造方法について、図２０乃至図２６を参照して説明する。図２０は、第２の実施例の熱型赤外線検出器の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は赤外線を検出する第１素子の断面図、（ｂ）は第１素子を補正するための第２素子の断面図である。また、図２１乃至図２６は、本実施例の熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【００６６】
前記した第１の実施例では、ボロメータ薄膜７の上層に電極配線９を形成する構成としたが、図２０に示すように、電極配線９を下層に形成し、その上層にボロメータ薄膜７を形成することも可能である。そのような構造の熱型赤外線検出器の製造方法について、図２１乃至図２６を参照して説明する。
【００６７】
まず、第１の実施例と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いて、回路基板２全面にＤＬＣを堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、コンタクト４を除く領域に第１犠牲層５を形成する。
【００６８】
次に、図２１に示すように、第１犠牲層５の上に、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを５０〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、第１保護膜６を形成する。その後、コンタクト４上の第１保護膜６を除去してコンタクトホール１６ｂを形成する。
【００６９】
次に、図２２に示すように、スパッタ法等によりＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの金属を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、電極配線９を形成する。この電極配線９はコンタクトホール１６ｂを介して回路基板２の読出回路２ａに接続される。
【００７０】
次に、図２３に示すように、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、電極配線９を保護する第２保護膜８を形成する。その後、図２４に示すように、第１犠牲層５上の電極配線９端部の第２保護膜８を除去してコンタクトホール１６ｃを形成する。
【００７１】
次に、図２５に示すように、第２保護膜８の上に、酸素雰囲気の反応性スパッタ等により酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３、ＶＯＸなど）や酸化チタン（ＴｉＯＸ）などを１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４となる部分にボロメータ薄膜７を形成する。その際、ボロメータ薄膜７を電極配線９の端部と重なるように形成し、コンタクトホール１６ｃを介してボロメータ薄膜７と電極配線９とを接続する。
【００７２】
次に、図２６に示すように、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを５０〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、ボロメータ薄膜７を保護する第３保護膜１０を形成する。
【００７３】
その後、第１の実施例と同様に、第１保護膜６と第２保護膜８と第３保護膜１０とを部分的にエッチングして、第１素子１ａに第１スリット１７、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第２スリット１８を形成して第１犠牲層５を部分的に露出させる。その後、酸素を含む雰囲気で加熱処理やプラズマ処理を行い、第１スリット１７及び第２スリット１８を介して第１犠牲層５を除去する。その際、第２素子１ｂには第１スリット１７及び第２スリット１８が形成されていないため、温度検出部１４下部及び隣接する素子のコンタクト４の間の領域には第１犠牲層５が残存することになる。
【００７４】
以上の工程を経て、図２０に示すように、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造の第１素子１ａと、温度検出部１４がＤＬＣからなる第１犠牲層５上に形成された第２素子１ｂとからなる熱型赤外線検出器が完成する。
【００７５】
なお、第１の実施例と同様に、第１素子１ａ上に庇１２を形成してもよい。その場合は、第１素子１ａに第１スリット１７、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第２スリット１８を形成して第１犠牲層５を部分的に露出させる。次に、ボロメータ薄膜７端部のコンタクト１６ｃ近傍を除く領域に第２犠牲層１１を形成する。次に、第１素子１ａ上に庇１２を形成し、第１素子１ａ上の庇１２を部分的にエッチングして、第１素子１ａの温度検出部１４上部を露出させると共に、素子間の領域に第３スリット１９を形成して第２犠牲層１１を部分的に露出させる。その後、酸素を含む雰囲気で加熱処理やプラズマ処理を行い、第１素子１ａ及び第２素子１ｂ上の第２犠牲層１１を除去すると共に、第３スリット１９を介して隣接する素子間の第２犠牲層１１を除去し、更に、第１スリット１７及び第２スリット１８を介して第１犠牲層５を除去する。その際、第２素子１ｂには第１スリット１７及び第２スリット１８が形成されていないため、温度検出部１４下部及び素子間の領域には第１犠牲層５が残存することになる。
【００７６】
また、第１素子１ａ上に第２犠牲層１１及び庇１２を残存させてもよい。その場合は、第１素子１ａ（及び、必要に応じて第２素子１ｂ）に第１スリット１７、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第２スリット１８を形成して第１犠牲層５を部分的に露出させる。次に、ボロメータ薄膜７端部のコンタクト１６ｃ近傍を除く領域に第２犠牲層１１を形成する。次に、第１素子１ａ及び第２素子１ｂ上に庇１２を形成し、第１素子１ａ上の庇１２を部分的にエッチングして、第１素子１ａの温度検出部１４上部を露出させると共に、素子間の領域に第３スリット１９を形成して第２犠牲層１１を部分的に露出させる。その後、酸素を含む雰囲気で加熱処理やプラズマ処理を行い、第１素子１ａ上の第２犠牲層１１を除去すると共に、第３スリット１９を介して隣接する素子間の第２犠牲層１１を除去し、更に、第１スリット１７及び第２スリット１８を介して第１素子１ａの第１犠牲層５を除去する。その際、第２素子１ｂには庇１２が残存しているため、温度検出部１４下部及び素子間の領域には第１犠牲層５が残存することになる。
【実施例３】
【００７７】
次に、本発明の第３の実施例に係る熱型赤外線検出器及びその製造方法について、図２７乃至図３４を参照して説明する。図２７は、第３の実施例の熱型赤外線検出器の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は赤外線を検出する第１素子の断面図、（ｂ）は第１素子を補正するための第２素子の断面図である。また、図２８乃至図３４は、本実施例の熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【００７８】
前記した第１及び第２の実施例では、第１素子１ａ及び第２素子１ｂの外側は凹状になっているが、第１犠牲層５としてＤＬＣを用いた場合、第１犠牲層５の側壁はほぼ垂直になり、その側壁にスパッタ等で電極配線９を形成すると、電極配線９が細くなって抵抗が高くなったり、支持部１３の強度が小さくなることが考えられる。一方、ＤＬＣは上述したように非常に堅く、容易に変形しないため、様々なプロセスを適用することができる。そこで、本実施例では、図２７に示すように、第１素子１ａ及び第２素子１ｂの外側のコンタクト４を含む領域に設けられた凹部（すなわち、第１犠牲層５が形成されずに凹状となった部分）を金属等で埋め込んで平坦化し、電極配線９を水平に引き出すようにして上記問題を解決する。そのような構造の熱型赤外線検出器の製造方法について、図２８乃至図３４を参照して説明する。
【００７９】
まず、第１の実施例と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いて、回路基板２全面にＤＬＣを堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、コンタクトホール１６ａを除く領域に第１犠牲層５を形成する。次に、第１犠牲層５の上に第１保護膜６を形成する。
【００８０】
次に、図２８に示すように、スパッタ法又はメッキ法等を用いてＣｕなどを成膜して第１素子１ａ及び第２素子１ｂの外側の凹部を金属２０ａで埋設する。この金属２０ａは、コンタクト４と電極配線９とを接続するために電気抵抗が小さく、かつ、研磨可能な材料であれば良い。
【００８１】
次に、図２９に示すように、機械的研磨や機械化学的研磨により、第１犠牲層５上部の金属２０ａを切削して、第１素子１ａ及び第２素子１ｂの外側の凹部に埋め込み層２０を形成する。なお、第１素子１ａ及び第２素子１ｂの外側の凹部は、第１素子１ａ及び第２素子１ｂの周囲の任意の位置で分断されており、素子の左右の埋め込み層２０は電気的に接続されていない。また、ここでは、第１保護膜６が残るように研磨しているが、例えば、第１犠牲層５上部の第１保護膜６も切削し、その後、再び第１保護膜６を形成してもよい。
【００８２】
次に、図３０に示すように、第１保護膜６の上に、酸素雰囲気の反応性スパッタ等により酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３、ＶＯＸなど）や酸化チタン（ＴｉＯＸ）などを１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４となる部分にボロメータ薄膜７を形成する。
【００８３】
次に、図３１に示すように、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、ボロメータ薄膜７を保護する第２保護膜８を形成する。その後、図３２に示すように、第１犠牲層５上のボロメータ薄膜７端部の第２保護膜８及び埋め込み層２０上の第２保護膜８（又は第１保護膜６及び第２保護膜８）を除去してコンタクトホール１６ｄを形成する。
【００８４】
次に、図３３に示すように、スパッタ法等によりＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの金属を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、電極配線９を形成する。この電極配線９はコンタクトホール１６ｄを介してボロメータ薄膜７に接続されると共に、コンタクトホール１６ｄ及び埋め込み層２０を介して回路基板２内の読出回路２ａに接続される。なお、本実施例では、第１素子１ａ及び第２素子１ｂの外側の凹部は埋め込み層２０によって平坦化されているため、電極配線９の膜厚が薄くなることはなく、電極配線９の抵抗が増加するといった問題を回避することができる。
【００８５】
次に、図３４に示すように、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などを５０〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、電極配線９を保護する第３保護膜１０を形成する。
【００８６】
その後、第１の実施例と同様に、第１保護膜６と第２保護膜８と第３保護膜１０とを部分的にエッチングして、第１素子１ａに第１スリット１７、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第２スリット１８を形成して第１犠牲層５を部分的に露出させる。その後、酸素を含む雰囲気で加熱処理やプラズマ処理を行い、第１スリット１７及び第２スリット１８を介して第１犠牲層５を除去する。その際、第２素子１ｂには第１スリット１７及び第２スリット１８が形成されていないため、温度検出部１４下部及び隣接する素子のコンタクト４の間の領域には第１犠牲層５が残存することになる。
【００８７】
以上の工程を経て、図２７に示すように、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造の第１素子１ａと、温度検出部１４がＤＬＣからなる第１犠牲層５上に形成された第２素子１ｂとからなる熱型赤外線検出器が完成する。
【００８８】
なお、本実施例においても、第１の実施例と同様に、第１素子１ａ上に庇１２を形成してもよい。その場合は、第１素子１ａに第１スリット１７、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第２スリット１８を形成して第１犠牲層５を部分的に露出させる。次に、ボロメータ薄膜７端部のコンタクト１６ｃ近傍を除く領域に第２犠牲層１１を形成する。次に、第１素子１ａ上に庇１２を形成し、第１素子１ａ上の庇１２を部分的にエッチングして、第１素子１ａの温度検出部１４上部を露出させると共に、素子間の領域に第３スリット１９を形成して第２犠牲層１１を部分的に露出させる。その後、酸素を含む雰囲気で加熱処理やプラズマ処理を行い、第１素子１ａ及び第２素子１ｂ上の第２犠牲層１１を除去すると共に、第３スリット１９を介して隣接する素子間の第２犠牲層１１を除去し、更に、第１スリット１７及び第２スリット１８を介して第１犠牲層５を除去する。その際、第２素子１ｂには第１スリット１７及び第２スリット１８が形成されていないため、温度検出部１４下部及び素子間の領域には第１犠牲層５が残存することになる。
【００８９】
また、第１素子１ａ上に第２犠牲層１１及び庇１２を残存させてもよい。その場合は、第１素子１ａ（及び、必要に応じて第２素子１ｂ）に第１スリット１７、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第２スリット１８を形成して第１犠牲層５を部分的に露出させる。次に、ボロメータ薄膜７端部のコンタクト１６ｃ近傍を除く領域に第２犠牲層１１を形成する。次に、第１素子１ａ及び第２素子１ｂ上に庇１２を形成し、第１素子１ａ上の庇１２を部分的にエッチングして、第１素子１ａの温度検出部１４上部を露出させると共に、素子間の領域に第３スリット１９を形成して第２犠牲層１１を部分的に露出させる。その後、酸素を含む雰囲気で加熱処理やプラズマ処理を行い、第１素子１ａ上の第２犠牲層１１を除去すると共に、第３スリット１９を介して隣接する素子間の第２犠牲層１１を除去し、更に、第１スリット１７及び第２スリット１８を介して第１素子１ａの第１犠牲層５を除去する。その際、第２素子１ｂには庇１２が残存しているため、温度検出部１４下部及び素子間の領域には第１犠牲層５が残存することになる。
【００９０】
また、第３の実施例では、第１の実施例の製造方法に対して、素子の外側の凹部を金属で埋め込む場合を示したが、第２の実施例の製造方法に対して、素子の外側の凹部を金属で埋め込むこともできる。また、第３の実施例では、第１素子１ａと第２素子１ｂとが混在する熱型赤外線検出器に対して、素子の外側の凹部を金属で埋め込む場合を示したが、本実施例の製造方法は、赤外線を検出する素子のみで構成される（すなわち、第２素子１ｂのない）熱型赤外線検出器に対して適用可能である。
【００９１】
また、上記各実施例では、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に形成した第１犠牲層５を除去する構成としたが、この第１犠牲層５は除去せずに残存させてもよい。また、上記各実施例では、隣接する素子のコンタクト４の間の領域に第１犠牲層５を形成して凸状にしているが、第１の実施例及び第２の実施例に関しては、コンタクト４間の領域に第１犠牲層５を形成しなくてもよい。
【００９２】
また、上記各実施例は、本発明の熱型赤外線検出器の製造方法の一例であり、各構成部材の膜厚や形状、製造条件等は特に限定されない。また、上記各実施例では、熱型赤外線検出器の犠牲層にＤＬＣを用いる場合を示したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、赤外線以外の波長の光や電磁波（例えば、ＴＨｚ波）を検出する同様の構造の検出器に対しても同様に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、空洞部を介して中空に保持される検出素子と、犠牲層上に配置される補正用素子とを備える検出器、特に、熱型赤外線検出器及びその製造方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の構成を示す断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図９】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図１１】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の他の構成を示す断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図１２】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図１３】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図１４】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図１５】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の他の構成を示す断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図１６】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図１７】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図１８】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図１９】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図２０】本発明の第２の実施例に係る熱型赤外線検出器の構成を示す断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図２１】本発明の第２の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図２２】本発明の第２の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図２３】本発明の第２の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図２４】本発明の第２の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図２５】本発明の第２の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図２６】本発明の第２の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図２７】本発明の第３の実施例に係る熱型赤外線検出器の構成を示す断面図であり、（ａ）は第１素子、（ｂ）は第２素子である。
【図２８】本発明の第３の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図２９】本発明の第３の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図３０】本発明の第３の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図３１】本発明の第３の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図３２】本発明の第３の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図３３】本発明の第３の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図３４】本発明の第３の実施例に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図３５】従来の信号読出回路を示す図である。
【図３６】従来の熱型赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１ａ  第１素子
１ｂ  第２素子
２  回路基板
２ａ  読出回路
３  反射膜
４  コンタクト
５  第１犠牲層（ＤＬＣ）
６  第１保護膜
７  ボロメータ薄膜
８  第２保護膜
９  電極配線
１０  第３保護膜
１１  第２犠牲層
１２  庇
１３  支持部
１４  温度検出部
１５  空洞部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ  コンタクトホール
１７  第１スリット
１８  第２スリット
１９  第３スリット
１０１  第１感熱抵抗体
１０２  ダミー抵抗体である第２感熱抵抗体
１０３  カレントミラー回路
１０４ａ  第１スイッチ
１０４ｂ  第２スイッチ
１０４ｃ  第３スイッチ
１０５ａ  第１ノード
１０５ｂ  第２ノード
１０５ｃ  第３ノード
１０６  容量
１０７  インバータ
１２１  第１素子
１２２  第２素子
１２３  シリコン基板
１２４  支持台
１２５  保護部材
１２６  空洞部
１２７  犠牲層
１３１  第１ボロメータ薄膜
１３２  第２ボロメータ薄膜
【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】
0004978501.tif 000007
【図７】
0004978501.tif 000008
【図８】
0004978501.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004978501.tif 000013
【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】
0004978501.tif 000019
【図１９】
0004978501.tif 000020
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
0004978501.tif 000031
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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