(57)【要約】【課題】検出感度の向上が可能な偏光赤外線検出素子を提供する【解決手段】基板８から分離された受光部１と、受光部１を基板８の上方に配置させる蛇行形状の支持梁２とを備える偏光赤外線検出素子であって、受光部１に入射する光の波長λを基準としてλ／２以下の間隔で配置した複数の長手梁２ａを接続梁２ｂで直列に接続して蛇行形状の支持梁２を形成し、受光部１を、支持梁２から下方に突出形成した支柱５の下端に接続して支持梁２の下方に配置して、受光部の開口率と支持梁の長さとをそれぞれ独立に設計できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板から分離された受光部と、
前記受光部を支持する蛇行形状の支持梁と
を備える偏光赤外線検出素子であって、
前記受光部を、前記支持梁から下方に突出形成した支柱の下端に接続して、前記支持梁の下に配置した
ことを特徴とする偏光赤外線検出素子。
【請求項２】
前記蛇行形状の支持梁は、互いに平行に配置された複数の長手梁を接続梁で直列に接続して形成され、
前記複数の長手梁は、前記受光部が受光する光の波長よりも短い所定間隔で配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光赤外線検出素子。
【請求項３】
前記受光部にはスリット状に開口が形成されており、
前記開口は、前記受光部を前記支持梁側から見て、前記長手梁と重なる位置に形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の偏光赤外線検出素子。
【請求項４】
前記支持梁の上面には反射層が設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の偏光赤外線検出素子。
【請求項５】
前記受光部は、前記基板の幅方向における中心を挟んで一方側に位置する第１受光部と他方側に位置する第２受光部とからなり、
前記支持梁は、前記第１受光部を支持する第１支持梁と、前記第２受光部を支持する第２支持梁とからなり、
前記第１受光部と前記第２受光部とは、受光面を前記中心側に向けた状態で前記中心を挟んで対称となるように、前記基板に対して所定角度傾けて配置されており、
前記第１支持梁と前記第２支持梁は、前記第１支持梁の長手梁の延出方向と前記第２支持梁の長手梁の延出方向とが互いに直交するように配置される
ことを特徴とする請求項２に記載の偏光赤外線検出素子。
【請求項６】
複数の偏光赤外線検出素子を並べて形成される偏光赤外線検出素子アレイであって、
前記偏光赤外線検出素子は、
基板から分離された受光部と、
前記受光部を支持する蛇行形状の支持梁とを備え、
前記蛇行形状の支持梁は、上面視において互いに平行に配置された複数の長手梁を接続梁で直列に接続して形成され、
前記偏光赤外線検出素子アレイにおいて隣接する偏光赤外線検出素子のうちの一方の偏光赤外線検出素子の長手梁の延出方向と、他方の偏光赤外線検出素子の長手梁の延出方向とが、それぞれ異なる方向となるように、前記一方の偏光赤外線検出素子と他方の偏光赤外線検出素子とを配置した
ことを特徴とする偏光赤外線検出素子アレイ。
【請求項７】
前記一方の偏光赤外線検出素子の出力と他方の偏光赤外線検出素子の出力は、共通の接続線を介して外部に出力される
ことを特徴とする請求項６に記載の偏光赤外線検出素子アレイ。
【請求項８】
基板から分離された受光部と、前記受光部を支持する蛇行形状の支持梁とを備え、前記受光部を前記支持梁から下方に突出形成した支柱の下端に接続した偏光赤外線検出素子の製造方法であって、
（ａ）前記基板の上面に第１犠牲層を形成する工程と、
（ｂ）前記第１犠牲層の上面の前記受光部に対応する領域に赤外線吸収層を形成する工程と、
（ｃ）前記第１犠牲層の上面の前記赤外線吸収層を覆うように、第２犠牲層を形成する工程と、
（ｄ）第２犠牲層の前記支柱に対応する領域を除去して、底部に前記赤外線吸収層が露出する開口を形成する工程と、
（ｅ）前記第２犠牲層の上面と前記開口に絶縁層を形成する工程と、
（ｆ）前記絶縁層の前記支持梁に対応する領域を残して、前記絶縁層を除去する工程と
（ｇ）前記基板の一部と、前記第１犠牲層と、前記第２犠牲層とを除去して、前記偏光赤外線検出素子を得る工程とからなる偏光赤外線検出素子の製造方法。
【請求項９】
前記赤外線吸収層を形成する工程は、
（ｂ１）前記第１犠牲層の上面の前記受光部に対応する領域に第１赤外線吸収層を形成する工程と
（ｂ２）前記第１赤外線吸収層の上面に、所定形状の感温材料層を形成する工程と、
（ｂ３）前記第１赤外線吸収層の上面の前記感温材料層を覆うように、第２赤外線吸収層を設けて前記赤外線吸収層とする工程とからなり、
前記絶縁層を形成する工程は、
（ｅ１）前記第２犠牲層の上面と前記開口に第１絶縁層を形成する工程と、
（ｅ２）前記第１絶縁層の前記支柱に対応する領域を除去して、底部に前記感温材料層が露出する開口を形成する工程と、
（ｅ３）前記第１絶縁層の上面の所定範囲に金属層を形成すると共に、前記底部に感温材料層が露出する開口内に金属を充填する工程と、
（ｅ４）前記第１絶縁層上に第２絶縁層を設けて前記絶縁層とする工程とを含む
ことを特徴とする請求項８に記載の偏光赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁層を形成する工程は、
（ｅ１）前記第２犠牲層の上面と前記開口に第１絶縁層を形成する工程と、
（ｅ２）第１絶縁層の前記支柱に対応する領域を除去して、底部に前記赤外線吸収層が露出する開口を形成する工程と
（ｅ３）前記第１絶縁層と前記開口に、感温材料層を形成する工程と、
（ｅ４）前記第１絶縁層の上に第２絶縁層を設けて前記絶縁層とする工程とを含む
ことを特徴とする請求項８に記載の偏光赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁層を除去する工程は、
（ｆ１）前記絶縁層の上面に反射層を形成する工程と、
（ｆ２）前記反射層と前記絶縁層の前記支持梁に対応する領域を残して、前記反射層と前記絶縁層とを除去する工程とを含む
ことを特徴とする請求項８に記載の偏光赤外線検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光赤外線検出素子およびその製造方法、並びに複数の偏光赤外線検出素子を並べて形成される偏光赤外線検出素子アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の方向に振動する赤外線を検出する偏光赤外線検出素子として、例えば特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１には、ボロメータである金属トラックを受光部に形成し、かつ形成した金属トラックを特定の方向に延出させて偏光グリッドとして機能するようにすることで、偏光グリッドと一体化された受光部を有する偏光赤外線検出素子とし、これにより特定の方向に振動する赤外線を検出できるようにすることが開示されている。
【特許文献１】特表２００３−５０７９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
偏光赤外線検出素子の大きさを変えずに検出感度を向上させる方法として、支持梁を伸ばして熱抵抗を上げることや、受光部の開口率（吸収率）を上げることが考えられる。
しかし、従来の偏光赤外線検出素子では、受光部と支持梁とが同一平面上に位置するので、支持梁を伸ばして熱抵抗を上げようとすると受光部の大きさが小さくなり、受光部を大きくして開口率を上げようとすると支持梁の長さが短くなるというように、受光部の大きさと支持梁の長さとがトレードオフの関係にある。そのため、検出感度を上げることが困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は、検出感度の向上が可能な偏光赤外線検出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基板から分離された受光部と、受光部を支持する蛇行形状の支持梁とを備える偏光赤外線検出素子であって、受光部を支持梁から下方に突出形成した支柱の下端に接続して、支持梁の下に配置させる構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、受光部は、支持梁と同一平面ではなく、支持梁の下方に位置する。よって、受光部の大きさと支持梁の長さとがトレードオフの関係になく、受光部の開口率と支持梁の長さとをそれぞれ独立に設計できるので、受光部の検出感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する。
図１および図２は、第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する図であり、図１の（ａ）は平面図、図１の（ｂ）は（ａ）におけるＸ―Ｘ線断面図、図２は、図１に示す偏光赤外線検出素子の支持梁と受光部の部分を抜き出して示す分解斜視図である
【０００８】
偏光赤外線検出素子２０は、赤外線を受光する受光部１と、受光部１を基板８の上方に配置させる蛇行形状の支持梁２とを備える。
受光部１は、ＳｉＮやＳｉＯ２などから構成され、その略中央部において、支持梁２から基板８側（下方側）に突出形成された支柱５の下端と接続する。
これにより、受光部１は、基板８に形成された空隙９内に支持梁２から吊り下げられた状態で位置し、基板８から空隙９を隔てて熱分離された状態とされる。
【０００９】
図２に示すように、受光部１は、上面視において矩形形状を有しており、その内部には、温度検出部４が設けられている。
温度検出部４は、赤外線を受光した受光部１の温度変化に応じて電気抵抗が変化するボロメータであり、ＴｉやａＳｉなどから構成される。
温度検出部４は、受光部１の上面に露出する内部コンタクト６を介して、支柱５内に形成された配線３と接続する（図１の（ｂ）参照）。
【００１０】
支持梁２は、互いに平行に配置された複数の長手梁２ａを、長手梁２ａと直交する方向に延びる接続梁２ｂにより直列に接続して形成され、上面視において蛇行形状を有している。
隣接する長手梁２ａの距離（ピッチ）Ｄは、受光部１が受光する光（赤外線）の波長λに応じて設定され、例えばＤ＜λ／２となるように設定される。
【００１１】
このようにすることで、隣接する長手梁２ａの間の隙間（スリット）１０が、特定方向に振動する赤外線のみを、支持梁２の下方に位置する受光部１に到達させる偏光グリッドとして機能する。
【００１２】
ここで、画素のサイズが４０μｍ角で、入射する赤外線の波長λが１０μｍの場合、偏光グリッドの周期のピッチＤがλ／２以下であれば、支持梁２が偏光グリッドとして機能し、さらに、ピッチがλ／５以下であれば、偏光グリッドとしての機能が十分に発揮される。
そこで、実施例にかかる偏光赤外線検出素子の場合、偏光グリッドとしての機能が十分に発揮されるようにするために、ピッチＤを２μｍとしている。
【００１３】
支持梁２の蛇行形状の部分は、上面視において矩形形状を有する受光部１の範囲内に収まるように形成されており、支持梁２の両端はそれぞれ延長されて、基板８から上方に突出形成された基枠部１１に接続している。
【００１４】
支持梁２の長さ方向における略中央部には、支持梁２の下方に位置する基板８に向けて突出する支柱５が設けられており、支柱５の下端には、受光部１が連結されている。
支持梁２と支柱５の内部には、アルミなどの金属からなる配線３が設けられており、配線３は、一端が支柱５内に設けた配線を介して受光部１の内部コンタクト６と接続すると共に、他端が外部コンタクト７を介して外部配線、例えばバイアス線や信号線と接続している。
【００１５】
ここで、支持梁２の上面に反射膜を設けて、支持梁２の偏光グリッドとしての機能が補助されるようにしても良い。また、支持梁２内部に設けた配線３が反射膜としても機能するようにしても良い。
【００１６】
図１に示す偏光赤外線検出素子に入射する赤外線から特定の偏光成分を検出する原理を説明する。
図１の（ｂ）に示すように、受光部１の上方には支持梁２が位置している。
支持梁２の各長手梁２ａは、受光部１に入射する赤外光の波長λの半分以下のピッチ（周期）で互いに平行となるように配置されており、支持梁２の蛇行形状の部分が、偏光グリッドとして機能するようにされている。
【００１７】
よって、無偏光な赤外線が入射すると、蛇行状に形成された支持梁２が偏光グリッドとして機能して、長手梁２ａの長手方向に平行な電場の光は反射され、垂直な電場の光は透過される。
よって、一方向に偏光した赤外線のみが、隣接する長手梁２ａの間の隙間１０を通過して、受光部１に入射する。
【００１８】
隙間１０を通過した赤外線が受光部１に到達して受光部１に吸収されると、吸収した赤外線のエネルギーにより受光部１の温度が上昇してボロメータの抵抗が変化する。よって、ボロメータの抵抗変化を出力とすることで、赤外線の偏光成分を検出できる。
【００１９】
第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する。
図３〜図５は、第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。なお、図３〜図５の各図は、図１の（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図の部分に相当する。また、説明の便宜上、各層の構成が判りやすくなるように、各層の厚みは若干誇張して図面において表記する。
【００２０】
第１−１工程において、基板８（シリコン基板）の上面の偏光赤外線検出素子を形成する領域に、ＣＶＤ法によりポリシリコン（ｐｏｌｙ  Ｓｉ）を堆積させて、第１犠牲層５０を形成する。この状態が図３の（ａ）である。
【００２１】
第１−２工程において、第１犠牲層５０の上面の所定範囲に、ＣＶＤ法によりＳｉＮを堆積させて、赤外線吸収層５１を形成する。この状態が図２の（ｂ）である。
なお、ここでは、赤外線吸収層５１を構成する材料としてＳｉＮを用いたが、赤外線を吸収することのできる材料であれば、例えばＳｉＯ２などの他の材料を用いても良い。
【００２２】
第１−３工程において、赤外線吸収層５１の上面に、スパッタリングなどにより、ボロメータとなるＴｉを堆積させる。そして、形成されたＴｉ層５２のパターンニングをドライエッチングなどにより行って、例えば図２の温度検出部４の形状に整合する形状のＴｉ層５２を赤外線吸収層５１の上に形成する。さらに、赤外線吸収層５１の上面のＴｉ層５２を覆うように、ＳｉＮを再度堆積させる。
これにより、内部にＴｉ層５２（感温材料層）が形成された赤外線吸収層５３が形成され、これが最終的に形成される偏光赤外線検出素子の受光部１となる。この状態が図３の（ｃ）である。
【００２３】
第１−４工程において、第１犠牲層５０の上面の赤外線吸収層５３を覆うように、第１犠牲層５０の上面の全面に亘ってポリシリコンを堆積させて、第２犠牲層５４を形成する。この状態が図３の（ｄ）である。
【００２４】
第１−５工程において、最終的に形成される偏光赤外線検出素子の支柱５を形成するために、第２犠牲層５４の所定領域を、ドライエッチングにより除去して開口５５を形成する。この状態が図４の（ａ）である。
【００２５】
第１−６工程において、ＣＶＤ法などにより、ＳｉＯ２を第２犠牲層５４の上に堆積させて絶縁層５６を形成したのち、ドライエッチングにより、絶縁層５６の所定領域を除去して開口５６ａを形成する。この際、Ｔｉ層５２が、開口５６ａの底部に露出するまでドライエッチングを行う。この状態が図４の（ｂ）である。
【００２６】
第１−７工程において、スパッタリングやＣＶＤ法などにより、絶縁層５６の上面と開口５６ａ内にアルミを堆積させる。そして、絶縁層５６の上面に形成したアルミ層のパターンニングをドライエッチングなどにより行って、絶縁層５６の上面に、所望の形状の配線（アルミ配線）５８を形成する。この状態が図４の（ｃ）である。
なお、ここでは、偏光赤外線検出素子２０の支持梁２の内部に形成される配線３の形状に整合する形状の配線５８を形成する。
【００２７】
第１−８工程において、絶縁層５６の上面とこの絶縁層５６に形成した配線５８を覆うように、ＳｉＯ２を堆積させて絶縁層５７を形成する。この状態が図５の（ａ）である。
【００２８】
第１−９工程において、絶縁層５７のドライエッチングを行って、支持梁２の形状に対応する領域が、第２犠牲層５４の上に残るようにする。この状態が図５の（ｂ）である。
【００２９】
第１−１０工程において、ヒドラジンや水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などのアルカリ性のエッチング液を用いて、第１犠牲層５０と第２犠牲層５４とを除去して、受光部１と支持梁２を形成する。そして、基板８の（１１１）面を露出させる結晶異方性エッチングを行って、受光部１の下方に空隙９を形成する。
これにより、受光部１が基板８から熱的に分離された熱分離構造が形成される。この状態が図５（ｃ）である。
以上の工程を経て、第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子２０が形成される。
【００３０】
なお、支持梁２の上面に反射膜を形成する場合には、例えば上記した絶縁層５７のドライエッチングを行って支持梁２の形状に対応する領域が第２犠牲層５４の上に残るようにする工程（第１−９工程、図５の（ｂ）参照）を行う前に、絶縁層５７の上面に、最終的に形成される偏光赤外線検出素子２０の支持梁２の形状と整合する形状の反射膜の層を形成する。
【００３１】
図６および図７は、イメージセンサを構成する複数の偏光赤外線検出素子の配置例を示す図である。
第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子を複数用いてイメージセンサを構成する場合、イメージセンサは、複数の偏光赤外線検出素子をアレイ状に並べて形成する。
この際、図６に示すように、隣り合う偏光赤外線検出素子１００、２００において、一方の偏光赤外線検出素子１００の長手梁１０２ａが、他方の偏光赤外線検出素子２００の長手梁２０２ａと直交する方向に位置するように、隣り合う偏光赤外線検出素子１００、２００の配置を決定することが好ましい。
このようにすることで、偏光赤外線検出素子１００と偏光赤外線検出素子２００とで、それぞれ異なる偏光方向の赤外線を受光するので、２つの偏光画像を得ることができるからである。
【００３２】
また、この場合において、図７に示すように、隣接する偏光赤外線検出素子１００と偏光赤外線検出素子２００とが、同じ信号線３００とバイアス線４００を共有するようにすることが好ましい。
このようにすることで、図６に示す場合のように信号線とバイアス線とを格子状に設ける必要がないので、配線の数を減らすことができる。
【００３３】
以上の通り、本実施例では、基板８から分離された受光部１と、受光部１を基板８の上方に配置させる蛇行形状の支持梁２とを備える偏光赤外線検出素子２０であって、受光部１を、支持梁２から下方に突出形成した支柱５の下端に接続して、支持梁２の下方に配置させる構成とした。
これにより、受光部１と支持梁２とが、同一平面ではなく、独立して別の階層に形成される。よって、受光部１の大きさと支持梁の長さとがトレードオフの関係になく、互いに干渉しあうことはないので、受光部１の開口率と支持梁の長さとをそれぞれ独立に設計できる。よって、受光部１の面積を大きくして開口率を上げる、支持梁２の長さを長くして熱抵抗を上げることなどにより、検出感度を向上させることができる。
【００３４】
また、蛇行形状の支持梁２は、上面視において互いに平行に配置された複数の長手梁２ａを、長手梁２ａと直交する方向に延びる接続梁２ｂで直列に接続して形成され、複数の長手梁２ａは、受光部１に入射する光の波長よりも短い所定間隔Ｄで配置されている構成とした。
これにより、例えば複数の長手梁２ａが、受光部１に入射する光の波長λを基準としてλ／２以下、好ましくはλ／５以下のピッチで配置されていると、支持梁２が偏光グリッドとして機能して、特定の方向（長手梁２ａの延出方向に対して直交する方向）に振動する赤外線のみが支持梁２の下方に位置する受光部１で受光されるようになる。
よって、特定の方向に振動する赤外線を検出する偏光機能を有する偏光赤外線検出素子とすることができる。
【００３５】
また、偏光赤外線検出素子を複数並べて偏光赤外線検出素子アレイを形成する場合、偏光赤外線検出素子アレイにおいて隣接する偏光赤外線検出素子１００、２００のうちの一方の偏光赤外線検出素子１００の長手梁１０２ａの延出方向と、他方の偏光赤外線検出素子２００の長手梁２０２ａの延出方向とが、それぞれ異なる方向となり、例えば、長手梁１０２ａの延長線と長手梁２０２ａの延長線とが、互いに所定角度、好ましくは９０度で交差するように、一方の偏光赤外線検出素子１００と他方の偏光赤外線検出素子２００とが配置する構成とした。
これにより、偏光赤外線検出素子１００と偏光赤外線検出素子２００とで、異なる偏光成分を検出することができる。
【００３６】
さらに、支持梁２の上面には反射層が設けられている構成としたので、支持梁２の偏光グリッドとしての機能が強化される。
【００３７】
この際に、偏光赤外線検出素子１００の出力と偏光赤外線検出素子２００の出力とが、基板８（基枠部１１）に設けられた共通の配線（例えば、信号線３００、バイアス線４００）を介して外部に出力されるようにしたので、偏光赤外線検出素子アレイにおける配線のための領域を狭くすることができ、偏光赤外線検出素子アレイの小面積化が可能になる。
【００３８】
ここで、例えば、車両前方画像を取得し、取得した画像から歩行者を検出する歩行者検出装置において、当該歩行者検出装置の撮像装置に偏光赤外線素子が搭載された場合、車両前方に存在する歩行者が、水溜りの前にいる場合に、従来より用いられている偏光機能を持たない赤外線検出素子であると、歩行者と水溜りに映っている歩行者の両方を検出してしまう虞があるが、偏光機能を有する偏光赤外線検出素子であると、水溜りに映っている歩行者像からの赤外線と、歩行者自身から検出される赤外線とは振動方向が異なるため、水溜りに写っている歩行者を誤検出することを防止できる。
【００３９】
図８は、偏光赤外線検出素子の受光部の変形例を説明する斜視図である。
変形例に係る受光部１’には、縦長の開口３０がスリット状に複数設けられている。
開口３０は、受光部１’の上面視において長手梁２ａと整合する位置、すなわち長手梁２ａの直下の位置に長手梁２ａに沿って形成されている。
このような構成の受光部１’とすると、受光部１’の受光面は、受光部１’の上方に位置する支持梁２の長手梁２ａの間の隙間の真下にのみ形成されることになる。よって、赤外線の受光量を変化させることなく、受光部１’の体積を小さくすることができる。また、受光部１’の熱容量を低減させることができるので、熱時定数を高速化できる。
【００４０】
なお、図８では、縦長の開口３０をスリット状に複数設ける場合を例示したが、開口３０の代わりに、開口３０が形成されている領域に熱容量の低い材料を充填した受光部としても良い。
【００４１】
図９は、第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す偏光赤外線検出素子の支持梁と受光部の部分を抜き出して示す斜視図である
なお、以下の説明において、第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子２１の構成要素のうち、上記した第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子２０のものと同じものは、同一の符号を付して示すものとする。
【００４２】
第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する。
第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子２１では、温度検出部は支持梁２に形成されたサーモパイルである。
上面視において蛇行形状を有する支持梁２の内部には、Ｐ型ポリシリコン６０とＮ型ポリシリコン６１とからなるサーモパイルが設けられており、Ｐ型ポリシリコン６０とＮ型ポリシリコン６１とが、温点である支柱５で内部コンタクト６を介して直列に接続されている。
この偏光赤外線検出素子では、受光部１が赤外線を受光して受光部１の温度が上昇すると、サーモパイルの温点と冷点との間に温度差が生じ、温度差に比例した起電力が外部コンタクト７を介して出力される。
この第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子２１の他の部分は、上記した第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子２０と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４３】
第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する。
図１０〜図１２は、第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。なお、図１０〜図１２の各図は、図９の（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図の部分に相当する。また、説明の便宜上、各層の構成が判りやすくなるように、各層の厚みは若干誇張して図面において表記する。
【００４４】
第２−１工程において、基板８の上面の偏光赤外線検出素子を形成する領域に、ＣＶＤ法によりポリシリコン（ｐｏｌｙ  Ｓｉ）を堆積させて、第１犠牲層５０を形成する。この状態が図１０の（ａ）である。
【００４５】
第２−２工程において、第１犠牲層の上面の所定範囲に、ＣＶＤ法によりＳｉＮを堆積させて、最終的に形成される偏光赤外線検出素子２１の受光部１となる赤外線吸収層５３を形成する。この状態が図１０の（ｂ）である。
なお、ここでは、赤外線吸収層を構成する材料としてＳｉＮを用いたが、赤外線を吸収することのできる材料であれば、例えばＳｉＯ２などの他の材料を用いても良い。
【００４６】
第２−３工程において、第１犠牲層５０の上面の赤外線吸収層５３を覆うように、第１犠牲層５０の上面の全面に亘って、ポリシリコンを堆積させて、第２犠牲層５４を形成する。この状態が図１０の（ｃ）である。
【００４７】
第２−４工程において、最終的に形成される偏光赤外線検出素子２１の支柱５を形成するために、第２犠牲層５４の所定領域を、ドライエッチングにより除去して開口５４ａを形成する。この状態が図１０の（ｄ）である。
【００４８】
第２−５工程において、ＣＶＤ法などにより、ＳｉＯ２を第２犠牲層５４の上に堆積させて絶縁層５６を形成する。この状態が図１１の（ａ）である。
【００４９】
第２−６工程において、ＣＶＤ法などにより、絶縁層５６の上にポリシリコンを堆積してポリシリコン層を形成したのち、ポリシリコン層のＰ型ポリシリコンを形成する領域にボロンを打ち込んで、Ｐ型ポリシリコン６０を形成する。さらに、ポリシリコン層のＮ型ポリシリコンを形成する領域にリンを打ち込んで、Ｎ型ポリシリコン６１を形成する。
そして、ドライエッチングによるパターニングにより、サーモパイルの温度検出部となる部分を形成する。この状態が図１１の（ｂ）である。
【００５０】
第２−７工程において、Ｐ型ポリシリコン６０、Ｎ型ポリシリコン６１を覆うようにＳｉＯ２を堆積させて、サーモパイルを保護する絶縁層５７とする。この状態が図１１の（ｃ）である。
【００５１】
第２−８工程において、ドライエッチングにより、最終的に形成される偏光赤外線検出素子の支柱５となる絶縁層５７の所定領域を除去して開口を形成し、スパッタリングやＣＶＤ法などにより、絶縁層５７の上面と開口内にアルミを堆積させる。ここで、開口内に充填したアルミが内部コンタクト６となる。
そして、絶縁層５７上面に形成したアルミの層のパターンニングをドライエッチングなどにより行って、Ｐ型ポリシリコン６０とＮ型ポリシリコン６１とからなるサーモパイルを接続する。この際、最終的に形成される偏光赤外線検出素子の支持梁２に対応する領域にアルミからなる反射層５９が形成される。この状態が図１２の（ａ）である。
【００５２】
第２−９工程において、絶縁層５７のドライエッチングを行って、支持梁２の形状に対応する領域が、第２犠牲層５４の上に残るようにする。この状態が図１２（ｂ）である。
【００５３】
第２−１０工程において、ヒドラジンや水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などのアルカリ性のエッチング液を用いて、第１犠牲層５０と第２犠牲層５４とを除去する。
そして、基板８の（１１１）面を露出させる結晶異方性エッチングを行って、支持梁２と受光部１の下方に空隙９を形成する。
これにより、支持梁２と受光部１とが基板８から熱的に分離された熱分離構造が形成される。この状態が図１２の（ｃ）である。
以上の工程を経て、第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子２１が形成される。
【００５４】
このように、支持梁２内に形成したサーモパイルを温度検出部する場合にも、受光部１は支持梁２と同一平面ではなく支持梁２の下方に位置する。よって、受光部１と支持梁２が独立して別の階層に形成されるので、第１実施例の場合と同様に、検出感度を向上させることができる。
また、蛇行形状とした支持梁２を採用することで、特定の方向に振動する赤外線を検出する偏光機能を有する偏光赤外線検出素子とすることができる。
【００５５】
なお、第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子において、支持梁の上面に形成した反射層５９をアルミで形成したが、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの誘電体多層膜で形成するようにしても良い。
さらに、受光部１の受光面に、上記した第１実施例の変形例の場合と同様にして、複数の開口をスリット状に設けても良い。
【００５６】
図１３および図１４は、第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する図であり、図１３の（ａ）は平面図、（ｂ）は、偏光赤外線検出素子の支持梁の偏光グリッドとしての機能を説明する説明図、図１４は、図１３におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【００５７】
第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する。
第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子２２は、２つの受光部（第１受光部３０１および第２受光部４０１）を有しており、これら第１受光部３０１および第２受光部４０１は、それぞれ第１支持梁３０２および第２支持梁４０２により、基板８の上方に配置される。
【００５８】
図１４に示すように、基板８の幅方向における中心Ｃの一方側に第１受光部３０１が、他方側に第２受光部４０１が、それぞれ配置されている。
第１受光部３０１と第２受光部は、受光面を中心Ｃ側に向け、かつ受光面と基板８の上面との交差角θがそれぞれ所定角度（例えば、４５度）となるように傾けられた状態で、基板８の上方に位置しており、第１受光部３０１と第２受光部４０１とが中心Ｃを挟んで対称に設けられている。
【００５９】
第１支持梁３０２と第２支持梁４０２とは、それぞれ上面視において蛇行形状を有しており、前記実施例の支持梁２と同様に、互いに平行に配置された複数の長手梁３０２ａ、４０２ａを、接続梁３０２ｂ、４０２ｂで直列に接続して形成される。
また、第１支持梁３０２の各長手梁３０２ａと、第２支持梁４０２の各長手梁４０２ａは、それぞれ所定間隔で設けられて、第１支持梁３０２と第２支持梁４０２が、偏光グリッドとして機能するようにされている。
【００６０】
さらに、第１支持梁３０２の長手梁３０２ａと、第２支持梁４０２の長手梁４０２ａとが、それぞれ互いに直交する向きで配置されるように、第１支持梁３０２と第２支持梁４０２は、基板８上の所定位置に設けられている。
【００６１】
また、第１支持梁３０２と第２支持梁４０２の内部には、温度検出部となる、Ｐ型ポリシリコン７８とＮ型ポリシリコン７９とからなるサーモパイルが設けられている。
【００６２】
偏光赤外線検出素子２２に無偏光の赤外線が入射した場合の、第１支持梁３０２と第２支持梁４０２の偏光グリッドとしての機能を、図１３の（ｂ）を参照して説明する。
ここで、図１３の（ｂ）において、符号ＩＲで示す太矢印は無偏光の赤外線を示し、太矢印の近傍に示す細矢印は赤外線の振動方向を示す。
【００６３】
第１支持梁３０２は、長手梁３０２ａの延出方向Ｘに直交する方向に振動する赤外線を、第２支持梁４０２は、長手梁４０２ａの延出方向Ｙに直交する方向に振動する赤外線を、それぞれ通過させる。
よって、第１支持梁３０２に入射した赤外線ＩＲのうち、長手梁３０２ａの延出方向Ｘに直交する方向に振動する赤外線ＩＲａは、第１支持梁３０２を通過して、第１支持梁３０２の下方に位置する第１受光部３０１に受光される。一方、長手梁３０２ａの延出方向Ｘに平行な方向に振動する赤外線ＩＲｂは反射される。
【００６４】
ここで、第１支持梁３０２の上面は、前記した受光面３０１と同様に、基板８の上面に対して４５度の角度で配置されている。
よって、第１支持梁３０２で反射した赤外線ＩＲｂは、第２支持梁４０２に入射する。この際、第２支持梁４０２の長手梁４０２ａは、第１支持梁３０２の長手梁３０２ａに対して直交する向きに配置されており、第１支持梁３０２で反射された赤外線ＩＲｂの振動方向は、長手梁４０２ａの延出方向Ｙに直交する方向であるので、赤外線ＩＲｂは、第２支持梁４０２を通過して、第２受光部４０１に受光される。
【００６５】
同様にして、第２支持梁４０２に入射した赤外線ＩＲのうち、長手梁４０２ａの延出方向Ｙに直交する方向に振動する赤外線ＩＲｂのみが、第２支持梁４０２を通過して、第２支持梁４０２の下方に位置する第２受光部４０１に受光される。一方、延出方向Ｙに平行な方向に振動する赤外線ＩＲａは、第２支持梁４０２で反射されたのち、第１支持梁３０２を通過して、第１受光部３０１において受光される。
【００６６】
これにより、第１受光部３０１と第２受光部４０１とを備える偏光赤外線検出素子２２に入射した赤外線は、総て吸収されることになる。
【００６７】
第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する。
図１５〜図１９は、第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
なお、図１５〜図１９の各図は、図１３におけるＸ−Ｘ線断面図の部分に相当する。また、説明の便宜上、各層の構成が判りやすくなるように、各層の厚みは若干誇張して図面において表記するものとする。
【００６８】
第３−１工程において、基板８に、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  ＲｅａｃＴｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）などにより、幅１００μｍの空隙９を、深さ６０μｍ以上で形成する。この状態が図１５の（ａ）である。
【００６９】
第３−２工程において、この空隙９に、ポリイミドなどの埋め込み第１犠牲層７０を形成する。この状態が図１５の（ｂ）である。
【００７０】
第３−３工程において、グレースケール露光ののち、第１犠牲層７０に異方性エッチングを行って、傾斜角４５°の傾斜面７１、７２を形成する。この状態が図１５の（ｃ）である。
【００７１】
第３−４工程において、ＬＰＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などにより、傾斜面７１、７２を含む基板８の上面にＳｉＮを堆積させて、膜厚が１μｍの赤外線吸収層７３を形成する。この状態が図１６の（ａ）の状態である。
【００７２】
第３−５工程において、赤外線吸収層７３の上面にスプレーなどでレジストを塗布して、レジスト層７４を形成する。この状態が図１６の（ｂ）である。
【００７３】
第３−６工程において、このレジスト層７４に対し、長焦点の露光装置を用いて、パターニングを行う。この状態が図１６の（ｃ）である。
【００７４】
第３−７工程において、第３−６工程においてパターニングしたレジスト層７４をマスクとして用いて、赤外線吸収層７３のエッチングを行ったのち、レジスト層７４の一部を除去する。この状態が図１７の（ａ）である。
【００７５】
第３−８工程において、基板８と赤外線吸収層７３の上面にポリシリコンやポリイミドなどを約１μｍの厚みで堆積させて、第２犠牲層７５を形成する。そして、最終的に形成される偏光赤外線検出素子２２の支柱３０５、４０５となる空間を形成するために、パターンニングにより、第２犠牲層７５の所定領域に開口７５ａを形成する。この状態が図１７の（ｂ）である。
【００７６】
第３−９工程において、ＣＶＤ法などでＳｉＯ２を約１．５〜２μｍの厚みで堆積させて、絶縁層７６を形成する。この状態が図１７の（ｃ）である。
【００７７】
第３−１０工程において、前記した第２−６工程と同じ処理を行って、サーモパイルを構成するＰ型ポリシリコン７８とＮ型ポリシリコン７９とを、０．５μｍ程度の厚みで形成したのち、Ｐ型ポリシリコン７８とＮ型ポリシリコン７９を覆うようにＳｉＯ２を堆積させて、サーモパイルを絶縁保護する絶縁層７７とする。この状態が図１８の（ａ）である。
【００７８】
第３−１１工程において、前記した第２−８工程と同じ処理を行って、Ｐ型ポリシリコン７８とＮ型ポリシリコン７９とからなるサーモパイルを接続する。
また、最終的に形成される偏光赤外線検出素子２２の第１支持梁３０２、４０２を偏光グリッドとするために、絶縁層７７の表面にアルミからなる反射層８０が残るようにパターニングを行う。この状態が図１８の（ｂ）である。
【００７９】
第３−１２工程において、第３−１１工程で形成した反射層８０をマスクとして用いて、第２犠牲層７５の表面が露出するまで異方性エッチングを行い、第１支持梁３０２、４０２を形成する。この状態が図１８の（ｃ）である。
【００８０】
第３−１３工程において、第１犠牲層７０と第２犠牲層７５を除去する。
この際、第１犠牲層７０および第２犠牲層７５が、Ｓｉの場合は、ヒドラジンなどの液を用いてエッチングする。また樹脂の場合には、Ｏ２プラズマなどでエッチングを行う。
以上の工程を経て、第１受光部３０１と第２受光部４０１とが互いに向き合うように、基板８に対して所定角度傾斜して設けられた偏光赤外線検出素子２２が形成される。この状態が図１９である。
【００８１】
このように、第１受光部３０１および第２受光部４０１は、第１支持梁３０２および第２支持梁４０２と同一平面内ではなく、第１支持梁３０２および第２支持梁４０２の下方に位置する。よって、第１受光部３０１および第２受光部４０１と第１支持梁３０２および第２支持梁４０２が独立して別の階層に形成されるので、第１実施例の場合と同様に、検出感度を向上させることができる。
また、蛇行形状とした第１受光部３０１および第２受光部４０１を採用することで、特定の方向に振動する赤外線を検出する偏光機能を有する偏光赤外線検出素子とすることができる。
また、長手梁３０２ａの延出方向Ｘに直交する方向に振動する赤外線を通過させる第１支持梁３０２と長手梁４０２ａの延出方向Ｙに直交する方向に振動する赤外線を通過させる第２支持梁４０２とを同一の赤外線素子領域に設けたことで、偏光赤外線検出素子を小面積化しつつ複数方向の偏光赤外線を検出することが可能になる。
【００８２】
なお、上記実施例では、赤外線吸収層をＳｉＮから構成する場合を例に挙げて説明をしたが、赤外線吸収層は、ＳｉＮ単体から構成されるものに限定されず、例えばＳｉＯＮや、高濃度にドープしたポリシリコンなどの赤外線を吸収する材料から構成されていても良い。
また、ＳｉＮと、これら他の赤外線を吸収する材料とを組み合わせて構成した赤外線吸収層としても良い。
【００８３】
さらに、上記実施例では、支持梁の下方に配置される受光部が、ひとつの支柱を介してのみ支持梁に接続されている場合を例に挙げて説明をしたが、受光部が複数の支柱を介して支持梁に接続されるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する図である。
【図２】第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する図である。
【図３】第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図４】第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図５】第１実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図６】イメージセンサを構成する偏光赤外線検出素子の配置例を示す図である。
【図７】イメージセンサを構成する偏光赤外線検出素子の配置例を示す図である。
【図８】偏光赤外線検出素子の受光部の変形例を説明する斜視図である。
【図９】第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する図である。
【図１０】第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図１１】第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図１２】第２実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図１３】第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する図である。
【図１４】第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子を説明する図である。
【図１５】第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図１６】第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図１７】第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図１８】第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【図１９】第３実施例にかかる偏光赤外線検出素子の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００８５】
１      受光部
２      支持梁
２ａ    長手梁
２ｂ    接続梁
３      配線
４      温度検出部
５      支柱
６      内部コンタクト
７      外部コンタクト
８      基板
９      空隙
１０    隙間
１１    基枠部
２０    偏光赤外線検出素子
５０    第１犠牲層
５１    赤外線吸収層
５２    Ｔｉ層（感温材料層）
５３    赤外線吸収層
５４    第２犠牲層
５６、５７    絶縁層
５８    配線
【図１】
2009156614.tif 000003
【図２】
2009156614.tif 000004
【図３】
2009156614.tif 000005
【図４】
2009156614.tif 000006
【図５】
2009156614.tif 000007
【図６】
2009156614.tif 000008
【図７】
2009156614.tif 000009
【図８】
2009156614.tif 000010
【図９】
2009156614.tif 000011
【図１０】
2009156614.tif 000012
【図１１】
2009156614.tif 000013
【図１２】
2009156614.tif 000014
【図１３】
2009156614.tif 000015
【図１４】
2009156614.tif 000016
【図１５】
2009156614.tif 000017
【図１６】
2009156614.tif 000018
【図１７】
2009156614.tif 000019
【図１８】
2009156614.tif 000020
【図１９】
2009156614.tif 000021