(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を受光することによって分極が生じる第一および第二の誘電体膜と、前記第一の誘電体膜を挟んで配置された受光電極および第一の対向電極を１組有し、前記赤外線を遮蔽することなしに前記第一の誘電体膜に受光させ、前記分極に伴う表面電荷の変化を出力する受光電極対と、前記第二の誘電体膜を挟んで配置された補償電極および第二の対向電極を１組有し、前記受光電極対からの出力を補償するために、前記第二の誘電体膜の表面電荷を出力する補償電極対とを有する、複数個の検出素子要素と、
複数個の前記検出素子要素が形成された基板とを備え、
前記第二の誘電体膜は前記赤外線から遮蔽されており、前記第一の誘電体膜を挟んだ前記受光電極対は、前記各検出素子要素毎に前記第二の誘電体膜を挟んだ前記補償電極対の上に、犠牲層のエッチング除去により生じた対向電極間空隙を介して積層され、前記第一の対向電極と前記第二の対向電極とは、前記各検出素子要素毎に電気的に接続されており、
前記基板は、前記基板の前記受光電極対に対向する部分に設けられた空間である基板空隙を有していることを特徴とする熱型赤外線検出素子。
【請求項２】
前記各検出素子要素は、同一の前記基板上に絶縁膜層を介して設置されていることを特徴とする請求項１記載の熱型赤外線検出素子。
【請求項３】
前記各第一の対向電極は、同一の前記基板の一方の面上に絶縁膜層を介して設置され、前記各第二の対向電極は、前記同一の前記基板の反対側の面上に別の絶縁膜層を介して設置されていることを特徴とする請求項１記載の熱型赤外線検出素子。
【請求項４】
前記基板空隙は、前記基板の、少なくとも前記第一の誘電体膜と前記受光電極対が重なる部分の直下に配置された空間であることを特徴とする請求項２または３に記載の熱型赤外線検出素子。
【請求項５】
前記基板空隙は、前記基板を貫通していることを特徴とする請求項４に記載の熱型赤外線検出素子。
【請求項６】
前記基板は、前記基板空隙外縁部付近に段差を有することを特徴とする請求項４または５に記載の熱型赤外線検出素子。
【請求項７】
前記絶縁膜層および／または前記別の絶縁膜層は、前記第一の誘電体膜と前記受光電極対が重なる部分の直下に配置された空間であるところの絶縁膜空隙を有することを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の熱型赤外線検出素子。
【請求項８】
前記絶縁膜空隙は、前記絶縁膜層を貫通していることを特徴とする請求項７に記載の熱型赤外線検出素子。
【請求項９】
複数の前記検出素子要素の前記第一の誘電体膜は、連続した一枚の誘電体膜である、および／または、複数の前記検出素子要素の前記第二の誘電体膜は、連続した一枚の誘電体膜であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の熱型赤外線検出素子。
【請求項１０】
基板上に補償電極を形成する工程と、
前記補償電極上に第二の誘電体膜を形成する工程と、
前記第二の誘電体膜上に第二の対向電極を形成する工程と、
前記第二の対向電極上に第一の対向電極を形成する工程と、
前記第一の対向電極上に第一の誘電体膜を形成する工程と、
前記第一の誘電体膜上に受光電極を形成する工程と、
前記基板の、少なくとも前記第一の誘電体膜と前記受光電極および前記第一の対向電極とが重なる部分の直下にあたる位置に設けられる空間である基板空隙を形成する工程と、
前記第二の対向電極と前記第一の対向電極との間に対向電極間空隙を形成する工程と、を含み、
前記対向電極間空隙を形成する工程は、前記第一の対向電極を形成する工程の前に、前記第二の対向電極上に犠牲層を形成する工程と、前記第一の対向電極を形成する工程の後、前記犠牲層を除去する工程とを有することを特徴とする熱型赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の熱型赤外線検出素子と、前記各受光電極の出力をそれぞれに対応する前記補償電極の出力により補償を行う補償手段とを備えることを特徴とする赤外線撮像システム。
【請求項１２】
前記補償手段は、前記各受光電極からそれぞれに対応する前記補償電極までの距離を考慮して前記補償を行うことを特徴とする請求項１１に記載の赤外線撮像システム。
【請求項１３】
前記補償手段は、前記各電極の出力を読み込む際に、１つの前記受光電極の出力を読み込む直前または読み込んだ直後に、それに対応する前記補償電極の出力を読み込むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の赤外線撮像システム。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれかに記載の熱型赤外線検出素子、または、請求項１１〜１３のいずれかに記載の赤外線撮像システムを備えることを特徴とする赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱型赤外線検出素子、赤外線検出素子の製造方法、赤外線撮像システムおよび赤外線撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、室内にいる人間の有無や活動量を検知することによって、セキュリティや空調制御を行おうという要求が高まりつつある。すなわち、人体から放出された赤外線を検知することにより人体を検知し、その信号を空気調和機・照明器具等の環境制御機器や防犯システム等の制御に用いる目的で、赤外線センサを用いて赤外線発生源を検出する装置が使用されるようになってきた。さらに、熱源等の被写体の温度分布をリアルタイムで撮像し、異常検知を行いたいという要求が高まる中で、２次元の赤外線検知素子の需要が高まっている。それに伴い、安価で高性能な２次元赤外線検知素子の開発が望まれている。
【０００３】
赤外線センサとしては、赤外線を光子としてとらえる量子型センサと、赤外光の吸収によって素子の温度が上昇した結果生じる素子の物性変化を利用する熱型センサの２種類が知られている。量子型センサについては通常液体窒素等による冷却が必要なため、一般的には熱型センサが用いられている。熱型センサの中でも、焦電型赤外線センサは他の熱型センサに比べて感度が高いため、赤外線発生源検知には適しているが、焦電型赤外線センサは基本的には赤外線の変化を検出するものであるため、静止した赤外線発生源を検知しようとした場合、何等かの方法で赤外線が断続的にセンサ受光部に入射するように工夫する必要があり、通常はスリット付き円板や平板等のチョッパーを回転あるいは振動させることにより赤外線の断続入射（チョッピング）を実現している。
【０００４】
また、他の熱型赤外線センサとして金属の熱起電力を検知するサーモパイル型がある。このサーモパイル型は温接点と冷接点との温度差から生じる熱起電力を利用するため、素子構造としては大きなものとなる。また、抵抗率変化も検知するボロメータ型があるが、抵抗の変化率が十分大きいとはいえない。さらに、他の熱型赤外線センサとして誘電ボロメータ型がある。これは誘電率の温度変化を検知するものであるが、まだ実用化には至っていない。これらはチョッパーが必要ない反面、電圧印可を必要としている。
【０００５】
図１７は、従来の焦電型赤外線センサにおける焦電素子の断面構造を示す概略図である。上記焦電型赤外線センサにおいて、基板を兼ねる誘電体膜１６１表面上には赤外線を受光するための受光電極１６２と、その受光電極１６２の１つ１つに対応して補償電極１６３とが形成されており、さらにこの表面に対して誘電体膜１６１裏面上には、それら受光電極１６２および補償電極１６３のそれぞれに対応して第１の対向電極１６４および第２の対向電極１６５が形成されている。受光電極１６２および補償電極１６３には、それぞれの出力用の配線１６６、１６７が接続されている。一対の受光電極１６２と補償電極１６３にそれぞれ対応する第１の対向電極１６４および第２の対向電極１６５は、図示はされていないが、電気的に接続されている。誘電体膜１６１表面の受光電極１６２のみに赤外線が照射されることによって電位差が生じ、その電圧を検知することによって赤外線発生源を探知することができる。このようにした場合、補償電極に対する電位差であるので、素子間ばらつきは緩和されるが、完全ではなく、約１０％の感度ばらつきが生じる。
【０００６】
また、上記のような補償電極を有しないものは、誘電体膜の特性がそのまま出力に反映されるため、大きな感度ばらつきが生じることがある。これらはソフト的に補正を行っている場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして赤外線を検知する熱型赤外線センサは、測定空間の温度分布を調べ発熱源を検知することができるものである。上記従来のものでは、たとえば８つの赤外線受光電極１６２によって８つの独立した検知エリアを形成させた状態において、赤外線発生源である人体からの赤外線が１つの受光電極１６２のみに入射した場合、本来ならば１つの受光電極１６２からの出力信号のみが出力されなければならない。ところが、実際には１つの赤外線受光電極１６２で赤外線受光がなされた時の入射熱が、誘電体膜１６１を伝導し、他の赤外線受光電極１６２にも伝導されて温度上昇を伴い、これらの受光電極が赤外線受光を行った時と同様の分極を生じ、電位差が発生し出力信号として出力される、すなわち熱クロストークを生じてしまうという問題点がある。
【０００８】
この熱的なクロストーク、すなわち、赤外線は入射されていないにもかかわらず、熱の伝搬によって出力がでてしまうことによって、見かけの出力が上昇し、赤外線像がぼけたり、また発熱源の大きさを大きく判断することによって、正確な熱源の位置が検知できなかったりするという問題点がある。なお、上記の説明は、受光電極同士の熱クロストークについて行ったが、受光電極から補償電極への熱クロストークも同様にして起こり、本来、赤外線の影響を受けること無しに、受光電極の出力を補償していた補償電極の信頼性が低下するという問題点もある。
【０００９】
このクロストークを抑えるために、また、補償電極に赤外光が入射しないようにするために、補償電極と受光電極を十分離して配置するという対策が考えられるが、これにより素子の小型化が阻害されるという問題がある。さらに、補償電極を対応する受光電極の横に並べることによって、素子がさらに大きくなり、マイクロ化、２次元化には適さないという問題点がある。
【００１０】
すなわち、焦電素子の受光電極間や受光電極・補償電極間の熱の伝搬による熱クロストークによって、ある１つの受光電極に赤外線が入射すると、その近傍の受光電極からも出力が生じてしまい、空間センシングの出力にばらつきや誤差が生じ、正確な発熱物体検知を行うことができないという問題がある。さらに、クロストークを十分に抑制するためには、素子の大きさが大きくなり、高解像度化、マイクロ化を行うことができないという問題がある。
【００１１】
さらに、補償電極を形成することによって、センサ出力は受光電極と補償電極との電位差として検知することができるので、誘電体膜自身の特性ばらつきをある程度相殺し、素子間の感度ばらつきを若干抑制することができるが、十分ではなく、１０％以上の感度ばらつきが生じるという問題点がある。
【００１２】
また、補償電極の無いものは、誘電体膜の特性がそのまま出力に反映されるため、素子間の大きな感度ばらつきが生じるという問題点がある。これらの感度ばらつきに対しては、１画素ずつ感度補正をソフト的に行っている場合があるが、非常に煩雑な作業であるという問題点がある。
【００１３】
すなわち、赤外線検知素子の素子数が多くなるにつれて、誘電体膜の特性の違いが顕著に現れ、素子間の感度バラツキが非常に大きくなり、空間センシングの出力にばらつきや誤差が生じ、正確な発熱物体検知を行うことができないという問題がある。さらに、そのバラツキを抑制するためにはソフト的に複雑な作業が必要になり、高分解能化、低コスト化することができないという問題がある。
【００１４】
本発明は、従来の熱型赤外線検出素子のこの様な課題を考慮し、素子の小型化を図ることによって、マイクロ化、２次元化、高解像度化を可能とする、低コストの熱型赤外線検出素子および熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することを目的とするものである。また、上記に加え、受光電極および補償電極を、熱的なクロストークを抑制するように形成することによって、赤外線像のぼけをなくして、マイクロ化、２次元化、高解像度化を可能とする、低コストの熱型赤外線検出素子および熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することを目的とするものである。さらに、受光電極間の感度のばらつきを抑制することができ、正確で誤差の少ない測定空間のセンシングを可能とし、高分解能を有する赤外線撮像システムを提供することを目的とするものである。また、上記の熱型赤外線検出素子または赤外線撮像システムを備えた赤外線撮像装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、赤外線を受光することによって分極が生じる第一および第二の誘電体膜と、前記第一の誘電体膜を挟んで配置された受光電極および第一の対向電極を１組有し、前記赤外線を遮蔽することなしに前記第一の誘電体膜に受光させ、前記分極に伴う表面電荷の変化を出力する受光電極対と、前記第二の誘電体膜を挟んで配置された補償電極および第二の対向電極を１組有し、前記受光電極対からの出力を補償するために、前記第二の誘電体膜の表面電荷を出力する補償電極対とを有する、複数個の検出素子要素と、
複数個の前記検出素子要素が形成された基板とを備え、
前記第二の誘電体膜は前記赤外線から遮蔽されており、前記第一の誘電体膜を挟んだ前記受光電極対は、前記各検出素子要素毎に前記第二の誘電体膜を挟んだ前記補償電極対の上に、犠牲層のエッチング除去により生じた対向電極間空隙を介して積層され、前記第一の対向電極と前記第二の対向電極とは、前記各検出素子要素毎に電気的に接続されており、
前記基板は、前記基板の前記受光電極対に対向する部分に設けられた空間である基板空隙を有していることを特徴とする熱型赤外線検出素子である。
【００１８】
また、本発明は、基板上に補償電極を形成する工程と、
前記補償電極上に第二の誘電体膜を形成する工程と、
前記第二の誘電体膜上に第二の対向電極を形成する工程と、
前記第二の対向電極上に第一の対向電極を形成する工程と、
前記第一の対向電極上に第一の誘電体膜を形成する工程と、
前記第一の誘電体膜上に受光電極を形成する工程と、
前記基板の、少なくとも前記第一の誘電体膜と前記受光電極および前記第一の対向電極とが重なる部分の直下にあたる位置に設けられる空間である基板空隙を形成する工程と、
前記第二の対向電極と前記第一の対向電極との間に対向電極間空隙を形成する工程と、を含み、
前記対向電極間空隙を形成する工程は、前記第一の対向電極を形成する工程の前に、前記第二の対向電極上に犠牲層を形成する工程と、前記第一の対向電極を形成する工程の後、前記犠牲層を除去する工程とを有することを特徴とする熱型赤外線検出素子の製造方法である。
【００２１】
また、本発明は、本発明の熱型赤外線検出素子と、前記各受光電極の出力をそれぞれに対応する前記補償電極の出力により補償を行う補償手段とを備えることを特徴とする赤外線撮像システムである。
【００２２】
また、本発明は、本発明の熱型赤外線検出素子、または、本発明の赤外線撮像システムを備えることを特徴とする赤外線撮像装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における熱型赤外線検出素子の表面模式図である。
【００２５】
シリコン半導体基板１３上に赤外線受光によって分極が生じる１枚の誘電体膜（図示せず）が形成されており、その誘電体膜の表裏面それぞれに、誘電体膜を挟み込むように、赤外線を受光する複数の受光電極１１と、それぞれの受光電極に対向する複数の第一の対向電極（図示せず）とが形成されている。さらに、それらの受光電極１１に対して１つの補償電極１２およびそれに対向する第二の対向電極（図示せず）が、受光電極１１と同一の半導体基板１３上の外縁付近に、前記誘電体膜を挟んで形成されている。なお、各第一の対向電極と第二の対向電極とは電気的に接続されている。
【００２６】
上記の構成によって、各受光電極１１へ赤外線が入射した時、補償電極１２からの出力によって、各受光電極１１からの出力を補償するようにしている。
【００２７】
すなわち、本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、複数の受光電極に対して１つの補償電極を設置することによって、受光電極１つに対して補償電極１つを形成していた従来の１次元焦電体アレイ型の熱型赤外線検出素子が有していた、素子構造が大きくなるという課題を解決し、構造をコンパクト化でき、２次元化を容易に行うことができる。さらに、受光電極と補償電極とを同一誘電体膜に設けることによって、誘電体膜自身の特性ばらつきによる受光電極間の感度のばらつきを抑制することができ、正確で高解像度の赤外線像を得ることができ、正確な２次元温度分布を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明の誘電体は、本実施の形態においては、１枚の基板状に１枚の誘電体が形成されているとして説明したが、各受光電極、補償電極毎に分割された複数の誘電体である場合は、構造をコンパクト化でき、２次元化を容易に行えるという上記の効果に加え、誘電体を介しての熱クロストークを抑制できるという効果がある。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３０】
図２は、本発明の第２の実施の形態における熱型赤外線検出素子の表面模式図である。
【００３１】
シリコン半導体基板２３上に赤外線受光によって分極が生じる１枚の誘電体膜（図示せず）が形成されており、その誘電体膜の表裏面それぞれに、誘電体膜を挟み込むように、赤外線を受光する複数の受光電極２１と、それぞれの受光電極に対向する複数の第一の対向電極（図示せず）とが形成されている。さらに、別のシリコン半導体基板２４に、前記誘電体膜と材質、厚さが同じ別の誘電体膜（図示せず）が形成されており、その誘電体膜の表裏面それぞれに、１つの補償電極２２およびそれに対向する第二の対向電極（図示せず）が、前記誘電体膜を挟んで形成されている。なお、各第一の対向電極と第二の対向電極とは電気的に接続されている。
【００３２】
上記の構成によって、各受光電極２１へ赤外線が入射した時、補償電極２２からの出力によって、各受光電極２１からの出力を補償するようにしている。
【００３３】
すなわち、本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、複数の受光電極に対して１つの補償電極を設置することによって、受光電極１つに対して補償電極１つを形成していた従来の１次元焦電体アレイ型の熱型赤外線検出素子が有していた、素子構造が大きくなるという課題を解決し、構造をコンパクト化でき、２次元化を容易に行うことができる。さらに、受光電極と補償電極とを異なる基板上に設けることによって、受光電極から補償電極への熱の逃げをなくし、クロストークのない正確で高解像度の赤外線像を得ることができるので、正確な２次元温度分布を得ることができ、正確な熱源検知を行うことができる。
【００３４】
なお、本実施の形態において、補償電極２２が形成された半導体基板２４と半導体基板２３とを、受光電極２１への赤外線の入射を妨げることなく、重ねて配置することによって、平面的にさらに小型化が図れる。
【００３５】
なお、本発明の誘電体は、本実施の形態においては、複数の受光電極に対して１枚の誘電体が形成されているとして説明したが、各受光電極毎に分割された複数の誘電体である場合は、上述した効果に加え、受光電極同士の誘電体を介しての熱クロストークを抑制できるという効果がある。
【００３６】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３７】
図３は、本発明の第３の実施の形態における熱型赤外線検出素子の表面模式図である。
【００３８】
シリコン半導体基板３３上に赤外線受光によって分極が生じる１枚の誘電体膜（図示せず）が形成されており、その誘電体膜の表裏面それぞれに、誘電体膜を挟み込むように、、赤外線を受光する複数の受光電極３１と、それぞれの受光電極に対向する複数の第一の対向電極（図示せず）とが形成されている。さらに、別のシリコン半導体基板３４に、前記誘電体膜と材質、厚さが同じ別の１枚の誘電体膜（図示せず）が形成されており、その誘電体膜の表裏面それぞれに、受光電極３１に一対一で対応する複数の補償電極３２およびそれに対向する第二の対向電極（図示せず）が、前記誘電体膜を挟んで形成されている。なお、各第一の対向電極と第二の対向電極とは電気的に接続されている。
【００３９】
上記の構成によって、各受光電極３１へ赤外線が入射した時、補償電極３２からの出力によって、各受光電極３１からの出力を補償するようにしている。
【００４０】
すなわち、本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、受光電極と補償電極とを異なる基板上に設けることによって、受光電極から補償電極への熱の逃げをなくし、正確で高解像度のクロストークのない赤外線像を得ることができるので、正確な２次元温度分布を得ることができ、正確な熱源検知を行うことができる。
【００４１】
なお、本実施の形態において、補償電極３２が形成された半導体基板３４と半導体基板３３とを、受光電極３１への赤外線の入射を妨げることなく、重ねて配置することによって、平面的に小型化が図れる。
【００４２】
なお、本発明の誘電体は、本実施の形態においては、複数の受光電極に対して１枚の誘電体が形成されているとして説明したが、各受光電極毎に分割された複数の誘電体である場合は、上述した効果に加え、受光電極同士の誘電体を介しての熱クロストークを抑制できるという効果がある。
【００４３】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４４】
図４は、本発明の第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図である。
【００４５】
絶縁膜４３が形成されたシリコン半導体基板４１に設けられた空隙４２上に、絶縁膜４３を介して、補償電極４４、赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜４５、対向電極４６、誘電体膜４５と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜４７、受光電極４８の順で、各膜及び各電極が積層されている。また、シリコン半導体基板４１の空隙４２上以外の場所においては、受光電極４８と、補償電極４４または絶縁膜４３との間に別の絶縁膜４９が形成されている。絶縁膜４９は、絶縁膜４３と同じ材質である必要はないが、同じ材質である場合は、絶縁膜４３と一体形成したものであってもよい。以上によって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素が形成されている。複数の空隙４２がシリコン半導体基板４１上に二次元的に設けられ、各空隙４２毎に前記素子要素が形成されることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子が構成されている（図示せず）。受光電極４８および補償電極４４はそれぞれ、出力用の配線４８ａ、４４ａを介して各素子要素から導出されて外部電極（図示せず）へと接続されている。なお、対向電極４６は、本発明の共通対向電極に対応するものであり、受光電極４８と共に本発明の受光電極対を形成しており、補償電極４４と共に本発明の補償電極対を形成している。また、空隙４２は本発明の基板空隙に、誘電体膜４７は本発明の第一の誘電体に、誘電体膜４５は本発明の第二の誘電体に、それぞれ対応するものである。
【００４６】
また、誘電体膜４７は上方からの赤外線が入射できるような構成になっており、反対に誘電体膜４５は上方からの赤外線が入射できないような構成となっている。例えば、受光電極４８が赤外線を透過させる材質のものであり、対向電極４６が赤外線を遮蔽する材質のものであればよい。
【００４７】
上記の構成によって、各受光電極４８へ赤外線が入射した時、対応する補償電極４４からの出力によって、各受光電極４８からの出力を補償するようにしている。このとき、赤外線が入射されることによって生じる入射熱は、空隙４２から空気中に放熱され、半導体基板４１を介しての他の受光電極対との熱クロストークは抑制される。
【００４８】
次に、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明する。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、前述したように半導体基板４１上に複数の素子要素が二次元的に配置されたものであり、製造も複数の素子要素が同工程で平行して製造されるが、本製造方法の説明においては、素子要素一個についての説明を中心に行う。
【００４９】
図５は、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明するための一素子要素の断面模式図である。
【００５０】
まず、シリコン半導体基板４１に空隙４２を設け、その上に絶縁膜４３を形成する（図５（ａ））。次に、絶縁膜４３上に補償電極４４およびそれに接続する配線４４ａを形成し、空隙４２上以外の、配線４４ａ上もしくは絶縁膜４３上に絶縁膜４９を形成する（図５（ｂ））。次に、空隙４２上の補償電極４４上に赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜４５を形成し、誘電体膜４５の上に対向電極４６を形成する（図５（ｃ））。さらに、この対向電極４６の上に誘電体膜４５と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜４７を形成した後、受光電極４８を誘電体膜４７の上に、受光電極４８に接続する配線４８ａを絶縁膜４９の一部の上に、それぞれ形成する（図５（ｄ））。以上の工程を経て、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素が得られる。シリコン半導体基板４１上に二次元的に前記素子要素が形成されることによって、、本実施の形態における熱型赤外線検出素子が得られる。
【００５１】
すなわち、本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、赤外線を受光する受光電極対に対して、それぞれ１つずつの補償電極対を受光電極対の基板裏面に形成することによって、構造をコンパクト化でき、２次元化を容易に行うことができる。さらに、１つの受光電極対の下部に１つの補償電極対を形成することによって、誘電体膜自身の特性ばらつきによる電極対間の感度バラツキを抑制し、電極面積を同じ大きさにすることができ、さらに、受光電極対同士の熱クロストークを抑制できマイクロ化、高密度化、高分解能化を達成することができ、正確な２次元温度分布を得ることができる。
【００５２】
なお、対向電極４６は、本発明の共通対向電極に対応するものであるとして説明したが、受光電極４８に対応する第一の対向電極と、補償電極４４に対応する第二の対向電極とに分かれ、それぞれが電気的に接続されている構成でもよい。
【００５３】
また、本実施の形態においては、絶縁膜４３はシリコン半導体基板４１上の全面に形成されているとして説明したが、これに限らず、例えば、空隙４２上にはなくてもよい。要するに、各電極および各誘電体膜とシリコン半導体基板４１との絶縁性を確保するように、絶縁膜４３または絶縁膜４９が形成されておりさえすればよい。
【００５４】
さらに、本実施の形態における各電極および各膜は、図４にしめすように平坦であるとして説明したが、一部段差があってもよい。
【００５５】
なお、本発明の基板空隙は、本実施の形態においては、基板を貫通しているとして説明したが、これに限らず、図６に示す変形例のように、貫通しない空間であってもよい。要するに、本発明の第一の誘電体の赤外線による入射熱を放熱させるような構成でありさえすれば、形状等は限定されるものではない。
【００５６】
さらに、本発明の基板空隙は、本実施の形態においては、本発明の第一の誘電体および第二の誘電体が重なる部分の直下にのみ形成されているとして説明したが、これに限らず、前記重なる部分を含む広い範囲に形成されていてもよい。要するに、少なくとも第一の誘電体と受光電極対が重なる部分の直下に形成されておりさえすればよい。
【００５７】
また、本発明の第一の誘電体および第二の誘電体は、本実施の形態においては、各素子要素毎に形成されているとして説明したが、複数の素子要素にまたがって連続する一枚の誘電体であってもよい。ただし、この場合は、本実施の形態に比べて、受光電極対間の熱クロストークを抑制する効果は小さくなる。
【００５８】
さらに、本発明の基板空隙を形成する工程は、本実施の形態においては、本発明の補償電極を形成する工程の前に行われるとして説明したが、これに限らず、例えば、受光電極を形成する工程の後、行われるとしてもよい。
【００５９】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００６０】
図７は、本発明の第５の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図である。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、第一の誘電体とそれに対応する第二の誘電体とが平面的に異なる位置に配置されることに関する点以外は、上述した第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第４の実施の形態と同じとし、第４の実施の形態と同じ呼称の構成部材については、特に説明のない限り、第４の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【００６１】
絶縁膜５３が形成されたシリコン半導体基板５１に設けられた空隙５２の縁部に、絶縁膜５３を介して、補償電極５４、赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜５５が重ね合わされて積層され、空隙５２の上には絶縁膜５３を介して絶縁膜５９が形成され、空隙５２上の絶縁膜５９上と、誘電体膜５５上とにまたがって対向電極５６が形成され、空隙５２上の対向電極５６上に誘電体膜５５と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜５７が形成され、少なくとも誘電体膜５７上をカバーするように受光電極５８が形成されている。また、シリコン半導体基板５１の空隙５２上以外の場所においては、受光電極５８と、補償電極５４または絶縁膜５３との間にも絶縁膜５９が形成されている。以上によって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素が形成されている。複数の空隙５２がシリコン半導体基板５１上に二次元的に設けられ、各空隙５２毎に前記素子要素が形成されることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子が構成されている（図示せず）。受光電極５８および補償電極５４はそれぞれ、出力用の配線５８ａ、５４ａを介して各素子要素から導出されて外部電極（図示せず）へと接続されている。
【００６２】
また、誘電体膜５７は上方からの赤外線が入射できるような構成になっており、反対に誘電体膜５５は上方からの赤外線が入射できないような構成となっている。例えば、受光電極５８が赤外線を透過させる材質のものであり、対向電極５６が赤外線を遮蔽する材質のものであればよい。
【００６３】
上記の構成によって、各受光電極５８へ赤外線が入射した時、対応する補償電極５４からの出力によって、各受光電極５８からの出力を補償するようにしている。このとき、赤外線が入射されることによって生じる入射熱は、空隙５２から空気中に放熱され、半導体基板５１を介しての他の受光電極対との熱クロストークは抑制される。
【００６４】
すなわち、本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子に比し、素子要素一個当たりの面積が大きくなることによって、コンパクト化の効果は減少するものの、第４の実施の形態が有する他の効果に加えて、誘電体膜５７の赤外線による入射熱を、誘電体膜５５を介さずに空気中に放熱させることができるので、受光電極対から補償電極対への熱クロストークも抑制できるという効果も有する。
【００６５】
なお、本実施の形態においては、絶縁膜５３および絶縁膜５９は空隙５２上にも形成されているとして説明したが、空隙５２上になく、対向電極５６が空隙５２に直接露出していてもよい。
【００６６】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００６７】
図８は、本発明の第６の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図である。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、基板空隙がない替わりに絶縁膜空隙を有することに関する点以外は、上述した第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第４の実施の形態と同じとし、第４の実施の形態と同じ呼称の構成部材については、特に説明のない限り、第４の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【００６８】
図８に示すように、シリコン半導体基板６１上に絶縁膜６３が形成され、絶縁膜６３上に空隙６２を有する絶縁膜６０が形成され、空隙６２にふたをするように、補償電極６５が絶縁膜６０上の一部に形成されている。補償電極６５上の空隙６２の直上にあたる部分には、赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜６６、対向電極６７、誘電体膜６６と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜６８、受光電極６９の順で、各膜および各電極が積層されている。また、絶縁膜６０の空隙６２上以外の場所においては、絶縁膜６０上に直接、もしくは、補償電極６５を介して、別の絶縁膜６４が形成されている。絶縁膜６０、絶縁膜６３、絶縁膜６４は、それぞれが同じ材質である必要はないが、同じ材質である場合は、同じ材質のもの同士を一体形成したものであってもよい。以上によって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素が形成されている。複数の空隙６２がシリコン半導体基板６１上の絶縁膜６０に二次元的に設けられ、各空隙６２毎に前記素子要素が形成されることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子が構成されている（図示せず）。受光電極６９および補償電極６５はそれぞれ、出力用の配線６９ａ、６５ａを介して各素子要素から導出されて外部電極（図示せず）へと接続されている。なお、対向電極６７は、本発明の共通対向電極に対応するものであり、受光電極６９と共に本発明の受光電極対を形成しており、補償電極６５と共に本発明の補償電極対を形成している。また、空隙６２は本発明の絶縁膜空隙に、誘電体膜６８は本発明の第一の誘電体に、誘電体膜６６は本発明の第二の誘電体に、それぞれ対応するものである。
【００６９】
また、誘電体膜６８は上方からの赤外線が入射できるような構成になっており、反対に誘電体膜６６は上方からの赤外線が入射できないような構成となっている。例えば、受光電極６９が赤外線を透過させる材質のものであり、対向電極６７が赤外線を遮蔽する材質のものであればよい。
【００７０】
上記の構成によって、各受光電極６９へ赤外線が入射した時、対応する補償電極６５からの出力によって、各受光電極６９からの出力を補償するようにしている。このとき、赤外線が入射されることによって生じる入射熱は、空隙６２から空気中に放熱され、半導体基板４１あるいは絶縁膜６０を介しての他の受光電極対との熱クロストークは抑制される。
すなわち、本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、赤外線を受光する受光電極対に対して、それぞれ１つずつの補償電極対を受光電極対の基板裏面に形成することによって、構造をコンパクト化でき、２次元化を容易に行うことができる。さらに、１つの受光電極対の下部に１つの補償電極対を形成することによって、誘電体膜自身の特性ばらつきによる電極対間の感度バラツキを抑制し、電極面積を同じ大きさにすることができ、さらに、受光電極対同士の熱クロストークを抑制できマイクロ化、高密度化、高分解能化を達成することができ、正確な２次元温度分布を得ることができる。
【００７１】
なお、本実施の形態においては、絶縁膜６３はシリコン半導体基板６１上の全面に形成されているとして説明したが、これに限らず、例えば、絶縁膜６３を省略して、絶縁膜６０が直接シリコン半導体基板６１上に形成されているとしてもよい。要するに、各電極および各誘電体膜とシリコン半導体基板６１との絶縁性を確保するように、絶縁膜６０、絶縁膜６３または絶縁膜６４が形成されておりさえすればよい。
【００７２】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００７３】
図９は、本発明の第７の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図である。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、対向電極間空隙を有することに関する点以外は、上述した第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第４の実施の形態と同じとし、第４の実施の形態と同じ呼称の構成部材については、特に説明のない限り、第４の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【００７４】
絶縁膜７３が形成されたシリコン半導体基板７１に設けられた空隙７２上に、補償電極７４、赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜７５、対向電極１７６、対向電極７６、誘電体膜７５と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜７７、受光電極７８の順で、各膜及び各電極が積層されている。対向電極１７６と対向電極７６との間には、空隙８０が形成されており、対向電極１７６と対向電極７６とは電気的に接続されている。また、シリコン半導体基板７１の空隙７２上以外の場所においては、受光電極７８と、補償電極７４または絶縁膜７３との間に別の絶縁膜７０が形成されている。絶縁膜７０は、絶縁膜７３と同じ材質である必要はないが、同じ材質である場合は、絶縁膜７３と一体形成したものであってもよい。以上によって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素が形成されている。複数の空隙７２がシリコン半導体基板７１上に二次元的に設けられ、各空隙７２毎に前記素子要素が形成されることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子が構成されている（図示せず）。受光電極７８および補償電極７４はそれぞれ、出力用の配線７８ａ、７４ａを介して各素子要素から導出されて外部電極（図示せず）へと接続されている。なお、対向電極７６は、本発明の第一の対向電極に対応するものであり、受光電極７８と共に本発明の受光電極対を形成しており、対向電極１７６は、本発明の第二の対向電極に対応するものであり、補償電極７４と共に本発明の補償電極対を形成している。また、空隙７２は本発明の基板空隙に、空隙８０は本発明の対向電極間空隙に、誘電体膜７７は本発明の第一の誘電体に、誘電体膜７５は本発明の第二の誘電体に、それぞれ対応するものである。
【００７５】
また、誘電体膜７７は上方からの赤外線が入射できるような構成になっており、反対に誘電体膜７５は上方からの赤外線が入射できないような構成となっている。例えば、受光電極７８が赤外線を透過させる材質のものであり、対向電極７６または対向電極１７６が赤外線を遮蔽する材質のものであればよい。
【００７６】
上記の構成によって、各受光電極７８へ赤外線が入射した時、対応する補償電極７４からの出力によって、各受光電極７８からの出力を補償するようにしている。このとき、赤外線が入射されることによって生じる入射熱は、空隙８０から空気中に放熱され、対応する補償電極対への熱クロストークは抑制される。また、他の要因によって対応する補償電極対に熱が生じた場合でも他の補償電極対への熱クロストークは、空隙７２により抑制される。
【００７７】
次に、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明する。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、前述したように半導体基板７１上に複数の素子要素が二次元的に配置されたものであり、製造も複数の素子要素が同工程で平行して製造されるが、本製造方法の説明においては、素子要素一個についての説明を中心に行う。
【００７８】
図１０は、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明するための一素子要素の断面模式図である。
【００７９】
まず、シリコン半導体基板７１上に絶縁膜７３を形成する。この絶縁膜７３の上の一部に補償電極７４およびそれに接続する配線７４ａを形成し、さらに、補償電極７４が露出するようにして、絶縁膜７３もしくは配線７４ａ上に絶縁膜７０を形成する（図１０（ａ））。次に、補償電極７４上に赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜７５を形成する。さらに、この上に対向電極１７６、犠牲層７９を形成する（図１０（ｂ））。次に、その上に、この対向電極７６、誘電体膜７５と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜７７を形成する（図１０（ｃ））。受光電極７８を誘電体膜７７の上に、受光電極７８に接続する配線７８ａを絶縁膜７０上の一部に、それぞれ形成し、犠牲層７９をエッチング除去して空隙８０を形成し、半導体基板７１の誘電体膜７５の直下部に空隙７２を形成する（図１０（ｄ））。以上の工程を経て、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素が得られる。シリコン半導体基板７１上に二次元的に前記素子要素が形成されることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子が得られる。
【００８０】
すなわち、本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、赤外線を受光する受光電極対に対して、それぞれ１つずつの補償電極対を受光電極対の基板裏面に形成することによって、構造をコンパクト化でき、２次元化を容易に行うことができる。さらに、１つの受光電極対の下部に１つの補償電極対を形成することによって、誘電体膜自身の特性ばらつきによる電極対間の感度バラツキを抑制し、電極面積を同じ大きさにすることができ、さらに、受光電極対同士の熱クロストークに加え、受光電極対から補償電極対への熱クロストークも抑制できマイクロ化、高密度化、高分解能化を達成することができ、正確な２次元温度分布を得ることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態においては、絶縁膜７３は空隙７２の位置には形成されていないとして説明したが、これに限らず、例えば、シリコン半導体基板７１上の全面に形成されているとしてもよい。要するに、各電極および各誘電体膜とシリコン半導体基板７１との絶縁性を確保するように、絶縁膜７０または絶縁膜７３が形成されておりさえすればよい。
【００８２】
また、本実施の形態においては、本発明の対向電極間空隙に加えて本発明の基板空隙を備えているとして説明したが、これに限らず、対向電極間空隙のみを備えているとしても、受光電極対から補償電極対への熱クロストークを抑制できるという効果は得られる。
【００８３】
さらに、本発明の基板空隙を形成する工程は、本実施の形態においては、受光電極を形成する工程の後、行われるとして説明したが、これに限らず、例えば、本発明の補償電極を形成する工程の前に行うとしてもよい。
【００８４】
（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００８５】
図１１は、本発明の第８の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図である。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、受光電極対と補償電極対とが、異なる基板を重ね合わせて接合して形成された一枚の基板の表裏面にそれぞれ配置されていることに関する点以外は、上述した第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第４の実施の形態と同じとし、第４の実施の形態と同じ呼称の構成部材については、特に説明のない限り、第４の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【００８６】
下面に絶縁膜８２が形成されたシリコン半導体基板８１に設けられた空隙８７ａの下に、絶縁膜８２を介して、対向電極８５が形成され、対向電極８５の空隙８７ａの直下部下に赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜８４が形成され、その下に補償電極８３が形成されている。また、上面に絶縁膜１８２が形成されたシリコン半導体基板８６に設けられた空隙８７ｂ上に、絶縁膜１８２を介して、対向電極８５と電気的に接続されている対向電極１８５が形成され、対向電極１８５の空隙８７ｂの直上部上に誘電体膜８４と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜８８が形成され、その上に受光電極８９が形成されている。また、シリコン半導体基板８１の空隙８７ａ下以外の場所においては、補償電極８３と絶縁膜８２との間または対向電極８５の下に別の絶縁膜１８１が形成されている。同様に、シリコン半導体基板８６の空隙８７ｂ上以外の場所においては、受光電極８９と絶縁膜１８２との間または対向電極１８５の上に別の絶縁膜１８３が形成されている。絶縁膜８２と絶縁膜１８１とは、および／または、絶縁膜１８２と絶縁膜１８３とは、同じ材質である必要はないが、同じ材質である場合は、両者を一体形成したものであってもよい。各膜および各電極が形成されている面が表裏面となるように、かつ、空隙８７ａと８７ｂが合わさって空隙８７を形成するように、２枚のシリコン半導体基板８１、８６が重ね合わされて接合されることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素が形成されている。複数の空隙８７がシリコン半導体基板８１、８６に二次元的に設けられ、各空隙８７毎に前記素子要素が形成されることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子が構成されている（図示せず）。受光電極８９および補償電極８３はそれぞれ、出力用の配線８９ａ、８３ａを介して各素子要素から導出されて外部電極（図示せず）へと接続されている。なお、対向電極１８５は、本発明の第一の対向電極に対応するものであり、受光電極８９と共に本発明の受光電極対を形成しており、対向電極８５は、本発明の第二の対向電極に対応するものであり、補償電極８３と共に本発明の補償電極対を形成している。また、空隙８７は本発明の基板空隙に、誘電体膜８８は本発明の第一の誘電体に、誘電体膜８４は本発明の第二の誘電体に、それぞれ対応するものである。
【００８７】
また、誘電体膜８８は上方からの赤外線が入射できるような構成になっており、反対に誘電体膜８４は上方からの赤外線が入射できないような構成となっている。例えば、受光電極８９が赤外線を透過させる材質のものであり、対向電極８５が赤外線を遮蔽する材質のものであればよい。
【００８８】
上記の構成によって、各受光電極８９へ赤外線が入射した時、対応する補償電極８３からの出力によって、各受光電極８９からの出力を補償するようにしている。このとき、赤外線が入射されることによって生じる入射熱は、空隙８７から空気中に放熱され、半導体基板８１、８６を介しての他の受光電極対との熱クロストークおよび対応する補償電極対への熱クロストークは抑制される。
【００８９】
次に、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明する。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、前述したように半導体基板８１、８６に複数の素子要素が二次元的に配置されたものであり、製造も複数の素子要素が同工程で平行して製造されるが、本製造方法の説明においては、素子要素一個についての説明を中心に行う。
【００９０】
図１２は、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明するための一素子要素の断面模式図である。
【００９１】
まず、シリコン半導体基板８６上に絶縁膜１８２を形成する。この絶縁膜１８２の上の一部に対向電極１８５を形成する。この対向電極１８５の上の一部に赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜８８を形成する。さらに、誘電体膜８８の上面が露出するようにして、絶縁膜１８２もしくは対向電極１８５上に絶縁膜１８３を形成した後、受光電極８９を誘電体膜８８の上に、受光電極８９に接続する配線８９ａを絶縁膜１８３上の一部に、それぞれ形成する（図１２（ａ））。次に、別のシリコン半導体基板８１上に絶縁膜８２を形成する。この絶縁膜８２の上の一部に対向電極８５を形成する。この対向電極８５の上の一部に誘電体膜８８と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜８４を形成する。さらに、誘電体膜８４の上面が露出するようにして、絶縁膜８２もしくは対向電極８５上に絶縁膜１８１を形成した後、補償電極８３を誘電体膜８４の上に、補償電極８３に接続する配線８３ａを絶縁膜１８１上の一部に、それぞれ形成する（図１２（ｂ））。次に、シリコン半導体基板８１、８６の誘電体膜８４、８８の下部をエッチングし、空隙８７ｂ、８７ａを形成する（図１２（ｃ））。最後に、２枚のシリコン半導体基板８１、８６を、各膜および各電極が形成されている面がそれぞれ表裏面となるように、かつ、空隙８７ａと８７ｂが合わさって空隙８７を形成するように、重ね合わせて接合する（図１２（ｄ））。なお、図１２（ａ）で示した工程と、図１２（ｂ）で示した工程とは、図１２（ｂ）で示した工程のほうが先に行われてもよいし、両者が同時並行して行われてもよい。
【００９２】
すなわち、本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、赤外線を受光する受光電極対に対して、それぞれ１つずつの補償電極対を受光電極対の基板裏面に形成することによって、構造をコンパクト化でき、２次元化を容易に行うことができる。さらに、１つの受光電極対の下部に１つの補償電極対を形成することによって、誘電体膜自身の特性ばらつきによる電極対間の感度バラツキを抑制し、電極面積を同じ大きさにすることができ、さらに、受光電極対同士の熱クロストークに加え、受光電極対から補償電極対への熱クロストークも抑制できマイクロ化、高密度化、高分解能化を達成することができ、正確な２次元温度分布を得ることができる。
【００９３】
なお、本実施の形態においては、絶縁膜８２、１８２はそれぞれ、シリコン半導体基板８１、８６上（または下）の全面に形成されているとして説明したが、これに限らず、例えば、空隙８７上（または下）にはなくてもよい。要するに、各電極および各誘電体膜とシリコン半導体基板８１、８６との絶縁性を確保するように、絶縁膜８２、１８２または絶縁膜１８１、１８３が形成されておりさえすればよい。
【００９４】
また、本発明の基板空隙は、本実施の形態においては、各基板を貫通しているとして説明したが、これに限らず、空隙８７ｂのみを有する構成であってもよい。要するに、本発明の第一の誘電体の赤外線による入射熱を、誘電体膜８４に伝えることなく、空気中に放熱させるような構成でありさえすればよい。
【００９５】
さらに、本実施の形態においては、対向電極８５、１８５は、空隙８７の直上（または直下）以外にも形成されているとして説明したが、これに限らず、少なくとも、空隙８７の直上（または直下）のみに形成され、対応する対向電極同士が電気的に接続されておりさえすればよい。
【００９６】
（第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００９７】
図１３は、本発明の第９の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図である。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、基板が基板空隙外縁部付近に段差を有することに関する点以外は、上述した第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第４の実施の形態と同じとし、第４の実施の形態と同じ呼称の構成部材については、特に説明のない限り、第４の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【００９８】
空隙９３が形成されたシリコン半導体基板９１上に、空隙９３の外周部よりわずかに広い貫通孔を有するシリコン半導体基板９２を、前記貫通孔と空隙９３とを重ね合わせるようにして接合された接合基板上全面に、絶縁膜９４が空隙９３にふたをするように形成されている。その空隙９３上に、絶縁膜９４を介して、補償電極９５、赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜９６、対向電極９７、誘電体膜９６と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜９８、受光電極９９の順で、前記貫通孔による前記接合基板の段差になじむように、各膜及び各電極が積層されている。また、前記接合基板の空隙９３上以外の場所においては、受光電極９９と、補償電極９５または絶縁膜９４との間に別の絶縁膜９０が形成されている。絶縁膜９０は、絶縁膜９４と同じ材質である必要はないが、同じ材質である場合は、絶縁膜９４と一体形成したものであってもよい。以上によって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素が形成されている。複数の空隙９３が前記接合基板上に二次元的に設けられ、各空隙９３毎に前記素子要素が形成されることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子が構成されている（図示せず）。受光電極９９および補償電極９５はそれぞれ、出力用の配線９９ａ、９５ａを介して各素子要素から導出されて外部電極（図示せず）へと接続されている。なお、対向電極９７は、本発明の共通対向電極に対応するものであり、受光電極９９と共に本発明の受光電極対を形成しており、補償電極９５と共に本発明の補償電極対を形成している。また、空隙９３は本発明の基板空隙に、誘電体膜９８は本発明の第一の誘電体に、誘電体膜９６は本発明の第二の誘電体に、それぞれ対応するものである。
【００９９】
また、誘電体膜９８は上方からの赤外線が入射できるような構成になっており、反対に誘電体膜９６は上方からの赤外線が入射できないような構成となっている。例えば、受光電極９９が赤外線を透過させる材質のものであり、対向電極９７が赤外線を遮蔽する材質のものであればよい。
【０１００】
上記の構成によって、各受光電極９９へ赤外線が入射した時、対応する補償電極９５からの出力によって、各受光電極９９からの出力を補償するようにしている。このとき、赤外線が入射されることによって生じる入射熱は、空隙９３から空気中に放熱され、前記接合基板を介しての他の受光電極対との熱クロストークは抑制される。また、各膜及び各電極の空隙９３上に形成されている部分は、前記段差により、他の素子表面よりも窪まった位置にある。すなわち、受光電極９９を介して誘電体膜９８に到達する赤外線には、基板面に垂直な方向に対しての指向性がある。
【０１０１】
したがって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子の有する効果に加え、基板面に垂直な方向に対しての指向性を持つという効果を有する。
【０１０２】
次に、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明する。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、前述したように前記接合基板上に複数の素子要素が二次元的に配置されたものであり、製造も複数の素子要素が同工程で平行して製造されるが、本製造方法の説明においては、素子要素一個についての説明を中心に行う。
【０１０３】
図１４は、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明するための一素子要素の断面模式図である。
【０１０４】
シリコン半導体基板９１に空隙９３を設ける（図１４（ａ））。別の半導体基板９２に凹部を形成し、前記凹部と空隙９３とを重ね合わせるようにして半導体基板９１に接合し、その上面を薄く研磨する。その上に、空隙９３にふたをするように絶縁膜９４を形成し、絶縁膜９４上の一部に補償電極９５およびそれに接続する配線９５ａを形成する。さらに、その上に、補償電極９５の空隙９３上の部分が露出するように、別の誘電体膜９０を形成する（図１４（ｂ））。補償電極９５の露出した部分の上に、赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜９６を形成する。この上に対向電極９７を形成し、さらに、この上に誘電体膜９６と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜９８を形成する（図１４（ｃ））。受光電極９９を誘電体膜９８の上に、受光電極９９に接続する配線７４ａを絶縁膜９０の一部の上に、それぞれ形成する（図１４（ｄ））。
【０１０５】
なお、本発明の段差は、本実施の形態においては、空隙９３が形成されたシリコン半導体基板９１上に、空隙９３の外周部よりわずかに広い凹部を有するシリコン半導体基板９２を、前記凹部と空隙９３とを重ね合わせるようにして接合することによって形成されているとして説明したが、これに限らず、一枚の基板にあらかじめ段差を形成したものであってもよい。また、２枚の半導体基板を接合した後に、凹部を形成するとしてもよい。
【０１０６】
（第１０の実施の形態）
次に、本発明の第１０の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０１０７】
図１５は、本発明の第１０の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図である。本実施の形態における熱型赤外線検出素子は、上述した第８の実施の形態における熱型赤外線検出素子が異なる基板を重ね合わせて接合して形成された一枚の基板を用いているのに対し、異なる基板を重ね合わせるだけで接合しない状態で用いていることに関する点以外は、上述した第８の実施の形態における熱型赤外線検出素子と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第８の実施の形態と同じとし、第８の実施の形態と同じ呼称の構成部材については、特に説明のない限り、第８の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【０１０８】
下面に絶縁膜１０５が形成されたシリコン半導体基板１０１に設けられた空隙１０６ａの下に、絶縁膜１０５を介して、対向電極１１４が形成され、対向電極１１４の空隙１０６ａの直下部下に赤外線受光によって分極が生じる誘電体膜１０３が形成され、その下に補償電極１０２が形成されている。また、上面に絶縁膜１１２が形成されたシリコン半導体基板１０９に設けられた空隙１０６ｂ上に、絶縁膜１１２を介して、対向電極１１４とスルーホールを介して電気的に接続されている対向電極１０４が形成され、対向電極１０４の空隙１０６ｂの直上部上に誘電体膜１０３と同じ材質・膜厚・面積を有する誘電体膜１０７が形成され、その上に受光電極１０８が形成されている。また、シリコン半導体基板１０１の空隙１０６ａ下以外の場所においては、補償電極１０２と絶縁膜１０５との間または対向電極１１４の下に別の絶縁膜１１０が形成されている。同様に、シリコン半導体基板１０９の空隙１０６ｂ上以外の場所においては、受光電極１０８と絶縁膜１１２との間または対向電極１０４の上に別の絶縁膜１１１が形成されている。絶縁膜１０５と絶縁膜１１０とは、および／または、絶縁膜１１２と絶縁膜１１１とは、同じ材質である必要はないが、同じ材質である場合は、両者を一体形成したものであってもよい。各膜および各電極が形成されている面が表裏面となるように、かつ、空隙１０６ａと１０６ｂが合わさって空隙１０６を形成するように、２枚のシリコン半導体基板１０１、１０９が重ね合わされることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素が形成されている。複数の空隙１０６がシリコン半導体基板１０１、１０９に二次元的に設けられ、各空隙１０６毎に前記素子要素が形成されることによって、本実施の形態における熱型赤外線検出素子が構成されている（図示せず）。受光電極１０８および補償電極１０２はそれぞれ、出力用の配線１０８ａ、１０２ａを介して各素子要素から導出されて外部電極（図示せず）へと接続されている。なお、対向電極１０４は、本発明の第一の対向電極に対応するものであり、受光電極１０８と共に本発明の受光電極対を形成しており、対向電極１１４は、本発明の第二の対向電極に対応するものであり、補償電極１０２と共に本発明の補償電極対を形成している。また、空隙１０６は本発明の基板空隙に、誘電体膜１０７は本発明の第一の誘電体に、誘電体膜１０３は本発明の第二の誘電体に、それぞれ対応するものである。
【０１０９】
また、誘電体膜１０７は上方からの赤外線が入射できるような構成になっており、反対に誘電体膜１０３は上方からの赤外線が入射できないような構成となっている。例えば、受光電極１０８が赤外線を透過させる材質のものであり、対向電極１１４が赤外線を遮蔽する材質のものであればよい。
【０１１０】
上記の構成によって、各受光電極１０８へ赤外線が入射した時、対応する補償電極１０２からの出力によって、各受光電極１０８からの出力を補償するようにしている。このとき、赤外線が入射されることによって生じる入射熱は、空隙１０６から空気中に放熱され、半導体基板１０１、１０９を介しての他の受光電極対との熱クロストークおよび対応する補償電極対への熱クロストークは抑制される。
【０１１１】
（第１１の実施の形態）
次に、本発明の第１１の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０１１２】
図１６は、本発明の第１１の実施の形態における赤外線撮像システムの概略構成図である。
【０１１３】
本実施の形態における赤外線撮像システムは、複数の受光電極２０１および単数または複数の補償電極２０２を有する本発明の熱型赤外線検出素子２００と、各電極からの信号を読み込む読込部２０３と、各受光電極２０１へ赤外線が入射して、受光電極２０１から得られる信号と補償電極２０２からの信号とを処理する時、補償電極２０２からそれに対応する受光電極２０１までの距離を考慮し、長いところも短いところも同じ出力が得られるように距離補正を行う距離補正部２０４と、距離補正部２０４によって補正された補償電極２０２からの出力および受光電極２０１からの出力の差を検知して、各受光電極２０１からの出力を補償する差検知部２０５と、差検知部２０５の出力を増幅する増幅部２０６と、増幅部２０６の出力をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換部２０７とから構成されている。
【０１１４】
このように、補償電極から受光電極までの距離を考慮し、かつ、補償電極からの出力と、受光電極からの出力の差を検知することによって、複数の受光電極からのセンサ出力を同じように補償することができ、ばらつきや誤差のない、正確なセンサ測定出力を得ることができ、正確な熱源検知、人体検知を行うことができる。さらに、補償電極から受光電極までの距離を補正し、補償・受光素子との差を検知するので、誘電体膜自身の特性ばらつきや配線長の違いによる素子間の感度バラツキを抑制することができるので、赤外線像のぼけを抑制することができ、信頼性も高く、高精度に人体検知、位置検知を行うことが可能である。
【０１１５】
なお、熱型赤外線検出素子２００として、上述した第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子のように、受光電極と補償電極が重ね合わされて積層されているような熱型赤外線検出素子のみを用いる場合は、距離補正部２０４は省略できる。
【０１１６】
（第１２の実施の形態）
次に、本発明の第１２の実施の形態を説明する。
【０１１７】
本実施の形態における赤外線撮像システムは、各電極の出力を読み込む際に、１つの受光電極の出力を読み込む直前または読み込んだ直後に、それに対応する補償電極の出力を読み込むことに関する点以外は、上述した第１１の実施の形態における赤外線撮像システムと同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第１１の実施の形態と同じとする。
【０１１８】
本実施の形態における赤外線撮像システムの構成は、第１１の実施の形態における赤外線撮像システムと同じであるので、説明は省略し、符号も同じものを使用する。
【０１１９】
本実施の形態における赤外線撮像システムは、読込部２０３が、各受光電極２０１へ赤外線が入射して、受光電極２０１から得られる信号と補償電極２０２からの信号とを処理する時、受光電極２０１からの出力とそれに対応する補償電極２０２からの出力を交互に読み込んでいくことによって、各受光電極からの出力を補償することを特徴とする。
【０１２０】
すなわち、１つの補償電極を１つの受光電極の下部に形成し、対向電極を共通にし、受光電極からの出力と補償電極からの出力を交互に読み込んでいくことによって、複数の受光電極からのセンサ出力を同じように補償することができ、ばらつきや誤差のない、正確なセンサ測定出力を得ることができ、正確な熱源検知、人体検知を行うことができる。さらに、受光素子、補償素子を同一の基板上に形成しているので、誘電体膜自身の特性ばらつきによる素子間の感度バラツキを抑制し、正確で高解像度の赤外線像を得ることができ、信頼性も高く、高精度に正確な２次元温度分布を得ることができる。
【０１２１】
なお、熱型赤外線検出素子２００として、上述した第１の実施の形態における熱型赤外線検出素子のように、複数の受光電極に対して１つの補償電極のみが対応しているような熱型赤外線検出素子のみを用いる場合は、本実施の形態における読込部の機能は省略できる。
【０１２２】
なお、上述した第１〜第１２の実施の形態においては、本発明の熱型赤外線検出素子、熱型赤外線検出素子の製造方法および赤外線撮像システムを中心に説明したが、本発明の赤外線撮像装置は、上述した各熱型赤外線検出素子または赤外線撮像システムを備えるものである。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、請求項１〜２４の本発明は、素子の小型化を図ることによって、マイクロ化、２次元化、高解像度化を可能とする、低コストの熱型赤外線検出素子および熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することができる。
【０１２４】
また、請求項６〜２４の本発明は、上記に加え、受光電極および補償電極を、熱的なクロストークを抑制するように形成することによって、赤外線像のぼけをなくして、マイクロ化、２次元化、高解像度化を可能とする、低コストの熱型赤外線検出素子および熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することができる。
【０１２５】
さらに、請求項２５〜２７の本発明は、受光電極間の感度のばらつきを抑制することができ、正確で誤差の少ない測定空間のセンシングを可能とし、高分解能を有する赤外線撮像システムを提供することができる。
【０１２６】
また、請求項２８の本発明は、上記の熱型赤外線検出素子または赤外線撮像システムを備えた赤外線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における熱型赤外線検出素子の表面模式図。
【図２】本発明の第２の実施の形態における熱型赤外線検出素子の表面模式図。
【図３】本発明の第３の実施の形態における熱型赤外線検出素子の表面模式図。
【図４】本発明の第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図。
【図５】本発明の第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明するための一素子要素の断面模式図。
【図６】本発明の第４の実施の形態における熱型赤外線検出素子の変形例の一素子要素の断面模式図。
【図７】本発明の第５の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図。
【図８】本発明の第６の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図。
【図９】本発明の第７の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図。
【図１０】本発明の第７の実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明するための一素子要素の断面模式図。
【図１１】本発明の第８の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図。
【図１２】本発明の第８の実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明するための一素子要素の断面模式図。
【図１３】本発明の第９の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図。
【図１４】本発明の第９の実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を説明するための一素子要素の断面模式図。
【図１５】本発明の第１０の実施の形態における熱型赤外線検出素子の一素子要素の断面模式図。
【図１６】本発明の第１１の実施の形態における赤外線撮像システムの概略構成図。
【図１７】従来の焦電型赤外線センサの断面模式図。
【符号の説明】
１１、２１、３１、４８、２０１  受光電極
１２、２２、３２、４４、２０２  補償電極
１３、２３、２４、３３、３４、４１  半導体基板
４２  空隙
４３、４９  絶縁膜
４５、４７  誘電体膜
４６  対向電極
４４ａ、４８ａ  配線
２０３  読込部
２０４  距離補正部
２０５  差検知部
２０６  増幅部
２０７  Ａ／Ｄ変換部
【図１】
0003777029.tif 000002
【図２】
0003777029.tif 000003
【図３】
0003777029.tif 000004
【図４】
0003777029.tif 000005
【図５】
0003777029.tif 000006
【図６】
0003777029.tif 000007
【図７】
0003777029.tif 000008
【図８】
0003777029.tif 000009
【図９】
0003777029.tif 000010
【図１０】
0003777029.tif 000011
【図１１】
0003777029.tif 000012
【図１２】
0003777029.tif 000013
【図１３】
0003777029.tif 000014
【図１４】
0003777029.tif 000015
【図１５】
0003777029.tif 000016
【図１６】
0003777029.tif 000017
【図１７】
0003777029.tif 000018