JP2005043381A - Thermal infrared detector and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【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
PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the aperture ratio of a thermal infrared detector and increase the sensitivity without substantially increasing the thermal time constant.
An infrared reflecting film 2 and a first insulating protective film 3 are laminated on a silicon substrate 1 having a contact pad, and an infrared light receiving part 5 is supported by a support part 6 from a surface of the first insulating protective film 3 to a cavity part. 4 is supported. The infrared light receiving unit 5 includes a temperature detection unit (thermistor bolometer thin film 7), a first infrared absorption unit (insulating protective film 8) covering the temperature detection unit (thermistor bolometer thin film 7), and an electrode unit 13. A second infrared ray absorbing portion (protrusion portion 12) protrudes from the surface of the insulating protective film 8, and extends from the edge of the infrared ray receiving portion 5 or the inside of the electrode portion 13 toward the outside of the infrared ray receiving portion 5, The support 6 and the contact pad are covered. The central portion of the insulating protective film 8 is exposed in the infrared incident direction through the central opening of the flange portion 12, and the total area of the insulating protective film 8 and the flange portion 12 that can receive infrared rays is the substrate of the insulating protective film 8. It is larger than the area opposite to 1.
[Selection] Figure 2
Description
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。 The present invention relates to a high-aperture-rate thermal infrared detector having a structure in which a light receiving portion receiving infrared rays is supported by a beam or the like with a space from a substrate, a so-called thermal separation structure, and a method for manufacturing the same.
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。
In order to improve the aperture ratio (fill factor) of a thermal infrared detector having a thermal separation structure, the structure of an infrared solid-state imaging device described in
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。
First, the conventional thermal infrared detector shown in FIGS. 21 and 22 will be described. As shown in FIG. 21, a recess that becomes the
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。
Each of the beams 102 and 103 floats and supports the
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。
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。
On the other hand, an infrared absorption unit 112 is bonded to the surface of the
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。
In the thermal infrared detector, when infrared rays are irradiated on the infrared absorbing portion, the infrared rays are absorbed by the infrared absorbing portion, and the temperature of the infrared absorbing portion rises. And the infrared rays irradiated to the infrared absorption part are detected by detecting the temperature change of the infrared absorption part. Therefore, the conventional thermal infrared detector shown in FIG. 21 and FIG. 22 mainly includes an infrared absorber 112 and a
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。
FIG. 22 shows the entire pixel 200 and a part of the signal readout circuit 201 in the pixel 200. The signal readout circuit 201 installed in the pixel 200 is composed of a MOS transistor, a diode, or the like. A contact portion 205 is formed in the signal readout circuit 201. The contact portion 205 is connected to a contact portion 206 formed on the control
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。
In another thermal infrared detector shown in FIG. 23, ie, another example shown in
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。
The thermistor bolometer
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。
When the wavelength of the infrared ray desired to be detected by the thermal infrared detector is λ and the refractive index of the infrared absorbing portion 315 is n, the thickness of the infrared absorbing portion 315 is expressed as λ / (4n). The infrared reflectance of the
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。
As shown in FIG. 24, in the thermal infrared detector array described in Non-Patent
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。 A laminated body in which an infrared reflection film 409, an insulating film 411, and an infrared absorption film 412 are laminated in this order is bonded to the surface of the temperature detection unit 401 opposite to the SOI silicon substrate 400 side. A joining portion of the laminated body of the infrared reflecting film 409, the insulating film 411, and the infrared absorbing film 412 with the temperature detecting unit 401 is a joining column 410 protruding toward the temperature detecting unit 401 side. The surface on the insulating film 411 side of the bonding column 410 is in contact with the temperature detection unit 401. The infrared reflection film 409, the insulating film 411, and the infrared absorption film 412 constitute an optical resonance structure having a three-layer structure.
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。
When the wavelength of infrared rays to be detected by the thermal infrared detector is λ (specifically, 8 to 12 μm band) and the refractive index of the insulating film 411 is n, the thickness of the insulating film 411 is λ / (4n). expressed. The insulating film 411 is composed of a silicon oxide film and a silicon nitride film. The infrared reflectance of the infrared reflection film 409 is preferably 100%, and the sheet resistance of the infrared absorption film 412 is preferably about 377Ω. By satisfying these conditions, the infrared light having the wavelength λ is efficiently absorbed and converted into heat by the optical resonance structure as shown in FIG. The converted heat is transferred to the
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。
25 is a perspective view showing a thermal infrared sensor described in
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。
Each of the two
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。
As shown in FIG. 26, the infrared
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。
In the polycrystalline silicon film 511, an n-type diffusion layer and a p-type diffusion layer are formed, and the n-type diffusion layer and the p-type diffusion layer constitute a pn junction type thermistor. Further, a through hole 524 is provided at a predetermined position of the infrared
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。
Each of the two
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。
One end portion 515a of the titanium film 515 functions as the first column portion 502 (and the conductive portion), and the aluminum film 518 functions as the second column portion 503 (and the conductive portion). The aluminum film 518 is formed on the inner wall of the through hole 524 so as to be in contact with the high-concentration
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。
The thermal infrared detectors described in
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。
τ th = H / G th (1)
As described below, each of the conventional thermal infrared detectors described above is expected to have a thermal time constant considerably larger than 30 msec, and it is considered that an afterimage becomes a big problem in real-time imaging.
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。
In the case of the thermal infrared detector described in
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。
First, the thickness of the insulating film 411 in the infrared absorbing portion is estimated to be 1.3 to 1.7 μm from the refractive index values of the silicon oxide film and the silicon nitride film in the wavelength band of 8 to 12 μm. Considering that the aperture ratio of the infrared detector array is 90%, the heat capacities of the temperature detector 401 and the infrared absorbers (409, 411, 412) are 6.6 × 10 −10 J / K, (3 0.2 to 4.2) × 10 −9 J / K, and the total heat capacity is (3.9 to 4.8) × 10 −9 J / K. From this value and the thermal conductance value of 8.2 × 10 −8 W / K, the thermal time constant of the thermal infrared detector array of
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。 Next, in the case where the infrared absorption part is composed only of the insulating film 411 made of a silicon nitride film having a thickness of 500 nm and the infrared reflection film 409 made of a Ti film having a thickness of 150 nm, the heat capacity of the infrared absorption part is 1 7 × 10 −9 J / K, and the thermal time constant is calculated as 30 msec. However, it is still not much different from the television frame rate of 30 Hz (33 msec in time), and it is determined that afterimages are also a problem.
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。
In the case of the thermal infrared detector disclosed in
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。 An object of the present invention is to provide a thermal infrared detector capable of increasing the aperture ratio and at the same time increasing sensitivity without increasing the thermal time constant, and a method for manufacturing the same.
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。
In order to achieve the above object, the first thermal infrared detector of the present invention comprises:
A substrate with contact pads;
A first infrared absorbing portion that is heated by infrared when absorbing infrared rays, a temperature detecting portion that detects a temperature change due to heat transmitted from the first infrared absorbing portion, and an electrode portion that is electrically connected to the temperature detecting portion An infrared light receiving unit disposed at a distance above the contact pad forming surface of the substrate;
The infrared light receiving unit is supported on the substrate by floating from the contact pad forming surface of the substrate, and at least part of the substrate is made of a conductive material so as to constitute a wiring that electrically connects the electrode part of the infrared light receiving unit to the contact pad of the substrate. A formed support, and
Projects from the first infrared absorbing part of the infrared light receiving part, extends from the edge of the infrared light receiving part and / or from the root located inside the electrode part toward the outside of the infrared light receiving part, and is spaced from the electrode part A second part that covers the surface of the electrode part opposite to the substrate side with a gap therebetween, is heated by infrared rays when infrared rays are absorbed, and the heat is transmitted to the temperature detection unit via the first infrared absorption unit. An infrared absorption part,
The second infrared absorbing portion is physically separated from the second infrared absorbing portion of the adjacent pixel,
The central portion of the first infrared absorbing portion is exposed toward the direction in which the infrared rays enter through the central opening provided in the second infrared absorbing portion,
The total area of the first infrared absorbing section and the second infrared absorbing section where the infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorbing section on the side opposite to the substrate side.
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。 According to this configuration, when infrared rays are incident on the first infrared absorbing portion of the infrared light receiving portion and the second infrared absorbing portion including the flange protruding from the first infrared absorbing portion, at least part of the incident infrared rays Are absorbed by the first and second infrared absorbing portions and heated. The heat of the first infrared absorption unit is transmitted to the temperature detection unit, the heat of the second infrared absorption unit is also transmitted to the temperature detection unit through the first infrared absorption unit, and the temperature of the temperature detection unit changes. The temperature change of the temperature detection unit is transmitted to the signal readout circuit, for example, as a signal passing through the electrode unit electrically connected to the temperature detection unit, the wiring of the support unit, and the contact pad of the substrate. It is converted into an electrical signal. Based on the electrical signal, the temperature change of the temperature detection unit is converted into an infrared image by an external circuit or the like.
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。
Here, as described above, the second infrared ray absorbing portion (protrusion portion) is protruded from the first infrared ray absorbing portion of the infrared ray receiving portion, and a space is formed between the electrode portion and the second infrared ray absorbing portion. By covering the surface of the electrode portion opposite to the substrate side at a distance, the aperture ratio of each pixel of the thermal infrared detector can be increased and more infrared rays can be absorbed. As a result, the sensitivity of the thermal infrared detector can be increased. Further, by arranging the base of the second infrared absorbing portion in the vicinity of the edge of the infrared light receiving portion, the heat capacity hardly increases, and the thermal time constant can be made sufficiently smaller than the
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。 The second infrared absorbing part covers the surface of the support part opposite to the substrate side with a space between the support part and the contact pad with a space between the contact pad of the substrate. It is preferable. As described above, the second infrared absorbing portion covers the contact pad and the support portion, whereby the aperture ratio of each pixel in the thermal infrared detector can be further increased and more infrared rays can be absorbed.
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。 The second infrared absorbing portion protrudes from a portion of the first infrared absorbing portion excluding the portion corresponding to the electrode portion, and extends from the root located at the edge of the infrared receiving portion toward the outside of the infrared receiving portion. Also good.
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。
The second thermal infrared detector of the present invention is
A substrate with contact pads;
A first infrared absorbing portion that is heated by infrared when absorbing infrared rays, a temperature detecting portion that detects a temperature change due to heat transmitted from the first infrared absorbing portion, and an electrode portion that is electrically connected to the temperature detecting portion An infrared light receiving unit disposed at a distance above the contact pad forming surface of the substrate;
The infrared light receiving unit is supported on the substrate by floating from the contact pad forming surface of the substrate, and at least part of the substrate is made of a conductive material so as to constitute a wiring that electrically connects the electrode part of the infrared light receiving unit to the contact pad of the substrate A formed support, and
The first infrared absorption part of the infrared light receiving part protrudes from the part excluding the part corresponding to the electrode part, extends from the root located at the edge of the infrared light receiving part toward the outside of the infrared light receiving part, and It consists of a ridge that covers the surface of the support part opposite to the board side with a space in between and covers the contact pad with a space between it and the contact pad of the board. And a second infrared absorber that transmits the heat to the temperature detector via the first infrared absorber,
The second infrared absorbing portion is physically separated from the second infrared absorbing portion of the adjacent pixel,
The central portion of the first infrared absorbing portion is exposed toward the direction in which the infrared rays enter through the central opening provided in the second infrared absorbing portion,
The total area of the first infrared absorbing section and the second infrared absorbing section where the infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorbing section on the side opposite to the substrate side.
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。 According to this configuration, the second infrared absorbing portion (protrusion portion) is protruded from the portion of the first infrared absorbing portion of the infrared receiving portion except the portion corresponding to the electrode portion, and the second infrared absorbing portion By covering the support portion and the contact pads of the substrate, the aperture ratio of each pixel of the thermal infrared detector can be increased, and more infrared rays can be absorbed. Here, since the second infrared absorbing portion protrudes from the portion of the first infrared absorbing portion excluding the portion corresponding to the electrode portion, the heat of the second infrared absorbing portion is increased between the electrode portion and the support portion. Escape to the board through the wiring is prevented. As a result, the sensitivity of the thermal infrared detector is prevented from deteriorating.
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。 An infrared reflection film formed on a contact pad forming surface which is a surface on the infrared light receiving portion side of the substrate; and a first insulating protective film formed on the surface of the infrared reflection film so as to cover the infrared reflection film The infrared light receiving part is preferably supported by being floated and supported by the support part above the first insulating protective film. Thus, by forming the infrared reflective film and the first insulating protective film, the infrared light transmitted through the infrared light receiving part is reflected toward the infrared light receiving part by the infrared reflective film on the substrate. The reflected infrared rays are incident again on the first infrared absorbing portion and the second infrared absorbing portion and absorbed by them. Therefore, by forming the infrared reflecting film on the contact pad forming surface of the substrate in this way, more infrared rays can be absorbed by the infrared absorbing portion and the collar portion.
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。 Further, a first infrared absorption unit is provided on a surface of the temperature detection unit opposite to the substrate side, a surface of the first infrared absorption unit opposite to the substrate side, and a second infrared absorption unit. A metal thin film may be formed on the surface opposite to the substrate side.
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。 In this way, by forming a metal thin film on the surface opposite to the substrate side of the first and second infrared absorbing parts, the metal thin film causes the infrared rays to interfere with each other to heat the metal thin film. An infrared detector can be constructed. As a specific operation in such a thermal infrared detector, first, when infrared rays are incident on the metal thin film on the first and second infrared absorbers, a part of the incident infrared rays is reflected by the metal thin film. Try to. On the other hand, the remaining part of the infrared light incident on the metal thin film travels toward the substrate through the metal thin film. Infrared light that has passed through the metal thin film is reflected toward the metal thin film by an infrared reflecting film, a contact pad, or the like on the substrate, and is incident on the metal thin film again. Here, the infrared rays that are incident again on the metal thin film cause interference that cancels the infrared rays that are to be reflected by the metal thin film, and the infrared rays that caused the interference are absorbed by free electrons in the metal thin film and become heat. As a result, the metal thin film is heated and its temperature rises, and the heat of the metal thin film is transmitted to the temperature detection unit via the first and second infrared absorption units. Here, the metal thin film formed on the first and second infrared absorbing portions allows the heat of the first and second infrared absorbing portions to be quickly transmitted to the temperature detecting portion.
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。 Further, it is preferable that the substrate has a reading circuit that is electrically connected to the contact pad of the substrate, converts a temperature change detected by the temperature detection unit into an electric signal, and can read out the electric signal.
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。 Furthermore, it is preferable that the support portion is composed of a conductive material that forms wiring for electrically connecting the electrode portion to the contact pad of the substrate, and a second insulating protective film that covers the conductive material. .
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。
The third thermal infrared detector of the present invention is
A first infrared absorbing portion made of an insulating film on which a metal thin film is formed as a surface layer irradiated with infrared rays, a temperature detecting portion for detecting a temperature change due to heat transmitted from the first infrared absorbing portion, and a temperature detecting portion An infrared light receiving portion including an electrode portion electrically connected to the
A substrate having a contact pad electrically connected to the electrode portion;
It is formed on the contact pad side surface of the substrate, and by reflecting the infrared rays transmitted through the metal thin film to the metal thin film among the infrared rays irradiated to the metal thin film, interference between infrared rays is caused in the metal thin film. An infrared reflective film for heating the metal thin film;
A first insulating protective film formed on the surface of the infrared reflective film so as to cover the infrared reflective film;
Consists of a conductive material that constitutes a wiring that electrically connects the electrode portion to the contact pad, and a second insulating protective film that covers the conductive material, and supports the infrared light receiving unit by floating above the first insulating protective film A supporting part to
Projecting from the insulating film of the infrared light receiving part, extending from the edge of the infrared light receiving part and / or from the root located inside the electrode part toward the outside of the infrared light receiving part, with a space between the electrode part, Cover the surface of the electrode part on the opposite side of the substrate side with a space between it and the support part, cover the surface of the support part on the opposite side of the substrate side, and leave a space between the contact pad of the board. It has a second infrared absorbing portion that is formed of a collar portion that covers the contact pad and is heated by infrared rays when infrared rays are absorbed, and transmits the heat to the temperature detecting portion via the first infrared absorbing portion,
A metal thin film is formed on the second infrared absorbing portion as a surface layer irradiated with infrared rays, and a metal thin film that is a surface layer of the first infrared absorbing portion and a metal that is a surface layer of the second infrared absorbing portion. The thin film is integrally formed to be continuous with each other,
The second infrared absorbing portion is physically separated from the second infrared absorbing portion of the adjacent pixel,
The central portion of the first infrared absorbing portion is exposed toward the direction in which the infrared rays enter through the central opening provided in the second infrared absorbing portion,
The total area of the first infrared absorbing section and the second infrared absorbing section where the infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorbing section on the side opposite to the substrate side.
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。 In this thermal infrared detector, as described above, the infrared rays that are to be reflected by the metal thin film, and the infrared rays that are reflected by the infrared reflective film and the contact pads after passing through the metal thin film and are incident on the metal thin film again. And the interference infrared rays are absorbed by free electrons in the metal thin film to become heat, and the temperature of the metal thin film rises, which is passed through the first and second infrared absorption parts. Is transmitted to the temperature detector. With the metal thin film, the heat of the first and second infrared absorbing parts is quickly transmitted to the temperature detecting part. Even in the thermal infrared detector configured to heat the metal thin film by causing infrared rays to interfere with each other with the metal thin film, the second infrared absorbing portion protruding from the first infrared absorbing portion of the infrared light receiving portion ( By covering the electrode part of the infrared light receiving part, the support part, and the contact pad of the substrate with the heel part), and extending the metal thin film to the entire surface of the second infrared absorbing part opposite to the substrate side, By increasing the aperture ratio of each pixel of the infrared detector, more infrared rays can be absorbed. As a result, the sensitivity of the thermal infrared detector can be increased.
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。 It is preferable that the temperature detection unit is any of a thermistor bolometer thin film, a pyroelectric thin film, or a thermopile.
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。
The manufacturing method of the first thermal infrared detector of the present invention is as follows:
A first infrared absorbing portion that is heated by infrared when absorbing infrared rays, a temperature detecting portion that detects a temperature change due to heat transmitted from the first infrared absorbing portion, and an electrode portion that is electrically connected to the temperature detecting portion An infrared light receiving unit,
A support part for supporting the infrared light receiving part by floating on the substrate;
A second infrared absorbing part that comprises a collar projecting from the first infrared absorbing part and is heated by the infrared when absorbing the infrared and transmits the heat to the temperature detecting part via the first infrared absorbing part;
A thermal infrared detector in which the total area of the first infrared absorbing section and the second infrared absorbing section where the infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorbing section on the side opposite to the substrate side A manufacturing method of
Preparing a substrate having contact pads;
Forming an infrared reflective film on a part of the surface of the substrate on the contact pad side;
Forming a first insulating protective film on the surface of the infrared reflective film and the substrate so as to cover the infrared reflective film;
Forming a first sacrificial layer at a position of the first insulating protective film where the infrared light receiving portion is to be formed;
Forming a first material film on the surfaces of the first sacrificial layer and the first insulating protective film so as to cover the first sacrificial layer;
Forming a temperature detecting portion on a surface of a portion of the first material film located above the first sacrificial layer;
Forming a second material film on the surface of the temperature detection unit and the first material film so as to cover the temperature detection unit;
Forming a first opening at a position above the contact pad of the first insulating protective film and the first and second material films;
Forming a second opening in the second material film to expose a part of the temperature detection unit;
Forming a metal film inside the first and second openings and on the surface of the second material film;
The metal film is patterned to expose the second material film on the temperature detection unit, and the electrode unit located in the second opening and connected to the temperature detection unit, and the wiring connecting the electrode unit and the contact pad Forming a process; and
Forming a third material film partly serving as a first infrared absorbing portion on the surfaces of the metal film and the second material film so as to cover the metal film;
Patterning the first to third material films to form slits and exposing the first sacrificial layer through the slits;
Forming a second sacrificial layer on the surface of the third material film and the exposed surface of the first sacrificial layer;
Patterning the second sacrificial layer so as to expose a portion of the third material film located above the central portion of the temperature detection unit;
Forming a fourth material film, a part of which becomes a second infrared absorbing portion, on the surface of the second sacrificial layer and the exposed surface of the third material film;
The fourth material film is formed such that a portion of the third material film located above the central portion of the temperature detection unit is exposed to form a first infrared absorption unit and a part of the second sacrificial layer is exposed. Is patterned to extend from the edge of the infrared light receiving part and / or from the root located inside the electrode part to the outside of the infrared light receiving part and facing the central part of the infrared light receiving part. Forming a second infrared absorbing portion;
Removing the first sacrificial layer so that the infrared light receiving unit including the first infrared absorbing unit is supported by the support unit with a space between the substrate and the substrate;
Removing the second sacrificial layer to bring the second infrared absorbing portion into a state of covering the electrode portion, the support portion, and the contact pad with a space therebetween.
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。 Before the step of patterning the fourth material film, the method further includes the step of forming a metal thin film on the surface of the fourth material film, and in the step of patterning the fourth material film, the metal together with the fourth material film The thin film may be patterned to leave the metal thin film that forms the surface layer of each of the first and second infrared absorbing portions.
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。
The manufacturing method of the second thermal infrared detector of the present invention is as follows:
A first infrared absorbing portion made of an insulating film on which a metal thin film is formed as a surface layer irradiated with infrared rays, a temperature detecting portion for detecting a temperature change due to heat transmitted from the first infrared absorbing portion, and a temperature detecting portion An infrared light receiving portion including an electrode portion electrically connected to the
A support part for supporting the infrared light receiving part by floating on the substrate;
A second infrared absorbing part that comprises a collar projecting from the first infrared absorbing part and is heated by the infrared when absorbing the infrared and transmits the heat to the temperature detecting part via the first infrared absorbing part;
A thermal infrared detector in which the total area of the first infrared absorbing section and the second infrared absorbing section where the infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorbing section on the side opposite to the substrate side A manufacturing method of
Preparing a substrate having contact pads;
Forming an infrared reflective film on a part of the surface of the substrate on the contact pad side;
Forming a first insulating protective film on the surface of the infrared reflective film and the substrate so as to cover the infrared reflective film;
Forming a first sacrificial layer at a position of the first insulating protective film where the infrared light receiving portion is to be formed;
Forming a first material film on the surfaces of the first sacrificial layer and the first insulating protective film so as to cover the first sacrificial layer;
Forming a temperature detecting portion on a surface of a portion of the first material film located above the first sacrificial layer;
Forming a second material film on the surface of the temperature detection unit and the first material film so as to cover the temperature detection unit;
Forming a first opening at a position above the contact pad of the first insulating protective film and the first and second material films;
Forming a second opening in the second material film to expose a part of the temperature detection unit;
Forming a metal film inside the first and second openings and on the surface of the second material film;
The metal film is patterned to expose the second material film on the temperature detection unit, and the electrode unit located in the second opening and connected to the temperature detection unit, and the wiring connecting the electrode unit and the contact pad Forming a process; and
Forming a third material film partly serving as a first infrared absorbing portion on the surfaces of the metal film and the second material film so as to cover the metal film;
Patterning the first to third material films to form slits and exposing the first sacrificial layer through the slits;
Forming a second sacrificial layer on the surface of the third material film and the exposed surface of the first sacrificial layer;
Patterning the second sacrificial layer so as to expose a portion of the third material film located above the central portion of the temperature detection unit;
Forming a fourth material film, a part of which becomes a second infrared absorbing portion, on the surface of the second sacrificial layer and the exposed surface of the third material film;
Forming a fifth material film, which is a metal thin film constituting the surface layers of the first and second infrared light receiving parts, on the entire surface of the fourth material film;
The fourth and fifth portions of the third material film are exposed so that a portion located above the central portion of the temperature detecting portion is exposed to be a first infrared absorbing portion and a part of the second sacrificial layer is exposed. The material film is patterned to open from the edge of the infrared light receiving part and / or from the root located inside the electrode part toward the outside of the infrared light receiving part and facing the central part of the infrared light receiving part Forming the second infrared absorbing portion and the surface layer thereof,
Removing the first sacrificial layer so that the infrared light receiving unit including the first infrared absorbing unit is supported by the support unit with a space between the substrate and the substrate;
Removing the second sacrificial layer to bring the second infrared absorbing portion into a state of covering the electrode portion, the support portion, and the contact pad with a space therebetween.
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。 It is preferable to use polyimide as the material for the first and second sacrificial layers.
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。 According to the method of the present invention described above, it is possible to manufacture a highly sensitive thermal infrared detector that has a high aperture ratio and can absorb more infrared rays.
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。 The present invention provides a support portion for floating and supporting the electrode portion of the infrared light receiving portion and the infrared light receiving portion from the substrate by the second infrared absorbing portion including the flange protruding from the first infrared absorbing portion of the infrared light receiving portion. By covering each of the contact pads of the substrate with a space therebetween, the aperture ratio can be increased without substantially increasing the thermal time constant. As a result, it is possible to realize a thermal infrared detector that can obtain a more sensitive and real-time infrared image. Moreover, according to the manufacturing method of the thermal infrared detector of the present invention, a highly sensitive thermal infrared detector having a high aperture ratio and capable of absorbing more infrared rays can be manufactured.
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。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a thermal infrared detector according to the first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line YY ′ of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a current path in the thermal infrared detector shown in FIGS. 1 to 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. The thermal infrared detector of this embodiment is a two-dimensional array sensor with a pixel pitch of 40 μm, and FIG. 1 shows four pixels.
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。
As shown in FIGS. 2 and 3, an infrared
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。
In the thermal infrared detector of this embodiment, as shown in each of FIGS. 1 to 5, a plurality of infrared
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。
The infrared
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。
On the other hand, one end of the plate-
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。
Each of the
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。
As will be described later in the description of the manufacturing process, the
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。
A
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。
Therefore, the connection portion of the
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。
Vanadium oxide is used as the material of the thermistor bolometer
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。
The
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。
The insulating
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。
The size of the
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。
The metal film covering the
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。
As described above, in the configuration in which the infrared
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。
As a result, the aperture ratio of the insulating
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。
In the present embodiment, the base position of the
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。 Next, the operation principle of the thermal infrared detector of this embodiment will be described.
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。
First, when the
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。
The heat of the
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。
As described above, in the thermal infrared detector of the present embodiment, the flange portion 12 (second infrared absorption portion) protrudes from the insulating protective film 8 (first infrared absorption portion) of the infrared
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。
The thermal infrared detector of the embodiment described above is of the thermistor bolometer type, but the method of increasing the aperture ratio by protruding the
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。 Next, the manufacturing method of said thermal type infrared detector is demonstrated with reference to FIGS. 6 to 13 are diagrams for explaining a method of manufacturing the thermal infrared detector of the present embodiment. Each of FIGS. 6 to 9 and FIGS. 11 to 13 shows a cross section along the current path of the thermal infrared detector, as in FIG.
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。
First, in FIG. 6A, a
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。
Next, in FIG. 6B, the infrared reflecting
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。
Next, in FIG. 7A, the first insulating
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。
Next, in FIG. 7B, a space between the
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。
Next, an insulating
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。
Next, in FIG. 8A, a temperature detection unit is formed on the surface of the insulating protective film (first material film) 32 corresponding to the infrared
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。
Next, an insulating
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。
Next, in FIG. 8B, in order to obtain electrical contact with the
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。
Next, in order to obtain electrical contact with the thermistor bolometer
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。
In the step of forming the
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。
Next, in FIG. 9A, in order to electrically connect the
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。
The
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。
Next, in FIG. 9B, an insulating
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。
Next, in FIG. 10, in order to form a thermal separation structure in which the infrared
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。
When forming the
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。
Next, in FIG. 11, photosensitive polyimide is applied to the entire surface of the insulating
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。
The second
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。
Next, an insulating
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。
Next, in FIG. 12, in order to form the
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。
Next, in FIG. 13, the first
(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。
(Second Embodiment)
14 and 15 are cross-sectional views showing a thermal infrared detector according to the second embodiment of the present invention. The thermal infrared detector of the present embodiment is mainly different from that of the first embodiment in that a metal thin film that is heated by interference between infrared rays is formed in the infrared light receiving part. In FIG. 14 and FIG. 15, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as 1st Embodiment, and it demonstrates below centering on a different point from the thermal type infrared detector of 1st Embodiment.
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。
As shown in FIG. 14 and FIG. 15, the configuration of the thermal infrared detector of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. In addition, a
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。
Further, the distance between the portion of the metal
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。
In the first embodiment, the metal
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。
As a material for the insulating
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。
Further, if the material of the insulating
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。 The operating principle of the thermal infrared detector of this embodiment will be described.
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。
First, when the
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。
The infrared rays reflected by the infrared reflecting
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。
As described above, the temperature of the thermistor bolometer
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。
As described above, since the metal
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。
When the distance between the portion of the metal
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。
Next, a method for manufacturing the thermal infrared detector of this embodiment will be described. In the manufacturing method of the thermal infrared detector of the present embodiment, the same steps as the steps of FIGS. 6 to 11 in the manufacturing method described in the first embodiment are performed. In the processes of FIGS. 6 to 11, for example, when the materials and film thicknesses of the insulating
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。
In FIG. 16, after forming the insulating protective film 41 (fourth material film), the metal
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。
Next, in FIG. 17, in order to form the
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。
Next, in FIG. 18, the first
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。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a modification of the thermal infrared detector shown in FIGS. 14 and 15. In the modification shown in FIG. 19, the position of the base of the
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。
Here, if the base of the
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。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a modification of the thermal infrared detector of the first embodiment shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 20, even in a thermal infrared detector in which the metal
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。
The thermal infrared detector of the present invention is not limited to the one described above, and is a thermal type configured to have a high aperture ratio by using a collar portion (second infrared absorbing portion) 12 that absorbs infrared rays. All infrared detectors are included in the present invention. For example, a pixel that absorbs infrared rays only by an infrared absorption film (insulating protective film 8) as in the first embodiment and a metal
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。
Even in such a thermal infrared detector that detects infrared rays in a plurality of wavelength bands with one array sensor, the aperture ratio is increased by providing the
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)
DESCRIPTION OF
8 Insulating protective film (first infrared absorption part)
9
13
15
33 Insulating protective film (second material film)
34
38, 39
Claims (14)
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。 A substrate with contact pads;
When the infrared ray is absorbed, the first infrared ray absorbing portion heated by the infrared ray, the temperature detecting portion for detecting the temperature change due to the heat transmitted from the first infrared ray absorbing portion, and the temperature detecting portion are electrically connected Infrared light receiving portion provided with an electrode portion and spaced above the contact pad forming surface of the substrate;
The infrared light receiving part is supported by being floated from the contact pad forming surface of the substrate on the substrate, and wiring for electrically connecting the electrode part of the infrared light receiving part to the contact pad of the substrate is configured. A support portion at least partially formed of a conductive material;
The electrode protrudes from the first infrared absorbing part of the infrared light receiving part, extends from the edge of the infrared light receiving part and / or from the root located inside the electrode part toward the outside of the infrared light receiving part, and the electrode The first infrared absorption part is heated by the infrared ray when the infrared ray is absorbed, and the heat is transferred to the first infrared absorption part by separating the space between the electrode part and the surface of the electrode part opposite to the substrate side. A second infrared absorber that communicates to the temperature detector via
The second infrared absorbing portion is physically separated from the second infrared absorbing portion of an adjacent pixel,
The central portion of the first infrared absorbing portion is exposed toward the direction in which infrared rays enter through a central opening provided in the second infrared absorbing portion,
The total area of the first infrared absorption part and the second infrared absorption part on which infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorption part on the side opposite to the substrate side. Type infrared detector.
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。 A substrate with contact pads;
When the infrared ray is absorbed, the first infrared ray absorbing portion heated by the infrared ray, the temperature detecting portion for detecting the temperature change due to the heat transmitted from the first infrared ray absorbing portion, and the temperature detecting portion are electrically connected Infrared light receiving portion provided with an electrode portion and spaced above the contact pad forming surface of the substrate;
The infrared light receiving part is supported by being floated from the contact pad forming surface of the substrate on the substrate, and wiring for electrically connecting the electrode part of the infrared light receiving part to the contact pad of the substrate is configured. A support portion at least partially formed of a conductive material;
The first infrared absorbing portion of the infrared light receiving portion protrudes from a portion excluding the portion corresponding to the electrode portion, and extends from the root located at the edge of the infrared light receiving portion toward the outside of the infrared light receiving portion. A space between the support portion and a surface of the support portion opposite to the substrate side, and a space between the contact pad of the substrate and the contact pad. Comprising a second infrared absorbing portion that absorbs infrared rays and is heated by the infrared rays and transmits the heat to the temperature detecting portion via the first infrared absorbing portion,
The second infrared absorbing portion is physically separated from the second infrared absorbing portion of an adjacent pixel,
The central portion of the first infrared absorbing portion is exposed toward the direction in which infrared rays enter through a central opening provided in the second infrared absorbing portion,
The total area of the first infrared absorption part and the second infrared absorption part on which infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorption part on the side opposite to the substrate side. Type infrared detector.
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。 An infrared reflective film formed on the contact pad forming surface which is a surface of the substrate on the infrared light receiving portion side, and a first insulating protective film formed on the surface of the infrared reflective film so as to cover the infrared reflective film And
5. The thermal infrared detector according to claim 1, wherein the infrared light receiving unit is supported by being floated by the support unit above the first insulating protective film. 6.
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。 The first infrared absorption unit is provided on the surface of the temperature detection unit opposite to the substrate side,
The metal thin film is formed in the surface on the opposite side to the said substrate side of the said 1st infrared absorption part, and the surface on the opposite side to the said substrate side of the said 2nd infrared absorption part. The thermal infrared detector as described.
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。 A first infrared absorbing portion made of an insulating film having a metal thin film formed as a surface layer irradiated with infrared rays, a temperature detecting portion for detecting a temperature change due to heat transmitted from the first infrared absorbing portion, and temperature detection An infrared light receiving portion comprising an electrode portion electrically connected to the portion;
A substrate having a contact pad electrically connected to the electrode portion;
The infrared rays that are formed on the contact pad side surface of the substrate and that are transmitted through the metal thin film out of the infrared rays that are irradiated onto the metal thin film are reflected toward the metal thin film, whereby infrared rays are generated in the metal thin film. An infrared reflective film for heating the metal thin film by causing mutual interference;
A first insulating protective film formed on the surface of the infrared reflective film so as to cover the infrared reflective film;
A conductive material that constitutes a wiring that electrically connects the electrode portion to the contact pad; and a second insulating protective film that covers the conductive material, and the infrared light receiving layer is disposed above the first insulating protective film. A support part for floating and supporting the part,
Projects from the insulating film of the infrared light receiving part, extends from the edge of the infrared light receiving part and / or from the root located inside the electrode part toward the outside of the infrared light receiving part, and between the electrode part Covering the surface of the electrode portion opposite to the substrate side with a space therebetween, and covering the surface of the support portion opposite to the substrate side with a space between the support portion, And a flange that covers the contact pad with a space between the contact pad and the substrate, and when the infrared ray is absorbed, the infrared ray is heated by the infrared ray and the heat is detected through the first infrared ray absorbing portion. A second infrared absorber that communicates to the
A metal thin film is formed on the second infrared absorbing portion as a surface layer irradiated with infrared rays, and the metal thin film that is the surface layer of the first infrared absorbing portion and the surface of the second infrared absorbing portion. The metal thin film that is a layer is integrally formed so as to be continuous with each other,
The second infrared absorbing portion is physically separated from the second infrared absorbing portion of an adjacent pixel,
The central portion of the first infrared absorbing portion is exposed toward the direction in which infrared rays enter through a central opening provided in the second infrared absorbing portion,
The total area of the first infrared absorption part and the second infrared absorption part on which infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorption part on the side opposite to the substrate side. Type infrared detector.
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。 When the infrared ray is absorbed, the first infrared ray absorbing portion heated by the infrared ray, the temperature detecting portion for detecting the temperature change due to the heat transmitted from the first infrared ray absorbing portion, and the temperature detecting portion are electrically connected An infrared light receiving portion provided with an electrode portion;
A support part for floating and supporting the infrared light receiving part on a substrate;
A second infrared absorbing portion comprising a collar projecting from the first infrared absorbing portion, which is heated by the infrared when the infrared rays are absorbed and transmits the heat to the temperature detecting portion via the first infrared absorbing portion; Have
The total area of the first infrared absorption part and the second infrared absorption part on which infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorption part on the side opposite to the substrate side. Type infrared detector manufacturing method,
Preparing the substrate having contact pads;
Forming an infrared reflective film on a part of the surface of the substrate on the contact pad side;
Forming a first insulating protective film on the surface of the infrared reflective film and the substrate so as to cover the infrared reflective film;
Forming a first sacrificial layer at a position of the first insulating protective film where the infrared light receiving portion is to be formed;
Forming a first material film on the surfaces of the first sacrificial layer and the first insulating protective film so as to cover the first sacrificial layer;
Forming a temperature detection portion on a surface of a portion of the first material film located above the first sacrificial layer;
Forming a second material film on the surface of the temperature detection unit and the first material film so as to cover the temperature detection unit;
Forming a first opening at a position above the contact pad of the first insulating protective film and the first and second material films;
Forming a second opening in the second material film to expose a part of the temperature detection unit;
Forming a metal film on the inside of the first and second openings and on the surface of the second material film;
Patterning the metal film to expose the second material film on the temperature detection unit, and an electrode unit located in the second opening and connected to the temperature detection unit; and Forming a wiring connecting the contact pads;
Forming a third material film, a part of which forms the first infrared absorbing portion, on the surfaces of the metal film and the second material film so as to cover the metal film;
Patterning the first to third material films to form slits, exposing the first sacrificial layer through the slits;
Forming a second sacrificial layer on a surface of the third material film and an exposed surface of the first sacrificial layer;
Patterning the second sacrificial layer so as to expose a portion of the third material film located above the central portion of the temperature detection unit;
Forming a fourth material film, a part of which forms the second infrared absorbing portion, on the surface of the second sacrificial layer and the exposed surface of the third material film;
A portion of the third material film located above a central portion of the temperature detection unit is exposed to form the first infrared absorption unit, and a part of the second sacrificial layer is exposed. A fourth material film is patterned to extend from the edge of the infrared light receiving part and / or from the root located inside the electrode part toward the outside of the infrared light receiving part and to the center of the infrared light receiving part Forming the second infrared absorbing portion having a portion facing the first opening,
Removing the first sacrificial layer to bring the infrared light receiving part including the first infrared absorption part into a state of being supported by the support part with a space between the substrate and the substrate;
Removing the second sacrificial layer to bring the second infrared absorbing portion into a state of covering the electrode portion, the support portion, and the contact pad with a space therebetween,
A method for manufacturing a thermal infrared detector including:
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。 Before the step of patterning the fourth material film, further comprising the step of forming a metal thin film on the surface of the fourth material film,
In the step of patterning the fourth material film, the metal thin film is patterned together with the fourth material film to leave the metal thin film that forms the respective surface layers of the first and second infrared absorbing portions. The manufacturing method of the thermal type infrared detector of Claim 11.
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。 A first infrared absorbing portion made of an insulating film having a metal thin film formed as a surface layer irradiated with infrared rays, a temperature detecting portion for detecting a temperature change due to heat transmitted from the first infrared absorbing portion, and the temperature An infrared light receiving unit including an electrode unit electrically connected to the detection unit;
A support part for floating and supporting the infrared light receiving part on a substrate;
A second infrared absorbing portion comprising a collar projecting from the first infrared absorbing portion, which is heated by the infrared when the infrared rays are absorbed and transmits the heat to the temperature detecting portion via the first infrared absorbing portion; Have
The total area of the first infrared absorption part and the second infrared absorption part on which infrared rays can be incident is larger than the area of the first infrared absorption part on the side opposite to the substrate side. Type infrared detector manufacturing method,
Preparing the substrate having contact pads;
Forming an infrared reflective film on a part of the surface of the substrate on the contact pad side;
Forming a first insulating protective film on the surface of the infrared reflective film and the substrate so as to cover the infrared reflective film;
Forming a first sacrificial layer at a position of the first insulating protective film where the infrared light receiving portion is to be formed;
Forming a first material film on the surfaces of the first sacrificial layer and the first insulating protective film so as to cover the first sacrificial layer;
Forming a temperature detection portion on a surface of a portion of the first material film located above the first sacrificial layer;
Forming a second material film on the surface of the temperature detection unit and the first material film so as to cover the temperature detection unit;
Forming a first opening at a position above the contact pad of the first insulating protective film and the first and second material films;
Forming a second opening in the second material film to expose a part of the temperature detection unit;
Forming a metal film on the inside of the first and second openings and on the surface of the second material film;
Patterning the metal film to expose the second material film on the temperature detection unit, and an electrode unit located in the second opening and connected to the temperature detection unit; and Forming a wiring connecting the contact pads;
Forming a third material film, a part of which forms the first infrared absorbing portion, on the surfaces of the metal film and the second material film so as to cover the metal film;
Patterning the first to third material films to form slits, exposing the first sacrificial layer through the slits;
Forming a second sacrificial layer on a surface of the third material film and an exposed surface of the first sacrificial layer;
Patterning the second sacrificial layer so as to expose a portion of the third material film located above the central portion of the temperature detection unit;
Forming a fourth material film, a part of which forms the second infrared absorbing portion, on the surface of the second sacrificial layer and the exposed surface of the third material film;
Forming a fifth material film, which is a metal thin film constituting the surface layer of the first and second infrared light receiving parts, on the entire surface of the fourth material film;
A portion of the third material film located above a central portion of the temperature detection unit is exposed to form the first infrared absorption unit, and a part of the second sacrificial layer is exposed. Patterning the fourth and fifth material films to extend from the edge of the infrared light receiving part and / or from the root located inside the electrode part toward the outside of the infrared light receiving part Forming the second infrared absorbing portion and the surface layer thereof, the portion facing the central portion of the
Removing the first sacrificial layer to bring the infrared light receiving part including the first infrared absorption part into a state of being supported by the support part with a space between the substrate and the substrate;
Removing the second sacrificial layer to bring the second infrared absorbing portion into a state of covering the electrode portion, the support portion, and the contact pad with a space therebetween,
A method for manufacturing a thermal infrared detector including:
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