JP2000292257A

JP2000292257A - 熱型赤外線センサ

Info

Publication number: JP2000292257A
Application number: JP11069459A
Authority: JP
Inventors: Shohei Matsumoto; 尚平松本; Masanori Takano; 真紀高野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】画素サイズを縮小しても高感度化が実現で
き、高精細化が容易な熱型赤外線センサを提供する。【解決手段】画素サイズのほぼ全面を占める受光部１
の下方に支持脚２を配置し、受光部１に設けられた熱電
材料４と支持脚２に埋め込まれた熱伝導率の小さい金属
とをコンタクト６を介して接続するとともに、支持脚２
を画素範囲外まで伸ばす。このとき支持脚２を、画素の
配列方向Ｂと斜めになるように配置することにより、支
持脚２が画素範囲外にまで伸びても、隣接する画素１'
の支持脚と接触することがない。受光部２からの熱伝導
を低減でき、且つ、大きなフィルファクタ（開口率）を
確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱型赤外線センサ
に関し、更に詳しくは、熱分離構造を有する熱型赤外線
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線センサとして、熱分離構造の熱型
赤外線センサが知られている。この熱型赤外線センサで
は、アレイ状に配設された多数の受光部が、熱伝導度の
小さな対応する支持脚により基板から離隔して支持され
ることで、基板から熱的に分離される。熱型赤外線セン
サは、常温でも動作し、常温においてもノイズが少な
く、且つ、高感度であるという利点を有しており、特
に、液体窒素温度レベルのセンサ冷却を必要とする量子
型赤外線センサに匹敵する等価雑音温度（ＮＥＴＤ）を
有する。このため、近年では注目を集めており、現在そ
の開発競争が激化している。この形式の２次元赤外線セ
ンサは、例えば、暗視装置、火災検知器、夜間監視カメ
ラ、温度計測器や、防衛機器として実用化されつつあ
る。

【０００３】熱型２次元赤外線センサでは、赤外線を受
光する多数の受光部が２次元的に配列され、受光部下方
の基板側には各受光部から受光量に応じた電気信号を順
次に読み出す走査回路部分が２次元的に配列された走査
回路が形成される。

【０００４】従来の熱分離構造を有する熱型２次元赤外
線センサについて、図６を参照して説明する。この熱型
赤外線センサは、例えばエスピーアイイー誌、巻１６８
９“インフラレッドイメージングシステムズ”（１
９９２）／３７９頁、「ステータスオブアンクール
ドインフラレッドイメージャーズ」（SPIE Vol.168
9 “Infrared Imaging Systems” (1９９２)／３７９,
「Status of uncooled infrared imagers」）に記載さ
れている。この例では、図６に示すように、バイポーラ
トランジスタからなる信号処理回路（走査回路）３を形
成した基板上に、主にシリコン窒化膜からなる２本の支
持脚２によって支えられたダイヤフラム構造の対応する
受光部１が形成されている。信号回路３は、受光部１と
対応するサイズを有し、対応する受光部１と電気的に接
続される。

【０００５】上記従来の熱型２次元赤外線センサでは、
各画素の支持脚２によって基板から離れて保持された受
光部１が、赤外線を吸収する赤外線吸収膜と、温度によ
り抵抗値が変化するボロメータとを有している。赤外線
は、検知対象物から放射され、赤外レンズでセンサ表面
上に集光される。各画素の赤外線吸収膜が赤外線を吸収
すると、薄膜から成る各画素の受光部の温度が上昇す
る。ボロメータは温度計として働き、受光部１の温度上
昇がボロメータの抵抗値の変化として出力される。この
ようにして、画素アレイ上で２次元的な強度分布を有す
る赤外線によって生成される電気信号が、基板面に形成
された走査回路を経由してセンサ外部に順次に取り出さ
れる。

【０００６】センサの赤外線受光感度は、ボロメータの
抵抗温度係数及び受光量に比例し、且つ、支持脚の熱伝
導度に反比例する。ここで、受光量は、赤外線吸収膜の
吸収率及び受光面積に比例する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】赤外線２次元センサ
は、一般に画素数が大きいほど空間的解像度が増すもの
の、あまり画素数が大きすぎると、センササイズが大き
くなり、赤外レンズの径の増大につながる。特に赤外レ
ンズは高額な材料であり、低コストのセンサを得るため
には、可能な限りセンササイズを縮小する必要がある。

【０００８】センササイズを所定以下に保ち、且つ、画
素数を増加させる高精細化は、画素サイズの面積縮小を
伴い、その面積縮小に伴って各受光部の感度低下をもた
らす。これは、図６に示すように、従来の熱分離型の受
光部構造では、支持脚２が受光部１とほぼ同一平面内に
あり、この支持脚２のために受光部１の面積が画素面積
よりもかなり減少するからである。また、高精細化に伴
う画素サイズの縮小は、受光部１を支える支持脚２の長
さの縮小をももたらすため、小さな熱伝導度を維持する
ためには、支持脚２の幅の縮小が必要となる。しかし、
熱分離構造を支えるためには、その強度上から支持脚２
の幅の縮小には限界がある。つまり、画素サイズの縮小
は、一般に熱伝導度の増加を伴い、感度低下をきたす。

【０００９】受光面積の減少が避けられない状況のもと
で、ある程度の受光感度を維持するためには、赤外線吸
収率の向上、ボロメータの抵抗温度係数の増大ととも
に、フィルファクタ、即ち、画素面積に対する受光面積
の比率の向上や、支持脚における熱伝導度の低減が求め
られる。しかし、これらの対策のみでは、受光感度の維
持には限界がある。

【００１０】本発明は、上記に鑑み、画素サイズを縮小
しても受光部の高感度化が実現でき、高精細化が容易な
熱型赤外線センサを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の熱型赤外線セン
サは、上記目的を達成するために、相互に離隔して所定
のピッチでアレイ状に配設され、夫々が赤外線を受けて
温度上昇する複数の受光部を有し、該受光部が基板から
夫々離隔して支持される熱型赤外線センサにおいて、前
記各受光部を支える支持脚が、受光部と基板との間に配
設され、且つ、基板面とほぼ平行な方向に延在すること
を特徴とする。

【００１２】本発明の熱型赤外線センサによれば、支持
脚を受光部と基板との間に配設したことにより、フィル
ファクタの向上が可能となり、また、支持脚を基板面と
ほぼ平行に配置し、その長さを適切に選定することによ
り、受光部と基板間の熱伝導度を低く抑えることが出来
る。

【００１３】本発明の好ましい態様では、前記支持脚に
内蔵された配線が、対応する前記受光部内に位置するコ
ンタクトを介して該受光部の熱電材料の電極と電気的に
接続される。

【００１４】本発明の熱型赤外線センサでは、適切な長
さの支持脚を採用する構成として、（１）支持脚が、隣
接画素の支持脚と離隔してほぼ平行に伸長し、かつ画素
ピッチ以上の長さを有する構成、（２）支持脚が、画素
ピッチ以内に配設され、且つ、基板面に平行な面内で折
り曲げられる構成、（３）一対の支持脚が各受光部に対
応して配設され、該一対の支持脚は、対応する受光部か
ら相互に逆方向に延びる構成、及び、（４）一対の支持
脚が前記各受光部に対応して線対称に配設され、該一対
の支持脚は、前記所定のピッチ以上の長さを有する構
成、更には、この一対の支持脚が基板に平行な面内で折
り曲げられている構成の何れかを採用することが好まし
い。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１
は、本発明の第１の実施形態例の熱型赤外線センサを示
すもので、（ａ）はその模式的斜視図、（ｂ）はその平
面図である。本実施形態例の熱型赤外線センサは、赤外
線を受けて温度上昇する受光部１を有し、その受光部１
を支える支持脚２を受光部１の面より下部に配置し、支
持脚２によって受光部１を基板から熱分離する。支持脚
２に内蔵された配線と受光部１の熱電材料４のメタル電
極５とは、受光部１内の下層部に位置するコンタクト６
を介して電気的に接続する。支持脚２は、基板面とほぼ
平行となるように配置し、充分な熱絶縁が得られる程度
の長さを有する。なお、理解を容易にするために、基板
面に形成される、受光部１に対応する走査回路部分を符
号３として示している。１つの受光部に対応する走査回
路部分３は、受光部とほぼ同じサイズを有し、各走査回
路部分３は、画素サイズに対応するサイズを有し、受光
部１に対応して配設されている。各受光部１は、対応す
る走査回路部分３の位置で支持脚２を介して支持され、
支持脚２に内蔵される配線が受光部と対応する走査回路
部分３とを接続している。

【００１６】図１（ｂ）に示すように、基板面と直交方
向に見ると、支持脚２の延びる方向Ａは、２次元に配置
される画素アレイの一方の画素の配列方向であるＸ方向
Ｂと斜めに交差するように配置させてある。１つの受光
部１から延びる一対の支持脚２は、夫々、隣接する受光
部１’の対応する支持脚２'と所定の離隔距離をおい
て、これらと平行に且つ直線状に延在している。各支持
脚２は、画素ピッチの約２倍の長さを有し、接続される
受光部に１つおいて隣接する受光部の対応する走査回路
部分上にまで延びてこれに支持されている。

【００１７】上記構成の支持脚２、２'を採用すること
により、ほぼ画素サイズ一杯の面積を有する受光部１、
１’を基板面から離隔して保持すると共に、支持脚２、
２’による熱伝導を抑制することを可能にする。これに
より、受光部は、効率よく温度上昇し、従って赤外線を
高感度に検知できる。ここで、温度検出のための熱電材
料４としては、種々の型式のものが採用でき、例えば、
抵抗の温度変化を利用したボロメータ型、自発分極若し
くは誘電率の温度変化を利用した焦電型、又は、熱起電
力を利用した熱電対型等が挙げられる。

【００１８】図２を参照し、上記実施形態例の熱型赤外
線センサの製造方法を、熱電材料としてボロメータを採
用したダイヤフラム構造を例にとって説明する。まず、
図１のIIＡ-IIＡ矢視図である図２（ａ）に示すよう
に、半導体基板７上に２次元走査回路８を形成する。２
次元走査回路８は、各受光部に対応する走査回路部分
（図１の３）がアレイ状に配設された構造を有する。走
査回路８の表面側は、通常はアルミ等から成る配線９
で、下部の各回路要素と電気的に接続されている。配線
９の上部はシリコン酸化膜等の層間絶縁膜１０で覆わ
れ、層間絶縁膜１０の表面は、その形成時には下地の形
状に沿って凹凸形状を成している。

【００１９】層間絶縁膜１０の表面は、ＣＭＰ研磨（化
学的機械的研磨）等を用いて、その凹凸形状を除去し平
坦にする。次いで、ウェハ表面に第１のポジ型感光性ポ
リイミドを、厚さ約３μｍにスピン塗布し、露光によっ
てアルミ配線９上の層間絶縁膜１０の一部を露出させ
て、ポリイミドから成る第１犠牲層１１を形成する。次
いで、同図（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜又はシ
リコン酸化膜等から成る第２絶縁膜１２を、プラズマＣ
ＶＤ法により厚さ５００ｎｍに成長する。なお、図２
（ｂ）〜（ｄ）は夫々、図１（ｂ）の支持脚の延長方向
Ａに沿うΙＩＢ-IIＢ方向に見た断面で示してある。

【００２０】次に、フォトレジスト法及び選択エッチン
グ法を用いて、第１ポリイミド犠牲層１１の開口部底面
における第２絶縁膜１２及び層間絶縁膜１０を１μｍ角
に開口し、アルミ配線９の表面を露出させる第１スルー
ホール１３を形成する。

【００２１】次いで、更にフォトレジスト法及び選択エ
ッチング法を用いて、第１スルーホール１３を覆う、チ
タン配線等からなる幅１μｍ程度の脚部メタル１４を形
成する。このとき、図１（ｂ）に示すように、二つの脚
部メタル１４は、画素の配列方向であるＸ方向と斜めに
交差する方向で、且つ、二つの脚部メタル１４の受光部
側の先端が互いに接近するような方向に直線状に延在し
ている。

【００２２】次いで、再びプラズマＣＶＤ法により、厚
さ５００ｎｍのシリコン窒化膜又はシリコン酸化膜等か
らなる第３絶縁膜１５で脚部メタル１４を覆った後に、
フォトレジスト法及び選択エッチング法を用いて、脚部
メタル１４に沿って第３絶縁膜１５及び第２絶縁膜１２
を幅２μｍに選択エッチングし、図１（ｂ）に示すよう
に、細長い支持脚２を形成する。

【００２３】その後、図２（ｂ）に示すように、再びポ
ジ型感光性ポリイミドを厚さ約３μｍにスピン塗布し、
露光・現像工程により脚部メタル１４の先端上の第３絶
縁膜１５を露出させる。次いで、第３絶縁膜１５の露出
した第２犠牲層１６の開口部及び第２犠牲層１６上に、
シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜等から成る第４絶縁
膜１７を、プラズマＣＶＤ法により厚さ３００ｎｍに成
長する。

【００２４】更に、フォトレジスト法及び選択エッチン
グ法を用いて、第２犠牲層１６開口部の底面の第４及び
第３絶縁膜１７、１５に、１μｍ角の第２スルーホール
１８を設け、脚部メタル１４の先端を露出させる。この
脚部メタル先端の露出部を含んだ受光部の端部上に、例
えばチタンスパッタ、フォトレジスト法、及び、選択エ
ッチング法により、幅約１μｍのスリット状メタル電極
５を形成する。その上から、酸化バナジウム（Ｖ₂Ｏ₅）
等のボロメータ材料を、スパッタ法により厚さ１００ｎ
ｍに堆積し、続けて還元雰囲気中において約３５０℃の
熱処理を施し、Ｖ₂Ｏ₅の相を低抵抗率のＶＯ₂の相に変
える。これにより、抵抗温度係数が−２％／Ｋという、
温度による抵抗変化が大きな半導体相の酸化バナジウム
１９が得られる。

【００２５】続いて、図２（ｃ）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法により、シリコン酸化膜２０を厚さ５０ｎｍ
に成長する。その後、シリコン酸化膜２０及びＶＯ₂相
の酸化バナジウムの２層を、フォトレジスト法及び選択
エッチング法を用いて、３７μｍピッチで約３５μｍ×
３５μｍ角の矩形に加工し、熱電材料としての酸化バナ
ジウムからなるボロメータ１９Ａを形成する。これによ
り、第２スルーホール１８及びメタル電極５を介して、
脚部メタル１４とボロメータ１９Ａの電気的な接触を実
現する。

【００２６】次いで、プラズマＣＶＤ法により、厚さ３
００ｎｍのシリコン窒化膜等からなる第５絶縁膜２１を
成長し、シリコン酸化膜２０で被覆されたボロメータ１
９Ａ上を覆う。更に、スパッタ法により、赤外線吸収膜
となる厚さ約１５ｎｍの窒化チタン等を、熱電材料上部
を覆うように堆積する。この堆積膜を、フォトレジスト
法及び選択エッチング法を用いて、ボロメータ上を覆う
（画素サイズピッチの）矩形パターン状に加工して、赤
外線吸収膜２２を形成する。

【００２７】更に、図２（ｄ）に示すように、熱電材料
としてのボロメータ１９Ａを囲む幅約１μｍのスリット
状開口部２３を、フォトレジスト法及び選択エッチング
法を用いて形成する。これによって、各受光部は互いに
構造的に分離される。次いで、酸素プラズマガスを用い
たアッシングにより、第２及び第１のポリイミド犠牲層
１６、１１を続けて選択的に除去する。これによって、
ボロメータ１９Ａを含む受光部１が、脚部メタル１４を
内蔵する支持脚２によって支えられ、基板との間に空洞
２４を備えたブリッジ状の熱分離構造が形成される。こ
れによって、各受光部１は、基板上に形成された対応す
る走査回路部分３及び対応する支持脚２によって、相互
に独立に且つ中空に支持される。本実施形態例では、３
７μｍ角の小さな画素サイズでありながらも、受光部の
サイズが３５μｍ×３５μｍと大きくとれて約９０％の
フィルファクタが得られ、また、受光部からの熱伝導度
が０．１５μＷ／Ｋという良好な熱分離構造の熱型赤外
線センサが得られる。

【００２８】受光部１を支える支持脚２に内蔵された配
線と、受光部１の熱電材料４のスリット状メタル電極５
とは、受光部１の下部に位置するコンタクト６を介して
電気的に接続される。このため、２本の支持脚２内の配
線を通して熱電材料４に必要な電圧を印加でき、また、
画像情報となる信号を取り出すことができる。熱電材料
４のスリット状メタル電極５は、熱電材料４と脚部メタ
ル１４との接触抵抗が大きすぎる場合に、これを低減す
るために設けるものであり、熱電材料４とこのメタル電
極５との接触面積を適度に広げることにより、接触抵抗
を必要なレベルに低減できる。脚部メタル１４とメタル
電極５とはメタル同士のため、接触抵抗は熱電材料４の
抵抗に比べて充分に小さい。

【００２９】前述の通り、受光部１と基板との間には空
洞２４が形成される。赤外線は、受光部１に吸収され熱
エネルギーとして蓄えられる。ポリイミドの膜厚は、ス
ピン塗布後のベーク工程、露光及び現像工程によって縮
小され、３μｍ以下に、例えば約２〜３μｍ程度と狭く
なる。通常は、熱型赤外線センサは真空パッケージ内に
収納されるため、真空のギャップを通しては熱は拡散せ
ず、ほとんどが支持脚２を伝導して拡散する。従って、
支持脚２の熱伝導度に反比例して受光部１の温度は上昇
する。このように、受光部１は赤外線を吸収するととも
に、細長い支持脚２により中空に保持され、基板からは
熱的にほぼ分離されている。このため、支持脚２の熱伝
導度に反比例して受光部の温度が上昇する。その温度上
昇を、例えばボロメータ等の熱電材料４により電気信号
に変換する。

【００３０】例えばボロメータは、その抵抗値が温度上
昇に伴って変化する。従って、ボロメータを熱電材料と
して使用した場合には、この赤外線センサの受光感度
は、ボロメータの抵抗温度係数及び受光量に比例し、且
つ、脚部の熱伝導度に反比例する。ここで、受光量は、
赤外線吸収膜の吸収率及び受光面積に比例する。従って
センサを高感度化するためには、受光面積が大きく、支
持脚２の熱伝導度が小さい方がよい。

【００３１】本実施形態例の構造では、支持脚２を受光
部１の下方に配置することにより、受光部１及び支持脚
２は、同一平面内に位置しないため、支持脚２が画素面
積の一部を占有せず、所定面積の画素で、受光部１の面
積を最大限に拡大できる。

【００３２】熱型赤外線センサでは、受光部及び走査回
路が繰り返しパターンとして形成される構造上から、図
１から理解できるように、支持脚２を仮に画素の一辺あ
るいは画素の配列方向と平行に配置した場合には、支持
脚２を画素範囲外まで延長すると、隣接する画素の支持
脚２'と接触する。この接触によって、対応する受光部
相互間の熱伝導度が増大し、感度劣化やクロストークを
引き起こす。本発明によれば、各受光部１の同様な位置
から延びる支持脚２の延長方向Ａが、受光部１の配列方
向Ｂから傾斜するように配置しているため、各受光部１
に関して類似位置にある各支持脚２、２’は互いに接触
することがない。

【００３３】支持脚２、２’を受光部の下方に備えるこ
とにより、チタンのように熱伝導率が小さな金属を配線
材料として用いた支持脚を、画素範囲外の必要な長さま
で延長できるため、受光部１の高感度化に必要なレベル
まで支持脚２の熱伝導度を低減できる。

【００３４】支持脚２は、中央のチタン導電膜１４が幅
１μｍで厚みが０．１μｍ程度であり、これを被覆する
シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜から成る絶縁膜１
２、１４が、幅２μｍで厚みが全体として約１μｍであ
る。ここで、支持脚２がほぼ直線状に一方向に延在する
構造により、支持脚２の強度は充分に保たれ、従って、
支持脚２は受光部１を陥没させることなく安定して中空
に保持できる。

【００３５】従来の赤外線センサでは、例えば図６に示
した従来構造を採用する３７μｍ角の画素サイズの赤外
線センサの場合には、フィルファクタが約６５％、熱伝
導度が約０．３μＷ／Ｋ程度の熱分離構造であり、その
感度は所望の３分の２程度と不足していた。しかし、本
実施形態例では、この従来例に比較してフィルファクタ
が約１．４倍になり、熱伝導率は約半分になるため、感
度が約２．５倍に向上し、実用上充分な感度向上が得ら
れる。

【００３６】上記実施形態例の熱型赤外線センサでは、
上記のように、画素サイズが縮小しても、受光量の低下
を最小限にとどめ、また熱伝導度を必要なレベルまで容
易に低減できるため、高精細化、高感度化を同時に達成
できる。

【００３７】なお、上記実施形態例では、ポリイミドと
しては、ポジ型感光性ポリイミドを使用したが、ネガ型
感光性ポリイミド又は非感光性ポリイミドであっても上
記実施形態例と同様の効果が得られる。

【００３８】図３（ａ）及び（ｂ）、並びに、図４
（ａ）〜（ｃ）は夫々、本発明の第２の実施形態例の熱
型赤外線センサを示す斜視図及び平面図、並びに、各段
階毎の工程断面図である。本実施形態例の熱型赤外線セ
ンサは、先の実施形態例の熱型赤外線センサにおけるス
トライプ状メタル電極５が、そのまま受光部面内に伸び
てつづら状に展開しボロメータとなった点において、先
の実施形態例と異なる。製造工程は、図２（ｂ）迄の第
２スルーホール１８を形成する工程までは全く同様に行
われる。

【００３９】その後は、図４（ａ）に示すように、ボロ
メータ材料となる厚さ１００ｎｍのチタンをスパッタ法
により形成し、このチタンをフォトレジスト法及び選択
エッチング法を用いて、図３（ａ）に示すように、幅１
〜２μｍのつづら状にパターニングして、チタンボロメ
ータ２５とする。次いで、シリコン窒化膜又はシリコン
酸化膜の第５絶縁膜２１を厚さ約１μｍに形成し、更に
スパッタ法により赤外線吸収膜となる厚さ約１５ｎｍの
窒化チタン等を堆積する。この堆積膜を、フォトレジス
ト法及び選択エッチング法を用いて、ボロメータ上を覆
う（画素サイズピッチの）矩形パターン状に加工して赤
外線吸収膜２２を形成する。

【００４０】次いで、フォトレジスト法及び選択的ドラ
イエッチング法を用いて、相互に隣接する画素を構成す
る２つの赤外線吸収膜２２の間の第５絶縁膜２１及び第
４絶縁膜１７を加工し、幅約１μｍのスリット状開口部
２３を形成することにより、第２ポリイミド犠牲層１６
の表面を露出させる。最後に、アッシング工程により、
上記第２犠牲層１６及び第１犠牲層１１を除去し、受光
部１、支持脚２及び基板の３者の間に空洞を形成する。

【００４１】本実施形態例では、ボロメータ２５は、高
抵抗化するためにつづら状に蛇行しているが、そのつづ
ら状のライン間隔は０．６μｍと狭いため、ボロメータ
２５が受光部面のほとんどを占めている。このため、ボ
ロメータ２５は、波長１０μｍ帯近傍の赤外線を充分に
反射し、窒化チタン赤外線吸収層２２との間で赤外線を
吸収するキャビティ（共振器）を構成し、７５％の赤外
線吸収率の受光部を形成できる。脚部メタル１４は、チ
タン以外の低い熱伝導率を有する金属でもよい。

【００４２】第２の実施形態例においては、図３（ｂ）
に示すように、各画素の２本の支持脚２をミラー対称
（線対称）に配置し、支持脚２の受光部１側の先端部分
を互いに接近させている。しかし、この例に限らず、例
えば、第１の実施形態例のように非対称に配置してもよ
い。

【００４３】また、つづら状のボロメータ２５が脚部メ
タルと同じ材質のチタンから成る例を示したが、このつ
づら状の部分は脚部メタルと異なる材料から形成しても
よい。

【００４４】図５（ａ）は、本発明の第３の実施形態例
の熱型赤外線センサの平面図である。本実施形態例は、
支持脚２の形状が、直線状ではなく基板面に平行な平面
内で折れ曲がりを有する点において、第２の実施形態例
の支持脚の形状と異なる。このような構成を採用して
も、脚部２は平均してほぼ直線状に延長されており、第
２の実施形態例とほぼ同様な効果が得られる。

【００４５】図５（ｂ）は、本発明の第４の実施形態例
の熱型赤外線センサを示す。支持脚２が、対応する受光
部の直下部のみに配設され、且つ、直線状ではなく基板
面に平行な平面内で折れ曲がりを有する点において先の
実施形態例とは異なる。この構成により、支持脚２をコ
ンパクトに配設しながらも、受光部２が、必要とする熱
分離を実現できる充分な長さを有するので、例えば第２
の実施形態例とほぼ同様な効果が得られる。

【００４６】第４の実施形態例における支持脚２は、第
３の実施形態例と同様に、支持脚２の延長方向と垂直な
方向の成分を含んでいる。この場合、支持脚の垂直な方
向の長さが長いほど、受光部の水平保持力は小さくなる
ので、受光部の陥没画素数を増加させるおそれがある。
従って、支持脚２の延長方向と垂直な方向の成分は出来
るだけ短くすることが好ましい。

【００４７】図５（ｃ）は、本発明の第５の実施形態例
の熱型赤外線センサを示す。本実施形態例では、一つの
受光部１から延びる１対の支持脚２、２'が互いに逆方
向に延びており、グランド線等の共通の配線２６に各画
素の片側の支持脚２が接続されている。この配置では、
二つの支持脚の基部は、１画素の範囲内には収まらず、
互いに逆方向に延びた支持脚２、２'により、広がった
基部の形で受光部１が支えられ、且つ対称な形で保持で
きる。このため、受光部１がより安定に保持される。

【００４８】上記実施形態例では、共通の配線２６がグ
ランド線である例を示したが、共通の出力線によって各
画素の片側の支持脚を接続することも可能である。また
上記実施形態例の構成は、熱電材料が電極とは別の材料
から成る第１、第３及び第４の実施形態例に共通して適
用できる。

【００４９】従来の５０μｍ角サイズの画素では、受光
部の分解性能は約０．１Ｃ程度であり、要求されるコン
トラスト０．２°Ｃに対して実用的に充分な分解性能が
得られた。しかし、画素サイズが縮小し３７μｍ角サイ
ズになると、従来の５０μｍ角サイズの受光部に比較し
て面積が１／２になり、支持脚の長さが７４％と短くな
るので、分解性能が１／３に落ちる。本発明の熱型赤外
線センサを採用し、支持脚を充分に長くとることによ
り、必要な分解性能が得られる。このように、本発明の
赤外線センサは、特に５０μｍ以下のサイズの画素に有
効である。

【００５０】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の熱型赤外線センサは、上記
実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記
実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したもの
も、本発明の範囲に含まれる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱型赤外
線センサでは、支持脚の構造を改良したことにより、受
光部のフィルファクタが大きくとれると共に支持脚の熱
伝導度を必要なレベルに低く抑えることが出来るので、
高感度で高精細な赤外線センサが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態例の熱型赤外
線センサの模式的斜視図、（ｂ）はその平面図。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は夫々、図１の赤外線センサの
工程段階毎の断面図。

【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態例の熱型赤外
線センサの模式的斜視図、（ｂ）はその平面図。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は夫々、図４の赤外線センサの
工程段階毎の断面図。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は夫々、本発明の第３〜第５の
実施形態例の熱型赤外線センサの平面図

【図６】従来の熱型赤外線センサの模式的斜視図。

【符号の説明】

１：受光部１'：隣接画素の受光部２：支持脚２'：隣接画素の支持脚３：走査回路部分４：熱電材料５：メタル電極６：コンタクト７：半導体基板８：走査回路９：配線１０：層間絶縁膜１１：第１犠牲層１２：第２絶縁膜１３：第１スルーホール１４：１４'脚部メタルＡ．支持脚の方向Ｂ．画素のＸ方向の配列方向１５：第３絶縁膜１６：第２犠牲層１７：第４絶縁膜１８：第２スルーホール１９：酸化バナジウム２０：シリコン酸化膜１９Ａ：ボロメータ２１：第５絶縁膜２２：赤外線吸収膜２３：スリット状開口部２４：空洞２５：チタンボロメータ２６：共通の配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BA12 BA32 BA34 CA13 4M118 AA01 AA10 AB10 BA05 CA14 CA19 CA35 CB05 GA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相互に離隔して所定のピッチでアレイ状
に配設され、夫々が赤外線を受けて温度上昇する複数の
受光部を有し、該受光部が基板から夫々離隔して支持さ
れる熱型赤外線センサにおいて、前記各受光部を支える支持脚が、受光部と基板との間に
配設され、且つ、基板面とほぼ平行な方向に延在するこ
とを特徴とする熱型赤外線センサ。
【請求項２】前記支持脚に内蔵された配線が、対応す
る前記受光部内に位置するコンタクトを介して該受光部
の熱電材料の電極と電気的に接続されることを特徴とす
る、請求項１に記載の熱型赤外線センサ。
【請求項３】前記熱電材料の電極が、受光部内にほぼ
一面に展開するボロメータの一部として構成されること
を特徴とする、請求項２に記載の熱型赤外線センサ。
【請求項４】前記支持脚が、対応する受光部に隣接す
る隣接受光部の支持脚と離隔してほぼ平行に直線状に延
在し、且つ、前記所定のピッチを越える長さを有するこ
とを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の熱型赤
外線センサ。
【請求項５】前記支持脚が、対応する受光部の直下に
配設され、基板面に平行な面内で折り曲げられているこ
とを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の赤外線
センサ。
【請求項６】一対の前記支持脚が前記各受光部に対応
して配設され、該一対の支持脚は、対応する受光部から
相互に逆方向に延在することを特徴とする、請求項１〜
３の何れかに記載の赤外線センサ。
【請求項７】一対の前記支持脚が前記各受光部に対応
して線対称に配設され、該一対の支持脚は夫々、前記所
定のピッチ以上の長さを有することを特徴とする、請求
項１〜３の何れかに記載の熱型赤外線センサ。
【請求項８】画素サイズが約５０μｍ以下であること
を特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の熱型赤外
線センサ。
【請求項９】前記受光部が、実質的に画素サイズと同
等の大きさを有することを特徴とする、請求項８に記載
の熱型赤外線センサ。