JP2000356544A - 赤外検出素子装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度が向上された赤外検出素子装置とその製
造方法を提供する。 【解決手段】 赤外検出素子が固定される台座を具備す
る赤外検出素子装置において、前記赤外検出素子を通過
した光束と透過した光束の一部がこの赤外検出素子と前
記台座の表面間で多重反射されて前記赤外検出素子が効
率よく光束を吸収出来るように前記台座の表面に設けら
れた反射面を有する反射体を具備した事を特徴とする赤
外検出素子装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感度が向上された
赤外検出素子装置とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から用いられている赤外検出素子の
一種に、薄膜ボロメータがある。薄膜ボロメータは、主
に金属酸化膜等のセラミックスを測温抵抗体としたもの
であって、ハードマスク等を用いて基板上に抵抗パター
ンを成形すると共に、電極を形成し、更に、吸収材等を
塗布することにより製造されている。

【０００３】熱型の検出器である薄膜ボロメータは、照
射された被測定赤外線の放射束を吸収体で受けて、熱に
変換し、その温度変化を、それぞれの測温抵抗体で電気
信号に変換し、放射照度を測定する。

【０００４】この際、薄膜ボロメータは、如何に入射光
束を効率良く捕らえるかが、重要である。次に、吸収体
で変換された熱を、効率よく温度変化に変換することが
重要である。

【０００５】そのために、測温部と基板の間の熱コンダ
クタンスを、極力小さな構造としなければならない。ま
た、応答速度を高めるためには、熱容量は小さくなくて
はならない。

【０００６】次に、このような構成の薄膜ボロメータで
重要な要素は、測温抵抗体の物性であり、如何に抵抗温
度係数が高くて、雑音の少ない膜を形成出来るかが、重
要な技術要素となる。測温抵抗体の性質は、物質の組成
比等が変われば大きく変化してしまう。

【０００７】また、雑音に関しては、出荷時に測定して
良品を選別している。一方、このような抵抗体は、一般
に抵抗率が非常に高く、感度を向上させるために、高い
電圧をかけることが出来る反面、抵抗値のバラツキが大
きく、昇圧回路が必要になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置においては、入射光束は赤外検出素子を1回通
過するのみである。また、赤外検出素子の周囲近くを通
る入射光束は、通り抜けるのみであり、赤外検出素子に
よる測定には寄与しない。

【０００９】したがって、赤外検出素子の感度を向上さ
せる事が難しい。本発明はこの点に、特に、着目したも
のである。

【００１０】次に、上記の従来の製法では、熱コンダク
タンスを改善するために、複雑なパターニングをするこ
とは困難であり、また、吸収材を塗布することにより、
熱コンダクタンス、熱容量が劣化してしまう。

【００１１】すなわち、薄膜ボロメータの性能は、測温
抵抗体の物性値に大きく依存することから、成膜条件で
大きく変化してしまい、専用の成膜装置が必要となる。
また、吸収に関しては、吸収材に依存するので、熱コン
ダクタンス、熱容量の改善は困難である。

【００１２】さらに、ハードマスクの使用や吸収材の塗
布などは、自動化が困難であり、これら製造工程でのバ
ラツキが、素子間の性能のバラツキに影響する。

【００１３】本発明はこのような問題点に着目したもの
である。本発明の目的は、感度が向上された赤外検出素
子装置とその製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、請求項１の赤外検出素子装置に
おいては、赤外検出素子が固定される台座を具備する赤
外検出素子装置において、前記赤外検出素子を通過した
光束と透過した光束の一部がこの赤外検出素子と前記台
座の表面間で多重反射されて前記赤外検出素子が効率よ
く光束を吸収出来るように前記台座の表面に設けられた
反射面を有する反射体を具備した事を特徴とする。

【００１５】この結果、台座表面と赤外検出素子との間
で、多重反射されることにより、実際に吸収される光量
が増加し、赤外検出素子の感度が改善された赤外検出素
子装置が得られる。

【００１６】本発明の請求項２においては、請求項1記
載の赤外検出素子において、前記反射面として拡散反射
面が使用された事を特徴とする。この結果、台座におけ
る反射光が均一になって、赤外線検出素子に戻るため、
受光面の角度依存性がなくなる赤外検出素子装置が得ら
れる。

【００１７】本発明の請求項３においては、請求項1又
は請求項２記載の赤外検出素子において、前記反射体と
して金属材が使用された事を特徴とする。この結果、金
属の台座と容易に一体に作り易く、安価な赤外検出素子
装置が得られる。

【００１８】本発明の請求項４においては、請求項３記
載の赤外検出素子において、前記金属材として金が使用
された事を特徴とする。

【００１９】この結果、ほぼ１００％の反射率が得られ
ることにより、実際に赤外線検出素子が吸収する光量が
増加し、赤外線検出素子の感度が、更に、改善された赤
外線検出素子装置が得られる。

【００２０】本発明の請求項５においては、請求項1乃
至請求項４の何れかに記載の赤外検出素子装置におい
て、前記赤外検出素子として、ＳＯＩ基板上に高濃度不
純物のドープ領域により形成された測温部兼赤外線吸収
部が設けられた事を特徴とする。

【００２１】この結果、不純物を高濃度にドーピングさ
れた単結晶シリコンは、自由キャリアの吸収により赤外
線を吸収し、抵抗体してのノイズも少ない。測温抵抗体
として性能は、不純物濃度と形状で定まり、共に、半導
体プロセスが用いられるため制御性、再現性が良い

【００２２】通常、基板は低濃度のシリコン基板であ
り、一度シリコン中に入射した赤外線は、シリコン中で
ほとんど減衰しないため、多重反射の効果が有効に利用
できる赤外検出素子装置が得られる。

【００２３】本発明の請求項６においては、請求項1乃
至請求項５の何れかに記載の赤外検出素子装置におい
て、前記測温部兼赤外線吸収部が蛇行状パターン形状を
している事を特徴とする。

【００２４】この結果、蛇行状パターン形状をしている
ので、赤外線検出素子として、必要な抵抗値を十分に余
裕を持って得ることができる。蛇行した線間は、赤外線
を透過してしまうが、台座における反射により、再び赤
外線検出素子部分に戻り、蛇行した線間による、入射エ
ネルギーの損失を補うことができる赤外線検出素子装置
が得られる。

【００２５】本発明の請求項７においては、請求項1乃
至請求項５の何れかに記載の赤外検出素子装置におい
て、前記測温部兼赤外線吸収部が中心折り返しのスパイ
ラル状パターン形状をしている事を特徴とする。

【００２６】この結果、中心折り返しのスパイラル状パ
ターン形状をしているので、赤外線検出素子として、必
要な抵抗値を十分に余裕を持って得ることができる。

【００２７】中心折り返しのスパイラル状パターン形状
の線間は、赤外線を透過してしまうが、台座における反
射により、再び赤外線検出素子部分に戻り、中心折り返
しのスパイラル状パターン形状の線間による、入射エネ
ルギーの損失を補うことができる赤外線検出素子装置が
得られる。

【００２８】測温部兼赤外線吸収部を、中心折り返しの
スパイラル状（渦巻き状）にすることにより、ミアンダ
状（蛇行状）に構成した場合に生じ易い、応力の集中を
回避する事が出来る赤外検出素子装置が得られる。

【００２９】更に梁（測温部兼赤外線吸収部）の根本部
分の幅を徐々に広げることにより、更に強度を向上出来
る赤外検出素子装置が得られる。また、測温部兼赤外線
吸収部の使用時の、自己発熱で、より高温となる中心部
は、構造が強固であり、変形も、半径方向に均一に起き
る赤外検出素子装置が得られる。

【００３０】本発明の請求項８においては、請求項1乃
至請求項７の何れかに記載の赤外検出素子装置におい
て、前記測温部兼赤外線吸収部の下部に中空部が形成さ
れた事を特徴とする。

【００３１】この結果、中空部が設けられたので、測温
部兼赤外線吸収部の熱的特性を改善し、高速高感度な赤
外検出素子装置が得られる。また、吸収しきれなかった
赤外光は、中空部を損失無く進み、台座面において反射
され、多重反射による改善効果が、より顕著となる赤外
検出素子装置が得られる。

【００３２】本発明の請求項９においては、赤外検出素
子装置の製造方法において、ＳＯＩ基板の裏面にシリコ
ン酸化膜を形成する工程とＳＯＩ基板の活性層に高濃度
不純物をドープする工程とＳＯＩ基板の活性層に金属層
を形成する工程と前記金属層を電極パターンとして形成
する工程とＳＯＩ基板裏面のシリコン酸化膜をマスクに
して異方性エッチングを行い測温部兼赤外線吸収部の下
部に中空部を形成する工程と前記高濃度不純物ドープ領
域を測温部兼赤外線吸収部として形成する工程とにより
形成された赤外検出素子を、表面に反射面を有する反射
体が設けられた台座に固定する工程とを含む赤外検出素
子装置の製造方法を特徴とする。

【００３３】この結果、このような赤外検出素子の製造
方法が採用されたので、一般的な半導体製造プロセスを
用いて製造することができ、品質が安定した素子を、高
い歩留まりで生産出来る赤外検出素子の製造方法が得ら
れる。

【００３４】また、ＳＯＩ基板が用いられるため、厚さ
が制御出来、基板と絶縁された単結晶シリコンの中空構
造が容易に実現出来、感度のばらつきが少ない赤外検出
素子装置の製造方法が得られる。

【００３５】本発明の請求項１０においては、請求項９
記載の赤外検出素子装置の製造方法において、前記高濃
度不純物ドープ領域を測温部兼赤外線吸収部として形成
する工程において、前記測温部兼赤外線吸収部が蛇行状
パターン形状に形成された事を特徴とする。

【００３６】この結果、蛇行状パターン形状をしている
ので、赤外線検出素子として、必要な抵抗値を十分に余
裕を持って得ることができる赤外検出素子装置の製造方
法が得られる。

【００３７】蛇行した線間は、赤外線を透過してしまう
が、台座における反射により、再び赤外線検出素子部分
に戻り、蛇行した線間による、入射エネルギーの損失を
補うことができる赤外線検出素子装置の製造方法が得ら
れる。

【００３８】また、中空部が設けられたので、測温部兼
赤外線吸収部の熱的特性を改善し、高速高感度な赤外検
出素子装置の製造方法が得られる。また、吸収しきれな
かった赤外光は、中空部を損失無く進み、台座面におい
て反射され、多重反射による改善効果が、より顕著とな
る赤外検出素子装置の製造方法が得られる。

【００３９】また、ＳＯＩ基板が用いられるため、厚さ
が制御出来、基板と絶縁された単結晶シリコンの中空構
造が容易に実現出来、感度のばらつきが少ない赤外検出
素子装置の製造方法が得られる。

【００４０】本発明の請求項１１においては、請求項９
記載の赤外検出素子装置の製造方法において、前記高濃
度不純物ドープ領域を測温部兼赤外線吸収部として形成
する工程において、前記測温部兼赤外線吸収部が中心折
り返しのスパイラル状パターン形状に形成された事を特
徴とする。

【００４１】この結果、中心折り返しのスパイラル状パ
ターン形状に形成したので、赤外線検出素子として、必
要な抵抗値を十分に余裕を持って得ることができる赤外
検出素子装置の製造方法が得られる。

【００４２】中心折り返しのスパイラル状パターン形状
の線間は、赤外線を透過してしまうが、台座における反
射により、再び赤外線検出素子部分に戻り、中心折り返
しのスパイラル状パターン形状の線間による、入射エネ
ルギーの損失を補うことができる赤外検出素子装置の製
造方法が得られる。

【００４３】測温部兼赤外線吸収部を、中心折り返しの
スパイラル状（渦巻き状）にすることにより、応力の集
中を回避する事が出来る赤外検出素子装置の製造方法が
得られる。

【００４４】更に、梁（測温部兼赤外線吸収部）の根本
部分の幅を徐々に広げることにより、更に、強度を向上
出来る赤外検出素子装置の製造方法が得られる。また、
測温部兼赤外線吸収部の使用時の、自己発熱で、より高
温となる中心部は、構造が強固であり、変形も、半径方
向に均一に起きる赤外検出素子装置の製造方法が得られ
る。

【００４５】また、中空部が設けられたので、測温部兼
赤外線吸収部の熱的特性を改善し、高速高感度な赤外検
出素子装置の製造方法が得られる。また、吸収しきれな
かった赤外光は、中空部を損失無く進み、台座面におい
て反射され、多重反射による改善効果が、より顕著とな
る赤外検出素子装置の製造方法が得られる。

【００４６】また、ＳＯＩ基板が用いられるため、厚さ
が制御出来、基板と絶縁された単結晶シリコンの中空構
造が容易に実現出来、感度のばらつきが少ない赤外検出
素子装置の製造方法が得られる。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を説明
する。図１は、ＳＯＩ（Silicon on insulator）基板上
に、不純物としてボロンをドーピングしたシリコン単結
晶抵抗体の、ノイズと抵抗温度係数の抵抗率依存性の特
性例説明図である。ボロメータの検出能は、温度係数に
比例し、ノイズに反比例する。

【００４８】従って、図１のグラフから、抵抗率は５×
１０^-3Ωcm以下が適していることが解る。なお、抵抗率
５×１０^-3Ωcm以下は、ボロン濃度に換算すると、およ
そ５×１０¹⁹／ｃｍ³以上になる。

【００４９】また、図２は、赤外領域での吸収係数の抵
抗率依存性の特性例説明図である。図２から明らかなよ
うに、抵抗率が小さいほど、赤外領域での吸収係数は大
きい。しかし、この濃度の抵抗率は5×１０^-3Ωcm以下
と小さい。

【００５０】測温抵抗体としては、ある程度の抵抗値を
持たないと測定が困難であり、かつ、微小バイアス電圧
でも、過度の電流が流れてしまい、自己発熱や電流ノイ
ズが発生してしまう。

【００５１】そこで、本発明では、測温抵抗体を蛇行
状、あるいは、中心折り返しのスパイラル状等に形成
し、抵抗値を上げるようにした。

【００５２】また、測温抵抗体は、電極の取り出し部分
を除いて基板から分離させ、それが自立するのに必要最
低限の厚さにすることによって、最も熱コンダクタンス
が小さくなり、かつ、熱容量が改善出来る。

【００５３】図３は本発明の実施の形態の一実施例を、
一部を切断して示す構成説明図である。図において、Ｓ
ＯＩ基板１を構成するシリコン基板２の表面には、シリ
コン酸化膜３が形成され、シリコン酸化膜３の上にはシ
リコン活性層４が形成されている。

【００５４】本実施例では、このシリコン活性層４に、
高濃度（およそ５×１０19／ｃｍ3）の不純物としてボ
ロンをドープして蛇行状の測温部兼赤外線吸収部５を形
成している。

【００５５】測温部兼赤外線吸収部５の両端には、アル
ミニウム電極部６，７が設けられている。測温部兼赤外
線吸収部５の下部のシリコン基板２とシリコン酸化膜３
は、選択的に除去されて中空部８が形成されている。

【００５６】本実施例では、測温部兼赤外線吸収部５の
抵抗体幅：10μm、 line:space 1:1、 抵抗体厚：1.7
μm、 抵抗体の長さ（細い部分）：１cm以上、 抵抗
値20kΩ以上、 になっている。

【００５７】このような構造の赤外検出素子１１は、台
座１２に固定されている。反射体１３は、赤外検出素子
１１を通過した光束と透過した光束の一部が、この赤外
検出素子１１と台座１２の表面間で、多重反射されて、
赤外検出素子１１が効率よく光束を吸収出来るように、
台座１２の表面に設けられた反射面１３１を有する。

【００５８】この場合は、台座１２と反射体１３とは、
一体に構成されている。また、反射面１３１として拡散
反射面が使用されている。また、反射体１３として、金
が使用されている。

【００５９】以上の構成において、図４に示す如く、い
ま、 とすれば、

【００６０】d≫ws なので、反射光は抵抗体の裏面に均
一に照射されると仮定した。 直接吸収される光束 ： BAη₁ １回反射までで吸収される光束 ： BAη₁＋BAr(1-χ
(1-T))η₂ n回反射までで吸収される光 : BAη₁＋BAr(1-χ(1-T))
η₂Σ(Rrχ)^n-1 となる。

【００６１】同じ不純物条件のシリコン基板を分光光度
計によって、反射・透過率を測定し、χ=0.5、 Bとし
て500K黒体炉の放射を考慮した場合の吸収される光束を
求めた。この場合、図５に示す如く、吸収率は約1.8倍
の改善がみこまれた。実験的には、図６に示す如く、1.
5倍改善された。

【００６２】この結果、赤外検出素子１１が固定される
台座１２に、反射面１３１が設けられた事により、入射
光束を効率よく熱に変換することが可能になり、感度が
改善された赤外検出素子装置が得られる。

【００６３】反射面１３１として、拡散反射面が使用さ
れ赤外検出素子装置が設けられたので、台座１２におけ
る反射光が均一になって、赤外線検出素子１１に戻るた
め、受光面の角度依存性がなくなる赤外検出素子装置が
得られる。

【００６４】反射体１３として金属材が使用された赤外
検出素子装置が設けられたので、金属の台座１２と容易
に一体に作り易く、安価な赤外検出素子装置が得られ
る。

【００６５】金属材として金が使用された赤外検出素子
装置が設けられたので、ほぼ１００％の反射率が得られ
ることにより、実際に赤外線検出素子１１が吸収する光
量が増加し、赤外線検出素子１１の感度が改善された赤
外線検出素子装置が得られる。

【００６６】赤外検出素子１１として、ＳＯＩ基板１上
に、高濃度不純物のドープ領域により形成された測温部
兼赤外線吸収部５が設けられた赤外検出素子装置が設け
られた。

【００６７】この結果、不純物を高濃度にドーピングさ
れた単結晶シリコンは、自由キャリアの吸収により赤外
線を吸収し、抵抗体してのノイズも少ない。測温抵抗体
として性能は、不純物濃度と形状で定まり、共に、半導
体プロセスが用いられるため、制御性、再現性が良い

【００６８】通常、基板は低濃度のシリコン基板２であ
り、一度シリコン中に入射した赤外線は、シリコン中で
ほとんど減衰しないため、多重反射の効果が有効に利用
できる赤外検出素子装置が得られる。

【００６９】測温部兼赤外線吸収部が蛇行状パターン形
状をしている事を特徴とする赤外検出素子装置が設けら
れた。

【００７０】この結果、蛇行状パターン形状をしている
ので、赤外線検出素子１１として、必要な抵抗値を十分
に余裕を持って得ることができる。蛇行した線間は、赤
外線を透過してしまうが、台座１２における反射によ
り、再び、赤外線検出素子１１部分に戻り、蛇行した線
間による、入射エネルギーの損失を補うことができる赤
外線検出素子装置が得られる。

【００７１】この結果、蛇行状パターン形状をしている
ので、赤外線検出素子として、必要な抵抗値を十分に余
裕を持って得ることができる。蛇行した線間は、赤外線
を透過してしまうが、台座における反射により、再び赤
外線検出素子部分に戻り、蛇行した線間による、入射エ
ネルギーの損失を補うことができる赤外線検出素子装置
が得られる。

【００７２】測温部兼赤外線吸収部５の下部に中空部８
が形成された赤外検出素子装置が設けられた。

【００７３】この結果、中空部８が設けられたので、測
温部兼赤外線吸収部５の熱的特性を改善し、高速高感度
な赤外検出素子装置が得られる。また、吸収しきれなか
った赤外光は、中空部８を損失無く進み、台座１２面に
おいて反射され、多重反射による改善効果が、より顕著
となる赤外検出素子装置が得られる。

【００７４】図３の構造の赤外検出素子は、例えば以下
のような工程で製造する。 ＳＯＩ基板１の裏面にのエッチング工程におけるマ
スク用の図示しないシリコン酸化膜を成膜する。

【００７５】ＳＯＩ基板１のシリコン活性層４に不純
物（例えばボロン）をドープし、電極用の金属（例えば
アルミニウム）を蒸着して、電極６，７としてパターニ
ングする。

【００７６】ＳＯＩ基板１の裏側のシリコン酸化膜を
パターニングし、中間のシリコン酸化膜３をエッチング
ストップ層として用い、ヒドラジン等のアルカリ溶液で
シリコン基板２に対する異方性エッチングを行って、中
空部８（ダイアフラム）を形成する。

【００７７】ダイアフラム８の多層構造による応力の
変形を避けるため、ダイアフラム８裏面側のシリコン酸
化膜３を弗酸系のエッチング液で除去する。

【００７８】図示しないフォトレジスト膜をマスクと
し、中間のシリコン酸化膜層３をエッチストップ層とし
て、ドライエッチング装置によりシリコン活性層４を蛇
行状に加工し、レジストを除去して赤外線検出素子１１
を形成する。

【００７９】例えば、金などの反射材をコーティング
された台座１２に赤外線検出素子１１を固定し、電極を
取り出す（ボンディングする）。

【００８０】この素子を真空中測定した結果、ノイズ
は、ほぼジョンソンノイズまで低減し、抵抗温度係数は
０、１９％／Ｋ、ブリッジ電圧３．０Ｖで、比検出能Ｄ
＊＝１×１０８ ｃｍ√Ｈｚ／Ｗ （ａｔ５００K黒体
炉、チョッピング１０Hz、増幅帯域幅１Ｈｚ）が得られ
た。

【００８１】この結果、このような赤外検出素子の製造
方法が採用されたので、一般的な半導体製造プロセスを
用いて製造することができ、品質が安定した素子を、高
い歩留まりで生産出来る赤外検出素子の製造方法が得ら
れる。

【００８２】また、ＳＯＩ基板１が用いられるため、厚
さが制御出来、基板２と絶縁された単結晶シリコンの中
空構造８が容易に実現出来、感度のばらつきが少ない赤
外検出素子装置の製造方法が得られる。

【００８３】測温部兼赤外線吸収部５が蛇行状パターン
形状に形成された事を特徴とする赤外検出素子装置の製
造方法が採用された。

【００８４】この結果、蛇行状パターン形状をしている
ので、赤外線検出素子１１として、必要な抵抗値を十分
に余裕を持って得ることができる赤外検出素子装置の製
造方法が得られる。

【００８５】蛇行した線間は、赤外線を透過してしまう
が、台座１２における反射により、再び赤外線検出素子
１１部分に戻り、蛇行した線間による、入射エネルギー
の損失を補うことができる赤外線検出素子装置の製造方
法が得られる。

【００８６】また、中空部８が設けられたので、測温部
兼赤外線吸収部５の熱的特性を改善し、高速高感度な赤
外検出素子装置の製造方法が得られる。また、吸収しき
れなかった赤外光は、中空部８を損失無く進み、台座１
２面において反射され、多重反射による改善効果が、よ
り顕著となる赤外検出素子装置の製造方法が得られる。

【００８７】また、ＳＯＩ基板が用いられるため、厚さ
が制御出来、基板と絶縁された単結晶シリコンの中空構
造が容易に実現出来、感度のばらつきが少ない赤外検出
素子装置の製造方法が得られる。

【００８８】図７は本発明の実施の形態の他の実施例
を、一部を切断して示す構成説明図である。図におい
て、ＳＯＩ基板２１を構成するシリコン基板２２の表面
には、シリコン酸化膜２３が形成され、シリコン酸化膜
２３の上にはシリコン活性層２４が形成されている。

【００８９】本実施例では、このシリコン活性層２４
に、高濃度（およそ５×１０¹⁹／ｃｍ ³）の不純物とし
てボロンをドープして中心折り返しのスパイラル状の測
温部兼赤外線吸収部２５を形成している。

【００９０】測温部兼赤外線吸収部２５の両端には、ア
ルミニウム電極部２６，２７が設けられている。測温部
兼赤外線吸収部２５の下部のシリコン基板２２とシリコ
ン酸化膜２３は、選択的に除去されて中空部２８が形成
されている。

【００９１】本実施例では、測温部兼赤外線吸収部２５
の抵抗体幅：10μm、 line:space1:1、 になってい
る。

【００９２】このような構造の赤外検出素子３１は、台
座３２に固定されている。反射体３３は、赤外検出素子
３１を通過した光束と透過した光束の一部が、この赤外
検出素子３１と台座３２の表面間で、多重反射されて、
赤外検出素子３１が効率よく光束を吸収出来るように、
台座３２の表面に設けられた反射面３３１を有する。

【００９３】この場合は、台座３２と反射体３３とは、
一体に構成されている。また、反射面３３１として拡散
反射面が使用されている。また、反射体３３として、金
が使用されている。

【００９４】この結果、測温部兼赤外線吸収部２５が、
中心折り返しのスパイラル状パターン形状をしている事
を特徴とする赤外検出素子装置が設けられた。

【００９５】従って、中心折り返しのスパイラル状パタ
ーン形状２５をしているので、赤外線検出素子３１とし
て、必要な抵抗値を十分に余裕を持って得ることができ
る。

【００９６】中心折り返しのスパイラル状パターン形状
２５の線間は、赤外線を透過してしまうが、台座３２に
おける反射により、再び、赤外線検出素子３１部分に戻
り、中心折り返しのスパイラル状パターン形状２５の線
間による、入射エネルギーの損失を補うことができる赤
外線検出素子装置が得られる。

【００９７】測温部兼赤外線吸収部２５を、中心折り返
しのスパイラル状（渦巻き状）にすることにより、ミア
ンダ状（蛇行状）に構成した場合に生じ易い、応力の集
中を回避する事が出来る赤外検出素子装置が得られる。

【００９８】更に梁（測温部兼赤外線吸収部２５）の根
本部分の幅を徐々に広げることにより、更に強度を向上
出来る赤外検出素子装置が得られる。また、測温部兼赤
外線吸収部２５の使用時の、自己発熱で、より高温とな
る中心部は、構造が強固であり、変形も、半径方向に均
一に起きる赤外検出素子装置が得られる。

【００９９】図７の構造の赤外検出素子は、例えば以下
のような工程で製造する。 ＳＯＩ基板２１の裏面にのエッチング工程における
マスク用の図示しないシリコン酸化膜を成膜する。

【０１００】ＳＯＩ基板２１のシリコン活性層２４に
不純物（例えばボロン）をドープし、電極用の金属（例
えばアルミニウム）を蒸着して、電極２６，２７として
パターニングする。

【０１０１】ＳＯＩ基板２１の裏側のシリコン酸化膜
をパターニングし、中間のシリコン酸化膜２３をエッチ
ングストップ層として用い、ヒドラジン等のアルカリ溶
液でシリコン基板２２に対する異方性エッチングを行っ
て、中空部２８（ダイアフラム）を形成する。

【０１０２】ダイアフラム２８の多層構造による応力
の変形を避けるため、ダイアフラム２８裏面側のシリコ
ン酸化膜２３を弗酸系のエッチング液で除去する。

【０１０３】図示しないフォトレジスト膜をマスクと
し、中間のシリコン酸化膜層２３をエッチストップ層と
して、ドライエッチング装置によりシリコン活性層２４
を蛇行状に加工し、レジストを除去して赤外線検出素子
３１を形成する。 例えば、金などの反射材をコーティングされた台座３
２に赤外線検出素子３１を固定し、電極を取り出す（ボ
ンディングする）。

【０１０４】この結果、高濃度不純物ドープ領域を測温
部兼赤外線吸収部２５として形成する工程において、測
温部兼赤外線吸収部２５が中心折り返しのスパイラル状
パターン形状に形成された事を特徴とする赤外検出素子
装置の製造方法が採用された。

【０１０５】従って、中心折り返しのスパイラル状パタ
ーン形状に形成したので、赤外線検出素子３１として、
必要な抵抗値を十分に余裕を持って得ることができる赤
外検出素子装置の製造方法が得られる。

【０１０６】中心折り返しのスパイラル状パターン形状
の線間は、赤外線を透過してしまうが、台座３２におけ
る反射により、再び、赤外線検出素子３１部分に戻り、
中心折り返しのスパイラル状パターン形状の線間によ
る、入射エネルギーの損失を補うことができる赤外検出
素子装置の製造方法が得られる。

【０１０７】測温部兼赤外線吸収部２５を、中心折り返
しのスパイラル状（渦巻き状）にすることにより、応力
の集中を回避する事が出来る赤外検出素子装置の製造方
法が得られる。

【０１０８】更に、梁（測温部兼赤外線吸収部２５）の
根本部分の幅を徐々に広げることにより、更に、強度が
向上出来る赤外検出素子装置の製造方法が得られる。ま
た、測温部兼赤外線吸収部２５の使用時の、自己発熱
で、より高温となる中心部は、構造が強固であり、変形
も、半径方向に均一に起きる赤外検出素子装置の製造方
法が得られる。

【０１０９】また、中空部２８が設けられたので、測温
部兼赤外線吸収部２５の熱的特性を改善し、高速高感度
な赤外検出素子装置の製造方法が得られる。また、吸収
しきれなかった赤外光は、中空部２８を損失無く進み、
台座３２面において反射され、多重反射による改善効果
が、より顕著となる赤外検出素子装置の製造方法が得ら
れる。

【０１１０】また、ＳＯＩ基板が用いられるため、厚さ
が制御出来、基板と絶縁された単結晶シリコンの中空構
造が容易に実現出来、感度のばらつきが少ない赤外検出
素子装置の製造方法が得られる。

【０１１１】なを、前述の実施例においては、赤外検出
素子として、ＳＯＩ基板上に高濃度不純物のドープ領域
により形成された測温部兼赤外線吸収部５，２５が設け
られたものについて説明したが、これに限る事は無い。

【０１１２】、たとえば、薄膜ボロメータでも良く、要
するに、赤外検出素子を通過した光束と透過した光束の
一部がこの赤外検出素子と台座１２，３２の表面間で多
重反射されて、赤外検出素子が効率よく光束を吸収出来
るように、台座１２，３２の表面に設けられた反射面１
３１，３３１を有する反射体１３，３３を具備する赤外
検出素子装置であれば良い。

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
よれば、次のような効果が得られる。赤外検出素子が固
定される台座を具備する赤外検出素子装置において、前
記赤外検出素子を通過した光束と透過した光束の一部が
この赤外検出素子と前記台座の表面間で多重反射されて
前記赤外検出素子が効率よく光束を吸収出来るように前
記台座の表面に設けられた反射面を有する反射体を具備
した事を特徴とする赤外検出素子装置を構成した。

【０１１３】この結果、台座表面と赤外検出素子との間
で、多重反射されることにより、実際に吸収される光量
が増加し、赤外検出素子の感度が改善された赤外検出素
子装置が得られる。

【０１１４】本発明の請求項２によれば、次のような効
果が得られる。前記反射面として拡散反射面が使用され
た事を特徴とする請求項１記載の赤外検出素子装置が設
けられた。この結果、台座における反射光が均一になっ
て、赤外線検出素子に戻るため、受光面の角度依存性が
なくなる赤外検出素子装置が得られる。

【０１１５】本発明の請求項３によれば、次のような効
果が得られる。前記反射体として金属材が使用された事
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の赤外検出素子
装置が設けられたので、金属の台座と容易に一体に作り
易く、安価な赤外検出素子装置が得られる。

【０１１６】本発明の請求項４によれば、次のような効
果が得られる。前記金属材として金が使用された事を特
徴とする請求項３記載の赤外検出素子装置が設けられ
た。

【０１１７】この結果、ほぼ１００％の反射率が得られ
ることにより、実際に赤外線検出素子が吸収する光量が
増加し、赤外線検出素子の感度が、更に、改善された赤
外線検出素子装置が得られる。

【０１１８】本発明の請求項５によれば、次のような効
果が得られる。前記赤外検出素子として、ＳＯＩ基板上
に、高濃度不純物のドープ領域により形成された測温部
兼赤外線吸収部が設けられた事を特徴とする請求項1乃
至請求項４の何れかに記載の赤外検出素子装置が設けら
れた。

【０１１９】この結果、不純物を高濃度にドーピングさ
れた単結晶シリコンは、自由キャリアの吸収により赤外
線を吸収し、抵抗体してのノイズも少ない。測温抵抗体
として性能は、不純物濃度と形状で定まり、共に、半導
体プロセスが用いられるため制御性、再現性が良い

【０１２０】通常、基板は低濃度のシリコン基板であ
り、一度シリコン中に入射した赤外線は、シリコン中で
ほとんど減衰しないため、多重反射の効果が有効に利用
できる赤外検出素子装置が得られる。

【０１２１】本発明の請求項６によれば、次のような効
果が得られる。測温部兼赤外線吸収部が蛇行状パターン
形状をしている事を特徴とする請求項1乃至請求項５の
何れかに記載の赤外検出素子装置が設けられた。

【０１２２】この結果、蛇行状パターン形状をしている
ので、赤外線検出素子として、必要な抵抗値を十分に余
裕を持って得ることができる。蛇行した線間は、赤外線
を透過してしまうが、台座における反射により、再び赤
外線検出素子部分に戻り、蛇行した線間による、入射エ
ネルギーの損失を補うことができる赤外線検出素子装置
が得られる。

【０１２３】本発明の請求項７によれば、次のような効
果が得られる。測温部兼赤外線吸収部が中心折り返しの
スパイラル状パターン形状をしている事を特徴とする請
求項1乃至請求項５の何れかに記載の赤外検出素子装置
が設けられた。

【０１２４】この結果、中心折り返しのスパイラル状パ
ターン形状をしているので、赤外線検出素子として、必
要な抵抗値を十分に余裕を持って得ることができる。

【０１２５】中心折り返しのスパイラル状パターン形状
の線間は、赤外線を透過してしまうが、台座における反
射により、再び赤外線検出素子部分に戻り、中心折り返
しのスパイラル状パターン形状の線間による、入射エネ
ルギーの損失を補うことができる赤外線検出素子装置が
得られる。

【０１２６】測温部兼赤外線吸収部を、中心折り返しの
スパイラル状（渦巻き状）にすることにより、ミアンダ
状（蛇行状）に構成した場合に生じ易い、応力の集中を
回避する事が出来る赤外検出素子装置が得られる。

【０１２７】更に梁（測温部兼赤外線吸収部）の根本部
分の幅を徐々に広げることにより、更に強度を向上出来
る赤外検出素子装置が得られる。また、測温部兼赤外線
吸収部の使用時の、自己発熱で、より高温となる中心部
は、構造が強固であり、変形も、半径方向に均一に起き
る赤外検出素子装置が得られる。

【０１２８】本発明の請求項８によれば、次のような効
果が得られる。測温部兼赤外線吸収部の下部に中空部が
形成された事を特徴とする請求項1乃至請求項７の何れ
かに記載の赤外検出素子装置が設けられた。

【０１２９】この結果、中空部が設けられたので、測温
部兼赤外線吸収部の熱的特性を改善し、高速高感度な赤
外検出素子装置が得られる。また、吸収しきれなかった
赤外光は、中空部を損失無く進み、台座面において反射
され、多重反射による改善効果が、より顕著となる赤外
検出素子装置が得られる。

【０１３０】本発明の請求項９によれば、次のような効
果が得られる。ＳＯＩ基板の裏面にシリコン酸化膜を形
成する工程とＳＯＩ基板の活性層に高濃度不純物をドー
プする工程とＳＯＩ基板の活性層に金属層を形成する工
程と前記金属層を電極パターンとして形成する工程とＳ
ＯＩ基板裏面のシリコン酸化膜をマスクにして異方性エ
ッチングを行い測温部兼赤外線吸収部の下部に中空部を
形成する工程と前記高濃度不純物ドープ領域を測温部兼
赤外線吸収部として形成する工程とにより形成された赤
外検出素子を、表面に反射面を有する反射体が設けられ
た台座に固定する工程とを含む赤外検出素子装置の製造
方法が採用された。

【０１３１】この結果、このような赤外検出素子の製造
方法が採用されたので、一般的な半導体製造プロセスを
用いて製造することができ、品質が安定した素子を、高
い歩留まりで生産出来る赤外検出素子の製造方法が得ら
れる。

【０１３２】また、ＳＯＩ基板が用いられるため、厚さ
が制御出来、基板と絶縁された単結晶シリコンの中空構
造が容易に実現出来、感度のばらつきが少ない赤外検出
素子装置の製造方法が得られる。

【０１３３】本発明の請求項１０によれば、次のような
効果が得られる。前記高濃度不純物ドープ領域を測温部
兼赤外線吸収部として形成する工程において、前記測温
部兼赤外線吸収部が蛇行状パターン形状に形成された事
を特徴とする請求項９記載の赤外検出素子装置の製造方
法が採用された。

【０１３４】この結果、蛇行状パターン形状をしている
ので、赤外線検出素子として、必要な抵抗値を十分に余
裕を持って得ることができる赤外検出素子装置の製造方
法が得られる。

【０１３５】蛇行した線間は、赤外線を透過してしまう
が、台座における反射により、再び赤外線検出素子部分
に戻り、蛇行した線間による、入射エネルギーの損失を
補うことができる赤外線検出素子装置の製造方法が得ら
れる。

【０１３６】また、中空部が設けられたので、測温部兼
赤外線吸収部の熱的特性を改善し、高速高感度な赤外検
出素子装置の製造方法が得られる。また、吸収しきれな
かった赤外光は、中空部を損失無く進み、台座面におい
て反射され、多重反射による改善効果が、より顕著とな
る赤外検出素子装置の製造方法が得られる。

【０１３７】また、ＳＯＩ基板が用いられるため、厚さ
が制御出来、基板と絶縁された単結晶シリコンの中空構
造が容易に実現出来、感度のばらつきが少ない赤外検出
素子装置の製造方法が得られる。

【０１３８】本発明の請求項１１によれば、次のような
効果が得られる。前記高濃度不純物ドープ領域を測温部
兼赤外線吸収部として形成する工程において、前記測温
部兼赤外線吸収部が中心折り返しのスパイラル状パター
ン形状に形成された事を特徴とする請求項９記載の赤外
検出素子装置の製造方法が採用された。

【０１３９】この結果、中心折り返しのスパイラル状パ
ターン形状に形成したので、赤外線検出素子として、必
要な抵抗値を十分に余裕を持って得ることができる赤外
検出素子装置の製造方法が得られる。

【０１４０】中心折り返しのスパイラル状パターン形状
の線間は、赤外線を透過してしまうが、台座における反
射により、再び赤外線検出素子部分に戻り、中心折り返
しのスパイラル状パターン形状の線間による、入射エネ
ルギーの損失を補うことができる赤外検出素子装置の製
造方法が得られる。

【０１４１】測温部兼赤外線吸収部を、中心折り返しの
スパイラル状（渦巻き状）にすることにより、応力の集
中を回避する事が出来る赤外検出素子装置の製造方法が
得られる。

【０１４２】更に、梁（測温部兼赤外線吸収部）の根本
部分の幅を徐々に広げることにより、更に、強度を向上
出来る赤外検出素子装置の製造方法が得られる。また、
測温部兼赤外線吸収部の使用時の、自己発熱で、より高
温となる中心部は、構造が強固であり、変形も、半径方
向に均一に起きる赤外検出素子装置の製造方法が得られ
る。

【０１４３】また、中空部が設けられたので、測温部兼
赤外線吸収部の熱的特性を改善し、高速高感度な赤外検
出素子装置の製造方法が得られる。また、吸収しきれな
かった赤外光は、中空部を損失無く進み、台座面におい
て反射され、多重反射による改善効果が、より顕著とな
る赤外検出素子装置の製造方法が得られる。

【０１４４】また、ＳＯＩ基板が用いられるため、厚さ
が制御出来、基板と絶縁された単結晶シリコンの中空構
造が容易に実現出来、感度のばらつきが少ない赤外検出
素子装置の製造方法が得られる。

【０１４５】従って、本発明によれば、感度が向上され
た赤外検出素子装置とその製造方法を実現する事が出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコン単結晶抵抗体のノイズと抵抗温度係数
の抵抗率依存性の特性例説明図である。

【図２】赤外領域での吸収係数の抵抗率依存性の特性例
説明図である。

【図３】本発明の一実施例を一部を切断して示す構成説
明図である。

【図４】図３の動作説明図である。

【図５】図３の動作説明図である。

【図６】図３の動作説明図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す構成説明図である。

【符号の説明】

１ ＳＯＩ基板 ２ シリコン基板 ３ シリコン酸化膜 ４ シリコン活性層 ５ 測温部兼赤外線吸収部 ６ アルミニウム電極部 ７ アルミニウム電極部 ８ 中空部 １１ 赤外検出素子 １２ 台座 １３ 反射体 １３１ 反射面 ２１ ＳＯＩ基板 ２２ シリコン基板 ２３ シリコン酸化膜 ２４ シリコン活性層 ２５ 測温部兼赤外線吸収部 ２６ アルミニウム電極部 ２７ アルミニウム電極部 ２８ 中空部 ３１ 赤外検出素子 ３２ 台座 ３３ 反射体 ３３１ 反射面

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】赤外検出素子が固定される台座を具備する
   赤外検出素子装置において、 前記赤外検出素子を通過した光束と透過した光束の一部
   がこの赤外検出素子と前記台座の表面間で多重反射され
   て前記赤外検出素子が効率よく光束を吸収出来るように
   前記台座の表面に設けられた反射面を有する反射体を具
   備した事を特徴とする赤外検出素子装置。
2. 【請求項２】前記反射面として拡散反射面が使用された
   事を特徴とする請求項１記載の赤外検出素子装置。
3. 【請求項３】前記反射体として金属材が使用された事を
   特徴とする請求項１又は請求項２記載の赤外検出素子装
   置。
4. 【請求項４】前記金属材として金が使用された事を特徴
   とする請求項３記載の赤外検出素子装置。
5. 【請求項５】前記赤外検出素子として、ＳＯＩ基板上に
   高濃度不純物のドープ領域により形成された測温部兼赤
   外線吸収部が設けられた事を特徴とする請求項1乃至請
   求項４の何れかに記載の赤外検出素子装置。
6. 【請求項６】前記測温部兼赤外線吸収部が蛇行状パター
   ン形状をしている事を特徴とする請求項1乃至請求項５
   の何れかに記載の赤外検出素子装置。
7. 【請求項７】前記測温部兼赤外線吸収部が中心折り返し
   のスパイラル状パターン形状をしている事を特徴とする
   請求項1乃至請求項５の何れかに記載の赤外検出素子装
   置。
8. 【請求項８】前記測温部兼赤外線吸収部の下部に中空部
   が形成された事を特徴とする請求項1乃至請求項７の何
   れかに記載の赤外検出素子装置。
9. 【請求項９】ＳＯＩ基板の裏面にシリコン酸化膜を形成
   する工程とＳＯＩ基板の活性層に高濃度不純物をドープ
   する工程とＳＯＩ基板の活性層に金属層を形成する工程
   と前記金属層を電極パターンとして形成する工程とＳＯ
   Ｉ基板裏面のシリコン酸化膜をマスクにして異方性エッ
   チングを行い測温部兼赤外線吸収部の下部に中空部を形
   成する工程と前記高濃度不純物ドープ領域を測温部兼赤
   外線吸収部として形成する工程とにより形成された赤外
   検出素子を、 表面に反射面を有する反射体が設けられた台座に固定す
   る工程とを含む赤外検出素子装置の製造方法。
10. 【請求項１０】前記高濃度不純物ドープ領域を測温部兼
    赤外線吸収部として形成する工程において、 前記測温部兼赤外線吸収部が蛇行状パターン形状に形成
    された事を特徴とする請求項９記載の赤外検出素子装置
    の製造方法。
11. 【請求項１１】前記高濃度不純物ドープ領域を測温部兼
    赤外線吸収部として形成する工程において、 前記測温部兼赤外線吸収部が中心折り返しのスパイラル
    状パターン形状に形成された事を特徴とする請求項９記
    載の赤外検出素子装置の製造方法。