JP2003185496A - 赤外線検出アレイおよびその製造方法 - Google Patents

赤外線検出アレイおよびその製造方法

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JP2003185496A
JP2003185496A JP2001380068A JP2001380068A JP2003185496A JP 2003185496 A JP2003185496 A JP 2003185496A JP 2001380068 A JP2001380068 A JP 2001380068A JP 2001380068 A JP2001380068 A JP 2001380068A JP 2003185496 A JP2003185496 A JP 2003185496A
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resistor
infrared detection
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Takanori Sone
孝典 曽根
Osamu Kaneda
修 兼田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/38—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using extension or expansion of solids or fluids
    • G01J5/40—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using extension or expansion of solids or fluids using bimaterial elements

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱絶縁構造部の支持角の補正が可能な赤外線
検出器を含む赤外線検出アレイを提供する。 【解決手段】 複数の赤外線検出器が基板上にマトリッ
クス状に配置された赤外線検出アレイにおいて、赤外線
検出器が、一端が基板に固定された支持脚であって、絶
縁層と配線層との積層構造を有する支持脚と、支持脚に
支持された熱絶縁構造部であって、赤外線の入射側とな
る第１面と、読み出し光の入射側となる第２面を有する
絶縁層と、絶縁層の第２面に形成された反射膜と、配線
層に接続された抵抗体とを有する熱絶縁構造部とを含
み、赤外線により検出温度に加熱された支持脚が可逆的
に撓むことにより、反射膜に入射した読み出し光の反射
方向を変える赤外線検出器からなり、配線層を介して抵
抗体に通電し、検出温度より高い温度に支持脚を加熱す
ることにより、支持脚が非可逆的に撓むようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検出アレイ
及びその製造方法に関し、特に、熱絶縁構造部の支持角
の補正が可能な赤外線検出器を含む赤外線検出アレイ及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２２は、全体が７００で表される、特
開平１０−２５３４４７号公報に記載された赤外線検出
器の断面図である。赤外線検出器７００は、半導体基板
７０１を含む。半導体基板７０１上には、支持脚７０２
が設けられている。更に、変位部７０５の一端は支持脚
７０２に固定され、変位部７０５は中空に支持される。
変位部７０５は、赤外線吸収膜７０３と反射膜７０４の
積層構造となっている。
【０００３】かかる赤外線検出器７００では、変位部７
０５に赤外線が入射すると、赤外線吸収膜７０３が赤外
線を吸収して熱に変換する。変位部７０５を構成する赤
外線吸収膜７０３と反射膜７０４とは、熱膨張係数が異
なるため、変位部７０５が熱せられた場合、バイマテリ
アルの原理により変位部７０５が反る。変位部７０５が
反ることにより、反射膜７０４に照射した読み出し光の
反射角度が変化する。このため、この変化を、所定の検
出位置での反射強度の変化として検知することにより、
入射する赤外線の検出を行う。また、特開２０００−３
２６２９９号公報にも、バイマテリアルの原理を利用し
た、略同じ構造の赤外線検出器が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】かかる赤外線検出器７
００を１つの画素として配列した赤外線検出アレイにお
いては、半導体基板７０１に対する反射膜７０４の傾き
が、画素によりばらつくため、均一な赤外線が全画素に
照射されても、読み出し光の反射強度が均一とならな
い。このため、反射された読み出し光の強度が均一にな
らず、固定パターンノイズといわれる画像劣化を引き起
こすという問題があった。また、赤外線検出器７００に
入射する赤外線の量を変化させても、反射膜７０４の傾
きがすべての画素において同じように変位しないという
問題もあった。
【０００５】かかる問題を解決するために、それぞれの
画素毎に読出し光を干渉させる手段を設け、画素間のば
らつきを軽減する方法が提案されているが、すべての画
素において干渉条件を一定にすることは困難であり、固
定パターンノイズを除去することは不可能であった。
【０００６】更に、読出し光の反射光をＣＣＤカメラな
どにより撮像し、撮像信号を電気的に補正する方法も提
案されているが、かかる方法では固定パターンノイズを
除去できる反面、カメラや信号補正回路が必要になり、
赤外線検出器を含む検出システムのコストが非常に高く
なるという問題があった。
【０００７】そこで、本願発明は、複数の赤外線検出器
を含む赤外線検出アレイにおいて、それぞれの赤外線検
出器の変位部の支持角を調整し、固定パターンノイズを
除去できる赤外線検出アレイの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の赤外線
検出器が基板上にマトリックス状に配置された赤外線検
出アレイであって、該赤外線検出器が、ａ）一端が基板
に固定された支持脚であって、絶縁層と配線層との積層
構造を有する支持脚と、ｂ）該支持脚に支持された熱絶
縁構造部であって、赤外線の入射側となる第１面と、読
み出し光の入射側となる第２面を有する絶縁層と、該絶
縁層の第２面に形成された反射膜と、該配線層に接続さ
れた抵抗体とを有する熱絶縁構造部とを含み、該赤外線
により検出温度に加熱された該支持脚が可逆的に撓むこ
とにより、該反射膜に入射した該読み出し光の反射方向
を変える赤外線検出器からなり、該配線層を介して該抵
抗体に通電し、該検出温度より高い温度に該支持脚を加
熱することにより、該支持脚が非可逆的に撓むようにし
たことを特徴とする赤外線検出アレイである。かかる赤
外線検出アレイでは、それぞれの赤外線検出器に通電し
て、加熱することにより、赤外線検出器の熱絶縁構造部
の支持角（基板と熱絶縁構造部との間の角）を調整する
ことができる。このため、赤外線検出アレイを一定温度
に保持した場合に、赤外線検出アレイに入射した読み出
し光が、各画素（赤外線検出器）で均一に反射され、反
射強度にばらつきのない赤外線検出アレイを得ることが
できる。
【０００９】また、本発明は、更に、行方向に並んだ上
記赤外線検出器の上記抵抗体の一端がそれぞれ接続され
た複数の行配線と、列方向に並んだ上記赤外線検出器の
該抵抗体の他端がそれぞれ接続された複数の列配線と、
複数の該行配線から任意の行配線を選択する垂直走査回
路と、複数の該列配線から任意の列配線を選択する水平
走査回路と、夫々の該赤外線検出器に含まれ、該抵抗体
に直列に接続された制御素子とを含み、該垂直走査回路
と該水平走査回路により行と列が選択された該赤外線検
出器の該制御素子を用いて、該抵抗体に通電することを
特徴とする赤外線検出アレイでもある。赤外線検出アレ
イをかかる構造とすることにより、赤外線検出アレイの
外部から垂直走査回路と該水平走査回路とを制御するだ
けで、各画素（赤外線検出器）への通電が可能となる。
このため、赤外線検出アレイと外部とを接続する端子数
を減らすことができ、多数の赤外線検出器を含む赤外線
検出アレイの形成が可能となる。
【００１０】上記制御素子は、トランジスタ及びダイオ
ードから選択される１つの素子であることが好ましい。
制御素子をこれらの素子とすることにより、外部からの
制御を容易に行うことができる。
【００１１】上記抵抗体は、チタン、タンタル、窒化チ
タン、及び窒化タンタルからなる群から選択される元素
を主成分とすることが好ましい。これらの材料は抵抗率
が高く、発熱効率が良いからである。
【００１２】上記抵抗体は、ダイオードであっても良
い。抵抗体をダイオードとすることにより、各画素に通
電するために、基板上に設ける配線が、マトリックス状
に配置された画素の各行、各列で共通にでき、画素数の
多い赤外線検出アレイでも、配線構造を簡素化できる。
【００１３】上記ダイオードは、不純物としてホウ素を
含むｎ型シリコン層と、不純物として砒素又はアンチモ
ンを含むｐ型シリコン層を接合させたｐｎ接合ダイオー
ドからなるものであっても良い。ｐｎ接合ダイオード
は、一般的な製造プロセスで容易に形成できるからであ
る。
【００１４】また、本発明は、更に、行方向に並んだ上
記赤外線検出器の上記ダイオードの一端がそれぞれ接続
された複数の行配線と、列方向に並んだ該赤外線検出器
の上記ダイオードの他端がそれぞれ接続された複数の列
配線と、複数の該行配線から任意の行配線を選択する垂
直走査回路と、複数の該列配線から任意の列配線を選択
する水平走査回路とを含み、該垂直走査回路と該水平走
査回路により行と列が選択された該赤外線検出器の該ダ
イオードに通電することを特徴とする赤外線検出アレイ
でもある。抵抗体をダイオードとすることにより、制御
回路が簡単となり、赤外線検出アレイを外部に接続する
ための端子数を少なくできる。これにより、多数の赤外
線検出器を含む赤外線検出アレイの形成が可能となる。
【００１５】上記支持脚を構成する上記絶縁層と上記配
線層が、互いに熱膨張係数の異なるセラミック層と金属
層からなることが好ましい。支持脚に、かかる材料の組
み合わせを用いることにより、支持脚の温度が上昇した
場合、バイマテリアル効果により、熱絶縁構造部の支持
脚を撓ませることができる
【００１６】上記セラミック層が、酸化シリコン層、窒
化シリコン層、及び酸窒化シリコン膜から選択される１
つの層を含み、上記金属層が、チタン、窒化チタン、ア
ルミニウム、タングステン、金、銅、白金からなる群か
ら選択される元素を主成分とする層であることが好まし
い。これらの材料を選択することにより、バイマテリア
ル効果により、支持脚を十分に変形させることができる
からである。
【００１７】また、上記絶縁層の第２面上に、該絶縁層
と略平行に、支柱で支持された絶縁板を含み、該絶縁板
上に上記反射膜が形成されたものであっても良い。かか
る構造を用いることにより、反射膜が、支持脚の変形の
影響を受けにくくなり、各画素における読み出し光の反
射方向を、更に均一にすることができる。
【００１８】上記熱絶縁構造部が、上記抵抗体より上記
第１面側に、赤外線吸収膜を含み、該赤外線吸収膜のシ
ート抵抗が、略１００〜略５００Ω／□であることが好
ましい。かかる赤外線吸収膜を有することにより、赤外
線の吸収効率が上昇し、検出感度の高い赤外線検出アレ
イを得ることができる。
【００１９】上記熱絶縁構造部に含まれる、上記赤外線
吸収膜と上記反射膜との間の上記絶縁層の光学膜厚は、
波長１０μｍの赤外線に対して略２．５μｍであること
が好ましい。熱絶縁構造部を共振吸収構造とすることに
より、赤外線の吸収効率が上昇し、検出感度の高い赤外
線検出アレイを得ることができる。
【００２０】また、本発明は、複数の赤外線検出器が基
板上にマトリックス状に配置された赤外線検出アレイで
あって、該赤外線検出器が、ａ）一端が基板に固定され
た支持脚であって、絶縁層と配線層との積層構造を有す
る支持脚と、ｂ）該支持脚に支持された熱絶縁構造部で
あって、赤外線が入射する第１面と、読み出し光が入射
する第２面を有する絶縁層と、該読み出し光の一部を透
過し他を反射するハーフミラー層と、該配線層に接続さ
れた抵抗体とを有する熱絶縁構造部と、ｃ）該基板上に
設けられ、該ハーフミラー層を透過した該読み出し光を
反射し、該ハーフミラー層で反射した該読み出し光と、
該ミラー層で反射した該読み出し光とを干渉させて干渉
光を形成するミラー層とを含み、該赤外線により測定温
度に加熱された該支持脚が可逆的に撓むことにより、該
干渉光の光強度を変える赤外線検出器からなり、該配線
層を介して該抵抗体に通電し、該測定温度より高い温度
に該支持脚を加熱することにより、該支持脚が非可逆的
に撓むようにしたことを特徴とする赤外線検出アレイで
もある。かかる赤外線検出アレイでは、それぞれの赤外
線検出器に通電して、加熱することにより、赤外線検出
器の熱絶縁構造部の支持角を調整することができる。こ
のため、赤外線検出アレイを一定温度に保持した場合
に、ハーフミラー層とミラー層で形成される干渉光の強
度にばらつきのない赤外線検出アレイを得ることができ
る。
【００２１】また、本発明は、複数の赤外線検出器を基
板上にマトリックス状に形成する赤外線検出アレイの製
造方法であって、基板を準備する工程と、該基板上に犠
牲層を堆積させる工程と、該犠牲層上に、熱絶縁構造部
形成領域と支持脚形成領域とが規定される絶縁層を形成
する工程と、該絶縁層の熱絶縁構造部形成領域に抵抗体
を形成する抵抗体形成工程と、該抵抗体の上に反射膜を
形成する反射膜形成工程と、該反射膜を備えた該基板
を、所定のアニール温度で加熱するアニール工程と、該
アニール工程後に、該絶縁層の該支持脚形成領域上に、
該抵抗体と接続された配線層を形成する工程と、該犠牲
層を除去し、該絶縁層と該配線層からなる該支持脚によ
り、該熱絶縁構造部が該基板上に支持された該赤外線検
出器を製造する工程とを含み、更に、該赤外線検出器の
形成後に、該赤外線検出器に含まれる該抵抗体に通電し
て、該アニール温度より低い温度に該抵抗体を加熱する
ことにより、該支持脚を非可逆的に撓ませて、該基板に
対する該反射膜の支持角を、すべての該赤外線検出器に
ついて略均一にする補正工程を含むことを特徴とする赤
外線検出アレイの製造方法でもある。かかる製造方法で
は、アニール工程を行った後にアニール温度より低い温
度で補正工程を行うため、熱絶縁構造部に影響を与える
ことなく支持脚を非可逆的に撓ませることができる。
【００２２】上記抵抗体形成工程は、該絶縁層上に多結
晶シリコン膜を形成し、該多結晶シリコン膜にｎ型不純
物とｐ型不純物とを注入し、ｐｎ接合ダイオードから該
抵抗体を形成する工程を含むものであっても良い。直列
接続された複数のダイオードを形成することにより、ダ
イオードの接続個数の増減により抵抗値を変えることが
できる。
【００２３】上記反射膜形成工程は、上記絶縁層の熱絶
縁構造部形成領域上に、更に、犠牲層を堆積させる工程
と、該犠牲層上に、上記反射膜を形成する工程と、該犠
牲層を除去して、該絶縁層の該熱絶縁構造部形成領域上
に支持された該反射膜を形成する工程とを含むものであ
っても良い。かかる製造工程では、補正工程において反
射膜が加熱されにくくなり、反射膜の平坦性をより担保
することができる。
【００２４】上記補正工程は、上記赤外線検出アレイの
赤外線の入射側から略一様な赤外線を照射する工程と、
該赤外線検出アレイに含まれる上記赤外線検出器の上記
反射膜に読み出し光を照射する工程と、該読み出し光が
該反射膜で反射された反射光を検知する工程と、該検知
された光の強度が、それぞれの該赤外線検出器で略均一
になるように、上記抵抗体を加熱して上記支持脚を非可
逆的に撓ませる工程とを含むことが好ましい。このよう
に、反射光が均一になるように、それぞれの赤外線検出
器の支持脚を非可逆的に撓ませることにより、簡単な工
程で正確な補正を行うことができる。
【００２５】上記補正工程は、１つの赤外線検出器の上
記抵抗体にパルス通電を行い、該パルス通電が行われて
いない間の上記反射光の強度が所定強度に達した時点
で、該赤外線検出器に対するパルス通電を終了する工程
を含むことが好ましい。連続通電では、赤外線検出器の
温度の制御が困難であるが、パルス通電を行うことによ
り、パルス回数、パルス間隔の制御により正確な温度制
御が可能となる。これにより、支持脚の撓み量の性格な
制御ができ、固定パターンノイズのない赤外線検出アレ
イの作製が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、全体が１
００で表される、本実施の形態１にかかる赤外線検出ア
レイに含まれる赤外線検出器（１画素に相当）の斜視図
である。赤外線検出器１００はシリコン基板１を含む。
シリコン基板１の上面は、酸化シリコン膜２により覆わ
れている。酸化シリコン膜２の上には、２つの支持部１
１でシリコン基板１に固定された支持脚２０と、２つの
支持脚２０で中空に支持された熱絶縁構造部３０とが設
けられている。支持脚２０は、酸化シリコンからなる絶
縁層２３とアルミニウム配線層２４の２層構造からな
り、アルミニウム配線層２４は電気配線を兼ねている。
熱絶縁構造部３０は、酸化シリコン層３１と、その中に
設けられた抵抗体３２を含む。なお、抵抗体３２は外部
からは見えないが、図１に点線で示すように、蛇行形状
（ジグザグ形状）に配置されている。熱絶縁構造部３０
の上面には、アルミニウムからなる反射膜３３が設けら
れている。抵抗体３２は、支持脚２０のアルミニウム配
線層２４と、コンタクト部３４により接続されている。
また、支持脚２０のアルミニウム配線層２４は、支持脚
２０の支持部１１で、シリコン基板１の内部に設けられ
た回路（図示せず）と電気的に接続されている。
【００２７】次に、赤外線検検出器１００を用いた、赤
外線の検出方法について説明する。赤外線検出器１００
では、シリコン基板１の下方から赤外線が入射する。こ
れにより、熱絶縁構造部３０の温度が上昇し、更に、支
持脚２０の温度も上昇する。支持脚２０を構成する絶縁
層２３とアルミニウム配線層２４とは熱膨張係数が異な
るため、支持脚２０の温度が上昇すると、バイマテリア
ルの原理により、支持脚２０が撓み変形を起こす。この
結果、熱絶縁構造部３０の支持角（シリコン基板１と熱
絶縁構造部３０との間の角度）が変化する。
【００２８】熱絶縁構造部３０には上方から読み出し光
が入射し、反射膜３３により反射される。熱絶縁構造部
３０の支持角が変わると、反射光の反射方向が変化す
る。従って、所定の検出位置で、反射光の強度を検出す
ることにより、熱絶縁構造部３０に照射された赤外線量
の検出が可能となる。
【００２９】図２は、本実施の形態にかかる、全体が１
１０で表される、赤外線検出アレイの概略図である。赤
外線検出アレイ１１０は、複数の赤外線検出器１００を
含み、それぞれの赤外線検出器１００が、赤外線検出ア
レイ１１０の画素を構成する。具体的には、シリコン基
板１の上に、縦方向に１２８個、横方向に１２８個の赤
外線検出器（画素）１００が並置されている。なお、図
２では、赤外線検出器１００は、概略図として示されて
いる。
【００３０】図３は、図２に示す赤外線検出アレイ１１
０の回路図である。図中、点線で囲まれた領域が、赤外
線検出アレイ１１０に含まれる回路であり、他は、赤外
線検出アレイ１１０外に設けられた回路である。赤外線
検出アレイ１１０の回路は、複数の赤外線検出器（画
素）１００を含む。赤外線検出器（画素）１００のアル
ミニウム配線層２４の両端は、水平走査回路１５１、画
素スイッチングトランジスタ１５４を介して垂直走査回
路１５２に接続されている。また、水平走査回路１５
１、垂直走査回路１５２は、外部に設けられた画素選択
同期回路７２に接続されている。これらの接続は、例え
ば、赤外線検出アレイ１１０に設けられたパッド電極
（図示せず）を介して行われる。
【００３１】かかる回路では、画素選択同期回路７２に
より、水平走査回路１５１と垂直走査回路１５２を駆動
して、赤外線検出アレイの行と列が選択される。選択さ
れた赤外線検出アレイでは、水平選択スイッチングトラ
ンジスタ１５３と画素スイッチングトランジスタ１５４
がオン状態となり、外部に設けられた加熱電源７０から
パルス発生器７１を通して電流が流れる。通電すること
により、画素の抵抗成分１５５が発熱し、画素の温度が
上昇する。通電する電流値は、加熱電源により調整さ
れ、また、通電時間は、パルス発生器により調整され、
画素の温度上昇が制御される。なお、これらの配線や回
路はシリコン基板１中に作製されるが、これらは赤外線
の透過を遮るため、熱絶縁構造部の直下の位置とならな
いように配置することが好ましい。
【００３２】次に、図４を参照しながら、本実施の形態
にかかる赤外線検出アレイ１１０の製造方法について説
明する。図４は、図１のＩ−Ｉ方向の断面図であり、図
１中に点線で示すように、破断面は途中で折れ曲がって
いる。即ち、図１の領域Ａ、ＢにおけるＩ−Ｉ方向の断
面が、図４に示す断面図の領域Ａ、Ｂに対応する。な
お、図４には、赤外線検出アレイ１１０に含まれる１つ
の赤外線検出器１００を示す。製造方法は、以下に示す
工程１〜５を含む。
【００３３】工程１：図４（ａ）に示すように、シリコ
ン基板１中に、回路領域３を形成する。回路領域３は、
各赤外線検出器（画素）に、選択的に通電するための走
査回路、スイッチングトランジスタ等を含む。回路領域
３上には、酸化シリコン膜５に埋め込まれた回路配線４
を形成する。回路領域３は回路配線４により、赤外線検
出器のアルミニウム配線層２４に接続される。次に、回
路配線４を覆う酸化シリコンからなる酸化シリコン膜
（保護膜）２を形成し、更に、保護膜２の上に、例えば
多結晶シリコンからなる犠牲層（スペーサ層）６を形成
する。次に、犠牲層６の所定の位置をエッチングにより
開口し、酸化シリコン膜２１を堆積させる。酸化シリコ
ン膜２１は、開口部の底面で、保護膜２と接続される。
犠牲層６のエッチングには、例えば塩素ガスプラズマを
用いたプラズマエッチングが用いられる。
【００３４】工程２：図４（ｂ）に示すように、酸化シ
リコン膜２１の上にチタンを堆積させ、フォトリソグラ
フィ工程と塩素ガスプラズマを用いたエッチング工程に
より、抵抗体３２を形成する。図１に示すように、抵抗
体３２は、蛇行形状（ジグザグ形状）にパターニングさ
れる。次に、抵抗体３２を覆うように、酸化シリコン膜
２２を形成し、ＣＭＰにより熱絶縁構造部となる領域の
酸化シリコン膜２２の平坦化を行う。
【００３５】工程３：図４（ｃ）に示すように、アルミ
ニウム層を堆積させた後、フォトリソグラフィ工程と塩
素ガスプラズマを用いたエッチング工程により、熱絶縁
構造部となる領域のほぼ全面に反射膜３３を形成する。
次に、支持脚２０と熱絶縁構造部３０とを形成するた
め、フォトリソグラフィ工程と３フッ化メタンガスプラ
ズマを用いたエッチング工程により、酸化シリコン膜２
１、２２をパターニングする。このパターニングによ
り、犠牲層６の一部が剥き出しとなる。後の工程で、犠
牲層６が剥き出しとなった部分からエッチングガスを供
給し、犠牲層６を除去することから、この剥き出しとな
った部分をエッチングホール２５と呼ぶ。
【００３６】工程４：図４（ｄ）に示すように、この段
階で、熱絶縁構造部３０の作製が完了したため、約４０
０℃の温度でアニールを行う。かかるアニールにより、
４００℃以下の温度では、熱絶縁構造部３１は、非可逆
的な変形を生じないようになる。次に、フォトリソグラ
フィ工程と３フッ化メタンガスプラズマを用いたエッチ
ング工程により、抵抗体３２のコンタクト部３４、回路
配線４の上部にコンタクトホール２６を形成する（抵抗
体３２のコンタクト部は図示せず）。次に、アルミニウ
ム層を室温スパッタで形成する。アルミニウム層は、フ
ォトリソグラフィ工程と塩素ガスプラズマを用いたエッ
チング工程によりパターニングされ、支持脚２０上のア
ルミニウム配線層２４となる。アルミニウム配線層２４
は、コンタクトホール２６を介して、抵抗体３２、回路
配線４に接続される。かかる工程により、支持脚２０
が、絶縁層２３（酸化シリコン層２１、２２からなる）
とアルミニウム配線層２４との２層構造となり、バイマ
テリアルの効果を有する。なお、アルミニウムは室温ス
パッタで形成されたので、室温を超える温度が負荷され
た場合、非可逆的な撓み変形（ここでは、収縮変形）を
生じる。
【００３７】工程５：図４（ｅ）に示すように、２フッ
化キセノンで犠牲層６を溶解することにより、支持脚２
０で中空に支持された熱絶縁構造部３０が完成する。
【００３８】以上の工程により、複数の赤外線検出器１
００を備えた赤外線検出アレイ１１０が完成する。
【００３９】ここで、細心の注意をもって作製されたも
のであっても、それぞれの赤外線検出器１００の間で支
持脚２０の撓み量はばらつく。このため、熱絶縁構造部
３０の支持角（シリコン基板１と熱絶縁構造部３０との
間の角度）がアレイ毎に異なり、赤外線検出アレイに読
み出し光を照射しても、このばらつきが固定パターンノ
イズとして検出される。
【００４０】これに対して、本製造方法では、赤外線検
出アレイ１１０を構成する全ての赤外線検出器１００の
支持角が略同様となるように、撓み角（支持角）の補正
を行う。以下にかかる補正方法について説明する。
【００４１】まず、図５に示すように、上記工程１〜５
により赤外線検出アレイ１１０が形成されたチップ５１
をプロービング装置６０のステージ６１に固定し、プロ
ービング装置６０のプローブ針６２をチップ５１の端子
パッドに接触させて、制御用電圧をチップ５１に印加で
きるようにする。赤外線検出アレイ１１０を駆動するた
めの駆動電圧やクロック電圧は、プローブカード６３を
通して加熱電源７０、パルス発生器７１、画素選択同期
回路７２から供給される。チップ５１を搭載するステー
ジ６１は、チップ５１の赤外線の入射面に対応する位置
が開口している。そして、赤外線検出アレイ１１０の下
部に置いた平面型黒体炉６４から、赤外線検出アレイ１
１０の赤外線の入射面全面に、均一な赤外線が照射され
る。黒体炉６４の形状によっては、光学系を用いて赤外
線検出アレイ１１０の全面に均一に赤外線が照射される
ようにしてもよい。
【００４２】赤外線検出アレイ１１０の前面には、赤外
線が照射された赤外線検出器（画素）１００の反射面の
角度が変わると、その反射光の検出量が変わるように設
計された読み出し光学系８０を配置する。
【００４３】読み出し光学系８０には、種々の構造があ
るが、図６にその一例を示す。読み出し光学系８０は、
読み出し用の光源をレーザーダイオード８１としてコリ
メータレンズ８２とビームスプリッタ８３により、赤外
線検出アレイが設けられたチップ５１に、平行光を入射
させる。すべての画素の反射面に撓み（傾き）がなけれ
ば、入射法線と同じ方向に読み出し光が反射される。レ
ンズ８４を通った読み出し光は、略一点に収束する。
【００４４】これに対して、反射面に撓みがあると、そ
の画素により反射された読み出し光の収束位置が、他の
光の集束位置と異なる。読み出し光が収束する収束点に
読み出し光の光束を制限するための絞り８５を置くと、
撓み量に応じて読み出し光が遮られることになる。光を
遮る量は、被写体の赤外線放射量や読み出し光学系によ
って変化するため、絞り８５を可変とし、遮光量の調整
を可能とすることが好ましい。絞り８５を通った読み出
し光は、レンズ８４によりＣＣＤカメラ８６の受光面に
結像する。ＣＣＤカメラ８６は、画素の撓み量の大小
を、読み出し光の画像のコントラストの強弱として検出
する。これにより、赤外線検出アレイ１１０に入射した
赤外線が、読み出し光の画像として検出されることとな
る。
【００４５】図５に示すように、ＣＣＤカメラ８６によ
って検出された信号は、画像解析装置８７に送られ、各
画素の反射光量が定量的に計算される。一方、赤外線検
出アレイ１１０の抵抗体に通電するための加熱電源７０
は、パルス発生器７１を通して赤外線検出アレイ１１０
に接続されている。赤外線検出アレイ１１０に含まれる
水平／垂直走査回路は、画素選択同期回路７１によって
駆動する。信号演算装置８８は、赤外線検出アレイ１１
０上の画素の位置情報と、反射光量のデータを画像解析
装置８７から受け取り、赤外線検出アレイ１１０の同期
回路とパルス発生器を制御して、反射光量に合わせて各
画素に通電するパルス回数を調整する機能を有してい
る。
【００４６】以上のように、セットされた赤外線検出ア
レイ１１０に対して、例えば、同期回路を動作させて画
素Ａを選択しパルス通電を行う。かかるパルス通電によ
り、画素Ａに含まれる抵抗体が加熱し、画素Ａの温度が
上昇する。抵抗体の温度は、パルス通電の回数により制
御することが好ましい。かかる通電の結果、バイマテリ
アルの原理により支持脚の撓み量（反り量）が変化す
る。画素Ａの反射光量が所定の量となった段階で、画素
Ａへの通電を終了する。支持脚のアルミニウム配線層
は、室温スパッタで形成しているため、このように支持
脚を加熱することにより、アルミニウム配線層が収縮す
る。なお、かかるアルミニウム配線層の収縮は、非可逆
工程である。次に、画素Ａの隣の画素Ｂを選択し、同様
の通電を行い、反射光量の調整を行う。かかる通電工程
を全画素に対して順次行うことにより、全画素の反射光
量を均一にすることができる。
【００４７】以上のような補正工程が行われ、各画素の
撓み量が均一に補正された赤外線検出アレイのチップ５
１は、図７に示すような、全体が５０で表される真空パ
ッケージにマウントされる。真空パッケージ５０は、赤
外線を入射するための赤外透過窓５２と読み出し光を入
出射するための可視透過窓５３を有する。真空パッケー
ジ５０にマウントするのは、熱絶縁構造部からの対流に
よる熱の放散を防止し、検出感度を向上させるためであ
る。
【００４８】図８に、赤外線検出アレイを応用した、全
体が９０で表される、直視型の赤外線検出装置の概略図
を示す。直視型の赤外線検出装置９０は、赤外線検出ア
レイをマウントした真空パッケージ５０と、赤外線レン
ズ５５、読み出し光学系５６の３つを組み合わせて形成
されている。読み出し光学系５６は、上述の読み出し光
学系８０と同一の構成であっても良い。
【００４９】赤外線検出装置９０では、対象物から出た
赤外線が赤外線レンズ５５を通り、真空パッケージ５０
内の赤外線検出アレイに入射する。一方、読み出し光学
系５６から出た光は、赤外線検出アレイに入射し、赤外
線検出アレイの反射板で反射された後、読み出し光とし
て赤外線検出装置９０から出る。従って、かかる読み出
し光を、例えば目で直視することにより、対象物の画像
を得ることができる。なお、直視に限らず、読み出し光
学系の接眼部にＣＣＤカメラなどを取り付けることによ
り、赤外画像をカメラで撮像できることはいうまでもな
い。
【００５０】なお、上述の赤外線検出器１００では、支
持脚２０、熱絶縁構造部３０の材料として、酸化シリコ
ンを用いたが、かかる材料に代えて、窒化シリコン、酸
化シリコンと窒化シリコンの組み合わせ等を用いてもか
まわない。
【００５１】また、抵抗体３２の材料にチタンを用いた
が、撓み量を補正するための発熱に耐えうる他の金属を
用いても構わない。特に、窒化チタン、窒化タンタル、
タンタルは、金属の中では比較的抵抗率が高く、しかも
高温に耐えられる材料であるため好ましい。
【００５２】また、支持脚２０に含まれるアルミニウム
配線層に代えて、バイマテリアルを構成するもう一方の
材料（酸化シリコンや窒化シリコン）との熱膨張係数の
差が大きい他の金属層を用いても構わない。特に、窒化
チタン、チタン、アルミニウム、タングステン、金、
銅、白金は、酸化シリコン、窒化シリコンとの密着性が
よく、かつ熱膨張係数差も大きいことから、好ましい。
【００５３】更に、上述のように、熱絶縁構造部の支持
角（撓み量）を補正するパルス通電が、画素ごとの反射
量が所定量になるまで１つの画素に対して通電を繰り返
すのではなく、全ての画素を走査するようにパルス通電
を行っても構わない。この場合、通電が必要な画素には
１パルスを通電し、通電が不要な画素には、パルスを通
電しない。このような工程で通電することにより、１つ
の画素に最初のパルス通電を行ってから、次のパルス通
電を行うまでの間隔は、他のすべての画素に対して通電
処理を行う時間となるため、パルス通電の間隔が十分に
長くとれる。このため、パルス通電による画素の温度上
昇の影響を排除して、室温における正確な反射光量が得
られるとともに、各画素を選択する走査回路が一定の速
度で制御できるため、走査回路の構成と駆動方法が容易
となる。
【００５４】実施の形態２．図９は、全体が２００で表
される、本実施の形態にかかる赤外線検出器の斜視図で
ある。図９中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を
示す。赤外線検出器は、抵抗体３２に代えて、ｐ型シリ
コン領域３５、ｎ型シリコン領域３６からなるｐｎ接合
ダイオード３７を含む。
【００５５】図１０は、赤外線検出器２００の製造工程
の断面図である。図１０は、図９のII−II方向に見た断
面図であり、図中、図４と同一符号は、同一又は相当箇
所を示す。製造方法は、以下の工程１〜５を含む。
【００５６】工程１：図１０（ａ）に示すように、上述
の実施の形態１と同様の方法で、シリコン基板１上に、
酸化シリコン層２１までを形成する。続いて、酸化シリ
コン層２１の上に、多結晶シリコン層３７を形成する。
【００５７】工程２：図１０（ｂ）に示すように、多結
晶シリコン膜３７の全面に、例えば砒素等のｎ型イオン
３８を注入する。
【００５８】工程３：図１０（ｃ）に示すように、レジ
ストマスク４０を形成した後に、例えばボロン等のｐ型
イオン３９を注入する。これにより、ｐｎ接合が形成で
きる。
【００５９】工程４：図１０（ｄ）に示すように、多結
晶シリコン膜３７の上にレジストマスク４１を形成し、
塩素ガスプラズマを用いたエッチングにより、不要部分
の多結晶シリコン膜３７を除去する。これにより、図９
に示すような、ｐ型領域３５、ｎ型領域３６からなる多
結晶シリコン膜３７が形成できる。
【００６０】工程５：図１０（ｅ）に示すように、実施
の形態１と同様に、多結晶シリコン膜３７の上に酸化シ
リコン膜２２を形成し、ＣＭＰにより平坦化を行う。続
いて、アルミニウムからなる反射膜３３を形成し、４０
０℃でアニールを行う。更に、コンタクトホール２６を
形成した後にアルミニウム配線層２４を、室温スパッタ
で形成する。最後に、２フッ化キセノンで、犠牲層６を
溶解し、図９に示すような、赤外線検出器２００が完成
する。
【００６１】図１１は、赤外線検出器２００を含む赤外
線検出アレイ２１０の回路図であり、図中、図３と同一
符号は、同一又は相当箇所を示す。かかる赤外線検出ア
レイは、画素選択のための制御素子としてダイオード１
５５を用いた点以外は、実施の形態１にかかる赤外線検
出アレイ１１０と同じ構造である。
【００６２】赤外線検出アレイ２１０では、各画素にお
いて、ダイオード１５６と抵抗体１５５とが直列に接続
されることになる。このダイオード１５６により電流の
逆流が防止できるため、各画素毎にスイッチングトラン
ジスタ１５４（図３参照）を用いなくても、画素選択が
可能となる。スイッチングトランジスタ１５４は、赤外
線検出アレイの行毎に設けられる。なお、回路上、赤外
線検出器２００の回路は、ダイオード１５６と抵抗体１
５５とが直列に接続して表されるが、構造上は、両成分
を有するｐｎ接合ダイオードが使用される。なお、ｐｎ
接合ダイオードを複数形成して直列接続することによ
り、抵抗値の調整が可能となる。
【００６３】赤外線検出アレイ２１０は、実施の形態１
と同様に、水平、垂直走査回路１５１、１５２を、外部
の画素選択同期回路７２で駆動して各画素に通電するこ
とが可能である。実施の形態２にかかる赤外線検出アレ
イの配列数は、実施の形態１と同様に縦１２８個、横１
２８個とした。また、各画素のたわみ量の補正手段につ
いても実施の形態１と同様の方法で行った。
【００６４】赤外線検出アレイ２１０は、実施の形態と
同様に、図５に示すシステムを用いて熱絶縁構造部３０
の支持角（撓み量）の補正を行う。
【００６５】撓み量が均一になるように補正されたチッ
プは、実施の形態１と同様に真空パッケージにマウント
でき、また、直視型の赤外線検出装置に使用することが
できる（図７、８参照）。
【００６６】このように、本実施の形態にかかる赤外線
検出アレイ２１０では、スイッチングトランジスタの数
が減るため、製造工程が簡略化される。
【００６７】実施の形態３．図１２は、本実施の形態に
かかる赤外線検出アレイ２２０の回路図である。図中、
図１１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。画素の
配列は、縦３２個、横３２個とし、各画素の配線をパッ
ド１６０と接続した。これにより、外部からパッドを介
して、各画素のダイオードに通電できる。このように、
赤外線検出アレイ２２０では、各画素の抵抗体をダイオ
ードで形成したため、水平走査回路、垂直走査回路を用
いなくても、画素を選択して通電することが可能であ
る。このため、アレイのチップの大きさの制約は受ける
が、比較的大規模のアレイを形成することが可能とな
る。なお、画素の配列を、縦３２個、横３２個としたの
は、アレイの周辺に、画素の個数に対応したパッド１６
０が作製できる規模を考慮したもので、かかる配列に限
定されるものではない。
【００６８】図１３は、赤外線検出アレイ２２０の、各
画素の補正に用いられるシステムの概略図である。図
中、図５と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。赤外
線検出アレイ２２０の補正は、上述の実施の形態１と同
様に、プロービング装置６０に赤外線検出アレイ２２０
を含むチップ５１を固定し、平面型黒体炉６４を使って
赤外線がアレイの全面に均一に照射されるようにする。
アレイの反射面側には、実施の形態１と同様に、赤外線
が照射された画素の反射面の角度が変わるとその反射光
量が変わるように設計された、読み出し光学系８０を配
置する。読み出し光学系８０を通った読み出し光は、Ｃ
ＣＤカメラ８６の受光面に結像し検出される。画像解析
装置８７により、検出された信号から、各画素の反射光
量が計算される。
【００６９】一方、赤外線検出アレイ２２０にパルス通
電するための加熱電源７０が、スイッチング回路７３を
通してアレイに接続されている。加熱電源７０およびス
イッチング回路７３をオン状態にすることで、各画素の
抵抗体の温度が上昇し、支持脚の撓みの非可逆変化が生
じる。パルス通電がオフ状態の間に、ＣＣＤカメラ８６
により反射光をモニターし、画素の反射光がある所定量
に達した場合に、その画素の通電をスイッチング回路を
制御して停止する。かかる工程を各画素に対して行うこ
とにより、赤外線検出アレイ２２０に含まれる全ての画
素の反射量を均一にする。
【００７０】かかる補正が行われたチップは、実施の形
態１と同様に、真空パッケージ５０にマウントされ、ま
た、直視型の赤外線検出器９０に組み込まれる（図７、
８参照）。
【００７１】実施の形態４．図１４は、全体が３００で
表される、本実施の形態にかかる赤外線検出器の断面図
である。また、図１５は、赤外線検出器３００の製造工
程における断面図である。図中、図１と同一符号は、同
一又は相当箇所を示し、また、かかる断面図は、図１の
Ｉ−Ｉに相当する部分での断面図である
【００７２】赤外線検出器３００では、熱絶縁構造部３
０の酸化シリコン膜２１中に、厚みを調整してシート抵
抗を略４００Ω／□としたニクロムの薄膜が、赤外線吸
収膜４２として設けられている。その他の構造は、図１
に示す赤外線検出器１００と同じである。ここで、赤外
線吸収膜４２と反射膜３３との間の酸化シリコン膜の膜
厚は、略１．２μｍであることが好ましい。これは、酸
化シリコン膜の膜厚を略１．２μｍとすると、波長１０
μｍの赤外線に対する光学膜厚が２．５μｍ程度とな
り、最も吸収率が高くなるからである。なお、波長１０
μｍの赤外線に対する吸収率が最大となるように設計す
るのは、室温近傍の対象物が発する赤外線のエネルギー
放射率が、波長１０μｍ近傍で最も大きく、この波長の
吸収効率を上げることにより、赤外線検出器の検出感度
が向上するためである。
【００７３】次に、図１５を参照しながら、赤外線検出
器３００の製造方法について説明する。図１５中、図４
と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。かかる製造方
法は、以下の工程１〜４を含む。
【００７４】工程１：実施の形態１と同様に、シリコン
基板１の上に犠牲層６まで順次形成し、続いて、酸化シ
リコン膜２１を形成する。かかる工程では、酸化シリコ
ン膜２１を２層に分けて形成する。酸化シリコン膜２１
の形成は、まず、１層目の酸化シリコン膜を形成し、そ
の上にニクロムの薄膜からなる赤外線吸収膜３７を形成
し、更に、赤外線吸収膜３７を覆うように２層目の酸化
シリコン膜を形成して行う。１層面の酸化シリコン膜
は、なるべく薄くすることが好ましい。赤外線吸収膜３
７となるニクロム薄膜は、好適にはシート抵抗が１００
〜５００Ω／□であり、更に好適には３００〜４００Ω
／□になるように、膜厚が調整される。赤外線吸収膜３
７のパターニングは、フォトリソグラフィ工程とイオン
ミリング工程により行われる。
【００７５】工程２：図１５（ｂ）に示すように、酸化
シリコン膜２１上に、チタンからなる抵抗体３２を形成
し、その上に、酸化シリコン層２２の堆積、ＣＭＰによ
る平坦化を行う。抵抗体３２は蛇行形状とする。酸化シ
リコン膜２２の膜厚は、赤外線吸収膜３７と反射膜３３
との距離が略１．２μｍとなるように調整する。このよ
うに、酸化シリコンの屈折率を考慮すると、赤外線吸収
膜３７上の誘電体の光学膜厚が、略位２．５μｍとな
る。かかる状態で、約４００℃の温度でアニールを行
う。
【００７６】工程３、４：図１５（ｃ）、（ｄ）に示す
ように、実施の形態１と同様に、アルミニウム配線層２
４を室温スパッタで形成した後に、犠牲層６を溶解す
る。以上の工程で、図１４に示す赤外線検出器３００が
完成する。
【００７７】複数の赤外線検出器３００を含む赤外線検
出アレイ３１０は、図５に示す補正システムにセットさ
れ、実施の形態１と同じ方法で、各画素の撓み量の補正
を行う。
【００７８】撓み量が均一になるように補正された赤外
線検出アレイ３１０を含むチップは、実施の形態１と同
様に、真空パッケージ５１にマウントされ、また、直視
型の赤外線検出装置にセットされる（図７、８参照）。
【００７９】本実施の形態にかかる赤外線検出アレイ３
１０は、赤外線吸収膜３７を含み、更には、赤外線吸収
膜３７と反射膜３３との間隔を所定の間隔としたため、
赤外線の検出感度が向上する。
【００８０】実施の形態５．図１６は、全体が４００で
表される、実施の形態５にかかる赤外線検出器の斜視図
である。図中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を
示す。赤外線検出器４００は、読み出し光の反射部４５
を、熱絶縁構造部３０とは別に形成した点に特徴があ
る。他の構造は、赤外線検出器１００と同じである。反
射部４５は、熱絶縁構造部３０の上に形成され、酸化シ
リコン膜４６と反射膜３３から形成されている。かかる
構造を用いることにより、熱絶縁構造部３０や支持脚２
０に撓み変形が発生した場合でも、反射部４５はその影
響を受けることがなく、反射面の平坦が保持できる。
【００８１】なお、複数の赤外線検出器４００を含む赤
外線検出アレイ４１０は、実施の形態１の赤外線検出ア
レイ１１０と同様に、画素を縦１２８個、横１２８個に
配列し、画素選択同期回路でシリコン基板１中の走査回
路を駆動することにより、外部から各画素の抵抗体に通
電できるようになっている。
【００８２】次に、図１７を参照しながら、赤外線検出
器４００の製造方法について説明する。図１７は、図１
６の、III−IIIにおける断面図である。かかる製造方法
は、以下の工程１〜４を含む。
【００８３】工程１：図１７（ａ）に示すように、実施
の形態１と同じ工程で、シリコン基板１の上に、酸化シ
リコン層２２まで形成する。
【００８４】工程２：図１７（ｂ）に示すように、多結
晶シリコンからなる犠牲層４７を全面に堆積させる。続
いて、フォトリソグラフィ工程と、塩素ガスプラズマを
用いたエッチング工程により、反射部４５の支柱４８と
なる部分の犠牲層４７を除去する。続いて、犠牲層４７
の上に、反射部４５を構成する酸化シリコン膜４６を形
成し、ＣＭＰにより平坦化して反射部４５の形状にパタ
ーニングする。平坦化した酸化シリコン膜４６の上に、
アルミニウム膜を形成し、フォトリソグラフィ工程と、
塩素ガスプラズマを用いたエッチング工程によりパター
ニングして反射膜３３を形成する。この段階で、熱絶縁
構造部３０、反射部４５の作製が完了したため、約４０
０℃の温度でアニールを行い、４００℃以下の温度では
熱絶縁構造部３０、反射部４５の非可逆的変形が生じな
いようにする。
【００８５】工程３：図１７（ｃ）に示すように、支持
脚２０上の犠牲層４７を除去し、反射部４５に犠牲層４
７を残す。続いて、コンタクトホール２６を形成した
後、アルミニウム層を室温スパッタで形成する。更に、
アルミニウム層をパターニングして、支持脚２０上にア
ルミニウム配線層２４を形成する。これにより、支持脚
２０が酸化シリコンとアルミニウムとの２層構造とな
り、バイマテリアルの効果が得られる。また、アルミニ
ウム層は室温スパッタで形成されたので、室温以上の温
度が与えられた場合、非可逆的変形を生じる。
【００８６】工程４：図１７（ｄ）に示すように、２フ
ッ化キセノンを用いて、犠牲層６、４７を溶解すること
により、図１６に示す赤外線検出器４００が完成する。
【００８７】複数の赤外線検出器４００を含む赤外線検
出アレイ４１０は、図５に示すシステムにセットされ、
実施の形態１と同様の方法で各画素の撓み量の補正が行
われる。各画素の撓み量が均一になるように補正された
チップは、実施の形態１と同様に真空パッケージ５０に
マウントされ、また、直視型の赤外線検出器９０に搭載
される（図７、８参照）。
【００８８】実施の形態６．図１８は、全体が５００で
表される、本実施の形態にかかる赤外線検出器の断面図
であり、図中、図１６と同一符号は、同一又は相当箇所
を示す。また、図１８は、図１６のIII−IIIにおける断
面図に相当する。
【００８９】赤外線検出器５００は、実施の形態５にか
かる赤外線検出器４００が、更に、赤外線吸収膜３７を
含む構造となっている。赤外線吸収膜３７となるニクロ
ム薄膜のシート抵抗は、好適には１００〜５００Ω／□
であり、更に好適には３００〜４００Ω／□である。
【００９０】かかる構造では、赤外線吸収膜−誘電体膜
−反射膜による共振吸収構造を形成するため、赤外線吸
収率が高くなる。また、赤外線吸収膜３７を含む熱絶縁
構造部３０と反射部４５とを分離した構造とすることに
より、熱絶縁構造部３０や支持脚２０に撓み変形が発生
しても、反射部４５はその影響を受けることがなく、反
射面の平坦性が保持できる。
【００９１】赤外線検出器５００の製造方法は、まず、
実施の形態４の方法により赤外線吸収膜３７を含む熱絶
縁構造部３０を形成し、続いて、実施の形態５の方法に
より反射部４５を形成する。各画素の撓み量の補正は、
実施の形態１と同じ方法で行われる。撓み量が均一にな
るように補正されたチップは、実施の形態１と同様に真
空パッケージ５０にマウントされ、また、直視型の赤外
線検出器９０に搭載される（図７、８参照）。
【００９２】実施の形態７．図１９は、全体が６００で
表される、本実施の形態にかかる赤外線検出器であり、
図１９（ａ）に上面図を、図１９（ｂ）に、図１９
（ａ）のIV−IVにおける断面図を示す。図中、図１と同
一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００９３】赤外線検出器６００は、シリコン基板１上
に反射ミラー１５が設けられ、その上方の、熱絶縁構造
部３０の上面に、ハーフミラー１６が設けられている。
反射ミラー１５とハーフミラー１６は、略平行に配置さ
れている。他の構造は、赤外線検出器１００と同じであ
る。
【００９４】かかる構造では、熱絶縁構造部３０の上部
から読み出し光が照射されると、ハーフミラー１６で反
射された読み出し光と、ハーフミラー１６を透過して反
射ミラー１５で反射された読み出し光との間で干渉が生
じる。かかる干渉状態は、熱絶縁構造部３０の撓み量
（支持角）により変化するため、反射光が撓み量に応じ
て変化することになる。なお、読み出し光の反射に必要
な反射ミラー１５は、赤外線を遮光するため、面積を大
きくすると赤外線検出器６００の検出感度が低下する。
従って、反射ミラー１５の面積は、読み出し光の干渉を
起させるのに必要な最低限度の面積とすることが好まし
い。
【００９５】次に、図２０を参照しながら赤外線検出器
６００の製造方法について説明する。かかる製造方法
は、以下の工程１〜５を含む。
【００９６】工程１：図２０（ａ）に示すように、回路
部１０が形成されたシリコン基板１上に、保護膜２を形
成する。次に、アルミニウム層を保護膜２の上に形成
し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程とを用い
て反射ミラー１５を形成する。続いて、反射ミラー１５
の上に犠牲層６を形成し、更に、酸化シリコン膜２１を
形成する。
【００９７】工程２：図２０（ｂ）に示すように、蛇行
形状の抵抗体（図示せず）を形成した後、酸化シリコン
膜２２を形成する。酸化シリコン膜２２をＣＭＰにより
平坦化した後に、絶縁層２３（酸化シリコン膜２１、２
２）を支持脚２０と熱絶縁構造部３０の形状にパターニ
ングする。
【００９８】工程３：図２０（ｃ）に示すように、酸化
シリコン膜２２の上にクロム層を形成し、フォトリソグ
ラフィ工程とエッチング工程によりパターニングして、
ハーフミラー１６とする。ハーフミラー１６は、反射ミ
ラー１５の上方に形成される。かかる段階で、熱絶縁構
造部３０の作製が完了するため、約４００℃の温度でア
ニールを行う。これにより、４００℃以下の温度では、
熱絶縁構造部３０の非可逆的変形が生じないようにな
る。
【００９９】工程４：図２０（ｄ）に示すように、実施
の形態１と同様の工程でアルミニウム配線層２４を室温
スパッタで形成する。支持脚２０は、絶縁層２３とアル
ミニウム配線層２４の２層構造となり、バイマテリアル
の効果が得られる。また、アルミニウム配線層は室温ス
パッタで形成されたので、室温より高い温度に加熱され
ると非可逆的変形を生じる。
【０１００】工程５：図２０（ｅ）に示すように、２フ
ッ化キセノンで犠牲層６を溶解して、赤外線検出器６０
０が完成する。
【０１０１】次に、赤外線検出器６００を含む赤外線検
出アレイ６１０が、図５に示すシステムにセットされ、
実施の形態１と同様の方法で各画素の撓み量の補正が行
われる。各画素の撓み量が均一になるように補正された
チップは、実施の形態１と同様に真空パッケージ５０に
マウントされ、また、直視型の赤外線検出器９０に搭載
される（図７、８参照）。
【０１０２】赤外線検出器６００では、熱絶縁構造部３
０に上方から読み出し光が照射すると、読み出し光の反
射強度は、画素毎に設けられた反射ミラー１５とハーフ
ミラー１６の干渉条件によって決まる。干渉された反射
光を、全ての画素で均一とするための補正には、実施の
形態１と同様の補正方法が用いられる。即ち、図５に示
すように、赤外線検出アレイを含むチップ５１がプロー
ビング装置６０にセットされ、外部電源やパルス発生器
に電気的に接続される。アレイの赤外線の吸収面側に
は、平面型黒体炉６４が配置され、アレイの赤外線吸収
面に対して、赤外線が均一に照射される。
【０１０３】一方、読み出し光の反射面側には、読み出
し光学系８０を配置する。読み出し光学系８０にはいく
つかの構造があるが、図２１はその一例である。図２１
の読み出し光学系では、読み出し用の光源をレーザーダ
イオード８１として、コリメータレンズ８２とビームス
プリッタ８３により、赤外線検出アレイを含むチップ５
１の反射面側に垂直に、平行光を入射させる。なお、ア
レイの反射面側の近傍には、読み出し光を、各画素のハ
ーフミラー１６と反射ミラー１５のみに照射するための
スリット８７が配置され、ハーフミラー１６を透過した
読み出し光以外は遮光するようにする。これにより、反
射された読み出し光は、ハーフミラー１６と反射ミラー
１５による干渉光のみとなり、読み出し光の変調率が向
上する。スリット８７を通過した光は、ハーフミラー１
６と反射ミラー１５により、画素の撓み量に応じた干渉
を受け、再度、スリット８７を通過する。スリット８７
を通過した干渉光は、レンズ８４によりＣＣＤカメラ８
６の受光面に結像させ、各画素の干渉光を信号として捕
らえられる。このようにして検出された信号は、実施の
形態１と同様の方法で、各画素の撓み量の補正に用いら
れる。
【０１０４】各画素の撓み量が均一になるように補正さ
れたチップは、実施の形態１と同様に真空パッケージ５
０にマウントされ、また、直視型の赤外線検出器９０に
搭載される（図７、８参照）。
【０１０５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる赤外線検出アレイでは、固定ノイズパターンの
無い赤外線検出アレイを提供できる。
【０１０６】また、本発明にかかる製造方法では、安価
な方法で、各画素の反射量が調整でき、固定ノイズパタ
ーンの無い赤外線検出アレイを作製できる。
【０１０７】また、本発明にかかる赤外線検出アレイの
製造方法では、反射膜に影響を与えることなく、反射量
の調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出器
の斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出ア
レイの上面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出ア
レイの回路図である。
【図４】 本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出ア
レイの製造工程の断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態１にかかる補正システム
の概略図である。
【図６】 読み出し光学系の概略図である。
【図７】 真空パッケージの概略図である。
【図８】 直視型の赤外線検出装置の概略図である
【図９】 本発明の実施の形態２にかかる赤外線検出器
の斜視図である。
【図１０】 本発明の実施の形態２にかかる赤外線検出
アレイの製造工程の断面図である。
【図１１】 本発明の実施の形態２にかかる赤外線検出
アレイの回路図である。
【図１２】 本発明の実施の形態３にかかる赤外線検出
アレイの回路図である。
【図１３】 本発明の実施の形態３にかかる補正システ
ムの概略図である。
【図１４】 本発明の実施の形態４にかかる赤外線検出
器の断面図である。
【図１５】 本発明の実施の形態４にかかる赤外線検出
アレイの製造工程の断面図である。
【図１６】 本発明の実施の形態５にかかる赤外線検出
器の斜視図である。
【図１７】 本発明の実施の形態５にかかる赤外線検出
アレイの製造工程の断面図である。
【図１８】 本発明の実施の形態６にかかる赤外線検出
アレイの断面図である。
【図１９】 本発明の実施の形態７にかかる赤外線検出
アレイの上面図及び断面図である。
【図２０】 本発明の実施の形態７にかかる赤外線検出
アレイの製造工程の断面図である。
【図２１】 読み出し光学系の概略図である。
【図２２】 従来の赤外線検出器の断面図である。
【図２３】 従来の赤外線検出器の断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板、２ 酸化シリコン膜、１１ 支持
部、２０ 支持脚、２１酸化シリコン層、２３ 絶縁
層、２４ アルミニウム配線層、３０ 熱絶縁構造部、
３１ 絶縁層、３２ 抵抗体、３３ 反射膜、３４ コ
ンタクト部、１００ 赤外線検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｊ 5/40 Ｇ０１Ｊ 5/40 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BA14 BA34 CA30 2G066 BA20 BA55 CB03 4M118 AA06 AB01 AB10 BA05 BA14 CA20 CA34 CA35 CB14 EA04 EA20 FA06 FB09 FB17 GA05 GA08 GA10 HA01 HA36

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の赤外線検出器が基板上にマトリッ
    クス状に配置された赤外線検出アレイであって、該赤外
    線検出器が、 ａ）一端が基板に固定された支持脚であって、絶縁層と
    配線層との積層構造を有する支持脚と、 ｂ）該支持脚に支持された熱絶縁構造部であって、赤外
    線の入射側となる第１面と、読み出し光の入射側となる
    第２面を有する絶縁層と、該絶縁層の第２面に形成され
    た反射膜と、該配線層に接続された抵抗体とを有する熱
    絶縁構造部とを含み、 該赤外線により検出温度に加熱された該支持脚が可逆的
    に撓むことにより、該反射膜に入射した該読み出し光の
    反射方向を変える赤外線検出器からなり、 該配線層を介して該抵抗体に通電し、該検出温度より高
    い温度に該支持脚を加熱することにより、該支持脚が非
    可逆的に撓むようにしたことを特徴とする赤外線検出ア
    レイ。
  2. 【請求項２】 更に、行方向に並んだ上記赤外線検出器
    の上記抵抗体の一端がそれぞれ接続された複数の行配線
    と、 列方向に並んだ上記赤外線検出器の該抵抗体の他端がそ
    れぞれ接続された複数の列配線と、 複数の該行配線から任意の行配線を選択する垂直走査回
    路と、 複数の該列配線から任意の列配線を選択する水平走査回
    路と、 夫々の該赤外線検出器に含まれ、該抵抗体に直列に接続
    された制御素子とを含み、 該垂直走査回路と該水平走査回路により行と列が選択さ
    れた該赤外線検出器の該制御素子を用いて、該抵抗体に
    通電することを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出
    アレイ。
  3. 【請求項３】 上記制御素子が、トランジスタ及びダイ
    オードから選択された１つの素子であることを特徴とす
    る請求項２に記載の赤外線検出アレイ。
  4. 【請求項４】 上記抵抗体が、チタン、タンタル、窒化
    チタン、及び窒化タンタルからなる群から選択される元
    素を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の赤
    外線検出アレイ。
  5. 【請求項５】 上記抵抗体が、ダイオードであることを
    特徴とする請求項１に記載の赤外線検出アレイ。
  6. 【請求項６】 上記ダイオードが、不純物としてホウ素
    を含むｎ型シリコン層と、不純物として砒素又はアンチ
    モンを含むｐ型シリコン層を接合させたｐｎ接合ダイオ
    ードからなることを特徴とする請求項５に記載の赤外線
    検出アレイ。
  7. 【請求項７】 更に、行方向に並んだ上記赤外線検出器
    の上記ダイオードの一端がそれぞれ接続された複数の行
    配線と、 列方向に並んだ該赤外線検出器の上記ダイオードの他端
    がそれぞれ接続された複数の列配線と、 複数の該行配線から任意の行配線を選択する垂直走査回
    路と、 複数の該列配線から任意の列配線を選択する水平走査回
    路とを含み、 該垂直走査回路と該水平走査回路により行と列が選択さ
    れた該赤外線検出器の該ダイオードに通電することを特
    徴とする請求項５に記載の赤外線検出アレイ。
  8. 【請求項８】 上記支持脚を構成する上記絶縁層と上記
    配線層が、互いに熱膨張係数の異なるセラミック層と金
    属層からなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線
    検出アレイ。
  9. 【請求項９】 上記セラミック層が、酸化シリコン層、
    窒化シリコン層、及び酸窒化シリコン膜から選択される
    １つの層を含み、 上記金属層が、チタン、窒化チタン、アルミニウム、タ
    ングステン、金、銅、白金からなる群から選択される元
    素を主成分とする層であることを特徴とする請求項８に
    記載の赤外線検出アレイ。
  10. 【請求項１０】 上記絶縁層の第２面上に、該絶縁層と
    略平行に、支柱で支持された絶縁板を含み、該絶縁板上
    に上記反射膜が形成されたことを特徴とする請求項１に
    記載の赤外線検出アレイ。
  11. 【請求項１１】 上記熱絶縁構造部が、上記抵抗体より
    上記第１面側に、赤外線吸収膜を含み、該赤外線吸収膜
    のシート抵抗が、略１００〜略５００Ω／□であること
    を特徴とする請求項１に記載の赤外線検出アレイ。
  12. 【請求項１２】 上記熱絶縁構造部に含まれる、上記赤
    外線吸収膜と上記反射膜との間の上記絶縁層の光学膜厚
    が、波長１０μｍの赤外線に対して略２．５μｍである
    ことを特徴とする請求項１１に記載の赤外線検出アレ
    イ。
  13. 【請求項１３】 複数の赤外線検出器が基板上にマトリ
    ックス状に配置された赤外線検出アレイであって、該赤
    外線検出器が、 ａ）一端が基板に固定された支持脚であって、絶縁層と
    配線層との積層構造を有する支持脚と、 ｂ）該支持脚に支持された熱絶縁構造部であって、赤外
    線が入射する第１面と、読み出し光が入射する第２面を
    有する絶縁層と、該読み出し光の一部を透過し他を反射
    するハーフミラー層と、該配線層に接続された抵抗体と
    を有する熱絶縁構造部と、 ｃ）該基板上に設けられ、該ハーフミラー層を透過した
    該読み出し光を反射し、該ハーフミラー層で反射した該
    読み出し光と、該ミラー層で反射した該読み出し光とを
    干渉させて干渉光を形成するミラー層とを含み、 該赤外線により検出温度に加熱された該支持脚が可逆的
    に撓むことにより、該干渉光の光強度を変える赤外線検
    出器からなり、 該配線層を介して該抵抗体に通電し、該検出温度より高
    い温度に該支持脚を加熱することにより、該支持脚が非
    可逆的に撓むようにしたことを特徴とする赤外線検出ア
    レイ。
  14. 【請求項１４】 複数の赤外線検出器を基板上にマトリ
    ックス状に形成する赤外線検出アレイの製造方法であっ
    て、 基板を準備する工程と、 該基板上に犠牲層を堆積させる工程と、 該犠牲層上に、熱絶縁構造部形成領域と支持脚形成領域
    とが規定される絶縁層を形成する工程と、 該絶縁層の熱絶縁構造部形成領域に抵抗体を形成する抵
    抗体形成工程と、 該抵抗体の上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、 該反射膜を備えた該基板を、所定のアニール温度で加熱
    するアニール工程と、 該アニール工程後に、該絶縁層の該支持脚形成領域上
    に、該抵抗体と接続された配線層を形成する工程と、 該犠牲層を除去し、該絶縁層と該配線層からなる該支持
    脚により、該熱絶縁構造部が該基板上に支持された該赤
    外線検出器を製造する工程とを含み、 更に、該赤外線検出器の形成後に、該赤外線検出器に含
    まれる該抵抗体に通電して、該アニール温度より低い温
    度に該抵抗体を加熱することにより、該支持脚を非可逆
    的に撓ませて、該基板に対する該反射膜の支持角を、す
    べての該赤外線検出器について略均一にする補正工程を
    含むことを特徴とする赤外線検出アレイの製造方法。
  15. 【請求項１５】 上記抵抗体形成工程が、 該絶縁層上に多結晶シリコン膜を形成し、該多結晶シリ
    コン膜にｎ型不純物とｐ型不純物とを注入し、ｐｎ接合
    ダイオードから該抵抗体を形成する工程を含むことを特
    徴とする請求項１４に記載の製造方法。
  16. 【請求項１６】 上記反射膜形成工程が、 上記絶縁層の熱絶縁構造部形成領域上に、更に、犠牲層
    を堆積させる工程と、 該犠牲層上に、上記反射膜を形成する工程と、 該犠牲層を除去して、該絶縁層の該熱絶縁構造部形成領
    域上に支持された該反射膜を形成する工程とを含むこと
    を特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
  17. 【請求項１７】 上記補正工程が、 上記赤外線検出アレイの赤外線の入射側から赤外線を略
    一様に照射する工程と、 該赤外線検出アレイに含まれる上記赤外線検出器の上記
    反射膜に読み出し光を照射する工程と、 該読み出し光が該反射膜で反射された反射光を検知する
    工程と、 該検知された光の強度が、それぞれの該赤外線検出器で
    略均一になるように、上記抵抗体を加熱して上記支持脚
    を非可逆的に撓ませる工程とを含むことを特徴とする請
    求項１４に記載の製造方法。
  18. 【請求項１８】 上記補正工程が、 １つの赤外線検出器の上記抵抗体にパルス通電を行い、
    該パルス通電が行われていない間の上記反射光の強度が
    所定強度に達した時点で、該赤外線検出器に対するパル
    ス通電を終了する工程を含むことを特徴とする請求項１
    ７に記載の製造方法。
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