JP2003106895A - 熱型赤外線検出素子及びその製造方法 - Google Patents

熱型赤外線検出素子及びその製造方法

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JP2003106895A JP2001304826A JP2001304826A JP2003106895A JP 2003106895 A JP2003106895 A JP 2003106895A JP 2001304826 A JP2001304826 A JP 2001304826A JP 2001304826 A JP2001304826 A JP 2001304826A JP 2003106895 A JP2003106895 A JP 2003106895A
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thermal infrared
sacrificial layer
infrared
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Masayuki Kanzaki
昌之 神崎
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】特殊な材料や工程を必要とせずに、ウェハ段階
で真空封止構造が形成可能な熱型赤外線検出素子の真空
封止構造及びその製造方法の提供。 【解決手段】ボロメータ層６を有する受光部１９と、電
極配線メタル８を含む梁１８とからなるマイクロブリッ
ジ構造の熱型赤外線検出素子に、梁接続部１３で回路基
板１に接続され、ダイアフラムを空間を隔てて覆う赤外
線透過材料からなる赤外線窓層１１と、赤外線窓層１１
を覆う真空封止膜１２とを備え、第２スルーホール１５
及び第１スルーホールにより、第１犠牲層４と第２犠牲
層１０とを同時にエッチング除去してダイアフラムを覆
う空間を形成し、真空成膜装置内で該空間を真空引きし
た後、その場で真空封止膜１２を成膜して第２スルーホ
ール１５を封止することにより、ウェハ段階で各々の熱
型赤外線検出素子に真空封止構造を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱型赤外線検出素
子及びその製造方法に関し、特に、熱型赤外線検出素子
の真空封止構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱型の赤外線検出器は、一般に、物体か
ら放射された赤外線を光学的共振構造の赤外線吸収膜で
吸収して熱に変換し、マイクロブリッジ構造のダイアフ
ラムを構成するボロメータ薄膜等の感熱抵抗体の温度を
上昇させて抵抗を変化させ、その抵抗変化から対象物の
温度を測定するものである。
【０００３】上述した熱型赤外線検出素子の構造につい
て図４１を参照して説明する。従来の熱型赤外線検出素
子は、赤外線を吸収するシリコン窒化膜等の保護膜５、
７、９とボロメータ層６とを備える受光部１９が、電極
配線メタル８等からなる梁１８により、読み出し回路を
含む回路基板１の上に浮いた形で存在している。そし
て、入射赤外線により受光部１９の温度が上昇し、受光
部１９を構成する感熱材料の一つであるボロメータ層６
の抵抗を変化させる。
【０００４】このような熱型赤外線検出素子は、真空パ
ッケージ中に収納された形態で使用され、空洞部２０を
真空に保持することにより、受光部１９から直下の回路
基板１側への熱の逃げが遮断され、受光部１９の熱の逃
散はすべて梁１８を通って行われることになる。そし
て、梁１８の熱伝導度を極力小さくすることにより、基
板側との熱分離状態が良好に保たれる。
【０００５】熱型赤外線検出素子を真空中に保持する方
法として、従来は、図４２に示すように熱型赤外線検出
素子をチップに分割した後、パッケージ２１上に接着
し、ワイヤーボンディングにより熱型赤外線検出素子の
電極端子とピン２２とを接続した後、透過窓２４を設け
たキャップ２３をパッケージ２１に封着し、その後、排
気管２５を通して真空引き、封止するという方法が用い
られる。
【０００６】しかしながら、これらの工程は非常に作業
性が悪く、量産に適したものではなかった。その第１の
理由は、熱型赤外線検出素子の表面がマイクロブリッジ
構造のアレイで構成されており、機械的強度が著しく弱
いため、チップ分割からパッケージへの実装の各工程を
手作業で行う必要があるからである。また、第２の理由
は、熱型赤外線検出素子自体はウェハ状態で一度に多数
製造されるが、パッケージの真空封止はパッケージごと
に行う必要があり、真空封止は上記排気管２５を真空排
気装置に接続して行うため、多大な工数を要するからで
ある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した作業性の問題
や製造工数の問題を解決するために、特表平9-506712号
公報には、ウェハ段階で真空封止を行う方法が記載され
ている。その概略の製造方法は、熱型赤外線検出素子を
形成したウェハと、窓材となる別のシリコンウェハとを
真空中で接合と真空封止を同時に行ってからチップ分割
するというものである。
【０００８】上記方法により、実装工程の工数、資材
費、モジュール体積の削減を図っている。しかしなが
ら、この製造方法では、窓材となるシリコンウェハを加
工するための両面露光機、両ウェハを精度よく接合する
ためのウェハ接合装置などの特殊な設備が必要であり、
また、これらの装置を用いる工程が新たに発生し工数が
増加してしまうという問題があり、また、真空中で大面
積のハンダを溶解して封止するためにアウトガスにより
真空度を維持することが難しいという問題点があった。
【０００９】一方、特開平11-326037号公報には、図４
３に示すように、熱型赤外線検出素子を形成したシリコ
ンウェハ２５と、窓材となる別の窓用シリコンウェハ２
９との接合を大気中で行った後、窓用シリコンウェハ２
９に設けたスルーホール３１を介して真空引きする製造
方法が記載されている。この方法では、ウェハの接合後
に改めて真空引きすることにより検出素子部分の高真空
度を確保できるという特長がある。
【００１０】しかしながら、上記方法も特表平9-506712
号公報と同様に、ウェハ接合装置などの特殊な設備が必
要であることに加えて、窓材となる厚さ数１００μｍの
シリコンウェハ２７にあらかじめスルーホール３１を形
成しておく必要があり、このような厚いシリコンウェハ
２７にスルーホール３１を形成するのは困難である。ま
た、ウェハ接合と真空封止の二度の工程にわたって接合
用ハンダ２９と真空封止用ハンダ３２とを溶解させる必
要があり、ハンダ形成工程に多大な工数を要するという
問題がある。更に、ハンダを用いて封止しているために
高真空を長期にわたって維持することが困難であり、熱
型赤外線検出素子の長期信頼性を確保することができな
い。
【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、特殊な材料や工程を必
要とせずに、ウェハ段階で真空封止構造が形成可能な熱
型赤外線検出素子の真空封止構造及びその製造方法を提
供することにある。
【００１２】
【問題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の熱型赤外線検出素子は、ボロメータ層を有
するダイアフラムが、一端が基板に固定される梁によっ
て中空に保持されてなるマイクロブリッジ構造の画素を
有する熱型赤外線検出素子において、前記ダイアフラム
を空間を隔てて覆い、所定の位置で前記基板に接続され
て閉じた空間を形成する真空封止構造体を備え、該閉じ
た空間が真空に保持されるものである。
【００１３】本発明においては、前記真空封止構造体
が、少なくとも、前記基板の前記梁接続領域において前
記基板に支持されることが好ましい。
【００１４】また、本発明においては、前記熱型赤外線
検出素子に複数の前記画素を有し、前記真空封止構造体
が各々の画素の周囲で前記基板と接続され、前記閉じた
空間が前記画素毎に独立して形成される構成とすること
ができる。
【００１５】また、本発明においては、前記真空封止構
造体が、赤外線を透過する材料からなる赤外線窓層と、
該窓層を覆う真空封止層とから構成され、前記赤外線窓
層に、前記ダイアフラム上に一旦形成される犠牲層を除
去するためのスルーホールを有し、前記真空封止層によ
り、前記スルーホールが封止されていることが好まし
い。
【００１６】また、本発明においては、前記スルーホー
ルが、前記梁接続領域上の前記赤外線窓層に形成される
構成、又は、前記画素の受光領域を横断するように形成
され、前記スルーホール内部に前記真空封止層が埋設さ
れている構成とすることもできる。
【００１７】また、本発明においては、前記赤外線窓層
が、シリコン、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ゲルマニウム、セ
レン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カ
ドミウム（ＣｄＳ）のいずれか一を含み、略２μｍ乃至
５０μｍの膜厚で形成されることが好ましい。
【００１８】また、本発明においては、前記真空封止構
造体が、各々の前記画素において凸状に形成されている
構成とすることができる。
【００１９】本発明の熱型赤外線検出素子の製造方法
は、第１の犠牲層を一旦形成後、ボロメータ層を有する
ダイアフラムと、一端が基板に固定される梁とからなる
マイクロブリッジ構造を形成する熱型赤外線検出素子の
製造方法において、前記マイクロブリッジ構造を形成
後、前記第１の犠牲層を除去する前に、少なくとも前記
ダイアフラム上に第２の犠牲層を形成する工程と、該第
２の犠牲層上に赤外線を透過する赤外線窓層を形成する
工程と、前記赤外線窓層に設けたスルーホールを介して
前記第２の犠牲層及び前記第１の犠牲層を同時に除去す
る工程と、前記第１の犠牲層及び前記第２の犠牲層を除
去した空間を真空状態とした後、前記赤外線窓層上に真
空封止層を形成し、前記スルーホールを封止する工程
と、を少なくとも有するものである。
【００２０】本発明においては、前記スルーホールの封
止に際し、前記赤外線検出素子を真空成膜装置内で真空
引きし、引き続き、該真空成膜装置内で赤外線を透過す
る前記真空封止層を成膜して前記スルーホールを封止す
ることが好ましく、前記スルーホールの封止までをウェ
ハ状態で行う構成とすることができる。
【００２１】また、本発明においては、複数の前記画素
を有する前記熱型赤外線検出素子において、前記赤外線
窓層を各々の画素の周囲で前記基板と接続し、前記赤外
線窓層により形成される閉じた空間を前記画素毎に独立
して形成する構成とすることもできる。
【００２２】また、本発明においては、前記第２の犠牲
層体を、各々の前記画素において凸状に形成し、前記赤
外線窓層を凸形状とすることが好ましく、前記凸状の第
２の犠牲層を形成するに際し、透過領域と遮光領域と半
透過領域とを有するハーフトーンマスクを用いる構成と
することができる。
【００２３】このように、本発明は、第１犠牲層上にマ
イクロブリッジ構造のダイアフラムを形成後、第１犠牲
層をエッチング除去する前に、第２の犠牲層を介して赤
外線を透過する材料からなる赤外線窓層を形成し、赤外
線窓層に設けた第２スルーホールを介して、第１犠牲層
及び第２犠牲層を同時に除去することにより、梁によっ
て中空に浮いたマイクロブリッジ構造のダイアフラムと
ダイアフラムを空間を隔てて覆う赤外線窓層とを同時に
形成することができる。
【００２４】そして、真空成膜装置中で第１犠牲層及び
第２犠牲層を除去した領域を真空状態にして、赤外線を
透過する材料からなる真空封止膜で第２スルーホールを
封止することにより、特殊な設備を必要とすることな
く、また、ハンダ等の接合材料を用いることなく、ウェ
ハ段階で各々の熱型赤外線検出素子を真空封止すること
ができ、パッケージ毎に真空封止する従来の方法に比べ
て格段に製造工数を削減することができ、かつ、真空状
態を長期にわたって良好に維持することができる。
【００２５】そして、赤外線窓層でダイアフラムを保護
し、また、チップに分割した後の工程を削減することに
より、実装工程における不具合の発生を抑制することが
できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明に係る熱型赤外線検出素子
は、その好ましい一実施の形態において、ボロメータ層
を有するダイアフラムが、一端が回路基板に固定される
梁によって中空に保持されてなるマイクロブリッジ構造
の熱型赤外線検出素子に、梁接続部で回路基板に接続さ
れ、ダイアフラムを空間を隔てて覆う赤外線窓層と赤外
線窓層に設けた第２スルーホールを封止する真空封止膜
とからなる真空封止構造体を備え、赤外線窓層により形
成される密閉空間が真空に保持されているものである。
【００２７】すなわち、マイクロブリッジ構造の熱型赤
外線検出素子の各々の受光部上に所定の形状の第２犠牲
層を形成し、更にその表面に赤外線を透過する所定の材
料からなる赤外線窓層を形成し、その後、第２犠牲層と
第１犠牲層とを選択エッチングにより取り除く。そし
て、真空成膜装置中にウェハを投入し、エッチング除去
した第１犠牲層及び第２犠牲層形成領域を真空にし、赤
外線窓層に設けた第２スルーホールを赤外線を透過する
所定の材料からなる真空封止膜で封止する。
【００２８】これにより、ウェハ段階で各々の熱型赤外
線検出素子に真空封止構造を形成することができるた
め、従来のチップ毎の真空封止方法に比べて製造工程を
極めて簡略化することができ、真空封止層を成膜する前
の真空引きにより十分に脱ガスを行うことができる。ま
た、ハンダ等のアウトガスの多い材料を用いることなく
真空封止を実現することができるため、高真空状態を長
期にわたって維持することができる。更に、赤外線窓層
によってマイクロブリッジ構造のダイアフラムを機械的
な衝撃から保護することもできる。
【００２９】なお、この赤外線窓層は梁接続部上部に重
なるかたちで回路基板に機械的に接続しているため、大
気圧を支える柱を受光画素アレイ全体に形成するにもか
かわらず、画素の開口率を減ずることがない。また、第
２犠牲層を形成する際に、露光、現像条件を調整するこ
とにより第２犠牲層を凸状に形成し、これにより、赤外
線窓層を画素ごとに凸型の湾曲面を持つ構造とすること
ができ、大気圧に対する耐圧を更に高めることができ
る。
【００３０】
【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。
【００３１】［実施例１］まず、本発明の第１の実施例
に係る熱型赤外線検出素子の真空封止構造及びその製造
方法について、図１乃至図２２を参照して説明する。図
１は、本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出素子
の一画素の構造を示す断面図であり、図２乃至図２１
は、熱型赤外線検出素子の製造方法を示す工程図であ
る。
【００３２】図１に示すように、本実施例の熱型赤外線
検出素子は、読み出し回路、入射赤外線を反射する反射
膜２ａ等が形成された回路基板１上に、第１保護膜５、
第２保護膜７、電極配線メタル８、第３保護膜９からな
る梁１８によって、第１保護膜５、ボロメータ層６、第
２保護膜７、第３保護膜９からなる受光部１９が中空に
保持され、各受光部１９上には、梁接続部１３で支持さ
れた赤外線窓層１１が空間を隔てて形成されており、赤
外線窓層１１上には真空封止のための真空封止膜１２が
全面に形成されている。
【００３３】すなわち、各々の画素には、マイクロブリ
ッジ構造のダイアフラムと、ダイアフラムを空間を隔て
て覆う赤外線窓層１１と真空封止膜１２とが形成されて
おり、赤外線窓層１１及び真空封止膜１２は、入射する
赤外線を透過し、かつ、第１犠牲層４及び第２犠牲層１
０を除去して形成される空間領域４ｂ、１０ｂを真空に
維持することが可能な膜厚、強度の材料を用いて形成さ
れており、ウェハ段階で熱型赤外線検出素子の真空封止
が実現されている。このような構造により、チップに分
割後、パッケージに実装した状態で真空封止を行う必要
がなく、製造工数の大幅な削減、作業性の向上が達成さ
れる。
【００３４】上記構造の熱型赤外線検出素子の製造方法
について、図２乃至図２１を参照して説明する。なお、
図２乃至図１１は、本実施例の製造方法を工程順に示す
図であり、（ａ）は３画素×３画素の平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ´線における断面図である。また、図１
２乃至図２１は、図２乃至図１１における（ｂ）の梁接
続部を拡大した断面図であり、図２乃至図１１と図１２
乃至図２１とが各々対応している。
【００３５】まず、図２及び図１２に示すように、信号
読出しのＣＭＯＳ回路等を形成した回路基板１上に、Ａ
ｌ、Ｔｉ等の金属を５００ｎｍ程度の膜厚で堆積、パタ
ーニングし、各画素の受光部１９に入射する赤外線を反
射するための反射膜２ａ及び熱型赤外線検出素子の電極
と回路基板１の電極とを接続するための電極カバー膜２
ｂを形成し、その上に、シリコン酸化膜等を堆積して、
反射膜２ａ及び電極カバー膜２ｂを保護するための保護
膜３を形成する。
【００３６】次に、図３及び図１３に示すように、回路
基板１全面に感光性ポリイミド膜等の有機膜を塗布し、
電極カバー膜２ｂを含む梁接続部１３にホールを形成す
るように露光・現像を行った後、４００℃程度の温度で
焼締めを行い、マイクロブリッジ構造を形成するための
第１犠牲層４を形成する。なお、ここではキュア後の感
光性ポリイミド膜は厚さ２．５μｍ程度としている。
【００３７】次に、図４及び図１４に示すように、第１
犠牲層４の上に、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍ程
度のシリコン窒化膜を成膜し、第１保護膜５を形成す
る。成膜には、原料ガスとしてモノシランとアンモニア
と窒素の混合ガスを用い、圧力０．６Ｔｏｒｒ程度の条
件で成膜を行った。その後、第１保護膜５の上に、酸素
雰囲気の反応性スパッタにより酸化バナジウムを堆積
し、レジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを
用いたプラズマエッチングにより酸化バナジウム薄膜を
部分的にエッチングし、受光部１９にボロメータ層６を
形成する。なお、ここではボロメータ層６として酸化バ
ナジウム薄膜を用いているが、抵抗温度係数（ＴＣＲ：
Temperature Coefficient Resistance）の大きい他の材
料を用いることもできる。
【００３８】次に、図５及び図１５に示すように、プラ
ズマＣＶＤ法により５０ｎｍ程度の膜厚のシリコン窒化
膜を成膜し、ボロメータ層６を保護する第２保護膜７を
形成する。成膜条件は第１保護膜５と同様とした。その
後、レジストパターンをマスクとして、四フッ化炭素を
エッチングガスとするプラズマエッチングを行い、電極
カバー膜２ｂ上の第１保護膜５及び第２保護膜７、ボロ
メータ層６上の第２保護膜７の一部を除去し、セルコン
タクトホール１６ａ及びコンタクト部１６ｂを形成す
る。
【００３９】次に、図６及び図１６に示すように、スパ
ッタ法によりＴｉ又はＴｉ合金等の配線金属を成膜した
後、レジストパターンをマスクとして、塩素と三塩化ホ
ウ素の混合ガスを用いたプラズマエッチングによりＴｉ
又はＴｉ合金を部分的にエッチングして電極配線メタル
８を形成する。この電極配線メタル８はボロメータ層６
と回路基板１内の回路とを電気的に接続すると共に、ボ
ロメータ層６を中空に保持する梁１８としての役割を果
たす。その後、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍ程度
のシリコン窒化膜を成膜し、ボロメータ層６及び電極配
線メタル８を保護する第３保護膜９を形成する。このよ
うにして、後述するように第１犠牲層４および第２犠牲
層１０を選択エッチングで除去した後は、一つのダイア
フラムと２本の梁とで構成され、ダイアフラムは梁での
み基板と接した宙に浮いたマイクロブリッジ構造を形成
する。
【００４０】次に、図７及び図１７に示すように、レジ
ストパターンをマスクとし、一フッ化メタンと酸素の混
合ガスを用いたプラズマエッチングにより、第１保護膜
５と第２保護膜７と第３保護膜９とを部分的にエッチン
グして、第１犠牲層４上の所定の領域に第１スルーホー
ル１４を形成し、ポリイミドを部分的に露出させる。な
お、この第１スルーホール１４は第１犠牲層４を除去す
る際に用いるものであり、本実施例では、（ａ）の平面
図に示すように、各々の受光部の上下において横方向に
長く形成し、第１犠牲層４の除去を容易にしている。特
に、本発明では、第１犠牲層４と後の工程で形成する第
２犠牲層とを同時に除去するため、第１スルーホール１
４は極力大きく形成することが望ましい。なお、ポリイ
ミドが露出しているのでエッチング後のレジスト剥離に
は酸素プラズマによるアッシング処理は行わず、専用の
レジスト剥離液を用いた。
【００４１】ここで、従来の熱型赤外線検出素子の製造
方法では、次に第１スルーホール１４を用いて第１犠牲
層４をエッチング除去するが、本実施例の熱型赤外線検
出素子では、更に各々の受光部を真空に保持する機構を
形成することを特徴としている。具体的には、図８及び
図１８に示すように、回路基板１全面に感光性ポリイミ
ド膜等の有機膜を塗布し、４００℃程度の温度で焼締め
を行って第２犠牲層１０を形成する。次に、アモルファ
スシリコン等の赤外線透過材料を、モノシランを原料ガ
スに用いるプラズマＣＶＤ法により所定の厚さで堆積
し、赤外線窓層１１を形成する。
【００４２】この第２犠牲層１０及び赤外線窓層１１は
受光部上に真空領域を形成するものであり、第２犠牲層
１０が厚くなると真空領域が増加して真空維持性能が向
上するが、厚すぎると赤外線窓層１１の機械的強度が弱
くなる。また、赤外線窓層１１は、機械的強度を高める
ために厚い方が好ましいが、厚くなると赤外線の透過率
が減少し、また第２スルーホール１５の形成が難しくな
る。従って、第２犠牲層１０及び赤外線窓層１１の膜厚
は、真空領域の真空度、素子の寸法等に応じて適宜設定
する必要があるが、本願発明者の実験によれば、第２犠
牲層１０の膜厚としては２乃至１０μｍ、赤外線窓層１
１の膜厚としては２乃至５０μｍの範囲が好ましいこと
を確認している。なお、本実施例では、第２犠牲層１０
の厚さは５μｍ程度、赤外線窓層１１の厚さは２０μｍ
程度としている。
【００４３】また、本実施例では、赤外線窓層１１の材
料としてアモルファスシリコンを用いているが、赤外線
を透過し、かつ、薄膜形成が可能な材料であればよく、
ポリシリコン、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ゲルマニウム、セ
レン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カ
ドミウム（ＣｄＳ）等を用いることもできる。また、第
２犠牲層１０の材料は、第１犠牲層４と同時にエッチン
グが可能な材料であれば必ずしも同一の材料を用いる必
要はなく、粘度等を変えた感光性ポリイミド膜を用いて
もよい。更に、赤外線窓層１１の表面に硫化亜鉛などの
反射防止膜を形成してもよい。
【００４４】次に、図９及び図１９に示すように、レジ
ストパターンをマスクとして、塩素・フッ素系の混合ガ
スを用いたドライエッチングにより、梁接続部１３の第
２犠牲層１０上の赤外線窓層１１に第２スルーホール１
５を形成し、第２犠牲層１０を部分的に露出させる。エ
ッチング後のレジスト剥離には酸素プラズマによるアッ
シング処理は行わず、専用のレジスト剥離液を用いた。
【００４５】なお、この第２スルーホール１５は、第２
犠牲層１０をエッチングすると共に、第１スルーホール
１４を介して第１犠牲層４もエッチングするため、エッ
チング時間を短縮するために極力大きくすることが好ま
しく、本実施例では、略２．８μｍ×２．８μｍ角の矩
形とした。また、本実施例では、第２のスルーホール１
５を梁接続部１３に設けているが、後述する第５の実施
例で示すように、第２犠牲層１０上であれば、他の位置
に形成することも可能である。
【００４６】次に、図１０及び図２０に示すように、第
２スルーホール１５及び第１スルーホール１４を用い
て、第２犠牲層１０と第１犠牲層４とを同時に選択エッ
チングする。エッチングにはアッシング装置を用い、例
えば、酸素５００ｓｃｃｍ、圧力１．０Ｔｏｒｒの条件
で行うことができる。なお、エッチング時間は画素サイ
ズ、犠牲層４、１０の厚さ及びスルーホール１４、１５
の大きさ等によって異なるが、画素サイズが３７μｍ角
の受光部を有する試料でエッチングを行ったところ、エ
ッチング時間は約４時間であった。
【００４７】次に、図１１及び図２１に示すように、受
光部上に赤外線窓層１１が形成された熱型赤外線検出素
子が配列されたウェハをスパッター装置等の真空成膜装
置のチャンバーに投入し、１×１０−６Ｔｏｒｒ程度ま
で真空引きした後、チャンバーにアルゴンガス等の不活
性ガスを導入し、真空度を１×１０−２Ｔｏｒｒとし、
この状態でポリシリコンを３μｍ程度の厚さでスパッタ
成膜して、真空封止膜１２を形成する。この真空封止膜
１２により第２スルーホール１５が封止され、第１犠牲
層の真空領域４ｂと第２犠牲層の真空領域１０ｂとが真
空に保持される。
【００４８】なお、真空引きの到達真空度及び不活性ガ
ス導入後の真空度は、熱型赤外線検出素子に求められる
性能に応じて任意に設定することができ、真空引きに際
して脱ガスのためのベーキングを行ってもよい。また、
本実施例では、真空封止膜１２としてポリシリコンを用
いているが、赤外線窓層１１と同様に、赤外線を透過
し、かつ、薄膜形成が可能な他の材料を用いることもで
き、例えば、アモルファスシリコン、塩化銅（ＣｕＣ
ｌ）、ゲルマニウム、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化
亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）等を用いる
こともできる。
【００４９】成膜後、チャンバーからウェハを取出した
ところ、真空封止膜１２により第２スルーホール１５が
封止され真空空隙は密閉されているために、１×１０
−２Ｔｏｒｒの真空度を維持することができた。その
後、通常のプロセスにてボンディングパッド形成、およ
びダイシングによるチップ分割を行ったが、この実装工
程において赤外線窓層１１およびマイクロブリッジ構造
には機械的ダメージが加わることがなく、高い歩留まり
で熱型赤外線検出素子を形成することができた。
【００５０】上記方法で製造した熱型赤外線検出素子で
は、受光部に入射した１０μｍ帯の波長の赤外線は、赤
外線窓層１１である厚さ２０μｍ程度のシリコン膜を１
００％近く透過する。この透過赤外線は、ダイアフラム
の主構成材であるシリコン窒化膜に吸収され、ダイアフ
ラムは熱的に分離した状態であるため温度上昇を効率的
に引き起こす。この時、ダイアフラムの内部に形成され
たボロメータ層６の電気抵抗が温度上昇に応じて変化す
る。これを画素ごとに信号読み出し回路にて信号処理し
赤外線画像を得る。
【００５１】そして、わずかにアルゴン等の不活性ガス
が封止され１×１０−２Ｔｏｒｒ程度に維持された真空
空隙中において、マイクロブリッジ構造は梁のみで回路
基板１に接続している。このため梁部がマイクロブリッ
ジ構造と回路基板１の間の熱伝導率を決定し、その値は
１個のマイクロブリッジ構造に含まれる２本の梁合わせ
て０．１μＷ／Ｋ程度であり、良好な熱分離構造を実現
することができる。
【００５２】このように、本実施例の熱型赤外線検出素
子の真空封止構造及びその製造方法によれば、マイクロ
ブリッジ構造のダイアフラムを形成した後、第１犠牲層
４を除去する前に、所定の形状の第２犠牲層１０を形成
し、その上に赤外線を透過する材料からなる赤外線窓層
１１を形成し、赤外線窓層１１に設けた第２スルーホー
ル１５を介して第１犠牲層４及び第２犠牲層１０を同時
に除去し、成膜装置内において真空封止膜１２を用いて
第２スルーホール１５を封止することにより、ウェハ状
態で各々の熱型赤外線検出素子を真空封止することがで
きる。
【００５３】これにより、チップ状態でパッケージ毎に
真空封止していた従来例に比べて製造工数を格段に縮減
することができると共に、チップ状態でのハンドリング
による不具合の発生を防止することができる。また、真
空封止に際し、ハンダ等のアウトガスの多い材料を使用
しないことにより、真空領域４ｂ、１０ｂの真空状態を
長期間にわたって維持することができ、熱型赤外線検出
素子の長期信頼性を向上させることができる。
【００５４】［実施例２］次に、本発明の第２の実施例
に係る熱型赤外線検出素子及びその製造方法について、
図２２及び図２３を参照して説明する。図２２及び図２
３は、第２の実施例に係る熱型赤外線検出素子の製造工
程の一部を示す断面図である。なお、本実施例は、梁接
続部上の第２犠牲層を薄く形成することを特徴とするも
のであり、他の部分の構造、製造方法については前記し
た第１の実施例と同様である。
【００５５】すなわち、第１の実施例の製造方法では、
第２スルーホール１５を経由して第１犠牲層４および第
２犠牲層１０を選択エッチング除去するが、赤外線窓層
１１は外部との圧力差により容易に変形しないように厚
く形成する必要があり、その結果、第２スルーホール１
５のアスペクト比が大きくなり、エッチング時間が長く
なってしまう。そこで、本実施例では、これを回避する
ために以下に示す方法で熱型赤外線検出素子を製造す
る。
【００５６】本実施例の熱型赤外線検出素子の製造方法
について説明すると、第１の実施例と同様に、読み出し
回路等が形成された回路基板１に、第１犠牲層４、第１
保護膜５、ボロメータ層６、第２保護膜７、電極配線メ
タル８、第３保護膜９を順次形成し、マイクロブリッジ
構造のダイアフラムを形成し、第１犠牲層４上の所定の
位置に第１乃至第３保護膜５、７、９を貫通する第１ス
ルーホール１４を形成する（図２乃至図７、図１２乃至
図１７参照）。
【００５７】その後、図２２に示すように、受光部上及
び梁接続部１３上に第２犠牲層１０を形成するが、その
際、梁接続部１３の第２犠牲層１０を受光部に比べて薄
く形成する。具体的には、感光性ポリイミドを回路基板
１全面に塗布した後、梁接続部１３と受光部とで光の透
過率が異なるハーフトーンマスクを用いたり、梁接続部
１３を多重露光することにより梁接続部１３の露光量を
増やし、梁接続部１３の第２犠牲層１０を現像液に溶け
やすくして１μｍ程度の厚さまで薄膜化する。その後、
回路基板１全面に赤外線を透過するアモルファスシリコ
ン等の材料を堆積して赤外線窓層１１を形成し、レジス
トパターンをマスクとして梁接続部１３の赤外線窓層１
１を塩素・フッ素系エッチングにより厚さ１μｍ程度ま
で薄膜化した後、赤外線窓層１１に第２スルーホール１
５を形成する。
【００５８】次に、図２３に示すように、第２スルーホ
ール１５を介して、第１犠牲層４、第２犠牲層１０を選
択エッチング除去し、その後、熱型赤外線検出素子が配
列したウェハをスパッター装置等の真空成膜装置のチャ
ンバーに投入し、１×１０− ６Ｔｏｒｒ程度まで真空引
きした後、チャンバーにアルゴンガス等の不活性ガスを
導入し、真空度を１×１０−２Ｔｏｒｒとし、この状態
で真空真空封止層１２をスパッタ法により成膜する。
【００５９】このような構造におけるプロセスの特長
は、第２スルーホール１５のアスペクト比が小さいため
に第１犠牲層４及び第２犠牲層１０の選択エッチングを
短時間で行うことができるということである。第１の実
施例と同じ３７μｍ角の画素サイズの熱型赤外線検出素
子で実際にエッチングを行ったところ、エッチング時間
は２時間以内であり、第１の実施例の構造に比べてエッ
チング時間を略半分に短縮することができた。
【００６０】さらに、第２スルーホール１５が浅く形成
されるため、真空封止層１２としてポリシリコンをスパ
ッタ法により３μｍ程度成膜すると、ポリシリコンを第
２スルーホール１５内部に充填することができ、真空封
止をより確実に行うことができる。また、真空封止膜１
２と下地の第３保護膜９とを直接接続することによって
赤外線窓層１１と真空封止膜１２とで構成される真空外
壁を強固に形成することができる。以降、通常のプロセ
スにてボンディングパッド形成、およびダイシングによ
るチップ分割を行ったが、赤外線窓層１１およびマイク
ロブリッジ構造には機械的ダメージが加わることがなか
った。
【００６１】このように、本実施例の熱型赤外線検出素
子の真空封止構造及びその製造方法によれば、前記した
第１の実施例と同様に、ウェハ状態で熱型赤外線検出素
子を真空封止することができ、製造工数を格段に縮減す
ることができると共に、チップ状態でのハンドリングに
よる不具合の発生を防止することができる。更に、本実
施例では、第２スルーホール１５のアスペクト比が小さ
いために、第１犠牲層４と第２犠牲層１０のエッチング
時間を短縮することができ、また、第２スルーホール１
５が真空封止膜１２により埋設されるため、真空漏れを
確実に防止され、赤外線窓層１１及び真空封止膜１２か
らなる真空外壁の耐圧強度を向上させることができる。
【００６２】なお、梁接続部１３における第２犠牲層１
０及び赤外線窓層１１の厚さは、真空封止膜１２の膜厚
や真空領域の真空度、画素サイズ等を勘案して適宜調整
することができる。
【００６３】［実施例３］次に、本発明の第３の実施例
に係る熱型赤外線検出素子及びその製造方法について、
図２４乃至図３３を参照して説明する。図２４乃至図３
３は、第３の実施例に係る熱型赤外線検出素子の製造方
法を示す工程図である。なお、本実施例は、梁接続部に
も第１犠牲層を形成することを特徴とするものであり、
他の部分の構造、製造方法については前記した第１の実
施例と同様である。
【００６４】すなわち、前記した第１の実施例では、対
角線方向に隣接する画素の電極接続部を繋ぐ領域を梁接
続部１３とし、梁接続部１３には第１犠牲層４を設け
ず、第２犠牲層１０のみを形成し、その上部の赤外線窓
層１１に設けた第２スルーホール１５を介して第１犠牲
層４及び第２犠牲層１０をエッチングしたが、熱型赤外
線検出素子の画素配列によっては、隣接する画素の電極
間が離れて形成される場合もあり、画素ごとに梁接続部
１３を設ける方が好ましい場合もある。また、梁接続部
１３に第１犠牲層４を設けない構造では、その部分の赤
外線窓層１１が低くなり、第２スルーホール１５の形成
が困難になる場合もある。そこで、本実施例では、各々
の画素毎に独立して梁接続部１３を設け、梁接続部１３
の間に第１犠牲層４を設け、段差を緩和することにより
赤外線窓層１１や第２スルーホール１５の形成を容易に
することを特徴としている。
【００６５】このような構造の熱型赤外線検出素子の製
造方法について、図２４乃至図３３を参照して説明す
る。なお、図２４乃至図３３は、本実施例の製造方法を
工程順に示す図であり、（ａ）は３画素×３画素の平面
図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ´線における断面図であ
る。
【００６６】まず、図２４に示すように、前記した第１
の実施例と同様に、信号読出しのＣＭＯＳ回路等を形成
した回路基板１上に、各画素の受光部１９に入射する赤
外線を反射するための反射膜２ａ及び熱型赤外線検出素
子の電極と回路基板１の電極とを接続するための電極カ
バー膜２ｂを形成し、その上に、保護膜３を形成する。
【００６７】次に、図２５に示すように、回路基板１全
面に感光性ポリイミド膜等の有機膜を塗布し、各々の画
素の梁接続部１３にホールを形成するように露光・現像
を行った後、４００℃程度の温度で焼締めを行い、マイ
クロブリッジ構造を形成するための第１犠牲層４を形成
する。なお、本実施例では、隣接する画素の電極カバー
膜２ｂ間にも第１犠牲層４が形成される。
【００６８】次に、図２６に示すように、第１犠牲層４
の上に第１保護膜５を形成し、その上に、酸化バナジウ
ム薄膜等のボロメータ材料を堆積、パターンニングし、
受光部１９にボロメータ層６を形成する。
【００６９】次に、図２７に示すように、ボロメータ層
６上に第２保護膜７を形成する。その後、レジストパタ
ーンをマスクとして、四フッ化炭素をエッチングガスと
するプラズマエッチングを行い、電極カバー膜２ｂ上の
第１保護膜５及び第２保護膜７、ボロメータ層６上の第
２保護膜７の一部を除去し、セルコンタクトホール１６
ａ及びコンタクト部１６ｂを形成する。
【００７０】次に、図２８に示すように、電極配線メタ
ル８を形成する。この電極配線メタル８はボロメータ層
６と回路基板１内の回路とを電気的に接続すると共に、
ボロメータ層６を中空に保持する梁１８としての役割を
果たす。その後、ボロメータ層６及び電極配線メタル８
を保護する第３保護膜９を形成する。このようにして、
後述するように第１犠牲層４および第２犠牲層１０を選
択エッチングで除去した後は、一つのダイアフラムと２
本の梁とで構成され、ダイアフラムは梁でのみ基板と接
した宙に浮いたマイクロブリッジ構造を形成する。
【００７１】次に、図２９に示すように、プラズマエッ
チングにより、第１保護膜５と第２保護膜７と第３保護
膜９とを部分的にエッチングして、第１犠牲層４上の所
定の領域に第１スルーホール１４を形成し、ポリイミド
を部分的に露出させる。この第１スルーホール１４は、
第１犠牲層４の除去を容易にするために極力大きく形成
することが望ましい。
【００７２】次に、図３０に示すように、回路基板１全
面に感光性ポリイミド膜等の有機膜を塗布し、４００℃
程度の温度で焼締めを行って第２犠牲層１０を形成し、
その後、アモルファスシリコン等の赤外線透過材料を、
所定の厚さで堆積し、赤外線窓層１１を形成する。ここ
で、本実施例では、梁接続部１３間の領域にも第１犠牲
層４が形成されて段差が抑制されているため、感光性ポ
リイミド膜が梁接続部１３間に溜まって第２犠牲層１０
の膜厚が厚くなることはなく、また、赤外線窓層１１の
高さも受光部と同等に形成することができる。
【００７３】なお、赤外線窓層１１の材料としてアモル
ファスシリコンに代えて、ポリシリコン、塩化銅（Ｃｕ
Ｃｌ）、ゲルマニウム、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫
化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）等を用い
たり、更に、赤外線窓層１１の表面に硫化亜鉛などの反
射防止膜を形成してもよいのは第１の実施例と同様であ
る。
【００７４】次に、図３１に示すように、塩素・フッ素
系の混合ガスを用いたドライエッチングにより、梁接続
部１３の第２犠牲層１０上の赤外線窓層１１に第２スル
ーホール１５を形成し、第２犠牲層１０を部分的に露出
させる。この第２スルーホール１５の形成に際し、第１
犠牲層４によって梁接続部１３間の領域の窪みが緩和さ
れているため、第２犠牲層１０及び赤外線窓層１１の膜
厚を受光部と同等にすることができる。これにより、第
２スルーホール形成用レジストパターンの解像度を良好
に保つことができ、第２スルーホール１５を精度よく形
成することができる。
【００７５】次に、図３２に示すように、アッシング装
置を用い、第２スルーホール１５及び第１スルーホール
１４を介して、第２犠牲層１０と第１犠牲層４とを同時
に選択エッチングする。
【００７６】次に、図３３に示すように、受光部上に赤
外線窓層１１が形成された熱型赤外線素子が配列された
ウェハをスパッター装置等の真空成膜装置のチャンバー
に投入し、真空引きした後、チャンバーにアルゴンガス
等の不活性ガスを導入し、真空度を１×１０−２Ｔｏｒ
ｒ程度とし、この状態でポリシリコンを成膜して、真空
封止膜１２を形成する。この真空封止膜１２により第２
スルーホール１５が封止され、第１犠牲層の真空領域４
ｂと第２犠牲層の真空領域１０ｂとが真空に保持され
る。
【００７７】なお、真空封止膜１２としてポリシリコン
に代えて、アモルファスシリコン、塩化銅（ＣｕＣ
ｌ）、ゲルマニウム、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化
亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）等を用いる
こともできるのは第１の実施例と同様である。
【００７８】このように、本実施例の熱型赤外線検出素
子の真空封止構造及びその製造方法によれば、前記した
第１の実施例と同様に、ウェハ状態で熱型赤外線検出素
子を真空封止することができ、製造工数を格段に縮減す
ることができると共に、チップ状態でのハンドリングに
よる不具合の発生を防止することができる。また、梁接
続部１３を各々の画素で独立して設け、梁接続部１３間
にも第１犠牲層４を形成することにより、梁接続部の配
置に係わらず、本発明の真空封止構造を適用することが
でき、また、梁接続部１３間の段差を緩和することによ
り、第２スルーホール１５を精度よく形成することがで
きる。
【００７９】［実施例４］次に、本発明の第４の実施例
に係る熱型赤外線検出素子及びその製造方法について、
図３４乃至図３６を参照して説明する。図３４乃至図３
６は、第４の実施例に係る熱型赤外線検出素子の製造工
程の一部を示す平面図である。なお、本実施例は、画素
毎に真空領域を独立して形成することを特徴とするもの
であり、他の部分の構造、製造方法については前記した
実施例と同様である。
【００８０】前記した第１乃至第３の構造では、万が
一、赤外線受光部アレイの１ヶ所の画素でクラックなど
により真空リーク箇所が発生すると、アレイ全体の真空
が解除され、感度を失ってしまう恐れがある。この問題
を回避して製造歩留を向上させるために、本実施例で
は、一つ一つの画素、すなわちマイクロブリッジ構造ご
とに独立した真空空隙を持つ構造とすることを特徴とし
ている。このような構造とすることにより、画素の一箇
所でリークを起こしてしてもその部位だけの画素欠陥に
留めることができる。
【００８１】以下、図３４乃至図３６を参照して本実施
例の熱型赤外線検出素子の製造方法について説明する。
まず、前記した実施例と同様に、回路基板１上に、反射
膜２ａ及び電極カバー膜２ｂを形成し（図示せず）、そ
の上に保護膜３を形成する。
【００８２】次に、図３４に示すように、回路基板全面
に感光性ポリイミド等の有機樹脂を塗布し、各画素の梁
接続部１３及び画素の周囲を除く領域に第１犠牲層４を
形成する。その際、本実施例では、画素ごとに独立した
赤外線窓層を形成するために、梁接続部１３は前記した
実施例よりも画素の内側に形成する。
【００８３】次に、図３５に示すように、第１犠牲層４
の上に第１保護膜５、ボロメータ層６、第２保護膜７を
順次形成し、電極カバー膜２ｂ上の第１保護膜５及び第
２保護膜７、ボロメータ層６上の第２保護膜７の一部を
除去し、セルコンタクトホール１６ａ及びコンタクト部
１６ｂを形成する。その後、電極配線メタル８、第３保
護膜９を順次形成する。このようにして、後述するよう
に第１犠牲層４および第２犠牲層１０を選択エッチング
で除去した後は、ダイアフラムが梁でのみ基板と接した
宙に浮いたマイクロブリッジ構造を形成する。次に、プ
ラズマエッチングにより、第１保護膜５と第２保護膜７
と第３保護膜９とを部分的にエッチングして、第１犠牲
層４上の所定の領域に第１スルーホール１４を形成し、
ポリイミドを部分的に露出させる。
【００８４】次に、図３６に示すように、回路基板１全
面に感光性ポリイミド膜等の有機膜を塗布し、４００℃
程度の温度で焼締めを行って第２犠牲層１０を形成す
る。その際、本実施例では画素ごとに真空領域を独立し
て形成するために、第２犠牲層１０は各々の画素で分断
するように形成する。その後、アモルファスシリコン等
の赤外線透過材料を堆積して赤外線窓層１１を形成し、
塩素・フッ素系の混合ガスを用いたドライエッチングに
より、梁接続部１３と対角線上の画素角部に第２スルー
ホール１５を形成し、第２犠牲層１０を部分的に露出さ
せる。
【００８５】その後、アッシング装置を用い、第２スル
ーホール１５及び第１スルーホール１４を介して、第２
犠牲層１０と第１犠牲層４とを同時に選択エッチング
し、熱型赤外線素子が配列されたウェハをスパッター装
置等の真空成膜装置のチャンバーに投入し、真空引きし
た後、真空封止膜１２を形成して第２スルーホール１５
を封止する。
【００８６】このような構造の熱型赤外線検出素子で
は、第２犠牲層１０が各画素内部に分離形成されている
ため、赤外線窓層１１は各々の画素の４辺で回路基板１
に接続され、画素ごとに独立した真空領域を形成するこ
とができる。また、赤外線窓層１１と回路基板１との接
続部分を長くすることができ、また、各々の赤外線窓層
１１を凸状に形成することができるため、大気圧に対す
る耐圧性を高めることができる。更に、赤外線窓層１１
を薄くすることができ、画素サイズが３７μｍピッチ、
内部の真空度が１×１０−２Ｔｏｒｒの場合では、真空
封止層１２と合わせて２μｍ程度の厚さで真空空隙を形
成することができる。
【００８７】なお、この構造では画素の周囲を赤外線窓
層１１と回路基板１との接続領域とするため、画素の開
口率が３６％程度と小さくなってしまうという欠点があ
るが、一方で、一部の画素の真空リークで素子全体が不
良となることがなく歩留が高いこと、および赤外線窓層
１１の厚膜形成が不要であることの点において量産プロ
セスにより適した構造と言える。
【００８８】［実施例５］次に、本発明の第５の実施例
に係る熱型赤外線検出素子及びその製造方法について、
図３７及び図４０を参照して説明する。図３７及び図３
８は、第５の実施例に係る熱型赤外線検出素子の構造を
示す断面図であり、図３９は、その製造工程の一部を示
す断面図である。また、図４０は赤外線窓層の他の形状
を示す図である。なお、本実施例は、赤外線窓層の形状
のバリエーションについて記載するものである。
【００８９】前記した第１乃至第４の実施例では、第２
犠牲層１０は矩形状又は側面がテーパー状になった台形
形状として記載したが、第２犠牲層１０の形状を変える
ことによってその上に形成される赤外線窓層１１の形状
を変えることができ、より耐圧性に優れた形状とするこ
とができる。
【００９０】例えば、図３７及び図３８に示すように、
第２犠牲層１０端部をなだらかな曲面とし全体を凸状に
形成することにより、その上に形成する赤外線窓層１１
もなだらかな凸状となり、赤外線窓層１１の膜厚を厚く
することなく、圧力差による基板上方からの押圧力に対
して強い形状とすることができる。このようななだらか
な凸状の第２犠牲層１０を形成するには、図３９（ａ）
に示すように、感光性ポリイミドの露光に際して、第２
犠牲層１０形成領域の端部に向かって徐々に透過率が増
加するハーフトーンマスク１７を用いて露光したり、第
２犠牲層１０の端部を多重露光したり、又は、現像時間
を長めにして第２犠牲層１０の端部を意識的に溶解する
等の処置を施せばよく、このような方法により、図３９
（ｂ）に示すように、第２犠牲層１０をなだらかな凸型
の湾曲面を形成することもできる。そして、第２犠牲層
１０上に赤外線窓層１１を堆積すると、第２犠牲層１０
の形状を反映して赤外線窓層１１も凸型の湾曲面が形成
され、圧力耐性を高めることができる。
【００９１】また、赤外線窓層１１の他の形状として
は、例えば、図４０（ａ）に示すように、赤外線窓層１
１を半球状の曲面としたり、図４０（ｂ）に示すよう
に、画素の中心部が尖った円錐状としたり、四角錐等の
角錐状に形成しても同様に圧力耐性を高めることができ
る。この場合も画素の中央から端部に向かって徐々に透
過率が大きくなるハーフトーンマスクを用いる等の方法
により容易に半球状、円錐又は角錐形状の第２犠牲層１
０を形成することができる。また、逆に画素中央部の第
２犠牲層１０を薄くして、凹型の湾曲面を有する赤外線
窓層１１を形成することもできる。
【００９２】また、前記した実施例では、赤外線窓層１
１に設ける第２スルーホール１５は、梁接続部１３又は
梁接続部の対角線上の画素端部に設けたが、第２スルー
ホール１５を埋める真空封止膜１２も赤外線透過材料で
形成するため、第２スルーホール１５を画素の受光部上
に形成することも可能であり、例えば、図４０（ｃ）に
示すように、画素の対角線に沿って第２スルーホール１
５を設けることもできる。
【００９３】このように画素の受光部に第２スルーホー
ル１５を設け、第２スルーホール１５をテーパー状に形
成し、その内部に十分に真空封止膜１２を埋設した場
合、受光部上が赤外線窓層１１のみで形成される構造よ
りも耐圧性能が向上する場合もある。すなわち、真空封
止膜１２として赤外線窓層１１よりも硬い材料を用いれ
ば、第２スルーホール１５の真空封止膜１２埋設部が梁
の役割を果たし、圧力耐性を高めることができる。
【００９４】なお、上記した第２犠牲層１０、赤外線窓
層１１及び第２スルーホール１５の構造、形状は一例で
あり、露光、現像条件を調整することにより形成可能な
任意の形状とすることができ、例えば、図４０（ａ）、
（ｂ）に示す凸型形状と図４０（ｃ）に示す梁形状とを
組み合わせてもよい。
【００９５】また、上記各実施例では、熱型赤外線検出
素子について記載したが、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、真空保持を必要とする任意のデバイ
ス（例えば、冷却型赤外線検出素子等）における真空封
止構造に適用することもできる。
【００９６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱型赤外
線検出素子の真空封止構造及びその石造方法によれば下
記記載の効果を奏する。
【００９７】本発明の第１の効果は、熱型赤外線検出素
子の量産用製造工程の信頼性向上に多大な効果を持つと
いうことである。その理由は、従来の熱型赤外線検出素
子における真空パッケージ形成工程では、犠牲層エッチ
ング後に機械的に弱いマイクロブリッジ構造が露出する
ため、細かな手作業が必要であり量産化が難しかった
が、本発明の方法では犠牲層エッチング後のマイクロブ
リッジ構造が赤外線窓層によって常に保護されているた
め、その後の工程が簡便になるからである。
【００９８】また、本発明の第２の効果は、熱型赤外線
検出素子のコスト低減に多大な効果を持つということで
ある。その理由は、本発明では、従来の真空パッケージ
工程に必要であったゲルマニウム結晶等の窓材や排気孔
付きのパッケージが不要であり、また、従来の受光素子
製造用設備だけで形成することが可能なためである。
【００９９】また、本発明の第３の効果は、真空封止状
態が長期にわたって安定して維持されるということであ
る。その理由は、本発明の熱型赤外線検出素子では真空
領域が極めて小さく、またデバイスをパッケージに接着
するための接着剤が従来のように真空領域内に存在する
こともない。また、犠牲層をエッチング除去した後は直
ちに真空引きおよび真空封止膜の成膜工程に入るため、
真空封止後の脱ガスが無いからである。
【０１００】また、本発明の第４の効果は、開口率を減
少させることなく、圧力耐性に優れた真空パッケージを
実現できると言うことである。その理由は、本発明にお
ける真空封止パッケージの構造では、赤外線窓層が大気
圧側に凸型となる形状に形成され、また微小間隔ごとに
柱を有する。この赤外線窓層の柱をマイクロブリッジ構
造の梁基部に一致させるため、受光部の開口率すなわち
感度を損ねることがないからである。また、この結果、
大気圧に対する耐性を維持したまま赤外線窓層の厚みを
従来よりも極めて薄くできるため、入射赤外線光量の窓
層への吸収による損失を小さくすることができるからで
ある。
【０１０１】また、本発明の第５の効果は、熱型赤外線
検出素子を組み込むパッケージを極めて小型にすること
ができるということである。その理由は、本発明の真空
封止構造は熱型赤外線検出素子上に直接形成されるた
め、素子を保持するパッケージに真空保持機能を持たせ
る必要がなく、小型にすることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る熱型赤外線検出素
子の１画素の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す工
程図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す工
程図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す工
程図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す工
程図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す工
程図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す工
程図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す工
程図である。
【図９】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す工
程図である。
【図１０】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図１１】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図１２】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図１４】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図１５】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図１６】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図１７】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図１８】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図１９】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図２０】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図２１】本発明の第１の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図２２】本発明の第２の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図２３】本発明の第２の実施例に係る製造方法を示す
工程断面図である。
【図２４】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図２５】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図２６】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図２７】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図２８】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図２９】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図３０】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図３１】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図３２】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図３３】本発明の第３の実施例に係る製造方法を示す
工程図である。
【図３４】本発明の第４の実施例に係る製造工程の一部
を示す平面図である。
【図３５】本発明の第４の実施例に係る製造工程の一部
を示す平面図である。
【図３６】本発明の第４の実施例に係る製造工程の一部
を示す平面図である。
【図３７】本発明の第５の実施例に係る熱型赤外線検出
素子の構造を示す断面図である。
【図３８】本発明の第５の実施例に係る熱型赤外線検出
素子の構造を示す断面図である。
【図３９】本発明の第５の実施例に係る熱型赤外線検出
素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図４０】本発明の第５の実施例に係る熱型赤外線検出
素子の赤外線窓層のバリエーションを示す図である。
【図４１】従来の熱型赤外線検出素子の構造を示す断面
図である。
【図４２】従来の熱型赤外線検出素子の真空封止構造を
示す断面図である。
【図４３】従来の熱型赤外線検出素子の真空封止構造を
示す断面図である。
【符号の説明】
１ 回路基板 ２ａ 反射膜 ２ｂ 電極カバー膜 ３ 保護膜 ４ 第１犠牲層 ４ａ エッチング領域 ４ｂ 真空領域 ５ 第１保護膜 ６ ボロメータ層 ７ 第２保護膜 ８ 電極配線メタル ９ 第３保護膜 １０ 第２犠牲層 １０ａ エッチング領域 １０ｂ 真空領域 １１ 赤外線窓層 １２ 真空封止膜 １３ 梁接続部 １４ 第１スルーホール １５ 第２スルーホール １６ａ セルコンタクトホール １６ｂ コンタクト部 １７ ハーフトーンマスク １８ 梁 １９ 受光部 ２０ 空洞部 ２１ パッケージ ２２ ピン ２３ キャップ ２４ 透過窓 ２５ 排気管 ２６ シリコンウェハ ２７ 窓用シリコンウェハ ２８ メタライズ層 ２９ 接合用ハンダ ３０ 反射防止膜 ３１ スルーホール ３２ 真空封止用ハンダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G065 AB02 BA12 BA34 BA37 BA38 BE08 CA13 DA20 2G066 BA09 BA55 BB09 CA01 4M118 AA10 AB01 BA03 CA14 CA20 CA35 CA40 CB14 EA04 EA20 FA06 GA08 GA10 HA02

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ボロメータ層を有するダイアフラムが、一
    端が基板に固定される梁によって中空に保持されてなる
    マイクロブリッジ構造の画素を有する熱型赤外線検出素
    子において、 前記ダイアフラムを空間を隔てて覆い、所定の位置で前
    記基板に接続されて閉じた空間を形成する真空封止構造
    体を備え、該閉じた空間が真空に保持されることを特徴
    とする熱型赤外線検出素子。
  2. 【請求項２】前記真空封止構造体が、少なくとも、前記
    基板の前記梁接続領域において前記基板に支持されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の熱型赤外線検出素子。
  3. 【請求項３】前記熱型赤外線検出素子に複数の前記画素
    を有し、前記真空封止構造体が各々の画素の周囲で前記
    基板と接続され、前記閉じた空間が前記画素毎に独立し
    て形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の
    熱型赤外線検出素子。
  4. 【請求項４】前記真空封止構造体が、赤外線を透過する
    材料からなる赤外線窓層と、該窓層を覆う真空封止層と
    から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいず
    れか一に記載の熱型赤外線検出素子。
  5. 【請求項５】前記赤外線窓層に、前記ダイアフラム上に
    一旦形成される犠牲層を除去するためのスルーホールを
    有し、前記真空封止層により、前記スルーホールが封止
    されていることを特徴とする請求項４記載の熱型赤外線
    検出素子。
  6. 【請求項６】前記スルーホールが、前記梁接続領域上の
    前記赤外線窓層に形成されることを特徴とする請求項５
    記載の熱型赤外線検出素子。
  7. 【請求項７】前記スルーホールが、前記画素の受光領域
    を横断するように形成され、前記スルーホール内部に前
    記真空封止層が埋設されていることを特徴とする請求項
    ５記載の熱型赤外線検出素子。
  8. 【請求項８】前記赤外線窓層が、略２μｍ乃至５０μｍ
    の膜厚で形成されていることを特徴とする請求項４乃至
    ７のいずれか一に記載の熱型赤外線検出素子。
  9. 【請求項９】前記赤外線窓層が、シリコン、塩化銅（Ｃ
    ｕＣｌ）、ゲルマニウム、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、
    硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）のいず
    れか一を含むことを特徴とする請求項４乃至８のいずれ
    か一に記載の熱型赤外線検出素子。
  10. 【請求項１０】前記真空封止構造体が、各々の前記画素
    において凸状に形成されていることを特徴とする請求項
    １乃至９のいずれか一に記載の熱型赤外線検出素子。
  11. 【請求項１１】前記真空封止構造体が、半球面状、円錐
    状又は角錐状のいずれか一の形状を成すことを特徴とす
    る請求項１０記載の熱型赤外線検出素子。
  12. 【請求項１２】第１の犠牲層を一旦形成後、ボロメータ
    層を有するダイアフラムと、一端が基板に固定される梁
    とからなるマイクロブリッジ構造を形成する熱型赤外線
    検出素子の製造方法において、 前記マイクロブリッジ構造を形成後、前記第１の犠牲層
    を除去する前に、少なくとも前記ダイアフラム上に第２
    の犠牲層を形成する工程と、該第２の犠牲層上に赤外線
    を透過する赤外線窓層を形成する工程と、前記赤外線窓
    層に設けたスルーホールを介して前記第２の犠牲層及び
    前記第１の犠牲層を同時に除去する工程と、前記第１の
    犠牲層及び前記第２の犠牲層を除去した空間を真空状態
    とした後、前記赤外線窓層上に真空封止層を形成し、前
    記スルーホールを封止する工程と、を少なくとも有する
    ことを特徴とする熱型赤外線検出素子の製造方法。
  13. 【請求項１３】前記スルーホールの封止に際し、前記赤
    外線検出素子を真空成膜装置内で真空引きし、引き続
    き、該真空成膜装置内で赤外線を透過する前記真空封止
    層を成膜して前記スルーホールを封止することを特徴と
    する請求項１２記載の熱型赤外線検出素子の製造方法。
  14. 【請求項１４】前記スルーホールの封止までをウェハ状
    態で行うことを特徴とする請求項１３記載の熱型赤外線
    検出素子の製造方法。
  15. 【請求項１５】前記第２の犠牲層を、前記基板の前記梁
    接続領域の一部に形成し、該梁接続領域上の前記赤外線
    窓層に前記スルーホールを形成することを特徴とする請
    求項１２乃至１４のいずれか一に記載の熱型赤外線検出
    素子の製造方法。
  16. 【請求項１６】前記第１の犠牲層を、前記梁接続領域の
    前記第２の犠牲層下層にも形成することを特徴とする請
    求項１５記載の熱型赤外線検出素子の製造方法。
  17. 【請求項１７】複数の前記画素を有する前記熱型赤外線
    検出素子において、前記赤外線窓層を各々の画素の周囲
    で前記基板と接続し、前記赤外線窓層により形成される
    閉じた空間を前記画素毎に独立して形成することを特徴
    とする請求項１２乃至１６のいずれか一に記載の熱型赤
    外線検出素子の製造方法。
  18. 【請求項１８】前記赤外線窓層を、略２μｍ乃至５０μ
    ｍの膜厚で形成することを特徴とする請求項１２乃至１
    ７のいずれか一に記載の熱型赤外線検出素子の製造方
    法。
  19. 【請求項１９】前記赤外線窓層を、シリコン、塩化銅
    （ＣｕＣｌ）、ゲルマニウム、セレン化亜鉛（ＺｎＳ
    ｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）
    のいずれか一により形成することを特徴とする請求項１
    ２乃至１８のいずれか一に記載の熱型赤外線検出素子の
    製造方法。
  20. 【請求項２０】前記第２の犠牲層体を、各々の前記画素
    において凸状に形成し、前記赤外線窓層を凸形状とする
    ことを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか一に記
    載の熱型赤外線検出素子の製造方法。
  21. 【請求項２１】前記凸状の第２の犠牲層を形成するに際
    し、透過領域と遮光領域と半透過領域とを有するハーフ
    トーンマスクを用いることを特徴とする請求項２０記載
    の熱型赤外線検出素子の製造方法。
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