JP2010101675A - 赤外線撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入射赤外線の有効利用と放熱の抑制とにより、高感度の赤外線撮像素子を提供する。
【解決手段】赤外線撮像素子１０は、Ｓｉ基板１１の上に、空間３０を隔てて、ダイヤフラム部Ｄが設けられている。ダイヤフラム部Ｄには、絶縁支持膜１７と、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂと、配線１９と、熱吸収膜２２とが設けられている。第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂは、配線１９の両端から、基板上まで延びている。第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂは、第１，第２電極１２ａ，１２ｂに電気的に接続されている。ダイヤフラム部Ｄに、単一の絶縁層からなる絶縁支持膜１７を設けることで、ダイヤフラム部Ｄの熱容量が低減し、赤外線検知感度が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線，特に遠赤外線を検知して撮像するための赤外線撮像素子およびその製造方法に係り、特に、赤外線検知感度の向上対策に関する。

従来より、赤外線センサに配置される赤外線検知素子として、特許文献１，２に開示されるものが知られている。
特許文献１の図２には、空間となる犠牲層を挟んで、赤外線吸収層および１対の熱電部材を配置したダイヤフラム構造が開示されている。１対の熱電部材（サーモパイル）は、絶縁支持膜である酸化膜および窒化膜とともに、犠牲層の側部から基板上まで延びている。１対の熱電部材は、ｎ型ポリシリコン，ｐ型ポリシリコンであり、温接点部同士はアルミ配線によって接続されている。
特開平０６−１３７９４３号公報

しかしながら、上記特許文献１の赤外線検出素子を用いて、撮像を行うに際し、以下のような不具合があった。
特許文献１の構造では、同文献の図2に示されるように、ダイヤフラム部に窒化膜４と窒化膜６とが存在する。しかしながら、窒化膜は、精度よく形成するには、ある程度の厚みが必要である。そのために、２枚の窒化膜を設けることで、合計厚さは厚くならざるを得ず、熱容量が増大する。この熱容量の増大のために、赤外線の検知精度が低下する。

本発明の目的は、入射される赤外線を有効に利用しつつ、ダイヤフラム部の熱容量を低減する手段を講ずることにより、高感度の赤外線撮像素子およびその製造方法を提供することにある。

本発明の赤外線撮像素子は、基板上に空間を挟んで設けられたダイヤフラム部を備えている。そして、ダイヤフラム部に、熱吸収膜と、熱吸収膜を支持する絶縁支持膜とを設ける。一方、基板の熱吸収膜下方に位置する領域に、赤外線反射膜を設ける。また、ダイヤフラム部に温接点部を、基板上に冷接点部を、それぞれ有する熱電部材を設ける。さらに、熱電部材を含み、基板上でダイヤフラム部を支持する梁部材を設ける。
ここで、絶縁支持膜は、単一の絶縁層によって構成されている。

この構造により、本発明では、以下の作用効果が得られる。
熱吸収膜等を支持する絶縁支持膜を設けたことで、ダイヤフラム部に熱吸収膜を安定して保持することができる。また、単一の絶縁層からなる絶縁支持膜なので、熱吸収率を維持しうる下限の厚さ付近にすることができるからである。したがって、絶縁支持膜の熱容量を低減することにより、赤外線の検知感度も向上する。
一方、特許文献１のように、ダイヤフラム部に２枚の絶縁支持膜（窒化膜）を設けた場合、その合計厚さが厚くなる。反面、各窒化膜を薄くすると、熱吸収率が低下する。
それに対し、本発明では、絶縁支持膜の熱吸収率を高く維持しうる。よって、入射される赤外線を有効に利用しつつ、ダイヤフラム部の熱容量を低減して、高感度の撮像を行うことができる。

絶縁支持膜は、窒化シリコンにより構成されていることが好ましい。シリコン窒化膜は、比較的赤外線吸収率および強度が大きい。よって、絶縁支持膜を窒化シリコンによって構成することにより、検知感度をより高くすることができる。

絶縁支持膜が、窒化シリコンからなる場合、絶縁支持膜の厚さが、４００ｎｍ未満であることが好ましい。窒化膜の熱吸収率を高く維持するためには、２００ｎｍ程度の厚みが必要である。特許文献１のごとく、２枚の窒化膜を設けた場合、熱吸収率を高く維持するためには、合計厚さが４００ｎｍ以上になる。それに対し、単一の窒化膜では、４００ｎｍ未満にして、熱吸収率を高く維持しつつ、熱容量を効果的に低減することができる。

梁部材が絶縁支持膜と同時に堆積された絶縁層を含んでいてもよい。これにより、梁部材の強度を強化しつつ、赤外線の検知感度も高く維持することができる。

１対の熱電部材のうち、一方はＢｉ−ＴｅまたはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅからなり、他方はＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅからなることが好ましい。大きな起電力を確保して、高い感度が得られるからである。

本発明の赤外線撮像素子の製造方法は、以下の手順によって行われる。基板上に赤外線反射膜を形成した後、島状の犠牲層を形成する。次に、犠牲層の上面上に、絶縁支持膜を形成した後、犠牲層の側面および上面に亘る領域に、１対の熱電部材を形成する。または、犠牲層の側面および上面に亘る領域に、１対の熱電部材を形成した後、その上に絶縁支持膜を形成する。さらに、熱吸収膜を形成してから、犠牲層を除去する。

この方法により、上述の効果を発揮する赤外線撮像素子が得られる。
特に、絶縁支持膜を形成する工程で、犠牲層の側面上の熱電対に接する部分を残存させることにより、梁部材の強度を強化することができる。

本発明の赤外線撮像素子またはその製造方法によると、入射赤外線を有効に利用しつつ、熱容量を低減して高感度の赤外線撮像素子を得ることができる。

（実施の形態１）
−赤外線撮像素子の構造−
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態１に係る赤外線撮像素子のI-I線における断面図、および平面図である。本実施の形態の赤外線撮像素子は、たとえば波長８〜１２μｍ（中心波長１０μｍ）の遠赤外線を用いたものである。しかし、本発明の赤外線撮像素子は、遠赤外線を用いたものに限定されるものではない。

赤外線撮像素子１０は、Ｓｉ基板１１を用いて形成されている。Ｓｉ基板１１の上には、第１，第２電極１２ａ，１２ｂと、反射膜１３と、保護膜１４とが形成されている。反射膜１３は、保護膜１４によって覆われている。第１，第２電極１２ａ，１２ｂの大部分は保護膜によって覆われているが、一部は保護膜１４の開口内に露出している。開口内において、第１，第２電極１２ａ，１２ｂの上には、第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂが形成されている。

第１，第２電極１２ａ，１２ｂおよび反射膜１３は、いずれも厚み２００ｎｍ程度のＡｌ膜から形成されている。保護膜１４は、厚み２００ｎｍ程度のシリコン酸化膜から形成されている。第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂは、厚み２００ｎｍ程度のＴｉ／Ａｕ膜から形成されている。Ａｕ膜は，後述する熱電部材とオーミック接触するための材料である。Ｔｉ膜は、ＡｕとＡｌとの密着性を高めるための材料である。

保護膜１４の上方には、空間３０が存在している。そして、空間３０の上方を覆うようにダイヤフラム部Ｄが設けられている。ダイヤフラム部Ｄには、絶縁支持膜１７と、配線１９と、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂと、熱吸収膜２２とが設けられている。

絶縁支持膜１７は、厚み２５０ｎｍ程度のシリコン窒化膜から形成されている。配線１９は、厚みが１００ｎｍ程度のＡｕ膜から形成されている。熱吸収膜２２は、厚みが３〜５ｎｍ程度のニッケルクロム膜または白金膜から形成されている。

図１（ｂ）に示されるように、絶縁支持膜１７および熱吸収膜２１は、平面形状が矩形である。また、配線１９は、幅が５μｍ程度の線材である。そして、絶縁支持膜１７は、ダイヤフラム部Ｄ全体を支持するものである。また、絶縁支持膜１７により、熱吸収膜２１の平板形状が、精度よく維持される。

配線２２の両端上には、熱電対を構成する第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂが接触している。第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂは、それぞれ基板上まで延びている。基板上で、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの端部は、第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂにそれぞれ接続されている。つまり、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂは、第１，第２電極１２ａ，１２ｂに電気的に接続されている。

第１熱電部材２０ａは、厚み０．５μｍ程度のＢｉ−ＴｅまたはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ膜から形成されている。第２熱電部材２０ｂは、厚み０．５μｍ程度のＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ膜から形成されている。Ｂｉ−Ｔｅ，Ｂｉ−Ｓｅ−ＴｅおよびＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅは、熱処理によってＡｕと容易にオーミック接触する材料である。

第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの配線１９に接続される端部は、温接点部Ｔha，Ｔhbである。第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂに接続される端部は、冷接点部Ｔca，Ｔｃcbである。

本実施の形態の赤外線撮像素子１０は、空間３０を挟んで、ダイヤフラム部Ｄを設けたダイヤフラム構造を有している。ダイヤフラム部Ｄは、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂ，熱吸収膜２２，絶縁支持膜１７等を有している。また、熱電部材２０ａ，２０ｂのみにより、ダイヤフラム部Dを支持する梁部材Hが構成されている。つまり、セルフサポート構造を有している。

赤外線が入射されると、熱吸収膜２２に吸収されて、図１（ｂ）に示すホットポイントＲht付近の温度が特に上昇する。熱吸収膜２２等を通過した赤外線は、赤外線反射膜１３によって反射され、熱吸収膜２２に再入射される。

ここで、空間３０の縦方向寸法は、赤外線の波長をλとすると、（１／４）λ付近に設定されている。つまり、反射赤外線と入射赤外線とが打ち消し合う干渉が生じる。この干渉を生じた赤外線同士が、熱吸収膜２２中の自由電子に吸収されて熱になる。この熱は、に伝わり、絶縁被覆膜１９の温度が上昇する。つまり、絶縁被覆膜１９に接触している温接点部Ｔha，Ｔhbの温度が上昇する。

このように、入射した赤外線をできるだけ有効に検知に利用しうる構造となっている。本実施の形態では、熱吸収膜２２と赤外線反射膜１３との間の距離は、２．５μｍ｛≒（１／４ｎ）×１０｝である。ここで、ｎは、熱吸収膜２２と赤外線反射膜１３との実効的な屈折率である。

温接点部Ｔha，Ｔhbの温度が上昇すると、冷接点部Ｔca，Ｔｃcbとの温度差に応じた電位差が第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂに生じる。つまり、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの電位差に応じた起電力が得られる。この起電力が第１，第２電極２０ａ，２０bから取り出され、電気信号としてＳｉ基板１１上の読み出し回路に送られる。この電気信号は、赤外線撮像素子１０が配置されている領域に入射された赤外線量を示している。そして、Ｓｉ基板１１上の多数の赤外線撮像素子１０からの電気信号に基づいて、外部回路で赤外画像が作成される。

−赤外線撮像素子の製造工程−
図２（ａ）〜（ｅ）および図３（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１に係る赤外線撮像素子の製造工程を示す断面図である。
まず、図２（ａ）に示す工程で、Ｓｉ基板１１上に、レジスト膜を堆積する（図示せず）。続いて、リソグラフィーにより、レジスト膜のうち、部材を形成する領域を開口する。次に、レジスト膜およびＳｉ基板１１の上に、スパッタにより、厚み２００ｎｍ程度のＡｌ膜を堆積する。次に、レジスト膜をアセトン等のエッチャントを用いて除去する。このリフトオフによって、Ｓｉ基板１１の上に、赤外線反射膜１３、および第１，第２電極１２ａ，１２ｂを形成する。赤外線反射膜１３は、Ａｌ膜のうち，素子中央部に位置する部分である。第１，第２電極１２ａ，１２ｂは、Ａｌ膜のうち，素子の両端から側方に延びる部分である。図示しないが、第１，第２電極１２ａ，１２ｂは、Ｓｉ基板１１上に延びて、撮像信号の供給配線につながっている。

次に、図２（ｂ）に示す工程で、スパッタにより、基板上に、ＳｉＯ_２からなる，厚み２００ｎｍ程度の保護膜１４を堆積する。保護膜１４は、Ｓｉ基板１１，赤外線反射膜１３、および第１，第２電極１２ａ，１２ｂを覆っている。保護膜１４のうち、赤外線反射膜１３の上方に位置する部分は、赤外線反射膜１３を保護する機能を果たしている。

次に、図２（ｃ）に示す工程で、スパッタにより、保護膜１４の上に、厚み１．５μｍ程度の感光性ポリイミド膜（レジスト膜）を順次堆積する。続いて、リソグラフィーにより、感光性ポリイミド膜をパターニングする。この感光性ポリイミド膜を、２００℃程度でハードベークして、犠牲層１５を形成する。犠牲層１５の立体形状は、第１，第２電極１２ａ，１２ｂの近傍に下端部を有する四角錐台である。

次に、図２（ｄ）に示す工程で、スパッタにより、基板全体に、厚みが２５０ｎｍ程度のシリコン窒化膜を堆積する。続いて、ＣＦ_４・ＣＨＦ_３・Ｏ_２を用いたＲＩＥにより、シリコン窒化膜をパターニングして、絶縁支持膜１７を形成する。絶縁支持膜１７は、犠牲層１５の上面および保護膜１４を覆っており、ダイヤフラム部Ｄの底壁となる。
絶縁支持膜１７のうち、第１，第２電極１２ａ，１２ｂの上方に位置する部分には、コンタクトホールが形成されている。また、犠牲層１５の斜面上では、絶縁支持膜１７が除去されている。

次に、図２（ｅ）に示す工程で、基板上に、スパッタにより、Ｔｉ膜およびＡｕ膜を連続して堆積する。Ａｕ／Ｔｉ膜の合計厚みは２００ｎｍ程度である。続いて、Ｃｌ_２を用いたＲＩＥにより、Ａｕ／Ｔｉ膜をパターニングする。これにより、ダイヤフラム部Ｄの絶縁支持膜１７の上に、幅が５μｍ程度の配線１９が形成される。同時に、第１，第２電極１２ａ，１２ｂの上に、第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂが形成される。

次に、図３（ａ）に示す工程で、リソグラフィーにより、基板全体に、第１熱電部材を形成する領域を開口したレジスト膜を形成する。続いて、スパッタにより、レジスト膜の上に、Ｂｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ）膜を堆積する。続いて、アセトン等により、レジスト膜を除去して、リフトオフ法により、第１熱電部材２０ａを形成する。同様のリフトオフ法により、Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅからなる第２熱電部材２０ｂを形成する。第１，第２熱電部材２０ａの各一端は、配線１９の各端部に接触している。第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂは、ダイヤフラム部Ｄから犠牲層１５の斜面を経て、Ｓｉ基板１１上まで延びている。第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの他端は、コンタクトホールを埋めて、第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂに接触している。

次に、図３（ｂ）に示す工程で、スパッタにより、基板全体に、厚みが３〜５ｎｍ程度のＮｉＣｒ膜を堆積する。ＮｉＣｒ膜に代えて、Ｐｔ膜を堆積してもよい。続いて、Ｃｌ_２・ＢＣｌ_３を用いたＲＩＥにより、ＮｉＣｒ膜をパターニングして、ダイヤフラム部Ｄに熱吸収膜２２を形成する。熱吸収膜２２は、各熱電部材２０ａ，２０ｂ，配線１９，および絶縁支持膜１７を覆っている。犠牲層１５の斜面上では、熱吸収膜２２は除去されている。

次に、図３（ｃ）に示す工程で、酸素プラズマを用いて、犠牲層１５を除去する。これにより、図１（ａ），（ｂ）に示す赤外線撮像素子１０が形成される。
その後、熱処理を行なって、各熱電部材２０ａ，２０ｂを構成するＢｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ），Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅの性能を向上させる。

本実施の形態の赤外線撮像素子１０によると、以下の作用効果が得られる。
１対の熱電部材２０ａ，２０ｂのみにより、配線１９，絶縁支持膜１７，熱吸収膜２２等が支持されている。つまり、いわゆるセルフサポート構造をしている。固体を介した基板への熱伝導は、各熱電部材２０ａ，２０ｂを経る経路だけであるので、放熱が抑制される。空間３０等の周囲は，通常は真空に保持されるので、放熱量は小さい。

加えて、ダイヤフラム部Ｄには、単一の絶縁層からなる絶縁支持膜１７だけが設けられているので、熱容量が低減する。単一の絶縁層からなる絶縁支持膜なので、熱吸収率を維持しうる下限の厚さ付近にすることができるからである。したがって、絶縁支持膜の熱容量を低減することにより、赤外線の検知感度も向上する。

一方、特許文献１のように、ダイヤフラム部Ｄに２枚の絶縁支持膜（窒化膜）を設けた場合、その合計厚さが厚くなる。反面、各窒化膜を薄くすると、熱吸収率が低下する。
それに対し、本発明では、絶縁支持膜の熱吸収率を高く維持しうる。よって、入射される赤外線を有効に利用しつつ、ダイヤフラム部Ｄの熱容量を低減して、高感度の撮像を行うことができる。

絶縁支持膜１７が、窒化シリコンからなる場合、絶縁支持膜の厚さが、４００ｎｍ未満であることが好ましい。窒化膜の熱吸収率を高く維持するためには、２００ｎｍ程度の厚みが必要である。特許文献１のごとく、２枚の窒化膜を設けた場合、熱吸収率を高く維持するためには、合計厚さが４００ｎｍ以上になる。それに対し、単一の窒化膜では、４００ｎｍ未満にして、熱吸収率を高く維持しつつ、熱容量を効果的に低減することができる。

本実施の形態では、熱吸収膜２２を通過した赤外線は、赤外線反射膜１３によって反射され、熱吸収膜２２に吸収される。その際、上述のように、空間３０の縦方向寸法の設計によって、反射赤外線と入射赤外線との干渉が生じる。そして、干渉により熱吸収膜２２に効率よく熱が吸収されるとともに、絶縁支持膜１７によっても熱が吸収される。よって、入射した赤外線をできるだけ有効に利用することができ、高い検知精度を発揮することができる。

本発明の第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂは、Ｂｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ），Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅに限定されるものではない。ただし、Ｂｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ），Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅを用いると、起電力を大きく確保でき、高い検出感度が得られる。

１対の熱電部材が、互いにオーミック接触可能な材料である場合は、配線１９は必要でない。その場合には、各熱電部材を絶縁支持膜１７の中央付近まで延ばして、互いに接触させればよい。

本実施の形態では、Ｂｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ），Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅを用いたので、配線１９にはＡｕ膜を用いている。熱電部材として他の材料を用いる場合には、当該材料とオーミック接触させうる配線材料を用いればよい。

（実施の形態２）
−赤外線撮像素子の構造−
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態２に係る赤外線撮像素子のIV-IV線における断面図、および平面図である。図４（ａ），（ｂ）において、実施の形態１と同じ部材については、同じ符号を付して、説明を省略する。

本実施の形態においては、単一の絶縁支持膜１７が、配線１９および各熱電部材２０ａ，２０ｂの上方に設けられている。配線１９および各熱電部材２０ａ，２０ｂの下方には、絶縁支持膜は存在しない。絶縁支持膜１７の厚みおよび材質は、実施の形態１と同じである。

−赤外線撮像素子の製造工程−
図５（ａ）〜（ｄ）および図６（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態２に係る赤外線撮像素子の製造工程を示す断面図である。
まず、図５（ａ）〜（ｃ）に示す工程で、実施の形態１における図２（ａ）〜（ｃ）と同じ工程を行う。

次に、図５（ｄ）に示す工程で、基板上に、スパッタにより、Ｔｉ膜およびＡｕ膜を連続して堆積する。Ａｕ／Ｔｉ膜の合計厚みは２００ｎｍ程度である。続いて、Ｃｌ_２を用いたＲＩＥにより、Ａｕ／Ｔｉ膜をパターニングする。これにより、犠牲層１５の上で、ダイヤフラム部Ｄの底部に、幅が５μｍ程度の配線１９が形成される。また、第１，第２電極１２ａ，１２ｂの上に、第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂが形成される。

次に、図６（ａ）に示す工程で、リソグラフィーにより、基板全体に、第１熱電部材を形成する領域を開口したレジスト膜を形成する。続いて、スパッタにより、レジスト膜の上に、Ｂｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ）膜を堆積する。続いて、アセトン等により、レジスト膜を除去して、リフトオフ法により、第１熱電部材２０ａを形成する。同様のリフトオフ法により、Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅからなる第２熱電部材２０ｂを形成する。第１，第２熱電部材２０ａの各一端は、配線１９の各端部に接触している。第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂは、ダイヤフラム部Dから犠牲造１５の斜面を経て、Ｓｉ基板１１上まで延びている。第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの他端は、コンタクトホールを埋めて、第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂに接触している。

次に、図６（ｂ）に示す工程で、スパッタにより、基板全体に、厚みが２５０ｎｍ程度のシリコン窒化膜を堆積する。続いて、ＣＦ_４・ＣＨＦ_３・Ｏ_２を用いたＲＩＥにより、シリコン窒化膜をパターニングして、ダイヤフラム部Ｄに、絶縁支持膜１７を形成する。絶縁支持膜１７は、配線および各熱電部材２０ａ，２０ｂを覆っている。
絶縁支持膜１７のうち、第１，第２電極１２ａ，１２ｂの上方に位置する部分には、コンタクトホールが形成されている。また、犠牲層１５の斜面上では、絶縁支持膜１７が除去されている。

次に、図６（ｃ）に示す工程で、スパッタにより、基板全体に、厚みが３〜５ｎｍ程度のＮｉＣｒ膜を堆積する。ＮｉＣｒ膜に代えて、Ｐｔ膜を堆積してもよい。続いて、Ｃｌ_２・ＢＣｌ_３を用いたＲＩＥにより、ＮｉＣｒ膜をパターニングして、ダイヤフラム部Ｄに熱吸収膜２２を形成する。熱吸収膜２２は、配線１９，各熱電部材２０ａ，２０ｂ，および絶縁支持膜１７を覆っている。犠牲層１５の斜面上では、熱吸収膜２２は除去されている。

次に、図６（ｄ）に示す工程で、ＸｅＦ_２ガスを用いて、犠牲層１５を除去する。これにより、図４（ａ），（ｂ）に示す赤外線撮像素子１０が形成される。

その後、熱処理を行なって、各熱電部材２０ａ，２０ｂを構成するＢｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ），Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅの性能を向上させる。

本実施の形態の赤外線撮像素子１０においても、ダイヤフラム部Ｄには、単一の絶縁層からなる絶縁支持膜１７が設けられている。よって、本実施の形態によっても、実施の形態１と同じ効果を発揮することができる。

（実施の形態３）
−赤外線撮像素子の構造−
図７（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態３に係る赤外線撮像素子のVII-VII線における断面図、および平面図である。図７（ａ），（ｂ）において、実施の形態１と同じ部材については、同じ符号を付して、説明を省略する。

本実施の形態においては、絶縁支持膜１７の一部が斜面に延びて、第１，第２斜面絶縁膜１７ａ，１７となっている。そして、第１，第２斜面絶縁膜１７ａ，１７ｂの上に、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂが形成されている。両者の幅は、ほぼ同じである。梁部材Hが、各熱電部材２０ａ，２０ｂの一部と、その下方の斜面絶縁膜１７ａ，１７ｂとによって構成されている。絶縁支持膜１７の厚みおよび材質は、実施の形態１と同じである。ただし、Ｂｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ），Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅからなる第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの厚みは、０．３μｍ程度でよい。

−赤外線撮像素子の製造工程−
図８（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３に係る赤外線撮像素子の製造工程を示す断面図である。本実施の形態においては、実施の形態１と同じ処理を行う工程については、図示を省略している。

図示しないが、まず、実施の形態１における図２（ａ）〜（ｃ）に示す工程と同じ処理を行う。

次に、図８（ａ）に示す工程で、スパッタにより、基板上に、厚みが２５０ｎｍ程度のシリコン窒化膜を堆積する。続いて、ＣＦ_４・ＣＨＦ_３・Ｏ_２を用いたＲＩＥにより、シリコン窒化膜をパターニングして、絶縁支持膜１７を形成する。絶縁支持膜１７は、犠牲層１５の上面および保護膜１４を覆っており、ダイヤフラム部Ｄの底壁となる。また、本実施の形態では、絶縁支持膜１７の一部である第１，第２斜面絶縁膜１７ａ，１７ｂを、犠牲層１５の斜面上に残す。斜面絶縁膜１７ａ，１７ｂは、後に形成する第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂとほぼ同じ幅を有している。
また、絶縁支持膜１７のうち、第１，第２電極１２ａ，１２ｂの上方に位置する部分には、コンタクトホールが形成されている。

次に、図８（ｂ）に示す工程で、基板上に、スパッタにより、Ｔｉ膜およびＡｕ膜を連続して堆積する。Ａｕ／Ｔｉ膜の合計厚みは２００ｎｍ程度である。続いて、Ｃｌ_２を用いたＲＩＥにより、Ａｕ／Ｔｉ膜をパターニングする。これにより、犠牲層１５の上で、ダイヤフラム部Ｄの底部に、幅が５μｍ程度の配線１９が形成される。また、第１，第２電極１２ａ，１２ｂの上に、第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂが形成される。

次に、図８（ｃ）に示す工程で、リソグラフィーにより、基板全体に、第１熱電部材を形成する領域を開口したレジスト膜を形成する。続いて、スパッタにより、レジスト膜の上に、Ｂｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ）膜を堆積する。続いて、アセトン等により、レジスト膜を除去して、リフトオフ法により、第１熱電部材２０ａを形成する。同様のリフトオフ法により、Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅからなる第２熱電部材２０ｂを形成する。

第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂは、ダイヤフラム部Ｄから犠牲層１５の斜面を経て、Ｓｉ基板１１上まで延びている。第１，第２熱電部材２０ａは、犠牲層１５の斜面上においては、第１，第２斜面絶縁膜１７ａ，１７ｂの上に形成される。これにより、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの各一部と、第１，第２斜面絶縁膜１７ａ，１７ｂとからなる梁部材Ｈが形成される。
また、第１，第２熱電部材２０ａの各一端は、配線１９の各端部に接触している。第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの他端は、絶縁支持膜１７のコンタクトホールを埋めて、第１，第２コンタクト１８ａ，１８ｂに接触している。

その後の工程の図示は省略するが、実施の形態１における図３（ｂ），（ｃ）と同じ処理を行う。これにより、図７（ａ），（ｂ）に示す赤外線撮像素子１０が形成される。
その後、熱処理を行なって、各熱電部材２０ａ，２０ｂを構成するＢｉ−Ｔｅ（またはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅ），Ｂｉ−Ｓｂ−Ｔｅの性能を向上させる。

本実施の形態の赤外線撮像素子１０においても、ダイヤフラム部Ｄには、単一の絶縁層からなる絶縁支持膜１７が設けられている。よって、本実施の形態によっても、実施の形態１と同じ効果を発揮することができる。
加えて、本実施の形態では、梁部材Ｈが、第１，第２斜面絶縁膜１７ａ，１７ｂをも含んでいる。しかも、工程数は、実施の形態１よりも増えることはない。よって、本実施の形態により、工程数を増やすことなく、実施の形態１よりも強い梁部材Ｈが得られる。

（その他の実施の形態）
実施の形態３における第１，第２斜面絶縁膜１７ａ，１７ｂを、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂの上方に形成してもよい。その場合には、実施の形態２における絶縁支持膜１７の一部を、第１，第２熱電部材２０ａ，２０ｂに残せばよい。

上記開示された本発明の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の赤外線撮像素子は、各種生体や発熱性機器，あるいはそれらの一部などを撮像する撮像装置に利用することができる。

（ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態１に係る赤外線撮像素子のI-I線における断面図、および平面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、実施の形態１に係る赤外線撮像素子の製造工程の前半部分を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１に係る赤外線撮像素子の製造工程の後半部分を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態２に係る赤外線撮像素子のIV-IV線における断面図、および平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態２に係る赤外線撮像素子の製造工程の前半部分を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態２に係る赤外線撮像素子の製造工程の後半部分を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態３に係る赤外線撮像素子のVII-VII線における断面図、および平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３に係る赤外線撮像素子の製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１０ 赤外線撮像素子
１１ Ｓｉ基板
１２ａ 第１電極
１２ｂ 第２電極
１３ 赤外線反射膜
１４ 保護膜
１５ 犠牲層
１７ 絶縁支持膜
１７ａ 第１斜面絶縁膜
１７ｂ 第２斜面絶縁膜
１８ａ 第１コンタクト
１８ｂ 第２コンタクト
１９ 配線
２０ａ 第１熱電部材
２０ｂ 第２熱電部材
２２ 熱吸収膜

Claims (7)

1. 基板上に空間を挟んで設けられたダイヤフラム部を備えた赤外線撮像素子であって、
   前記ダイヤフラム部に配置された熱吸収膜と、
   前記ダイヤフラム部に配置され、前記熱吸収膜を支持する絶縁支持膜と、
   前記基板の前記熱吸収膜下方に位置する領域に配置された赤外線反射膜と、
   前記ダイヤフラム部に温接点部を、前記基板上に冷接点部を、それぞれ有し、温接点部同士、冷接点部同士が直接または間接的に接続された熱電部材と、
   前記基板上で、前記ダイヤフラム部を支持する梁部材とを備え、
   前記梁部材は、前記熱電部材を含んでおり、
   前記絶縁支持膜は、単一の絶縁層によって構成されている、赤外線撮像素子。
2. 請求項１記載の赤外線撮像素子において、
   前記絶縁支持膜は、窒化シリコンにより構成されている、赤外線撮像素子。
3. 請求項１または２記載の赤外線撮像素子において、
   前記絶縁支持膜の厚さは、４００ｎｍ未満である、赤外線撮像素子。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の赤外線撮像素子において、
   前記梁部材は、前記絶縁支持膜と同時に堆積された絶縁層を含んでいる、赤外線撮像素子。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の赤外線撮像素子において、
   前記１対の熱電部材のうち、一方はＢｉ−ＴｅまたはＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅからなり、他方はＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅからなる、赤外線撮像素子。
6. 基板上に赤外線反射膜を形成する工程（ａ）と、
   前記基板および赤外線反射膜の上に、上面および側面を有する島状の犠牲層を形成する工程（ｂ）と、
   前記基板と、前記犠牲層の側面および上面に亘る領域に、１対の熱電部材を形成する工程（ｃ）と、
   前記工程（ｂ）の後、前記工程（ｃ）の前または後のいずれか一方の時点で、前記犠牲層の上面上に、単一の絶縁層からなる絶縁支持膜を形成する工程（ｄ）と、
   前記各熱電部材および絶縁支持膜の上に、熱吸収膜を形成する工程（ｅ）と、
   前記犠牲層を除去する工程（ｆ）と、
   を含む赤外線撮像素子の製造方法。
7. 請求項６記載の赤外線撮像素子の製造方法において、
   前記工程（ｄ）では、前記絶縁支持膜のうち、前記犠牲層の側面上の熱電対に接する部分を残存させる、赤外線撮像素子の製造方法。

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