JP5255873B2 - 光検出器 - Google Patents

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Description

本発明は、光検出器に関するものである。
従来、光検出器として、温度によって抵抗値が変化する材料を用いて赤外線を検知する、いわゆるボロメータ型の赤外線検出器が知られている。このボロメータ型の赤外線検出器として、例えば特許文献１には、入射された赤外線を感知するボロメータ素子と、使用環境の変化により生じる温度変化を検出するリファレンス素子とを備え、両者が出力する信号を用いて、使用環境の変化により生じる温度変化の影響を除いた信号を算出し、赤外線を検出するものが開示されている。特許文献１記載の赤外線検出器は、熱容量体であるシリコン基板上に空洞を介して支持されたボロメータ薄膜を有するボロメータ素子と、シリコン基板上に犠牲層を介して形成されたボロメータ薄膜を有するリファレンス素子とを備えている。
特開平１０−２２７６８９号公報
しかしながら、特許文献１記載の赤外線検出器にあっては、リファレンス素子の犠牲層の材料として、熱伝導率が小さくかつ熱容量が大きいものが用いられるため、使用環境における温度変化の影響の低減が不十分となるおそれがある。
一方、使用環境における温度変化への応答性を向上すべく、リファレンス素子において犠牲層を薄くすると、ボロメータ素子とリファレンス素子との高さが大きく異なる構成となるため、例えば露光によるパターニングの際に焦点深度の制御が難しく、微細なパターンの形成が困難となり、赤外線検出器の小型化が妨げられるおそれがある。
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、使用環境における温度変化の影響を十分に低減しつつ、小型化を図ることができる光検出器を提供することを目的とする。
すなわち本発明に係る光検出器は、基板の表面から離間して基板の表面上に支持された第１ボロメータ膜と、複数の電極プラグによって基板の表面から離間して基板の表面上に支持された第２ボロメータ膜と、第２ボロメータ膜の基板側の表面に絶縁膜を介して形成された第１金属膜と、第１金属膜及び基板と熱的に接続された複数の金属柱と、を備え、複数の金属柱は、複数の電極プラグにより第２ボロメータ膜が基板の表面から離間して基板の表面上に支持されることによって形成された第２ボロメータ膜及び絶縁膜と基板との間の領域に形成される。
本発明に係る光検出器においては、絶縁膜、第１金属膜及び金属柱を介して第２ボロメータ膜が基板と接続されている。このため、第２ボロメータ膜をリファレンス素子のボロメータ膜として採用する場合において、赤外線により発生した第２ボロメータ膜の熱が絶縁膜、第１金属膜及び金属柱を介して基板へ効率良く放熱されるので、使用環境の変化によって発生する温度変化のみを正確に測定することができる。結果、使用環境における温度変化の影響を効率良く低減することが可能となる。さらに、リファレンス素子の熱を効率良く基板に放熱するために犠牲層の厚みを薄くする必要性が無くなるため、例えば露光によるパターニングをする場合に焦点深度の制御が容易となり、微細なパターンの形成が容易となる結果、小型化を図ることが可能となる。
ここで、基板の表面において第２ボロメータ膜と対向する領域には、第２金属膜が形成されており、金属柱は、第１金属膜及び第２金属膜と接続されていることが好適である。
このように、第２金属膜を金属柱と基板との間に介在させることで、第２ボロメータ膜をリファレンス素子のボロメータ膜として採用する場合において、金属柱と基板との熱的な接触面積を大きくすることができる。よって、入射した赤外線によって第２ボロメータ膜に発生した熱を一層効率良く基板へ放熱することができる。
また、基板の表面において第１ボロメータ膜と対向する領域には、第３金属膜が形成されていることが好適であり、このように構成することで、第１ボロメータ膜をボロメータ素子のボロメータ膜として採用する場合において、第１ボロメータ膜を透過した赤外線を第３金属膜によって第１ボロメータ膜側に反射させ第１ボロメータ膜へ再度入射させることができるため、赤外線によって発生する熱を効率良く計測することができる。
また、第１ボロメータ膜及び第２ボロメータ膜は、基板の表面と略平行であって略同一の平面上に位置することが好適であり、このように構成することで、例えば露光によるパターニングをする場合に焦点深度の制御を一層容易とすることができる。
本発明によれば、光検出器において、使用環境における温度変化の影響を効率的に低減しつつ、小型化を図ることができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本発明の実施形態に係る光検出器は、温度によって抵抗値が変化する材料を用いて赤外線を検出する、いわゆるボロメータ型の赤外線検出器であって、赤外イメージャやサーモグラフィー等に好適に用いられるものである。最初に、本実施形態に係る赤外線検出器の構成を説明する。図１は、本発明に係る光検出器の一実施形態である赤外線検出器の平面図、図２は、図１の赤外線検出器の画素部の一部を拡大した平面図、図３は、図１の赤外線検出器の１画素の構成を示す斜視図、図４は、図１の赤外線検出器の画素部における１画素の構成を示す平面図、図５は、図１の赤外線検出器のリファレンス画素部における１画素の構成を示す平面図、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面及び図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を組み合わせた赤外線検出器の模式的な断面図である。
図１に示すように、赤外線検出器１は、赤外線を熱変化により検出する検出器であって、基板１０と、基板１０上に形成され赤外線受光器として機能する画素部１２と、基板１０上に形成され使用環境による影響を計測するリファレンス画素部１３と、及び信号処理回路部１４と、を備えて構成されている。画素部１２及びリファレンス画素部１３は、それぞれ信号処理回路部１４と電気的に接続されている。基板１０は、例えばＳｉ基板が用いられる。なお、以下では、Ｓｉ基板の表面に熱酸化層や下地層が形成される場合には、これらの層も含んだものを基板１０と称する。
図２に示すように、画素部１２は、基板１０上に複数の画素（ボロメータ素子１１）を２次元アレイ化することにより形成され、いわゆる表面マイクロマシンとされている。画素を構成するボロメータ素子１１は、図３，４に示すように、基板１０の表面に形成されたＲＯＩＣ（Read Only IC）パッド１６，１７と、ＲＯＩＣパッド１６，１７上にそれぞれ形成された電極プラグ１８，１９と、基板１０の表面から離間して配置されたボロメータ薄膜（第１ボロメータ膜）１５とを備えて構成されている。
ＲＯＩＣパッド１６，１７は、導電性を有する矩形状のパッドであり、信号処理回路部１４と電気的に接続されている。電極プラグ１８，１９は、ＲＯＩＣパッド１６，１７上に積層方向に延びるように略円柱状に形成され、ＲＯＩＣパッド１６，１７と電気的に接続されている。電極プラグ１８，１９は、導電性を有する材料からなり、例えばＡｌが用いられる。
ボロメータ薄膜１５は、基板１０と略平行に配置された薄膜であって、赤外線を受光する矩形平面の受光部１５ａと、受光部１５ａの角部１５ｂ，ｃに形成された梁部１５ｄ，１５ｅとを有している。梁部１５ｄ，１５ｅは、角部１５ｂ，ｃを起点に受光部１５ａの外周に沿って延び、対向して形成されている。そして、受光部１５ａと梁部１５ｄ，１５ｅとの間は、スリット１５ｆ，１５ｇを介してそれぞれ空間的に隔てられており、熱的に分離されている。ボロメータ薄膜１５は、温度変化による抵抗率変化が大きい材料が用いられ、例えば、アモルファスシリコンが用いられる。
また、ボロメータ薄膜１５の梁部１５ｄ，１５ｅには、受光部１５ａと電気的に接続される配線１５ｈ，１５ｉが、梁部１５ｄ，１５ｅの形状に沿って設けられている。そして、図３，６に示すように、ボロメータ薄膜１５は、梁部１５ｄ，１５ｅのそれぞれの一端部が電極プラグ１８，１９と接続することで基板１０の表面上に支持されており、ボロメータ薄膜１５と基板１０との間には、空隙１１ａが画成されている。そして、図４に示すように、梁部１５ｄ，１５ｅの配線１５ｈ，１５ｉが電極プラグ１８，１９にそれぞれ電気的に接続されている。これにより、配線１５ｈ，１５ｉは、電極プラグ１８，１９及びＲＯＩＣパッド１６，１７を介して信号処理回路部１４と電気的に接続されている。
また、図６に示すように、ボロメータ薄膜１５の基板１０側の表面には、絶縁膜３０が形成されている。絶縁膜３０としては、例えば、ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）を原料としたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成されたシリコン酸化膜が用いられる。そして、ボロメータ素子１１の基板１０の表面において、ボロメータ薄膜１５と対向する領域には、反射膜（第３金属膜）２０が積層されている。この反射膜２０は、赤外線に対する反射率が大きい金属が用いられる。
このように、ボロメータ素子１１は、ボロメータ薄膜１５が基板１０の表面から離間して基板１０と略平行に配置される構成（メンブレン構成）とされ、ボロメータ薄膜１５と基板１０との間は、空隙１１ａにより空間的に隔てられて熱的に分離された構成とされている。そして、ボロメータ薄膜１５の受光部１５ａの温度変化による抵抗率変化を、配線１５ｈ，１５ｉ、電極プラグ１８，１９及びＲＯＩＣパッド１６，１７を介して信号処理回路部１４で読み取ることができる構成とされている。
一方、リファレンス画素部１３は、基板１０上に複数の画素（リファレンス素子２１）を２次元アレイ化することにより形成され、各画素はいわゆるオプティカルブラックとされている。画素を構成するリファレンス素子２１は、図５，６に示すように、ボロメータ素子１１とほぼ同様に構成され、ボロメータ素子１１と比べて、放熱用金属膜（第１金属膜）２３、基板側放熱用金属膜（第２金属膜）２４、及び複数の金属柱２５を備える点で相違する。なお、ボロメータ素子１１と同一の構成であるＲＯＩＣパッド２６，２７及び電極プラグ２８，２９については、説明を省略する。
ボロメータ薄膜（第２ボロメータ膜）２２は、ボロメータ薄膜１５と同一構成の受光部２２ａ、梁部２２ｄ，２２ｅ、配線２２ｈ，２２ｉ及びスリット２２ｆ，２２ｇを有している。そして、図６に示すように、ボロメータ薄膜２２及びボロメータ薄膜１５は、基板１０の表面と略平行であって略同一の平面上に位置している。ここで、略同一の平面とは、積層方向において、後述する放熱用金属膜２３の厚さの差を含む範囲の平面のことであって、例えば±１μｍ程度の範囲内の平面をいう。
また、受光部２２ａの基板１０側の表面には、矩形平面状の放熱用金属膜２３が絶縁膜３１を介して形成されている。この絶縁膜３１は、ボロメータ素子１１の絶縁膜３０と同様な材料で構成されている。また、放熱用金属膜２３として、例えばＡｌ、Ｃｕ又はＷが用いられる。
そして、放熱用金属膜２３と基板１０との間には、複数の金属柱２５が形成されている。金属柱２５は、金属からなり積層方向に延びる円柱であって、積層方向に直交する方向に一定の間隔で離間して形成されている。金属柱２５は、放熱用金属膜２３及び基板１０と熱的に接続されている。金属柱２５として、例えばＡｌ、Ｃｕ又はＷが用いられる。なお、金属柱２５及び放熱用金属膜２３は、一体形成されていてもよい。また、リファレンス素子２１の基板１０の表面側において、ボロメータ薄膜２２の受光部２２ａと対向する領域には、矩形平面状の基板側放熱用金属膜２４が形成されている。基板側放熱用金属膜２４は、複数の金属柱２５の断面積よりも大きな面積を有し、金属柱２５及び基板１０と熱的に接続されている。基板側放熱用金属膜２４は、金属からなり、例えばＡｌ、Ｃｕ又はＷが用いられる。
このように、リファレンス素子２１は、ボロメータ薄膜２２の赤外線入射に伴う温度変化によって発生する熱を、絶縁膜３１、放熱用金属膜２３、金属柱２５及び基板側放熱用金属膜２４を介して基板１０へ放熱することができる構成とされている。そして、ボロメータ薄膜２２の環境変化等の温度変化による抵抗率変化を、配線２２ｈ，２２ｉ、電極プラグ２８，２９及びＲＯＩＣパッド２６，２７を介して信号処理回路部１４で読み取ることができる構成とされている。
また、図１に示す信号処理回路部１４は、基板１０に設けられた読み出し用の回路であって、画素部１２及びリファレンス画素部１３の出力信号を読み出して、画素部１２の出力信号からリファレンス画素部１３の出力信号を減算する機能を有している。以下、読み出し回路について図７，８を用いて具体的に説明する。図７，８は、信号処理回路部１４の読み出し回路を示す回路図である。最初に、説明理解の容易性を考慮し、ボロメータ素子１１及びリファレンス素子２１をそれぞれ一つ備える最小構成の赤外線検出器を例に説明する。この最小構成の場合、例えば図７に示す積分回路を用いて、出力電圧Ｖｏｕｔを測定する。この出力電圧Ｖｏｕｔは、ボロメータ素子１１の受光部１５ａに流れるボロメータ電流Ｉ（Ｒｂ）からリファレンス素子２１の受光部２２ａに流れるリファレンス抵抗電流Ｉ（Ｒref）を減算したチャージアンプ入力電流をＩｐ、コンデンサの積分容量をＣｆとすると、以下式（１）で表される。
Ｖｏｕｔ−Ｖｉｎｐ＝−Ｉｐ・ｔ／Ｃｆ …（１）
信号処理回路部１４は、式（１）を用いて、抵抗値の変化を出力電圧Ｖｏｕｔの変化に変換し、この電気信号を基に赤外線を検出する。次に、複数のボロメータ素子１１及び一つのリファレンス素子２１からなる赤外線検出器の場合を説明する。この場合には、例えば、図８の回路図に示すように、シフトレジスタＳＲを用いて、各ボロメータ電流Ｉ（Ｒｂｎ）（ｎ：整数）に対応するチャージアンプ入力電流Ｉｐに基づいた出力電圧Ｖｏｕｔを測定する。そして、この電気信号を基に、赤外線を検出する。
次に、上記構成の赤外線検出器１の動作を説明する。まず、赤外線検出器１に赤外線が入射されると、ボロメータ素子１１の受光部１５ａにおいて赤外線が吸収され熱となる。ここで、受光部１５ａは、スリット１５ｆ，１５ｇ及びボロメータ薄膜１５と基板１０との間に形成された空隙１１ａによって熱的に分離されている。このため、受光部１５ａにおいて発生した熱は、周囲に放熱されることなく受光部１５ａの温度を上昇させ、温度上昇に応じて受光部１５ａの抵抗値を変化させる。このような抵抗値の変化は、受光部１５ａと電気的に接続された配線１５ｈ，１５ｉ、電極プラグ１８，１９及びＲＯＩＣパッド１６，１７を介して信号として信号処理回路部１４へ送られる。
また、ボロメータ薄膜１５に入射した赤外線の一部が受光部１５ａにおいて吸収されず透過した場合であっても、透過した赤外線は反射膜２０により反射され、再度、受光部１５ａへ入射される。再度入射した赤外線は、受光部１５ａにおいて吸収され熱となる。これにより、効率良く赤外線の吸収を行うことができる。
一方、赤外線検出器１に赤外線が入射されると、ボロメータ素子１１と同様にリファレンス素子２１にも赤外線が入射され、リファレンス素子２１の受光部２２ａにおいて赤外線が吸収され熱となる。ここで、受光部２２ａは、絶縁膜３１を介して放熱用金属膜２３、金属柱２５、基板側放熱用金属膜２４及び基板１０と熱的に接続されている。このため、赤外線の入射により受光部１５ａにおいて発生した熱は、絶縁膜３１、放熱用金属膜２３、金属柱２５及び基板側放熱用金属膜２４の順に伝導し、基板１０へ放熱される。このため、赤外線検出器１の環境変化に伴う温度変化によって発生した熱のみが、受光部２２ａの抵抗値を変化させる。このような環境変化に伴う抵抗値の変化は、受光部２２ａと電気的に接続された配線２２ｈ，２２ｉ、電極プラグ２８，２９及びＲＯＩＣパッド２６，２７を介して信号として信号処理回路部１４へ送られる。
そして、信号処理回路部１４において、受光部１５ａ，２２ａの抵抗値の変化が電圧変化に変換され、この電気信号を基に、赤外線が検出される。
このように、赤外線検出器１においては、リファレンス素子２１において、絶縁膜３１、放熱用金属膜２３及び金属柱２５を介してボロメータ薄膜２２が基板１０と接続されている。このため、赤外線により発生したボロメータ薄膜２２の受光部２２ａの熱が絶縁膜３１、放熱用金属膜２３、複数の金属柱２５、基板側放熱用金属膜２４を介して基板１０へ効率良く放熱されるので、使用環境の変化によって発生する温度変化のみを正確に測定することができる。結果、使用環境における温度変化の影響を効率良く低減することが可能となる。
また、リファレンス素子２１において、基板側放熱用金属膜２４を金属柱２５と基板１０との間に介在させることで、金属柱２５と基板１０との熱的な接触面積を大きくすることができる。よって、入射した赤外線によってボロメータ薄膜２２に発生した熱を一層効率良く基板１０へ放熱することができる。
また、リファレンス素子２１において、受光部２２ａ及び基板１０を熱的に接続する部材が、複数の柱状体の金属柱２５で構成されている。このため、受光部２２ａ及び基板１０を熱的に接続する部材を一塊の金属で構成する場合に比べて、受光部２２ａと金属柱２５との間、あるいは基板１０と金属柱２５との間の熱膨張率差によりボロメータ薄膜１５に応力がかかることを防ぐことができ、結果、ボロメータ薄膜１５にクラックが発生することを防止することができる。
また、リファレンス素子２１において、金属柱２５及び放熱用金属膜２３が一体的に形成される場合には、基板１０と伝熱体との間の熱膨張率差により発生する応力を分散させることが可能となり、結果、ボロメータ薄膜１５にクラックが発生することを防止することができる。
さらに、リファレンス素子２１とボロメータ素子１１との形状が類似するため、両素子間の形状相違による抵抗差を少なくすることができるので、リファレンス素子として好適に採用することができる。
次に、本実施形態に係る赤外線検出器１の製造方法について説明する。なお、リファレンス素子２１の製造工程は、ボロメータ素子１１の製造工程を含むため、以下ではリファレンス素子２１の製造工程を中心に説明する。図９〜図１４は、図１に示す赤外線検出器１におけるリファレンス素子２１の製造工程を示す側断面図である。
まず、図９の（ａ）に示すように、基板熱酸化工程を行う。この工程では、Ｓｉ基板１００の表面を酸化して、Ｓｉ基板１００上に熱酸化膜１０１を形成する。熱酸化膜１０１の膜厚は、例えば０．７μｍである。
次に、図９の（ｂ）に示すように、第１電極形成工程を行う。この工程では、リファレンス素子２１のＲＯＩＣパッド２６、２７及び電極パッド３３を熱酸化膜１０１上に形成する。例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉを１μｍ積層し、フォトレジストによるマスク処理後、エッチングによりＲＯＩＣパッド２６、２７及び電極パッド３３を形成する。エッチングは、均一性よく形成するために、好ましくはドライエッチング法が用いられる。また、ウェットエッチング法で行われてもよい。
次に、図９の（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２積層工程を行う。この工程では、熱酸化膜１０１、ＲＯＩＣパッド２６、２７及び電極パッド３３上にＳｉＯ２膜１０２を積層する。例えば、プラズマＣＶＤによってＳｉＯ２膜１０２を１μｍ積層する。なお、ここでは、Ｓｉ基板１００、熱酸化膜１０１及びＳｉＯ２膜１０２を基板１０としている。
次に、図１０の（ｄ）に示すように、開口形成工程を行う。この工程では、ＲＯＩＣパッド２６、２７及び電極パッド３３の上部のＳｉＯ２膜１０２に、開口１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃをそれぞれ形成する。例えば、ＳｉＯ２膜１０２にフォトレジストによるマスク処理をし、エッチングによりＳｉＯ２膜１０２を除去して開口１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを形成する。
次に、図１０の（ｅ）に示すように、第２電極形成工程を行う。この工程では、ＲＯＩＣパッド２６、２７及び電極パッド３３と同一材料の金属層を形成し、フォトレジストによるマスク処理後、エッチングによりパターニングし、ＲＯＩＣパッド２６、２７、電極パッド３３及び基板側放熱用金属膜２４を形成する。すなわち、第１電極形成工程で形成したＲＯＩＣパッド２６、２７、電極パッド３３と、第２電極形成工程で形成したＲＯＩＣパッド２６、２７、電極パッド３３とをそれぞれ一体化すると共に、ＲＯＩＣパッド２６、２７、電極パッド３３の上面が、開口１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを介してＳｉＯ２膜１０２上に位置するように形成する。そして、ＲＯＩＣパッド２６、２７、電極パッド３３及び基板側放熱用金属膜２４の上面が同一平面に位置するように形成する。このように、ＲＯＩＣパッド２６、２７、電極パッド３３及び基板側放熱用金属膜２４の上面を同一平面とするように形成することで、リファレンス素子２１のメンブレン構造が平坦化される。
次に、図１０の（ｆ）に示すように、犠牲層塗布工程を行う。この工程では、犠牲層３６を塗布により形成する。犠牲層３６として、例えばポリイミドが用いられ、その膜厚は例えば２．５μｍである。
次に、図１１の（ｇ）に示すように、ダミー画素作成工程を行う。この工程では、最初に、開口を形成するための前処理として、保護層３４を積層する。例えば、アモルファスシリコンを積層して保護層３４を形成する。また、ＴＥＯＳ−ＳｉＯ２（ＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ装置により形成されるＳｉＯ２膜）を積層して保護層３４を形成してもよい。この保護層３４として、例えば５０ｎｍ積層する。次に、フォトレジストによるマスク処理後、エッチングにより、保護層３４及び犠牲層３６を貫通する開口３６ａを複数形成する。開口３６ａは、極力小さい内径となるように形成され、例えば内径が２μｍ、開口３６ａ間のピッチは２〜５μｍである。そして、開口３６ａ形成後、犠牲層３６を除去する。例えば、犠牲層３６としてアモルファスシリコンを用いた場合には、ＸｅＦ２を用いて除去し、犠牲層３６としてＴＥＯＳ−ＳｉＯ２を用いた場合には、ＨＦを用いて除去する。
次に、図１１の（ｈ）に示すように、金属柱形成工程を行う。この工程では、ダミー画素作成工程により形成された開口３６ａの内部及び犠牲層３６の上面に、金属膜３５を形成する。例えばスパッタによりＡｌ、Ｃｕ又はＷを１μｍ積層して金属膜３５を形成する。これにより、開口３６ａの内部に金属柱２５が形成される。金属柱２５は、例えば外径が２μｍであり、ピッチが２〜５μｍである。ここで、ダミー画素作成工程において、開口３６ａの内径を極力小さく形成しているため、例えば、図１５の（ａ）に示すように、金属柱２５の外径（すなわち、開口３６ａの内径）が大きい場合に比べて、図１５の（ｂ）に示すように、金属柱２５の上部に連続する金属膜３５を平坦化できる。これにより、メンブレン構造を平坦化すべく金属柱形成工程の後に平坦化工程（エッチバック工程）をする必要がなくなり、製造コストを低減できる。さらに、金属柱２５の外径を小さく形成することで、使用する金属も少量で済むため、材料コストを低減することができる。
次に、図１１の（ｉ）に示すように、放熱用金属膜形成工程を行う。この工程では、フォトレジストによるマスク処理及び金属膜３５をエッチングすることにより、金属柱２５の上部に放熱用金属膜２３を形成する。このように、金属柱２５及び放熱用金属膜２３を一体的に形成するため、基板１０と金属柱２５との間の熱膨張率差により発生する応力を分散させることが可能となり、結果、ボロメータ薄膜１５にクラックが発生することを防止することができる。
次に、図１２の（ｊ）に示すように、絶縁膜積層工程を行う。この工程では、絶縁膜３１として例えばＴＥＯＳ−ＳｉＯ２を１００ｎｍ積層する。その後、図１２の（ｋ）に示すように、ボロメータ薄膜積層工程を行う。この工程では、ボロメータ薄膜２２として例えばアモルファスシリコンを１００ｎｍ積層する。その後、図１２の（ｌ）に示すように、電極用金属膜積層工程を行う。この工程では、電極用金属膜３８を積層する。電極用金属膜３８として、例えばＷＳｉ又はＴｉを５０ｎｍ積層する。なお、電極用金属膜３８を１００ｎｍ積層してもよい。
次に、図１３の（ｍ）に示すように、上部電極形成工程を行う。この工程では、電極用金属膜３８をフォトレジストによるマスク処理後パターニングして上部電極３８を形成する。その後、図１３の（ｎ）に示すように、開口形成工程を行う。この工程では、ＲＯＩＣパッド２６、２７の上部の層に開口３９，４０をそれぞれ形成し、基板側放熱用金属膜２４とＲＯＩＣパッド２６、２７との間に位置する基板１０上の層に開口４１，４２をそれぞれ形成し、電極パッド３３の上部の層を除去する。
次に、図１３の（ｏ）に示すように、電極プラグ形成工程を行う。この工程では、スパッタ又は真空蒸着により金属を積層し、その後、リフトオフにより開口３９，４０に電極プラグ２８，２９をそれぞれ形成する。例えばＡｌを用いて電極プラグ２８，２９を形成する。これにより、上部電極３８及び電極プラグ２８，２９はそれぞれ一体化される。
次に、図１４の（ｐ）に示すように、下部電極形成工程を行う。この工程では、電極用金属膜をフォトレジストによるマスク処理後、リフトオフによりパターニングして下部電極３２を形成する。下部電極３２には、例えば、ＲＯＩＣパッド２６，２７と信号処理回路１４とを接続する配線が含まれる。その後、図１４の（ｑ）に示すように、犠牲層除去工程を行う。この工程では、例えばポリイミドからなる犠牲層３６をＯ２によりアッシングする。このように、犠牲層３６を完全に除去することで、プロセスにおける熱処理等により、犠牲層３６から不要なガスが発生することを防止することができる。
図９〜図１４に示す工程を行うことで、赤外線吸収による熱を好適に基板１０に放熱することができるリファレンス素子２１を製造することができる。なお、ボロメータ素子１１を製造する場合には、ダミー画素作成工程、金属柱形成工程及び放熱用金属膜形成工程は不要である。ここで、ボロメータ素子１１及びリファレンス素子２１は、同一の基板１０上に同時に製造可能である。この場合には、ボロメータ薄膜１５及びボロメータ薄膜２２は、基板１０の表面と略平行であって略同一の平面上に位置するため、露光によるパターニングの際に焦点深度の制御を容易とすることができ、結果、赤外線検出器１の小型化を図ることが可能となる。さらに、このように製造する場合には、画素部１２及びリファレンス画素部１３における抵抗率の均一性も向上するため、リファレンス素子としての機能を向上させることができる。そして、独立して製造した信号処理回路部１４を、ボロメータ素子１１からなる画素部１２、及びリファレンス素子２１からなるリファレンス画素部１３に接続して赤外線検出器１が完成する。
なお、上述した実施形態は、本発明に係る赤外線検出器の一例を示すものである。本発明に係る赤外線検出器は、実施形態に係る赤外線検出器に限られるものではなく、実施形態に係る赤外線検出器を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
例えば、上記実施形態では、基板側放熱用金属膜２４を有するリファレンス素子２１を備えた赤外線検出器１を説明したが、図１６に示すように、リファレンス素子２１に基板側放熱用金属膜２４を有さない場合であってもよい。このように構成した場合には、受光部２２ａにおいて赤外線により発生した熱が、絶縁膜３１、放熱用金属膜２３、金属柱２５の順に伝導し、基板１０へ放熱される。このため、上記実施例と同様に、リファレンス素子２１が環境変化等による温度変化を正確に検出し、使用環境における温度変化の影響を効率良く低減することができると共に、小型化を図ることが可能となる。
また、上記実施形態では、反射膜２０を有するボロメータ素子１１を備えた赤外線検出器１を説明したが、図１７に示すように、ボロメータ素子１１に反射膜２０を有さない場合であってもよい。このように構成した場合であっても、リファレンス素子２１の受光部２２ａにおいて赤外線により発生した熱が、絶縁膜３１、放熱用金属膜２３、金属柱２５、基板側放熱用金属膜２４の順に伝導し、基板１０へ放熱される。このため、上記実施例と同様に、リファレンス素子２１が環境変化等による温度変化を正確に検出し、使用環境における温度変化の影響を効率良く低減することができると共に、小型化を図ることが可能となる。
また、上記実施形態では、基板側放熱用金属膜２４を有するリファレンス素子２１、及び反射膜２０を有するボロメータ素子１１を備えた赤外線検出器１を説明したが、図１８に示すように、リファレンス素子２１に基板側放熱用金属膜２４を有さず、ボロメータ素子１１に反射膜２０を有さない場合であってもよい。このように構成した場合であっても、リファレンス素子２１の受光部２２ａにおいて赤外線により発生した熱が、絶縁膜３１、放熱用金属膜２３、金属柱２５の順に伝導し、基板１０へ放熱される。このため、上記実施例と同様に、リファレンス素子２１が環境変化等による温度変化を正確に検出し、使用環境における温度変化の影響を効率良く低減することができると共に、小型化を図ることが可能となる。
さらに、上記実施形態では、金属柱２５が円柱で形成される場合を説明したが、金属柱２５の断面が矩形や三角形となる柱状であってもよく、このような場合であっても、使用環境における温度変化の影響を効率良く低減することができると共に、小型化を図ることが可能となる。
本発明に係る光検出器の一実施形態である赤外線検出器の構成を示す平面図である。 図１の赤外線検出器の画素部の一部拡大平面図である。 図１の赤外線検出器の画素部におけるボロメータ素子の斜視図である。 図１の赤外線検出器の画素部におけるボロメータ素子の平面図である。 図１の赤外線検出器のリファレンス画素部におけるリファレンス素子の平面図である。 図４，５のＶＩ−ＶＩ線に沿った組合せ断面図である。 図１に示す信号処理回路部の回路図である。 図１に示す信号処理回路部の回路図である。 図６に示すリファレンス素子の基板熱酸化工程、第１電極形成工程及びＳｉＯ２積層工程を示す断面図である。 図６に示すリファレンス素子の開口形成工程、第２電極形成工程及び犠牲層塗布工程を示す断面図である。 図６に示すリファレンス素子のダミー画素作成工程、金属柱形成工程及び放熱用金属膜形成工程を示す断面図である。 図６に示すリファレンス素子の絶縁膜積層工程、ボロメータ薄膜積層工程及び電極用金属膜積層工程を示す断面図である。 図６に示すリファレンス素子の上部電極形成工程、開口形成工程及び電極プラグ形成工程を示す断面図である。 図６に示すリファレンス素子の下部電極形成工程及び犠牲層除去工程を示す断面図である。 図１１に示す金属柱の効果を説明する概要図である。 図１に示す赤外線検出器の変形例である。 図１に示す赤外線検出器の変形例である。 図１に示す赤外線検出器の変形例である。
符号の説明
１…赤外線検出器（光検出器）、１０…基板、１５…ボロメータ薄膜（第１ボロメータ薄膜），２２…ボロメータ薄膜（第２ボロメータ膜）、２０…反射膜（第３金属膜）、２３…放熱用金属膜（第１金属膜）、２４…基板側放熱用金属膜（第２金属膜）、２５…金属柱。

Claims (4)

  1. 基板の表面から離間して前記基板の表面上に支持された第１ボロメータ膜と、
    複数の電極プラグによって前記基板の表面から離間して前記基板の表面上に支持された第２ボロメータ膜と、
    前記第２ボロメータ膜の前記基板側の表面に絶縁膜を介して形成された第１金属膜と、
    前記第１金属膜及び前記基板と熱的に接続された複数の金属柱と、
    を備え、
    前記複数の金属柱は、前記複数の電極プラグにより前記第２ボロメータ膜が前記基板の表面から離間して前記基板の表面上に支持されることによって形成された前記第２ボロメータ膜及び前記絶縁膜と前記基板との間の領域に形成される、
    光検出器。
  2. 前記基板の表面において前記第２ボロメータ膜と対向する領域には、第２金属膜が形成されており、
    前記金属柱は、前記第１金属膜及び前記第２金属膜と接続されていること、を特徴とする請求項１に記載の光検出器。
  3. 前記基板の表面において前記第１ボロメータ膜と対向する領域には、第３金属膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光検出器。
  4. 前記第１ボロメータ膜及び前記第２ボロメータ膜は、前記基板の表面と略平行であって略同一の平面上に位置することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光検出器。
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