JP5054628B2

JP5054628B2 - 赤外線センサ

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Publication number: JP5054628B2
Application number: JP2008184109A
Authority: JP
Inventors: 昌男桐原; 洋一西嶋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-07-15
Also published as: JP2010025585A

Description

本発明は、赤外線による温度上昇を抵抗変化として検出する抵抗ボロメータを温度検知部として備えた赤外線センサに関するものである。

従来から、熱型の赤外線センサとして、温度検知部がベース基板の一表面から離間して配置され、温度検知部が当該温度検知部とベース基板とを熱絶縁する断熱部を介してベース基板に支持された赤外線センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示された赤外線センサは、図９に示すように、ベース基板１と、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部である抵抗ボロメータ３’と、抵抗ボロメータ３’がベース基板１の一表面から離間して配置されるように抵抗ボロメータ３’を支持して抵抗ボロメータ３’とベース基板１とを熱絶縁する断熱部４’とを備え、断熱部４’が、ベース基板１の上記一表面から離間して配置されベース基板１側とは反対側に抵抗ボロメータ３’が形成される支持部４１’と、支持部４１’とベース基板１とを連結し抵抗ボロメータ３’に電気的に接続された配線８’，８’が形成された２つの脚部４２’，４２’とで構成されている。ここにおいて、各配線８’，８’は、一端部が抵抗ボロメータ３’に接続され、他端部がベース基板１の上記一表面上に形成されている金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）からなる導体パターン１０，１０と接続されている。また、図９に示した構成の赤外線センサは、ベース基板１の上記一表面上に、抵抗ボロメータ３’および支持部４１’を透過した赤外線を反射する金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）からなる赤外線反射膜６が形成されている。

ところで、図９に示した構成の赤外線センサでは、支持部４１’が、多孔質シリカ膜４１ａ’と、多孔質シリカ膜４１ａ’におけるベース基板１側に形成されたシリコン酸化膜１４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａ’におけるベース基板１側とは反対側に形成されたシリコン窒化膜１４１ｃとで構成され、抵抗ボロメータ３’が、シリコン窒化膜１４１ｃ上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＮ膜とで構成されている。また、この赤外線センサでは、各脚部４２’，４２’が、多孔質シリカ膜４１ａ’のみにより構成されており、各配線８’，８’が、脚部４２’，４２’に積層されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＮ膜とで構成されている。

上述の断熱部４’における脚部４２’，４２’は、ベース基板１の上記一表面側において導体パターン１０，１０上に立設された２つの円筒状の支持ポスト部４２ａ’，４２ａ’と、各支持ポスト部４２ａ’，４２ａ’それぞれの上端部と支持部４１’とを連結した梁部４２ｂ’，４２ｂ’とで構成されており、支持部４１’とベース基板１との間に間隙７が形成されている。

以下、上述の赤外線センサの製造方法について図１０〜図１２に基づいて簡単に説明する。

まず、ベース基板１の基礎となる単結晶のシリコン基板（後述のダイシングを行うまではウェハ）１ａの一表面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１ｂを例えば熱酸化法により形成することによって、図１０（ａ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１ａと絶縁膜１ｂとからなるベース基板１の一表面側（図１０（ａ）における上面側）の全面に導体パターン１０，１０および赤外線反射膜６の材料からなる金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）をスパッタ法などにより成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記金属膜をパターニングすることでそれぞれ上記金属膜の一部からなる導体パターン１０，１０および赤外線反射膜６を形成することによって、図１０（ｂ）に示す構造を得る。

次に、ベース基板１の上記一表面側の全面にレジストを回転塗布してレジスト層からなる犠牲層２１を成膜することによって、図１０（ｃ）に示す構造を得る。

その後、犠牲層２１上にシリコン酸化膜１４１ｂを例えばプラズマＣＶＤ法などによって成膜してから、当該シリコン酸化膜１４１ｂをフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることによって、図１０（ｄ）に示す構造を得る。

その後、犠牲層２１のうち各支持ポスト部４２ａ’，４２ａ’それぞれの形成予定領域に対応する部位をエッチングして導体パターン１０，１０の一部の表面を露出させる円形状の開孔部２３，２３を形成することによって、図１１（ａ）に示す構造を得る。

続いて、ベース基板１の上記一表面側の全面に多孔質シリカ膜４１ａ’を成膜することによって、図１１（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、多孔質シリカ膜４１ａ’の形成にあたっては、ゾルゲル溶液をベース基板１の上記一表面側に回転塗布してから、熱処理で乾燥させるプロセスを採用することで容易に形成することができる。

上述の多孔質シリカ膜４１ａ’を成膜した後、多孔質シリカ膜４１ａ’上にシリコン窒化膜１４１ｃを例えばプラズマＣＶＤ法などによって成膜してから、当該シリコン窒化膜１４１ｃをフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることによって、図１１（ｃ）に示す構造を得る。

次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して多孔質シリカ膜４１ａ’をパターニングすることで支持部４１’および脚部４２’，４２’を形成することによって、図１１（ｄ）に示す構造を得る。

その後、ベース基板１の上記一表面側の全面に抵抗ボロメータ３’および配線８’，８’の基礎となるＴｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜からなるセンサ材料層３０’をスパッタ法などにより成膜することによって、図１２（ａ）に示す構造を得る。

次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してセンサ材料層３０’をパターニングすることでそれぞれセンサ材料層３０’の一部からなる抵抗ボロメータ３’および配線８’，８’を形成することによって、図１２（ｂ）に示す構造を得る。

続いて、ベース基板１の上記一表面側の犠牲層２１を選択的にエッチング除去することによって、図１２（ｃ）に示す構造の赤外線センサを得てから、ダイシングを行うことで個々の赤外線センサに分割すればよい。

なお、上記特許文献１には、抵抗ボロメータ３’を２次元アレイ状（マトリクス状）に配列し各抵抗ボロメータ３’が画素を構成するようにした赤外線センサ（赤外線画像センサ）も開示されている。
特開２００７−２６３７６９号公報

ところで、上記特許文献１に開示された赤外線センサでは、多孔質シリカ膜４１ａ’にシリコン酸化膜１４１ｂおよびシリコン窒化膜１４１ｃが積層された構成とすることで、応力に起因した支持部４１’の反りを防止しようとしている。

しかしながら、上記特許文献１に開示された赤外線センサでは、多孔質シリカ膜４１ａ’を形成するにあたって、多孔質シリカの成分元素を含むゾルゲル溶液をレジスト層（ポリイミド層）からなる犠牲層２１上に回転塗布してから熱処理（アニール）を行う必要があり、犠牲層２１に対する密着性が低く製造歩留まりが低かった。また、上記特許文献１に開示された赤外線センサでは、熱処理に起因して多孔質シリカ膜４１ａ’が反ってしまい、構造安定性が低くなるとともに感度が低下してしまう。

また、上記特許文献１に開示された赤外線センサでは、抵抗ボロメータ３’がＴｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜により構成されているが、ＴｉＮ膜は赤外線に感度がないので、ＴｉＮ膜が感度低下の要因となっていた。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、構造安定性および製造歩留まりの向上を図れ、且つ、高感度化を図れる赤外線センサを提供することにある。

請求項１の発明は、ベース基板と、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部である抵抗ボロメータと、抵抗ボロメータがベース基板の一表面から離間して配置されるように抵抗ボロメータを支持して抵抗ボロメータとベース基板とを熱絶縁する断熱部とを備え、断熱部は、ベース基板の前記一表面から離間して配置されベース基板側とは反対側に抵抗ボロメータが形成される支持部と、支持部とベース基板とを連結し抵抗ボロメータに電気的に接続された配線が形成された２つの脚部とを有し、断熱部は、多孔質シリカ膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側に形成された第１のシリコン酸化膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側とは反対側に形成された第２のシリコン酸化膜と、第１のシリコン酸化膜におけるベース基板側に形成された金属薄膜とで構成され、抵抗ボロメータおよび各配線は、第２のシリコン酸化膜上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＯ_２膜とで構成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、断熱部が、多孔質シリカ膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側に形成された第１のシリコン酸化膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側とは反対側に形成された第２のシリコン酸化膜と、第１のシリコン酸化膜におけるベース基板側に形成された金属薄膜とで構成されているので、製造時における断熱部と断熱部下の犠牲層との密着性、断熱部における膜間の密着性を向上できるとともに、支持部が反るのを防止することができて、構造安定性の向上による高感度化および製造歩留まりの向上を図れ、また、抵抗ボロメータおよび各配線が、第２のシリコン酸化膜上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＯ_２膜とで構成されているので、抵抗ボロメータおよび各配線を同時に形成することができるとともに、高感度化を図れる。

請求項２の発明は、ベース基板と、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部である抵抗ボロメータと、抵抗ボロメータがベース基板の一表面から離間して配置されるように抵抗ボロメータを支持して抵抗ボロメータとベース基板とを熱絶縁する断熱部とを備え、断熱部は、ベース基板の前記一表面から離間して配置されベース基板側とは反対側に抵抗ボロメータが形成される支持部と、支持部とベース基板とを連結し抵抗ボロメータに電気的に接続された配線が形成された２つの脚部とを有し、断熱部は、多孔質シリカ膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側に形成された第１のシリコン酸化膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側とは反対側に形成された第２のシリコン酸化膜と、多孔質シリカ膜と第２のシリコン酸化膜との間に形成された金属薄膜とで構成され、抵抗ボロメータおよび各配線は、第２のシリコン酸化膜上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＯ_２膜とで構成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、断熱部が、多孔質シリカ膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側に形成された第１のシリコン酸化膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側とは反対側に形成された第２のシリコン酸化膜と、多孔質シリカ膜と第２のシリコン酸化膜との間に形成された金属薄膜とで構成されているので、製造時における断熱部と断熱部下の犠牲層との密着性、断熱部における膜間の密着性を向上できるとともに、支持部が反るのを防止することができて、構造安定性の向上による高感度化および製造歩留まりの向上を図れ、また、抵抗ボロメータおよび各配線が、第２のシリコン酸化膜上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＯ_２膜とで構成されているので、抵抗ボロメータおよび各配線を同時に形成することができるとともに、高感度化を図れる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記金属薄膜は、前記断熱部における前記支持部と前記脚部とのうち前記支持部のみに形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記脚部にも前記金属薄膜が形成されている場合に比べて、前記脚部の熱絶縁性が向上し、感度が向上する。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記配線は、平面視において前記脚部よりも細幅であって前記脚部の幅方向の中央部に形成され、前記抵抗ボロメータは、平面視形状がつづら折れ状であり、平行配置された直線状のライン部分の幅と当該ライン部分の両側のスペース部分の幅との比が、平面視における前記配線の幅と前記脚部の前記配線が形成されていない両側部の幅との比と同じ値に設定されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記断熱部と前記抵抗ボロメータと前記各配線とで構成される部位の平面視における形状が均一化され、構造安定性が向上する。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記配線は、平面視において前記脚部よりも細幅であって前記脚部の幅方向の中央部に形成され、前記脚部は、平面視において前記配線が形成されていない両側部の幅が前記脚部の厚みよりも大きく、前記配線の長さ方向に直交する断面形状が湾曲していることを特徴とする。

この発明によれば、前記脚部は前記配線の長さ方向に直交する断面形状が湾曲しているので、前記脚部の曲げ剛性が高くなり、構造安定性が向上する。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記配線は、前記脚部よりも細幅であって平面視において前記脚部の幅方向の中央部に形成され、前記脚部は、平面視において前記配線が形成されていない両側部それぞれに、厚み方向に貫通する複数の貫通孔が前記配線の長さ方向に沿って形成され、前記配線の長さ方向に直交する断面形状が湾曲していることを特徴とする。

請求項１，２の発明は、構造安定性および製造歩留まりの向上を図れ、且つ、高感度化を図れるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の赤外線センサについて図１を参照しながら説明する。

本実施形態の赤外線センサは、シリコン基板１ａと当該シリコン基板１ａの一表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜１ｂとで構成される矩形板状のベース基板１と、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部である抵抗ボロメータ３と、抵抗ボロメータ３がベース基板１の一表面（図１（ｂ）における上面）から離間して配置されるように抵抗ボロメータ３を支持して抵抗ボロメータ３とベース基板１とを熱絶縁する断熱部４とを備えている。

断熱部４は、ベース基板１の上記一表面から離間して配置されベース基板１側とは反対側に抵抗ボロメータ３が形成される支持部４１と、支持部４１とベース基板１とを連結した２つの脚部４２，４２とを有している。

抵抗ボロメータ３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するボロメータ形のセンシングエレメントであり、支持部４１側のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＴｉＯ_２膜との積層膜により構成されている。

抵抗ボロメータ３は、平面形状（平面視形状）が蛇行した形状（ここでは、つづら折れ状の形状）に形成されており、両端部が断熱部４の脚部４２，４２に沿って延長された配線８，８を介してベース基板１の上記一表面上の金属膜（例えば、Ａｕ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる導体パターン１０，１０と電気的に接続されている。ここにおいて、本実施形態では、配線８，８を、抵抗ボロメータ３と同様に、Ｔｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＴｉＯ_２膜との積層膜で構成してあり、配線８，８と抵抗ボロメータ３とを同時に形成している。また、本実施形態では、各導体パターン１０，１０の材料としてＡｕを採用しており、各導体パターン１０，１０それぞれの一部がパッドを構成しているので、一対のパッドを通して抵抗ボロメータ３の出力を外部へ取り出すことができる。

また、本実施形態の赤外線センサでは、ベース基板１の上記一表面上に、抵抗ボロメータ３および支持部４１を透過した赤外線を抵抗ボロメータ３側へ反射する赤外線反射膜６が設けられている。ここにおいて、本実施形態の赤外線センサは、検出対象の赤外線として人体から放射される８μｍ〜１３μｍの波長帯の赤外線を想定しており、赤外線反射膜６の材料としては、導体パターン１０と同じＡｕを採用しているが、導体パターン１０がＡｌ−Ｓｉの場合には、赤外線反射膜６の材料もＡｌ−Ｓｉを採用することが製造プロセスの簡略化の観点から望ましい。

上述の断熱部４における脚部４２，４２は、ベース基板１の上記一表面側において導体パターン１０，１０上に立設された２つの円筒状の支持ポスト部４２ａ，４２ａと、各支持ポスト部４２ａ，４２ａそれぞれの上端部と支持部４１とを連結した梁部４２ｂ，４２ｂとで構成されており、支持部４１とベース基板１との間に間隙７が形成されている。ここで、支持部４１の外周形状が矩形状であって、各梁部４２ｂ，４２ｂは、支持部４１の一側縁の長手方向の一端部から当該一側縁に直交する方向に延長され更に当該一側縁の上記一端部から他端部に向う方向に沿って延長された平面形状に形成されており、支持部４１の厚み方向に沿った中心軸に対して回転対称性を有するように配置されている。また、上述の配線８，８のうち脚部４２，４２の梁部４２ｂ，４２ｂ上に形成された部位の幅（線幅）は、当該配線８，８を通した熱伝達を抑制するために梁部４２ｂ，４２ｂの幅寸法よりも小さく設定してある。また、配線８，８のうち支持ポスト部４２ａ，４２ａに形成されている部位は、支持ポスト部４２ａ，４２ａの内周面の全体と導体パターン１０，１０の表面とに跨って形成されており、支持ポスト部４２ａ，４２ａが配線８，８により補強されている。

ところで、本実施形態の赤外線センサは、断熱部４が、多孔質シリカ膜４１ａと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側に形成された第１のシリコン酸化膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側とは反対側に形成された第２のシリコン酸化膜４１ｃと、第１のシリコン酸化膜４１ｂにおけるベース基板１側に形成されたＴｉＮ薄膜からなる金属薄膜４１ｄとで構成されている。要するに、断熱部４１は、金属薄膜４１ｄと、第１のシリコン酸化膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａと、第２のシリコン酸化膜４１ｃとの積層膜により構成されている。

また、本実施形態の赤外線センサでは、多孔質シリカ膜４１ａの材料として、多孔質の酸化シリコンの一種である多孔質シリカを採用しているが、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマーの一種であるメチル含有ポリシロキサン、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの一種であるＳｉ−Ｈ含有ポリシロキサン、シリカエアロゲルなどを採用してもよい。

ここにおいて、本実施形態では、多孔質シリカ膜４１ａの多孔度を６０％程度に設定してあり、多孔度が小さ過ぎると十分な断熱効果が得られず多孔度が大き過ぎると機械的強度が弱くなって構造形成が困難となるので、多孔質シリカ膜４１ａの多孔度は例えば４０％〜８０％程度の範囲内で適宜設定すればよい。なお、シリコンの熱伝導率は、１４８Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるのに対して、多孔度が６０％の多孔質シリカの熱伝導率は、０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。

また、本実施形態では、金属薄膜４１ｄの材料としてＴｉＮを採用しており、金属薄膜４１ｄのシート抵抗が３７７Ω／□となっている。なお、金属薄膜４１ｄの材料は、ＴｉＮに限らず、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒなどを採用してもよい。

また、検出対象の赤外線の中心波長をλ〔μｍ〕、金属薄膜４１ｄと赤外線反射膜６との間隔をｄ〔μｍ〕とすれば、ｄ＝λ／４に設計されており、検出対象の赤外線が人体から放射される赤外線なので、λ＝１０μｍとして、ｄ＝２．５μｍに設計されている。したがって、本実施形態の赤外線センサでは、金属薄膜４１ｄと赤外線反射膜６とで、検出対象の波長の赤外線を共振させる共振器を構成しており、検出対象の波長の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。

抵抗ボロメータ３および各配線８，８は、第２のシリコン酸化膜４１ｃ上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＯ_２膜とで構成されている。なお、ＴｉＯ_２膜は、後述のように第２のシリコン酸化膜４１ｃ上にＴｉ膜を形成した後、当該Ｔｉ膜の表面側の一部をＯ_２プラズマにより酸化することで形成しているが、当該Ｔｉ膜の表面側に形成された自然酸化膜により構成してもよい。

なお、本実施形態では、上述のように、断熱部４が、金属薄膜４１ｄと、第１のシリコン酸化膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａと、第２のシリコン酸化膜４１ｃとの積層膜により構成されているが、環境温度が−２０℃〜８０℃の温度範囲で変化しても当該積層膜と抵抗ボロメータ３とで構成される多層膜に反りが生じるのを防止する目的で、当該多層膜全体で残留応力がゼロあるいは若干の引張応力となるように、各膜４１ｄ，４１ｂ，４１ａ，４１ｃの成膜条件および膜厚を設定してある。一例を挙げれば、応力が引張応力の場合の符号を「＋」、圧縮応力の場合の符号を「−」として、金属薄膜４１ｄの膜厚を２〜２０ｎｍで応力を−３０００〜＋３００ＭＰａ、第１のシリコン酸化膜４１ｂの膜厚を５０〜２００ｎｍで応力を＋１００〜＋６００ＭＰａ、多孔質シリカ膜４１ａの膜厚を１００〜８００ｎｍで応力を＋２０〜＋２００ＭＰａ、第２のシリコン酸化膜４１ｃの膜厚を５０〜２００ｎｍで応力を＋１００〜＋６００ＭＰａ、Ｔｉ膜の膜厚を１０〜２００ｎｍで応力を−２０００〜＋３００ＭＰａとして、これらの範囲で成膜条件および膜厚を適宜設定すればよい。

以下、本実施形態の赤外線センサの製造方法について図２〜図４を参照しながら説明する。なお、図２〜図４では、図１（ｂ）と同様に、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する部位の断面を示してある。

まず、ベース基板１の基礎となる単結晶のシリコン基板（後述のダイシングを行うまではウェハ）１ａの一表面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１ｂを例えば熱酸化法により形成する絶縁膜形成工程を行うことによって、図２（ａ）に示す構造を得る。

その後、シリコン基板１ａと絶縁膜１ｂとからなるベース基板１の一表面側（図２（ａ）における上面側）の全面に導体パターン１０，１０および赤外線反射膜６の材料からなる金属膜（例えば、Ａｕ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）をスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行った後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記金属膜をパターニングすることでそれぞれ上記金属膜の一部からなる導体パターン１０，１０および赤外線反射膜６を形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。

次に、ベース基板１の上記一表面側の全面にレジスト（例えば、ポリイミド）を回転塗布してレジスト層からなる犠牲層２１を形成する犠牲層形成工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。

その後、ベース基板１の上記一表面側の全面（つまり、犠牲層２１上）にＴｉＮ薄膜からなる金属薄膜４１ｄをスパッタ法によって成膜する金属薄膜形成工程を行ってから、ベース基板１の上記一表面側の全面（つまり、金属薄膜４１ｄ上）に第１のシリコン酸化膜４１ｂをスパッタ法により成膜する第１シリコン酸化膜形成工程を行うことによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、金属薄膜４１ｄおよび第１のシリコン酸化膜４１ｂの成膜方法としてスパッタ法を採用しているので、下地との密着性を高めることができる。すなわち、断熱部４の一部となる金属薄膜４１ｄと犠牲層２１との密着性を高めることができるとともに、第１のシリコン酸化膜４１ｂと金属薄膜４１ｄとの密着性を高めることができる。

上述の第１シリコン酸化膜形成工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して犠牲層２１と金属薄膜４１ｄと第１のシリコン酸化膜４１ｂとの積層膜のうち各支持ポスト部４２ａ，４２ａそれぞれの形成予定領域に対応する部位をエッチングすることで導体パターン１０，１０の一部の表面を露出させる円形状の開孔部２３，２３を形成する開孔部形成工程を行うことによって、図３（ａ）に示す構造を得る。

続いて、ベース基板１の上記一表面側の全面に多孔質シリカ膜４１ａを成膜する多孔質シリカ膜形成工程を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、多孔質シリカ膜４１ａの形成にあたっては、ゾルゲル溶液をベース基板１の上記一表面側に回転塗布してから、熱処理で乾燥させるプロセスを採用すればよい。

上述の多孔質シリカ膜形成工程の後、ベース基板１の上記一表面側の全面に第２のシリコン酸化膜４１ｃをスパッタ法により成膜する第２シリコン酸化膜形成工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、第２のシリコン酸化膜４１ｃの成膜方法としてスパッタ法を採用しているので、下地である多孔質シリカ膜４１ａとの密着性を高めることができる。

上述の第２シリコン酸化膜形成工程の後、上述の金属薄膜４１ｄと第１のシリコン酸化膜４１ｂと多孔質シリカ膜４１ａと第２のシリコン酸化膜４１ｃとの積層膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることで断熱部４（支持部４１および脚部４２，４２）を形成する断熱部形成工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。

その後、ベース基板１の上記一表面側の全面に抵抗ボロメータ３および配線８，８の基礎となるＴｉ膜をスパッタ法により成膜し、当該Ｔｉ膜の表面側の一部を酸素プラズマにより酸化してＴｉＯ_２膜を形成することでＴｉ膜とＴｉＯ_２膜との積層膜からなるセンサ材料層３０を形成するセンサ材料層形成工程を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得る。なお、ＴｉＯ_２膜は、酸素プラズマに限らず、Ｔｉ膜の表面側の一部を自然酸化させることにより形成してもよいし、オゾンを用いてＴｉ膜の表面側の一部を酸化することにより形成してもよい。

上述のセンサ材料層形成工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してセンサ材料層３０をパターニングすることでそれぞれセンサ材料層３０の一部からなる抵抗ボロメータ３および配線８，８を形成することによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。

続いて、ベース基板１の上記一表面側の犠牲層２１を選択的にエッチング除去することによって、図４（ｃ）に示す構造の赤外線センサを得てから、ダイシングを行うことで個々の赤外線センサに分割すればよい。

以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、断熱部４が、多孔質シリカ膜４１ａと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側に形成された第１のシリコン酸化膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側とは反対側に形成された第２のシリコン酸化膜４１ｃと、第１のシリコン酸化膜４１ｂにおけるベース基板１側に形成された金属薄膜４１ｄとで構成されているので、製造時における断熱部４と断熱部４下の犠牲層２１との密着性、断熱部４における膜間の密着性を向上できるとともに、支持部４１が反るのを防止することができて、構造安定性の向上による高感度化および製造歩留まりの向上を図れ、また、抵抗ボロメータ３および各配線８，８が、第２のシリコン酸化膜４１ｃ上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＯ_２膜とで構成されているので、抵抗ボロメータ３および各配線８，８を同時に形成することができるとともに、高感度化を図れる。

また、本実施形態の赤外線センサは、図５に示すように、配線８が、平面視において脚部４２よりも細幅であって脚部４２の幅方向の中央部に形成され、抵抗ボロメータ３の平面視形状がつづら折れ状であり、抵抗ボロメータ３において平行配置された直線状のライン部分３ａの幅Ｈ１と当該ライン部分３ａの両側のスペース部分の幅Ｈ２との比が、平面視における配線８の幅Ｈ３と脚部４２の配線８が形成されていない両側部の幅Ｈ４との比と同じ値に設定されているので、断熱部４と抵抗ボロメータ３と各配線８，８とで構成される部位の平面視における形状が均一化され、構造安定性が向上する。

ところで、上述の例では、Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３＝Ｈ４としてあるが、脚部４２に関して、平面視において配線８が形成されていない両側部の幅Ｈ４を脚部４２の厚みよりも大きくして、図６に示すように配線８の長さ方向に直交する断面形状が湾曲した形状となるようにすれば、脚部４２の曲げ剛性が高くなり、構造安定性が向上する。

また、図７に示すように、脚部４２に関して、平面視において配線８が形成されていない両側部それぞれに、厚み方向に貫通する複数の貫通孔４３を配線８の長さ方向に沿って形成し、配線８の長さ方向に直交する断面形状が湾曲した形状となるようにしても、脚部４２の曲げ剛性が高くなり、構造安定性が向上する。

なお、図６および図７に示した構成では、脚部４２は、配線８が形成された中央部とベース基板１との間の距離が支持部４１とベース基板１との間の距離と同じで、脚部４２の両側部が中央部から離れるにつれてベース基板１との間の距離が徐々に大きくなるように湾曲している。

（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すように、断熱部４における金属薄膜４１ｄの形成位置が相違している。ここにおいて、本実施形態における断熱部４は、多孔質シリカ膜４１ａと第２のシリコン酸化膜４１ｃとの間に金属薄膜４１ｄが形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の赤外線センサの製造方法は、実施形態１で説明した製造方法と略同じであり、実施形態１ではベース基板１の上記一表面側に金属薄膜４１ｄを形成する金属薄膜形成工程を犠牲層形成工程と第１シリコン酸化膜形成工程との間に行っていたのに対して、金属薄膜形成工程を多孔質シリカ膜形成工程と第２シリコン酸化膜形成工程との間に行う点、金属薄膜４１ｄと配線８，８とが短絡しないように、金属配線形成工程と第２シリコン酸化膜形成工程との間にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属薄膜４１ｄをパターニングする金属薄膜パターニング工程が追加されている相違する。

しかして、本実施形態の赤外線センサによれば、断熱部４が、多孔質シリカ膜４１ａと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側に形成された第１のシリコン酸化膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側とは反対側に形成された第２のシリコン酸化膜４１ｃと、多孔質シリカ膜４１ａと第２のシリコン酸化膜４１ｃとの間に形成された金属薄膜４１ｄとで構成されているので、製造時における断熱部４と断熱部４下の犠牲層２１（図３（ｄ）参照）との密着性、断熱部４における膜間の密着性を向上できるとともに、支持部４１が反るのを防止することができて、構造安定性の向上による高感度化および製造歩留まりの向上を図れ、また、抵抗ボロメータ３および各配線８，８が、第２のシリコン酸化膜４１ｃ上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＯ_２膜とで構成されているので、抵抗ボロメータ３および各配線８，８を同時に形成することができるとともに、高感度化を図れる。

なお、本実施形態においても、上述の図６や図７のように脚部４２を断面形状が湾曲した形状としてもよい。

ところで、上記各実施形態１，２では、金属薄膜４１ｄが断熱部４における支持部４１と各脚部４２，４２とに形成されているが、断熱部４における支持部４１のみに形成するようにすれば、脚部４２，４２にも金属薄膜４１ｄが形成されている場合に比べて、脚部４２，４２の熱絶縁性が向上し、感度が向上する。なお、この場合、実施形態１では、製造時に金属薄膜４１ｄをパターニングする金属薄膜パターニング工程を追加すればよく、実施形態２では上述の金属薄膜パターニング工程において用いるマスクパターンを変更すればよい。

また、上記各実施形態にて説明した赤外線センサは、抵抗ボロメータ３を１つだけ設けた赤外線検出素子であるが、抵抗ボロメータ３を２次元アレイ状（マトリクス状）に配列し各抵抗ボロメータ３が画素を構成するようにした赤外線画像センサでもよい。

実施形態１を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の要部断面図である。同上の他の構成例を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は（ａ）の要部概略断面図である。同上の別の構成例を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は（ａ）の要部概略断面図である。実施形態２を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。従来例を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。

符号の説明

１ベース基板
３抵抗ボロメータ
３ａライン部分
４断熱部
８配線
１０導体パターン
４１支持部
４１ａ多孔質シリカ膜
４１ｂ第１のシリコン酸化膜
４１ｃ第１のシリコン酸化膜
４１ｄ金属薄膜
４２脚部

Claims

ベース基板と、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部である抵抗ボロメータと、抵抗ボロメータがベース基板の一表面から離間して配置されるように抵抗ボロメータを支持して抵抗ボロメータとベース基板とを熱絶縁する断熱部とを備え、断熱部は、ベース基板の前記一表面から離間して配置されベース基板側とは反対側に抵抗ボロメータが形成される支持部と、支持部とベース基板とを連結し抵抗ボロメータに電気的に接続された配線が形成された２つの脚部とを有し、断熱部は、多孔質シリカ膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側に形成された第１のシリコン酸化膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側とは反対側に形成された第２のシリコン酸化膜と、第１のシリコン酸化膜におけるベース基板側に形成された金属薄膜とで構成され、抵抗ボロメータおよび各配線は、第２のシリコン酸化膜上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＯ_２膜とで構成されてなることを特徴とする赤外線センサ。
ベース基板と、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部である抵抗ボロメータと、抵抗ボロメータがベース基板の一表面から離間して配置されるように抵抗ボロメータを支持して抵抗ボロメータとベース基板とを熱絶縁する断熱部とを備え、断熱部は、ベース基板の前記一表面から離間して配置されベース基板側とは反対側に抵抗ボロメータが形成される支持部と、支持部とベース基板とを連結し抵抗ボロメータに電気的に接続された配線が形成された２つの脚部とを有し、断熱部は、多孔質シリカ膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側に形成された第１のシリコン酸化膜と、多孔質シリカ膜におけるベース基板側とは反対側に形成された第２のシリコン酸化膜と、多孔質シリカ膜と第２のシリコン酸化膜との間に形成された金属薄膜とで構成され、抵抗ボロメータおよび各配線は、第２のシリコン酸化膜上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＴｉＯ_２膜とで構成されてなることを特徴とする赤外線センサ。
前記金属薄膜は、前記断熱部における前記支持部と前記脚部とのうち前記支持部のみに形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外線センサ。
前記配線は、平面視において前記脚部よりも細幅であって前記脚部の幅方向の中央部に形成され、前記抵抗ボロメータは、平面視形状がつづら折れ状であり、平行配置された直線状のライン部分の幅と当該ライン部分の両側のスペース部分の幅との比が、平面視における前記配線の幅と前記脚部の前記配線が形成されていない両側部の幅との比と同じ値に設定されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
前記配線は、平面視において前記脚部よりも細幅であって前記脚部の幅方向の中央部に形成され、前記脚部は、平面視において前記配線が形成されていない両側部の幅が前記脚部の厚みよりも大きく、前記配線の長さ方向に直交する断面形状が湾曲していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
前記配線は、前記脚部よりも細幅であって平面視において前記脚部の幅方向の中央部に形成され、前記脚部は、平面視において前記配線が形成されていない両側部それぞれに、厚み方向に貫通する複数の貫通孔が前記配線の長さ方向に沿って形成され、前記配線の長さ方向に直交する断面形状が湾曲していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の赤外線センサ。