ボロメータ型ＴＨｚ波検出器
【課題】高性能かつ高歩留まりで製造可能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器の提供。
【解決手段】ボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４（ダイアフラム）が支持部１３によって回路基板２から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造において、回路基板２上にＴＨｚ波を反射する反射膜３を形成し、温度検出部１４上にＴＨｚ波を吸収する吸収膜１１を形成し、反射膜３と温度検出部１４とで光学的共振構造を形成すると共に、反射膜３と温度検出部１４との間隔は赤外線の波長を基準にして赤外線の波長の略１／４（例えば、略１．５乃至２．５の範囲）に設定し、温度検出部１４のシート抵抗はＴＨｚ波を基準にしてＴＨｚ波の吸収率が所定値以上となる範囲（略１０乃至１００Ω／sq.の範囲）に設定する。これにより、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造技術を利用しつつＴＨｚ波の吸収率を大幅に改善する。
【解決手段】ボロメータ薄膜７を含む温度検出部１４（ダイアフラム）が支持部１３によって回路基板２から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造において、回路基板２上にＴＨｚ波を反射する反射膜３を形成し、温度検出部１４上にＴＨｚ波を吸収する吸収膜１１を形成し、反射膜３と温度検出部１４とで光学的共振構造を形成すると共に、反射膜３と温度検出部１４との間隔は赤外線の波長を基準にして赤外線の波長の略１／４（例えば、略１．５乃至２．５の範囲）に設定し、温度検出部１４のシート抵抗はＴＨｚ波を基準にしてＴＨｚ波の吸収率が所定値以上となる範囲（略１０乃至１００Ω／sq.の範囲）に設定する。これにより、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造技術を利用しつつＴＨｚ波の吸収率を大幅に改善する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＨｚ周波数帯の電磁波（ＴＨｚ波）を検出する検出器に関し、特に、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光と電波の狭間にあるテラヘルツ周波数帯の電磁波（すなわち、周波数が１０１２Ｈｚ，波長が略３０μｍ〜１ｍｍの電磁波、以下、ＴＨｚ波と呼ぶ。）が物質の情報を直接反映する電磁波として注目されている。このＴＨｚ波を検出する検出器（以下、ＴＨｚ検出器と呼ぶ。）は、ＴＨｚ波を捕捉するダイポールアンテナやボータイ（Bow-tie）アンテナなどのアンテナ部と、アンテナ部で捕捉したＴＨｚ波を電気信号に変換する電気信号変換部とで構成される構造が一般的であり、電磁波を電気信号に変換する方式としてCapacitive coupling方式やResistive coupling方式などが知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、図１６に示すようなCapacitive coupling方式のＴＨｚ波検出器が開示されている。このＴＨｚ波検出器は、基板２０上にガラス層２１が形成され、ガラス層２１上に４つの金属アンテナ２２（ボータイアンテナ）が形成され、４つの金属アンテナ２２の中央部に、ガラス層２１や金属アンテナ２２から所定の間隔（ＧＡＰ１及びＧＡＰ２）を隔てて、ヒータ膜２３と絶縁体２４と感熱抵抗層２５と絶縁体２６とが積層された検知素子２７が形成された構造となっている。
【０００４】
また、同特許文献１には、図１７に示すようなResistive coupling方式のＴＨｚ波検出器も開示されている。このＴＨｚ波検出器は、基板２０上にガラス層２１が形成され、ガラス層２１上に４つの金属アンテナ２２（ボータイアンテナ）が形成され、４つの金属アンテナ２２の中央部に、ガラス層２１から所定の間隔（ＧＡＰ３）を隔てて、４つの金属アンテナ２２に接続されるヒータ膜２３が形成され、ヒータ膜２３上に絶縁体２４と感熱抵抗層２５と絶縁体２６とが積層された検知素子２７が形成された構造となっている。この構造では、金属アンテナ２２で集めたエネルギーをヒータ膜２３に有効に伝達するため、５０〜１００Ωにインピーダンス整合させた脚２８が必要になるため、熱コンダクタンスが大きくなり、Capacitive coupling方式に比べて感度が１桁ほど低くなると記載されている。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６３２９６５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、Capacitive coupling方式でＴＨｚ波を検出する場合は、金属アンテナ２２で集めたエネルギーを効率的にヒータ膜２３に伝達するためには、ガラス層２１と検知素子２７との間隔（ＧＡＰ１）と金属アンテナ２２と検知素子２７との間隔（ＧＡＰ２）を正確に制御する必要があり、上記特許文献１では、ＧＡＰ２の値として０．１〜１μｍの範囲が好ましいと記載されている。しかしながら、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いて、検知素子２７を脚２８によってガラス層２１から浮かせる場合、その間隔を０．１〜１μｍの範囲にすることは困難であり、歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００７】
また、Resistive coupling方式でＴＨｚ波を検出する場合も、金属アンテナ２２で集めたエネルギーを効率的にヒータ膜２３に伝達するためには、ガラス層２１とヒータ膜２３との間隔（ＧＡＰ３）を正確に制御する必要があり、上記特許文献１では、ＧＡＰ３の値として０．２〜１μｍの範囲が好ましいと記載されている。しかしながら、ＭＥＭＳ技術を用いて、ヒータ膜２３をガラス層２１から浮かせる場合に、その間隔を０．２〜１μｍの範囲にすることは困難であり、歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、一般的に、アンテナで電磁波を捕捉できる面積（effective aperture）は半波長を半径とする円の面積程度にしかならないことから、ＴＨｚ波を効率的に捕捉するために金属アンテナ２２を大きくする必要があるが、上記構造のＴＨｚ波検出器を２次元アレイ化する場合は、各々の検出器のサイズが限られるため、必然的に検知素子２７のサイズは小さくなる。例えば、波長１ｍｍのＴＨｚ波では検知素子２７のサイズは数μｍ程度になってしまい、数μｍの小さな領域に検知素子２７を作り込むのは非常に困難であり、更に歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００９】
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、高性能かつ高歩留まりで製造可能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、基板内に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されるものである。
【００１１】
また、本発明は、基板内に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間に前記ＴＨｚ波を透過する光学膜が配置され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されるものである。
【００１２】
本発明においては、前記光学膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン膜のいずれかとすることができる。
【００１３】
また、本発明においては、更に、前記温度検出部上に、該温度検出部の周縁部から外側に延びる庇が形成され、前記吸収膜が、前記温度検出部上及び前記庇上に形成される構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記反射膜と前記温度検出部との間隔は、略１．５乃至２．５μｍの範囲に設定され、前記温度検出部のシート抵抗は、前記反射膜と前記温度検出部との間の光路長における、前記温度検出部のシート抵抗と前記ＴＨｚ波の吸収率との相関関係に基づいて、前記ＴＨｚ波の吸収率がピーク近傍となる範囲に設定される構成とすることができ、前記温度検出部のシート抵抗は、前記ＴＨｚ波の吸収率が略１０％以上となる範囲に設定される構成、又は、略１０乃至１００Ω／squareの範囲に設定される構成とすることもできる。
【００１５】
このように、本発明では、反射膜と温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定し、温度検出部のシート抵抗はＴＨｚ波を基準にして設定することにより、赤外線検出器の構造及び製造方法を利用しつつＴＨｚ波の吸収率を格段に向上させることができ、これにより、高性能のＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高性能のボロメータ型ＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【００１７】
その理由は、ボロメータ薄膜を含む温度検出部（ダイアフラム）が支持部によって回路基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造において、回路基板上にＴＨｚ波を反射する反射膜を形成し、温度検出部上にＴＨｚ波を吸収する吸収膜を形成し、反射膜と温度検出部とで光学的共振構造を形成すると共に、反射膜と温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして赤外線の波長の略１／４（例えば、略１．５乃至２．５の範囲）に設定し、温度検出部のシート抵抗はＴＨｚ波を基準にしてＴＨｚ波の吸収率が所定値以上となる範囲（略１０乃至１００Ω／sq.の範囲）に設定することにより、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造技術を利用しつつ、ＴＨｚ波の吸収率を大幅に改善することができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
従来技術で示したように、周波数が１０１２Ｈｚ，波長が略３０μｍ〜１ｍｍのＴＨｚ波を検出するＴＨｚ波検出器として、Capacitive coupling方式やResistive coupling方式などが知られているが、これらの方式では、各部材の間隔を０．１μｍ程度の高い精度で制御しなければならず、かつ、アンテナに比べて検知素子のサイズが圧倒的に小さくなるため、高性能のＴＨｚ検出器を高い歩留まりで製造することが難しいという問題があった。
【００１９】
一方、波長８〜１２μｍ程度の赤外線を検出するボロメータ型赤外線検出器が知られており、監視目的などで広く利用されている。このボロメータ型赤外線検出器は、内部に読出回路が形成され、上面に反射膜が形成された基板上に犠牲層を形成し、犠牲層の上面にボロメータ薄膜と該ボロメータ薄膜を挟み込む保護膜とを含む温度検出部を形成すると共に、犠牲層の側面に一端がボロメータ薄膜に接続され他端が読出回路に接続される電極配線を含む２つの支持部を形成し、その後、犠牲層をエッチング除去するという方法で製造される。そして、基板上に形成された反射膜と温度検出部とで構成される光学的共振構造（いわゆる光共振器）によって入射した赤外線をより効率的に吸収し、吸収した赤外線によるボロメータ薄膜の抵抗変化を読出回路で読み出すことにより、赤外画像を得ている。
【００２０】
ここで、従来のＴＨｚ波検出器はＴＨｚ波をアンテナで捕捉するものであるのに対して、赤外線検出器は赤外線を光学的共振構造で吸収するものであり、電磁波を取り込む方法が全く異なるが、ＴＨｚ波検出器は検出素子を脚で支持するものであり、赤外線検出器は温度検出部を支持部で支持するものであり、その構造に共通点がある。そこで、本願発明者は、上記ボロメータ型赤外線検出器の光学的共振構造を利用してＴＨｚ波を吸収するＴＨｚ波検出器を提案する。
【００２１】
その際、ボロメータ型赤外線検出器では赤外線を効率的に吸収できるように光学的共振構造が形成されているため、ボロメータ型赤外線検出器をそのまま利用してもＴＨｚ波をほとんど検出することはできない。具体的には、温度検出部はＴＨｚ波を透過しやすく、反射膜と温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定されており、かつ、温度検出部のシート抵抗は数百〜数ｋΩ／sq.程度になるため、この条件では、ＴＨｚ波の吸収率は赤外線の吸収率の数％程度にしかならず、ＴＨｚ波検出器として十分な性能を得ることはできない。
【００２２】
ＴＨｚ波の吸収率を向上させる方法として、光学的共振構造の間隔をＴＨｚ波を基準にして設定する方法も考えられるが、間隔を大きくするためには、犠牲層をＴＨｚ波の波長の１／４、すなわち数十〜数百μｍ程度の厚みで形成しなければならず、そのような大きな膜厚の犠牲層に温度検出部や支持部を形成するのは困難であり、また、温度検出部や支持部が形成できたとしても、犠牲層をエッチングで除去することは困難であり、歩留まりが著しく低下してしまう。更に、温度検出部が基板から数十〜数百μｍの高さで支持された構造では振動や衝撃によって形状が変形しやすく、高い性能を維持することは困難である。
【００２３】
以上の知見から、本発明では、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用してＴＨｚ波を検出可能にするために、第１に、温度検出部にＴＨｚ波を吸収する吸収膜を追加する。また、第２に、光学的共振構造の間隔を変えると製造条件がずれて歩留まりが著しく低下することから、その間隔は変えずに、赤外線の波長を基準にして赤外線の波長の１／４程度に設定する。また、第３に、温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関データに基づいて、温度検出部のシート抵抗を、ＴＨｚ波の吸収率が所定値以上となる範囲に設定する。これらにより、ボロメータ型赤外線検出器の構造や製造方法を利用してＴＨｚ波の吸収率を向上させることが可能となり、高性能なＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【実施例１】
【００２４】
上記実施形態について更に詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図１乃至図７を参照して説明する。図１は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図２乃至図５は、その製造方法を示す工程断面図である。また、図６及び図７は、温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１は、読出回路２ａ等が形成された回路基板２上に、入射するＴＨｚ波を反射する反射膜３と読出回路２ａに接続するためのコンタクト４が形成され、その上に第１保護膜５が形成されている。また、コンタクト４上に、第２保護膜６、第３保護膜８、電極配線９、第４保護膜１０からなる支持部１３が形成され、コンタクト４を介して読出回路２ａと電極配線９とが接続されている。また、この支持部１３によって、第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０、吸収膜１１からなる温度検出部１４（ダイアフラム）が中空に保持され、ボロメータ薄膜７の両端部は電極配線９が接続されている。
【００２６】
ここで、上述したように、ＴＨｚ波を効率的に吸収するためには、光学的共振構造の条件を適切に設定する必要があるが、反射膜３と温度検出部１４の間隔を変更するためには犠牲層の厚みを変えなければならず、犠牲層の厚みが変わると製造条件が大きくずれて歩留まりが著しく低下することから、反射膜３と温度検出部１４の間隔（詳細には、反射膜３の表面と温度検出部１４の厚み方向の中心との間隔、実際には吸収膜１１が支配的であるため、反射膜３の表面と吸収膜１１との間隔）は赤外線を基準に設定する。なお、赤外線の波長を８〜１２μｍとすると波長の１／４は２〜３μｍとなるが、製造上、犠牲層は極力薄い方が好ましいことから、製造上の優位性を勘案して、本実施例では、反射膜３と温度検出部１４の間隔を略１．５乃至２．５μｍの範囲に設定する。
【００２７】
また、温度検出部１４のシート抵抗は図６及び図７に基づいて、ＴＨｚ波を基準に設定する。
【００２８】
図６は、反射膜３と温度検出部１４の間隔を１．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図６（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図６（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図６より、温度検出部１４のシート抵抗を従来の赤外線検出器の条件（例えば、１ｋΩ／sq.）に設定した場合、波長１０μｍの赤外線の吸収率は略６０％であるのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略１．５％であり、通常の赤外線検出器の条件ではＴＨｚ波をほとんど検出することはできない。しかしながら、温度検出部１４のシート抵抗をピーク位置（３０Ω／sq.）に近づけると、波長１０μｍの赤外線の吸収率は減少するのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略１８％となり大幅に増加する。
【００２９】
また、図７は、反射膜３と温度検出部１４の間隔を２．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図７（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図７（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図７より、温度検出部１４のシート抵抗を従来の赤外線検出器の条件（例えば、１ｋΩ／sq.）に設定した場合、波長１０μｍの赤外線の吸収率は略８０％であるのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略３．８％であり、通常の赤外線検出器の条件ではＴＨｚ波をほとんど検出することはできない。しかしながら、温度検出部１４のシート抵抗をピーク位置（５０Ω／sq.）に近づけると、波長１０μｍの赤外線の吸収率は減少するのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略１８％となり大幅に増加する。
【００３０】
以上の結果より、ピーク位置は、反射膜３と温度検出部１４の間隔に依存するが、温度検出部１４のシート抵抗をピーク位置に近い値に設定すれば、ＴＨｚ波の吸収率は大幅に増加させることができる。ここで、通常の赤外線検出器では犠牲層の形成や除去のしやすさを考慮して反射膜３と温度検出部１４の間隔を略１．５〜２．５μｍに設定していることから、温度検出部１４のシート抵抗の好ましい範囲は３０〜５０Ω／sq.となるが、多少ピーク位置からずれていても、吸収率が１０％以上であれば十分にＴＨｚ波を検出可能であることから、温度検出部１４のシート抵抗は１０乃至１００Ω／sq.の範囲であれば良いと言える。なお、温度検出部１４のシート抵抗を上記範囲に設定しても赤外線はかなり吸収されてしまうが、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の入射面側に赤外線を遮断するバンドパスフィルタなどを挿入すれば、ＴＨｚ波のみを効率的に検出することができる。
【００３１】
以下、上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図２乃至図５を参照して説明する。
【００３２】
まず、図２に示すように、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉ等の金属を５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、各画素の温度検出部１４に入射するＴＨｚ波を反射するための反射膜３及び電極配線９と読出回路２ａとを接続するためのコンタクト４を形成する。なお、上記金属はＴＨｚ波の反射率が高く、電気抵抗が小さい材料であればよく、Ａｌ、Ｔｉに限定されない。
【００３３】
次に、回路基板２全面に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを１００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、反射膜３及びコンタクト４を保護する第１保護膜５を形成する。
【００３４】
次に、図３に示すように、回路基板２全面に感光性ポリイミド膜等の有機膜を塗布し、コンタクト４及び画素間の領域が露出するように露光・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犠牲層１７を形成する。その際、キュア後の感光性ポリイミド膜は、後に形成する第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０、吸収膜１１の厚みを考慮して、反射膜３と温度検出部１４との間隔が赤外線の波長の略１／４程度（例えば、１．５〜２．５μｍ）になるように設定する。
【００３５】
次に、図４に示すように、犠牲層１７の上に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを１００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、第２保護膜６を形成する。
【００３６】
次に、第２保護膜６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（Ｖ２Ｏ３、ＶＯＸなど）や酸化チタン（ＴｉＯＸ）などを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４となる部分にボロメータ薄膜７を形成する。なお、ここではボロメータ薄膜７として酸化バナジウムや酸化チタンを用いているが、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。
【００３７】
次に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚成膜し、ボロメータ薄膜７を保護する第３保護膜８を形成する。その後、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。
【００３８】
次に、スパッタ法によりＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの金属を５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、電極配線９を形成する。この電極配線９はコンタクト４を介してボロメータ薄膜７と回路基板２内の読出回路２ａとを電気的に接続すると共に、ボロメータ薄膜７を中空に保持する支持部１３としての役割を果たす。
【００３９】
その後、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを１００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、電極配線９を保護する第４保護膜１０を形成する。
【００４０】
次に、図５に示すように、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉなどの金属を成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、吸収膜１１を形成する。その際、第２保護膜６、第３保護膜８、ボロメータ薄膜７、第４保護膜１０、吸収膜１１を合わせた温度検出部１４のシート抵抗が略１０乃至１００Ω／sq.となるように膜厚を設定する。この吸収膜１１はＴＨｚ波を効率的に吸収する役割を果たす。なお、上記金属は温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定可能な材料であればよく、Ａｌ、Ｔｉに限定されない。
【００４１】
その後、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２保護膜６と第３保護膜８と第４保護膜１０とを部分的にエッチングして、犠牲層１７上の所定の領域にスルーホールを形成してポリイミドを部分的に露出させ、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層１７を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造のボロメータ型ＴＨｚ検出器１が完成する。
【００４２】
なお、犠牲層１７をポリシリコンやＡｌで構成することもできる。ポリシリコンを用いる場合は、例えば、ヒドラジンやテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）を用いたウェットエッチング、ＸｅＦ２プラズマを用いたドライエッチング等により犠牲層１７を除去することができる。また、Ａｌを用いる場合は、例えば、塩酸やホットリン酸を用いたウェットエッチングにより犠牲層１７を除去することができる。
【００４３】
また、第２保護膜６、第３保護膜８、第４保護膜１０にシリコン酸化膜を用いる場合には、犠牲層１７をシリコン窒化膜で構成することも可能であり、さらに、その逆も可能である。シリコン窒化膜を犠牲層１７とする場合は、例えば、ホットリン酸を用いたウェットエッチングで除去することができ、シリコン酸化膜を犠牲層１７とする場合は、例えば、弗酸を用いたウェットエッチングで除去することができる。
【００４４】
このように、本実施例では、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用し、温度検出部１４上に吸収膜１１を追加すると共に、反射膜３と温度検出部１４の間隔は変えずに、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定することにより、ＴＨｚ波の吸収率を格段に向上させることができるため、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。また、このボロメータ型ＴＨｚ波検出器１では、赤外線もかなり高い吸収率で吸収することができるため、そのままボロメータ型赤外線検出器としても利用可能である。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明の第２の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図８乃至図１０を参照して説明する。図８は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図９及び図１０は、その製造方法の一部を示す工程断面図である。
【００４６】
図８に示すように、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１は、読出回路２ａ等が形成された回路基板２上に、入射するＴＨｚ波を反射する反射膜３と読出回路２ａに接続するためのコンタクト４が形成され、その上に第１保護膜５が形成されている。また、コンタクト４上に、第２保護膜６、第３保護膜８、電極配線９、第４保護膜１０からなる支持部１３が形成され、コンタクト４を介して読出回路２ａと電極配線９とが接続されている。また、この支持部１３によって、第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０、吸収膜１１からなる温度検出部１４（ダイアフラム）が中空に保持され、ボロメータ薄膜７の両端部は電極配線９が接続されている。また、温度検出部１４の周囲には、温度検出部１４の周囲に入射するＴＨｚ波を吸収できるようにするための庇１２が形成されている。
【００４７】
このような構造においても、反射膜３と温度検出部１４の間隔が１．５〜２．５μｍの場合において、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.の範囲に設定することにより、赤外線検出器の構造や製造方法を利用して、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【００４８】
以下、上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図９及び図１０を参照して説明する。
【００４９】
まず、前記した第１の実施例と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成し、その上に第１保護膜５を形成した後、温度検出部１４となる領域に犠牲層１７を形成する。次に、犠牲層１７の上に第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８を形成し、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。次に、電極配線９、第４保護膜１０を形成する。
【００５０】
次に、本実施例では、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２保護膜６と第３保護膜８と第４保護膜１０とを部分的にエッチングして、犠牲層１７上の所定の領域にスルーホールを形成し、ポリイミドを部分的に露出させる。
【００５１】
次に、図９に示すように、回路基板２全面に感光性ポリイミドを塗布し、温度検出部１４の周縁部が露出するように露光・現像を行った後、熱処理を施して、温度検出部１４の中央部及び隣接する温度検出部１４の間の領域に第２犠牲層１８を形成する。第２犠牲層１８の厚さは、例えば、０．５〜３μｍ程度である。
【００５２】
次に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などの絶縁材料を３００〜６００ｎｍ程度の膜厚で形成した後、温度検出部１４中央部の上記絶縁材料を除去して庇１２を形成する。
【００５３】
次に、図１０に示すように、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉなどの金属を成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４中央部及び庇１２上に吸収膜１１を形成する。その際、第１の実施例と同様に、第２保護膜６、第３保護膜８、ボロメータ薄膜７、第４保護膜１０、吸収膜１１、庇１２を合わせた温度検出部１４のシート抵抗が略１０乃至１００Ω／sq.となるように膜厚を設定する。
【００５４】
その後、隣接する画素間の庇１２にスルーホールを形成してポリイミドを部分的に露出させ、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層１７及び第２犠牲層１８を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造のボロメータ型ＴＨｚ検出器１が完成する。
【００５５】
なお、本実施例においても、犠牲層１７をポリシリコンやＡｌで構成することもできるし、第２保護膜６、第３保護膜８、第４保護膜１０にシリコン酸化膜を用いる場合には、犠牲層１７をシリコン窒化膜で構成することも可能であり、さらに、その逆も可能である。
【００５６】
このように、本実施例でも、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用し、温度検出部１４上及び庇１２上に吸収膜１１を追加すると共に、反射膜３と温度検出部１４の間隔は変えずに、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定することにより、温度検出部１４に入射するＴＨｚ波のみならず、温度検出部１４周囲に入射するＴＨｚ波も庇１２で吸収することができるため、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。また、このボロメータ型ＴＨｚ波検出器１では、赤外線もかなり高い吸収率で吸収することができるため、そのままボロメータ型赤外線検出器としても利用可能である。
【実施例３】
【００５７】
次に、本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図１１乃至図１５を参照して説明する。図１１は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図１２及び図１３は、その製造方法の一部を示す工程断面図である。また、図１４及び図１５は、温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関を示す図である。
【００５８】
本発明のボロメータ型ＴＨｚ波検出器では、ＴＨｚ波に適した光学的共振構造を形成するためには反射膜３と温度検出部１４の間隔は広い方がよいが、一方、反射膜３と温度検出部１４の間隔を広くすると、犠牲層１７の形成や除去が困難になる。そこで、本実施例では、反射膜３と温度検出部１４の間に所定の屈折率の部材（光学膜１６と呼ぶ。）を介在させ、反射膜３と温度検出部１４の実際の間隔を変えずに、屈折率を加味した光学的な長さ（すなわち、光路長）を変える。
【００５９】
なお、光学膜１６は、屈折率が大きく、ＴＨｚ波の吸収が小さく、プロセス適合性のよい部材であれば良く、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)やシリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)、シリコン膜など用いることができる。また、光学膜１６を介在させることによって反射膜３と温度検出部１４の光路長が変化することから、温度検出部１４のシート抵抗は図１４、図１５及び前記した第１の実施例の図６、図７に基づいて設定する。
【００６０】
図１４は、反射膜３の上に屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を設け、反射膜３と温度検出部１４の間隔を１．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図１４（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図１４（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図１４と図６とを比較すると、赤外線の吸収特性はあまり変化していないが、ＴＨｚ波の吸収特性は、そのピーク位置が右方向（シート抵抗が大きい方向）にシフトしており、かつ、吸収率が全体的に大きくなっている。これは、屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を介在させることによって光路長が３．２μｍになり、ＴＨｚ波の光学的共振条件に近くなったためと考えられる。
【００６１】
また、図１５は、反射膜３の上に屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を設け、反射膜３と温度検出部１４の間隔を２．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図１５（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図１５（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図１５と図７とを比較すると、赤外線の吸収特性は、そのピーク位置が左方向（シート抵抗が小さい方向）にシフトしており、かつ、吸収率が全体的に小さくなっているが、ＴＨｚ波の吸収特性は、そのピーク位置が右方向（シート抵抗が大きい方向）にシフトしており、かつ、吸収率が全体的に大きくなっている。これは、屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を介在させることによって光路長が４．２μｍになり、赤外線の光学的共振条件から大きく外れて、ＴＨｚ波の光学的共振条件に近くなったためと考えられる。
【００６２】
以上の結果より、反射膜３上に所定の屈折率の光学膜１６を介在させることにより、反射膜３と温度検出部１４の間隔を変えなくても、ＴＨｚ波の吸収率を大幅に増加させることができる。この場合、温度検出部１４のシート抵抗の好ましい範囲は光学膜１６の屈折率及び膜厚に依存するが、第１の実施例と同様に、多少ピーク位置からずれていても、吸収率が１０％以上であれば十分にＴＨｚ波を検出可能であることから、温度検出部１４のシート抵抗は１０乃至１００Ω／sq.の範囲であれば良いと言える。なお、本実施例においても、温度検出部１４のシート抵抗を上記範囲に設定しても赤外線はかなり吸収されてしまうが、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の入射面側に赤外線を遮断するバンドパスフィルタなどを挿入すれば、ＴＨｚ波のみを効率的に検出することができる。
【００６３】
以下、上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図１２及び図１３を参照して説明する。
【００６４】
まず、前記した第１及び第２の実施例と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成し、その上に第１保護膜５を形成する。
【００６５】
次に、本実施例では、図１２に示すように、プラズマＣＶＤ法などにより、所定の膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)、シリコン膜などを成膜し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、反射膜３上に光学膜１６を形成する。なお、この光学膜１６は必ずしも反射膜３の全面に形成する必要はなく、少なくとも温度検出部１４に対向する部分に形成すればよい。また、この光学膜１６の膜厚が大きくなると、光路長が増加してＴＨｚ波の吸収が大きくなる。
【００６６】
次に、図１３に示すように、回路基板２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い、マイクロブリッジ構造を形成するための犠牲層１７を形成する。その際、キュア後の感光性ポリイミド膜は、光学膜１６の屈折率及び膜厚、後に形成する第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０、吸収膜１１の膜厚を考慮して、反射膜３と温度検出部１４との間隔が赤外線の波長の略１／４程度（例えば、１．５〜２．５μｍ）になるように設定する。
【００６７】
その後、第１及び第２の実施例と同様に、犠牲層１７の上に第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８を形成し、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。次に、電極配線９、第４保護膜１０を形成する。
【００６８】
次に、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉなどの金属を成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４中央部及び庇１２上に吸収膜１１を形成する。その際、第１及び第２の実施例と同様に、第２保護膜６、第３保護膜８、ボロメータ薄膜７、第４保護膜１０、吸収膜１１を合わせた温度検出部１４のシート抵抗が略１０乃至１００Ω／sq.となるように膜厚を設定する。なお、第２の実施例のように、温度検出部１４上に庇１２を形成する場合は、温度検出部１４の中央部及び隣接する温度検出部１４の間の領域に第２犠牲層１８を形成し、第２犠牲層１８上に絶縁部材を形成し、温度検出部１４の中央部の絶縁部材を除去して庇１２を形成し、温度検出部１４の中央部及び庇１２上に吸収膜１１を形成すればよい。
【００６９】
その後、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層１７（又は犠牲層１７及び第２犠牲層１８）を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造のボロメータ型ＴＨｚ検出器１が完成する。
【００７０】
なお、本実施例においても、犠牲層１７をポリシリコンやＡｌで構成することもできるし、第２保護膜６、第３保護膜８、第４保護膜１０にシリコン酸化膜を用いる場合には、犠牲層１７をシリコン窒化膜で構成することも可能であり、さらに、その逆も可能である。
【００７１】
このように、本実施例でも、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用し、温度検出部１４上に吸収膜１１を追加すると共に、反射膜３と温度検出部１４の間隔は変えずに反射膜３上に光学膜１６を形成して反射膜３と温度検出部１４の光路長を大きくし、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定することにより、ＴＨｚ波の吸収率を更に向上させることができるため、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。また、このボロメータ型ＴＨｚ波検出器１では、赤外線もかなり高い吸収率で吸収することができるため、そのままボロメータ型赤外線検出器としても利用可能である。
【００７２】
なお、上記各実施例では、温度検出部としてボロメータ薄膜を備えたボロメータ型ＴＨｚ波検出器１について述べたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば温度検出部としてサーモパイルを備えたものなどにも同様に適用することができる。また、上記各実施例では、波長３０μｍ〜１ｍｍ程度のＴＨｚ波を検出する場合について述べたが、更に長波長の電磁波に対しても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、波長３０μｍ〜１ｍｍ程度のＴＨｚ波を検出する検出器に利用可能であると共に、各種波長の電磁波を検出する検出器にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関（反射膜と温度検出部の間隔が１．５μｍの場合）を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関（反射膜と温度検出部の間隔が２．５μｍの場合）を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の構造を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の構造を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関（反射膜と温度検出部の間隔が１．５μｍの場合）を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関（反射膜と温度検出部の間隔が２．５μｍの場合）を示す図である。
【図１６】従来のＴＨｚ波検出器の構造を示す断面図及び上面図である。
【図１７】従来のＴＨｚ波検出器の構造を示す断面図及び上面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ ボロメータ型ＴＨｚ波検出器
２ 回路基板
２ａ 読出回路
３ 反射膜
４ コンタクト
５ 第１保護膜
６ 第２保護膜
７ ボロメータ薄膜
８ 第３保護膜
９ 電極配線
１０ 第４保護膜
１１ 吸収膜
１２ 庇
１３ 支持部
１４ 温度検出部
１５ 空洞部
１６ 光学膜
１７ 犠牲層
１８ 第２犠牲層
２０ 基板
２１ ガラス層
２２ 金属アンテナ
２３ ヒータ膜
２４、２６ 絶縁体
２５ 感熱抵抗層
２７ 検知素子
２８ 脚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＨｚ周波数帯の電磁波（ＴＨｚ波）を検出する検出器に関し、特に、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光と電波の狭間にあるテラヘルツ周波数帯の電磁波（すなわち、周波数が１０１２Ｈｚ，波長が略３０μｍ〜１ｍｍの電磁波、以下、ＴＨｚ波と呼ぶ。）が物質の情報を直接反映する電磁波として注目されている。このＴＨｚ波を検出する検出器（以下、ＴＨｚ検出器と呼ぶ。）は、ＴＨｚ波を捕捉するダイポールアンテナやボータイ（Bow-tie）アンテナなどのアンテナ部と、アンテナ部で捕捉したＴＨｚ波を電気信号に変換する電気信号変換部とで構成される構造が一般的であり、電磁波を電気信号に変換する方式としてCapacitive coupling方式やResistive coupling方式などが知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、図１６に示すようなCapacitive coupling方式のＴＨｚ波検出器が開示されている。このＴＨｚ波検出器は、基板２０上にガラス層２１が形成され、ガラス層２１上に４つの金属アンテナ２２（ボータイアンテナ）が形成され、４つの金属アンテナ２２の中央部に、ガラス層２１や金属アンテナ２２から所定の間隔（ＧＡＰ１及びＧＡＰ２）を隔てて、ヒータ膜２３と絶縁体２４と感熱抵抗層２５と絶縁体２６とが積層された検知素子２７が形成された構造となっている。
【０００４】
また、同特許文献１には、図１７に示すようなResistive coupling方式のＴＨｚ波検出器も開示されている。このＴＨｚ波検出器は、基板２０上にガラス層２１が形成され、ガラス層２１上に４つの金属アンテナ２２（ボータイアンテナ）が形成され、４つの金属アンテナ２２の中央部に、ガラス層２１から所定の間隔（ＧＡＰ３）を隔てて、４つの金属アンテナ２２に接続されるヒータ膜２３が形成され、ヒータ膜２３上に絶縁体２４と感熱抵抗層２５と絶縁体２６とが積層された検知素子２７が形成された構造となっている。この構造では、金属アンテナ２２で集めたエネルギーをヒータ膜２３に有効に伝達するため、５０〜１００Ωにインピーダンス整合させた脚２８が必要になるため、熱コンダクタンスが大きくなり、Capacitive coupling方式に比べて感度が１桁ほど低くなると記載されている。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６３２９６５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、Capacitive coupling方式でＴＨｚ波を検出する場合は、金属アンテナ２２で集めたエネルギーを効率的にヒータ膜２３に伝達するためには、ガラス層２１と検知素子２７との間隔（ＧＡＰ１）と金属アンテナ２２と検知素子２７との間隔（ＧＡＰ２）を正確に制御する必要があり、上記特許文献１では、ＧＡＰ２の値として０．１〜１μｍの範囲が好ましいと記載されている。しかしながら、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いて、検知素子２７を脚２８によってガラス層２１から浮かせる場合、その間隔を０．１〜１μｍの範囲にすることは困難であり、歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００７】
また、Resistive coupling方式でＴＨｚ波を検出する場合も、金属アンテナ２２で集めたエネルギーを効率的にヒータ膜２３に伝達するためには、ガラス層２１とヒータ膜２３との間隔（ＧＡＰ３）を正確に制御する必要があり、上記特許文献１では、ＧＡＰ３の値として０．２〜１μｍの範囲が好ましいと記載されている。しかしながら、ＭＥＭＳ技術を用いて、ヒータ膜２３をガラス層２１から浮かせる場合に、その間隔を０．２〜１μｍの範囲にすることは困難であり、歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、一般的に、アンテナで電磁波を捕捉できる面積（effective aperture）は半波長を半径とする円の面積程度にしかならないことから、ＴＨｚ波を効率的に捕捉するために金属アンテナ２２を大きくする必要があるが、上記構造のＴＨｚ波検出器を２次元アレイ化する場合は、各々の検出器のサイズが限られるため、必然的に検知素子２７のサイズは小さくなる。例えば、波長１ｍｍのＴＨｚ波では検知素子２７のサイズは数μｍ程度になってしまい、数μｍの小さな領域に検知素子２７を作り込むのは非常に困難であり、更に歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００９】
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、高性能かつ高歩留まりで製造可能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、基板内に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されるものである。
【００１１】
また、本発明は、基板内に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間に前記ＴＨｚ波を透過する光学膜が配置され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されるものである。
【００１２】
本発明においては、前記光学膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン膜のいずれかとすることができる。
【００１３】
また、本発明においては、更に、前記温度検出部上に、該温度検出部の周縁部から外側に延びる庇が形成され、前記吸収膜が、前記温度検出部上及び前記庇上に形成される構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記反射膜と前記温度検出部との間隔は、略１．５乃至２．５μｍの範囲に設定され、前記温度検出部のシート抵抗は、前記反射膜と前記温度検出部との間の光路長における、前記温度検出部のシート抵抗と前記ＴＨｚ波の吸収率との相関関係に基づいて、前記ＴＨｚ波の吸収率がピーク近傍となる範囲に設定される構成とすることができ、前記温度検出部のシート抵抗は、前記ＴＨｚ波の吸収率が略１０％以上となる範囲に設定される構成、又は、略１０乃至１００Ω／squareの範囲に設定される構成とすることもできる。
【００１５】
このように、本発明では、反射膜と温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定し、温度検出部のシート抵抗はＴＨｚ波を基準にして設定することにより、赤外線検出器の構造及び製造方法を利用しつつＴＨｚ波の吸収率を格段に向上させることができ、これにより、高性能のＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高性能のボロメータ型ＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【００１７】
その理由は、ボロメータ薄膜を含む温度検出部（ダイアフラム）が支持部によって回路基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造において、回路基板上にＴＨｚ波を反射する反射膜を形成し、温度検出部上にＴＨｚ波を吸収する吸収膜を形成し、反射膜と温度検出部とで光学的共振構造を形成すると共に、反射膜と温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして赤外線の波長の略１／４（例えば、略１．５乃至２．５の範囲）に設定し、温度検出部のシート抵抗はＴＨｚ波を基準にしてＴＨｚ波の吸収率が所定値以上となる範囲（略１０乃至１００Ω／sq.の範囲）に設定することにより、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造技術を利用しつつ、ＴＨｚ波の吸収率を大幅に改善することができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
従来技術で示したように、周波数が１０１２Ｈｚ，波長が略３０μｍ〜１ｍｍのＴＨｚ波を検出するＴＨｚ波検出器として、Capacitive coupling方式やResistive coupling方式などが知られているが、これらの方式では、各部材の間隔を０．１μｍ程度の高い精度で制御しなければならず、かつ、アンテナに比べて検知素子のサイズが圧倒的に小さくなるため、高性能のＴＨｚ検出器を高い歩留まりで製造することが難しいという問題があった。
【００１９】
一方、波長８〜１２μｍ程度の赤外線を検出するボロメータ型赤外線検出器が知られており、監視目的などで広く利用されている。このボロメータ型赤外線検出器は、内部に読出回路が形成され、上面に反射膜が形成された基板上に犠牲層を形成し、犠牲層の上面にボロメータ薄膜と該ボロメータ薄膜を挟み込む保護膜とを含む温度検出部を形成すると共に、犠牲層の側面に一端がボロメータ薄膜に接続され他端が読出回路に接続される電極配線を含む２つの支持部を形成し、その後、犠牲層をエッチング除去するという方法で製造される。そして、基板上に形成された反射膜と温度検出部とで構成される光学的共振構造（いわゆる光共振器）によって入射した赤外線をより効率的に吸収し、吸収した赤外線によるボロメータ薄膜の抵抗変化を読出回路で読み出すことにより、赤外画像を得ている。
【００２０】
ここで、従来のＴＨｚ波検出器はＴＨｚ波をアンテナで捕捉するものであるのに対して、赤外線検出器は赤外線を光学的共振構造で吸収するものであり、電磁波を取り込む方法が全く異なるが、ＴＨｚ波検出器は検出素子を脚で支持するものであり、赤外線検出器は温度検出部を支持部で支持するものであり、その構造に共通点がある。そこで、本願発明者は、上記ボロメータ型赤外線検出器の光学的共振構造を利用してＴＨｚ波を吸収するＴＨｚ波検出器を提案する。
【００２１】
その際、ボロメータ型赤外線検出器では赤外線を効率的に吸収できるように光学的共振構造が形成されているため、ボロメータ型赤外線検出器をそのまま利用してもＴＨｚ波をほとんど検出することはできない。具体的には、温度検出部はＴＨｚ波を透過しやすく、反射膜と温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定されており、かつ、温度検出部のシート抵抗は数百〜数ｋΩ／sq.程度になるため、この条件では、ＴＨｚ波の吸収率は赤外線の吸収率の数％程度にしかならず、ＴＨｚ波検出器として十分な性能を得ることはできない。
【００２２】
ＴＨｚ波の吸収率を向上させる方法として、光学的共振構造の間隔をＴＨｚ波を基準にして設定する方法も考えられるが、間隔を大きくするためには、犠牲層をＴＨｚ波の波長の１／４、すなわち数十〜数百μｍ程度の厚みで形成しなければならず、そのような大きな膜厚の犠牲層に温度検出部や支持部を形成するのは困難であり、また、温度検出部や支持部が形成できたとしても、犠牲層をエッチングで除去することは困難であり、歩留まりが著しく低下してしまう。更に、温度検出部が基板から数十〜数百μｍの高さで支持された構造では振動や衝撃によって形状が変形しやすく、高い性能を維持することは困難である。
【００２３】
以上の知見から、本発明では、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用してＴＨｚ波を検出可能にするために、第１に、温度検出部にＴＨｚ波を吸収する吸収膜を追加する。また、第２に、光学的共振構造の間隔を変えると製造条件がずれて歩留まりが著しく低下することから、その間隔は変えずに、赤外線の波長を基準にして赤外線の波長の１／４程度に設定する。また、第３に、温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関データに基づいて、温度検出部のシート抵抗を、ＴＨｚ波の吸収率が所定値以上となる範囲に設定する。これらにより、ボロメータ型赤外線検出器の構造や製造方法を利用してＴＨｚ波の吸収率を向上させることが可能となり、高性能なＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【実施例１】
【００２４】
上記実施形態について更に詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図１乃至図７を参照して説明する。図１は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図２乃至図５は、その製造方法を示す工程断面図である。また、図６及び図７は、温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１は、読出回路２ａ等が形成された回路基板２上に、入射するＴＨｚ波を反射する反射膜３と読出回路２ａに接続するためのコンタクト４が形成され、その上に第１保護膜５が形成されている。また、コンタクト４上に、第２保護膜６、第３保護膜８、電極配線９、第４保護膜１０からなる支持部１３が形成され、コンタクト４を介して読出回路２ａと電極配線９とが接続されている。また、この支持部１３によって、第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０、吸収膜１１からなる温度検出部１４（ダイアフラム）が中空に保持され、ボロメータ薄膜７の両端部は電極配線９が接続されている。
【００２６】
ここで、上述したように、ＴＨｚ波を効率的に吸収するためには、光学的共振構造の条件を適切に設定する必要があるが、反射膜３と温度検出部１４の間隔を変更するためには犠牲層の厚みを変えなければならず、犠牲層の厚みが変わると製造条件が大きくずれて歩留まりが著しく低下することから、反射膜３と温度検出部１４の間隔（詳細には、反射膜３の表面と温度検出部１４の厚み方向の中心との間隔、実際には吸収膜１１が支配的であるため、反射膜３の表面と吸収膜１１との間隔）は赤外線を基準に設定する。なお、赤外線の波長を８〜１２μｍとすると波長の１／４は２〜３μｍとなるが、製造上、犠牲層は極力薄い方が好ましいことから、製造上の優位性を勘案して、本実施例では、反射膜３と温度検出部１４の間隔を略１．５乃至２．５μｍの範囲に設定する。
【００２７】
また、温度検出部１４のシート抵抗は図６及び図７に基づいて、ＴＨｚ波を基準に設定する。
【００２８】
図６は、反射膜３と温度検出部１４の間隔を１．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図６（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図６（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図６より、温度検出部１４のシート抵抗を従来の赤外線検出器の条件（例えば、１ｋΩ／sq.）に設定した場合、波長１０μｍの赤外線の吸収率は略６０％であるのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略１．５％であり、通常の赤外線検出器の条件ではＴＨｚ波をほとんど検出することはできない。しかしながら、温度検出部１４のシート抵抗をピーク位置（３０Ω／sq.）に近づけると、波長１０μｍの赤外線の吸収率は減少するのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略１８％となり大幅に増加する。
【００２９】
また、図７は、反射膜３と温度検出部１４の間隔を２．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図７（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図７（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図７より、温度検出部１４のシート抵抗を従来の赤外線検出器の条件（例えば、１ｋΩ／sq.）に設定した場合、波長１０μｍの赤外線の吸収率は略８０％であるのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略３．８％であり、通常の赤外線検出器の条件ではＴＨｚ波をほとんど検出することはできない。しかしながら、温度検出部１４のシート抵抗をピーク位置（５０Ω／sq.）に近づけると、波長１０μｍの赤外線の吸収率は減少するのに対して、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収率は略１８％となり大幅に増加する。
【００３０】
以上の結果より、ピーク位置は、反射膜３と温度検出部１４の間隔に依存するが、温度検出部１４のシート抵抗をピーク位置に近い値に設定すれば、ＴＨｚ波の吸収率は大幅に増加させることができる。ここで、通常の赤外線検出器では犠牲層の形成や除去のしやすさを考慮して反射膜３と温度検出部１４の間隔を略１．５〜２．５μｍに設定していることから、温度検出部１４のシート抵抗の好ましい範囲は３０〜５０Ω／sq.となるが、多少ピーク位置からずれていても、吸収率が１０％以上であれば十分にＴＨｚ波を検出可能であることから、温度検出部１４のシート抵抗は１０乃至１００Ω／sq.の範囲であれば良いと言える。なお、温度検出部１４のシート抵抗を上記範囲に設定しても赤外線はかなり吸収されてしまうが、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の入射面側に赤外線を遮断するバンドパスフィルタなどを挿入すれば、ＴＨｚ波のみを効率的に検出することができる。
【００３１】
以下、上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図２乃至図５を参照して説明する。
【００３２】
まず、図２に示すように、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉ等の金属を５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、各画素の温度検出部１４に入射するＴＨｚ波を反射するための反射膜３及び電極配線９と読出回路２ａとを接続するためのコンタクト４を形成する。なお、上記金属はＴＨｚ波の反射率が高く、電気抵抗が小さい材料であればよく、Ａｌ、Ｔｉに限定されない。
【００３３】
次に、回路基板２全面に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを１００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、反射膜３及びコンタクト４を保護する第１保護膜５を形成する。
【００３４】
次に、図３に示すように、回路基板２全面に感光性ポリイミド膜等の有機膜を塗布し、コンタクト４及び画素間の領域が露出するように露光・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犠牲層１７を形成する。その際、キュア後の感光性ポリイミド膜は、後に形成する第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０、吸収膜１１の厚みを考慮して、反射膜３と温度検出部１４との間隔が赤外線の波長の略１／４程度（例えば、１．５〜２．５μｍ）になるように設定する。
【００３５】
次に、図４に示すように、犠牲層１７の上に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを１００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、第２保護膜６を形成する。
【００３６】
次に、第２保護膜６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（Ｖ２Ｏ３、ＶＯＸなど）や酸化チタン（ＴｉＯＸ）などを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で堆積し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４となる部分にボロメータ薄膜７を形成する。なお、ここではボロメータ薄膜７として酸化バナジウムや酸化チタンを用いているが、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。
【００３７】
次に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚成膜し、ボロメータ薄膜７を保護する第３保護膜８を形成する。その後、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。
【００３８】
次に、スパッタ法によりＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの金属を５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、電極配線９を形成する。この電極配線９はコンタクト４を介してボロメータ薄膜７と回路基板２内の読出回路２ａとを電気的に接続すると共に、ボロメータ薄膜７を中空に保持する支持部１３としての役割を果たす。
【００３９】
その後、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などを１００〜５００ｎｍ程度の膜厚で成膜し、電極配線９を保護する第４保護膜１０を形成する。
【００４０】
次に、図５に示すように、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉなどの金属を成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、吸収膜１１を形成する。その際、第２保護膜６、第３保護膜８、ボロメータ薄膜７、第４保護膜１０、吸収膜１１を合わせた温度検出部１４のシート抵抗が略１０乃至１００Ω／sq.となるように膜厚を設定する。この吸収膜１１はＴＨｚ波を効率的に吸収する役割を果たす。なお、上記金属は温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定可能な材料であればよく、Ａｌ、Ｔｉに限定されない。
【００４１】
その後、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２保護膜６と第３保護膜８と第４保護膜１０とを部分的にエッチングして、犠牲層１７上の所定の領域にスルーホールを形成してポリイミドを部分的に露出させ、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層１７を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造のボロメータ型ＴＨｚ検出器１が完成する。
【００４２】
なお、犠牲層１７をポリシリコンやＡｌで構成することもできる。ポリシリコンを用いる場合は、例えば、ヒドラジンやテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）を用いたウェットエッチング、ＸｅＦ２プラズマを用いたドライエッチング等により犠牲層１７を除去することができる。また、Ａｌを用いる場合は、例えば、塩酸やホットリン酸を用いたウェットエッチングにより犠牲層１７を除去することができる。
【００４３】
また、第２保護膜６、第３保護膜８、第４保護膜１０にシリコン酸化膜を用いる場合には、犠牲層１７をシリコン窒化膜で構成することも可能であり、さらに、その逆も可能である。シリコン窒化膜を犠牲層１７とする場合は、例えば、ホットリン酸を用いたウェットエッチングで除去することができ、シリコン酸化膜を犠牲層１７とする場合は、例えば、弗酸を用いたウェットエッチングで除去することができる。
【００４４】
このように、本実施例では、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用し、温度検出部１４上に吸収膜１１を追加すると共に、反射膜３と温度検出部１４の間隔は変えずに、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定することにより、ＴＨｚ波の吸収率を格段に向上させることができるため、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。また、このボロメータ型ＴＨｚ波検出器１では、赤外線もかなり高い吸収率で吸収することができるため、そのままボロメータ型赤外線検出器としても利用可能である。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明の第２の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図８乃至図１０を参照して説明する。図８は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図９及び図１０は、その製造方法の一部を示す工程断面図である。
【００４６】
図８に示すように、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１は、読出回路２ａ等が形成された回路基板２上に、入射するＴＨｚ波を反射する反射膜３と読出回路２ａに接続するためのコンタクト４が形成され、その上に第１保護膜５が形成されている。また、コンタクト４上に、第２保護膜６、第３保護膜８、電極配線９、第４保護膜１０からなる支持部１３が形成され、コンタクト４を介して読出回路２ａと電極配線９とが接続されている。また、この支持部１３によって、第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０、吸収膜１１からなる温度検出部１４（ダイアフラム）が中空に保持され、ボロメータ薄膜７の両端部は電極配線９が接続されている。また、温度検出部１４の周囲には、温度検出部１４の周囲に入射するＴＨｚ波を吸収できるようにするための庇１２が形成されている。
【００４７】
このような構造においても、反射膜３と温度検出部１４の間隔が１．５〜２．５μｍの場合において、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.の範囲に設定することにより、赤外線検出器の構造や製造方法を利用して、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器を高い歩留まりで製造することができる。
【００４８】
以下、上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図９及び図１０を参照して説明する。
【００４９】
まず、前記した第１の実施例と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成し、その上に第１保護膜５を形成した後、温度検出部１４となる領域に犠牲層１７を形成する。次に、犠牲層１７の上に第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８を形成し、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。次に、電極配線９、第４保護膜１０を形成する。
【００５０】
次に、本実施例では、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２保護膜６と第３保護膜８と第４保護膜１０とを部分的にエッチングして、犠牲層１７上の所定の領域にスルーホールを形成し、ポリイミドを部分的に露出させる。
【００５１】
次に、図９に示すように、回路基板２全面に感光性ポリイミドを塗布し、温度検出部１４の周縁部が露出するように露光・現像を行った後、熱処理を施して、温度検出部１４の中央部及び隣接する温度検出部１４の間の領域に第２犠牲層１８を形成する。第２犠牲層１８の厚さは、例えば、０．５〜３μｍ程度である。
【００５２】
次に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)などの絶縁材料を３００〜６００ｎｍ程度の膜厚で形成した後、温度検出部１４中央部の上記絶縁材料を除去して庇１２を形成する。
【００５３】
次に、図１０に示すように、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉなどの金属を成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４中央部及び庇１２上に吸収膜１１を形成する。その際、第１の実施例と同様に、第２保護膜６、第３保護膜８、ボロメータ薄膜７、第４保護膜１０、吸収膜１１、庇１２を合わせた温度検出部１４のシート抵抗が略１０乃至１００Ω／sq.となるように膜厚を設定する。
【００５４】
その後、隣接する画素間の庇１２にスルーホールを形成してポリイミドを部分的に露出させ、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層１７及び第２犠牲層１８を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造のボロメータ型ＴＨｚ検出器１が完成する。
【００５５】
なお、本実施例においても、犠牲層１７をポリシリコンやＡｌで構成することもできるし、第２保護膜６、第３保護膜８、第４保護膜１０にシリコン酸化膜を用いる場合には、犠牲層１７をシリコン窒化膜で構成することも可能であり、さらに、その逆も可能である。
【００５６】
このように、本実施例でも、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用し、温度検出部１４上及び庇１２上に吸収膜１１を追加すると共に、反射膜３と温度検出部１４の間隔は変えずに、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定することにより、温度検出部１４に入射するＴＨｚ波のみならず、温度検出部１４周囲に入射するＴＨｚ波も庇１２で吸収することができるため、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。また、このボロメータ型ＴＨｚ波検出器１では、赤外線もかなり高い吸収率で吸収することができるため、そのままボロメータ型赤外線検出器としても利用可能である。
【実施例３】
【００５７】
次に、本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器について、図１１乃至図１５を参照して説明する。図１１は、本実施例のボロメータ型ＴＨｚ波検出器の１画素の構造を模式的に示す断面図であり、図１２及び図１３は、その製造方法の一部を示す工程断面図である。また、図１４及び図１５は、温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関を示す図である。
【００５８】
本発明のボロメータ型ＴＨｚ波検出器では、ＴＨｚ波に適した光学的共振構造を形成するためには反射膜３と温度検出部１４の間隔は広い方がよいが、一方、反射膜３と温度検出部１４の間隔を広くすると、犠牲層１７の形成や除去が困難になる。そこで、本実施例では、反射膜３と温度検出部１４の間に所定の屈折率の部材（光学膜１６と呼ぶ。）を介在させ、反射膜３と温度検出部１４の実際の間隔を変えずに、屈折率を加味した光学的な長さ（すなわち、光路長）を変える。
【００５９】
なお、光学膜１６は、屈折率が大きく、ＴＨｚ波の吸収が小さく、プロセス適合性のよい部材であれば良く、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ、ＳｉＯ２)やシリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)、シリコン膜など用いることができる。また、光学膜１６を介在させることによって反射膜３と温度検出部１４の光路長が変化することから、温度検出部１４のシート抵抗は図１４、図１５及び前記した第１の実施例の図６、図７に基づいて設定する。
【００６０】
図１４は、反射膜３の上に屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を設け、反射膜３と温度検出部１４の間隔を１．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図１４（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図１４（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図１４と図６とを比較すると、赤外線の吸収特性はあまり変化していないが、ＴＨｚ波の吸収特性は、そのピーク位置が右方向（シート抵抗が大きい方向）にシフトしており、かつ、吸収率が全体的に大きくなっている。これは、屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を介在させることによって光路長が３．２μｍになり、ＴＨｚ波の光学的共振条件に近くなったためと考えられる。
【００６１】
また、図１５は、反射膜３の上に屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を設け、反射膜３と温度検出部１４の間隔を２．５μｍに設定した場合の温度検出部１４のシート抵抗と吸収率との相関を示す図であり、図１５（ａ）は、波長１００μｍのＴＨｚ波の吸収特性、図１５（ｂ）は、波長１０μｍの赤外線の吸収特性を示している。図１５と図７とを比較すると、赤外線の吸収特性は、そのピーク位置が左方向（シート抵抗が小さい方向）にシフトしており、かつ、吸収率が全体的に小さくなっているが、ＴＨｚ波の吸収特性は、そのピーク位置が右方向（シート抵抗が大きい方向）にシフトしており、かつ、吸収率が全体的に大きくなっている。これは、屈折率３．４、膜厚０．５μｍのシリコン膜を介在させることによって光路長が４．２μｍになり、赤外線の光学的共振条件から大きく外れて、ＴＨｚ波の光学的共振条件に近くなったためと考えられる。
【００６２】
以上の結果より、反射膜３上に所定の屈折率の光学膜１６を介在させることにより、反射膜３と温度検出部１４の間隔を変えなくても、ＴＨｚ波の吸収率を大幅に増加させることができる。この場合、温度検出部１４のシート抵抗の好ましい範囲は光学膜１６の屈折率及び膜厚に依存するが、第１の実施例と同様に、多少ピーク位置からずれていても、吸収率が１０％以上であれば十分にＴＨｚ波を検出可能であることから、温度検出部１４のシート抵抗は１０乃至１００Ω／sq.の範囲であれば良いと言える。なお、本実施例においても、温度検出部１４のシート抵抗を上記範囲に設定しても赤外線はかなり吸収されてしまうが、ボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の入射面側に赤外線を遮断するバンドパスフィルタなどを挿入すれば、ＴＨｚ波のみを効率的に検出することができる。
【００６３】
以下、上記構造のボロメータ型ＴＨｚ波検出器１の製造方法について、図１２及び図１３を参照して説明する。
【００６４】
まず、前記した第１及び第２の実施例と同様に、ＣＭＯＳ回路等の読出回路２ａを形成した回路基板２上に、反射膜３及びコンタクト４を形成し、その上に第１保護膜５を形成する。
【００６５】
次に、本実施例では、図１２に示すように、プラズマＣＶＤ法などにより、所定の膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ，ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜(ＳｉＮ，Ｓｉ３Ｎ４)、シリコン酸窒化膜(ＳｉＯＮ)、シリコン膜などを成膜し、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、反射膜３上に光学膜１６を形成する。なお、この光学膜１６は必ずしも反射膜３の全面に形成する必要はなく、少なくとも温度検出部１４に対向する部分に形成すればよい。また、この光学膜１６の膜厚が大きくなると、光路長が増加してＴＨｚ波の吸収が大きくなる。
【００６６】
次に、図１３に示すように、回路基板２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い、マイクロブリッジ構造を形成するための犠牲層１７を形成する。その際、キュア後の感光性ポリイミド膜は、光学膜１６の屈折率及び膜厚、後に形成する第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８、第４保護膜１０、吸収膜１１の膜厚を考慮して、反射膜３と温度検出部１４との間隔が赤外線の波長の略１／４程度（例えば、１．５〜２．５μｍ）になるように設定する。
【００６７】
その後、第１及び第２の実施例と同様に、犠牲層１７の上に第２保護膜６、ボロメータ薄膜７、第３保護膜８を形成し、コンタクト４上の第１保護膜５、第２保護膜６及び第３保護膜８、ボロメータ薄膜７端部の第３保護膜８を除去する。次に、電極配線９、第４保護膜１０を形成する。
【００６８】
次に、スパッタ法によりＡｌ、Ｔｉなどの金属を成膜した後、レジストをマスクとしてパターン形成を行い、温度検出部１４中央部及び庇１２上に吸収膜１１を形成する。その際、第１及び第２の実施例と同様に、第２保護膜６、第３保護膜８、ボロメータ薄膜７、第４保護膜１０、吸収膜１１を合わせた温度検出部１４のシート抵抗が略１０乃至１００Ω／sq.となるように膜厚を設定する。なお、第２の実施例のように、温度検出部１４上に庇１２を形成する場合は、温度検出部１４の中央部及び隣接する温度検出部１４の間の領域に第２犠牲層１８を形成し、第２犠牲層１８上に絶縁部材を形成し、温度検出部１４の中央部の絶縁部材を除去して庇１２を形成し、温度検出部１４の中央部及び庇１２上に吸収膜１１を形成すればよい。
【００６９】
その後、Ｏ２ガスプラズマを用いたアッシングにより犠牲層１７（又は犠牲層１７及び第２犠牲層１８）を除去し、温度検出部１４が支持部１３によって回路基板２から浮いたマイクロブリッジ構造のボロメータ型ＴＨｚ検出器１が完成する。
【００７０】
なお、本実施例においても、犠牲層１７をポリシリコンやＡｌで構成することもできるし、第２保護膜６、第３保護膜８、第４保護膜１０にシリコン酸化膜を用いる場合には、犠牲層１７をシリコン窒化膜で構成することも可能であり、さらに、その逆も可能である。
【００７１】
このように、本実施例でも、ボロメータ型赤外線検出器の構造及び製造方法を利用し、温度検出部１４上に吸収膜１１を追加すると共に、反射膜３と温度検出部１４の間隔は変えずに反射膜３上に光学膜１６を形成して反射膜３と温度検出部１４の光路長を大きくし、温度検出部１４のシート抵抗を略１０乃至１００Ω／sq.に設定することにより、ＴＨｚ波の吸収率を更に向上させることができるため、高性能なボロメータ型ＴＨｚ波検出器１を歩留まりよく製造することができる。また、このボロメータ型ＴＨｚ波検出器１では、赤外線もかなり高い吸収率で吸収することができるため、そのままボロメータ型赤外線検出器としても利用可能である。
【００７２】
なお、上記各実施例では、温度検出部としてボロメータ薄膜を備えたボロメータ型ＴＨｚ波検出器１について述べたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば温度検出部としてサーモパイルを備えたものなどにも同様に適用することができる。また、上記各実施例では、波長３０μｍ〜１ｍｍ程度のＴＨｚ波を検出する場合について述べたが、更に長波長の電磁波に対しても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、波長３０μｍ〜１ｍｍ程度のＴＨｚ波を検出する検出器に利用可能であると共に、各種波長の電磁波を検出する検出器にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関（反射膜と温度検出部の間隔が１．５μｍの場合）を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関（反射膜と温度検出部の間隔が２．５μｍの場合）を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の構造を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の構造を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の製造方法を示す工程断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関（反射膜と温度検出部の間隔が１．５μｍの場合）を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施例に係るボロメータ型ＴＨｚ波検出器の温度検出部のシート抵抗と吸収率との相関（反射膜と温度検出部の間隔が２．５μｍの場合）を示す図である。
【図１６】従来のＴＨｚ波検出器の構造を示す断面図及び上面図である。
【図１７】従来のＴＨｚ波検出器の構造を示す断面図及び上面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ ボロメータ型ＴＨｚ波検出器
２ 回路基板
２ａ 読出回路
３ 反射膜
４ コンタクト
５ 第１保護膜
６ 第２保護膜
７ ボロメータ薄膜
８ 第３保護膜
９ 電極配線
１０ 第４保護膜
１１ 吸収膜
１２ 庇
１３ 支持部
１４ 温度検出部
１５ 空洞部
１６ 光学膜
１７ 犠牲層
１８ 第２犠牲層
２０ 基板
２１ ガラス層
２２ 金属アンテナ
２３ ヒータ膜
２４、２６ 絶縁体
２５ 感熱抵抗層
２７ 検知素子
２８ 脚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、
前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、
前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されることを特徴とするボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項２】
基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、
前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間に前記ＴＨｚ波を透過する光学膜が配置され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、
前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されることを特徴とするボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項３】
前記光学膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン膜のいずれかであることを特徴とする請求項２記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項４】
更に、前記温度検出部上に、該温度検出部の周縁部から外側に延びる庇が形成され、前記吸収膜が、前記温度検出部上及び前記庇上に形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ボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項５】
前記反射膜と前記温度検出部との間隔は、略１．５乃至２．５μｍの範囲に設定され、
前記温度検出部のシート抵抗は、前記反射膜と前記温度検出部との間の光路長における、前記温度検出部のシート抵抗と前記ＴＨｚ波の吸収率との相関関係に基づいて、前記ＴＨｚ波の吸収率がピーク近傍となる範囲に設定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項６】
前記温度検出部のシート抵抗は、前記ＴＨｚ波の吸収率が略１０％以上となる範囲に設定されることを特徴とする請求項５記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項７】
前記温度検出部のシート抵抗は、略１０乃至１００Ω／squareの範囲に設定されることを特徴とする請求項５又は６に記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項１】
基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、
前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、
前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されることを特徴とするボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項２】
基板に形成された読出回路に接続される電極配線を含む支持部により、前記電極配線に接続されるボロメータ薄膜を含む温度検出部が、前記基板から浮いた状態で支持されるマイクロブリッジ構造を有するボロメータ型ＴＨｚ波検出器であって、
前記基板上の前記温度検出部に対向する位置にＴＨｚ波を反射する反射膜が形成され、前記温度検出部上に前記ＴＨｚ波を吸収する吸収膜が形成され、前記反射膜と前記温度検出部との間に前記ＴＨｚ波を透過する光学膜が配置され、前記反射膜と前記温度検出部とで光学的共振構造が形成され、
前記反射膜と前記温度検出部との間隔は赤外線の波長を基準にして設定され、かつ、前記温度検出部のシート抵抗は前記ＴＨｚ波を基準にして設定されることを特徴とするボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項３】
前記光学膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン膜のいずれかであることを特徴とする請求項２記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項４】
更に、前記温度検出部上に、該温度検出部の周縁部から外側に延びる庇が形成され、前記吸収膜が、前記温度検出部上及び前記庇上に形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ボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項５】
前記反射膜と前記温度検出部との間隔は、略１．５乃至２．５μｍの範囲に設定され、
前記温度検出部のシート抵抗は、前記反射膜と前記温度検出部との間の光路長における、前記温度検出部のシート抵抗と前記ＴＨｚ波の吸収率との相関関係に基づいて、前記ＴＨｚ波の吸収率がピーク近傍となる範囲に設定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項６】
前記温度検出部のシート抵抗は、前記ＴＨｚ波の吸収率が略１０％以上となる範囲に設定されることを特徴とする請求項５記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【請求項７】
前記温度検出部のシート抵抗は、略１０乃至１００Ω／squareの範囲に設定されることを特徴とする請求項５又は６に記載のボロメータ型ＴＨｚ波検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−２４１４３８（Ｐ２００８−２４１４３８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８１８２７（Ｐ２００７−８１８２７）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
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