JP2011040663A - Thermopile type infrared detecting element and method of manufacturing the same - Google Patents

Thermopile type infrared detecting element and method of manufacturing the same Download PDF

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Tomoyuki Yamazaki
智幸 山崎
Kensuke Murakami
健介 村上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermopile type infrared detecting element having a structure which can enhance integration density of thermocouples and also can achieve high sensitivity without complicated operation processes. <P>SOLUTION: The thermopile type infrared detecting element includes: a first device element 100 which has first silicon needles 140 formed by a VLS crystalline growth method and first contact pads 150 on a plurality of N-doped first diffusion layers 120 arranged on one surface side of a first silicon substrate 110; and a second device element 200 which has second silicon needles 240 formed by the VLS crystalline growth method and second contact pads 250 on a plurality of P-doped second diffusion layers 220 arranged on one surface side of a second silicon substrate 210. The first device element 100 and second device element 200 face each other, the first silicon needles 140 and the second contact pads 250 are connected, and the second silicon needles 240 and the first contact pads 150 are connected. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、サーモパイル型赤外線検知素子およびその製造方法に関し、さらに詳しく言えば、熱電対を高密度に配置させた高感度のサーモパイル型赤外線検知素子およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a thermopile infrared detection element and a method for manufacturing the same, and more specifically, relates to a highly sensitive thermopile infrared detection element in which thermocouples are arranged at high density and a method for manufacturing the same.

サーモパイル型赤外線検知素子においては、異種金属からなる複数の熱電対が直列に接続され、温接点と冷接点との間の温度差に対応した直列熱起電力によって入射赤外線の量（強さ）を測定する。   In thermopile infrared detectors, multiple thermocouples made of dissimilar metals are connected in series, and the amount (intensity) of incident infrared rays is determined by the series thermoelectromotive force corresponding to the temperature difference between the hot and cold junctions. taking measurement.

したがって、その感度を向上させるには、熱電対の集積密度を高めて直列熱起電力を大きくし、また、温接点と冷接点とを熱的に分離して温接点からの熱が冷接点に伝わりにくい構造とすることが要求される。   Therefore, in order to improve the sensitivity, the thermocouple power density is increased by increasing the thermocouple integration density, and the hot junction and the cold junction are thermally separated so that the heat from the hot junction becomes the cold junction. A structure that is difficult to transmit is required.

このようなサーモパイル型赤外線検知素子の製造方法として、例えば特許文献１に記載されている発明では、まず、図５ａに示すように、一方の面側に検出回路パターンが形成されたＳｉ基板３０上にＣＶＤ蒸着法等によりＳｉＯ２ 層３０Ａを堆積し、その表面を平坦化する。 As a manufacturing method of such a thermopile type infrared detection element, for example, in the invention described in Patent Document 1, first, as shown in FIG. 5a, on a Si substrate 30 on which a detection circuit pattern is formed on one surface side. An SiO 2 layer 30A is deposited on the surface by CVD or the like, and the surface thereof is flattened.

次に、図５ｂに示すように、その平坦化された面上に、ポリイミドパターン３０Ｂを台形状に形成したのち、図５ｃに示すように、ポリイミドパターン３０Ｂ上にＳｉＮ等の熱電対材料や金属パターンを熱伝導性箔膜３４として堆積する。   Next, a polyimide pattern 30B is formed in a trapezoidal shape on the flattened surface as shown in FIG. 5b, and then a thermocouple material such as SiN or metal is formed on the polyimide pattern 30B as shown in FIG. 5c. The pattern is deposited as a thermally conductive foil film 34.

しかる後、図５ｄに示すように、台形状のポリイミドパターン３０Ｂの側面（傾斜面）に沿ってリード３１およびリード３２を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 5d, leads 31 and leads 32 are formed along the side surfaces (inclined surfaces) of the trapezoidal polyimide pattern 30B.

リード３１は、第１の熱電材料としてのＰドープＳｉ（ｎ型Ｓｉ）をポリイミドパターン３０Ｂの側面に沿って１μｍの厚さに堆積しパターニングすることにより形成する。また、リード３２も同様に、第２の熱電材料としてのＢドープＳｉ（ｐ型Ｓｉ）をポリイミドパターン３０Ｂの側面に沿って１μｍの厚さに堆積しパターニングすることにより形成する。   The lead 31 is formed by depositing and patterning P-doped Si (n-type Si) as a first thermoelectric material to a thickness of 1 μm along the side surface of the polyimide pattern 30B. Similarly, the lead 32 is formed by depositing and patterning B-doped Si (p-type Si) as the second thermoelectric material to a thickness of 1 μm along the side surface of the polyimide pattern 30B.

これに伴って、温接点３５および冷接点３６がリード３１とリード３２との各接合部に形成される。次に、図５ｅに示すように、ＳｉＯ２ 層３０Ａにリード３１，３２の基底部において、Ｓｉ基板３０上の検出回路パターンに対応してコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールを埋めるように電極３６Ａを形成する。 Along with this, a hot junction 35 and a cold junction 36 are formed at each joint between the lead 31 and the lead 32. Next, as shown in FIG. 5e, contact holes are formed in the base portions of the leads 31 and 32 in the SiO 2 layer 30A so as to correspond to the detection circuit pattern on the Si substrate 30, and the electrodes are filled to fill the contact holes. 36A is formed.

さらに、図５ｆに示すように、熱伝導性箔膜３４上にＡｕもしくはＣの微粒子、またはＳｉＮでコーティングされたＮｉＣｒの薄膜よりなる赤外線吸収層３４Ａを堆積する。   Further, as shown in FIG. 5f, an infrared absorption layer 34A made of a thin film of NiCr coated with fine particles of Au or C or SiN is deposited on the heat conductive foil film 34.

最後に、図５ｇに示すように、ポリイミドパターン３０Ｂを酸素プラズマ等で除去することにより、内部に空間３０ａが形成され、熱伝導性薄膜３４が熱電対を構成する複数のリード３１，３２により中空に保持された構造が得られる。   Finally, as shown in FIG. 5g, by removing the polyimide pattern 30B with oxygen plasma or the like, a space 30a is formed inside, and the heat conductive thin film 34 is hollowed by a plurality of leads 31, 32 constituting a thermocouple. The structure held in the is obtained.

上記従来技術によれば、熱電対を構成する複数のリード３１，３２が台形のポリイミドパターン３０Ｂの側面（傾斜面）に沿って作製されるため、三次元的に回路を作製することができる。   According to the above prior art, since the plurality of leads 31 and 32 constituting the thermocouple are produced along the side surface (inclined surface) of the trapezoidal polyimide pattern 30B, a circuit can be produced three-dimensionally.

また、温接点３５（熱伝導性箔膜３４とリード３１，３２との接点）が、空間３０ａを介して中空に支持されているので、温接点３５から冷接点３６（Ｓｉ基板３０とリード３１，３２との接点）への熱輸送を最小化することができるので、高感度のサーモパイル型赤外線検知素子を製造することができる。   Further, since the hot junction 35 (the contact between the heat conductive foil film 34 and the leads 31 and 32) is supported hollowly through the space 30a, the hot junction 35 to the cold junction 36 (the Si substrate 30 and the lead 31) are supported. , 32 can be minimized so that a highly sensitive thermopile infrared detector can be manufactured.

特開平８−３０４１７４号公報JP-A-8-304174

しかしながら、上記従来技術では、熱電対となるリード３１，３２を形成するにあたって、ポリイミドパターン３０Ｂの側面に沿ってｐ型あるいはｎ型のシリコンを堆積し、エッチングにより個々の熱電対を形成するようにしているため、合計で２度のパターニングおよびエッチングを必要とする。   However, in the above prior art, when forming the leads 31 and 32 to be thermocouples, p-type or n-type silicon is deposited along the side surface of the polyimide pattern 30B, and individual thermocouples are formed by etching. Therefore, patterning and etching twice are required in total.

しかも、そのパターニングおよびエッチングをポリイミドパターン３０Ｂの傾斜面に沿って行わなければならないため、そのレート制御等の点で問題があり、リード３１，３２の微細化にも限界がある。   Moreover, since the patterning and etching must be performed along the inclined surface of the polyimide pattern 30B, there is a problem in terms of rate control and the like, and there is a limit to miniaturization of the leads 31 and 32.

さらに、ポリイミドパターン３０Ｂは最終的に除去されるものの、ポリイミドパターン３０Ｂの部分が空間３０ａとして残されるため、素子全体の小型化にも限界がある。   Further, although the polyimide pattern 30B is finally removed, the portion of the polyimide pattern 30B is left as the space 30a, so that there is a limit to downsizing of the entire element.

したがって、本発明の課題は、複雑な作業工程を辿ることなく、熱電対の集積密度を高めることができ、かつ、高感度化をも実現し得る構成を備えたサーモパイル型赤外線検知素子およびその製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermopile infrared detection element having a configuration capable of increasing the integration density of thermocouples and achieving high sensitivity without following complicated work processes, and the manufacture thereof. It is to provide a method.

上記課題を解決するため、第１の発明は、第１シリコン基板を備え、上記第１シリコン基板の一方の面側にＮ型ドープされた複数の第１拡散層が設けられ、上記各第１拡散層上にＶＬＳ結晶成長法による第１シリコン針と第１コンタクトパッドとが形成されている第１素子エレメントと、第２シリコン基板を備え、上記第２シリコン基板の一方の面側にＰ型ドープされた複数の第２拡散層が設けられ、上記各第２拡散層上にＶＬＳ結晶成長法による第２シリコン針と第２コンタクトパッドとが形成されている第２素子エレメントとを備え、上記第１素子エレメントと上記第２素子エレメントとが、上記第１シリコン針が上記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるとともに、上記第２シリコン針が上記第１コンタクトパッドと電気的に接続されるように互いに向き合うように接合され、上記第１シリコン針と上記第２シリコン針とが上記第１拡散層および上記第２拡散層を介して電気的に直列に接続され、かつ、上記第１シリコン基板もしくは上記第２シリコン基板の他方の面側に赤外線吸収膜が形成されていることを特徴としている。   In order to solve the above-described problem, a first invention includes a first silicon substrate, and a plurality of N-type doped first diffusion layers are provided on one surface side of the first silicon substrate. A first element element having a first silicon needle and a first contact pad formed by a VLS crystal growth method on a diffusion layer and a second silicon substrate are provided, and a P-type is formed on one surface side of the second silicon substrate. A plurality of doped second diffusion layers, and a second element element in which a second silicon needle and a second contact pad are formed on each second diffusion layer by a VLS crystal growth method. The first element element and the second element element are configured such that the first silicon needle is electrically connected to the second contact pad, and the second silicon needle is electrically connected to the first contact pad. The first silicon needle and the second silicon needle are electrically connected in series via the first diffusion layer and the second diffusion layer, and the first silicon needle and the second silicon needle are connected in series. An infrared absorption film is formed on the other surface side of the one silicon substrate or the second silicon substrate.

また、上記課題を解決するため、第２の発明は、第１シリコン基板の一方の面側にＮ型ドープされた複数の第１拡散層を形成し、上記各第１拡散層上に触媒となる第１金属を成膜してＶＬＳ結晶成長法により第１シリコン針を形成した後に、上記各第１拡散層上に第１コンタクトパッドを形成して第１素子エレメントを作製する工程と、第２シリコン基板の一方の面側にＰ型ドープされた複数の第２拡散層を形成し、上記各第２拡散層上に触媒となる第２金属を成膜してＶＬＳ結晶成長法により第２シリコン針を形成した後に、上記各第２拡散層上に第２コンタクトパッドを形成して第２素子エレメントを作製する工程と、上記第１素子エレメントと上記第２素子エレメントとを、上記第１シリコン針が上記第２コンタクトパッドと電気的に接続し、上記第２シリコン針が上記第１コンタクトパッドと電気的に接続するように互いに向き合うように接合して、上記第１シリコン針と上記第２シリコン針とを上記第１拡散層および上記第２拡散層を介して電気的に直列に接続する工程と、上記第１シリコン基板もしくは上記第２シリコン基板の他方の面側に赤外線吸収膜を形成する工程とを含むことを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, the second invention forms a plurality of N-type doped first diffusion layers on one surface side of the first silicon substrate, and a catalyst is formed on each of the first diffusion layers. Forming a first metal needle and forming a first silicon needle by a VLS crystal growth method, and then forming a first contact pad on each of the first diffusion layers to produce a first element element; A plurality of P-type doped second diffusion layers are formed on one surface side of the two silicon substrate, a second metal serving as a catalyst is formed on each of the second diffusion layers, and a second metal is grown by VLS crystal growth. After forming the silicon needle, a step of forming a second contact element by forming a second contact pad on each of the second diffusion layers, the first element element and the second element element, and Silicon needle is electrically connected to the second contact pad Subsequently, the second silicon needle is joined to face each other so as to be electrically connected to the first contact pad, and the first silicon needle and the second silicon needle are joined to the first diffusion layer and the The method includes a step of electrically connecting in series via the second diffusion layer and a step of forming an infrared absorption film on the other surface side of the first silicon substrate or the second silicon substrate.

上記第２の発明において、上記第１拡散層上および上記第２拡散層上に成膜する上記金属をＡｕ（金）とすることが好ましい。   In the second aspect of the present invention, it is preferable that the metal deposited on the first diffusion layer and the second diffusion layer is Au (gold).

同様に、上記第１コンタクトパッドおよび上記第２コンタクトパッドをＡｕ（金）とすることが好ましい。   Similarly, the first contact pad and the second contact pad are preferably made of Au (gold).

また、上記第２の発明の好ましい態様によれば、上記第１素子エレメントと上記第２素子エレメントとを接合した後、上記赤外線吸収膜が形成される側の上記シリコン基板の基板厚を薄くする工程がさらに実施される。   According to a preferred aspect of the second invention, after the first element element and the second element element are joined, the thickness of the silicon substrate on the side where the infrared absorption film is formed is reduced. A process is further performed.

また、上記上記第２の発明において、赤外線吸収膜をＡｕ−Ｂｌａｃｋ（金黒）により形成することが好ましい。   In the second invention, the infrared absorption film is preferably formed of Au-Black (gold black).

本発明によれば、第１素子エレメント側で第１シリコン基板のＮ型ドープされた第１拡散層上にＶＬＳ結晶成長法により形成された第１シリコン針（Ｎ型）と、第２素子エレメント側で第２シリコン基板のＰ型ドープされた第２拡散層上にＶＬＳ結晶成長法により形成された第２シリコン針（Ｐ型）とを熱電対材料として、第１シリコン針を第２拡散層上の第１コンタクトパッドに電気的に接続し、第２シリコン針を第１拡散層上の第１コンタクトパッドに電気的に接続することにより熱電対が形成されるため、第１，第２シリコン針およびこれらに対応する第１，第２コンタクトパッドの密度を高めることによって、容易に熱電対の集積密度を高めることができる。   According to the present invention, the first silicon needle (N-type) formed by the VLS crystal growth method on the N-type doped first diffusion layer of the first silicon substrate on the first element element side, and the second element element A second silicon needle (P-type) formed by VLS crystal growth on the P-type doped second diffusion layer of the second silicon substrate on the side is used as a thermocouple material, and the first silicon needle is used as the second diffusion layer. Since the thermocouple is formed by electrically connecting to the first contact pad on the top and electrically connecting the second silicon needle to the first contact pad on the first diffusion layer, the first and second silicon By increasing the density of the needles and the corresponding first and second contact pads, the integration density of the thermocouple can be easily increased.

また、本発明によれば、第１シリコン針および第２シリコン針は、各シリコン基板に対してほぼ垂直に形成され、その針径はたかだか数μｍ程度であるため、単位面積あたりの熱電対の集積密度をより一層高めることができる。   Further, according to the present invention, the first silicon needle and the second silicon needle are formed substantially perpendicular to each silicon substrate, and the needle diameter is about several μm at most. The integration density can be further increased.

さらには、ＶＬＳ結晶成長法によると、数百μｍ程度の高さを有するシリコン針が得られるため、温接点と冷接点間の距離を十分に確保することができ、これにより、高感度のサーモパイル型赤外線検知素子とすることができる。   Furthermore, according to the VLS crystal growth method, a silicon needle having a height of about several hundred μm can be obtained, so that a sufficient distance between the hot junction and the cold junction can be secured, thereby enabling a highly sensitive thermopile. Type infrared detecting element.

本発明の実施形態に係るサーモパイル型赤外線検知素子の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the thermopile type infrared rays detection element which concerns on embodiment of this invention. 上記サーモパイル型赤外線検知素子に含まれる第１素子エレメントの製造工程を示す模式図。The schematic diagram which shows the manufacturing process of the 1st element element contained in the said thermopile type infrared detection element. 上記サーモパイル型赤外線検知素子に含まれる第２素子エレメントの製造工程を示す模式図。The schematic diagram which shows the manufacturing process of the 2nd element element contained in the said thermopile type infrared detection element. 上記第１素子エレメントと上記第２素子エレメントの接合工程を示す模式図。The schematic diagram which shows the joining process of the said 1st element element and the said 2nd element element. 従来技術によるサーモパイル型赤外線検知素子の第１製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the 1st manufacturing process of the thermopile type infrared detection element by a prior art. 従来技術によるサーモパイル型赤外線検知素子の第２製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the 2nd manufacturing process of the thermopile type infrared detection element by a prior art. 従来技術によるサーモパイル型赤外線検知素子の第３製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the 3rd manufacturing process of the thermopile type infrared detection element by a prior art. 従来技術によるサーモパイル型赤外線検知素子の第４製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the 4th manufacturing process of the thermopile type infrared detection element by a prior art. 従来技術によるサーモパイル型赤外線検知素子の第５製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the 5th manufacturing process of the thermopile type infrared detection element by a prior art. 従来技術によるサーモパイル型赤外線検知素子の第６製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the 6th manufacturing process of the thermopile type infrared detection element by a prior art. 従来技術によるサーモパイル型赤外線検知素子の第７製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the 7th manufacturing process of the thermopile type infrared detection element by a prior art.

次に、図１ないし図４を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4, but the present invention is not limited to this.

まず、図１に示すように、本発明によるサーモパイル型赤外線検知素子１０は、第１シリコン針１４０を有する第１素子エレメント１００と、第２シリコン針２４０を有する第２素子エレメント２００とを互いに向かい合わせとして接合することにより構成される。   First, as shown in FIG. 1, the thermopile infrared detection element 10 according to the present invention has a first element element 100 having a first silicon needle 140 and a second element element 200 having a second silicon needle 240 facing each other. It is configured by joining as a combination.

第１素子エレメント１００は、第１シリコン基板１１０を備え、第１シリコン基板１１０の一方の面側には、例えばＮ型にドープされた複数の第１拡散層１２０が形成されている。   The first element element 100 includes a first silicon substrate 110. On one surface side of the first silicon substrate 110, a plurality of first diffusion layers 120 doped, for example, in N-type are formed.

各第１拡散層１２０上には、先端に第１金属１３０を有する第１シリコン針１４０と、第１コンタクトパッド１５０とが形成されている。   On each first diffusion layer 120, a first silicon needle 140 having a first metal 130 at the tip and a first contact pad 150 are formed.

同様に、第２素子エレメント２００は、第２シリコン基板２１０を備え、第２シリコン基板２１０の一方の面側には、例えばＰ型にドープされた複数の第２拡散層２２０が形成されている。   Similarly, the second element element 200 includes a second silicon substrate 210, and a plurality of second diffusion layers 220 doped, for example, in P-type are formed on one surface side of the second silicon substrate 210. .

各第２拡散層２２０上には、先端に第２金属２３０を有する第２シリコン針２４０と、第２コンタクトパッド２５０とが形成されている。   On each second diffusion layer 220, a second silicon needle 240 having a second metal 230 at the tip and a second contact pad 250 are formed.

第１素子エレメント１００と第２素子エレメント２００は、互いに向かい合わせとされて、第１シリコン針１４０が第２コンタクトパッド２５０と電気的に接続され、また、第２シリコン針２４０が第１コンタクトパッド１５０と電気的に接続される。   The first element element 100 and the second element element 200 face each other, the first silicon needle 140 is electrically connected to the second contact pad 250, and the second silicon needle 240 is the first contact pad. 150 is electrically connected.

これにより、第１素子エレメント１００側の第１シリコン針１４０と、第２素子エレメント２００側の第２シリコン針２４０は、第１拡散層１２０および第２拡散層２２０を介して電気的に直列に接続され、一方の素子エレメント側を冷接点側とし、他方の素子エレメント側を温接点側とする複数の熱電対が構成される。   Accordingly, the first silicon needle 140 on the first element element 100 side and the second silicon needle 240 on the second element element 200 side are electrically connected in series via the first diffusion layer 120 and the second diffusion layer 220. A plurality of thermocouples having one element element side as a cold junction side and the other element element side as a hot junction side are configured.

この実施形態では、第１素子エレメント１００側を冷接点Ｃ側，第２素子エレメント２００側を温接点Ｈ側としているが、第２素子エレメント２００側を冷接点Ｃ側，第１素子エレメント１００側を温接点Ｈ側としてもよい。   In this embodiment, the first element element 100 side is the cold junction C side, and the second element element 200 side is the hot junction H side, but the second element element 200 side is the cold junction C side and the first element element 100 side. May be the hot junction H side.

なお、図１には直列に接続された１列分の熱電対しか示されていないが、実際の基板には、これが多列として形成されており、例えば第１シリコン基板１１０の両端側には、各列の直列熱起電力の合計熱起電力を取り出すための電極端子１６１，１６２が形成されている。   FIG. 1 shows only one row of thermocouples connected in series, but the actual substrate is formed as multiple rows, for example, on both ends of the first silicon substrate 110. Electrode terminals 161 and 162 for taking out the total thermoelectromotive force of the series thermoelectromotive force of each column are formed.

温接点Ｈ側の第２シリコン基板２１０の他方の面（図１において上面側）には、赤外線吸収膜３００が形成される。この場合、第２シリコン基板２１０の板厚を第１シリコン基板１１０よりも薄く形成することが好ましい。   An infrared absorption film 300 is formed on the other surface (the upper surface side in FIG. 1) of the second silicon substrate 210 on the warm junction H side. In this case, it is preferable that the thickness of the second silicon substrate 210 is thinner than that of the first silicon substrate 110.

次に、図２（ａ）〜（ｄ）により、第１素子エレメント１００の製造工程の一例について説明する。   Next, an example of a manufacturing process of the first element element 100 will be described with reference to FIGS.

まず、図２（ａ）を参照して、第１シリコン基板１１０に、好ましくは単結晶で（１１１）面方位のシリコン基板を用い、その一方の面に、例えばＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）等の５価の原子を不純物としてドープしてＮ型にドープされた複数の拡散層１２０を形成する。なお、ドープはイオン注入により行う。   First, referring to FIG. 2A, a silicon substrate having a (111) orientation, preferably a single crystal, is used as the first silicon substrate 110, and P (phosphorus) or As (arsenic) is formed on one surface thereof. ) And the like as impurities to form a plurality of diffusion layers 120 doped in N-type. Doping is performed by ion implantation.

次に、図２（ｂ）に示すように、各第１拡散層１２０上に触媒となる第１金属１３０を成膜する。第１金属１３０には、好ましくはＡｕ（金）を用いる。   Next, as shown in FIG. 2B, a first metal 130 serving as a catalyst is formed on each first diffusion layer 120. Au (gold) is preferably used for the first metal 130.

そして、図２（ｃ）に示すように、ＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ）結晶成長法により、各第１拡散層１２０上に、第１金属１３０を頭部とする第１シリコン針１４０を成長させる。ＶＬＳ結晶成長法によれば、針径が数μｍ，高さ数百μｍ程度のシリコン針が得られる。   Then, as shown in FIG. 2C, a first silicon needle 140 having the first metal 130 as a head is grown on each first diffusion layer 120 by a VLS (Vapor-Liquid-Solid) crystal growth method. Let According to the VLS crystal growth method, a silicon needle having a needle diameter of several μm and a height of several hundred μm is obtained.

その後、図２（ｄ）に示すように、各第１拡散層１２０上に第１コンタクトパッド１５０を形成する。第１コンタクトパッド１５０には、Ａｕ（金）を用いることが好ましい。   Thereafter, as shown in FIG. 2D, a first contact pad 150 is formed on each first diffusion layer 120. The first contact pad 150 is preferably made of Au (gold).

次に、図３（ａ）〜（ｄ）により、第２素子エレメント２００の製造方法の一例について説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the second element element 200 will be described with reference to FIGS.

まず、図３（ａ）を参照して、第２シリコン基板２１０に、好ましくは単結晶で（１１１）面方位のシリコン基板を用い、その一方の面に、例えばＢ（ホウ素）やＡｌ（アルミニウム）等の３価の原子を不純物としてドープしてＰ型にドープされた複数の拡散層２２０を形成する。   First, referring to FIG. 3 (a), a second silicon substrate 210 is preferably a single crystal silicon substrate having a (111) plane orientation, and one surface thereof, for example, B (boron) or Al (aluminum) is used. ) And the like as impurities to form a plurality of diffusion layers 220 doped in P-type.

次に、図３（ｂ）に示すように、各第２拡散層２２０上に触媒となるＡｕ（金）等からなる第２金属２３０を成膜する。   Next, as shown in FIG. 3B, a second metal 230 made of Au (gold) or the like serving as a catalyst is formed on each second diffusion layer 220.

そして、図３（ｃ）のように、ＶＬＳ結晶成長法により、各第２拡散層２２０上に、第２金属２３０を頭部とする第２シリコン針２４０を成長させる。   Then, as shown in FIG. 3C, a second silicon needle 240 having the second metal 230 as a head is grown on each second diffusion layer 220 by the VLS crystal growth method.

その後、図３（ｄ）に示すように、各第２拡散層２２０上に、Ａｕ（金）等で第２コンタクトパッド２５０を形成する。第２コンタクトパッド２５０は、Ａｕ（金）であることが好ましい。   Thereafter, as shown in FIG. 3D, a second contact pad 250 is formed on each second diffusion layer 220 with Au (gold) or the like. The second contact pad 250 is preferably Au (gold).

上記のようにして、第１素子エレメント１００と第２素子エレメント２００とを作製したのち、図４（ａ）〜（ｃ）に示す接合工程を経てサーモパイル型赤外線検知素子１０を製造する。   After producing the 1st element element 100 and the 2nd element element 200 as mentioned above, the thermopile type infrared detection element 10 is manufactured through the joining process shown to Fig.4 (a)-(c).

図４（ａ）に示すように、第１シリコン針１４０と第２コンタクトパッド２５０とが対向し、第２シリコン針２４０と第１コンタクトパッド１５０とが対向するように、第１素子エレメント１００と第２素子エレメント２００とを向かい合わせに位置合わせする。   As shown in FIG. 4A, the first element element 100 and the first silicon needle 140 are opposed to the second contact pad 250, and the second silicon needle 240 and the first contact pad 150 are opposed to each other. The second element element 200 is aligned face to face.

次に、例えばフリップチップボンディングにて、図４（ｂ）に示すように、第１シリコン針１４０と第２コンタクトパッド２５０とを接続するとともに、第２シリコン針２４０と第１コンタクトパッド１５０と接続する。   Next, as shown in FIG. 4B, for example, by flip chip bonding, the first silicon needle 140 and the second contact pad 250 are connected, and the second silicon needle 240 and the first contact pad 150 are connected. To do.

しかる後、図４（ｃ）に示すように、温接点Ｈ側の第２シリコン基板２１０の板厚を薄くして感度を高めるため、その他方の面（図４（ｃ）において上面側）の一部分をエッチングやＳＯＩ基板非活性部の除去等の方法により除去したのち、その上に赤外線吸収膜３００を形成する。赤外線吸収膜５１には、Ａｕ−Ｂｌａｃｋ（黒金）を用いることが好ましい。   Thereafter, as shown in FIG. 4 (c), in order to increase the sensitivity by reducing the thickness of the second silicon substrate 210 on the hot junction H side, the other surface (the upper surface side in FIG. 4 (c)). After removing a part by a method such as etching or removal of the SOI substrate inactive portion, an infrared absorption film 300 is formed thereon. For the infrared absorbing film 51, it is preferable to use Au-Black (black gold).

上記の各工程を経て本発明のサーモパイル型赤外線検知素子１０が得られるが、第１素子エレメント１００側の第１拡散層１２０をＰ型ドープとし、第２素子エレメント２００側の拡散層２２０をＮ型ドープとしてもよい。   The thermopile type infrared detecting element 10 of the present invention is obtained through the above steps. The first diffusion layer 120 on the first element element 100 side is made P-type doped, and the diffusion layer 220 on the second element element 200 side is made N. It is good also as a type dope.

１０ サーモパイル型赤外線検知素子
１００ 第１素子エレメント
１１０ 第１シリコン基板
１２０ 第１拡散層
１３０ 第１金属
１４０ 第１シリコン針
１５０ 第１コンタクトパッド
２００ 第２素子エレメント
２１０ 第２シリコン基板
２２０ 第２拡散層
２３０ 第２金属
２４０ 第２シリコン針
２５０ 第２コンタクトパッド
Ｈ 温接点
Ｃ 冷接点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thermopile type infrared detection element 100 1st element element 110 1st silicon substrate 120 1st diffused layer 130 1st metal 140 1st silicon needle 150 1st contact pad 200 2nd element element 210 2nd silicon substrate 220 2nd diffused layer 230 Second metal 240 Second silicon needle 250 Second contact pad H Hot junction C Cold junction

Claims (6)

第１シリコン基板を備え、上記第１シリコン基板の一方の面側にＮ型ドープされた複数の第１拡散層が設けられ、上記各第１拡散層上にＶＬＳ結晶成長法による第１シリコン針と第１コンタクトパッドとが形成されている第１素子エレメントと、
第２シリコン基板を備え、上記第２シリコン基板の一方の面側にＰ型ドープされた複数の第２拡散層が設けられ、上記各第２拡散層上にＶＬＳ結晶成長法による第２シリコン針と第２コンタクトパッドとが形成されている第２素子エレメントとを備え、
上記第１素子エレメントと上記第２素子エレメントとが、上記第１シリコン針が上記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるとともに、上記第２シリコン針が上記第１コンタクトパッドと電気的に接続されるように互いに向き合うように接合され、上記第１シリコン針と上記第２シリコン針とが上記第１拡散層および上記第２拡散層を介して電気的に直列に接続され、かつ、上記第１シリコン基板もしくは上記第２シリコン基板の他方の面側に赤外線吸収膜が形成されていることを特徴とするサーモパイル型赤外線検知素子。 A first silicon needle comprising a first silicon substrate, wherein a plurality of N-doped first diffusion layers are provided on one surface side of the first silicon substrate, and a VLS crystal growth method is used on each first diffusion layer. And a first element element formed with a first contact pad;
And a second silicon needle formed by a VLS crystal growth method on each of the second diffusion layers, wherein a plurality of second diffusion layers doped with P-type are provided on one surface side of the second silicon substrate. And a second element element on which a second contact pad is formed,
The first element element and the second element element have the first silicon needle electrically connected to the second contact pad and the second silicon needle electrically connected to the first contact pad. The first silicon needle and the second silicon needle are electrically connected in series via the first diffusion layer and the second diffusion layer, and the first silicon needle and the second silicon needle are connected in series. A thermopile type infrared detecting element, wherein an infrared absorbing film is formed on the other surface of one silicon substrate or the second silicon substrate. 第１シリコン基板の一方の面側にＮ型ドープされた複数の第１拡散層を形成し、上記各第１拡散層上に触媒となる第１金属を成膜してＶＬＳ結晶成長法により第１シリコン針を形成した後に、上記各第１拡散層上に第１コンタクトパッドを形成して第１素子エレメントを作製する工程と、
第２シリコン基板の一方の面側にＰ型ドープされた複数の第２拡散層を形成し、上記各第２拡散層上に触媒となる第２金属を成膜してＶＬＳ結晶成長法により第２シリコン針を形成した後に、上記各第２拡散層上に第２コンタクトパッドを形成して第２素子エレメントを作製する工程と、
上記第１素子エレメントと上記第２素子エレメントとを、上記第１シリコン針が上記第２コンタクトパッドと電気的に接続し、上記第２シリコン針が上記第１コンタクトパッドと電気的に接続するように互いに向き合うように接合して、上記第１シリコン針と上記第２シリコン針とを上記第１拡散層および上記第２拡散層を介して電気的に直列に接続する工程と、
上記第１シリコン基板もしくは上記第２シリコン基板の他方の面側に赤外線吸収膜を形成する工程とを含むことを特徴とするサーモパイル型赤外線検知素子の製造方法。 A plurality of N-type doped first diffusion layers are formed on one surface side of the first silicon substrate, a first metal serving as a catalyst is formed on each of the first diffusion layers, and a first metal is formed by VLS crystal growth. Forming a first contact pad on each of the first diffusion layers and forming a first element element after forming one silicon needle;
A plurality of P-type doped second diffusion layers are formed on one surface side of the second silicon substrate, a second metal serving as a catalyst is formed on each of the second diffusion layers, and a second metal is formed by VLS crystal growth. Forming a second contact pad on each of the second diffusion layers and forming a second element element after forming the two silicon needles;
The first silicon element is electrically connected to the second contact pad, and the second silicon needle is electrically connected to the first contact pad. Joining the first silicon needle and the second silicon needle electrically in series via the first diffusion layer and the second diffusion layer; and
Forming an infrared absorption film on the other surface side of the first silicon substrate or the second silicon substrate. A method for manufacturing a thermopile infrared detection element. 上記第１拡散層上および上記第２拡散層上に成膜する上記金属をＡｕ（金）とすることを特徴とする請求項２に記載のサーモパイル型赤外線検知素子の製造方法。   3. The method for manufacturing a thermopile infrared detecting element according to claim 2, wherein the metal film formed on the first diffusion layer and the second diffusion layer is Au (gold). 上記第１コンタクトパッドおよび上記第２コンタクトパッドをＡｕ（金）とすることを特徴とする請求項２または３に記載のサーモパイル型赤外線検知素子の製造方法。   The method for manufacturing a thermopile infrared detection element according to claim 2 or 3, wherein the first contact pad and the second contact pad are made of Au (gold). 上記第１素子エレメントと上記第２素子エレメントとを接合した後、上記赤外線吸収膜が形成される側の上記シリコン基板の基板厚を薄くすることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載のサーモパイル型赤外線検知素子の製造方法。   5. The substrate according to claim 2, wherein after the first element element and the second element element are joined, the thickness of the silicon substrate on the side where the infrared absorption film is formed is reduced. The manufacturing method of the thermopile type infrared rays detection element of description. 上記赤外線吸収膜をＡｕ−Ｂｌａｃｋ（金黒）により形成することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載のサーモパイル型赤外線検知素子の製造方法。   6. The method for manufacturing a thermopile infrared detecting element according to claim 2, wherein the infrared absorbing film is formed of Au-Black (gold black).
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