CN1274078A - 热堆式红外线传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提高输出电压—约翰逊噪声的S/N比,红外线吸收特性和生产时的成品率的热堆式红外线传感器及其制造方法。在具有空洞的衬底上形成热电元件,借助于多晶硅层和金属薄膜层之间的接触,在上述多晶硅层的芯片中心一侧形成热接点部分,在该芯片周缘一侧形成冷接点部分,并用金属薄膜层把热接点部分和相邻的冷接点部分连接起来,形成串联连接的热电元件列。

Description

热堆式红外线传感器及其制造方法
本发明涉及热堆式红外线传感器及其制造方法，详细地说涉及采用改善传感器的热电偶图形构造的办法实现S/N比的提高的热堆式红外线传感器，及改善其制造时的成品率的热堆式红外线传感器的制造方法。
一般说，热型红外线传感器的热平衡式，可以表示如下。
[式1]
C·δT/dt+G·δT＝W……(1)
其中，C是热容量，δT是受光部分温度变化，G是受光部分和周围之间的热导，W是受光功率。在受光功率W按W＝W0exp(jωt)变化时，δT可表示如下。
[式2]
|δT|＝W0/G(1+τ2ω2)1/2……(2)
其中，热时间常数τ可以表示如下。
τ≡C/G……………(3)
由上式可知，要想使热型红外线传感器的响应特性增大(减小热时间常数)，就必须减小热容量C，增大热导G。但是，如果G增大，则对于同一受光功率，受光温度变化δT就要减小，灵敏度降低。因此，要想提高热型红外线传感器的灵敏度或响应特性，就必须减小G，且还要进一步减小C。从这样的观点可知，热堆式红外线传感器的灵敏度和响应特性，应当把配置有热接点的感热部分作成为由数微米的厚度构成的隔膜构造，使得其热容量C和衬底之间的热导G减小，以便实现其热特性的提高。
此外，热堆式红外线传感器等的热电元件的性能指数Z可以表示如下。
[式3] Z = α 2 · σ / λ ∞ m * 3 / 2 ( μ / λ L ) - - - - ( 4 )
其中，α是塞贝克系数，σ是电导率，λ是热传导率
m*是电子或空穴的有效质量，μ是载流子的迁移率
λL是晶格热传导率
就是说，要想提高热电元件的电性能。由上式可知，就必须增大塞贝克系数α，减小热传导率λ。因此，作为热电材料，可以使用与金属比较性能指数Z大的半导体材料。
另一方面，作为热电材料的n型硅的塞贝克系数α，可以表示如下。
[式4]
α＝(VF/T+2k/q)…………(5)
其中，VF是导带底与费米能级之间的能量差，
T是绝对温度，k是玻尔兹曼常数，q是电子电荷
此外，VF与导电率σ之间的关系，可以表示如下。
[式5]
σ＝q·n·μ……………(6)
其中，n是载流子个数，μ是载流子的迁移率。
[式6]
n＝Nc/[exp(VF/kT)]………(7)
其中，Nc是导带的有效状态密度
(参考文献：半导体器件，S.M.Sze著)
因此，导电率σ可以表示如下。
[式7]
σ＝q·Nc·μ/exp(VF/kT)……(8)
由上式可知，如果为了增大塞贝克系数α而企图增大VF，则存在着载流子个数减少，α减小这样的妥协关系。此外，由于单晶硅的λ共键结合硅原子，故虽然晶格热传导率非常地大，是支配性的，但是，象多晶硅那样，当结晶性变坏时晶格热传导率就要变小。因而，μ也处于这样的妥协关系：为了减小μ，σ将会降低。因此，作为热电材料的性能参数，可以举出杂质密度、结晶性、热电元件大小、热电偶个数等，且必须对这些参数进行最佳设计。
作为现有例1，人们报道了这样的热堆式红外线传感器：使用半导体微细加工技术，在单晶硅衬底上边，淀积SiO2、SiN薄膜，作为热电材料，使用p型多晶硅-Au/Cr或n型多晶硅-Au/Cr的组合，最后用EDP(乙二胺-焦儿茶酚)对衬底进行各向异性刻蚀，设置空洞部分并把感热部分作成为薄膜连接构造，以求得高灵敏度化。(文献：参看‘a Silicon-Thermopile Infrared Sensing Array for Usein Automated Manufacturing’(IEEE Trans. Electron Devicesvil.ED-33no.1，pp72，1986))。
此外，图21公开了一种在日本特开平3-191834号公报中公开的实现了高灵敏度化的热堆式红外线传感器。该现有例2的热堆式红外线传感器，公开了这样的构造：采用在单晶硅衬底20上，设置外延生长层21，在该外延生长层21内形成由p型扩散层22形成的热电偶材料，再在其上边把绝缘物夹在中间地形成由n型多晶硅层24构成的热电偶材料，再用铝层25和多晶硅层24进行连接的办法，由单晶硅-铝-单晶硅构成的多层的热堆式红外线传感器。这种构造采用把热电材料构成多层的办法，使单位面积的热电偶个数增加以实现高功率化和使芯片面积小型化。
但是，现有的热堆式红外线传感器具有下述问题。在现有例1的热堆式红外线传感器中，在单晶硅衬底上边淀积SiO2、SiN薄膜，作为热电材料使用的是Au/Cr和塞贝克系数大的单晶硅。但是，Au由于热导率低，故所吸收的热散失大，受光部分的温度上升是不充分的。就是说，具有温度上升值不能取得高的缺点。
此外，作为热电材料，使用的是p型多晶硅。但是，由于作为p型多晶硅的多数载流子的空穴的迁移率低，故电阻率高。因此，具有下述缺点：为了使输出电压和约翰逊噪声的S/N比降低，在作为非接触温度计的传感器使用时，精度不好。此外，由于作为热电材料的多晶硅层的图形，分布在薄膜连接部分全体上，没有均一地配置(布局)，故存在着在各向异性刻蚀时，在隔膜上易于产生挠曲或裂缝，从而使成品率降低的问题。
另一方面，在现有例2的热堆式红外线传感器中，目的是解决上述问题，实现高灵敏度化。热电材料使用单晶硅和多晶硅，并把它们作成为p型和n型，使带电能力的极性变成为相反，以实现高灵敏度化。但是，如果采用该热堆式红外线传感器，由于热电材料的一方要使用在单晶硅衬底的表面上进行了扩散的p型扩散层，故必须要剩下由含有该层的厚度5微米以上构成的外延层和单晶硅层。
单晶硅，可以采用控制杂质浓度的办法来增大塞贝克系数，此外具有与别的材料比热导率也高的特征。因此，即便是做成为厚度约10微米那么薄，由吸收膜构成的感温部分内的热接点部分和在衬底上边形成的冷接点部分的热绝缘也不好，单位红外线入射功率的感温部分的温度上升降低，结果是存在着输出电压降低的问题。
此外，即便是热电材料使用p型和n型多晶硅来增加视在带电能力，也会存在下述缺点：如上所述，由于作为p型多晶硅层的多数载流子的空穴与电子比迁移率低，故电阻率高，与n型硅比较，输出电压和约翰逊噪声之间的S/N比低，与前例一样，在作为非接触温度计的传感器使用时，精度降低。
此外，由于多晶硅的图形布局，没有在整个薄膜隔膜部分上布局，故由于各向异性刻蚀时的应力集中而易于形成裂缝，因而存在着成品率降低的问题，或存在着杂质的浓度没有最佳化，不能把作为热堆式红外线传感器的S/N比取得高的问题。
本发明就是有鉴于上述课题而发明的，目的是提高输出电压-约翰逊噪声的S/N比，提供用平坦且牢固的隔膜构造形成，改善红外线吸收特性或制造时的成品率的热堆式红外线传感器及其制造方法。
本发明是为解决上述那些问题而发明的，本发明的第1方面，在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器中，
其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，配置从芯片中心附近开始放射状地延伸的多个n型多晶硅层，借助于上述n型多晶硅层和金属薄膜层的接触，在芯片中心一侧形成热接点，在其周围一侧形成冷接点，用上述金属薄膜层交互地连接相邻的上述n型多晶硅层之间的热接点部分和冷接点部分，在上述第1绝缘膜上边至少形成一个串联连接的热电元件列。
此外，本发明的第2方面，在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器中，
其特征是：其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，配置从芯片中心附近开始放射状地延伸的多个n型多晶硅层，借助于上述n型多晶硅层和金属薄膜层的接触，在芯片中心一侧形成热接点，在其周围一侧形成冷接点，用上述金属薄膜层交互地连接相邻的上述n型多晶硅层之间的热接点部分和冷接点部分，在上述第1绝缘膜上边至少形成一个串联连接的热电元件列，而且，在上述热电元件列上边，中间存在着绝缘膜地形成红外线吸收膜。
在上述第1和第2方面中，采用从芯片中心附近开始放射状地形成热堆式红外线传感器器件，并使之在绝缘膜上边均一地分布，变成为不怕热应力的器件的同时，在绝缘膜上边形成许多的器件，形成串联连接的热电元件列的办法，可以改善S/N比，可以提高检测效率。由于采用如上所述在绝缘膜上边放射状地形成热电元件的办法，可以在一个面上形成许多个热电元件，故可以提高检测效率。通过这样在绝缘膜上放射状地形成热电元件，由于在一面上形成了多个热电元件，从而提高了检测效率。此外，在第2方面中，采用形成红外线吸收膜的办法。还可以进一步提高红外线的检测效率。
此外，本发明的第3方面，在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器中，
其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，使之互相啮合地配置从芯片中心附近的圆周上边和其外侧的多个同心圆上边的位置开始，向芯片周缘方向放射状地延伸的多个n型多晶硅层，在覆盖上述n多晶硅层和上述第1绝缘膜的第2绝缘膜上设置开口部分，通过上述开口部分借助于上述n型多晶硅层和金属薄膜层之间的接触，在芯片中心一侧和其周围一侧分别形成热接点部分和冷接点部分，用上述金属薄膜层交互地连接相邻的上述n型多晶硅层之间的热接点部分和冷接点部分，在上述第1绝缘膜上边至少形成一个串联连接的热电元件列，而且，在上述热电元件列上边，中间存在着绝缘膜地形成红外线吸收膜。
此外，本发明的第4方面，在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器中，
其特征是：设置下述部分：
覆盖在上述单晶硅衬底上设置的空洞部分的第1绝缘膜；
在上述第1绝缘膜上边，使之互相啮合地配置从芯片中心附近的圆周上边和其外侧的多个同心圆上边的位置开始，向芯片周缘方向放射状地延伸的多个n型多晶硅层；
在上述n型多晶硅层和上述第1绝缘膜上边形成的第2绝缘膜；
为了在上述多个n型多晶硅层的芯片中心一侧和周缘一侧分别形成热接点部分和冷接点部分，在上述第2绝缘膜上形成的开口部分；
用来通过上述开口部分与上述n型多晶硅层接触并形成上述热接点部分和冷接点部分的金属薄膜层；
用上述金属薄膜层交互地连接上述热接点部分和冷接点部分而形成的热电元件列；
为了在上述多个n型多晶硅层的芯片一侧和周缘一侧分别形成热接点部分和冷接点部分，在上述第2绝缘膜上形成的开口部分；
用来通过上述开口部分地与上述n型多晶硅层接触并形成上述热接点部分和冷接点部分的金属薄膜层；
用上述金属薄膜层交互地连上述n型多晶硅层之间的热接点部分和冷接点部分而形成的热电元件列；
在上述第2绝缘膜上边和上述金属薄膜层上边形成的第3绝缘膜；
在上述第3绝缘膜上边形成为把上述热接点部分覆盖起来的红外线吸收膜；
在上述串联连接的热电元件列的终端部分上形成的电极焊盘部分。
在第3或第4方面中，采用作为热电材料，使用与作为p型硅的多数载流子的空穴比较，以迁移率高的电子为多数载流子的n型多晶硅层，对杂质浓度和多晶硅膜形成时的成膜温度进行控制，并控制结晶性的办法，来减小晶格热传导率，使塞贝克系数α和导电率σ最佳化。由于用n型多晶硅层构成热电材料，故与p型比较，将成为载流子的电子的迁移率大，即便是塞贝克系数相同，电阻率也低，故与现有技术比，可以实现输出电压-约翰逊噪声的S/N比的提高。此外，采用使之成为把n型多晶硅膜的图形布局作成为放射状的带状图形并配置到整个隔膜部分上，再把热接点部分设置到放射状的带状图形的3个同心圆上边部分的构造的办法，可以分散和缓和起因于多晶硅层的隔膜部分内的应力，减少在隔膜部分上发生的裂缝或挠曲以改善各向异性刻蚀时的成品率。此外，降低构成各热电元件的多晶硅层的电阻的同时，因入射红外线所产生的隔膜上变成高温度的部分的中心部分附近分布为圆形，由于可有效取出输出电压，故可以得到S/N比优良的红外线传感器。
此外，本发明的第5方面，在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器中，
其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，使之互相啮合地配置从芯片中心附近的圆周上边和其外侧的多个同心圆上边的位置开始，向芯片周缘方向放射状地延伸的多个n型多晶硅层，借助于上述n型多晶硅层和金属薄膜层之间的接触，在芯片中心一侧和其周围一侧分别形成热接点部分和冷接点部分，使从上述热接点部分导出的上述金属薄膜层在上述第1绝缘膜上边攀沿并连接到相邻的n型多晶硅层的上述冷接点部分上，形成在上述第1绝缘膜上边串联连接的热电元件列，而且，在覆盖上述热电元件列的第2绝缘膜上边，形成红外线吸收膜。
在本发明中，采用在上述第1绝缘膜上边形成连接热接点部分与冷接点部分的金属薄膜层的办法，由于不再需要在上述绝缘膜上形成的开口部分，故可以削减工序数。
此外，本发明的第6方面，在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器中，
其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，使之互相啮合地配置从芯片中心附近的圆周上边和其外侧的多个同心圆上边的位置开始，向芯片周缘方向放射状地延伸的多个第1n型多晶硅层，形成覆盖上述第1n型多晶硅层和上述第1绝缘膜的第2绝缘膜，在上述第2绝缘膜上边，形成具有与上述第1n型多晶硅层相同的图形形状，由对于上述第1n型多晶硅层的图形在圆周方向上错开半个节距的图形构成的多个第2n型多晶硅层，形成覆盖在上述第2n型多晶硅层上边的第3绝缘膜，在上述第1和第2n型多晶硅层上边的上述第2和第3绝缘膜上设置开口部分，通过上述开口部分借助于与金属薄膜层之间的接触，在上述第1和第2n型多晶硅层的芯片中心一侧和其周围一侧分别形成热接点部分和冷接点部分，同时，用上述金属薄膜层交互地连接上述热接点部分和相邻的n型多晶硅层冷接点部分，形成串联连接的热电元件列，而且，在上述热电元件列上边，中间存在着绝缘膜地形成红外线吸收膜。
在本发明中，采用把与1层构造的情况下同数的n型多晶硅层的图形布局变成为2层构造的办法，由于可以展宽n型多晶硅层的面积，故可以降低多晶硅层的电阻。结果是可以提高S/N比。
此外，本发明的第7方面，是上述第1～6方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述单晶硅衬底的面方位为(100)面。在本发明中，由于单晶硅衬底的面方位为(100)面，故通过各向异性刻蚀对于空洞部分的形成是有利的。
此外，本发明的第8方面，是上述第1～7方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：从芯片中心开始放射状地配置的上述n型多晶硅层是在芯片周缘方向上展宽的扇状图形的组合。在本发明中，为了效率良好地使用隔膜部分的面积，在圆形平面上，使之相互啮合地把n多晶硅膜的图形的宽度取得宽，故可以降低热接点部分和冷接点部分之间的n型多晶硅膜的电阻。因此，可以提高热堆式红外线传感器的输出电压-约翰逊噪声(S/N)比。此外，由于在整个隔膜上都形成n型多晶硅膜，故可以做成为不怕应力等的构造。
此外，本发明的第9方面，是第1～8方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述热接点部分，配置在距芯片中心半径为r1～r3的同心圆上边，且它们的关系是r1＜r2＜r3。
在本发明中，采用把热电元件的热接点部分配置在同心圆上的办法，可以降低构成各个热电元件的多晶硅层的电阻的同时，由于由入射红外线所产生的隔膜上边的将变成为高温度的部分，在中心附近圆形地分布，故可以以良好的效率得到输出电压，可以得到S/N比优良的红外线传感器。
此外，本发明的第10方面，是第1～9方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：在上述热电元件列上边设置的红外线吸收膜，由硼硅酸盐玻璃、聚酰亚胺系树脂、乙烯系树脂或丙烯基系树脂中的一种构成。
在本发明中，采用对例如由硼硅酸盐玻璃构成的玻璃绝缘膜进行退火使之暂时熔融的办法，可以减少针孔，而且，由于是硼硅酸盐玻璃，故可以扩大红外线所能吸收的波长区域。此外，在树脂的情况下，由于采用添加颜料或碳粉的办法，可以扩大红外线吸收率或可吸收的波长区域，故可以提高红外线传感器的灵敏度。
此外，本发明的第11方面，是第1～10方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：覆盖上述热电元件列的绝缘膜，是PSG和SiN这的2层的绝缘膜。在本发明中，可以缓和隔膜部分的应力。
此外，本发明的第12方面，是第1～11方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述第1绝缘膜，由SiO2和SiN的2层构造或用SiO2把SiN夹在中间的3层构造构成。在本发明中，采用使SiO2和SiN适宜地进行组合的办法，可以缓和隔膜部分的应力的同时，还可以用作形成空洞部分时的刻蚀停止层。
此外，本发明的第13方面，是第1～12方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：除去形成热接点部分和冷接点部分的部分之外，把上述n型多晶硅层的周缘部分形成为台阶状。
在本发明中，采用把n型多晶硅膜的图形边缘形状作成为台阶状的办法，就可以使与多晶硅膜电连的金属薄膜层的膜厚形成得薄。由于借助于此可以降低金属薄膜层的应力，故平坦的隔膜的制造变得容易起来，可以提高成品率。
此外，本发明的第14方面，是第1～13方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述n型多晶硅层的周缘截面是圆锥状。
在本发明中，采用使n型多晶硅层的图形边缘形状作成为圆锥状的办法，由于可以解决台阶覆盖的问题结果，使得可以消除连接热接点部分和冷接点部分间的金属薄膜层的断线的同时，还可以使金属薄膜层的厚度变薄，故可以减少由金属薄膜层所产生的应力，使平坦的隔膜部分的制造变得容易，从而提高成品率。
此外，本发明的第15方面，是第1～14方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述n型多晶硅层的电阻率为1～10mΩ·cm。
在本发明中，采用使n型多晶硅层的电阻率为1～10mΩ·cm的范围的办法可以使塞贝克系数和电阻值之间的妥协的关系最佳化。就是说，在n型多晶硅层的电阻率比1mΩ·cm还小的情况下，就得不到塞贝克系数小且将变成为实用的输出电压，而在大于10mΩ·cm以上的情况下，塞贝克系数虽然变大，但塞贝克系数的温度系数和约翰逊噪声也变大，故存在着S/N比降低的缺点，n型多晶硅层的电阻率以在1～10mΩ·cm的范围为好。
此外，本发明的第16方面，是第1～15方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：覆盖上述热电元件列的绝缘膜，含有SiO2、SiN、SiNO、PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅铝氧氮耐热陶瓷中的至少一种。
在本发明中，由于作为钝化膜使成膜后的SiO2、SiN或SiNO进行适当的组合后使用，故可以制作气密性高且可以缓和加在隔膜部分上的应力、又平坦的隔膜部分。此外，由于使用PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅铝氧氮耐热陶瓷中的至少一种，由于还形成硼硅酸盐玻璃，故可以缓和加在隔膜部分上的应力。
此外，本发明的第17方面，是第1～16方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述金属薄膜层由Al、Cr、Ta、Mo、W、NiCr中的至少一种构成。
在本发明中，作为与n型多晶硅层进行接触地布线的金属薄膜层的材料，采用使用与基底绝缘层的SiO2之间的贴紧性良好，且热导率小的Al、Cr、Ta、Mo、W及它们的合金或NiCr之内的不论哪一种的办法，就可以使之富有量产性且可以使来自感热部分的热的发散减小，使感热部分的温度上升可以取得高。
此外，本发明的第18方面，是第2～17方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述红外线吸收膜的表面，是具有凹凸的条纹状图形。
在本发明中，采用形成红外线吸收膜的凹凸的办法，通过降低红外线的反射率来提高吸收率。
此外，本发明的第19方面，是第1～18方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：
在封入上述热堆式红外线传感器的封装的管帽部分上形成的开口部分上设置由可以透过红外线的滤光片构成的窗口构件，上述窗口构件是4角形或6角形，上述开口部分的形状与上述窗口构件的形状一致，而且，在上述开口部分的各个拐角上形成的缺口部分，形成于比上述4角形或6角形的各边的交点还往外的外侧。
此外，本发明的第20方面，是第1～18方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器，其特征是：
在封入上述热堆式红外线传感器的封装的管帽部分上形成的开口部分上设置由可以透过红外线的滤光片构成的窗口构件，上述窗口构件是4角形或6角形，上述开口部分的形状与上述窗口构件的形状一致，而且形成在上述开口部分的各个拐角上形成的凹部，并用上述凹部定位保持上述窗口构件。
在本发明的第19、20方面中，使在封装的管帽上设置的开口部分与窗口构件的形状一致，并把窗口构件嵌插并固定于开口部分中，在嵌插窗口构件的拐角部分的开口部分内，形成弯曲的缺口部分，使得把拐角部分嵌入缺口部分内，尽可能地减小间隙。此外，在本发明的第20方面中，还形成在开口部分的4个犄角上向外侧突出的凹部，把窗口部分嵌入开口部分内，而且，使窗口构件的4个犄角与凹部的底面接触，并使窗口构件与管帽进行粘接，借助于此，可以把管帽牢固地固定到窗口构件上。此外，由于管帽的厚度方向与窗口构件进行了精确的位置对准，由此可以使窗口构件和管帽表面成为同一个面。
此外，本发明的第21方面，在热堆式红外线传感器的制造方法中，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于用热氧化、CVD或溅射法，在单晶硅衬底的两面上形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜表面上边形成多晶硅层；
第3工序，用于采用向上述多晶硅层内扩散杂质的办法，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的n型多晶硅层；
第4工序，用于使上述n型多晶硅层图形化，形成由从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形构成的第1图形；
第5工序，用于用CVD、玻璃涂敷或溅射法，在用上述第1图形形成的多个n型多晶硅层和第1绝缘膜上边，形成第2绝缘膜；
第6工序，用于在分别与热接点部分和冷接点部分对应的部分的上述第2绝缘膜上设置开口部分；
第7工序，用于在上述第6工序之后，用溅射法或蒸镀法形成金属薄膜层；
第8工序，用于使上述金属薄膜层图形化，并用上述开口部分使上述n型多晶硅层和上述金属薄膜层进行欧姆接触，使由热接点部分和冷接点部分构成的各个热电元件串联连接起来，形成热电元件列；
露出工序，用于在上述金属薄膜层和上述第2绝缘膜上边形成第3绝缘膜，而且，在芯片中央部分上形成红外线吸收膜，在最终工序中，在上述单晶硅衬底的背面的上述第1绝缘膜上设置开口部分，并借助于刻蚀在上述衬底的背面上形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
此外，本发明的第22方面，在热堆式红外线传感器的制造方法中，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于用热氧化、CVD或溅射法，在单晶硅衬底的两面上形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜上边形成多晶硅层；
第3工序，用于采用向上述多晶硅层内扩散杂质的办法，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的n型多晶硅层；
第4工序，用于在上述n型多晶硅层上，使从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形图形化，对上述n型多晶硅层的一部分进行刻蚀，使之变成为台面状；
第5工序，用于用与在上述第4工序中形成的台面状n型多晶硅层相似的更大的图形进行图形化，剩下上述台面状n型多晶硅层的周缘部分的n型多晶硅层地进行刻蚀，形成带斜度的阶梯状n型多晶硅层；
第6工序，用于在上述第5工序之后的上述阶梯状n型多晶硅层上形成第2绝缘膜，在分别与热接点部分和冷接点部分对应部分的上述第2绝缘膜上设置开口部分；
第7工序，用于在上述第6工序之后，用溅射法或蒸镀法形成金属薄膜层；
第8工序，用于使上述金属薄膜层图形化，并用上述开口部分使上述阶梯状n型多晶硅层和上述金属薄膜层进行欧姆接触，使由热接点部分和冷接点部分构成的各个热电元件串联连接起来，形成热电元件列；
第9工序，用于在上述第2绝缘膜和上述金属薄膜层上边形成第3绝缘膜，在上述第3绝缘膜上边形成红外线吸收膜；
第10工序，用于在上述单晶硅衬底的背面上形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
此外，本发明的第23方面，在热堆式红外线传感器的制造方法中，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于在单晶硅衬底的两面上形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜上边形成第1多晶硅层；
第3工序，用于在使上述第1多晶硅层图形化为使得变成为由从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形构成的第1图形之后，淀积第2多晶硅层，扩散杂质，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的由第1图形形成的第1n型多晶硅层和第2n型多晶硅层；
第4工序，用于在上述第3工序之后，采用用与上述第1图形相似的更大的第2图形使上述第2n型多晶硅层图形化的办法，带斜度地阶梯状地形成由上述第2图形形成的n型多晶硅层的周缘；
第5工序，用于在上述第4工序之后，在由上述第2图形形成的n型多晶硅层上边形成第2绝缘膜，在分别与热接点部分和冷接点部分对应的部分的上述第2绝缘膜上，设置开口部分；
第6工序，用于在上述第5工序之后，用溅射法或蒸镀法形成金属薄膜层；
第7工序，用于使上述金属薄膜层图形化，并用上述开口部分使上述n型多晶硅层和上述金属薄膜层进行欧姆接触，使由热接点部分和冷接点部分构成的各个热电元件串联连接起来，形成热电元件列；
第8工序，用于在上述第2绝缘膜和上述金属薄膜层上边形成了第3绝缘膜后，在上述第3绝缘膜上边形成红外线吸收膜；
第9工序，用于在上述单晶硅衬底的背面上形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
此外，本发明的第24方面，在热堆式红外线传感器的制造方法中，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于在单晶硅衬底的两面上，用热氧化、CVD或溅射法形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜表面上边形成第1多晶硅层；
第3工序，用于采用向上述多晶硅层内扩散杂质的办法，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的第1n型多晶硅层；
第4工序，用于使上述第1n型多晶硅层图形化，形成由从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形构成的第1图形；
第5工序，用于用CVD、玻璃涂敷或溅射法，在用上述第1图形形成的多个n型多晶硅层和第1绝缘膜上边，形成第2绝缘膜；
第6工序，用于在上述第5工序之后，采用淀积第2多晶硅层，并向上述第2多晶硅层内扩散杂质的办法，掺杂形成电阻率为1～10mΩ·cm的范围的第2n型多晶硅层；
第7工序，用于在上述第6工序之后，对于由上述第1n型多晶硅层构成的第1图形，在圆周方向上错开半个节距地形成由上述第2n型多晶硅层构成的第2图形；
第8工序，用于在图形化后的上述第1和第2n型多晶硅层上边形成第3绝缘膜，在与热接点部分和冷接点部分的各个部分对应的部分的上述第2或第3绝缘膜上设置开口部分；
第9工序，用于在上述第3绝缘膜上边形成金属薄膜层并使之图形化，用上述开口部分借助于使上述第1和第2n型多晶硅层和上述金属薄膜层的接触形成的上述热接点部分和冷接点部分进行连接，形成热电元件列；
第10工序，用于在上述第3绝缘膜和上述金属薄膜层上边形成第4绝缘膜，在上述第4绝缘膜上边形成红外线吸收膜；
第11工序，用于在上述单晶硅衬底的背面上形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
此外，本发明的第25方面，在热堆式红外线传感器的制造方法中，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于在单晶硅衬底的两面上，用热氧化、CVD或溅射法形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜表面上边形成第1多晶硅层；
第3工序，用于采用向上述多晶硅层内扩散杂质的办法，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的n型多晶硅层；
第4工序，用于使上述n型多晶硅层图形化，形成由从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形。
第5工序，用于在上述第1绝缘膜和上述n型多晶硅层上边形成金属薄膜层；
第6工序，用于使上述金属薄膜层图形化，借助于与上述金属薄膜层的接触形成图形化后的上述n型多晶硅层的上述热接点部分和冷接点部分的同时，借助于上述金属薄膜层使上述热接点部分和冷接点部分相互连接形成热电元件列；
第7工序，用于在上述第1绝缘膜、上述金属薄膜层和上述图形化后的n型多晶硅层上边形成绝缘膜，在该绝缘膜上边的芯片中央部分形成红外线吸收膜；
第8工序，用于对上述衬底进行刻蚀形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
此外，本发明的第26方面，是第21～25方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：在上述热电元件列上边形成的红外线吸收膜，由硼硅酸盐玻璃系树脂、乙烯系树脂或丙烯基系树脂中的一种构成。
此外，本发明的第27方面，是第21～26方面中的任何一个方面所述的热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：经过加热工序后，使上述红外线吸收膜的表面变成为具有凹凸的条纹状图形。
在本发明中，采用形成红外线吸收膜的凹凸的办法，提高红外线的吸收率。
此外，本发明的第28方面，是第27方面所述的热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：上述红外线吸收膜的膜厚为1～15微米，在上述红外线吸收膜的表面上形成1～10微米的凹凸。
在本发明中，由于如果红外线吸收膜的膜厚在15微米以上，则吸收效率降低，故理想的是1～15微米的范围，如果把凹凸的尺寸定为10微米以上，由于将提高反射率，故吸收率将降低，采用定为1～10微米以上的办法，可以提高吸收效率。
在上述制造方法中，是一种可以采用把用减压CVD进行的多晶硅成膜时的温度定为600℃～700℃的办法，进行硅的结晶化形成多晶化，提高载流子迁移率，降低多晶硅膜的电阻率，增大塞贝克系数提高输出电压-约翰逊噪声(S/N)比的热堆式红外线传感器的制造方法。
在本发明中，采用把热电元件的热接点部分配置在同心圆上的办法，可以降低构成各个热电元件的n型多晶硅层的电阻的同时，由于入射红外线所产生的隔膜上边的高温度的部分在中心部分附近分布为圆形，由于可以以良好的效率取出输出电压，故可以得到S/N比优良的红外线传感器的同时，采用把n型多晶硅层的布局配置为将热接点配置在距上述空洞部分半径为r1＜r2＜r3的同心圆的各个圆周上边的办法，使得在由多晶硅所形成的隔膜内所发生的应力不会集中。
另外，本发明的热堆式红外线传感器，取决于使用形态，有时候把热堆元件装配到基板上使用或对器件进行封装后使用，在本发明的热堆式红外线传感器中，作为该封装，使用热传导率高的金属管帽或者由Al2O3或SiN构成的陶瓷封装，采用用陶瓷封装来封装该芯片的办法，使得对周围温度的跟踪性改善，且可以高精度地对冷接点部分进行温度补偿使得不会在封装内产生温度差。
附图的简单说明
图1的局部切口斜视图示出了本发明的热堆式红外线传感器的实施例1。
图2是用来说明本发明的热堆式红外线传感器的说明图。
图3(a)是图1的热堆式红外线传感器的平面图，(b)是其X-X剖面图。
图4是图1的热堆式红外线传感器的局部扩大平面图。
图5(a)～(d)是图4的A-A、B-B、C-C、D-D剖面图。
图6(a)是本发明的热堆式红外线传感器的一个实施例的示意性的剖面图，(b)的示意性的剖面图示出了另一实施例。
图7的局部平面图示出了本发明的热堆式红外线传感器的实施例2。
图8是图7的热堆式红外线传感器的局部扩大平面图。
图9(a)～(d)是图8的A-A、B-B、C-C、D-D剖面图。
图10的局部扩大平面图示出了本发明的热堆式红外线传感器的实施例3。
图11(a)～(e)是图10的A-A、B-B、C-C、D-D、E-E剖面图。
图12的局部扩大平面图示出了本发明的热堆式红外线传感器的实施例4。
图13(a)～(c)是图10的A-A、B-B、C-C剖面图。
图14(a)、(b)是图10的D-D、E-E剖面图。
图15(a)、(b)的分解斜视图示出了把热堆式红外线传感器器件收纳于底座上这样的类型的封装构造。
图16(a)、(c)是用来收纳热堆式红外线传感器器件的管帽的正视图，(b)、(d)是其剖面图。
图17(a)是从管帽的背面一侧看的局部切口剖面图，(b)是从管帽的表面一侧看的局部切口剖面图。
图18(a)、(b)的分解斜视图示出了把热堆式红外线传感器器件收纳于底座上这样的类型的封装构造。
图19的数字照片示出了在红外线吸收膜的表面上形成的条纹状凹凸。
图20示出了本发明的热堆式红外线传感器的红外线吸收特性。
图21是现有的热堆式红外线传感器的关键部位斜视图。
以下，对本发明的热堆式红外线传感器及其制造方法，参照示出其实施例的附图进行说明。另外，在本发明中，参照实施例1～4来进行说明。
(实施例1)
参照图1～图6对本发明的实施例1进行说明。图1的局部切口斜视图示出了本发明的热堆式红外线传感器的热堆元件(芯片)。图2是用来说明本发明的热堆式红外线传感器的说明图。图3(a)是图1的多晶硅层的平面图，图中省略了绝缘膜、钝化物膜和树脂吸收膜等的图示，图3(b)是已形成了绝缘膜情况下的图3(a)的X-X剖面图。图4的局部平面图示出了本实施例的热堆式红外线传感器的概要。图5是在已形成了绝缘膜情况下的图4中所示的局部平面图。图6(a)、(b)是在热堆式红外线传感器上形成钝化物膜或红外线吸收膜的示意剖面图。
在图1中，在单晶硅衬底1上形成空洞部分13，形成绝缘膜2a使得把空洞部分13覆盖起来后形成隔膜部分14。在覆盖空洞部分13的绝缘膜2a上边，形成放射状的n型多晶硅层，在这些n型多晶硅层和铝等的金属薄膜层之间的接触部分上形成热接点部分和冷接点部分。采用使相邻的n型多晶硅层彼此间的热接点部分和冷接点部分用金属薄膜层交互地进行连接的办法，在绝缘膜2a上边形成串联连接的热电元件列。热接点部分在空洞部分13上边的绝缘膜2a上边形成，冷接点部分在单晶硅衬底1上边的绝缘膜2a上边形成。热电元件列的引出线连接到在外周部分上形成的电极焊盘部分12上。薄膜连接状地形成绝缘膜2a使得如上所述把衬底1的空洞部分13覆盖起来，再在其上边形成由热电元件列构成的感热部分。此外，如后所述，形成钝化物膜和红外线吸收膜使得把感热部分覆盖起来。
首先，为了易于理解本实施例，参照图2对各个热电元件的连接进行说明。如图2所示，在绝缘膜上边，岛状地形成n型多晶硅层31～33。n型多晶硅层31的热接点部分Ta借助于金属薄膜层7与n型多晶硅层32的冷接点部分Tb连接，而且，n型多晶硅层32的热接点部分Ta，用金属薄膜层7，连接到n型多晶硅层33的冷接点部分Tb上。这样一来，n型多晶硅层31的热接点部分Ta就借助于金属薄膜层7，连接到相邻的n型多晶硅层的冷接点部分Tb上。热电元件用金属薄膜层7进行串联连接后形成热电元件列。它们的最终端，如图1所示，连接到电极焊盘部分12上。
接着，参照图3(a)进行说明。本实施例的热堆式红外线传感器的图形，放射状地形成n型多晶硅层31～33和作为布线图形的金属薄膜层71～73，形成热电元件列。例如，接点部分Ta在芯片中心附近的圆周上边形成4个，在其外侧的同心圆圆周上边形成36个，再在其外侧的同心圆的圆周上边形成40个。这些热电元件的冷接点部分Tb在衬底上形成的绝缘膜上边的芯片周缘上与热接点部分一样形成80个。这样一来，就在芯片中心放射状地形成了热电元件。
热堆式红外线传感器由岛状的n型多晶硅层31～33的各个图形的组合构成，n型多晶硅层31由以芯片中心一侧为纲的扇形图形和从该扇形向芯片周缘方向延伸的条带状部分构成。n型多晶硅层31的条带状部分的图形形状，是钩形的n型多晶硅层，除去与别的图形啮合部分之外是在芯片周缘部分的宽度扩展开来的形状。在该n型多晶硅层31的缺口位置上条带状地配置钩形的n型多晶硅层32使得相互啮合，在n型多晶硅层31、n型多晶硅层31、32的缺口部分上，形成条带状的n型多晶硅层33，使得相互啮合。这些n型多晶硅层33，是越靠近周缘，图形的宽度就越扩展开来的形状。在这些n型多晶硅层31～33的芯片中心一侧的端部上设置热接点部分Ta，在另一端一侧设置冷接点部分Tb。这些岛状的n型多晶硅层的图形，采用在绝缘膜2a上边放射状地均一地进行配置的办法，可以使隔膜构造的应力分布变成为均一。
图3(b)是沿图3(a)的X-X线部分的剖面图，图示的是冷接点部分Tb的切断面。在同图中，在绝缘膜2a上边形成的n型多晶硅层32、33被绝缘膜4覆盖，在绝缘膜4上形成接触孔(开口部分)15，在该开口部分15中形成使n型多晶硅层32、33和Al等的金属薄膜层进行欧姆接触的接触部分，在该接触部分内形成冷接点部分Tb。热接点部分Ta也同样地在绝缘膜4上形成开口部分，使金属薄膜层7和n型多晶硅层接触，形成热接点部分。此外，n型多晶硅层的周缘，为了避免陡峻的阶差而变成为圆锥状。
此外，参照图4～图6详细地对本实施例进行说明。另外，图4是热堆式红外线传感器的局部扩大平面图，用概略图示出了图形的1/4。在该图中，省略了绝缘膜，开口部分15a～15c用2点点划线表示。在图5(a)～(d)中，示出了图4的A-A、B-B、C-C、D-D剖面图，在该图中，已形成了绝缘膜。图6(a)、(b)是用来说明本实施例的热堆式红外线传感器的热电元件的膜构成的示意性的剖面图。
本实施例的热堆式红外线传感器，如图4、图5所示，从芯片中心C开始，在半径r1～r3的圆周上边的位置上分别形成n型多晶硅层31～33的热接点部分Ta，在n型多晶硅层31～33的终端部分上形成冷接点部分Tb。n型多晶硅层31的图形，由从半径r1到半径r2间形成扇形图形3a和从该扇形图形到外缘部分附近为止延伸的条带状的钩形图形3b构成，钩形图形3b，从半径r2到半径r3，变成为从半径r3越往外周部分走宽度就越宽的扇状。使得修补n型多晶硅层31的缺口部分形成n型多晶硅层32，n型多晶硅层32的图形，是由从半径r2向外周方向一直延伸到衬底的外缘部分附近为止的钩形图形3b’构成的条带状图形。使得修补钩形图形3b、3b’的缺口配置n型多晶硅层33的图形，n型多晶硅层33的图形由从半径r3开始向外周方向延伸的条带状图形3c构成。另外，半径r1～r3具有r2＜r2＜r3的关系。另外，半径r1是接近于中心C的位置。此外，在芯片中心C处也可以剩下圆形的多晶硅层。
n型多晶硅层32、33被绝缘膜4覆盖，在n型多晶硅层31的扇形图形3a的顶端部分的绝缘膜4上，如图5(a)所示，形成接触孔(开口部分)15a，在n型多晶硅层32、33的顶端部分的绝缘膜上，如图5(b)、(c)所示，也分别形成开口部分15b、15c。采用使金属薄膜层与这些开口部分15a～15c进行欧姆接触的办法，形成热接点部分Ta，在n型多晶硅层32～33的另一端，如图5(d)所示，形成开口部分15d，采用使金属薄膜层7与从开口部分15d露出来的n多晶硅层进行欧姆接触的办法，形成冷接点部分Tb。这样一来，n型多晶硅层32～33，在其芯片中心一侧形成热接点部分Ta，在另一端形成冷接点部分Tb。
如上所述，本实施例的热堆式红外线传感器，可以用一层n型多晶硅层构成，在单晶硅衬底1的表面上形成的绝缘膜2a上边条带状地多条放射状地形成n型多晶硅层3。然后，在绝缘膜2a和n型多晶硅层3上边形成的绝缘膜4上形成开口部分15a～15d，并在绝缘膜4上边形成了Al等的金属薄膜层之后，进行图形化以形成使热接点部分和冷接点部分交互地连接的金属薄膜层7。
在串联连接上述实施例的各个热电元件的热电元件列上边，如图6(a)所示，形成由SiN形成的绝缘膜，并形成覆盖SiO2(绝缘膜)10的硼硅酸盐玻璃层9，使得把其感温部分中央的热接点部分Ta覆盖起来。此外，如图6(b)所示，形成由PSG(Phospho-Silicate-Glass，磷硅酸盐玻璃)层81和SiN层82形成的绝缘膜8，此外，为了使得良好地吸收红外线，还形成树脂吸收膜16使得把隔膜中央部分覆盖起来。采用象这样地形成玻璃层或树脂吸收层的办法，就可以提高作为传感器的红外线吸收特性。绝缘膜8除SiN之外，还含有SiO2、PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅铝氧氮耐热陶瓷中的至少一种。
另外，图6(a)的绝缘膜10是为了免受刻蚀硼硅酸盐玻璃层9的工序的影响而形成的。该硼硅酸盐玻璃层9和绝缘膜10，剩下隔膜部分中央部分被刻蚀除去，玻璃层9和绝缘膜10具有作为红外线吸收膜的功能。另一方面，图6(b)的树脂吸收膜16使用聚酰亚胺系树脂，乙烯系树脂、酚树脂、环氧系树脂、丙烯基系树脂和合成橡胶等。此外在衬底1的背面上，还形成有绝缘膜2b，用刻蚀技术对绝缘膜2b进行开口，采用从背面用碱性刻蚀剂等的刻蚀液进行各向异性刻蚀的办法，形成空洞部分13。另外，在图1中所示的电极焊盘部分12，先对绝缘膜8的一部分进行刻蚀形成开口，再使金属薄膜11、12图形化后形成。金属薄膜层11、12的材质可以选择Au、Al、Cr、Ta、Mo、W、NiCr中的至少一种。
其次，参照图1～图6，说明实施例1的热堆式红外线传感器的制造方法的一个实施例。
①衬底1由面方位(100)且厚度约400微米的半导体单晶硅衬底构成，在900～1100℃左右的温度下进行热氧化，在衬底1的两面上，形成厚度为0.1～1微米的由二氧化硅(SiO2)构成的绝缘膜2a、2b。另外，绝缘膜2a可以是下述任何一种构造：SiO2的1层构造，SiO2+SiN的2层构造，或SiO2+SiN+SiO2的3层构造。
②在该绝缘膜2a上边，用LP-CVD法形成膜厚0.1～2微米的非掺杂多晶硅层，再以POCl3为杂质源，在800～1150℃的温度下，向该硅膜中掺磷。掺杂后，用缓冲氟酸刻蚀在表面上形成的磷玻璃(PSG)。该多晶硅层变成为电阻率1～10mΩ·cm的n型多晶硅层。
③在n型多晶硅层3上边形成膜厚1～4微米的光刻胶。以该光刻胶为掩模，如图4所示，从芯片中心C开始放射状地形成由条带状的多晶硅层构成的图形。该条带状的图形，由从以芯片中心C为起点的半径r1开始到在其外周方向上半径r2之间的扇状图形3a，和从扇状图形3a到衬底外缘部分附近为止延伸的钩形图形3b形成。此外，还形成由从半径r2开始在芯片外周方向上一直延伸到上述衬底的外缘部分附近的钩形图形3b’，和从半径r3开始在外周方向上一直延伸到上述外缘部分的条带状图形3c构成的图形。
该n型多晶硅的各个图形，用反应性离子刻蚀(RIE)等使n型多晶硅层图形化，形成为使n型多晶硅层31～33为岛状，且相互啮合的配置。另外，作为利用RIE进行的n型多晶硅膜的刻蚀气体，例如SF6，采用设定合适的条件的办法，使刻蚀后的n型多晶硅层31～33的边缘形状变成为圆锥状。采用使各个n型多晶硅层的边缘形状变成为圆锥状的办法，可以改善在硅层上边形成的上层膜的台阶覆盖的问题(布线的断线等)。另外，也可以借助于对n型多晶硅层各向同性刻蚀使其周缘部分形成为圆锥状或台阶状。
④再有，用溅射法淀积Al-Si直到膜厚变成为0.2～1微米之后，作为刻蚀剂使用磷酸使之图形化后形成金属薄膜层7。在本工序中，先形成多个热接点部分Ta和冷接点部分Tb，再形成由把热电元件串联连接起来的热电元件列形成的感温部分。
⑤接着，在感温部分上边，用等离子体CVD法或溅射法，作为绝缘膜8形成膜厚0.2～2微米的SiN，再在绝缘膜8上边形成膜厚0.3～3微米的硼硅酸盐玻璃层9。硼硅酸盐玻璃层9采用在300～600℃的温度下进行退火使之回流的办法，可以减少针孔或改善台阶覆盖。此外，在硼硅酸盐玻璃层9上边，用溅射法形成膜厚0.1～2微米的SiO2膜10。另外，绝缘膜8从SiO2、SiN或SiNO的材料中进行选择组合起来使用，使得可以缓和膜的拉伸或压缩应力。例如，使之变成为SiO2和SiN的2层构造或把SiN夹在SiO2中间的3层构造。
⑥刻蚀除去隔膜部分14上边的硼硅酸盐玻璃层9和SiO2膜10的一部分，剩下隔膜中央部分，变成为红外线吸收膜。
⑦电极焊盘部分通过刻蚀绝缘膜8的一部分形成开口，使金属薄膜层11、12图形化而形成为重叠到绝缘膜8上。
⑧在最后工序中，用刻蚀衬底1的背面绝缘膜的办法形成开口，采用从背面用碱性刻蚀液等的刻蚀液对衬底1进行各向异性刻蚀的办法，在衬底1上形成空洞部分13。
在最后工序中的衬底1的背面刻蚀，例如，假定用KOH对(100)面单晶硅进行各向异性刻蚀，则如图1所示，可以形成54.7度的圆锥。该制造方法，由于具有可以用批处理大量地进行处理的优点，故具有可以制作廉价的器件的优点。但是，若用该制造方法，由于将形成起因于晶体构造的圆锥，故在芯片上边会产生没用的部分，芯片尺寸的缩小化是困难的。
对于芯片尺寸缩小化的要求，可以使用用干蚀法对硅衬底垂直地进行刻蚀的制造方法。该制造方法，可以借助于使用反应性离子刻蚀(RIE，Reactive Ion Etching)装置的干法刻蚀技术，以87度～90度的角度，对单晶硅进行垂直刻蚀加工。若用该方法的话，使用应用可以产生高密度等离子体的ICP(Inductively Coupled Plasma，感应耦合等离子体)的ICP-RIE装置，作为刻蚀的掩模使用SiO2或光刻胶，可以垂直地对硅衬底进行刻蚀。采用用这样的方法进行加工的办法，就可以缩小芯片尺寸。
接着，以图6(b)为例，对树脂制作的红外线吸收膜的制造方法，进行说明。树脂吸收膜(红外线吸收膜)16，形成为把隔膜中央部分覆盖起来，红外线吸收膜16可以选择聚酰亚胺系树脂、乙烯系树脂或丙烯基系树脂中的至少一种，可以向该树脂中添加碳等的提高红外线吸收特性的颜料。
作为上述红外线吸收膜的成膜方法，有使用旋涂的光刻法或印刷法。使用例如光刻法的红外线吸收膜的成膜方法，向使用旋涂的晶片上边滴下感光性光刻胶，使涂敷后的光刻胶的膜厚变成为0.1～30微米。
光刻胶膜用恒温槽或热板等的加热装置，在80～120℃左右的温度下进行加热(预焙烧)。在预焙烧之后，用掩模定位器定位成所希望的图形后，对成膜后的膜进行暴光显影，除去将要成为红外线吸收膜部分的光刻胶。接着，在经过了清洗工序后，进行后焙烧，形成最终图形。
其次，旋转涂敷膜厚1～30微米的含有将成为红外线吸收膜的碳微粒的树脂液。在从80度到120度的温度下加热(预焙烧)之后，用溶解光刻胶的剥离液进行剥离。进行最终加热(后焙烧)形成最终的红外线吸收膜。在该最终的加热工序中，采用对温度、时间和加热方法进行控制的办法，在成膜后的树脂吸收膜的表面上形成由凹凸为1～10微米的条纹状的图形，这已在图19中示出。另外，图19的照片是数字照片。该图的树脂吸收膜，示出的是用热板在大约150～300℃后焙烧2-15分钟后的吸收膜表面。
作为在红外线吸收膜中使用的树脂，除去在本发明中所公开的树脂以外，还可以使用感光性树脂。在使用感光性树脂的情况下，可以省略剥离工序。
另外，如果使用光刻法形成图形，则旋转涂敷后的表面，可以形成凹凸在1微米以下的非常平坦的膜。该平坦的膜具有在暴光时增加分辨率等的许多优点。但是，从光学上说，由于是平坦的，故在该表面上将反射入射进来的红外线。用现有的成膜方法形成的平坦的膜的红外线透过率，在波长10微米的情况下约为5％，但是，由于反射率高达25％左右，故红外线的吸收率实质上将下降。
但是，象本实施例那样，采用在红外线吸收膜的表面上，形成1～10微米的凹凸的条纹状图形的办法，在红外线吸收膜的表面上形成的凹凸处入射红外线进行散射，可以使红外线的反射率降低约10％。由于红外线吸收膜的反射率降低，故可以提高红外线吸收率，因而可以使传感器的输出提高约5％。
(实施例2)
参照图7～图9对本发明的热堆式红外线传感器的实施例2进行说明。图7的概略图示出了热堆式红外线传感器的图形的一半。图8是示出了整个图形的1/4的概略的关键部位扩大图。另外，在图7、图8中，省略了绝缘膜或钝化物层等。图9(a)～(d)是图8所示的A-A、B-B、C-C、D-D剖面的膜构成。
本实施例的目的是使实施例1的n型多晶硅层31～33的电阻下降，提高S/N比，因而把n型多晶硅层的膜厚形成得厚，图7示出了其图形。在本实施例中，与实施例1一样，使用具有空洞部分的单晶硅衬底，在其两面上形成有绝缘膜。作为在绝缘膜上边形成的热电材料的n型多晶硅层，有把1层的多晶硅层的膜厚形成得厚的制造方法①和形成2层的n型多晶硅层且形成得厚的制造方法②。
首先，参照图7，对实施例2的热堆式红外线传感器进行说明。如上述实施例所说明的那样，n型多晶硅层31～33，从绝缘膜上边的芯片中心开始放射状地配置，而且，形成分隔开来的岛状。形成图形并刻蚀成比图3(a)的n型多晶硅层31～33的图形还小一点，台面状地形成n型多晶硅层311～331。然后，采用形成n型多晶硅层31～33的图形的办法，具有把它们的周缘部分作成为带斜度的阶梯状的形状。在其上边，在形成第2绝缘膜4并形成了开口部分之后，采用溅射金属薄膜层并形成图形的办法，在上述开口部分内，采用使n型多晶硅层和金属薄膜层进行接触的办法形成热接点部分Ta和冷接点部分Tb。采用使这些n型多晶硅层的周缘部分变成为带斜度的阶梯状的办法，消除陡峻的阶差，防止金属薄膜层在n型多晶硅层的周缘部分处的断线。
接着，简单地说明①用1层的多晶硅层的制造方法的实施例。在单晶硅衬底上形成绝缘膜2a，在绝缘膜2a上边，用LP-CVD法或溅射法形成膜厚0.1～2微米的非掺杂多晶硅层，再以POCl3为杂质源，在800～1150℃的温度下，向该硅膜中掺磷，形成n型多晶硅层。该n型多晶硅层，变成为电阻率为1～10mΩ·cm。在形成了n型多晶硅层后，用缓冲氟酸除去其表面的磷玻璃(PSG)，然后，用与实施例1的图形相似的小的图形进行图形化，形成台面状的n型多晶硅层311～331，其次，用与实施例1的n型多晶硅层相同的图形进行图形化，形成台阶状的n型多晶硅层31～33。然后，经在实施例1中说明的制造工序，形成钝化物膜和红外线吸收膜，制造热堆式红外线传感器。
其次，简单地说明②用2层的n型多晶硅层的制造方法的实施例。参照图7～图9进行说明。另外，使图形化后的1层的多晶硅层变成为把第2层的多晶硅层覆盖起来，变成为与在①的制造方法中说明的形状大体上相等的形状，与n型多晶硅层31～33相当的部分，用1层和2层的多晶硅层形成。首先，在单晶硅衬底上形成绝缘膜2a，再用LP-CVD法或溅射法，在绝缘膜2a上边形成膜厚0.1～2微米的非掺杂多晶硅层。然后，用形成上述n型多晶硅层311～331的掩模，形成相互分隔开来的多晶硅层的图形。再在上述多晶硅层上边，用同样的制造方法，形成0.1～2微米的非掺杂多晶硅层。然后，以POCl3为杂质源，在800～1150℃的温度下，向这些多晶硅层中掺磷。然后，用n型多晶硅层31～33的图形，形成与n型多晶硅层31～33相当的图形。该n型多晶硅层，变成为电阻率为1～10mΩ·cm。经这样的制造工序，在绝缘层上边，在芯片中心，放射状地形成n型多晶硅层31～33，在n型多晶硅层31～33上边，分别形成与n型多晶硅层31～33相似的小的n型多晶硅层311～331。接着，在这些的上边，形成绝缘膜后再形成开口部分，形成以n型多晶硅层为热电材料的各个热电元件的热接点部分Ta和冷接点部分Tb，且把各个热电元件串联连接起来形成热电元件列。另外，作为热电材料的n型多晶硅层，既可以如上所述每次形成1层由非掺杂多晶硅层形成的图形地变成为2层，然后，使杂质扩散变成为n型多晶硅层，也可以每1层都向多晶硅层中掺入杂质，形成2层的n型多晶硅层。
此外，若详细地说明本实施例，则n型多晶硅层31的热接点部分Ta，如图9(a)所示，形成为在n型多晶硅层31上边的绝缘膜4上形成的开口部分15a处，使n型多晶硅层31和金属薄膜层7接触，该金属薄膜层7，如图9(b)、(c)所示，在n型多晶硅层31上边在芯片周缘方向上延伸，而不通过n型多晶硅层311上边。然后，金属薄膜层7，如图9(d)所示，在开口部分15d处与n型多晶硅层33接触，形成冷接点部分Tb。n型多晶硅层32的热接点部分，如图9(b)所示，形成为在开口部分15b处，n型多晶硅层32和金属薄膜层7进行接触，金属薄膜层7，如图9(c)所示，在被绝缘膜4覆盖起来的n型多晶硅层32的上边通过，如图9(d)所示，在相邻的n型多晶硅层33的开口部分15d处进行接触，形成冷接点部分Tb。然后，n型多晶硅层33的热接点部分Ta，如图9(c)所示，在n型多晶硅层33上边的绝缘膜4上形成的开口部分15c处，金属薄膜层7和n型多晶硅层33进行接触，通过绝缘膜4上边，连接到相邻的n型多晶硅层31的冷接点部分Tb上。这样地形成了热接点部分Ta和冷接点部分Tb的热电元件，如图6(a)、6(b)所示，形成红外线吸收膜，使得把钝化物膜和上述热接点部分覆盖起来，制作热堆式红外线传感器。
当然，在本实施例中，与上述实施例一样，采用把n型多晶硅层31～33的n型多晶硅层31～33的图形形成为使得在绝缘膜上边从芯片中心开始放射状地相互啮合，在绝缘膜2a上边放射状地均一地配置的办法，可以使隔膜构造的应力分布变成为均一。而且，n型多晶硅层的周缘，为了避免陡峻的阶差，变成为圆锥状。
(实施例3)
参照图10和图11对本发明的热堆式红外线传感器的实施例进行说明。图10示出了本实施例的1/4图形的概略，图11示出了图10的A-A、B-B、C-C、D-D、E-E剖面的膜构成。在本实施例中，如图10、图11所示，采用把金属薄膜层7配置到绝缘膜2a上边的办法，不再需要用绝缘膜4把前面说明的图形化后的n型多晶硅层覆盖起来，在该绝缘膜4上形成开口部分15的制造工序。因此，实施例3的制造方法，变成为从实施例1的制造方法中除去了形成开口部分的绝缘膜4的制造工序，所以，省略其详细的说明。
在图10和图11中，在本实施例中，在半导体硅衬底的绝缘膜2a上边，用与前面说明的制造工序相同的工序形成多晶硅层并进行杂质扩散，然后图形化形成n型多晶硅层31～33。构成热电元件。作为一方的材料并兼做布线的金属薄膜层7被构成为从热接点部分Ta，通过绝缘膜2a上边，连接到冷接点部分Tb上。因此，n型多晶硅层31的图形，与上述图形多少不同，由金属薄膜层7形成的布线正下边的n型多晶硅层被除去，在绝缘膜2a上边形成。
n型多晶硅层31～33，虽然是与上述实施例大体上相等的图形，但是，n型多晶硅层31的图形却是有切口的扇状图形3a。在n型多晶硅层31和金属薄膜层7之间的接触部分7a上形成热接点部分Ta，从该热接点部分Ta延伸的金属薄膜层7，通过在扇状图形的n型多晶硅层31的沟部露出来的绝缘膜2a上边，连接到作为与金属薄膜层7之间的接触部分7d的冷接点部分Tb上。此外，从n型多晶硅层32的接触部分7b通过绝缘膜2a，与相邻的n型多晶硅层33的接触部分7c接触。再有，从n型多晶硅层33的接触部分7c通过绝缘膜2a上边与相邻的n型多晶硅层32的接触部分7d接触。形成串联连接的热电元件列。
在本实施例中，由于不需要用来形成开口部分的绝缘膜，故具有可以削减制造工序个数的优点，还可以期待成品率的提高。此外，采用使n型多晶硅层的周缘部分作成为阶梯状的办法，可以防止金属薄膜层的布线图形的断线，还可以把n型多晶硅层和金属薄膜层均等地配置在芯片表面上，故可以防止应力所产生的裂缝的发生。
(实施例4)
参照图12～图14对本发明的热堆式红外线传感器的实施例进行说明。图12示出了热堆式红外线传感器的1/4图形的概略，图13(a)～(c)，图14(a)、(b)示出了图12的A-A、B-B、C-C、D-D、E-E剖面图。此外，在图12中，没有示出覆盖热电元件的绝缘膜，在图14、图15中示出了绝缘膜。此外，在图12中，作为接触部分示出了借助于金属薄膜层和n型多晶硅层之间的接触形成的热接点部分Ta和冷接点部分Tb，但却省略了在用来形成热接点部分Ta和冷接点部分Tb的绝缘膜上形成的开口部分的图示。
另外，在本实施例中，作为热电元件的热电材料的n型多晶硅层，把绝缘膜夹在中间形成为2层。即，第1层的n型多晶硅层是与实施例1的图形同一的图形，是对于该实施例1的n型多晶硅层的图形，中间存在着绝缘膜使同一图形的n型多晶硅层错在圆周方向上开半个节距地形成的n型多晶硅层。如果是与图1的实施例同一的图形，就可以形成160个热电元件，但只要可以形成80个热电元件即可，采用分别形成第1层的n型多晶硅层的40个，第2层的n型多晶硅层的40个，形成80个热电元件的办法，在实用上就没有问题。
图13(a)～(c)，图14(a)、(b)示出了图12的A-A、B-B、C-C、D-D、E-E剖面图。在这些图中，示出了作为通过热接点部分Ta和冷接点部分Tb的切断面的剖面图。在本实施例中，把1层的多晶硅层作成为阶梯状，形成圆锥，被覆热电元件的钝化物膜和红外线吸收膜作成为与上述实施例同样的形态。
参照图12～图14进行说明，则与实施例1一样，在形成于单晶硅衬底上的绝缘膜2a上边，与上述实施例一样，条带状地放射状地形成多个第1n型多晶硅层31～33。在其上部形成绝缘膜4，再在绝缘膜4上边，条带状地形成第2n型多晶硅层51～53。n型多晶硅层51～53的第2图形是对于n型多晶硅层31～33的图形错开半个节距的图形。然后，在其上边形成绝缘膜6。在第1条带状的n型多晶硅层31～33上边的2层绝缘膜4、6上，形成开口部分，在第2n型多晶硅层51～53上边的绝缘膜6上也形成开口部分。这些开口部分用来形成热电元件的热接点部分和冷接点部分，采用在绝缘膜6上边成膜Al等的金属薄膜层，并进行图形化的办法，形成作为构成热电元件的一方的材料同时兼做布线的金属薄膜层7，n型多晶硅层31～33、51～53与金属薄膜层7之间的接触部分将变成为热电元件的热接点部分Ta和冷接点部分Tb。
热接点部分Ta的剖面，示于图13(a)～(c)，冷接点部分Tb的剖面示于图14(a)、(b)。第1n型多晶硅层31～33的冷接点部分，如图14(b)所示，形成为在绝缘膜4上设置的开口部分处，金属薄膜层7和n型多晶硅层31～33进行接触。第2n型多晶硅层51～53的冷接点部分，如图14(a)所示，在设置于绝缘膜6上的开口部分处，金属薄膜层7与n型多晶硅层51～53接触，形成冷接点部分Tb。然后，使第2n型多晶硅层的热接点部分Ta和相邻的第1n型多晶硅层的冷接点部分Tb连接，借助于金属薄膜层7，构成串联连接的热电元件列。此外，如图6(a)、(b)所示，在构成多个热接点部分的隔膜部分上，形成由绝缘膜8构成的钝化物膜和红外线吸收膜。
虽然上述实施例1～3的情况也是一样的，但采用在由SiN形成的绝缘膜8上边形成由硼硅酸盐玻璃层9构成的红外线吸收膜的办法，可以提高作为传感器的红外线吸收特性。另外，绝缘膜10，在形成由上述红外线吸收膜构成的感温部分时，为了使硼硅酸盐玻璃层9不受刻蚀工序的影响而成膜。电极焊盘部分12，刻蚀绝缘膜的一部分形成开口，使金属膜11、12图形化，形成为使得重叠到绝缘膜8上。此外，如图6(b)所示，作为红外线吸收膜16，也可以在隔膜中央部分形成由聚酰亚胺系树脂、乙烯系树脂或丙烯基系树脂构成的树脂膜。这样一来，即便是在1层构造的n型多晶硅层、2层构造的n型多晶硅层的情况下，也可以形成图6所示的钝化物膜或红外线吸收膜等。
其次，参照图12～图14对本实施例的制造方法进行说明。另外，在单晶硅衬底的表面背面上形成的绝缘膜2a上边形成第1层n型多晶硅层31～33的工序，与前面说明的制造工序是一样的，故省略其说明而从其次的工序开始进行说明。
①前进到在用图12的虚线示出的第1n型多晶硅层31～33上部，形成绝缘膜4的工序。绝缘膜4用LP-CVD法形成膜厚0.1～2微米的SiO2。另外，作为绝缘膜4，如上所述，采用使多晶硅层热氧化，在多晶硅表面上形成约10nm～100nm的SiO2，构成层间绝缘膜的办法，可以实现层间绝缘性的提高，这是不言而喻的。
②前进到第2n型多晶硅层的形成工序。首先，使衬底温度变成为600℃～700℃，用LP-CVD法，在该绝缘膜4上边形成膜厚0.1～2微米的非掺杂多晶硅膜，再用离子注入法进行了离子注入之后，在800～1150℃的温度下进行处理使磷扩散。借助于该掺杂工序，非掺杂多晶硅层将变成为电阻率为1～10mΩ·cm的n型多晶硅层。
③在上述n型多晶硅层上边，形成膜厚1～4微米的光刻胶膜，这是与第1n型多晶硅层31～33的形成时相同的图形，是从芯片中心C对于第1n型多晶硅层31～33的第1图形在圆周方向上错开半个节距的第2图形，如图12的虚线所示，进行图形化。借助于此，从芯片中心开始向着周边部分放射状地条带状地形成图形。该放射状的图形，与先前在基底上形成的第1n型多晶硅层31～33的条带图形是同一图形。以该图形为掩模，采用用RIE等，使n型多晶硅图形化的办法，形成第2n型多晶硅层51～53。
④采用借助于光刻技术使第1和第2n型多晶硅层31～33和51～53的条带图形边缘部分上边的绝缘膜4和6图形化，并用RIE等进行刻蚀的办法，形成用来形成热接点部分和冷接点部分的开口部分。
⑤在第1n型多晶硅层31～33和第2n型多晶硅层51～53的各自的上边，为了形成热接点部分和冷接点部分并进行连接，用溅射法形成膜厚0.2～1微米的Al-Si的金属薄膜层7，然后，用光刻技术使之图形化，作为刻蚀剂使用磷酸进行刻蚀，分别连接热接点部分Ta、冷接点部分Tb，同时形成用来向外部取出以形成电极12的基底电极焊盘部分。
⑥在形成了金属薄膜层7之后，用等离子体CVD法或溅射法，形成SiN、SiO2等的膜厚0.2～2微米的绝缘膜8。再在绝缘膜8上边，用溅射法成膜膜厚0.3～3微米的硼硅酸盐玻璃层9。该玻璃层9，为了减少针孔，改善台阶覆盖，在300～600℃的温度下进行热处理。这种减少针孔的工序，在上述实施例中也是有效的。
⑦在进行了热处理的上述玻璃层9上边，用溅射法形成由0.5～2微米的膜构成的SiO2的绝缘膜10。然后，用光刻技术形成图形，刻蚀除去电极焊盘部分上边的绝缘膜8，作为电极焊盘11、12，在使Cr成膜50～300nm，使Au成膜100～500nm的厚度之后，用光刻技术进行图形化。
⑧用光刻技术刻蚀衬底1的背面绝缘膜2b形成开口部分，用碱性刻蚀剂等从背面对单晶硅衬底1进行各向异性刻蚀以除去衬底部分，形成空洞部分13，完成形成了含有将成为红外线受光部分的热接点部分的隔膜部分14的传感器芯片。
接下来，最终工序中作为红外线吸收膜的树脂膜的形成方法，有下述方法：丝网印刷法、喷墨法或在旋转涂敷上树脂后，使之硬化，并借助于利用光刻技术进行的图形化来形成的方法等。在喷墨法的情况下，即便是在形成了空洞部分之后也可以形成树脂膜。另外，根据需要，为了提高红外线吸收特性，也可以向树脂中分散碳等。
此外，在上述实施例中，作为在金属薄膜层7上边形成的绝缘膜，除SiO2、SiN或SiNO之外，也可以含有PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅铝氧氮耐热陶瓷中的至少一种。此外，覆盖金属薄膜层7的绝缘膜，也可以用PSG和SiN二者构成。
上述实施例的热堆式红外线传感器，通常，如图15所示，可以封入到封装中后作为红外线检测器使用。同图示出了把热堆式红外线传感器器件TA固定到底座SA上边的状态。所使用的底座SA，例如是Fe或Fe-Ni-Co等的金属制造的，固定热堆式红外线传感器器件TA的中央部分形成有凹坑。
此外，热堆式红外线传感器TA，用热传导性非常好的粘接剂固定到底座上边。用于进行温度补偿的热敏电阻芯片TB也用导电性膏粘接到底座上边。热堆式红外线传感器器件TA的电极焊盘部分和在底座上边形成的外部电极端子部分之间的连接，Au线或Al-Si线用引线键合技术进行连接。
在底座SA上边载置固定热堆式红外线传感器器件TA和热敏电阻TB并进行电连后，把用环氧树脂系粘接剂或焊锡把红外线透过性滤光片构件粘接固定到管帽开口部分上的带窗口的管帽SB，扣到底座SA上后用焊接等的方法进行气密密封。封装内，或者是用Ar、Kr或Xe气体等的热传导性低的气体进行密封，或者是用真空进行密封。采用用低热传导性气体或真空进行密封的办法，就可以减少热从热堆式红外线传感器器件的隔膜部分通过上述密封气体向周围气氛的传导，可以实现红外线检测器的高输出化。
另一方面，在带窗口的管帽SB上，设置有将成为窗口构件的红外线透过性滤光片构件F。红外线透过性滤光片构件F，由于用由在硅衬底或锗的衬底表面上用来控制透过率的ZnS或Ge等构成的数十层的多层膜形成，故价格非常昂贵。因此，要想制造廉价的红外线传感器，就必须减小封装尺寸，极力减小滤光片尺寸。但是，当滤光片尺寸极端地小时，由于入射红外线线量减少，传感器输出将降低。
从这样的观点出发，参照图16(c)、(d)对滤光片尺寸尽可能小，且可以有效地利用的管帽构造进行说明。在带窗口的管帽SB上设置开口部分27，使得把红外线透过性滤光片构件F嵌入到该开口部分27中去。但是，在用冲压等的模具进行加工制作的情况下，虽然在开口部分27为圆形的情况下不会成为问题，但在四角形或六角形的开口部分的情况下，由于存在着拐角部分，故具有下述加工特性：在作为四角形或六角形的边和边的交点部分的角上形成圆角。
例如，在开口部分27为正方形，且其一边为2mm的情况下，开口部分27的拐角部分的圆角半径最小，为0.2～0.3mm。在半径为0.2mm的情况下，间隙G1变成为约0.06mm，在半径为0.3mm的情况下，开口部分和窗口构件之间的间隙G1将变成为约0.1mm。如果考虑到开口部分的加工精度，则该间隙将会变得更大。
如上所述，为了作成为把滤光片构件F的角嵌入到开口部分27中去，由于可以采用在开口部分的拐角部分处形成圆角的办法来插入滤光片构件F，故间隙G1变大。由于产生该间隙G1，故为了进行滤光片构件F和开口部分27之间的粘接需要多量的粘接剂。此外，粘接剂有向入射一侧的面漏出来的可能，故理想的是作成为以下要说明的图16(a)、(b)的带窗口的管帽SB的构造。当然，即便是在该间隙G1的情况下，采用填充树脂的办法也可以充分实施。
其次，对图16(a)、(b)的带窗口的管帽的构造进行说明。在同图中，带窗口的管帽SB，在管帽SB上设置开口部分26，向该开口部分26内嵌入红外线透过性滤光片构件F。开口部分26形成它们的拐角为圆形的缺口部分，把用切片加工法切出来的红外线透过性滤光片构件F的4个拐角，分别嵌入到圆形或弯曲的缺口部分26中，从而嵌插于开口部分26中去。滤光片构件F和管帽SB之间的间隙G2可以作成为考虑到加工精度的容许误差后的尺寸，使之变成为极其狭窄的间隙。
如上所述，采用在开口部分26的拐角部分处，用各边的延长线上的交点，在外侧方向上，形成缺口部分26a的办法，消除在把窗口构件F嵌插到开口部分26中去之际的被挂住的地方，从而可以使起因于拐角部分的开口部分与窗口构件之间的间隙变成为更小。因此，可以提高气密密封的可靠性，可以使粘接剂28向窗口构件表面上渗出等的不良减低至最小限度。
其次，参照图17(a)、(b)对另一实施例进行说明。同图示出了带窗口的管帽构造的局部切除斜视图，同图(a)是从已形成了用来设置窗口构件的管帽内部一侧看的斜视图，同图(b)的斜视图示出了已设置了窗口构件的管帽的外观。
在同图中，管帽SB设有四角形的开口部分26，在开口部分26的4个拐角上设有凹部26b。凹部26b形成为从管帽的背面一侧向外侧突出出来。窗口构件F是四角形，采用调节凹部26b的深度的办法，在把窗口构件F嵌插入开口部分26时，窗口构件F的表面(红外线入射面)和管帽SB的正面一侧将变成为同一个面。当然，在把窗口构件F嵌入开口部分26中去之际，即便是作成为从管帽SB的表面有一些凹凸也不会有问题，但是理想的是使之不产生阶差地进行嵌入。然后，从管帽SB的背面一侧，向窗口构件F的周围和凹部内填充树脂，把窗口构件F固定到管帽的开口部分26上。该开口部分26与窗口构件F尺寸一致，并把窗口构件F搭接并固定到四个拐角的凹部26b的底部上。因此，在本实施例中，可以把窗口构件F的整个面当作是吸收红外线的面，可以变成为比现有的窗口构件的形状更小的形状，具有下述效果：对使昂贵的窗口构件F降价有好处，是经济的。
图18(a)是作为封装使用氧化铝之类的陶瓷封装的例子，热堆式红外线传感器器件TA和热敏电阻TB用引线键合法进行布线。图18(b)示出的是在陶瓷封装内进行载置使得热堆式红外线传感器TA的空洞部分一侧变成为红外线的受光面，作为热敏电阻芯片TB，使用表面装贴型(surface mount type)的芯片的例子。氧化铝热传导率高达20W/m·K，在作为红外线检测器使用时，由于在封装内发生的温度分布变小，故具有可以减小测定误差的优点。作为封装材料，并不限定于氧化铝，如果用AlN，由于热传导率为170W/m·K之大，故可以得到更好的特性。在以图18(b)那样的形状使用的情况下，可以在空洞部分一侧形成硼硅酸盐玻璃层或红外线吸收膜。
其次，参照图20，对本发明的热堆式红外线传感器的红外线吸收谱进行说明。图20(a)示出了在隔膜部分上形成了SiO2膜的情况下的红外线吸收特性，同图(b)示出了在隔膜部分上形成了硼硅氧铅玻璃膜的情况下的红外线吸收特性。由同图(b)可知，作为硼硅酸盐玻璃9(参看图6(a))，在使用硼硅氧铅玻璃的情况下，在大约6～11微米的波长处有吸收带(换算成温度，约为-10～210℃)。此外，由同图(a)可知，要是SiO2膜的话，在大约8～9.5微米的波长处有吸收带(换算成温度，约为30～90℃)。就是说，如实施例的热堆式红外线传感器那样，采用把硼硅酸盐玻璃用做绝缘膜的办法，与以往所用的SiO2膜比较，可以对宽的温度范围进行检测。此外，在作为钝化物膜使用SiN膜的情况下，在10～12微米的波长处具有吸收带，采用在成膜时导入氧使之变成为SiNO的办法，可以使吸收带向短波长一侧转移。因此，采用使SiNO膜与硼硅氧玻璃膜进行组合的办法，就可以扩展吸收带，可以进一步提高灵敏度。另外，作为硼硅酸盐玻璃膜，虽然示出的是使用硼硅氧铅玻璃膜的情况，但是，也可以不用铅而添加别的元素并进行热处理的玻璃膜。当然，也可以是未进行添加的硼硅氧玻璃膜。
另外，在本实施例中，虽然在1层的n型多晶硅层中形成了80个热电元件，但是并不限定于此，采用改变芯片中心的同心圆的半径或图形宽度的办法，还可以进一步增减个数。在实施例2中，在受光功率密度为1.25mW/cm2的条件下，可以制造S/N比为84dB的传感器。
另外，本发明的热堆式红外线传感器，由于小型且可以高精度地进行非接触温度测定，故成了作为可以高速地测定人体体温的耳式体温表用传感器最合适的传感器。
此外，在本发明中，也可以在器件表面上形成一个以上的热电元件列，并在外部串联连接热电元件列。
如上所述，倘采用本发明，作为热电材料，采用使用n型多晶硅层的办法，由于与p型多晶硅层比，将成为载流子的电子的迁移率高，即便是电阻率相同，由于塞贝克系数增大，故也会增大输出电压-约翰逊噪声的S/N比。而且，如实施例1～3所示，采用把热接点部分，从热堆式红外线传感器器件的空洞部分的中心，按照半径r1＜r2＜r3的距离顺序，配置在同心圆上的办法，可以缓和由n型多晶硅层形成的隔膜部分的应力集中，且采用尽可能地把n型多晶硅层的条带宽度形成得宽的办法，使得可以降低热堆元件的电阻。其结果是可以提高输出电压-约翰逊噪声的S/N比，而且，由于可以降低隔膜部分全体的应力，故将提高各向异性刻蚀时的成品率，作为结果，具有可以制造廉价的热堆式红外线传感器器件的优点。
此外，如实施例4所示，采用中间存在绝缘膜地把n型多晶硅层叠层为2层，或者，使上下的硅膜的图形错开半个节距地形成，再从热堆式红外线传感器器件的空洞部分的中心开始，按照半径r1＜r2＜r3的顺序，把热接点部分配置在同心圆上的办法，可以缓和由n型多晶硅层形成的隔膜部分的应力集中。此外，在与实施例1～3的情况同样的热接点个数的时候，在形成了使图形错开的2层n型多晶硅层的情况下，可以把条带宽度形成得宽，因而可以降低热堆式红外线传感器器件的电阻。其结果是，可以进一步提高输出电压对约翰逊噪声的S/N比，此外，由于可以降低隔膜部分全体的应力，故可以提高各向异性刻蚀时的成品率，结果是可以提供便宜的热堆式红外线传感器。
此外，倘采用本发明，作为构成热堆式红外线传感器的热电材料，采用使n型多晶硅膜的电阻率变成为从1mΩ·cm到10mΩ·cm的办法，可以增大输出电压和约翰逊噪声的S/N比，可以减小电压灵敏度的温度依赖性。就是说，在多晶硅膜的电阻率比1mΩ·cm还小的情况下，塞贝克系数减小，得不到将变成实用的输出电压，要想增大输出电压，就必须增加接点个数，故热电偶的全长将增加与该个数的增加量相应量的长度，具有使生产成品率下降的缺点。此外，在大于10mΩ·cm的情况下，则虽然塞贝克系数将变大，但约翰逊噪声也将变大，因而具有使S/N比降低的缺点。
此外，采用把n型多晶硅层的电阻率设定于1mΩ·cm～10mΩ·cm的范围内的办法，就可以使热电偶个数、n型多晶硅膜的图形形状和热接点部分的位置、传感器的S/N比等的参数最佳化，源于生产成品率等的关系，具有易于量产的优点。
此外，采用把n型多晶硅层的图形边缘形状作成为阶梯状或圆锥状的办法，由于可以缓和对于在多晶硅层上边成膜的膜的台阶覆盖的制约，故可以加厚多晶硅层的膜厚。此外，为了使阶差变得低而平缓，可以使在多晶硅层上边成膜的膜薄膜化，所以在阶差上边的金属膜的断线等的问题将不复存在。
此外，作为红外线吸收膜，采用使用硼硅酸盐玻璃或SiNO的办法，与现有的SiO2比较，可以实现30％左右的高输出化。此外与由树脂等构成的吸收膜比，由于可以在各向异性刻蚀之前形成，故可以削减器件的造价。
另外，作为封装材料，采用使用Al2O3或AlN等的陶瓷的办法，可以制作便宜且温度漂移小的小型的热堆式红外线传感器器件。
此外，作为冷接点温度补偿器件，采用使用以狭窄偏差对电阻值进行分类的片状热敏电阻或薄膜热敏电阻的办法，在作为非接触温度传感器使用的情况下，可以削减出厂时检查校正时间或可以高精度地测定目标物体的温度。
此外，倘采用本发明，采用使在器件上形成的红外线吸收膜的表面变成为条纹状的办法，由于抑制红外线的反射从而提高吸收率，故在可以提高红外线的检测效率的同时，还可以对SN比的提高作出贡献。
此外，倘采用本发明，由于在管帽上装设昂贵的窗口构件，故采用可以有效地利用窗口构件而没有浪费地在管帽上形成开口部分的办法，就可以提供便宜的红外线传感器。此外，在开口部分的四个拐角上形成的凹部，对于把窗口构件牢固地固定在管帽上是有效的，对于密封向管帽内注入的惰性气体是有效的。

Claims (28)

1、一种在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器，
其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，配置有从芯片中心附近开始放射状地延伸的多个n型多晶硅层，借助于上述n型多晶硅层和金属薄膜层的接触，在芯片中心一侧形成有热接点部分，在其周围一侧形成有冷接点部分，上述金属薄膜层交互地连接相邻的上述n型多晶硅层之间的热接点部分和冷接点部分，在上述第1绝缘膜上边至少形成有一个串联连接的热电元件列。
2、一种在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器，
其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，配置有从芯片中心附近开始放射状地延伸的多个n型多晶硅层，借助于上述n型多晶硅层和金属薄膜层的接触，在芯片中心一侧形成热接点部分，在其周围一侧形成有冷接点部分，上述金属薄膜层交互地连接相邻的上述n型多晶硅层彼此间的热接点部分和冷接点部分，在上述第1绝缘膜上边至少形成有一个串联连接的热电元件列，而且，在上述热电元件列上边，中间存在着绝缘膜地形成红外线吸收膜。
3、一种在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器，
其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，使之互相啮合地配置有从芯片中心附近的圆周上边和其外侧的多个同心圆上边的位置开始，向芯片周缘方向放射状地延伸的多个n型多晶硅层，在覆盖上述n多晶硅层和上述第1绝缘膜的第2绝缘膜上设置有开口部分，通过上述开口部分借助于上述n型多晶硅层和金属薄膜层之间的接触，在芯片中心一侧和其周围一侧分别形成有热接点部分和冷接点部分，用上述金属薄膜层交互地连接相邻的上述n型多晶硅层彼此间的热接点部分和冷接点部分，在上述第1绝缘膜上边至少形成有一个串联连接的热电元件列，而且，在上述热电元件列上边，中间存在着绝缘膜地形成红外线吸收膜。
4、一种在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器，
其特征是：设置下述部分：
覆盖在上述单晶硅衬底上设置的空洞部分的第1绝缘膜；
在上述第1绝缘膜上边，使之互相啮合地配置从芯片中心附近的圆周上边和其外侧的多个同心圆上边的位置开始，向芯片周缘方向放射状地延伸的多个n型多晶硅层；
在上述n型多晶硅层和上述第1绝缘膜上边形成的第2绝缘膜；
为了在上述多个n型多晶硅层的芯片中心侧和周缘一侧分别形成热接点部分和冷接点部分，在上述第2绝缘膜上形成的开口部分；
用来通过上述开口部分与上述n型多晶硅层接触并形成上述热接点部分和冷接点部分的金属薄膜层；
用上述金属薄膜层交互地连接上述热接点部分和冷接点部分而形成的热电元件列；
在上述第2绝缘膜上边和上述金属薄膜层上边形成的第3绝缘膜；
在上述第3绝缘膜上边形成为把上述热接点部分覆盖起来的红外线吸收膜；
在上述串联连接的热电元件列的终端部分上形成的电极焊盘部分。
5、一种在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器，
其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，使之互相啮合地配置有从芯片中心附近的圆周上边和其外侧的多个同心圆上边的位置开始，向芯片周缘方向放射状地延伸的多个n型多晶硅层，借助于上述n型多晶硅层和金属薄膜层之间的接触，在芯片中心一侧和其周围一侧分别形成有热接点部分和冷接点部分，使从上述热接点部分导出的上述金属薄膜层在上述第1绝缘膜上边攀沿并连接到相邻的n型多晶硅层的上述冷接点部分上，在上述第1绝缘膜上边形成串联连接的热电元件列，而且，在覆盖上述热电元件列的第2绝缘膜上边，形成红外线吸收膜。
6、一种在具有空洞部分的单晶硅衬底上形成有热电元件的热堆式红外线传感器，
其特征是：在覆盖上述空洞部分的第1绝缘膜上边，使之互相啮合地配置有从芯片中心附近的圆周上边和其外侧的多个同心圆上边的位置开始，向芯片周缘方向放射状地延伸的多个第1n型多晶硅层，形成有覆盖上述第1n型多晶硅层和上述第1绝缘膜的第2绝缘膜，在上述第2绝缘膜上边，形成有具有与上述第1n型多晶硅层相同的图形形状，由对于上述第1n型多晶硅层的图形在圆周方向上错开半个节距的图形构成的多个第2n型多晶硅层，形成覆盖在上述第2n型多晶硅层上边的第3绝缘膜，在上述第1和第2n型多晶硅层上边的上述第2和第3绝缘膜上设置开口部分，通过上述开口部分借助于与金属薄膜层之间的接触，在上述第1和第2n型多晶硅层的芯片中心一侧和其周围一侧分别形成热接点部分和冷接点部分，同时，用上述金属薄膜层交互地连接上述热接点部分和相邻的n型多晶硅层冷接点部分，形成串联连接的热电元件列，而且，在上述热电元件列上边，中间存在着绝缘膜地形成有红外线吸收膜。
7、权利要求1～6中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述单晶硅衬底的面方位为(100)面。
8、权利要求1～7中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：从芯片中心开始放射状地配置的上述n型多晶硅层是在芯片周缘方向上展宽的扇状图形的组合。
9、权利要求1～8中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述热接点部分，配置在距芯片中心半径为r1～r3的同心圆上边，且它们的关系是r1＜r2＜r3。
10、权利要求2～9中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：在上述热电元件列上边设置的红外线吸收膜，由硼硅酸盐玻璃、聚酰亚胺系树脂、乙烯系树脂或丙烯基系树脂中的一种构成。
11、权利要求1～10中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：覆盖上述热电元件列的绝缘膜，是PSG和SiN的2层的绝缘膜。
12、权利要求1～11中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述第1绝缘膜，由SiO2和SiN的2层构造或用SiO2把SiN夹在中间的3层构造构成。
13、权利要求1～12中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：除去形成热接点部分和冷接点部分的部分之外，把上述n型多晶硅层的周缘部分形成为台阶状。
14、权利要求1～13中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述n型多晶硅层的周缘截面是圆锥状。
15、权利要求1～14中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述n型多晶硅层的电阻率为1～10mΩ·cm。
16、权利要求1～15中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：覆盖上述热电元件列的绝缘膜，含有SiO2、SiN、SiNO、PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅铝氧氮耐热陶瓷中的至少一种。
17、权利要求1～16中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述金属薄膜层由Al、Cr、Ta、Mo、W、NiCr中的至少一种构成。
18、权利要求2～17中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：上述红外线吸收膜的表面，是具有凹凸的条纹状图形。
19、权利要求1～18中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：
在封入上述热堆式红外线传感器的封装的管帽部分上形成的开口部分上设置由可以透过红外线的滤光片构成的窗口构件，上述窗口构件是四角形或六角形，上述开口部分的形状与上述窗口构件的形状一致，而且，在上述开口部分的各个拐角上形成的缺口部分，形成于比上述四角形或六角形的各边的交点还往外的外侧。
20、权利要求1～18中的任何一项所述的热堆式红外线传感器，其特征是：
在封入上述热堆式红外线传感器的封装的管帽部分上形成的开口部分上设置由可以透过红外线的滤光片构成的窗口构件，上述窗口构件是四角形或六角形，上述开口部分的形状与上述窗口构件的形状一致，而且形成在上述开口部分的各个拐角上形成的凹部，并用上述凹部定位保持上述窗口构件。
21、一种热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于用热氧化、CVD或溅射法，在单晶硅衬底的两面上形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜表面上边形成多晶硅层；
第3工序，用于采用向上述多晶硅层内扩散杂质的办法，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的n型多晶硅层；
第4工序，用于使上述n型多晶硅层图形化，形成由从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形构成的第1图形；
第5工序，用于用CVD、玻璃涂敷或溅射法，在用上述第1图形形成的多个n型多晶硅层和第1绝缘膜上边，形成第2绝缘膜；
第6工序，用于在分别与热接点部分和冷接点部分对应的部分的上述第2绝缘膜上设置开口部分；
第7工序，用于在上述第6工序之后，用溅射法或蒸镀法形成金属薄膜层；
第8工序，用于使上述金属薄膜层图形化，并用上述开口部分使上述n型多晶硅层和上述金属薄膜层进行欧姆接触，使由热接点部分和冷接点部分构成的各个热电元件串联连接起来，形成热电元件列；
露出工序，用于在上述金属薄膜层和上述第2绝缘膜上边形成第3绝缘膜，而且，在芯片中央部分上形成红外线吸收膜，在最终工序中，在上述单晶硅衬底的背面的上述第1绝缘膜上设置开口部分，并借助于刻蚀在上述衬底的背面上形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
22、一种热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于用热氧化、CVD或溅射法，在单晶硅衬底的两面上形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜上边形成多晶硅层；
第3工序，用于采用向上述多晶硅层内扩散杂质的办法，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的n型多晶硅层；
第4工序，用于在上述n型多晶硅层上，使从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形图形化，对上述n型多晶硅层的一部分进行刻蚀，使之变成为台面状；
第5工序，用于用与在上述第4工序中形成的台面状n型多晶硅层相似的更大的图形进行图形化，剩下上述台面状n型多晶硅层的周缘部分的n型多晶硅层进行刻蚀，形成带斜度的阶梯状n型多晶硅层；
第6工序，用于在上述第5工序之后的上述阶梯状n型多晶硅层上形成第2绝缘膜，在分别与热接点部分和冷接点部分对应部分的上述第2绝缘膜上设置开口部分；
第7工序，用于在上述第6工序之后，用溅射法或蒸镀法形成金属薄膜层；
第8工序，用于使上述金属薄膜层图形化，并用上述开口部分使上述阶梯状n型多晶硅层和上述金属薄膜层进行欧姆接触，使由热接点部分和冷接点部分构成的各个热电元件串联连接起来，形成热电元件列；
第9工序，用于在上述第2绝缘膜和上述金属薄膜层上边形成第3绝缘膜，在上述第3绝缘膜上边形成红外线吸收膜；
第10工序，用于在上述单晶硅衬底的背面上形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
23、一种热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于在单晶硅衬底的两面上形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜上边形成第1多晶硅层；
第3工序，用于在使上述第1多晶硅层图形化为使得变成为由从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形构成的第1图形之后，淀积第2多晶硅层，扩散杂质，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的由第1图形形成的第1n型多晶硅层和第2n型多晶硅层；
第4工序，用于在上述第3工序之后，采用用与上述第1图形相似的更大的第2图形使上述第2n型多晶硅层图形化的办法，带斜度地阶梯状地形成由上述第2图形形成的n型多晶硅层的周缘；
第5工序，用于在上述第4工序之后，在由上述第2图形形成的n型多晶硅层上边形成第2绝缘膜，在分别与热接点部分和冷接点部分对应的部分的上述第2绝缘膜上，设置开口部分；
第6工序，用于在上述第5工序之后，用溅射法或蒸镀法形成金属薄膜层；
第7工序，用于使上述金属薄膜层图形化，并用上述开口部分使上述n型多晶硅层和上述金属薄膜层进行欧姆接触，使由热接点部分和冷接点部分构成的各个热电元件串联连接起来，形成热电元件列；
第8工序，用于在上述第2绝缘膜和上述金属薄膜层上边形成了第3绝缘膜后，在上述第3绝缘膜上边形成红外线吸收膜；
第9工序，用于在上述单晶硅衬底的背面上形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
24、一种热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于在单晶硅衬底的两面上，用热氧化、CVD或溅射法形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜表面上边形成第1多晶硅层；
第3工序，用于采用向上述多晶硅层内扩散杂质的办法，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的第1n型多晶硅层；
第4工序，用于使上述第1n型多晶硅层图形化，形成由从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形构成的第1图形；
第5工序，用于用CVD、玻璃涂敷或溅射法，在用上述第1图形形成的多个n型多晶硅层和第1绝缘膜上边，形成第2绝缘膜；
第6工序，用于在上述第5工序之后，采用淀积第2多晶硅层，并向上述第2多晶硅层内扩散杂质的办法，掺杂形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的第2n型多晶硅层；
第7工序，用于在上述第6工序之后，对于由上述第1n型多晶硅层构成的第1图形，在圆周方向上错开半个节距地形成由上述第2n型多晶硅层构成的第2图形；
第8工序，用于在图形化后的上述第1和第2n型多晶硅层上边形成第3绝缘膜，在与热接点部分和冷接点部分的各个部分对应的部分的上述第2或第3绝缘膜上设置开口部分；
第9工序，用于在上述第3绝缘膜上边形成金属薄膜层并使之图形化，用上述开口部分借助于使上述第1和第2n型多晶硅层和上述金属薄膜层的接触形成的上述热接点部分和冷接点部分进行连接，形成热电元件列；
第10工序，用于在上述第3绝缘膜和上述金属薄膜层上边形成第4绝缘膜，在上述第4绝缘膜上边形成红外线吸收膜；
第11工序，用于在上述单晶硅衬底的背面上形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
25、一种热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：具备下述工序：
第1工序，用于在单晶硅衬底的两面上，用热氧化、CVD或溅射法形成第1绝缘膜；
第2工序，用于用CVD或溅射法，在上述第1绝缘膜表面上边形成第1多晶硅层；
第3工序，用于采用向上述多晶硅层内扩散杂质的办法，形成电阻率为1～10mΩ·cm范围的n型多晶硅层；
第4工序，用于使上述n型多晶硅层图形化，形成由从芯片中心开始以半径r1的位置为起点从在外侧的半径r2间形成的放射状的扇形图形到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形，和从芯片中心开始以半径r2的位置为起点到上述衬底上边为止在外周方向上放射状地条带状地延伸的图形、和以离得最远的半径r3的位置为起点向着外周方向到上述衬底上边为止条带状地延伸的图形。
第5工序，用于在上述第1绝缘膜和上述n型多晶硅层上边形成金属薄膜层；
第6工序，用于使上述金属薄膜层图形化，借助于与上述金属薄膜层的接触形成图形化后的上述n型多晶硅层的上述热接点部分和冷接点部分的同时，借助于上述金属薄膜层使上述热接点部分和冷接点部分相互连接形成热电元件列；
第7工序，用于在上述第1绝缘膜、上述金属薄膜层和上述图形化后的n型多晶硅层上边形成绝缘膜，在该绝缘膜上边的芯片中央部分形成红外线吸收膜；
第8工序，用于对上述衬底进行刻蚀形成空洞部分，使上述第1绝缘膜从背面露出来。
26、权利要求21～25中的任何一项所述的热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：在上述热电元件列上边形成的红外线吸收膜，由硼硅酸盐玻璃系树脂、乙烯系树脂或丙烯基系树脂中的一种构成。
27、权利要求21～26中的任何一项所述的热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：经过加热工序后，使上述红外线吸收膜的表面变成为具有凹凸的条纹状图形。
28、权利要求27所述的热堆式红外线传感器的制造方法，其特征是：上述红外线吸收膜的膜厚为1～15微米，在上述红外线吸收膜的表面上形成1～10微米的凹凸。
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TW (1) TW479123B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100408990C (zh) * 2001-09-10 2008-08-06 帕尔金艾光电子股份有限公司 不接触式温度测量传感器及其制造方法、半导体芯片
CN106981166A (zh) * 2017-05-25 2017-07-25 欧阳培光 一种网络智能光电感烟火灾探测报警器控制系统及其控制方法
CN109141686A (zh) * 2018-09-27 2019-01-04 北京遥测技术研究所 一种基于热电堆原理的热流传感器
CN111969098A (zh) * 2020-08-26 2020-11-20 中国科学院微电子研究所 高吸收热电堆及其制作方法

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001349787A (ja) * 2000-06-06 2001-12-21 Seiko Epson Corp 赤外線検出素子および測温計
DE10033589A1 (de) * 2000-07-11 2002-01-31 Bosch Gmbh Robert Mikrostrukturierter Thermosensor
US6467275B1 (en) * 2000-12-07 2002-10-22 International Business Machines Corporation Cold point design for efficient thermoelectric coolers
US6670538B2 (en) * 2001-01-05 2003-12-30 Endevco Corporation Thermal radiation sensor
JP3929705B2 (ja) * 2001-02-05 2007-06-13 ユーディナデバイス株式会社 半導体装置及びチップキャリア
JP4009046B2 (ja) * 2001-04-10 2007-11-14 浜松ホトニクス株式会社 赤外線センサ
JP2004529510A (ja) * 2001-06-08 2004-09-24 アイアール・マイクロシステムズ・エス エイ 赤外線センサおよびその作成方法
DE10225377B4 (de) * 2001-06-11 2014-10-09 Denso Corporation Verfahren zur Herstellung eines Thermosäuleninfrarotstrahlungssensors
JP2003207391A (ja) 2002-01-17 2003-07-25 Nissan Motor Co Ltd 赤外線検知素子とその製造方法及びその製造装置
US7129519B2 (en) * 2002-05-08 2006-10-31 Advanced Technology Materials, Inc. Monitoring system comprising infrared thermopile detector
US6617175B1 (en) * 2002-05-08 2003-09-09 Advanced Technology Materials, Inc. Infrared thermopile detector system for semiconductor process monitoring and control
JP3743394B2 (ja) * 2002-05-31 2006-02-08 株式会社村田製作所 赤外線センサおよびそれを用いた電子装置
US7122797B2 (en) * 2002-09-09 2006-10-17 Sensors Unlimited, Inc. Method for making an infrared detector and infrared detector
US7063097B2 (en) * 2003-03-28 2006-06-20 Advanced Technology Materials, Inc. In-situ gas blending and dilution system for delivery of dilute gas at a predetermined concentration
WO2004088415A2 (en) * 2003-03-28 2004-10-14 Advanced Technology Materials Inc. Photometrically modulated delivery of reagents
US20050034749A1 (en) * 2003-08-12 2005-02-17 Chung-Nan Chen Structure of thermopile sensor
CA2538141A1 (en) * 2003-09-09 2005-03-17 Gpc Biotech Ag Therapeutic human anti-mhc class ii antibodies and their uses
DE10341433A1 (de) * 2003-09-09 2005-03-31 Braun Gmbh Beheizbarer Infrarot-Sensor und Infrarot-Thermometer mit einem derartigen Infrarot-Sensor
JP4337530B2 (ja) * 2003-12-09 2009-09-30 株式会社デンソー 赤外線吸収膜の製造方法
DE102004028022B4 (de) * 2004-06-09 2006-11-16 Perkinelmer Optoelectronics Gmbh & Co.Kg Sensor
DE102004028032B4 (de) * 2004-06-09 2008-04-17 Perkinelmer Optoelectronics Gmbh & Co.Kg Sensorelement
US20060000500A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-05 Ioan Sauciuc Thermoelectric module
JP2006071601A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Denso Corp 赤外線センサ、赤外線式ガス検出器、及び赤外線光源
JP2006105651A (ja) * 2004-10-01 2006-04-20 Ishizuka Electronics Corp サーモパイル素子及びそれを用いた赤外線センサ
JP2006214758A (ja) * 2005-02-01 2006-08-17 Denso Corp 赤外線検出器
US7338640B2 (en) 2005-03-31 2008-03-04 General Electric Company Thermopile-based gas sensor
DE102005040236B3 (de) * 2005-08-24 2007-01-11 Therm-O-Tech Gmbh Thermoelektrishcer Generator als elektrische Energiequelle
US20070095380A1 (en) * 2005-10-31 2007-05-03 Dewes Brian E Infrared detecting device with a circular membrane
US20080006775A1 (en) * 2006-06-22 2008-01-10 Arno Jose I Infrared gas detection systems and methods
US7785002B2 (en) * 2006-12-05 2010-08-31 Delphi Technologies, Inc. P-N junction based thermal detector
TW200846639A (en) 2007-03-14 2008-12-01 Entegris Inc System and method for non-intrusive thermal monitor
DE102008002157B4 (de) * 2008-06-02 2020-08-13 Robert Bosch Gmbh Sensorelement zur Messung von Infrarot-Strahlung und Verfahren zu dessen Herstellung
CN102197290A (zh) * 2008-09-25 2011-09-21 松下电工株式会社 红外线传感器
CN101814867B (zh) * 2009-02-20 2013-03-20 清华大学 热电发电装置
KR101815717B1 (ko) 2009-05-29 2018-01-05 엔테그리스, 아이엔씨. 가스상 핵형성을 검출하기 위한 텅스텐 헥사플루오라이드 공정을 모니터링하기 위한 ｔｐｉｒ 장치, 및 이를 사용하는 방법 및 시스템
US20110094556A1 (en) * 2009-10-25 2011-04-28 Digital Angel Corporation Planar thermoelectric generator
US9494471B2 (en) * 2010-11-29 2016-11-15 Ophir Optronics Solutions Ltd. Fast response thermopile power sensor
US8441093B2 (en) * 2011-04-15 2013-05-14 Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd. Shared membrane thermopile sensor array
TWI452272B (zh) * 2011-05-24 2014-09-11 Univ Nat Kaohsiung Applied Sci Thermopile sensing element
JP5975380B2 (ja) * 2012-03-30 2016-08-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 赤外線放射素子およびその製造方法
US8552380B1 (en) 2012-05-08 2013-10-08 Cambridge Cmos Sensors Limited IR detector
JP6291760B2 (ja) * 2012-09-18 2018-03-14 株式会社リコー 熱電対、サーモパイル、赤外線センサー及び赤外線センサーの製造方法
US9250126B2 (en) 2012-10-26 2016-02-02 Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd Optical sensing element arrangement with integral package
FR2999805B1 (fr) * 2012-12-17 2017-12-22 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'un dispositif de detection infrarouge
US9423304B2 (en) * 2014-03-27 2016-08-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Infrared ray detecting element and infrared ray detector including the same
JP6023942B1 (ja) * 2015-07-15 2016-11-09 英弘精機株式会社 日射計
KR20170024456A (ko) * 2015-08-25 2017-03-07 삼성전기주식회사 적외선 검출기 및 이를 포함한 온도 센서
GB2551397B (en) * 2016-06-17 2020-03-25 X Fab Semiconductor Foundries Gmbh Thermopile Test Structure And Methods Employing Same
TWI608639B (zh) * 2016-12-06 2017-12-11 財團法人工業技術研究院 可撓熱電結構與其形成方法
CN106698331B (zh) * 2017-01-17 2018-11-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种包含梁膜结构的单晶硅红外热堆结构及其制作方法
US11898903B2 (en) 2019-04-16 2024-02-13 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical sensor
TWI689710B (zh) * 2019-07-12 2020-04-01 久尹股份有限公司 熱電堆感測元件之封裝結構
RU2761119C1 (ru) * 2021-05-07 2021-12-06 Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Устройство для исследования энергетических и временных параметров светового излучения
CN115574950A (zh) * 2022-12-08 2023-01-06 西北工业大学 一种红外传感器模组及制备方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2247962C3 (de) 1972-09-29 1979-03-01 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Thermoelementanordnung auf Halbleiterbasis
JPS53132282A (en) 1977-04-23 1978-11-17 Japan Radio Co Ltd Radiation wave detector
US4111717A (en) 1977-06-29 1978-09-05 Leeds & Northrup Company Small-size high-performance radiation thermopile
JPS5994023A (ja) 1982-11-20 1984-05-30 Horiba Ltd サ−モパイル
DD221604A1 (de) 1983-12-06 1985-04-24 Adw Ddr Thermoelektrischer detektor
JPS648644A (en) 1987-06-30 1989-01-12 Sharp Kk Manufacture of semiconductor device
JPH03191834A (ja) 1989-03-24 1991-08-21 Nippon Steel Corp シリコンを使用したサーモパイル及びその製造方法
JP2929204B2 (ja) * 1989-10-12 1999-08-03 株式会社トーキン サーモパイル
JPH0443783A (ja) 1990-06-08 1992-02-13 Sharp Corp 磁気記録再生装置の映像信号ドロップアウト補正回路
US5100479A (en) * 1990-09-21 1992-03-31 The Board Of Regents Acting For And On Behalf Of The University Of Michigan Thermopile infrared detector with semiconductor supporting rim
JP3191834B2 (ja) 1992-04-20 2001-07-23 富士ゼロックス株式会社 用紙整合装置
DE4221037C2 (de) 1992-06-26 1998-07-02 Heimann Optoelectronics Gmbh Thermischer Strahlungssensor
JP3189653B2 (ja) * 1995-12-12 2001-07-16 株式会社村田製作所 赤外線センサの製造方法
DE29818875U1 (de) * 1998-10-22 1998-12-24 Bartec Componenten & Syst Gmbh Strahlungssensor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100408990C (zh) * 2001-09-10 2008-08-06 帕尔金艾光电子股份有限公司 不接触式温度测量传感器及其制造方法、半导体芯片
CN106981166A (zh) * 2017-05-25 2017-07-25 欧阳培光 一种网络智能光电感烟火灾探测报警器控制系统及其控制方法
CN109141686A (zh) * 2018-09-27 2019-01-04 北京遥测技术研究所 一种基于热电堆原理的热流传感器
CN109141686B (zh) * 2018-09-27 2021-04-13 北京遥测技术研究所 一种基于热电堆原理的热流传感器
CN111969098A (zh) * 2020-08-26 2020-11-20 中国科学院微电子研究所 高吸收热电堆及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1203295C (zh) 2005-05-25
US6348650B1 (en) 2002-02-19
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EP1039280A2 (en) 2000-09-27
EP1039280A3 (en) 2002-09-25
DE60044383D1 (de) 2010-06-24
TW479123B (en) 2002-03-11

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