DE102006003561A1

DE102006003561A1 - Infrarotsensor

Info

Publication number: DE102006003561A1
Application number: DE102006003561A
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Kariya Watanabe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-08-02
Also published as: JP2006214758A; US20060169902A1

Abstract

Ein Infrarotsensor 100 umfasst ein Substrat 10, das einen Hohlraum 11, eine Membran 13, welche den Hohlraum 11 überspannt, ein Sensorelement für infrarotes Licht vom Thermosäulentyp, einen Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht, der über der Membran 13 passend zu Positionen heißer Verbindungen 20c der Thermosäule angeordnet ist, und eine Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht, die über dem Substrat 10 angeordnet ist, um einen Bereich abzuschirmen, der nicht durch den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht abgedeckt ist. Die Abdeckung durch die Reflexionsbeschichtung 40 für infrarotes Licht ist ausreichend, um ein nicht durch den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht abgedecktes Gebiet abzuschirmen, um die Erfassungsempfindlichkeit des Sensors zu erhöhen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Infrarotsensor. Der Infrarotsensor kann ein Thermosäulenfühl- bzw. -sensorelement, ein bolometrisches Sensorelement, ein pyroelektrisches Sensorelement oder irgendein anderes Infrarotsensorelement verwenden, das ein Signal ausgibt, welches dem empfangenen infraroten Licht entspricht.

Beispielsweise offenbart die JP-A-H06-137943 einen Infrarotsensor, der ein Thermosäulensensorelement verwendet. Das Thermosäulensensorelement weist eine Vielzahl von Thermoelementen, d.h. ein oder mehrere Thermoelemente auf, die in Serie geschaltet sind und erfasst einfallendes Infrarotlicht unter Verwendung des Seebeck-Effekts, bei dem ein thermoelektromotorisches Potenzial zwischen kalten Verbindungen und heißen Verbindungen der Thermoelemente induziert wird.

Der in der vorstehend erwähnten Veröffentlichung offenbarte Infrarotsensor wird durch ein Siliziumsubstrat, ein Thermosäulensensorelement, das auf dem Siliziumsubstrat angeordnet ist, und Schaltkreise gebildet, die in dem Siliziumsubstrat in einem Bereich gebildet werden, in welchem das Thermosäulensensorelement nicht angeordnet ist.

Das Thermosäulensensorelement weist eine Membran auf, die aus einer oberen Siliziumoxidschicht und einer unteren Siliziumnitridschicht besteht, wobei ein Thermosäulenmuster zwischen der oberen Siliziumoxidschicht und der unteren Siliziumnitridschicht der Membran angeordnet ist, einen Hohlraum, der zwischen der Membran und der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist, eine Infrarotlicht reflektierende Beschichtung, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, und einen Infrarotlichtabsorptionsfilm, der auf der Membran gegenüber der das Infrarotlicht reflektierenden Beschichtung angeordnet ist. Heiße Verbindungen des Thermosäulenmusters sind auf der Membran und zwischen der Infrarotlichtreflexionsbeschichtung und dem Infrarotlichtabsorptionsfilm angeordnet, und kalte Verbindungen des Thermosäulenmusters sind so auf dem Siliziumsubstrat angeordnet, dass sie durch den Hohlraum thermisch von den heißen Verbindungen isoliert sind. Weiterhin wird eine Metallschicht auf einem äußeren Abschnitt der Membran gebildet, um Infrarotlicht daran zu hindern, die Schaltkreise zu erreichen.

Der Erfinder hat jedoch festgestellt, dass Infrarotlicht, das auf eine Membran fällt, dazu neigt, eine Wärmeansammlung oder Wärmeweitergabe zu verursachen, wenn die Abdeckung der Metallschicht ungenügend ist, selbst wenn, wie in dem Sensor nach der vorstehend erwähnten Veröffentlichung, eine Metallschicht zum Abblocken des Infrarotlichts vorgesehen ist, und daher die Temperatur an den kalten Verbindungen steigt. Das heißt, die Temperaturdifferenz zwischen den kalten Verbindungen und den heißen Verbindungen verringert sich, und daher verschlechtert sich die Empfindlichkeit des Sensors für infrarotes Licht. Insbesondere kann in Übereinstimmung mit der vorstehend erwähnten Veröffentlichung die Abdeckung durch eine Metallschicht ungenügend sein, weil eine Membran aufgrund der Bildung des Hohlraums einen Stufenabschnitt aufweist.

Im Hinblick auf das vorstehend erwähnte Problem ist es eine Aufgabe, einen Infrarotsensor zu schaffen, der die Erfassungsempfindlichkeit für infrarotes Licht verbessern kann.

Ein Infrarotsensor nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Substrat auf, das einen bestimmten Bereich umfasst, ein Infrarotlichtsensorelement, das einen thermischen Aufnahmeabschnitt zum Empfangen von Wärme aufgrund von einfallendem infrarotem Licht, wobei das Sensorelement für infrarotes Licht über dem bestimmten Bereich angeordnet ist, einen Infrarotlichtabsorptionsfilm, der in Übereinstimmung mit dem thermischen Aufnahmeabschnitt des Sensorelements für infrarotes Licht über dem bestimmten Bereich angeordnet ist, und einen Infrarotlichtreflektor, der über dem Substrat angeordnet ist, um jeden Abschnitt des Infrarotlichtsensorelements abzuschirmen, der nicht von dem Absorptionsfilm für infrarotes Licht abgedeckt ist.

In Übereinstimmung damit kann die Abdeckung des Infrarotlichtreflektors nach der Erfindung ausreichend sein, um jeden Abschnitt des Sensorelements für infrarotes Licht, der nicht von dem Infrarotlichtabsorptionsfilm bedeckt ist, abzuschirmen, und daher kann ein erfindungsgemäßer Infrarotsensor die Empfindlichkeit des Sensors auf infrarotes Licht im Vergleich mit dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Infrarotsensor verbessern.

Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlicher, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in welchen:
1A eine Querschnittsansicht ist, welche den schematischen Aufbau eines Infrarotsensor nach einer ersten Ausführungsform zeigt
1B eine Draufsicht des Infrarotsensors nach der ersten Ausführungsform ist;
1C ein Schaltkreisdiagramm ist, das eine Sensorausgabe Vout zeigt;
2 eine Querschnittsansicht ist, die den schematischen Aufbau einer Infrarotsensoreinheit zeigt, welche den Infrarotsensor nach der ersten Ausführungsform verwendet;
3 eine Querschnittsansicht ist, welche den schematischen Aufbau eines Infrarotsensor in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform zeigt;
4 eine erläuternde Ansicht ist, welche die Reflexion von infrarotem Licht durch eine Infrarotlichtreflexionsschicht nach der zweiten Ausführungsform zeigt; und
5 eine Querschnittsansicht ist, welche den schematischen Aufbau eines Infrarotsensor nach einer dritten Ausführungsform zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1A, 1B und 1C zeigen schematisch den Aufbau eines Infrarotsensors vom Thermosäulentyp nach einer ersten Ausführungsform. Wie in 1A gezeigt weist der Infrarotsensor 100 hauptsächlich ein Substrat 10, ein Fühl- bzw. Sensorelement 20, einen Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht und eine Infrarotlicht reflektierende Beschichtung 40 auf. Das Substrat 10 ist ein Halbleiter substrat, das beispielsweise aus Silizium besteht und einen Hohlraum 11 aufweist, der durch Nassätzen von der hinteren Oberfläche des Substrats 10 her gebildet ist. In dieser Ausführungsform ist der Hohlraum 11 zur hinteren Oberfläche hin offen, um einen bestimmten rechteckigen Bereich aufzuweisen, und der Bereich der Öffnung ist wie gezeigt in Richtung hin zur Seite der oberen Oberfläche des Substrats 10 abgeschrägt. Die rechteckige Öffnung auf der oberen Oberfläche des Substrats 10 wird durch eine gestrichelte Linie in 1B angezeigt und entspricht einem Bereich, in dem eine Membran 13 als ein dünnes Teil gebildet ist. Die Region, welche den rechteckigen Bereich umgibt, der durch die gestrichelte Linie in 1B gezeigt ist, ist ein dicker Teil, auf welchem Kontaktflecken und, falls notwendig, beliebige verarbeitenden Schaltkreiselemente angeordnet sein können. In 1B bildet ein anderer rechteckiger Bereich, der durch eine Strich-Punkt-Linie umgeben gezeigt ist, einen Bereich zum Bilden des Infrarotlicht absorbierenden Films 30.
Wie in 1A gezeigt wird ein Isolierfilm 12 wie beispielsweise eine Siliziumnitridschicht, eine Siliziumoxidschicht oder ein Mehrschichtaufbau aus Siliziumnitrid und Siliziumoxid so auf der oberen Oberfläche des Substrats 10 gebildet, dass er die Öffnung des Hohlraums 11 überdeckt. In Übereinstimmung damit wird die Membran 13 aus dem Isolierfilm 12 gebildet und mit Bezug auf das Substrat 10 über dem Hohlraum 11 angeordnet. In dieser Ausführungsform besteht der isolierende Film 12 aus einem Mehrschichtaufbau, der eine Siliziumnitridschicht umfasst, die durch ein CVD-Verfahren auf dem Substrat 10 gebildet ist, und eine Siliziumoxidschicht, die auf der Siliziumnitridschicht durch ein CVD-Verfahren gebildet ist.
Die Verwendung eines Halbleitersubstrat wie des Substrats 10 ermöglicht es, die Membran 13 einfach durch herkömmliche Halbleiterfabrikation zu bilden. In anderen Worten kann ein hochempfindlicher Infrarotsensor 100 zu niedrigen Kosten hergestellt werden. Anstelle des Halbleitersubstrats kann ein Glassubstrat oder etwas Ähnliches als das Substrat 10 verwendet werden.
Das Sensorelement 20 weist eine Vielzahl von Thermosäulen auf. Die Thermosäulen sind auf dem isolierenden Film 12 angeordnet und erstrecken sich von dem dünnen Teil (der Membran 13) zu dem dicken Teil des Substrats 10 und sind in Serie verbunden, um ein Thermosäulenmuster zu bilden, wie in den 1A und 1B gezeigt. Das heißt, wie in 1C gezeigt werden die Vielzahl von Thermosäulen, die jeweils heterogene Filmkomponenten 20a und 20b umfassen, so in Serie geschaltet, dass die Verbindungen 20c und 20d abwechselnd über dem dünnen Teil und dem dicken Teil angeordnet sind. Die Verbindungen 20c, die auf dem dünnen Teil (der Membran 13) angeordnet sind, wirken als heiße Verbindungen, und die Verbindungen 20d, die über dem dicken Teil (dem Substrat 10) angeordnet sind, wirken als kalte Verbindungen.
Zum Beispiel kann die Kombination eines Aluminiumfilms und eines polykristallinen Siliziumfilms als die heterogenen Filmkomponenten 20a und 20b verwendet werden, um eine Thermosäule zu bilden. Obwohl 1A dies nicht im Detail zeigt, wird ein polykristalliner Siliziumfilm auf dem Isolierfilm 12 gebildet und in ein erstes Muster geformt, um erste Filmkomponenten 20a des Thermosäulenmusters zu bilden, und ein Aluminiumfilm wird über den ersten Filmkomponenten 20a gebildet, wobei ein Zwischenschichtisolierfilm wie ein BPSG-(Bor-dotiertes Phosphorsilikatglas)Film dazwischen geschichtet ist, und wird in ein zweites Muster gebracht, um zweite Filmkomponenten 20b des Thermosäulenmusters zu bilden. Die ersten und zweiten Filmkomponenten 20a und 20b sind über Durchgangslöcher verbunden, die in dem Zwischenschichtisolierfilm an beiden Enden der Filmkomponenten 20a vorgesehen sind. Der Aluminiumfilm kann so geformt sein, dass das zweite Muster die Kontaktflecken und Zwischenverbindungen aufweist, welche das Sensorelement 20 mit den Kontaktflecken verbindet.
Die heißen Verbindungen 20c sind auf dem dünnen Teil (der Membran 13) angeordnet, wo die Wärmekapazität derselben vergleichsweise gering ist, und die kalten Verbindungen 20d sind auf dem dicken Teil (dem Substrat 10 außerhalb der Membran 13) angeordnet, wo die Wärmekapazität derselben vergleichsweise groß ist. Folglich dient das Substrat 10 als Wärmeableitung.
Der Absorptionsfilm 30 für Infrarotlicht ist über der Membran 13 angeordnet und deckt die Heißverbindungen 20c des Sensorelements 20 wie in den 1A und 1B gezeigt ab. Wie vorstehend beschrieben gibt der rechteckige Bereich, der durch die strichpunktierte Linie in 1B umgeben ist, den Bereich zum Bilden des Absorptionsfilms 30 für Infrarotlicht wieder. Obwohl 1A dies nicht genau zeigt, wird hier ein Schutzfilm aus Siliziumnitrid oder etwas Ähnlichem gebildet, um das Sensorelement 20 sowie die vorstehend beschriebenen Verbindungen und Kontaktflecken abzudecken, und der Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht wird über dem Schutzfilm angeordnet. Der Schutzfilm weist Öffnungen an den Kontaktflecken auf, um Drahtbonden zu erlauben.
Der Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht besteht aus einem Material, das infrarotes Licht effizient absorbiert, und in dieser Ausführungsform wird der Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht durch Siebdruck von Poly esterkunstharz mit Karbonpartikeln und durch Härten des Siebdruckfilms im Feuer gebildet. Der Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht absorbiert einfallendes Infrarotlicht und führt dazu, dass die Temperatur an den heißen Verbindungen 20c effizient steigt.
Weiterhin wird in dieser Ausführungsform die Abdeckung des Absorptionsfilms 30 für infrarotes Licht mit Bezug auf die Membran 13 so festgelegt, dass der Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht innerhalb einer Projektion der Membran 13 liegt und einen Abstand vom äußeren Rand der Membran 13 aufweist, und dass ein Verhältnis A/C einer Breite A des Absorptionsfilms 30 für infrarotes Licht zu einer Breite C der Membran 13 zwischen 0,75 und 0,90 liegt. Diese Beziehung zwischen dem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht und der Membran 13 wird in der JP-A-2002-365140 und der US-B-6870086 offenbart, auf deren diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird, und daher wird die Beschreibung der Beziehung ausgelassen.
Die Reflexionsschicht 40 für Infrarotlicht verhindert, dass Infrarotlicht Bereiche außer dem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht erreicht. Die Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht besteht aus einem Material, das einen hohen Reflexionsgrad für infrarotes Licht aufweist, und in dieser Ausführungsform wird eine Metallschicht aus Au, Al, Ag oder etwas Ähnlichem als die Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht verwendet. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, einen Mehrlagenaufbau als die Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht zu verwenden, in welchem dielektrische Schichten mit verschiedenen Brechzahlen abwechselnd aufeinander gestapelt sind, oder einen Kunststofffilm, der eine hohe Infrarotreflexion aufweist. Die Reflexionsschicht 40 für Infrarotlicht kann durch ein Aufdampf- oder Sputterverfahren erzeugt werden und kann so angeordnet sein, dass sie die gesamte Umge bung des Absorptionsfilms 30 für Infrarotlicht umgibt und mit diesem in Kontakt steht. In dem Fall, in dem die Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt ist, sollte die Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht von dem Sensorelement 20, den Kontaktflächen und den Verbindungen isoliert sein. Beispielsweise kann der vorstehend beschriebene Schutzfilm als eine Isolierschicht verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben ist der Infrarotsensor nach dieser Ausführungsform so aufgebaut, dass die heißen Verbindungen 20c des Sensorelements 20 auf der Membran 13 angeordnet und mit dem Absorptionsfilm 30 für Infrarotlicht abgedeckt sind. Die kalten Verbindungen 20d sind über dem dicken Teil des Substrats 10 angeordnet, das als eine Wärmeableitung dient, und mit der Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht abgedeckt. Weiterhin ist die Abdeckung der Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht ausreichend, um alle Bereiche außer dem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht gegen Infraroteinstrahlung abzuschirmen.
Wenn in Übereinstimmung damit Infrarotlicht von einer Wärmequelle wie einem menschlichen Körper abgestrahlt wird, empfängt und absorbiert der Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht das infrarote Licht, und die Temperatur des Absorptionsfilms 30 für infrarotes Licht steigt, was zu einer Erhöhung der Temperatur an den heißen Verbindungen 20c führt, welche unter dem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht liegen. Andererseits wird die Temperatur an den kalten Verbindungen 20d durch das Infrarotlicht nicht erhöht, weil das Substrat als Wärmeableitung dient und ein Einfallen von infrarotem Licht durch die infrarotreflektierende Beschichtung 40 verhindert wird. Daher kann der Temperaturunterschied zwischen den kalten Verbindungen 20d und den heißen Verbindungen 20c in Überein stimmung mit dieser Ausführungsform vergleichsweise groß sein.
Hier wird das einfallende Infrarotlicht als thermoelektromotorisches Potential aufgrund der Temperaturunterschiede zwischen den kalten Verbindungen 20d und den heißen Verbindungen 20c erfasst, was als der Seebeck-Effekt bekannt ist. Die Addition der thermoelektromotorischen Potentiale, die durch eine Mehrzahl von Paaren von Filmkomponenten 20a und 20b induziert werden, welche das Thermosäulenmuster bilden, ergibt eine Ausgabe Vout des Sensorelements 20, wie in 1C gezeigt. In Übereinstimmung damit wird die Erfassungsempfindlichkeit mit Bezug auf infrarotes Licht im Vergleich mit dem vorstehend erwähnten herkömmlichen Infrarotsensor verbessert, weil die Temperaturdifferenzen zwischen den kalten Verbindungen 20d und den heißen Verbindungen 20c vergleichsweise groß sind.
Zudem ist nach dieser Ausführungsform eine untere Oberfläche des Thermosäulenmusters vergleichsweise flach, und die Membran 13 weist im Wesentlichen keine durch das Bilden des Hohlraums verursachten Stufen auf. Daher ist es einfach, die Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht in der Nähe des Absorptionsfilms 30 für infrarotes Licht anzuordnen. Daher kann die Abdeckung der Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht im Vergleich mit dem herkömmlichen Infrarotsensor einfach verbessert werden.
2 zeigt ein Beispiel eines Infrarotsensoraufbaus 200, in dem der Infrarotsensor 100 nach der ersten Ausführungsform eingebaut ist.
Der Infrarotsensoraufbau 200 weist einen sogenannten eingedosten Aufbau auf. Der Infrarotsensor 100 ist im Innenraum eines Gehäuses 300 angeordnet, das einen Sockel 310 und eine Abdeckung 320 aufweist, die an dem Sockel 310 befestigt ist.
Genauer gesagt wird ein verarbeitender IC-Chip 400 mit einem Klebstoff auf den Sockel 310 geklebt, und der Infrarotsensor 100 wird mit einem Klebstoff 110 auf den verarbeitenden IC-Chip 400 gestapelt. Stifte T als Ausgangsanschlüsse treten durch den Sockel 310 durch und werden hermetisch versiegelt. Die Stifte T sind mit dem verarbeitenden IC-Chip 400 drahtgebondet, und der Infrarotsensor 100 ist ebenfalls elektrisch über (nicht gezeigtes) Drahtbonden mit dem verarbeitenden IC-Chip 400 verbunden. In diesem Zustand wird die Kappe 320 an dem Sockel 310 angebracht, wodurch der Infrarotsensor 100 und der verarbeitende IC-Chip 400 innerhalb des Innenraums des Gehäuses 300 untergebracht sind.
Die Abdeckung 320, die aus Metall besteht, weist eine zylindrische Form auf und ist mit einem Einfallsteil 321 ausgestattet, um infrarotes Licht in das Innere des Gehäuses 300 zu übertragen. Das Einfallsteil 321 liegt dem Sockel 310 an einer dem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht des Infrarotsensors 100 entsprechenden Stelle gegenüber. Das Einfallsteil 321 weist eine Öffnung 321a auf, die auf der Abdeckung 320 gebildet wird, und einen Infrarotfilter 321b, der die Öffnung 321a hermetisch abdichtet.
Wenn in Übereinstimmung damit infrarotes Licht in den Innenraum des Gehäuses 300 einfällt, wird infrarotes Licht in einem Wellenlängenbereich infraroten Lichts durch den Infrarotfilter 321b selektiv auf den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht des Infrarotsensors 100 durchgelassen. Außerdem ist der Einfall von infrarotem Licht auf den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht ef fektiv, weil das Einfallsteil 321 dem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht gegenüber liegt.
Obwohl die vorstehende Ausführungsform ein Beispiel ist, in welchem der Infrarotsensor 100 auf dem Sockel 310 angeordnet ist, wobei der verarbeitende IC-Chip dazwischen angeordnet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau mit mehreren gestapelten Chips beschränkt. Der Infrarotsensor kann mittels eines Klebers direkt auf den Sockel 310 montiert sein.
3 zeigt den schematischen Aufbau eines Infrarotsensors 100 vom Thermosäulentyp nach der zweiten Ausführungsform. Der Infrarotsensor 100 nach der zweiten Ausführungsform weist viele Teile auf, die er mit dem Infrarotsensor der ersten Ausführungsform gemeinsam hat. Daher werden dieselben Bezugszeichen entsprechenden oder ähnlichen Teilen gegeben, und eine genaue Beschreibung der gemeinsamen Teile wird aus der nachstehenden Beschreibung ausgelassen, und hauptsächlich werden unterschiedliche Teile beschrieben.
In der ersten Ausführungsform ist die Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht nur in dem Bereich angeordnet, der den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht umgibt. In dieser (zweiten) Ausführungsform ist jedoch eine Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht nicht nur in dem umgebenden Bereich angeordnet, sondern auch in einem Bereich, der unter einem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht liegt. Das heißt, die Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht bedeckt die obere Oberfläche des Substrats 10 vollständig und bedeckt dadurch das gesamte Thermosäulenmuster inklusive der heißen Verbindungen 20c der Thermoelemente, die unter dem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht angeordnet sind.
Wie in 4 gezeigt reflektiert die darunter liegende Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht jegliches durchdringende Licht, das den Boden des Absorptionsfilms 30 für infrarotes Licht erreicht, selbst wenn etwas einfallendes infrarotes Licht den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht durchdringt. Daher ermöglicht es das Vorsehen der Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht unter dem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht, dass der Absorptionsfilm das durchdringende Infrarotlicht nochmals absorbiert. Die Infrarotabsorption durch den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht ist daher effizienter. Daher werden die Unterschiede der Temperaturen zwischen den kalten Verbindungen 20d und den heißen Verbindungen 20c verstärkt.
5 zeigt den schematischen Aufbau eines Infrarotsensors 100 vom Thermosäulentyp nach der dritten Ausführungsform. Der Infrarotsensor nach der dritten Ausführungsform weist viele Teile auf, die er mit dem Infrarotsensor nach den ersten und zweiten Ausführungsformen gemein hat. Daher werden entsprechenden oder ähnlichen Teilen dieselben Bezugszeichen gegeben, und eine genaue Beschreibung der gemeinsamen Teile wird aus der nachstehenden Beschreibung ausgelassen, und es werden hauptsächlich unterschiedliche Teile beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform bedeckt die Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht das Sensorelement 20 vollständig mit einem Aufbau aus einer einzelnen Schicht. In dieser (dritten) Ausführungsform weist eine Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht jedoch einen darüber liegenden Teil und einen darunter liegenden Teil auf, wie in 5 gezeigt. Das heißt, der darüber liegende Teil der Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht umgibt den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht und liegt wie in der ersten Ausführungsform über den kalten Verbindungen 20d. Der darunter liegende Teil der Reflexionsschicht 40 für infrarotes Licht ist unter dem Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht angeordnet. Die heißen Verbindungen 20c sind zwischen dem unten liegenden Teil der Reflexionsschicht 40 und dem Absorptionsfilm 30 angeordnet.
Wie in der zweiten Ausführungsform reflektiert der unten liegende Teil der Reflexionsschicht 40 das durchdringende Licht, selbst wenn etwas einfallendes Licht den Absorptionsfilm durchdringt. Daher ist die Infrarotabsorption durch den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht aufgrund der Reflexion des durchdringenden Infrarotlichts durch den darunter liegenden Teil höchst effizient. Daher erhöht die dritte Ausführungsform die Unterschiede der Temperatur zwischen den kalten Verbindungen 20d und den heißen Verbindungen 20c ebenfalls.
In den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen kann eine Höhlung auf der oberen Oberfläche eines Substrats gebildet werden, obwohl der Hohlraum 11 durch einen Nassätzvorgang gebildet wird, der von der Seite der hinteren Oberfläche des Substrats 10 durchgeführt wird. Die Aushöhlung kann gebildet werden, indem von der Seite der ersten Oberfläche aus geätzt wird, auf welcher die Membran angeordnet ist.
Obwohl die vorstehend erwähnten Ausführungsformen den Infrarotsensor vom Thermosäulentyp verwenden, kann zudem jede Art von Infrarotsensor verwendet werden, soweit er ein elektrisches Signal auf der Grundlage einer Temperaturveränderung erzeugt, die auftritt, wenn er Infrarotlicht empfängt. In Übereinstimmung damit kann anstelle der Thermosäule ein Sensorelement vom Bolometertyp, das mit einem Widerstand ausgestattet ist, oder ein Sensorelement vom pyroelektrischen Typ, das mit einem pyroelektrischen Film ausgestattet ist, als das Sensorelement 20 verwendet werden. Weiterhin sind die Bestandteile des Thermoelements, das als das Sensorelement 20 dient, nicht auf die Kombination von polykristallinem Silizium und Aluminium beschränkt; beliebige Kombinationen können für das Thermoelement verwendbar sein.
Zusammenfassend leistet die Erfindung Folgendes: Ein Infrarotsensor 100 umfasst ein Substrat 10, das einen Hohlraum 11, eine Membran 13, welche den Hohlraum 11 überspannt, ein Sensorelement für infrarotes Licht vom Thermosäulentyp, einen Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht, der über der Membran 13 passend zu Positionen heißer Verbindungen 20c der Thermosäule angeordnet ist, und eine Reflektionsschicht 40 für infrarotes Licht, die über dem Substrat 10 angeordnet ist, um einen Bereich abzuschirmen, der nicht durch den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht abgedeckt ist. Die Abdeckung durch die Reflektionsbeschichtung 40 für infrarotes Licht ist ausreichend, um ein nicht durch den Absorptionsfilm 30 für infrarotes Licht abgedecktes Gebiet abzuschirmen, um die Erfassungsempfindlichkeit des Sensors zu erhöhen.

Claims

Ein Infrarotsensor (100), der Folgendes aufweist: ein Substrat (10, 12), das einen bestimmten Bereich aufweist; ein Sensorelement (20) für infrarotes Licht, das einen thermischen Aufnahmeabschnitt (20c) aufweist, um Wärme aufgrund von einfallendem Infrarotlicht zu empfangen, wobei das Sensorelement (20) für infrarotes Licht über dem bestimmten Bereich angeordnet ist; und einen Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht, der über dem bestimmten Bereich entsprechend dem thermischen Aufnahmeabschnitt (20c) des Sensorelements (20) für infrarotes Licht angeordnet ist; gekennzeichnet durch einen Reflektor (40) für infrarotes Licht, der über dem Substrat (10, 12) angeordnet ist, um jeden Abschnitt des Sensorelements (20) für infrarotes Licht abzuschirmen, der nicht durch den Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht abgedeckt ist.
Der Infrarotsensor nach Anspruch 1, wobei der bestimmte Bereich des Substrats (10, 12) eine flache Oberfläche aufweist, auf welcher das Sensorelement (20) für infrarotes Licht angeordnet ist.
Der Infrarotsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reflektor (40) für infrarotes Licht mit dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht in Verbindung steht.
Der Infrarotsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Reflektor (40) für infrarotes Licht das Sensorelement (20) für infrarotes Licht vollständig bedeckt.
Der Infrarotsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Teil des Reflektors (40) für infrarotes Licht zwischen dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht und dem Substrat (12) angeordnet ist.
Der Infrarotsensor nach Anspruch 5, wobei der Reflektor (40) für infrarotes Licht einen Aufbau aus einer einzelnen Schicht aufweist.
Der Infrarotsensor nach Anspruch 5, wobei der Reflektor (40) für infrarotes Licht einen ersten Teil aufweist, der in einem Gebiet des Sensorelements (20) für infrarotes Licht angeordnet ist, der nicht von dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht abgedeckt ist, wobei der erste Teil mit dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht in Kontakt steht, und einen zweiten Teil, der vollständig zwischen dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht und dem Substrat (12) angeordnet ist.
Der Infrarotsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat (12) einen dünnen Teil (13) innerhalb des bestimmten Bereichs aufweist, und einen dicken Teil, der den dünnen Teil (13) umgibt.
Der Infrarotsensor nach Anspruch 8, wobei das Substrat (10) einen Hohlraum (11) und eine Membran (13) aufweist, welche den Hohlraum (11) überspannt, und wobei die Membran (13) den dünnen Teil bildet.
Der Infrarotsensor nach Anspruch 9, wobei der thermische Aufnahmeabschnitt (20c) des Sensorelements (20) für infrarotes Licht über der Membran (13) angeordnet ist.
Ein Infrarotsensor (100), der Folgendes aufweist: ein Substrat (10, 12), das eine Membran (13) aufweist; ein Sensorelement (20) für infrarotes Licht, das ein Thermoelement aufweist, wobei eine heiße Verbindung (20c) des Thermoelements auf der Membran (13) angeordnet ist und eine kalte Verbindung (20d) des Thermoelements auf einem Gebiet angeordnet ist, welches die Membran (13) umgibt; und einen Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht, der über der Membran (13) angeordnet ist, um die heiße Verbindung (20c) des Thermoelements abzudecken; gekennzeichnet durch einen Reflektor (40) für infrarotes Licht, der über einem Bereich des Sensorelements (20) für infrarotes Licht angeordnet ist, der nicht durch den Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht abgedeckt ist.
Infrarotsensor nach Anspruch 11, wobei das Substrat (10, 12) eine flache Oberfläche aufweist, auf der die Thermosäule angeordnet ist.
Infrarotsensor nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Reflektor (40) für infrarotes Licht mit dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht in Kontakt steht.
Infrarotsensor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Reflektor (40) für infrarotes Licht die Thermosäule vollständig abdeckt.
Infrarotsensor nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei ein Teil des Reflektors (40) für infrarotes Licht zwischen dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht und dem Substrat (12) angeordnet ist.
Infrarotsensor nach Anspruch 15, wobei der Reflektor (40) für infrarotes Licht einen Aufbau aus einer einzelnen Schicht aufweist.
Infrarotsensor nach Anspruch 15, wobei der Reflektor (40) für infrarotes Licht einen ersten Teil aufweist, der in dem bestimmten Bereich des Sensorelements (20) für infrarotes Licht angeordnet ist, der nicht durch den Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht abgedeckt ist, wobei der erste Teil mit dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht in Kontakt steht, und einen zweiten Teil, der vollständig zwischen dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht und dem Substrat (12) angeordnet ist.
Ein Infrarotsensor (100), der Folgendes aufweist: ein Substrat (10, 12), das eine Membran (13) aufweist; ein Sensorelement (20) für infrarotes Licht, das ein Thermoelement aufweist, wobei eine heiße Verbindung (20c) des Thermoelements auf der Membran (13) angeordnet ist und eine kalte Verbindung (20d) des Thermoelements auf einem Gebiet angeordnet ist, welches die Membran (13) umgibt; und einen Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht, der über der Membran (13) angeordnet ist, um die heiße Verbindung (20c) des Thermoelements abzudecken; gekennzeichnet durch einen Reflektor (40) für infrarotes Licht, der das Thermoelement vollständig abdeckt, wobei der Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht über den Reflektor (40) für infrarotes Licht und über die Membran (13) gelegt ist.
Baugruppe (200) mit einem Infrarotsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Infrarotsensor (100) Teil der Baugruppe ist, die Folgendes aufweist: einen Sockel (310), auf dem der Infrarotsensor (100) angeordnet ist; eine Haube (320), die an dem Sockel (310) befestigt ist, um den Infrarotsensor (100) in einem Innenraum unterzubringen, der durch den Sockel (310) und die Haube (320) gebildet ist, wobei die Haube (320) eine Öffnung (321a) aufweist; und einen Infrarotfilter (321b), der an der Öffnung (321a) der Haube (320) befestigt ist.
Die Baugruppe nach Anspruch 19, wobei die Öffnung (321a) der Haube (320) dem Absorptionsfilm (30) für infrarotes Licht des Infrarotsensors (100) gegenüber liegend angeordnet ist.