JP2000131147A - 赤外線センサ - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J5/16—Arrangements with respect to the cold junction; Compensating influence of ambient temperature or other variables
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高感度、高速熱応答性、高精度であり、赤外
線が斜めに入射した場合においても、サーモパイル冷接
点部温度を正確に測定することが可能であり小型化可能
で量産性に優れた赤外線センサを提供する。 【解決手段】 このサーモパイル型赤外線センサは、半
導体基板１と、該半導体基板１の一方の表面に設けた下
絶縁膜２と、該下絶縁膜２を残すように該半導体基板の
一部を除去することにより形成されたピット３及び該ピ
ット３を覆っている該下絶縁膜２よりなるダイヤフラム
４と、該ダイヤフラム４上に形成されたサーモパイル８
と、上絶縁膜９と、該上絶縁膜９に形成した薄膜サーミ
スタ１０と、該薄膜サーミスタ１０上に形成した櫛形電
極１１とを有する。サーモパイル８の冷接点はヒートシ
ンク５上に位置している。薄膜サーミスタ１０はダイヤ
フラム４を取り囲むように設けられている。
線が斜めに入射した場合においても、サーモパイル冷接
点部温度を正確に測定することが可能であり小型化可能
で量産性に優れた赤外線センサを提供する。 【解決手段】 このサーモパイル型赤外線センサは、半
導体基板１と、該半導体基板１の一方の表面に設けた下
絶縁膜２と、該下絶縁膜２を残すように該半導体基板の
一部を除去することにより形成されたピット３及び該ピ
ット３を覆っている該下絶縁膜２よりなるダイヤフラム
４と、該ダイヤフラム４上に形成されたサーモパイル８
と、上絶縁膜９と、該上絶縁膜９に形成した薄膜サーミ
スタ１０と、該薄膜サーミスタ１０上に形成した櫛形電
極１１とを有する。サーモパイル８の冷接点はヒートシ
ンク５上に位置している。薄膜サーミスタ１０はダイヤ
フラム４を取り囲むように設けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は被測定物体の温度を
非接触で検知する赤外線センサに係り、特に、体温計測
等の放射温度計測に用いられるサーモパイル型の赤外線
センサに関する。
非接触で検知する赤外線センサに係り、特に、体温計測
等の放射温度計測に用いられるサーモパイル型の赤外線
センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】サーモパイル型の赤外線センサは、半導
体基板上に絶縁薄膜を形成し、その絶縁薄膜上に異種の
金属あるいは半導体からなる熱電対が複数個直列に接続
した構造を有する。このサーモパイル型の赤外線センサ
においては、温接点部が基板中心付近に、冷接点部が基
板周辺部に配置されている。また、この温接点部がある
絶縁薄膜の下側の半導体基板層を孔状に除去し、該絶縁
膜よりなるダイヤフラムを形成している。
体基板上に絶縁薄膜を形成し、その絶縁薄膜上に異種の
金属あるいは半導体からなる熱電対が複数個直列に接続
した構造を有する。このサーモパイル型の赤外線センサ
においては、温接点部が基板中心付近に、冷接点部が基
板周辺部に配置されている。また、この温接点部がある
絶縁薄膜の下側の半導体基板層を孔状に除去し、該絶縁
膜よりなるダイヤフラムを形成している。
【０００３】受光部たる温接点に赤外線が入射すると温
接点の温度が上昇し、冷接点部との間に温度差を生じ、
ゼーベック効果により熱起電力が生じる。この熱起電力
によって赤外線が検出される。この場合、基準温度とな
る冷接点部の温度を測定し、温度補償を行うことによっ
て、被測定物体の赤外線量を正確に測定でき、被測定物
体の温度を非接触で測定することができる。
接点の温度が上昇し、冷接点部との間に温度差を生じ、
ゼーベック効果により熱起電力が生じる。この熱起電力
によって赤外線が検出される。この場合、基準温度とな
る冷接点部の温度を測定し、温度補償を行うことによっ
て、被測定物体の赤外線量を正確に測定でき、被測定物
体の温度を非接触で測定することができる。
【０００４】通常は、サーミスタ等の温度検出器をサー
モパイル型の赤外線センサのパッケージに接着させて温
度を測定し、温度補償を行っている。しかし、得られた
温度はサーモパイルの冷接点部の実際の温度と異なり、
正確な温度補償が行われない問題点があった。また、サ
ーモパイルと別に温度素子を設けるために部品点数を多
く必要とし、取り付け等が煩雑であった。
モパイル型の赤外線センサのパッケージに接着させて温
度を測定し、温度補償を行っている。しかし、得られた
温度はサーモパイルの冷接点部の実際の温度と異なり、
正確な温度補償が行われない問題点があった。また、サ
ーモパイルと別に温度素子を設けるために部品点数を多
く必要とし、取り付け等が煩雑であった。
【０００５】特開平５−９０６４６号公報には、半導体
基板上に絶縁膜を形成し、その絶縁膜上にサーモパイル
と薄膜サーミスタを並べて形成した赤外線センサが記載
されている。かかる赤外線センサであれば、冷接点の温
度を従来よりも高精度に測定でき、高感度で小型なサー
モパイル型の赤外線センサが提供される。
基板上に絶縁膜を形成し、その絶縁膜上にサーモパイル
と薄膜サーミスタを並べて形成した赤外線センサが記載
されている。かかる赤外線センサであれば、冷接点の温
度を従来よりも高精度に測定でき、高感度で小型なサー
モパイル型の赤外線センサが提供される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】I．上記特開平５−９
０６４６号公報記載の赤外線センサにおいては、斜めに
赤外線が入射するとサーミスタによる冷接点部間の検出
温度に誤差が生じ、温度補償の誤差が大きくなることが
ある。
０６４６号公報記載の赤外線センサにおいては、斜めに
赤外線が入射するとサーミスタによる冷接点部間の検出
温度に誤差が生じ、温度補償の誤差が大きくなることが
ある。
【０００７】本発明は、温度補償誤差が小さく、きわめ
て高精度の温度測定を行うことができる赤外線センサを
提供することを第1の目的とする。
て高精度の温度測定を行うことができる赤外線センサを
提供することを第1の目的とする。
【０００８】II．上記特開平５−９０６４６号公報の赤
外線センサにあっては、サーモパイルの冷接点部と温度
補償用薄膜サーミスタは同一基板上のヒートシンク部に
配置されているので、冷接点部とサーミスタの熱容量は
同容量であり、周囲温度が急激に変化した場合でも、冷
接点部と薄膜サーミスタは熱応答性が等しい。しかしな
がら、サーモパイルの温接点はダイヤフラム部であり、
冷接点はヒートシンク部となっているため、周囲温度が
安定している場合には、冷接点温度を正確に計測するこ
とができ、被測定物の温度を高精度に測定することがで
きるが、周囲温度が急激に変化した場合、温接点部と冷
接点部の熱容量が異なるために、温接点部と冷接点部の
周囲温度に対する熱応答性に違いが生じ、被測定物体の
温度を正確に測定することが困難である。
外線センサにあっては、サーモパイルの冷接点部と温度
補償用薄膜サーミスタは同一基板上のヒートシンク部に
配置されているので、冷接点部とサーミスタの熱容量は
同容量であり、周囲温度が急激に変化した場合でも、冷
接点部と薄膜サーミスタは熱応答性が等しい。しかしな
がら、サーモパイルの温接点はダイヤフラム部であり、
冷接点はヒートシンク部となっているため、周囲温度が
安定している場合には、冷接点温度を正確に計測するこ
とができ、被測定物の温度を高精度に測定することがで
きるが、周囲温度が急激に変化した場合、温接点部と冷
接点部の熱容量が異なるために、温接点部と冷接点部の
周囲温度に対する熱応答性に違いが生じ、被測定物体の
温度を正確に測定することが困難である。
【０００９】本発明は、周囲温度が急激に変化した場合
でも、被測定物体の温度を正確に測定することができる
赤外線センサを提供することを第２の目的とする。
でも、被測定物体の温度を正確に測定することができる
赤外線センサを提供することを第２の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明（請求項１）の赤
外線センサは、半導体基板と、該半導体基板の表面に設
けた下絶縁膜と、該下絶縁膜を残すようにして該基板の
中央部の半導体基板層を孔状に除去して設けたピット
と、該ピットを覆っている前記絶縁膜よりなるダイヤフ
ラムと、基板周辺部のヒートシンク部と、該ヒートシン
ク部の該下絶縁膜上に冷接点を有し、該ダイヤフラム上
に温接点を有する複数の熱電対からなるサーモパイル
と、該サーモパイル上に設けた上絶縁膜と、該上絶縁膜
の冷接点部の上にダイヤフラムを囲むように設けた薄膜
サーミスタとを有するものである。
外線センサは、半導体基板と、該半導体基板の表面に設
けた下絶縁膜と、該下絶縁膜を残すようにして該基板の
中央部の半導体基板層を孔状に除去して設けたピット
と、該ピットを覆っている前記絶縁膜よりなるダイヤフ
ラムと、基板周辺部のヒートシンク部と、該ヒートシン
ク部の該下絶縁膜上に冷接点を有し、該ダイヤフラム上
に温接点を有する複数の熱電対からなるサーモパイル
と、該サーモパイル上に設けた上絶縁膜と、該上絶縁膜
の冷接点部の上にダイヤフラムを囲むように設けた薄膜
サーミスタとを有するものである。
【００１１】かかる赤外線センサにあっては、サーモパ
イルを載せたダイヤフラムを囲むように薄膜サーミスタ
を配置しているので、赤外線が斜めに入射しても冷接点
部の検出温度の誤差を小さくし、温度補償の誤差を小さ
くすることができる。
イルを載せたダイヤフラムを囲むように薄膜サーミスタ
を配置しているので、赤外線が斜めに入射しても冷接点
部の検出温度の誤差を小さくし、温度補償の誤差を小さ
くすることができる。
【００１２】本発明（請求項２）の赤外線センサは、半
導体基板と、該半導体基板の表面に設けた下絶縁膜と、
該下絶縁膜を残すようにして該基板中央部及び周辺部下
の半導体基板層を孔状に除去して設けたピットと、該ピ
ットを覆っている前記絶縁膜からなるダイヤフラムと、
該基板中央部のダイヤフラム上に温接点を有し、基板周
辺部のダイヤフラム上に冷接点を有する複数の熱電対か
らなるサーモパイルと、該サーモパイル上に設けた上絶
縁膜と、少なくとも一部の該冷接点部の上に設けた薄膜
サーミスタとを有するものである。
導体基板と、該半導体基板の表面に設けた下絶縁膜と、
該下絶縁膜を残すようにして該基板中央部及び周辺部下
の半導体基板層を孔状に除去して設けたピットと、該ピ
ットを覆っている前記絶縁膜からなるダイヤフラムと、
該基板中央部のダイヤフラム上に温接点を有し、基板周
辺部のダイヤフラム上に冷接点を有する複数の熱電対か
らなるサーモパイルと、該サーモパイル上に設けた上絶
縁膜と、少なくとも一部の該冷接点部の上に設けた薄膜
サーミスタとを有するものである。
【００１３】かかる赤外線センサにおいては、サーモパ
イル温接点部領域下だけでなく冷接点部領域下もダイヤ
フラム構造となっているので、温接点部、冷接点部、薄
膜サーミスタの熱容量は同容量となり、周囲温度が急激
に変化した場合でも、温接点部、冷接点部、薄膜サーミ
スタの熱応答性は高速でかつ等しいものとなり、被測定
物体の温度を正確にかつ連続的に計測することができ
る。
イル温接点部領域下だけでなく冷接点部領域下もダイヤ
フラム構造となっているので、温接点部、冷接点部、薄
膜サーミスタの熱容量は同容量となり、周囲温度が急激
に変化した場合でも、温接点部、冷接点部、薄膜サーミ
スタの熱応答性は高速でかつ等しいものとなり、被測定
物体の温度を正確にかつ連続的に計測することができ
る。
【００１４】本発明では、薄膜サーミスタ上に櫛形電極
が形成され、薄膜サーミスタの抵抗値が該櫛形電極を介
して測定されるようにすることが好ましい。この場合、
櫛形電極の一部をレーザートリミング等によって切断
し、サーミスタ素子の抵抗値を調整することができる。
が形成され、薄膜サーミスタの抵抗値が該櫛形電極を介
して測定されるようにすることが好ましい。この場合、
櫛形電極の一部をレーザートリミング等によって切断
し、サーミスタ素子の抵抗値を調整することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施の形態
について説明する。図１（ａ）は請求項１，３の発明の
実施の形態に係るサーモパイル型赤外線センサの製造途
中の平面図、図１（ｂ）はこのサーモパイル型赤外線セ
ンサの平面図、図２は図１（ｂ）のII−II線に沿う断面
図である。
について説明する。図１（ａ）は請求項１，３の発明の
実施の形態に係るサーモパイル型赤外線センサの製造途
中の平面図、図１（ｂ）はこのサーモパイル型赤外線セ
ンサの平面図、図２は図１（ｂ）のII−II線に沿う断面
図である。
【００１６】このサーモパイル型赤外線センサは、半導
体基板１と、該半導体基板１の一方の表面（図の上面）
に設けた下絶縁膜２と、該下絶縁膜２を残すように該半
導体基板の一部を孔状に除去することにより形成された
ピット３及び該ピット３を覆っている該下絶縁膜２より
なるダイヤフラム４と、基板１の周辺部のヒートシンク
部５と、該ヒートシンク部５の該下絶縁膜２上に冷接点
６を有し、該ダイヤフラム４上に温接点７を有する複数
の熱電対からなるサーモパイル８と、該サーモパイル８
上に設けた上絶縁膜９と、該上絶縁膜９の冷接点６の上
にダイヤフラム４を囲むように設けた薄膜サーミスタ１
０と、該薄膜サーミスタ１０上に形成した櫛形電極１１
とを有する。
体基板１と、該半導体基板１の一方の表面（図の上面）
に設けた下絶縁膜２と、該下絶縁膜２を残すように該半
導体基板の一部を孔状に除去することにより形成された
ピット３及び該ピット３を覆っている該下絶縁膜２より
なるダイヤフラム４と、基板１の周辺部のヒートシンク
部５と、該ヒートシンク部５の該下絶縁膜２上に冷接点
６を有し、該ダイヤフラム４上に温接点７を有する複数
の熱電対からなるサーモパイル８と、該サーモパイル８
上に設けた上絶縁膜９と、該上絶縁膜９の冷接点６の上
にダイヤフラム４を囲むように設けた薄膜サーミスタ１
０と、該薄膜サーミスタ１０上に形成した櫛形電極１１
とを有する。
【００１７】次に、このサーモパイル型赤外線センサの
製造法について図２〜５を参照して説明する。以下、ウ
エハ内に赤外線センサ素子を大量に作製するので、図２
〜５中では１個の赤外線センサ素子で説明を行う。ま
た、図面を明瞭とするために図５では断面のハッチング
の図示を大部分省略してある。
製造法について図２〜５を参照して説明する。以下、ウ
エハ内に赤外線センサ素子を大量に作製するので、図２
〜５中では１個の赤外線センサ素子で説明を行う。ま
た、図面を明瞭とするために図５では断面のハッチング
の図示を大部分省略してある。
【００１８】図５（ａ）の通り、厚さが１００〜５００
μｍ例えば約１００μｍ又は２５０μｍ程度の（１０
０）面配向した基板１（シリコンウエハ）の両面に下絶
縁膜２，２’として０．１〜２μｍ例えば約１μｍ程度
のシリコン酸化膜をウエット酸化、ＣＶＤ法、ドライ酸
化等により形成する。この下絶縁膜２，２’は、シリコ
ン酸化物だけでなく各種酸化物やＣＶＤ法により形成す
る窒化シリコン膜などの各種窒化物でもよい。なお、下
絶縁膜２，２’は応力緩和あるいは機械的強度等を考慮
して多層膜構造の方がよいが、単層膜でも構わない。
μｍ例えば約１００μｍ又は２５０μｍ程度の（１０
０）面配向した基板１（シリコンウエハ）の両面に下絶
縁膜２，２’として０．１〜２μｍ例えば約１μｍ程度
のシリコン酸化膜をウエット酸化、ＣＶＤ法、ドライ酸
化等により形成する。この下絶縁膜２，２’は、シリコ
ン酸化物だけでなく各種酸化物やＣＶＤ法により形成す
る窒化シリコン膜などの各種窒化物でもよい。なお、下
絶縁膜２，２’は応力緩和あるいは機械的強度等を考慮
して多層膜構造の方がよいが、単層膜でも構わない。
【００１９】この下絶縁膜２上にリフトオフ法によって
アンチモン、ビスマスの順にそれぞれパターニングし、
サーモパイル８を形成する。具体的には、まず、表面の
下絶縁膜２上に感熱性樹脂を全面に形成し、所定のフォ
トマスクを用いて露光し、現像処理を行うことによっ
て、感光性樹脂を所定形状にパターニングし、その後、
スパッタリング法により全面にアンチモン薄膜を形成
し、感光性樹脂を取り除きアンチモン薄膜線を形成す
る。その後、ビスマスについても同様にビスマス薄膜線
をアンチモン薄膜線と交互に電気的に接続するよう形成
する。
アンチモン、ビスマスの順にそれぞれパターニングし、
サーモパイル８を形成する。具体的には、まず、表面の
下絶縁膜２上に感熱性樹脂を全面に形成し、所定のフォ
トマスクを用いて露光し、現像処理を行うことによっ
て、感光性樹脂を所定形状にパターニングし、その後、
スパッタリング法により全面にアンチモン薄膜を形成
し、感光性樹脂を取り除きアンチモン薄膜線を形成す
る。その後、ビスマスについても同様にビスマス薄膜線
をアンチモン薄膜線と交互に電気的に接続するよう形成
する。
【００２０】ビスマス薄膜、アンチモン薄膜の厚みは
０．５〜２．０μｍ例えば、１μｍ程度が好ましい。こ
のビスマス薄膜線とアンチモン薄膜線とは、基板中央部
及び外周部でそれぞれ接続されており、中央部が温接点
７、外周部が冷接点６となる。
０．５〜２．０μｍ例えば、１μｍ程度が好ましい。こ
のビスマス薄膜線とアンチモン薄膜線とは、基板中央部
及び外周部でそれぞれ接続されており、中央部が温接点
７、外周部が冷接点６となる。
【００２１】次に、サーモパイル引き出し電極１３及び
電極パット部１４を形成するためにウエハ全面にスパッ
タリング法により厚さ０．２〜１．０μｍ例えば０．５
μｍの金（Ａｕ）薄膜を形成する。この金薄膜上の全面
に感光性樹脂を形成し、所定のフォトマスクを用いて露
光し、現像処理を行い、感光性樹脂をパターニングし、
その後この感光性樹脂をマスクとして金薄膜をエッチン
グし、所定の形状にパターニングすることにより引き出
し電極１３を形成する（図５（ｂ）参照）。
電極パット部１４を形成するためにウエハ全面にスパッ
タリング法により厚さ０．２〜１．０μｍ例えば０．５
μｍの金（Ａｕ）薄膜を形成する。この金薄膜上の全面
に感光性樹脂を形成し、所定のフォトマスクを用いて露
光し、現像処理を行い、感光性樹脂をパターニングし、
その後この感光性樹脂をマスクとして金薄膜をエッチン
グし、所定の形状にパターニングすることにより引き出
し電極１３を形成する（図５（ｂ）参照）。
【００２２】次に、図５（ｃ）の通り、上絶縁膜９を形
成するために全面にスパッタリング法によりシリコン酸
化物等の各種酸化物やＣＶＤ法により窒化シリコン膜な
どの各種窒化物を形成する。上絶縁膜９の厚みは０．５
〜２μｍ例えば１．０μｍ程度が好ましい。シリコン酸
化膜を形成する場合、スパッタ条件は、例えば基板温度
２００℃、アルゴンガス雰囲気中で高周波パワー８００
Ｗ程度とすることができる。
成するために全面にスパッタリング法によりシリコン酸
化物等の各種酸化物やＣＶＤ法により窒化シリコン膜な
どの各種窒化物を形成する。上絶縁膜９の厚みは０．５
〜２μｍ例えば１．０μｍ程度が好ましい。シリコン酸
化膜を形成する場合、スパッタ条件は、例えば基板温度
２００℃、アルゴンガス雰囲気中で高周波パワー８００
Ｗ程度とすることができる。
【００２３】次に、感光性樹脂を形成し、所定のフォト
マスクを用いて露光し、現像処理を行い、感光性樹脂を
パターニングし、その後この感光性樹脂をマスクとし
て、サーモパイル薄膜引き出し電極部の上絶縁膜にフッ
化水素酸をエッチング液とし、ワイヤボンディング用パ
ット部としてのスルーホール１６を形成する。図５
（ｃ）はこの状態を示す。
マスクを用いて露光し、現像処理を行い、感光性樹脂を
パターニングし、その後この感光性樹脂をマスクとし
て、サーモパイル薄膜引き出し電極部の上絶縁膜にフッ
化水素酸をエッチング液とし、ワイヤボンディング用パ
ット部としてのスルーホール１６を形成する。図５
（ｃ）はこの状態を示す。
【００２４】このようにして形成された上絶縁膜上の全
面にマンガン、コバルトの金属あるいは酸化物ターゲッ
トを用いたスパッタリング法や、マンガン、コバルトの
有機金属塗布溶液によるスピンコート法により薄膜サー
ミスタを形成する。薄膜サーミスタの膜厚は０．３〜２
μｍ例えば０．６μｍ程度が好ましい。薄膜サーミスタ
をスパッタリングで形成する場合、スパッタ条件を、基
板温度２００℃、ターゲット組成をマンガン３５ｍｏｌ
％、コバルト６５ｍｏｌ％とし、２０％の酸素を添加し
たアルゴンガス雰囲気中で、高周波パワー４５０Ｗとす
ることにより、Ｂ定数が約４１００Ｋの薄膜サーミスタ
が得られる。
面にマンガン、コバルトの金属あるいは酸化物ターゲッ
トを用いたスパッタリング法や、マンガン、コバルトの
有機金属塗布溶液によるスピンコート法により薄膜サー
ミスタを形成する。薄膜サーミスタの膜厚は０．３〜２
μｍ例えば０．６μｍ程度が好ましい。薄膜サーミスタ
をスパッタリングで形成する場合、スパッタ条件を、基
板温度２００℃、ターゲット組成をマンガン３５ｍｏｌ
％、コバルト６５ｍｏｌ％とし、２０％の酸素を添加し
たアルゴンガス雰囲気中で、高周波パワー４５０Ｗとす
ることにより、Ｂ定数が約４１００Ｋの薄膜サーミスタ
が得られる。
【００２５】このようにして形成された薄膜サーミスタ
上の全面に感光性樹脂を形成し、所定のフォトマスクを
用いて、露光し、現像処理を行い、感光性樹脂をパター
ニングし、その後この感光性樹脂をマスクとして薄膜サ
ーミスタをエッチングし、サーモパイルの冷接点の上方
位置に薄膜サーミスタ１０を形成する。図５（ｄ）はこ
の状態を示す。この薄膜サーミスタのエッチャントとし
ては例えば希塩酸を用いることができる。
上の全面に感光性樹脂を形成し、所定のフォトマスクを
用いて、露光し、現像処理を行い、感光性樹脂をパター
ニングし、その後この感光性樹脂をマスクとして薄膜サ
ーミスタをエッチングし、サーモパイルの冷接点の上方
位置に薄膜サーミスタ１０を形成する。図５（ｄ）はこ
の状態を示す。この薄膜サーミスタのエッチャントとし
ては例えば希塩酸を用いることができる。
【００２６】次に、櫛形電極等を形成するために薄膜サ
ーミスタ上の全面にサーミスタ電極としてスパッタリン
グ法により金の薄膜を形成する。金薄膜の厚みは０．２
〜１．０μｍ例えば０．５μｍ程度が好ましい。この金
薄膜をフォトエッチングすることにより櫛形電極１１、
サーミスタ引き出し電極１８及びワイヤボンディングの
ためのサーミスタ用電極パット部１９を形成する。
ーミスタ上の全面にサーミスタ電極としてスパッタリン
グ法により金の薄膜を形成する。金薄膜の厚みは０．２
〜１．０μｍ例えば０．５μｍ程度が好ましい。この金
薄膜をフォトエッチングすることにより櫛形電極１１、
サーミスタ引き出し電極１８及びワイヤボンディングの
ためのサーミスタ用電極パット部１９を形成する。
【００２７】櫛形電極１１の一部をレーザトリミングに
より切断（図４の符号２４はこの切断箇所を示す。）
し、ウエハ内の各サーミスタ素子の抵抗値調整を行っ
た。図５（ｅ）及び図２はこの状態を示す。
より切断（図４の符号２４はこの切断箇所を示す。）
し、ウエハ内の各サーミスタ素子の抵抗値調整を行っ
た。図５（ｅ）及び図２はこの状態を示す。
【００２８】ウエハ内のサーミスタ素子の抵抗値バラツ
キはトリミング前で約１０％程度であるがトリミング後
でバラツキ約１％にまで小さくすることができる。な
お、ウエハ内の各サーミスタ素子の抵抗値バラツキが小
さい場合には、トリミングによる抵抗値調整は省くこと
ができる。
キはトリミング前で約１０％程度であるがトリミング後
でバラツキ約１％にまで小さくすることができる。な
お、ウエハ内の各サーミスタ素子の抵抗値バラツキが小
さい場合には、トリミングによる抵抗値調整は省くこと
ができる。
【００２９】基板１の両面の全面に感光性樹脂を形成
し、所定のフォトマスクを用いて、露光し、現像処理を
行い、感光性樹脂をパターニングし、その後この感光性
樹脂をマスクとして、フッ化水素酸をエッチング液と
し、基板１の裏面のダイヤフラム４形成予定部（ピット
３の形成予定部）の下絶縁膜２’をエッチングにより図
５（ｆ）の通り取り除く。
し、所定のフォトマスクを用いて、露光し、現像処理を
行い、感光性樹脂をパターニングし、その後この感光性
樹脂をマスクとして、フッ化水素酸をエッチング液と
し、基板１の裏面のダイヤフラム４形成予定部（ピット
３の形成予定部）の下絶縁膜２’をエッチングにより図
５（ｆ）の通り取り除く。
【００３０】次いで、裏面の下絶縁膜２’をマスクとし
て、パターンに従って、例えば水酸化テトラメチルアン
モニウムを約９０℃に加熱したエッチャントを用いた異
方性エッチングにより、サーモパイルの温接点の領域下
の半導体基板１を孔状に除去し、ピット３を形成するこ
とによりダイヤフラム１４を作製した。
て、パターンに従って、例えば水酸化テトラメチルアン
モニウムを約９０℃に加熱したエッチャントを用いた異
方性エッチングにより、サーモパイルの温接点の領域下
の半導体基板１を孔状に除去し、ピット３を形成するこ
とによりダイヤフラム１４を作製した。
【００３１】次に、シリコンウエハをダイシングマシー
ンにより例えば３．５×３．５ｍｍ又は５×５ｍｍのチ
ップ状に切断することにより複数個の赤外線センサが得
られる。図５（ｇ）及び前記図１（ｂ）はこの状態を示
している。
ンにより例えば３．５×３．５ｍｍ又は５×５ｍｍのチ
ップ状に切断することにより複数個の赤外線センサが得
られる。図５（ｇ）及び前記図１（ｂ）はこの状態を示
している。
【００３２】図６の通り、この赤外線センサを赤外線透
過窓を有した気密封止可能なカンパッケージ３０内に配
置し、ワイヤボンディング３１による接続を行うことに
よりセンサ製品とされる。なお、赤外線の吸収を良くす
るために、図３，６に示すように上絶縁膜９の上に、金
属薄板に所定の形状の孔をあけたマスクを用いて窒素ガ
ス雰囲気中でＡｕを真空蒸着させること等により黒体２
６を形成するのが好ましい。ただし、黒体がなくともサ
ーモパイルの出力は使用上問題はないレベルになる。
過窓を有した気密封止可能なカンパッケージ３０内に配
置し、ワイヤボンディング３１による接続を行うことに
よりセンサ製品とされる。なお、赤外線の吸収を良くす
るために、図３，６に示すように上絶縁膜９の上に、金
属薄板に所定の形状の孔をあけたマスクを用いて窒素ガ
ス雰囲気中でＡｕを真空蒸着させること等により黒体２
６を形成するのが好ましい。ただし、黒体がなくともサ
ーモパイルの出力は使用上問題はないレベルになる。
【００３３】かかるサーモパイル型赤外線センサ及びそ
の製造方法にあっては、サーモパイル８と薄膜サーミス
タ１０が１チップで形成できるので、部品点数の削減及
び取り付けが簡単となり、低コスト化、小型化が可能で
ある。また、サーモパイル８の温接点７の領域下をダイ
ヤフラム構造にすることにより、高感度で高速熱応答性
の赤外線センサを得ることができる。
の製造方法にあっては、サーモパイル８と薄膜サーミス
タ１０が１チップで形成できるので、部品点数の削減及
び取り付けが簡単となり、低コスト化、小型化が可能で
ある。また、サーモパイル８の温接点７の領域下をダイ
ヤフラム構造にすることにより、高感度で高速熱応答性
の赤外線センサを得ることができる。
【００３４】薄膜サーミスタ１０をサーモパイル８の冷
接点６の上部にダイヤフラム４を囲むように設置するこ
とにより、赤外線が斜めに入射した場合においても、サ
ーモパイル冷接点部温度を正確に測定することが可能と
なり、高精度の赤外線センサを得ることができる。
接点６の上部にダイヤフラム４を囲むように設置するこ
とにより、赤外線が斜めに入射した場合においても、サ
ーモパイル冷接点部温度を正確に測定することが可能と
なり、高精度の赤外線センサを得ることができる。
【００３５】また、櫛形電極１１のレーザトリミングに
より薄膜サーミスタ１０の抵抗値調整が可能であり、高
精度薄膜サーミスタを得ることができるため、量産性に
優れた高精度の赤外線センサを得ることができる。
より薄膜サーミスタ１０の抵抗値調整が可能であり、高
精度薄膜サーミスタを得ることができるため、量産性に
優れた高精度の赤外線センサを得ることができる。
【００３６】上記実施の形態は請求項１，３の発明の実
施の形態に係るものであることから、ヒートシンク部５
の上方にサーモパイル８の冷接点６を配置しているが、
請求項２，３の発明の実施の形態にあっては、図７，８
の通り基板１の周辺部に下絶縁膜２を残すようにして孔
（ピット）４１を設け、この孔４１の上側の下絶縁膜２
によってダイヤフラム４２を形成し、このダイヤフラム
４２上にサーモパイル８の冷接点６を配置している。
施の形態に係るものであることから、ヒートシンク部５
の上方にサーモパイル８の冷接点６を配置しているが、
請求項２，３の発明の実施の形態にあっては、図７，８
の通り基板１の周辺部に下絶縁膜２を残すようにして孔
（ピット）４１を設け、この孔４１の上側の下絶縁膜２
によってダイヤフラム４２を形成し、このダイヤフラム
４２上にサーモパイル８の冷接点６を配置している。
【００３７】この赤外線センサのその他の構成は、上記
実施の形態に係る赤外線センサと同一である。
実施の形態に係る赤外線センサと同一である。
【００３８】この図７，８の赤外線センサを製造するに
は、前記図５（ｆ），（ｇ）のようにして孔をエッチン
グによって形成する際に図７の通り孔３’と孔４１とを
併せて形成すれば良い。
は、前記図５（ｆ），（ｇ）のようにして孔をエッチン
グによって形成する際に図７の通り孔３’と孔４１とを
併せて形成すれば良い。
【００３９】この図７，８のサーモパイル型赤外線セン
サ及びその製造方法にあっても、サーモパイル８と薄膜
サーミスタ１０が１チップで形成できるので、部品点数
の削減及び取り付けが簡単となり、低コスト化、小型化
が可能である。また、サーモパイル８の温接点７の領域
下をダイヤフラム構造にすることにより、高感度で高速
熱応答性の赤外線センサを得ることができる。なお、図
９は図７，８のセンサをパッケージした状態の透視図で
ある。
サ及びその製造方法にあっても、サーモパイル８と薄膜
サーミスタ１０が１チップで形成できるので、部品点数
の削減及び取り付けが簡単となり、低コスト化、小型化
が可能である。また、サーモパイル８の温接点７の領域
下をダイヤフラム構造にすることにより、高感度で高速
熱応答性の赤外線センサを得ることができる。なお、図
９は図７，８のセンサをパッケージした状態の透視図で
ある。
【００４０】薄膜サーミスタ１０をサーモパイル８の冷
接点６の上部にダイヤフラム４を囲むように設置するこ
とにより、赤外線が斜めに入射した場合においても、サ
ーモパイル冷接点部温度を正確に測定することが可能と
なり、高精度の赤外線センサを得ることができる。
接点６の上部にダイヤフラム４を囲むように設置するこ
とにより、赤外線が斜めに入射した場合においても、サ
ーモパイル冷接点部温度を正確に測定することが可能と
なり、高精度の赤外線センサを得ることができる。
【００４１】また、櫛形電極１１のレーザトリミングに
より薄膜サーミスタ１０の抵抗値調整が可能であり、高
精度薄膜サーミスタを得ることができるため、量産性に
優れた高精度の赤外線センサを得ることができる。
より薄膜サーミスタ１０の抵抗値調整が可能であり、高
精度薄膜サーミスタを得ることができるため、量産性に
優れた高精度の赤外線センサを得ることができる。
【００４２】特に、この図７，８のサーモパイル型赤外
線センサにあっては、サーモパイル温接点７領域下及び
冷接点６領域下が同じダイヤフラム４，４２構造にする
ことにより、温接点７、冷接点６、薄膜サーミスタ１０
の熱容量は同容量となり、周囲温度が急激に変化した場
合でも、温接点７、冷接点６、薄膜サーミスタ１０の熱
応答性は高速でかつ等しいため、被測定物体の温度を正
確にかつ連続計測することができる。
線センサにあっては、サーモパイル温接点７領域下及び
冷接点６領域下が同じダイヤフラム４，４２構造にする
ことにより、温接点７、冷接点６、薄膜サーミスタ１０
の熱容量は同容量となり、周囲温度が急激に変化した場
合でも、温接点７、冷接点６、薄膜サーミスタ１０の熱
応答性は高速でかつ等しいため、被測定物体の温度を正
確にかつ連続計測することができる。
【００４３】図７，８ではすべての冷接点６の上に薄膜
サーミスタ１０を設けているが、図１０の如く一部（例
えば１個）の冷接点６の上にのみ薄膜サーミスタ１０を
設けても良い。図１０のその他の構成は図７，８と同様
であり、同一符号は同一部分を示している。
サーミスタ１０を設けているが、図１０の如く一部（例
えば１個）の冷接点６の上にのみ薄膜サーミスタ１０を
設けても良い。図１０のその他の構成は図７，８と同様
であり、同一符号は同一部分を示している。
【００４４】
【発明の効果】以上の通り、本発明によると、高感度、
高速熱応答性、高精度であり、小型化可能で量産性に優
れた赤外線センサが安価に提供される。
高速熱応答性、高精度であり、小型化可能で量産性に優
れた赤外線センサが安価に提供される。
【００４５】なお、請求項１，３の赤外線センサにおい
ては、赤外線が斜めに入射した場合においても、サーモ
パイル冷接点部温度を正確に測定することが可能であ
り、請求項２，３の赤外線センサにおいては、周囲温度
が急激に変化した場合でも、被測定物体の温度を正確に
かつ連続計測することが可能である。
ては、赤外線が斜めに入射した場合においても、サーモ
パイル冷接点部温度を正確に測定することが可能であ
り、請求項２，３の赤外線センサにおいては、周囲温度
が急激に変化した場合でも、被測定物体の温度を正確に
かつ連続計測することが可能である。
【図１】（ａ）図は実施の形態に係るサーモパイル型赤
外線センサの製造途中の平面図、（ｂ）図は該センサの
平面図である。
外線センサの製造途中の平面図、（ｂ）図は該センサの
平面図である。
【図２】図１（ｂ）のII−II線に沿う断面図である。
【図３】別の実施の形態に係るサーモパイル型赤外線セ
ンサの断面図である。
ンサの断面図である。
【図４】実施の形態に係るサーモパイル型赤外線センサ
の櫛形電極の平面図である。
の櫛形電極の平面図である。
【図５】実施の形態に係るサーモパイル型赤外線センサ
の製造法の説明図である。
の製造法の説明図である。
【図６】実施の形態に係るサーモパイル型赤外線センサ
を備えた赤外線センサ製品の内部透視図である。
を備えた赤外線センサ製品の内部透視図である。
【図７】別の実施の形態に係る赤外線センサの断面図で
ある。
ある。
【図８】（ａ）図は図７の実施の形態に係る赤外線セン
サの製造途中の平面図、（ｂ）図は該センサの平面図で
ある。
サの製造途中の平面図、（ｂ）図は該センサの平面図で
ある。
【図９】図８の実施の形態に係るサーモパイル型赤外線
センサを備えた赤外線センサ製品の内部透視図である。
センサを備えた赤外線センサ製品の内部透視図である。
【図１０】さらに別の実施の形態に係る赤外線センサの
平面図である。
平面図である。
１ 半導体基板 ２，２’ 下絶縁膜 ３，４１ 孔 ４，４２ ダイヤフラム ５ 下部電極 ６ 冷接点 ７ 上部電極 ８ 焦電素子 ９ 上絶縁膜 １０ 薄膜サーミスタ １１ 櫛形電極
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板と、 該半導体基板の表面に設けた下絶縁膜と、 該下絶縁膜を残すようにして該基板の中央部の半導体基
板層を孔状に除去して設けたピットと、 該ピットを覆っている前記絶縁膜よりなるダイヤフラム
と、 基板周辺部のヒートシンク部と、 該ヒートシンク部の該下絶縁膜上に冷接点を有し、該ダ
イヤフラム上に温接点を有する複数の熱電対からなるサ
ーモパイルと、 該サーモパイル上に設けた上絶縁膜と、 該上絶縁膜の冷接点部の上にダイヤフラムを囲むように
設けた薄膜サーミスタと、を有する赤外線センサ。 - 【請求項２】 半導体基板と、 該半導体基板の表面に設けた下絶縁膜と、 該下絶縁膜を残すようにして該基板中央部及び周辺部下
の半導体基板層を孔状に除去して設けたピットと、 該ピットを覆っている前記絶縁膜からなるダイヤフラム
と、 該基板中央部のダイヤフラム上に温接点を有し、基板周
辺部のダイヤフラム上に冷接点を有する複数の熱電対か
らなるサーモパイルと、 該サーモパイル上に設けた上絶縁膜と、 少なくとも一部の該冷接点部の上に設けた薄膜サーミス
タと、を有する赤外線センサ。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、前記薄膜サー
ミスタ上に櫛形電極が設けられていることを特徴とする
赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10302567A JP2000131147A (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10302567A JP2000131147A (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 赤外線センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000131147A true JP2000131147A (ja) | 2000-05-12 |
Family
ID=17910543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10302567A Pending JP2000131147A (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000131147A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN106959165A (zh) * | 2016-01-08 | 2017-07-18 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 一种单芯片温度分布探测传感器 |
-
1998
- 1998-10-23 JP JP10302567A patent/JP2000131147A/ja active Pending
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