JP2000230857A - Thermal type infrared sensor and thermal type infrared array element - Google Patents

Thermal type infrared sensor and thermal type infrared array element

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JP2000230857A
JP2000230857A JP11033899A JP3389999A JP2000230857A JP 2000230857 A JP2000230857 A JP 2000230857A JP 11033899 A JP11033899 A JP 11033899A JP 3389999 A JP3389999 A JP 3389999A JP 2000230857 A JP2000230857 A JP 2000230857A
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JP
Japan
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thermal
infrared
infrared sensor
thermal infrared
diaphragm
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JP11033899A
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Japanese (ja)
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Shinichi Morita
信一 森田
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To raise the numerical aperture of a thermal type infrared sensor and also the production yield of a thermal type infrared array element. SOLUTION: A semiconductor substrate 31 has a hollow 32 on which a diaphragm 33 having 8 beams 38 and a body 39 is formed. On the beams 38 of the diaphragm 33 a p-type poly-Si 34 and an n-type poly-Si 35 are formed and alternately connected through a wiring 36, a layer insulation layer is formed on the diaphragm 33, a passivation film is formed on the layer insulation layer, a thermal absorption metal layer 37 is formed on the passivation film through an amorphous Si, and four infrared detectors 41 are formed on the diaphragm 33.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は熱型赤外線センサお
よび熱型赤外線アレイ素子に関するものである。
The present invention relates to a thermal infrared sensor and a thermal infrared array element.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10は従来の熱型赤外線センサを示す
一部切断平面図である。図に示すように、半導体基板1
に空洞2が設けられ、半導体基板1の空洞2上に熱的絶
縁材料であるシリコン窒化膜からなるダイアフラム3が
形成され、ダイアフラム3は梁部8と本体部9とを有す
る。また、ダイアフラム3上にp型ポリSi4、n型ポ
リSi5が形成され、p型ポリSi4とn型ポリSi5
とが交互にAlからなる配線6で接続され、p型ポリS
i4とn型ポリSi5とが一対の熱電対となり、この熱
電対が直列に配置、接続されてサーモパイルとなる。ま
た、この熱電対上に層間絶縁層(図示せず)を介して熱
吸収層7が形成され、ダイアフラム3上に熱電対、熱吸
収層7を有するサーモパイル型の赤外線検知部11が形
成されている。すなわち、この熱型赤外線センサ10は
1個のダイアフラム3上に1個の赤外線検知部11が形
成された独立型である。なお、図10には2×2=4個
の熱型赤外線センサ10が示されている。
2. Description of the Related Art FIG. 10 is a partially cut plan view showing a conventional thermal infrared sensor. As shown in FIG.
A cavity 3 is formed on the cavity 2 of the semiconductor substrate 1. The diaphragm 3 is formed of a silicon nitride film as a thermally insulating material. The diaphragm 3 has a beam 8 and a main body 9. Further, p-type poly Si4 and n-type poly Si5 are formed on the diaphragm 3, and p-type poly Si4 and n-type poly Si5 are formed.
Are connected alternately by a wiring 6 made of Al, and the p-type poly S
i4 and n-type poly Si5 form a pair of thermocouples, and these thermocouples are arranged and connected in series to form a thermopile. Further, a heat absorbing layer 7 is formed on the thermocouple via an interlayer insulating layer (not shown), and a thermopile type infrared detecting section 11 having the thermocouple and the heat absorbing layer 7 is formed on the diaphragm 3. I have. That is, the thermal infrared sensor 10 is an independent type in which one infrared detecting unit 11 is formed on one diaphragm 3. FIG. 10 shows 2 × 2 = 4 thermal infrared sensors 10.

【0003】この熱型赤外線センサ10を製造するに
は、半導体基板1にシリコン窒化膜を形成したのち、シ
リコン窒化膜の一部にエッチング用穴12を設け、エッ
チング用穴12からSiエッチング液を浸潤し、異方性
エッチングにより空洞2を形成する。すなわち、シリコ
ンマイクロマシニング技術により熱分離構造を形成す
る。こののち、熱電対、熱吸収層7を有する赤外線検知
部11を設ける。
In order to manufacture the thermal infrared sensor 10, after forming a silicon nitride film on the semiconductor substrate 1, an etching hole 12 is provided in a part of the silicon nitride film, and a Si etching solution is supplied through the etching hole 12. Infiltrate and form a cavity 2 by anisotropic etching. That is, a thermal isolation structure is formed by silicon micromachining technology. Thereafter, an infrared detector 11 having a thermocouple and a heat absorbing layer 7 is provided.

【0004】この熱型赤外線センサにおいては、熱吸収
層7と半導体基板1との間の温度差によって熱型赤外線
センサ10の感度が決まる。この温度差は梁部8の幅W
1と梁部8の長さL1によって定まる梁部8の熱抵抗の大
きさによって決まる。また、熱型赤外線センサ10の出
力信号を実用レベルの値にするには、熱型赤外線センサ
10のダイアフラム3の梁部8の熱抵抗を大きくする方
法、熱吸収層7の面積を大きくして熱吸収エネルギーを
大きくする方法、熱吸収層7の材料として熱吸収効率の
高いものを用いる方法がなど取られている。
In this thermal infrared sensor, the sensitivity of the thermal infrared sensor 10 is determined by the temperature difference between the heat absorbing layer 7 and the semiconductor substrate 1. This temperature difference is the width W of the beam 8.
It is determined by the magnitude of the thermal resistance of the beam 8 determined by 1 and the length L 1 of the beam 8. In order to make the output signal of the thermal infrared sensor 10 a practical level, a method of increasing the thermal resistance of the beam portion 8 of the diaphragm 3 of the thermal infrared sensor 10 and increasing the area of the heat absorbing layer 7 A method of increasing heat absorption energy, a method of using a material having high heat absorption efficiency as the material of the heat absorption layer 7, and the like are employed.

【0005】図11は図10に示した熱型赤外線センサ
を有する従来の熱型赤外線アレイ素子の一部を示す図で
ある。図に示すように、各熱型赤外線センサ10がアレ
イ状に配置され、x、yアドレススイッチ用の回路部1
3、x配線14、y配線15が設けられ、所望の熱型赤
外線センサ画素の信号を外部に取り出すことができる。
なお、図11においてはデコーダ部、プリアンプ部を省
いて示している。
FIG. 11 is a diagram showing a part of a conventional thermal infrared array device having the thermal infrared sensor shown in FIG. As shown in the figure, each thermal infrared sensor 10 is arranged in an array, and a circuit section 1 for x and y address switches is provided.
3, the x wiring 14 and the y wiring 15 are provided, and a signal of a desired thermal infrared sensor pixel can be taken out.
In FIG. 11, the decoder section and the preamplifier section are omitted.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図10に示した熱型赤
外線センサ10においては、感度を向上するために、梁
部8の熱抵抗を高める方法、すなわち梁部8の長さL1
を大きくして、熱吸収層7から半導体基板1(熱シン
ク)までの距離を長くするとともに、梁部8の断面積を
小さくする方法がとられている。しかし、梁部8の長さ
1を大きくしたときには、高感度は達成されるが、熱
型赤外線センサ10の開口率(空洞2の面積に対する赤
外線吸収量に直接関連する熱吸収層7の面積の割合)が
小さくなり、熱吸収エネルギーが低下し、条件によって
は出力信号が低下するから、被検出物を確実に検出する
ことができない。一方、熱吸収層7の面積を大きくし
て、しかも梁部8を長さL1を大きくすると、熱型赤外
線センサ10の占有面積が大きくなり、熱型赤外線アレ
イ素子の素子面積が大きくなってしまう。
In the thermal infrared sensor 10 shown in FIG. 10, a method of increasing the thermal resistance of the beam 8 in order to improve the sensitivity, that is, the length L 1 of the beam 8
To increase the distance from the heat absorbing layer 7 to the semiconductor substrate 1 (heat sink) and to reduce the cross-sectional area of the beam portion 8. However, when the length L 1 of the beam portion 8 is increased, high sensitivity is achieved, but the aperture ratio of the thermal infrared sensor 10 (the area of the heat absorbing layer 7 which is directly related to the infrared absorption amount with respect to the area of the cavity 2). ), The heat absorption energy is reduced, and the output signal is reduced depending on the condition, so that the object cannot be reliably detected. On the other hand, by increasing the area of the heat absorbing layer 7, moreover by increasing the length L 1 of the beam portion 8, the area occupied by the thermal infrared sensor 10 is increased, the element area of the thermal infrared array element is increased I will.

【0007】また、多数の熱型赤外線センサ10から熱
型赤外線アレイ素子を形成すると、ダイアフラム3の数
が多くなるから、ダイアフラム3の数に依存するダイア
フラム3の歩留まりによって熱型赤外線アレイ素子の製
造歩留まりが影響され、熱型赤外線アレイ素子の製造歩
留まりが低い。
Further, when a thermal infrared array element is formed from a large number of thermal infrared sensors 10, the number of diaphragms 3 is increased. Therefore, the thermal infrared array element is manufactured by the yield of the diaphragm 3 depending on the number of diaphragms 3. The yield is affected, and the production yield of the thermal infrared array element is low.

【0008】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、占有面積が小さくかつ被検出物を確実に検
出することができる熱型赤外線センサ、製造歩留まりが
高い熱型赤外線アレイ素子を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has been made to provide a thermal infrared sensor having a small occupied area and capable of reliably detecting an object to be detected, and a thermal infrared array element having a high production yield. The purpose is to provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、基板に空洞を設け、上記空洞上
にダイアフラムを形成し、上記ダイアフラム上に赤外線
検知部を形成した熱型赤外線センサにおいて、上記ダイ
アフラム上に複数の上記赤外線検知部を形成する。
In order to achieve this object, the present invention provides a thermal infrared sensor in which a cavity is provided in a substrate, a diaphragm is formed on the cavity, and an infrared detector is formed on the diaphragm. In the method, a plurality of the infrared detecting sections are formed on the diaphragm.

【0010】この場合、上記赤外線検知部に熱吸収層を
設け、上記各熱吸収層から上記基板までの熱抵抗を同等
とする。
In this case, a heat absorbing layer is provided in the infrared detecting section, and the heat resistance from each of the heat absorbing layers to the substrate is made equal.

【0011】これらの場合、上記赤外線検知部をサーモ
パイル型、ボロメータ型または焦電型とする。
In these cases, the infrared detector is of a thermopile type, bolometer type or pyroelectric type.

【0012】これらの場合、上記赤外線検知部に熱吸収
層を設け、上記熱吸収層の下部に熱良導体層を設ける。
In these cases, a heat absorbing layer is provided on the infrared detecting section, and a heat conductive layer is provided below the heat absorbing layer.

【0013】これらの場合、上記赤外線検知部の境界に
熱絶縁性の高い領域を設ける。
In these cases, a region having high thermal insulation is provided at the boundary of the infrared detecting section.

【0014】この場合、上記赤外線検知部の境界に熱分
離穴または熱分離スリットを設けて上記熱絶縁性の高い
領域を設ける。
In this case, a heat separating hole or a heat separating slit is provided at the boundary of the infrared detecting section to provide the region having high thermal insulation.

【0015】また、熱型赤外線アレイ素子において、上
記の熱型赤外線センサを設ける。
In the thermal infrared array device, the thermal infrared sensor is provided.

【0016】この場合、上記赤外線検出部が縦方向、横
方向のいずれか一方に一線に並ばないようにする。
In this case, the infrared detectors are not arranged in one of the vertical and horizontal directions.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明に係る熱型赤外線センサにおいて
は、ダイアフラム上に複数の赤外線検知部を形成してい
るから、赤外線検知部の開口率を大きくすることができ
るので、占有面積を小さすることができ、かつ出力信号
を大きくすることが可能であるため、被検出物を確実に
検出することができる。
In the thermal infrared sensor according to the present invention, since a plurality of infrared detecting portions are formed on the diaphragm, the aperture ratio of the infrared detecting portion can be increased, so that the occupied area is reduced. And the output signal can be increased, so that the object to be detected can be reliably detected.

【0018】また、赤外線検知部に熱吸収層を設け、各
熱吸収層から基板までの熱抵抗を同等としたときには、
各赤外線検知部の感度を同等にすることができる。
Further, when a heat absorbing layer is provided in the infrared detecting section and the heat resistance from each heat absorbing layer to the substrate is made equal,
The sensitivity of each infrared detection unit can be made equal.

【0019】また、赤外線検知部をサーモパイル型、ボ
ロメータ型または焦電型としたときには、赤外線検知部
の感度を良好にすることができる。
When the infrared detector is of a thermopile type, bolometer type or pyroelectric type, the sensitivity of the infrared detector can be improved.

【0020】また、赤外線検知部に熱吸収層を設け、熱
吸収層の下部に熱良導体層を設けたときには、各熱吸収
層の熱的分離がなされるから、赤外線検知部間のクロス
トークを低減することができる。
Further, when a heat absorbing layer is provided in the infrared detecting section and a heat conductive layer is provided below the heat absorbing layer, thermal separation of each heat absorbing layer is performed. Can be reduced.

【0021】また、赤外線検知部の境界に熱絶縁性の高
い領域を設けたときには、隣接する赤外線検知部間のク
ロストークを低減することができる。
Further, when a region having high thermal insulation is provided at the boundary between the infrared detecting units, crosstalk between adjacent infrared detecting units can be reduced.

【0022】また、赤外線検知部の境界に熱分離穴また
は熱分離スリットを設けて熱絶縁性の高い領域を設けた
ときには、隣接する赤外線検知部間のクロストークを確
実に低減することができ、また空洞を形成するための異
方性エッチングにおいて、熱分離穴、熱分離スリットか
らもエッチング液が侵入するので、異方性エッチングを
容易に行なうことができる。
Further, when a heat separation hole or a heat separation slit is provided at the boundary of the infrared detecting section to provide a region having high thermal insulation, crosstalk between adjacent infrared detecting sections can be reliably reduced. Further, in the anisotropic etching for forming the cavity, the anisotropic etching can be easily performed because the etching liquid enters through the heat separation holes and the heat separation slits.

【0023】また、本発明に係る熱型赤外線アレイ素子
においては、ダイアフラムの数を少なくすることができ
るから、製造歩留まりを高めることができ、また配線に
用いる領域を少なくすることができるから、素子面積を
小さくすることができるので、製造コストを低減するこ
とができる。
In the thermal type infrared array element according to the present invention, the number of diaphragms can be reduced, so that the production yield can be increased, and the area used for wiring can be reduced, so that the element can be reduced. Since the area can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.

【0024】また、赤外線検出部が縦方向、横方向のい
ずれか一方に一線に並ばないようにしたときには、検出
対象物が縦方向、横方向に存在する場合に、縦方向、横
方向に並んだ熱型赤外線センサのいずれか1個によって
検出される確率が大きくなるから、検出対象物を確実に
検出することができる。
When the infrared detectors are arranged not to be aligned in one of the vertical and horizontal directions, if the objects to be detected exist in the vertical and horizontal directions, they are aligned in the vertical and horizontal directions. Since the probability of detection by any one of the thermal infrared sensors increases, the detection target can be reliably detected.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係る熱型赤外線セ
ンサを示す一部切断平面図、図2は図1のA−A断面図
である。図に示すように、Siからなる半導体基板31
に空洞32が設けられ、半導体基板31の空洞32上に
熱的絶縁材料であるシリコン窒化物からなるダイアフラ
ム33が形成され、ダイアフラム33は8本の梁部38
と本体部39とを有する。また、ダイアフラム33の梁
部38上にp型ポリSi34とn型ポリSi35とが形
成され、p型ポリSi34とn型ポリSi35とが交互
にAlからなる配線36で接続され、p型ポリSi34
とn型ポリSi35とが一対の熱電対となり、この熱電
対が直列に配置、接続されてサーモパイルとなる。ま
た、ダイアフラム33上に層間絶縁層46が形成され、
層間絶縁層46上にパッシベーション膜47が形成さ
れ、パッシベーション膜47上の本体部39上方領域に
アモルファスSi48が形成され、アモルファスSi4
8上に金黒からなる熱吸収層37が形成され、ダイアフ
ラム33上に熱電対、熱吸収層37を有するサーモパイ
ル型の赤外線検知部41が形成され、熱型赤外線センサ
40は2×2=4個の赤外線検知部41を有する。すな
わち、この熱型赤外線センサ40は1個のダイアフラム
33上に複数の赤外線検知部41が形成された共有型で
ある。また、各梁部38の長さL2、幅W2が等しいか
ら、各熱吸収層37から半導体基板31までの熱抵抗が
同等である。
FIG. 1 is a partially cutaway plan view showing a thermal infrared sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. As shown in the figure, a semiconductor substrate 31 made of Si
A cavity 33 is formed on the cavity 32 of the semiconductor substrate 31, and a diaphragm 33 made of silicon nitride, which is a thermally insulating material, is formed on the cavity 32. The diaphragm 33 has eight beam portions 38.
And a main body 39. Further, a p-type poly Si 34 and an n-type poly Si 35 are formed on the beam portion 38 of the diaphragm 33, and the p-type poly Si 34 and the n-type poly Si 35 are alternately connected by a wiring 36 made of Al.
And n-type poly-Si 35 form a pair of thermocouples, and the thermocouples are arranged and connected in series to form a thermopile. Further, an interlayer insulating layer 46 is formed on the diaphragm 33,
A passivation film 47 is formed on the interlayer insulating layer 46, an amorphous Si 48 is formed on the passivation film 47 in a region above the main body 39, and an amorphous Si 4
8, a heat absorbing layer 37 made of gold and black is formed, a thermocouple and a thermopile type infrared detecting section 41 having the heat absorbing layer 37 are formed on the diaphragm 33, and the thermal type infrared sensor 40 is 2 × 2 = 4. It has an infrared detecting section 41. That is, the thermal infrared sensor 40 is of a shared type in which a plurality of infrared detectors 41 are formed on one diaphragm 33. Since the length L 2 and the width W 2 of each beam portion 38 are equal, the thermal resistance from each heat absorbing layer 37 to the semiconductor substrate 31 is equal.

【0026】つぎに、図1、図2に示した熱型赤外線セ
ンサの製造方法を説明する。まず、半導体基板31にシ
リコン窒化膜を形成したのち、シリコン窒化膜の一部に
エッチング用穴42を設け、エッチング用穴42からS
iエッチング液を浸潤し、異方性エッチングにより空洞
32を形成し、ダイアフラム33を形成する。つぎに、
ダイアフラム33上にポリSiを形成し、ポリSiの熱
電対にする領域にp型、n型の不純物をドープし、各ポ
リSiをパターン化して、p型ポリSi34とn型ポリ
Si35とを形成し、p型ポリSi34とn型ポリSi
35とを交互に層間絶縁層46を介して配線36で接続
する。つぎに、層間絶縁層46上にパッシベーション膜
47を形成し、パッシベーション膜47上にアモルファ
スSi48を形成し、アモルファスSi48上に熱吸収
層37を形成する。
Next, a method of manufacturing the thermal infrared sensor shown in FIGS. 1 and 2 will be described. First, after a silicon nitride film is formed on the semiconductor substrate 31, an etching hole 42 is provided in a part of the silicon nitride film, and S
An i-etchant is infiltrated, a cavity 32 is formed by anisotropic etching, and a diaphragm 33 is formed. Next,
Poly-Si is formed on the diaphragm 33, p-type and n-type impurities are doped in a region to be a thermocouple of poly-Si, and each poly-Si is patterned to form a p-type poly-Si and an n-type poly-Si. And p-type poly Si34 and n-type poly Si
35 are alternately connected by a wiring 36 via an interlayer insulating layer 46. Next, a passivation film 47 is formed on the interlayer insulating layer 46, an amorphous Si 48 is formed on the passivation film 47, and a heat absorption layer 37 is formed on the amorphous Si 48.

【0027】つぎに、感度に直接関連する図10に示し
た熱型赤外線センサ10の梁部8の熱抵抗と図1、図2
に示した熱型赤外線センサ40の梁部38の熱抵抗とに
ついて考える。図10に示した4つの赤外線センサの4
つの空洞2の面積と空洞32の面積とが同じであり、梁
部8の長さL1と梁部38の長さL2とが同じであり、熱
電対数が同じであるとする。今仮に、梁部38の幅W2
が梁部8の幅W1の2倍で、熱型赤外線センサ40の隣
り合う赤外線検知部41が熱的に分離されているとする
と、梁部8の熱抵抗と梁部38の熱抵抗とは同じとな
る。すなわち、赤外線の感度は同等といえる。そして、
熱型赤外線センサ10の比検出能(D*)が最大値に近
い時の開口率は約4/9(0.44)であるので、この
時の条件で計算すると、熱型赤外線センサ40の開口率
は約0.69となり、熱型赤外線センサ40の開口率は
熱型赤外線センサ10のの開口率の約1.55倍とな
る。また、見方を変えれば、熱型赤外線センサ40の開
口率を従来の熱型赤外線センサ10の開口率と同等とす
ると、梁部38の長さL2を梁部8の長さL1よりも大き
くすることができ、梁部38の熱抵抗を梁部8の熱抵抗
よりも向上することができるから、感度が向上する。さ
らに違う見方をすれば、熱型赤外線センサ40の出力信
号と熱型赤外線センサ10の出力信号とを同等にする
と、熱型赤外線センサ40の占有面積が熱型赤外線セン
サ10の占有面積よりも小さくなる。
Next, the thermal resistance of the beam portion 8 of the thermal infrared sensor 10 shown in FIG.
Consider the thermal resistance of the beam portion 38 of the thermal infrared sensor 40 shown in FIG. Four of the four infrared sensors shown in FIG.
One of the cavity 2 of the area and the area of the cavity 32 are the same, the length L 2 of the length L 1 and the beam portion 38 of the beam part 8 are the same, the thermoelectric logarithm is assumed to be the same. Suppose now that the width W 2 of the beam 38 is
Is twice the width W 1 of the beam portion 8 and the infrared detecting portions 41 adjacent to each other of the thermal infrared sensor 40 are thermally separated, the thermal resistance of the beam portion 8 and the thermal resistance of the beam portion 38 are reduced. Is the same. That is, it can be said that the sensitivity of infrared rays is equivalent. And
The aperture ratio when the specific detection capability (D *) of the thermal infrared sensor 10 is close to the maximum value is about 4/9 (0.44). The aperture ratio is approximately 0.69, and the aperture ratio of the thermal infrared sensor 40 is approximately 1.55 times the aperture ratio of the thermal infrared sensor 10. Also, another point of view, when the aperture ratio of the thermal infrared sensor 40 is equal to the aperture ratio of the conventional thermal infrared sensor 10, than the length L 1 of the length L 2 of the beam portion 38 the beam portion 8 The sensitivity can be improved because the thermal resistance of the beam portion 38 can be made higher than the thermal resistance of the beam portion 8. From a different point of view, when the output signal of the thermal infrared sensor 40 and the output signal of the thermal infrared sensor 10 are made equal, the occupied area of the thermal infrared sensor 40 is smaller than the occupied area of the thermal infrared sensor 10. Become.

【0028】このように、図1、図2に示した熱型赤外
線センサにおいては、ダイアフラム33上に4個の赤外
線検知部41が形成されているから、熱型赤外線センサ
40(1個当たりの赤外線検知部41)の開口率を大き
くすることができるので、占有面積を小さすることがで
き、かつ出力信号を大きくすることができるため、被検
出物を確実に検出することができる。また、熱吸収層3
7の下部にアモルファスSi層48が形成されているか
ら、金黒からなる熱吸収層37の密着性を向上すること
ができる。また、各熱吸収層37から半導体基板31ま
での熱抵抗が同等であるから、各赤外線検知部41の感
度を同等にすることができる。
As described above, in the thermal infrared sensor shown in FIGS. 1 and 2, since the four infrared detecting sections 41 are formed on the diaphragm 33, the thermal infrared sensor 40 (one per infrared sensor) is provided. Since the aperture ratio of the infrared detector 41) can be increased, the occupied area can be reduced, and the output signal can be increased, so that the object to be detected can be reliably detected. In addition, the heat absorbing layer 3
7, the adhesion of the heat absorbing layer 37 made of gold black can be improved. Further, since the thermal resistance from each heat absorbing layer 37 to the semiconductor substrate 31 is equal, the sensitivity of each infrared detecting unit 41 can be equalized.

【0029】図3は本発明に係る他の熱型赤外線センサ
を示す断面図である。図に示すように、パッシベーショ
ン膜47とアモルファスSi48との間に金属からなる
熱良導体層49が形成されている。
FIG. 3 is a sectional view showing another thermal infrared sensor according to the present invention. As shown in the figure, a thermal conductor layer 49 made of metal is formed between the passivation film 47 and the amorphous Si.

【0030】この熱型赤外線センサにおいては、各熱吸
収層37の熱的分離が容易であるから、隣の赤外線検知
部41からの影響をなくすことができ、赤外線検知部4
1間のクロストークを低減することができる。
In this thermal infrared sensor, since the thermal absorption of each heat absorbing layer 37 is easy, the influence from the adjacent infrared detecting section 41 can be eliminated, and the infrared detecting section 4 can be removed.
1 can reduce crosstalk.

【0031】図4は本発明に係る他の熱型赤外線センサ
を示す一部切断平面図、図5は図4に示した熱型赤外線
センサを示す正断面図である。図に示すように、各赤外
線検知部41の境界すなわち熱吸収層37の間に複数の
熱分離穴51が形成され、赤外線検知部41の境界に熱
絶縁性の高い領域が設けられている。
FIG. 4 is a partially cutaway plan view showing another thermal infrared sensor according to the present invention, and FIG. 5 is a front sectional view showing the thermal infrared sensor shown in FIG. As shown in the figure, a plurality of heat separation holes 51 are formed at the boundaries between the infrared detection units 41, that is, between the heat absorbing layers 37, and regions with high thermal insulation are provided at the boundaries between the infrared detection units 41.

【0032】この熱型赤外線センサにおいては、隣り合
う赤外線検知部41間の熱抵抗が大きくなるから、赤外
線検知部41間のクロストークを低減することができ
る。また、熱電対が形成されている梁部38に熱の伝導
が限定されるから、赤外線検知部41の感度を向上する
ことができる。また、ダイアフラム33の中央付近に熱
分離穴51が設けられているから、空洞32を形成する
ための異方性エッチングにおいて、熱分離穴51からも
Siエッチング液が侵入するので、異方性エッチングを
容易に行なうことができ、またダイアフラム33の強度
をそれほど損なうことがない。
In this thermal infrared sensor, the thermal resistance between the adjacent infrared detectors 41 is increased, so that crosstalk between the infrared detectors 41 can be reduced. In addition, since the conduction of heat is limited to the beam portion 38 on which the thermocouple is formed, the sensitivity of the infrared detection unit 41 can be improved. Further, since the heat separation hole 51 is provided near the center of the diaphragm 33, the anisotropic etching for forming the cavity 32 allows the Si etchant to enter from the heat separation hole 51. Can be easily performed, and the strength of the diaphragm 33 is not significantly reduced.

【0033】図6は本発明に係る他の熱型赤外線センサ
を示す一部切断平面図である。図に示すように、各赤外
線検知部41の熱吸収層37の間に複数の熱分離スリッ
ト52が形成されている。
FIG. 6 is a partially cut plan view showing another thermal infrared sensor according to the present invention. As shown in the figure, a plurality of heat separating slits 52 are formed between the heat absorbing layers 37 of each infrared detecting section 41.

【0034】この熱型赤外線センサにおいては、隣り合
う赤外線検知部41間の熱抵抗が大きくなるから、赤外
線検知部41間のクロストークを低減することができ
る。また、熱電対が形成されている梁部38に熱の伝導
が限定されるから、赤外線検知部41の感度を向上する
ことができる。また、ダイアフラム33の中央付近に熱
分離スリット52が設けられているから、空洞32を形
成するための異方性エッチングにおいて、熱分離スリッ
ト52からもSiエッチング液が侵入するので、異方性
エッチングを容易に行なうことができる。
In this thermal type infrared sensor, since the thermal resistance between the adjacent infrared detectors 41 increases, crosstalk between the infrared detectors 41 can be reduced. In addition, since the conduction of heat is limited to the beam portion 38 on which the thermocouple is formed, the sensitivity of the infrared detection unit 41 can be improved. Further, since the thermal separation slit 52 is provided in the vicinity of the center of the diaphragm 33, in the anisotropic etching for forming the cavity 32, since the Si etching liquid also enters from the thermal separation slit 52, the anisotropic etching is performed. Can be easily performed.

【0035】図7は本発明に係る熱型赤外線アレイ素子
の一部を示す図である。図に示すように、複数の熱型赤
外線センサ40が縦横に整列して配置され、x、yアド
レススイッチ用の回路部43、x配線44、y配線45
が設けられ、所望の熱型赤外線センサ画素の信号を外部
に取り出すことができる。なお、図7においてはデコー
ダ部、プリアンプ部を省いて示している。
FIG. 7 is a diagram showing a part of a thermal infrared array element according to the present invention. As shown in the figure, a plurality of thermal infrared sensors 40 are arranged vertically and horizontally, and a circuit section 43 for an x, y address switch, an x wiring 44, and a y wiring 45
Is provided, and a signal of a desired thermal infrared sensor pixel can be extracted to the outside. In FIG. 7, the decoder section and the preamplifier section are omitted.

【0036】この熱型赤外線アレイ素子においては、ダ
イアフラム33の数を少なくすることができるから、製
造歩留まりを高めることができ、またx配線44、y配
線45に用いる領域を少なくすることができるから、素
子面積を小さくすることができるので、製造コストを低
減することができる。
In this thermal type infrared array device, the number of diaphragms 33 can be reduced, so that the production yield can be increased, and the area used for the x wirings 44 and y wirings 45 can be reduced. Since the element area can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.

【0037】図8は本発明に係る他の熱型赤外線アレイ
素子の一部を示す図である。図に示すように、図8紙面
上下方向に並んだ3個の熱型赤外線センサ40が図8紙
面左右方向にずれて位置しており、また図8紙面左右方
向に並んだ3個の熱型赤外線センサ40が図8紙面上下
方向にずれて位置している。
FIG. 8 is a diagram showing a part of another thermal type infrared array element according to the present invention. As shown in the figure, three thermal infrared sensors 40 arranged vertically in the plane of FIG. 8 are shifted from each other in the lateral direction of FIG. 8, and three thermal infrared sensors 40 arranged in the lateral direction of FIG. The infrared sensor 40 is shifted vertically in FIG. 8.

【0038】この熱型赤外線アレイ素子においては、検
出対象物が図8紙面上下方向または左右方向に存在する
場合には、図8紙面上下方向に並んだ3個の熱型赤外線
センサ40のいずれか1個または図8紙面左右方向に並
んだ3個の熱型赤外線センサ40のいずれか1個によっ
て検出される確率が大きくなるから、検出対象物を確実
に検出することができる。
In this thermal infrared array element, when the object to be detected exists in the vertical direction or the horizontal direction in FIG. 8, one of the three thermal infrared sensors 40 arranged in the vertical direction in FIG. Since the probability of detection by one or any one of the three thermal infrared sensors 40 arranged in the horizontal direction of FIG. 8 increases, the detection target can be reliably detected.

【0039】図9は本発明に係る他の熱型赤外線アレイ
素子の一部を示す図である。図に示すように、図9紙面
左右方向に隣接する熱型赤外線センサ40の位置を熱型
赤外線センサ40の図9紙面上下方向寸法の半分だけず
らしており、また図9紙面左右方向に並んだ熱型赤外線
センサ40の列の1個おきの列に属しかつ図9紙面上下
方向に並んだ3個の熱型赤外線センサ40が図9紙面左
右方向にずれて位置しており、y配線45が千鳥式に配
線されている。
FIG. 9 is a view showing a part of another thermal type infrared array element according to the present invention. As shown in the figure, the positions of the thermal infrared sensors 40 adjacent to each other in the horizontal direction of FIG. 9 are shifted by half of the vertical dimension of the thermal infrared sensor 40 in the vertical direction of FIG. 9, and are arranged in the horizontal direction of FIG. Three thermal infrared sensors 40 belonging to every other row of the thermal infrared sensor 40 and arranged vertically in FIG. 9 are shifted in the horizontal direction in FIG. Wired in a staggered fashion.

【0040】この熱型赤外線アレイ素子においては、検
出対象物が図9紙面上下方向または左右方向に存在する
場合には、図9紙面上下方向に並んだ3個の熱型赤外線
センサ40のいずれか1個または図9紙面左右方向に並
んだ2個の熱型赤外線センサ40のいずれか1個によっ
て検出される確率が大きくなるから、検出対象物を確実
に検出することができる。
In this thermal infrared array element, when the object to be detected exists in the vertical direction or the horizontal direction in FIG. 9, one of the three thermal infrared sensors 40 arranged in the vertical direction in FIG. Since the probability of detection by one or any one of the two thermal infrared sensors 40 arranged in the horizontal direction of FIG. 9 increases, the detection target can be reliably detected.

【0041】なお、上述実施の形態においては、サーモ
パイル型の赤外線検知部41を設けたが、ボロメータ
型、焦電型の赤外線検知部を設けてもよく、これらの場
合には赤外線検知部の感度を良好にすることができる。
また、上述実施の形態においては、基板として半導体基
板31を用いたが、他の基板を用いてもよい。また、上
述実施の形態においては、1個のダイアフラム33上に
4個の赤外線検知部41を形成したが、1個のダイアフ
ラム上に複数の赤外線検知部を形成すればよい。また、
上述実施の形態においては、8本の梁部38を有するダ
イアフラム33を設けたが、4本の梁部を有するダイア
フラムを設けてもよい。また、上述実施の形態において
は、赤外線検知部41の境界に熱分離穴51または熱分
離スリット52を設けて熱絶縁性の高い領域を設けた
が、赤外線検知部の境界に酸素を注入して熱抵抗が大き
い酸化膜を形成することにより熱絶縁性の高い領域を設
けてもよい。また、上述実施の形態においては、熱吸収
層37の下部にアモルファスSi層48を設けたが、金
黒以外の材料からなる熱吸収膜を用いた場合には、アモ
ルファスSi層を設けなくともよい。また、上述実施の
形態においては、1個のダイアフラム33上に4個の赤
外線検知部41を形成したが、1個のダイアフラム33
上にn個の赤外線検知部を形成したときには、全体の画
素数の1/nの数のダイアフラムでよいことになる。
In the above-described embodiment, the thermopile type infrared detecting section 41 is provided, but a bolometer type or pyroelectric type infrared detecting section may be provided. Can be improved.
Further, in the above embodiment, the semiconductor substrate 31 is used as the substrate, but another substrate may be used. Further, in the above-described embodiment, four infrared detection units 41 are formed on one diaphragm 33, but a plurality of infrared detection units may be formed on one diaphragm. Also,
In the above-described embodiment, the diaphragm 33 having the eight beam portions 38 is provided, but a diaphragm having four beam portions may be provided. Further, in the above-described embodiment, the heat isolation hole 51 or the heat isolation slit 52 is provided at the boundary of the infrared detection unit 41 to provide a region having high thermal insulation, but oxygen is injected at the boundary of the infrared detection unit. A region having high thermal insulation may be provided by forming an oxide film having high thermal resistance. In the above-described embodiment, the amorphous Si layer 48 is provided below the heat absorbing layer 37. However, when a heat absorbing film made of a material other than gold and black is used, the amorphous Si layer may not be provided. . Further, in the above-described embodiment, four infrared detectors 41 are formed on one diaphragm 33, but one diaphragm 33 is formed.
When n infrared detectors are formed above, a diaphragm of 1 / n of the total number of pixels is sufficient.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る熱型赤外線センサを示す一部切断
平面図である。
FIG. 1 is a partially cutaway plan view showing a thermal infrared sensor according to the present invention.

【図2】図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】本発明に係る他の熱型赤外線センサを示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating another thermal infrared sensor according to the present invention.

【図4】本発明に係る他の熱型赤外線センサを示す一部
切断平面図である。
FIG. 4 is a partially cutaway plan view showing another thermal infrared sensor according to the present invention.

【図5】図4に示した熱型赤外線センサを示す正断面図
である。
FIG. 5 is a front sectional view showing the thermal infrared sensor shown in FIG. 4;

【図6】本発明に係る他の熱型赤外線センサを示す一部
切断平面図である。
FIG. 6 is a partially cutaway plan view showing another thermal infrared sensor according to the present invention.

【図7】本発明に係る熱型赤外線アレイ素子の一部を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a part of a thermal infrared array element according to the present invention.

【図8】本発明に係る他の熱型赤外線アレイ素子の一部
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a part of another thermal infrared array element according to the present invention.

【図9】本発明に係る他の熱型赤外線アレイ素子の一部
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a part of another thermal infrared array element according to the present invention.

【図10】従来の熱型赤外線センサを示す一部切断平面
図である。
FIG. 10 is a partially cut plan view showing a conventional thermal infrared sensor.

【図11】従来の熱型赤外線アレイ素子の一部を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a part of a conventional thermal infrared array element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31…半導体基板 32…空洞 33…ダイアフラム 34…p型ポリSi 35…n型ポリSi 36…配線 37…熱吸収層 38…梁部 39…本体部 40…熱型赤外線センサ 41…赤外線検知部 49…熱良導体層 51…熱分離穴 52…熱分離スリット DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Semiconductor substrate 32 ... Cavity 33 ... Diaphragm 34 ... p-type poly Si 35 ... n-type poly Si 36 ... Wiring 37 ... Heat absorption layer 38 ... Beam part 39 ... Body part 40 ... Thermal infrared sensor 41 ... Infrared detecting part 49 … Thermal conductor layer 51… thermal separation hole 52… thermal separation slit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 37/02 H01L 37/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 37/02 H01L 37/02

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板に空洞を設け、上記空洞上にダイアフ
ラムを形成し、上記ダイアフラム上に赤外線検知部を形
成した熱型赤外線センサにおいて、上記ダイアフラム上
に複数の赤外線検知部を形成したことを特徴とする熱型
赤外線センサ。
1. A thermal infrared sensor in which a cavity is provided in a substrate, a diaphragm is formed on the cavity, and an infrared detector is formed on the diaphragm, wherein a plurality of infrared detectors are formed on the diaphragm. Characterized thermal infrared sensor.
【請求項2】上記赤外線検知部に熱吸収層を設け、上記
各熱吸収層から上記基板までの熱抵抗を同等としたこと
を特徴とする請求項1に記載の熱型赤外線センサ。
2. The thermal infrared sensor according to claim 1, wherein a heat absorbing layer is provided in the infrared detecting section, and the thermal resistance from each of the heat absorbing layers to the substrate is made equal.
【請求項3】上記赤外線検知部をサーモパイル型、ボロ
メータ型または焦電型としたことを特徴とする請求項1
または2に記載の熱型赤外線センサ。
3. The infrared detector according to claim 1, wherein said infrared detector is of a thermopile type, a bolometer type or a pyroelectric type.
Or a thermal infrared sensor according to 2.
【請求項4】上記赤外線検知部に熱吸収層を設け、上記
熱吸収層の下部に熱良導体層を設けたことを特徴とする
請求項1または3に記載の熱型赤外線センサ。
4. The thermal infrared sensor according to claim 1, wherein a heat absorbing layer is provided in the infrared detecting section, and a heat conductive layer is provided below the heat absorbing layer.
【請求項5】上記赤外線検知部の境界に熱絶縁性の高い
領域を設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか
に記載の熱型赤外線センサ。
5. The thermal infrared sensor according to claim 1, wherein a region having high thermal insulation is provided at a boundary of said infrared detecting section.
【請求項6】上記赤外線検知部の境界に熱分離穴または
熱分離スリットを設けて上記熱絶縁性の高い領域を設け
たことを特徴とする請求項5に記載の熱型赤外線セン
サ。
6. A thermal infrared sensor according to claim 5, wherein a heat separation hole or a heat separation slit is provided at a boundary of said infrared detecting section to provide said region having high thermal insulation.
【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載の熱型赤外
線センサを有することを特徴とする熱型赤外線アレイ素
子。
7. A thermal infrared array device comprising the thermal infrared sensor according to claim 1.
【請求項8】上記赤外線検出部が縦方向、横方向のいず
れか一方に一線に並ばないことを特徴とする請求項7に
記載の熱型赤外線アレイ素子。
8. The thermal infrared array element according to claim 7, wherein said infrared detecting sections are not arranged in one of a vertical direction and a horizontal direction.
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