JP2000356545A - Infrared detection element and its manufacture - Google Patents

Infrared detection element and its manufacture

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JP2000356545A
JP2000356545A JP16512799A JP16512799A JP2000356545A JP 2000356545 A JP2000356545 A JP 2000356545A JP 16512799 A JP16512799 A JP 16512799A JP 16512799 A JP16512799 A JP 16512799A JP 2000356545 A JP2000356545 A JP 2000356545A
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JP
Japan
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infrared
temperature measuring
temperature
silicon
forming
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JP16512799A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoteru Kishi
直輝 岸
Hitoshi Hara
仁 原
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • G01J5/0225Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
    • G01J5/023Particular leg structure or construction or shape; Nanotubes

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared detection element having a large resistance value and a large infrared absorption reception area as a temperature-measuring part by forming the element of a high-concentration impurities-doped area on an SOI substrate in a spiral pattern turning back at the center. SOLUTION: A silicon oxide film 3 is formed on a surface of a silicon substrate 2 constituting an SOI substrate 1, on which a silicon activation layer 4 is formed. A temperature-measuring part and infrared-absorbing part 5 is formed to the silicon activation layer 4. Boron as a high-concentration impurity is doped to the part, which is formed in a spiral shape turning back at the center. The infrared detection element can be obtained in which a resistance value can be increased as the temperature-detecting part and moreover an infrared absorption reception area can be increased. Aluminum electrode parts 6 and 7 are set to both ends of the temperature-measuring and infrared- absorbing part 5, and the silicon substrate 2 and silicon oxide film 3 are selectively removed to form a hollow part 8. A general semiconductor production process can be used to manufacture the element, and the element stable in quality can be manufactured with a high yield.

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、赤外検出素子とそ
の製造方法に関するものであり、詳しくは、製造プロセ
スが容易で量産化に適し、応力集中が回避出来、構造が
強固であり、測温部としての抵抗値を大きく出来、赤外
線吸収としての受光面積を大きく出来、シリコン単結晶
を用いた赤外検出素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared detecting element and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an infrared detecting element which is easy to manufacture and suitable for mass production, can avoid stress concentration, has a strong structure, and has a strong structure. The present invention relates to an infrared detecting element using a silicon single crystal, in which a resistance value as a warm part can be increased, a light receiving area as infrared absorption can be increased.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から用いられている赤外検出素子の
一種に、薄膜ボロメータがある。薄膜ボロメータは、主
に金属酸化膜等のセラミックスを測温抵抗体としたもの
であって、ハードマスク等を用いて基板上に抵抗パター
ンを成形すると共に、電極を形成し、更に、吸収材等を
塗布することにより製造されている。
2. Description of the Related Art A thin film bolometer is one type of infrared detecting element conventionally used. Thin-film bolometers mainly use ceramics such as a metal oxide film as a resistance temperature detector. A resistance pattern is formed on a substrate using a hard mask or the like, electrodes are formed, and an absorbing material or the like is formed. It is manufactured by applying.

【0003】このような構成の薄膜ボロメータで重要な
要素は、測温抵抗体の物性であり、如何に抵抗温度係数
が高くて、雑音の少ない膜を形成出来るかが、重要な技
術要素となる。測温抵抗体の性質は、物質の組成比等が
変われば大きく変化してしまう。
An important factor in such a thin film bolometer is the physical properties of the resistance temperature detector. An important technical factor is how to form a film having a high resistance temperature coefficient and low noise. . The properties of the resistance thermometer greatly change if the composition ratio of the substance or the like changes.

【0004】また、雑音に関しては、出荷時に測定して
良品を選別している。一方、このような抵抗体は、一般
に抵抗率が非常に高く、感度を向上させるために、高い
電圧をかけることが出来る反面、抵抗値のバラツキが大
きく、昇圧回路が必要になる。
[0004] Noise is measured at the time of shipment to select non-defective products. On the other hand, such a resistor generally has a very high resistivity and can be applied with a high voltage in order to improve the sensitivity, but has a large variation in resistance value and requires a booster circuit.

【0005】熱型の検出器である薄膜ボロメータは、照
射された被測定赤外線の放射束を吸収体で受けて、熱に
変換し、その温度変化を、それぞれの測温抵抗体で電気
信号に変換し、放射照度を測定する。
A thin-film bolometer, which is a thermal detector, receives an irradiated radiant flux of an infrared ray to be measured by an absorber, converts the radiant flux into heat, and converts the temperature change into an electric signal at each of the resistance temperature detectors. Convert and measure irradiance.

【0006】この際、吸収体で変換された熱を、効率よ
く温度変化に変換することが重要であり、そのために、
測温部と基板の間の熱コンダクタンスを、極力小さな構
造としなければならない。また、応答速度を高めるため
には、熱容量は小さくなくてはならない。
At this time, it is important to efficiently convert the heat converted by the absorber into a temperature change.
The thermal conductance between the temperature measuring unit and the substrate must be as small as possible. Further, in order to increase the response speed, the heat capacity must be small.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
製法では、熱コンダクタンスを改善するために、複雑な
パターニングをすることは困難であり、また、吸収材を
塗布することにより、熱コンダクタンス、熱容量が劣化
してしまう。
However, in the above-mentioned conventional manufacturing method, it is difficult to perform complicated patterning in order to improve the thermal conductance, and the thermal conductance, The heat capacity deteriorates.

【0008】すなわち、薄膜ボロメータの性能は、測温
抵抗体の物性値に大きく依存することから、成膜条件で
大きく変化してしまい、専用の成膜装置が必要となる。
また、吸収に関しては、吸収材に依存するので、熱コン
ダクタンス、熱容量の改善は困難である。
That is, since the performance of the thin film bolometer greatly depends on the physical property value of the resistance temperature detector, it greatly changes depending on the film forming conditions, and a dedicated film forming apparatus is required.
Further, since the absorption depends on the absorbing material, it is difficult to improve the thermal conductance and the heat capacity.

【0009】さらに、ハードマスクの使用や吸収材の塗
布などは、自動化が困難であり、これら製造工程でのバ
ラツキが、素子間の性能のバラツキに影響する。
Furthermore, it is difficult to automate the use of a hard mask and the application of an absorbing material, and variations in these manufacturing processes affect variations in performance between elements.

【0010】次に、大きな抵抗値を有する素子を得るた
めに、例えば、素子をミアンダ状(蛇行状)に構成する
事が考えられる。しかし、折り返し部分に応力が集中
し、適当な抵抗値を得るための、作製可能な抵抗体の長
さの制限が大きくなる。
Next, in order to obtain an element having a large resistance value, for example, the element may be configured in a meandering (meandering) shape. However, stress concentrates on the folded portion, and the limit on the length of the resistor that can be manufactured to obtain an appropriate resistance value increases.

【0011】また、自己発熱時に、隣接する抵抗体間に
温度差が生じ、高バイアス印加時には不均一に変形する
恐れがある。
Further, during self-heating, a temperature difference occurs between the adjacent resistors, and there is a possibility that the resistors will be deformed unevenly when a high bias is applied.

【0012】本発明はこのような問題点に着目したもの
である。本発明の目的は、製造プロセスが容易で量産化
に適し、構造が強固であり、測温部としての抵抗値を大
きく出来、赤外線吸収としての受光面積を大きく出来る
赤外検出素子とその製造方法を提供することにある。
The present invention focuses on such a problem. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an infrared detecting element having an easy manufacturing process, suitable for mass production, a strong structure, a large resistance value as a temperature measuring section, and a large light receiving area as infrared absorption, and a method of manufacturing the same. Is to provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、請求項1の赤外検出素子におい
ては、SOI基板上に、高濃度不純物のドープ領域によ
り形成され中心折り返しのスパイラル状パターンとして
形成されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the infrared detecting element of the first aspect, the center folded back formed on the SOI substrate by the doped region of the high concentration impurity is provided. Characterized by being formed as a spiral pattern.

【0014】この結果、このような構造の赤外検出素子
は、一般的な半導体製造プロセスを用いて製造すること
ができ、品質が安定した素子を、高い歩留まりで生産出
来る赤外線素子が得られる。
As a result, the infrared detecting element having such a structure can be manufactured by using a general semiconductor manufacturing process, and an infrared element capable of producing a stable element at a high yield can be obtained.

【0015】また、測温部兼赤外線吸収部を、中心折り
返しのスパイラル状パターンにしているので、測温部と
しての抵抗値を大きくでき、赤外線を吸収するための受
光面積を大きく出来る赤外線素子が得られる。
Further, since the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion are formed in a spiral pattern with the center folded back, an infrared element capable of increasing the resistance value as the temperature measuring portion and increasing the light receiving area for absorbing infrared rays can be provided. can get.

【0016】測温部兼赤外線吸収部を、中心折り返しの
スパイラル状(渦巻き状)にすることにより、ミアンダ
状(蛇行状)に構成した場合に生じ易い、応力の集中を
回避する事が出来る赤外線素子が得られる。
By forming the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion in a spiral shape (spiral shape) folded back at the center, it is possible to avoid concentration of stress, which is likely to occur when the meandering shape is formed. An element is obtained.

【0017】更に梁(測温部兼赤外線吸収部)の根本部
分の幅を徐々に広げることにより、更に強度を向上出来
る赤外線素子が得られる。また、測温部兼赤外線吸収部
の使用時の、自己発熱で、より高温となる中心部は、構
造が強固であり、変形も、半径方向に均一に起きる赤外
線素子が得られる。
Further, by gradually increasing the width of the root portion of the beam (temperature measuring portion and infrared absorbing portion), an infrared device capable of further improving the strength can be obtained. In addition, when the temperature measuring part and the infrared absorbing part are used, the central part where the temperature becomes higher due to self-heating is strong, and an infrared element is obtained in which the deformation occurs uniformly in the radial direction.

【0018】本発明の請求項2においては、請求項1記
載の赤外検出素子において、測温部兼赤外線吸収部の下
部に中空部が形成された事を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the infrared detecting element according to the first aspect, a hollow portion is formed below the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion.

【0019】この結果、中空部が形成されているので、
測温部兼赤外線吸収部をSOI基板から、熱的にほぼ絶
縁分離することができ、熱コンダクタンスは極めて小さ
くなり、熱容量特性を大幅に改善出来る赤外線素子が得
られる。
As a result, since a hollow portion is formed,
The temperature measuring part and the infrared absorbing part can be thermally and almost insulated from the SOI substrate, the thermal conductance becomes extremely small, and an infrared element that can greatly improve the heat capacity characteristic can be obtained.

【0020】本発明の請求項3においては、赤外検出素
子の製造方法において、SOI基板の裏面にシリコン酸
化膜を形成する工程と、SOI基板の活性層に高濃度不
純物をドープする工程と、SOI基板の活性層に金属層
を形成する工程と、前記金属層を電極パターンに形成す
る工程と、SOI基板裏面のシリコン酸化膜をマスクに
して異方性エッチングを行い測温部兼赤外線吸収部の下
部に中空部を形成する工程と、前記高濃度不純物ドープ
領域を中心折り返しのスパイラル状パターンの測温部兼
赤外線吸収部に形成する工程とを含む事を特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing an infrared detecting element, a step of forming a silicon oxide film on the back surface of the SOI substrate; and a step of doping a high concentration impurity in an active layer of the SOI substrate. Forming a metal layer on the active layer of the SOI substrate, forming the metal layer in an electrode pattern, performing anisotropic etching using the silicon oxide film on the back surface of the SOI substrate as a mask, and performing a temperature measurement unit and an infrared absorption unit And a step of forming the high-concentration impurity-doped region in a temperature-measuring section and an infrared-absorbing section having a spiral pattern with a central turn.

【0021】この結果、このような赤外検出素子の製造
方法が採用されたので、一般的な半導体製造プロセスを
用いて製造することができ、品質が安定した素子を、高
い歩留まりで生産出来る赤外線素子の製造方法が得られ
る。
As a result, since such a method for manufacturing an infrared detecting element is employed, the infrared detecting element can be manufactured by using a general semiconductor manufacturing process, and an element having stable quality can be manufactured at a high yield. A method for manufacturing a device is obtained.

【0022】本発明の請求項4においては、赤外検出素
子の製造方法において、n型のシリコン基板上に高濃度
不純物をドープしたシリコン単結晶層をエピタキシャル
成長させる工程と、シリコン単結晶層を中心折り返しの
スパイラル状パターンの測温部兼赤外線吸収部に形成す
ると共にその下部に中空部を形成する工程とを含む事を
特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an infrared detecting element, a step of epitaxially growing a silicon single crystal layer doped with a high concentration impurity on an n-type silicon substrate is provided. Forming a folded spiral-shaped pattern in the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion and forming a hollow portion in a lower portion thereof.

【0023】この結果、このような赤外線素子の製造方
法は、全製造工程をn型シリコン基板の表面からの処理
のみで行えるので、簡略化でき、安価な赤外線素子の製
造方法が得られる。
As a result, such a method for manufacturing an infrared device can be simplified and a low-cost method for manufacturing an infrared device can be obtained because all the manufacturing steps can be performed only by processing from the surface of the n-type silicon substrate.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を説明
する。図1は、SOI(Silicon on insulator)基板上
に、不純物としてボロンをドーピングしたシリコン単結
晶抵抗体の、ノイズと抵抗温度係数の抵抗率依存性の特
性例説明図である。ボロメータの検出能は、温度係数に
比例し、ノイズに反比例する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of a characteristic example of the dependency of noise and the temperature coefficient of resistance on the resistivity of a silicon single crystal resistor obtained by doping boron as an impurity on an SOI (Silicon on insulator) substrate. The detectability of a bolometer is proportional to the temperature coefficient and inversely proportional to noise.

【0025】従って、図1のグラフから、抵抗率は5×
10-3Ωcm以下が適していることが解る。なお、抵抗率
5×10-3Ωcm以下は、ボロン濃度に換算すると、およ
そ5×1019/cm3以上になる。
Therefore, from the graph of FIG. 1, the resistivity is 5 ×
It is understood that 10-3 Ωcm or less is suitable. When the resistivity is 5 × 10 −3 Ωcm or less, it is approximately 5 × 10 19 / cm 3 or more when converted to boron concentration.

【0026】また、図2は、赤外領域での吸収係数の抵
抗率依存性の特性例説明図である。図2から明らかなよ
うに、抵抗率が小さいほど赤外領域での吸収係数は大き
い。しかし、この濃度の抵抗率は5×10-3Ωcm以下と
小さい。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a characteristic example of the resistivity dependence of the absorption coefficient in the infrared region. As is clear from FIG. 2, the smaller the resistivity, the larger the absorption coefficient in the infrared region. However, the resistivity at this concentration is as low as 5 × 10 −3 Ωcm or less.

【0027】測温抵抗体としては、ある程度の抵抗値を
持たないと測定が困難であり、かつ、微小バイアス電圧
でも、過度の電流が流れてしまい、自己発熱や電流ノイ
ズが発生してしまう。そこで、本発明では、測温抵抗体
を中心折り返しのスパイラル状に形成し、抵抗値を上げ
るようにした。
If the resistance temperature detector does not have a certain resistance value, it is difficult to measure the temperature, and even with a small bias voltage, an excessive current flows, causing self-heating and current noise. Therefore, in the present invention, the resistance thermometer is formed in a spiral shape with the center turned back to increase the resistance value.

【0028】また、測温抵抗体は、電極の取り出し部分
を除いて基板から分離させ、それが自立するのに必要最
低限の厚さにすることによって、最も熱コンダクタンス
が小さくなり、かつ、熱容量が改善出来る。
Further, by separating the resistance temperature detector from the substrate except for the portion from which the electrode is taken out, and by making it the minimum thickness necessary for it to be independent, the thermal conductance is minimized and the heat capacity is minimized. Can be improved.

【0029】図3は本発明の実施の形態の一実施例を、
一部を切断して示す構成説明図である。図において、S
OI基板1を構成するシリコン基板2の表面には、シリ
コン酸化膜3が形成され、シリコン酸化膜3の上にはシ
リコン活性層4が形成されている。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration explanatory view showing a part cut away. In the figure, S
A silicon oxide film 3 is formed on the surface of a silicon substrate 2 constituting the OI substrate 1, and a silicon active layer 4 is formed on the silicon oxide film 3.

【0030】本実施例では、このシリコン活性層4に、
高濃度(およそ5×1019/cm3)の不純物としてボ
ロンをドープして、中心折り返しのスパイラル状の測温
部兼赤外線吸収部5を形成している。
In this embodiment, the silicon active layer 4
A high-concentration (approximately 5.times.10@19 / cm @ 3) impurity is doped with boron to form a spiral-shaped temperature measuring portion / infrared absorbing portion 5 which is folded at the center.

【0031】測温部兼赤外線吸収部5の両端には、アル
ミニュム電極部6,7が設けられている。測温部兼赤外
線吸収部5の下部のシリコン基板2とシリコン酸化膜3
は、選択的に除去されて中空部8が形成されている。
Aluminum electrodes 6 and 7 are provided at both ends of the temperature measuring / infrared absorbing section 5, respectively. Silicon substrate 2 and silicon oxide film 3 under temperature measuring and infrared absorbing part 5
Is selectively removed to form a hollow portion 8.

【0032】本実施例では、測温部兼赤外線吸収部5の
抵抗体幅:10μm、 line:space 1:1、 抵抗体厚:1.7
μm、 抵抗体の長さ(細い部分):1cm以上、 抵抗
値20kΩ以上、 になっている。
In the present embodiment, the resistor width of the temperature measuring section and the infrared absorbing section 5 is 10 μm, line: space 1: 1 and the resistor thickness is 1.7.
μm, resistor length (narrow part): 1 cm or more, resistance value 20 kΩ or more.

【0033】このような構造の赤外検出素子は、一般的
な半導体製造プロセスを用いて製造することができ、品
質が安定した素子を、高い歩留まりで生産出来る赤外線
素子が得られる。
The infrared detecting element having such a structure can be manufactured by using a general semiconductor manufacturing process, and an infrared element capable of producing a stable element at a high yield can be obtained.

【0034】また、測温部兼赤外線吸収部5を、中心折
り返しのスパイラル状パターンにされているので、測温
部としての抵抗値を大きくでき、赤外線を吸収するため
の受光面積を大きく出来る赤外線素子が得られる。
Further, since the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion 5 are formed in a spiral pattern with the center folded, the resistance value of the temperature measuring portion can be increased and the light receiving area for absorbing infrared light can be increased. An element is obtained.

【0035】測温部兼赤外線吸収部5を、中心折り返し
のスパイラル状(渦巻き状)にすることにより、ミアン
ダ状(蛇行状)に構成した場合に生じ易い、応力の集中
を回避する事が出来る赤外線素子が得られる。更に梁
(測温部兼赤外線吸収部5)の根本部分の幅を徐々に広
げることにより、更に強度を向上出来る赤外線素子が得
られる。
By forming the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion 5 in a spiral shape (spiral shape) having a center turn, it is possible to avoid concentration of stress, which is likely to occur when the meandering shape is formed. An infrared device is obtained. Further, by gradually widening the width of the root portion of the beam (temperature measuring part and infrared absorbing part 5), an infrared element capable of further improving the strength can be obtained.

【0036】また、測温部兼赤外線吸収部5の使用時
の、自己発熱で、より高温となる中心部は、構造が強固
であり、変形も、半径方向に均一に起きる赤外線素子が
得られる。
In addition, when the temperature measuring part and the infrared absorbing part 5 are used, the central part where the temperature becomes higher due to self-heating is strong, and an infrared element in which deformation occurs uniformly in the radial direction can be obtained. .

【0037】そして、測温部兼赤外線吸収部5の下部
に、中空部8が形成されているので、測温部兼赤外線吸
収部5をSOI基板1から、熱的にほぼ絶縁分離するこ
とができ、熱コンダクタンスは極めて小さくなり、熱容
量特性を大幅に改善出来る赤外線素子が得られる。
Since the hollow portion 8 is formed below the temperature measuring section and infrared absorbing section 5, the temperature measuring section and infrared absorbing section 5 can be thermally and almost insulated and separated from the SOI substrate 1. As a result, the thermal conductance becomes extremely small, and an infrared device capable of greatly improving the heat capacity characteristic can be obtained.

【0038】図3の構造の赤外検出素子は、例えば以下
のような工程で製造する。 SOI基板1の裏面にのエッチング工程におけるマ
スク用の図示しないシリコン酸化膜を成膜する。
The infrared detecting element having the structure shown in FIG. 3 is manufactured by, for example, the following steps. A silicon oxide film (not shown) for a mask in an etching process is formed on the back surface of the SOI substrate 1.

【0039】SOI基板1のシリコン活性層4に不純
物(例えばボロン)をドープし、電極用の金属(例えば
アルミニュム)を蒸着して、電極6,7としてパターニ
ングする。
The silicon active layer 4 of the SOI substrate 1 is doped with an impurity (for example, boron), a metal for an electrode (for example, aluminum) is deposited, and patterned as electrodes 6 and 7.

【0040】SOI基板1の裏側のシリコン酸化膜を
パターニングし、中間のシリコン酸化膜3をエッチング
ストップ層として用い、ヒドラジン等のアルカリ溶液で
シリコン基板2に対する異方性エッチングを行って、中
空部8(ダイアフラム)を形成する。
The silicon oxide film on the back side of the SOI substrate 1 is patterned, and the silicon substrate 2 is anisotropically etched with an alkali solution such as hydrazine using the intermediate silicon oxide film 3 as an etching stop layer. (Diaphragm).

【0041】ダイアフラム8の多層構造による応力の
変形を避けるため、ダイアフラム8裏面側のシリコン酸
化膜3を弗酸系のエッチング液で除去する。
In order to avoid stress deformation due to the multilayer structure of the diaphragm 8, the silicon oxide film 3 on the back surface of the diaphragm 8 is removed with a hydrofluoric acid-based etchant.

【0042】図示しないフォトレジスト膜をマスクと
し、中間のシリコン酸化膜層3をエッチストップ層とし
て、ドライエッチング装置によりシリコン活性層4を中
心折り返しのスパイラル状(渦巻き状)に加工し、レジ
ストを除去してボンディングする。
Using a photoresist film (not shown) as a mask and the intermediate silicon oxide film layer 3 as an etch stop layer, the silicon active layer 4 is processed into a center-turned spiral shape (spiral shape) by a dry etching apparatus to remove the resist. And bonding.

【0043】この素子を真空中測定した結果、ノイズ
は、ほぼジョンソンノイズまで低減し、抵抗温度係数は
0、19%/K、ブリッジ電圧3.0Vで、比検出能D
*=1×108 cm√Hz/W (at500K黒体
炉、チョッピング10Hz、増幅帯域幅1Hz)が得られ
た。
As a result of measuring this device in a vacuum, the noise was reduced to almost Johnson noise, the temperature coefficient of resistance was 0, 19% / K, the bridge voltage was 3.0 V, and the specific detection capability D
* = 1 × 10 8 cm√Hz / W (at 500 K black body furnace, chopping 10 Hz, amplification bandwidth 1 Hz) was obtained.

【0044】この結果、このような赤外検出素子の製造
方法が採用されたので、一般的な半導体製造プロセスを
用いて製造することができ、品質が安定した素子を、高
い歩留まりで生産出来る赤外線素子の製造方法が得られ
る。
As a result, since such a method of manufacturing an infrared detecting element is employed, the infrared detecting element can be manufactured using a general semiconductor manufacturing process, and an element having stable quality can be manufactured at a high yield. A method for manufacturing a device is obtained.

【0045】図4は本発明の他の実施例の要部構成説明
図で、図5は図4のA−A断面図である。図において、
n型のシリコン基板11上には高濃度不純物をドープし
たシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させた後に中
心折り返しのスパイラル状パターンに形成された測温部
兼赤外線吸収部12が形成されている。
FIG. 4 is an explanatory view of a main part of another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view taken along line AA of FIG. In the figure,
On an n-type silicon substrate 11, a temperature measuring part and an infrared absorbing part 12 formed in a spiral pattern with a center turn after epitaxially growing a silicon single crystal layer doped with a high concentration impurity is formed.

【0046】この測温部兼赤外線吸収部12の両端には
電極取り出し部13,14が形成されている。測温部兼
赤外線吸収部12の下部には中空部15が形成されてい
て、測温部兼赤外線吸収部12は梁状になっている。
Electrode take-out sections 13 and 14 are formed at both ends of the temperature measurement section / infrared absorption section 12, respectively. A hollow portion 15 is formed below the temperature measuring section and infrared absorbing section 12, and the temperature measuring section and infrared absorbing section 12 has a beam shape.

【0047】これら測温部兼赤外線吸収部12および電
極取り出し部13,14以外のシリコン基板11の表面
にはシリコン酸化膜16が形成されている。このような
構造の赤外検出素子も、図3の素子と同様に一般的な半
導体製造プロセスを用いて製造することができ、品質が
安定した素子を高い歩留まりで生産出来る赤外線素子が
得られる。
A silicon oxide film 16 is formed on the surface of the silicon substrate 11 other than the temperature measurement / infrared absorption section 12 and the electrode extraction sections 13 and 14. The infrared detecting element having such a structure can be manufactured by using a general semiconductor manufacturing process similarly to the element of FIG. 3, and an infrared element capable of producing a stable element at a high yield can be obtained.

【0048】また、測温部兼赤外線吸収部12も図3と
同様に中心折り返しのスパイラル状パターンにしている
ので、測温部としての抵抗値を大きくでき、赤外線を吸
収するための受光面積を大きく出来る赤外線素子が得ら
れる。
Further, since the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion 12 are also formed in a spiral pattern with the center folded in the same manner as in FIG. 3, the resistance value of the temperature measuring portion can be increased, and the light receiving area for absorbing infrared light can be reduced. An infrared device that can be enlarged can be obtained.

【0049】そして、測温部兼赤外線吸収部12の下部
にも図3と同様に中空部15を形成されているので、測
温部兼赤外線吸収部12をシリコン基板11から熱的に
ほぼ絶縁分離することができ、熱コンダクタンスは極め
て小さくなり、熱容量特性を大幅に改善出来る赤外線素
子が得られる。
Since the hollow portion 15 is formed below the temperature measuring section and infrared absorbing section 12 as in FIG. 3, the temperature measuring section and infrared absorbing section 12 are substantially thermally insulated from the silicon substrate 11. The infrared element can be separated, the thermal conductance becomes extremely small, and the heat capacity characteristic can be greatly improved.

【0050】図4の構造の赤外検出素子は、例えば、以
下のような工程で製造する。 n型シリコン基板11上に、不純物を高濃度にドープ
したシリコン単結晶層を、エピタキシャル成長させる。
The infrared detecting element having the structure shown in FIG. 4 is manufactured, for example, by the following steps. On the n-type silicon substrate 11, a silicon single crystal layer doped with impurities at a high concentration is epitaxially grown.

【0051】図示しないフォトレジスト膜をマスクに
し、ドライエッチング装置により、測温部兼赤外線吸収
部12の形成に関与しない、高濃度シリコン単結晶層の
不要な部分を除去する。
Using a photoresist film (not shown) as a mask, an unnecessary portion of the high-concentration silicon single crystal layer which is not involved in the formation of the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion 12 is removed by a dry etching device.

【0052】n型シリコン基板9上にシリコン酸化膜
14を成膜し、異方性エッチング用とコンタクト用のホ
ールを形成する。 金−クロムのようなで用いるアルカリ溶液に耐える
金属を蒸着し電極としてパターニングする。
A silicon oxide film 14 is formed on the n-type silicon substrate 9 and holes for anisotropic etching and contact are formed. A metal, such as gold-chromium, which resists the alkaline solution used is deposited and patterned as an electrode.

【0053】シリコン酸化膜16と高濃度シリコン単
結晶層をエッチングストップ層として用い、ヒドラジン
等のアルカリ溶液でn型シリコン基板13に対する異方
性エッチングを行い、中心折り返しのスパイラル状パタ
ーンの梁よりなる測温部兼赤外線吸収部12を形成し
て、ボンディングする。
Using the silicon oxide film 16 and the high-concentration silicon single crystal layer as an etching stop layer, anisotropic etching is performed on the n-type silicon substrate 13 with an alkali solution such as hydrazine to form a center-folded beam having a spiral pattern. A temperature measuring part and an infrared absorbing part 12 are formed and bonded.

【0054】図4の構造の素子は、全製造工程を、n型
シリコン基板11の表面からの処理のみで行えるので、
図3の構造の製造工程よりも、簡略化でき、安価な赤外
線素子の製造方法が得られる。
In the device having the structure shown in FIG. 4, the entire manufacturing process can be performed only by processing from the surface of the n-type silicon substrate 11.
As compared with the manufacturing process of the structure shown in FIG. 3, a method for manufacturing an infrared device that can be simplified and inexpensive can be obtained.

【0055】また、これらの実施例に共通する効果とし
て、半導体製造プロセスを用いることから、増幅回路を
素子と同一の基板上に作り込んだり、アレイ化にして撮
像素子として用いることが出来るなどの発展性も得られ
る。
Further, as an effect common to these embodiments, since a semiconductor manufacturing process is used, an amplifier circuit can be formed on the same substrate as an element, or can be arrayed and used as an imaging element. It can be developed.

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
よれば、次のような効果がある。SOI基板上に、高濃
度不純物のドープ領域により形成され中心折り返しのス
パイラル状パターンとして形成されたことを特徴とする
赤外検出素子を構成した。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the following effects can be obtained. An infrared detecting element was formed on an SOI substrate, wherein the infrared detecting element was formed as a spiral pattern having a center turn formed by a doped region of a high concentration impurity.

【0056】この結果、このような構造の赤外検出素子
は、一般的な半導体製造プロセスを用いて製造すること
ができ、品質が安定した素子を、高い歩留まりで生産出
来る赤外線素子が得られる。
As a result, the infrared detecting element having such a structure can be manufactured by using a general semiconductor manufacturing process, and an infrared element capable of producing a stable element at a high yield can be obtained.

【0057】また、測温部兼赤外線吸収部を、中心折り
返しのスパイラル状パターンにしているので、測温部と
しての抵抗値を大きくでき、赤外線を吸収するための受
光面積を大きく出来る赤外線素子が得られる。
Further, since the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion are formed in a spiral pattern with the center folded back, an infrared element capable of increasing the resistance value as the temperature measuring portion and increasing the light receiving area for absorbing infrared light can be provided. can get.

【0058】測温部兼赤外線吸収部を、中心折り返しの
スパイラル状(渦巻き状)にすることにより、ミアンダ
状(蛇行状)に構成した場合に生じ易い、応力の集中を
回避する事が出来る赤外線素子が得られる。
By forming the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion in a spiral shape (spiral shape) folded back at the center, it is possible to avoid concentration of stress, which is likely to occur when a meandering (meandering) shape is formed. An element is obtained.

【0059】更に梁(測温部兼赤外線吸収部)の根本部
分の幅を徐々に広げることにより、更に強度を向上出来
る赤外線素子が得られる。また、測温部兼赤外線吸収部
の使用時の、自己発熱で、より高温となる中心部は、構
造が強固であり、変形も、半径方向に均一に起きる赤外
線素子が得られる。
Further, by gradually increasing the width of the root portion of the beam (temperature measuring portion and infrared absorbing portion), an infrared device capable of further improving the strength can be obtained. In addition, when the temperature measuring part and the infrared absorbing part are used, the central part where the temperature becomes higher due to self-heating is strong, and an infrared element is obtained in which the deformation occurs uniformly in the radial direction.

【0060】本発明の請求項2によれば、次のような効
果がある。測温部兼赤外線吸収部の下部に中空部が形成
されたことを特徴とする請求項1記載の赤外検出素子が
設けられた。
According to the second aspect of the present invention, the following effects can be obtained. The infrared detecting element according to claim 1, wherein a hollow portion is formed below the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion.

【0061】この結果、中空部が形成されているので、
測温部兼赤外線吸収部をSOI基板から、熱的にほぼ絶
縁分離することができ、熱コンダクタンスは極めて小さ
くなり、熱容量特性を大幅に改善出来る赤外線素子が得
られる。
As a result, since a hollow portion is formed,
The temperature measuring part and the infrared absorbing part can be thermally and almost insulated from the SOI substrate, the thermal conductance becomes extremely small, and an infrared element that can greatly improve the heat capacity characteristic can be obtained.

【0062】本発明の請求項3によれば、次のような効
果がある。SOI基板の裏面にシリコン酸化膜を形成す
る工程と、SOI基板の活性層に高濃度不純物をドープ
する工程と、SOI基板の活性層に金属層を形成する工
程と、前記金属層を電極パターンに形成する工程と、S
OI基板裏面のシリコン酸化膜をマスクにして異方性エ
ッチングを行い測温部兼赤外線吸収部の下部に中空部を
形成する工程と、前記高濃度不純物ドープ領域を中心折
り返しのスパイラル状パターンの測温部兼赤外線吸収部
に形成する工程とを含む赤外検出素子の製造方法が採用
された。
According to the third aspect of the present invention, the following effects can be obtained. Forming a silicon oxide film on the back surface of the SOI substrate, doping the active layer of the SOI substrate with high-concentration impurities, forming a metal layer on the active layer of the SOI substrate, and using the metal layer as an electrode pattern. Forming and S
Anisotropic etching using a silicon oxide film on the back surface of the OI substrate as a mask to form a hollow portion below the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion, and measuring a spiral pattern in which the high-concentration impurity-doped region is folded back at the center. A method of manufacturing an infrared detecting element including a step of forming a warm part and an infrared absorbing part.

【0063】この結果、このような赤外検出素子の製造
方法が採用されたので、一般的な半導体製造プロセスを
用いて製造することができ、品質が安定した素子を、高
い歩留まりで生産出来る赤外線素子の製造方法が得られ
る。
As a result, since such a method of manufacturing an infrared detecting element is employed, the infrared detecting element can be manufactured using a general semiconductor manufacturing process, and an element having stable quality can be manufactured at a high yield. A method for manufacturing a device is obtained.

【0064】本発明の請求項4によれば、次のような効
果がある。n型のシリコン基板上に高濃度不純物をドー
プしたシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させる工
程と、シリコン単結晶層を中心折り返しのスパイラル状
パターンの測温部兼赤外線吸収部に形成すると共にその
下部に中空部を形成する工程とを含む赤外検出素子の製
造方法が採用された。
According to the fourth aspect of the present invention, the following effects can be obtained. a step of epitaxially growing a silicon single crystal layer doped with a high concentration of impurity on an n-type silicon substrate; and forming the silicon single crystal layer in a temperature-measuring part and an infrared absorption part in a spiral pattern with a center folded back and a hollow underneath. And a step of forming a portion.

【0065】この結果、このような赤外線素子の製造方
法は、全製造工程をn型シリコン基板の表面からの処理
のみで行えるので、簡略化でき、安価な赤外線素子の製
造方法が得られる。
As a result, such a method for manufacturing an infrared device can be simplified and a low-cost method for manufacturing an infrared device can be obtained because all the manufacturing steps can be performed only by processing from the surface of the n-type silicon substrate.

【0066】従って、製造プロセスが容易で量産化に適
し、構造が強固であり、測温部としての抵抗値を大きく
出来、赤外線吸収としての受光面積を大きく出来る赤外
検出素子とその製造方法を実現する事が出来る。
Therefore, an infrared detecting element which has a simple manufacturing process, is suitable for mass production, has a strong structure, can have a large resistance value as a temperature measuring section, and can have a large light receiving area as infrared absorption, and a manufacturing method thereof. Can be realized.

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

【図1】シリコン単結晶抵抗体のノイズと抵抗温度係数
の抵抗率依存性の特性例説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a characteristic example of the dependence of the noise and the temperature coefficient of resistance on the resistivity of a silicon single crystal resistor.

【図2】赤外領域での吸収係数の抵抗率依存性の特性例
説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a characteristic example of a resistivity dependency of an absorption coefficient in an infrared region.

【図3】本発明の一実施例を一部を切断して示す構成説
明図である。
FIG. 3 is a configuration explanatory view showing one embodiment of the present invention with a part cut away.

【図4】本発明の他の実施例を示す構成説明図である。FIG. 4 is a structural explanatory view showing another embodiment of the present invention.

【図5】図4のA−A断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line AA of FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 SOI基板 2 シリコン基板 3 シリコン酸化膜 4 シリコン活性層 5 測温部兼赤外線吸収部 6 アルミニュム電極部 7 アルミニュム電極部 8 中空部 11 n型シリコン基板 12 測温部兼赤外線吸収部 13 電極取り出し部 14 電極取り出し部 15 中空部 16 シリコン酸化膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SOI substrate 2 Silicon substrate 3 Silicon oxide film 4 Silicon active layer 5 Temperature measurement part and infrared absorption part 6 Aluminum electrode part 7 Aluminum electrode part 8 Hollow part 11 n-type silicon substrate 12 Temperature measurement part and infrared absorption part 13 Electrode extraction part 14 Electrode take-out part 15 Hollow part 16 Silicon oxide film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】SOI基板上に、高濃度不純物のドープ領
域により形成され中心折り返しのスパイラル状パターン
として形成されたことを特徴とする赤外検出素子。
1. An infrared detecting element formed on a SOI substrate as a spiral pattern with a center turn formed by a doped region of a high concentration impurity.
【請求項2】測温部兼赤外線吸収部の下部に中空部が形
成されたことを特徴とする請求項1記載の赤外検出素
子。
2. The infrared detecting element according to claim 1, wherein a hollow portion is formed below the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion.
【請求項3】SOI基板の裏面にシリコン酸化膜を形成
する工程と、 SOI基板の活性層に高濃度不純物をドープする工程
と、 SOI基板の活性層に金属層を形成する工程と、 前記金属層を電極パターンに形成する工程と、 SOI基板裏面のシリコン酸化膜をマスクにして異方性
エッチングを行い測温部兼赤外線吸収部の下部に中空部
を形成する工程と、 前記高濃度不純物ドープ領域を中心折り返しのスパイラ
ル状パターンの測温部兼赤外線吸収部に形成する工程と
を含む赤外検出素子の製造方法。
A step of forming a silicon oxide film on a back surface of the SOI substrate; a step of doping an active layer of the SOI substrate with high-concentration impurities; a step of forming a metal layer on the active layer of the SOI substrate; Forming a layer in an electrode pattern; performing anisotropic etching using a silicon oxide film on the back surface of the SOI substrate as a mask to form a hollow portion below the temperature measuring portion and the infrared absorbing portion; Forming a region on a temperature measuring portion and an infrared absorbing portion in a spiral pattern with a center folded back.
【請求項4】n型のシリコン基板上に高濃度不純物をド
ープしたシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させる
工程と、 シリコン単結晶層を中心折り返しのスパイラル状パター
ンの測温部兼赤外線吸収部に形成すると共にその下部に
中空部を形成する工程とを含む赤外検出素子の製造方
法。
4. A step of epitaxially growing a silicon single crystal layer doped with high-concentration impurities on an n-type silicon substrate, and forming the silicon single crystal layer on a temperature measuring portion and an infrared absorbing portion in a center-turned spiral pattern. And a step of forming a hollow portion in the lower part thereof.
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