JP2002198574A - Thermopile infrared rays detecting element - Google Patents

Thermopile infrared rays detecting element

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JP2002198574A
JP2002198574A JP25488797A JP25488797A JP2002198574A JP 2002198574 A JP2002198574 A JP 2002198574A JP 25488797 A JP25488797 A JP 25488797A JP 25488797 A JP25488797 A JP 25488797A JP 2002198574 A JP2002198574 A JP 2002198574A
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Japan
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thin film
thermoelectric
insulating
substrate
detecting element
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JP25488797A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Nakagawa
喜之 中川
Yasushi Murata
靖 村田
Narikazu Takahashi
成和 高橋
Yoshiro Nakamoto
善郎 中元
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein affinity of adhesion between an insulating film and thermopile materials are inferior generally, peeling is apt to be generated in work of lift-off or the like in a thermopile forming process, the peeling becomes the cause of deterioration of yield, in the case that the insulating film is formed on a semiconductor substrate and two different kinds of the thermopile materials are formed on the insulating film, usually, when a thermopile infrared rays detecting element on the semiconductor substrate is formed. SOLUTION: In this thermopile infrared rays detecting element, thermopile is formed by interposing the substrate and an insulating adhesive layer formed on the substrate. The insulating adhesive layer is constituted of laminate of an insulating thin film and a substrate metal thin film formed on the insulating thin film.

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、赤外線を検知する
熱電堆型赤外線検出器の素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric infrared detector for detecting infrared rays.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シリコンなどの半導体基板上に熱
電堆を形成するひとつの方法として、図4に示す方法が
ある。該半導体基板41を図4(A)に示してある。該
半導体基板上41に絶縁性薄膜42を形成後(図4
(B))、熱電堆となる2種類の異なる材料薄膜を該絶
縁性薄膜上にパターニング形成するが、まず、図4
(C)のように、第1の熱電堆材料43を蒸着、スパッ
タリングなどの真空成膜技術で薄膜形成する。この際、
リフトオフ法によってパターン形成できるように、あら
かじめネガレジストによって成膜すべきパターンを形成
しておく。次に、第2熱電堆のパターン通りネガレジス
トによってパターン形成しておき、第2熱電堆材料を該
真空成膜技術で形成する。その後、リフトオフ法によ
り、第2熱電堆材料薄膜44もパターン形成したところ
を図4(D)に示す。最後に、該半導体基板の一部をア
ルカリ性溶液でエッチング、薄膜化あるいは完全に除去
して該絶縁性薄膜を薄いダイヤフラム(温接点となる)
45とし、アルカリ性溶液でエッチングせずに残したリ
ム46を冷接点とすると、熱電対となる該2種類の材料
薄膜の接合部は、両端がそれぞれ該温接点及び該冷接点
上に配置されるように構成した熱電堆型赤外線検出素子
が得られる。これを図4(E)に示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one method of forming a thermoelectric deposit on a semiconductor substrate such as silicon, there is a method shown in FIG. The semiconductor substrate 41 is shown in FIG. After forming an insulating thin film 42 on the semiconductor substrate 41 (FIG. 4)
(B)) Two kinds of different material thin films to be a thermopile are patterned and formed on the insulating thin film.
As shown in (C), the first thermoelectric material 43 is formed into a thin film by a vacuum film forming technique such as evaporation and sputtering. On this occasion,
A pattern to be formed is formed in advance with a negative resist so that the pattern can be formed by the lift-off method. Next, a pattern is formed with a negative resist according to the pattern of the second thermoelectric deposit, and a second thermoelectric deposit material is formed by the vacuum film forming technique. After that, the second thermoelectric material thin film 44 is also patterned by the lift-off method as shown in FIG. Finally, a part of the semiconductor substrate is etched with an alkaline solution, thinned or completely removed to remove the insulating thin film into a thin diaphragm (to be a hot junction).
When the rim 46 left without being etched with an alkaline solution is used as a cold junction, the junction of the two types of material thin films serving as thermocouples is disposed at both ends on the hot junction and the cold junction, respectively. The thermoelectric bank type infrared detecting element configured as described above is obtained. This is shown in FIG.

【0003】この場合、シリコン半導体基板上に形成す
る絶縁性薄膜としては、通常、窒化シリコンまたは酸化
シリコンあるいは窒化シリコンと酸化シリコンの2層薄
膜などが用いられ、化学的な蒸着方法(CVD)で成膜
されることが多が、スパッタリングなどの物理的な蒸着
方法(PVD)でも成膜できる。また、該絶縁性薄膜上
に熱電堆を構成する該2種類の材料薄膜を形成するとき
は、蒸着またはスパッタリングなどのPVDによって行
い、フォトリソ工程のリフトオフ法により熱電堆のパタ
ーン形成を行う。しかしながら、これらの絶縁性薄膜と
熱電堆を構成する該2種類の材料薄膜とは一般的に密着
性は良くなく、密着性を高めるために、真空槽中で基板
を加熱しながら薄膜を形成している。
In this case, as the insulating thin film formed on the silicon semiconductor substrate, silicon nitride, silicon oxide, or a two-layer thin film of silicon nitride and silicon oxide is usually used, and is formed by a chemical vapor deposition method (CVD). In many cases, the film is formed by a physical vapor deposition method (PVD) such as sputtering. When the two types of material thin films constituting the thermoelectric deposit are formed on the insulating thin film, the thermoelectric deposit is formed by PVD such as vapor deposition or sputtering, and the pattern of the thermoelectric deposit is formed by a lift-off method in a photolithography process. However, these insulating thin films and the two types of material thin films constituting the thermoelectric deposit generally have poor adhesion, and in order to enhance the adhesion, the thin films are formed while heating the substrate in a vacuum chamber. ing.

【0004】また、別の密着力を向上させる方法とし
て、実開平4ー96870に見られるように、熱電堆を
構成する第1熱電対材料薄膜パターンと第2熱電対材料
薄膜パターンの先端同士が絶縁性薄膜上に先に配された
中間金属薄膜パターン上で直列に接続され、さらに各熱
電対材料薄膜パターンの先端上に中間金属薄膜パターン
を再度配して、温接点部及び冷接点部のみで密着性を保
つ方法もある。
As another method for improving the adhesion, as shown in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 4-96870, the tips of the first thermocouple material thin film pattern and the second thermocouple material thin film pattern constituting the thermopile are connected to each other. Connected in series on the intermediate metal thin film pattern previously arranged on the insulating thin film, further arrange the intermediate metal thin film pattern on the tip of each thermocouple material thin film pattern again, only the hot junction and cold junction There is also a method of maintaining the adhesion with the method.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】熱電堆を構成する該2
種類の材料を、レジストがパターニングされた該絶縁性
薄膜上に、真空槽中で成膜するが、このとき、該半導体
基板自体をヒータ等で加熱し、密着力を向上させようと
するものの、レジストの耐熱性に限度があるため、加熱
温度にも限界がある。したがって、絶縁性薄膜の面清浄
度、熱電堆を構成する該2種類の金属の種類、成膜速
度、真空度、加熱温度など様々な要因の変化によっては
十分に密着性が得られなことがあり、リフトオフ中に該
絶縁性薄膜上に付着、残留すべき熱電堆を構成する該2
種類の材料のどちらか一方が、あるいは双方が剥離して
しまうことがある。
SUMMARY OF THE INVENTION
A material of a type is formed in a vacuum chamber on the insulating thin film on which the resist is patterned. At this time, although the semiconductor substrate itself is heated by a heater or the like to improve adhesion, Since the heat resistance of the resist is limited, the heating temperature is also limited. Therefore, sufficient adhesion may not be obtained depending on changes in various factors such as the surface cleanliness of the insulating thin film, the types of the two metals constituting the thermoelectric deposit, the film formation rate, the degree of vacuum, and the heating temperature. Yes, which constitutes a thermopile to be adhered and remain on the insulating thin film during lift-off.
Either one or both of the types of material may peel off.

【0006】また、実開平4ー96870の各熱電対材
料先端部を上下から挟んで、絶縁性薄膜上に密着させる
方法では、接続部での密着性は取れる可能性があるが、
該各熱電対材料のパターン中間部では密着性が弱く、パ
ターンが浮いて剥離することもある。
[0006] In the method in which the tip of each thermocouple material of Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 4-96870 is sandwiched from above and below and is brought into close contact with the insulating thin film, there is a possibility that the adhesion at the connection portion can be obtained.
In the middle part of the pattern of each thermocouple material, the adhesion is weak, and the pattern may float and peel off.

【0007】これらの剥離現象を解決しない限り、歩留
まりの高い熱電堆型赤外線検出素子の生産は望めない。
Unless these peeling phenomena are solved, production of a thermoelectric pile type infrared detecting element having a high yield cannot be expected.

【0008】本発明の目的は、従来の欠点であった、熱
電対を構成する該2種類の材料のパターン形成中の剥離
を防ぐことにある。
An object of the present invention is to prevent separation of the two types of materials constituting a thermocouple during pattern formation, which is a conventional disadvantage.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、下記記載の構造による熱電堆型赤外
線検出素子を採用した。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention employs a thermoelectric type infrared detecting element having the following structure.

【0010】基板と該基板上に形成された絶縁性密着層
を介して熱電堆が形成された熱電堆型赤外線検出素子で
あって、該絶縁性密着層は、絶縁性薄膜と該絶縁性薄膜
上に形成された下地金属薄膜より積層してなることを特
徴とする熱電堆型赤外線検出素子である。
A thermoelectric deposit type infrared detecting element in which a thermoelectric deposit is formed via a substrate and an insulating adhesive layer formed on the substrate, wherein the insulating adhesive layer comprises an insulating thin film and the insulating thin film. A thermoelectric bank type infrared detecting element, which is formed by laminating a base metal thin film formed thereon.

【0011】本発明によれば、熱電堆を構成する異なる
2種類の材料薄膜は、該絶縁密着層を構成する該下地金
属薄膜に密着し、該下地金属薄膜は該基板上の該絶縁性
薄膜に密着しているので、熱電堆を構成する該異なる2
種類の材料薄膜は、パターン形成のリフトオフ時にも剥
離することは全くなくなる。熱電堆構成材料である例え
ばアンチモンやビスマス、テルル等の材料は、絶縁性薄
膜として一般に使用される窒化シリコンや酸化シリコン
との密着力は弱く、相性が悪いが、本発明で使用するク
ロムやチタン、金といった金属材料とは密着力は非常に
強くなるからである。
According to the present invention, two different types of material thin films constituting the thermoelectric deposit adhere to the base metal thin film constituting the insulating adhesion layer, and the base metal thin film is provided on the substrate. Because it is in close contact with the
The material thin films of the types do not peel at all even during lift-off of pattern formation. Materials such as antimony, bismuth, and tellurium, which are thermoelectric material, have low adhesion to silicon nitride and silicon oxide, which are generally used as insulating thin films, and have poor compatibility. This is because adhesion to metal materials such as gold and gold becomes very strong.

【0012】次に、絶縁性密着層が構成する下地金属薄
膜が連続ではなく、断続的にパターニングされており、
該熱電堆型赤外線検出素子の冷接点となるリムと温接点
となるダイヤフラム上の該下地金属薄膜とは不連続にな
っていることを特徴とする。
Next, the underlying metal thin film which the insulating adhesive layer comprises is not continuous but is intermittently patterned.
The thermoelectric deposit type infrared detecting element is characterized in that a rim serving as a cold junction and the underlying metal thin film on a diaphragm serving as a hot junction are discontinuous.

【0013】本発明によれば、絶縁性密着層を構成する
下地金属薄膜は不連続にパターニングされているので、
赤外線を受けて温度上昇した温接点での熱量が該下地金
属薄膜を伝わって、冷接点へ逃げることはない。したが
って、温接点と冷接点での温度差は保たれることにな
り、感度の低下は起こり得ない。すなわち、熱電堆を構
成する材料薄膜は剥離することもないし、温接点の熱を
冷接点へ逃がすこともない。
According to the present invention, the underlying metal thin film constituting the insulating adhesion layer is patterned discontinuously.
The amount of heat at the hot junction, whose temperature has been increased by receiving infrared rays, does not escape to the cold junction through the base metal thin film. Therefore, the temperature difference between the hot junction and the cold junction is maintained, and a decrease in sensitivity cannot occur. That is, the material thin film constituting the thermoelectric bank does not peel off, and the heat of the hot junction does not escape to the cold junction.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】基板と該基板上に形成された絶縁
性密着層を介して熱電堆が形成された熱電堆型赤外線検
出素子であり、該絶縁性密着層は、絶縁性薄膜と該絶縁
性薄膜上に形成された下地金属薄膜により積層構造によ
って構成してなることを特徴とする熱電堆型赤外線検出
素子である。特に、本発明によれば、絶縁性密着層を絶
縁性薄膜と下地金属薄膜により積層構造としたために、
製造上、形成される過程のリフトオフ等の過酷な工程に
おいても、下地であるところの絶縁性密着層から剥離す
ることなく熱電堆を構成することができ、非常に歩留ま
りが向上することに格別の効果を奏することが可能とな
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A thermoelectric deposit type infrared detecting element in which a thermoelectric deposit is formed via a substrate and an insulating adhesive layer formed on the substrate, wherein the insulating adhesive layer comprises an insulating thin film and the insulating thin film A thermoelectric deposit type infrared detecting element characterized in that the thermoelectric deposit type infrared detecting element is constituted by a laminated structure of a base metal thin film formed on an insulating thin film. In particular, according to the present invention, since the insulating adhesive layer has a laminated structure of an insulating thin film and a base metal thin film,
In manufacturing, even in severe processes such as lift-off in the process of formation, it is possible to configure a thermoelectric bank without peeling from the insulating adhesive layer which is the base, and the yield is greatly improved. The effect can be achieved.

【0015】[0015]

【実施例】(実施例1)以下、図1を用いて本発明の第
1の実施例を説明する。図1(A)に示すように、ま
ず、厚さ200μmのシリコンの半導体基板11があ
る。オリフラに対する面方位が(100)であるなら、
図1(F)で示す、最後の工程であるシリコン基板エッ
チングの際に異方性エッチングが可能となるため、最密
充填面の<111>面に沿って約54°の傾斜を以て断
面を形成することができる。また、面方位が(110)
であるなら等方性エッチングになるため、基板平面に対
して垂直な断面が得られる。ここでは、(110)面の
シリコン基板を採用した例について述べる。
(Embodiment 1) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, first, there is a silicon semiconductor substrate 11 having a thickness of 200 μm. If the plane orientation to the orientation flat is (100),
Since the anisotropic etching can be performed in the last step of etching the silicon substrate shown in FIG. 1F, a cross section is formed at an inclination of about 54 ° along the <111> plane of the close-packed surface. can do. The plane orientation is (110)
In this case, since isotropic etching is performed, a cross section perpendicular to the plane of the substrate can be obtained. Here, an example in which a (110) plane silicon substrate is employed will be described.

【0016】次に、絶縁性密着層を構成するために、絶
縁性薄膜12として窒化シリコンを該シリコン基板上に
プラズマCVDで2μm厚の厚さに成膜する(図1
(B)参照)。ここで、窒化シリコンは、酸化シリコン
よりもアルカリ性エッチング液に対して選択性が高いの
で、図1(F)で示す、最後の工程であるシリコン基板
エッチングの際に、シリコンのエッチングが終了した後
に、直接窒化シリコン薄膜とアルカリ性エッチング液が
接しても、窒化シリコンはシリコンのエッチング速度よ
り100倍以上もエッチング速度が遅く、エッチング時
間が多少長くなっても充分に残留する。したがって、窒
化シリコンの膜厚はエッチング時間の影響を受けにく
く、当初の厚みがそのまま残る。
Next, in order to form an insulating adhesive layer, silicon nitride is formed as a thin insulating film 12 on the silicon substrate to a thickness of 2 μm by plasma CVD (FIG. 1).
(B)). Here, since silicon nitride has higher selectivity to an alkaline etching solution than silicon oxide, silicon nitride is used in the last step of silicon substrate etching shown in FIG. Even when the silicon nitride thin film and the alkaline etchant are in direct contact with each other, the etching rate of silicon nitride is 100 times slower than the etching rate of silicon, and the silicon nitride remains sufficiently even if the etching time is slightly longer. Therefore, the film thickness of silicon nitride is hardly affected by the etching time, and the original thickness remains.

【0017】さて、該窒化シリコン薄膜上に、図1
(C)に示すように、密着層となる下地金属薄膜17を
成膜するのであるが、その前に下地金属と最初に付ける
第1の熱電堆材料13のパターニングをするためのレジ
ストパターンを形成しなければならない。リフトオフ用
の高耐熱性ネガレジストにて、下地金属薄膜17と最初
に付ける第1の熱電堆材料13のリフトオフに適した逆
テーパパターンを形成する。
On the silicon nitride thin film, FIG.
As shown in (C), a base metal thin film 17 serving as an adhesion layer is formed. Before that, a resist pattern for patterning the base metal and the first thermoelectric material 13 to be applied first is formed. Must. A reverse heat taper pattern suitable for lift-off of the underlying metal thin film 17 and the first thermoelectric material 13 to be applied first is formed using a high heat-resistant negative resist for lift-off.

【0018】そして、抵抗加熱蒸着あるいは、電子ビー
ム銃蒸着によって下地金属薄膜17としてクロムまたは
チタンを100〜500Å成膜する。インラインとして
次の第1の熱電堆材料を同じ真空装置で成膜できない場
合は、クロムまたはチタンの酸化を防ぐためにクロムま
たはチタンの上に金を100〜500Å成膜しておいた
方が良い。
Then, chromium or titanium is deposited as the underlying metal thin film 17 by 100 to 500 ° by resistance heating evaporation or electron beam gun evaporation. If the next thermoelectric material cannot be formed in-line with the same vacuum apparatus as in-line, it is better to deposit gold on chromium or titanium in a thickness of 100 to 500 ° to prevent oxidation of chromium or titanium.

【0019】クロムまたはチタンを成膜後、続けて第1
の熱電堆材料13としてアンチモンを抵抗加熱蒸着にて
成膜する。膜厚は、1〜5μm、基板加温度は100〜
150℃とする。この後、レジスト剥離液にてネガレジ
ストを剥離し、リフトオフを終了するとパターニングさ
れた下地金属の該クロムまたはチタン薄膜と第1の熱電
堆材料である該アンチモン薄膜が絶縁性薄膜の該窒化シ
リコン膜上に形成されている(図1(D))。通常、こ
のリフトオフの時に、クロムまたはチタンが下地金属と
して存在しないと、アンチモンのパターンが窒化シリコ
ンから剥離してしまうことが多く、非常に歩留まりが悪
くなる。
After the formation of chromium or titanium, the first
Of antimony as a thermoelectric material 13 is formed by resistance heating evaporation. The film thickness is 1-5 μm, and the substrate heating temperature is 100-
Set to 150 ° C. Thereafter, the negative resist is stripped with a resist stripper, and when lift-off is completed, the chromium or titanium thin film as a patterned base metal and the antimony thin film as a first thermoelectric material are the silicon nitride films as insulating thin films. (FIG. 1D). Usually, when chromium or titanium does not exist as a base metal at the time of this lift-off, the pattern of antimony often peels off from silicon nitride, and the yield is extremely deteriorated.

【0020】第2の熱電堆材料14のパターニングも同
様の工程にて執り行う。リフトオフ用ネガレジストのパ
ターン形成、クロムまたはチタンの蒸着、第2の熱電堆
材料14としてビスマスを抵抗加熱蒸着で成膜(膜厚は
1〜5μm、基板加熱温度100〜150℃)し、レジ
ストを剥離して、ビスマスのパターン形成を行う(図1
(E)参照)。ビスマスもアンチモン同様窒化シリコン
から剥離しやすいが、クロムまたはチタンの下地があれ
ば、リフトオフ時に剥離することはない。
The patterning of the second thermoelectric material 14 is performed in a similar process. Pattern formation of a negative resist for lift-off, vapor deposition of chromium or titanium, and bismuth as a second thermoelectric material 14 formed by resistance heating vapor deposition (film thickness: 1 to 5 μm, substrate heating temperature: 100 to 150 ° C.) After peeling, a bismuth pattern is formed (FIG. 1).
(E)). Bismuth is easy to peel off from silicon nitride like antimony. However, if there is a chromium or titanium base, it does not peel off during lift-off.

【0021】最後に、該シリコンの半導体基板11の熱
電堆材料の付いていない裏面から、シリコンのエッチン
グをアルカリ性エッチング液である水酸化カリウム(3
0wt%)で行う。熱電堆材料の付いている表面は、テ
フロン系の治具でカバーし、熱電堆材料が水酸化カリウ
ムに侵されないようにする。シリコンが充分にエッチン
グされ、窒化シリコンが裏面から露出されればエッチン
グ終了。このとき、シリコンがエッチングされて窒化シ
リコン膜が薄いダイヤフラムとなった部分は、加熱され
やすい温接点15となり、エッチングで残されたリムの
部分は加熱されにくい冷接点16となる。これを図1
(F)に示す。
Finally, the silicon is etched from the back surface of the silicon semiconductor substrate 11 on which the thermoelectric material is not attached by potassium hydroxide (3.
0 wt%). The surface with thermopile material is covered with a Teflon-based jig to prevent the thermopile material from being attacked by potassium hydroxide. Etching is completed when silicon is sufficiently etched and silicon nitride is exposed from the back surface. At this time, a portion where silicon is etched to form a thin diaphragm of the silicon nitride film becomes a hot junction 15 that is easily heated, and a portion of the rim left by etching becomes a cold junction 16 that is hardly heated. Figure 1
It is shown in (F).

【0022】上記に示したように絶縁性密着層を構成し
ているところの下地金属薄膜の材料であるクロムまたは
チタンが存在するためのアンチモンとビスマスの密着力
の向上は、製造上、リフトオフを含む一連の工程を経て
も剥離することがないばかりか、日本工業規格のめっき
の密着性試験方法JIS H 8504に規定されてい
るセロハン粘着テープによる引き剥がし試験を実施して
も剥離することは確認できないので、密着性の効果を容
易に確認することができた。
As described above, the improvement of the adhesion between antimony and bismuth due to the presence of chromium or titanium, which is the material of the base metal thin film constituting the insulating adhesion layer, requires a lift-off in manufacturing. Not only does it not peel off even after a series of steps including peeling, but also peels off even if it is peeled off using a cellophane adhesive tape specified in Japanese Industrial Standards for adhesion test method JIS H8504. Since it was not possible, the effect of the adhesion could be easily confirmed.

【0023】(実施例2)以下、図2を用いて本発明の
第2の実施例を説明する。図2(A)に示すように、ま
ず、厚さ200μmのシリコンの半導体基板21があ
る。ここでも、第1の実施例と同じく、オリフラに対す
る面方位が(110)面のシリコン基板を採用した例に
ついて述べる。
Embodiment 2 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, first, there is a silicon semiconductor substrate 21 having a thickness of 200 μm. Here, as in the first embodiment, an example in which a silicon substrate having a (110) plane orientation with respect to the orientation flat will be described.

【0024】次に、絶縁性密着層を構成するために、絶
縁性薄膜22として窒化シリコンを該シリコン基板上に
プラズマCVDで2μm厚の厚さに成膜する(図2
(B)参照)。窒化シリコンを選択した理由は第1の実
施例に準ずる。
Next, in order to form an insulating adhesive layer, silicon nitride is formed as an insulating thin film 22 on the silicon substrate to a thickness of 2 μm by plasma CVD (FIG. 2).
(B)). The reason for selecting silicon nitride is according to the first embodiment.

【0025】さて、該窒化シリコン薄膜上に、図2
(C)に示すように、密着層となる下地金属薄膜27を
成膜する。下地金属としては、クロムまたはチタンを1
00〜500Åの厚みで蒸着あるいはスパッタした後
に、金を100〜500Åの厚みで蒸着あるいはスパッ
タリングで成膜する。該下地金属を成膜した後、一度大
気中にさらさなければならないので、該クロムまたはチ
タン薄膜が酸化しないように金をその上に成膜した方が
良い。
On the silicon nitride thin film, FIG.
As shown in (C), a base metal thin film 27 to be an adhesion layer is formed. Chromium or titanium as base metal
After vapor deposition or sputtering with a thickness of 00 to 500 °, gold is deposited by vapor deposition or sputtering with a thickness of 100 to 500 °. After the underlayer metal is formed, it must be once exposed to the atmosphere. Therefore, it is better to form gold on the chromium or titanium thin film so as not to oxidize the thin film.

【0026】次に、該下地金属であるクロムまたはチタ
ン薄膜をパターニングする。パターンの外形は実施例1
のパターンと同様であるが、温接点から冷接点にかけて
連続にならないように分割され、断続的に並ぶようにな
っている。これを図2(D)に示す。まず、ポジ型レジ
ストをエッチングすべき該クロムまたはチタン薄膜表面
が露出するようにパターニングする。そして、王水によ
り金を充分エッチングして除去する。更に、硝酸セリウ
ムアンモニウムと過塩素酸の混合液でクロムを充分エッ
チングして除去する。その後はリンス液、純水で充分に
洗浄する。
Next, the chromium or titanium thin film as the base metal is patterned. Example 1 of pattern outline
However, the pattern is divided so as not to be continuous from the hot junction to the cold junction, and is arranged intermittently. This is shown in FIG. First, the positive resist is patterned so that the surface of the chromium or titanium thin film to be etched is exposed. Then, gold is sufficiently etched and removed with aqua regia. Further, chromium is sufficiently etched and removed with a mixed solution of cerium ammonium nitrate and perchloric acid. After that, it is sufficiently washed with a rinse solution and pure water.

【0027】該クロムまたはチタンの下地金属が窒化シ
リコン上に乗ったままで、第1熱電堆用マスクパターン
でネガレジストをパターニングし、第1熱電堆材料であ
るアンチモンを抵抗加熱蒸着で、1〜5μmの厚みで成
膜する。その後、リフトオフ法によりレジストを除去す
ると図2(E)に示すようなアンチモンのパターンがで
きる。
While the underlying metal of chromium or titanium is still on the silicon nitride, a negative resist is patterned with a first thermoelectric deposition mask pattern, and antimony, which is a first thermoelectric deposition material, is subjected to resistance heating evaporation to a thickness of 1 to 5 μm. Is formed with a thickness of Thereafter, when the resist is removed by a lift-off method, an antimony pattern as shown in FIG. 2E is formed.

【0028】この状態で、第2熱電堆パターンとほぼ同
型だが、第1熱電堆のアンチモンパターンとは接合部で
重ならないような第2熱電堆用下地金属のマスクパター
ンで、ネガレジストをパターニングし、下地金属となる
クロムまたはチタンを100〜500Åの厚みで、蒸着
またはスパッタリングにより成膜する。第1熱電堆の下
地金属と同様に断続的なパターンで、温接点となるダイ
ヤフラム中央部と冷接点となるリムとは、切り離されて
いる。さらに、実施例1と同様に、金を100〜500
Åの厚みで蒸着またはスパッタリングで成膜し、リフト
オフすると、第2熱電堆用の下地金属パターンができる
ので、その上に、第2熱電堆用マスクパターンでネガレ
ジストをパターニングする。最後に、第2熱電堆とし
て、ビスマス24を抵抗加熱蒸着で、1〜5μmの厚み
で成膜し、リフトオフすると断続的な下地金属に密着し
た熱電堆が完成する。この断面を図2(F)に示す。
In this state, the negative resist is patterned with a mask pattern of a second thermoelectric deposit base metal which is substantially the same as the second thermoelectric deposit pattern but does not overlap with the antimony pattern of the first thermoelectric deposit at the joint. Then, chromium or titanium as a base metal is formed in a thickness of 100 to 500 ° by vapor deposition or sputtering. In the same intermittent pattern as the base metal of the first thermoelectric bank, the center part of the diaphragm serving as the hot junction and the rim serving as the cold junction are separated. Further, as in the case of the first embodiment, 100 to 500
When a film is formed by vapor deposition or sputtering with a thickness of 、 and lift-off is performed, a base metal pattern for the second thermoelectric deposit is formed, and a negative resist is patterned thereon with the second thermoelectric deposit mask pattern. Finally, as a second thermoelectric bank, bismuth 24 is deposited to a thickness of 1 to 5 μm by resistance heating evaporation, and lift-off completes a thermoelectric bank that is in close contact with the intermittent base metal. This cross section is shown in FIG.

【0029】該シリコンの半導体基板21の熱電堆材料
の付いていない裏面から、実施例1と同様に、シリコン
のエッチングをアルカリ性エッチング液である水酸化カ
リウム(30wt%)で行う。熱電堆材料の付いている
表面は、テフロン系の治具でカバーし、熱電堆材料が水
酸化カリウムに侵されないようにする。シリコンが充分
にエッチングされ、窒化シリコンが裏面から露出されれ
ばエッチング終了。このとき、シリコンがエッチングさ
れて窒化シリコン膜が薄いダイヤフラムとなった部分
は、加熱されやすい温接点25となり、エッチングで残
されたリムの部分は加熱されにくい冷接点26となる。
これを図2(G)に示す。
As in the first embodiment, the silicon is etched with potassium hydroxide (30 wt%) as an alkaline etching solution from the back surface of the silicon semiconductor substrate 21 on which the thermoelectric material is not attached. The surface with thermopile material is covered with a Teflon-based jig to prevent the thermopile material from being attacked by potassium hydroxide. Etching is completed when silicon is sufficiently etched and silicon nitride is exposed from the back surface. At this time, a portion where silicon is etched to form a thin diaphragm of the silicon nitride film becomes a hot junction 25 that is easily heated, and a portion of the rim left by etching becomes a cold junction 26 that is hardly heated.
This is shown in FIG.

【0030】図3に、図2(G)右半分の熱電堆を取り
除いて、下地金属薄膜のパターンが見える状態にした素
子の拡大図を示す。31は第1熱電堆材料のアンチモン
の下地金属となるクロムまたはチタン薄膜のパターン。
32は第2熱電堆材料のビスマスの下地金属となるクロ
ムまたはチタン薄膜のパターン。33の外枠は、冷接点
になるリムの部分である。a−a’断面図を下に併記す
る。
FIG. 3 is an enlarged view of the element in which the thermoelectric pile in the right half of FIG. 2 (G) has been removed so that the pattern of the underlying metal thin film can be seen. Reference numeral 31 denotes a pattern of a chromium or titanium thin film serving as a base metal of antimony of the first thermoelectric material.
Reference numeral 32 denotes a pattern of a chromium or titanium thin film serving as a base metal of bismuth of the second thermoelectric material. The outer frame 33 is a rim portion to be a cold junction. An aa ′ cross-sectional view is also shown below.

【0031】本発明の下地金属である該クロムまたはチ
タン薄膜は、温接点から冷接点に至るまで、不連続に設
計されているので、温接点が加熱、吸収した赤外線熱量
を冷接点へ逃がすことはない。また、該下地金属薄膜が
断続的であっても、熱電堆薄膜は、リフトオフを含む一
連の工程を経ても剥離することがないばかりか、日本工
業規格のめっきの密着性試験方法JIS H 8504
に規定されているセロハン粘着テープによる引き剥がし
試験を実施しても剥離することはないので、容易に確認
することができた。
The chromium or titanium thin film, which is the base metal of the present invention, is designed discontinuously from the hot junction to the cold junction, so that the infrared heat absorbed and heated by the hot junction is released to the cold junction. There is no. Also, even if the underlying metal thin film is intermittent, the thermoelectric thin film does not peel off even after a series of steps including lift-off, and also has a Japanese Industrial Standard plating adhesion test method JIS H8504.
Even when a peeling test using a cellophane pressure-sensitive adhesive tape specified in (1) was carried out, there was no peeling, so that it could be easily confirmed.

【0032】[0032]

【発明の効果】従来、絶縁性密着層を構成する絶縁性薄
膜である窒化シリコンまたは酸化シリコン膜と密着性の
相性が悪い、熱電堆材料のアンチモン及びビスマス等
は、製造上、パターンを形成する工程である数回のリフ
トオフ中に剥離することが非常に多かった。しかし、本
発明によれば、該熱電堆材料のアンチモン及びビスマス
等は、下地金属のクロムまたはチタン薄膜の介在を得
て、非常に密着力が向上し、数回のリフトオフにも剥離
することなく、日本工業規格のめっきの密着性試験方法
JIS H 8504に規定されているセロハン粘着テ
ープによる引き剥がし試験を実施しても剥離することは
ない。したがって、本発明によれば、密着性の良好な熱
電堆を構成することが可能となり、さらに、非常に高い
歩留まりを確保できるために格別の効果を奏するもので
ある。
Conventionally, thermomonitor materials such as antimony and bismuth, which have poor adhesion with the silicon nitride or silicon oxide film as the insulating thin film constituting the insulating adhesion layer, form a pattern in manufacturing. It was very common to peel off during several lift-off steps. However, according to the present invention, antimony and bismuth of the thermoelectric deposit material, with the interposition of the chromium or titanium thin film of the underlying metal, the adhesion is greatly improved, without peeling even after several lift-offs. Even if a peeling test using a cellophane adhesive tape specified in Japanese Industrial Standards plating adhesion test method JIS H 8504 is carried out, there is no peeling. Therefore, according to the present invention, it is possible to construct a thermopile with good adhesion, and it is possible to secure a very high yield, so that a special effect can be obtained.

【0033】また、本発明によれば、絶縁性密着層を構
成する絶縁性薄膜である窒化シリコンまたは酸化シリコ
ン膜と密着性の相性が悪い該熱電堆材料のアンチモン及
びビスマス等が下地金属薄膜のクロムまたはチタン薄膜
の介在を得ることで、非常に密着力が向上し、パターン
を形成する工程である数回のリフトオフにも剥離するこ
となく、日本工業規格のめっきの密着性試験方法JIS
H 8504に規定されているセロハン粘着テープに
よる引き剥がし試験を実施しても剥離することはないた
めに、安定した品質の製品を供給することが可能とな
る。
Further, according to the present invention, the thermoelectric material such as antimony and bismuth having poor adhesion with the silicon nitride or silicon oxide film as the insulating thin film constituting the insulating adhesion layer is used as the base metal thin film. By obtaining the interposition of a chromium or titanium thin film, the adhesion is greatly improved, and it does not peel off during several lift-offs in the process of forming a pattern.
Even if a peeling test using a cellophane adhesive tape specified in H8504 is not performed, the product does not peel off, so that it is possible to supply a stable quality product.

【0034】さらに、上記のように、非常に高い製造上
の歩留まりに加え、下地金属薄膜であるクロムまたはチ
タン薄膜が、温接点と冷接点を直接接続しない、不連続
なパターンとなっているので、赤外線検知時に、赤外線
を吸収し、加熱された温接点の熱量を冷接点へ逃がすこ
ともないので、非常に効率の良い安定した電気的な性能
を有した赤外線検知素子を提供することが可能となる。
Further, as described above, in addition to the extremely high production yield, the chromium or titanium thin film as the base metal thin film has a discontinuous pattern that does not directly connect the hot junction and the cold junction. When detecting infrared light, it absorbs infrared light and does not allow the heat of the heated hot junction to escape to the cold junction, so it is possible to provide an infrared detecting element with highly efficient and stable electrical performance Becomes

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

【図1】本発明の絶縁性薄膜と熱電堆薄膜の中間に下地
金属薄膜を配した工程の実施例である。
FIG. 1 is an embodiment of a step of disposing a base metal thin film between an insulating thin film and a thermoelectric thin film of the present invention.

【図2】本発明の絶縁性薄膜と熱電堆薄膜の中間に不連
続な下地金属薄膜を配した工程の実施例である。
FIG. 2 is an embodiment of the process of the present invention in which a discontinuous underlying metal thin film is arranged between an insulating thin film and a thermoelectric thin film.

【図3】本発明の不連続な下地金属薄膜を熱電堆材料の
ない状態で熱電堆側から見た実施例である。
FIG. 3 is an example of the discontinuous underlying metal thin film of the present invention viewed from the thermopile side without the thermopile material.

【図4】従来の熱電堆型赤外線検出素子で、絶縁性薄膜
上に直接熱電堆を形成する工程の一例である。
FIG. 4 shows an example of a process for forming a thermoelectric bank directly on an insulating thin film using a conventional thermoelectric bank type infrared detecting element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体基板 12 絶縁性薄膜 13 下地金属薄膜 Reference Signs List 11 semiconductor substrate 12 insulating thin film 13 base metal thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中元 善郎 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 2G065 BA11 DA20 2G066 BA08 BA55 4M118 AA10 AB10 BA06 CA14 CA35 EA01 GA10  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yoshiro Nakamoto 840 Takeno, Shimotomi, Tokorozawa-shi, Saitama F-Term in Technical Research Institute, Citizen Watch Co., Ltd. 2G065 BA11 DA20 2G066 BA08 BA55 4M118 AA10 AB10 BA06 CA14 CA35 EA01 GA10

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、該基板上に形成された絶縁性密
着層を介して熱電堆が形成された熱電堆型赤外線検出素
子であって、該絶縁性密着層は絶縁性薄膜と下地金属薄
膜が積層されてなることを特徴とする熱電堆型赤外線検
出素子。
1. A thermoelectric bank type infrared detecting element in which a thermoelectric bank is formed via a substrate and an insulating adhesive layer formed on the substrate, wherein the insulating adhesive layer comprises an insulating thin film and a base metal. A thermoelectric bank type infrared detecting element comprising thin films laminated.
【請求項2】 前記下地金属薄膜は断続的にパターニン
グされてなり、冷接点となるリムと、温接点となるダイ
ヤフラム上の該下地金属薄膜とは不連続に形成されてな
ることを特徴とする請求項1に記載の熱電堆型赤外線検
出素子。
2. The method according to claim 1, wherein the base metal thin film is intermittently patterned, and the rim serving as a cold junction and the base metal thin film on a diaphragm serving as a hot junction are formed discontinuously. The thermoelectric bank type infrared detecting element according to claim 1.
【請求項3】 前記基板は半導体基板であることを特徴
とする請求項1に記載の熱電堆型赤外線検出素子。
3. The thermoelectric infrared detector according to claim 1, wherein the substrate is a semiconductor substrate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012212838A (en) * 2011-03-23 2012-11-01 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Thermoelectric thin film device
JP2019216175A (en) * 2018-06-12 2019-12-19 ヤマハ株式会社 Thermoelectric conversion module
WO2023171532A1 (en) * 2022-03-08 2023-09-14 デンカ株式会社 Thermoelectric conversion module and manufacturing method therefor

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