JP2006349601A - Infrared temperature sensor and manufacturing method - Google Patents

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Hiroki Kuwano
博喜 桑野
Katsuhiro Tanaka
克洋 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared temperature sensor suitable for temperature measurement of a nano-area by providing a structure in which the distance between an infrared transmitting window and an infrared sensing part is freely reduced, and the diameter of the infrared transmitting window is also freely reduced. <P>SOLUTION: A shielding substrate 2 having the infrared transmitting window 22 in a lower area 21 of a stepped part is opposed to a sensor substrate 1 having an infrared detection part 11. The sensor substrate 1 is bonded to the shielding substrate 2 while locating the infrared detection part 11 on an extension line of the infrared transmitting window 22. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ナノテクノロジー分野における材料やデバイス等の微小領域の温度計測を行う赤外線温度センサおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to an infrared temperature sensor that measures the temperature of a minute region such as a material or a device in the nanotechnology field, and a method for manufacturing the same.

ナノテクノロジーの進展につれて、バイオ研究分野、材料研究分野あるいは電子デバイス研究分野などにおいて、生体・材料の熱物性評価や電子デバイスの熱問題の解決等に多くの取り組みがなされており、微小領域の温度分布を高精度に計測できる温度センサが強く求められている。   Along with the progress of nanotechnology, in the bio research field, the material research field or the electronic device research field, many efforts have been made to evaluate the thermophysical properties of living organisms and materials and to solve the thermal problems of electronic devices. There is a strong demand for a temperature sensor that can measure the distribution with high accuracy.

このような微小領域の温度分布を計測する場合、計測対象に熱伝導による影響や変形・破壊などを与えないようにすることが重要であり、非接触式の温度計測法が必要とされる。   When measuring the temperature distribution of such a minute region, it is important to prevent the measurement target from being affected by heat conduction, deformation, or destruction, and a non-contact temperature measurement method is required.

非接触式の温度センサとしては、特許文献1に開示されているシリコン基板を用いた非接触式の赤外線センサが知られている。特許文献1に開示されている赤外線センサは、図23に示すように、シリコン基板102の両面にシリコンオキシナイトライド膜105が形成され、一方のシリコンオキシナイトライド膜105に赤外線感応部106bが設けられ、他方のシリコンオキシナイトライド膜105に赤外線透過窓107が設けられている。   As a non-contact type temperature sensor, a non-contact type infrared sensor using a silicon substrate disclosed in Patent Document 1 is known. In the infrared sensor disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 23, a silicon oxynitride film 105 is formed on both surfaces of a silicon substrate 102, and one silicon oxynitride film 105 is provided with an infrared sensitive portion 106b. An infrared transmission window 107 is provided on the other silicon oxynitride film 105.

シリコン基板102は、赤外線透過窓107と赤外線感応部106bとの間が部分的にエッチング除去されて空洞部103が形成されており、赤外線透過窓107と赤外線感応部106bとの距離がシリコン基板102の厚さに等しくなっている。さらに、シリコン基板102は、空洞部103の周辺部が温度センサ全体の筐体となっている。   The silicon substrate 102 is partially etched away between the infrared transmitting window 107 and the infrared sensitive portion 106b to form a cavity 103, and the distance between the infrared transmitting window 107 and the infrared sensitive portion 106b is the silicon substrate 102. Is equal to the thickness of Further, in the silicon substrate 102, the peripheral portion of the cavity 103 is a casing of the entire temperature sensor.

このような赤外線センサは、温度センサ全体の強度を確保するために、厚さが数百μm以上のシリコン基板102を用いており、赤外線透過窓107と赤外線感応部106bとの距離も数百μm以上となる。そのため、微弱放射エネルギーの測定、すなわち径が1μm程度以下のナノ領域の温度あるいは数十℃程度の低温領域の温度を測定する場合には、赤外線感応部106bに到達するエネルギーが不十分で、感度不足となり、温度計測ができないという欠点があった。   Such an infrared sensor uses a silicon substrate 102 having a thickness of several hundred μm or more in order to ensure the strength of the entire temperature sensor, and the distance between the infrared transmission window 107 and the infrared sensitive portion 106b is also several hundred μm. That's it. Therefore, when measuring weak radiant energy, that is, measuring the temperature of the nano-region with a diameter of about 1 μm or less or the temperature of a low-temperature region of about several tens of degrees Celsius, the energy that reaches the infrared sensitive part 106b is insufficient, and the sensitivity There was a shortcoming that the temperature could not be measured.

また、赤外線感応部106bの赤外線吸収膜108が赤外線吸収窓107を通して蒸着により形成されるので、赤外線吸収窓107の径は蒸着が行える100μm程度の大きさを確保しなければならない。そのため、径が数十μm程度より微小な領域の温度分布を計測できないという欠点があった。
特開平6−160173号公報
Further, since the infrared absorption film 108 of the infrared sensitive portion 106b is formed by vapor deposition through the infrared absorption window 107, the diameter of the infrared absorption window 107 must be secured to a size of about 100 μm that allows vapor deposition. For this reason, there is a drawback that the temperature distribution in a region whose diameter is smaller than about several tens of μm cannot be measured.
JP-A-6-160173

本発明は、従来の赤外線センサのように赤外線透過窓と赤外線感応部との距離がシリコン基板の厚さに規制されるのを解消し、赤外線透過窓と赤外線感応部との距離を自由に近づけることができるようにするとともに、赤外線透過窓の径を自由に小さくできるようにして、ナノ領域の温度計測に好適な赤外線温度センサを提供することを目的としている。
また、MEMS技術等を用いて高精度にかつ簡便に製造することが可能な赤外線温度センサの製造方法を提供することを目的としている。
The present invention eliminates the restriction of the distance between the infrared transmission window and the infrared sensitive part as in the conventional infrared sensor by the thickness of the silicon substrate, and allows the distance between the infrared transparent window and the infrared sensitive part to be freely reduced. It is an object of the present invention to provide an infrared temperature sensor suitable for measuring the temperature in the nano region by allowing the infrared transmission window to be freely reduced in diameter.
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an infrared temperature sensor that can be easily manufactured with high accuracy using MEMS technology or the like.

本発明によれば、一方の面に段差部が形成され、該段差部の低い領域に赤外線通過窓が設けられた遮蔽基板と、一方の面に赤外線検出部が設けられたセンサ基板とを備え、前記遮蔽基板の段差部が形成された面と前記センサ基板の赤外線検出部が設けられた面とが対向し、かつ前記赤外線検出部が前記赤外線通過窓の延長線上に位置して、前記遮蔽基板と前記センサ基板とが接合されたことを特徴とする赤外線温度センサが得られる。   According to the present invention, there is provided a shielding substrate in which a step portion is formed on one surface, an infrared passage window is provided in a low region of the step portion, and a sensor substrate in which an infrared detection portion is provided on one surface. The surface of the shielding substrate on which the stepped portion is formed and the surface of the sensor substrate on which the infrared detection unit is provided are opposed to each other, and the infrared detection unit is positioned on an extension line of the infrared passage window. An infrared temperature sensor is obtained in which a substrate and the sensor substrate are bonded.

また、前記遮蔽基板がシリコンまたはゲルマニウムからなることを特徴とする赤外線温度センを提供する。さらに、前記赤外線検出部が焦電効果素子を有することを特徴とする赤外線温度センサを提供する。   In addition, an infrared temperature sensor is provided in which the shielding substrate is made of silicon or germanium. Furthermore, an infrared temperature sensor is provided in which the infrared detector has a pyroelectric effect element.

また、前記赤外線検出部が前記センサ基板に架橋部を介して支持されていることを特徴とする赤外線温度センサを提供する。   Further, the present invention provides an infrared temperature sensor, wherein the infrared detection unit is supported on the sensor substrate via a bridging unit.

さらに本発明によれば、第一基板の一方の面に段差部を形成するとともに、該段差部の低い領域に赤外線通過窓を形成する第一基板工程と、第二基板の一方の面に赤外線検出部を形成する第二基板工程と、前記第一基板工程で得られた前記第一基板の段差部が形成された面と前記第二基板工程で得られた前記第二基板の赤外線検出部が形成された面とを対向させ、前記赤外線通過窓の延長線上に前記赤外線検出部を位置づけして前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合工程とを有することを特徴とする赤外線温度センサの製造方法が得られる。   Furthermore, according to the present invention, a first substrate step of forming a stepped portion on one surface of the first substrate and forming an infrared passage window in a low region of the stepped portion, and an infrared ray on one surface of the second substrate A second substrate step for forming a detection portion; a surface on which the step portion of the first substrate obtained in the first substrate step is formed; and an infrared detection portion for the second substrate obtained in the second substrate step. And a bonding step of bonding the first substrate and the second substrate by positioning the infrared detection unit on an extension line of the infrared passage window. A temperature sensor manufacturing method is obtained.

また、前記第一基板工程が、第一基板の一方の面に段差部をエッチングにより形成する工程と、該段差部の低い領域に赤外線通過窓を集束イオンビーム加工により形成する工程とを有することを特徴とする赤外線温度センサの製造方法を提供する。   The first substrate step includes a step of forming a stepped portion on one surface of the first substrate by etching, and a step of forming an infrared passage window in a low region of the stepped portion by focused ion beam processing. An infrared temperature sensor manufacturing method is provided.

さらに、前記第二基板工程が、第二基板の一方の面に導電性薄膜により第一電極を形成する工程と、該工程にて形成された第一電極上に焦電効果薄膜と導電性薄膜とを積層して焦電素子と第二電極を形成する工程とを有することを特徴とする赤外線温度センサの製造方法を提供する。   Further, the second substrate step includes a step of forming a first electrode with a conductive thin film on one surface of the second substrate, a pyroelectric effect thin film and a conductive thin film on the first electrode formed in the step. And a step of forming a pyroelectric element and a second electrode by laminating and a method of manufacturing an infrared temperature sensor.

本発明によれば、段差部の低い領域に赤外線通過窓が設けられた遮蔽基板と、一方の面に赤外線検出部が設けられたセンサ基板とが対向し、赤外線検出部が赤外線通過窓の延長線上に位置して接合されているので、温度センサ全体の強度をセンサ基板により確保しつつ赤外線通過窓と赤外線検出部との距離は、段差部の段差に合わせて任意に設定できる。また、赤外線通過窓の大きさは、赤外線検出部の形成工程に規制されることなく、自由に選択することができる。   According to the present invention, the shielding substrate provided with the infrared passage window in the low region of the stepped portion faces the sensor substrate provided with the infrared detection portion on one surface, and the infrared detection portion is an extension of the infrared passage window. Since the joint is located on the line, the distance between the infrared passage window and the infrared detector can be arbitrarily set in accordance with the step of the step portion while ensuring the strength of the entire temperature sensor by the sensor substrate. In addition, the size of the infrared passage window can be freely selected without being restricted by the formation process of the infrared detector.

従って、段差部の段差を必要に応じて小さくし、赤外線透過窓と赤外線感応部との距離を近づけて温度測定の感度を高めることができるとともに、赤外線透過窓の径の大きさを所望のサイズとしてナノ領域の温度計測を高精度に行うことが可能となる。   Therefore, the step of the step portion can be reduced as necessary, the distance between the infrared transmission window and the infrared sensitive portion can be made closer to increase the temperature measurement sensitivity, and the diameter of the infrared transmission window can be set to a desired size. As a result, it is possible to measure the temperature in the nano region with high accuracy.

段差部の段差が10μm以下であると、径が1μm程度以下の微小領域の温度あるいは数十℃程度の低温領域の細胞等の温度を測定が容易になる。   When the level difference of the step portion is 10 μm or less, it becomes easy to measure the temperature of a minute region having a diameter of about 1 μm or less or the temperature of a cell in a low temperature region of about several tens of degrees Celsius.

また、赤外線透過窓の径が1μm以下であると、径が数十μm程度以下の微小領域の温度分布を正確に計測できる。   Further, when the diameter of the infrared transmission window is 1 μm or less, the temperature distribution of a minute region having a diameter of about several tens of μm or less can be accurately measured.

また、遮蔽基板がシリコンまたはゲルマニウムであると、MEMS技術を用いて、段差の小さな段差部を容易に形成できるとともに、小さな赤外線透過窓を容易に形成できる。遮蔽基板は、赤外線が入射する面にアルミニウム等の金属薄膜を蒸着したものであると赤外線遮蔽効果を高めることができる。   Further, when the shielding substrate is made of silicon or germanium, a step portion having a small step can be easily formed using a MEMS technique, and a small infrared transmission window can be easily formed. The shielding substrate can enhance the infrared shielding effect when a metal thin film such as aluminum is deposited on the surface on which infrared rays are incident.

さらに、赤外線検出部が焦電効果素子を有するものであると、自発分極の変化に応じて発生する電位により温度が観測できるので、赤外線検出部の通電電流は不要になる。従って、赤外線検出部は、通電電流による発熱がなく、抵抗値変化に応じて生ずる電流変化により温度を観測するものに比べて、低温化が実現でき、ノイズを抑えて測定感度を高めることができる。また、測定時の応答速度を速めることも可能となる。   Furthermore, if the infrared detection unit has a pyroelectric effect element, the temperature can be observed by the potential generated according to the change of the spontaneous polarization, so that the energization current of the infrared detection unit becomes unnecessary. Therefore, the infrared detection unit does not generate heat due to the energization current, and can achieve a lower temperature than the one that observes the temperature due to the current change caused by the resistance value change, and can suppress the noise and increase the measurement sensitivity. . It is also possible to increase the response speed during measurement.

焦電効果素子としては、PZTあるいは酸化亜鉛を利用したものが焦電効果が大きいので好ましい。   As the pyroelectric effect element, an element using PZT or zinc oxide is preferable because the pyroelectric effect is large.

焦電効果素子の電極材料は、Au、Pt、AgあるいはCuが好ましい。これらは、電気抵抗が小さく、かつ熱抵抗が小さいので、測定感度を高めることができる。Niは、熱吸収が大きい点で、電極材料として好ましい。   The electrode material of the pyroelectric effect element is preferably Au, Pt, Ag or Cu. Since these have low electrical resistance and low thermal resistance, the measurement sensitivity can be increased. Ni is preferable as an electrode material because of its large heat absorption.

また、赤外線検出部がセンサ基板に架橋部を介して支持されていると、赤外線感応部とセンサ基板との熱伝導を抑え、応答速度が速く、高感度な温度計測が可能となる。センサ基板がシリコンまたはゲルマニウムであると、異方性エッチングにより架橋部の形成が容易である。   In addition, when the infrared detection unit is supported on the sensor substrate via the bridging unit, heat conduction between the infrared detection unit and the sensor substrate is suppressed, the response speed is high, and highly sensitive temperature measurement is possible. When the sensor substrate is made of silicon or germanium, it is easy to form a crosslinked portion by anisotropic etching.

さらに本発明によれば、第一基板に段差部を形成するとともに、段差部の低い領域に赤外線通過窓を形成し、第二基板の一方の面に赤外線検出部を形成し、第一基板の段差部が形成された面と前記第二基板の赤外線検出部が形成された面とを対向させ、赤外線通過窓の延長線上に赤外線検出部を位置づけして接合したので、赤外線通過窓と赤外線検出部との距離が段差部の段差によって設定される。しかも、赤外線通過窓を利用することなく赤外線検出部が形成できるので、赤外線通過窓の大きさを自由に小さくできる。   Further, according to the present invention, the step portion is formed on the first substrate, the infrared passage window is formed in the region where the step portion is low, the infrared detection portion is formed on one surface of the second substrate, The surface on which the step portion is formed and the surface on which the infrared detection portion of the second substrate is formed are opposed to each other, and the infrared detection portion is positioned on the extension line of the infrared passage window and bonded together. The distance to the part is set by the step of the step part. And since an infrared detection part can be formed without utilizing an infrared passage window, the magnitude | size of an infrared passage window can be made small freely.

また、第一基板工程において、第一基板の一方の面に段差部をエッチングにより形成すると、10nmないし数十μmの段差を容易に形成できる。特に、第一基板がシリコンまたはゲルマニウムであると、異方性エッチングを適用して段差部をテーパー状に形成できる。従って、第一基板が薄いものであってもテーパー状段差部により第一基板のたわみが抑えられ、次工程以下において精度を保って加工を行うことができる。また、赤外線通過窓を集束イオンビーム加工により形成すると、径が10nmないし数十μmの赤外線通過窓を容易に、かつ精度よく形成できる。   In the first substrate process, if a step portion is formed on one surface of the first substrate by etching, a step of 10 nm to several tens of μm can be easily formed. In particular, when the first substrate is silicon or germanium, the step portion can be formed in a tapered shape by applying anisotropic etching. Therefore, even if the first substrate is thin, the taper-shaped stepped portion can suppress the deflection of the first substrate, and processing can be performed with accuracy in the subsequent steps. Further, when the infrared passage window is formed by focused ion beam processing, an infrared passage window having a diameter of 10 nm to several tens of μm can be easily and accurately formed.

さらに、第二基板工程において、第二基板の一方の面に第一電極を形成し、第一電極上に焦電効果薄膜と導電性薄膜とを積層して焦電素子と第二電極を形成すると焦電素子と第二電極とを同一レジストパターンで形成することができ、工程が簡略化できる。   Further, in the second substrate process, a first electrode is formed on one surface of the second substrate, and a pyroelectric element and a second electrode are formed by laminating a pyroelectric effect thin film and a conductive thin film on the first electrode. Then, the pyroelectric element and the second electrode can be formed with the same resist pattern, and the process can be simplified.

焦電素子と第二電極とを形成する工程の後に、第二基板の焦電効果素子が形成された面を、適宜パターンエッチングすることにより、焦電効果素子を支持する架橋部を形成することが可能となる。   After the step of forming the pyroelectric element and the second electrode, the surface of the second substrate on which the pyroelectric effect element is formed is appropriately patterned to form a bridging portion that supports the pyroelectric effect element. Is possible.

第二基板がシリコンまたはゲルマニウムであると、エッチング技術により架橋部の形成が容易である。   When the second substrate is made of silicon or germanium, it is easy to form a crosslinked portion by an etching technique.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態の赤外線温度センサの要部構成を示す部分斜視図であり、図1において、1はセンサ基板であるシリコン基板、2は遮蔽基板であるシリコン基板である。シリコン基板1のシリコン基板2と対向する面には、図2以下に説明するように、赤外線検出部11が設けられている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial perspective view showing a main configuration of an infrared temperature sensor according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a silicon substrate which is a sensor substrate, and 2 is a silicon substrate which is a shielding substrate. An infrared detector 11 is provided on the surface of the silicon substrate 1 facing the silicon substrate 2 as will be described below with reference to FIG.

シリコン基板2のシリコン基板1と対向する面には段差t1の段差部が形成され、その低い領域21が赤外線検出部11と距離t1を保って対向しており、シリコン基板2の赤外線検出部11の直下には赤外線通過窓22が設けられている。
また、シリコン基板2は、その段差の高い領域23においてシリコン基板1と接合されている。尚、図1では、説明の都合上、シリコン基板1およびシリコン基板2の要部のみを図示したものである。
A step portion of a step t1 is formed on the surface of the silicon substrate 2 facing the silicon substrate 1, and a lower region 21 thereof faces the infrared detection unit 11 while maintaining a distance t1, and the infrared detection unit 11 of the silicon substrate 2 An infrared passage window 22 is provided immediately below the window.
Further, the silicon substrate 2 is bonded to the silicon substrate 1 in a region 23 having a high step. In FIG. 1, only the main parts of the silicon substrate 1 and the silicon substrate 2 are shown for convenience of explanation.

図2は、図1に示した赤外線温度センサのセンサ中心を通るS−S'線に沿った要部断面図である。シリコン基板1に設けられた赤外線検出部11は、直下のシリコン基板2に設けられた径がΦ1の赤外線通過窓22と対向しており、シリコン基板2の下側を測定対象物3に近づけると、測定対象物3から放射される赤外線が赤外線通過窓22を介して赤外線検出部11に入射し、赤外線検出部11にて測定対象物3の温度が測定できる構成となっている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part along the line SS ′ passing through the sensor center of the infrared temperature sensor shown in FIG. The infrared detection unit 11 provided on the silicon substrate 1 is opposed to the infrared passage window 22 having a diameter of Φ1 provided on the silicon substrate 2 immediately below, and when the lower side of the silicon substrate 2 is brought close to the measurement object 3. The infrared rays radiated from the measurement object 3 are incident on the infrared detection unit 11 via the infrared passage window 22, and the infrared detection unit 11 can measure the temperature of the measurement object 3.

次に、シリコン基板1の詳細について、図3を用いて説明する。図3は、図1に示したシリコン基板1の要部平面図および要部断面図である。   Next, details of the silicon substrate 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view of main parts of the silicon substrate 1 shown in FIG.

図3(h)はシリコン基板1の要部平面図、図3(v)は図3(h)のA−A'線に沿った断面図、図3(t)は図3(h)のB−B'線に沿った断面図である。   3 (h) is a plan view of the principal part of the silicon substrate 1, FIG. 3 (v) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3 (h), and FIG. 3 (t) is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing along a BB 'line.

赤外線検出部11は、シリコン基板1上にSiO2薄膜12を介して形成されており、下部電極13、焦電効果素子であるPZT素子14、上部電極15が順次積層された構成になっている。下部電極13は、下部電極13と同一導電膜で形成された引出し電極16に引出し線を介して接続されている。   The infrared detecting unit 11 is formed on the silicon substrate 1 via the SiO2 thin film 12, and has a configuration in which a lower electrode 13, a PZT element 14 as a pyroelectric effect element, and an upper electrode 15 are sequentially stacked. The lower electrode 13 is connected to an extraction electrode 16 formed of the same conductive film as the lower electrode 13 via an extraction line.

また、上部電極15は、引出し電極16とA−A'線に対して対称な位置に形成された引出し電極17に引出し線を介して接続されている。尚、引出し電極17およびそれに接続される引出し線は、PZT素子14および上部電極15を形成する膜が積層されたものである。   Further, the upper electrode 15 is connected to an extraction electrode 17 formed at a position symmetrical to the extraction electrode 16 and the line AA ′ via an extraction line. The lead electrode 17 and the lead wire connected to the lead electrode 17 are formed by laminating films forming the PZT element 14 and the upper electrode 15.

続いてシリコン基板2の詳細について、図4を用いて説明する。図4はシリコン基板2の要部斜視図であり、同図に示すようにシリコン基板2は赤外線検出部11と対向する側の一部21を深さt1だけエッチング加工して段差を設けたもので、その低い領域21の赤外線検出部11の直下には径がΦ1の赤外線通過窓22が設けられている。   Next, details of the silicon substrate 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view of the main part of the silicon substrate 2. As shown in FIG. 4, the silicon substrate 2 is formed by etching a part 21 on the side facing the infrared detection unit 11 to a depth t1 to provide a step. Thus, an infrared passage window 22 having a diameter of Φ1 is provided immediately below the infrared detector 11 in the lower region 21.

シリコン基板2は、赤外線が入射する面にアルミニウム等の金属薄膜24が蒸着されていて、赤外線遮蔽効果を高めている。   The silicon substrate 2 has a metal thin film 24 such as aluminum deposited on the surface on which infrared rays are incident, thereby enhancing the infrared shielding effect.

尚、シリコン基板2の低い領域21と高い領域23の境界部は傾斜状の段差となっている。   The boundary between the low region 21 and the high region 23 of the silicon substrate 2 is an inclined step.

このような赤外線温度センサにおいて、赤外線通過窓22の径Φ1を10nmないし1000nmの範囲で適宜設定し、赤外線検出部11の一辺を1μmないし1000μmの範囲で適宜設定すると、径が数十μm程度以下の測定対象物3の微小領域の温度分布を正確に計測できる。   In such an infrared temperature sensor, when the diameter Φ1 of the infrared passage window 22 is appropriately set in the range of 10 nm to 1000 nm and one side of the infrared detection unit 11 is appropriately set in the range of 1 μm to 1000 μm, the diameter is about several tens of μm or less. It is possible to accurately measure the temperature distribution of the minute region of the measurement object 3.

また、シリコン基板2の段差t1が10μm以下であると、径が1μm程度以下の微小領域の温度あるいは数十℃程度の低温領域の細胞等の温度を測定が容易になる。   Further, when the step t1 of the silicon substrate 2 is 10 μm or less, it becomes easy to measure the temperature of a minute region having a diameter of about 1 μm or less or the temperature of a cell in a low temperature region of about several tens of degrees Celsius.

尚、赤外線通過窓22が設けられたシリコン基板2の厚さは、10μm以下であることが望ましい。続いて、このような赤外線温度センサの製造方法について、図面を用いて説明する。   Note that the thickness of the silicon substrate 2 provided with the infrared passage window 22 is desirably 10 μm or less. Then, the manufacturing method of such an infrared temperature sensor is demonstrated using drawing.

図5ないし図16は、本発明の実施の形態の赤外線温度センサを構成するシリコン基板1の製造工程を示す要部工程図である。図5において、図5(h)は、図3(h)に示したシリコン基板1と同じ位置におけるシリコン基板1の要部平面図であり、図5(v)は、図3のA−A'線と同じ位置で図5(h)引いた線に沿う断面図であり、図5(t)は図3のB−B'線と同じ位置で図5(h)引いた線に沿う断面図であり、各々引いた線を省略したものである。   5 to 16 are main part process diagrams showing the manufacturing process of the silicon substrate 1 constituting the infrared temperature sensor according to the embodiment of the present invention. 5 (h) is a plan view of the principal part of the silicon substrate 1 at the same position as the silicon substrate 1 shown in FIG. 3 (h), and FIG. 5 (v) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5 (h) is a cross-sectional view taken along the line drawn in FIG. 5 (h) at the same position as the line, and FIG. 5 (t) is a cross-sectional view taken along the line drawn in FIG. 5 (h) at the same position as the line BB 'in FIG. It is a figure and each drawn line is omitted.

以下、図6(h)、図6(v)および図6(t)ないし図16(h)、図16(v)および図16(t)についても同様である。   The same applies to FIGS. 6 (h), 6 (v) and 6 (t) to 16 (h), 16 (v) and 16 (t).

まず、図5(h)、図5(v)および図5(t)に示すように所定の厚さのシリコン基板1を用意する。次に、図6(h)、図6(v)および図6(t)に示すように、シリコン基板1の一方の面に所定の厚さにSiO2薄膜31を熱酸化により形成する。   First, as shown in FIGS. 5 (h), 5 (v) and 5 (t), a silicon substrate 1 having a predetermined thickness is prepared. Next, as shown in FIGS. 6 (h), 6 (v) and 6 (t), a SiO2 thin film 31 is formed on one surface of the silicon substrate 1 to a predetermined thickness by thermal oxidation.

その後、全面にポジレジストを塗布するとともに露光して、図7(h)、図7(v)および図7(t)に示すように、レジストパターン41を形成する。   Thereafter, a positive resist is applied to the entire surface and exposed to form a resist pattern 41 as shown in FIGS. 7 (h), 7 (v) and 7 (t).

次に、パターン41に従ってSiO2薄膜31をドライエッチングし、図8(h)、図8(v)および図8(t)に示すように、SiO2薄膜12のパターンを作る。さらに、全面にポジレジストを塗布するとともに露光して、図9(h)、図9(v)および図9(t)に示すように、レジストパターン42を形成する。   Next, the SiO2 thin film 31 is dry-etched according to the pattern 41 to form a pattern of the SiO2 thin film 12 as shown in FIGS. 8 (h), 8 (v) and 8 (t). Further, a positive resist is applied to the entire surface and exposed to form a resist pattern 42 as shown in FIGS. 9 (h), 9 (v) and 9 (t).

続いて、図10(h)、図10(v)および図10(t)に示すように、全面にTi/Pt薄膜32をスパッタにより所定厚さに形成する。その後、レジストパターン42に従ってTi/Pt薄膜32をリフトオフし、図11(h)、図11(v)および図11(t)に示すように、SiO2薄膜12の上に赤外線検出部11の下部電極13、引出し電極16およびそれらを接続する引出し線を形成する。   Subsequently, as shown in FIGS. 10 (h), 10 (v) and 10 (t), a Ti / Pt thin film 32 is formed on the entire surface by sputtering to a predetermined thickness. Thereafter, the Ti / Pt thin film 32 is lifted off according to the resist pattern 42, and the lower electrode of the infrared detecting section 11 is formed on the SiO2 thin film 12 as shown in FIGS. 11 (h), 11 (v) and 11 (t). 13. Form extraction electrodes 16 and extraction lines connecting them.

次に、図12(h)、図12(v)および図12(t)に示すように、全面にPZT薄膜33をスパッタにより所定厚さに形成するとともに、図13(h)、図13(v)および図13(t)に示すように、その上全面にNi薄膜34をスパッタにより所定厚さに形成する。   Next, as shown in FIG. 12 (h), FIG. 12 (v) and FIG. 12 (t), a PZT thin film 33 is formed on the entire surface by sputtering to a predetermined thickness, and FIGS. As shown in v) and FIG. 13 (t), a Ni thin film 34 is formed on the entire upper surface thereof to a predetermined thickness by sputtering.

ここで、PZT薄膜33のスパッタ蒸着は、例えばマグネトロンスパッタリングにて行い、PZT(Pb(Zr0.48Ti0.52)O3)よりもPbリッチターゲットを用いて行うことができる。その条件は例えば、基板温度が700℃、圧力が3mTorr、電力が200Wであり、雰囲気ガスとしてはArガスを使用する。   Here, the sputter deposition of the PZT thin film 33 is performed, for example, by magnetron sputtering, and can be performed using a Pb rich target rather than PZT (Pb (Zr0.48Ti0.52) O3). For example, the substrate temperature is 700 ° C., the pressure is 3 mTorr, the power is 200 W, and Ar gas is used as the atmospheric gas.

さらに、Ni薄膜34の上全面にネガレジストを塗布するとともに露光して、図14(h)、図14(v)および図14(t)に示すように、レジストパターン43を形成する。   Further, a negative resist is applied to the entire upper surface of the Ni thin film 34 and exposed to form a resist pattern 43 as shown in FIGS. 14 (h), 14 (v) and 14 (t).

次いで、レジストパターン43に覆われていない領域のPZT薄膜33およびNi薄膜34をRIE(リアクテイブイオンエッチング)法により取り除き、図15(h)、図15(v)および図15(t)に示すように、焦電効果素子14、上部電極15およびそれらを接続するその引き出し線を形成する。   Next, the PZT thin film 33 and the Ni thin film 34 in the region not covered with the resist pattern 43 are removed by the RIE (reactive ion etching) method, as shown in FIGS. 15 (h), 15 (v) and 15 (t). Thus, the pyroelectric effect element 14, the upper electrode 15, and the lead wire connecting them are formed.

その後、レジストパターン43を除去し、図16(h)、図16(v)および図16(t)に示すようにセンサ基板であるシリコン基板1を完成させる。図17ないし図22は、本発明の実施の形態の赤外線温度センサを構成するシリコン基板2の製造工程を示す要部工程図である。   Thereafter, the resist pattern 43 is removed, and the silicon substrate 1 as the sensor substrate is completed as shown in FIGS. 16 (h), 16 (v) and 16 (t). 17 to 22 are principal part process diagrams showing the manufacturing process of the silicon substrate 2 constituting the infrared temperature sensor according to the embodiment of the present invention.

図17において図17(h)は、図4に示したシリコン基板2と同じ位置におけるシリコン基板2の要部平面図であり、図17(v)は、図4のC−C'線と同じ位置で図17(h)引いた線に沿う断面図であり、引いた線を省略したものである。以下、図18(h)、図18(v)ないし図22(h)、図22(v)についても同様である。   17 (h) is a plan view of the principal part of the silicon substrate 2 at the same position as the silicon substrate 2 shown in FIG. 4, and FIG. 17 (v) is the same as the CC ′ line in FIG. FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line drawn in FIG. 17 (h) at the position, and the drawn line is omitted. The same applies to FIGS. 18 (h), 18 (v) to 22 (h), and 22 (v).

まず、図17(h)、図17(v)に示すように、所定の厚さのシリコン基板2を用意し、続いて、図18(h)、図18(v)に示すように、シリコン基板2の一方の表面に所定の厚さのアルミニウムの金属薄膜24をスパッタ蒸着により形成する。   First, as shown in FIGS. 17 (h) and 17 (v), a silicon substrate 2 having a predetermined thickness is prepared, and subsequently, as shown in FIGS. 18 (h) and 18 (v), silicon An aluminum metal thin film 24 having a predetermined thickness is formed on one surface of the substrate 2 by sputter deposition.

次に、図19(h)、図19(v)に示すように、シリコン基板2の他方の表面にレジストを塗布し、露光してレジストパターン61を形成する。ここでレジストパターン61は、シリコン基板2に段差部を形成するもので、段差部の低い領域を露出させる形状となっている。   Next, as shown in FIGS. 19H and 19V, a resist is applied to the other surface of the silicon substrate 2 and exposed to form a resist pattern 61. Here, the resist pattern 61 forms a stepped portion on the silicon substrate 2 and has a shape exposing a region having a low stepped portion.

次いで、図20(h)、図20(v)に示すように、シリコン基板2の露出面に異方性エッチングを行い、深さt1だけエッチングした時点でエッチングを終了し、シリコン基板2に段差を形成する。   Next, as shown in FIGS. 20 (h) and 20 (v), anisotropic etching is performed on the exposed surface of the silicon substrate 2, and the etching is terminated when the etching is performed by the depth t1. Form.

シリコン基板2は、異方性エッチングにより、レジストパターン61の境界線から段差部の低い領域21に向かう傾斜面が形成される。次に、レジストパターン61を除去し、図21(h)、図21(v)に示すように、シリコン基板2の段差部の高い領域23を露出させる。   In the silicon substrate 2, an inclined surface is formed by anisotropic etching from the boundary line of the resist pattern 61 toward the region 21 having a low stepped portion. Next, the resist pattern 61 is removed, and as shown in FIGS. 21 (h) and 21 (v), the high region 23 of the step portion of the silicon substrate 2 is exposed.

次いで、シリコン基板2の段差部の低い領域21の所定位置に、集束イオンビーム加工により、図22(h)、図22(v)に示すように、シリコン基板2と金属薄膜24を貫通する径Φ1の赤外線通過窓22を形成する。   Next, as shown in FIGS. 22 (h) and 22 (v), a diameter penetrating the silicon substrate 2 and the metal thin film 24 is formed at a predetermined position in the low region 21 of the stepped portion of the silicon substrate 2 by focused ion beam processing. An infrared passage window 22 of Φ1 is formed.

その後、図16に示すシリコン基板1の赤外線検出部11が形成された側と、図22に示すシリコン基板2の段差部が形成された側とを対向させ、赤外線通過窓22の延長線上に赤外線検出部11の中心が位置するように位置合わせを行い、シリコン基板2の段差部の高い領域23とシリコン基板1とを接合し、図1に示すような一体構造とする。   After that, the side of the silicon substrate 1 shown in FIG. 16 where the infrared detecting portion 11 is formed and the side where the stepped portion of the silicon substrate 2 shown in FIG. Positioning is performed so that the center of the detection unit 11 is located, and the silicon substrate 1 is joined to the region 23 having a high stepped portion of the silicon substrate 2 to form an integrated structure as shown in FIG.

これにより、赤外線温度センサが完成する。シリコン基板2とシリコン基板1との接合は、例えば、常温接合により行う。   Thereby, an infrared temperature sensor is completed. The silicon substrate 2 and the silicon substrate 1 are bonded by, for example, room temperature bonding.

また、詳細な説明は省略するが、引出し電極16および引出し電極17と外部とを接続する配線は、シリコン基板1あるいはシリコン基板2に適宜形成される。   Although the detailed description is omitted, the lead electrode 16 and the lead electrode 17 and the wiring for connecting the outside to the outside are appropriately formed on the silicon substrate 1 or the silicon substrate 2.

尚、図1に示した赤外線温度センサにおいて、シリコン基板1とシリコン基板2の間の赤外線検出部11が形成された空間は、説明の便宜上シリコン基板1とシリコン基板2の周辺部を切り取ったものを図示しているので、3側面が開放されている。しかし、シリコン基板2の段差の高い領域が段差の低い領域の周囲を取り囲む構成となっており、赤外線検出部11が形成された空間は、赤外線通過窓22を除いて、シリコン基板1とシリコン基板2により遮蔽され、外部の光が入らない構造となっている。   In the infrared temperature sensor shown in FIG. 1, the space where the infrared detection unit 11 is formed between the silicon substrate 1 and the silicon substrate 2 is a peripheral portion of the silicon substrate 1 and the silicon substrate 2 cut out for convenience of explanation. 3 side surfaces are open. However, the high step region of the silicon substrate 2 surrounds the low step region, and the space in which the infrared detection unit 11 is formed is the same as the silicon substrate 1 and the silicon substrate except for the infrared passage window 22. It is shielded by 2 and has a structure in which external light does not enter.

また、図16(h)、図16(v)および図16(t)に示すようにセンサ基板であるシリコン基板1を完成させた後に、適宜焦電効果素子14周辺および焦電効果素子14の引き出し線周辺などを覆うレジストパターンを形成して異方性エッチングを行うことにより、焦電効果素子14とシリコン基板1を架橋する架橋部を形成することができる。   Also, as shown in FIGS. 16 (h), 16 (v), and 16 (t), after the silicon substrate 1 as the sensor substrate is completed, the periphery of the pyroelectric effect element 14 and the pyroelectric effect element 14 are appropriately set. By forming a resist pattern covering the periphery of the lead line and performing anisotropic etching, a bridging portion that bridges the pyroelectric effect element 14 and the silicon substrate 1 can be formed.

さらに、上述の実施の形態の赤外線温度センサにおいては、赤外線検出部が1個設けられているが、赤外線検出部を2個並べて設け、一方の赤外線検出部のみに赤外線通過窓を対向させ、他方に赤外線を入射させないようにすると、それら赤外線検出部の差動出力により赤外線を検出することもできる。   Further, in the infrared temperature sensor of the above-described embodiment, one infrared detection unit is provided, but two infrared detection units are provided side by side, an infrared passage window is opposed to only one infrared detection unit, and the other If the infrared rays are not incident on the infrared rays, the infrared rays can be detected by the differential output of the infrared ray detectors.

本発明に係る赤外線温度センサは、ナノ領域の温度計測を高感度にしかも高速で行うことが可能であり、バイオ研究分野、材料研究分野あるいは電子デバイス研究分野などにおいて、熱物性評価や電子デバイスの熱問題の解決等に利用可能である。 The infrared temperature sensor according to the present invention can perform temperature measurement in the nano region with high sensitivity and high speed. In the bio research field, the material research field or the electronic device research field, etc. It can be used to solve thermal problems.

本発明の実施の形態の赤外線温度センサの構成を示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which shows the structure of the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 図1に示した赤外線温度センサの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the infrared temperature sensor shown in FIG. 図1に示した赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の要部平面図および要部断面図である。It is the principal part top view and principal part sectional drawing of the silicon substrate 1 regarding the infrared temperature sensor shown in FIG. 図1に示した赤外線温度センサに係わるシリコン基板2の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of the silicon substrate 2 regarding the infrared temperature sensor shown in FIG. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第1の要部工程図である。It is a 1st principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第2の要部工程図である。It is a 2nd principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第3の要部工程図である。It is a 3rd principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第4の要部工程図である。It is a 4th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第5の要部工程図である。It is a 5th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第6の要部工程図である。It is a 6th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第7の要部工程図である。It is a 7th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第8の要部工程図である。It is a 8th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第9の要部工程図である。It is a 9th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第10の要部工程図である。It is a 10th principal part process drawing showing a manufacturing process of silicon substrate 1 concerning an infrared temperature sensor of an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第11の要部工程図である。It is a 11th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 1 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板1の製造工程を示す第12の要部工程図である。It is a 12th principal part process drawing showing a manufacturing process of silicon substrate 1 concerning an infrared temperature sensor of an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板2の製造工程を示す第1の要部工程図である。It is a 1st principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 2 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板2の製造工程を示す第2の要部工程図である。It is a 2nd principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 2 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板2の製造工程を示す第3の要部工程図である。It is a 3rd principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 2 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板2の製造工程を示す第4の要部工程図である。It is a 4th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 2 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板2の製造工程を示す第5の要部工程図である。It is a 5th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 2 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線温度センサに係わるシリコン基板2の製造工程を示す第6の要部工程図である。It is a 6th principal part process drawing which shows the manufacturing process of the silicon substrate 2 concerning the infrared temperature sensor of embodiment of this invention. 特許文献1に掲載の従来の赤外線温度センサの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional infrared temperature sensor published in patent document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 シリコン基板
3 測定対象物
11 赤外線検出部
12、31 SiO2薄膜
SiO2薄膜
13 下部電極
14 PZT素子
15 上部電極
16、17 引出し電極
21 段差部の低い領域
22 赤外線通過窓
23 段差部の高い領域
24 金属薄膜
32 Ti/Pt薄膜
33 PZT薄膜
34 Ni薄膜


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Silicon substrate 3 Measuring object 11 Infrared detection part 12, 31 SiO2 thin film SiO2 thin film 13 Lower electrode 14 PZT element 15 Upper electrode 16, 17 Extraction electrode 21 Low step area 22 Infrared passage window 23 High step part Area 24 Metal thin film 32 Ti / Pt thin film 33 PZT thin film 34 Ni thin film


Claims (7)

一方の面に段差部が形成され、該段差部の低い領域に赤外線通過窓が設けられた遮蔽基板と、一方の面に赤外線検出部が設けられたセンサ基板とを備え、前記遮蔽基板の段差部が形成された面と前記センサ基板の赤外線検出部が設けられた面とが対向し、かつ前記赤外線検出部が前記赤外線通過窓の延長線上に位置して、前記遮蔽基板と前記センサ基板とが接合されたことを特徴とする赤外線温度センサ。   A stepped portion formed on one surface, a shielding substrate provided with an infrared transmission window in a lower region of the stepped portion, and a sensor substrate provided with an infrared detecting portion on one surface; The surface on which the portion is formed and the surface on which the infrared detection portion of the sensor substrate is provided are opposed to each other, and the infrared detection portion is positioned on an extension line of the infrared passage window, and the shielding substrate, the sensor substrate, An infrared temperature sensor characterized in that is bonded. 前記遮蔽基板がシリコンまたはゲルマニウムからなることを特徴とする請求項1記載の赤外線温度センサ。   2. The infrared temperature sensor according to claim 1, wherein the shielding substrate is made of silicon or germanium. 前記赤外線検出部が焦電効果素子を有することを特徴とする請求項1記載の赤外線温度センサ。   The infrared temperature sensor according to claim 1, wherein the infrared detection unit includes a pyroelectric effect element. 前記赤外線検出部が前記センサ基板に架橋部を介して支持されていることを特徴とする請求項1記載の赤外線温度センサ。   The infrared temperature sensor according to claim 1, wherein the infrared detection unit is supported on the sensor substrate via a bridging unit. 第一基板の一方の面に段差部を形成するとともに、該段差部の低い領域に赤外線通過窓を形成する第一基板工程と、第二基板の一方の面に赤外線検出部を形成する第二基板工程と、前記第一基板工程で得られた前記第一基板の段差部が形成された面と前記第二基板工程で得られた前記第二基板の赤外線検出部が形成された面とを対向させ、前記赤外線通過窓の延長線上に前記赤外線検出部を位置づけして前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合工程とを有することを特徴とする赤外線温度センサの製造方法。   A first substrate step of forming a stepped portion on one surface of the first substrate and forming an infrared passage window in a low region of the stepped portion, and a second forming an infrared detecting portion on one surface of the second substrate A substrate step, a surface on which the step portion of the first substrate obtained in the first substrate step is formed, and a surface on which the infrared detection portion of the second substrate obtained in the second substrate step is formed. A method of manufacturing an infrared temperature sensor, comprising: a bonding step of bonding the first substrate and the second substrate with the infrared detection portion positioned on an extension line of the infrared passage window. 前記第一基板工程が、第一基板の一方の面に段差部をエッチングにより形成する工程と、該段差部の低い領域に赤外線通過窓を集束イオンビーム加工により形成する工程とを有することを特徴とする請求項5記載の赤外線温度センサの製造方法。   The first substrate step includes a step of forming a stepped portion on one surface of the first substrate by etching, and a step of forming an infrared passage window in a low region of the stepped portion by focused ion beam processing. The manufacturing method of the infrared temperature sensor of Claim 5. 前記第二基板工程が、第二基板の一方の面に導電性薄膜により第一電極を形成する工程と、該工程にて形成された第一電極上に焦電効果薄膜と導電性薄膜とを積層して焦電素子と第二電極を形成する工程とを有することを特徴とする請求項5記載の赤外線温度センサの製造方法。

The second substrate step includes a step of forming a first electrode with a conductive thin film on one surface of the second substrate, and a pyroelectric effect thin film and a conductive thin film on the first electrode formed in the step. 6. The method of manufacturing an infrared temperature sensor according to claim 5, further comprising a step of forming a pyroelectric element and a second electrode by stacking.

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