JP2007033154A - 赤外線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造途中のウェハ段階においても出力特性を評価することのできる安価な赤外線検出器を提供する。
【解決手段】基板１の薄肉部として形成されたメンブレンＭａと赤外線検出素子として用いられる熱電対Ｔを備え、熱電対Ｔの温接点Ｔｈが、メンブレンＭａ上に形成され、熱電対Ｔの冷接Ｔｃが、メンブレンＭａの外側の基板１上に形成され、赤外線の受光により、熱電対Ｔの温接点Ｔｈと冷接点Ｔｃの間に生じる温度差に伴った起電力に基づいて赤外線を検出する赤外線検出器であって、熱電対Ｔの近傍に、ヒータＨが設けられ、熱電対Ｔの近傍のメンブレンＭａ上およびメンブレンＭａの外側の基板１上に、それぞれ、温接点感温抵抗素子Ｓｈおよび冷接点感温抵抗素子Ｓｃが設けられてなる赤外線検出器１０とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板の薄肉部として形成されたメンブレンと赤外線検出素子として用いられる熱電対を備えた、赤外線検出器に関する。

基板の薄肉部として形成されたメンブレンと熱電対を備え、赤外線の受光により熱電対の温接点と冷接点の間に生じる温度差に伴った起電力に基づいて赤外線を検出する赤外線検出器が、例えば、特開平７−１８１０８２号公報（特許文献１）に開示されている。

図６は、上記メンブレンと熱電対を備える赤外線検出器の代表例で、図６（ａ）は赤外線検出器９ａの断面図であり、図６（ｂ）は上面図である。また、図６（ｃ）は、赤外線検出素子である熱電対Ｔの構成およびセンサ出力の取り出しを示す模式図である。

図６（ａ）に示す赤外線検出器９ａは、基板１の薄肉部として形成されたメンブレンＭａと、赤外線検出素子として用いられる熱電対Ｔを備えている。基板１は、シリコン（Ｓｉ）半導体基板１ａと、Ｓｉ基板１ａ上に設けられる絶縁膜２とからなる。また、メンブレンＭａは、Ｓｉ基板１ａを部分的にエッチング除去して形成される、絶縁膜２からなる。熱電対Ｔの温接点Ｔｈは、メンブレンＭａ上に形成され、熱電対Ｔの冷接点Ｔｃは、メンブレンＭａの外側の基板１上に形成されている。また、カーボン混合樹脂等からなる赤外線吸収膜３が、熱電対Ｔの温接点Ｔｈを被覆するようにして、メンブレンＭａ上に形成されている。

図６（ｂ）に示すように、熱電対Ｔは、メンブレンＭａを取り囲むように配置される。尚、見やすくするために、図６（ｂ）と図６（ｃ）では、赤外線吸収膜３の図示が省略されている。

図６（ｃ）に示すように、熱電対Ｔは、基板１の上に異種材料Ｔｍ，Ｔｎの膜が交互に複数組直列に延設され（サーモパイル）、一つおきの接合部が温接点Ｔｈと冷接点Ｔｃとなる。異種材料Ｔｍ，Ｔｎの膜の組み合せとしては、例えば、アルミニウム膜と多結晶シリコン膜の組み合せを用いることができる。熱電対Ｔの温接点Ｔｈは、図６（ａ）に示すように、熱容量の小さい絶縁膜２からなるメンブレンＭａ上に形成されている。一方、冷接点Ｔｃは、メンブレンＭａの外側における熱容量の大きいＳｉ基板１ａ上に形成されており、Ｓｉ基板１ａがヒートシンクとしての役割を果たしている。

赤外線検出器９ａに赤外線が照射されると、赤外線吸収膜３で赤外線が吸収されて、赤外線吸収膜３の下に配置された熱電対Ｔの温接点Ｔｈの温度が上昇する。一方、冷接点Ｔｃは、Ｓｉ基板１ａがヒートシンクとなっているため、あまり温度が上昇しない。従って、図６（ａ）〜（ｃ）に示す赤外線検出器９ａは、熱電対Ｔが赤外線検出素子として機能し、赤外線を受光したときの温接点Ｔｈと冷接点Ｔｃの間に生じる温度差に伴った起電力（ゼーベック効果）に基づいて赤外線を検出する。尚、熱電対Ｔはサーモパイルとなっているため、図６（ｃ）に示す各異種材料Ｔｍ，Ｔｎの組で発生する起電力の総和が、熱電対Ｔの出力Ｖ_ｏｕｔとなる。

メンブレンＭａを有する赤外線検出器９ａは、熱電対Ｔの温接点Ｔｈにおける熱がＳｉ基板１ａ側に逃げ難く、高感度の赤外線検出が可能である。また、サーモパイルとなっている熱電対Ｔでは、大きな出力電圧（起電力）Ｖ_ｏｕｔが得られ、高感度で高精度な赤外線検出素子とすることができる。

図７（ａ），（ｂ）は、赤外線検出器を備えた赤外線検出装置の例である。図７（ａ）は、図６（ａ）〜（ｃ）に示す赤外線検出器９ａを備えた赤外線検出装置９０ａの模式的な断面図であり、図７（ｂ）は、別の赤外線検出器９ｂを備えた赤外線検出装置９０ｂの模式的な断面図である。尚、図７（ａ）の赤外線検出器９ａは、基板１の裏面側をエッチングして形成されたメンブレンＭａを有している。これに対して、図７（ｂ）の赤外線検出器９ｂは、基板１の上面側からエッチングして形成された空洞ｈ上にあるメンブレンＭｂを有している。

図７（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出装置９０ａ，９０ｂは、別体として形成された各赤外線検出器９ａ，９ｂのチップと、制御回路チップ８を有する。このように、各赤外線検出器９ａ，９ｂのチップと制御回路チップ８を別体として形成することで、それらを一体のチップとして形成する場合に較べて製造が容易になり、安価に製造することができる。
特開平７−１８１０８２号公報

熱電対Ｔを赤外線検出素子として利用する上記赤外線検出器９ａ，９ｂは、赤外線を吸収することによって、電圧出力が発生する。言い換えれば、赤外線が照射されていない状態では、赤外線検出器９ａは電圧を出力しない。従って、上記赤外線検出器９ａ，９ｂでは、断線等の異常により出力値が得られないのか、あるいは赤外線検出器９ａに赤外線が入射していないのかを判断することが困難であり、検出器自体の故障を簡易に判定することができない。

この問題を解決するため、特許文献１に開示された赤外線検出器においては、
熱電対の冷接点の下側に赤外線放射体を設け、自己診断回路により赤外線放射体に電圧を印加して、熱電対からの熱起電力を検出している。これにより、熱電対が動作するかどうかを判断することができる。しかしながら、この赤外線検出器についても、製造途中のウェハ段階での動作確認はできず、最終のアッセンブリ状態にしないと赤外線検出器の出力特性の測定は困難である。また、冷接点の下側に絶縁膜を介して赤外線放射体を設けているため、追加工程が必要で、製造コストが増大してしまう。

そこで本発明は、基板の薄肉部として形成されたメンブレンと赤外線検出素子として用いられる熱電対を備えた赤外線検出器であって、製造途中のウェハ段階においても出力特性を評価することのできる安価な赤外線検出器を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板の薄肉部として形成されたメンブレンと赤外線検出素子として用いられる熱電対を備え、前記熱電対の温接点が、前記メンブレン上に形成され、前記熱電対の冷接点が、前記メンブレンの外側の基板上に形成され、赤外線の受光により、前記熱電対の温接点と冷接点の間に生じる温度差に伴った起電力に基づいて赤外線を検出する赤外線検出器であって、前記熱電対の近傍に、ヒータが設けられ、前記熱電対の近傍のメンブレン上およびメンブレンの外側の基板上に、それぞれ、温接点感温抵抗素子および冷接点感温抵抗素子が設けられてなることを特徴としている。

上記赤外線検出器の出力特性（出力電圧、感度）は、赤外線検出素子として機能する熱電対のゼーベック係数に依存する。このゼーベック係数を評価するため、上記赤外線検出器においては、熱電対の近傍に、ヒータと温接点感温抵抗素子および冷接点感温抵抗素子が設けられている。これによって、ヒータを発熱させると共に温接点側と冷接点側の２つの感温抵抗素子によりそれぞれの位置での温度を測定することで、上記赤外線検出器においては、単に熱電対の動作確認だけでなく、出力特性まで精密に評価することができる。

尚、上記ゼーベック係数の評価に用いる感温抵抗素子の特性は、例えばウェハ・オール・テスト（ＷＡＴ）装置等を用いて、製造途中のウェハ段階において容易に校正することができる。このため、上記熱電対のゼーベック係数、従って赤外線検出器の出力特性も、製造途中のウェハ段階において、正確に評価することができる。

以上のようにして、上記赤外線検出器は、基板の薄肉部として形成されたメンブレンと赤外線検出素子として用いられる熱電対を備えた赤外線検出器であって、製造途中のウェハ段階においても出力特性を評価することのできる赤外線検出器となっている。

請求項２に記載のように、前記基板は、シリコン（Ｓｉ）半導体基板と、当該半導体基板上に設けられる絶縁膜とからなり、前記メンブレンは、前記半導体基板を部分的にエッチング除去して形成される、前記絶縁膜からなることが好ましい。

この場合には、一般的な半導体製造技術により、一定膜厚の絶縁膜からなるメンブレンを、容易に形成することができる。従って、高感度かつ高精度な赤外線検出器を、低コストで製造することができる。

請求項３に記載のように、上記赤外線検出器は、前記熱電対が、前記基板上において２つの異なる材料の膜が交互に複数組直列に延設され、前記２つの異なる材料の一つおきの接合部がそれぞれ前記温接点および冷接点となる、サーモパイルであるように構成することができる。

上記のようなサーモパイル式の赤外線検出器では、大きな出力電圧（起電力）が得られ、これによっても、高感度な赤外線検出器とすることができる。

請求項４に記載のように、上記赤外線検出器においては、赤外線吸収膜が、前記温接点を被覆するようにして、前記メンブレン上に形成されてなることが好ましい。

上記赤外線検出器においては、赤外線の受光に伴う熱電対の温接点と冷接点の温度差を大きくできるため、これによっても、高感度な赤外線検出器とすることができる。

請求項５に記載のように、前記ヒータは、赤外線の受光によって温度上昇する、前記メンブレン上に設けられてなることが好ましい。

上記のように、ヒータをメンブレン上に設ける場合には、例えば請求項６に記載のように、前記メンブレンの平面形状が、略正方形であり、前記温接点が、前記略正方形の外周の近傍に配置され、前記ヒータと前記温接点感温抵抗素子が、前記略正方形の中央部に配置されてなるように構成することができる。

また、請求項７に記載のように、前記メンブレンの平面形状が、略正方形であり、前記温接点が、前記略正方形の外周の近傍に配置され、前記ヒータが、前記略正方形の中央部に配置され、前記温接点感温抵抗素子が、前記温接点に隣接して配置されてなるように構成することもできる。この場合には、温接点感温抵抗素子が温接点に隣接して配置されているため、精度の高い温度測定が可能である。このため、ゼーベック係数の測定精度も向上することができる。

特に、請求項８に記載のように、前記温接点が、４個以上あり、前記略正方形の各辺の近傍に、少なくとも１個の前記温接点が配置される場合には、前記温接点感温抵抗素子を４個とし、前記各辺の近傍に配置された温接点に隣接して、前記温接点感温抵抗素子がそれぞれ配置されてなるように構成することが好ましい。これによって、略正方形のメンブレンの４辺で平均化された温度を検出することができ、ゼーベック係数も平均化された精度の高い値を得ることができる。

上記赤外線検出器においては、請求項９に記載のように、前記ヒータが、前記熱電対を構成する２つの異なる材料のいずれかからなることが好ましい。例えば請求項１０に記載のように、前記熱電対を、アルミニウムと多結晶シリコンで構成し、前記ヒータが、多結晶シリコンからなるように構成することができる。この場合には、ヒータの電極配線を熱電対のもう一方の構成材料であるアルミニウムとすることで、新たな工程を追加することなく、熱電対の形成と同時にヒータを形成することができる。

同様にして、請求項１１に記載のように、前記温接点感温抵抗素子および冷接点感温抵抗素子が、前記熱電対を構成する２つの異なる材料のいずれかからなることが好ましい。例えば請求項１２に記載のように、前記熱電対を、アルミニウムと多結晶シリコンで構成し、前記温接点感温抵抗素子および冷接点感温抵抗素子が、多結晶シリコンからなるように構成することができる。この場合には、温接点感温抵抗素子および冷接点感温抵抗素子の電極配線を熱電対のもう一方の構成材料であるアルミニウムとすることで、新たな工程を追加することなく、熱電対の形成と同時に温接点感温抵抗素子および冷接点感温抵抗素子を形成することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の赤外線検出器の一例で、それぞれ、赤外線吸収膜３を形成した赤外線検出器１０と、赤外線吸収膜３を形成していない（または、形成する前の）赤外線検出器１１の上面図である。図１（ａ）の赤外線検出器１０と図１（ｂ）の赤外線検出器１１とでは、赤外線吸収膜３の有無のみが異なり、その他の構成部分は同じである。尚、図１（ａ）に示す赤外線検出器１０において、図６（ｂ）に示す赤外線検出器９ａと同様の部分については、同一の符号を付けた。また、図１（ａ）の赤外線検出器１０の断面構造は、図６（ａ）と同じであり、図示を省略した。

図１（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出器１０，１１は、図６（ａ）〜（ｃ）に示す赤外線検出器９ａと同様に、基板１の薄肉部として形成された図中に破線で示すメンブレンＭａと、赤外線検出素子として用いられる熱電対Ｔを備えている。

基板１は、図６（ａ）に示すシリコン（Ｓｉ）半導体基板１ａと、Ｓｉ基板１ａ上に設けられる絶縁膜２とからなる。また、メンブレンＭａは、Ｓｉ基板１ａを部分的にエッチング除去して形成される、絶縁膜２からなる。基板１とメンブレンＭａが上記材料と構造である場合には、一般的な半導体製造技術により、一定膜厚の絶縁膜２からなるメンブレンＭａを、容易に形成することができる。従って、後述するように高感度かつ高精度な赤外線検出器１０，１１を、低コストで製造することができる。しかしながら、基板１とメンブレンＭａは、上記の材料と構造に限らず、基板１の薄肉部として形成されるメンブレンＭａであれば、任意の材料と構造であってもよい。

熱電対Ｔは赤外線検出素子として機能し、温接点Ｔｈが、メンブレンＭａ上に形成されており、冷接点Ｔｃが、メンブレンＭａの外側の基板１上に形成されている。赤外線検出器１０，１１は、赤外線の受光により熱電対Ｔの温接点Ｔｈと冷接点Ｔｃの間に生じる温度差に伴った起電力に基づいて、赤外線を検出する。

図１（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０，１１では、熱電対Ｔが、メンブレンＭａを取り囲むように配置される。熱電対Ｔは、基板１上において２つの異なる材料Ｔｍ，Ｔｎの膜が交互に複数組直列に延設され、２つの異なる材料Ｔｍ，Ｔｎの一つおきの接合部がそれぞれ温接点Ｔｈと冷接点Ｔｃとなる、サーモパイルとなっている。このようなサーモパイル式の赤外線検出器１０，１１では、大きな出力電圧（起電力）Ｖ_ｏｕｔが得られ、高感度な赤外線検出器とすることができる。熱電対Ｔの異種材料Ｔｍ，Ｔｎの膜の組み合せとしては、例えば、アルミニウム膜と多結晶シリコン膜の組み合せを用いることができる。熱電対Ｔの温接点Ｔｈは、図６（ａ）に示すように、熱容量の小さい絶縁膜２からなるメンブレンＭａ上に形成されている。一方、冷接点Ｔｃは、メンブレンＭａの外側における熱容量の大きいＳｉ基板１ａ上に形成されており、Ｓｉ基板１ａがヒートシンクとしての役割を果たしている。尚、図１（ａ）の赤外線検出器１０においては、カーボン混合樹脂等からなる赤外線吸収膜３が、熱電対Ｔの温接点Ｔｈを被覆するようにして、メンブレンＭａ上に形成されている。図１（ａ）の赤外線検出器１０においては、赤外線の受光に伴う熱電対Ｔの温接点Ｔｈと冷接点Ｔｃの温度差を大きくできるため、図１（ｂ）の赤外線検出器１１に較べて、より高感度な赤外線検出器とすることができる。

以上が、図１（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出器１０，１１において、図６（ａ）〜（ｃ）に示す赤外線検出器９ａと同様の部分である。

一方、図１（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出器１０，１１においては、図６（ａ）〜（ｃ）に示すに示す赤外線検出器９ａと異なり、熱電対Ｔの近傍に、ヒータＨが設けられている。また、熱電対Ｔの近傍のメンブレンＭａ上、およびメンブレンＭａの外側の基板１上に、それぞれ、温接点感温抵抗素子Ｓｈおよび冷接点感温抵抗素子Ｓｃが設けられている。

図１（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出器１０，１１の出力特性（出力電圧Ｖ_ｏｕｔ、感度）は、赤外線検出素子として機能する熱電対Ｔのゼーベック係数に依存する。熱電対Ｔの出力電圧Ｖ_ｏｕｔとゼーベック係数は、以下の関係にある。
（数１） 出力電圧＝｛ゼーベック係数×（温接点温度−冷接点温度）｝×熱電対組数
数式１のゼーベック係数は、熱電対Ｔの形状・構成材料・接合部等によって決まる値で、特に、構成材料の不純物濃度や接合部の形成状態の製造ロットばらつきによって変化する。このため、製造ロットばらつきによってゼーベック係数が変化すると、数式１に従って、赤外線検出器１０，１１の出力特性（出力電圧Ｖ_ｏｕｔ、感度）も変化する。

数式１における熱電対Ｔのゼーベック係数を評価するため、図１（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０，１１においては、熱電対Ｔの近傍に、ヒータＨと温接点感温抵抗素子Ｓｈおよび冷接点感温抵抗素子Ｓｃが設けられている。ヒータＨに電圧Ｅ_Ｈを印加して発熱させると共に、温接点側と冷接点側の２つの感温抵抗素子Ｓｈ，Ｓｃに一定電流を流した時の出力電圧Ｖ_Ｔｈ，Ｖ_Ｔｃからそれぞれの位置での温度を測定する。これにより、赤外線検出器１０，１１においては、単に熱電対Ｔの動作確認だけでなく、数式１に従って出力特性まで精密に評価することができる。

尚、上記ゼーベック係数の評価に用いる感温抵抗素子Ｓｈ，Ｓｃの特性は、例えばウェハ・オール・テスト（ＷＡＴ）装置等を用いて、製造途中のウェハ段階において容易に校正することができる。このため、熱電対Ｔのゼーベック係数、従って赤外線検出器１０，１１の出力特性も、製造途中のウェハ段階において、正確に評価することができる。

以上のようにして、図１（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出器１０，１１は、基板１の薄肉部として形成されたメンブレンＭａと赤外線検出素子として用いられる熱電対Ｔを備えた赤外線検出器であって、製造途中のウェハ段階においても出力特性を評価することのできる赤外線検出器となっている。

図１（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０，１１のように、ヒータＨは、赤外線の受光によって温度上昇する、メンブレンＭａ上に設けられるのが好ましい。図１（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０，１１では、メンブレンＭａの平面形状が、略正方形である。熱電対Ｔの温接点Ｔｈは、略正方形のメンブレンＭａの外周近傍に配置され、ヒータＨと温接点感温抵抗素子Ｓｈは、略正方形のメンブレンＭａの中央部に配置されている。尚、メンブレンの平面形状は、略正方形に限らず、長方形や円形であってもよい。

図２（ａ），（ｂ）は、本発明における別の赤外線検出器の例で、それぞれ、赤外線検出器１２，１３の上面図である。

図２（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出器１２，１３は、図１（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０，１１と同様に、メンブレンＭａの平面形状が略正方形で、熱電対Ｔの温接点Ｔｈが、略正方形のメンブレンＭａの外周近傍に配置されている。一方、図１（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０，１１では、ヒータＨが略正方形のメンブレンＭａの中央部に配置されていたが、図２（ａ）の赤外線検出器１２では、ヒータＨａが、メンブレンＭａの外側の基板１上に設けられている。また、図２（ｂ）の赤外線検出器１３では、２個のヒータＨ，Ｈａが、それぞれ、略正方形のメンブレンＭａの中央部とメンブレンＭａの外側の基板１上に設けられている。このように、ヒータは赤外線の受光によって温度上昇するメンブレンＭａ上に設けるのが好ましいが、これに限らず、使用方法によってはメンブレンＭａの外側の基板１上や、メンブレンＭａ上と外側の基板１上の両方に設けるようにしてもよい。

図３（ａ），（ｂ）は、本発明における別の赤外線検出器の例で、それぞれ、赤外線検出器１４，１５の上面図である。

図３（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出器１４，１５は、図１（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０，１１と同様に、メンブレンＭａの平面形状が略正方形で、熱電対Ｔの温接点Ｔｈが、略正方形のメンブレンＭａの外周近傍に配置されている。また、ヒータＨが、略正方形のメンブレンＭａの中央部に配置されている。一方、図１（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１４，１１では、温接点感温抵抗素子Ｓｈも略正方形のメンブレンＭａの中央部に配置されていたが、図３（ａ）の赤外線検出器１４では、温接点感温抵抗素子Ｓｈ_ａが、略正方形の外周の近傍に配置された温接点Ｔｈに隣接して配置されている。この場合には、温接点感温抵抗素子Ｓｈ_ａが温接点Ｔｈに隣接して配置されているため、精度の高い温度測定が可能である。このため、ゼーベック係数の測定精度も向上することができる。

また、図３（ｂ）の赤外線検出器１５では、４個の温接点感温抵抗素子Ｓｈ_１〜Ｓｈ_４が、略正方形の各辺の近傍に分散して配置されている温接点Ｔｈに隣接して、略正方形の４辺にそれぞれ配置されている。また、４個の温接点感温抵抗素子Ｓｈ_１〜Ｓｈ_４は、互いに直列接続されている。これによって、略正方形のメンブレンＭａの４辺で平均化された温度を検出することができ、ゼーベック係数も平均化された精度の高い値を得ることができる。

図１〜３の赤外線検出器１０〜１５は、いずれも、基板１の裏面側をエッチングして形成されたメンブレンＭａを有している。しかしながら本発明はこれに限らず、図７（ｂ）の赤外線検出器９ｂのように、基板１の上面側からエッチングして形成された空洞ｈ上にあるメンブレンＭｂを有する赤外線検出器であってもよい。

以上で説明した図１〜３の赤外線検出器１０〜１５においては、ヒータＨ，Ｈａは任意の材料で構成することができるが、特に、熱電対Ｔを構成する２つの異なる材料Ｔｍ，Ｔｎのいずれかからなることが好ましい。例えば、図１（ａ）において熱電対ＴをアルミニウムＴｍと多結晶シリコンＴｎで構成し、ヒータＨを、熱電対Ｔの構成材料Ｔｎと同じ多結晶シリコンで形成することができる。この場合には、ヒータＨの電極配線を熱電対Ｔのもう一方の構成材料Ｔｍであるアルミニウムとすることで、新たな工程を追加することなく、熱電対Ｔの形成と同時にヒータＨを形成することができる。

同様にして、温接点感温抵抗素子Ｓｈ，Ｓｈ_ａ，Ｓｈ_１〜Ｓｈ_４および冷接点感温抵抗素子Ｓｃについても、任意の材料で構成することができるが、特に、熱電対Ｔを構成する２つの異なる材料Ｔｍ，Ｔｎのいずれかからなることが好ましい。この場合にも、図１（ａ）において熱電対ＴをアルミニウムＴｍと多結晶シリコンＴｎで構成し、温接点感温抵抗素子Ｓｈ，Ｓｈ_ａ，Ｓｈ_１〜Ｓｈ_４および冷接点感温抵抗素子Ｓｃを、熱電対Ｔの構成材料Ｔｎと同じ多結晶シリコンで形成することができる。従って、接点感温抵抗素子Ｓｈ，Ｓｈ_ａ，Ｓｈ_１〜Ｓｈ_４および冷接点感温抵抗素子Ｓｃの電極配線を熱電対Ｔのもう一方の構成材料Ｔｍであるアルミニウムとすることで、新たな工程を追加することなく、熱電対Ｔの形成と同時に温接点感温抵抗素子Ｓｈ，Ｓｈ_ａ，Ｓｈ_１〜Ｓｈ_４および冷接点感温抵抗素子Ｓｃを形成することができる。

図４は、上記したヒータＨと温接点感温抵抗素子Ｓｈおよび冷接点感温抵抗素子Ｓｃを熱電対Ｔの構成材料Ｔｎと同じ多結晶シリコンで形成した場合において、断面の階層構造を模式的に示した図である。

符号１ａは、基板１を構成するＳｉ基板の層であり、符号２ａは、Ｓｉ基板１ａの層上に設けられた、絶縁膜の層である。多結晶シリコンからなる熱電対Ｔの一方のパターンＴｎ、ヒータＨ、温接点感温抵抗素子Ｓｈおよび冷接点感温抵抗素子Ｓｃの各パターンは、絶縁膜２ａの層上に形成される。また、上記多結晶シリコンからなる各パターンＴｎ，Ｈ，Ｓｈ，Ｓｃを覆って、層間絶縁膜２ｂが形成される。層間絶縁膜２ｂ上には、アルミニウムからなる熱電対Ｔのもう一方のパターンＴｍと、熱電対Ｔ、ヒータＨ、温接点感温抵抗素子Ｓｈおよび冷接点感温抵抗素子Ｓｃへの電極配線が形成される。尚、多結晶シリコン層とアルミニウム層は、層間絶縁膜２ｂに形成されたコンタクトホールを介して、互いに接続される。また、アルミニウムからなる熱電対ＴのパターンＴｍおよび電極配線を覆って、保護絶縁膜２ｃが形成される。

図５は、上記した温接点感温抵抗素子Ｓｈおよび冷接点感温抵抗素子Ｓｃを熱電対Ｔの構成材料Ｔｎと同じ多結晶シリコンで形成した場合において、感温抵抗素子Ｓｈ，Ｓｃの抵抗−温度特性の一例を示した図である。

以上のように、熱電対ＴをアルミニウムＴｍと多結晶シリコンＴｎで構成し、ヒータＨ、温接点感温抵抗素子Ｓｈおよび冷接点感温抵抗素子Ｓｃを熱電対Ｔの構成材料Ｔｎと同じ多結晶シリコンで形成することで、新たな工程を追加することなく、熱電対Ｔと同時に温接点感温抵抗素子Ｓｈ，Ｓｈ_ａ，Ｓｈ_１〜Ｓｈ_４および冷接点感温抵抗素子Ｓｃを形成することができる。これによって、図１〜３の赤外線検出器１０〜１５を、安価な赤外線検出器とすることができる。

以上のようにして、図１〜３に示す赤外線検出器１０〜１５は、基板１の薄肉部として形成されたメンブレンＭａと赤外線検出素子として用いられる熱電対Ｔを備えた赤外線検出器であって、製造途中のウェハ段階においても出力特性を評価することのできる安価な赤外線検出器となっている。

（ａ），（ｂ）は、本発明の赤外線検出器の一例で、それぞれ、赤外線吸収膜３を形成した赤外線検出器１０と、赤外線吸収膜３を形成していない（または、形成する前の）赤外線検出器１１の上面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明における別の赤外線検出器の例で、それぞれ、赤外線検出器１２，１３の上面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明における別の赤外線検出器の例で、それぞれ、赤外線検出器１４，１５の上面図である。 ヒータＨと温接点感温抵抗素子Ｓｈおよび冷接点感温抵抗素子Ｓｃを熱電対Ｔの構成材料Ｔｎと同じ多結晶シリコンで形成した場合において、断面の階層構造を模式的に示した図である。 感温抵抗素子Ｓｈ，Ｓｃの抵抗−温度特性の一例を示した図である。 メンブレンと熱電対を備える赤外線検出器の代表例で、（ａ）は赤外線検出器９ａの断面図であり、（ｂ）は上面図である。また、（ｃ）は、赤外線検出素子である熱電対Ｔの構成およびセンサ出力の取り出しを示す模式図である。 （ａ）は、図６（ａ）〜（ｃ）に示す赤外線検出器９ａを備えた赤外線検出装置９０ａの模式的な断面図であり、（ｂ）は、別の赤外線検出器９ｂを備えた赤外線検出装置９０ｂの模式的な断面図である。

符号の説明

９ａ，９ｂ，１０〜１５ 赤外線検出器
１ 基板
１ａ シリコン（Ｓｉ）半導体基板
２，２ａ〜２ｃ 絶縁膜
３ 赤外線吸収膜
Ｍａ，Ｍｂ メンブレン
Ｔ 熱電対
Ｔｈ 温接点
Ｔｃ 冷接点
Ｔｍ 熱電対の材料（アルミニウム）
Ｔｎ 熱電対の材料（多結晶シリコン）
Ｈ，Ｈａ ヒータ
Ｓｈ，Ｓｈ_ａ，Ｓｈ_１〜Ｓｈ_４ 温接点感温抵抗素子
Ｓｃ 冷接点感温抵抗素子

Claims (12)

1. 基板の薄肉部として形成されたメンブレンと赤外線検出素子として用いられる熱電対を備え、
   前記熱電対の温接点が、前記メンブレン上に形成され、前記熱電対の冷接点が、前記メンブレンの外側の基板上に形成され、
   赤外線の受光により、前記熱電対の温接点と冷接点の間に生じる温度差に伴った起電力に基づいて赤外線を検出する赤外線検出器であって、
   前記熱電対の近傍に、ヒータが設けられ、
   前記熱電対の近傍のメンブレン上およびメンブレンの外側の基板上に、それぞれ、温接点感温抵抗素子および冷接点感温抵抗素子が設けられてなることを特徴とする赤外線検出器。
2. 前記基板が、シリコン（Ｓｉ）半導体基板と、当該半導体基板上に設けられる絶縁膜とからなり、
   前記メンブレンが、前記半導体基板を部分的にエッチング除去して形成される、前記絶縁膜からなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
3. 前記熱電対が、
   前記基板上において２つの異なる材料の膜が交互に複数組直列に延設され、前記２つの異なる材料の一つおきの接合部がそれぞれ前記温接点および冷接点となる、サーモパイルであることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線検出器。
4. 赤外線吸収膜が、前記温接点を被覆するようにして、前記メンブレン上に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の赤外線検出器。
5. 前記ヒータが、前記メンブレン上に設けられてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の赤外線検出器。
6. 前記メンブレンの平面形状が、略正方形であり、
   前記温接点が、前記略正方形の外周の近傍に配置され、
   前記ヒータと前記温接点感温抵抗素子が、前記略正方形の中央部に配置されてなることを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出器。
7. 前記メンブレンの平面形状が、略正方形であり、
   前記温接点が、前記略正方形の外周の近傍に配置され、
   前記ヒータが、前記略正方形の中央部に配置され、
   前記温接点感温抵抗素子が、前記温接点に隣接して配置されてなることを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出器。
8. 前記温接点が、４個以上あり、
   前記略正方形の各辺の近傍に、少なくとも１個の前記温接点が配置され、
   前記温接点感温抵抗素子が、４個あり、
   前記各辺の近傍に配置された温接点に隣接して、前記温接点感温抵抗素子がそれぞれ配置されてなることを特徴とする請求項７に記載の赤外線検出器。
9. 前記ヒータが、前記熱電対を構成する２つの異なる材料のいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の赤外線検出器。
10. 前記熱電対が、アルミニウムと多結晶シリコンで構成され、
    前記ヒータが、多結晶シリコンからなることを特徴とする請求項９に記載の赤外線検出器。
11. 前記温接点感温抵抗素子および冷接点感温抵抗素子が、前記熱電対を構成する２つの異なる材料のいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の赤外線検出器。
12. 前記熱電対が、アルミニウムと多結晶シリコンで構成され、
    前記温接点感温抵抗素子および冷接点感温抵抗素子が、多結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１１に記載の赤外線検出器。

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