JP2008082790A - Infrared sensor - Google Patents

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JP2008082790A
JP2008082790A JP2006261502A JP2006261502A JP2008082790A JP 2008082790 A JP2008082790 A JP 2008082790A JP 2006261502 A JP2006261502 A JP 2006261502A JP 2006261502 A JP2006261502 A JP 2006261502A JP 2008082790 A JP2008082790 A JP 2008082790A
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JP2006261502A
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Inventor
Koji Tsuji
Yoshifumi Watabe
祥文 渡部
幸司 辻
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
松下電工株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared sensor capable of achieving higher sensitivity than before.
SOLUTION: On the side of one surface of a base substrate 10 having a cavity 15 for thermal insulation, an infrared light reception part 30 arranged inside an inner circumferential line 15a of the cavity 15 in a plan view is supported at the base substrate 10 via two beam parts 20 formed along the one surface. The beam parts 20 are made of a thermoelectric material, a type of a thermo-sensitive material, and each beam part 20 has one end part 21 layered on a peripheral part of the cavity 15 on the side of the one surface and connected to the base substrate 10 and the other end part 22 constituting part of the infrared light reception part 30. The infrared light reception part 30 is provided with an infrared absorbing part 40 made of only gold black, an infrared absorbing material which absorbs infrared radiation.
COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロマシニング技術などを利用して形成される熱型の赤外線センサに関するものである。 The present invention relates to a thermal infrared sensor, which is formed by using a micro-machining technology.

従来から、この種の赤外線センサとして、熱絶縁用の空洞を有するベース基板の一表面側で平面視において空洞の内周線の内側に位置する赤外線受光部が複数の梁部を介してベース基板に支持され、当該赤外線受光部が、複数の梁部を介してベース基板に支持されたベース部と、ベース部上に形成された温度検知部と、温度検知部におけるベース部側とは反対側に形成された赤外線吸収部とで構成された赤外線センサが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。 Conventionally, as an infrared sensor of this type, the base substrate infrared receiver located inside the inner circumferential line of the cavity in a plan view with one surface of the base substrate through a plurality of beam portions having a cavity for thermal insulation is supported on the opposite side of the infrared receiver is a base portion supported on the base substrate via a plurality of beam portions, a temperature detecting portion formed on the base portion, the base portion side of the temperature detecting portion infrared sensor configured by the infrared absorption portion and formed has been proposed (e.g., see Patent documents 1 and 2).

ところで、上記特許文献1に開示された赤外線センサは、ベース基板の上記一表面に平行な面内で赤外線受光部が2次元アレイ状に配列された赤外線画像センサであり、感度を高めるために、各梁部の断面形状をアーチ状の形状とすることで、各画素(セル)の開口率(赤外線受光部の面積が画素サイズの面積に占める割合)を変化させることなく各梁部の全長を長くして各梁部の熱コンダクタンスを低減している。 Meanwhile, the infrared sensor disclosed in Patent Document 1 is an infrared image sensor infrared receiver are arranged in a two-dimensional array in a plane parallel to the first surface of the base substrate, in order to increase the sensitivity, the cross-sectional shape of each beam portion by an arch shape, the total length of the beam portions without changing the aperture ratio of each pixel (cell) (ratio of the area of ​​the infrared receiving portion occupies the area of ​​the pixel size) thereby reducing the thermal conductance of the beam portions and longer. ここにおいて、上記特許文献1に開示された赤外線センサは、シリコン基板を用いてベース基板を形成してあり、ベース部および各梁部を、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの誘電体膜により構成した例や、多結晶シリコン膜とシリコン酸化膜からなる誘電体膜との積層膜により構成した例が開示されている。 Here arrangement, an infrared sensor disclosed in Patent Document 1, Yes to form a base substrate using a silicon substrate, a base portion and Kakuhari portion, a dielectric film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film examples and that, example in which a stacked film of a dielectric film made of polycrystalline silicon film and the silicon oxide film is disclosed.

また、上記特許文献1に開示された赤外線センサは、ベース部の外周方向において隣り合う梁部の一方の梁部に設けられたn形多結晶シリコン層からなるn形半導体エレメントと他方の梁部に設けられたp形多結晶シリコン層からなるp形半導体エレメントとがベース部上において金属材料(例えば、アルミニウムなど)からなる接合部を介して接続されており、n形半導体エレメントおよびp形半導体エレメントの各一端部と接合部とからなる温接点部が、温度検知部を構成している。 Moreover, the infrared sensor disclosed in Patent Document 1, the base portion n-type semiconductor elements and the other consisting of n-type polycrystalline silicon layer provided on one of the beam portion of the beam portion adjacent the outer peripheral direction of the beam portion metal material and the p-type semiconductor element comprising a p-type polycrystalline silicon layer is provided on the base portion (e.g., aluminum) are connected via a joint consisting of, n-type semiconductor elements and p-type semiconductor hot junction consisting of a junction each one end of the element, constitutes a temperature detection unit.

また、上記特許文献2に開示された赤外線センサは、応答速度の向上を図るために、赤外線吸収部と温接点部からなる温度検知部との間に高熱伝導層を形成することにより、赤外線吸収部から温度検知部への熱伝達速度を向上させている。 The infrared sensor disclosed in Patent Document 2, in order to improve the response speed, by forming the high thermal conductive layer between a temperature detector comprising an infrared absorber and a hot junction, an infrared absorption thereby improving the rate of heat transfer to the temperature detecting unit from the parts. ここにおいて、上記特許文献2に開示された赤外線センサは、シリコン基板を用いてベース基板を形成してあり、ベース部をシリコン窒化膜からなる誘電体膜により構成するとともに、梁部をシリコン窒化膜からなる第1の誘電体膜とシリコン酸化膜からなる第2の誘電体膜との積層膜で構成し、各梁部にn形半導体エレメントおよびp形半導体エレメントを埋設した例が開示されている。 Here, the infrared sensor disclosed in Patent Document 2, Yes to form a base substrate using a silicon substrate, as well as constituting a dielectric film made of the base portion of a silicon nitride film, a silicon beam portions nitride film a first example of a dielectric film and a silicon oxide film composed of a second laminated film of the dielectric film was buried n-type semiconductor elements and p-type semiconductor elements each beam portion is disclosed consisting of .

なお、上記特許文献1,2には、サーモパイル型の赤外線センサに限らず、例えば、抵抗ボロメータ型の赤外線センサについても同様の技術を適用できることが記載されている。 Incidentally, in Patent Documents 1 and 2 is not limited to a thermopile-type infrared sensor is described, for example, to be able to apply similar techniques also infrared sensor resistance bolometer type.
特開平11−258039号公報 JP 11-258039 discloses 特許第3339276号公報 Patent No. 3339276 Publication

ところで、上記特許文献1に開示された赤外線センサでは、梁部の断面形状をアーチ状の形状とすることにより、上記特許文献2に開示された赤外線センサに比べて、高感度化を図れるが、梁部の形成工程が複雑になりコストが高くなってしまう。 Meanwhile, in the infrared sensor disclosed in Patent Document 1, by the cross-sectional shape of the beam portion and the arcuate shape, as compared with the infrared sensor disclosed in Patent Document 2, although attained a high sensitivity, the process of forming the beam portion becomes high cost becomes complicated.

また、上記特許文献1,2に開示されたサーモパイル型の赤外線センサでは、各梁部が、少なくとも誘電体膜と半導体エレメントとで構成されており、誘電体膜の熱コンダクタンスに起因して高感度化が制限されてしまうという問題があった。 Further, in the infrared sensor of the thermopile type disclosed in the aforementioned Patent Documents 1 and 2, each beam portion are constituted by at least a dielectric film and the semiconductor element, high sensitivity due to the thermal conductance of the dielectric film of there has been a problem that is limited. 同様に、抵抗ボロメータ型の赤外線センサにおいても、各梁部が、少なくとも誘電体膜と配線とで構成されるから、誘電体膜の熱コンダクタンスに起因して高感度化が制限されてしまうという問題があった。 Similarly, in the infrared sensor of the resistive bolometer type, each beam portion from composed of the least dielectric film and the wiring, of high sensitivity due to the thermal conductance of the dielectric film is limited problem was there. なお、上記特許文献1,2に開示された赤外線センサでは、赤外線受光部が温度検知部や赤外線吸収部を支持するベース部を備えているので、ベース部の熱容量に起因して応答速度が遅いという問題もあった。 In the infrared sensor disclosed in Patent Documents 1 and 2, it is provided with the base unit the infrared light receiving portion for supporting the temperature detector and an infrared absorber, a slow response speed due to the heat capacity of the base portion there was also a problem.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来に比べて高感度化を図れる赤外線センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, an object thereof is to provide an infrared sensor which attained a high sensitivity as compared with the prior art.

請求項1の発明は、熱絶縁用の空洞を有するベース基板の一表面側で平面視において空洞の内周線の内側に位置する赤外線受光部が前記一表面に沿って形成された複数の梁部を介してベース基板に支持された赤外線センサであって、梁部が感熱材料もしくは配線材料のみにより形成されてなることを特徴とする。 The invention according to claim 1, a plurality of beams an infrared receiver located inside the inner circumferential line of the cavity in a plan view is formed along the one surface by one surface of the base substrate having a cavity for thermal insulation parts an infrared sensor that is supported on the base substrate via, wherein the beam portion is formed only by the heat-sensitive material or the wiring material.

この発明によれば、梁部が感熱材料もしくは配線材料のみにより形成されているので、従来に比べて梁部の熱コンダクタンスを小さくすることができ、高感度化を図れる。 According to the present invention, since the beam portion is formed only by the heat-sensitive material or a wiring material, it is possible to reduce the thermal conductance of the beam portion as compared with the conventional, thereby high sensitivity.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記梁部は、前記感熱材料のみにより形成され、前記感熱材料は、熱電材料であることを特徴とする。 The invention of claim 2 is the invention of claim 1, wherein the beam portion, the formed only by heat sensitive material, said heat sensitive material, characterized in that it is a thermoelectric material.

この発明によれば、熱電材料は一般的な配線材料に比べて熱伝導率が低いので、前記梁部を一般的な配線材料のみにより形成する場合に比べて、前記梁部の熱コンダクタンスを小さくすることができ、高感度化を図れる。 According to the present invention, the thermoelectric material so as compared with the common wiring materials low thermal conductivity, as compared with the case of forming only the common wiring material the beam portion, reduce the thermal conductance of the beam portion it can be, thereby high sensitivity.

請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記ベース基板は、シリコン基板を用いて形成されてなり、前記熱電材料は、多結晶シリコンもしくは単結晶シリコンであることを特徴とする。 The invention of claim 3 is the invention of claim 2, wherein the base substrate is made is formed using a silicon substrate, the thermoelectric material is characterized by a polycrystalline silicon or single crystal silicon.

この発明によれば、シリコンプロセスへの適合性が良く、前記梁部の薄膜化および微細化による熱コンダクタンスの低減が容易になるとともに、回路の一体化が容易になり、また、前記梁部の材料の機械物性(機械的性質)を前記ベース基板の材料の機械物性と同等にすることができ、環境変化による前記梁部の破損を防止することができる。 According to the present invention, good compatibility with the silicon process, together it is facilitated reduction of thermal conductance due to thinning and miniaturization of the beam portion, facilitates the integration of the circuit, also of the beam portion mechanical properties of materials (mechanical properties) can be made equal to the mechanical properties of the material of the base substrate, it is possible to prevent breakage of the beam portion due to an environmental change.

請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、前記赤外線受光部は、前記梁部を介して前記ベース基板に支持された温度検知部と、赤外線吸収材料のみにより形成され温度検知部に接触した赤外線吸収部とからなることを特徴とする。 The invention according to claim 4, in the invention of claims 1 to 3, wherein the infrared receiving unit, a temperature detecting portion which is supported on the base substrate via the beam portion is formed only by the infrared-absorbing material temperature characterized by comprising the infrared absorbing section and in contact with the detection unit.

この発明によれば、赤外線受光部が、前記梁部を介して前記ベース基板に支持された温度検知部と、赤外線吸収材料のみにより形成され温度検知部に接触した赤外線吸収部とで構成されており、温度検知部および赤外線吸収部を支持するためのベース部がないので、赤外線吸収部を備えた構成において前記赤外線受光部の熱容量を小さくでき、応答速度を向上することができる。 According to the present invention, the infrared light receiving portion, a temperature detecting portion which is supported on the base substrate via the beam part, is composed of an infrared-absorbing portion in contact with the temperature detecting section is formed by only the infrared-absorbing material cage, since there is no base portion for supporting the temperature detector and an infrared absorber, can reduce the heat capacity of the infrared receiver in the configuration with an infrared absorbing portion, it is possible to improve the response speed.

請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記赤外線吸収材料が多孔性材料であることを特徴とする。 The invention of claim 5 is the invention of claim 4, wherein the infrared absorbing material is a porous material.

この発明によれば、前記赤外線吸収材料が非多孔性材料である場合に比べて、単位体積当たりの前記赤外線吸収部の熱容量を小さくでき、応答速度の高速化を図れる。 According to the present invention, as compared with the case where the infrared absorbing material is a non-porous material, the thermal capacity of the infrared ray absorbing part per unit volume can be reduced, thereby the speed of the response speed.

請求項6の発明は、請求項4の発明において、前記赤外線吸収材料が貴金属であることを特徴とする。 The invention of claim 6 is the invention of claim 4, wherein the infrared absorbing material is a precious metal.

この発明によれば、製造時において前記空洞を形成するエッチング時に前記赤外線吸収部がエッチングダメージを受けにくいので、製造が容易になる。 According to the present invention, the infrared absorbing portion during etching for forming the cavity at the time of manufacture because less susceptible to etching damage, production is facilitated.

請求項1の発明は、従来に比べて梁部の熱コンダクタンスを小さくすることができ、高感度化を図れるという効果がある。 The invention of claim 1 can reduce the thermal conductance of the beam portion as compared with the conventional, there is an effect that attained a high sensitivity.

(実施形態1) (Embodiment 1)
本実施形態の赤外線センサは、図1(a),(b)に示すように、熱絶縁用の空洞15を有するベース基板10の一表面側で平面視において空洞15の内周線15aの内側に位置する赤外線受光部30が上記一表面に沿って形成された複数(本実施形態では、2つ)の梁部20を介してベース基板10に支持されている。 The infrared sensor of this embodiment, as shown in FIG. 1 (a), (b), the inside of the inner circumferential line 15a of the cavity 15 in a plan view with one surface of the base substrate 10 having a cavity 15 for thermal insulation infrared receiving section 30 located (in the present embodiment, two) more formed along the first surface is supported by the base substrate 10 through the beam portion 20 of the.

ベース基板10は、シリコン基板からなる半導体基板10aを用いて形成されており、半導体基板10aの一表面上に絶縁層11が形成されている。 Base substrate 10 is formed using a semiconductor substrate 10a made of silicon substrate, the insulating layer 11 is formed on one surface of the semiconductor substrate 10a. ここで、絶縁層11は、半導体基板10aの上記一表面上に形成されたシリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜との積層膜により構成してある。 Here, the insulating layer 11 are constituted by a laminated film of a silicon nitride film formed on the semiconductor substrate 10a of the one silicon formed on the surface oxide film and the silicon oxide film.

ところで、本実施形態の赤外線センサは、サーモパイル型の赤外線画像センサであり、各梁部20を感熱材料の一種である熱電材料のみにより形成してある。 Meanwhile, the infrared sensor of the present embodiment is an infrared image sensor of the thermopile type, Aru each beam portion 20 formed only by the thermoelectric material which is a type of heat-sensitive materials. 具体的には、一方の梁部20(20a)をn形の多結晶シリコンにより形成し、他方の梁部20(20b)をp形の多結晶シリコンにより形成してある。 Specifically, one of the beam portion 20 (20a) is formed by polycrystalline silicon of the n-type, Aru the other beam portion 20 (20b) formed by polycrystalline silicon p-type. なお、本実施形態では、半導体基板10aとしてシリコン基板を用い、各梁部20を多結晶シリコンにより形成してあるが、いわゆるSOI(Silicon on Insulator)基板における絶縁膜上の単結晶シリコン層に不純物をドーピングして熱電材料とし各梁部20を形成し、SOI基板の上記絶縁膜が絶縁層11を構成し、SOI基板における上記絶縁膜直下のシリコン基板が半導体基板10aを構成するようにしてもよい。 In the present embodiment, the silicon substrate used as the semiconductor substrate 10a, but the respective beam portions 20 are formed by polycrystalline silicon, a so-called SOI (Silicon on Insulator) impurities in the single crystal silicon layer on the insulating film in the substrate the by doping a thermoelectric material to form a Kakuhari portion 20, the insulating film is the insulating layer 11 of the SOI substrate, also be a silicon substrate directly under the insulating film in the SOI substrate is a semiconductor substrate 10a good. この場合には、各梁部20を構成する熱電材料のゼーベック係数が大きくなるだけでなく、梁部20の機械的性質と単結晶のシリコン基板からなる半導体基板10aとの機械的性質が適合しやすくなるという利点がある。 In this case, not only the Seebeck coefficient of the thermoelectric material constituting each beam portion 20 increases, fit the mechanical properties of the semiconductor substrate 10a made of a silicon substrate of the mechanical properties and the single crystal of the beam portion 20 there is an advantage that easy.

各梁部20(20a),20(20b)は、一端部21(21a),21(21b)がベース基板1の上記一表面側において空洞15の周部上で金属材料(例えば、Al、Al−Siなど)により形成された金属配線13(13a),13(13b)と接続され、また、他端部22(22a),22(22b)が後述の赤外線吸収部40の一部に重なって形成されて赤外線受光部30の一部を構成している。 Each beam portion 20 (20a), 20 (20b) has one end portion 21 (21a), 21 (21b) a metal material (e.g., on the periphery of the cavity 15 in the first surface side of the base substrate 1, Al, Al metal wires 13 are formed by -Si etc.) (13a), 13 (connected to the 13b), the other end 22 (22a), 22 (22b) is superimposed on a part of the infrared absorbing section 40 to be described later It is formed to constitute a part of the infrared light receiving portion 30. 本実施形態では、赤外線受光部30の平面視形状が矩形状(ここでは、正方形状)であり、各梁部20は、全ての梁部20で赤外線受光部30の外周縁の略全周を囲むような形状に形成されている。 In this embodiment, the plan view shape rectangular infrared receiver 30 (here, a square shape), and each beam section 20, substantially the entire circumference of the outer peripheral edge of the infrared receiver 30 in all of the beam portion 20 It is shaped to surround. 具体的には、各梁部20の平面視形状は、赤外線受光部30の隣り合う2辺に沿ったL字状となっている。 Specifically, the plan view shape of each beam section 20 has a L-shaped along two adjacent sides of the infrared receiver 30.

赤外線受光部30は、赤外線を吸収する赤外線吸収材料(本実施形態では、金黒などの貴金属)のみにより形成された赤外線吸収部40を備えている。 Infrared light receiving unit 30 (in the present embodiment, a noble metal such as gold, black) infrared absorbing material for absorbing infrared light and an infrared absorbing portion 40 formed by only. ここにおいて、本実施形態では、上記赤外線吸収材料として貴金属(例えば、金黒など)を採用しており、赤外線吸収部40が、n形の多結晶シリコンにより形成された梁部20aとp形の多結晶シリコンにより形成された梁部20bとの上記他端部22a,22b同士を接続する接合部を兼ね、各梁部20a,20bの上記各他端部22a,22bと赤外線吸収部40とで構成される温接点部が温度検知部を構成し、各梁部20a,20bの上記一端部21a,21bと金属配線13a,13bとの接合部が冷接点部を構成している。 Here, in the present embodiment, a noble metal (e.g., gold, black, etc.) as the infrared absorbing material is adopted, infrared absorbing section 40, it is formed by polycrystalline silicon of the n-type beam portion 20a and the p-type It said other end portion 22a of the beam portion 20b formed of polycrystalline silicon, also serves as a joint portion for connecting 22b to each other, each of beam portions 20a, 20b of the respective other end portions 22a, and 22b and the infrared absorbing section 40 in hot junction constitutes a temperature detection unit configured, the beam portions 20a, 20b of the end portions 21a, 21b and the metal wire 13a, the junction between 13b constitute the cold junction. したがって、赤外線吸収材料として、一般的なSiONやSi を採用し、梁部20a,20bの上記他端部22a,22b同士を接続する接合部を赤外線吸収部40とは別に設ける場合に比べて、熱容量を低減でき、応答速度の高速化を図れる。 Thus, as an infrared absorbing material, when adopting the common SiON and Si 3 N 4, the beam portion 20a, the other end portion 22a of 20b, and joints for connecting the 22b each other provided separately from the infrared absorbing section 40 compared to, it is possible to reduce the heat capacity, thereby the speed of the response speed. ただし、梁部20a,20bの上記他端部22a,22b同士を接続する接合部を赤外線吸収部40とは別に設ける場合においても、赤外線吸収部40の赤外線吸収材料として、例えばポーラスSiO (ポーラスシリカ)などの多孔性材料を採用すれば、SiONやSi などの非多孔性材料を採用する場合に比べて、赤外線吸収部40の熱容量を小さくすることができる。 However, the beam portion 20a, the other end portion 22a of 20b, even when the joint portion for connecting 22b to each other is provided separately from the infrared absorbing section 40, as an infrared absorbing material of the infrared absorbing section 40, for example porous SiO 2 (porous by employing the porous material such as silica), as compared with the case of employing a non-porous material such as SiON or Si 3 N 4, it is possible to reduce the heat capacity of the infrared absorbing section 40. なお、赤外線受光部30の平面視形状は赤外線吸収部40と同じである。 Note that the plan view shape of the infrared receiving portion 30 is the same as the infrared absorbing section 40.

ここで、本実施形態の赤外線センサの製造方法の一例について簡単に説明する。 Here, briefly explaining an example of a method for manufacturing an infrared sensor according to the present embodiment.

まず、シリコン基板からなる半導体基板10aの上記一表面側の全面にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる絶縁膜を形成し、その後、当該絶縁膜のうち空洞15の形成予定領域に対応する領域のシリコン窒化膜をエッチング除去する。 First, an insulating film made of a silicon oxide film and a silicon nitride film on the entire surface of the first surface side of the semiconductor substrate 10a made of a silicon substrate, thereafter, corresponding to the formation region for the cavity 15 of the insulating film region silicon nitride film removed by etching. 続いて、半導体基板10aの上記一表面側の全面に各梁部20の基礎となる多結晶シリコン層を減圧CVD法により成膜した後、成膜時の残留応力を除去するための高温アニール処理(例えば、アニール温度を1150℃、アニール時間を2時間とする)を行う。 Subsequently, after forming a polycrystalline silicon layer underlying the Kakuhari portion 20 on the entire surface of the first surface side of the semiconductor substrate 10a a low pressure CVD method, high-temperature annealing treatment for removing residual stress at the time of film formation performing (e.g., the annealing temperature 1150 ° C., the annealing time and 2 hours). この高温アニール処理は、最終的に多結晶シリコン単独で梁部20の構造を維持するうえで残留応力による梁部20の変形や破損を防止するために残留応力を低減する処理として極めて重要である。 The high temperature annealing process, is very important as the process for reducing the residual stress in order to prevent the final deformation and damage of the beam portion 20 by the residual stress in maintaining the structure of the beam portion 20 of polycrystalline silicon alone . また、当該高温アニール処理は、環境温度変化による梁部20の変化や破損を防止するためにシリコン基板からなる半導体基板10aと梁部20との線膨張率差を低減する処理としても極めて重要である。 Further, the high-temperature annealing is also extremely important as a process of reducing the difference in linear expansion coefficient between the semiconductor substrate 10a and the beam portion 20 made of a silicon substrate in order to prevent a change or damage of the beam portion 20 due to the environmental temperature change is there.

上述の高温アニール処理の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して多結晶シリコン層を各梁部20(20a),20(20b)に対応する部分が残るようにパターニングし、続いて、上記一方の梁部20aに対応する多結晶シリコン層にp形不純物を例えばイオン注入法などによりドーピングし、さらに、上記他方の梁部20bに対応する多結晶シリコン層にn形不純物を例えばイオン注入法などによりドーピングする。 After the high temperature anneal process described above, photolithography and etching each beam portion polycrystalline silicon layer using a 20 (20a), 20 patterned as portions corresponding to (20b) remains, then, the the p-type impurity is doped by an ion implantation method or the like in a polycrystalline silicon layer corresponding to one of the beam portion 20a, further, for example, ion implantation of n-type impurity into polycrystalline silicon layer corresponding to the other beam portion 20b doping and the like.

その後、半導体基板10aの上記一表面側の全面に、後に空洞15を形成するためのエッチングを行う際に各梁部20a,20bに対応する多結晶シリコン層を保護するためのシリコン酸化膜からなる表面保護層をCVD法などによって形成する。 Thereafter, a silicon oxide film for protecting the entire surface of the first surface side of the semiconductor substrate 10a, after Kakuhari portion 20a when performing etching for forming the cavity 15, the polycrystalline silicon layer corresponding to 20b the surface protective layer is formed by a CVD method. 続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して赤外線吸収部40と各梁部20の上記他端部22とのコンタクト用の開口部を形成した後、半導体基板10aの上記一表面側の全面に、空洞15を形成するためのエッチング時に赤外線吸収部40と各梁部20の上記他端部22とのコンタクト部がエッチングダメージを受けるのを防止するためのバリア層(例えば、Ti層)を形成し、続いて、半導体基板10aの上記一表面側の全面に、赤外線吸収部40の基礎となる多孔性の金黒層をガス中蒸着法によって形成する。 Subsequently, after forming the opening for contact with the infrared absorbing section 40 and the other end portion 22 of each beam 20 by using photolithography and etching of the first surface side of the semiconductor substrate 10a entirely the barrier layer for preventing the contact portion of the infrared absorbing section 40 at the time of etching for forming the cavity 15 and the other end portion 22 of the beam portion 20 that etching damage (e.g., Ti layer) formed, subsequently, the entire surface of the first surface side of the semiconductor substrate 10a, a porous gold black layer underlying the infrared-absorbing portion 40 formed by the gas deposition method.

その後、半導体基板10aの上記一表面側の全面に高粘性の感光性レジストを塗布して形成した第1のレジスト層を赤外線吸収部40の形成予定領域が残るようにパターニングし、イオンミリングなどにより金黒層の不要部分を除去することで赤外線吸収部40を形成してから、第1のレジスト層をアセトンなどの有機溶剤により除去する。 Thereafter, patterning as the first surface side entire surface high viscosity first resist layer forming region of the infrared absorbing section 40 to which the photosensitive resist formed by applying of the semiconductor substrate 10a remain, by ion-milling after forming the infrared ray absorbing part 40 by removing the unnecessary portions of the gold black layer, the first resist layer is removed by an organic solvent such as acetone.

その後、半導体基板10aの上記一表面側の全面に高粘性の感光性レジストを塗布して形成した第2のレジスト層を空洞15形成用のエッチング液導入孔の形成予定領域以外の部分が残るようにパターニングしてから、当該パターニングされた第2のレジスト層をマスクとして、半導体基板10aの上記一表面側のシリコン酸化膜にエッチング液導入孔を形成し、第2のレジスト層をアセトンなどの有機溶剤により除去する。 Thereafter, to the first surface side entire surface highly viscous second resist layer cavities 15 etchant portions other than formation region of the introduction holes for formation of the photosensitive resist formed by applying of the semiconductor substrate 10a remains after patterning, the second resist layer which is the patterning as a mask, the etchant introducing holes formed on the silicon oxide film of the first surface side of the semiconductor substrate 10a, an organic such as acetone and the second resist layer It is removed by a solvent.

その後、TMAH溶液などのアルカリ系溶液を用いエッチング液導入孔を通して半導体基板10aを異方性エッチングすることによって空洞15を形成する。 Then, to form a cavity 15 by anisotropic etching of the semiconductor substrate 10a through the etchant introducing holes with an alkaline solution such as TMAH solution. その後、梁部20の周囲に残っている不要なシリコン酸化膜や赤外線吸収部40直下に残っている不要なシリコン酸化膜をHF系のエッチング液などを用いてエッチング除去すればよい。 Thereafter, etching may be removed unnecessary silicon oxide film remaining on the right under the silicon oxide film and an infrared absorbing portion 40 unnecessary remaining around the beam portion 20 by using an HF-based etchant.

以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、梁部20が感熱材料の一種である熱電材料のみにより形成されているので、従来に比べて梁部20の熱コンダクタンスを小さくすることができ、高感度化を図れる。 In the above infrared sensor of the present embodiment described, since the beam portion 20 is formed only by the thermoelectric material which is a type of heat-sensitive materials, it is possible to reduce the thermal conductance of the beam portion 20 as compared with the conventional high sensitivity It attained the reduction. また、熱電材料は一般的な配線材料(例えば、Al、Al−Siなど)に比べて熱伝導率が低いので、梁部20を一般的な配線材料のみにより形成する場合に比べて、梁部20の熱コンダクタンスを小さくすることができ、高感度化を図れる。 Moreover, the thermoelectric material is common wiring material (e.g., Al, etc. Al-Si) because of the low thermal conductivity than, as compared with the case of forming by the beam portion 20 only common wiring material, the beam portion it is possible to reduce the thermal conductance of 20, thereby high sensitivity.

また、本実施形態では、ベース基板10がシリコン基板からなる半導体基板10aを用いて形成され、上記熱電材料が多結晶シリコンもしくは単結晶シリコンなので、シリコンプロセスへの適合性が良く、梁部20の薄膜化および微細化による熱コンダクタンスの低減が容易になるとともに、回路(駆動回路、信号処理回路など)の一体化が容易になり、また、梁部20の材料の機械物性(機械的性質)をベース基板10の材料の機械物性と同等にすることができ、環境変化(例えば、温度変化など)による梁部20の破損を防止することができるから、信頼性が高くなる。 Further, in this embodiment, it is formed by using a semiconductor substrate 10a in which the base substrate 10 is made of silicon substrate, because the thermoelectric material is polycrystalline silicon or monocrystalline silicon, good compatibility to the silicon process, the beam portion 20 with reduced thermal conductance due to thinning and miniaturization is facilitated, the circuit (driving circuit, such as a signal processing circuit) becomes easily integrated, also mechanical properties of the material of the beam portion 20 (mechanical properties) it can be equal to the mechanical properties of the material of the base substrate 10, an environmental change (e.g., change in temperature, etc.) can be prevented from being broken of the beam portion 20 by, it increases reliability. また、本実施形態では、上記赤外線吸収材料として貴金属を採用していることにより、製造時において空洞15を形成するエッチング時に赤外線吸収部40がエッチングダメージを受けにくいので、製造が容易になる。 Further, in the present embodiment, by employing a noble metal as the infrared-absorbing material, the infrared absorbing section 40 at the time of etching for forming the cavity 15 at the time of manufacture since less susceptible to etching damage, production is facilitated.

(実施形態2) (Embodiment 2)
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態1と略同じであって、図2(a),(b)に示すように、ベース基板10の上記一表面側で平面視において空洞15の内周線15aの内側に位置する赤外線受光部30が2つ設けられており、各赤外線受光部30それぞれが、2つの梁部20(20a),20(20b)を介してベース基板10に支持されている点などが相違する。 The basic structure of an infrared sensor of this embodiment is substantially the same as the embodiment 1, FIG. 2 (a), the (b), the inside of the cavity 15 in a plan view at the first surface side of the base substrate 10 infrared receiving section 30 located inside the peripheral line 15a are two provided by each respective infrared receiver 30, the two beam sections 20 (20a), is supported on the base substrate 10 through the 20 (20b) and are points such as different. なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 Incidentally, the same components as in Embodiment 1 will not be described are denoted by the same reference numerals.

また、本実施形態では、p形の多結晶シリコンからなる梁部20aとn形の多結晶シリコンからなる梁部20bと両梁部20,20bとの間に介在し導電性を有する赤外線吸収部40とで構成される熱電対が2つ形成されており、これら2つの熱電対がベース基板10における空洞15の周部上に形成された金属接続層14により直列に接続されている。 Further, in the present embodiment, the infrared absorbing section having interposed electrical conductivity between the beam portion 20b and Liang Liang portion 20,20b consisting beam portion 20a and the n-type polycrystalline silicon comprising a p-type polycrystalline silicon 40 and the thermocouple are two forms composed of, these two thermocouples are connected in series by a metal connection layer 14 formed on the peripheral portion of the cavity 15 in the base substrate 10.

以上説明した本実施形態の赤外線センサにおいても、実施形態1と同様に、梁部20が感熱材料の一種である熱電材料のみにより形成されているので、従来に比べて梁部20の熱コンダクタンスを小さくすることができ、高感度化を図れる。 Also in the infrared sensor of the present embodiment described above, similarly to Embodiment 1, since the beam portion 20 is formed only by the thermoelectric material which is a type of heat-sensitive materials, the thermal conductance of the beam portion 20 as compared with the conventional It can be reduced, thereby high sensitivity.

(実施形態3) (Embodiment 3)
本実施形態の赤外線センサは、サーミスタ型の赤外線センサであって、図3(a),(b)に示すように、各梁部20が、配線材料(好ましくは、耐薬品性に優れたTi、W、Moなどの炭化物や窒化物、Pt、Irなどの貴金属)のみにより形成され、赤外線受光部30が、サーミスタ材料(例えば、アモルファスシリコン、チタン、酸化バナジウムなど)により形成された温度検知部35と、赤外線吸収材料(例えば、ポーラスシリカなどの多孔性材料など)のみにより形成された赤外線吸収部40とにより構成されている。 Ti infrared sensor of this embodiment, an infrared sensor of the thermistor type, as shown in FIG. 3 (a), (b), each beam section 20, the wiring material (preferably, having excellent chemical resistance , W, carbides and nitrides such as Mo, Pt, is formed by only a noble metal), such as Ir, infrared receiver 30, the thermistor material (e.g., amorphous silicon, titanium, temperature detector which is formed by a vanadium oxide) 35, an infrared-absorbing material (e.g., such as a porous material such as porous silica) is constituted by an infrared-absorbing portion 40 formed by only. なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 Incidentally, the same components as in Embodiment 1 will not be described are denoted by the same reference numerals.

温度検知部35は、平面形状が蛇行した形状(本実施形態では、つづら折れ状の形状)に形成されており、両端部それぞれが、上記配線材料のみにより形成された梁部20と電気的に接続されている。 Temperature detection unit 35 (in this embodiment, zigzag shape) shaped planar shape meanders are formed on each end portions, only the beam portion is formed 20 and electrically by the wiring material It is connected.

しかして、本実施形態の赤外線センサでは、梁部20が配線材料のみにより形成されているので、従来に比べて梁部20の熱コンダクタンスを小さくすることができ、高感度化を図れる。 Thus, in the infrared sensor of this embodiment, the beam portion 20 is formed only by a wiring material, it is possible to reduce the thermal conductance of the beam portion 20 as compared with the conventional, thereby high sensitivity. また、赤外線受光部30が、サーミスタ材料により形成され梁部20を介してベース基板10に支持された温度検知部35と、赤外線吸収材料のみにより形成され温度検知部35に熱伝導を阻害する中間層などを介さずに接触(つまり、直接接触)した赤外線吸収部40とで構成されており、温度検知部35および赤外線吸収部40を支持するためのベース部がないので、赤外線吸収部40を備えた構成において赤外線受光部30の熱容量を小さくでき、応答速度を向上することができる。 The intermediate infrared receiver 30, to inhibit a temperature detection unit 35 supported on the base substrate 10 through the beam portion 20 is formed by the thermistor material, the thermal conductivity in the temperature sensing portion 35 is formed only by an infrared-absorbing material contact without interposing layer, or a layer (i.e., direct contact) is constituted by a by infrared absorption portion 40, since there is no base portion for supporting the temperature sensing unit 35 and the infrared absorbing section 40, the infrared absorbing section 40 can reduce the heat capacity of the infrared receiving portion 30 in a configuration which includes, it is possible to improve the response speed. なお、実施形態1の構成においても、従来のベース部がないので、赤外線受光部30の熱容量を小さくでき、応答速度を向上することができる。 Incidentally, in the configuration of the embodiment 1, since there is no conventional base unit, can reduce the heat capacity of the infrared receiving portion 30, it is possible to improve the response speed.

また、本実施形態の赤外線センサでは、上記赤外線吸収材料が多孔性材料なので、非多孔性材料である場合に比べて、単位体積当たりの赤外線吸収部40の熱容量を小さくでき、応答速度の高速化を図れる。 Further, in the infrared sensor of the present embodiment, since the infrared absorbing material is a porous material, as compared with the case of non-porous material, the thermal capacity of the infrared absorption portion 40 per unit volume can be reduced, the response speed the achieved.

なお、本実施形態では、各梁部20を配線材料により形成してあるが、配線材料に限らず、感熱材料の一種であるサーミスタ材料により形成してもよく、この場合には、温度検知部35と各梁部20とを連続一体に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化を図れるという利点がある。 In the present embodiment, each beam section 20 is formed by a wiring material, not only the wiring material may be formed by the thermistor material is a kind of heat-sensitive material, in this case, the temperature sensing unit 35 and a respective beam portion 20 it is possible to form a continuous integrated, there is an advantage that attained the simplification of the manufacturing process.

ところで、各実施形態にて説明した赤外線センサは、赤外線受光部30を2次元アレイ状に配列した赤外線画像センサであり、高感度化および応答速度の高速化の効果が大きいが、赤外線受光部30を1つだけ設けた赤外線センサでもよいことは勿論である。 Meanwhile, the infrared sensor described in each embodiment is an infrared image sensor having an array of infrared receiver 30 in a two-dimensional array, the effect of speeding up the sensitivity and response speed is high, the infrared receiver 30 it may be an infrared sensor provided only one is a matter of course.

実施形態1を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のA−A'概略断面図である。 Shows an embodiment 1, (a) is a schematic plan view is an A-A 'schematic sectional view of (b) is (a). 実施形態2を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のA−A'概略断面図である。 Shows an embodiment 2, (a) is a schematic plan view is an A-A 'schematic sectional view of (b) is (a). 実施形態3を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のA−A'概略断面図である。 Shows an embodiment 3, (a) is a schematic plan view is an A-A 'schematic sectional view of (b) is (a).

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 ベース基板 10a 半導体基板(シリコン基板) 10 base substrate 10a semiconductor substrate (silicon substrate)
15 空洞 15a 内周線 20 梁部 30 赤外線受光部 40 赤外線吸収部 15 cavity 15a inner peripheral line 20 the beam portion 30 infrared receiver 40 infrared absorbing section

Claims (6)

  1. 熱絶縁用の空洞を有するベース基板の一表面側で平面視において空洞の内周線の内側に位置する赤外線受光部が前記一表面に沿って形成された複数の梁部を介してベース基板に支持された赤外線センサであって、梁部が感熱材料もしくは配線材料のみにより形成されてなることを特徴とする赤外線センサ。 The base substrate through a plurality of beam portions which infrared receiving portion is formed along the one surface located on the inside of the inner peripheral line of the cavity in a plan view with one surface of the base substrate having a cavity for thermal insulation a supported infrared sensor was, infrared sensor, wherein the beam portion is formed only by the heat-sensitive material or the wiring material.
  2. 前記梁部は、前記感熱材料のみにより形成され、前記感熱材料は、熱電材料であることを特徴とする請求項1記載の赤外線センサ。 The beam portion, the formed only by heat sensitive material, said heat sensitive material, an infrared sensor according to claim 1, characterized in that the thermoelectric material.
  3. 前記ベース基板は、シリコン基板を用いて形成されてなり、前記熱電材料は、多結晶シリコンもしくは単結晶シリコンであることを特徴とする請求項2記載の赤外線センサ。 The base substrate is made is formed using a silicon substrate, the infrared sensor of claim 2, wherein the thermoelectric material is a polycrystalline silicon or single crystal silicon.
  4. 前記赤外線受光部は、前記梁部を介して前記ベース基板に支持された温度検知部と、赤外線吸収材料のみにより形成され温度検知部に接触した赤外線吸収部とからなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の赤外線センサ。 The infrared light receiving unit, according to claim, characterized in that it consists and through the beam portion and the base substrate is supported a temperature detector, the infrared absorbing section and in contact with the temperature detecting section is formed by only the infrared-absorbing material the infrared sensor according to any one of 1 to claim 3.
  5. 前記赤外線吸収材料が多孔性材料であることを特徴とする請求項4記載の赤外線センサ。 The infrared sensor according to claim 4, wherein the infrared absorbing material is a porous material.
  6. 前記赤外線吸収材料が貴金属であることを特徴とする請求項4記載の赤外線センサ。 The infrared sensor according to claim 4, wherein the infrared absorbing material is a precious metal.
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