JP2012215531A - 赤外線センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ感度をより向上させることが可能な赤外線センサを提供する。
【解決手段】ベース基板１と、該ベース基板１の一表面側でベース基板１に支持され直下に空間が設けられる薄膜構造部２と、ベース基板１と薄膜構造部２とに亘って設けられ赤外線の吸収による温度変化を検知するサーモパイル３とを有する赤外線センサ１０であって、サーモパイル３の熱電対４は、異なる材料からなる一対の熱電対素線４ａ，４ｂを備え、一対の熱電対素線４ａ，４ｂは、少なくとも薄膜構造部２において薄膜構造部２の厚み方向に絶縁膜５を介して配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線センサに関するものである。

近年、地球環境問題への関心の高まりから省エネルギー化の目的などのため、人の動きを検出して自動的に照明器具や家電機器などをコントロールするモーションセンサとして赤外線センサが利用されている。

この種の赤外線センサとして、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、ベース基板１に形成された空洞部８上に設けられた薄肉部としてのメンブレン１２Ａと、メンブレン１２Ａ上に温接点Ｔ１，Ｔ１が形成されベース基板１上に冷接点Ｔ２，Ｔ２が形成された熱電対を構成する熱電対素線４ａ，４ｂ（以下、第１の熱電対素線４ａ、第２の熱電対素線４ｂと呼ぶこともある。）と、少なくとも温接点Ｔ１を被覆するようにメンブレン１２Ａ上に形成された赤外線吸収部３３とを備えたものが知られている（たとえば、特許文献１）。

なお、図１３に示す赤外線センサ１０には、赤外線吸収部３３以外の領域に赤外線が入射されるのを防止する赤外線反射膜１２Ｂが設けられている。

また、図１４に示す別の赤外線センサでは、４つの開口部８ａと内部で連通する凹部１３Ｄが形成されたベース基板１と、凹部１３Ｄを覆うメンブレンの中央部に形成された赤外線吸収部３３と、メンブレンとベース基板１との間に架け渡されメンブレンを支持する複数の支持部６と、異なる材料からなる第１の熱電対素線４ａおよび第２の熱電対素線４ｂを電気的に接続してなる熱電対とを備え、複数の支持部６は、第１の熱電対素線４ａのみを複数並列して配置した支持部６と、第２の熱電対素線４ｂのみを複数並列して配置された支持部６とを有するものが知られている（たとえば、特許文献２）。

なお、図１４に示す赤外線センサでは、赤外線吸収部３３が設けられたメンブレンにおいて、配線１３Ａにより第１の熱電対素線４ａと第２の熱電対素線４ｂとが電気的に接続されて温接点Ｔ１を形成している。また、赤外線センサは、ベース基板１において、第１の熱電対素線４ａと配線１３Ｂとの接点、第２の熱電対素線４ｂと配線１３Ｂとの接点で冷接点Ｔ２を形成している。さらに、赤外線センサは、配線１３Ｃを利用して熱電対を電気的に直列に接続などしている。

一般に赤外線センサは、電気的に直列に接続させる熱電対の数に比例して赤外線センサの出力を向上させることができる。そのため、赤外線センサは、直列に接続する熱電対の数を増やして出力を向上させることにより、センサ感度を向上させることが考えられる。しかしながら、上述の特許文献１および特許文献２の赤外線センサは、いずれも熱電対の第１の熱電対素線４ａおよび第２の熱電対素線４ｂが、平面視において横並びに形成されている。したがって、赤外線センサは、設けられる熱電対素線４ａ，４ｂの数も限られており熱電対の数を増やしてセンサ感度を向上させることに限りがある。

また、赤外線センサは、熱電対の第１の熱電対素線４ａおよび第２の熱電対素線４ｂの線幅を各々に狭くして熱電対の数を増やしてセンサ感度を向上させることも考えられる。しかしながら、熱電対素線４ａ，４ｂの線幅を狭くする場合、赤外線センサは、熱電対素線４ａ，４ｂ自体の抵抗が大きくなり、却ってセンサ感度を向上させることが難しくなる場合もある。

さらに、特許文献２の赤外線センサの構成では、支持部６ごとに第１の熱電対素線４ａあるいは第２の熱電対素線４ｂを同一平面に並設している。赤外線センサは、第１の熱電対素線４ａと第２の熱電対素線４ｂとが異なる材料からなるため、複数の支持部６同士の応力バランスが悪く薄肉部としてのメンブレンなどにおいて支持部６間の応力に起因する反りが発生し、安定したセンサ感度を得ることができない場合がある。

次に、図１５に示す赤外線センサとして、シリコン基板を用いたベース基板１と、ベース基板１に設けられた絶縁基板１４Ａの表面に赤外線吸収部３３を備えている。赤外線センサは、絶縁基板１４Ａの表面側に赤外線吸収部３３に近い側を温接点Ｔ１とし遠い側を冷接点Ｔ２とした複数の熱電対４のパターン１４Ｂが形成されている。赤外線センサは、絶縁基板１４Ａの裏面側にも表面側と同様に電気的に直列に接続された複数の熱電対４のパターン１４Ｃが形成され、表面側の熱電対４と裏面側の熱電対４とは、スルーホール１４Ｄを介して接続手段により電気的に直列に接続した赤外線センサも知られている（たとえば、特許文献３）。

特許文献３の赤外線センサは、絶縁基板１４Ａの片面側だけでなく表面側と裏面側との両面側に熱電対４を形成することにより、大型化を避け赤外線センサのセンサ感度の向上を図ることができる、としている。

特開２００６−２１４７５８号公報 特開平１１−１９１６４４号公報 実開平５−４３０３７号公報

しかしながら、上述の特許文献３の赤外線センサの構成では、絶縁基板１４Ａの表面側に形成された複数個の熱電対４と、裏面側に形成された複数個の熱電対４とを電気的に接続させたにすぎず、表面側の熱電対４と裏面側の熱電対４との温度差などによりセンサ感度を十分に向上することができない恐れがある。

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、センサ感度をより向上させることが可能な赤外線センサを提供することにある。

本発明の赤外線センサは、ベース基板と、該ベース基板の一表面側で上記ベース基板に支持され直下に空間が設けられる薄膜構造部と、上記ベース基板と上記薄膜構造部とに亘って設けられ赤外線の吸収による温度変化を検知するサーモパイルとを有する赤外線センサであって、上記サーモパイルの熱電対は、異なる材料からなる一対の熱電対素線を備え、一対の上記熱電対素線は、少なくとも上記薄膜構造部において上記薄膜構造部の厚み方向に絶縁膜を介して配置されていることを特徴とする。

この赤外線センサにおいて、上記異なる材料は、一方が半導体材料であり、他方がＡｌまたはＡｕであることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記異なる材料は、一方がｐ形多結晶シリコンであり、他方がｎ形多結晶シリコンであることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記サーモパイルは、絶縁材料で被覆されていることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記薄膜構造部は、該薄膜構造部と上記ベース基板とを連結する支持部により上記ベース基板に支持されており、上記薄膜構造部および上記支持部が複数の層からなる多層膜で構成され、上記薄膜構造部の厚み方向と垂直な方向において、上記層の各々のうち引張応力が生じる層の応力の総和が、上記層の各々のうち圧縮応力が生じる層の応力の総和以上であることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記薄膜構造部は、該薄膜構造部と上記ベース基板とを連結する支持部により上記ベース基板に支持されており、上記薄膜構造部および上記支持部が複数の層からなる多層膜で構成され、上記薄膜構造部および上記支持部における厚み方向の中立面において、上記中立面から上記ベース基板側における上記層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きと、上記中立面から上記ベース基板と反対側における上記層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きとが異なることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記薄膜構造部は、該薄膜構造部と上記ベース基板とを連結する支持部により上記ベース基板に支持されており、上記支持部に設けられる上記サーモパイルは、平面視において上記支持部の幅方向の中央部に配置されていることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記薄膜構造部は、該薄膜構造部と上記ベース基板とを連結する支持部により上記ベース基板に支持されており、上記サーモパイルが設けられる上記支持部の幅方向において上記サーモパイルが形成されている領域の幅と上記サーモパイルの両側のスペース領域の幅との比を、上記薄膜構造部における上記サーモパイルが形成されている領域の幅と上記サーモパイルの両側のスペース領域の幅との比に等しくすることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記熱電対は、複数個設けられており、複数の上記熱電対における上記熱電対素線の各々は、上記薄膜構造部の厚み方向と垂直な平面ごとに設けられる上記熱電対素線が同一材料で構成されていることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記ベース基板の上記一表面側において、複数個の上記薄膜構造部がアレイ状に配置されていることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記ベース基板は、上記サーモパイルからの出力信号を処理するトランジスタを備えていることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記薄膜構造部は、上記薄膜構造部における上記サーモパイルの両側のスペース領域に赤外線を吸収する半導体材料膜を設けていることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記半導体材料膜は、所定のピッチで複数を設けられていることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記薄膜構造部は、該薄膜構造部の厚み方向に配置される上記半導体材料膜を平面視において、ずらして配置していることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、上記薄膜構造部は、該薄膜構造部の厚み方向に配置される一対の上記熱電対素線を平面視において、ずらして配置していることが好ましい。

本発明の赤外線センサは、センサ感度をより向上させることが可能となる。

実施形態１の赤外線センサに関し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢＢ断面図である。 同上の赤外線センサにおける要部を示す概略断面図である。 同上の別の赤外線センサにおける要部を示し、（ａ）は支持部の概略断面図、（ｂ）は薄膜構造部の概略断面図である。 同上の他の赤外線センサにおける概略断面図である。 同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態２の赤外線センサに関し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢＢ断面図、（ｄ）は要部回路構成図である。 同上の別の赤外線センサに関し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢＢ要部拡大断面図である。 同上の他の赤外線センサの要部断面図である。 同上の他の赤外線センサの概略断面図である。 従来の赤外線センサを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 従来の他の赤外線センサの平面図である。 従来の別の赤外線センサの断面図である。

（実施形態１）
本実施形態の赤外線センサ１０について、図１〜図８を参照しながら説明する。

赤外線センサ１０は、図１に示すように、シリコン基板を用いたベース基板１と、ベース基板１の一表面側でベース基板１に支持され直下にベース基板１に設けられた空洞部８により空間が設けられる薄膜構造部２と、ベース基板１と薄膜構造部２とに亘って設けられ赤外線の吸収による温度変化を検知するサーモパイル３とを有している。

特に、本実施形態の赤外線センサ１０は、サーモパイル３の熱電対４が、異なる材料からなる一対の熱電対素線４ａ，４ｂを備え、一対の熱電対素線４ａ，４ｂが、少なくとも薄膜構造部２において薄膜構造部２の厚み方向に絶縁膜５を介して配置されている。

ここで、赤外線センサ１０の薄膜構造部２は、平面視が矩形状の薄膜構造部２とベース基板１とを連結する支持部６によりベース基板１に支持されている（図１（ａ）を参照）。薄膜構造部２を支持する支持部６は、薄膜構造部２の一辺の端部から突出した突出部６ａと、突出部６ａと一端が接続され突出部６ａが突出した薄膜構造部２の一辺に沿って長手方向に設けられた長尺部６ｂと、長尺部６ｂの他端をベース基板１側に支持させる支持突出部６ｃとを備えている。本実施形態の赤外線センサ１０では、矩形状の薄膜構造部２が薄膜構造部２の対角線上で連結された支持部６，６によりベース基板１に支持されている。なお、薄膜構造部２を支持する支持部６の数は、１個でもよいし、３個以上設けてもよい。薄膜構造部２の直下の空間は、薄膜構造部２をベース基板１と断熱するためにベース基板１に設けられた空洞部８により形成されている（図１（ｂ）を参照）。空洞部８は、薄膜構造部２および支持部６の周部に設けられている開口部８ａから、エッチング液（たとえば、ＴＭＡＨ（Tetramethyl Ammonium Hydroxide）液など）を導入してベース基板１の一部をエッチングすることにより形成することができる。

また、支持部６に設けられるサーモパイル３は、平面視において支持部６における突出部６ａ、長尺部６ｂおよび支持突出部６ｃの各々の幅方向の中央部に配置されている。これにより、赤外線センサ１０は、サーモパイル３が設けられた支持部６における上記中央部から幅方向の両端部までの曲げモーメントを均一化させ曲げモーメントの不整合を低減することが可能となる。さらに、赤外線センサ１０は、複数の支持部６の各々におけるサーモパイル３の配置を同様の構成にすれば、各支持部６の各々の応力のばらつきが少なく、支持部６の応力ばらつきに起因する薄膜構造部２の反りを抑制することが可能となる。そのため、赤外線センサ１０は、支持部６がベース基板１に対し支持部６の反りや捻りの少ない構造とし、薄膜構造部２の形状を安定させることで複数の赤外線センサ１０間におけるセンサ感度のばらつきを抑制することが可能となる。

サーモパイル３の熱電対４は、異なる材料からなる一対の熱電対素線４ａ，４ｂを備えており、一対の熱電対素線４ａ，４ｂが、薄膜構造部２での構成と同様に、支持部６の厚み方向において絶縁膜５を介して配置されている。また、本実施形態の赤外線センサ１０におけるサーモパイル３は、全体が絶縁膜５と同じ絶縁材料で被覆されている。

より詳述すると、サーモパイル３は、図２（ａ）に示すように、薄膜構造部２の厚み方向において絶縁膜５を介して熱電対素線４ａと熱電対素線４ｂとが配置されたものを、絶縁材料からなる被覆部３ａにより被覆して構成することができる。なお、熱電対素線４ｂは、後述するシリコン酸化膜１ｂとシリコン窒化膜１ｃとの積層膜上に形成させている。また、サーモパイル３は、図２（ｂ）に示すように、熱電対素線４ｂが被覆部３ｂにより被覆され、熱電対素線４ａと熱電対素線４ｂとの間の被覆部３ｂを絶縁膜５として利用することもできる。ここで、サーモパイル３は、絶縁膜５上の熱電対素線４ａが、絶縁材料からなる被覆部３ｃにより被覆されている。このような被覆部３ａ，３ｂ，３ｃを構成する材料として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜などの絶縁材料を好適に用いることができる。これにより、赤外線センサ１０は、上記エッチング液を用いてベース基板１をエッチングすることにより、空洞部８などを構成する場合であっても、サーモパイル３が上記エッチング液により損傷を受けることを抑制することが可能となる。同様に、赤外線センサ１０は、たとえば、プラズマエッチングによりベース基板１や後述する犠牲層（図示していない）をエッチングすることにより空洞部８などを構成する場合、サーモパイル３がプラズマエッチングにより損傷を受けることを抑制することも可能となる。

次に、熱電対４の一対の熱電対素線４ａ，４ｂ同士は、コンタクトホール２ａｄを介して薄膜構造部２の中央部において金属材料からなる接続部２１ａ，２１ａにより電気的に接続され、温接点Ｔ１，Ｔ１を形成している（図１（ｂ）を参照）。また、熱電対４は、支持部６を介して薄膜構造部２とベース基板１とに跨って形成されており、熱電対４を構成する熱電対素線４ａ，４ｂがベース基板１側において金属材料により電気的に接続され、冷接点Ｔ２を形成している。また、サーモパイル３は、外部への出力端子となる接続部２１ｂを熱電対素線４ａに接続させて備えている。また、サーモパイル３は、外部への出力端子となる異なる極性の接続部２１ｃを熱電対素線４ｂに接続させて備えている。

本実施形態の赤外線センサ１０における熱電対４は、一方がｐ形多結晶シリコンにより形成させた第１の熱電対素線４ａであり、他方がｎ形多結晶シリコンにより形成させた第２の熱電対素線４ｂとしている。なお、熱電対４は、第１の熱電対素線４ａの材料をｎ形多結晶シリコンとし、第２の熱電対素線４ｂの材料をｐ形多結晶シリコンとしてもよい。また、第１および第２の熱電対素線４ａ，４ｂの材料は、多結晶シリコンだけに限られるものではなく、多結晶シリコンゲルマニウム、多孔質シリコン、ビスマステルライド（Ｂｉ_２Ｔｅ_３）、アンチモンテルライド（Ｓｂ_２Ｔｅ_３）でもよいし、一方が半導体材料であり、他方が金属材料であるＡｌまたはＡｕとしてもよい。

なお、赤外線センサ１０の出力ΔＶは、異なる材料のゼーベック係数をそれぞれα１、α２とする場合、温度差ΔＴ×（α１−α２）で表すことができる。赤外線センサ１０は、一対の熱電対素線４ａ，４ｂをＡｌと半導体材料との異なる材料により構成した場合におけるゼーベック係数と比較して、半導体材料同士を組み合わせたほうがゼーベック係数を大きくすることができる。特に、ｐ形の半導体材料とｎ形の半導体材料とは、逆符号のゼーベック係数を有する。そのため、赤外線センサ１０は、ｐ形の半導体材料とｎ形の半導体材料とを組み合わせた熱電対素線４ａ，４ｂを用いることにより、出力をより高めることが可能となる。

これに対し、一対の熱電対素線４ａ，４ｂの一方にＡｌを用いる場合、Ａｌを接続部２１ａ，２１ｂや配線（図示していない）の材料として利用することができる。そのため、Ａｌを用いた第１の熱電対素線４ａあるいは第２の熱電対素線４ｂは、スパッタ法や蒸着法を用いて比較的簡単に形成することができる。

また、一対の熱電対素線４ａ，４ｂの一方の材料にＡｕを用いる場合、Ａｕは、Ａｌと比較して上記エッチング液に対する耐性が高い。そのため、上記エッチング液を用いて上記シリコン基板をエッチングして薄膜構造部２、支持部６や空洞部８を形成する場合、Ａｕを用いた熱電対素線４ａ，４ｂは、熱電対素線４ａ，４ｂを被覆する上記絶縁材料の被覆が十分でなく被膜にピンポールなどがある場合でも、上記エッチング液が浸入して熱電対素線４ａ，４ｂが断線などの損傷を抑制することが可能となる。なお、熱電対素線４ａ，４ｂの一方を半導体材料たる多結晶シリコン、他方をＡｕにより形成させた場合、熱電対素線４ａ，４ｂ間のオーミック接触を行うためには、一対の熱電対素線４ａ，４ｂ間にＡｌ膜やＴｉ膜などを適宜に介在させてもよい。

なお、本実施形態の赤外線センサ１０は、複数の熱電対４における熱電対素線４ａ，４ｂの各々が、薄膜構造部２の厚み方向と垂直な平面ごとに設けられる熱電対素線４ａ，４ｂが同一材料で構成されている。これにより、赤外線センサ１０は、熱電対素線４ａの基礎となる半導体材料にｐ形やｎ形の不純物をドーピングして熱電対素線４ａ，４ｂを形成させるドーピング工程において、異なる不純物をドーピングする不純物ごとにマスクを形成する必要がない。すなわち、赤外線センサ１０は、同一平面でｐ形多結晶シリコンからなる第１の熱電対素線４ａと、ｎ形多結晶シリコンからなる第２の熱電対素線４ｂとが混在している場合と比較して、第１の熱電対素線４ａと、第２の熱電対素線４ｂとを分けて形成するためのマスクが必要となることがない。そのため、赤外線センサ１０は、各熱電対素線４ａ，４ｂの形成にあたり上記マスクの位置合わせ精度のマージンを必要とすることもなく、熱電対素線４ａ，４ｂの微細化を図ることが容易となる。

次に、赤外線センサ１０の薄膜構造部２は、薄膜構造部２とベース基板１とを連結する支持部６によりベース基板１に支持されており、薄膜構造部２および支持部６が後述する複数の層からなる多層膜で構成され、薄膜構造部２の厚み方向と垂直な方向において、上記層の各々のうち引張応力が生ずる層の応力の総和が、上記層の各々のうち圧縮応力が生じる層の応力の総和以上としている。
すなわち、赤外線センサ１０は、薄膜構造部２における残留応力の引張や圧縮の総和が、赤外線センサ１０の厚み方向と垂直な方向への薄膜構造部２に変形が生じないように各層の応力や膜厚を調整して形成することが好ましい。これにより、赤外線センサ１０は、赤外線センサ１０の厚み方向と垂直な方向へ薄膜構造部２の変形を抑制し、圧縮応力により薄膜構造部２に座屈が生ずることを抑制することが可能となる。

さらに、赤外線センサ１０の薄膜構造部２は、薄膜構造部２とベース基板１とを連結する支持部６によりベース基板１に支持されており、薄膜構造部２および支持部６が複数の層からなる多層膜で構成され、薄膜構造部２および支持部６における厚み方向の中立面において、中立面からベース基板１側における層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きと、上記中立面からベース基板１と反対側における層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きとが異なるように上記層の各々の応力および厚みを調整していることが好ましい。これにより、赤外線センサ１０は、薄膜構造部２が薄膜構造部２の厚み方向に反り変形が生ずることを抑制することができる。すなわち、赤外線センサ１０は、薄膜構造部２の応力のバランスの均一性が向上する。これにより、赤外線センサ１０は、薄膜構造部２の反りを抑制することができ、センサ感度のばらつきを低減できる。なお、薄膜構造部２においては、平面視においてベース基板１に支持される支持部６と薄膜構造部２との接続部位を基準として、接続部位と対向する薄膜構造部２の自由端までの距離で曲げモーメントを求めればよい。また、支持部６においては、平面視においてベース基板１に支持される支持部６の固定端を基準として、固定端から上記接続部位の距離で曲げモーメントを求めればよい。

ここで、赤外線センサ１０は、サーモパイル３が設けられる支持部６の幅方向においてサーモパイル６が形成されている領域Ｗａの幅とサーモパイル３の両側のスペース領域（Ｗｂ＋Ｗｂ）の幅との比（図３（ａ）を参照）を、薄膜構造部２におけるサーモパイル３が形成されている領域（Ｗａ＋Ｗａ）の幅とサーモパイル３の両側のスペース領域（Ｗｂ＋２Ｗｂ＋Ｗｂ）の幅（図３（ｂ）を参照）との比に等しくしてもよい。

これにより、赤外線センサ１０は、支持部６と薄膜構造部２との応力バランスが均一化され、より反りの少ない構造として支持部６の形状および薄膜構造部２の形状を安定させ複数の赤外線センサ１０間におけるセンサ感度のばらつきを抑制することが可能となる。この場合、支持部６におけるサーモパイル３が形成されている領域ａの幅と、サーモパイル３が形成されていない領域（Ｗｂ＋Ｗｂ）の幅との比が同一であれば間隔を変えることもできる。

また、赤外線センサ１０は、薄膜構造部２の熱電対素線４ａ，４ｂが形成されていないスペース領域に、熱電対素線４ａ，４ｂと同じ材料により構成させた赤外線を吸収する半導体材料膜からなるダミー配線を形成させてもよい。これにより、赤外線センサ１０は、サーモパイル３が設けられる支持部６の幅方向においてサーモパイル６が形成されている領域の幅とサーモパイル３の両側のスペース領域の幅との比を、薄膜構造部２におけるサーモパイル３およびダミー配線が形成されている領域の幅とサーモパイル３およびダミー配線の両側のスペース領域の幅との比に等しくさせる。すなわち、ダミー配線たる半導体材料膜は、所定のピッチで複数を設けることができる。これにより、赤外線センサ１０は、薄膜構造部２および支持部６の応力バランスを均一化し、薄膜構造部２および支持部６の各々における曲げモーメントをそれぞれ低減することが可能となる。すなわち、赤外線センサ１０は、薄膜構造部２および支持部６の反りを抑制することができる。ここで、赤外線センサ１０は、ダミー配線を、ＡｌやＡｕなどの金属材料ではなく、多結晶シリコンを用いることにより、ダミー配線を利用して赤外線の吸収量を増加させて、センサ感度をより向上さえることもできる。

本実施形態の赤外線センサ１０は、空洞部８を薄膜構造部２を断熱するためベース基板１に形成している。ここで、空洞部８は、図１に示したベース基板１の一表面側から四角錘状に窪んだ形状だけでなく、図４（ａ）に示すように、薄膜構造部２の一表面と平行な対向する底面を備えた窪み形状としてもよい。図４（ａ）の赤外線センサ１０では、空洞部８が形成されるベース基板１に予め赤外線反射膜９を設けておき、開口部８ａから注入した上記エッチング液などにより赤外線センサ１０の製造過程で除去される犠牲層（図示していない）を除去することで、空洞部８を形成させるとともに赤外線反射膜９を露出させることができる。赤外線反射膜９は、薄膜構造部２を透過した赤外線を薄膜構造部２側に反射させてセンサ感度の向上を図ることができる。さらに、赤外線センサ１０は、図４（ｂ）に示すように、薄膜構造部２の直下にベース基板１がない構造とすることもできる。

これにより、本実施形態の赤外線センサ１０は、センサ感度をより向上させることができる。

以下、本実施形態における赤外線センサ１０について、さらに詳細に説明する。

図８（ｂ）に示す赤外線センサ１０は、ベース基板１の上記一表面側において領域Ａ１に形成された熱型赤外線検出部１１と、ベース基板１の上記一表面側において領域Ａ２に形成されたトランジスタ７とを備えた検知部により構成されている。検知部は、ベース基板１の上記一表面側において２次元アレイ状に配置させて構成している（図示していない）。赤外線センサ１０は、２次元アレイ状に配置させた検知部からの出力をそれぞれ時系列的に読み出すことができるように、熱型赤外線検出部１１とトランジスタ７とを電気的に接続させている。

熱型赤外線検出部１１は、図１の構成を基礎として含み、サーモパイル３が内部に埋設された薄膜構造部２、薄膜構造部２をベース基板１に支持する支持部６およびベース基板１により構成している。トランジスタ７は、ベース基板１の一部に設けられたＭＯＳトランジスタにより構成している。

赤外線センサ１０は、ベース基板１の上記一表面側において薄膜構造部２の直下に空間が形成できるように空洞部８を形成している。ベース基板１の上記一表面側で空洞部８を覆うように形成される薄膜構造部２は、支持部６によりベース基板１の上記一表面側で支持されている。サーモパイル３は、温接点Ｔ１が薄膜構造部２側に設けられ、図示していない冷接点Ｔ２がベース基板１側に設けられている。

薄膜構造部２は、シリコン基板を用いたベース基板１の上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂを備えている。薄膜構造部２は、シリコン酸化膜１ｂ上にシリコン窒化膜１ｃを備えている。薄膜構造部２は、シリコン窒化膜１ｃ上に熱電対素線４ｂを備えている。薄膜構造部２は、熱電対素線４ｂを覆うように絶縁膜５をシリコン窒化膜１ｃの表面側に形成している（図８（ｂ）の破線を参照）。薄膜構造部２は、絶縁膜５上に熱電対素線４ａを備えている。薄膜構造部２は、熱電対素線４ａを絶縁材料で覆っている。ここで、薄膜構造部２は、熱電対素線４ａを覆う上記絶縁材料と、絶縁膜５の材料として同じＢＰＳＧ（Boron PhosphorSilicate Glass）を用いている。薄膜構造部２は、熱電対素線４ｂを覆うＢＰＳＧの膜と熱電対素線４ａを覆うＢＰＳＧの膜とで層間絶縁膜２ａを構成している。薄膜構造部２は、層間絶縁膜２ａ上にパッシベーション膜２ｂを形成している。薄膜構造部２は、上述の複数の層からなる多層膜を適宜にパターニングやエッチングして形成することができる。なお、薄膜構造部２のシリコン窒化膜１ｃは、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３として機能するように構成している。

薄膜構造部２は、言い換えれば、ベース基板１の上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、シリコン酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜１ｃと、シリコン窒化膜１ｃ上に形成されたサーモパイル３と、シリコン窒化膜１ｃの表面側でサーモパイル３を覆うように形成された層間絶縁膜２ａと、層間絶縁膜２ａ上に形成されたパッシベーション膜２ｂとの複数の層からなる多層膜により構成されている。なお、薄膜構造部２については、上述したように、薄膜構造部２における厚み方向の中立面において、中立面からベース基板１側における層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きと、上記中立面からベース基板１と反対側における層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きとを異ならせ薄膜構造部２に反りが生じないように層の応力および厚さを調整している。

ここで、層間絶縁膜２ａは、ＢＰＳＧ膜により構成している。パッシベーション膜２ｂは、ＰＳＧ（Phosphor Silicate Glass）膜とＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ（Non doped Silicate Glass）膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、たとえば、シリコン窒化膜により構成してもよい。また、支持部６は、サーモパイル３を備え、薄膜構造部２での構成と同様にシリコン酸化膜１ｂとシリコン窒化膜１ｃと層間絶縁膜２ａとパッシベーション膜２ｂとで構成されている。したがって、支持部６については、薄膜構造部２と同様に、支持部６における厚み方向の中立面において、中立面からベース基板１側における層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きと、上記中立面からベース基板１と反対側における層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きとを異ならせ支持部６に反りが生じないように層の応力および厚さを調整している。

なお、層間絶縁膜２ａおよびパッシベーション膜２ｂは、屈折率および膜厚を調整することにより、薄膜構造部２においてサーモパイル３に赤外線を効率よく吸収させる赤外線吸収膜の機能を備えさせることができる。また、赤外線センサ１０は、層間絶縁膜２ａと絶縁膜５とを同じ材料を用い層間絶縁膜２ａの一部を利用して絶縁膜５を形成させるだけでなく異なる材料を用いて形成させてもよい。

サーモパイル３の熱電対４は、シリコン窒化膜１ｃ上で薄膜構造部２と支持部６とに跨って形成されたｎ形多結晶シリコンからなる第２の熱電対素線４ｂと、絶縁膜５を介して第２の熱電対素線４ｂ上に形成されるｐ形多結晶シリコンからなる第１の熱電対素線４ａとを備えている。なお、絶縁膜５は、ＢＰＳＧ膜だけに限らず、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜など適宜に構成すればよい。

サーモパイル３の熱電対４は、第１の熱電対素線４ａと、第２の熱電対素線４ｂとの一端部同士を薄膜構造部２の赤外線入射面側で金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部２１ａにより電気的に接続している。

また、赤外線センサ１０は、空洞部８の形状を四角錘状としており、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法を大きくしている。そのため、赤外線センサ１０は、薄膜構造部２の中央部に温接点Ｔ１が集まるようにサーモパイル３の平面レイアウトを設計してある。

薄膜構造部２は、サーモパイル３を形成していない領域に、赤外線を吸収するｎ形多結晶シリコンからなる赤外線吸収層やｐ形多結晶シリコンからなる赤外線吸収層をシリコン窒化膜１ｃを利用して適宜に形成してもよい（図示していない）。赤外線吸収層は、第２の熱電対素線４ｂと同じｎ形不純物（たとえば、リンなど）を同じ不純物濃度（たとえば、１０^１８〜１０^２１ｃｍ^−３）で含んでおり、第２の熱電対素線４ｂと同時に形成することもできる。なお、第２の熱電対素線４ｂの材料がｐ形多結晶シリコンの場合、赤外線吸収層は、第２の熱電対素線４ｂと同じｐ形不純物（たとえば、ボロンなど）を同じ不純物濃度（たとえば、１０^１８〜１０^２１ｃｍ^−３）で含んでおり、第２の熱電対素線４ｂと同時に形成することができる。本実施形態の赤外線センサ１０では、第１の熱電対素線４ａおよび第２の熱電対素線４ｂそれぞれの不純物濃度を１０^１８〜１０^２１ｃｍ^−３としており、熱電対素線４ａ，４ｂの抵抗値を低減して、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることを可能としている。また、赤外線センサ１０は、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、サーモパイル３の出力のＳ／Ｎ比を高めることもできる。

ここで、サーモパイル３の接続部２１ａは、ベース基板１の上記一表面側において、絶縁膜５が一部を構成する層間絶縁膜２ａによって絶縁分離されている。すなわち、温接点Ｔ１側の接続部２１ａは、層間絶縁膜２ａに形成したコンタクトホール２ａｄを通して、第１の熱電対素線４ａと第２の熱電対素線４ｂとを一端部において電気的に接続させている。また、冷接点Ｔ２側でも、同様にコンタクトホール（図示していない）を通して、第１の熱電対素線４ａや第２の熱電対素線４ｂの上記各他端部と電気的に接続させている。これにより、２つの熱電対４を直列に電気的に接続させてサーモパイル３を構成している。

また、トランジスタ７は、上述のように、ベース基板１の上記一表面側において領域Ａ２に形成されている。赤外線センサ１０は、ベース基板１にサーモパイル３からの出力信号を処理するトランジスタ７を備えていることにより、別途に信号処理基板を用意することを不要とすることができる。そのため、赤外線センサ１０は、赤外線を検知する熱型赤外線検出部１１と、熱型赤外線検出部１１からの出力信号を処理するトランジスタ７とを同一のベース基板１内に設けることができる。これにより、赤外線センサ１０は、寄生容量等に起因するノイズの影響を抑制することができると共に小型化を比較的容易に行うことが可能となる。

トランジスタ７は、図８（ｂ）に示すように、ベース基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ^＋）のウェル領域７ａが形成され、ウェル領域７ａ内に、第２導電形であるｎ形（ｎ^＋）のドレイン領域７ｃと第２導電形であるｎ形（ｎ^＋）のソース領域７ｄとが離間して形成されている。さらに、ウェル領域７ａ内には、ドレイン領域７ｃとソース領域７ｄとを囲む第１導電形であるｐ形（ｐ^＋＋）のチャネルストッパ領域７ｂが形成されている。

ウェル領域７ａにおいてドレイン領域７ｃとソース領域７ｄとの間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜７ｅを介してｎ形多結晶シリコンからなるゲート電極７ｆが形成されている。

また、ドレイン領域７ｃ上には、金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極７ｇが形成され、ソース領域７ｄ上には、金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極７ｈが形成されている。

ゲート電極７ｆ、ドレイン電極７ｇおよびソース電極７ｈは、層間絶縁膜２ａによって絶縁分離されている。ここで、ドレイン電極７ｇは、層間絶縁膜２ａに形成したコンタクトホール２ａａを通してドレイン領域７ｃと電気的に接続され、ソース電極７ｈは、層間絶縁膜２ａに形成したコンタクトホール２ａｂを通してソース領域７ｄと電気的に接続されている。

赤外線センサ１０は、図示していないが、トランジスタ７のソース電極７ｈとサーモパイル３の一端とを電気的に接続しており、サーモパイル３の他端が配線１１ａに電気的に接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ７は、チャネルストッパ領域７ｂ上に、金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる電極７ｉが形成されている。なお、電極７ｉは、層間絶縁膜２ａに形成したコンタクトホール２ａｃを通してチャネルストッパ領域７ｂと電気的に接続されている。

ここで、赤外線センサ１０は、図示していないが平面視において薄膜構造部２を備えた熱型赤外線検出部１１とトランジスタ７とを備えた検知部を、行列ａ×ｂのアレイ状に配置している。赤外線センサ１０は、各検知部のサーモパイル３に対応するトランジスタ７のゲート電極７ｆの電位を制御することにより順次に各トランジスタ７をオン状態とし、各トランジスタ７のドレイン電極７ｇおよび配線１１ａを利用して全ての検知部のサーモパイル３の出力を時系列的に読み出すように構成している。

以下、赤外線センサ１０の製造方法の一例について図５〜図８を参照して説明する。

まず、第２導電形のシリコン基板を用いたベース基板１の上記一表面側に第１の所定膜厚（たとえば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜１ｂと第２の所定膜厚（たとえば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜１ｃとの積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行う。その後、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絶縁層のうち熱型赤外線検出部１１を形成するための領域Ａ１に対応する部分を残し、トランジスタ７を形成するための領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行う（図５（ａ）を参照）。なお、第１のシリコン酸化膜１ｂは、ベース基板１を所定温度（たとえば、１１００℃）で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜１ｃは、ＬＰＣＶＤ法により形成することができる。

絶縁層パターニング工程の後、ベース基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ^＋）のウェル領域７ａを形成するウェル領域形成工程を行う。続いて、ベース基板１の上記一表面側におけるウェル領域７ａ内に第１導電形であるｐ形（ｐ^＋＋）のチャネルストッパ領域７ｂを形成するチャネルストッパ領域形成工程を行う。その後、トランジスタ７のしきい値電圧を制御するためのイオン注入工程を行う。ウェル領域形成工程では、ベース基板１の上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化する。これにより、シリコン酸化膜からなる第１の熱酸化膜１ｄを選択的に形成する。その後、ウェル領域７ａを形成するためのマスクを利用した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第１の熱酸化膜１ｄをパターニングする。続いて、第１導電形の不純物（たとえば、ボロンなどのｐ形の不純物）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ウェル領域７ａを形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、ベース基板１の上記一表面側を所定温度で熱酸化することでシリコン酸化膜よりなる第２の熱酸化膜１ｅを選択的に形成する。その後、チャネルストッパ領域７ｂを形成するためのマスクを利用した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第２の熱酸化膜１ｅをパターニングする。続いて、第１導電形の不純物（たとえば、ボロンなどのｐ形の不純物）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、チャネルストッパ領域７ｂを形成する（図５（ｂ）を参照）。

上述のイオン注入工程の後、第２導電形であるｎ形（ｎ^＋）のドレイン領域７ｃおよび第２導電形であるｎ形（ｎ^＋）のソース領域７ｄを形成するソース・ドレイン形成工程を行う。ソース・ドレイン形成工程では、ウェル領域７ａにおけるドレイン領域７ｃおよびソース領域７ｄそれぞれの形成予定領域に第２導電形の不純物（たとえば、リンなどのｎ形の不純物）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことによって、ドレイン領域７ｃおよびソース領域７ｄを形成する。

ソース・ドレイン形成工程の後、ベース基板１の上記一表面側にたとえば熱酸化により所定膜厚（たとえば、６００Å）のシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜７ｅを形成するゲート絶縁膜形成工程を行う。続いて、ベース基板１の上記一表面側の全面にゲート電極７ｆ、ｎ形多結晶シリコンからなる第２の熱電対素線４ｂの基礎となる所定膜厚のノンドープ多結晶シリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成する第１の多結晶シリコン層形成工程を行う。その後、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上記ノンドープ多結晶シリコン層のうちゲート電極７ｆ、第２の熱電対素線４ｂそれぞれに対応する部分が残るようにパターニングする第１の多結晶シリコン層パターニング工程を行う。続いて、上記ノンドープ多結晶シリコン層のうちゲート電極７ｆおよび第２の熱電対素線４ｂに対応する部分にｎ形の不純物（たとえば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブインを行うことによりゲート電極７ｆおよび第２の熱電対素線４ｂを形成するｎ形多結晶シリコン層形成工程を行うことによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。

続いて、ベース基板１の上記一表面側の全面に層間絶縁膜２ａの一部を構成するＢＰＳＧからなる絶縁膜５を第２の熱電対素線４ｂを覆うようにＣＶＤ法により形成する絶縁膜形成工程を行う。絶縁膜形成工程では、ベース基板１の上記一表面側に所定膜厚のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（たとえば、８００℃）でリフローすることにより平坦化させている。また、ベース基板１の上記一表面側の全面にｐ形多結晶シリコンからなる第１の熱電対素線４ａの基礎となる所定膜厚のノンドープ多結晶シリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成する第２の多結晶シリコン層形成工程を行う。その後、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上記ノンドープ多結晶シリコン層のうち第１の熱電対素線４ａに対応する部分が残るようにパターニングする第２の多結晶シリコン層パターニング工程を行う。続いて、上記ノンドープ多結晶シリコン層のうち第１の熱電対素線４ａに対応する部分にｐ形の不純物（たとえば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブインを行うことによりｐ形多結晶シリコンからなる第１の熱電対素線４ａを形成するｐ形多結晶シリコン層形成工程を行うことによって、図６（ａ）に示す構造を得る。

上述のｐ形多結晶シリコン層形成工程およびｎ形多結晶シリコン層形成工程が終了した後、ベース基板１の上記一表面側に第１の熱電対素線４ａを覆うように絶縁膜５の形成と同様にして層間絶縁膜２ａを形成する層間絶縁膜形成工程を行う。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層間絶縁膜２ａにコンタクトホール２ａａ，２ａｂ，２ａｃ，２ａｄを形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図６（ｂ）に示す構造を得る。

上述のコンタクトホール形成工程の後、ベース基板１の上記一表面側の全面に接続部２１ａ、配線１１ａ、電極７ｉ、ソース電極７ｈ、ドレイン電極７ｇなどの基礎となる所定膜厚（たとえば、２μｍ）の金属膜（たとえば、Ａｌ−Ｓｉ膜）を形成する金属膜形成工程を行う。続いて、金属膜をパターニングすることで接続部２１ａ、配線１１ａ、電極７ｉ、ソース電極７ｈ、ドレイン電極７ｇなどを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図７（ａ）に示す構造を得る。上述の金属膜形成工程では、金属膜をスパッタ法により形成している。金属膜形成工程での金属膜の形成方法は、スパッタ法に限らず、たとえば、ＣＶＤ法や蒸着法などでもよい。また、金属膜パターニング工程では、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金属膜をパターニングする。ここで、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。なお、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２を形成している。

上述の金属膜パターニング工程の後、ベース基板１の上記一表面側に所定膜厚（たとえば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（たとえば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜２ｂを形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図７（ｂ）に示す構造を得る。パッシベーション膜形成工程では、ＣＶＤ法によってパッシベーション膜２ｂを形成する。

上述のパッシベーション膜形成工程の後、第１のシリコン酸化膜１ｂ、シリコン窒化膜１ｃ、層間絶縁膜２ａ、パッシベーション膜２ｂなどを備えた多層膜をパターニングする多層膜パターニング工程を行うことによって、図８（ａ）に示す構造を得る。多層膜パターニング工程において、開口部８ａを形成している。

次に、開口部８ａをエッチング液導入孔としてエッチング液を導入しベース基板１を異方性エッチング（結晶異方性エッチング）することによりベース基板１に空洞部８を形成する空洞部形成工程を行うことで、図８（ｂ）に示す構造を得る。ここで、開口部形成工程では、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上述の開口部を形成する。また、開口部形成工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、空洞部形成工程では、エッチング液として所定温度（たとえば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、エッチング液はＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（たとえば、ＫＯＨ溶液など）を用いてもよい。なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、複数の赤外線センサ１０に分離する分離工程を行うことでチップ状の複数の赤外線センサ１０を形成することができる。

上述の赤外線センサ１０では、ベース基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部８を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、ベース基板１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、たとえば、ベース基板１として上記一表面がＳｉ（１１０）面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。なお、ベース基板１の導電形は、ｎ形に限らず、ｐ形でもよい。

また、赤外線センサ１０は、上述した図４（ｂ）で示す赤外線センサ１０を形成する場合、ベース基板１の厚み方向に貫通する形で空洞部８を形成する。この場合、空洞部８を形成する空洞部形成工程において、ベース基板１の上記一表面とは反対の他表面側から、ベース基板１における空洞部８の形成予定領域をエッチングすればよい。空洞部８は、たとえば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。

（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサ１０は、図１に示す実施形態１のように、薄膜構造部２を支持部６によりベース基板１に支持する断熱ブリッジ構造とする代わりに、薄膜構造部２自体でベース基板１に支持されたダイヤフラム構造で構成した点が相違する。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

本実施形態の赤外線センサ１０は、図９に示すように、シリコン基板を用いたベース基板１と、ベース基板１の一表面側でベース基板１に支持され直下にベース基板１に設けられた空洞部８により空間が設けられる薄膜構造部２と、ベース基板１と薄膜構造部２とに亘って設けられ赤外線の吸収による温度変化を検知するサーモパイル３とを有している。

特に、本実施形態の赤外線センサ１０は、サーモパイル３の熱電対４が、異なる材料からなる一対の熱電対素線４ａ，４ｂを備え、一対の熱電対素線４ａ，４ｂが、少なくとも薄膜構造部２において薄膜構造部２の厚み方向に絶縁膜５を介して配置されている。

ここで、赤外線センサ１０の薄膜構造部２は、ベース基板１側に延設されている。本実施形態の赤外線センサ１０では、平面視が矩形状の薄膜構造部２の対角方向に沿って細長い切口形状の開口部８ａが設けられている。赤外線センサ１０は、開口部８ａを介してベース基板１にベース基板１の一表面側から四角錘状に窪んだ形状とすることができる。

また、サーモパイル３は、複数（ここでは、２２個）の熱電対４を接続部２１ａなどで電気的に直列に接続させて、図９（ｄ）に示すように、接続部２１ｂ、接続部２１ｃを介して外部への出力できるように構成している。なお、図９（ｄ）中において、熱検出するための熱電対素線４ａ，４ｂの各々を等価抵抗で示している。

赤外線センサ１０は、図１０（ａ）に示すように、平面視が矩形状の空洞部８の四隅にそれぞれ矩形状の対向する一辺に沿って長尺状の開口部８ａを４つ設けた構成としてもよい。赤外線センサ１０の空洞部８は、各開口部８ａからエッチング液を用いてエッチングすることにより、薄膜構造部２の一表面と平行な対向する底面を備えた窪み形状としてもよい。図１０の赤外線センサ１０では、ベース基板１の窪みの内底面に赤外線反射膜９を設けており、赤外線反射膜９により薄膜構造部２を透過した赤外線を薄膜構造部２側に反射させてセンサ感度の向上を図っている。なお、赤外線センサ１０は、図１０（ｃ）に示す薄膜構造部２の構成の代わりに、図１１に示すように薄膜構造部２の厚み方向に配置される熱電対素線４ａ，４ｂを平面視において、ずれた配置としてもよい。同様に、赤外線センサ１０は、たとえば、熱電対素線４ａ，４ｂの代わりに上記赤外線吸収層として機能するダミー配線を平面視においてずらして配置することもできる。赤外線センサ１０は、熱電対素線４ａ，４ｂやダミー配線のいずれか一方をずらして、配置することで平面視において、熱電対素線４ａ，４ｂやダミー配線が薄膜構造部２の外周以外のほぼ全面を覆うように配置させる。これにより、赤外線センサ１０は、薄膜構造部２全体のより広い面積で赤外線を吸収することが可能となり、センサ感度をより向上させることが可能となる。さらに、赤外線センサ１０は、図１２に示すように、薄膜構造部２の直下にベース基板１がない構造としてもよい。

本実施形態の赤外線センサ１０は、いずれの構成でも、センサ感度をより向上させることが可能となる。

１ ベース基板
２ 薄膜構造部
３ サーモパイル
４ 熱電対
４ａ，４ｂ 熱電対素線
５ 絶縁膜
６ 支持部
７ トランジスタ
１０ 赤外線センサ

Claims (15)

1. ベース基板と、該ベース基板の一表面側で前記ベース基板に支持され直下に空間が設けられる薄膜構造部と、前記ベース基板と前記薄膜構造部とに亘って設けられ赤外線の吸収による温度変化を検知するサーモパイルとを有する赤外線センサであって、
   前記サーモパイルの熱電対は、異なる材料からなる一対の熱電対素線を備え、一対の前記熱電対素線は、少なくとも前記薄膜構造部において前記薄膜構造部の厚み方向に絶縁膜を介して配置されていることを特徴とする赤外線センサ。
2. 前記異なる材料は、一方が半導体材料であり、他方がＡｌまたはＡｕであることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
3. 前記異なる材料は、一方がｐ形多結晶シリコンであり、他方がｎ形多結晶シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
4. 前記サーモパイルは、絶縁材料で被覆されてい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。
5. 前記薄膜構造部は、該薄膜構造部と前記ベース基板とを連結する支持部により前記ベース基板に支持されており、前記薄膜構造部および前記支持部が複数の層からなる多層膜で構成され、前記薄膜構造部の厚み方向と垂直な方向において、前記層の各々のうち引張応力が生じる層の応力の総和が、前記層の各々のうち圧縮応力が生じる層の応力の総和以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
6. 前記薄膜構造部は、該薄膜構造部と前記ベース基板とを連結する支持部により前記ベース基板に支持されており、前記薄膜構造部および前記支持部が複数の層からなる多層膜で構成され、前記薄膜構造部および前記支持部における厚み方向の中立面において、前記中立面から前記ベース基板側における前記層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きと、前記中立面から前記ベース基板と反対側における前記層の各々の応力の総和による曲げモーメントの向きとが異なることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
7. 前記薄膜構造部は、該薄膜構造部と前記ベース基板とを連結する支持部により前記ベース基板に支持されており、前記支持部に設けられる前記サーモパイルは、平面視において前記支持部の幅方向の中央部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
8. 前記薄膜構造部は、該薄膜構造部と前記ベース基板とを連結する支持部により前記ベース基板に支持されており、前記サーモパイルが設けられる前記支持部の幅方向において前記サーモパイルが形成されている領域の幅と前記サーモパイルの両側のスペース領域の幅との比を、前記薄膜構造部における前記サーモパイルが形成されている領域の幅と前記サーモパイルの両側のスペース領域の幅との比に等しくすることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
9. 前記熱電対は、複数個設けられており、複数の前記熱電対における前記熱電対素線の各々は、前記薄膜構造部の厚み方向と垂直な平面ごとに設けられる前記熱電対素線が同一材料で構成されていることを請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
10. 前記ベース基板の前記一表面側において、複数個の前記薄膜構造部がアレイ状に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
11. 前記ベース基板は、前記サーモパイルからの出力信号を処理するトランジスタを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
12. 前記薄膜構造部は、前記薄膜構造部における前記サーモパイルの両側のスペース領域に
    赤外線を吸収する半導体材料膜を設けていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
13. 前記半導体材料膜は、所定のピッチで複数を設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の赤外線センサ。
14. 前記薄膜構造部は、該薄膜構造部の厚み方向に配置される前記半導体材料膜を平面視において、ずらして配置していることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の赤外線センサ。
15. 前記薄膜構造部は、該薄膜構造部の厚み方向に配置される一対の前記熱電対素線を平面視において、ずらして配置していることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の赤外線センサ。

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