JP2663612B2 - 赤外線センサ - Google Patents
赤外線センサInfo
- Publication number
- JP2663612B2 JP2663612B2 JP1028692A JP2869289A JP2663612B2 JP 2663612 B2 JP2663612 B2 JP 2663612B2 JP 1028692 A JP1028692 A JP 1028692A JP 2869289 A JP2869289 A JP 2869289A JP 2663612 B2 JP2663612 B2 JP 2663612B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- resistance
- thermopile
- infrared sensor
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、サーモパイル形の赤外線センサに関し、
検出感度を向上させたものである。
検出感度を向上させたものである。
（従来の技術） 従来のサーモパイル形の赤外線センサとしては、例え
ば第７図及び第８図に示すようなものがある（P.M.Sarr
o他「AN INFRARED SENSING ARRAY BASED ON INTE
GRATED SILICON THERMOPILES」TRANSDUJERS'87 pp.2
27〜230（1987））。
ば第７図及び第８図に示すようなものがある（P.M.Sarr
o他「AN INFRARED SENSING ARRAY BASED ON INTE
GRATED SILICON THERMOPILES」TRANSDUJERS'87 pp.2
27〜230（1987））。
第７図及び第８図中、１は半導体基板としてのｐ形シ
リコン基板、２はｎ形エピタキシャル層であり、このｎ
形エピタキシャル層２の下側のｐ形シリコン基板部及び
周囲３方がエッチングで取除かれて片持梁３が形成され
ている。この肉薄とされて熱抵抗の大きい片持梁３によ
り、基板領域（以下、基板領域というときもｐ形シリコ
ン基板と同一符号１を用いる）から熱分離された熱分離
領域が形成されている。片持梁３の部分を含むｎ形エピ
タキシャル層２の表面にはシリコン酸化膜４が形成され
ている。
リコン基板、２はｎ形エピタキシャル層であり、このｎ
形エピタキシャル層２の下側のｐ形シリコン基板部及び
周囲３方がエッチングで取除かれて片持梁３が形成され
ている。この肉薄とされて熱抵抗の大きい片持梁３によ
り、基板領域（以下、基板領域というときもｐ形シリコ
ン基板と同一符号１を用いる）から熱分離された熱分離
領域が形成されている。片持梁３の部分を含むｎ形エピ
タキシャル層２の表面にはシリコン酸化膜４が形成され
ている。
片持梁３には、その先端部に赤外線吸収層５が形成さ
れ、この赤外線吸収層５から固定部である基板領域１に
向ってｐ形拡散層抵抗（ｐ形半導体抵抗層）６が３本平
行に形成されている。そして、この３本のｐ形拡散層抵
抗６がコンタクトホールを介してAl配線７により直列に
接続されてサーモパイル10が構成されている。８はｎ形
エピタキシャル層２にバイアス電位を与えるためのn+コ
ンタクト領域である。
れ、この赤外線吸収層５から固定部である基板領域１に
向ってｐ形拡散層抵抗（ｐ形半導体抵抗層）６が３本平
行に形成されている。そして、この３本のｐ形拡散層抵
抗６がコンタクトホールを介してAl配線７により直列に
接続されてサーモパイル10が構成されている。８はｎ形
エピタキシャル層２にバイアス電位を与えるためのn+コ
ンタクト領域である。
いま、このような構造のサーモパイル形赤外線センサ
の赤外線吸収層５へ赤外線が入射すると、このエネルギ
ーは熱に交換されて、片持梁３の先端側の温度が上昇
し、基板領域１側との間に温度差が生じる。片持梁構造
はその一辺が基板領域１へ接続されているだけで周りは
N2雰囲気又は真空にすることができるので、片持梁３の
先端部にある赤外線吸収層５から基板領域１への熱抵抗
を大きくすることができ、赤外線吸収層５で変換された
熱により生じる温度差を大きくすることができる。この
温度差によりサーモパイル10の両端7a、7bには起電力V0
が生じる。いま赤外線センサ−チップが真空状態で実装
されていて、片持梁３の先端側で生じた熱はSi（シリコ
ン）の片持梁３だけを通って流れるものと仮定すると、
赤外線の入射エネルギーP0に対しサーモパイル10の起電
力V0は次のように表される。
の赤外線吸収層５へ赤外線が入射すると、このエネルギ
ーは熱に交換されて、片持梁３の先端側の温度が上昇
し、基板領域１側との間に温度差が生じる。片持梁構造
はその一辺が基板領域１へ接続されているだけで周りは
N2雰囲気又は真空にすることができるので、片持梁３の
先端部にある赤外線吸収層５から基板領域１への熱抵抗
を大きくすることができ、赤外線吸収層５で変換された
熱により生じる温度差を大きくすることができる。この
温度差によりサーモパイル10の両端7a、7bには起電力V0
が生じる。いま赤外線センサ−チップが真空状態で実装
されていて、片持梁３の先端側で生じた熱はSi（シリコ
ン）の片持梁３だけを通って流れるものと仮定すると、
赤外線の入射エネルギーP0に対しサーモパイル10の起電
力V0は次のように表される。
V0＝ｎ・αＰ・R0・P0 …（１） ここでｎはサーモパイル10を構成するｐ形拡散層抵抗
６の本数、αＰはｐ形拡散層抵抗６のゼーベック係数で
あり、Al配線７のゼーベック効果については十分小さい
ので無視することができる。R0は片持梁３の先端部から
基板領域１へ到る熱抵抗であり、ここではSi片持梁３の
熱抵抗とその片持梁３上に形成されたAl配線７の熱抵抗
の並列合成抵抗となり次のように表される。
６の本数、αＰはｐ形拡散層抵抗６のゼーベック係数で
あり、Al配線７のゼーベック効果については十分小さい
ので無視することができる。R0は片持梁３の先端部から
基板領域１へ到る熱抵抗であり、ここではSi片持梁３の
熱抵抗とその片持梁３上に形成されたAl配線７の熱抵抗
の並列合成抵抗となり次のように表される。
R0＝L/（KSI・ASI＋KAL・AAL） …（２） ここでＬは片持梁３部分の長さ、KSI、KALはそれぞれ
Si、Alの熱伝導率、ASI、AALはそれぞれSi片持梁３、Al
配線７の断面積である。
Si、Alの熱伝導率、ASI、AALはそれぞれSi片持梁３、Al
配線７の断面積である。
いま片持梁３が、長さＬ＝2mm、幅400μｍ、厚さが10
μｍで、サーモパイル10が10本（ｎ＝10）のｐ形拡散層
抵抗６で構成されている赤外線センサを考えると、KSI
＝1.41（W/cm・Ｋ）、KAL＝2.36（W/cm・Ｋ）より、熱
抵抗R0は上記（２）式から次のような値となる。
μｍで、サーモパイル10が10本（ｎ＝10）のｐ形拡散層
抵抗６で構成されている赤外線センサを考えると、KSI
＝1.41（W/cm・Ｋ）、KAL＝2.36（W/cm・Ｋ）より、熱
抵抗R0は上記（２）式から次のような値となる。
R0＝0.2/〔1.41×（400×10）×10-8 ＋2.36×（１×20）×10-8×10〕 ＝3.27×103（K/W） したがって、例えばαＰ＝1mV/KとするとP0＝1mWの入
射に対してV0＝32.7mVとなる。
射に対してV0＝32.7mVとなる。
次いで、このような片持梁式赤外線センサの製造方法
について簡単に説明する。最初にバイポーラプロセスと
同様にｐ形シリコン基板１にｎ形エピタキシャル層２を
10〜20μｍ成長させ、ｐ形素子分離拡散（図示せず）を
片持梁３を３方から取り囲むようにＵ字形にｐ形シリコ
ン基板１に達するように行う。次にサーモパイル10を構
成するｐ形拡散層抵抗６を形成し、続いてn+コンタクト
領域８を形成する。次にウエーハ裏面にシリコン窒化膜
等の耐エッチング性膜を被着する。コンタクトホールの
エッチング、Al配線７形成の後、裏面の耐エッチング性
膜に窓をあけて、ｎ形エピタキシャル層２を正電位にバ
イアスしながら、ｐ形シリコン基板１を裏面よりKOH、E
DP（エチレンジアミン・ピロカテコール水溶液）等の強
アルカリ性の異方性シリコンエッチング液でエッチング
する（エレクトロケミカルエッチング）。エッチングが
進行してｎ形エピタキシャル層２へ達すると、エッチン
グは停止するがＵ字形に形成されたｐ形素子分離領域は
引続きエッチングされ、第７図に示すような片持梁構造
が完成する。
について簡単に説明する。最初にバイポーラプロセスと
同様にｐ形シリコン基板１にｎ形エピタキシャル層２を
10〜20μｍ成長させ、ｐ形素子分離拡散（図示せず）を
片持梁３を３方から取り囲むようにＵ字形にｐ形シリコ
ン基板１に達するように行う。次にサーモパイル10を構
成するｐ形拡散層抵抗６を形成し、続いてn+コンタクト
領域８を形成する。次にウエーハ裏面にシリコン窒化膜
等の耐エッチング性膜を被着する。コンタクトホールの
エッチング、Al配線７形成の後、裏面の耐エッチング性
膜に窓をあけて、ｎ形エピタキシャル層２を正電位にバ
イアスしながら、ｐ形シリコン基板１を裏面よりKOH、E
DP（エチレンジアミン・ピロカテコール水溶液）等の強
アルカリ性の異方性シリコンエッチング液でエッチング
する（エレクトロケミカルエッチング）。エッチングが
進行してｎ形エピタキシャル層２へ達すると、エッチン
グは停止するがＵ字形に形成されたｐ形素子分離領域は
引続きエッチングされ、第７図に示すような片持梁構造
が完成する。
（発明が解決しようとする課題） 従来の赤外線センサにあっては、サーモパイル10がｐ
形拡散層抵抗６とAl配線７で構成されてｐ形拡散層抵抗
６のゼーベック効果だけしか利用されていなかったた
め、温度差に対する起電力V0の変換効率が低く、感度が
悪い。金属配線のために熱抵抗が低下して感度の低下を
招いている。金属配線とSiのバイメタル効果により、例
えば高温環境で片持梁３がそって、光学的アライメント
がずれ、この点でも感度の低下を招いてしまうという問
題点があった。
形拡散層抵抗６とAl配線７で構成されてｐ形拡散層抵抗
６のゼーベック効果だけしか利用されていなかったた
め、温度差に対する起電力V0の変換効率が低く、感度が
悪い。金属配線のために熱抵抗が低下して感度の低下を
招いている。金属配線とSiのバイメタル効果により、例
えば高温環境で片持梁３がそって、光学的アライメント
がずれ、この点でも感度の低下を招いてしまうという問
題点があった。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、サーモパイルを１又は２以上の対のｐ形半
導体抵抗層とｎ形半導体抵抗層の直列接続構造とするこ
とにより、高感度化を実現することのできる赤外線セン
サを提供することを目的とする。
れたもので、サーモパイルを１又は２以上の対のｐ形半
導体抵抗層とｎ形半導体抵抗層の直列接続構造とするこ
とにより、高感度化を実現することのできる赤外線セン
サを提供することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載
の赤外線センサは、半導体基板中の肉薄部により形成さ
れた基板領域から熱分離された熱分離領域と、該熱分離
領域に形成された赤外線吸収層とを備えてなる赤外線セ
ンサにおいて、前記熱分離領域中に前記赤外線吸収層か
ら前記基板領域へ向って形成され、１又は２以上の対の
一導電形半導体抵抗層及び反対導電形半導体抵抗層を、
交互に直列接続するとともに上下に積層してなるサーモ
パイルを有することを要旨とする。
の赤外線センサは、半導体基板中の肉薄部により形成さ
れた基板領域から熱分離された熱分離領域と、該熱分離
領域に形成された赤外線吸収層とを備えてなる赤外線セ
ンサにおいて、前記熱分離領域中に前記赤外線吸収層か
ら前記基板領域へ向って形成され、１又は２以上の対の
一導電形半導体抵抗層及び反対導電形半導体抵抗層を、
交互に直列接続するとともに上下に積層してなるサーモ
パイルを有することを要旨とする。
そして、請求項２に記載の赤外線センサは、半導体基
板中の肉薄部により形成され基板領域から熱分離された
熱分離領域と、該熱分離領域に形成された赤外線吸収層
とを備えてなる赤外線センサにおいて、前記熱分離領域
中に前記赤外線吸収層から前記基板領域へ向って形成さ
れ、１又は２以上の対の一導電形半導体抵抗層及び反対
導電形多結晶シリコン抵抗層を、交互に直列接続すると
ともに上下に積層してなるサーモパイルを有することを
要旨とする。
板中の肉薄部により形成され基板領域から熱分離された
熱分離領域と、該熱分離領域に形成された赤外線吸収層
とを備えてなる赤外線センサにおいて、前記熱分離領域
中に前記赤外線吸収層から前記基板領域へ向って形成さ
れ、１又は２以上の対の一導電形半導体抵抗層及び反対
導電形多結晶シリコン抵抗層を、交互に直列接続すると
ともに上下に積層してなるサーモパイルを有することを
要旨とする。
（作用） 請求項１又は２に記載の赤外線センサによれば、サー
モパイルは、１又は２以上の対の一導電形半導体抵抗層
及び反対導電形半導体抵抗層若しくは反対導電形多結晶
シリコン抵抗層を交互に直列接続して構成されているの
で、一導電形半導体抵抗層及び反対導電形抵抗層の両ゼ
ーベック効果が利用される。ここで、サーモパイルの端
末間に生じる温度差に対する熱起電力は、前記２種類の
抵抗層のゼーベック係数の和と、赤外線の入射エネルギ
ー等との積に関連して求められるので、従来一方の導電
形半導体抵抗層のゼーベック効果のみを利用していたの
に比して、サーモパイルの端末間に生じる温度差に対す
る熱起電力の変換効率が格段に向上する。また、従来の
ように赤外線吸収層と基板領域との間を架けわたすよう
に金属配線を設ける必要がないので、金属配線を設ける
ことに起因する熱抵抗の低下及びバイメタル効果による
金属配線の変形による光学的アライメントのずれが防止
され、したがって、赤外線の単位入射量に対するサーモ
パイルの端末間に生じる温度差が大となり、この結果、
赤外線センサの高感度化が実現される。しかも、前記各
抵抗層を直列接続したことによる赤外線センサの高感度
化に加えて、サーモパイルを、各抵抗層を上下に積層さ
せて構成したので、例えば、各抵抗層が設けられる肉薄
部の厚さ及び長さをほぼ一定に規定するとともに、各抵
抗層の幅を一定としたとき、各抵抗層を上下に積層せず
に並列させて構成した場合と、各抵抗層を上下に積層さ
せて構成した場合との肉薄部の断面積を比較すると、後
者の場合の肉薄部の幅は、前者のもののほぼ半分となる
ため、後者の場合の肉薄部の断面積は、前者のもののほ
ぼ半分となる。ここで、肉薄部における熱抵抗は、肉薄
部の断面積と反比例関係にあるため、後者の場合の肉薄
部の熱抵抗は、前者のもののほぼ２倍まで高められるこ
ととなり、したがって、赤外線の単位入射量に対するサ
ーモパイルの端末間に生じる温度差が大となり、この結
果、赤外線センサのさらなる高感度化が実現されること
となる。
モパイルは、１又は２以上の対の一導電形半導体抵抗層
及び反対導電形半導体抵抗層若しくは反対導電形多結晶
シリコン抵抗層を交互に直列接続して構成されているの
で、一導電形半導体抵抗層及び反対導電形抵抗層の両ゼ
ーベック効果が利用される。ここで、サーモパイルの端
末間に生じる温度差に対する熱起電力は、前記２種類の
抵抗層のゼーベック係数の和と、赤外線の入射エネルギ
ー等との積に関連して求められるので、従来一方の導電
形半導体抵抗層のゼーベック効果のみを利用していたの
に比して、サーモパイルの端末間に生じる温度差に対す
る熱起電力の変換効率が格段に向上する。また、従来の
ように赤外線吸収層と基板領域との間を架けわたすよう
に金属配線を設ける必要がないので、金属配線を設ける
ことに起因する熱抵抗の低下及びバイメタル効果による
金属配線の変形による光学的アライメントのずれが防止
され、したがって、赤外線の単位入射量に対するサーモ
パイルの端末間に生じる温度差が大となり、この結果、
赤外線センサの高感度化が実現される。しかも、前記各
抵抗層を直列接続したことによる赤外線センサの高感度
化に加えて、サーモパイルを、各抵抗層を上下に積層さ
せて構成したので、例えば、各抵抗層が設けられる肉薄
部の厚さ及び長さをほぼ一定に規定するとともに、各抵
抗層の幅を一定としたとき、各抵抗層を上下に積層せず
に並列させて構成した場合と、各抵抗層を上下に積層さ
せて構成した場合との肉薄部の断面積を比較すると、後
者の場合の肉薄部の幅は、前者のもののほぼ半分となる
ため、後者の場合の肉薄部の断面積は、前者のもののほ
ぼ半分となる。ここで、肉薄部における熱抵抗は、肉薄
部の断面積と反比例関係にあるため、後者の場合の肉薄
部の熱抵抗は、前者のもののほぼ２倍まで高められるこ
ととなり、したがって、赤外線の単位入射量に対するサ
ーモパイルの端末間に生じる温度差が大となり、この結
果、赤外線センサのさらなる高感度化が実現されること
となる。
（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図及び第２図は、この発明の第１実施例を示す図
である。この実施例は熱分離領域として片持梁が用いら
れている。なお、第１図、第２図及び後述の各実施例を
示す図において前記第７図及び第８図における部材及び
部位と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以っ
て示し、重複した説明を省略する。
である。この実施例は熱分離領域として片持梁が用いら
れている。なお、第１図、第２図及び後述の各実施例を
示す図において前記第７図及び第８図における部材及び
部位と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以っ
て示し、重複した説明を省略する。
まず、赤外線センサの構成を説明すると、この実施例
では、ｐ形拡散層抵抗６の中に、それぞれｎ形拡散層抵
抗（ｎ形半導体抵抗層）11が形成されている。各ｐ形拡
散層抵抗６とｎ形拡散層抵抗11とは片持梁３の先端側に
おいて同一対同志がコンタクトホールを介してAl配線７
により電気的に接続され、一方、固定部側である基板領
域１側では、ｎ形拡散層抵抗11が隣接対のｐ形拡散層抵
抗６へ接続されている。即ち、ｐ形拡散層抵抗６とｎ形
拡散層抵抗11からなる熱電対が複数個直列接続されてサ
ーモパイル20が構成されている。20a、20bはサーモパイ
ル20の出力端子である。
では、ｐ形拡散層抵抗６の中に、それぞれｎ形拡散層抵
抗（ｎ形半導体抵抗層）11が形成されている。各ｐ形拡
散層抵抗６とｎ形拡散層抵抗11とは片持梁３の先端側に
おいて同一対同志がコンタクトホールを介してAl配線７
により電気的に接続され、一方、固定部側である基板領
域１側では、ｎ形拡散層抵抗11が隣接対のｐ形拡散層抵
抗６へ接続されている。即ち、ｐ形拡散層抵抗６とｎ形
拡散層抵抗11からなる熱電対が複数個直列接続されてサ
ーモパイル20が構成されている。20a、20bはサーモパイ
ル20の出力端子である。
次いで、赤外線センサの製造方法の一例を説明するこ
とにより、その構成をさらに詳述する。
とにより、その構成をさらに詳述する。
ｐ形シリコン基板１にｎ形エピタキシャル層２を形成
した後、片持梁３を取り囲むようにＵ字形のｐ形素子分
離拡散（図示せず）をｐ形シリコン基板１へ達するよう
に行う。
した後、片持梁３を取り囲むようにＵ字形のｐ形素子分
離拡散（図示せず）をｐ形シリコン基板１へ達するよう
に行う。
次にボロンをイオン注入又はデポジションし、ドライ
ブインすることによりｐ形拡散層抵抗６を形成する。さ
らにその中にリンをイオン注入又はデポジションし、ド
ライブインすることによりｎ形拡散層抵抗11を形成す
る。
ブインすることによりｐ形拡散層抵抗６を形成する。さ
らにその中にリンをイオン注入又はデポジションし、ド
ライブインすることによりｎ形拡散層抵抗11を形成す
る。
n+コンタクト領域８を形成した後にウエーハ裏面にシ
リコン窒化膜等の耐エッチング性膜をデポジションす
る。コンタクトホールのエッチング、Al配線７の形成後
に、裏面の耐エッチング性膜に窓をあけ、ｎ形エピタキ
シャル層２を正電位にバイアスしながら、ｐ形シリコン
基板１を裏面よりKOH、EDP等の異方性シリコンエッチン
グ液でエッチングすると、片持梁の下側部分のｐ形シリ
コン基板１並びにｐ形素子分離領域が除去され、片持梁
３が形成される。なお、ｐ形拡散層抵抗６及びｎ形拡散
層抵抗11のコンタクト部には、オーミックとするための
p+領域及びn+領域を入れてもよい。
リコン窒化膜等の耐エッチング性膜をデポジションす
る。コンタクトホールのエッチング、Al配線７の形成後
に、裏面の耐エッチング性膜に窓をあけ、ｎ形エピタキ
シャル層２を正電位にバイアスしながら、ｐ形シリコン
基板１を裏面よりKOH、EDP等の異方性シリコンエッチン
グ液でエッチングすると、片持梁の下側部分のｐ形シリ
コン基板１並びにｐ形素子分離領域が除去され、片持梁
３が形成される。なお、ｐ形拡散層抵抗６及びｎ形拡散
層抵抗11のコンタクト部には、オーミックとするための
p+領域及びn+領域を入れてもよい。
次に、作用を説明する。
サーモパイル20の出力V0は前記（１）式と同様にして
次のように表すことができる。
次のように表すことができる。
V0＝ｎ・（αＰ＋αＮ）・R0・P0 …（３） ここでｎはサーモパイル20を構成するｐ形とｎ形の拡
散層抵抗６、11からなる熱電対の本数、αＰとαＮはそ
れぞれｐ形拡散層抵抗６とｎ形拡散層抵抗11のゼーベッ
ク係数、R0は片持梁３の先端部から基板領域１へ到る熱
抵抗であり、次のように表される。
散層抵抗６、11からなる熱電対の本数、αＰとαＮはそ
れぞれｐ形拡散層抵抗６とｎ形拡散層抵抗11のゼーベッ
ク係数、R0は片持梁３の先端部から基板領域１へ到る熱
抵抗であり、次のように表される。
R0＝L/（KSI・ASI） …（４） 前記従来例の場合と同様に、長さＬ＝2mm、幅400μ
ｍ、厚さ10μｍの片持梁３を考えると、熱抵抗R0＝3.55
×103（K/W）となって従来例より大になる。赤外線の入
射エネルギーがP0＝1mWの場合、出力端子20a、20bから
得られるサーモパイル20の出力電圧V0は、ｎ＝10、αＰ
＝αＮ＝1mV/Kとすると、V0＝71mVとなる。
ｍ、厚さ10μｍの片持梁３を考えると、熱抵抗R0＝3.55
×103（K/W）となって従来例より大になる。赤外線の入
射エネルギーがP0＝1mWの場合、出力端子20a、20bから
得られるサーモパイル20の出力電圧V0は、ｎ＝10、αＰ
＝αＮ＝1mV/Kとすると、V0＝71mVとなる。
このように、従来例よりも大なる出力電圧V0が得られ
るのは、ｐ形拡散層抵抗６とｎ形拡散層抵抗11を用いる
ことにより実効的なゼーベック係数が大きくなったこと
と、金属配線による熱伝導がなくなり、熱抵抗R0が大に
なったことに起因している。また、金属配線が片持梁３
の先端部と固定部間を結ぶような構成となっていないた
め、バイメタル効果による片持梁３のそりがなくなり、
高温環境で光学的なアライメントのずれ発生が防止され
る。したがってこの点で感度の向上が得られる。
るのは、ｐ形拡散層抵抗６とｎ形拡散層抵抗11を用いる
ことにより実効的なゼーベック係数が大きくなったこと
と、金属配線による熱伝導がなくなり、熱抵抗R0が大に
なったことに起因している。また、金属配線が片持梁３
の先端部と固定部間を結ぶような構成となっていないた
め、バイメタル効果による片持梁３のそりがなくなり、
高温環境で光学的なアライメントのずれ発生が防止され
る。したがってこの点で感度の向上が得られる。
次に、第３図には、この発明の第２実施例を示す。こ
の実施例は、前記第１実施例のようにｐ形拡散層抵抗６
の中にｎ形拡散層抵抗を作る代りに、ｎ形半導体抵抗層
としてシリコン酸化膜４上にｎ形多結晶シリコン抵抗12
を形成し、これを片持梁３の先端側で同一対のｐ形拡散
層抵抗６と結線する一方、固定部側では隣接するｐ形拡
散層抵抗６と結線するようにしたものである。なお、ｎ
形多結晶シリコン抵抗12の上にもシリコン酸化膜が形成
されている。したがってｐ形拡散層抵抗６とｎ形多結晶
シリコン抵抗12からなる熱電対が複数個直列接続されて
サーモパイル30が構成されている。作用効果について
は、前記第１実施例のものとほぼ同様である。
の実施例は、前記第１実施例のようにｐ形拡散層抵抗６
の中にｎ形拡散層抵抗を作る代りに、ｎ形半導体抵抗層
としてシリコン酸化膜４上にｎ形多結晶シリコン抵抗12
を形成し、これを片持梁３の先端側で同一対のｐ形拡散
層抵抗６と結線する一方、固定部側では隣接するｐ形拡
散層抵抗６と結線するようにしたものである。なお、ｎ
形多結晶シリコン抵抗12の上にもシリコン酸化膜が形成
されている。したがってｐ形拡散層抵抗６とｎ形多結晶
シリコン抵抗12からなる熱電対が複数個直列接続されて
サーモパイル30が構成されている。作用効果について
は、前記第１実施例のものとほぼ同様である。
第４図には、この発明の第３実施例を示す。この実施
例は熱分離領域として両持梁13が用いられている。この
両持梁13の中心位置に赤外線吸収層５が形成され、前記
第１実施例のものと同様のｐ形拡散層抵抗６とｎ形拡散
層抵抗11からなる熱電対の複数個で構成されたサーモパ
イル20が、赤外線吸収層５を中心として両固定部に向っ
てそれぞれ形成されている。
例は熱分離領域として両持梁13が用いられている。この
両持梁13の中心位置に赤外線吸収層５が形成され、前記
第１実施例のものと同様のｐ形拡散層抵抗６とｎ形拡散
層抵抗11からなる熱電対の複数個で構成されたサーモパ
イル20が、赤外線吸収層５を中心として両固定部に向っ
てそれぞれ形成されている。
この実施例では、２つのサーモパイル20、20を直列接
続することにより、両持梁13からなる熱分離領域の熱抵
抗が半分になる不利をキャンセルできるので片持梁の場
合と同様の感度を有し、且つ強度的に強いものを作るこ
とができる。但し、占有面積は前記第１実施例のもの等
と比べて大きくなる。
続することにより、両持梁13からなる熱分離領域の熱抵
抗が半分になる不利をキャンセルできるので片持梁の場
合と同様の感度を有し、且つ強度的に強いものを作るこ
とができる。但し、占有面積は前記第１実施例のもの等
と比べて大きくなる。
第５図及び第６図には、この発明の第４実施例を示
す。この実施例は熱分離領域として絶縁体膜のダイヤフ
ラム14が用いられている。
す。この実施例は熱分離領域として絶縁体膜のダイヤフ
ラム14が用いられている。
シリコン基板１の表面にシリコン窒化膜、シリコン酸
化膜等の絶縁体膜を形成し、その裏面側のシリコン基板
１を選択的にエッチング除去することにより第５図に示
すような絶縁体からなるダイヤフラム14が得られる。
化膜等の絶縁体膜を形成し、その裏面側のシリコン基板
１を選択的にエッチング除去することにより第５図に示
すような絶縁体からなるダイヤフラム14が得られる。
ダイヤフラム14上には、中心部に赤外線吸収層５が形
成され、その両側に、それぞれｎ形多結晶シリコン抵抗
12とｐ形多結晶シリコン抵抗15が交互に形成され、これ
らの各ペアからなる熱電対が複数個直列接続されてサー
モパイル40が構成されている。シリコン窒化膜やシリコ
ン酸化膜は単結晶シリコンと比べて熱伝導率がかなり小
さいため、このような絶縁体膜のダイヤフラム14によっ
てより効率的な熱分離を行うことができ、変換効率が高
められてより一層大なる出力電圧V0を得ることができ
る。
成され、その両側に、それぞれｎ形多結晶シリコン抵抗
12とｐ形多結晶シリコン抵抗15が交互に形成され、これ
らの各ペアからなる熱電対が複数個直列接続されてサー
モパイル40が構成されている。シリコン窒化膜やシリコ
ン酸化膜は単結晶シリコンと比べて熱伝導率がかなり小
さいため、このような絶縁体膜のダイヤフラム14によっ
てより効率的な熱分離を行うことができ、変換効率が高
められてより一層大なる出力電圧V0を得ることができ
る。
上述したように、各実施例に係る赤外線センサは、バ
イポーラICプロセスをベースに製造できるので増幅器や
温度補償回路を１チップ化して、高感度のスマート・セ
ンサを構成することができる。
イポーラICプロセスをベースに製造できるので増幅器や
温度補償回路を１チップ化して、高感度のスマート・セ
ンサを構成することができる。
［発明の効果］ 以上説明したように、請求項１又は２に記載の赤外線
センサによれば、サーモパイルは、１又は２以上の対の
一導電形半導体抵抗層及び反対導電形半導体抵抗層若し
くは反対導電形多結晶シリコン抵抗層を交互に直列接続
して構成されているので、一導電形半導体抵抗層及び反
対導電形抵抗層の両ゼーベック効果が利用される。ここ
で、サーモパイルの端末間に生じる温度差に対する熱起
電力は、前記２種類の抵抗層のゼーベック係数の和と、
赤外線の入射エネルギー等との積に関連して求められる
ので、従来一方の導電形半導体抵抗層のゼーベック効果
のみを利用していたのに比して、サーモパイルの端末間
に生じる温度差に対する熱起電力の変換効率が格段に向
上する。また、従来のように赤外線吸収層と基板領域と
の間を架けわたすように金属配線を設ける必要がないの
で、金属配線を設けることに起因する熱抵抗の低下及び
バイメタル効果による金属配線の変形による光学的アラ
イメントのずれが防止され、したがって、赤外線の単位
入射量に対するサーモパイルの端末間に生じる温度差が
大となり、この結果、赤外線センサの高感度化が実現さ
れる。しかも、前記各抵抗層を直列接続したことによる
赤外線センサの高感度化に加えて、サーモパイルを、各
抵抗層を上下に積層させて構成したので、例えば、各抵
抗層が設けられる肉薄部の厚さ及び長さをほぼ一定に規
定するとともに、各抵抗層の幅を一定としたとき、各抵
抗層を上下に積層せずに並列させて構成した場合と、各
抵抗層を上下に積層させて構成した場合との肉薄部の断
面積を比較すると、後者の場合の肉薄部の幅は、前者の
もののほぼ半分となるため、後者の場合の肉薄部の断面
積は、前者のもののほぼ半分となる。ここで、肉薄部に
おける熱抵抗は、肉薄部の断面積と反比例関係にあるた
め、後者の場合の肉薄部の熱抵抗は、前者のもののほぼ
２倍まで高められることとなり、したがって、赤外線の
単位入射量に対するサーモパイルの末端間に生じる温度
差が大となり、この結果、赤外線センサのさらなる高感
度化を実現できるというきわめて優れた効果を奏する。
センサによれば、サーモパイルは、１又は２以上の対の
一導電形半導体抵抗層及び反対導電形半導体抵抗層若し
くは反対導電形多結晶シリコン抵抗層を交互に直列接続
して構成されているので、一導電形半導体抵抗層及び反
対導電形抵抗層の両ゼーベック効果が利用される。ここ
で、サーモパイルの端末間に生じる温度差に対する熱起
電力は、前記２種類の抵抗層のゼーベック係数の和と、
赤外線の入射エネルギー等との積に関連して求められる
ので、従来一方の導電形半導体抵抗層のゼーベック効果
のみを利用していたのに比して、サーモパイルの端末間
に生じる温度差に対する熱起電力の変換効率が格段に向
上する。また、従来のように赤外線吸収層と基板領域と
の間を架けわたすように金属配線を設ける必要がないの
で、金属配線を設けることに起因する熱抵抗の低下及び
バイメタル効果による金属配線の変形による光学的アラ
イメントのずれが防止され、したがって、赤外線の単位
入射量に対するサーモパイルの端末間に生じる温度差が
大となり、この結果、赤外線センサの高感度化が実現さ
れる。しかも、前記各抵抗層を直列接続したことによる
赤外線センサの高感度化に加えて、サーモパイルを、各
抵抗層を上下に積層させて構成したので、例えば、各抵
抗層が設けられる肉薄部の厚さ及び長さをほぼ一定に規
定するとともに、各抵抗層の幅を一定としたとき、各抵
抗層を上下に積層せずに並列させて構成した場合と、各
抵抗層を上下に積層させて構成した場合との肉薄部の断
面積を比較すると、後者の場合の肉薄部の幅は、前者の
もののほぼ半分となるため、後者の場合の肉薄部の断面
積は、前者のもののほぼ半分となる。ここで、肉薄部に
おける熱抵抗は、肉薄部の断面積と反比例関係にあるた
め、後者の場合の肉薄部の熱抵抗は、前者のもののほぼ
２倍まで高められることとなり、したがって、赤外線の
単位入射量に対するサーモパイルの末端間に生じる温度
差が大となり、この結果、赤外線センサのさらなる高感
度化を実現できるというきわめて優れた効果を奏する。
第１図はこの発明に係る赤外線センサの第１実施例を示
す縦断面図、第２図は同上第１実施例の平面図、第３図
はこの発明の第２実施例を示す縦断面図、第４図はこの
発明の第３実施例を示す縦断面図、第５図はこの発明の
第４実施例を示す縦断面図、第６図は同上第４実施例の
要部平面図、第７図は従来の赤外線センサの縦断面図、
第８図は同上従来例の平面図である。 1:p形シリコン基板（半導体基板）、 3:片持梁（熱分離領域）、 5:赤外線吸収層、 6:p形拡散層抵抗（ｐ形半導体抵抗層）、 11:n形拡散層抵抗（ｎ形半導体抵抗層）、 12:n形多結晶シリコン抵抗（ｎ形半導体抵抗層）、 15:p形多結晶シリコン抵抗（ｐ形半導体抵抗層）、 13:両持梁（熱分離領域）、 14:ダイヤフラム（熱分離領域）、 20、30、40:サーモパイル。
す縦断面図、第２図は同上第１実施例の平面図、第３図
はこの発明の第２実施例を示す縦断面図、第４図はこの
発明の第３実施例を示す縦断面図、第５図はこの発明の
第４実施例を示す縦断面図、第６図は同上第４実施例の
要部平面図、第７図は従来の赤外線センサの縦断面図、
第８図は同上従来例の平面図である。 1:p形シリコン基板（半導体基板）、 3:片持梁（熱分離領域）、 5:赤外線吸収層、 6:p形拡散層抵抗（ｐ形半導体抵抗層）、 11:n形拡散層抵抗（ｎ形半導体抵抗層）、 12:n形多結晶シリコン抵抗（ｎ形半導体抵抗層）、 15:p形多結晶シリコン抵抗（ｐ形半導体抵抗層）、 13:両持梁（熱分離領域）、 14:ダイヤフラム（熱分離領域）、 20、30、40:サーモパイル。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板中の肉薄部により形成され基板
領域から熱分離された熱分離領域と、該熱分離領域に形
成された赤外線吸収層とを備えてなる赤外線センサにお
いて、 前記熱分離領域中に前記赤外線吸収層から前記基板領域
へ向って形成され、１又は２以上の対の一導電形半導体
抵抗層及び反対導電形半導体抵抗層を、交互に直列接続
するとともに上下に積層してなるサーモパイルを有する
ことを特徴とする赤外線センサ。 - 【請求項２】半導体基板中の肉薄部により形成され基板
領域から熱分離された熱分離領域と、該熱分離領域に形
成された赤外線吸収層とを備えてなる赤外線センサにお
いて、 前記熱分離領域中に前記赤外線吸収層から前記基板領域
へ向って形成され、１又は２以上の対の一導電形半導体
抵抗層及び反対導電形多結晶シリコン抵抗層を、交互に
直列接続するとともに上下に積層してなるサーモパイル
を有することを特徴とする赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1028692A JP2663612B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1028692A JP2663612B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 赤外線センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02208525A JPH02208525A (ja) | 1990-08-20 |
| JP2663612B2 true JP2663612B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=12255536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1028692A Expired - Fee Related JP2663612B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2663612B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005083374A1 (ja) | 2004-02-26 | 2005-09-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | 赤外線センサ及びその製造方法 |
| US7368715B2 (en) | 2005-09-30 | 2008-05-06 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor apparatus and infrared light sensor |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0760120B2 (ja) * | 1989-09-30 | 1995-06-28 | アンリツ株式会社 | 光パワーセンサ |
| JP4009046B2 (ja) | 2001-04-10 | 2007-11-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | 赤外線センサ |
| KR100860184B1 (ko) | 2001-07-12 | 2008-09-24 | 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 | 적외선 어레이 검출 장치 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51120784U (ja) * | 1975-03-27 | 1976-09-30 | ||
| JPS5729171U (ja) * | 1980-07-28 | 1982-02-16 | ||
| JPS6242447A (ja) * | 1985-08-20 | 1987-02-24 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像装置 |
| JPS62263680A (ja) * | 1986-05-09 | 1987-11-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気センサ− |
| JPH0663852B2 (ja) * | 1987-04-22 | 1994-08-22 | 新日本無線株式会社 | 非接触型半導体温度センサ |
| JPH0663853B2 (ja) * | 1987-04-30 | 1994-08-22 | 新日本無線株式会社 | 非接触型半導体温度センサ |
| JPH02205729A (ja) * | 1989-02-03 | 1990-08-15 | Nec Corp | 赤外線センサ |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP1028692A patent/JP2663612B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005083374A1 (ja) | 2004-02-26 | 2005-09-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | 赤外線センサ及びその製造方法 |
| US7635605B2 (en) | 2004-02-26 | 2009-12-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | Infrared sensor and method of producing the same |
| US7368715B2 (en) | 2005-09-30 | 2008-05-06 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor apparatus and infrared light sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02208525A (ja) | 1990-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7785002B2 (en) | P-N junction based thermal detector | |
| US5059543A (en) | Method of manufacturing thermopile infrared detector | |
| US5100479A (en) | Thermopile infrared detector with semiconductor supporting rim | |
| US4971632A (en) | Miniature thermoelectric converters | |
| US7338640B2 (en) | Thermopile-based gas sensor | |
| US6198098B1 (en) | Microstructure for infrared detector and method of making same | |
| KR100313909B1 (ko) | 적외선 센서 및 그 제조방법 | |
| US6597051B2 (en) | Thermoelectric infrared detector | |
| JP3186415B2 (ja) | 赤外線検知素子の製造方法 | |
| EP1213570B1 (en) | Infrared detecting device | |
| JP2663612B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2568292B2 (ja) | サーモ・パイル形赤外線センサ | |
| JP3108528B2 (ja) | 光位置検出半導体装置 | |
| JP2541458B2 (ja) | 赤外線センサおよびその製造方法 | |
| JP2567474B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JPH0799346A (ja) | 半導体赤外線センサ及びその製造方法 | |
| JP2000111396A (ja) | 赤外線検出素子およびその製造方法 | |
| JP3385762B2 (ja) | 赤外線検知素子 | |
| CN113104804A (zh) | 一种红外热电堆传感器、芯片及其制备方法 | |
| JP3235361B2 (ja) | 赤外線検知素子 | |
| JPH11191644A (ja) | 赤外線検知素子 | |
| JPS61195318A (ja) | 焦電型赤外線検出器 | |
| JPH0394127A (ja) | 赤外線センサ | |
| JP3435997B2 (ja) | 赤外線検知素子 | |
| CN112133818B (zh) | 悬臂梁热电堆及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |