JP3129504B2 - Infrared detector - Google Patents

Infrared detector

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JP3129504B2
JP3129504B2 JP04038105A JP3810592A JP3129504B2 JP 3129504 B2 JP3129504 B2 JP 3129504B2 JP 04038105 A JP04038105 A JP 04038105A JP 3810592 A JP3810592 A JP 3810592A JP 3129504 B2 JP3129504 B2 JP 3129504B2
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layer
infrared
narrow
detecting element
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崇善 粟井
淳 阪井
浩一 相澤
拓郎 石田
啓治 柿手
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、赤外線検出素子に関
し、くわしくは、温度変化に伴う抵抗が変化するサーミ
スタを利用して、赤外線を検出する赤外線検出素子に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared detecting element, and more particularly, to an infrared detecting element that detects infrared rays by using a thermistor whose resistance changes with a change in temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、サーミスタを利用した赤外線検出
素子の一般的な構造としては、基板上に形成された熱絶
縁膜の上に、サーミスタと、サーミスタの両面を挟む一
対の電極とを重ねて形成しており、赤外線が当たって、
サーミスタの温度が上昇すると、サーミスタの抵抗が変
化するので、この抵抗変化を一対の電極で検出して、赤
外線が検知できるようになっている。検出感度を高める
ために、表面に赤外線吸収膜を設けて、サーミスタの温
度上昇および抵抗変化が迅速に行われるようにしたもの
もある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a general structure of an infrared detecting element using a thermistor, a thermistor and a pair of electrodes sandwiching both surfaces of the thermistor are stacked on a heat insulating film formed on a substrate. Has been formed,
When the temperature of the thermistor rises, the resistance of the thermistor changes. This change in resistance is detected by a pair of electrodes so that infrared light can be detected. In some cases, the surface of the thermistor is provided with an infrared absorbing film in order to increase the detection sensitivity, so that the temperature of the thermistor and the resistance change quickly.

【0003】赤外線検出素子は、物体や人体から放出さ
れる微弱な赤外線を検出するのに用いられることが多
く、このような用途では特に高感度が要求される。そこ
で、従来の赤外線検出素子では、基板の1部を堀り抜
き、この掘り抜いた中空部分を渡すように熱絶縁膜を形
成し、その上に電極およびサーミスタからなる赤外線検
出部を設置した、いわゆるダイアフラム構造のものがあ
る。この構造では、赤外線検出部で発生した熱が、基板
側に逃げ難くなるので、サーミスタの温度上昇および抵
抗変化が敏感に起こり、赤外線の検出感度が上昇する。
[0003] Infrared detecting elements are often used to detect faint infrared rays emitted from an object or a human body. In such an application, particularly high sensitivity is required. Therefore, in the conventional infrared detecting element, a part of the substrate was dug, a heat insulating film was formed so as to pass through the hollow part, and an infrared detecting unit including an electrode and a thermistor was installed thereon. There is a so-called diaphragm structure. With this structure, it is difficult for the heat generated in the infrared detection section to escape to the substrate side, so that the temperature of the thermistor and the resistance change occur sensitively, and the detection sensitivity of infrared rays increases.

【0004】このような赤外線検出素子は、静止物体や
静止人体から放射する赤外線を検出することも可能であ
り、振動により誤動作することもなく、衝撃にも強いと
いう利点を有している。また、半導体プロセスを利用し
て製造するので、大量生産が可能で、低コスト化を図る
こともできる。上記のような赤外線検出素子において
は、熱絶縁膜の熱抵抗をR、単位時間当たり単位面積に
入射する赤外線のエネルギーをI、赤外線吸収膜の面積
をSとすれば、赤外線検出部の温度上昇ΔTは、ΔT=
RISで表される。この式において、熱抵抗Rは、熱絶
縁膜の熱伝導率が小さい程、また、膜厚が薄い程大きく
なるので、温度上昇ΔTすなわち検出感度を高めるに
は、熱絶縁膜の熱伝導率が小さく、膜厚が薄いほど好ま
しいことになる。
[0004] Such an infrared detecting element can also detect infrared rays radiated from a stationary object or a stationary human body, and has the advantages that it does not malfunction due to vibration and is strong against impact. In addition, since the semiconductor device is manufactured using a semiconductor process, mass production is possible and cost reduction can be achieved. In the infrared detecting element as described above, if the thermal resistance of the thermal insulating film is R, the energy of the infrared ray incident on a unit area per unit time is I, and the area of the infrared absorbing film is S, the temperature of the infrared detecting section rises. ΔT is ΔT =
Represented by RIS. In this equation, the thermal resistance R increases as the thermal conductivity of the thermal insulating film decreases and as the film thickness decreases, so that in order to increase the temperature rise ΔT, that is, to increase the detection sensitivity, the thermal conductivity of the thermal insulating film must be increased. The smaller and the thinner the film, the better.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の赤外線検出素子では、熱絶縁膜の歪みや破壊が
生じ易いという問題があった。これは、前記したような
構造の赤外線検出素子は、電極、サーミスタあるいは赤
外線吸収膜などの熱絶縁膜上に形成される構造体が、何
れも一定面積を有する矩形の膜状もしくは面状をなすの
で、素子の製造工程あるいは使用環境で、熱による膨張
収縮があると、各層毎の熱膨張率の違いによって、大き
な内部応力が発生し、この内部応力で、熱絶縁膜の歪み
や破壊が生じるのであった。前記したように、赤外線検
出素子の検出感度を高めるために、熱絶縁膜の下方の基
板を大きく掘り込んでいたり、熱絶縁膜の厚みを薄くし
ているほど、熱の吸収に伴う内部応力が大きくなり、熱
絶縁膜に歪みや破壊が生じる可能性が高くなってしま
う。したがって、検出感度を高めるために薄い熱絶縁膜
を設けた赤外線検出素子ほど、製造歩留りが低く、使用
時の耐久性にも劣ることになっていた。
However, the conventional infrared detecting element as described above has a problem that the thermal insulating film is easily distorted or broken. This is because, in the infrared detecting element having the above-described structure, the structure formed on a heat insulating film such as an electrode, a thermistor or an infrared absorbing film has a rectangular film shape or a planar shape each having a certain area. Therefore, if there is expansion and contraction due to heat in the element manufacturing process or usage environment, a large internal stress is generated due to a difference in the coefficient of thermal expansion of each layer, and this internal stress causes distortion or destruction of the thermal insulating film. It was. As described above, in order to increase the detection sensitivity of the infrared detecting element, the larger the substrate below the heat insulating film is dug or the thinner the heat insulating film, the more the internal stress due to heat absorption becomes. As a result, the possibility of distortion or destruction of the heat insulating film increases. Therefore, an infrared detecting element provided with a thin heat insulating film in order to enhance the detection sensitivity has a lower production yield and lower durability in use.

【0006】そこで、この発明の課題は、このような従
来技術の問題点を解消し、熱絶縁膜を薄くしても、内部
応力による歪みや破壊が生じず、製造歩留りが高く、使
用時には高い感度および耐久性を示すことのできる赤外
線検出素子を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art. Even if the thermal insulating film is thinned, distortion or destruction due to internal stress does not occur, the production yield is high, and the production yield is high. An object of the present invention is to provide an infrared detecting element capable of exhibiting sensitivity and durability.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる赤外線検出素子は、熱絶縁膜上に、一対
の電極層および両電極層の間に挟まれたサーミスタ層を
含む複数層の膜状体を備えた赤外線検出素子において、
少なくとも1層の膜状体が、細幅に分離形成されてい
る。
According to the present invention, there is provided an infrared detecting element comprising a plurality of layers including a pair of electrode layers and a thermistor layer sandwiched between both electrode layers on a heat insulating film. In an infrared detection element having a film-like body of
At least one layer of the film-like body is formed separately in a narrow width.

【0008】赤外線検出素子の基本的な構造は、従来の
サーミスタを利用した赤外線検出素子と同様の構造が採
用される。赤外線検出素子の赤外線検出部には、少なく
とも1層のサーミスタ層と、このサーミスタ層を挟む一
対の電極層が、基板上に形成された熱絶縁膜の上に設け
られる。熱絶縁膜の下方で基板を堀り込んでおいたり、
赤外線検出部を基板に支持する熱絶縁膜の幅を狭くして
おくなど、赤外線検出部の熱が外部に逃げ難い構造にし
ておいたり、サーミスタ層の上に、赤外線の吸収率が高
い赤外線吸収層や、特定の波長のみを選択的に吸収する
フィルタ層を形成しておくなど、通常の赤外線検出素子
に採用されている各種の構造を組み合わせて構成され
る。
The basic structure of the infrared detecting element is similar to that of a conventional infrared detecting element using a thermistor. In the infrared detecting section of the infrared detecting element, at least one thermistor layer and a pair of electrode layers sandwiching the thermistor layer are provided on a heat insulating film formed on the substrate. The substrate is dug below the thermal insulation film,
The thermal insulation film that supports the infrared detector on the substrate is made narrower, for example, so that the heat of the infrared detector does not easily escape to the outside. It is configured by combining various structures employed in ordinary infrared detecting elements, such as forming a layer or a filter layer that selectively absorbs only a specific wavelength.

【0009】複数層の膜状体とは、上記したサーミスタ
層、電極層、赤外線吸収層など、熱絶縁膜の上に順次積
み重ねるように形成されて、一定の面積を必要とする薄
層構造部分を意味している。その材質や層の厚さなど
は、それぞれの層の目的や要求性能に合わせて任意に設
定できる。膜状体の外形状は、矩形や多角形、円形その
他の任意の図形状であり、複数層の膜状体は、全てが同
じ外形状であってもよいし、外形状の異なる膜状体が組
み合わせられていてもよい。膜状体のうち、電極層に
は、外部回路への接続構造が付加されているなど、個々
の膜状体によって、細部の構造は違っていてもよい。
[0009] The multi-layered film is a thin-layered structure which is formed in such a manner as to be sequentially stacked on the heat insulating film, such as the thermistor layer, the electrode layer and the infrared absorbing layer, and requires a certain area. Means The material and the thickness of the layers can be arbitrarily set according to the purpose and required performance of each layer. The outer shape of the film is a rectangle, a polygon, a circle, or any other figure shape, and the film having a plurality of layers may have the same outer shape, or may have different outer shapes. May be combined. The details of the structure may be different depending on the individual film-shaped members, such as a connection structure to an external circuit added to the electrode layer of the film-shaped members.

【0010】このような複数層の膜状体のうち、少なく
とも1層の膜状体が、細幅に分離形成されている。細幅
に分離形成とは、膜状体の全体が、互いに分離された細
い幅の帯状あるいは紐状部分の集合体で構成されている
ということである。具体的には、膜状体に、複数のスリ
ットや切れ目を形成することによって、細幅に分離形成
することができる。さらに具体的には、膜状体を、折り
返し帯状あるいは渦巻き状をなす連続した1本の細幅部
分で構成したものや、膜状体の内部に多数の平行なスリ
ットを形成して、帯状の細幅部分が多数並び、その両端
が一体に連設されたものなどが例示できる。分離形成す
る細幅部分の幅、および、細幅部分同士の間に形成され
る隙間の幅は、内部応力の緩和効果が挙げられるとと
も、各膜状体の本来の機能を阻害しない範囲であれば、
任意の幅に設定できる。
At least one layer of such a plurality of layers is formed to be narrowly separated. The term “narrowly separated formation” means that the entire film-like body is constituted by an aggregate of narrow band-like or string-like portions separated from each other. Specifically, by forming a plurality of slits and cuts in the film-like body, the film-like body can be separated and formed into a narrow width. More specifically, the film-like body is formed by a single continuous narrow portion having a folded band shape or a spiral shape, or a band-like shape formed by forming a number of parallel slits inside the film-like body. An example in which a large number of narrow portions are arranged and both ends thereof are integrally provided can be exemplified. The width of the narrow portion to be separated and formed, and the width of the gap formed between the narrow portions are within a range that does not impair the original function of each film-like body, in addition to the effect of reducing internal stress. if there is,
Can be set to any width.

【0011】膜状体を細幅に分離形成するための手段
は、通常の半導体加工などにおける薄層形成技術、微細
加工技術、あるいは、写真製版によるマスキングや選択
エッチングなどによるパターン形成手段を適用すること
ができ、このような通常のパターン形成技術を組み合わ
せれば、膜状体を任意のパターンで細幅に分離形成する
ことができる。
As a means for separating and forming the film-like body into a narrow width, a thin layer forming technique in ordinary semiconductor processing or the like, a fine processing technique, or a pattern forming means by masking by photolithography or selective etching is applied. By combining such ordinary pattern forming techniques, the film can be separated and formed into an arbitrary pattern with a narrow width.

【0012】細幅に分離形成する膜状体の層数は、最低
限1層であってもよいし、複数層の膜状体を細幅に分離
形成しておいてもよい。通常は、上下に積み重ねる膜状
体のうち、一方を細幅に分離形成しておけば、他方は一
様な膜状体であっても、互いの間に生じる内部応力を、
細幅に分離形成されたほうの膜状体で吸収して緩和する
ことができる。具体的には、一対の電極層を細幅に分離
形成して、その間のサーミスタ層は分離形成しないでお
いたり、その逆に、サーミスタ層を細幅に分離形成し
て、電極層は分離形成しないでおくことができる。ま
た、熱の吸収すなわち温度上昇による膨張が大きくなり
易い赤外線吸収層を細幅に分離形成しておけば、内部応
力の緩和に有効である。
[0012] The number of layers of the film-like body separated and formed in a narrow width may be at least one layer, or a plurality of layers of the film-shaped body may be separated and formed in a narrow width. Normally, if one of the film-like bodies stacked vertically is separated and formed to have a narrow width, the other is a uniform film-like body, but the internal stress generated between each other,
It can be absorbed and relaxed by the thinner film formed separately. Specifically, a pair of electrode layers are formed separately in a narrow width, and a thermistor layer between them is not formed separately, or conversely, a thermistor layer is formed in a narrow width, and the electrode layer is formed separately. You can keep it. In addition, if an infrared absorption layer, which tends to increase heat absorption, that is, expansion due to temperature rise, is formed to be narrow and narrow, it is effective in alleviating internal stress.

【0013】細幅に分離形成された膜状体は、細幅部分
の幅方向、すなわち、細幅部分同士の間に隙間があいて
いる方向に変形し易く、内部応力の緩和能力が高いの
で、内部応力の発生し易い方向に、細幅部分が並ぶよう
にしておくのが好ましい。複数層の膜状体に細幅部分を
形成する場合、層によって、細幅部分の分離パターンを
変えれば、何れの方向に対しても均等に内部応力の緩和
能力を発揮するようにできる。
[0013] The film-like body separated and formed into a narrow width is easily deformed in the width direction of the narrow portion, that is, in a direction in which a gap is provided between the narrow portions, and has a high ability to relieve internal stress. It is preferable that the narrow portions are arranged in a direction in which the internal stress is easily generated. In the case where a narrow portion is formed in a plurality of layers of the film, if the separation pattern of the narrow portion is changed depending on the layer, the internal stress can be uniformly reduced in any direction.

【0014】[0014]

【作用】赤外線検出素子の赤外線検出部は、サーミスタ
層、電極層、赤外線吸収層などの、様々な材料からな
り、それぞれに熱膨張特性の異なる複数層の膜状体が、
熱絶縁膜の上に積み重ねられた構造になっている。この
ような赤外線検出素子を製造する際には、各種の薄膜形
成技術やパターン形成技術が適用されるので、製造工程
中に加熱されて熱膨張が生じる。また、使用時には、赤
外線を吸収させて温度上昇を起こさせるのであるから、
当然、熱膨張が起こる。
The infrared detecting section of the infrared detecting element is made of various materials such as a thermistor layer, an electrode layer, and an infrared absorbing layer.
The structure is stacked on the heat insulating film. When manufacturing such an infrared detecting element, various thin film forming techniques and pattern forming techniques are applied, so that the infrared detecting element is heated during the manufacturing process and causes thermal expansion. In addition, at the time of use, we absorb infrared rays and raise temperature,
Naturally, thermal expansion occurs.

【0015】上下の膜状体同士が、全面で接合一体化さ
れていると、熱膨張に伴う変形の違いは、そのまま内部
応力になって、膜状体同士あるいは膜状体と熱絶縁膜の
間に加わることになる。これに対し、膜状体が、細幅に
分離形成されていれば、この膜状体は、細幅部分の幅方
向については、比較的自由に移動変形することができる
ので、上下に積層された他の膜状体の熱変形に合わせて
細幅部分が移動変形し、両者の間に発生する内部応力を
吸収もしくは緩和することができる。
If the upper and lower membranes are joined and integrated over the entire surface, the difference in deformation due to thermal expansion becomes the internal stress as it is, and the difference between the membranes or between the membrane and the heat insulating film is obtained. I will join in between. On the other hand, if the film is separated and formed to be narrow, the film can relatively freely move and deform in the width direction of the narrow portion. The narrow portion moves and deforms in accordance with the thermal deformation of the other film-like body, and the internal stress generated therebetween can be absorbed or reduced.

【0016】したがって、赤外線検出部を構成する複数
層の膜状体のうち、1層でも、細幅に分離形成された層
が存在すれば、その分だけ内部応力が緩和される。その
結果、内部応力による熱絶縁膜の歪みや破壊が防止でき
ることになる。各膜状体は、細幅に分離形成されてあっ
ても、全体として一定の面積を有していれば、それぞれ
の機能は十分に発揮できるので、赤外線検出素子として
の機能や特性には影響を与えることは少ない。
[0016] Therefore, if one of the plurality of layers of the film constituting the infrared detecting section has a layer separated and formed in a narrow width, the internal stress is reduced by that much. As a result, distortion and destruction of the heat insulating film due to internal stress can be prevented. Even if each film is separated and formed in a narrow width, if it has a certain area as a whole, each function can be fully exhibited, so that the function and characteristics as an infrared detecting element are affected. It is rare to give.

【0017】この構造では、各膜状体や熱絶縁膜の厚み
が薄くても、内部応力による歪みや破壊の発生を確実に
防止できるので、赤外線検出素子の感度向上あるいは小
型化や製造能率の向上を図ることもできる。
In this structure, even if the thickness of each film or the heat insulating film is small, the occurrence of distortion or destruction due to internal stress can be reliably prevented. It can also be improved.

【0018】[0018]

【実施例】ついで、この発明の実施例について、図面を
参照しながら以下に説明する。但し、図1、2、4、5
に示す実施例および実施例1は、本発明の技術的範囲を
外れる参考技術である。図2は、赤外線検出素子の全体
構造を表している。シリコンなどからなる基板10の表
面に、酸化窒化シリコンなどからなる熱絶縁膜20が形
成されている。熱絶縁膜20の中央部分では、基板10
が下方側からエッチングなどで掘り込まれて欠除空間1
2となっている。欠除空間12の中央で熱絶縁膜20の
上には、クロムなどの導体金属からなる電極層30、サ
ーミスタ層40、電極層50および赤外線吸収層60が
順番に積み重ねて形成されている。電極層30は、外側
に延長されていて、この延長部31の端部に、基板10
の上部で接続用パッド32が設けられている。電極層5
0も、電極層30とは別の方向に延びる延長部51を備
え、同様の接続用パッド52が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, FIGS.
Examples and Example 1 shown in the following paragraphs show the technical scope of the present invention.
This is a reference technology that deviates. FIG. 2 shows the entire structure of the infrared detecting element. On a surface of a substrate 10 made of silicon or the like, a thermal insulating film 20 made of silicon oxynitride or the like is formed. In the central portion of the heat insulating film 20, the substrate 10
Is dug out from below by etching etc.
It is 2. An electrode layer 30 made of a conductive metal such as chromium, a thermistor layer 40, an electrode layer 50, and an infrared absorbing layer 60 are sequentially stacked and formed on the heat insulating film 20 at the center of the lacking space 12. The electrode layer 30 is extended outward, and an end of the extension 31 is provided on the substrate 10.
A connection pad 32 is provided on the upper part of FIG. Electrode layer 5
0 has an extension 51 extending in a direction different from that of the electrode layer 30, and a similar connection pad 52 is provided.

【0019】図1は、電極層30、サーミスタ層40、
電極層50の平面構造を表している。何れも、基本的に
は、同じ寸法の正方形状をなす膜状体である。そして、
図1(a) に示すように、上側の電極層50は、一辺に帯
状の延長部51を備えているとともに、電極層50全体
は、図の左右に延びる帯状の細幅部分55が、上方から
下方へと折り返して連続している。隣接する細幅部分5
5同士は、電極層50の外縁から切り込んだ切れ目54
で互いに分離されている。前記延長部51は、細幅部分
55の一部につながっている。図1(b) に示すように、
サーミスタ層40は、全体が一様な面になっている。図
1(c) に示すように、電極層30は、前記電極層50と
同じパターンの細幅部分35および切れ目54が形成さ
れている。但し、延長部31は、電極層50とは逆の方
向に延びている。図示しないが、赤外線吸収層60は、
サーミスタ層40と同様に、全体が一様な面になってい
る。
FIG. 1 shows an electrode layer 30, a thermistor layer 40,
3 shows a planar structure of the electrode layer 50. Each of them is basically a square film having the same dimensions. And
As shown in FIG. 1A, the upper electrode layer 50 has a strip-shaped extension 51 on one side, and the entire electrode layer 50 has a strip-shaped narrow portion 55 extending left and right in the drawing. It is folded back from below and is continuous. Adjacent narrow part 5
5 are cuts 54 cut from the outer edge of the electrode layer 50.
Are separated from each other. The extension 51 is connected to a part of the narrow portion 55. As shown in FIG. 1 (b),
The thermistor layer 40 has a uniform surface as a whole. As shown in FIG. 1C, the electrode layer 30 has a narrow portion 35 and a cut 54 having the same pattern as the electrode layer 50. However, the extension 31 extends in a direction opposite to the electrode layer 50. Although not shown, the infrared absorbing layer 60
Like the thermistor layer 40, the whole is a uniform surface.

【0020】このような構造の赤外線検出素子では、製
造工程における加熱処理、あるいは、使用時に赤外線検
出部に赤外線が照射されたりして、温度変化が生じた場
合、赤外線吸収層60およびサーミスタ層40は、従来
の赤外線検出素子の場合と同様に熱膨張を起こす。しか
し、電極層30、50は、細幅部分55の幅方向、すな
わち、図1の上下方向については、互いに分離されてい
るので、ある程度は自由に移動変形できる。そのため、
電極層30、50が、それに隣接する赤外線吸収層6
0、サーミスタ層40の熱膨張に合わせて変形すること
ができ、内部応力が吸収もしくは緩和される。
In the infrared detecting element having such a structure, when a temperature change occurs due to a heat treatment in a manufacturing process or an infrared ray irradiating an infrared detecting portion during use, the infrared absorbing layer 60 and the thermistor layer 40 are used. Causes thermal expansion as in the case of the conventional infrared detecting element. However, since the electrode layers 30 and 50 are separated from each other in the width direction of the narrow portion 55, that is, in the vertical direction in FIG. 1, the electrode layers 30 and 50 can freely move and deform to some extent. for that reason,
The electrode layers 30 and 50 are provided on the infrared absorbing layer 6 adjacent thereto.
0, it can be deformed according to the thermal expansion of the thermistor layer 40, and internal stress is absorbed or relaxed.

【0021】図3は、上記実施例と一部構造が異なる実
施例を表している。この実施例が、前記実施例と異なる
のは、上下の電極層30と50で、細幅に分離形成する
パターンを変えていることである。すなわち、上側の電
極層50は、細幅部分55および切れ目54が、図の上
から下に延びるように形成されている。下側の電極層3
0は、細幅部分55および切れ目54が、図の左右に延
びるように形成されている。
FIG. 3 shows an embodiment having a structure partially different from that of the above embodiment. This embodiment is different from the above embodiment in that the upper and lower electrode layers 30 and 50 have different patterns formed to be separated into narrow widths. That is, the upper electrode layer 50 is formed such that the narrow portion 55 and the cut 54 extend from the top to the bottom in the figure. Lower electrode layer 3
0 is formed so that the narrow portion 55 and the cut 54 extend to the left and right in the figure.

【0022】したがって、この実施例では、電極層30
では、図の上下方向の内部応力を緩和する能力が高く、
電極層50では、図の左右方向の内部応力を緩和する能
力が高くなり、両者の機能を合わせれば、上下左右の何
れの方向に対しても、内部応力を緩和する機能が発揮で
きることになる。つぎに、図4の実施例では、図4(a)
(c) に示すように、電極層30、50は、全体が一様な
面になっている。そして、図4(b) に示すように、サー
ミスタ層40には、図の上下に延びる多数のスリット4
4が形成されており、スリット44の間に形成される帯
状の細幅部分45が、上下辺で一体につながった構造に
なっている。この実施例では、サーミスタ層40の細幅
部分45が、上下の電極層30、50の熱膨張に合わせ
て、移動変形することで、内部応力を吸収もしくは緩和
する。
Therefore, in this embodiment, the electrode layer 30
In the figure, the ability to relieve internal stress in the vertical direction of the figure is high,
In the electrode layer 50, the ability to relieve internal stress in the left-right direction in the drawing is enhanced, and if both functions are combined, the function of alleviating internal stress in any of up, down, left, and right directions can be exhibited. Next, in the embodiment of FIG. 4, FIG.
As shown in (c), the electrode layers 30 and 50 are entirely uniform. Then, as shown in FIG. 4 (b), a large number of slits 4 extending vertically in the figure are formed in the thermistor layer 40.
4 are formed, and a strip-shaped narrow portion 45 formed between the slits 44 is integrally connected at upper and lower sides. In this embodiment, the narrow portion 45 of the thermistor layer 40 is deformed in accordance with the thermal expansion of the upper and lower electrode layers 30 and 50, thereby absorbing or relaxing the internal stress.

【0023】図5の実施例では、図5(a) に示すよう
に、サーミスタ層40は、全体が一様な面になっている
が、図5(b) に示すように、赤外線吸収層60が、上下
方向の多数のスリット64で分離形成されて、上下方向
の帯状をなす細幅部分65が上下辺でつながった構造に
なっている。この場合には、サーミスタ層40および両
電極層30、50の熱膨張に対して、赤外線吸収層60
の細幅部分65が移動変形することによって、内部応力
を吸収緩和する。
In the embodiment of FIG. 5, as shown in FIG. 5A, the thermistor layer 40 has a uniform surface as a whole, but as shown in FIG. Numeral 60 is formed separately by a number of slits 64 in the vertical direction, and has a structure in which narrow portions 65 forming a strip in the vertical direction are connected at the upper and lower sides. In this case, the thermal expansion of the thermistor layer 40 and the two electrode layers 30 and 50 causes the infrared absorption layer 60
By moving and deforming the narrow portion 65, the internal stress is absorbed and alleviated.

【0024】図6の実施例は、膜状体を細幅に分離形成
する際のパターンの別の例を示している。すなわち、膜
状体Sが、中心から外周へと渦巻き状に連続してつなが
った細幅部分5と、その間を分離する隙間部分4とで構
成されている。膜状体Sとしては、前記した電極層3
0、50やサーミスタ層40、赤外線吸収層60などの
何れの層に適用することもできる。
The embodiment shown in FIG. 6 shows another example of a pattern when a film is separated and formed into a narrow width. That is, the film-shaped body S is composed of a narrow portion 5 continuously connected in a spiral form from the center to the outer periphery, and a gap portion 4 separating the portions. As the film S, the electrode layer 3 described above is used.
It can be applied to any layer such as 0, 50, thermistor layer 40, and infrared absorption layer 60.

【0025】この実施例では、細幅部分5の分離方向
が、上下左右の何れにも存在するので、上下左右の何れ
の方向の内部応力をも吸収緩和する能力がある。つぎ
に、より具体的な実施例について説明する。 −実施例1− 図1および図2に示す構造の赤外線検出素子を製造し
た。
In this embodiment, since the direction of separation of the narrow portion 5 exists in any of the upper, lower, left and right directions, there is a capability of absorbing and relaxing internal stress in any of the upper, lower, left and right directions. Next, more specific examples will be described. Example 1 An infrared detecting element having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured.

【0026】シリコン基板10上に、グロー放電分解法
で、厚さ5000Åの酸化窒化シリコンを積層して熱絶
縁膜20を形成した。成膜条件は、モノシラン、アンモ
ニア、窒素、一酸化炭素の混合ガスを使用し、アンモニ
ア、窒素、一酸化炭素の総量に対する一酸化二窒素の割
合を30%、基板温度20℃、圧力1Torr、周波数1
3.56MHz 、放電電力30Wとした。
A thermal insulating film 20 was formed on the silicon substrate 10 by laminating 5000-nm-thick silicon oxynitride by glow discharge decomposition. The film formation conditions were as follows: a mixed gas of monosilane, ammonia, nitrogen and carbon monoxide was used, the ratio of dinitrogen monoxide to the total amount of ammonia, nitrogen and carbon monoxide was 30%, the substrate temperature was 20 ° C., the pressure was 1 Torr, and the frequency was 1
The discharge power was 3.56 MHz and the discharge power was 30 W.

【0027】熱絶縁膜20の上に、電子ビーム蒸着法に
より、基板温度200℃で厚さ500Åのクロムを成膜
した。ついで、フォトリソ工程で、図1(c) に示す形状
にパターン化して、下部側の電極層30を形成した。つ
ぎに、グロー放電分解法で、厚さ1μmのp型a−Si
Cを成膜し、フォトリソ工程で、図1(b) に示すよう
に、2×2mmの正方形にパターン化して、サーミスタ層
40を形成した。成膜条件は、900モル%のメタン、
0.25モル%のジボランを加えた水素希釈のモノシラ
ンを用い、基板温度180℃、圧力0.9Torr、周波数
13.56KHz 、放電電力20Wとした。ついで、電子
ビーム蒸着法により、基板温度200℃で厚さ500Å
のクロムを成膜し、フォトリソ工程により、図1(a) に
示すように、前記下部側の電極層30の細幅部分35と
平行に細幅部分55が並ぶようにパターン化を行って、
上部側の電極層50を形成した。なお、この上部側電極
層50および下部側電極層30の寸法は、何れも1.9
×1.9mmであった。
On the heat insulating film 20, chromium having a thickness of 500 ° was formed at a substrate temperature of 200 ° C. by an electron beam evaporation method. Next, in a photolithography process, the lower electrode layer 30 was formed by patterning into the shape shown in FIG. Next, p-type a-Si having a thickness of 1 μm was formed by a glow discharge decomposition method.
As shown in FIG. 1 (b), C was deposited and patterned into a 2 × 2 mm square to form a thermistor layer 40 in a photolithography process. The film forming conditions were 900 mol% methane,
The substrate temperature was 180 ° C., the pressure was 0.9 Torr, the frequency was 13.56 KHz, and the discharge power was 20 W using hydrogen-diluted monosilane to which 0.25 mol% of diborane was added. Then, at a substrate temperature of 200 ° C. and a thickness of 500 ° C. by electron beam evaporation.
The chromium film is patterned by photolithography so that narrow portions 55 are arranged in parallel with the narrow portions 35 of the lower electrode layer 30 as shown in FIG.
The upper electrode layer 50 was formed. The dimensions of the upper electrode layer 50 and the lower electrode layer 30 are both 1.9.
× 1.9 mm.

【0028】なお、電極層30、50の材料であるクロ
ムは、不純物が添加されているほうが、熱伝導率が小さ
くなり、検出感度が向上するので、前記材料の代わり
に、熱伝導率の小さいニッケルクロムを用いることもで
きる。つぎに、グロー放電分解法で、厚さ1μmの酸化
シリコンを成膜し、フォトリソ工程で2×2mmの正方形
にパターン化して、赤外線吸収層60を形成した。成膜
条件は、700モル%の一酸化窒素を用い、基板温度2
50℃、圧力1Torr、周波数13.56KHz 、放電電力
30Wとした。つづいて、電子ビーム蒸着法で、アルミ
を成膜しパターン化して、接続用パッド52を形成し
た。
It should be noted that chromium, which is the material of the electrode layers 30 and 50, has a lower thermal conductivity and an improved detection sensitivity when an impurity is added. Nickel chrome can also be used. Next, a silicon oxide film having a thickness of 1 μm was formed by a glow discharge decomposition method, and was patterned into a 2 × 2 mm square by a photolithography process to form an infrared absorbing layer 60. The film formation conditions were as follows.
The temperature was 50 ° C., the pressure was 1 Torr, the frequency was 13.56 KHz, and the discharge power was 30 W. Subsequently, aluminum was deposited and patterned by electron beam evaporation to form connection pads 52.

【0029】最後に、シリコン基板10のうち、熱絶縁
膜20とは反対側から、酸化窒化シリコンからなる熱絶
縁膜20を残すようにして、水酸化カリウムで異方性エ
ッチングを行って、欠除空間12を形成し、いわゆるダ
イアフラム構造の赤外線検出素子を製造した。製造され
た赤外線検出素子の寸法は、2.5×2.5mmの正方形
であった。
Finally, anisotropic etching with potassium hydroxide is performed on the silicon substrate 10 from the side opposite to the heat insulating film 20 so that the heat insulating film 20 made of silicon oxynitride is left. The removal space 12 was formed, and an infrared detection element having a so-called diaphragm structure was manufactured. The dimensions of the manufactured infrared detecting element were a square of 2.5 × 2.5 mm.

【0030】赤外線検出素子を使用したところ、熱絶縁
膜20の歪みや破壊は全く生じず、検出感度も良好で優
れた品質性能を有することが確かめられた。
When the infrared detecting element was used, no distortion or destruction of the thermal insulating film 20 occurred, and it was confirmed that the detection sensitivity was good and the quality was excellent.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる赤外線
検出素子は、電極層やサーミスタ層などの膜状体が細幅
に分離形成されていることにより、この細幅に分離形成
された膜状体で、複数の膜状体間に生じる内部応力を吸
収もくしは緩和することができる。
As described above, in the infrared detecting element according to the present invention, since the film-like bodies such as the electrode layer and the thermistor layer are formed in a narrow width, the film formed in the narrow width is formed. The internal stress generated between the plurality of film-like bodies can be absorbed or reduced.

【0032】その結果、熱絶縁膜の歪みや破壊を防止し
て、製造歩留りを向上させ、使用時の耐久性を高めるこ
とができる。しかも、製造工程は、従来の方法に比べ
て、膜状体の形成パターンを変更するだけでよいので、
全体の工程数を増やしたり、作業時間を増大させること
なく、技術的にも比較的簡単に製造でき、生産性に優
れ、コスト的にも安価である。さらに、熱絶縁膜が歪み
や破壊を起こし難ければ、従来よりも、熱絶縁膜の厚み
を薄くして、温度変化に敏感な、赤外線検出感度の高い
素子を製造することも可能になる。
As a result, distortion and destruction of the heat insulating film can be prevented, the production yield can be improved, and the durability during use can be increased. In addition, the manufacturing process requires only changing the formation pattern of the film-like body as compared with the conventional method,
It can be manufactured relatively easily technically, without increasing the total number of steps or increasing the working time, and is excellent in productivity and inexpensive. Furthermore, if the heat insulating film is unlikely to be distorted or broken, it becomes possible to manufacture an element which is more sensitive to temperature change and has higher infrared detection sensitivity than the conventional case.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施例を示す赤外線検出素子の上
部側電極層(a) 、サーミスタ層(b) 、下部側電極層(c)
のそれぞれの平面図
FIG. 1 shows an upper side electrode layer (a), a thermistor layer (b), and a lower side electrode layer (c) of an infrared detecting element showing an embodiment of the present invention.
Top view of each

【図2】 同上の赤外線検出素子の断面図FIG. 2 is a cross-sectional view of the infrared detecting element according to the first embodiment;

【図3】 別の実施例を表す、上部側電極層(a) 、サー
ミスタ層(b) 、下部側電極層(c) のそれぞれの平面図
FIG. 3 is a plan view of an upper electrode layer (a), a thermistor layer (b), and a lower electrode layer (c) showing another embodiment.

【図4】 別の実施例を表す、上部側電極層(a) 、サー
ミスタ層(b) 、下部側電極層(c) のそれぞれの平面図
FIG. 4 is a plan view of an upper electrode layer (a), a thermistor layer (b), and a lower electrode layer (c) showing another embodiment.

【図5】 別の実施例を表す、サーミスタ層(a) 、赤外
線吸収層(b) のそれぞれの平面図
FIG. 5 is a plan view of each of a thermistor layer (a) and an infrared absorbing layer (b) showing another embodiment.

【図6】 別の実施例における膜状体のパターンを示す
平面図
FIG. 6 is a plan view showing a pattern of a film in another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基板 20 熱絶縁膜 30 、50 電極層 40 サーミスタ層 60 赤外線吸収層 35、45、55、65、5 細幅部分 34、54、4 切れ目 64 スリット DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 20 Thermal insulation film 30, 50 Electrode layer 40 Thermistor layer 60 Infrared absorption layer 35, 45, 55, 65, 5 Narrow part 34, 54, 4 cut 64 Slit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 拓郎 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 柿手 啓治 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−292147(JP,A) 実開 昭62−40818(JP,U) 特表 平5−507144(JP,A) 国際公開91/16607(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/00 - 1/60 G01J 5/00 - 5/62 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takuro Ishida 1048 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works, Ltd. References JP-A-3-292147 (JP, A) JP-A 62-40818 (JP, U) JP-A-5-507144 (JP, A) International publication 91/16607 (WO, A1) (58) Survey Field (Int.Cl. 7 , DB name) G01J 1/00-1/60 G01J 5/00-5/62

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 熱絶縁膜上に、一対の電極層および両電
極層の間に挟まれたサーミスタ層を含む複数層の膜状体
を備えた赤外線検出素子において、 少なくとも層の膜状体が、細幅に分離形成されて
り、 細幅に分離形成された複数層の膜状体は、細幅部分の分
離パターンが異なる膜状体が組み合わせられている こと
を特徴とする赤外線検出素子。
1. An infrared detecting element comprising a plurality of film bodies including a pair of electrode layers and a thermistor layer sandwiched between both electrode layers on a heat insulating film, wherein at least two film bodies are provided. There, it is separated formed in the narrow
Thus, the film-like body having a plurality of layers separated and formed in a narrow width has a width corresponding to that of the narrow width portion.
An infrared detection element comprising a combination of films having different release patterns .
【請求項2】 前記複数層の膜状体として、前記電極層2. The method according to claim 1, wherein the plurality of layers include the electrode layer.
の表面側に配置され、細幅に分離形成された赤外線吸収Infrared absorption that is arranged on the surface side of
層をさらに備える請求項1に記載の赤外線検出素子。The infrared detecting element according to claim 1, further comprising a layer.
【請求項3】 細幅に分離形成された複数層の膜状体に3. A film-like body having a plurality of layers separated and formed in a narrow width.
は、細幅部分の分離パターンが、らせん状である膜状体Is a film-like body in which the separation pattern of the narrow part is spiral
を含む請求項1または2に記載の赤外線検出素子。The infrared detecting element according to claim 1, comprising:
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