JP3186415B2 - 赤外線検知素子の製造方法 - Google Patents
赤外線検知素子の製造方法Info
- Publication number
- JP3186415B2 JP3186415B2 JP06868194A JP6868194A JP3186415B2 JP 3186415 B2 JP3186415 B2 JP 3186415B2 JP 06868194 A JP06868194 A JP 06868194A JP 6868194 A JP6868194 A JP 6868194A JP 3186415 B2 JP3186415 B2 JP 3186415B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- oxide film
- conductivity type
- silicon
- film
- 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
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板の表裏面
に夫々温接点と冷接点を持つ縦形サーモカップルを多数
直列接続したサーモパイルよりなる赤外線検知素子を容
易に小面積内に製造する方法に関する。
に夫々温接点と冷接点を持つ縦形サーモカップルを多数
直列接続したサーモパイルよりなる赤外線検知素子を容
易に小面積内に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線検知素子には、大きく分けて量子
型素子と熱型素子がある。さらに、冷却が不要な熱型素
子には、多数の熱電対による直列熱起電力を利用するサ
ーモパイルと抵抗体の抵抗値の温度変化を利用するボロ
メータがある。熱型素子では、入射赤外線エネルギーが
熱に変換され、検知部の温度が上昇し出力が変化する。
さらに、通常は赤外線吸収膜を付けることで吸収率を高
めて感度を良くする。さらに、熱容量を小さくし感度お
よび応答速度を向上させるために温接点近傍を基板から
熱分離する方法が取られる。この熱分離領域の形成に
は、ＫＯＨやヒドラジンなどのアルカリ系エッチング液
を用いた異方性エッチング法を用いるのが一般的であ
る。これらの異方性エッチング液は（１１１）面のエッ
チング速度が（１００）面のそれより遅いことを利用し
ており、基板の面方位が（１００）面であるときに形成
される側壁の角度は主平面に対して約５４°となる。
型素子と熱型素子がある。さらに、冷却が不要な熱型素
子には、多数の熱電対による直列熱起電力を利用するサ
ーモパイルと抵抗体の抵抗値の温度変化を利用するボロ
メータがある。熱型素子では、入射赤外線エネルギーが
熱に変換され、検知部の温度が上昇し出力が変化する。
さらに、通常は赤外線吸収膜を付けることで吸収率を高
めて感度を良くする。さらに、熱容量を小さくし感度お
よび応答速度を向上させるために温接点近傍を基板から
熱分離する方法が取られる。この熱分離領域の形成に
は、ＫＯＨやヒドラジンなどのアルカリ系エッチング液
を用いた異方性エッチング法を用いるのが一般的であ
る。これらの異方性エッチング液は（１１１）面のエッ
チング速度が（１００）面のそれより遅いことを利用し
ており、基板の面方位が（１００）面であるときに形成
される側壁の角度は主平面に対して約５４°となる。
【０００３】従来のサーモパイル型赤外線検知素子とし
ては、例えば図４に示すようなものがある。図４に示す
従来例について説明する。この素子は、ｐ型の基板６と
ｎ型のエピタキシャル成長層１５の２層構造で、基板の
裏面から基板６を部分的に上述の異方性エッチングする
ことによって熱分離領域８を形成させ、この部分を覆う
エピタキシャル成長層１５を残す。更に、表面からドラ
イエッチングによって熱分離領域の一部を除去して片持
ち梁構造の熱電対を形成してある。この片持ち梁の先端
には、赤外線吸収膜３がコートされている。入射した赤
外線は、この赤外線吸収膜３で吸収されて熱に変わり、
熱電対の先端付近の温度が上昇する。この部分は、前述
の方法で基板から熱分離されているので他の部分よりも
温度が高くなる。その結果、熱電対の両端には温度差が
発生し熱起電力が生じる。この値は、入射する赤外線の
強度に比例するため熱起電力の値によって入射強度を知
ることができる。熱電対の形成法には、図４に示すよう
に基板の一部を熱電対に利用する方法と多結晶シリコン
などの薄膜を基板の表面または基板の表面上に形成され
たダイアフラムと呼ばれる薄膜上に形成する方法があ
る。いずれの方法にしても１素子の占有面積は、中央部
の赤外線吸収膜の周囲の熱分離領域をも含めたものにな
る。図４に示した従来例のように、基板の裏面からエッ
チングする方法では、側壁が垂直ではないので裏面の開
口部は熱分離領域８より大きくなり、１素子あたりの占
有面積がさらに大きくなるという問題点がある。また、
基板表面からエッチングするタイプの場合はエッチング
液を導入する孔が必要になる。
ては、例えば図４に示すようなものがある。図４に示す
従来例について説明する。この素子は、ｐ型の基板６と
ｎ型のエピタキシャル成長層１５の２層構造で、基板の
裏面から基板６を部分的に上述の異方性エッチングする
ことによって熱分離領域８を形成させ、この部分を覆う
エピタキシャル成長層１５を残す。更に、表面からドラ
イエッチングによって熱分離領域の一部を除去して片持
ち梁構造の熱電対を形成してある。この片持ち梁の先端
には、赤外線吸収膜３がコートされている。入射した赤
外線は、この赤外線吸収膜３で吸収されて熱に変わり、
熱電対の先端付近の温度が上昇する。この部分は、前述
の方法で基板から熱分離されているので他の部分よりも
温度が高くなる。その結果、熱電対の両端には温度差が
発生し熱起電力が生じる。この値は、入射する赤外線の
強度に比例するため熱起電力の値によって入射強度を知
ることができる。熱電対の形成法には、図４に示すよう
に基板の一部を熱電対に利用する方法と多結晶シリコン
などの薄膜を基板の表面または基板の表面上に形成され
たダイアフラムと呼ばれる薄膜上に形成する方法があ
る。いずれの方法にしても１素子の占有面積は、中央部
の赤外線吸収膜の周囲の熱分離領域をも含めたものにな
る。図４に示した従来例のように、基板の裏面からエッ
チングする方法では、側壁が垂直ではないので裏面の開
口部は熱分離領域８より大きくなり、１素子あたりの占
有面積がさらに大きくなるという問題点がある。また、
基板表面からエッチングするタイプの場合はエッチング
液を導入する孔が必要になる。
【０００４】感度の良い素子をつくるには熱分離を良く
しなければならない。熱電対も例外ではなく温接点近傍
の熱を冷接点に伝導するので電気抵抗が大きくなりすぎ
ない程度に熱抵抗を大きくする必要があり断面積を小さ
くするとともに温接点と冷接点の物理的な距離を離す必
要がある。また、小面積に形成するために、特開平３−
１９６５８３号公報に開示された縦型シリコンサーモパ
イルを用いたものがある。しかし、上記公報に記載され
た製造方法には、ある導電形のシリコン基板に厚さ方向
（基板面に直角な方向）に其の内部に他の導電形のシリ
コンを堆積させるための縦孔を形成させる方法について
は明示されていない。上記公報の図面には基板面に直角
に孔があけられたように記載されているが、もし此の孔
を上記の異方性エッチングにより形成することとすれ
ば、上記のように表面に対して５４度の角度でエッチン
グされる。従って、基板の表面に設ける温接点と裏面に
設ける冷接点の距離を大きくして感度を良くしようとす
れば、孔の幅も大きくなり、素子領域が大きくなってし
まう。そのためか、上記公報に開示された製造方法は、
ｎ形基板とｐ形基板それぞれの片側の面に酸化膜を形成
させ、両基板を酸化膜面で張り合わせ、高温で熱処理し
て接着させたものに、両基板それぞれの表面から接着層
を丁度貫く程度の深さの孔を形成させ、ｎ形基板の孔に
はｐ形シリコンを、ｐ形基板の孔にはｎ形シリコンを、
それぞれ、接着層を通過して同じ導電形のシリコン基板
に到達するまで堆積させるという複雑な工程を採ってい
るいという問題があった。また、サーモパイルとして実
用するには、図４に示した従来例のように、冷接点が温
度上昇しないように、冷接点側の質量を大きくし、ま
た、縦形サーモパイルの場合には縦方向に多くのエッチ
ング部があって強度が低下した基板を補強する配慮が必
要なのに、この従来例ではそのようなことに全く触れて
いない。
しなければならない。熱電対も例外ではなく温接点近傍
の熱を冷接点に伝導するので電気抵抗が大きくなりすぎ
ない程度に熱抵抗を大きくする必要があり断面積を小さ
くするとともに温接点と冷接点の物理的な距離を離す必
要がある。また、小面積に形成するために、特開平３−
１９６５８３号公報に開示された縦型シリコンサーモパ
イルを用いたものがある。しかし、上記公報に記載され
た製造方法には、ある導電形のシリコン基板に厚さ方向
（基板面に直角な方向）に其の内部に他の導電形のシリ
コンを堆積させるための縦孔を形成させる方法について
は明示されていない。上記公報の図面には基板面に直角
に孔があけられたように記載されているが、もし此の孔
を上記の異方性エッチングにより形成することとすれ
ば、上記のように表面に対して５４度の角度でエッチン
グされる。従って、基板の表面に設ける温接点と裏面に
設ける冷接点の距離を大きくして感度を良くしようとす
れば、孔の幅も大きくなり、素子領域が大きくなってし
まう。そのためか、上記公報に開示された製造方法は、
ｎ形基板とｐ形基板それぞれの片側の面に酸化膜を形成
させ、両基板を酸化膜面で張り合わせ、高温で熱処理し
て接着させたものに、両基板それぞれの表面から接着層
を丁度貫く程度の深さの孔を形成させ、ｎ形基板の孔に
はｐ形シリコンを、ｐ形基板の孔にはｎ形シリコンを、
それぞれ、接着層を通過して同じ導電形のシリコン基板
に到達するまで堆積させるという複雑な工程を採ってい
るいという問題があった。また、サーモパイルとして実
用するには、図４に示した従来例のように、冷接点が温
度上昇しないように、冷接点側の質量を大きくし、ま
た、縦形サーモパイルの場合には縦方向に多くのエッチ
ング部があって強度が低下した基板を補強する配慮が必
要なのに、この従来例ではそのようなことに全く触れて
いない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の技
術の問題を解消し、サーモパイルを形成させる部分の面
積が小さくて済み、しかも簡単な工程で容易に製造でき
る、赤外線検知素子の製造方法を提供することを目的と
する。
術の問題を解消し、サーモパイルを形成させる部分の面
積が小さくて済み、しかも簡単な工程で容易に製造でき
る、赤外線検知素子の製造方法を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては、少なくとも一方が第１導電形であ
る２枚のシリコン基板を接着させ、第１導電形基板の表
面に温接点、両基板の接着面に冷接点を配置して、それ
ぞれ導電形の異なる柱状シリコンの端部を電気的に接続
させ、第１導電形の基板面に直角な方向に縦形サーモカ
ップルを多数形成させ、これらのサーモカップルを直列
接続することによりサーモパイルを構成させ、その周囲
の基板を堀割状に除去して熱分離領域とした赤外線検知
素子を製造するために、（Ａ）第１導電形基板の一方の
面に加工して、サーモカップルの片側導体となるべき夫
々離れた複数の柱状部の周辺をドライエッチングにより
除去し、（Ｂ）残留部分の表面に酸化膜を形成させて上
記柱状部同士を電気的に分離し、（Ｃ）上記エッチング
により除去された孔状その他の部分に第２導電形にドー
プしたポリシリコンを堆積させて埋めた後、（Ｄ）上記
主面上に第１の酸化膜を形成させ、（Ｅ）上記柱状部と
それに隣接する上記第２導電形のポリシリコンの上部の
上記第１の酸化膜を部分的に除去して両者端面間に後に
サーモカップルの冷接点となるべき高融点金属配線を施
した後、（Ｆ）全面を第２の酸化膜で被覆してから、
（Ｇ）この第２の酸化膜面と、あらかじめ表面に酸化膜
を形成させてあった他のシリコン基板の表面の酸化膜面
とを、高温熱処理により接着させ、（Ｈ）この接着によ
り自由表面となった上記第１導電形シリコン基板の他方
の面を研削し、更に上記柱状部の倒立端部に達するまで
ドライエッチングして柱状部の端部を夫々電気的に分離
し、（Ｉ）上記第２導電形のポリシリコンの柱の倒立端
部のなかに、端面が残留酸化膜により覆われて露出して
いないものがあれば、上記残留酸化膜を更に除去して露
出させてから、上記第２導電形のポリシリコンの端部に
温接点形成に備えて高融点金属を部分的に堆積させ、
（Ｊ）上記自由表面に窒化シリコンを堆積させて後にサ
ーモパイルの引き出し導線を支持する絶縁膜を形成さ
せ、（Ｋ）次いで窒化シリコン膜上に高融点金属を堆積
させてサーモカップルの温接点と上記引き出し導線を形
成させ、（Ｌ）更にサーモパイル部を第１導電形基板の
他の部分から熱的に分離する熱分離領域を形成するため
に上記窒化シリコン膜にエッチング液導入孔を形成し、
さらに上記窒化シリコン膜の 上部に上記温接点部を覆う
赤外線吸収膜を形成させ、（Ｍ）上記エッチング液導入
孔よりエッチング液を導入して上記熱分離領域となる部
分の第２導電形のポリシリコンと、上記柱状部の周囲お
よび上記第２導電形のポリシリコンの周囲の上記第１の
酸化膜とを除去することにした。
に本発明においては、少なくとも一方が第１導電形であ
る２枚のシリコン基板を接着させ、第１導電形基板の表
面に温接点、両基板の接着面に冷接点を配置して、それ
ぞれ導電形の異なる柱状シリコンの端部を電気的に接続
させ、第１導電形の基板面に直角な方向に縦形サーモカ
ップルを多数形成させ、これらのサーモカップルを直列
接続することによりサーモパイルを構成させ、その周囲
の基板を堀割状に除去して熱分離領域とした赤外線検知
素子を製造するために、（Ａ）第１導電形基板の一方の
面に加工して、サーモカップルの片側導体となるべき夫
々離れた複数の柱状部の周辺をドライエッチングにより
除去し、（Ｂ）残留部分の表面に酸化膜を形成させて上
記柱状部同士を電気的に分離し、（Ｃ）上記エッチング
により除去された孔状その他の部分に第２導電形にドー
プしたポリシリコンを堆積させて埋めた後、（Ｄ）上記
主面上に第１の酸化膜を形成させ、（Ｅ）上記柱状部と
それに隣接する上記第２導電形のポリシリコンの上部の
上記第１の酸化膜を部分的に除去して両者端面間に後に
サーモカップルの冷接点となるべき高融点金属配線を施
した後、（Ｆ）全面を第２の酸化膜で被覆してから、
（Ｇ）この第２の酸化膜面と、あらかじめ表面に酸化膜
を形成させてあった他のシリコン基板の表面の酸化膜面
とを、高温熱処理により接着させ、（Ｈ）この接着によ
り自由表面となった上記第１導電形シリコン基板の他方
の面を研削し、更に上記柱状部の倒立端部に達するまで
ドライエッチングして柱状部の端部を夫々電気的に分離
し、（Ｉ）上記第２導電形のポリシリコンの柱の倒立端
部のなかに、端面が残留酸化膜により覆われて露出して
いないものがあれば、上記残留酸化膜を更に除去して露
出させてから、上記第２導電形のポリシリコンの端部に
温接点形成に備えて高融点金属を部分的に堆積させ、
（Ｊ）上記自由表面に窒化シリコンを堆積させて後にサ
ーモパイルの引き出し導線を支持する絶縁膜を形成さ
せ、（Ｋ）次いで窒化シリコン膜上に高融点金属を堆積
させてサーモカップルの温接点と上記引き出し導線を形
成させ、（Ｌ）更にサーモパイル部を第１導電形基板の
他の部分から熱的に分離する熱分離領域を形成するため
に上記窒化シリコン膜にエッチング液導入孔を形成し、
さらに上記窒化シリコン膜の 上部に上記温接点部を覆う
赤外線吸収膜を形成させ、（Ｍ）上記エッチング液導入
孔よりエッチング液を導入して上記熱分離領域となる部
分の第２導電形のポリシリコンと、上記柱状部の周囲お
よび上記第２導電形のポリシリコンの周囲の上記第１の
酸化膜とを除去することにした。
【０００７】
【作用】上記のように、本発明ではサーモカップルを形
成させるのに、ドライエッチング技術例えば垂直方向カ
ットに多くの実績があるリアクティブイオンエッチング
（ＲＩＥ）を用いたので、サーモパイル部の平面積圧縮
を行うことができ、サーモカップルの接点には高融点金
属たとえばタングステンを用いたので、第１導電形シリ
コン基板に、冷接点側質量を大きくして温度変動を防止
するために、他のシリコン基板を接着させるための基板
同士の高温処理にも十分に耐えられる。なお、熱分離領
域の幅は、熱分離の良否に直接関係しないので、１〜２
μｍ程度に止める。
成させるのに、ドライエッチング技術例えば垂直方向カ
ットに多くの実績があるリアクティブイオンエッチング
（ＲＩＥ）を用いたので、サーモパイル部の平面積圧縮
を行うことができ、サーモカップルの接点には高融点金
属たとえばタングステンを用いたので、第１導電形シリ
コン基板に、冷接点側質量を大きくして温度変動を防止
するために、他のシリコン基板を接着させるための基板
同士の高温処理にも十分に耐えられる。なお、熱分離領
域の幅は、熱分離の良否に直接関係しないので、１〜２
μｍ程度に止める。
【０００８】
【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明を実施して形成させた赤外線検知素子
を説明するための図で、図１（ａ）が断面図、図１
（ｂ）が平面配置概略図である。まず、構成を説明する
と、ｎ形シリコン基板６の副平面（裏面）と任意導電形
のシリコン基板７の主平面は互いに第１絶縁層９、第２
絶縁層１０を介して熱処理により接着されている。ｎ型
シリコン基板６は、ドライエッチングによって部分的に
除去されていて、金黒（Ａｕ Black）などからなる赤外
線吸収膜３の下部には、絶縁層を介して、それぞれ導電
形の異なる柱状シリコンをタングステンで接続した温接
点部が広がっている。上記の柱の群は、ｐ型にドープさ
れている柱２とｎ型にドープされている柱１に分かれ、
一組で一つの熱電対を構成する構造になっている。柱２
は、ｎ形シリコン基板６を（柱１を形成させるために其
の周囲を）ドライエッチングして穿設した孔にｐ形にド
ープしたポリシリコンを減圧ＣＶＤ法で充填して形成さ
せたものである。図１（ｂ）に示すように柱２は、柱１
によって四方を囲まれる平面配置になっている。柱１と
柱２の上部、つまりｎ形シリコン基板６の主平面（表
面）には温接点４が、下部即ちｎ形シリコン基板６の副
平面（裏面）には冷接点５が形成されている。これらの
接点での接続には、シリコン基板同士の接着時の高温処
理にも耐えるようにタングステンなどの高融点金属を用
いている。柱の周囲には温接点部を他の部分から熱的に
分離するために熱分離領域８を設けている。この熱分離
領域８の幅は、熱分離の善し悪しとは直接な関係がない
ので小さくて良く、１〜２μｍ程度にする。温接点４の
上部には赤外線吸収膜３が第２絶縁層１０を介して形成
されている。熱分離領域８の一部には、窒化シリコン膜
１２による橋が架けられており、その上の、タングステ
ンを堆積させて形成させた導線１１によってサーモパイ
ルは外部と接続されている。尚、柱１を、柱２と同じよ
うにポリシリコンで形成することも可能である。同様に
柱２もｎ形シリコン基板６をエッチングすることによっ
て形成することも可能である。
図１は、この発明を実施して形成させた赤外線検知素子
を説明するための図で、図１（ａ）が断面図、図１
（ｂ）が平面配置概略図である。まず、構成を説明する
と、ｎ形シリコン基板６の副平面（裏面）と任意導電形
のシリコン基板７の主平面は互いに第１絶縁層９、第２
絶縁層１０を介して熱処理により接着されている。ｎ型
シリコン基板６は、ドライエッチングによって部分的に
除去されていて、金黒（Ａｕ Black）などからなる赤外
線吸収膜３の下部には、絶縁層を介して、それぞれ導電
形の異なる柱状シリコンをタングステンで接続した温接
点部が広がっている。上記の柱の群は、ｐ型にドープさ
れている柱２とｎ型にドープされている柱１に分かれ、
一組で一つの熱電対を構成する構造になっている。柱２
は、ｎ形シリコン基板６を（柱１を形成させるために其
の周囲を）ドライエッチングして穿設した孔にｐ形にド
ープしたポリシリコンを減圧ＣＶＤ法で充填して形成さ
せたものである。図１（ｂ）に示すように柱２は、柱１
によって四方を囲まれる平面配置になっている。柱１と
柱２の上部、つまりｎ形シリコン基板６の主平面（表
面）には温接点４が、下部即ちｎ形シリコン基板６の副
平面（裏面）には冷接点５が形成されている。これらの
接点での接続には、シリコン基板同士の接着時の高温処
理にも耐えるようにタングステンなどの高融点金属を用
いている。柱の周囲には温接点部を他の部分から熱的に
分離するために熱分離領域８を設けている。この熱分離
領域８の幅は、熱分離の善し悪しとは直接な関係がない
ので小さくて良く、１〜２μｍ程度にする。温接点４の
上部には赤外線吸収膜３が第２絶縁層１０を介して形成
されている。熱分離領域８の一部には、窒化シリコン膜
１２による橋が架けられており、その上の、タングステ
ンを堆積させて形成させた導線１１によってサーモパイ
ルは外部と接続されている。尚、柱１を、柱２と同じよ
うにポリシリコンで形成することも可能である。同様に
柱２もｎ形シリコン基板６をエッチングすることによっ
て形成することも可能である。
【０００９】赤外線吸収膜３によって吸収された入射赤
外線は熱に変換され赤外線吸収膜３の温度が上昇する。
この熱は、伝導によって温接点４に伝えられ温接点４の
温度を上昇させる。温接点４と冷接点５とは比較的細く
熱抵抗が高い柱１と柱２によってつながっているだけな
ので温接点４の熱は、なかなか冷接点５には伝わらな
い。多少伝わっても、質量が大きく、赤外線照射を受け
ない、冷接点側の温度は容易には上昇し難い。その結果
両者間には温度差が生じ、ゼーベック効果によってサー
モカップルに起電力が生じる。図１の構成では、この素
子（サーモパイル）全体の熱起電力がｐ形の柱１の接点
間の熱起電力とｎ形の柱２の接点間の熱起電力との和に
なる。一般的に次の式で表される。 Ｓ＝ｎαＲthＰ ｎはサーモパイルを構成するサーモカップルの対数、α
はｎとｐの両方足し会わせたゼーベック係数、Ｒthは熱
抵抗、Ｐは入射エネルギーである。この式からはＳを大
きくするにはゼーベック係数の大きい材料を用い、熱抵
抗を大きくする必要がある。また、熱型赤外線検知素子
の性能指数Ｄ*は下記（数１）式のように書ける。
外線は熱に変換され赤外線吸収膜３の温度が上昇する。
この熱は、伝導によって温接点４に伝えられ温接点４の
温度を上昇させる。温接点４と冷接点５とは比較的細く
熱抵抗が高い柱１と柱２によってつながっているだけな
ので温接点４の熱は、なかなか冷接点５には伝わらな
い。多少伝わっても、質量が大きく、赤外線照射を受け
ない、冷接点側の温度は容易には上昇し難い。その結果
両者間には温度差が生じ、ゼーベック効果によってサー
モカップルに起電力が生じる。図１の構成では、この素
子（サーモパイル）全体の熱起電力がｐ形の柱１の接点
間の熱起電力とｎ形の柱２の接点間の熱起電力との和に
なる。一般的に次の式で表される。 Ｓ＝ｎαＲthＰ ｎはサーモパイルを構成するサーモカップルの対数、α
はｎとｐの両方足し会わせたゼーベック係数、Ｒthは熱
抵抗、Ｐは入射エネルギーである。この式からはＳを大
きくするにはゼーベック係数の大きい材料を用い、熱抵
抗を大きくする必要がある。また、熱型赤外線検知素子
の性能指数Ｄ*は下記（数１）式のように書ける。
【００１０】
【数１】
【００１１】ただし、Ａdは赤外線吸収膜の面積、ｋは
ボルツマン定数、ｎはサーモカップルの対数、Ｒdは電
気抵抗、Ｐdは実効的な入射エネルギーである。上記
（数１）式からは、吸収膜の面積、対数、熱抵抗及びエ
ネルギーの伝達効率を大きく、電気抵抗を小さくする必
要があることがわかる。これらの要素の中で熱抵抗と赤
外線吸収膜の面積を大きくすることは、素子のサイズを
決定する重要な要素である。特に従来型の素子の場合で
は、熱抵抗を大きくするには熱分離領域の面積を大きく
する必要があるために高密度に集積化したアレーをつく
ることが非常に困難であった。本発明の素子構造では、
熱抵抗を大きくするのは第１導電形の半導体基板すなわ
ちｎ形シリコン基板６を厚くするだけで良く、素子のサ
イズ（平面積）には影響を及ぼさないので、性能指数を
犠牲にすることなく高密度集積化が可能、言い換えると
同じ素子面積ならば赤外線吸収膜を大きくすることが可
能である、即ち開口率を大幅に向上させることが可能で
ある。
ボルツマン定数、ｎはサーモカップルの対数、Ｒdは電
気抵抗、Ｐdは実効的な入射エネルギーである。上記
（数１）式からは、吸収膜の面積、対数、熱抵抗及びエ
ネルギーの伝達効率を大きく、電気抵抗を小さくする必
要があることがわかる。これらの要素の中で熱抵抗と赤
外線吸収膜の面積を大きくすることは、素子のサイズを
決定する重要な要素である。特に従来型の素子の場合で
は、熱抵抗を大きくするには熱分離領域の面積を大きく
する必要があるために高密度に集積化したアレーをつく
ることが非常に困難であった。本発明の素子構造では、
熱抵抗を大きくするのは第１導電形の半導体基板すなわ
ちｎ形シリコン基板６を厚くするだけで良く、素子のサ
イズ（平面積）には影響を及ぼさないので、性能指数を
犠牲にすることなく高密度集積化が可能、言い換えると
同じ素子面積ならば赤外線吸収膜を大きくすることが可
能である、即ち開口率を大幅に向上させることが可能で
ある。
【００１２】次に、製造方法を図２と図３によって説明
をする。図２（ａ）に示すようなｎ形シリコン基板６
の、柱１の周辺をＲＩＥ法などのドライエッチングによ
って除去して図２（ｂ）に示すようにする。次に表面を
図２（ｃ）に示すように酸化させて第１酸化膜９を形成
させ、柱１同士を酸化膜９で電気的に分離する。図２
（ｄ）に示すように、柱１の周辺を除去する際に、それ
に隣接してドライエッチングで形成した孔を、ｐ型にド
ープしたポリシリコンによって埋めて、柱２を形成させ
る。次に図２（ｅ）に示すように表面を酸化し、第２酸
化膜１０の１回目の堆積を行う。次に図２（ｆ）に示す
ように、第１酸化膜９、第２酸化膜１０を部分的に除去
し、タングステンなどの高融点金属によって冷接点５の
配線を行う。更に、図２（ｇ）に示すように、第２酸化
膜１０の２回目の堆積を行い全面をカバーする。図２
（ｈ）に示すように予め第１酸化膜９、第２酸化膜１０
を表面に形成しておいた任意導電形のシリコン基板７の
表面とｎ形シリコン基板６の表面とを、１１００℃程度
の熱処理によって接着する。次に図２（ｉ）に示すよう
に、ｎ形シリコン基板６を表面から研削して上記エッチ
ングで形成させた柱の倒立端部から表面までの長さを縮
める。更に図３（ａ）に示すようにドライエッチングに
より柱１の端部上方の基板部分を除去して柱１をそれぞ
れ分離する。図３（ｂ）に示すように柱２の上部の必要
な部分の酸化膜９を除去し、電気的な接続に備えてタン
グステンを部分的に堆積する。図３（ｃ）に示すように
窒化シリコン膜１２を堆積して後に形成させる導線１１
の支えとする。図３（ｄ）に示すようにタングステンを
堆積して温接点４と導線１１を形成する。図３（ｅ）に
示すように表面保護膜として第２酸化膜１０を形成す
る。図３（ｆ）に示すように赤外線吸収膜３と、熱分離
領域８形成用のエッチング液導入孔とを形成する。図３
（ｇ）に示すように導入孔からヒドラジンを入れて熱分
離領域８のポリシリコンを除去し、また、柱１と柱２の
周囲の酸化膜９をフッ酸で除去し、熱分離を行う。
をする。図２（ａ）に示すようなｎ形シリコン基板６
の、柱１の周辺をＲＩＥ法などのドライエッチングによ
って除去して図２（ｂ）に示すようにする。次に表面を
図２（ｃ）に示すように酸化させて第１酸化膜９を形成
させ、柱１同士を酸化膜９で電気的に分離する。図２
（ｄ）に示すように、柱１の周辺を除去する際に、それ
に隣接してドライエッチングで形成した孔を、ｐ型にド
ープしたポリシリコンによって埋めて、柱２を形成させ
る。次に図２（ｅ）に示すように表面を酸化し、第２酸
化膜１０の１回目の堆積を行う。次に図２（ｆ）に示す
ように、第１酸化膜９、第２酸化膜１０を部分的に除去
し、タングステンなどの高融点金属によって冷接点５の
配線を行う。更に、図２（ｇ）に示すように、第２酸化
膜１０の２回目の堆積を行い全面をカバーする。図２
（ｈ）に示すように予め第１酸化膜９、第２酸化膜１０
を表面に形成しておいた任意導電形のシリコン基板７の
表面とｎ形シリコン基板６の表面とを、１１００℃程度
の熱処理によって接着する。次に図２（ｉ）に示すよう
に、ｎ形シリコン基板６を表面から研削して上記エッチ
ングで形成させた柱の倒立端部から表面までの長さを縮
める。更に図３（ａ）に示すようにドライエッチングに
より柱１の端部上方の基板部分を除去して柱１をそれぞ
れ分離する。図３（ｂ）に示すように柱２の上部の必要
な部分の酸化膜９を除去し、電気的な接続に備えてタン
グステンを部分的に堆積する。図３（ｃ）に示すように
窒化シリコン膜１２を堆積して後に形成させる導線１１
の支えとする。図３（ｄ）に示すようにタングステンを
堆積して温接点４と導線１１を形成する。図３（ｅ）に
示すように表面保護膜として第２酸化膜１０を形成す
る。図３（ｆ）に示すように赤外線吸収膜３と、熱分離
領域８形成用のエッチング液導入孔とを形成する。図３
（ｇ）に示すように導入孔からヒドラジンを入れて熱分
離領域８のポリシリコンを除去し、また、柱１と柱２の
周囲の酸化膜９をフッ酸で除去し、熱分離を行う。
【００１３】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、１枚の基板の表面と裏面に夫々熱電対の温接点と冷
接点を設ける構造としたため、開口率が大幅に向上して
高密度に集積され、赤外線吸収膜から温接点部への熱伝
達効率が良くなって性能指数が向上し、冷接点を赤外線
が照射しないので素子間のクロストークが減少し、赤外
線吸収膜と熱電対が直交しているので機械的な強度が向
上し、従来例のような熱電対を支持するためだけの部分
がないので熱分離がさらに向上した、赤外線検知素子を
比較的簡単な工程で容易に製造できるようになった。
ば、１枚の基板の表面と裏面に夫々熱電対の温接点と冷
接点を設ける構造としたため、開口率が大幅に向上して
高密度に集積され、赤外線吸収膜から温接点部への熱伝
達効率が良くなって性能指数が向上し、冷接点を赤外線
が照射しないので素子間のクロストークが減少し、赤外
線吸収膜と熱電対が直交しているので機械的な強度が向
上し、従来例のような熱電対を支持するためだけの部分
がないので熱分離がさらに向上した、赤外線検知素子を
比較的簡単な工程で容易に製造できるようになった。
【図１】図１は本発明の一実施例図であり、（ａ）は赤
外線検知素子（サーモパイル）の断面図、（ｂ）は同素
子の上面図である。
外線検知素子（サーモパイル）の断面図、（ｂ）は同素
子の上面図である。
【図２】本発明実施例の前半工程を順次説明するための
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明実施例の後半工程を順次説明するための
断面図である。
断面図である。
【図４】従来の赤外線検知素子（サーモパイル）の一例
を説明するための斜視図である。
を説明するための斜視図である。
【符号の説明】 １…基板残留部よりなるｎ形の柱 ２…エッチング孔
に堆積させたｐ形の柱 ３…赤外線吸収膜 ４…温接点 ５…冷接点 ６…ｎ形（第１導
電形）シリコン基板 ７…任意導電形シリコン基板 ８…温接点部に対
する熱分離領域 ９…第１酸化膜 １０…第２酸化膜 １１…出力引き出し導線 １２…窒化シリコ
ン膜 １５…エピタキシャル成長層
に堆積させたｐ形の柱 ３…赤外線吸収膜 ４…温接点 ５…冷接点 ６…ｎ形（第１導
電形）シリコン基板 ７…任意導電形シリコン基板 ８…温接点部に対
する熱分離領域 ９…第１酸化膜 １０…第２酸化膜 １１…出力引き出し導線 １２…窒化シリコ
ン膜 １５…エピタキシャル成長層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 35/32 G01J 1/02 G01J 5/02 G01K 7/02
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも一方が第１導電形である２枚の
シリコン基板を接着させ、第１導電形基板の表面に温接
点、両基板の接着面に冷接点を配置し、第１導電形の基
板面に直角な方向に縦形サーモカップルを多数形成さ
せ、これらのサーモカップルを直列接続することにより
サーモパイルを構成させ、その周囲の基板を堀割状に除
去して熱分離領域とした赤外線検知素子を製造するため
に、 （Ａ）基板の一方の面に加工して、サーモカップルの片
側導体となるべき夫々離れた複数の柱状部の周辺をドラ
イエッチングにより除去する工程と、 （Ｂ）残留部分の表面に酸化膜を形成させて上記柱状部
同士を電気的に分離する工程と、 （Ｃ）上記エッチングにより除去された孔状その他の部
分に第２導電形にドープしたポリシリコンを堆積させて
埋める工程と、 （Ｄ）上記主面上に第１の酸化膜を形成させる工程と、 （Ｅ）上記柱状部とそれに隣接する上記第２導電形のポ
リシリコンの上部の上記第１の酸化膜を部分的に除去し
て其処に後にサーモカップルの冷接点となるべき高融点
金属配線を配設する工程と、 （Ｆ）全面を第２の酸化膜で被覆する工程と、 （Ｇ）上記第２の酸化膜面と、あらかじめ表面に酸化膜
を形成させてある他のシリコン基板の表面とを、高温熱
処理により接着させる工程と、 （Ｈ）この接着により自由表面となった上記第１導電形
シリコン基板の他方の面を研削し、さらに上記柱状部の
倒立端部に達するまでドライエッチングして柱状部の端
部を夫々電気的に分離する工程と、 （Ｉ）上記第２導電形のポリシリコンの倒立端部の中に
残留酸化膜により端面が覆われて露出していないものが
あれば、上記残留酸化膜を更に除去してから、上記第２
導電形のポリシリコンの一部の露出端面に温接点形成に
備えて高融点金属を部分的に堆積させる工程と、 （Ｊ）上記自由表面に窒化シリコンを堆積させて後にサ
ーモパイルの引き出し導線を支持する膜を形成させる工
程と、 （Ｋ）次いで窒化シリコン膜上に高融点金属を堆積させ
てサーモカップルの温接点と上記引き出し導線とを形成
させる工程と、 （Ｌ）更にサーモパイル部を第１導電形基板の他の部分
から熱的に分離する熱分離領域を形成するために上記窒
化シリコン膜にエッチング液導入孔を形成し、さらに上
記窒化シリコン膜の上部に赤外線吸収膜を形成させる工
程と、 （Ｍ）上記エッチング液導入孔よりエッチング液を導入
して上記熱分離領域となる部分の第２導電形のポリシリ
コンと、上記柱状部の周囲および上記第２導電形のポリ
シリコンの周囲の上記第１の酸化膜とを除去する工程
と、 を備えたことを特徴とする赤外線検知素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06868194A JP3186415B2 (ja) | 1994-04-06 | 1994-04-06 | 赤外線検知素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06868194A JP3186415B2 (ja) | 1994-04-06 | 1994-04-06 | 赤外線検知素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07283444A JPH07283444A (ja) | 1995-10-27 |
| JP3186415B2 true JP3186415B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=13380722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06868194A Expired - Fee Related JP3186415B2 (ja) | 1994-04-06 | 1994-04-06 | 赤外線検知素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3186415B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011117883A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Hioki Ee Corp | サーモパイル型赤外線検知素子およびその製造方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1146573A4 (en) | 1999-11-01 | 2004-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | SEMICONDUCTORS AND THEIR PRODUCTION |
| US6597051B2 (en) * | 2001-05-22 | 2003-07-22 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | Thermoelectric infrared detector |
| DE102005061411A1 (de) * | 2005-12-22 | 2007-06-28 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanischer Thermopile-Sensor und Verfahren zu seiner Herstellung |
| CN100423311C (zh) * | 2005-12-29 | 2008-10-01 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种基于双材料效应的微机械红外探测器阵列的制作方法 |
| JP2008190992A (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Seiko Npc Corp | 赤外線センサ |
| FR2919759A1 (fr) * | 2007-08-02 | 2009-02-06 | Chambre De Commerce Et D Ind D | Procede et generateur thermoelectrique/thermoionique de conversion d'ondes electromagnetiques par des superreseaux |
| JP2011040663A (ja) * | 2009-08-18 | 2011-02-24 | Hioki Ee Corp | サーモパイル型赤外線検知素子およびその製造方法 |
| DE102009043413B3 (de) * | 2009-09-29 | 2011-06-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Thermo-elektrischer Energiewandler mit dreidimensionaler Mikro-Struktur, Verfahren zum Herstellen des Energiewandlers und Verwendung des Energiewandlers |
| DE102009043414B4 (de) | 2009-09-29 | 2016-09-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Dreidimensionale Mikro-Struktur, Anordnung mit mindestens zwei dreidimensionalen Mikro-Strukturen, Verfahren zum Herstellen der Mikro-Struktur und Verwendung der Mikro-Struktur |
| US9444027B2 (en) * | 2011-10-04 | 2016-09-13 | Infineon Technologies Ag | Thermoelectrical device and method for manufacturing same |
| CN103296191B (zh) * | 2012-02-28 | 2015-12-02 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 微型热电能量收集器及其制作方法 |
| DE102012203792A1 (de) * | 2012-03-12 | 2013-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Infrarotsensor, Wärmebildkamera und Verfahren zum Herstellen einer Mikrostruktur aus thermoelektrischen Sensorstäben |
-
1994
- 1994-04-06 JP JP06868194A patent/JP3186415B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011117883A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Hioki Ee Corp | サーモパイル型赤外線検知素子およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07283444A (ja) | 1995-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6335478B1 (en) | Thermopile infrared sensor, thermopile infrared sensors array, and method of manufacturing the same | |
| JP3186415B2 (ja) | 赤外線検知素子の製造方法 | |
| US6787387B2 (en) | Electronic device and method for fabricating the electronic device | |
| EP1378733A1 (en) | Infrared sensor | |
| EP2105963A2 (en) | Infrared detector and solid state image sensor having the same | |
| US6987223B2 (en) | Heat sink for silicon thermopile | |
| US6670538B2 (en) | Thermal radiation sensor | |
| US20030054179A1 (en) | Radiation-absorbing layers for thermopile radiation detectors | |
| US6777680B2 (en) | Infrared detecting device | |
| JP2541458B2 (ja) | 赤外線センサおよびその製造方法 | |
| US4148052A (en) | Radiant energy sensor | |
| JP2910448B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| WO2000037906A1 (en) | Infrared bolometer and method for the manufacture thereof | |
| JP2568292B2 (ja) | サーモ・パイル形赤外線センサ | |
| CN212539430U (zh) | 异质整合的热红外线感测元件及热红外线感测器 | |
| JP3385762B2 (ja) | 赤外線検知素子 | |
| JP2663612B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2811709B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP5364549B2 (ja) | サーモパイル型赤外線検知素子およびその製造方法 | |
| JP3235361B2 (ja) | 赤外線検知素子 | |
| CN113428833A (zh) | Mems热电堆红外传感器及制备方法 | |
| JP3775830B2 (ja) | 赤外線検出素子 | |
| 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 | |
| JP3422150B2 (ja) | 赤外線検知素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090511 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090511 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100511 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |