JP3463418B2 - Infrared detector - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、熱画像イメージセンサ
等に応用される赤外線検出素子に関するものであり、特
に、赤外線の吸収による温度変化を捉えて赤外線を検出
する熱型の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 applied to a thermal image sensor or the like, and more particularly to a thermal type infrared detecting element for detecting infrared rays by detecting a temperature change due to absorption of infrared rays. It is a thing.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図６に基づいて従来の赤外線検出素子の
一例について説明する。（ａ）は赤外線検出素子の平面
図、（ｂ）はその断面図である。赤外線検出素子は、物
体又は人体から放射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、高感度であることが要求され
る。そこで、従来の熱型の赤外線検出素子では、基板１
の一部を掘り抜いて中空部１ａを形成し、この中空部１
ａの表面側開口１ｂを覆って、その周辺部分が基板１に
支持されるように、基板１上に熱絶縁膜２が形成されて
いる。2. Description of the Related Art An example of a conventional infrared detecting element will be described with reference to FIG. (A) is a plan view of the infrared detection element, and (b) is a sectional view thereof. The infrared detection element is often used to detect weak infrared rays emitted from an object or a human body and is required to have high sensitivity. Therefore, in the conventional thermal infrared detection element, the substrate 1
A hollow part 1a is formed by digging a part of the
A thermal insulating film 2 is formed on the substrate 1 so as to cover the front surface side opening 1b of a and be supported by the substrate 1 at its peripheral portion.
【０００３】また、中空部１ａ上方の熱絶縁膜２上に
は、薄膜抵抗体であるサーミスタ３と、サーミスタ３を
挟む一対の電極（下部電極４及び上部電極５）と、サー
ミスタ３の上部及びその周辺部を覆う赤外線吸収膜６と
を備えた、平面視略正方形状の赤外線検出部７が形成さ
れている。図に示すように、下部電極４及び上部電極５
は、赤外線検出部７から基板１の外周に向かって、それ
ぞれ異なる方向に細線状に延設されており、その端部に
は、それぞれ、外部回路との接続のためのパッド８，９
が形成されている。Further, on the heat insulating film 2 above the hollow portion 1a, a thermistor 3 which is a thin film resistor, a pair of electrodes (a lower electrode 4 and an upper electrode 5) sandwiching the thermistor 3, an upper portion of the thermistor 3 and An infrared detection part 7 having a substantially square shape in plan view is formed, which is provided with an infrared absorption film 6 that covers the peripheral part thereof. As shown in the figure, the lower electrode 4 and the upper electrode 5
Extend in thin lines in different directions from the infrared detection section 7 to the outer periphery of the substrate 1. At their ends, pads 8 and 9 for connection with an external circuit are respectively provided.
Are formed.
【０００４】このように、基板１の中空部１ａ上に熱絶
縁膜２を張るように形成した構造は、いわゆる、ダイア
フラム構造と呼ばれる。このように構成することによっ
て、赤外線吸収によって赤外線検出部７で発生した熱
が、中空部１ａを覆う熱絶縁膜２を介して基板１に伝達
されるので、赤外線検出部７から基板１へ熱が逃げにく
くなる。そのため、赤外線検出部７で吸収した赤外線の
エネルギーを赤外線検出部７の温度上昇に効率良く利用
することができ、赤外線検出部７に形成されたサーミス
タ３の抵抗値変化が大きくなるので素子の感度を向上さ
せることができる。The structure in which the thermal insulation film 2 is formed on the hollow portion 1a of the substrate 1 as described above is called a diaphragm structure. With this configuration, the heat generated in the infrared detecting section 7 due to the infrared absorption is transferred to the substrate 1 via the thermal insulating film 2 covering the hollow portion 1a, so that the heat from the infrared detecting section 7 to the substrate 1 is reduced. Is hard to escape. Therefore, the energy of the infrared rays absorbed by the infrared detecting section 7 can be efficiently used to raise the temperature of the infrared detecting section 7, and the resistance value change of the thermistor 3 formed in the infrared detecting section 7 becomes large. Can be improved.
【０００５】このダイアフラム構造を備えた赤外線検出
素子において、熱絶縁膜２の熱抵抗をR 、単位時間当た
りの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６の面積をS とすれば、赤外線検出部７の温度
上昇ΔT は、ΔT ＝RIS で表されることになる。ここ
で、熱抵抗R は、熱絶縁膜２の熱伝導率が小さいほど、
また、膜厚が薄いほど大きくなるので、熱伝導率の小さ
な、膜厚の薄い熱絶縁膜２を用いるほど、赤外線検出部
７の温度上昇が大きくなり、検出感度が向上することに
なる。In the infrared detecting element having this diaphragm structure, if the thermal resistance of the heat insulating film 2 is R, the energy of infrared rays incident on a unit area per unit time is I, and the area of the infrared absorbing film 6 is S, The temperature rise ΔT of the infrared detector 7 is represented by ΔT = RIS. Here, the thermal resistance R is as the thermal conductivity of the thermal insulation film 2 is smaller,
Further, the thinner the film thickness is, the larger the thermal insulation film 2 having a small thermal conductivity and the thin film thickness is, the larger the temperature rise of the infrared detecting section 7 becomes, and the detection sensitivity is improved.
【０００６】このようなダイアフラム構造の赤外線検出
素子を製造するには、シリコン等で構成された基板１上
に、酸化シリコン等で構成された熱絶縁膜２、及び、赤
外線検出部７の各薄膜層（サーミスタ３及び下部電極４
及び上部電極５）を形成した後、基板１の熱絶縁膜２を
形成した側とは反対側の面から基板１を選択エッチング
して、熱絶縁膜２まで達する中空部１ａを形成してい
た。In order to manufacture an infrared detecting element having such a diaphragm structure, a heat insulating film 2 made of silicon oxide or the like and each thin film of the infrared detecting portion 7 are formed on a substrate 1 made of silicon or the like. Layer (Thermistor 3 and lower electrode 4
And after forming the upper electrode 5), the substrate 1 was selectively etched from the surface of the substrate 1 opposite to the side on which the thermal insulating film 2 was formed to form the hollow portion 1a reaching the thermal insulating film 2. .
【０００７】このダイアフラム構造の赤外線検出素子
は、静止物体または静止人体から放射される微弱な赤外
線を検出することが可能であると共に、振動によって誤
動作を起こすことがなく、衝撃に強いという利点を有し
ている。また、中空部１ａ上の熱絶縁膜２上に、複数の
赤外線検出部７をマトリクス状に配置すれば、熱画像イ
メージセンサ等に応用することができる。ここでいう熱
画像イメージセンサとは、赤外線が入射した位置にある
赤外線検出部のみが温度上昇することにより、赤外線を
放射している物体または人体等の形状、配置、数量、温
度分布等を検出しようとするものである。また、製造面
では、半導体プロセス技術を利用することができるの
で、大量生産が可能で低コスト化を図ることができる。The infrared detecting element having the diaphragm structure has an advantage that it can detect weak infrared rays radiated from a stationary object or a stationary human body, does not cause a malfunction due to vibration, and is strong against impact. is doing. Further, by arranging a plurality of infrared detecting portions 7 in a matrix on the heat insulating film 2 on the hollow portion 1a, it can be applied to a thermal image sensor or the like. The thermal image sensor here means to detect the shape, arrangement, quantity, temperature distribution, etc. of the object or human body that is radiating infrared rays due to the temperature rise of only the infrared detecting section at the position where the infrared rays are incident. Is what you are trying to do. Further, in terms of manufacturing, since semiconductor process technology can be used, mass production is possible and cost reduction can be achieved.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中空部
１ａ上の熱絶縁膜２上に、赤外線検出部７を複数形成し
て、熱画像イメージセンサ等に用いる場合、赤外線検出
部７の大きさを一定とすると、必然的に中空部１ａの大
きさを大きくする必要があるため、赤外線検出部７の数
を増やせば増やすほど中空部１ａが大きくなり、中空部
１ａ上の熱絶縁膜２の部分が破壊し易くなるという問題
点があった。However, when a plurality of infrared detecting portions 7 are formed on the thermal insulating film 2 on the hollow portion 1a and are used for a thermal image sensor or the like, the size of the infrared detecting portion 7 is changed. If the number is constant, it is necessary to increase the size of the hollow portion 1a. Therefore, the larger the number of the infrared ray detecting portions 7 is, the larger the hollow portion 1a becomes, and the portion of the heat insulating film 2 on the hollow portion 1a. However, there is a problem that it becomes easy to destroy.
【０００９】また、特性面では、赤外線が入射して温度
上昇した赤外線検出部の熱が、隣接する赤外線の入射し
ていない赤外線検出部に伝わるという現象（以下、この
現象を熱のクロストークとする）が発生し、熱画像とし
て得られる像が本来の形状とはならずにぼやけたり、別
個の物体の像がつながって数量を正確に検出できないと
いう問題も生じていた。Further, in terms of characteristics, a phenomenon in which the heat of the infrared detecting section whose temperature has risen due to the incidence of infrared rays is transmitted to an adjacent infrared detecting section to which infrared rays have not entered (hereinafter, this phenomenon is referred to as heat crosstalk). There is also a problem that the image obtained as a thermal image does not have the original shape and is blurred, or the images of separate objects are connected and the quantity cannot be accurately detected.
【００１０】ところで、熱画像の解像度を上げるために
は、ダイアフラム構造上に形成する赤外線検出部の数を
増やせばよいが、素子のサイズにも制限があるので、数
を増やすに従い、個々の赤外線検出部７のサイズを小さ
くする必要がある。しかし、そうすれば、個々の赤外線
検出部７の温度上昇は小さくなってしまい、センサとし
ての検出感度が低下することになる。By the way, in order to increase the resolution of the thermal image, it is sufficient to increase the number of infrared detecting portions formed on the diaphragm structure. However, since the size of the element is limited, the individual infrared rays are increased as the number is increased. It is necessary to reduce the size of the detection unit 7. However, in that case, the temperature rise of each infrared detection unit 7 becomes small, and the detection sensitivity as a sensor decreases.
【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、赤外線検出部の面積の縮
小による感度低下を招かずに、中空部面積の増大に伴
う、熱絶縁膜の破壊を防止することができる赤外線検出
素子の構造を提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to increase the area of the hollow portion without reducing the sensitivity due to the reduction of the area of the infrared detecting portion and to increase the heat insulating film. Another object of the present invention is to provide a structure of an infrared detection element capable of preventing the destruction of the infrared rays.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の赤外線検出素子は、表面から裏面に
貫通する中空部を備えた基板と、その中空部の表面側開
口を覆ってその周辺部分が前記基板に支持された熱絶縁
膜とを備え、前記表面側開口の上方の前記熱絶縁膜上
に、薄膜抵抗体を用いた複数の赤外線検出部とを備えて
いる。 In order to achieve the above object, the infrared detecting element according to claim 1 has a substrate having a hollow portion penetrating from the front surface to the back surface and a front surface side opening of the hollow portion. and a peripheral portion thereof heat insulating film supported on the substrate, on the thermal insulation layer above the top-side opening, and a plurality of infrared detecting part using a thin film resistor
There is.
【００１３】このものは、前記熱絶縁膜は窒化シリコン
膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜の３層を積層した
ものからなり、前記熱絶縁膜上に、前記赤外線検出部の
それぞれに対応する位置に貫通孔をマトリクス状に形成
して前記基板と同じ厚さの補強用基板を補強部が前記赤
外線検出部を囲むように配置して接合したことを特徴と
するものである。In this case, the thermal insulation film is silicon nitride.
Film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film are laminated, and through holes are formed in a matrix on the thermal insulation film at positions corresponding to the respective infrared detecting portions.
Then, a reinforcing substrate having the same thickness as that of the substrate is arranged and joined so that the reinforcing portion surrounds the infrared detecting portion.
【００１４】請求項２記載の赤外線検出素子は、表面か
ら裏面に貫通する中空部を備えた基板と、その中空部の
表面側開口を覆ってその周辺部分が前記基板に支持され
る熱絶縁膜とを備え、前記表面側開口の上方の前記熱絶
縁膜上に、薄膜抵抗体を用いた赤外線検出部をマトリク
ス状に形成した赤外線検出素子において、前記熱絶縁膜
は窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜の
３層を積層したものからなり、前記熱絶縁膜上に、前記
赤外線検出部のそれぞれに対応する位置に前記赤外線検
出部を封止する凹部をマトリクス状に形成して前記基板
と同じ厚さの補強用基板を、、前記凹部の内部に対応す
る前記赤外線検出部が配置されるように伝導率の低いガ
ス雰囲気中で接合したことを特徴とする赤外線検出素
子。According to a second aspect of the present invention, there is provided an infrared detecting element comprising a substrate having a hollow portion penetrating from a front surface to a back surface, and a heat insulating film covering a front surface side opening of the hollow portion and having a peripheral portion supported by the substrate. In an infrared detection element having an infrared detection section using a thin film resistor formed in a matrix on the thermal insulation film above the front surface side opening, the thermal insulation film is a silicon nitride film or a silicon oxide film. , Of silicon nitride film
The substrate is formed by stacking three layers, and the recesses for sealing the infrared detecting portions are formed in a matrix on the thermal insulating film at positions corresponding to the infrared detecting portions.
An infrared detecting element, characterized in that a reinforcing substrate having the same thickness as in (1) is bonded in a gas atmosphere having a low conductivity so that the infrared detecting section corresponding to the inside of the recess is arranged.
【００１５】請求項３記載の赤外線検出素子は、表面か
ら裏面に貫通する中空部を備えた基板と、その中空部の
表面側開口を覆ってその周辺部分が前記基板に支持され
る熱絶縁膜とを備え、前記表面側開口の上方の前記熱絶
縁膜上に、薄膜抵抗体を用いた赤外線検出部をマトリク
ス状に形成した赤外線検出素子において、前記熱絶縁膜
は窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜の
３層を積層したものからなり、前記熱絶縁膜上に、前記
赤外線検出部のそれぞれに対応する位置に前記赤外線検
出部を封止する凹部をマトリクス状に形成して前記基板
と同じ厚さの補強用基板を、、前記凹部の内部に対応す
る前記赤外線検出部が配置されるように真空中で接合し
たことを特徴とするものである。According to another aspect of the infrared detecting element of the present invention, there is provided a substrate having a hollow portion penetrating from the front surface to the back surface, and a heat insulating film which covers a front side opening of the hollow portion and a peripheral portion of which is supported by the substrate. In an infrared detection element having an infrared detection section using a thin film resistor formed in a matrix on the thermal insulation film above the front surface side opening, the thermal insulation film is a silicon nitride film or a silicon oxide film. , Of silicon nitride film
The substrate is formed by stacking three layers, and the recesses for sealing the infrared detecting portions are formed in a matrix on the thermal insulating film at positions corresponding to the infrared detecting portions.
A reinforcing substrate having the same thickness as in (1) above is bonded in a vacuum so that the infrared detecting section corresponding to the inside of the recess is arranged.
【００１６】請求項４記載の赤外線検出素子は、表面に
基板側凹部を備えた基板と、その基板側凹部の開口を覆
ってその基板側凹部を真空封止する熱絶縁膜と、前記開
口の上方の前記熱絶縁膜上に、薄膜抵抗体を用いた赤外
線検出部をマトリクス状に形成した赤外線検出素子にお
いて、前記熱絶縁膜は窒化シリコン膜、酸化シリコン
膜、窒化シリコン膜の３層を積層したものからなり、前
記熱絶縁膜上に、前記赤外線検出部のそれぞれに対応す
る位置に前記赤外線検出部を封止する凹部をマトリクス
状に形成して前記基板と同じ厚さの補強用基板を、前記
凹部の内部に対応する前記赤外線検出部が配置されるよ
うに真空中で接合したことを特徴とするものである。An infrared detecting element according to a fourth aspect of the present invention is a substrate having a substrate-side recess on its surface, a heat insulating film for covering the opening of the substrate-side recess and vacuum-sealing the substrate-side recess, and the opening. In an infrared detecting element in which an infrared detecting section using a thin film resistor is formed in a matrix on the thermal insulating film above, the thermal insulating film is a silicon nitride film or a silicon oxide.
A laminate of three layers of a film and a silicon nitride film, and the recesses for sealing the infrared detecting portions are formed in a matrix on the thermal insulating film at positions corresponding to the infrared detecting portions. It is characterized in that a reinforcing substrate having the same thickness as that of the substrate is bonded in a vacuum so that the infrared detecting section corresponding to the inside of the recess is arranged.
【００１７】請求項５記載の赤外線検出素子は、請求項
２乃至請求項４記載の赤外線検出素子で、前記補強用基
板の、前記基板との接合面と反対側の面に、赤外線フィ
ルタを形成したことを特徴とするものである。The infrared detecting element according to claim 5 is
The infrared detecting element according to any one of claims 2 to 4 , wherein an infrared filter is formed on the surface of the reinforcing substrate opposite to the surface to be joined to the substrate.
【００１８】[0018]
【作用】請求項１記載の赤外線検出素子は、積層したも
のからなる熱絶縁膜上に、補強部を形成することによっ
て、熱絶縁膜の、基板に支持されていない部分（薄膜
体）を補強することができ、薄膜体が破壊するのを防止
することができる。The infrared detecting element according to claim 1 is laminated.
By forming the reinforcing portion on the heat insulating film consisting of, it is possible to reinforce the portion (thin film body) of the heat insulating film that is not supported by the substrate, and prevent the thin film body from breaking. You can
【００１９】また、補強用基板に、熱絶縁膜上の各赤外
線検出部に対応した貫通孔をマトリクス状に形成するこ
とによって、格子状の構造を補強用基板に形成し、各貫
通孔の内部に、対応する赤外線検出部が配置されるよう
に、熱絶縁膜を介して補強用基板を基板に接合したこと
を特徴とするものである。このように構成することによ
って、補強用基板の格子状の構造が、熱絶縁膜を支持す
る補強部となるので、熱絶縁膜が補強され、薄膜体の破
壊を防止することができる。 Further, the reinforcing substrate, by forming a through-hole corresponding to each infrared detector on the heat insulating film in a matrix to form a grid-like structure to the reinforcing substrate, the inside of the through holes In addition, the reinforcing substrate is bonded to the substrate via the heat insulating film so that the corresponding infrared detecting portion is arranged. With this structure, the lattice-shaped structure of the reinforcing substrate serves as a reinforcing portion that supports the heat insulating film, so that the heat insulating film is reinforced and the thin film body can be prevented from being broken.
【００２０】さらに、補強用基板を加工して形成した補
強部は、熱容量が非常に大きいので、ヒートシンクとし
ての機能も合わせ持っている。補強部（格子状の構造）
が各赤外線検出部を囲むように配置されるので、赤外線
の入射により温度上昇した赤外線検出部から、他の赤外
線の入射していない赤外線検出部に伝わる熱を補強部で
吸収することができるので、赤外線検出部間の熱のクロ
ストークを防止することもできる。 Further , since the reinforcing portion formed by processing the reinforcing substrate has a very large heat capacity, it also has a function as a heat sink. Reinforcement part (lattice structure)
Are arranged so as to surround each infrared detection section, so that the heat transmitted from the infrared detection section whose temperature has risen due to the incidence of infrared rays to the infrared detection section where no other infrared rays are incident can be absorbed by the reinforcement section. It is also possible to prevent heat crosstalk between the infrared detection units.
【００２１】請求項２記載の赤外線検出素子は、補強用
基板に、熱絶縁膜上の各赤外線検出部に対応した凹部を
マトリクス状に形成することによって、格子状の構造を
補強用基板に形成し、各凹部の内部に、対応する赤外線
検出部が配置されるように、熱絶縁膜を介して補強用基
板を基板に、熱伝導率の低いガス雰囲気中で接合したこ
とを特徴とするものである。このように構成することに
よって、補強用基板の格子状の構造が、熱絶縁膜を支持
する補強部となるので、熱絶縁膜が補強され、薄膜体の
破壊を防止することができる。In the infrared detecting device according to the second aspect of the present invention, the reinforcing substrate is provided with a grid-like structure by forming concave portions on the heat insulating film corresponding to the infrared detecting portions in a matrix form. Then, the reinforcing substrate is bonded to the substrate through a heat insulating film in a gas atmosphere having a low thermal conductivity so that the corresponding infrared detecting portion is arranged inside each recess. Is. With this structure, the lattice-shaped structure of the reinforcing substrate serves as a reinforcing portion that supports the heat insulating film, so that the heat insulating film is reinforced and the thin film body can be prevented from being broken.
【００２２】また、凹部の内部にキセノン等の熱伝導率
の低いガスを封入しているため、従来、赤外線の入射に
より赤外線検出部で発生した熱のうち、赤外線検出部の
上方の空間に存在する気体分子（空気）への熱伝導によ
り奪われていた熱を小さく抑えることができる。すなわ
ち、発生した熱を赤外線検出部の温度上昇に、より効率
よく用いることができ温度上昇を大きくすることができ
るので、センサ感度を向上させることができる。ここ
で、凹部に封入する気体は、キセノンだけに限らず、空
気よりも熱伝導率が低いものであれば同様の作用が期待
できる。なお、封入気体の熱伝導率は低ければ低いほど
よい。Further, since a gas having a low thermal conductivity such as xenon is enclosed in the recess, the heat generated in the infrared detecting section due to the incidence of infrared rays is present in the space above the infrared detecting section. The heat deprived by the heat conduction to the gas molecules (air) that are generated can be suppressed to be small. That is, the generated heat can be used more efficiently to raise the temperature of the infrared detecting section and the temperature rise can be increased, so that the sensor sensitivity can be improved. Here, the gas filled in the recess is not limited to xenon, and similar effects can be expected as long as the gas has a lower thermal conductivity than air. The lower the thermal conductivity of the enclosed gas, the better.
【００２３】請求項３記載の赤外線検出素子は、請求項
２記載の赤外線検出素子と同様の構造を備えたものであ
るが、凹部に熱伝導率の低いガスを封入するのではな
く、凹部の内部を真空に保持したことを特徴とするもの
である。このように構成することによって、赤外線検出
部の上方空間を経由して熱が奪われることがなくなるた
め、請求項２記載の赤外線検出素子よりも、さらに、セ
ンサ感度を向上させることができる。但し、凹部と、赤
外線検出部下方の中空部との間に圧力差が生じるため、
その圧力差により熱絶縁膜が破壊されることのないよ
う、補強が必要である。The infrared detector of claim 3, wherein the claim
Those having the same structure as the infrared detector 2 described, rather than encapsulating the low thermal conductivity gas in the recess, is characterized in that holding the inside of the recess in the vacuum. With this configuration, heat is not taken away via the space above the infrared detecting section, and therefore the sensor sensitivity can be further improved as compared with the infrared detecting element according to the second aspect . However, since there is a pressure difference between the recess and the hollow below the infrared detector,
Reinforcement is necessary so that the thermal insulation film is not destroyed by the pressure difference.
【００２４】請求項４記載の赤外線検出素子は、基板の
表面に基板側凹部を形成し、熱絶縁膜でその基板側凹部
を覆って基板側凹部の内部を真空封止し、請求項３記載
の補強用基板と同様の、凹部を形成した補強用基板を、
真空中で基板に接合したことを特徴とするものである。
このように構成することにより、請求項３記載の赤外線
検出素子よりも、さらに熱の伝導を抑えることができ、
センサ感度を向上させることができる。また、熱絶縁膜
の下方の基板側凹部と、熱絶縁膜の上方の凹部との間に
圧力差が生じないのでそのための補強が不要となる。The infrared detector of claim 4 wherein form a substrate-side recessed portions in the surface of the substrate, vacuum sealing the inside of the substrate-side recessed portions covering the substrate-side recessed portions in the heat insulating layer, according to claim 3, wherein Similar to the reinforcing substrate of, a reinforcing substrate with a recess is formed,
It is characterized by being bonded to a substrate in a vacuum.
With this configuration, it is possible to further suppress heat conduction as compared with the infrared detection element according to claim 3 .
The sensor sensitivity can be improved. Further, since there is no pressure difference between the substrate-side concave portion below the thermal insulating film and the concave portion above the thermal insulating film, reinforcement for that is not necessary.
【００２５】請求項５記載の赤外線検出素子は、請求項
２乃至請求項４記載の赤外線検出素子で、補強部用に加
工した補強用基板の、基板との接合面の反対側の面に赤
外線フィルタを形成したことを特徴とするものである。
このように構成することにより、検出させたい波長の赤
外線を、選択的に、赤外線検出部に入射させることがで
きる。ここで、補強用基板としてシリコン製の補強用基
板を用いれば、赤外線はシリコンを透過するので、赤外
線検出部への赤外線の入射が妨げられることがない。The infrared detecting element according to claim 5 is the following:
The infrared detection element according to any one of claims 2 to 4 , wherein an infrared filter is formed on the surface of the reinforcing substrate processed for the reinforcing portion, which is opposite to the surface to be joined to the substrate.
With this configuration, it is possible to selectively make the infrared rays of the wavelength to be detected enter the infrared detecting section. Here, when a reinforcing substrate made of silicon is used as the reinforcing substrate, infrared rays are transmitted through the silicon, so that the infrared rays are not prevented from entering the infrared detecting section.
【００２６】[0026]
【実施例】図１に基づいて参考例の赤外線検出素子の一
例について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図、（ｃ）は部分拡大断面図である。但し、詳細構造に
ついては適宜図示及び説明を省略する。図で、シリコン
等で構成された平面視略正方形状の基板１０の中央に
は、表面から裏面に貫通する中空部１１が形成されてお
り、その中空部１１の表面側開口１１ａを覆うように熱
絶縁膜１２が基板１０の表面に形成されている。熱絶縁
膜１２は、下層から窒化シリコン膜１２ａ、酸化シリコ
ン膜１２ｂ、窒化シリコン膜１２ｃの３層を積層したも
のである。中空部１１の上方に張られた熱絶縁膜１２上
には、赤外線を検出する平面視略正方形状の赤外線検出
部１３が、３個×３個のマトリクス状に形成されてお
り、隣接する赤外線検出部１３間の熱絶縁膜１２上に
は、酸化シリコン等で構成された梁状の補強部１４が格
子状に形成されている。EXAMPLE One example of an infrared detecting element of a reference example based on FIG.
An example will be described. (A) is a plan view, (b) is a sectional view, and (c) is a partially enlarged sectional view. However, illustration and description of the detailed structure are appropriately omitted. In the drawing, a hollow portion 11 penetrating from the front surface to the back surface is formed in the center of a substrate 10 made of silicon or the like and having a substantially square shape in a plan view, and the front surface side opening 11a of the hollow portion 11 is covered. The heat insulating film 12 is formed on the surface of the substrate 10. The thermal insulation film 12 is formed by laminating three layers of a silicon nitride film 12a, a silicon oxide film 12b, and a silicon nitride film 12c from the lower layer. On the thermal insulation film 12 stretched over the hollow portion 11, the infrared detecting portions 13 for detecting infrared rays, which are substantially square in a plan view, are formed in a matrix of 3 × 3, and adjacent infrared rays are formed. Beam-shaped reinforcing portions 14 made of silicon oxide or the like are formed in a grid pattern on the heat insulating film 12 between the detecting portions 13.
【００２７】次に、（ｃ）に基づいて赤外線検出部１３
について説明する。赤外線検出部１３には、アモルファ
スシリコン等で構成される平面視略正方形状の薄膜抵抗
体１５が形成されており、その上下面には、薄膜抵抗体
１５の抵抗値を検出し、外部回路に取り出すための、ク
ロム等で構成された一対の電極（下部電極１６、上部電
極１７）が薄膜抵抗体１５を挟むようにして形成されて
いる。このように、赤外線検出部１３を、薄膜抵抗体１
５を下部電極１６及び上部電極１７で挟んだサンドイッ
チ構造にすることによって薄膜抵抗体１５の体積を大き
くとることができノイズを低減することができる。ま
た、１８は下部電極１６に接続された電極端子、１９は
下部電極１６及び上部電極１７及び薄膜抵抗体１５上に
形成された、酸化シリコンなどで構成される赤外線検出
層である。Next, based on (c), the infrared detector 13
Will be described. The infrared detection unit 13 is formed with a thin film resistor 15 made of amorphous silicon or the like and having a substantially square shape in a plan view. The upper and lower surfaces of the thin film resistor 15 detect the resistance value of the thin film resistor 15 and are connected to an external circuit. A pair of electrodes (lower electrode 16 and upper electrode 17) made of chromium or the like for taking out are formed so as to sandwich the thin film resistor 15. In this way, the infrared detector 13 is connected to the thin film resistor 1
The sandwich structure in which 5 is sandwiched between the lower electrode 16 and the upper electrode 17 makes it possible to increase the volume of the thin film resistor 15 and reduce noise. 18 is an electrode terminal connected to the lower electrode 16, and 19 is an infrared detection layer formed on the lower electrode 16, the upper electrode 17 and the thin film resistor 15 and made of silicon oxide or the like.
【００２８】さらに、図１に示す赤外線検出素子の製造
方法の一実施例について説明する。製造方法は、色々な
ものが適用できるが、本実施例においては次のようなも
のとした。まず、シリコン単結晶の（１００）面を表面
に持つ厚さ 300μm の基板１０上に、プラズマＣＶＤ法
により、厚さ1000Åの窒化シリコン膜１２ａ、厚さ5000
Åの酸化シリコン膜１２ｂ、厚さ1000Åの窒化シリコン
膜１２ｃの３層からなる熱絶縁膜１２を形成した。この
時の成膜条件は、導入ガスとして、モノシラン及びアン
モニア、モノシラン及び一酸化二窒素を用い、基板温度
400℃及び 250℃、周波数 13.56MHz とした。また、基
板１０の裏面には、窒化シリコン膜（図示省略）を同様
に形成した。Further, an embodiment of a method of manufacturing the infrared detecting element shown in FIG. 1 will be described. Although various manufacturing methods can be applied, the following method is used in this embodiment. First, on a substrate 10 having a (100) plane of a silicon single crystal as a surface and a thickness of 300 μm, a silicon nitride film 12a having a thickness of 1000 Å and a thickness of 5000
A thermal insulating film 12 consisting of three layers of a Å silicon oxide film 12b and a 1000 Å thick silicon nitride film 12c was formed. The film formation conditions at this time are as follows: monosilane and ammonia, monosilane and dinitrogen monoxide are used as the introduction gas, and the substrate temperature is
The temperature was 400 ℃ and 250 ℃, and the frequency was 13.56MHz. Further, a silicon nitride film (not shown) was similarly formed on the back surface of the substrate 10.
【００２９】次に、その熱絶縁膜１２上に、下部電極１
６を形成するために、クロムを電子ビーム蒸着法によ
り、基板温度150 ℃で、厚さ 0.2μm 堆積した。その
後、一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて、下部
電極１６のパターンが平面視略正方形で、その一隅から
細線状の延長部を有するパターンとなるように、レジス
トをパターニングする。このレジストパターンをマスク
に用いて、硝酸セリウムアンモニウムを含むエッチング
液中にて、クロムの下部電極１６をパターンエッチング
する。エッチング後にレジストの除去を行えば、所望形
状の下部電極１６が得られる。なお、クロムには、適当
な不純物を添加しておくことによって、熱伝導率を小さ
くすることができ、素子の検出感度を向上させることが
できる。また、クロムの代わりに熱伝導率の小さなニッ
ケルクロムを用いることもできる。Next, the lower electrode 1 is formed on the heat insulating film 12.
To form No. 6, chromium was deposited by electron beam evaporation at a substrate temperature of 150 ° C. to a thickness of 0.2 μm. Then, using a general photolithography technique, the resist is patterned so that the pattern of the lower electrode 16 is substantially square in a plan view and has a fine line-shaped extension from one corner thereof. Using this resist pattern as a mask, the lower electrode 16 of chromium is pattern-etched in an etching solution containing cerium ammonium nitrate. If the resist is removed after etching, the lower electrode 16 having a desired shape can be obtained. By adding an appropriate impurity to chromium, the thermal conductivity can be reduced and the detection sensitivity of the element can be improved. Further, nickel chrome having a small thermal conductivity can be used instead of chrome.
【００３０】次に、アモルファスシリコンで薄膜抵抗体
１５を形成するために、モノシランを水素ガスを用い
て、プラズマＣＶＤ法により基板温度 270℃、真空度
0.9Torr、放電電力150Wで、 1μm 堆積した。その後、
一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて、薄膜抵抗
体１５のパターンが平面視略正方形になるようにレジス
トをパターニングする。このレジストパターンをマスク
に用いて、硝酸、酢酸、沸酸からなるエッチング液中に
て、アモルファスシリコンの薄膜抵抗体１５をパターン
エッチングする。エッチング後にレジストの除去を行え
ば、所望形状の薄膜抵抗体１５が得られる。Next, in order to form the thin film resistor 15 of amorphous silicon, the substrate temperature is 270 ° C. and the vacuum degree is monosilane by a plasma CVD method using hydrogen gas.
1 μm was deposited at 0.9 Torr and discharge power of 150 W. afterwards,
Using a general photolithography technique, the resist is patterned so that the pattern of the thin film resistor 15 becomes substantially square in plan view. Using this resist pattern as a mask, the thin film resistor 15 of amorphous silicon is pattern-etched in an etching solution containing nitric acid, acetic acid and hydrofluoric acid. If the resist is removed after etching, the thin film resistor 15 having a desired shape can be obtained.
【００３１】次に、下部電極１６と同様の工程により、
薄膜抵抗体１５上に、クロムで構成される上部電極１７
をパターン形成する。さらに、上部電極１７上に、赤外
線吸収層１９を形成すると共に、補強部１４を形成する
ために、酸化シリコン膜を、熱絶縁膜１２を形成する場
合と同様に、プラズマＣＶＤ法により堆積する。その
後、一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて、赤外
線吸収層１９の形状が平面視略正方形となるように、ま
た、補強部１４の形状が平面視略格子状となるように、
レジストをパターニングする。このレジストパターンを
マスクに用いて、沸酸、沸化アンモニウムからなるエッ
チング液中にて、酸化シリコンの赤外線吸収層１９及び
補強部１４をパターンエッチングする。エッチング後に
レジストの除去を行えば、所望形状の赤外線吸収層１９
及び補強部１４が得られる。Next, by the same process as the lower electrode 16,
An upper electrode 17 made of chromium is formed on the thin film resistor 15.
To form a pattern. Further, in order to form the infrared absorbing layer 19 and the reinforcing portion 14 on the upper electrode 17, a silicon oxide film is deposited by the plasma CVD method as in the case of forming the thermal insulating film 12 . After that, using a general photolithography technique, the shape of the infrared absorption layer 19 is made substantially square in a plan view, and the shape of the reinforcing portion 14 is made substantially grid-like in a plan view.
Pattern the resist. Using this resist pattern as a mask, the infrared absorbing layer 19 of silicon oxide and the reinforcing portion 14 are pattern-etched in an etching solution containing hydrofluoric acid and ammonium fluoride. If the resist is removed after etching, the infrared absorption layer 19 having a desired shape is obtained.
And the reinforcement part 14 is obtained.
【００３２】次に、アルミニウムを電子ビーム蒸着法に
より、基板温度 150℃で厚さ 1.5μm 堆積した。その
後、一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて、所望
の電極端子１８のパターンが得られるように、レジスト
をパターニングする。このレジストパターンをマスクに
用いて、燐酸、酢酸、硝酸からなるエッチング液中に
て、アルミニウムの電極端子１８をパターニングする。
エッチング後にレジストの除去を行えば、所望のパター
ンの電極端子１８が得られる。以上の工程により、熱絶
縁膜１２上に、赤外線検出部１３及び補強部１４が形成
される。Next, aluminum was deposited by electron beam evaporation at a substrate temperature of 150 ° C. to a thickness of 1.5 μm. After that, the resist is patterned by using a general photolithography technique so that a desired pattern of the electrode terminals 18 can be obtained. Using this resist pattern as a mask, the aluminum electrode terminals 18 are patterned in an etching solution containing phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid.
If the resist is removed after etching, the electrode terminals 18 having a desired pattern can be obtained. Through the above steps, the infrared detecting section 13 and the reinforcing section 14 are formed on the heat insulating film 12.
【００３３】次に、基板１０の、赤外線検出部１３を形
成した面（表面）とは逆の面（裏面）に形成した窒化シ
リコン（図示省略）の薄膜をパターニングするため、そ
の面上にフォトリソグラフィー技術により、レジストを
パターニングする。このレジストパターンをマスクに用
いて、中空部１１を形成する箇所の窒化シリコンの薄膜
を局所的にプラズマエッチング法によりエッチングす
る。この時のプラズマエッチング条件として、パワー20
0W、ガス圧400mTorr、導入ガスは四沸化炭素とした。そ
の後、レジストを除去した。Next, a thin film of silicon nitride (not shown) formed on the surface (rear surface) opposite to the surface (front surface) of the substrate 10 on which the infrared detection portion 13 is formed is patterned, so that a photo film is formed on the surface. The resist is patterned by the lithography technique. Using this resist pattern as a mask, the silicon nitride thin film in the portion where the hollow portion 11 is to be formed is locally etched by the plasma etching method. As the plasma etching conditions at this time, power 20
The gas pressure was 0 W, the gas pressure was 400 mTorr, and the introduced gas was carbon tetrafluoride. Then, the resist was removed.
【００３４】最後に、基板１０に中空部１１を形成する
ために、パターン形成された窒化シリコンの薄膜をマス
クとして、異方性エッチングにて、基板１０を、熱絶縁
膜１２に達するまでエッチングした。異方性エッチング
の条件は、エッチャントに水酸化カリウムを用い、エッ
チャント濃度40wt% 、液温80℃とした。なお、以下に説
明した製造方法によれば、補強部１４を赤外線吸収層１
９と同時に形成できるので、工程数を増やすことなく、
補強部１４を形成できるという利点がある。Finally, in order to form the hollow portion 11 in the substrate 10, the substrate 10 is etched by anisotropic etching using the patterned thin film of silicon nitride as a mask until the thermal insulating film 12 is reached. . As conditions for anisotropic etching, potassium hydroxide was used as the etchant, the etchant concentration was 40 wt%, and the liquid temperature was 80 ° C. In addition, according to the manufacturing method described below, the reinforcing portion 14 is provided in the infrared absorption layer 1
Since it can be formed at the same time as 9 without increasing the number of steps,
There is an advantage that the reinforcing portion 14 can be formed.
【００３５】図２に基づいて本発明の赤外線検出素子の
実施例について説明する。但し、図１に示した構成と同
等構成については同符号を付すこととする。基本的な構
造は、図１に示した赤外線検出素子と同様であるが、補
強部の構造が異なるものであり、補強部が、赤外線検出
素子を形成した基板とは別の補強用基板を加工して形成
されていることを特徴とするものである。図で、中空部
１１を形成した基板１０の表面には熱絶縁膜１２が形成
されており、中空部１１上の熱絶縁膜１２上には、赤外
線検出部１３がマトリクス状に形成されている。２０は
熱絶縁膜１２を介して基板１０に接合された補強用基板
で、各赤外線検出部１３に対応する貫通孔２１がマトリ
クス状に形成されている。各赤外線検出部１３は、対応
する貫通孔２１の内部に配置された状態となっている。
２２は補強部で、補強用基板２０に赤外線検出部１３に
対応した貫通孔２１を形成することによって、平面視略
格子状に形成されている。補強部２２により熱絶縁膜１
２を支持することができるので熱絶縁膜１２の破壊を防
止することができる。Based on FIG. 2, the infrared detecting element of the present invention will be described.
Examples will be described. However, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. The basic structure is the same as that of the infrared detecting element shown in FIG. 1, but the structure of the reinforcing portion is different, and the reinforcing portion processes a reinforcing substrate different from the substrate on which the infrared detecting element is formed. It is characterized in that it is formed. In the figure, a heat insulating film 12 is formed on the surface of the substrate 10 in which the hollow portion 11 is formed, and the infrared detecting portions 13 are formed in a matrix on the heat insulating film 12 on the hollow portion 11. . Reference numeral 20 denotes a reinforcing substrate joined to the substrate 10 via the heat insulating film 12, and through holes 21 corresponding to the infrared detecting portions 13 are formed in a matrix. Each infrared detecting section 13 is in a state of being arranged inside the corresponding through hole 21.
Reference numeral 22 denotes a reinforcing portion, which is formed in a substantially lattice shape in plan view by forming through holes 21 corresponding to the infrared detecting portion 13 in the reinforcing substrate 20. The heat insulating film 1 is reinforced by the reinforcing portion 22.
Since 2 can be supported, the thermal insulation film 12 can be prevented from being broken.
【００３６】図２に示した赤外線検出素子の製造方法の
一実施例について説明する。まず、図１に示した実施例
の場合と同様に、基板１０側で、熱絶縁膜１２及び赤外
線検出部１３の形成を行う。次に、図１に示した実施例
で、基板１０に中空部１１を形成したのと同様の方法
で、基板１０と同様のシリコン単結晶の（１００）面を
表面に有する、厚さ約 300μm の補強用基板２０を、異
方性エッチングして貫通孔２１をマトリクス状に形成し
て、平面視略格子状の補強部２２を形成する。An embodiment of a method of manufacturing the infrared detecting element shown in FIG. 2 will be described. First, as in the case of the embodiment shown in FIG. 1, the thermal insulating film 12 and the infrared detecting portion 13 are formed on the substrate 10 side. Next, in the embodiment shown in FIG. 1, the same method as that for forming the hollow portion 11 in the substrate 10 has a (100) plane of a silicon single crystal similar to that of the substrate 10 on the surface and a thickness of about 300 μm. The reinforcing substrate 20 is anisotropically etched to form the through holes 21 in a matrix shape, and the reinforcing portion 22 having a substantially lattice shape in plan view is formed.
【００３７】そして、補強用基板２０の貫通孔２１の内
部に、対応する赤外線検出部１３が配置されるように、
補強部２２を形成した補強用基板２０を基板１０上に重
ね合わせ、熱処理により直接接合する。最後に、基板１
０を、図１に示した実施例の場合と同様に、異方性エッ
チングして中空部１１を形成する。Then, the corresponding infrared detecting section 13 is arranged inside the through hole 21 of the reinforcing substrate 20,
The reinforcing substrate 20 having the reinforcing portion 22 formed thereon is superposed on the substrate 10 and directly bonded by heat treatment. Finally, substrate 1
Similarly to the case of the embodiment shown in FIG. 1, 0 is anisotropically etched to form the hollow portion 11.
【００３８】図３に基づいて本発明の赤外線検出素子の
異なる実施例について説明する。但し、図２に示した構
成と同等構成については同符号を付すこととする。基本
的な構造は、図２に示した赤外線検出素子と同様である
が、図３に示す赤外線検出素子は、赤外線検出部１３が
収納される空間を密閉した点で、図２に示した赤外線検
出素子と異なるものである。図で、中空部１１を形成し
た基板１０の表面には熱絶縁膜１２が形成されており、
中空部１１上の熱絶縁膜１２上には、赤外線検出部１３
がマトリクス状に形成されている。２３は熱絶縁膜１２
を介して基板１０に接合された補強用基板で、各赤外線
検出部１３に対応する凹部２４がマトリクス状に形成さ
れている。各赤外線検出部１３は、対応する凹部２４の
内部に封止された状態となっている。また、各凹部２４
の内部には、キセノン等の熱伝導率の低いガスが封入さ
れている。２５は補強部で、補強用基板２３に赤外線検
出部１３に対応した凹部２４を形成することによって、
平面視略格子状に形成されている。このように構成する
ことによって、補強部２５により熱絶縁膜１２を支持す
ることができるので熱絶縁膜１２の破壊を防止すること
ができる。また、凹部２４には熱伝導率の低いガスが封
入されているので、各赤外線検出部１３からその上方の
空間に逃げる熱の量を低減することができるので、赤外
線検出感度の向上が図れる。Based on FIG. 3, the infrared detecting element of the present invention
A different embodiment will be described. However, the same components as those shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. The basic structure is the same as that of the infrared detecting element shown in FIG. 2, but the infrared detecting element shown in FIG. 3 is the infrared ray detecting element shown in FIG. It is different from the detection element. In the figure, a heat insulating film 12 is formed on the surface of the substrate 10 in which the hollow portion 11 is formed,
On the heat insulating film 12 on the hollow portion 11, the infrared detecting portion 13
Are formed in a matrix. 23 is a heat insulating film 12
In the reinforcing substrate joined to the substrate 10 via the, the concave portions 24 corresponding to the respective infrared detecting portions 13 are formed in a matrix. Each infrared detector 13 is in a state of being sealed inside the corresponding recess 24. In addition, each recess 24
A gas having a low thermal conductivity such as xenon is enclosed inside the. Reference numeral 25 is a reinforcing portion, and by forming a concave portion 24 corresponding to the infrared detecting portion 13 on the reinforcing substrate 23,
It is formed in a substantially lattice shape in a plan view. With this configuration, the reinforcing portion 25 can support the thermal insulating film 12, and thus the thermal insulating film 12 can be prevented from being broken. Further, since the gas having a low thermal conductivity is filled in the recess 24, the amount of heat escaping from each infrared detecting section 13 to the space above it can be reduced, so that the infrared detecting sensitivity can be improved.
【００３９】次に、図３に示した赤外線検出素子の製造
方法の一実施例について説明する。製造方法は、図２に
示した実施例の場合と同様であるが、以下に示す点のみ
異なるものである。本実施例では、厚さ 300μm の補強
用基板２３の裏面から異方性エッチングを行う場合に、
補強用基板２３の厚み方向 280μm までとし、凹部２４
の底部の厚さが20μm となるようにした。そして、基板
１０と補強用基板２３との接合をキセノンガス雰囲気中
で行うことにより、補強用基板２３の凹部２４をキセノ
ンガスで封止する。なお、キセノンガスの封止圧は、基
板１０の中空部１１との圧力バランスを考慮して１気圧
とした。Next, an embodiment of a method of manufacturing the infrared detecting element shown in FIG. 3 will be described. The manufacturing method is the same as that of the embodiment shown in FIG. 2, except for the following points. In the present embodiment, when anisotropic etching is performed from the back surface of the reinforcing substrate 23 having a thickness of 300 μm,
The thickness direction of the reinforcing substrate 23 is up to 280 μm, and the recess 24
The thickness of the bottom of the was set to 20 μm. Then, by joining the substrate 10 and the reinforcing substrate 23 in a xenon gas atmosphere, the recess 24 of the reinforcing substrate 23 is sealed with xenon gas. The sealing pressure of the xenon gas was set to 1 atm in consideration of the pressure balance with the hollow portion 11 of the substrate 10.
【００４０】また、図３に示した赤外線検出素子で、凹
部２４を真空封止してもよい。この場合、基板１０と補
強用基板２３の接合を真空中で行うことにより、補強用
基板２３の凹部２４を真空に封止している。なお、この
ときの真空度は、10-3Torrとした。The recess 24 may be vacuum-sealed with the infrared detecting element shown in FIG. In this case, the recesses 24 of the reinforcing substrate 23 are sealed in vacuum by joining the substrate 10 and the reinforcing substrate 23 in vacuum. The degree of vacuum at this time was 10 −3 Torr.
【００４１】図４に基づいて本発明の赤外線検出素子の
さらに異なる実施例について説明する。（ａ）は赤外線
検出素子の製造過程を説明するための断面図、（ｂ）は
赤外線検出素子の完成した状態を示す断面図である。但
し、図３に示した構成と同等構成については同符号を付
すこととする。（ｂ）に示すように、基本的な構造は、
図３に示した実施例と同様である。図３に示した赤外線
検出素子では、熱絶縁膜１２の下方には、基板１０を貫
通する中空部１１が形成されていたが、図４に示す赤外
線検出素子は、熱絶縁膜１２の、基板１０に支持されて
いない部分の下方に、真空封止した基板側凹部２６を形
成したことを特徴とするものである。このように構成す
ることによって、図３に示した赤外線検出素子よりも、
さらに熱の伝導を抑えることができ、センサ感度を向上
させることができる。また、熱絶縁膜１２の下方の基板
側凹部２６と、熱絶縁膜１２の上方の、補強用基板２３
の裏面に形成した凹部２４との間に圧力差が生じないの
で、そのための熱絶縁膜１２の補強が不要となる。A different embodiment of the infrared detecting element of the present invention will be described with reference to FIG. (A) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of an infrared detection element, (b) is sectional drawing which shows the completed state of an infrared detection element. However, the same components as those shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals. As shown in (b), the basic structure is
This is similar to the embodiment shown in FIG. In the infrared detection element shown in FIG. 3, the hollow portion 11 penetrating the substrate 10 was formed below the thermal insulation film 12, but the infrared detection element shown in FIG. A substrate-side recess 26 that is vacuum-sealed is formed below the portion that is not supported by 10. With this configuration, the infrared detecting element shown in FIG.
Further, heat conduction can be suppressed and the sensor sensitivity can be improved. Further, the substrate-side concave portion 26 below the heat insulating film 12 and the reinforcing substrate 23 above the heat insulating film 12.
Since there is no pressure difference between the concave portion 24 formed on the back surface of the thermal insulating film 12 and the concave portion 24, it is not necessary to reinforce the thermal insulating film 12 for that purpose.
【００４２】図４に示した赤外線検出素子の製造方法の
一実施例について説明する。製造方法は、図３に示した
実施例と同様であるが、以下に説明する点が異なる。本
実施例においては、図４（ａ）に示すように、基板１０
上に、熱絶縁膜１２を形成する前に、多結晶シリコン等
で構成された犠牲層２７を熱ＣＶＤ法により形成した。
導入ガスとして、ジクロロシラン及び水素を用い、基板
温度1050℃で 2μm の多結晶シリコンを堆積させた。そ
の後、一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて、基
板側凹部２６を形成する箇所に犠牲層２７のパターンが
得られるように、レジストをパターニングする。このレ
ジストパターンをマスクに用いて、硝酸、酢酸、沸酸か
らなるエッチング液中にて、多結晶シリコンの犠牲層２
７をパターンエッチングする。エッチング後にレジスト
の除去を行えば所望形状の犠牲層２７が得られる。An embodiment of a method of manufacturing the infrared detecting element shown in FIG. 4 will be described. The manufacturing method is the same as that of the embodiment shown in FIG. 3, except for the points described below. In this embodiment, as shown in FIG.
Before forming the thermal insulating film 12, a sacrificial layer 27 made of polycrystalline silicon or the like was formed thereon by a thermal CVD method.
2 μm of polycrystalline silicon was deposited at a substrate temperature of 1050 ° C. by using dichlorosilane and hydrogen as an introduction gas. After that, the resist is patterned by using a general photolithography technique so that the pattern of the sacrificial layer 27 can be obtained at the position where the substrate-side recess 26 is formed. Using this resist pattern as a mask, the sacrificial layer 2 of polycrystalline silicon is formed in an etching solution containing nitric acid, acetic acid, and hydrofluoric acid.
7 is pattern-etched. If the resist is removed after etching, the sacrificial layer 27 having a desired shape can be obtained.
【００４３】その後、赤外線検出部１３を形成した後、
熱絶縁膜１２の２か所にエッチングホール２８を形成す
るために、犠牲層２７の周縁部上の所定箇所の熱絶縁膜
１２を局所的にプラズマエッチング法によりエッチング
除去する。続いてレジストを除去し、所望のエッチング
ホール２８を形成した。また、補強用基板２３には、赤
外線検出部１３に対応した凹部２４とは別に、基板１０
に接合された状態でエッチングホール２８の上方に配置
される貫通孔２９を形成しておき、基板１０と真空（10
-3Torr）中で接合した。Then, after forming the infrared detecting portion 13,
In order to form the etching holes 28 at two locations on the thermal insulation film 12, the thermal insulation film 12 at predetermined locations on the peripheral portion of the sacrificial layer 27 is locally removed by plasma etching. Then, the resist was removed and desired etching holes 28 were formed. In addition to the concave portion 24 corresponding to the infrared detection unit 13, the reinforcing substrate 23 is provided on the substrate 10
A through hole 29 is formed above the etching hole 28 in a state of being bonded to the substrate 10, and the substrate 10 and the vacuum (10
-3 Torr).
【００４４】次に、補強用基板２３の上面側から異方性
エッチングのためのエッチャントを導入し、犠牲層２７
及び基板１０をエッチング除去し、基板側凹部２６を形
成した。なお、異方性エッチングの条件は、図１に示し
た実施例の場合と同様にした。次に、エッチングホール
２８を塞ぐために、熱ＣＶＤ法により、減圧下（10-3To
rr）で酸化シリコン膜を堆積した。ここで、基板側凹部
２６は真空（10-3Torr）に封止されたことになる。最後
に、エッチングホール２８上にのみ酸化シリコン膜３０
が残るように、酸化シリコン膜をパターンエッチングし
た。Next, an etchant for anisotropic etching is introduced from the upper surface side of the reinforcing substrate 23 to remove the sacrificial layer 27.
Then, the substrate 10 was removed by etching to form the substrate-side recess 26. The anisotropic etching conditions were the same as in the case of the embodiment shown in FIG. Next, in order to close the etching hole 28, a reduced pressure (10 −3 To
rr) to deposit a silicon oxide film. Here, the substrate-side recess 26 is sealed in vacuum (10 −3 Torr). Finally, the silicon oxide film 30 is formed only on the etching hole 28.
The silicon oxide film was pattern-etched so as to leave.
【００４５】図５に基づいて本発明の赤外線検出素子の
さらに異なる実施例について説明する。図５に示す赤外
線検出素子は、図３に示した赤外線検出素子に、赤外線
フィルタを付加したものである。図３に示した構成と同
等構成については同符号を付すこととし詳細な説明を省
略する。３１が補強用基板３０の上面に形成された赤外
線フィルタである。この赤外線フィルタ３３は、図４及
び図５に示した赤外線検出素子に設けてもよい。A further different embodiment of the infrared detecting element of the present invention will be described with reference to FIG. The infrared detecting element shown in FIG. 5 is obtained by adding an infrared filter to the infrared detecting element shown in FIG. The same components as those shown in FIG. 3 will be assigned the same reference numerals and detailed explanations thereof will be omitted. Reference numeral 31 is an infrared filter formed on the upper surface of the reinforcing substrate 30. The infrared filter 33 may be provided in the infrared detecting element shown in FIGS. 4 and 5.
【００４６】次に、図５に示した赤外線検出素子の製造
方法の一実施例について説明する。まず、基板１０上
に、熱絶縁膜１２、赤外線検出部１３を形成しておく。
一方、補強用基板２３上に、赤外線フィルタ３１を形成
するために、電子ビーム蒸着法により、基板温度 200℃
で、硫化亜鉛膜2000Å、硫化鉛膜2000Åを交互に各10層
ずつ連続成膜した後、所定形状にパターンエッチングし
て、赤外線フィルタ３１を形成する。その後、補強用基
板２３の裏面に、凹部２４を形成し、最後に、基板１０
と補強用基板２３をキセノン雰囲気中で接合した。な
お、その他の形成条件及び接合条件は、図３に示した実
施例の場合と同様とした。Next, an embodiment of a method of manufacturing the infrared detecting element shown in FIG. 5 will be described. First, the heat insulating film 12 and the infrared detecting section 13 are formed on the substrate 10.
On the other hand, in order to form the infrared filter 31 on the reinforcing substrate 23, the substrate temperature is 200 ° C. by the electron beam evaporation method.
Then, the zinc sulfide film 2000 Å and the lead sulfide film 2000 Å are alternately formed in layers of 10 layers each, and then pattern-etched into a predetermined shape to form the infrared filter 31. After that, the recess 24 is formed on the back surface of the reinforcing substrate 23, and finally, the substrate 10 is formed.
And the reinforcing substrate 23 were bonded in a xenon atmosphere. The other forming conditions and joining conditions were the same as in the embodiment shown in FIG.
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項５記載の赤外線検出素子によれば、熱絶縁膜上に、
補強部を形成することによって、熱絶縁膜の破壊を防止
し、製造歩留りを向上させることができる。また、熱絶
縁膜の破壊が発生しにくくなるので、熱絶縁膜の厚みを
さらに薄くして、赤外線検出素子の検出感度を向上させ
たり、熱絶縁膜を大きくして、より多くの赤外線検出部
を形成し、熱画像の解像度を向上させることもできる。As described above, according to the infrared detecting elements of the first to fifth aspects, on the heat insulating film,
By forming the reinforcing portion, it is possible to prevent the thermal insulating film from being destroyed and improve the manufacturing yield. Moreover, since the thermal insulation film is less likely to be destroyed, the thickness of the thermal insulation film can be further reduced to improve the detection sensitivity of the infrared detection element, or the thermal insulation film can be increased to increase the number of infrared detection units. Can be formed to improve the resolution of the thermal image.
【００４８】請求項１乃至請求項４記載の赤外線検出素
子によれば、補強部は補強用基板を加工して形成してお
り、補強部の熱容量が非常に大きいため、補強部はヒー
トシンクとしても機能するので、赤外線検出部間の熱の
クロストークを防ぎ、熱画像のぼやけを抑えて、像をよ
り鮮明にすることができる。According to the infrared detecting element of any one of claims 1 to 4 , the reinforcing portion is formed by processing the reinforcing substrate, and since the reinforcing portion has a very large heat capacity, the reinforcing portion also serves as a heat sink. Since it functions, it is possible to prevent heat crosstalk between the infrared detection units, suppress blurring of the thermal image, and make the image clearer.
【００４９】請求項２記載の赤外線検出素子によれば、
赤外線検出部を、キセノン等の熱伝導の小さいガス雰囲
気中に封止しているので、大気中に比べて、赤外線検出
部から気体中への熱の逃げを小さく抑え、赤外線検出素
子の検出感度を向上させることができる。According to the infrared detecting element of claim 2 ,
The infrared detector is sealed in a gas atmosphere with low thermal conductivity such as xenon, so the heat escape from the infrared detector to the gas is suppressed compared to the atmosphere, and the detection sensitivity of the infrared detector is low. Can be improved.
【００５０】請求項３記載の赤外線検出素子によれば、
赤外線検出部を真空中に封止しているので、大気中及び
キセノン雰囲気中に比べて、より赤外線検出部から気体
中への熱の逃げを小さく抑えることができ、赤外線検出
素子の検出感度を向上させることができる。According to the infrared detecting element of claim 3 ,
Since the infrared detector is sealed in a vacuum, the heat escape from the infrared detector to the gas can be suppressed to a smaller extent than in the atmosphere and xenon atmosphere, and the detection sensitivity of the infrared detector is improved. Can be improved.
【００５１】請求項４記載の赤外線検出素子によれば、
赤外線検出部が収納される凹部だけでなく、赤外線検出
部下方の空間も真空中に封止しているので、赤外線検出
素子の検出感度をより向上させることができると共に、
熱絶縁膜の上方空間と熱絶縁膜の下方空間との気圧の差
を非常に小さくすることができるので、熱絶縁膜の破壊
率が小さく抑えられ、製造歩留りを向上させることがで
きる。また、これにより、補強部によって行わなければ
いけない補強の度合いが少なくて済むので、補強部の、
熱絶縁膜への接触部を小さくすることができ、赤外線検
出部間の間隔を小さくできるので、素子の小型化または
画素数の増大を図ることができる。According to the infrared detecting element of claim 4 ,
Since not only the concave portion in which the infrared detection unit is stored, but also the space below the infrared detection unit is sealed in a vacuum, it is possible to further improve the detection sensitivity of the infrared detection element,
Since the difference in atmospheric pressure between the space above the heat insulating film and the space below the heat insulating film can be made extremely small, the destruction rate of the heat insulating film can be suppressed to a small level, and the manufacturing yield can be improved. In addition, this reduces the degree of reinforcement that must be performed by the reinforcement section, so
Since the contact portion with the heat insulating film can be reduced and the distance between the infrared detecting portions can be reduced, the element can be downsized or the number of pixels can be increased.
【００５２】請求項５記載の赤外線検出素子によれば、
赤外線検出素子に直接、赤外線フィルタを形成している
ので、実装時に、赤外線フィルタを新たに形成する必要
がなく、製造コストの低減及び実装パッケージの小型化
が可能となる。According to the infrared detecting element of claim 5 ,
Since the infrared filter is directly formed on the infrared detection element, it is not necessary to newly form the infrared filter at the time of mounting, and the manufacturing cost can be reduced and the mounting package can be downsized.
【図１】参考例の赤外線検出素子の一例を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は部分拡大断
面図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of an infrared detection element of a reference example ,
(A) is a plan view, (b) is a sectional view, and (c) is a partially enlarged sectional view.
【図２】本発明の赤外線検出素子の実施例を示す断面図
である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of an infrared detection element of the present invention.
【図３】本発明の赤外線検出素子の異なる実施例を示す
断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the infrared detecting element of the present invention.
【図４】本発明の赤外線検出素子のさらに異なる実施例
を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a further different embodiment of the infrared detecting element of the present invention.
【図５】本発明の赤外線検出素子のさらに異なる実施例
を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing still another embodiment of the infrared detecting element of the present invention.
【図６】従来の赤外線検出素子の一実施例を示す図で、
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional infrared detection element,
(A) is sectional drawing, (b) is a top view.
１０ 基板 １１ 中空部 １１ａ 表面側開口 １２ 熱絶縁膜 １３ 赤外線検出部 １４，２２，２５ 補強部 １５ 薄膜抵抗体 ２０，２３ 補強用基板 ２１ 貫通孔 ２４ 凹部 ２６ 基板側凹部 ３１ 赤外線フィルタ 10 substrates 11 Hollow part 11a Front side opening 12 Thermal insulation film 13 Infrared detector 14,22,25 Reinforcement part 15 Thin film resistor 20,23 Reinforcing board 21 through holes 24 recess 26 Substrate side recess 31 infrared filter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−158583（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−162683（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−164604（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74818（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74820（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−186082（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−241889（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−128141（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−66934（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/02 G01J 1/42 G01J 5/02 G01J 5/12 - 5/16 G01J 5/20 - 5/26 G01V 8/12 H01L 27/14 H01L 37/00 - 37/02 H04N 5/30 - 5/335 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-158583 (JP, A) JP-A-4-162683 (JP, A) JP-A-5-164604 (JP, A) JP-A-6- 74818 (JP, A) JP 6-74820 (JP, A) JP 6-186082 (JP, A) JP 6-241889 (JP, A) JP 7-128141 (JP, A) JP-A-61-66934 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01J 1/02 G01J 1/42 G01J 5/02 G01J 5/12-5/16 G01J 5 / 20-5/26 G01V 8/12 H01L 27/14 H01L 37/00-37/02 H04N 5/30-5/335
Claims (5)
基板と、その中空部の表面側開口を覆ってその周辺部分
が前記基板に支持された熱絶縁膜とを備え、前記表面側
開口の上方の前記熱絶縁膜上に、薄膜抵抗体を用いた赤
外線検出部をマトリクス状に形成した赤外線検出素子に
おいて、前記熱絶縁膜は窒化シリコン膜、酸化シリコン
膜、窒化シリコン膜の３層を積層したものからなり、前
記熱絶縁膜上に、前記赤外線検出部のそれぞれに対応す
る位置に貫通孔をマトリクス状に形成して前記基板と同
じ厚さの補強用基板を補強部が前記赤外線検出部を囲む
ように配置して接合したことを特徴とする赤外線検出素
子。1. A substrate having a hollow portion penetrating from a front surface to a back surface, and a heat insulating film covering a front surface side opening of the hollow portion and having a peripheral portion supported by the substrate, the front surface side opening. In the infrared detection element in which the infrared detection part using a thin film resistor is formed in a matrix on the thermal insulation film above the thermal insulation film, the thermal insulation film is a silicon nitride film or a silicon oxide film.
Film and a silicon nitride film are laminated, and through holes are formed in a matrix on the thermal insulating film at positions corresponding to the respective infrared detecting portions, and the same as the substrate.
An infrared detecting element, characterized in that a reinforcing substrate having the same thickness is arranged and joined so that the reinforcing portion surrounds the infrared detecting portion.
基板と、その中空部の表面側開口を覆ってその周辺部分
が前記基板に支持される熱絶縁膜とを備え、前記表面側
開口の上方の前記熱絶縁膜上に、薄膜抵抗体を用いた赤
外線検出部をマトリクス状に形成した赤外線検出素子に
おいて、前記熱絶縁膜は窒化シリコン膜、酸化シリコン
膜、窒化シリコン膜の３層を積層したものからなり、前
記熱絶縁膜上に、前記赤外線検出部のそれぞれに対応す
る位置に前記赤外線検出部を封止する凹部をマトリクス
状に形成して前記基板と同じ厚さの補強用基板を、前記
凹部の内部に対応する前記赤外線検出部が配置されるよ
うに熱伝導率の低いガス雰囲気中で接合したことを特徴
とする赤外線検出素子。2. A front surface side opening comprising: a substrate having a hollow portion penetrating from the front surface to the back surface; and a heat insulating film covering a front surface side opening of the hollow portion and having a peripheral portion supported by the substrate. In the infrared detection element in which the infrared detection part using a thin film resistor is formed in a matrix on the thermal insulation film above the thermal insulation film, the thermal insulation film is a silicon nitride film or a silicon oxide film.
A laminate of three layers of a film and a silicon nitride film, and the recesses for sealing the infrared detecting portions are formed in a matrix on the thermal insulating film at positions corresponding to the infrared detecting portions. An infrared detecting element, wherein a reinforcing substrate having the same thickness as that of the substrate is bonded in a gas atmosphere having a low thermal conductivity so that the infrared detecting portion corresponding to the inside of the recess is arranged.
基板と、その中空部の表面側開口を覆ってその周辺部分
が前記基板に支持される熱絶縁膜とを備え、前記表面側
開口の上方の前記熱絶縁膜上に、薄膜抵抗体を用いた赤
外線検出部をマトリクス状に形成した赤外線検出素子に
おいて、前記熱絶縁膜は窒化シリコン膜、酸化シリコン
膜、窒化シリコン膜の３層を積層したものからなり、前
記熱絶縁膜上に、前記赤外線検出部のそれぞれに対応す
る位置に前記赤外線検出部を封止する凹部をマトリクス
状に形成して前記基板と同じ厚さの補強用基板を、前記
凹部の内部に対応する前記赤外線検出部が配置されるよ
うに真空中で接合したことを特徴とする赤外線検出素
子。3. A front surface side opening comprising: a substrate having a hollow portion penetrating from the front surface to the back surface; and a heat insulating film covering a front surface side opening of the hollow portion and having a peripheral portion supported by the substrate. In the infrared detection element in which the infrared detection part using a thin film resistor is formed in a matrix on the thermal insulation film above the thermal insulation film, the thermal insulation film is a silicon nitride film or a silicon oxide film.
A laminate of three layers of a film and a silicon nitride film, and the recesses for sealing the infrared detecting portions are formed in a matrix on the thermal insulating film at positions corresponding to the infrared detecting portions. An infrared detecting element, wherein a reinforcing substrate having the same thickness as that of the substrate is bonded in a vacuum so that the infrared detecting portion corresponding to the inside of the recess is arranged.
基板側凹部の開口を覆ってその基板側凹部を真空封止す
る熱絶縁膜と、前記開口の上方の前記熱絶縁膜上に、薄
膜抵抗体を用いた赤外線検出部をマトリクス状に形成し
た赤外線検出素子において、前記熱絶縁膜は窒化シリコ
ン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜の３層を積層し
たものからなり、前記熱絶縁膜上に、前記赤外線検出部
のそれぞれに対応する位置に前記赤外線検出部を封止す
る凹部をマトリクス状に形成して前記基板と同じ厚さの
補強用基板を、前記凹部の内部に対応する前記赤外線検
出部が配置されるように真空中で接合したことを特徴と
する赤外線検出素子。4. A substrate having a substrate-side recess on its surface, a heat insulating film that covers the opening of the substrate-side recess and vacuum-seals the substrate-side recess, and a heat insulating film above the opening. In an infrared detecting element in which an infrared detecting section using a thin film resistor is formed in a matrix, the thermal insulating film is silicon nitride.
Which is formed by stacking three layers of a silicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film, and has a matrix of concave portions for sealing the infrared detecting portions on the thermal insulating film at positions corresponding to the infrared detecting portions. Infrared detecting element characterized in that a reinforcing substrate having the same thickness as that of the substrate is joined in a vacuum so that the infrared detecting unit corresponding to the inside of the recess is arranged. .
と反対側の面に、赤外線フィルタを形成したことを特徴
とする請求項２乃至請求項４記載の赤外線検出素子。5. The infrared detecting element according to claim 2, wherein an infrared filter is formed on a surface of the reinforcing substrate opposite to a surface to be joined to the substrate.
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP16436395A JP3463418B2 (en) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | Infrared detector |
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