JP3594923B2

JP3594923B2 - サーモパイル式赤外線センサの製造方法

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Publication number: JP3594923B2
Application number: JP2001341066A
Authority: JP
Inventors: 貴彦吉田; 康利鈴木; 稲男豊田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2021-11-06
Also published as: JP2003101083A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発熱体が発する赤外線を検出するサーモパイル式赤外線センサの製造方法に係り、詳しくは、赤外線を吸収する赤外線吸収膜を有するサーモパイル式赤外線センサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線センサにおいて、赤外線を吸収し、熱に変換する機能材料である赤外線吸収膜材料には、赤外線吸収率の高い金黒（金の超微粒子）膜やカーボン膜が用いられることが多い。金黒においては、従来技術として、例えば特公昭５５−１７１０４号公報などがある。これは、真空蒸着装置を用いて０．１Ｔｏｒｒのアルゴンガス中で金を蒸発させて基板上に蒸着し、さらにアルゴンガスの圧力を１Ｔｏｒｒとして再度金を蒸着させて赤外線吸収膜を作製するものである。
【０００３】
また、カーボン膜については、特開平６−１０９５３５号公報等でその作製方法が述べられている。これは、赤外線吸収膜の作製に真空グロー放電法を用い、炭化水素（メタン、エチレン、アセチレン等）を分解して赤外線吸収率の高いカーボン膜を作製するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の技術に示した金黒膜は密着力が弱いという欠点があり、そのため密着力の向上方法が検討されている。上記特公昭５５−１７１０４号公報において、金黒膜の蒸着を２度に分けて行っているのは密着力を向上させるためであり、更に他の手段としては、特公昭５７−２９６８３号公報等において基板上にカーボン微粒子液をスプレー塗布し、カーボンからなる下地層を作製後、金黒膜を真空蒸着する２重層構造の赤外線吸収膜の製造方法が提案されている。これらの手段によって赤外線吸収膜の密着性は向上するが、長期耐久性に対する信頼性は充分とは言い難く、また、製造方法が複雑となるため製造コストが増加するという課題がある。
【０００５】
また、上記金黒膜の作製や、特開平６−１０９５３５号公報のグロー放電によるカーボン膜の作製には、蒸着機やグロー放電装置等の真空薄膜作製装置を用い、作製した金黒膜やカーボン膜を必要な赤外線吸収膜サイズにするためには、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングするため、露光機やドライエッチング装置等の高価な製造装置が必要となり、多額な設備投資が必要となり製造コストが増加する。
【０００６】
さらには、特開平６−１０９５３５号公報においては、カーボンを主材料とする赤外線吸収膜を作製した後に、基板裏面側（赤外線吸収膜の形成面とは反対側の面）を、熱容量を小さくするためにダイアフラム構造に加工するが、このとき前工程で作製されている赤外線吸収膜に含まれるカーボンによる工程汚染が懸念される。
【０００７】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、低コストで容易に作製することができるサーモパイル式赤外線センサの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体基板の主表面側に異種材料の膜を形成する第１工程と、半導体基板の裏面側からエッチングを行って貫通孔または凹部を形成する第２工程と、半導体基板の主表面側に赤外線吸収膜をスクリーン印刷により形成する第３工程とを備え、スクリーン印刷の際に半導体基板が受ける圧力を０．２５ＭＰａ以下にしたことを特徴としている。
【０００９】
よって、赤外線吸収膜を形成する前に半導体基板に対しエッチングを行って貫通孔または凹部を形成することとなる。これは、赤外線吸収膜を形成した後に半導体基板に対しエッチングを行って貫通孔または凹部を形成する方式に比べ次のような効果を奏する。赤外線吸収膜の形成後にエッチングを行う方式においては、エッチングの際に、少なくとも赤外線吸収膜を覆う保護膜を配した状態でエッチングを行うとともに、エッチングが終了した後に保護膜を除去することとなる。この場合、保護膜を除去する際に、赤外線吸収膜の密着性が悪いと赤外線吸収膜が剥がれてしまう。これに対し本発明においては、赤外線吸収膜を形成する前にエッチングを行うことにより赤外線吸収膜が剥がれる問題は生じなく、剥がれ対策のために工程が複雑化することなく低コスト化を図ることができる。
【００１０】
また、第１工程（異種材料膜の形成工程）と第２工程（基板エッチング工程）はクリーンルーム内で行われ、第３工程（スクリーン印刷による赤外線吸収膜形成工程）はクリーンルームの外で行われる。これは、異種材料膜の形成工程と赤外線吸収膜形成工程と基板エッチング工程とをクリーンルーム内で行う方式に比べ次のような効果を奏する。異種材料膜形成・赤外線吸収膜形成・基板エッチングの各工程をクリーンルーム内で行う方式においては、赤外線吸収膜形成の際にクリーンルームの内部環境を汚染することがある。これに対し本発明においては、異種材料膜の形成と基板エッチングがクリーンルーム内で行われた後に赤外線吸収膜形成が行われ、この赤外線吸収膜形成工程にはスクリーン印刷法が用いられクリーンルームの外で行われるので、クリーンルームの内部環境が汚染（工程汚染）されることもなく容易に製造することができる。
【００１１】
また、製造装置としてスクリーン印刷機を使用することにより、スクリーン印刷では、赤外線吸収膜の形状パターンは印刷スクリーンに形成されているため、印刷と同時に赤外線吸収膜のパターニングも実施されることになり、真空蒸着法などを用いた場合に必要となるフォトリソグラフィ法などのパターニング工程やそれに用いる装置が不要となる。それ故、スクリーン印刷機は真空蒸着機等の真空薄膜装置と比較して装置が安いために、設備投資も小額となりコストダウンを図ることができる。
【００１２】
特に、請求項１に記載のように、スクリーン印刷の際に半導体基板が受ける圧力を０．２５ＭＰａ以下にすると、基板エッチングを行うことにより強度が低下した場合のスクリーン印刷として好ましいものとなる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のサーモパイル式赤外線センサの製造方法において赤外線吸収膜の材料がカーボンペーストであることを特徴としている。また、請求項２に記載の発明は、半導体基板の主表面側に異種材料の膜を形成する第１工程と、半導体基板の裏面側からエッチングを行って貫通孔または凹部を形成する第２工程と、半導体基板の主表面側に赤外線吸収膜をスクリーン印刷により形成する第３工程とを備え、赤外線吸収膜の材料がカーボンペーストであることを特徴としている。これら各発明のように、赤外線吸収膜の材料がカーボンペーストであると、赤外線吸収膜形成をクリーンルーム内で行う方式においてはクリーンルームの内部環境の汚染が激しい。これに対し、請求項１〜３に記載の発明においては、上述したように異種材料膜の形成と基板エッチングがクリーンルーム内で行われた後にクリーンルームの外で赤外線吸収膜の形成が行われるので、クリーンルーム内部環境の汚染対策が不要になるという効果がより顕著になる。
【００１４】
特に、請求項４に記載のように、スクリーン印刷で使用するカーボンペーストとして、ポリエステル樹脂にカーボン粒子を混合したものを用いると、印刷パターン形状の良好な赤外線吸収膜を形成することができる。また、請求項５に記載のように、カーボン粒子の添加量を２０ｗｔ％以上、特に、請求項６に記載のようにカーボン粒子の添加量を３０〜６０ｗｔ％とすると、高吸収率の膜とすることができる。
【００１５】
また、請求項７に記載のように、赤外線吸収膜の中心線平均粗さを０．５μｍ以上とすると、低反射率の膜とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
本実施形態におけるサーモパイル式赤外線センサは薄膜メンブレン構造を有している。
【００１７】
図１にはセンサチップ（シリコン基板）１の平面図を示すとともに、図１のＡ−Ａ線での縦断面を図２に示す。なお、図１においては図２のパッシベーション膜９と赤外線吸収膜１０を省いている。
【００１８】
図１，２において、単結晶シリコン基板１には上下面に開口する貫通孔２が形成されている。この貫通孔２はシリコン基板１の裏面（図２での下面）から異方性エッチングを行うことにより形成したものである。シリコン基板１の上面には絶縁膜３，４，５が積層されている。絶縁膜３はシリコン窒化膜よりなり、絶縁膜４はシリコン酸化膜よりなり、絶縁膜５はシリコン窒化膜よりなる。この絶縁膜３，４，５にて貫通孔２の上面側開口部が塞がれている。
【００１９】
絶縁膜３，４，５の上には、ｎ型不純物をドープしたポリシリコン膜６がパターニングされるとともに、その上に絶縁膜７を介してアルミ薄膜８がパターニングされている。このｎ型ポリシリコン膜６とアルミ薄膜８とはその一部が重なるように交互に多数延設されている。即ち、帯状のｎ型ポリシリコン膜６と帯状のアルミ薄膜８とが直列に、かつ、一部が重なるように延設されている。
【００２０】
さらに、アルミ薄膜８の上にはパッシベーション膜９が形成され、パッシベーション膜９にはシリコン酸化膜、あるいはＴＥＯＳ膜が使用されている。このパッシベーション膜９の上における所定領域には赤外線吸収膜１０が形成され、赤外線吸収膜１０の材料にはカーボンが使われている。赤外線吸収膜１０の膜厚は約６μｍである。
【００２１】
図１，２において赤外線吸収膜１０はシリコン基板１の中央部において四角形状をなすように配置されている。赤外線吸収膜１０の下においてｎ型ポリシリコン膜６とアルミ薄膜８との第１の重なり部（接合部）１１が位置するとともに、第２の重なり部（接合部）１２が赤外線吸収膜１０の無い箇所（赤外線吸収膜１０よりも外側）に位置している。よって、赤外線吸収膜１０による赤外線吸収によって接合部１１の温度は上昇する。また、接合部１１が貫通孔２の開口部の上に位置し、接合部１２が貫通孔２の開口部よりも外側（基板１における貫通孔２の無い部位）に位置している。この接合部１１と接合部１２が一対をなし、この対が多数形成され、ゼーベック係数を持つ熱電対群（サーモパイル）が構成されている。接合部１１が温接点となり、接合部１２が冷接点となる。
【００２２】
このように、半導体基板１の上に異種材料６，８が交互に多数直列に延設され、一つおきの接合部１１が赤外線吸収膜１０にて覆われるとともにその下方での半導体基板１に基板１の上下両面に開口する貫通孔２が設けられている。この基板１上面での開口部に薄膜メンブレン構造のセンサエレメントＥｓ（図２参照）が形成されており、これにより、温接点１１の部分は貫通孔２により熱容量が小さく、接点１２はシリコン基板１上に形成されているためシリコン基板１がヒートシンクの役目を果たす。
【００２３】
ここで、基板１に形成した貫通孔２の上面開口部は縦横寸法が各々１ｍｍであり、赤外線吸収膜１０の縦横寸法が各々０．８ｍｍである。
また、温接点１１と冷接点１２の温度差により発生する起電力が、異種材料（６，８）による熱電対を直列接続した直列回路の両端子１３，１４（図１参照）から取り出される。つまり、サーモパイル（熱電対群）は、直列に接続され、第１端子１３と第２端子１４でセンサ出力を取り出す構造となっており、出力を大きくするため通常、数十本〜百本程度の熱電対が接続されている。
【００２４】
そして、赤外線が入射すると、図１，２における赤外線吸収膜１０に吸収される。そして、熱に変わる。この熱によりｎ型ポリシリコン膜６とアルミ薄膜８との重なり部（接合部）１１，１２に起電力が発生する。この起電力がセンサ信号として外部に送られる。
【００２５】
より具体的には、人体などから赤外線が放射されると、赤外線吸収膜１０に赤外線が吸収され、温度上昇が起こる。その結果、赤外線吸収膜１０の下に配置された温接点１１の温度が上昇する。冷接点１２は、シリコン基板１がヒートシンクとなっているため温度上昇は起きない。その結果、温接点１１と冷接点１２間に温度差が生じ、ゼーベック効果により起電力が発生する。この起電力により温度測定が可能となる。
【００２６】
次に、サーモパイル式赤外線センサの製造方法を、図３〜図６を用いて説明する。
まず、図３に示すように、ウェハ状のシリコン基板１を用意し、ウェハ状シリコン基板１の主表面（上面）に絶縁膜３，４，５とポリシリコン膜６と絶縁膜７とアルミ薄膜８とパッシベーション膜９を、真空薄膜装置とフォトリソグラフィ法を用いて形成する。詳しくは、基板１の上にシリコン窒化膜３とシリコン酸化膜４とシリコン窒化膜５を順に成膜する。また、ウェハ状シリコン基板１の裏面（下面）に、異方性エッチングの際のマスク材となるシリコン窒化膜２０を成膜するとともに開口部２１を形成する（パターニングする）。さらに、絶縁膜３，４，５の上に、ｎ型不純物をドープしたポリシリコン膜６を形成（パターニング）するとともに、その上に絶縁膜７を介してアルミ薄膜８を形成（パターニング）する。さらには、アルミ薄膜８の上をパッシベーション膜（ＴＥＯＳ膜）９で覆う。なお、絶縁膜３，４，５，７，９も所望の形状にパターニングされる。
【００２７】
これらの材料の厚みｔは、シリコン基板１の裏面からのエッチング加工による貫通孔２の作製後において、積層膜（薄膜メンブレン）が座屈を起こさないように考慮して作成される。具体的には、ｔ＝１．５〜２．８μｍである。
【００２８】
そして、図４に示すように、ウェハ状シリコン基板１における主表面側（サーモパイル構成面）にエッチング保護膜３０を全面に形成する。エッチング保護膜３０としては有機樹脂材（レジスト材）を用いる。この状態で、ウェハ状シリコン基板１における裏面（サーモパイル構成面とは反対側の面）からシリコン窒化膜２０をマスクとして開口部２１を通して異方性エッチングを行って貫通孔２を形成する。詳しくは、ウェハ状シリコン基板１における裏面を、水酸化カリウム等のアルカリエッチング液にて異方性エッチングにより掘り込み、貫通孔２を形成する。エッチング量はエッチング時間によって調整され、シリコンが完全に取り除かれた時点でエッチングを終了する。
【００２９】
引き続き、図５に示すように、エッチング保護膜３０を除去する。このとき、未だ赤外線吸収膜１０が形成されていないので、赤外線吸収膜１０の密着性が問題となることはない。
【００３０】
さらに、図６に示すように、ウェハ状シリコン基板１における主表面側（サーモパイル構成面側）、即ち、ＴＥＯＳ膜９上の所定領域にスクリーン印刷法によりカーボンペーストを塗布し、乾燥させることで赤外線吸収膜１０を形成する。このスクリーン印刷を図７を用いて説明する。本実施形態ではオフコンタクト方式を採用しており、セットしたウェハ４０のわずかに上方においてスクリーン４１が配置されている。スクリーン４１はスクリーン枠４２の内側において張設されている。そして、スクリーン４１の上にカーボンペースト４３を配置してスキージ４４をウェハ４０側に押し付けながらスキージ４４を横方向に移動させることにより印刷が行われる。
【００３１】
この時、ウェハ４０（ウェハ状シリコン基板１）が受ける圧力Ｆ３を０．２５ＭＰａ以下にする。これは、印刷圧力が強すぎると薄膜積層体（図６の符号３，４，５，６，７，８，９の部材）が破壊されてしまうため、印刷圧力を制御する必要であるからである。
【００３２】
また、スクリーン印刷で使用するカーボンペースト４３として、ポリエステル樹脂にカーボン粒子を混合したものを用いている。より詳しくは、カーボン粒子（黒鉛粒子）として、赤外線吸収率を上げるため平均粒径が２〜３μｍであり、カーボン粒子の添加量を２０ｗｔ％以上、特に、３０〜６０ｗｔ％としている。
【００３３】
そして、スクリーン印刷が終了すると、ウェハ状シリコン基板１を炉に入れて加熱（乾燥）する。これにより、カーボンペーストが固化され赤外線吸収膜１０が形成される。ここで、赤外線吸収膜１０の中心線平均粗さＲａを０．５μｍ以上となるようにしている。
【００３４】
その後、ウェハ状シリコン基板１をダイシングすると、図２に示すサーモパイル式赤外線センサが完成する。
図８には、スクリーン印刷の際の印刷圧力の最適化を図るために行った実験結果を示す。図８の横軸にスクリーン印刷の際に基板１が受ける圧力Ｆ３（図７参照）をとり、縦軸には薄膜メンブレンの破壊発生率をとっている。横軸の基板１が受ける圧力Ｆ３は、図７においてスキージ４４がスクリーン４１を押す力（スキージ圧）をＦ１とし、スクリーン４１の復元力（弾力）をＦ２としたときに、スキージ圧Ｆ１からスクリーン復元力Ｆ２を差し引いた下向きの力（＝Ｆ１−Ｆ２）である。また、この実験での薄膜メンブレンの厚さ（図３での膜３，４，５，６，７，８，９のトータル厚さ）ｔは１．５〜２．８μｍである。さらに、基板１に形成した貫通孔２の上面開口部は縦横寸法が各々１ｍｍである。
【００３５】
この図８から、基板が受ける圧力（面圧）が０．２５ＭＰａを境に薄膜メンブレンの破壊確率が急激に高くなることが分かる。よって、貫通孔２を形成した後に、厚さ約６μｍの赤外線吸収膜を、カーボンペーストを用いたスクリーン印刷で作製する場合には、基板が受ける圧力（面圧）は０．２５ＭＰａ以下の設定で行うのが好ましい。
【００３６】
図９〜図１３には、赤外線吸収膜を形成するためのカーボンペーストに関する各種の実験結果を示す。
図９には、ポリエステル樹脂ペースト（ポリエステル樹脂にカーボン粒子を添加したもの）とフェノール樹脂ペースト（フェノール樹脂にカーボン粒子を添加したもの）における印刷形状を評価するための平面図を示す。つまり、ＴＥＯＳ膜の上に、ポリエステル樹脂ペーストを正方形にスクリーン印刷した場合と、フェノール樹脂ペーストを正方形にスクリーン印刷した場合における形状（平面図）を示す。この図から、フェノール樹脂ペーストに比べてポリエステル樹脂ペーストの方が印刷形状が優れているのが確認できた。なお、カーボン粒子は、赤外線吸収率を上げるために平均粒径を２〜３μｍとしている。
【００３７】
このように、樹脂成分にフェノール樹脂（あるいはポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂）を用い、カーボン粒子（グラファイト）を添加したものをペーストとしてスクリーン印刷法によってパターニングを行う場合には、赤外線センサの最表面材料となるガラス系材料（例えばＴＥＯＳ膜、広義にはシリコン系膜）に対する濡れ性や密着性が良くない。そのため、例えば赤外線吸収膜寸法として用いられる縦横１ｍｍ程度の微小形状を形成した場合、パターン形状が悪い。これに対し、スクリーン印刷に適用する赤外線吸収膜材料として、赤外線吸収膜形成部となる赤外線センサ最表面材料のガラス系材料との濡れ性や密着性の良いポリエステル系樹脂を用い、赤外線吸収率を高めるためにカーボンを添加してカーボンペーストとすることにより、低コストで赤外線吸収率が高く、印刷パターン形状の良好な赤外線吸収膜を形成することができる。
【００３８】
一方、赤外線吸収率、赤外線透過率、赤外線反射率の間には、これらの和が１００％となる関係があり、赤外線吸収率を向上させるには、赤外線透過率と赤外線反射率の低減が必要である。図１０には、カーボン添加量に対する赤外線透過率の測定結果を示す。この図１０から、赤外線透過率はぺ一スト中のカーボン量を増加することでカーボンによる吸収が増加し、透過率が低減することが分かる。特にカーボン添加量を２０ｗｔ％以上とすることで急激に低減することができる。
【００３９】
図１１には、表面粗さに対する赤外線反射率の測定結果を示す。赤外線反射率は吸収膜の表面粗さを増大することで、つまり、膜表面での多重反射が増大することで反射率が低減し、表面粗さ（中心線平均粗さＲａ：ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が０．５μｍ以上で反射率１０％以下と低反射率を得ることができることが分かる。
【００４０】
図１２には、カーボン添加量に対する表面粗さの測定結果を示す。この図１２から、カーボンの添加量によって表面粗さは変化し、カーボン添加量が２０ｗｔ％以上で、表面粗さ０．５μｍ以上が得られ、低反射率とすることができることが分かる。なお、カーボンの添加量がさらに増加することで表面粗さが低下しているのは、カーボンにより吸収膜の充填密度が上がり、カーボン粒子間の隙間が無くなるためである。
【００４１】
図１３には、カーボン添加量に対する赤外線吸収率の測定結果を示す。この図１３から、ポリエステル樹脂にカーボンを２０ｗｔ％以上添加し、特に３０〜６０ｗｔ％添加することで、赤外線吸収率が９０％を越える高い吸収率の赤外線吸収膜を得ることができることが分かる。
【００４２】
なお、上記測定に用いた赤外線波長は１０μｍである。また、電磁波の吸収体は、波長の１／４以上において吸収特性が優れることより、赤外線吸収膜の厚みは３μｍ以上として評価を行った。
【００４３】
このように、本製造方法によれば、赤外線吸収膜の作製に真空薄膜装置やその加工装置（露光機、ドライエッチング装置等）の高価な装置を必要としないため、製造コストを低減することが可能であり、また、赤外線吸収率が高く、パターン形状の良好な赤外線吸収膜を形成することができる。
【００４４】
以上説明してきたように本実施形態は、下記の特徴を有する。
（イ）サーモパイル式赤外線センサの製造方法として、図３に示すようにウェハ状シリコン基板１の主表面側に異種材料の膜６，８を形成した後において、図４で示すようにウェハ状シリコン基板１の裏面側からエッチングを行って貫通孔２を形成し、その後に、図６に示すようにウェハ状シリコン基板１の主表面側に赤外線吸収膜１０をスクリーン印刷によって形成するようにした。よって、赤外線吸収膜（１０）の形成後にエッチングを行う方式においては、エッチングの際に、少なくとも赤外線吸収膜（１０）を覆う保護膜（図４の符号３０に示す部材）を配した状態でエッチングを行うとともに、エッチングが終了した後に保護膜（３０）を除去することとなり、保護膜（３０）を除去する際に、赤外線吸収膜（１０）の密着性が悪いと赤外線吸収膜（１０）が剥がれてしまう。これに対し本実施形態においては、赤外線吸収膜１０を形成する前にエッチングを行うことにより赤外線吸収膜１０が剥がれる問題は生じなく、剥がれ対策のために工程が複雑化することなく低コスト化を図ることができる。
【００４５】
また、異種材料膜６，８の形成工程と基板エッチング工程はクリーンルーム内で行われ、スクリーン印刷による赤外線吸収膜形成工程はクリーンルームの外で行われる。よって、異種材料膜形成・赤外線吸収膜形成・基板エッチングの各工程をクリーンルーム内で行う方式においては、赤外線吸収膜形成の際にクリーンルームの内部環境を汚染することがあるが、本実施形態においては、異種材料膜６，８の形成と基板エッチングがクリーンルーム内で行われた後に赤外線吸収膜形成が行われ、この赤外線吸収膜形成工程にはスクリーン印刷法が用いられクリーンルームの外で行われるので、クリーンルームの内部環境が汚染（工程汚染）されることもなく容易に製造することができる。
【００４６】
さらに、製造装置としてスクリーン印刷機を使用することにより、スクリーン印刷では、赤外線吸収膜１０の形状パターンは印刷スクリーン（図７の符号４１で示す部材）に形成されているため、印刷と同時に赤外線吸収膜１０のパターニングも実施されることになり、真空蒸着法などを用いた場合に必要となるフォトリソグラフィ法などのパターニング工程やそれに用いる装置が不要となる。その結果、スクリーン印刷機は真空蒸着機等の真空薄膜装置と比較して装置が安いために、設備投資も小額となりコストダウンを図ることができる。
（ロ）スクリーン印刷の際にウェハ状シリコン基板１が受ける圧力を０．２５ＭＰａ以下にするようにしたので、基板エッチングを行うことにより強度が低下した場合のスクリーン印刷として好ましい。
（ハ）赤外線吸収膜１０の材料がカーボンペーストである。これは、赤外線吸収膜形成をクリーンルーム内で行う方式においてはクリーンルームの内部環境の汚染が激しく、本実施形態においては、上述したように異種材料膜の形成と基板エッチングがクリーンルーム内で行われた後にクリーンルームの外で赤外線吸収膜の形成が行われるので、クリーンルーム内部環境の汚染対策が不要になるという効果がより顕著になる。
【００４７】
特に、スクリーン印刷で使用するカーボンペーストとして、ポリエステル樹脂にカーボン粒子を混合したものを用いたので、印刷パターン形状の良好な赤外線吸収膜を形成することができる。また、カーボン粒子の添加量を２０ｗｔ％以上（特に３０〜６０ｗｔ％）としたので、図１３のごとく高吸収率の膜とすることができる。また、赤外線吸収膜１０の中心線平均粗さＲａを０．５μｍ以上としたので、図１１のごとく低反射率の膜とすることができる（表面粗さＲａを０．５μｍ以上にするためには図１２のごとくカーボン粒子の添加量を約２０ｗｔ％以上にすればよい）。より具体的には、例えば、赤外線吸収膜材料にカーボン粒子を含有したポリエステル樹脂を用い、カーボン添加量を３０〜６０ｗｔ％、吸収膜の表面粗さＲａを１μｍ以上、膜厚を３μｍ以上とすることで、赤外線吸収率が９０％以上の高吸収率な赤外線吸収膜を得ることができる。
【００４８】
これまでの説明においてはシリコン基板１には貫通孔２を形成したが、貫通孔２の代わりに、図１４に示すように、下面に開口する凹部５０を形成してもよい。即ち、基板１にダイヤフラム（薄肉部）５１を形成し、その上にサーモパイルの温接点１１を配置する。この場合には、図４に代わる図１５に示すように、基板エッチングの際にエッチング時間を調整してエッチングを基板主表面に達する前に終了させればよい。なお、シリコン薄膜部５１の厚さは薄いほど赤外線を吸収する部分の熱容量が小さくでき、温接点と冷接点の温度差が大きくなるのでセンサ感度は向上する。
【００４９】
また、赤外線吸収膜１０の材料としてカーボンペーストを用いたが、他の材料を使用する場合に適用してもよい。
さらに、スクリーン印刷はオフコンタクト方式ではなくコンタクト方式を用いてもよく、この場合においては基板が受ける圧力としてはスキージによる圧力を０．２５ＭＰａ以下にすればよい（図７でのＦ２＝０となるので、Ｆ１＝Ｆ３≦０．２５ＭＰａ）。
【００５０】
さらには、図４においてウェハ状シリコン基板１のエッチングの際に基板主表面側を保護材３０にて覆ったが、ウェハ状基板１の裏面のみのエッチングを行うことができる場合には保護材３０は不要となる。ここで、従来方式と本方式を比較すると次のようになる。従来、裏面加工時の加工材料（ウエットエッチングに用いられるＫＯＨなどのアルカリエッチング液や、ドライエッチングに用いられるＳＦ_６などの反応性ガス）から赤外線吸収膜を保護するための保護材の作製および加工後の保護材剥離のための装置・工程が必要であり、製造コストが増加してしまっていた。これに対し、基板エッチング後に赤外線吸収膜１０を形成する本方式においては、上述したように工程汚染の懸念が少なくなる他、基板エッチング時の赤外線吸収膜を保護するための保護材の作製および加工後の保護材剥離のための装置・工程が不要となり、製造コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるセンサチップ（シリコン基板）の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図３】サーモパイル式赤外線センサの製造方法を説明するための縦断面図。
【図４】サーモパイル式赤外線センサの製造方法を説明するための縦断面図。
【図５】サーモパイル式赤外線センサの製造方法を説明するための縦断面図。
【図６】サーモパイル式赤外線センサの製造方法を説明するための縦断面図。
【図７】スクリーン印刷を説明するための図。
【図８】印刷の際の印圧（面圧）と薄膜エンブレン破壊との関係の測定結果を示す図。
【図９】印刷形状の測定結果を示す図。
【図１０】赤外線透過率についてのカーボン添加量の依存性を示す図。
【図１１】反射率についての表面粗さの依存性を示す図。
【図１２】表面粗さについてのカーボン添加量の依存性を示す図。
【図１３】赤外線吸収率についてのカーボン添加量の依存性を示す図。
【図１４】別例におけるセンサチップ（シリコン基板）の縦断面図。
【図１５】別例におけるサーモパイル式赤外線センサの製造方法を説明するための縦断面図。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２…貫通孔、３…シリコン窒化膜、４…シリコン酸化膜、５…シリコン窒化膜、６…ポリシリコン膜、８…アルミ薄膜、１０…赤外線吸収膜、１１…接合部、１２…接合部、４３…カーボンペースト、５０…凹部、５１…ダイヤフラム。

Claims

半導体基板（１）の上に異種材料の膜（６，８）が交互に多数直列に延設され、一つおきの接合部（１１）が赤外線吸収膜（１０）にて覆われるとともにその下方での半導体基板（１）に貫通孔（２）または下面に開口する凹部（５０）を設けたサーモパイル式赤外線センサの製造方法であって、
半導体基板（１）の主表面側に前記異種材料の膜（６，８）を形成する第１工程と、
半導体基板（１）の裏面側からエッチングを行って前記貫通孔（２）または凹部（５０）を形成する第２工程と、
半導体基板（１）の主表面側に前記赤外線吸収膜（１０）をスクリーン印刷により形成する第３工程と、
を備え、
前記スクリーン印刷の際に半導体基板（１）が受ける圧力を０．２５ＭＰａ以下としたことを特徴とするサーモパイル式赤外線センサの製造方法。
半導体基板（１）の上に異種材料の膜（６，８）が交互に多数直列に延設され、一つおきの接合部（１１）が赤外線吸収膜（１０）にて覆われるとともにその下方での半導体基板（１）に貫通孔（２）または下面に開口する凹部（５０）を設けたサーモパイル式赤外線センサの製造方法であって、
半導体基板（１）の主表面側に前記異種材料の膜（６，８）を形成する第１工程と、
半導体基板（１）の裏面側からエッチングを行って前記貫通孔（２）または凹部（５０）を形成する第２工程と、
半導体基板（１）の主表面側に前記赤外線吸収膜（１０）をスクリーン印刷により形成する第３工程と、
を備え、
前記赤外線吸収膜（１０）の材料がカーボンペーストであることを特徴とするサーモパイル式赤外線センサの製造方法。
請求項１に記載のサーモパイル式赤外線センサの製造方法において、
前記赤外線吸収膜（１０）の材料がカーボンペーストであることを特徴とするサーモパイル式赤外線センサの製造方法。
請求項２または３に記載のサーモパイル式赤外線センサの製造方法において、
前記スクリーン印刷で使用するカーボンペーストとして、ポリエステル樹脂にカーボン粒子を混合したものを用いたことを特徴とするサーモパイル式赤外線センサの製造方法。
請求項４に記載のサーモパイル式赤外線センサの製造方法において、
カーボン粒子の添加量を２０ｗｔ％以上としたことを特徴とするサーモパイル式赤外線センサの製造方法。
請求項４に記載のサーモパイル式赤外線センサの製造方法において、
カーボン粒子の添加量を３０〜６０ｗｔ％としたことを特徴とするサーモパイル式赤外線センサの製造方法。
請求項１〜６のいずれか１項に記載のサーモパイル式赤外線センサの製造方法において、
赤外線吸収膜（１０）の中心線平均粗さを０．５μｍ以上としたことを特徴とするサーモパイル式赤外線センサの製造方法。