JPH02210230A - 赤外線センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被測定物体から放射される赤外線エネルギを検
知して、該被測定物体の存否やその温度等を検出するの
に利用する赤外線センサおよびその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

赤外線の入射量を検知するための熱形素子としてサーミ
スタボロメータが用いられているが、かかるサーミスタ
ボロメータはサーミスタの温度と電気抵抗の関係を利用
して、入射する赤外線量に応じたサーミスタの温度上昇
を電気信号として出力するようにしている。このような
サーミスタボロメータにおいては、検知感度を高めるた
めにサーミスタの感温部の熱容量を小さくすることが有
効であることが知られており、そのために感温部を基板
等と接触しないように橋架構造とする手段が提案されて
いる（たとえば特開昭６１−３０７３０号）。

このセンサにおいては、絶縁体上に銅箔を積層したｉ板
を用い、銅箔上にアモルファスシリコン等のサーミスタ
材料の層を設けたのちに感温部分に相当するＦ４箔部分
をエッチ除去して橋架部を形成すると共に、この橋架部
に続く前後の銅箔部分を残して橋架支持部とした構造を
有している。この構造のセンサは、受光部の熱容量が小
さくて高感度と高速応答性を持つ利点があるものの、水
素化アモルファスシリコンなどをサーミスタ材料として
使用しているため、製造工程中における水素の含有量や
熱処理条件等の変動によってサーミスタの特性（たとえ
ばＢ定数など）が変動し、また長期間中に特性が変化す
るなど耐久性が乏しい欠点があるほか、製造工程中でク
ランクや眉間剥離が発生し易く、製品歩留まりが低いと
いう欠点もあった。

一方、シリコン基板をその両面からエツチングすること
によって薄膜化部分を形成し、この薄膜化部分の両面に
電極を設けて板状の感温抵抗体とする技術が知られてい
る（特開昭６３−１５１８３０号）、シかしこのような
方法においては、均一な厚さの薄膜化は非常に困難であ
って、性能とくに熱容量にバラツキが生ずることが避け
られなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前述のような従来のサーミスタボロメータに
おける欠点を解消して、特性上のバラツキが小さくてか
つ高感度の赤外線センサを提供することを目的としたも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

このような本発明の目的は、基板上に絶縁層を介して設
けた半導体単結晶薄膜層からなる感熱抵抗体と、該感熱
抵抗体の端子部上に設けた導電体薄層からなる電極とを
備え、前記感熱抵抗体の端子部を除く部位の下側に当た
る前記基板の部分に空洞部を設けてなる赤外線センサに
よって達成でき、またかかる赤外線センサは、基板上に
絶縁層を形成する工程と、該絶縁層上に半導体単結晶薄
膜層からなる感熱抵抗体を形成する工程と、該感熱抵抗
体端子部上に導電体薄層からなる電極を形成する工程と
、該感熱抵抗体の下側に当たる該基板の部分に空洞部を
形成する工程とを含む製造方法によって得ることができ
る。

本発明の赤外線センサの製造手順を第１図（ａ）〜（ｄ
）の例によって説明する。

同図（ａ）において、１はｎ形シリコン単結晶基板であ
り、この基板１上に５ｔｏｔｐ　５ｉｓＮａ等の絶縁層
２をたとえばプラズマＣＶＤ法等によって形成する。こ
の時、基板ｌは約５００°Ｃ位に加熱されることが好ま
しい。更に絶縁層２の、後の工程に支障のない部分をエ
ッチして窓部２′を形成する。

次に、絶縁層２の上に約１μｍ厚のポリシリコン層３を
ＣＶＤ法によって形成する。堆積したポリシリコン層３
と基板１とは窓部２′で接触しており、ポリシリコン層
を単結晶層に変えるためのシード部４となる。ついで、
アルゴンレーザ５などを用い、基板１を約４５０°Ｃに
加熱しつつシード部４からレーザ加熱を開始してポリシ
リコン層を溶融させ、溶融部分を徐々に移動させながら
結晶を成長させる。こうして絶縁層２上のポリシリコン
層３をシリコンの単結晶薄膜層６に転換する。

ここで、シリコンの単結晶薄膜層６を形成するに当たっ
てアルゴンレーザを用いるビーム再結晶化法を利用した
が、電子ビームなどを用いてもよく、その他適宜の方法
を利用しても構わない。

単結晶薄膜層６上には、予定されたサーミスタの端子部
位にたとえば白金等の金属をスパッタするなどの方法に
よって導電体薄層７を形成する。

この際、単結晶薄膜層６と導電体薄層７との間に良好な
オーミック接触を構成するために、導電体薄層７をスパ
ッタする前に錫の薄層８を蒸着しておくことが好ましい
。このような導電体薄層７などを形成するに当たって、
たとえはリフトオフ法などを用い、不要の部分に導電体
が付着しないようにすることが望ましい（同図（ｂ））
。

こうして導電体薄層７を形成したのち、全面にＳｉ、Ｎ
、等からなる絶縁層９をプラズマＣＶＤなとの方法を利
用して形成する。その厚さは０．２μｍ程度でよい。そ
の後、導電体薄層７の上に当たる位置にホトリソグラフ
ィ技術を利用して絶縁層９に開口を明は更にリード線引
出し用電極１０を設け、また予定されたサーミスタの感
熱部位の上に当たる位置に光エネルギを熱に変換するた
めの合焦のような光吸収層１１を形成する（同図（Ｃ）
）。

最後に、ホトエツチング法などにより不要な絶縁層９、
単結晶薄膜層６、絶縁層２の部分をそれぞれエッチ除去
して予定されたサーミスタ部分を残す。更に、サーミス
タの感熱部位の側方部分の基板１に、たとえばシルバー
グリコールエツチング液などの結晶方向によってエツチ
ング速度にあまり差のないエツチング液を用いて溝１２
を掘ったのち、たとえばＫＯＨなどを含む異方性エツチ
ング液によってサーミスタの感熱部位の下方の基板１に
空洞部１３を形成して、サーミスタを橋架型構造とする
。そして、同図（ｄ）における点線位置でダイシングし
て切り離し、個々のサーミスタチップが完成する。

なお、第２図は、このようにして得たサーミスタ型赤匁
線センサチップの平面図である。

このような本発明のサーミスタ形の赤外線センサを製造
するに当たって、感熱抵抗体となる半導体単結晶薄膜１
層を真性半導体とすれば、その固有の定数であるバンド
ギャップエネルギＥｇ（シリコンではＥｇ＝１．１１　
ｅｖ　（３００°　Ｋ））から単結晶薄膜層のＢ定数を
Ｂ　＝　Ｂ　ｇ　／　２　ｋ　Ｔによりほぼ一定に定め
ることができるし、また金（Ａｕ）などの特定の深い準
位を作る不純物を添加すれば、その準位がＢ定数を定め
る活性化エネルギを支配するので上記と同様にＢ定数を
ほぼ一定に定めることができ、Ｂ定数のバラツキを従来
に比べ小さ（させることが可能である。

なお、半導体単結晶薄膜層は形成された面全体が単結晶
化している必要はなく、赤外線の受光面となる導電体薄
層からなる電極間の薄膜層部分が少なくとも単結晶化し
ていればよい。

また、サーミスタの橋架部を両端支持構造とする代わり
に、−側端のみで支持する構造とすることもでき、これ
によって応答速度性能を更に改良することも可能である
。さらにまた、サーミスタの橋架部における単結晶薄膜
層がそれ自体で充分な強度を有しているときには、橋架
部の下面に残る絶縁層をエッチ除去することにより、橋
架部の熱容量を更に小さくすることもでき、これによっ
て−層感度と応答速度を高めることが可能である。

このような橋架部の下の空洞部は基板の裏面まで貫通し
ていてもよく、このような場合には基板の表面よりエツ
チングする代わりに裏面からエツチングすることによっ
て空洞部を形成してもよい。

なお、本発明の実施例に示したように半導体単結晶基板
を用いた場合は、異方性エツチング技術を使えるので、
橋架部分を精度良く作製できるなどの利点があるが必ず
しも単結晶基板を用いる必要はな（、セラミックなどの
無機材料基板を用いてもよい。この場合には、シード部
は必要なく熱処理時間及び基板温度などの処理条件を適
切に選ぶことにより単結晶化が可能である。そして空洞
部は基板と単結晶薄膜層間の絶縁層をエッチ除去するこ
とにより形成される。

本発明の赤外線センサは、上述のような構造を有するサ
ーミスタによって構成されたものであり、赤外線に対し
てのみ感度を有するようにする場合にば、感熱部の前面
に所望の透過波長範囲を有する赤外線フィルタを取り付
けて使用するものである。

〔発明の効果〕

本発明の赤外線センサは、半導体単結晶薄膜層から形成
された感熱抵抗体からなるサーミスタを、半導体製造プ
ロセスを用いて精密形状に形成して得られたものである
ので、サーミスタ特性の制御が高精度で行えることと相
俟って性能上のバラツキが少ないほか、感度や応答速度
が格段に改良される特長を存する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の赤外線センサの製造工程の説明図であ
り、 第２図は第１図の製造工程によって得た赤外線センサの
平面図である。 １・・・基板、２・・・絶縁層、６・・・単結晶薄膜層
、７・・・導電体薄層、９・・・絶縁層、１０・・・電
極、１１・・・光吸収層、１３・・・空洞部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に絶縁層を介して設けた半導体単結晶薄膜
   層からなる感熱抵抗体と、該感熱抵抗体の端子部上に設
   けた導電体薄層からなる電極とを備え、前記感熱抵抗体
   の端子部を除く部位の下側に当たる前記基板の部分に空
   洞部を設けてなる赤外線センサ。
2. （２）基板上に絶縁層を形成する工程と、該絶縁層上に
   半導体単結晶薄膜層からなる感熱抵抗体を形成する工程
   と、該感熱抵抗体端子部上に導電体薄層からなる電極を
   形成する工程と、該感熱抵抗体の下側に当たる該基板の
   部分に空洞部を形成する工程とを含む、サーミスタ形の
   赤外線センサの製造方法。
3. （３）基板として半導体単結晶からなるものを用いる特
   許請求の範囲第２項記載の製造方法。