JPH03192774A - 赤外線センサ及びその製造方法 - 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］ 本発明は赤外線センサ及びその製造方法に関し、特に非
接触で体温等の温度を測定する温度計に用いて好適な赤
外線センサ及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 一般に赤外線センサば、非接触の温度計として高温の物
体や移動物体、さらに熱容量が小さくて接触すると温度
が変化してしまうような物質の温度測定に使用されてき
た。例を挙げて説明すると、製鉄所などで溶鉱炉の温度
測定に用いられたり、防災安全機器のセンサとして火災
報知器に、またセキュリティ用として動物の体温と人間
の体温とを判別するセンサとして使用されている。また
最近特に大量に赤外線センサを使っているのは、トイレ
の自動水洗器や家庭用電子レンジや冷蔵庫の温度管理用
である。

これらのセンサは固定された場所から、しかも離れた部
位の温度測定を行うので、その測定精度が悪くても、測
定時間が長くなっても大きな問題とはならない。

一方、医療用機器の中で使用される温度計特に体温計は
、正確な測定（１／１００’Ｃ）ができるとともに速い
計測（３秒以下）ができ、しかも安価なものが望ましい
。

しかしながら、従来の電子式体温計は実測値と経過時間
から熱平衡状態における温度を推定する、いわゆる予測
式体温計であり、この体温計は計測時間が短くても数十
秒掛かり、乳幼児の体温測定や手術時の体温測定では困
難さを伴っていた。また、現在体温の測定場所はわきの
下や舌下が殆どで、体力を無くした重病人やお年寄りは
温度計測の間に体温計を保持することができない等多く
の問題があった。

ところで、従来、このように体温はわきの下や舌下で測
定しているが、生理学的背景からいうとわきの下の体温
が体全体の体温を代表しているとは言えず、むしろ頭骸
骨に囲まれていて安定した温度を保っている脳の温度等
のコア温度を測定するのが一番正確であり、手術時の体
温測定には必要な温度である。これらのことを考えると
耳の中の鼓膜温度は視床下部温度を反映しており、また
耳道が狭いため風の影響や外気からの赤外線の影響も受
けにくいので、最適の温度測定部位と言える。

また、非接触型体温計は体温（１５〜５０℃）のように
外気温度と殆ど差の無い物体から放射される微量の赤外
線を検出する必要があり、どんなに感度や精度のよい体
温計であってもわずかでも大気に触れてしまうと風や熱
対流の影響を受けて正確な温度測定ができなくなる。

このような外乱の影響を少なくするためには、赤外線セ
ンサをパッケージに入れて保護する必要があり、またこ
のパッケージは対象物から放射された赤外線を赤外線セ
ンサへ損失無く導くために窓材としての検討が重要な課
題となる。

従来、このような非接触型体温計用の赤外線センサとし
ては、赤外線センサ素子を取付けた金属ステムに金属製
のキャップ部材を被せたものであり、そのキャップ部材
の一部に窓を開はシリコン等の板を貼り付けた構造であ
った。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の従来の赤外線センサでは、金属製
のキャップ部材を金属ステムに被せる構造であるため、
シール部分にフランジが必要であり、そのため外形が大
きくなるとともに高価格になり、上述の耳の中で測定す
る体温計には不適であった。

また、体温程の低い温度になると赤外線波長は長波長（
８〜１２μｍ）の所がピークとなる。

したがって窓材としては長波長を通過させる材質である
とともに反射率は小さく、さらに窓材そのものからの赤
外線放射が少なく、かつ加工性の優れたものが要求され
る。また窓材内のガス体の熱対流でノイズが発生するの
を防ぐために、窓材内を真空状態にすることが望ましく
、窓材としては機密性の良いものが要求される。

しかしながら従来の赤外線センサではこれらの点につき
いずれも不十分である。また赤外線が特に赤外線センサ
素子の感温部に吸収されず反射した場合、窓材の壁面に
吸収され熱に変わってしまい、折角入射した赤外線を無
駄に使ったことになり、さらに窓材からの放射赤外線が
感温部で吸収されたりし、このため計測精度が低下する
という問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
小型化を図れるとともに計測速度が速く、かつ赤外線セ
ンサ素子から反射した赤外線を再び赤外線センサ素子へ
集光でき、入射した赤外線を無駄にすることがなく計測
精度が向上し、かつ安価に製造することができ、体温計
等に用いて好適な赤外線センサ及びその製造方法を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記従来の課題を解決するために本発明に係る赤外線セ
ンサは、支持部材と、該支持部材上に支持された半導体
基板と、該半導体基板の表面に形成されるとともに赤外
線を検出し、当該赤外線の検出量に応じた電気信号を出
力する赤外線センサ素子と、赤外線入力部および当該赤
外線入力部に対応してキャビティ部を有し前記赤外線入
力部を介して入力した赤外線を前記赤外線センサ素子に
導く窓材と、前記赤外線センサ素子から反射された赤外
線を再び赤外線センサ素子へ集光させる反射手段とを備
えたことを特徴とするものである。

前記反射手段は、具体的には窓材の内壁面に形成された
金属膜である。

また本発明に係る赤外線センサにおいては、前記窓材は
半導体材料、特にフローティングゾーン法により製造さ
れたシリコンにより形成することが好ましい。

また本発明に係る赤外線センサの製造方法は、半導体基
板を加工して赤外線入力部およびキャビティ部を有する
窓材を形成した後、前記キャビティ部の側壁面を除（領
域にマスクをするとともに当該基板を蒸着方向に対して
傾斜させながら金属を蒸着させ、前記キャビティ部の内
壁面に反射膜を形成する工程を含むことを特徴とするも
のである。

［作　用］ 上記のように構成された赤外線センサにおいては、被測
定対象物から放射された赤外線は窓材の赤外線入力部を
介してキャビィティ部に導入され、赤外線センサ素子に
入射される。そしてこの赤外線センサ素子において電気
信号に変換された後に出力され計測値が得られる。

また窓材の内側壁面には赤外線の反射手段、具体的には
金属膜が形成されているため、これらの膜により赤外線
センサ素子から反射した赤外線を再び赤外線センサ素子
に集光させることができる。これによりキャビティ部内
に入射した赤外線が、窓材の壁面に吸収され熱に変わる
ことを防止できる。

またこの赤外線センサは、半導体プロセスの微細加工に
より製造された赤外線センサ素子と、窓材とを一体化し
た構造であり、また従来構造の赤外線センサのような金
属キャップが不必要なため、ステムのフランジ部が不要
となり、小型化を図ることができ、さらに窓材も半導体
プロセスにより製造するようにすればより小型となる。

また特に窓材をフローティングゾーン法により製造され
たシリコン基板を用いて形成することにより、赤外線の
透過効率が向上する。

また、この赤外線センサにおいては、入射した赤外線で
感温部の温度が上昇するが、その温度がなるべく逃げな
いようにシリコン基板より２桁も熱伝導率の悪いシリコ
ン酸化膜の上に感温部を設け、また熱容量を小さくする
ため半導体微細加工技術を用いてシリコン酸化膜のブリ
ッジ部を薄く、狭く、かつ長くし、さらに電気信号を取
り出す金属も熱伝導の悪い金属たとえばチタンとして薄
くかつ細くして使用することにより、計測速度が速（な
る。

また、本発明による赤外線センサの製造方法においては
、蒸着法により反射膜としての金属膜を形成する際に、
基板に金属の蒸着方向に対して角度を持たせて傾蒸着さ
せるようにしたので、キャビティ部の深い面にも均一に
金属膜を形成することができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る赤外線センサの断面構
造を示すものである。

図中、ＩＯは金属たとえば軟鉄にクロムめっきや金めつ
きを施した金属ステムと呼ばれる支持部材であり、この
支持部材１０上には半導体基板たとえばシリコン基板１
１が固定されている。さらにこのシリコン基板１１０表
面には赤外線センサ素子１２が形成されるともにキャビ
ティ部１３を有する窓材１４が当該素子１２を覆うよう
にして接合し固定されている。

上記赤外線センサ素子１２は所謂シリコン薄膜によるボ
ロメータ素子であり、入射された赤外線を検出してその
検出量に応じた電気信号を内部リード１５および垂直に
導出された外部リード１６を介して出力するものである
。

この赤外線センサ素子１２は、熱（赤外線）量に応じて
抵抗値が変化する感温部１２ａと、この感温部１２ａの
熱がシリコン基板１１を通じて支持部材ｌＯへ逃げるの
を防止してその周囲との間に温度差を設けるためのブリ
ッジ部１２ｂとにより構成されている。

この赤外線センサ素子１２の感温部１２ａはシリコンに
より形成されているので、温度が上がると電気抵抗が下
がる負の温度係数を持っている。

また、この感温部１２ａのシリコンを、スパッタリング
法により薄膜に形成すると、結晶構造はアモルファスシ
リコン構造となっている。このアモルファスシリコン構
造を持った検出器の原理をバンド理論を用いて説明する
と、導伝帯下端と充満帯上端の禁止帯には多くの準位が
存在し、その準位に電子も捕獲されている。入射した赤
外線が感温部１２ａに照射されると、そのエネルギ量に
見合った電子の数が禁止帯にある準位から導伝帯に励起
され、その結果導伝帯には電子のキャリヤが増加する。

また、充満帯の上端にはその電子の数に見合った正孔が
発生する。この電子と正孔の増加が外から検知する電気
抵抗を下げる。すなわち、入射した赤外線エネルギに見
合った電気抵抗の変化が現われることになる。

また、窓材１４は外部からの赤外線を効率よく赤外線セ
ンサ素子１２へ導くとともに、当該赤外線センサ素子１
２のキャビティ部１３の真空度のリークをモニタする圧
力センサも兼ねている。

この窓材１４は、膜厚数μｍ〜数十μｍの半導体材料た
とえばＮ型シリコン膜（ダイヤフラム）により形成され
るとともにその表面にＰ型拡散層１７からなる拡散抵抗
が形成された赤外線入力部１８と、この赤外線入力部１
８の周縁部を支持する支持部１９とにより構成されてい
る。

また赤外線人力部１８を除く窓材１４とシリコン基板１
１の周囲は保護膜としての絶縁層たとえばエポキシ樹脂
層２０により被覆保護されている。

窓材１４の底部はシリコン基板１１に対して真空中の陽
極直接接合により接合されており、これによりキャビテ
ィ部１３が真空状態に設定されている。

すなわちこのキャビティ部１３に空気や窒素ガスが封入
されたり、感温部１２ａが大気にさらされていると、熱
的に対流が起きたり、感温部１２ａを吹き抜ける風がノ
イズ発生の原因になったり、電気的特性が不安定になっ
たりする。そのため真空中の陽極直接接合により窓材１
４をシリコン基板１１に接合させるもので、これにより
キャビティ部１３を容易に真空状態にすることができ、
これらの弊害を防止することができる。

ここに「陽極直接接合」とは、シリコン基板１１に窓材
１４を接合するとき、シリコン基板１１側にシリコン酸
化膜を設けるとともに陰極側に配置し、また窓材１４を
陽極側にして、真空中において約４５０℃の熱と３５０
Ｖの電圧を加えることをいう。なお、キャビティ部１３
内は完全に真空でなくても、大気圧より低い状態すなわ
ち陰圧状態であればよいが、好ましくはｌＸｌ０−”Ｔ
ｏｒｒ以下である。

そして時間の経過に伴いこのキャビティ部１３に真空リ
ークが生じ内部圧力が変化すると、その圧力変化により
赤外線入力部１８が撓み、これによりＰ型拡散層１７の
抵抗値が変化するもので、この抵抗値変化に応じた電流
値の変化をＰ型拡散層１７の上面に形成した電極２１を
介して検出することにより真空度のリークをモニタする
ことができる。したがってこの真空度の変化に応じて赤
外線センサ素子１２の出力信号の値を補正することによ
り計測精度を向上させることができる。

上記窓材１４の内側壁面には、反射手段として赤外線の
反射率の高い金属膜たとえば金（Ａｕ）膜２２が形成さ
れている。キャビティ部１３内に入射した赤外線は感温
部１２ａやブリッジ部１２ｂで反射し、窓材１４の壁面
に吸収され熱に変わってしまい、折角入射した赤外線を
無駄に使ったことになるので、この金膜２２により反射
した赤外線を感温部１２ａに集光させるものである。ま
た、窓材１４がシリコン基板１１に接着されているので
、このシリコン基板１１の高温に窓材１４も過熱され飽
和していると考えられ、これが熱源となって窓材１４か
ら飽和された熱が感温部１２ａに入射するおそれがある
。金膜２２はこれを防止する役目を兼ねている。

なお上記反射手段としては金属膜に限らず、赤外線領域
、特に５μｍ以上の波長を反射する反射率の良い有機膜
を用いてもよい。

またキャビティ部１３の天井面の角部、すなわち赤外線
入力部１８と支持部１９との連結部には一定の曲率を有
する曲面部からなる補強部２３が設けられており、これ
により赤外線入力部１８の機械的強度を増すようになっ
ている。この補強部２３により赤外線入力部１８の膜厚
を薄（（約２０μｍ）することができ、赤外線の透過効
率を向上させることができる。

また窓材１４としての適性を検討する場合、反射率、透
過率および吸収率の３点が最も重要となるが、中でも吸
収率が大きい場合は入射してきた赤外線が殆ど窓材１４
で吸収されてしまい、感温部１２ａに届く赤外線が少な
（なるだけでなく、吸収された赤外線が窓材１４を暖め
てしまい、窓材１４が二次的に熱（赤外線）を放出する
ことになる。その結果当該センサは外（体温）からの赤
外線と窓材１４からの赤外線を感知することになるので
、これらを分離する必要があり、非常に複雑な系となっ
てしまう。その点シリコンは吸収率が小さく、しかも加
工性に冨んでいるので窓材１４として最適である。なお
、シリコンは反射率が大きいため、透過率は５０％位で
ある。

さらにシリコン基板は赤外線波長が１０μｍ前後の所に
−Ｓｉ　−０−−３ｉ　−Ｃ−などのストレッチング、
ベンディングによる吸収波形が現われ、赤外線の透過率
が悪（なるので、シリコン基板としては、炭素原子や酸
素原子の少ないフローティングゾーン（ＦＺ）法により
製造されたウェハを使用することが好ましい。

このように上記赤外線センサにおいては、窓材１４によ
り赤外線の入射効率を向上させることができるとともに
、感温部１２ａへの集光効率を挙げることができる。

また、従来構造の赤外線センサに比較して、窓材１４お
よび赤外線センサ素子１２をそれぞれ半導体プロセスに
より微細に加工することができ、また窓材としての金属
製のキャップが不要であり、したがってキャップ固定用
のフランジ部が不要となるため、パッケージの外形を著
しく小型化することができる。

第２図は本発明の他の実施例に係る赤外線センサの構造
を示すものである。

すなわち、第１図の赤外線センサにおいては、窓材１４
をシリコン基板１１の上面に接合し、赤外線センサ素子
１２のみを覆う構成としたが、本実施例においては、窓
材２３をシリコン基板１１と同様に支持部材ｌＯの表面
にたとえば接着剤により固定し、シリコン基板１１の全
体を覆う構成としたもので、本実施例においても上記実
施例と同様に小型化を図ることができる。

なお第１図と同一構成部分は同一符合を付してその説明
を省略する。また外部リード１６は第１図と同様に支持
部材１０から下方に向けて取り出す構造とすることもで
きる。

外　センサ　　の　　工 次に、上記赤外線センサの製造方法について、第１図の
構造のセンサを例にして第３図（ａ）〜（ｐ）により具
体的に説明する。なお第３図（ａ）〜（ｐ）は第１図の
ＩＴ　−ＩＩ線に沿う断面構造の製造工程を示すもので
ある。

先ず、第３図（ａ）に示すようなシリコン基板３０を用
意し、同図（ｂ）に示すように１１００℃の温度で３０
分間のウェット酸化を行い、表面に膜厚５０００人のシ
リコン酸化膜３１を形成する。続いて、蒸着法によりシ
リコン酸化膜３１上に前述のブリッジ部１２ｂ形成のた
めの犠牲層となる膜厚１．５〜２．０μｍの金属膜たと
えばモリブデン膜３２を形成する。なお、この犠牲層と
しては金属膜以外にもリン・ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）膜
等を用いることもできる。

続いて同図（ｄ）に示すように、モリブデン膜３２の表
面に膜厚１．０μｍのフォトレジスト膜３３を塗布形成
し、通常のホトリソグラフィーにより犠牲層のパターン
を形成する。すなわちマスク合せの後、露光および現像
を行い、さらに窒素（Ｎ２）雰囲気中において９０秒間
、１４０±２℃の熱処理（ハードベーキング）を行う。

続いて同図（ｅ）に示すようにバターニングされたフォ
トレジスト膜３３をマスクにして４フツ化炭素（ＣＦ、
）によるプラズマエツチングを行い、モリブデン膜３２
を選択的に除去する。さらに、ガス圧力５．００Ｔｏｒ
ｒ、高周波電力５００Ｗの条件でプラズマアッシング（
灰化）を４．５秒間行い、上記フォトレジスト膜３３を
除去する。

次に、同図（ｆ）に示すように、圧力０．９Ｔｏｒｒ、
温度３００±２℃の条件で、反応ガスとしてシラン（Ｓ
ｉＨ４）＝２００ＳＣＣＭ、笑気ガス（Ｎ２０）＝４０
００ＳＣＣＭを流し、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）に
よりウェハ全面に不純物無添加の膜厚９０００±１５０
０人のシリコン酸化膜３４を形成する。

次に、同図（ｇ）に示すようにターゲットとしてシリコ
ン基板（比抵抗３００Ω・ｃｍ）を用いてスパッタリン
グを行い、上記シリコン酸化膜３４上に膜厚１．０〜１
．５μｍのシリコン膜３７を形成し、さらに加速電圧１
２０ＫｅＶ、ドーズ量１．０ＸＩＯ１ｌｌ／　ｃｍ”の
条件でボロンのイオン注入を行いシリコン膜３５を中性
半導体に近づける。続いて温度１１００℃の窒素雰囲気
中において、３０分間加熱（アニール）し、シリコン膜
３５の結晶化を行う。これにより前述の感温部１２ａの
Ｂ定数（抵抗の温度係数）を約５０００とすることがで
き、温度変化に対する感度（抵抗値の変化）が良好とな
る。

次に、同図（ｈ）に示すように膜厚１．０μｍのフォト
レジスト膜３６をシリコン膜３５上に塗布形成し、マス
ク合せを行い、露光および現像の後、窒素ガス中におい
て１４０±２℃の熱処理（ハードベーキング）を９０秒
間行うことにより感温部１２ａのパターンを形成する。

次に、同図（ｉ）に示すように反応ガスとして酸素（０
２）＝４５±ＩＳＣＣＭ、弗化イオウ（ＳＦ、）＝１３
５±２ＳＣＣＭを流し、圧力４００ｍＴｏｏｒ、高周波
電力１２５Ｗの条件で上記フォトレジスト膜３６をマス
クにしてプラズマエツチングを行うことによりシリコン
膜３５を選択的に除去する。

次に同図（ｊ）に示すように電力５．ＯＫＷ、温度２３
０±３０℃の条件でターゲットとしてチタン（Ｔ　ｉ　
）を用いたスパッタリングを９１秒間行い、膜厚０．６
±０．１μｍのチタン膜３７を形成する。続いて同図（
ｋ）に示すように前述の工程（ｈ）と同様にしてフォト
レジスト膜３８の電極用パターンを形成する。

次に、同図（Ｉ２）に示すように反応ガスとして３塩化
硼素ＣＢＣｌ２３　）＝４７３ＣＣＭ、塩素（Ｃｊ２．
）＝３９ＳＣＣＭ、ヘリウム（Ｈｅ）＝１５００３ＣＣ
Ｍを流し、圧力１３５Ｐａ、電力３２０Ｗの条件で、ド
ライエツチングを１３０秒間行うことにより、チタン電
極膜３９を形成する。続いて圧力５．０Ｔｏｒｒ、高周
波電力５００Ｗの条件でプラズマアッシング（灰化）を
４．５秒間行い、フォトレジスト膜３８を除去する。次
に同図（ｍ）に示すように犠牲層の窓開は用ホトリソグ
ラフィーとして前述の工程と同様にしてフォトレジスト
膜４０のパターンを形成する。その後、同図（ｎ）に示
すように上記パターニングされたフォトレジスト膜４２
をマスクにしてフッ化水素水溶液（ＨＦ　：　Ｈ２０＝
ｌ　：　１０）によるウェットエツチングを４５秒間行
い、前記シリコン酸化膜３４にモリブデン膜３２に達す
る開口４１を形成する。続いて当該ウェハを５分間ずつ
５回超純水により流水洗浄し、さらにスピンドライ法に
より乾燥させる。

次に同図（０）に示すように燐酸（ｉ−ｉｓＰＯ４）：
硝酸（ＨＮＯ３）：水（Ｈｚ　０）＝５：　ｌ　：４の
エツチング液中においてフォトレジスト膜４０をマスク
にしてエツチングを行い前述の犠牲層としてのモリブデ
ン膜３２を除去する。

最後に同図（ｐ）に示すように圧力５．０Ｔｏｒｒ、高
周波電力５００Ｗの条件でプラズマアッシング（灰化）
を４．５秒間行い、フォトレジスト膜４０を除去する。

このようにしてシリコン膜３５およびチタン電極膜３９
からなる感温部１２ａと、シリコン酸化膜３４からなる
ブリッジ部１２ｂを備えた赤外線センサ素子１２を製造
することができる。

２且り製童工１ 次に、前記窓材１４の製造方法について第４図（ａ）〜
（ｑ）を参照して具体的に説明する。

先ず、第４図（ａ）に示すように半導体基板たとえばフ
ローティングゾーン法により製造され、（１１０）面を
有するＰ型のシリコン基板５０を用意し、このシリコン
基板５０の両面を清浄化した後、片面にエピタキシャル
成長法によりＮ型層（抵抗率４〜８Ω・ｃｍ）５１を形
成する。なお、このＮ型層５１はシリコン基板５０の表
面に拡散法を用いてＮ型不純物を拡散させることにより
形成してもよい。

次に、同図（ｂ）に示すように１１００℃の温度でウェ
ット酸化を行い、両面に膜厚８０００人の酸化シリコン
酸化膜５２を形成する。続いて、同図（ｃ）に示すよう
にＮ型層５１側の表面に膜厚１．０μｍのフォトレジス
ト膜５３を塗布形成し、通常の拡散抵抗用ホトリソグラ
フィーにより拡散抵抗に対応するパターンを形成する。

すなわちマスク合せの後、露光および現像を行い、さら
に窒素（Ｎ２）雰囲気中において９０秒間、１４０±２
℃の熱処理（ハードベーキング）を行う。続いて同図（
ｄ）に示すようにバターニングされたフォトレジスト膜
５３をマスクにしてフッ化水素酸（ＨＦ）によるウェッ
トエツチングを行い、シリコン酸化膜５２を選択的に除
去する。

なおエツチングはその他エツチング用ガス（ＣＨＦ、＋
Ｑ２）によるプラズマエツチングとしてもよい。続いて
同図（ｅ）に示すようにガス圧力５　、０　ＯＴｏｒｒ
、高周波電力５００Ｗ、時間６０秒の条件で上記フォト
レジスト膜５３をプラズマアッシング（灰化）により除
去する。

次に、同図（ｆ）に示すように温度１１００℃で熱酸化
を行い、シリコン基板５０の表面の拡散抵抗形成予定領
域および裏面に膜厚８００人程度の薄いシリコン酸化膜
５４を形成する。続いて種ガスとしてフッ化ボロン（Ｂ
Ｆ、）を用いて、エネルギ１００ＫｅＶ、ドーズ量２．
０Ｘ１０”／　ｃｍ２の条件でシリコン酸化膜５４を介
してボロンのイオン注入を行い、さらにドライ窒素（Ｎ
２　）　、ウェット酸素（０２）およびドライ窒素（Ｎ
２）のガス中において、４０分間加熱（温度１１００℃
）してドライブ拡散を行うことにより、拡散抵抗として
のＰ型拡散層５５を形成する。

次に、同図（ｇ）に示すように膜厚１．０μｍのフォト
レジスト膜５６を両面に塗布形成し、前述の工程（第４
図（ｂ））と同様にして赤外線入力部のパターンを形成
する。

次に、同図（ｈ）に示すように上記フォトレジスト膜５
Ｇのパターンをマスクにして裏面のシリコン酸化膜５４
を選択的にエツチング除去する。

すなわちフッ化水素水溶液（ＨＦ　：　Ｈ，Ｏ＝１　：
１０）によるウェットエツチングを７５秒間行った後、
当該ウェハを超純水（ＤＩ）により５分間ずつ５回流水
洗浄し、続いてスピンドライ法により乾燥させる。次に
同図（ｉ）に示すようにフォトレジスト膜５６をマスク
として選択的にエツチングを行い、キャビティ部１３と
ともに赤外線入力部１８を形成する。なお、このキャビ
ティ部２３の形成には陽極化成を行った後、エツチング
を行う方法を用いてもよい。

次に同図（ｊ）に示すように当該ウェハを硫酸Ｎ（２Ｓ
　Ｏ４）　　：過酸化水素（Ｈ２０□）＝２＝１の溶液
中に１０分間ずつ２回浸すことによりフォトレジスト膜
５６を除去した後、超純水により５分間ずつ５回流水洗
浄し、さらにスピンドライ法により乾燥させる。

次に、コンタクトホール形成のために、同図（ｋ）に示
すように膜厚１．０μｍのフォトレジスト膜５７を塗布
形成し、マスク合せの後、露光および現像を行い、さら
に窒素（Ｎ２）ガス中において９０秒間、１４０±２℃
の熱処理（ハードベーキング）を行う。その後同図（Ｉ
２）に示すように上記パターニングされたフォトレジス
ト膜５７をマスクにしてフッ化水素水溶液（ＨＦ：Ｎ２
０＝１　：　１０）によるウェットエツチングを４５秒
間行い、シリコン酸化膜５２にコンタクトホール５８を
形成する。続いて当該ウェハな５分間ずつ５回超純水に
より流水洗浄し、さらにスピンドライ法により乾燥させ
る。続いて同図（ｍ）に示すように硫酸（Ｈ２ＳＯ４）
：過酸化水素（Ｎ２０２　）　＝２　：　１の溶液中に
１０分間ずつ２回浸すことによりフォトレジスト膜５７
を除去した後、当該ウェハを５分間ずつ５回超純水によ
り流水洗浄し、さらにスピンドライ法により乾燥させる
。

次に、同図（ｎ）に示すように温度２３０±３０℃、５
．ＯＫＷの条件で９１秒間スパッタリングを行い、膜厚
１．０±０．１μｍのアルミニウム（八β）膜５９を蒸
着形成する。続いて同図（０）に示すように電極パター
ンを形成するために膜厚１．０μｍのフォトレジスト膜
６０を塗布形成する。続いて同図（Ｐ）に示すようにマ
スク合せの後、露光および現像を行い、窒素ガス中にお
いて、１４０±２℃の熱処理（ハードベーキング）を９
０秒間行い電極パターンを形成する。

次に、同図（ｑ）に示すように反応ガスとして３塩化硼
素（ＢＣｌ２）＝４７ＳＣＣＭ、塩素（ｃｕ、）＝３９
５ＣＣＭ、ヘリウム（Ｈｅ）＝１５００３ＣＣＭを流し
、圧力１３５Ｐａ、電力３２０Ｗの条件で、上記パター
ニングされたフォトレジスト膜６０をマスクにしてドラ
イエツチングを１３０秒間行うことにより、アルミニウ
ム電極６１を形成する。次に圧力５．０Ｔｏｒｒ、高周
波電力５００Ｗの条件でプラズマアッシング（灰化）を
４．５秒間行い、フォトレジスト膜６０を除去する。

このように窓材１４の加工が終了した後、フォトレジス
ト膜をスピン法で塗布形成し、マスク・アライメント、
現像、定着および乾燥の各工程の後、キャビティ部１３
の側壁面のフォトレジスト膜を選択的に除去する。この
状態で、ｌｏ−４Ｔｏｒｒ位の低い真空度の中で蒸着法
により反射膜としての金属膜、たとえば膜厚５０００〜
１００００人の金膜６２を形成する。なお、このときキ
ャビティ部１３が深くなっており、蒸着時にキャビティ
部１３に陰ができ、金膜６２を均一に形成できない危険
性がある。そのため、キャビティ部１３の側壁面にのみ
金膜６２が蒸着されるように、金の蒸着方向に対してシ
リコン基板５０に角度を持たせて傾蒸着し、他の部分に
金が蒸着されないようにする。蒸着が終了した後は、ア
ッシングし、フォトレジスト膜を除去することにより目
標の反射膜を形成することができる。

このようにして赤外線入力部１８およびキャビティ部１
３を備えた構造の窓材１４を作製することができる。

７、　　センサの　立工 次に、シリコン基板ｌｌ側に３５０℃の温度でプラズマ
ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成した後、当該ウェ
ハを陰極側に配置し、また窓材１４を陽極側にして真空
中（１０−”Ｔｏｒｒ）において約４５０℃で加熱する
とともに３５０■の電圧を加えることにより、窓材１４
をシリコン基板ｌｌ上に接合する。

次にこのようにして組立てられたセンサな、外部リード
１６が配設された支持部材ｌｌ上にペレットボンディン
グし、続いて内部リード１５のワイヤボンディングを行
い、さらに保護膜としてのエポキシ樹脂をボッティング
して乾燥させることにより第１図に示した構造の赤外線
センサを作製することができる。なお、窓材１４の接着
方法は陽極直接接合法に限るものではなく、エポキシ等
の有機接着剤や半田等を用いて接着することも可能であ
る 以上に実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更し
ない範囲で種々変更可能である。

たとえば上記実施例においては窓材１４の材料としてシ
リコンを用いたが、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン化亜
鉛（ＺｎＳｅ）　、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等地の半
導体材料、さらには臭ヨウ化タリュウム（ＫＨ２−５）
　、臭塩化タリュウム（ＫＨ２−６）等のプラスチック
材料を用いることも可能である。また窓材１４の拡散抵
抗層は必ずしも必要ではなく、検出精度をそれほど要求
されないセンサにあっては省略することもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る赤外線センサによれば
、半導体プロセスの微細加工により製造された赤外線セ
ンサ素子と窓材とを一体化した構造であり、しかもステ
ムにはフランジ部が不要であるため、小型かつ安価な赤
外線センサを実現することができる。さらに窓材も半導
体プロセスにより製造するようにすればより小型となる
。

また窓材の内側壁面に反射手段として赤外線の反射率の
高い金属膜または有機膜が形成されているため、これら
の膜により赤外線センサ素子から反射した赤外線を赤外
線センサ素子部に集光させることができ、これによりキ
ャビティ部内に入射した赤外線が、窓材の壁面に吸収さ
れ熱に変わることを防止できる。

さらに特に窓材をフローティングゾーン法により製造さ
れたシリコン基板を用いて形成することにより、赤外線
の透過効率が向上する。

また、本発明による赤外線センサの製造方法によれば、
蒸着法により反射膜としての金属膜を形成する際に、基
板に金属の蒸着方向に対して角度を持たせて傾蒸着させ
るようにしたので、キャビティ部の深い面にも均一に金
属膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る赤外線センサの構造を
示す断面図、第２図は本発明の他の実施例に係る赤外線
センサの断面図、第３図（ａ）〜（ｐ）はそれぞれ第１
図の赤外線センサ素子の製造工程を示す断面図、第４図
（ａ）〜（ｑ）は第１図の窓材の製造工程を示す断面図
である。 ＩＯ・・・支持部材、１１・・・シリコン基板１２・・
・赤外線センサ素子 １２ａ・−・感温部、１２ｂ・・・ブリッジ部１３・・
・キャビティ部、１４．２４−・・窓材１５・・・内部
リード、１６・・・外部リード１７・・・Ｐ型拡散層、
１８・・・赤外線入力部１９・・・支持部、２０・・・
エポキシ樹脂層２２・・・金膜（反射膜） 第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持部材と、該支持部材上に支持された半導体基
   板と、該半導体基板の表面に形成されるとともに赤外線
   を検出し、当該赤外線の検出量に応じた電気信号を出力
   する赤外線センサ素子と、赤外線入力部および当該赤外
   線入力部に対応してキャビティ部を有し前記赤外線入力
   部を介して入力した赤外線を前記赤外線センサ素子に導
   く窓材と、前記赤外線センサ素子から反射された赤外線
   を再び赤外線センサ素子へ集光させる反射手段とを備え
   たことを特徴とする赤外線センサ。
2. （２）前記反射手段は窓材の内壁面に形成された金属膜
   である請求項１載の赤外線センサ。
3. （３）前記窓材は半導体基板により形成されてなる請求
   項１または２記載の赤外線センサ。
4. （４）前記半導体基板はフローティングゾーン法により
   製造されたシリコン基板である請求項３記載の赤外線セ
   ンサ。
5. （５）請求項１記載の赤外線センサの製造方法であって
   、半導体基板を加工して赤外線入力部およびキャビティ
   部を有する窓材を形成した後、前記キャビティ部の側壁
   面を除く領域にマスクをするとともに当該基板を蒸着方
   向に対して傾斜させながら金属を蒸着させ、前記キャビ
   ティ部の内壁面に反射膜を形成する工程を含むことを特
   徴とする赤外線センサの製造方法。