JPH03248477A - Infrared sensor element and it's manufacture - Google Patents

Infrared sensor element and it's manufacture

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JPH03248477A
JPH03248477A JP4432090A JP4432090A JPH03248477A JP H03248477 A JPH03248477 A JP H03248477A JP 4432090 A JP4432090 A JP 4432090A JP 4432090 A JP4432090 A JP 4432090A JP H03248477 A JPH03248477 A JP H03248477A
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JP
Japan
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sensor element
infrared sensor
bridges
bridge
substrate
Prior art date
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Application number
JP4432090A
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Japanese (ja)
Inventor
Taketoshi Mori
武寿 森
Takashi Okoda
大古田 隆司
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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Publication of JPH03248477A publication Critical patent/JPH03248477A/en
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Abstract

PURPOSE:To make a subminiature and highly precise element which can perform a rapid temperature measurement by laying bridges on which infrared sensors are mounted over a groove section formed on a substrate in advance. CONSTITUTION:Four parallel bridges 7 are laid at nearly regular intervals over a groove section 2. Each of the bridges 7 is an insulated layer 6 which was originally formed on an area other than the groove section 2 of a silicon substrate 1 and which was extended over the groove section 2 and is composed of three layers; silicon oxide 3b, silicon nitride 4b and another silicon oxide 5b. Each of the bridges 7 is 3.3mum in thickness, 60mum in width and 2mm in length. Each of the bridges is extremely long in proportion to its thickness and width. Since the bridges 7 are multilayer-structured and are made of the plural number of material having complementarity, the strength of the bridges is raised. This can make the bridges long. The long bridges remarkably contributes to the improvement of a response sensitivity of an infrared sensor element.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は赤外線センサ素子およびその製造方法に関し、
特に人体に対し非接触状態で体温を測定しうる非接触型
体温計に用いて好適な超小型赤外線センサ素子およびそ
の製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an infrared sensor element and a method for manufacturing the same;
In particular, the present invention relates to an ultra-small infrared sensor element suitable for use in a non-contact thermometer that can measure body temperature without contacting the human body, and a method for manufacturing the same.

[従来の技術] 例えば病院などで使用される体温計は、患者の体温の迅
速かつ正確な測定か可能で、しかも安価なものが望まし
い。
[Prior Art] Thermometers used in hospitals, for example, are desirably inexpensive and capable of quickly and accurately measuring a patient's body temperature.

しかしながら、現在使用されている体温計は、電子体温
計であっても、直示針(センサが被測定物質と同温度に
なるのを待ってから測定する)では測温に5分以上を要
し、また実測温度と経過時間から熱平衡時における温度
を測定するいわゆる予測式体温計ですら約1分を必要と
している。このような検温時間は、乳幼児や重症患者に
とって長過ぎる時間である。
However, even if the thermometers currently in use are electronic thermometers, it takes more than 5 minutes to measure temperature with a direct indicator needle (the sensor waits until the temperature of the substance to be measured before taking the measurement). Furthermore, even a so-called predictive thermometer that measures the temperature at thermal equilibrium based on the actual temperature and elapsed time requires about 1 minute. Such temperature measurement time is too long for infants and critically ill patients.

一方、現状では、体温の検温部位として、一般に腋の下
や舌下が選ばれているか、このような部位はからだ全体
の正確な温度を表示しているとは言えず、より正確な検
温結果を得るためには、脳の温度により近い温度につい
て検温することが必要であり、そのような検温部位とし
ては、風の影響や外気からの影響を受けにくい耳道内の
部位、特に脳の温度に近い視床下部の温度を反映する鼓
膜近傍の部位が最適であることが判明している。
On the other hand, at present, the armpit or sublingual area is generally selected as the temperature measurement site, and such areas cannot be said to display the accurate temperature of the entire body, making it difficult to obtain more accurate temperature measurement results. In order to achieve this, it is necessary to measure the temperature at a temperature closer to the brain temperature, and such temperature measurement sites include areas within the auditory canal that are less affected by wind and outside air, especially the thalamus, which is closer to the brain temperature. A site near the eardrum that reflects the temperature of the lower part has been found to be optimal.

そこで鼓膜から放射される赤外線の熱量を正確に検出し
うるきわめて小型の赤外線センサを用いて、体温をきわ
めて短時間(例えば3秒以内)にかつ高精度(例えば1
/loo℃)をもって測定することが可能ないわゆる鼓
膜体温計の開発が要望されてきた。
Therefore, an extremely small infrared sensor that can accurately detect the amount of heat emitted from the eardrum is used to measure body temperature in an extremely short time (for example, within 3 seconds) and with high precision (for example,
There has been a demand for the development of a so-called tympanic membrane thermometer that can measure temperature at 100° C./looo C.).

ところで、このような鼓膜体温計に用いうる超小型、か
つ高感度の赤外線センサとしては、例えば特開昭57−
178149号公報および特開昭62−277528号
公報に開示されているように、センサ素子の感熱部分を
基板から浮かせたブリッジ上に形成した構成のものが提
案されている。
By the way, as an ultra-compact and highly sensitive infrared sensor that can be used in such a tympanic membrane thermometer, for example, there is
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 178149 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-277528, a structure in which a heat-sensitive portion of a sensor element is formed on a bridge floating above a substrate has been proposed.

このような赤外線センサ素子の製造に際しては、まずシ
リコン基板または金属性基板上に酸化ケイ素または窒化
ケイ素よりなる絶縁性膜を形成し、その上に金属の配線
を施し、さらに赤外線に感応する膜材料を所定のパター
ンで形成した後、基板を選択的にエツチングして空洞部
分を形成し、これにより、赤外線感応部を載置したブリ
ッジを上記空洞部分上に浮かせた状態で橋架した構成を
有する赤外線センサ素子を得ていた。
When manufacturing such an infrared sensor element, first an insulating film made of silicon oxide or silicon nitride is formed on a silicon substrate or a metal substrate, metal wiring is applied thereon, and then a film material sensitive to infrared rays is formed. After forming the infrared rays in a predetermined pattern, the substrate is selectively etched to form a cavity, and a bridge on which an infrared sensitive section is placed is suspended above the cavity. I had obtained a sensor element.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような従来の赤外線センサ素子は、
その製造工程において、絶縁膜、配線および赤外線感応
部を基板上に形成した後、最終工程でエツチング液を用
いて赤外線感応部の側方に露出した基板の部分を深さ方
向にエツチングして、赤外線感応部を載置した絶縁膜の
下方の基板部分を除去して空洞部分を形成することによ
り、この空洞部分の上方にブリッジを橋架していたから
、空洞部分の形成に際してレジスト膜下部へのエツチン
グの回り込みを回避することができす、空洞部分の寸法
精度を鼓膜体温計に用いうる微小な赤外線センサ素子に
必要な10μm以下に抑えるようにコントロールするこ
とがきわめて困難ないしは不可能であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, such conventional infrared sensor elements,
In the manufacturing process, after forming an insulating film, wiring, and an infrared sensitive part on a substrate, in the final step, the part of the substrate exposed to the side of the infrared sensitive part is etched in the depth direction using an etching solution. By removing the part of the substrate below the insulating film on which the infrared sensitive part is mounted to form a cavity, a bridge was built above this cavity, so when forming the cavity, etching to the bottom of the resist film was avoided. It has been extremely difficult or impossible to control the dimensional accuracy of the cavity portion to 10 μm or less, which is required for a minute infrared sensor element that can be used in a tympanic membrane thermometer, while avoiding wraparound.

したがって、従来のこの種の赤外線センサ素子では、各
素子の空洞部分の寸法形状のばらつきに基因して、ブリ
ッジ部分の長さが一定とならず、その結果、個々のセン
サ素子の熱的特性にバラつきを生じるため、熱的特性の
均一な赤外線センサ素子を得られず、素子の微小化、高
精度化に限界があった。
Therefore, in conventional infrared sensor elements of this type, the length of the bridge part is not constant due to variations in the dimensions and shape of the cavity part of each element, and as a result, the thermal characteristics of each sensor element vary. Due to this variation, it was not possible to obtain an infrared sensor element with uniform thermal characteristics, and there was a limit to miniaturization and high precision of the element.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、超
小型、高精度であって、しかも迅速な検温が可能で、か
つ熱的特性の均一な赤外線センサ素子およびその製造方
法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these problems, and provides an infrared sensor element that is ultra-small, highly accurate, capable of rapid temperature measurement, and has uniform thermal characteristics, and a method for manufacturing the same. The purpose is to

[課題を解決するための手段] 上述の目的を達成するために、本発明に係る赤外線セン
サ素子は、ブリッジの下部の空洞部分となる掘込み部を
、ブリッジの形成に先立って基板の所定領域に予め正確
に作成しておき、その後にこの掘込み部上に赤外線感応
部を載置したブリッジを橋架させて設けたことを特徴と
するものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the infrared sensor element according to the present invention is provided by forming a hollow portion in a predetermined region of a substrate prior to forming the bridge. This feature is characterized in that the infrared sensitive portion is accurately created in advance, and then a bridge on which an infrared sensitive portion is placed is provided over the dug portion.

また本発明に係る赤外線センサ素子の製造に際しては、
一般にシリコン基板を用いるが、このシリコン基板の電
気的特性、厚さ、表面形状等に対し特に制限はなく、通
常簡便に入手することができるシリコンウェーハを用い
ることができる。
Furthermore, when manufacturing the infrared sensor element according to the present invention,
Generally, a silicon substrate is used, but there are no particular restrictions on the electrical characteristics, thickness, surface shape, etc. of this silicon substrate, and a silicon wafer, which is usually easily available, can be used.

このようなシリコン基板に、例えばチタン、モリブデン
、タングステン、クロム、銅、ニッケル、アルミニウム
なとの金属膜を蒸着法、スパッタリング法、メツキ法、
CVD法などを用いて形成する。膜の厚さは、後工程に
おける反応性イオンエツチング(RI E)によるシリ
コンのエツチングに耐えるだけあれば良く、10μm以
下とすることが好ましい。この金属膜をマスクとして、
例えば反応性イオンエツチング(RIE)のような制御
性の良好なエツチング方法を用いてシリコン基板をエツ
チングすれば、所期の寸法形状を有する掘込み部を正確
に形成することができる。
A metal film such as titanium, molybdenum, tungsten, chromium, copper, nickel, or aluminum is deposited on such a silicon substrate by vapor deposition, sputtering, plating, or
It is formed using a CVD method or the like. The thickness of the film is sufficient as long as it can withstand etching of silicon by reactive ion etching (RIE) in a subsequent process, and is preferably 10 μm or less. Using this metal film as a mask,
For example, if a silicon substrate is etched using an etching method with good controllability, such as reactive ion etching (RIE), a recessed portion having a desired size and shape can be accurately formed.

次にこの掘込み部を、橋梁形成のための犠牲層となる金
属膜で埋めて、基板の上面を再び平坦面とするのである
が、この犠牲層は、エツチングあるいはリフトオフ法に
よって形成しうる。犠牲層の形成をエツチングにより形
成する場合は、基板のシリコンの熱膨張係数に近い金属
材料を選び、レジストでパターンを形成し、かつその金
属材料に適したエツチング液を用いて金属膜を溶かし犠
牲層を残すように形成する。また犠牲層をリフトオフ法
により形成する場合は、掘込み部の形成にマスクとして
用いた金属材料をエツチングするエツチング液に耐える
金属材料を犠牲層材料として選ぶ必要があり、例えばモ
リブデン、タングステン、チタン、クロムなどが適して
おり、これらの金属材料よりなる膜を前記と同様の方法
で形成する。リフトオフ法による場合は、レジストをパ
タニングする必要はなく、先に掘込み部の形成にマスク
として使用した金属膜を再びマスクに用い、セルファラ
イニングさせて掘込み部内に犠牲層を形成し、次に上記
マスクとして使用した金属膜のみを溶去しうるエツチン
グ液によりエツチングを行なって、下地のマスク層の除
去と、このマスク層の上面に被着された金属膜のリフト
オフとを行なう。このとき、超音波なとを用いて基板を
振動させると、下地の金属膜のエツチングが速く進み、
容易にリフトオフすることができる。
Next, this dug portion is filled with a metal film that becomes a sacrificial layer for forming a bridge, and the upper surface of the substrate is again made flat. This sacrificial layer can be formed by etching or lift-off. When forming the sacrificial layer by etching, select a metal material with a coefficient of thermal expansion close to that of silicon of the substrate, form a pattern with resist, and use an etching solution suitable for the metal material to dissolve the metal film and remove the sacrificial layer. Form so as to leave a layer. In addition, when forming the sacrificial layer by the lift-off method, it is necessary to select a metal material for the sacrificial layer that can withstand the etching solution that etches the metal material used as a mask to form the trench. For example, molybdenum, tungsten, titanium, Chromium or the like is suitable, and a film made of these metal materials is formed in the same manner as described above. When using the lift-off method, there is no need to pattern the resist, and the metal film that was previously used as a mask to form the trench is used again as a mask, self-lining is performed to form a sacrificial layer within the trench, and then a sacrificial layer is formed within the trench. Etching is performed using an etching solution capable of dissolving only the metal film used as the mask, thereby removing the underlying mask layer and lifting off the metal film deposited on the upper surface of this mask layer. At this time, if the substrate is vibrated using ultrasonic waves, etching of the underlying metal film will proceed rapidly.
Can be easily lifted off.

次に、犠牲層形成が終了した基板の平坦な上面の全面に
亘って、酸化シリコン膜(S 10 x) 、窒化シリ
コン膜(SiNY)、さらには有機材料のポリイミド、
ネガ型レジストの膜をブリッジ構成材料として被着して
、多層構造を有する絶縁性層を形成する。各膜の厚さは
、ブリッジの強度、熱伝導性の点から10μm以下とす
るのが良い。膜作成工程の簡便さから言えば、酸化シリ
コン膜/窒化シリコン膜構造、酸化シリコン膜/窒化シ
リコン膜/酸化シリコン膜構造、酸化シリコン膜/ポリ
イミド膜構造、酸化シリコン膜/窒化シリコン膜/ポリ
イミド膜構造、酸化シリコン膜/ネガ型レジスト膜構造
等の多層構造が推賞されるが、所定のブリッジ強度が得
られれば、必ずしも多層構造でなくてもよい。またブリ
ッジの根元部の強度を高めるために、ポリイミド、ネガ
型レジスト、さらには金属膜を形成してもよい。
Next, a silicon oxide film (S 10 x), a silicon nitride film (SiNY), and an organic material such as polyimide,
A film of negative resist is deposited as a bridge material to form an insulating layer having a multilayer structure. The thickness of each film is preferably 10 μm or less from the viewpoint of bridge strength and thermal conductivity. In terms of the simplicity of the film formation process, silicon oxide film/silicon nitride film structure, silicon oxide film/silicon nitride film/silicon oxide film structure, silicon oxide film/polyimide film structure, silicon oxide film/silicon nitride film/polyimide film structure Although a multilayer structure such as a silicon oxide film/negative resist film structure is recommended, it does not necessarily have to be a multilayer structure as long as a predetermined bridge strength can be obtained. Further, in order to increase the strength of the root portion of the bridge, polyimide, a negative resist, or even a metal film may be formed.

特に後述の実施例に示されているような酸化シリコン膜
と窒化シリコン膜とを組合せた多層構造は、各々の成膜
後に生じる応力(引張り、圧縮)を互いに緩和しあうこ
とから膜形成に好適であり、また酸化シリコンは熱伝導
率が小さいから、赤外線センサ素子の感度を向上させる
点でも好適である。
In particular, a multilayer structure in which a silicon oxide film and a silicon nitride film are combined, as shown in the examples below, is suitable for film formation because they mutually relieve stress (tensile, compressive) that occurs after each film is formed. Moreover, since silicon oxide has a low thermal conductivity, it is suitable for improving the sensitivity of an infrared sensor element.

このような多層構造を可とする絶縁性層上に、金属膜配
線および赤外線感応膜を形成し、その上に前述の犠牲層
と同一材料よりなる金属膜または犠牲層を溶去しつるエ
ツチング液に溶ける材料よりなる金属膜によって橋梁の
パターンのマスクを形成し、このマスクを用いて絶縁性
層のエツチングを行なって、赤外線感応部を載置した橋
梁を犠牲層上に匍わせて形成する。この場合のエツチン
グも反応性イオンエツチングによるのが好ましい。
A metal film wiring and an infrared sensitive film are formed on an insulating layer that allows such a multilayer structure, and an etching solution is applied thereon to dissolve a metal film or a sacrificial layer made of the same material as the sacrificial layer described above. A mask with a bridge pattern is formed using a metal film made of a material that is soluble in the sacrificial layer.The insulating layer is etched using this mask, and the bridge on which the infrared sensitive part is mounted is formed by extending it over the sacrificial layer. Etching in this case is also preferably performed by reactive ion etching.

最後に犠牲層をブリッジ上のマスク層とともにエツチン
グにより除去すれば、基板上に橋梁を設は基板にブリッ
ジを形成することができる。
Finally, by etching away the sacrificial layer together with the mask layer on the bridge, a bridge can be formed on the substrate.

[作 用] 従来のブリッジ構造を有する赤外線センサ素子の製造方
法では、基板上に橋梁を匍わせて形成した後、ウェット
エツチングより、梁にあたる部分の下方の基板を除去し
て空洞部分を作成し、ブリッジを形成する方法が採られ
ていたから、空洞部分を10μm以下の形状にコントロ
ールすることが困難であり、そのため微小な赤外線セン
サ素子を形成したとき個々のセンサ素子の熱的特性がバ
ラついて、均一な熱的特性を有する赤外線センサ素子を
得るのが困難であった。
[Function] In the conventional manufacturing method of an infrared sensor element having a bridge structure, a bridge is formed by extending it on a substrate, and then the substrate below the portion corresponding to the beam is removed by wet etching to create a cavity. Because the method of forming a bridge was adopted, it was difficult to control the cavity to a shape of 10 μm or less, and as a result, when forming minute infrared sensor elements, the thermal characteristics of individual sensor elements varied and were not uniform. It has been difficult to obtain an infrared sensor element with suitable thermal characteristics.

しかしなから、本発明では、基板の所定領域にあらかじ
め掘込み部を形成するようにしたので、この掘込み部の
形成に、RIEなどの制御性の良好なエツチング方法を
用いることが可能になり、これにより10μm以下の寸
法精度を容易に得ることができた。したがって、赤外線
センサ素子を微小化しても、個々のセンサ素子の熱的特
性の均一化が可能になり、この結果として超小型の赤外
線センサ素子を得ることができる。
However, in the present invention, since the trench is formed in advance in a predetermined area of the substrate, it is possible to use an etching method with good controllability such as RIE to form the trench. With this, it was possible to easily obtain a dimensional accuracy of 10 μm or less. Therefore, even if the infrared sensor element is miniaturized, the thermal characteristics of each sensor element can be made uniform, and as a result, an ultra-small infrared sensor element can be obtained.

また、ブリッジの梁を多層構造とすることで、ブリッジ
の機械的強度を高めることができ、大量の赤外線センサ
素子を高い歩留りをもって作成することが可能となった
Furthermore, by forming the bridge beam into a multilayer structure, the mechanical strength of the bridge can be increased, and it has become possible to produce a large number of infrared sensor elements with a high yield.

[実 施 例] 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図〜第3図は、本発明による赤外線センサ素子の構
造を示し、第1図は平面図、第2図および第3図はそれ
ぞれ第1図の■−■線およびm−■線に沿う断面図であ
る。
1 to 3 show the structure of an infrared sensor element according to the present invention, in which FIG. 1 is a plan view, and FIGS. 2 and 3 are taken along lines ■-■ and m-■ in FIG. 1, respectively. FIG.

図において、1は1辺が約3mmの寸法を有するほぼ正
方形のシリコン基板であり、このシリコン基板1は、そ
の中央の所定領域に、はぼ垂直な内壁と平坦な底壁とを
備えた掘込み部2を備えている。また、シリコン基板1
の上面の掘込み部2以外の領域は、酸化シリコン(Si
n、)膜3a、窒化シリコン(SiaN、)膜4aおよ
び酸化シリコン(S102)膜5aがこの順に積層され
て形成された絶縁性層6が被着されている。掘込み部2
上には、互いに平行な4本の橋梁7が、掘込み部2を跨
いでほぼ等間隔に橋架されており、各橋梁7は、シリコ
ン基板1の掘込み部2以外の領域上の絶縁性層6が掘込
み部2上に延長された態様で酸化シリコン膜3b、窒化
シリコン膜4bおよび酸化シリコン膜5bよりなる3層
構造を備えている。各橋梁7の中央部上には、シリコン
膜よりなる赤外線感応部8か載置されている。各赤外線
感応部8の両側面からは、第4図に示すように、チタン
よりなる電極線9.9が導出され、これら電極線9.9
は橋梁7に沿って延長されて、絶縁性層6上の左右端部
に形成されたアルミニウム膜よりなる電極パッド10.
10にそれぞれ接続されている。
In the figure, reference numeral 1 denotes a substantially square silicon substrate with dimensions of about 3 mm on one side, and this silicon substrate 1 has a trench in a predetermined area in the center thereof, with a nearly vertical inner wall and a flat bottom wall. It has a built-in part 2. In addition, silicon substrate 1
The area other than the groove 2 on the upper surface of the silicon oxide (Si
An insulating layer 6 formed by laminating a silicon nitride (SiaN,) film 3a, a silicon oxide (S102) film 4a, and a silicon oxide (S102) film 5a in this order is deposited. Digging part 2
Above, four bridges 7 that are parallel to each other are bridged at approximately equal intervals across the trenches 2, and each bridge 7 is connected to an insulating layer on a region of the silicon substrate 1 other than the trenches 2. A three-layer structure including a silicon oxide film 3b, a silicon nitride film 4b, and a silicon oxide film 5b is provided, with the layer 6 extending above the trench 2. An infrared sensing section 8 made of a silicon film is placed on the center of each bridge 7. As shown in FIG. 4, electrode wires 9.9 made of titanium are led out from both sides of each infrared sensitive section 8, and these electrode wires 9.9
electrode pads 10. extend along the bridge 7 and are made of an aluminum film formed on the left and right ends of the insulating layer 6.
10, respectively.

このように構成された赤外線センサ素子は、シリコン膜
よりなる赤外線感応部8の抵抗値が、この感応部8が受
ける赤外線の熱量に応じて変化するため、測温素子とし
て使用できるのである。
The infrared sensor element configured in this manner can be used as a temperature measuring element because the resistance value of the infrared sensing section 8 made of a silicon film changes depending on the amount of heat of the infrared rays that the sensing section 8 receives.

本実施例による赤外線センサ素子における橋梁7は、厚
さ3.3μm1幅60μmで、長さが2mmである。こ
のように本実施例では、橋梁7がその厚さと幅に比較し
て、長さがきわめて長く形成されているが、前述のよう
に橋梁7を相補性を有する複数の材料による多層構造と
することにより、橋架7の強度を高めることができるか
ら、ブリッジ長を長くすることが可能となった。このこ
とは赤外線センサ素子の応答感度の向上に対して大いに
貢献している。
The bridge 7 in the infrared sensor element according to this example has a thickness of 3.3 μm, a width of 60 μm, and a length of 2 mm. In this example, the bridge 7 is formed to be extremely long compared to its thickness and width, but as described above, the bridge 7 has a multilayer structure made of a plurality of complementary materials. As a result, the strength of the bridge 7 can be increased, making it possible to increase the length of the bridge. This greatly contributes to improving the response sensitivity of the infrared sensor element.

なお、第1図〜第4図における橋架7の寸法比率は、実
際の寸法比率をあられすものでなく、特に厚さを拡大し
て図示されているものである。
Note that the dimensional ratios of the bridge 7 in FIGS. 1 to 4 do not represent the actual dimensional ratios, but are illustrated with the thickness particularly enlarged.

次に第1図〜第3図に示された赤外線センサ素子の製造
方法について、第5図(A)〜(M)を参照して具体的
に説明する。なお第5図(A)〜(M)は、第3図に示
す断面構造の製造工程を示したものである。
Next, a method for manufacturing the infrared sensor element shown in FIGS. 1 to 3 will be specifically described with reference to FIGS. 5(A) to 5(M). Note that FIGS. 5(A) to 5(M) show the manufacturing process of the cross-sectional structure shown in FIG. 3.

まず、第5図(A)に示すようなシリコン基板1を用意
し、このシリコン基板1上に、同図(B)に示すように
、チタンの膜11を蒸着法により約5μmの厚さに形成
する。続いてチタン膜11上にフォトレジストにより後
述する犠牲層のパターンを形成し、次にチタンに対する
エツチング液、例えばフッ酸:硝酸:水=1 : 1 
: 50の組成を有するエツチング液を用いてチタン膜
11の所定領域に対する穴あけを行ない、第5図(C)
に示すように、犠牲層作成のためのマスクllaをチタ
ン膜によって形成する。上述のエツチング液を用いた場
合、厚さ5μmのチタン膜11を溶かすのに要する時間
は約3分である。
First, a silicon substrate 1 as shown in FIG. 5(A) is prepared, and a titanium film 11 is deposited on the silicon substrate 1 to a thickness of about 5 μm by vapor deposition as shown in FIG. 5(B). Form. Subsequently, a sacrificial layer pattern, which will be described later, is formed on the titanium film 11 using a photoresist, and then an etching solution for titanium, such as hydrofluoric acid:nitric acid:water=1:1, is applied.
: A hole was made in a predetermined area of the titanium film 11 using an etching solution having a composition of 50, as shown in FIG. 5(C).
As shown in FIG. 2, a mask lla for forming a sacrificial layer is formed of a titanium film. When the above etching solution is used, the time required to dissolve the titanium film 11 with a thickness of 5 μm is about 3 minutes.

次にチタン膜よりなるマスクllaを用いて反応性イオ
ンエツチング(RIE)により、シリコン基板1に対す
るエツチングを行ない、第5図(D)に示すように垂直
な周壁を有する掘込み部2を約3μmの深さに形成する
。この場合、エツチングのマスク材料(本実施例ではチ
タンマスク11a)下部への回り込み(アンダーエッチ
)量がRIEの条件により変化し、またRIEの条件は
RIE装置によっても異なるが、本発明者らか用いてい
るRIE装置では、以下の条件をもってエツチングを行
なった場合、マスク下部へのエツチングの回り込みをは
とんと無視しうる程度に抑制することができた。
Next, the silicon substrate 1 is etched by reactive ion etching (RIE) using a mask lla made of a titanium film, and as shown in FIG. Form to a depth of . In this case, the amount of etching that wraps around to the bottom of the mask material (titanium mask 11a in this example) (underetch) changes depending on the RIE conditions, and the RIE conditions also vary depending on the RIE apparatus, but the inventors In the RIE apparatus used, when etching was carried out under the following conditions, the spread of etching to the lower part of the mask could be suppressed to a negligible extent.

エツチングガス :  CF4+02(約5%)ガス流
量 二 20〜50 SCCM 動作圧力 :  0.01〜0.I TorrRF出力
 :50〜200 W 上記条件によるエツチング速度は0.01〜01μm/
分であり、掘込み部2を約3μmの深さに形成した場合
、アンダーエッチ量は0.2μm以下となった。
Etching gas: CF4+02 (approximately 5%) Gas flow rate: 2 20~50 SCCM Operating pressure: 0.01~0. I TorrRF output: 50 to 200 W Etching speed under the above conditions is 0.01 to 01 μm/
When the dug portion 2 was formed to a depth of about 3 μm, the amount of underetching was 0.2 μm or less.

次にモリブデンのスパッタリングにより、第5図(E)
に示すように、掘込み部2内にモリブデン膜12aを約
3μmの厚さでそれぞれ形成する。
Next, by sputtering molybdenum, as shown in Fig. 5(E).
As shown in FIG. 2, a molybdenum film 12a having a thickness of about 3 μm is formed in each of the dug portions 2. As shown in FIG.

この場合、掘込み部2内に形成されたモリブデン膜12
aの上面が基板1の上面と同一平面となるようにする。
In this case, the molybdenum film 12 formed inside the dug portion 2
The upper surface of a is made to be on the same plane as the upper surface of the substrate 1.

またこれと同時に、チタンマスク11a上にもモリブデ
ン膜12bが被着される。
At the same time, a molybdenum film 12b is also deposited on the titanium mask 11a.

掘込み部2内のモリブデン膜12aは、橋梁7をこの上
に匍わせて形成した後、除去されるため、これを犠牲層
と称している。この犠牲層となるモリブデン膜12aは
、掘込み部2の形成に用いたチタンマスクllaを用い
てセルフアライメントされて形成されるので、掘込み部
2形成時にマスクlla下部へのエツチングの回り込み
が実質的にない場合には、犠牲層となるモリブデン膜1
2aか正確に掘込み部2内に充填されることになる。
The molybdenum film 12a in the dug portion 2 is called a sacrificial layer because it is removed after the bridge 7 is formed thereon. The molybdenum film 12a serving as the sacrificial layer is formed by self-alignment using the titanium mask lla used to form the recessed portion 2, so that when the recessed portion 2 is formed, the etching does not substantially extend to the lower part of the mask lla. If the molybdenum film 1 is not suitable for use as a sacrificial layer,
2a is accurately filled into the dug portion 2.

次に、フッ酸・水=1:9のエツチング液を用いて、モ
リブデン膜13の下地のチタンマスク11aをエツチン
グする。このとき、超音波などを用いて、エツチング液
がモリブデン膜12bの下部に入りこみやすいようにす
る。約30分のエツチングにより、チタンマスク11a
上のモリブデン膜12bが剥がれてリフトオフされ、第
5図(F)に示すように、シリコン基板1の掘込み部2
内に、犠牲層であるモリブデン膜12aを埋めこまれて
上面が平坦面とされた基板21を得る。
Next, the titanium mask 11a underlying the molybdenum film 13 is etched using an etching solution containing hydrofluoric acid and water in a ratio of 1:9. At this time, ultrasonic waves or the like are used to make it easier for the etching solution to enter the lower part of the molybdenum film 12b. By etching for about 30 minutes, the titanium mask 11a
The upper molybdenum film 12b is peeled off and lifted off, and as shown in FIG.
A substrate 21 having a flat upper surface with a molybdenum film 12a as a sacrificial layer buried therein is obtained.

次に上記基板21の上面にCVD法により酸化シリコン
膜13を1μmの厚さに形成し、その上に、窒化シリコ
ン膜14を同様の方法で約03μmの厚さに形成し、さ
らにその上に再び酸化シリコン膜15を約2μmの厚さ
に形成して第5図(G)に示すような多層構造の絶縁性
層16を基板21上に形成する。
Next, a silicon oxide film 13 is formed on the upper surface of the substrate 21 to a thickness of 1 μm by the CVD method, and a silicon nitride film 14 is formed thereon to a thickness of about 0.3 μm by the same method. A silicon oxide film 15 is again formed to a thickness of about 2 μm to form an insulating layer 16 having a multilayer structure on the substrate 21 as shown in FIG. 5(G).

次に絶縁性層16の全面に、後工程で電極線9となるチ
タン膜19を、第5図(H)に示すように、スパッタリ
ングにより約06μmの厚さに形成した後、このチタン
膜19を選択的にエツチングして、第5図(I)に示す
ように、絶縁性層16の橋梁7となる部分上に沿って電
極線9を形成する。なお、第5図(I)においては、絶
縁性層16の上面の左右端部にも電極線9の一部が示さ
れているが、この部分は第1図の電極パッド10に接続
される部分であって、実際には第5図(1)以降の図に
はあられれない位置にあるものである。しかしながら、
第5図(I)以降の図面の簡略化のために、左右端部に
示したものである。
Next, on the entire surface of the insulating layer 16, a titanium film 19, which will become the electrode wires 9 in a later step, is formed by sputtering to a thickness of about 0.6 μm, as shown in FIG. is selectively etched to form electrode wires 9 along the portions of the insulating layer 16 that will become the bridges 7, as shown in FIG. 5(I). Note that in FIG. 5(I), a part of the electrode wire 9 is also shown at the left and right ends of the upper surface of the insulating layer 16, and this part is connected to the electrode pad 10 in FIG. This part is actually located in a position that cannot be seen in the figures from FIG. 5(1) onwards. however,
In order to simplify the drawings from FIG. 5(I) onwards, they are shown at the left and right ends.

次に第5図(J)に示すように、絶縁性層16の橋梁7
となる部分上の中央部分に赤外線感応部8となるシリコ
ン膜を電極線9.9と接続された態様で形成し、さらに
両端の電極線9上にアルミニウムよりなる電極パッド1
0を形成する。
Next, as shown in FIG. 5(J), the bridge 7 of the insulating layer 16 is
A silicon film, which will become the infrared sensitive part 8, is formed in the central part on the part where it is connected to the electrode wires 9.9, and electrode pads 1 made of aluminum are further formed on the electrode wires 9 at both ends.
form 0.

次に全面にモリブデン膜22を約1μmの厚さでスパッ
タリングにより形成し、さらに第5図(K)に示すよう
に、モリブデン膜22の上面に橋梁7のパターンをフォ
トレジスト膜23により形成する。そしてこのフォトレ
ジスト膜23をマスクとして、モリブデン膜22を例え
ば硝酸:硫酸:水−1:1:3のエツチング液を用いて
エツチングし、第5図(L)に示すように、橋梁7作成
のためのエツチング用マスク22aを形成する。次にモ
リブデンマスク22aを用いて、第5図(M)に示すよ
うに、絶縁性層16のエツチングを行ない、3層構造の
絶縁性層よりなる橋梁7を犠牲層であるモリブデン膜1
2a上に匍わせて形成する。
Next, a molybdenum film 22 with a thickness of about 1 μm is formed on the entire surface by sputtering, and as shown in FIG. 5(K), a pattern of bridges 7 is formed on the upper surface of the molybdenum film 22 using a photoresist film 23. Then, using this photoresist film 23 as a mask, the molybdenum film 22 is etched using an etching solution of, for example, nitric acid: sulfuric acid: water - 1:1:3, and as shown in FIG. 5(L), the bridge 7 is created. An etching mask 22a is formed for etching. Next, using the molybdenum mask 22a, the insulating layer 16 is etched as shown in FIG.
2a and form it.

最後に硝酸:硫酸:水=1 + 1 : 3のエツチン
グ液を用いて、表面のモリブデン膜22aと、シリコン
基板1の掘込み部2内の犠牲層としてのモリブデン膜1
2aとをエツチングして除去することにより、第5図(
N)に示すような、掘込み部2上に4本の橋梁7が浮い
た状態で橋架された赤外線センサ素子を得ることができ
る。
Finally, using an etching solution of nitric acid: sulfuric acid: water = 1 + 1: 3, the molybdenum film 22a on the surface and the molybdenum film 1 as a sacrificial layer in the trench 2 of the silicon substrate 1 are removed.
By etching and removing 2a, the structure shown in FIG.
It is possible to obtain an infrared sensor element in which four bridges 7 are suspended above the dug portion 2 as shown in N).

[効 果] 以上の説明から明らかなように、本発明による赤外線セ
ンサ素子の製造方法では、基板の所定領域に、RIEの
ような制御性に優れたエツチング方法を用いて、あらか
じめ掘込み部を形成し、その後にこの掘込み部を犠牲層
で埋めて、基板の上面を平坦化し、次にこの基板の平坦
な上面に橋梁を上記犠牲層上に匍わせて形成した後に、
犠牲層を除去することにより、掘込み部上に橋梁を浮か
せた状態で橋架することを特徴とするものであるから、
このような製造方法によって得られる赤外線センサ素子
は、きわめて小型であるにもかかわらす、高い精度と均
一な熱的特性を有するものであるから、冒頭に述べた鼓
膜体温計用の赤外線センサ素子として好適なものである
ことが容易に理解されるであろう。
[Effects] As is clear from the above explanation, in the method for manufacturing an infrared sensor element according to the present invention, a trench is formed in a predetermined region of a substrate in advance by using an etching method with excellent controllability such as RIE. After that, the trench is filled with a sacrificial layer to flatten the top surface of the substrate, and then a bridge is formed on the flat top surface of the substrate by extending over the sacrificial layer.
The feature is that the bridge is built floating above the excavation by removing the sacrificial layer.
Although the infrared sensor element obtained by this manufacturing method is extremely small, it has high precision and uniform thermal characteristics, so it is suitable as an infrared sensor element for the eardrum thermometer mentioned at the beginning. It will be easily understood that

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による赤外線センサ素子の平面図、第2
図および第3図はそれぞれ第1図のn−■線および■−
■線に沿った断面図、第4図はその赤外線感応部の拡大
斜視図、第5図(A)〜(N)は第1図の赤外線センサ
素子の順次の製造工程を示す断面図である。
FIG. 1 is a plan view of an infrared sensor element according to the present invention, and FIG.
The figure and Figure 3 are the n-■ line and ■- line of Figure 1, respectively.
■A sectional view taken along the line; FIG. 4 is an enlarged perspective view of the infrared sensing portion; FIGS. 5(A) to (N) are sectional views showing the sequential manufacturing process of the infrared sensor element in FIG. 1. .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、基板に予め形成した掘込み部上に、赤外線感応部を
載置したブリッジを橋架させて設けたことを特徴とする
赤外線センサ素子。 2、前記ブリッジが、圧縮応力特性を備えた第1の材料
よりなる少なくとも1つの層と、引張り応力特性を備え
た第2の材料よりなる少なくとも1つの層との積層体に
より構成されている請求項1記載の赤外線センサ素子。 3、前記基板がシリコンよりなり、前記第1の材料がS
iO_2よりなり、前記第2の材料がSi_3N_4よ
りなる請求項3記載の赤外線センサ素子。 4、前記ブリッジが有機材料により構成されている請求
項1記載の赤外線センサ素子。 5、前記有機材料がポリイミドよりなる請求項4記載の
赤外線センサ素子。 6、前記ブリッジが、異なる有機材料の積層体よりなる
請求項1記載の赤外線センサ素子。 7、基板上の所定領域に、予め掘込み部を形成し、この
掘込み部内に金属材料よりなる犠牲層を充填し、この犠
牲層上に、赤外線感応部を載置した橋梁を匍わせて形成
し、次に前記犠牲層を、前記掘込み部上に前記ブリッジ
が橋架される態様でエッチングすることを特徴とする赤
外線センサ素子の製造方法。 8、前記掘込み部を、前記基板上の前記所定領域以外の
領域上に被着させたマスク膜を用いた反応性イオンエッ
チングにより形成する請求項7記載の製造方法。 9、前記掘込み部内に対する前記犠牲層の充填を、前記
マスク膜を用いたセルフアライメントにより行なう請求
項8記載の製造方法。 10、前記犠牲層を形成する金属材料としてモリブデン
を用いる請求項8または9記載の製造方法。 11、前記基板および前記犠牲層に対しては不溶性で、
かつ前記マスク膜に対しては可溶性のエッチング液を用
いて前記マスク膜をエッチングすることにより、前記掘
込み部内への前記犠牲層の充填に伴って前記マスク膜上
に被着される犠牲層材料をリフトオフさせる請求項8〜
10のうちの1つに記載された製造方法。 12、前記マスク膜がチタンよりなる請求項9〜11の
うちの1つに記載された製造方法。
[Scope of Claims] 1. An infrared sensor element, characterized in that a bridge on which an infrared sensitive section is placed is provided on a recessed section formed in advance in a substrate. 2. The bridge is constituted by a laminate of at least one layer of a first material with compressive stress properties and at least one layer of a second material with tensile stress properties. Item 1. The infrared sensor element according to item 1. 3. The substrate is made of silicon, and the first material is S.
The infrared sensor element according to claim 3, wherein the infrared sensor element is made of iO_2 and the second material is made of Si_3N_4. 4. The infrared sensor element according to claim 1, wherein the bridge is made of an organic material. 5. The infrared sensor element according to claim 4, wherein the organic material is made of polyimide. 6. The infrared sensor element according to claim 1, wherein the bridge is made of a laminate of different organic materials. 7. Form a dug portion in advance in a predetermined area on the substrate, fill this dug portion with a sacrificial layer made of a metal material, and place a bridge on which an infrared sensitive part is placed on the sacrificial layer. 1. A method for manufacturing an infrared sensor element, characterized in that the sacrificial layer is etched in such a manner that the bridge is formed on the recessed portion. 8. The manufacturing method according to claim 7, wherein the dug portion is formed by reactive ion etching using a mask film deposited on a region other than the predetermined region on the substrate. 9. The manufacturing method according to claim 8, wherein the sacrificial layer is filled into the dug portion by self-alignment using the mask film. 10. The manufacturing method according to claim 8 or 9, wherein molybdenum is used as the metal material forming the sacrificial layer. 11. insoluble in the substrate and the sacrificial layer;
and by etching the mask film using an etchant that is soluble in the mask film, a sacrificial layer material is deposited on the mask film as the sacrificial layer is filled into the dug portion. Claim 8~
10. The manufacturing method described in one of 10. 12. The manufacturing method according to claim 9, wherein the mask film is made of titanium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0492656U (en) * 1990-12-28 1992-08-12
JP2000002585A (en) * 1998-06-15 2000-01-07 Nec Corp Thermal infrared detecting element
JP2000298061A (en) * 1999-04-14 2000-10-24 Murata Mfg Co Ltd Infrared ray sensor
DE19842403B4 (en) * 1998-09-16 2004-05-06 Braun Gmbh Radiation sensor with several sensor elements
US9759613B2 (en) 2010-04-26 2017-09-12 Hme Co., Ltd. Temperature sensor device and radiation thermometer using this device, production method of temperature sensor device, multi-layered thin film thermopile using photo-resist film and radiation thermometer using this thermopile, and production method of multi-layered thin film thermopile

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0492656U (en) * 1990-12-28 1992-08-12
JP2000002585A (en) * 1998-06-15 2000-01-07 Nec Corp Thermal infrared detecting element
DE19842403B4 (en) * 1998-09-16 2004-05-06 Braun Gmbh Radiation sensor with several sensor elements
JP2000298061A (en) * 1999-04-14 2000-10-24 Murata Mfg Co Ltd Infrared ray sensor
US9759613B2 (en) 2010-04-26 2017-09-12 Hme Co., Ltd. Temperature sensor device and radiation thermometer using this device, production method of temperature sensor device, multi-layered thin film thermopile using photo-resist film and radiation thermometer using this thermopile, and production method of multi-layered thin film thermopile

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