JPH04307977A - Manufacture of thermal type infrared sensor - Google Patents

Manufacture of thermal type infrared sensor

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JPH04307977A
JPH04307977A JP3099668A JP9966891A JPH04307977A JP H04307977 A JPH04307977 A JP H04307977A JP 3099668 A JP3099668 A JP 3099668A JP 9966891 A JP9966891 A JP 9966891A JP H04307977 A JPH04307977 A JP H04307977A
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JP
Japan
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film
sensitive film
silicon
temperature sensitive
temperature
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Pending
Application number
JP3099668A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Komatsu
小松 清
Mitsuteru Kimura
光照 木村
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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Priority to EP19920104899 priority patent/EP0504928A3/en
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Abstract

PURPOSE:To increase constant of a thermistor and electric resistance value at the sensing part of a thermal type infrared sensor, to improve the controllability of the sensor, to enhance the sensitivity of response of the sensor as well as to improve the yield of a product. CONSTITUTION:A silicon oxynitride film 12 is formed on a silicon substrate 11 by a plasma CVD method and thereafter, a temperature-sensing film 14 consisting of amorphous silicon (a-Si) is formed on the film 12 and the substrate 11. Subsequently, ion implantation of impurities, such as phosphorus (P), is performed in the film 14 for making the film 14 have an intrinsic property. In this ion implantation, the phosphorus is implanted at a dose of 1X10<13> piece/cm<2> and after that, a heat treatment of one hour is performed.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は非接触で被計測対象の温
度を計測する熱型赤外線センサの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a thermal infrared sensor that measures the temperature of an object in a non-contact manner.

【0002】0002

【従来の技術】最近、非接触の体温計等に用いて好適な
熱型赤外線センサを、半導体微細加工を利用して作製す
る技術が種々開発されている。この熱型赤外線センサは
、支持基板上に架橋部を形成し、さらにこの架橋部の上
に温度感応膜を形成した構造となっている。すなわち、
温度感応膜で赤外線を受光し、その赤外線による上昇温
度を電気抵抗の変化で測定し、赤外線量(熱量)を知る
ものである。
2. Description of the Related Art Recently, various techniques have been developed for producing thermal infrared sensors suitable for use in non-contact thermometers and the like using semiconductor microfabrication. This thermal infrared sensor has a structure in which a bridge is formed on a support substrate, and a temperature sensitive film is further formed on the bridge. That is,
A temperature-sensitive film receives infrared rays, and the temperature rise caused by the infrared rays is measured by changes in electrical resistance to determine the amount of infrared rays (heat amount).

【0003】この熱型赤外線センサでは、微量な赤外線
に対して温度感応膜は熱容量が小さく、しかもそこから
外部に伝達する熱量が小さければそれだけ温度上昇が大
きくなり、応答感度が高くなる。このため、一般には、
温度感応膜を小さな架橋構造としたり、薄いダイヤフラ
ム構造とすることにより熱的容量を小さくし、これによ
り感度の向上を図っている。この温度感応膜は、架橋部
上に形成された温度感応膜、この感応膜上に形成された
電極およびこの電極からボンディングパッドまでの配線
により構成されている。ここで、温度感応膜だけでなく
、電極および配線も熱容量や熱伝達に寄与するため、こ
れらも可能な限り小さく、細かく、しかも薄く作る等の
工夫が必要になる。
In this thermal infrared sensor, the temperature sensitive film has a small heat capacity with respect to a small amount of infrared rays, and moreover, the smaller the amount of heat transferred from the film to the outside, the larger the temperature rise and the higher the response sensitivity. For this reason, generally
The thermal capacity is reduced by forming the temperature sensitive membrane into a small cross-linked structure or a thin diaphragm structure, thereby improving sensitivity. This temperature sensitive film is composed of a temperature sensitive film formed on the bridge, an electrode formed on this sensitive film, and wiring from this electrode to a bonding pad. Here, not only the temperature-sensitive film but also the electrodes and wiring contribute to heat capacity and heat transfer, so it is necessary to make these as small, fine, and thin as possible.

【0004】また、赤外線センサの中でもボロメータ方
式のセンサでは、半導体からなる温度感応膜にサーミス
タ効果を利用しているが、このサーミスタ効果は、理論
的には半導体に熱が加えられたとき熱励起された自由キ
ャリアの数が増加し半導体の電気抵抗が低下する現象を
いう。このようなことから温度感応膜としては、微細加
工が容易であり、サーミスタ効果の大きいシリコンのよ
うな単結晶半導体薄膜を用いることが望ましい。このシ
リコン単結晶膜の形成は一般にエピタキシャル成長によ
り行われるが、微細な架橋構造の上に単結晶シリコン膜
を設けることは困難であり、可能であるとしてもコスト
がかかる。このため、従来は温度感応膜としてアモルフ
ァスシリコン(a−Si)あるいはアモルファスゲルマ
ニウム(a−Ge)をスパッタリング法あるいはCVD
法(化学的気相成長法)により厚さ1μm程度の薄膜状
に形成していた。
[0004] Also, among infrared sensors, bolometer-type sensors utilize the thermistor effect in a temperature-sensitive film made of a semiconductor, but theoretically, this thermistor effect is caused by thermal excitation when heat is applied to the semiconductor. This is a phenomenon in which the number of free carriers increases and the electrical resistance of a semiconductor decreases. For this reason, it is desirable to use a single crystal semiconductor thin film such as silicon, which is easy to microfabricate and has a large thermistor effect, as the temperature sensitive film. Formation of this silicon single crystal film is generally performed by epitaxial growth, but it is difficult to provide a single crystal silicon film on a fine crosslinked structure, and even if it is possible, it is costly. For this reason, conventionally, amorphous silicon (a-Si) or amorphous germanium (a-Ge) was used as a temperature-sensitive film by sputtering or CVD.
It was formed into a thin film with a thickness of about 1 μm using a chemical vapor deposition method.

【0005】ところで、一般にシリコン半導体の温度感
応膜に導電性をもたせるために、一定の不純物、たとえ
ば砒素(As)や燐(P)がドーピングされているが、
これは浅い不純物準位を形成し、サーミスタ定数(B定
数)を小さくさせてしまうため、サーミスタとして感度
が小さくなってしまうという問題があった。サーミスタ
定数を大きくするためには、温度感応膜を真性半導体に
した方がよい。このためには半導体のフェルミ準位Ef
 を禁制帯の中央付近に導入し、アクセプタを多く含む
場合には、その逆のドナーを導入するようにして補償し
てやるか、または、深い準位を持つ不純物(たとえばシ
リコンに対しては、金(Au)や銅(Cu)等を導入し
てフェルミ準位Ef をその不純物が形成する深い準位
のところに固定させるようにすれば良い。しかし、これ
らの不純物量は、補償するという意味で極めて精度良く
制御されなければならない。従来、この不純物のドーピ
ングは高温(1000℃以上)の熱拡散法により行われ
ていた。
By the way, in order to make silicon semiconductor temperature sensitive films conductive, certain impurities such as arsenic (As) and phosphorus (P) are generally doped.
This forms a shallow impurity level and decreases the thermistor constant (B constant), resulting in a problem that the sensitivity of the thermistor decreases. In order to increase the thermistor constant, it is better to use an intrinsic semiconductor as the temperature sensitive film. For this purpose, the Fermi level Ef of the semiconductor is
If it contains a large number of acceptors, it can be compensated for by introducing a donor near the center of the forbidden band, or an impurity with a deep level (for example, for silicon, gold ( It is possible to fix the Fermi level Ef at a deep level formed by these impurities by introducing materials such as Au) or copper (Cu).However, the amount of these impurities is extremely large in terms of compensation. It must be precisely controlled. Conventionally, doping with this impurity has been carried out by a thermal diffusion method at a high temperature (1000° C. or higher).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱型赤外線センサでは、温度感応膜は架橋構造上に形成
されているため、上述のように不純物のドーピングを高
温の熱拡散法により行うと、ドーピング量の制御性が悪
く、結果としてサーミスタ定数および半導体の温度感応
膜の抵抗値の制御性が悪くなり、しかも温度感応膜が変
形し、さらに膜と電極との接触性が悪くなり、そのため
応答感度が低下し、製品の歩留りが悪くなるという問題
があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in conventional thermal infrared sensors, the temperature sensitive film is formed on a crosslinked structure, so when doping with impurities is carried out by the high temperature thermal diffusion method as described above, The controllability of the doping amount is poor, and as a result, the controllability of the thermistor constant and the resistance value of the temperature-sensitive film of the semiconductor is poor, and the temperature-sensitive film is deformed, and the contact between the film and the electrode is poor, resulting in poor response. There was a problem that the sensitivity was lowered and the yield of the product was lowered.

【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、半導体薄膜からなる温度感応膜を真
性的にさせることにより、サーミスタ定数および電気抵
抗値を大きくさせるとともに、作製上の制御性がよく、
応答感度が高く、製品の歩留りを向上させることができ
る熱型赤外線センサの製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to increase the thermistor constant and electric resistance value by making the temperature sensitive film made of a semiconductor thin film intrinsic, and to improve the manufacturing efficiency. Good controllability,
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thermal infrared sensor that has high response sensitivity and can improve product yield.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による熱型赤外線
センサの製造方法は、半導体基板に形成される架橋部上
に温度感応膜を形成する工程と、前記温度感応膜にイオ
ン注入を行うことにより真性半導体もしくは真性に近い
半導体になるような不純物を導入する工程と、前記不純
物が導入された半導体基板を所定の温度で加熱する熱処
理工程と、前記温度感応膜上に電極を形成する工程とを
備えている。
[Means for Solving the Problems] A method for manufacturing a thermal infrared sensor according to the present invention includes the steps of forming a temperature sensitive film on a crosslinked portion formed on a semiconductor substrate, and implanting ions into the temperature sensitive film. a step of introducing an impurity that becomes an intrinsic semiconductor or a near-intrinsic semiconductor; a heat treatment step of heating the semiconductor substrate into which the impurity has been introduced at a predetermined temperature; and a step of forming an electrode on the temperature sensitive film. It is equipped with

【0009】本発明の熱型赤外線センサの製造方法では
、熱拡散法に比較して不純物の正確なドーズ量と導入深
さを設定できるため、容易に真性半導体的性質を持たせ
ることができるとともに、その後の短時間の熱処理工程
により、薄い温度感応膜に一様に拡散させることができ
、不純物の均一な真性半導体または真性に近い半導体が
得やすくなる。さらに、サーミスタ定数および電気抵抗
値が大きくなり、かつ制御性がよく、応答感度が向上す
るとともに、電気特性の再現性が向上する。
In the method for manufacturing a thermal infrared sensor of the present invention, since it is possible to set the dose and introduction depth of impurities more accurately than in the thermal diffusion method, it is possible to easily impart intrinsic semiconductor properties to the sensor. Through the subsequent short-time heat treatment step, the impurities can be uniformly diffused into the thin temperature-sensitive film, making it easier to obtain an intrinsic semiconductor or a near-intrinsic semiconductor with uniform impurities. Furthermore, the thermistor constant and electrical resistance value are increased, controllability is improved, response sensitivity is improved, and reproducibility of electrical characteristics is improved.

【0010】温度感応膜はアモルファスシリコン(a−
Si)あるいはアモルファスゲルマニウム(a−Ge)
をスパッタリング法により形成し、これを熱処理等で多
結晶化あるいは単結晶化させる。あるいはCVD法によ
り多結晶化させて形成してもよく、その厚さは1μm程
度の薄膜状とすることが好ましい。
The temperature sensitive film is made of amorphous silicon (a-
Si) or amorphous germanium (a-Ge)
is formed by a sputtering method, and is made polycrystalline or single crystallized by heat treatment or the like. Alternatively, it may be formed by polycrystallization using a CVD method, and it is preferable to form a thin film with a thickness of about 1 μm.

【0011】この温度感応膜へのイオン注入の条件は、
その後の熱処理の結果、半導体薄膜から成る温度感応膜
が、真性半導体的または真性半導体に近い性質になるよ
うにさせるもので、イオン注入しないときにp型になっ
ているならn型不純物を、n型になっているならp型不
純物を注入し、補償型半導体とすればよく、また、真性
半導体に近い状態にさせるときには、温度感応膜がシリ
コン半導体ならば、金(Au)や銅(Cu)のように深
い準位を形成する不純物をイオン注入し、半導体のフェ
ルミ準位が禁制帯幅の中央付近にピン止めされるように
すればよい。
The conditions for ion implantation into this temperature sensitive film are as follows:
As a result of the subsequent heat treatment, the temperature sensitive film made of a semiconductor thin film is made to have properties like an intrinsic semiconductor or close to an intrinsic semiconductor. If the temperature sensitive film is a silicon semiconductor, p-type impurities can be implanted to make it a compensated semiconductor.If the temperature sensitive film is a silicon semiconductor, gold (Au) or copper (Cu) can be used to make it close to an intrinsic semiconductor. The Fermi level of the semiconductor may be pinned near the center of the forbidden band width by ion-implanting an impurity that forms a deep level as shown in FIG.

【0012】たとえば、イオン注入しないで熱処理工程
を行った後に、1μm厚のシリコンの温度感応膜のアク
セプタ濃度が、1×1016個/cm3 であったとす
れば、n型不純物である燐(P)を1×1013個/c
m2 のドーズ量でイオン注入すればよい。一般に、8
50°C以上の熱処理で、ドーピング効率100%とな
るので、上記計算ではドーピング効率を100%として
いるが、実際には、実験的に調整する必要がある。また
、上記のようにアクセプタ濃度が1×1016個/cm
3 の場合に、金や銅を1×1016個/cm3 以上
の濃度になるように、たとえば5×1013個/cm2
 のドーズ量でイオン注入してもよい。
For example, if the acceptor concentration of a 1 μm thick silicon temperature sensitive film is 1×10 16 /cm 3 after a heat treatment process is performed without ion implantation, phosphorus (P), which is an n-type impurity, 1×1013 pieces/c
Ion implantation may be performed at a dose of m2. Generally, 8
Since the doping efficiency becomes 100% with heat treatment at 50° C. or higher, the doping efficiency is assumed to be 100% in the above calculation, but in reality, it is necessary to adjust it experimentally. In addition, as mentioned above, the acceptor concentration is 1 × 1016 pieces/cm
3, gold or copper is added to a concentration of 1 x 1016 pieces/cm3 or more, for example, 5 x 1013 pieces/cm2.
Ion implantation may be performed at a dose of .

【0013】熱処理工程には3つの目的がある。1つは
イオン注入不純物を1μm程度の薄い温度感応膜中に均
一に不純物拡散させることで、このためには900°C
、30分程度あれば充分である。もう1つは、注入不純
物を100%活性化させるため、すなわちドーピング効
率を100%にするためで、このためには850°C以
上あればよい。さらに、他の1つは、イオン注入により
荒れた温度感応膜表面のアモルファス層を結晶化させる
こと、またスパッタ形成した温度感応膜の場合は、一般
にアモルファス状態になっているので、これを結晶化さ
せるためのもので、1050°C、1時間程度の熱処理
をすると結晶化できる。これらの3つの目的を一回で得
るためには、1100°C、1時間の熱処理を行えばよ
い。
The heat treatment step has three purposes. One is to uniformly diffuse ion-implanted impurities into a thin temperature-sensitive film of about 1 μm.
, about 30 minutes is sufficient. The other reason is to activate the implanted impurity by 100%, that is, to make the doping efficiency 100%, and for this purpose, the temperature should be 850° C. or higher. Another method is to crystallize the amorphous layer on the surface of the temperature-sensitive film that has been roughened by ion implantation, and to crystallize the sputter-formed temperature-sensitive film, which is generally in an amorphous state. It can be crystallized by heat treatment at 1050°C for about 1 hour. In order to achieve these three purposes at once, heat treatment at 1100°C for 1 hour is sufficient.

【0014】温度感応膜上に電極を形成する工程は、た
とえばチタン(Ti)、白金(Pt)、モリブデン(M
o)等の低抵抗のシリサイドを形成させるなどして、オ
ーム性電極を形成できるようにする。たとえば、チタン
を500Å厚程度に蒸着し、フォトリソグラフィーによ
り必要な電極形状にパターン形成した後、650°Cで
シンタリングし、その後未反応のチタンおよびその酸化
物をエッチング除去してアルミニウム等で電極を形成す
るとよい。
[0014] The process of forming electrodes on the temperature sensitive film is performed using, for example, titanium (Ti), platinum (Pt), molybdenum (M
It is possible to form an ohmic electrode by forming a low-resistance silicide such as (o). For example, titanium is deposited to a thickness of about 500 Å, patterned into the required electrode shape by photolithography, sintered at 650°C, unreacted titanium and its oxides are etched away, and aluminum or other electrodes are formed. It is recommended to form a

【0015】なお、半導体基板としては、シリコン、ゲ
ルマニウム等の半導体基板が用いられるが、容易にしか
も安価に手に入れることが可能な単結晶シリコン基板を
用いることが好ましい。また、架橋部としては、シリコ
ンオキシナイトライド (SiOxNy) 膜を用いる
ことが好ましい。このシリコンオキシナイトライド膜は
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との両者の性質を持ち
、そのため応力バランスが良く、安定した架橋構造を形
成することが可能となる。このシリコンオキシナイトラ
イド膜の膜厚は0.1〜50μmとすることが好ましい
。0.1μm未満であれば、薄す過ぎて十分な強度を得
ることができず、一方50μmより厚くなると、熱容量
が大きくなり、そのため前記理由で感度が低下する。シ
リコンオキシナイトライド膜の成膜は、具体的には、た
とえばプラズマCVD法により行われる。この方法では
、使用ガスは、モノシラン( SiH4)、窒素( N
2)および笑気ガス(N2 O)が用いられる。ここで
、N2 とN2 Oとのガス流量比(N2 /( N2
 +N2 O))を変化させることにより、シリコンオ
キシナイトライド膜の化学量論的組成x,yを制御する
ことができ、支持基板、特にシリコン基板との間の熱膨
張係数の差を実質的になくし、これにより応力による破
損を防止することができる。
[0015] As the semiconductor substrate, a semiconductor substrate made of silicon, germanium, etc. can be used, but it is preferable to use a single crystal silicon substrate, which can be easily and inexpensively obtained. Further, it is preferable to use a silicon oxynitride (SiOxNy) film as the bridge portion. This silicon oxynitride film has the properties of both a silicon oxide film and a silicon nitride film, and therefore has a good stress balance and can form a stable crosslinked structure. The thickness of this silicon oxynitride film is preferably 0.1 to 50 μm. If it is less than 0.1 μm, it will be too thin to obtain sufficient strength, while if it is thicker than 50 μm, the heat capacity will increase and the sensitivity will decrease for the above-mentioned reason. Specifically, the silicon oxynitride film is formed by, for example, a plasma CVD method. In this method, the gases used are monosilane (SiH4), nitrogen (N
2) and laughing gas (N2O) is used. Here, the gas flow rate ratio of N2 and N2 O (N2 / (N2
+N2O)) The stoichiometric composition x,y of the silicon oxynitride film can be controlled, and the difference in thermal expansion coefficient between it and the supporting substrate, especially the silicon substrate, can be substantially reduced. This prevents damage due to stress.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

【0017】図2は本発明の一実施例に係る熱型赤外線
センサの平面構造を概略的に示し、また図1はその要部
である温度感応膜を取り出して示す斜視図である。
FIG. 2 schematically shows a planar structure of a thermal infrared sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a perspective view showing a temperature sensitive film, which is an essential part thereof.

【0018】この熱型赤外線センサでは、たとえば支持
部となるシリコン基板11の中央部に空洞部13が形成
されるとともに、シリコン基板11の表面には、空洞部
13の上に幅100μm、長さ2mm、膜厚2μmの2
本の架橋部12a、12aを有するシリコンオキシナイ
トライド膜12が形成されている。架橋部12a、12
aの中央部上部にはそれぞれ温度感応膜14が形成され
ている。この温度感応膜14は、たとえばスパッタリン
グされたアモルファスシリコン(a−Si)を熱処理に
より多結晶化して形成され、しかも真性的性質を持たせ
るために不純物、たとえば燐(P)がドーピングされて
いる。また、温度感応膜14上には2つの電極15a、
15bが互いに対向して形成されている。これらの電極
15a、15bはたとえばチタンシリサイド膜により形
成されている。また、電極15a、15bにはそれぞれ
配線16の一端部が接続されており、この配線16の他
端部は架橋部12aの両端部のボンディングパッド17
に接続されている。これら配線16はたとえばアルミニ
ウム(Al)により形成されている。
In this thermal infrared sensor, a cavity 13 is formed in the center of a silicon substrate 11 that serves as a support, and a cavity 13 with a width of 100 μm and a length of 100 μm is formed on the surface of the silicon substrate 11 above the cavity 13. 2 mm, film thickness 2 μm 2
A silicon oxynitride film 12 having book bridge portions 12a, 12a is formed. Bridge parts 12a, 12
A temperature sensitive film 14 is formed at the upper center of each of the portions a. The temperature sensitive film 14 is formed by polycrystallizing sputtered amorphous silicon (a-Si) by heat treatment, and is doped with an impurity such as phosphorus (P) to give it intrinsic properties. Further, on the temperature sensitive film 14, two electrodes 15a,
15b are formed facing each other. These electrodes 15a and 15b are formed of, for example, a titanium silicide film. Further, one end of a wiring 16 is connected to each of the electrodes 15a and 15b, and the other end of this wiring 16 is connected to bonding pads 17 at both ends of the bridge portion 12a.
It is connected to the. These wiring lines 16 are made of aluminum (Al), for example.

【0019】この熱型赤外線センサは、入射される赤外
線の量(熱量)に応じて温度感応膜14の電気抵抗値が
変化するもので、その抵抗値の変化に応じて電極15お
よび配線16に流れる電流値またはボンディングパッド
17間の電圧値を信号処理回路(公知のため図示せず)
で計測することにより、赤外線の量を検知することがで
きる。
In this thermal infrared sensor, the electrical resistance value of the temperature sensitive film 14 changes depending on the amount of infrared rays (heat amount) incident on it, and the electrode 15 and the wiring 16 change depending on the change in resistance value. A signal processing circuit (not shown as it is publicly known) determines the flowing current value or the voltage value between the bonding pads 17.
By measuring the amount of infrared rays, it is possible to detect the amount of infrared rays.

【0020】図3(a)〜(d)および図4(e)〜(
g)はこの熱型赤外線センサの製造工程を表すものであ
る。なお、図3(a)〜(d)および図4(e)〜(g
)は図2のA−A線に沿う断面構造を表している。
FIGS. 3(a)-(d) and FIGS. 4(e)-(
g) represents the manufacturing process of this thermal infrared sensor. In addition, FIGS. 3(a) to (d) and FIGS. 4(e) to (g
) represents a cross-sectional structure taken along line A-A in FIG.

【0021】まず、図3(a)に示すような面方位(1
10)のシリコン基板11を用意した。次に、このシリ
コン基板11上にプラズマCVD法により同図(b)に
示すような膜厚2μmのシリコンオキシナイトライド膜
12を形成した。すなわち、シリコン基板11を450
℃に加熱し、成膜条件として、圧力を0.45toor
、高周波出力を400W とし、反応ガスとして、モノ
シラン(Si H4 )を15SCCM、窒素(N2 
)を203SCCM、笑気ガス(N2 O)を32SC
CM流し、シリコン基板11上にシリコンオキシナイト
ライドを気相成長させた。
First, the plane orientation (1
10) The silicon substrate 11 was prepared. Next, on this silicon substrate 11, a silicon oxynitride film 12 having a thickness of 2 .mu.m as shown in FIG. 3(b) was formed by plasma CVD. That is, the silicon substrate 11 is
℃, and the pressure was set to 0.45 toor as a film forming condition.
, the high frequency output was 400 W, and the reaction gases were 15 SCCM of monosilane (Si H4) and nitrogen (N2
) to 203SCCM, laughing gas (N2O) to 32SCCM
CM was flowed to grow silicon oxynitride on the silicon substrate 11 in a vapor phase.

【0022】続いて、シリコンをターゲットとしてスパ
ッタリングを行い、同図(c)に示すように、シリコン
オキシナイトライド膜12およびシリコン基板11上に
アモルファスシリコン(aーSi)からなる温度感応膜
14を形成した。このスパッタリングは、ガス流量をア
ルゴン(Ar)=2SCCM、水素(H2 )=1SC
CM、成膜圧力を3×10−3Torr、高周波圧力を
200Wとして10分間行った。
Next, sputtering is performed using silicon as a target to form a temperature sensitive film 14 made of amorphous silicon (a-Si) on the silicon oxynitride film 12 and the silicon substrate 11, as shown in FIG. Formed. This sputtering is performed using gas flow rates of argon (Ar) = 2SCCM and hydrogen (H2) = 1SCCM.
CM was performed for 10 minutes at a film forming pressure of 3 x 10-3 Torr and a high frequency pressure of 200W.

【0023】続いて、温度感応膜14に真性的性質を持
たせるために、同図(d)に示すように、温度感応膜1
4に不純物、たとえば燐(P)のイオン注入を行った。 このイオン注入は、たとえば燐を1×1013個/cm
2 のドーズ量で行い、この後1100°C、1時間の
熱処理を行った。
Next, in order to give the temperature sensitive film 14 intrinsic properties, as shown in FIG.
4, an impurity such as phosphorus (P) was ion-implanted. This ion implantation is carried out at a rate of, for example, 1×1013 phosphorus/cm.
After that, heat treatment was performed at 1100°C for 1 hour.

【0024】次に、図4(e)に示すように、温度感応
膜14のパターニングを行った。続いて、同図(f)の
ように、たとえば蒸着法により温度感応膜14およびシ
リコン基板11の表面にチタン膜を形成した後、パター
ニングして互いに対向させて電極15a、15bを形成
した。続いて、650°C、5分間のシンタリングによ
り、チタンシリサイド膜を形成し、エッチング液により
未反応チタンおよびその酸化膜を除去した。
Next, as shown in FIG. 4(e), the temperature sensitive film 14 was patterned. Subsequently, as shown in FIG. 4F, a titanium film was formed on the surface of the temperature sensitive film 14 and the silicon substrate 11 by, for example, a vapor deposition method, and then patterned to form electrodes 15a and 15b facing each other. Subsequently, a titanium silicide film was formed by sintering at 650°C for 5 minutes, and unreacted titanium and its oxide film were removed using an etching solution.

【0025】次に、アルミニウムを真空蒸着により約1
000Å厚に形成し、同図(g)に示すようにエッチン
グによりパターン化して配線16を形成した。
[0025] Next, aluminum was deposited by vacuum evaporation to a thickness of about 1
000 Å thick, and patterned by etching to form the wiring 16 as shown in FIG. 2(g).

【0026】続いて、シリコンオキシナイトライド膜1
2をパターニングして図2に示したような架橋部12a
、12aのパターンを形成した。このパターニングはた
とえば反応性イオンエッチング(RIE)により、下地
のシリコン基板11が露出するまで行った。このエッチ
ングは、エッチングガスとして三ふっ化メタン(CHF
3 )、フロン14(CF4 )と酸素(O2 )を用
い、その流量をCHF3 =30SCCM、CF4 =
8SCCM、O2 =2SCCMとし、エッチング時の
圧力を0.075Torr、高周波出力を300Wとし
、エッチング時間を40分とした。
Next, silicon oxynitride film 1
2 is patterned to form a bridge portion 12a as shown in FIG.
, 12a were formed. This patterning was performed, for example, by reactive ion etching (RIE) until the underlying silicon substrate 11 was exposed. This etching uses methane trifluoride (CHF) as an etching gas.
3), using Freon 14 (CF4) and oxygen (O2), the flow rates are CHF3 = 30SCCM, CF4 =
The etching pressure was 0.075 Torr, the high frequency output was 300 W, and the etching time was 40 minutes.

【0027】最後に、架橋部12a、12aの下部のシ
リコン基板11を選択的にエッチング除去して空洞部1
3を形成した。このエッチングはヒドラジン水溶液を用
いた異方性エッチングにより行った。なお、この異方性
エッチングは水酸化カリウム水溶液を用いて行うように
してもよい。
Finally, the silicon substrate 11 under the bridge parts 12a, 12a is selectively etched away to form the cavity 1.
3 was formed. This etching was performed by anisotropic etching using a hydrazine aqueous solution. Note that this anisotropic etching may be performed using an aqueous potassium hydroxide solution.

【0028】このように本実施例においては、温度感応
膜14に不純物を導入するに際し、熱拡散法に比較して
不純物のドーズ量と導入深さを正確に設定できるので、
真性半導体的性質を容易に持たせることができるととも
に、均一に導入できる。このため、サーミスタ定数およ
び電気抵抗値を大きくでき、かつ制御性がよくなり、応
答感度が向上するとともに、電気特性の再現性が向上す
る。
As described above, in this embodiment, when introducing impurities into the temperature sensitive film 14, the dose amount and introduction depth of the impurities can be set more accurately than in the thermal diffusion method.
It can be easily imparted with intrinsic semiconductor properties and can be introduced uniformly. Therefore, the thermistor constant and electrical resistance value can be increased, controllability is improved, response sensitivity is improved, and reproducibility of electrical characteristics is improved.

【0029】以上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するものではなく、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、温度感応膜14へのイオン注入を
行った後に、異方性エッチングを行い架橋部12aを形
成するようにしたが、架橋部12aを形成した後にイオ
ン注入を行うようにしてもよい。
The present invention has been explained above with reference to examples.
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be modified in various ways without changing the gist thereof. For example, in the above embodiment, after ion implantation into the temperature sensitive film 14, anisotropic etching is performed to form the bridge portion 12a, but it is preferable to perform ion implantation after forming the bridge portion 12a. You can also do this.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明の熱型赤外線
センサの製造方法によれば、温度感応膜に不純物を導入
するに際してイオン注入法を用いるようにしたので、ド
ーズ量を正確に設定でき、このため半導体が真性化しや
すく、かつ薄い温度感応膜に不純物が均一に分布しやす
い。このため、サーミスタ定数および電気抵抗値が大き
くなるとともに制御性がよくなり、さらに応答感度が向
上するとともに、電気特性の再現性が向上し、製造歩留
りが向上する。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the method of manufacturing a thermal infrared sensor of the present invention, since the ion implantation method is used to introduce impurities into the temperature sensitive film, the dose amount can be set accurately. Therefore, the semiconductor tends to become intrinsic, and impurities tend to be uniformly distributed in the thin temperature-sensitive film. Therefore, the thermistor constant and electrical resistance value become larger, controllability becomes better, response sensitivity improves, reproducibility of electrical characteristics improves, and manufacturing yield improves.

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

【図1】本発明の一実施例に係る熱型赤外線センサの感
応部の構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a sensitive part of a thermal infrared sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に係る熱型赤外線センサの構
成を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing the configuration of a thermal infrared sensor according to an embodiment of the present invention.

【図3】第1図の熱型赤外線センサの製造工程を図2の
A−A線に沿って示す縦断面図である。
3 is a longitudinal cross-sectional view showing the manufacturing process of the thermal infrared sensor of FIG. 1 along line AA of FIG. 2; FIG.

【図4】第1図の熱型赤外線センサの製造工程を図2の
A−A線に沿って示す縦断面図である。
4 is a longitudinal sectional view showing the manufacturing process of the thermal infrared sensor of FIG. 1 along the line AA of FIG. 2; FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11─シリコン基板 12─シリコンオキシナイトライド膜 12a─架橋部 13─空洞部 14─温度感応膜 15、15b─電極 16─配線 11-Silicon substrate 12-Silicon oxynitride film 12a - Crosslinked part 13─Cavity part 14-Temperature sensitive membrane 15, 15b - electrode 16─Wiring

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基板に形成される架橋部上に温
度感応膜を形成する工程と、前記温度感応膜にイオン注
入を行うことにより真性半導体もしくは真性に近い半導
体になるような不純物を導入する工程と、前記不純物が
導入された半導体基板を所定の温度で加熱する熱処理工
程と、前記温度感応膜上に電極を形成する工程とを備え
たことを特徴とする熱型赤外線センサの製造方法。
1. A step of forming a temperature sensitive film on a crosslinked portion formed on a semiconductor substrate, and introducing an impurity that becomes an intrinsic semiconductor or a near-intrinsic semiconductor by implanting ions into the temperature sensitive film. a heat treatment step of heating the semiconductor substrate into which the impurity has been introduced at a predetermined temperature; and a step of forming an electrode on the temperature sensitive film.
JP3099668A 1991-03-20 1991-04-05 Manufacture of thermal type infrared sensor Pending JPH04307977A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5801383A (en) * 1995-11-22 1998-09-01 Masahiro Ota, Director General, Technical Research And Development Institute, Japan Defense Agency VOX film, wherein X is greater than 1.875 and less than 2.0, and a bolometer-type infrared sensor comprising the VOX film
US5966590A (en) * 1996-10-29 1999-10-12 Director General, Technical Research And Development Institute, Japan Defense Agency Method for manufacturing thermal-type infrared sensor
JP2019067874A (en) * 2017-09-29 2019-04-25 マツダ株式会社 Method of manufacturing peltier device and method of packaging the same

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