JPH06117919A - 赤外線センサ - Google Patents
赤外線センサInfo
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- JPH06117919A JPH06117919A JP4265688A JP26568892A JPH06117919A JP H06117919 A JPH06117919 A JP H06117919A JP 4265688 A JP4265688 A JP 4265688A JP 26568892 A JP26568892 A JP 26568892A JP H06117919 A JPH06117919 A JP H06117919A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
-
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Landscapes
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体基板をエッチングして得られるダイアフ
ラム構造を有する赤外線センサにおいて入射する赤外線
の吸収率を高めることを目的とする。 【構成】金属又は半導体又は金属と半導体のパターンを
支持し、かつ、半導体のエッチング液に対し耐腐蝕性を
もつシリコン窒化膜の薄膜と、前記薄膜上にある赤外吸
収率の高い吸収層と、前記、薄膜を支持している半導体
基板から成るダイアフラム構造を有しており、前記薄膜
直下のシリコン基板には半球状の窪みがありシリコン基
板上にはシリコンよりも大きな屈折率を有する薄膜があ
って、窪みを平坦化している。
ラム構造を有する赤外線センサにおいて入射する赤外線
の吸収率を高めることを目的とする。 【構成】金属又は半導体又は金属と半導体のパターンを
支持し、かつ、半導体のエッチング液に対し耐腐蝕性を
もつシリコン窒化膜の薄膜と、前記薄膜上にある赤外吸
収率の高い吸収層と、前記、薄膜を支持している半導体
基板から成るダイアフラム構造を有しており、前記薄膜
直下のシリコン基板には半球状の窪みがありシリコン基
板上にはシリコンよりも大きな屈折率を有する薄膜があ
って、窪みを平坦化している。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線センサに関し、
特に半導体基板をエッチングして得られるダイアフラム
構造を有する赤外線センサに関する。
特に半導体基板をエッチングして得られるダイアフラム
構造を有する赤外線センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の赤外線センサは、金属又
は半導体又は金属と半導体の両方のパターンを支持し、
かつ、エッチング液に対し耐腐蝕性を持ち、ストッパー
として働く窒化膜及び窒化膜を補強する強度の強い酸化
膜を多層にした絶縁性の薄膜と、前記薄膜上にある赤外
線吸収率の高い吸収層と、前記薄膜を支持しているシリ
コン基板から成るダイアフラム構造を有し、前記ダイア
フラム構造は、パターンがある側、或いは、基板裏側か
らシリコン基板をエッチングしできた構造となってい
た。(例えば、センサ技術1986年7月号Vol.
6,No8)『サーモパイル』P66〜68,Proc
eedings of the 13th Confe
rence on Solid State Devi
ces,Tokyo. 1981 Japanese
Journal of AppliedPhysic
s, Vol.21(1982) Supplemen
t 21−1, pp225−2 “Pyroelec
tric Infrared Sensor Usin
g PbTiO3 Thin Film”)又は、シリ
コン基板上の絶縁膜上に形成した犠牲層をエッチングし
てできた構造となっていた。(例えば電気学会研究会資
料電子デバイス・センサ技術合同研究会EDD−88−
67 ST−88−10 『32×32圧力センサアレ
イ』(1988年10月)P17〜26) 図2(a),(b)は従来のダイアフラム構造を有する
赤外線センサの、それぞれ上面図と断面図である。半導
体と金属パターン4を支持し、エッチング液に対し耐腐
蝕性を持ち、ストッパーとして働くシリコン窒化膜の薄
膜7と、本デバイス表面にある赤外線吸収率が高い吸収
層6と、この吸収層6と前記パターン4とを絶縁する絶
縁膜8と、以上述べた前4層から成る薄膜を支持するシ
リコン基板1,及びエッチングされて空洞となる犠牲層
3から成る。吸収層は、例えば金黒(ゴールドブラッ
ク)の膜を用いる。前記半導体と金属のパターン4は、
サーモパイルを為しており、熱電能の異なる2種類の熱
電材料10,11を接点部5を介し、交互に接続したも
のである。図2では、2種類の熱電材料10,11は、
それぞれP型ポリシリコン膜とn型ポリシリコン膜であ
り、各1本ずつで1対に熱電対を為す合計12対の熱電
対を直列に接続している。P型ポリシリコン10とn型
ポリシリコン11の間は金属5で接続している。又、1
対の熱電対の両端は、一方を前記薄膜中で犠牲層上部に
ある部分に、もう一方を犠牲層のない部分に配置してあ
る。シリコン基板1上の絶縁膜2と窒化膜に囲まれた空
洞3は、デバイスをエッチング液に浸して、薄膜表面に
穿けた孔9からエッチング液を浸透させ、犠牲層3をエ
ッチングして形成する。窒化膜7は前述のように前記エ
ッチングに対してストッパーとなる。図2の例では、赤
外線検知部である前記薄膜に、赤外線が入射した場合、
薄膜を透過した赤外線は、もはや薄膜の温度上昇には関
与しない。又、前記ダイアフラム構造が、シリコン基板
上の絶縁膜上に形成した犠牲層をエッチングしてできた
構造となっているので、薄膜を透過した赤外線は、ダイ
アフラムの支持と、ヒートシンクの作用を兼ねている前
記シリコン基板に吸収されるため、ヒートシンクの温度
が上昇し、赤外線センサの感度が悪くなるという欠点が
ある。
は半導体又は金属と半導体の両方のパターンを支持し、
かつ、エッチング液に対し耐腐蝕性を持ち、ストッパー
として働く窒化膜及び窒化膜を補強する強度の強い酸化
膜を多層にした絶縁性の薄膜と、前記薄膜上にある赤外
線吸収率の高い吸収層と、前記薄膜を支持しているシリ
コン基板から成るダイアフラム構造を有し、前記ダイア
フラム構造は、パターンがある側、或いは、基板裏側か
らシリコン基板をエッチングしできた構造となってい
た。(例えば、センサ技術1986年7月号Vol.
6,No8)『サーモパイル』P66〜68,Proc
eedings of the 13th Confe
rence on Solid State Devi
ces,Tokyo. 1981 Japanese
Journal of AppliedPhysic
s, Vol.21(1982) Supplemen
t 21−1, pp225−2 “Pyroelec
tric Infrared Sensor Usin
g PbTiO3 Thin Film”)又は、シリ
コン基板上の絶縁膜上に形成した犠牲層をエッチングし
てできた構造となっていた。(例えば電気学会研究会資
料電子デバイス・センサ技術合同研究会EDD−88−
67 ST−88−10 『32×32圧力センサアレ
イ』(1988年10月)P17〜26) 図2(a),(b)は従来のダイアフラム構造を有する
赤外線センサの、それぞれ上面図と断面図である。半導
体と金属パターン4を支持し、エッチング液に対し耐腐
蝕性を持ち、ストッパーとして働くシリコン窒化膜の薄
膜7と、本デバイス表面にある赤外線吸収率が高い吸収
層6と、この吸収層6と前記パターン4とを絶縁する絶
縁膜8と、以上述べた前4層から成る薄膜を支持するシ
リコン基板1,及びエッチングされて空洞となる犠牲層
3から成る。吸収層は、例えば金黒(ゴールドブラッ
ク)の膜を用いる。前記半導体と金属のパターン4は、
サーモパイルを為しており、熱電能の異なる2種類の熱
電材料10,11を接点部5を介し、交互に接続したも
のである。図2では、2種類の熱電材料10,11は、
それぞれP型ポリシリコン膜とn型ポリシリコン膜であ
り、各1本ずつで1対に熱電対を為す合計12対の熱電
対を直列に接続している。P型ポリシリコン10とn型
ポリシリコン11の間は金属5で接続している。又、1
対の熱電対の両端は、一方を前記薄膜中で犠牲層上部に
ある部分に、もう一方を犠牲層のない部分に配置してあ
る。シリコン基板1上の絶縁膜2と窒化膜に囲まれた空
洞3は、デバイスをエッチング液に浸して、薄膜表面に
穿けた孔9からエッチング液を浸透させ、犠牲層3をエ
ッチングして形成する。窒化膜7は前述のように前記エ
ッチングに対してストッパーとなる。図2の例では、赤
外線検知部である前記薄膜に、赤外線が入射した場合、
薄膜を透過した赤外線は、もはや薄膜の温度上昇には関
与しない。又、前記ダイアフラム構造が、シリコン基板
上の絶縁膜上に形成した犠牲層をエッチングしてできた
構造となっているので、薄膜を透過した赤外線は、ダイ
アフラムの支持と、ヒートシンクの作用を兼ねている前
記シリコン基板に吸収されるため、ヒートシンクの温度
が上昇し、赤外線センサの感度が悪くなるという欠点が
ある。
【0003】一方を前記薄膜中で空洞12の上部に、も
う一方を空洞12の無い部分に配置してある。空洞12
は、デバイスをエッチング液に浸して、薄膜表面に穿け
た孔9からエッチング液を浸透させ、シリコン基板を異
方性エッチングして形成する。窒化膜7は前述のように
前記エッチングに対してストッパーとなる。図3の例で
は図2同様に、赤外線検知部である前記薄膜に、赤外線
が入射した場合、薄膜を透過した赤外線は、もはや薄膜
の温度上昇には関与しない。
う一方を空洞12の無い部分に配置してある。空洞12
は、デバイスをエッチング液に浸して、薄膜表面に穿け
た孔9からエッチング液を浸透させ、シリコン基板を異
方性エッチングして形成する。窒化膜7は前述のように
前記エッチングに対してストッパーとなる。図3の例で
は図2同様に、赤外線検知部である前記薄膜に、赤外線
が入射した場合、薄膜を透過した赤外線は、もはや薄膜
の温度上昇には関与しない。
【0004】又、前記ダイアフラム構造が、シリコン基
板を、パターンのある側からエッチングしてできた構造
となっているので図2同様薄膜を透過した赤外線は、ダ
イアフラムの支持と、ヒートシングの作用を兼ねている
前記シリコン基板に吸収されているため、ヒートシンク
の温度が上昇し、赤外線のセンサの感度が悪くなるとい
う欠点がある。
板を、パターンのある側からエッチングしてできた構造
となっているので図2同様薄膜を透過した赤外線は、ダ
イアフラムの支持と、ヒートシングの作用を兼ねている
前記シリコン基板に吸収されているため、ヒートシンク
の温度が上昇し、赤外線のセンサの感度が悪くなるとい
う欠点がある。
【0005】図4(a),(b)も図2と同じ従来のダ
イアグラム構造を有する赤外線センサの上面図と断面図
である。同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は
省略する。図4においては、金属の接合部5によって形
成される熱電対の両端部は、一方を前記薄膜上でシリコ
ン基板の無い部分に、もう一方をシリコン基板のある部
分に配置してある。シリコン基板は裏面から異方性エッ
チングして形成する。窒化膜7は前述のように前記エッ
チングに対してストッパーとなる。
イアグラム構造を有する赤外線センサの上面図と断面図
である。同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は
省略する。図4においては、金属の接合部5によって形
成される熱電対の両端部は、一方を前記薄膜上でシリコ
ン基板の無い部分に、もう一方をシリコン基板のある部
分に配置してある。シリコン基板は裏面から異方性エッ
チングして形成する。窒化膜7は前述のように前記エッ
チングに対してストッパーとなる。
【0006】図4の例では、図2同様に、赤外線検知部
である前記薄膜に、赤外線が入射した場合、薄膜を透過
した赤外線は、もはや薄膜の温度上昇には関与しない。
である前記薄膜に、赤外線が入射した場合、薄膜を透過
した赤外線は、もはや薄膜の温度上昇には関与しない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の赤外線
センサは、金属又は半導体又は金属と半導体の両方のパ
ターンを支持し、かつエッチング液に対し対腐蝕性を持
ち、エッチングのストッパーとして働く絶縁物の薄膜
と、前記薄膜上にある赤外線吸収率の高い吸収層と、前
記薄膜を支持しているシリコン基板から成るダイアウラ
ム構造を有し、前記薄膜に入射する赤外線の一部を吸収
して電気信号に変換しているが、薄膜を透過した赤外線
は、もはや薄膜の温度上昇には関与しない。又、前記ダ
イアフラム構造が、シリコン基板上の絶縁膜上に形成し
た犠牲層をエッチングしてできた構造となっている場
合、及び、前記ダイアフラム構造が、シリコン基板を、
パターンのある側からエッチングしてできた構造となっ
ている場合薄膜を透過した赤外線は、ダイアフラムの支
持とヒートシンクの作用を兼ねている前記シリコン基板
に吸収されるため、ヒートシンクの温度が上昇し、赤外
線センサの感度が悪くなるという欠点がある。
センサは、金属又は半導体又は金属と半導体の両方のパ
ターンを支持し、かつエッチング液に対し対腐蝕性を持
ち、エッチングのストッパーとして働く絶縁物の薄膜
と、前記薄膜上にある赤外線吸収率の高い吸収層と、前
記薄膜を支持しているシリコン基板から成るダイアウラ
ム構造を有し、前記薄膜に入射する赤外線の一部を吸収
して電気信号に変換しているが、薄膜を透過した赤外線
は、もはや薄膜の温度上昇には関与しない。又、前記ダ
イアフラム構造が、シリコン基板上の絶縁膜上に形成し
た犠牲層をエッチングしてできた構造となっている場
合、及び、前記ダイアフラム構造が、シリコン基板を、
パターンのある側からエッチングしてできた構造となっ
ている場合薄膜を透過した赤外線は、ダイアフラムの支
持とヒートシンクの作用を兼ねている前記シリコン基板
に吸収されるため、ヒートシンクの温度が上昇し、赤外
線センサの感度が悪くなるという欠点がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線センサ
は、金属又は半導体又は金属と半導体のパターンを支持
し、かつ、半導体のエッチング液に対し、対腐蝕性をも
つシリコン窒化膜の薄膜と、前記薄膜上にある赤外線吸
収率の高い吸収層と、前記薄膜を支持している半導体基
板から成るダイアフラム構造を有しており、前記薄膜直
下のシリコン基板には半球状の窪みがあり、シリコン基
板上にはシリコンよりも大きな屈折率を有する薄膜があ
って、窪みを平坦化している。
は、金属又は半導体又は金属と半導体のパターンを支持
し、かつ、半導体のエッチング液に対し、対腐蝕性をも
つシリコン窒化膜の薄膜と、前記薄膜上にある赤外線吸
収率の高い吸収層と、前記薄膜を支持している半導体基
板から成るダイアフラム構造を有しており、前記薄膜直
下のシリコン基板には半球状の窪みがあり、シリコン基
板上にはシリコンよりも大きな屈折率を有する薄膜があ
って、窪みを平坦化している。
【0009】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
説明する。
【0010】図1(a),(b)は本発明のダイアフラ
ム構造を有する赤外線センサのそれぞれ上面図と断面図
である。半導体と金属のパターン4を支持し、エッチン
グ液に対し耐腐蝕性を持ち、ストッパーとして働くシリ
コン窒化膜の薄膜7と、本デバイス表面にあって、赤外
線吸収率が高い吸収層6と、この吸収層6と前記パター
ン4とを絶縁する絶縁膜8と、以上述べた全4層から成
る薄膜を支持するシリコン基板1と、上記薄膜直下にあ
り、半球状の形状を為している絶縁膜2から成る。吸収
層は、例えば金黒(ゴールドブラック)の膜を用いる。
前記半導体と金属のパターン4は、サーモパイルを為し
ており、熱電能の異なる2種類の熱電材料10,11を
金属の接合部5を介し、交互に接続したものである。本
実施例では、2種類の熱電材料10,11はそれぞれp
型ポリシリコン膜とn型ポリシリコン膜であり、各1本
ずつで1対の熱電対を為す合計12対の熱電対を直列に
接続している。p型ポリシリコン10とn型ポリシリコ
ン11の間は金属の接合部5で接続されている。又、1
対の熱電対の両端は、一方を前記薄膜中で犠牲層上部に
ある部分に、もう一方を、犠牲層の無い部分に配置して
ある。シリコン基板1の絶縁膜に囲まれた空洞3は、本
デバイスをエッチング液に浸して、薄膜表面に穿けた孔
9からエッチング液を浸透させ、犠牲層3をエッチング
して形成する。窒化膜7は前述のように前記エッチング
に対してストッパーとなる。
ム構造を有する赤外線センサのそれぞれ上面図と断面図
である。半導体と金属のパターン4を支持し、エッチン
グ液に対し耐腐蝕性を持ち、ストッパーとして働くシリ
コン窒化膜の薄膜7と、本デバイス表面にあって、赤外
線吸収率が高い吸収層6と、この吸収層6と前記パター
ン4とを絶縁する絶縁膜8と、以上述べた全4層から成
る薄膜を支持するシリコン基板1と、上記薄膜直下にあ
り、半球状の形状を為している絶縁膜2から成る。吸収
層は、例えば金黒(ゴールドブラック)の膜を用いる。
前記半導体と金属のパターン4は、サーモパイルを為し
ており、熱電能の異なる2種類の熱電材料10,11を
金属の接合部5を介し、交互に接続したものである。本
実施例では、2種類の熱電材料10,11はそれぞれp
型ポリシリコン膜とn型ポリシリコン膜であり、各1本
ずつで1対の熱電対を為す合計12対の熱電対を直列に
接続している。p型ポリシリコン10とn型ポリシリコ
ン11の間は金属の接合部5で接続されている。又、1
対の熱電対の両端は、一方を前記薄膜中で犠牲層上部に
ある部分に、もう一方を、犠牲層の無い部分に配置して
ある。シリコン基板1の絶縁膜に囲まれた空洞3は、本
デバイスをエッチング液に浸して、薄膜表面に穿けた孔
9からエッチング液を浸透させ、犠牲層3をエッチング
して形成する。窒化膜7は前述のように前記エッチング
に対してストッパーとなる。
【0011】なお実施例ではサーモパイルとしてp型,
n型のポリシリコンを接続したものを示したが、これに
限らず、半導体と金属,異なる種類の金属を接続したも
のでもよい。また、実施例ではサーモパイル型の熱型赤
外線センサの場合を示したが、焦電型やボロメータ型で
もよい。焦電型なら、上記サーモパイルパターンの代わ
りに焦電材料を薄膜上に付ければよいし、ボロメータ型
なら、ボロメータ材料を薄膜上にパターニングすればよ
い。これらの場合でも本発明には、赤外線センサとして
の感度が高くなる効果がある。
n型のポリシリコンを接続したものを示したが、これに
限らず、半導体と金属,異なる種類の金属を接続したも
のでもよい。また、実施例ではサーモパイル型の熱型赤
外線センサの場合を示したが、焦電型やボロメータ型で
もよい。焦電型なら、上記サーモパイルパターンの代わ
りに焦電材料を薄膜上に付ければよいし、ボロメータ型
なら、ボロメータ材料を薄膜上にパターニングすればよ
い。これらの場合でも本発明には、赤外線センサとして
の感度が高くなる効果がある。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、金属又は
半導体又は金属と半導体の両方のパターンを支持し、か
つ、エッチング液に対し耐腐蝕性をもつ絶縁物の薄膜の
直下のシリコン基板に半球状の窪みがあり、シリコン基
板上にはシリコンよりも大きな屈折率を有する薄膜があ
って、窪みを平坦化しているので、薄膜を透過した赤外
線は半球状の窪みの界面で反射され、前記薄膜に裏側か
ら入射し、再度吸収される。このため、従来の赤外線セ
ンサよりも効率よく赤外線を吸収することができる。
又、ヒートシンクの温度上昇が少なくなるので、赤外線
センサの感度を良くできる効果がある。
半導体又は金属と半導体の両方のパターンを支持し、か
つ、エッチング液に対し耐腐蝕性をもつ絶縁物の薄膜の
直下のシリコン基板に半球状の窪みがあり、シリコン基
板上にはシリコンよりも大きな屈折率を有する薄膜があ
って、窪みを平坦化しているので、薄膜を透過した赤外
線は半球状の窪みの界面で反射され、前記薄膜に裏側か
ら入射し、再度吸収される。このため、従来の赤外線セ
ンサよりも効率よく赤外線を吸収することができる。
又、ヒートシンクの温度上昇が少なくなるので、赤外線
センサの感度を良くできる効果がある。
【図1】(a)は実施例の上面図、(b)はその断面図
【図2】(a)は従来例の上面図、(b)はその断面図
【図3】(a)は従来例の上面図、(b)はその断面図
【図4】(a)は従来例の上面図、(b)はその断面図
1 シリコン基板 2 絶縁膜 3 犠牲層 4 半導体と金属パターン 5 金属の節点 6 吸収層 7 窒化膜 8 絶縁膜 9 孔 10 p型ポリシリコン 11 n型ポリシリコン 12 空洞
Claims (1)
- 【請求項1】 金属又は半導体又は金属と半導体の両方
のパターンを支持し、かつ半導体のエッチング液に対し
耐腐蝕性を持つ絶縁物の薄度と、前記薄膜上にある赤外
線吸収率の高い吸収層と、前記薄膜を支持している半導
体基板から成る、ダイアフラム構造を有する熱型赤外線
センサにおいて、前記薄膜直下のシリコン基板に半球状
の窪みがあり、シリコン基板上には、シリコンよりも大
きな屈折率を有する薄膜があって、窪みを平坦化してい
ることを特徴とする熱型赤外線センサ。
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- 1992-10-05 JP JP4265688A patent/JP2910448B2/ja not_active Expired - Lifetime
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