JPH0643018A

JPH0643018A - 赤外線センサおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0643018A
Application number: JP4130617A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Mori; 武寿森
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1994-02-18
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JP3179861B2

Abstract

(57)【要約】【目的】架橋部を破壊することなく、電極パッド上に
コンタクトホールを形成できるようにする。【構成】電極配線層１５上に、クロム（Ｃｒ）膜１
６、および銅（Ｃｕ）膜１７を順次積層して電極パッド
３０ａ、３０ｂを形成し、続いてシリコンオキシナイト
ライド膜１８を形成する。次に、シリコンオキシナイト
ライド膜１８にコンタクトホール１９を形成する。その
後、シリコンオキシナイトライド膜１３の開口部２０を
通して、ヒドラジン水溶液の異方性エッチングによりシ
リコン基板１１を裏面からエッチングして架橋部を形成
する。異方性エッチングを行う際に、電極パッド３０
ａ、３０ｂの最上層に耐エッチング性の銅膜１７が形成
されているので、電極パッド３０ａ、３０ｂがエッチン
グ液により溶けるおそれがない。しかも、予めコンタク
トホール１９が形成されているので、架橋部が破損する
ことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非接触で被計測対象の温
度を計測する赤外線センサに係り、特に電極パッドの構
造を改良した赤外線センサおよびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、非接触の体温計等に用いて好適な
赤外線センサを半導体微細加工技術を利用して作製する
技術が種々開発されている。この赤外線センサとして
は、サーモボロメータ型やサーモパイル型等種々の形式
のものがある。この中でもサーモボロメータ型の赤外線
センサは、サーミスタ効果を持つ物質により赤外線感温
膜を形成し、受光した赤外線による上昇温度を電気抵抗
値の変化で測定し、赤外線量（温度）を知るものであ
り、センサを容易に小型化できる点で他の形式のものよ
り優れている。

【０００３】このサーモボロメータ型の赤外線センサで
は、赤外線感温膜の熱容量が小さく、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、微量な赤外線に対して応答感度が高くなる。
このため、センサ基板上に非常に小さく、薄い（０．１
〜５０μｍ）架橋部を形成し、この架橋部の上に赤外線
感温膜を形成した構造とすることが好ましい。すなわ
ち、素子の感熱部分をセンサ基板から浮かせた架橋構造
とすることにより応答感度の改善を図るものである。

【０００４】この架橋部の形成には、２つの方法があ
る。一つは、センサ基板に堀込み部を形成し、この堀込
み部を一旦埋め戻して犠牲層を形成し、この犠牲層上に
架橋部のパターンを形成するとともに、このパターン上
に赤外線感温膜を形成し、その後犠牲層を取り去り、架
橋部とする方法である。もう一つは、センサ基板の一面
に架橋部のパターンおよび赤外線感温膜を形成した後、
他面から異方性エッチングを行い架橋部パターン下に空
洞部を設けることにより、架橋部を形成する方法であ
り、この方法が前者の方法に比べて製造工程が容易であ
る。

【０００５】ところで、この後者の方法では、異方性エ
ッチング液として、ヒドラジン、水酸化カリウム水溶液
等が用いられる。しかしながら、このエッチング液は、
強いアルカリ性であるため、センサ基板としてのシリコ
ンだけでなく、シリコン以外の材料のアルミニウム等、
通常、電極や配線材料として用いられものも溶かしてし
まう。そのため、この架橋構造の製作にあたっては、た
とえば次のような方法を取る必要がある。

【０００６】センサ基板となるシリコン基板上に架橋部
形成用の絶縁膜を形成し、その上に赤外線感温膜を形成
し、アルミニウムによる配線層および電極パッドを形成
する。そして、全面に保護膜（絶縁膜）を形成した後、
前述の異方性エッチングによりシリコン基板の裏面から
選択的にエッチングを行い、架橋部を形成する。続い
て、シリコン基板の上面の保護膜に、電極パッドに達す
るコンタクトホールを形成する。その後、このコンタク
トホールを通して、電極パッドとフレキシブルプリント
基板（ＦＰＣ）とを半田付けにより電気的に接続させ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように架橋構造を有する赤外線センサでは、架橋構造が
０．１〜５０μｍと極めて薄いため、非常にもろく、そ
のため異方性エッチングを行った後、電極パッド上にコ
ンタクトホールを形成する工程において架橋部が破損し
やすく、そのため製造歩留りが極めて悪くなるという問
題があった。

【０００８】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、安定した架橋部および電極構造を有
する赤外線センサを提供することにある。

【０００９】本発明は、また、架橋部を破壊することな
く、電極パッド上にコンタクトホールを容易に形成する
ことができる赤外線センサの製造方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による赤外線セン
サは、半導体材料により形成されるとともに、架橋部を
有するセンサ基板と、このセンサ基板の前記架橋部に設
けられた赤外線感温膜と、この赤外線感温膜に電気的に
接続されるとともに、耐エッチング性の導電膜を含む積
層膜により形成された電極パッドとを備えている。

【００１１】この赤外線センサでは、電極パッドが耐エ
ッチング性の導電膜を含んで形成されるため、電極パッ
ド上にコンタクトホールを形成し、電極パッドを露出さ
せた後に、異方性エッチングを行うことができ、そのた
め安定した架橋部を得ることができる。

【００１２】本発明による赤外線センサの製造方法は、
半導体材料からなるセンサ基板の一方の主面に架橋部形
成用の第１の絶縁膜を形成するとともに、前記センサ基
板の他方の主面にエッチング用の開口部を有する第２の
絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に赤外線
感温膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に、最上
層に耐エッチング性の導電性膜を有する電極パッドを前
記赤外線感温膜に電気的に接続するように形成する工程
と、前記電極パッドを含む前記センサ基板上に第３の絶
縁膜を形成し、この第３の絶縁膜に前記電極パッドに達
するコンタクトホールを選択的に形成する工程と、前記
コンタクトホールを形成した後、前記開口部を通して前
記センサ基板の異方性エッチングを行うことにより架橋
部を形成する工程とを備えている。

【００１３】この方法によれば、電極パッド上の第３の
絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、ヒドラジン等
の強いアルカリ液による異方性エッチングを行う際に、
電極パッドの最上層に耐エッチング性の導電性膜が形成
されているので、電極パッドがエッチング液により溶け
るおそれがない。しかも、架橋部が形成された後にコン
タクトホールを形成する必要がないので、架橋部が破損
することがなく、製造歩留りが向上する。

【００１４】センサ基板としては、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シリコン基板を用いることが
好ましい。また、赤外線感温膜はアモルファスゲルマニ
ウム（ａ−Ｇｅ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）
や多結晶シリコン等の膜により形成される。この赤外線
感温膜の成膜には、スパッタリング、イオンビームスパ
ッタリング、ＣＶＤ（化学的気相成長法）等が用いられ
る。

【００１５】架橋部は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコ
ン窒化膜 (SiNy) 、シリコンオキシナイトライド(SiOxN
y)膜等により形成することができるが、特にシリコンオ
キシナイトライド膜により形成することが好ましい。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。

【００１６】電極パッドは、通常アルミニウム（Ａｌ）
膜により形成されるが、最上層の耐エッチング膜として
は、たとえば銅（Ｃｕ）膜あるいは金（Ａｕ）膜が用い
られる。なお、銅膜とした場合には、その上には、酸化
防止のためにニッケル（Ｎｉ）膜を形成することが好ま
しい。

【００１７】

【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。

【００１８】図１は本発明の一実施例に係る赤外線セン
サの縦断面構造を表すものである。この赤外線センサは
裏面側（図において下側）から赤外線が入射する形式の
ものである。

【００１９】本実施例の赤外線センサ１０では、センサ
基板としてのシリコン基板１１に空洞部２１が形成され
ている。この空洞部２１の上面には、たとえば幅２０μ
ｍ、長さ２ｍｍ、膜厚３μｍの架橋部１２ａを有するシ
リコンオキシナイトライド(SiOxNy)膜１２が形成されて
いる。架橋部１２ａの中央部の上面には赤外線感温膜１
４が設けられている。この赤外線感温膜１４は、たとえ
ばアモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）により形成さ
れている。赤外線感温膜１４には、たとえばアルミニウ
ム（Ａl ）膜により形成された電極配線層１５の一端部
が電気的に接続されている。シリコン基板１１上の周縁
部において、この電極配線層１５上には電極パッド３０
ａ、３０ａが設けられている。

【００２０】電極パッド３０ａ、３０ｂはそれぞれクロ
ム（Ｃｒ）膜１６および銅（Ｃｕ）膜１７の積層膜によ
り形成されている。シリコン基板１１の表面は保護膜と
してのシリコンオキシナイトライド膜１８により覆われ
ており、このシリコンオキシナイトライド膜１８には電
極パッド３０ａ、３０ｂ各々に対向してコンタクトホー
ル１９が設けられている。このコンタクトホール１９に
は銅膜１７上にニッケル（Ｎｉ）膜２２が形成されてお
り、銅膜１７の酸化を防止している。ニッケル膜２２に
は、半田付け等によりフレキシブルプリント基板（図示
せず）が電気的に接続されている。なお、シリコン基板
１１の下面には架橋部形成用のシリコンオキシナイトラ
イド膜１３が形成されている。

【００２１】この赤外線センサ１０では、赤外線感温膜
１４に赤外線が入射され、その赤外線量（温度）に応じ
て赤外線感温膜１４の電気抵抗値が変化する。この電気
抵抗値の変化に伴い電極配線層１５に流れる電流値が変
化するとともに電極パッド３０ａ、３０ｂ間の電圧値が
変化するため、この電流値或いは電圧値の変化を図示し
ないフレキシブルプリント基板を介して信号処理回路で
検出することにより、被計測対象の温度を測定すること
ができる。

【００２２】図２（Ａ）〜（Ｄ）ないし図４（Ａ）、
（Ｂ）は上記赤外線センサ１０の製造工程を表すもので
ある。

【００２３】まず、図２（Ａ）に示すような結晶面方位
（１００）のシリコン基板１１を用意し、このシリコン
基板１１の両面にそれぞれ、第１および第２の絶縁膜と
して、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、１３
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（Ｓ
i Ｈ₄）を１５SCCM、窒素（Ｎ₂）を２０３SCCM、笑気
ガス（Ｎ₂Ｏ）を３２SCCM流し、シリコン基板１１の両
面にそれぞれシリコンオキシナイトライドを２０分間気
相成長させ成膜させた。

【００２４】次に、シリコン基板１１の表面のシリコン
オキシナイトライド膜１２をパターニングして架橋部１
２ａ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フッ化メタン（ＣＨＦ₃）
と酸素（Ｏ₂）を用い、その流量をＣＨＦ₃＝４７．５
SCCM、Ｏ₂＝２．５SCCMとし、エッチング時の圧力を
０．０７５Torr、高周波出力を１５０Ｗとし、エッチン
グ時間を３時間とした。

【００２５】続いて、シリコンオキシナイトライド膜１
２の中央部上面に図２（Ｃ）に示すような赤外線感温膜
１４を形成した。すなわち、ゲルマニウム（Ｇｅ）をタ
ーゲットとしてスパッタリングを行い、シリコンオキシ
ナイトライド膜１２上にアモルファスゲルマニウム（ａ
ーＧｅ）膜を形成した。このスパッタリングは、ガス流
量をアルゴン（Ａｒ）＝４SCCM、成膜圧力を３×１０^-3
Torr、高周波出力を１６０Ｗとして１０分間行った。次
に、４００°Ｃでアニール処理を行い、アモルファスゲ
ルマニウムの多結晶化を促進した。続いて、反応性イオ
ンエッチングを行って多結晶化されたアモルファスゲル
マニウム膜のパターニングを行った。続いて、５０°Ｃ
に加熱してたとえば蒸着法によりシリコン基板１１の表
面に膜厚０．５μｍのアルミニウム膜を形成した後、パ
ターニングして図２（Ｄ）に示すような電極配線層１５
を形成した。

【００２６】次に、図３（Ａ）に示すように、シリコン
基板１１の周縁部に電極パッド３０ａ、３０ｂを形成し
た。すなわち、真空蒸着法により電極配線層１５上に、
膜厚０．０５μｍのクロム（Ｃｒ）膜１６、および耐エ
ッチング膜としての膜厚１．５μｍの銅（Ｃｕ）膜１７
を順次形成した。続いて、シリコン基板１１の表面に、
図３（Ｂ）に示すように第３の絶縁膜として、たとえば
膜厚１μｍのシリコンオキシナイトライド膜１８を形成
した。

【００２７】次に、図３（Ｃ）に示すように、電極パッ
ド３０ａ、３０ｂそれぞれに対応させてシリコンオキシ
ナイトライド膜１８にコンタクトホール１９を形成し
た。続いて、裏面のシリコンオキシナイトライド膜１３
を選択的にエッチングして開口部２０を形成した。

【００２８】続いて、この開口部２０を通してシリコン
基板１１を裏面から選択的にエッチングし、図４（Ａ）
に示すように空洞部２１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液により、
温度１１０°Ｃで１時間３０分行い、シリコン基板１１
の表面のシリコンオキシナイトライド膜１２に達するま
で行った。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。

【００２９】次に、無電解めっき法により図４（Ｂ）に
示すように、電極パッド３０ａ、３０ｂそれぞれのコン
タクトホール１９に、銅膜１７の酸化防止用としてニッ
ケル膜２２を形成した。このめっきは、めっき液として
トップケミアロイＢ−１（奥野製薬工業（株）社製）を
用い、６５°Ｃで５分間浸して膜厚１μｍの厚さのニッ
ケル膜２２とした。

【００３０】本実施例の方法によれば、第３の絶縁膜と
してのシリコンオキシナイトライド膜１８にコンタクト
ホール１９を形成した後、ヒドラジン等の強いアルカリ
液による異方性エッチングを行う際には、電極パッド３
０ａ、３０ｂの最上層に耐エッチング性を有する銅膜１
７が形成されているので、電極パッド３０ａ、３０ｂが
エッチング液により溶けるおそれがない。しかも、シリ
コン基板１１の上面にコンタクトホール１９を形成する
際には、架橋部１２ａは形成されていないので、架橋部
１２ａが破損することがなく、このため製造歩留りが著
しく向上する。

【００３１】なお、上記実施例においては、銅膜１７の
酸化防止用としてのニッケル膜２２を、異方性エッチン
グを行った後に形成するようにした（図４（Ｂ））が、
このニッケル膜２２の成膜は異方性エッチングを行う前
で、コンタクトホール１９を形成した後に行うようにし
てもよい。

【００３２】また、上記実施例では、電極パッド３０
ａ、３０ｂをそれぞれクロム膜１６および銅膜１７から
なる２層の積層膜により形成するようにしたが、図５に
電極パッド３０ａを取り出して示すように、銅膜１７上
にさらに金（Ａｕ）膜２３を形成して３層構造としても
よく、この場合には上記実施例のようなニッケル膜２２
は不要となる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の赤外
線センサによれば、半導体材料により形成されるととも
に、架橋部を有するセンサ基板と、このセンサ基板の前
記架橋部に設けられた赤外線感温膜と、この赤外線感温
膜に電気的に接続されるとともに、耐エッチング性の導
電膜を含む積層膜により形成された電極パッドとを備え
るようにしたので、電極パッドにコンタクトホールを形
成した後に、強いアルカリ液による異方性エッチングを
行うことができ、そのため安定した架橋部を得ることが
できる。

【００３４】また、請求項２記載の赤外線センサの製造
方法によれば、強いアルカリ液による異方性エッチング
を行う前に、最上層に耐エッチング性の導電性膜を有す
る電極パッドを形成するとともにコンタクトホールを形
成するようにしたので、異方性エッチングを行う際に、
電極パッドの最上層に耐エッチング性の導電性膜が形成
されており、電極パッドがエッチング液により溶けるお
それがなく、しかも架橋部が破損することがなく、製造
歩留りが向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る赤外線センサの構成を
表す縦断面図である。

【図２】図１の赤外線センサの製造工程を表す縦断面図
である。

【図３】図１の赤外線センサの製造工程を表す縦断面図
である。

【図４】図１の赤外線センサの製造工程を表す縦断面図
である。

【図５】本発明の他の実施例に係る赤外線センサの縦断
面図である。

【符号の説明】

１０赤外線センサ１１シリコン基板（センサ基板）１２シリコンオキシナイトライド膜（第１の絶縁膜）１２ａ架橋部１３シリコンオキシナイトライド膜（第２の絶縁膜）１４赤外線感温膜１５電極配線層１６クロム膜１７銅膜１８シリコンオキシナイトライド膜（第３の絶縁膜）１９コンタクトホール２０開口部２１空洞部２２ニッケル膜２３金膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体材料により形成されるとともに、
架橋部を有するセンサ基板と、このセンサ基板の前記架橋部に設けられた赤外線感温膜
と、この赤外線感温膜に電気的に接続されるとともに、耐エ
ッチング性の導電膜を含む積層膜により形成された電極
パッドとを備えたことを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】半導体材料からなるセンサ基板の一方の
主面に架橋部形成用の第１の絶縁膜を形成するととも
に、前記センサ基板の他方の主面にエッチング用の開口
部を有する第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に赤外線感温膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に、最上層に耐エッチング性の導電
性膜を有する電極パッドを前記赤外線感温膜に電気的に
接続するように形成する工程と、前記電極パッドを含む前記センサ基板上に第３の絶縁膜
を形成し、この第３の絶縁膜に前記電極パッドに達する
コンタクトホールを選択的に形成する工程と、前記コンタクトホールを形成した後、前記開口部を通し
て前記センサ基板の異方性エッチングを行うことにより
架橋部を形成する工程とを備えたことを特徴とする赤外
線センサの製造方法。