JPH07120307A

JPH07120307A - 赤外線検出素子

Info

Publication number: JPH07120307A
Application number: JP26685093A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Awai; 崇善粟井; Atsushi Sakai; 淳阪井; Koichi Aizawa; 浩一相澤; Takuo Ishida; 拓郎石田; Takuro Nakamura; 卓郎中邑
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】コスト及び工程数の低減を図る。【構成】中空部１ａを有する基板１と、この中空部１
ａを覆って周辺が基板１に支持された熱絶縁膜２と、熱
絶縁膜２上に設けられた赤外線検出部７から構成され、
その赤外線検出部７には、サーミスタ５と、サーミスタ
５に接続された一対の電極（下部電極３、上部電極４）
と、赤外線吸収膜６とを具備する赤外線検出素子におい
て、赤外線吸収膜６の上部に、所望の赤外線透過特性を
有するフィルタ層１３を設けた。【効果】フィルタ層１３を半導体プロセスを用いて赤
外線吸収膜６上に形成することにより、生産性が上が
り、コスト及び工程数を削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度変化に伴って抵抗
が変化するサーミスタを用いて、赤外線を検出する熱型
の赤外線検出素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】赤外線検出素子は、物体や人体から放射
される微弱な赤外線を検出するのに用いられることが多
く、高感度であることが要求される。そこで、従来の熱
型赤外線検出素子では、図３に示すように、基板１の一
部を堀り抜いて中空部１ａを形成し、この中空部１ａを
覆って、周辺で基板１に支持されるように熱絶縁膜２を
形成しておき、この熱絶縁膜２上に、下部電極３，上部
電極４及びサーミスタ５及び赤外線吸収膜６及びパッド
８，９などからなる赤外線検出部７が設けられた構造と
なっている。このように、基板１の中空部１ａに熱絶縁
膜２を張るように設けておく構造は、いわゆるダイアフ
ラム構造と呼ばれ、赤外線検出部７の熱が、中空部１ａ
を覆う熱絶縁膜２を介して基板１に伝達されることにな
るので、赤外線検出部７から基板１へ熱が逃げにくく、
その結果、赤外線検出部７に供給された赤外線の熱エネ
ルギーをサーミスタ５の抵抗変化に効率良く変換するこ
とができ、感度を向上させることができる。

【０００３】上記のように構成された素子は、パッケー
ジの基台であるシュテム１０にダイボンドされ、外部端
子（図示省略）とパッド８，９が、ボンディングワイヤ
により電気的に接続された後、シュテム１０と接合され
る中空のキャン１１により封止される。キャン１１の上
面には、窓１１ａが形成されており、その窓１１ａに
は、所望の赤外線透過特性を有するフィルタ１２が取り
付けられている。

【０００４】上記のダイアフラム構造の赤外線検出素子
において、熱絶縁膜２の熱抵抗をR、単位時間当たり単
位面積に入射する赤外線のエネルギーをI 、赤外線吸収
膜６の面積をS とすれば、赤外線検出部７の温度上昇Δ
T は、ΔT=RIS で表されることになる。ここで、熱抵抗
R は、熱絶縁膜２の熱伝導率が小さい程、また、膜厚が
薄い程、大きくなるので、熱伝導率の小さな、膜厚の薄
い熱絶縁膜２を用いる程、温度上昇が大きくなり、検出
感度が向上する。

【０００５】このようなダイアフラム構造の赤外線検出
素子を製造するには、シリコンなどからなる基板１上
に、酸化シリコンなどの熱絶縁膜２、及び赤外線検出部
７の各薄膜層を形成した後、熱絶縁膜２を形成した側と
は反対側から基板１を選択エッチング（異方性エッチン
グ）して、熱絶縁膜２の裏面まで達する中空部１ａを形
成していた。

【０００６】このダイアフラム構造の赤外線検出素子
は、静止物体または、静止人体から放射される微弱な赤
外線を検出することが可能であると共に、振動によって
誤動作を起こすことがなく、衝撃に強いという利点を有
している。また、半導体プロセス技術を利用して製造す
ることができるので、大量生産が可能で、低コスト化を
図ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
赤外線検出素子は、赤外線吸収膜６が、酸化シリコンか
ら形成されており、酸化シリコンは、 3μm ， 4.5μm
と、10〜12μm 付近に赤外線吸収率のピークがあるた
め、用途に応じて、素子とは別に適当なフィルタ１２を
設け、不要な赤外線をカットする必要があった。ところ
が、このように、素子とフィルタ１２を別々に形成する
と、コスト、工程数共に、増大するという問題点があっ
た。というのは、キャン１１にフィルタ１２を形成する
には、まず、キャン１１の窓１１ａにシリコン板を接着
し、その後、電子ビーム蒸着装置のチャンバ内で、シリ
コン板上に、フィルタ層を形成する方法をとっていたた
め、一度に数十個程度しか製造することができず、ま
た、この方法では、フィルタ層の膜厚制御が困難で歩留
りが悪くなっていたため、コスト、工程数が増大してい
たのである。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、コスト及び、工程数の低
減が図れる赤外線検出素子の構造を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の赤外線検出素子は、中空部を有する
基板と、この中空部を覆って周辺が前記基板に支持され
た熱絶縁膜と、その熱絶縁膜上に設けられた赤外線検出
部から構成され、その赤外線検出部には、サーミスタ
と、そのサーミスタに接続された一対の電極と、赤外線
吸収膜とを具備する赤外線検出素子において、前記赤外
線吸収膜上部に、所望の赤外線透過特性を有するフィル
タ層が設けられていることを特徴とするものである。

【００１０】請求項２記載の赤外線検出素子は、請求項
１記載の赤外線検出素子で、前記フィルタ層が、 ZnSと
PdSの多層膜からなることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】キャンに接着したシリコン基板にフィルタ層を
形成する方法に比べて、赤外線吸収膜上に、半導体プロ
セスを用いてフィルタ層を形成することにより、一度に
数百個の素子にフィルタ層を形成することができるた
め、生産性が向上する。また、フィルタ層の膜厚制御が
容易になるため、歩留りが向上する。

【００１２】

【実施例】図１に基づいて、本発明に係る赤外線検出素
子について説明する。図１は、赤外線検出素子のチップ
を示す断面図である。従来と同等構成については、同符
号を付すこととする。図に示すように、シリコン等から
なる平板状の基板１の中央には、平面視略正方形状の中
空部１ａが形成されている。基板１の中空部１ａを覆っ
て、酸化シリコン等からなる熱絶縁膜２が形成されてい
る。熱絶縁膜２は、中空部１ａの周辺部分で基板１に一
体接合されている。さらに、熱絶縁膜２上で、中空部１
ａの中央には、アモルファスシリコン等からなるサーミ
スタ５が設けられており、サーミスタ５の上下面には、
クロム等からなる下部電極３，上部電極４が形成されて
いる。下部電極３，上部電極４は、中空部１ａの外側ま
で延設され、それぞれの端部にパッド８，９が形成され
ている。サーミスタ５の上面は、上部電極４を挟み、酸
化シリコン等からなる赤外線吸収膜６で覆われている。
そして、赤外線吸収膜６の上面には、フィルタ層１３が
形成されている。

【００１３】このように、サーミスタ５を下部電極３，
上部電極４で挟んだサンドイッチ構造にしておくと、下
部電極３，上部電極４に挟まれるサーミスタ５の体積を
大きくとることにより、ノイズを低減できるという利点
がある。

【００１４】上記のような構造の赤外線検出素子を製造
する方法について説明する。まず、シリコン等の基板１
上に、グロー放電分解法で、膜厚5000Åの酸化窒化シリ
コン層からなる熱絶縁膜２を形成した。この時の成膜条
件は、モノシラン、アンモニア、窒素、一酸化二窒素の
混合ガスを使用し、アンモニア、窒素、一酸化二窒素の
総量に対する一酸化二窒素の割合を30% 、基板温度 200
℃、圧力 1Torr、周波数 13.56MHz 、放電電力30W とし
た。

【００１５】続いて、熱絶縁膜２上に、電子ビーム蒸着
法により、基板温度 150℃、膜厚1000Åのクロムを成膜
し、フォトリソグラフ工程でパターン化して、下部電極
３を形成した。下部電極３の形状は、中央部は、 1.9mm
× 1.9mmの正方形で、外周へ細い延長部分を備えてい
る。

【００１６】続いて、下部電極３の上部にグロー放電分
解法により、膜厚 1μm のｐ型アモルファス SiCを成膜
し、フォトリソグラフ工程で、 2mm× 2mm正方形にパタ
ーン化して、サーミスタ５を形成した。この時の成膜条
件は、 900モル% のメタン、0.25モル% のジボランを加
えた水素希釈のモノシランを用い、基板温度 200℃、圧
力 0.9Torr、周波数 13.56MHz 、放電電力20W とした。

【００１７】続いて、サーミスタ５上に電子ビーム蒸着
法により、基板温度 150℃で、膜厚1000Åのクロムを成
膜し、フォトリソグラフ工程で所定形状にパターン化し
て、上部電極４を形成した。上部電極４の形状は、中央
部は、下部電極３と同様であるが、外周への延長部分
は、下部電極３とは異なる方向に延びている。サイズと
形状は、下部電極３、上部電極４共に、 1.9mm× 1.9mm
の正方形とした。なお、下部電極３及び上部電極４のク
ロムには、適当な不純物を添加しておくことによって、
熱伝導率を小さくでき、素子の検出感度を向上させるこ
とができる。また、クロムの代わりに、熱伝導率の小さ
なニッケルクロムを用いることもできる。

【００１８】続いて、上部電極４の上部に、グロー放電
分解法により、膜厚 1μm の酸化シリコンを成膜し、フ
ォトリソグラフ工程で正方形状にパターン化して、赤外
線吸収膜６を形成した。この時の成膜条件は、モノシラ
ンの流量50sccm、一酸化二窒素の流量 875sccm、基板温
度 200℃、圧力 1Torr、周波数 13.56MHz 、放電電力15
0W とした。

【００１９】続いて、赤外線吸収膜６上に、電子ビーム
蒸着法により、基板温度 200℃で、ZnS膜2000Å、 PbS
膜2000Åを交互に各10層ずつ連続成膜し、フォトリソグ
ラフ工程で所定形状にパターン化して、フィルタ層１３
を形成した。このようにして、フィルタ層１３を形成す
る場合、一度に数百個のフィルタ層１３を形成すること
ができるため、製造コストの低減を図ることができる。
また、フィルタ層の膜厚制御が容易に行えるため、従来
の赤外線検出素子に比べて、歩留りの向上を図ることも
できる。

【００２０】続いて、電子ビーム蒸着法で、アルミを基
板温度 200℃で成膜し、フォトリソグラフ工程で所定形
状にパターン化して、下部電極３及び上部電極４の端部
にパッド８，９を形成した。

【００２１】このようにして、基板１の上部に、熱絶縁
膜２、赤外線検出部７、及びフィルタ層１３を形成した
後、赤外線検出部７が形成された側とは、反対側から、
基板１を水酸化カリウムで異方性エッチングして中空部
１ａを形成した。その結果、中空部１ａの部分を覆う熱
絶縁膜２の寸法と形状は、 2.5mm× 2.5mmの正方形にな
った。このようにして製造した赤外線検出素子は、図２
に示すように、従来のフィルタと同様に、 5μm 以上の
波長の赤外線を透過する赤外線透過特性を示した。

【００２２】なお、実施例で、フィルタ層は、 ZnS膜及
び PbS膜で構成されていると説明したが、これらの材料
に限定されるものではない。

【００２３】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る赤外
線検出素子は、赤外線検出部とフィルタを一体化させる
ことにより、コスト及び工程数の削減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る赤外線検出素子の一実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明に係る赤外線検出素子の赤外線透過特性
を示す線図である。

【図３】従来の赤外線検出素子の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１基板１ａ中空部２熱絶縁膜３下部電極４上部電極５サーミスタ６赤外線吸収膜７赤外線検出部８，９パッド１０シュテム１１キャン１２フィルタ１３フィルタ層

フロントページの続き (72)発明者石田拓郎大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者中邑卓郎大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空部を有する基板と、この中空部を覆
って周辺が前記基板に支持された熱絶縁膜と、その熱絶
縁膜上に設けられた赤外線検出部から構成され、その赤
外線検出部には、サーミスタと、そのサーミスタに接続
された一対の電極と、赤外線吸収膜とを具備する赤外線
検出素子において、前記赤外線吸収膜上部に、所望の赤
外線透過特性を有するフィルタ層が設けられていること
を特徴とする赤外線検出素子。
【請求項２】前記フィルタ層が、 ZnSと PdSの多層膜
からなることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出素
子。