JPH09257564A - 赤外線検知素子の製造方法 - Google Patents

赤外線検知素子の製造方法

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JPH09257564A
JPH09257564A JP8071923A JP7192396A JPH09257564A JP H09257564 A JPH09257564 A JP H09257564A JP 8071923 A JP8071923 A JP 8071923A JP 7192396 A JP7192396 A JP 7192396A JP H09257564 A JPH09257564 A JP H09257564A
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JP
Japan
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etching
film
substrate
forming
silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP8071923A
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English (en)
Inventor
Masaki Hirota
正樹 廣田
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 貫通穴のアライメントを特に行う必要がなく
アライメント誤差(位置ずれ)も原理的に起きないとい
う優れた赤外線検知素子の製造方法を提供すること。 【解決手段】 金属板の代わりにシリコンなどの半導体
基板を用い、開口部の形成に異方性エッチングを用いる
ことでメンブレン(薄膜)形成と蒸着開口部の形成を自
己整合的に行うことで素子寸法が小さくなっても赤外線
吸収膜の位置精度を高く保つことが可能となる。本発明
によれば、赤外線検知素子が形成されているメンブレン
膜と基板を熱分離するために行う異方性エッチングによ
ってできる空洞Aと裏面からのエッチングによってでき
る空洞Bとが接してできる貫通孔を形成し、この貫通孔
を通して赤外線吸収膜を裏面から蒸着する。空洞Aは中
心部が最も深くなるために、必ず中心部に貫通孔が自己
整合的に形成される。この貫通孔を通して裏面から蒸着
を行うので赤外線吸収膜も空洞Aの中心部に自己整合的
に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は赤外線検知素子の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の赤外線検知素子の製造方法として
は、例えば特開昭61−77728号公報または特開昭
61−77729号公報に示すようなものがある。
【0003】図5に示すように、この従来例では、基板
薄膜102表側に金属薄膜103,104と支持台10
1を設け、裏側に座ぐり111及び開口部112を設け
た支持基板110を張り付け、この開口部112を通し
て基板薄膜102の裏側に赤外線吸収層107を蒸着す
ることによって、赤外線吸収膜をパターン化する必要が
なくなり工程数の削減になるとともにパターン化が難し
い赤外線吸収物質(例えば、金黒)を用いることが可能
となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】赤外線検知素子は基板
薄膜の表側、即ち支持台側に設けられている。この従来
例の熱電堆型素子は中心部の感温接合部の温度を上昇さ
せる必要があり、そのためには赤外線吸収層をこの感温
接合部近傍に形成することが是非とも必要である。しか
し、蒸着時のマスクになる金属板は基板薄膜裏側に設け
られるために可視光ではなく赤外光などでアライメント
するためどうしても誤差が生じる。この誤差は、赤外線
吸収膜が表側に設けられる場合に比べて非常に大きくな
るのが一般的である。金属板の開口部は基板薄膜から離
れていることが被写界深度の点で正確なアライメントを
さらに困難にしている。
【0005】このようなアライメント上の問題点は素子
寸法が小さくなるほど深刻になり、アレイ素子では各要
素を正確にアライメントすることが一層困難になる。
【0006】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑み、貫通穴のアライメントを特に行う必要がなくアラ
イメント誤差(位置ずれ)も原理的に起きないという優
れた赤外線検知素子の製造方法を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、金属板の代わりにシリコンなどの半導体基
板を用い、開口部の形成に異方性エッチングを用いるこ
とでメンブレン(薄膜)形成と蒸着開口部の形成を自己
整合的に行うことで素子寸法が小さくなっても赤外線吸
収膜の位置精度を高く保つことが可能となる。
【0008】本発明によれば、赤外線検知素子が形成さ
れているメンブレン膜と基板を熱分離するために行う異
方性エッチングによってできる空洞Aと裏面からのエッ
チングによってできる空洞Bとが接してできる貫通孔を
形成し、この貫通孔を通して赤外線吸収膜を裏面から蒸
着する。空洞Aは中心部が最も深くなるために、必ず中
心部に貫通孔が自己整合的に形成される。この貫通孔を
通して裏面から蒸着を行うので赤外線吸収膜も空洞Aの
中心部に自己整合的に形成される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
の図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】(第一の実施の形態)本発明の第一の実施
の形態を図1と図2に基づき説明する。図1には完成し
た素子構造((a)平面図、(b)断面図)、図2には
製造方法を示す。
【0011】まず、完成した素子構造から説明を行う。
図1において、赤外線検知素子としてp型ポリシリコン
7とn型ポリシリコン8からなるサーモパイルを用いた
例である。サーモパイルは熱電対を直列に接続して出力
信号値を増大させたものである。支持台などになる基板
は下部シリコン1と上部シリコン3と上下シリコン間の
酸化膜4からなる。上部シリコン3上には赤外線検知素
子を支えるメンブレン膜2が形成されている。このメン
ブレン膜2には、SiNなどの耐エッチング性を有する
材料を用いる。メンブレン膜2には所定のところに主開
口部11があけられており、この開口部11からの異方
性エッチングで空洞A12が形成されている。また、下
部シリコン1の表面(基板全体としては裏面になる)に
もSiNなどの耐エッチング性を有する材料によって覆
われていて、副開口部10が形成されている。この副開
口部10は左側の素子イ21と右側の素子ロ22の両方
をカバーするように形成されている。さらに、この副開
口部10からの異方性エッチングによって空洞B13が
形成されている。また、基板から分離されているメンブ
レン膜2の中央の裏側には赤外線吸収膜9が形成されて
いる。
【0012】次に、図2に基づいて製造方法を説明す
る。
【0013】図2(a)においてシリコン中に酸化膜が
形成されている、いわゆるSOI基板を準備する。この
基板は、下部シリコン1、酸化膜4と上部シリコン3か
らなる。少なくとも上部シリコン3の面方位は(10
0)である。この上部シリコン3の熱分離を行う部位に
は、特開平3−94127号公報に示すごとき等方性を
示す、例えばポリシリコンなどがあらかじめ堆積されて
いる。
【0014】図2(b)において基板の両面に減圧CV
D法によってSiNからなるメンブレン膜2を形成す
る。
【0015】図2(c)において上部シリコン側のSi
N上にポリシリコンを減圧CVD法によって堆積させ、
パターン化を行う。さらに、所望のドーパントをイオン
注入法によってドープする。例えば、n型ポリシリコン
8にはリンをp型ポリシリコン7にはボロンをドープす
る。さらに、伝導型の異なるポリシリコン同士を接続す
るためにAl薄膜をスパッタ法などで堆積させパターン
化しサーモパイルを作り上げる。パターン形状は図1を
参照のこと。最後に、PSGなどの堆積酸化膜18によ
ってこの後のプロセスからサーモパイルを保護する。
【0016】図2(d)において上部シリコン側のSi
Nに主開口部をエッチングによって形成する。さらに、
ヒドラジンを用いた異方性エッチングによって空洞A1
2を形成する。ヒドラジンは(111)面のエッチング
速度が(100)面に比べて非常に遅いために矩形の開
口部をつくると(111)面で囲まれた四角錐の空洞が
形成される。このとき図2(a)で述べたポリシリコン
によって開口部だけではなく素子下の基板も除去され橋
状の構造が形成される。ただし、この工程ではエッチン
グ工程の途中で停止するので四角錐台状の空洞が形成さ
れる。
【0017】図2(e)において裏面のSiNの所定の
場所に副開口部10をエッチングによって形成する。次
に、ヒドラジンを用いた異方性エッチングによって空洞
B13を形成する。その結果、上下のシリコンがなくな
り酸化膜だけになるところが現れてくる。
【0018】図2(f)においてBHFなどの酸化膜エ
ッチング液によって酸化膜を除去することによって貫通
孔が形成される。
【0019】図2(g)において裏面から真空蒸着法に
よって赤外線吸収膜9、例えば金黒や白金黒などを形成
する。高真空中では、気体の平均自由工程が非常に長く
なるために原料から蒸発した分子は直線的に飛散してい
き、メンブレン膜2の下部には前述の貫通孔を通った分
子のみ到達するので、貫通孔の形状が転写されて蒸着さ
れる。従って、上部シリコン3の厚さと開口部の形状に
よって赤外線吸収膜9の形状が一義的に決定されること
になる。従って、赤外線検知素子と赤外線吸収膜9の位
置精度は非常に向上することになる。又、真空蒸着法の
代わりにスパッタ法でも同様な効果が得られる。
【0020】(第二の実施の形態)第二の実施の形態を
図3と図4に示す。図3には完成した素子構造((a)
平面図、(b)断面図)、図4には製造方法を示す。
【0021】まず、完成した素子構造から説明を行う。
図3において、赤外線検知素子として抵抗体の抵抗値の
温度変化を利用したボロメータを用いたものである。感
温抵抗体31としては、ポリシリコンなどの半導体のほ
かに金属薄膜も用いられる。支持台などになる基板はp
型下部シリコン1とn型上部シリコン3からなる。上部
シリコン3上には赤外線検知素子を支えるメンブレン膜
2が形成されている。このメンブレン膜2には、SiN
などの耐エッチング性を有する材料を用いる。メンブレ
ン膜2には所定のところに主開口部11があけられてお
り、この開口部からの異方性エッチングで空洞A12が
形成されている。また、下部シリコン1の表面(基板全
体としては裏面になる)にもSiNなどの耐エッチング
性を有する材料によって覆われていて、副開口部10が
形成されている。この副開口部10は左側の素子イ21
と右側の素子ロ22の両方をカバーするように形成され
ている。さらに、この副開口部10からの異方性エッチ
ングによって空洞B13が形成されている。また、基板
から分離されているメンブレン膜2の中央の裏側には赤
外線吸収膜9が形成されている。
【0022】次に、図4に基づいて製造方法を説明す
る。
【0023】図4(a)においてエピ層が形成されたシ
リコン基板を準備する。この基板は、下部シリコン1が
p型、上部シリコン3がn型である。面方位は(10
0)である。この上部シリコン3の熱分離を行う部位に
は特開平3−94127号公報に示すごとき等方性を示
す、例えばポリシリコンなどがあらかじめ堆積されてい
る。
【0024】図4(b)において基板の両面に減圧CV
D法によってSiNからなるメンブレン膜2を形成す
る。
【0025】図4(c)において上部シリコン3側のS
iN上に感温抵抗体である金属薄膜を真空蒸着法などに
よって堆積させ、パターン化を行う。さらに、外部の導
線に接続するためにAl薄膜をスパッタ法などで堆積さ
せパターン化する。最後に、PSGなどの堆積酸化膜1
8によってこの後のプロセスからサーモパイルを保護す
る。
【0026】図4(d)において上部シリコン側のSi
Nに主開口部11をエッチングによって形成する。さら
に、ヒドラジンによってシリコンの一部を除去する。こ
のとき図4(a)で述べたポリシリコンによって開口部
だけではなく素子下の基板も除去され橋状の構造が形成
される。
【0027】図4(e)において裏面のSiNの所定の
場所に副開口部10をエッチングによって形成する。次
に、n型の上部シリコン3に電極をとりつけ参照電極1
4に対してプラス電位に保ちつつエッチングを行う。い
わゆる電気化学エッチングを行う。この場合p型の下部
シリコン1のみが溶解していくので図のような形状にな
る。
【0028】図4(f)において裏面からスプレーによ
って金黒粒子や黒い樹脂を含む溶液を塗布し乾燥するこ
とで赤外線吸収膜9を形成する。空気中で行うので真空
蒸着法に比べてパターン精度は劣るが簡便に貫通孔の形
状を転写できる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば基
板としてシリコンなどの半導体基板を用いて、赤外線吸
収膜を基板から熱分離するために形成される空洞と裏面
とから形成される比較的大きな空洞とでできる貫通孔を
通して蒸着などの方法で裏面から形成することで、赤外
線吸収膜を自己整合的に形成することが可能となり、微
小な素子やアレイ素子においてもアライメントずれ等の
感度低下の要因を効果的に減少させる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態における完成した素
子構造を示した図であり、(a)は平面図、(b)は断
面図をそれぞれ示す。
【図2】本発明の第一の実施の形態における赤外線検知
素子の製造方法を示す図である。
【図3】本発明の第二の実施の形態における完成した素
子構造を示した図であり、(a)は平面図、(b)は断
面図をそれぞれ示す。
【図4】本発明の第二の実施の形態における赤外線検知
素子の製造方法を示す図である。
【図5】従来の赤外線検知素子構造を示したものであ
り、(a)は平面図、(b)は断面図をそれぞれ示す。
【符号の説明】
1 下部シリコン 2 メンブレン膜 3 上部シリコン 4 酸化膜 5 冷接点 6 温接点 7 p型ポリシリコン 8 n型ポリシリコン 9 赤外線吸収膜 10 副開口部 11 主開口部 12 空洞A 13 空洞B 14 参照電極 15 対抗電極 16 ポテンショスタット 17 エッチング槽 18 堆積酸化膜 19 ポリシリコン犠牲槽 21 素子A 22 素子B 30 感温部 31 感温抵抗体

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主平面の面方位(100)が半導体基板
    にメンブレン膜を形成する工程と、 該メンブレンに主開口部を形成する工程と、 該主開口部からエッチングによって基板に空洞Aを形成
    し該メンブレン膜の一部を基板と分離する第一エッチン
    グ工程と、 該半導体基板の裏面に耐エッチング性を有する保護膜を
    形成する工程と、 該保護膜に副開口部を形成する工程と、 該副開口部からのエッチングによって基板に空洞Bを形
    成し該主開口部からの基板除去部と接続する穴を形成す
    る第二エッチング工程と、 該半導体基板の裏面から空洞A及び空洞Bを通して物理
    的または化学的堆積法によってメンブレン下部に赤外線
    吸収膜を形成する工程とを有する赤外線検知素子の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の製造方法において、 前記半導体基板はシリコンで酸化膜を挟み込むいわゆる
    SOI基板で、 前記第一エッチング工程は主平面側のシリコンCをエッ
    チングする工程で、 前記第二エッチング工程は裏面側のシリコンD及び酸化
    膜をエッチングする工程である赤外線検知素子の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の製造方法において、 前記半導体基板は主表面に近い側Eの伝導型と裏面に近
    い側Fの伝導型が異なるいわゆるエピ基板で、 前記第一エッチング工程は面方位によってエッチング速
    度が異なるいわゆる異方性エッチング工程で、 前記第二エッチング工程はEの電位を溶液に比べて高く
    することでFのみをエッチングするいわゆる電気化学エ
    ッチング工程である赤外線検知素子の製造方法
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の製造方法において、 前記赤外線吸収膜を形成する工程は真空蒸着法またはス
    パッタ法など物理的蒸着法による赤外線検知素子の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の製造方法において、 前記赤外線吸収膜を形成する工程はスプレー法である赤
    外線検知素子の製造方法。
JP8071923A 1996-03-27 1996-03-27 赤外線検知素子の製造方法 Pending JPH09257564A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0935297A1 (en) * 1998-02-06 1999-08-11 Imra Europe S.A. A peltier effect thermoelectric module
JP2002122497A (ja) * 2000-10-13 2002-04-26 Denso Corp 薄膜センシング部を有する半導体装置及びその製造方法
US6718824B2 (en) 2000-12-20 2004-04-13 Nippon Soken, Inc. Semiconductor dynamic quantity detecting sensor and manufacturing method of the same
JP2013190239A (ja) * 2012-03-12 2013-09-26 Ricoh Co Ltd 熱型赤外線センサー及びその製造方法
JP2018179860A (ja) * 2017-04-18 2018-11-15 セイコーNpc株式会社 赤外線検出装置の製造方法

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