JPH11112038A - 熱型赤外線検知素子 - Google Patents
熱型赤外線検知素子Info
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- JPH11112038A JPH11112038A JP9265266A JP26526697A JPH11112038A JP H11112038 A JPH11112038 A JP H11112038A JP 9265266 A JP9265266 A JP 9265266A JP 26526697 A JP26526697 A JP 26526697A JP H11112038 A JPH11112038 A JP H11112038A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実効的な吸収率を向上させ、応答速度の向上
と感度の向上の両立が可能である熱型赤外線検知素子を
提供すること。 【解決手段】 基板１と、基板１の主表面上に形成され
たメンブレン１０と、メンブレン１０下部の半導体の一
部を除去して形成された熱分離領域１１と、メンブレン
１０に形成されたサーモパイル１５、光軸上に赤外線吸
収膜４の少なくとも一部が配置されるように対向した一
対の反射鏡（全反射鏡２１、半反射鏡２２）を有する構
成とした。
と感度の向上の両立が可能である熱型赤外線検知素子を
提供すること。 【解決手段】 基板１と、基板１の主表面上に形成され
たメンブレン１０と、メンブレン１０下部の半導体の一
部を除去して形成された熱分離領域１１と、メンブレン
１０に形成されたサーモパイル１５、光軸上に赤外線吸
収膜４の少なくとも一部が配置されるように対向した一
対の反射鏡（全反射鏡２１、半反射鏡２２）を有する構
成とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、赤外線検知素
子、特に熱型赤外線検知素子の性能向上とりわけ応答速
度向上に関する。
子、特に熱型赤外線検知素子の性能向上とりわけ応答速
度向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】 従来の赤外線検知素子としては図７
（Ｐ．Ｍ．Ｓａｒｒｏ，ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ’８７
ｐｐ．２２７−ｐｐ．２３０）に示すようなものがあっ
た。赤外線検知素子には、大きく分けて量子型素子と熱
型素子がある。さらに、冷却が不要な熱型素子には、図
７に示す熱電対の熱起電力を利用するサーモパイルと抵
抗体の抵抗値の温度変化を利用するボロメータがある。
熱型素子では、入射赤外線エネルギーが熱に変換され、
検知部の温度が変化し出力が変化する。さらに、通常は
赤外線吸収膜を付けて吸収率を高くし感度を良くする。
さらに、熱容量を小さくして感度および応答速度を向上
させるために温接点近傍を基板から熱分離する方法が取
られる。基板がシリコンの場合における熱分離領域の形
成には、ＫＯＨやヒドラジンなどのアルカリ系エッチン
グ液を用いた異方性エッチング法を用いるのが一般的で
ある。これらの異方性エッチング液は（１１１）面のエ
ッチング速度が（１００）面のそれより遅いことを利用
しており、基板の両方位が（１００）面であるときに形
成される側壁の角度は主平面に対して約５４°となる。
図７の素子は、ｐ型の基板１０４とｎ型のエピタキシャ
ル成長層１０１の２層構造で、基板１０４の裏面から基
板１０４を部分的に前述の異方性エッチングすることで
熱分離領域１０２を形成している。さらに、表面からド
ライエッチングによって熱分離領域１０２の一部を除去
して片持ち梁構造の熱電対を形成してある。この片持ち
梁の先端には、赤外線吸収膜１０３がコートされてい
る。入射した赤外線は、この赤外線吸収膜１０３で吸収
されて熱に変わり、熱電対の先端付近の温度が上昇す
る。この部分は、前述の方法で基板１０４から熱分離さ
れているので他の部分よりも温度が高くなる。その結
果、熱電対の両端には温度差が発生し熱起電力が生じ
る。この値は、入射する赤外線の強度に比例するため熱
起電力の値によって入射強度を知ることができる。熱電
対の形成法には、図７の様に基板の一部を熱電対に利用
する方法と多結晶シリコンなどの薄膜を基板の表面また
は基板の表面上に形成されたダイアフラムと呼ばれる薄
膜上に形成する方法がある。
（Ｐ．Ｍ．Ｓａｒｒｏ，ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ’８７
ｐｐ．２２７−ｐｐ．２３０）に示すようなものがあっ
た。赤外線検知素子には、大きく分けて量子型素子と熱
型素子がある。さらに、冷却が不要な熱型素子には、図
７に示す熱電対の熱起電力を利用するサーモパイルと抵
抗体の抵抗値の温度変化を利用するボロメータがある。
熱型素子では、入射赤外線エネルギーが熱に変換され、
検知部の温度が変化し出力が変化する。さらに、通常は
赤外線吸収膜を付けて吸収率を高くし感度を良くする。
さらに、熱容量を小さくして感度および応答速度を向上
させるために温接点近傍を基板から熱分離する方法が取
られる。基板がシリコンの場合における熱分離領域の形
成には、ＫＯＨやヒドラジンなどのアルカリ系エッチン
グ液を用いた異方性エッチング法を用いるのが一般的で
ある。これらの異方性エッチング液は（１１１）面のエ
ッチング速度が（１００）面のそれより遅いことを利用
しており、基板の両方位が（１００）面であるときに形
成される側壁の角度は主平面に対して約５４°となる。
図７の素子は、ｐ型の基板１０４とｎ型のエピタキシャ
ル成長層１０１の２層構造で、基板１０４の裏面から基
板１０４を部分的に前述の異方性エッチングすることで
熱分離領域１０２を形成している。さらに、表面からド
ライエッチングによって熱分離領域１０２の一部を除去
して片持ち梁構造の熱電対を形成してある。この片持ち
梁の先端には、赤外線吸収膜１０３がコートされてい
る。入射した赤外線は、この赤外線吸収膜１０３で吸収
されて熱に変わり、熱電対の先端付近の温度が上昇す
る。この部分は、前述の方法で基板１０４から熱分離さ
れているので他の部分よりも温度が高くなる。その結
果、熱電対の両端には温度差が発生し熱起電力が生じ
る。この値は、入射する赤外線の強度に比例するため熱
起電力の値によって入射強度を知ることができる。熱電
対の形成法には、図７の様に基板の一部を熱電対に利用
する方法と多結晶シリコンなどの薄膜を基板の表面また
は基板の表面上に形成されたダイアフラムと呼ばれる薄
膜上に形成する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 高感度を実現させる
ためには入射赤外線エネルギーを効率よく熱エネルギー
に変換する必要がある。そのためには、赤外線吸収膜の
反射率や透過率を押さえ吸収率を向上させなければなら
ない。ところが透過率を減少させ十分な吸収をさせるた
めには吸収膜を厚くする必要があり、これが熱容量の増
加を招き、応答速度を低下させる要因になっていた。本
発明では、入射赤外線の光路上に赤外線吸収膜を挟むよ
うに一対の向かい合った全反射鏡と半反射鏡を設置し、
半反射鏡側からの入射赤外線を多重反射によって何回も
赤外線吸収膜に吸収させることによって実効的な吸収率
を向上させ、より薄い赤外線吸収膜を使用することで、
応答速度の向上と感度の向上を両立させることを目的と
している。
ためには入射赤外線エネルギーを効率よく熱エネルギー
に変換する必要がある。そのためには、赤外線吸収膜の
反射率や透過率を押さえ吸収率を向上させなければなら
ない。ところが透過率を減少させ十分な吸収をさせるた
めには吸収膜を厚くする必要があり、これが熱容量の増
加を招き、応答速度を低下させる要因になっていた。本
発明では、入射赤外線の光路上に赤外線吸収膜を挟むよ
うに一対の向かい合った全反射鏡と半反射鏡を設置し、
半反射鏡側からの入射赤外線を多重反射によって何回も
赤外線吸収膜に吸収させることによって実効的な吸収率
を向上させ、より薄い赤外線吸収膜を使用することで、
応答速度の向上と感度の向上を両立させることを目的と
している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 このため、請求項１記
載の熱型赤外線検知素子においては、半導体基板と、該
半導体基板の主表面上に形成されたメンブレンと、該メ
ンブレン下部の半導体の一部を除去して形成された熱分
離領域と、該メンブレンに形成された赤外線吸収膜と、
該メンブレン上に形成された感温素子と、光軸上に該赤
外線吸収膜の少なくとも一部が配置されるように対向し
た一対の反射鏡（反射鏡Ａ、反射鏡Ｂ）とを有する構成
とした。請求項２記載の熱型赤外線検知素子において
は、請求項１記載の熱型赤外線検知素子において、前記
反射鏡Ａは全反射鏡であり、前記反射鏡Ｂは半反射鏡で
ある構成とした。請求項３記載の熱型赤外線検知素子に
おいては、請求項２記載の熱型赤外線検知素子におい
て、前記全反射鏡である反射鏡Ａがメンブレン上に形成
された金属薄膜である構成とした。請求項４記載の熱型
赤外線検知素子においては、請求項２記載の熱型赤外線
検知素子において、前記全反射鏡である反射鏡Ａが前記
半導体基板の主平面以外に形成された金属薄膜である構
成とした。請求項５記載の熱型赤外線検知素子において
は、請求項２記載の熱型赤外線検知素子において、半反
射鏡である前記反射鏡Ｂがメンブレン上に形成された構
成とした。請求項６記載の熱型赤外線検知素子において
は、請求項２記載の熱型赤外線検知素子において、半反
射鏡である前記反射鏡Ｂが半導体多層膜若しくは誘電体
多層膜である構成とした。請求項７記載の熱型赤外線検
知素子においては、請求項２記載の熱型赤外線検知素子
において、半反射鏡である前記反射鏡Ｂが前記半導体基
板の結晶面を利用している構成とした。請求項８記載の
熱型赤外線検知素子においては、請求項７記載の熱型赤
外線検知素子において、前記半導体基板の主平面が（１
００）面であり、前記半反射鏡である反射鏡Ｂが熱分離
領域を構成する（１００）面である構成とした。
載の熱型赤外線検知素子においては、半導体基板と、該
半導体基板の主表面上に形成されたメンブレンと、該メ
ンブレン下部の半導体の一部を除去して形成された熱分
離領域と、該メンブレンに形成された赤外線吸収膜と、
該メンブレン上に形成された感温素子と、光軸上に該赤
外線吸収膜の少なくとも一部が配置されるように対向し
た一対の反射鏡（反射鏡Ａ、反射鏡Ｂ）とを有する構成
とした。請求項２記載の熱型赤外線検知素子において
は、請求項１記載の熱型赤外線検知素子において、前記
反射鏡Ａは全反射鏡であり、前記反射鏡Ｂは半反射鏡で
ある構成とした。請求項３記載の熱型赤外線検知素子に
おいては、請求項２記載の熱型赤外線検知素子におい
て、前記全反射鏡である反射鏡Ａがメンブレン上に形成
された金属薄膜である構成とした。請求項４記載の熱型
赤外線検知素子においては、請求項２記載の熱型赤外線
検知素子において、前記全反射鏡である反射鏡Ａが前記
半導体基板の主平面以外に形成された金属薄膜である構
成とした。請求項５記載の熱型赤外線検知素子において
は、請求項２記載の熱型赤外線検知素子において、半反
射鏡である前記反射鏡Ｂがメンブレン上に形成された構
成とした。請求項６記載の熱型赤外線検知素子において
は、請求項２記載の熱型赤外線検知素子において、半反
射鏡である前記反射鏡Ｂが半導体多層膜若しくは誘電体
多層膜である構成とした。請求項７記載の熱型赤外線検
知素子においては、請求項２記載の熱型赤外線検知素子
において、半反射鏡である前記反射鏡Ｂが前記半導体基
板の結晶面を利用している構成とした。請求項８記載の
熱型赤外線検知素子においては、請求項７記載の熱型赤
外線検知素子において、前記半導体基板の主平面が（１
００）面であり、前記半反射鏡である反射鏡Ｂが熱分離
領域を構成する（１００）面である構成とした。
【０００５】
（１）実施の形態１図１に本発明実施の形態１にかかる
熱型赤外線検知素子の構成を示す。同図（ア）は平面
図、（イ）はＡ−Ａ断面図である。（ア）において最上
層の全反射鏡２１を一部省略して下部構造をわかりやす
くしている。本実施の形態の赤外線検知素子はシリコン
（１００）基板１の主平面上に厚さ１００ｎｍ〜３００
ｎｍ程度の窒化膜でメンブレン１０を被覆形成してい
る。
熱型赤外線検知素子の構成を示す。同図（ア）は平面
図、（イ）はＡ−Ａ断面図である。（ア）において最上
層の全反射鏡２１を一部省略して下部構造をわかりやす
くしている。本実施の形態の赤外線検知素子はシリコン
（１００）基板１の主平面上に厚さ１００ｎｍ〜３００
ｎｍ程度の窒化膜でメンブレン１０を被覆形成してい
る。
【０００６】この膜上周辺にはｐ型ポリシリコン６とｎ
型ポリシリコン７からなるサーモパイル１５が、また中
央には赤外線吸収膜４が形成されている。さらに、表面
を保護するために酸化膜３が形成されるが、温接点１３
及び冷接点１４の部分ではｐ型ポリシリコン６とｎ型ポ
リシリコン７を相互に接続するためにコンタクトホール
が形成される。このコンタクトホールを介してアルミ配
線８（図示せず）によって順次接続され全体として一つ
のサーモパイル１５となる。再度酸化膜３で被覆保護し
金薄膜などで全反射鏡２１を形成する。以上の部分を形
成した後にメンブレン１０となるべき窒化膜２にはサー
モパイル１５の存在しない部分にエッチング孔１２を形
成する。このエッチング孔１２は、ドライエッチング法
によってシリコン基板１の表面が露出する深さにしてお
く。この状態でヒドラジン等の異方性エッチング液によ
りエッチングを行う。メンブレン１０になる部分の窒化
膜２と基板１の間にはあらかじめポリシリコン犠牲層が
形成されているために図のごとく所望のメンブレン１０
のパターンが形成される。尚、このプロセスについては
特開昭６２−７６７８４号公報に詳しく記載されてい
る。この異方性エッチングによって基板が（１１１）面
を側面とする四角錐を逆さまにした形状の熱分離領域１
１が完成する。基板１の裏面からの入射赤外線２４は基
板１の裏面及び熱分離領域１１との界面で一部反射され
るが大部分は透過しメンブレン１０に入射する。さらに
赤外線吸収膜４で大部分が吸収されるが一部は透過し全
反射鏡２１に達し反射される。この反射光は再度赤外線
吸収膜４に吸収されるが一部は透過して熱分離領域１１
と基板１との界面に到達し再度反射される。以後この繰
り返しで何度も赤外線吸収膜４を通過し吸収される。従
って、実効的な吸収率は高くなる。このようにして赤外
線吸収膜４に吸収された赤外線は熱エネルギーに変換さ
れる。この熱は、熱伝導によって酸化膜３を介して温接
点１３のｐ型ポリシリコン６、ｎ型ポリシリコン７の温
度を上昇させる。温接点１３下部には熱分離領域１１が
形成されているために温接点１３の熱はメンブレン１０
のｐ型ポリシリコン６、ｎ型ポリシリコン７や酸化膜
３、窒化膜２のみを通じて伝わっていく。しかし、これ
らは薄いので熱抵抗が大きく冷接点１４にはなかなか伝
わらず両者の間には温度差が生じ、その結果ゼーベック
効果により起電力が生じる。ｐ型ポリシリコン６とｎ型
ポリシリコン７は交互に直列接続されているので出力端
子１６には熱起電力の総和が表れる。この出力電圧の大
小によって入射赤外線２４の強さを測定することができ
る。本実施の形態に示すようなサーモパイル型赤外線セ
ンサの感度は、 Ｒ＝ｎ・α・Ｒｔｈ・Ｐ（ｎ：対数、α：ゼーベック係
数、Ｒｔｈ：熱抵抗、Ｐ：変換効率）で表されるので感
度を向上させるためには熱抵抗を大きくする必要があ
る。一方、応答速度を示す応答時定数は、 τ∝Ｒｔｈ・Ｃｔｈ（Ｒｔｈ：熱抵抗、Ｃｔｈ：熱容
量） で表される。応答時定数を減少させるには熱抵抗または
熱容量を減少させねばならないが、熱抵抗の減少には感
度低下を伴うため、感度を落とさず応答速度をあげるに
は熱容量だけを小さくする必要がある。メンブレン１０
を構成する窒化膜２や酸化膜３の熱容量を減じることは
同時に熱抵抗の増加を招くため応答時定数は変化しない
ことになる。ところが、赤外線吸収膜４は熱抵抗を増加
させることなく熱容量を減少させることが可能となり、
感度の向上と応答速度の向上の両立に大きな効果を発揮
する。赤外線吸収膜４の熱容量を減少させるには薄く作
ることが最良の方法であるが、これは吸収率の低下を招
き、前述の感度Ｒを表す式中のＰが減少する。従って、
熱容量を減じつつ吸収率を低下させない構造が必要とさ
れる。本実施の形態では、赤外線吸収膜が薄くなっても
多重反射によって実効的な吸収率を高くすることが可能
となり感度と応答速度の高い次元での両立が達成される
例を示している。
型ポリシリコン７からなるサーモパイル１５が、また中
央には赤外線吸収膜４が形成されている。さらに、表面
を保護するために酸化膜３が形成されるが、温接点１３
及び冷接点１４の部分ではｐ型ポリシリコン６とｎ型ポ
リシリコン７を相互に接続するためにコンタクトホール
が形成される。このコンタクトホールを介してアルミ配
線８（図示せず）によって順次接続され全体として一つ
のサーモパイル１５となる。再度酸化膜３で被覆保護し
金薄膜などで全反射鏡２１を形成する。以上の部分を形
成した後にメンブレン１０となるべき窒化膜２にはサー
モパイル１５の存在しない部分にエッチング孔１２を形
成する。このエッチング孔１２は、ドライエッチング法
によってシリコン基板１の表面が露出する深さにしてお
く。この状態でヒドラジン等の異方性エッチング液によ
りエッチングを行う。メンブレン１０になる部分の窒化
膜２と基板１の間にはあらかじめポリシリコン犠牲層が
形成されているために図のごとく所望のメンブレン１０
のパターンが形成される。尚、このプロセスについては
特開昭６２−７６７８４号公報に詳しく記載されてい
る。この異方性エッチングによって基板が（１１１）面
を側面とする四角錐を逆さまにした形状の熱分離領域１
１が完成する。基板１の裏面からの入射赤外線２４は基
板１の裏面及び熱分離領域１１との界面で一部反射され
るが大部分は透過しメンブレン１０に入射する。さらに
赤外線吸収膜４で大部分が吸収されるが一部は透過し全
反射鏡２１に達し反射される。この反射光は再度赤外線
吸収膜４に吸収されるが一部は透過して熱分離領域１１
と基板１との界面に到達し再度反射される。以後この繰
り返しで何度も赤外線吸収膜４を通過し吸収される。従
って、実効的な吸収率は高くなる。このようにして赤外
線吸収膜４に吸収された赤外線は熱エネルギーに変換さ
れる。この熱は、熱伝導によって酸化膜３を介して温接
点１３のｐ型ポリシリコン６、ｎ型ポリシリコン７の温
度を上昇させる。温接点１３下部には熱分離領域１１が
形成されているために温接点１３の熱はメンブレン１０
のｐ型ポリシリコン６、ｎ型ポリシリコン７や酸化膜
３、窒化膜２のみを通じて伝わっていく。しかし、これ
らは薄いので熱抵抗が大きく冷接点１４にはなかなか伝
わらず両者の間には温度差が生じ、その結果ゼーベック
効果により起電力が生じる。ｐ型ポリシリコン６とｎ型
ポリシリコン７は交互に直列接続されているので出力端
子１６には熱起電力の総和が表れる。この出力電圧の大
小によって入射赤外線２４の強さを測定することができ
る。本実施の形態に示すようなサーモパイル型赤外線セ
ンサの感度は、 Ｒ＝ｎ・α・Ｒｔｈ・Ｐ（ｎ：対数、α：ゼーベック係
数、Ｒｔｈ：熱抵抗、Ｐ：変換効率）で表されるので感
度を向上させるためには熱抵抗を大きくする必要があ
る。一方、応答速度を示す応答時定数は、 τ∝Ｒｔｈ・Ｃｔｈ（Ｒｔｈ：熱抵抗、Ｃｔｈ：熱容
量） で表される。応答時定数を減少させるには熱抵抗または
熱容量を減少させねばならないが、熱抵抗の減少には感
度低下を伴うため、感度を落とさず応答速度をあげるに
は熱容量だけを小さくする必要がある。メンブレン１０
を構成する窒化膜２や酸化膜３の熱容量を減じることは
同時に熱抵抗の増加を招くため応答時定数は変化しない
ことになる。ところが、赤外線吸収膜４は熱抵抗を増加
させることなく熱容量を減少させることが可能となり、
感度の向上と応答速度の向上の両立に大きな効果を発揮
する。赤外線吸収膜４の熱容量を減少させるには薄く作
ることが最良の方法であるが、これは吸収率の低下を招
き、前述の感度Ｒを表す式中のＰが減少する。従って、
熱容量を減じつつ吸収率を低下させない構造が必要とさ
れる。本実施の形態では、赤外線吸収膜が薄くなっても
多重反射によって実効的な吸収率を高くすることが可能
となり感度と応答速度の高い次元での両立が達成される
例を示している。
【０００７】（２）実施の形態２ 図２に示す実施の形態２は、検知に感温体２５の電気抵
抗変化を用いた例である。同図（ア）は平面図、（イ）
はＢ−Ｂ断面図である。（ア）において最上層の全反射
鏡２１を一部省略して下部構造をわかりやすくしてい
る。メンブレン１０上に赤外線吸収膜４を取り囲むよう
に感温体２５を配置している。この感温体２５には一定
の電流が流れていて入射赤外線２４による赤外線吸収膜
４の温度上昇につれて温度が変化し電気抵抗が変化す
る。これを外部回路で検出、電圧信号に変換する。この
電気抵抗の変化度合いに応じて入射赤外線２４の強度を
測定することが可能となる。基板１の裏面からの入射赤
外線２４は基板１の裏面及び熱分離領域１１との界面で
一部反射されるが大部分は透過しメンブレン１０に入射
する。さらに赤外線吸収膜４で大部分が吸収されるが一
部は透過し全反射鏡２１に達し反射される。この反射光
は再度赤外線吸収膜４に吸収されるが一部は透過して熱
分離領域１１と基板１との界面に到達し再度反射され
る。以後この繰り返して何度も赤外線吸収膜４を通過し
吸収される。従って、実効的な吸収率は高くなる。
抗変化を用いた例である。同図（ア）は平面図、（イ）
はＢ−Ｂ断面図である。（ア）において最上層の全反射
鏡２１を一部省略して下部構造をわかりやすくしてい
る。メンブレン１０上に赤外線吸収膜４を取り囲むよう
に感温体２５を配置している。この感温体２５には一定
の電流が流れていて入射赤外線２４による赤外線吸収膜
４の温度上昇につれて温度が変化し電気抵抗が変化す
る。これを外部回路で検出、電圧信号に変換する。この
電気抵抗の変化度合いに応じて入射赤外線２４の強度を
測定することが可能となる。基板１の裏面からの入射赤
外線２４は基板１の裏面及び熱分離領域１１との界面で
一部反射されるが大部分は透過しメンブレン１０に入射
する。さらに赤外線吸収膜４で大部分が吸収されるが一
部は透過し全反射鏡２１に達し反射される。この反射光
は再度赤外線吸収膜４に吸収されるが一部は透過して熱
分離領域１１と基板１との界面に到達し再度反射され
る。以後この繰り返して何度も赤外線吸収膜４を通過し
吸収される。従って、実効的な吸収率は高くなる。
【０００８】（３）実施の形態３ 図３に示す実施の形態３は、半反射鏡２２に外部反射膜
を用いて反射率を向上させた例である。外部反射鏡とし
てはＺｎＳｅやＧｅ等が用いられる。この例では外部反
射鏡を多層膜にすることによって反射率の異方性を持た
せることができる。従って、入射光を効率よく透過し反
射光を反射することができる。入射赤外線２４は基本的
な動作は実施の形態１と同等である。
を用いて反射率を向上させた例である。外部反射鏡とし
てはＺｎＳｅやＧｅ等が用いられる。この例では外部反
射鏡を多層膜にすることによって反射率の異方性を持た
せることができる。従って、入射光を効率よく透過し反
射光を反射することができる。入射赤外線２４は基本的
な動作は実施の形態１と同等である。
【０００９】（４）実施の形態４ 図４に示す実施の形態４は、赤外線吸収膜４に金黒粉な
どを樹脂体で形成し、基板１の裏面から異方性エッチン
グによって熱分離領域１１を形成した例である。この方
法では、基板１表面のメンブレン１０をエッチング孔の
ないいわゆるダイアフラム状に形成することが可能なの
でメンブレン崩壊などの問題を生じることなく形成する
ことが可能となる。さらに、入射赤外線２４は半反射鏡
２２を通過後窒化膜２より先に赤外線吸収膜４を通過す
るので実効的な吸収率がさらに向上するという利点を有
する。
どを樹脂体で形成し、基板１の裏面から異方性エッチン
グによって熱分離領域１１を形成した例である。この方
法では、基板１表面のメンブレン１０をエッチング孔の
ないいわゆるダイアフラム状に形成することが可能なの
でメンブレン崩壊などの問題を生じることなく形成する
ことが可能となる。さらに、入射赤外線２４は半反射鏡
２２を通過後窒化膜２より先に赤外線吸収膜４を通過す
るので実効的な吸収率がさらに向上するという利点を有
する。
【００１０】（５）実施の形態５ 図５に示す実施の形態５は、表面入射タイプの実施の形
態である。この例は、通常のＩＣと同じ実装などの点で
有利である。この実施の形態では、実施の形態１におけ
る表面の全反射鏡２１を半反射鏡２２に変えた例であ
る。また、熱分離領域１１と基板１との界面を全反射鏡
２１として利用している。通常にＳｉでは空気との屈折
率差があまり大きくないために全反射鏡２１としての若
干性能は劣る。
態である。この例は、通常のＩＣと同じ実装などの点で
有利である。この実施の形態では、実施の形態１におけ
る表面の全反射鏡２１を半反射鏡２２に変えた例であ
る。また、熱分離領域１１と基板１との界面を全反射鏡
２１として利用している。通常にＳｉでは空気との屈折
率差があまり大きくないために全反射鏡２１としての若
干性能は劣る。
【００１１】（６）実施の形態６ 図６には、実施の形態５に示した構成に加えて基板１裏
面に全反射鏡２１を加えた例である。この例では、実施
の形態５に比べて構成は複雑になるが全反射鏡２１、Ａ
ｌや金などの金属膜や誘電体反射鏡または半導体反射鏡
を用いることが可能となり高性能な全反射鏡を形成する
ことが可能となる。
面に全反射鏡２１を加えた例である。この例では、実施
の形態５に比べて構成は複雑になるが全反射鏡２１、Ａ
ｌや金などの金属膜や誘電体反射鏡または半導体反射鏡
を用いることが可能となり高性能な全反射鏡を形成する
ことが可能となる。
【００１２】
【発明の効果】 本発明の代表的な効果を簡単に説明す
ると次の通りである。 （１）多重反射によって赤外線吸収膜の実効的吸収率を
向上させることが可能となるために感度が向上する。 （２）従来の赤外線吸収膜の様に厚みを増すことによっ
て吸収率を向上させることが必要となくなるため、赤外
線吸収膜を薄くすることができるので熱容量を減じ、応
答速度を飛躍的に改善することが可能となる。 （３）従来の製造工程に大幅な変更を加えることなく製
作することが可能である。 （４）表面入射タイプでは従来のセンサやＩＣなどと同
様な方法で実装することが可能ある。
ると次の通りである。 （１）多重反射によって赤外線吸収膜の実効的吸収率を
向上させることが可能となるために感度が向上する。 （２）従来の赤外線吸収膜の様に厚みを増すことによっ
て吸収率を向上させることが必要となくなるため、赤外
線吸収膜を薄くすることができるので熱容量を減じ、応
答速度を飛躍的に改善することが可能となる。 （３）従来の製造工程に大幅な変更を加えることなく製
作することが可能である。 （４）表面入射タイプでは従来のセンサやＩＣなどと同
様な方法で実装することが可能ある。
【図１】 本発明実施の形態１にかかる熱型赤外線検知
素子の構成を示す図である。
素子の構成を示す図である。
【図２】 本発明実施の形態２にかかる熱型赤外線検知
素子の構成を示す図である。
素子の構成を示す図である。
【図３】 本発明実施の形態３にかかる熱型赤外線検知
素子の構成を示す図である。
素子の構成を示す図である。
【図４】 本発明実施の形態４にかかる熱型赤外線検知
素子の構成を示す図である。
素子の構成を示す図である。
【図５】 本発明実施の形態５にかかる熱型赤外線検知
素子の構成を示す図である。
素子の構成を示す図である。
【図６】 本発明実施の形態６にかかる熱型赤外線検知
素子の構成を示す図である。
素子の構成を示す図である。
【図７】 従来の赤外線検知素子の構成を示す図であ
る。
る。
１ 基板 ２ 窒化膜 ３ 酸化膜 ４ 赤外線吸収膜 ６ ｐ型ポリシリコン ７ ｎ型ポリシリコン ８ アルミ配線 １０ メンブレン １１ 熱分離領域 １２ エッチング孔 １３ 温接点 １４ 冷接点 １５ サーモパイル １６ 出力端子 ２１ 全反射鏡 ２２ 半反射鏡 ２４ 入射赤外線 ２５ 感温体 １００ 基板 １０１ エピタキシャル成長層 １０２ 熱分離領域 １０３ 赤外線吸収膜
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板と該半導体基板の主表面上に
形成されたメンブレンと該メンブレン下部の半導体の一
部を除去して形成された熱分離領域と該メンブレンに形
成された赤外線吸収膜と該メンブレン上に形成された感
温素子と光軸上に該赤外線吸収膜の少なくとも一部が配
置されるように対向した一対の反射鏡（反射鏡Ａ、反射
鏡Ｂ）とを有することを特徴とする熱型赤外線検知素
子。 - 【請求項２】 前記反射鏡Ａは全反射鏡であり、前記反
射鏡Ｂは半反射鏡であることを特徴とする請求項１記載
の熱型赤外線検知素子。 - 【請求項３】 前記全反射鏡である反射鏡Ａがメンブレ
ン上に形成された金属薄膜であることを特徴とする請求
項２記載の熱型赤外線検知素子。 - 【請求項４】 前記全反射鏡である反射鏡Ａが前記半導
体基板の主平面以外に形成された金属薄膜であることを
特徴とする請求項２記載の熱型赤外線検知素子。 - 【請求項５】 半反射鏡である前記反射鏡Ｂがメンブレ
ン上に形成されたことを特徴とする請求項２記載の熱型
赤外線検知素子。 - 【請求項６】 半反射鏡である前記反射鏡Ｂが半導体多
層膜若しくは誘電体多層膜であることを特徴とする請求
項２記載の熱型赤外線検知素子。 - 【請求項７】 半反射鏡である前記反射鏡Ｂが前記半導
体基板の結晶面を利用していることを特徴とする請求項
２記載の熱型赤外線検知素子。 - 【請求項８】 前記半導体基板の主平面が（１００）面
であり、前記半反射鏡である反射鏡Ｂが熱分離領域を構
成する（１００）面であることを特徴とする請求項７記
載の熱型赤外線検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9265266A JPH11112038A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 熱型赤外線検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9265266A JPH11112038A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 熱型赤外線検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11112038A true JPH11112038A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17414850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9265266A Pending JPH11112038A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 熱型赤外線検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11112038A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4633296B2 (ja) * | 2001-05-18 | 2011-02-16 | 株式会社堀場製作所 | サーモパイルセンサ |
| 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 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP9265266A patent/JPH11112038A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4633296B2 (ja) * | 2001-05-18 | 2011-02-16 | 株式会社堀場製作所 | サーモパイルセンサ |
| 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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040914 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051025 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060926 |