WO2014024347A1 - Infrared light source - Google Patents

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植田　充彦
角　貞幸
辻　幸司
酒井　孝昌
吉原　孝明
桐原　昌男
吉祥 永谷
弘貴 松浪
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パナソニック株式会社
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Abstract

An infrared light source, comprising an infrared ray radiating element, a package, a window material, and a reflective element. The infrared ray radiating element comprises: a first substrate; a first insulating layer formed on one surface side of the first substrate; a heat-generating layer laminated on the first insulating layer; two pads electrically connected to the heat-generating layer; and a second insulating layer laminated on the heat-generating layer. A through-hole is formed in the first substrate. The second insulating layer and the first insulating layer are formed from a material that is transparent to infrared rays that are radiated from the heat-generating layer. The reflective element comprises: a second substrate; and a reflective film provided on one surface side of the second substrate and reflecting infrared rays radiated from the heat-generating layer. The reflective element is arranged inside the through-hole, as the first insulating layer side of the infrared ray radiating element.

Description

赤外光源Infrared light source
　本発明は、赤外光源に関するものである。 The present invention relates to an infrared light source.
　従来から、赤外光源として、赤外線放射素子と、この赤外線放射素子が収納されたパッケージと、このパッケージにおける赤外線放射素子の前方に配置された窓とを備えた赤外光源が知られている（例えば、日本国公開特許第２０００－２３６１１０号公報（以下「文献１」という））。 Conventionally, as an infrared light source, an infrared light source including an infrared radiation element, a package in which the infrared radiation element is housed, and a window disposed in front of the infrared radiation element in the package is known ( For example, Japanese Patent Publication No. 2000-236110 (hereinafter referred to as “Document 1”).
　文献１には、この種の赤外光源の従来例として、図４に示す構成を有する赤外線放射器が記載されている。この赤外線放射器は、マイクロブリッジ構造の赤外線放射素子１１０と、赤外線放射素子１１０がマウントされたケース基板１２０と、円筒ケース１２５と、円筒ケース１２５の上面を覆う窓１２６とを備えている。また、この赤外線放射器は、ケース基板１２０を貫通しケース基板１２０に固定されたリード端子１２１、１２２を備えている。赤外線放射素子１１０の電極１１４、１１５とリード端子１２１、１２２とは、金ワイヤー１２３、１２４でそれぞれ接続されている。 Document 1 describes an infrared radiator having the configuration shown in FIG. 4 as a conventional example of this type of infrared light source. This infrared radiator includes an infrared radiation element 110 having a microbridge structure, a case substrate 120 on which the infrared radiation element 110 is mounted, a cylindrical case 125, and a window 126 that covers the upper surface of the cylindrical case 125. The infrared radiator includes lead terminals 121 and 122 that pass through the case substrate 120 and are fixed to the case substrate 120. The electrodes 114 and 115 of the infrared radiation element 110 and the lead terminals 121 and 122 are connected by gold wires 123 and 124, respectively.
　また、文献１には、例えば、図５及び図６に示すように、素子基板１３１と、補強基板１４３とを備えた赤外線放射素子１３０が提案されている。ここで、素子基板１３１は、ｎ型シリコンで形成されている。一方、補強基板１４３は、アルミナやサファイアにより形成されている。 Further, in Document 1, for example, as shown in FIGS. 5 and 6, an infrared radiation element 130 including an element substrate 131 and a reinforcing substrate 143 is proposed. Here, the element substrate 131 is made of n-type silicon. On the other hand, the reinforcing substrate 143 is made of alumina or sapphire.
　素子基板１３１は、一面（第１面）１３１ａ側から反対面（第２面）１３１ｂ側に貫通する穴１３２が形成されている。また、赤外線放射素子１３０は、素子基板１３１の一面１３１ａ側に発熱部１３３ａを有している。発熱部１３３ａは、穴１３２の開口面の中央を横切る橋梁状に形成されている。 The element substrate 131 has a hole 132 penetrating from one surface (first surface) 131a side to the opposite surface (second surface) 131b side. The infrared radiation element 130 has a heat generating portion 133 a on the one surface 131 a side of the element substrate 131. The heat generating portion 133 a is formed in a bridge shape that crosses the center of the opening surface of the hole 132.
　また、赤外線放射素子１３０は、補強基板１４３の上面１４３ａのうち、素子基板１３１の穴１３２の底を形成する部分に、赤外線に対して高い反射率を有する反射膜１４４が設けられている。文献１には、この赤外線放射素子１３０によれば、発熱部１３３ａから補強基板１４３側へ放射された赤外線が、反射膜１４４によって素子基板１３１の一面１３１ａ側へ反射されるので、赤外線の放射効率が高くなる旨が記載されている。 In addition, the infrared radiation element 130 is provided with a reflection film 144 having a high reflectance with respect to infrared rays on a portion of the upper surface 143a of the reinforcing substrate 143 that forms the bottom of the hole 132 of the element substrate 131. According to Document 1, according to the infrared radiating element 130, the infrared radiation radiated from the heat generating portion 133a to the reinforcing substrate 143 side is reflected by the reflective film 144 to the one surface 131a side of the element substrate 131. Is stated to be higher.
　また、文献１には、素子基板１３１の一面１３１ａ側で発熱部１３３ａを枠状体とカバーとで覆うことで、発熱部１３３ａの汚れなどによる劣化がなく、信頼性が高くなる旨が記載されている。 Further, Document 1 describes that the heat generating portion 133a is covered with the frame body and the cover on the one surface 131a side of the element substrate 131, so that the heat generating portion 133a is not deteriorated due to dirt or the like, and the reliability is improved. ing.
　上述の赤外線放射素子１３０では、素子基板１３１の反対面１３１ｂ側に固定される補強基板１４３の上面１４３ａに反射膜１４４が形成されている。このため、上述の赤外線放射素子１３０では、反射膜１４４で反射された赤外線が、素子基板１３１の穴１３２の内側面１３４に入射し、反射されたり、素子基板１３１で吸収されてしまう懸念がある。 In the infrared radiation element 130 described above, the reflective film 144 is formed on the upper surface 143a of the reinforcing substrate 143 fixed to the opposite surface 131b side of the element substrate 131. For this reason, in the infrared radiation element 130 described above, there is a concern that the infrared light reflected by the reflective film 144 enters the inner side surface 134 of the hole 132 of the element substrate 131 and is reflected or absorbed by the element substrate 131. .
　本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、赤外線の放射効率を向上させることが可能な赤外光源を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object thereof is to provide an infrared light source capable of improving the infrared radiation efficiency.
　本発明の赤外光源は、赤外線放射素子と、前記赤外線放射素子が収納されたパッケージと、前記パッケージにおける前記赤外線放射素子の一面側の窓孔を塞ぎ前記赤外線放射素子から放射された赤外線を透過させる窓材と、前記赤外線放射素子から前記一面側とは反対側に放射された赤外線を反射する反射素子とを備え、前記赤外線放射素子は、第１基板と、前記第１基板の一表面側に形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層に積層された発熱体層と、前記発熱体層に電気的に接続された複数のパッドと、前記発熱体層に積層された第２絶縁層とを備え、前記第１基板は、前記第１絶縁層における前記発熱体層側とは反対側の表面を露出させる貫通孔が形成されてなり、前記第２絶縁層は、前記窓材を介して前記窓孔に対向し、前記第２絶縁層及び前記第１絶縁層は、前記発熱体層から放射される赤外線に対して透明な材料により形成され、前記反射素子は、第２基板と、前記第２基板の一表面側に設けられ前記発熱体層から放射された赤外線を反射する反射膜とを備え、前記反射膜を前記第１絶縁層側として前記貫通孔内に配置されていることを特徴とする。 An infrared light source of the present invention includes an infrared radiation element, a package in which the infrared radiation element is housed, and a window hole on one surface side of the infrared radiation element in the package, and the infrared radiation emitted from the infrared radiation element is transmitted. And a reflecting element that reflects infrared rays radiated from the infrared radiating element to the side opposite to the one surface side. The infrared radiating element includes a first substrate and one surface side of the first substrate. A first insulating layer formed on the first insulating layer, a heating element layer stacked on the first insulating layer, a plurality of pads electrically connected to the heating element layer, and a second layer stacked on the heating element layer. The first substrate is formed with a through hole exposing a surface of the first insulating layer opposite to the heating element layer side, and the second insulating layer is formed of the window material. Opposite the window hole through the second The edge layer and the first insulating layer are formed of a material transparent to infrared rays emitted from the heating element layer, and the reflective element is provided on the second substrate and one surface side of the second substrate. A reflective film that reflects infrared radiation emitted from the heating element layer, and the reflective film is disposed in the through hole with the reflective film side as the first insulating layer side.
　この赤外光源において、前記第２基板は、シリコン基板からなることが好ましい。 In this infrared light source, the second substrate is preferably made of a silicon substrate.
　この赤外光源において、前記反射膜は、Ａｕ膜、Ａｌ膜、Ａｌ－Ｓｉ膜、Ａｌ－Ｃｕ膜の群から選択される１つの金属膜であることが好ましい。 In this infrared light source, the reflective film is preferably one metal film selected from the group consisting of an Au film, an Al film, an Al—Si film, and an Al—Cu film.
　この赤外光源において、前記パッケージは、前記赤外線放射素子及び前記反射素子の両方が接合される基体と、前記窓孔を有する蓋とを備え、前記赤外線放射素子は、第１ダイボンド材からなる第１接合部を介して前記基体に接合され、前記反射素子は、第２ダイボンド材からなる第２接合部を介して前記基体に接合され、前記第１ダイボンド材と前記第２ダイボンド材とは、同じ材料であることが好ましい。 In this infrared light source, the package includes a base body to which both the infrared radiation element and the reflection element are joined, and a lid having the window hole, and the infrared radiation element is made of a first die bond material. The reflective element is bonded to the substrate via a second bonding portion made of a second die bond material, and the first die bond material and the second die bond material are bonded to the substrate via one bonding portion. The same material is preferred.
　この赤外光源において、前記赤外線放射素子及び前記反射素子は、前記基体において同一平面上に配置されていることが好ましい。 In this infrared light source, it is preferable that the infrared radiation element and the reflection element are arranged on the same plane in the base.
　この赤外光源において、前記反射素子の厚さ寸法は、前記第１の基板の厚さ寸法よりも小さいことが好ましい。 In this infrared light source, the thickness dimension of the reflective element is preferably smaller than the thickness dimension of the first substrate.
　この赤外光源において、前記発熱体層は、平面形状が矩形状であることが好ましい。 In this infrared light source, the heating element layer preferably has a rectangular planar shape.
　この赤外光源において、前記発熱体層の平面サイズは、前記第１絶縁層において前記貫通孔に臨む表面の平面サイズよりも小さく設定されていることが好ましい。 In this infrared light source, the planar size of the heating element layer is preferably set smaller than the planar size of the surface facing the through hole in the first insulating layer.
　この赤外光源において、前記貫通孔の開口形状が矩形状であることが好ましい。 In this infrared light source, the opening shape of the through hole is preferably rectangular.
　この赤外光源において、前記貫通孔は、前記第１基板の前記一表面である第１表面側に比べて、前記第１基板において前記第１表面とは反対面である第２表面側のほうが、開口面積が大きくなる形状に形成されていることが好ましい。 In this infrared light source, the through hole is closer to the second surface side, which is the opposite surface of the first substrate, than the first surface side, which is the one surface of the first substrate. It is preferable that the opening area is formed in a large shape.
　この赤外光源において、前記貫通孔は、前記第１絶縁層から離れるほど前記開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されていることが好ましい。 In this infrared light source, the through hole is preferably formed in a shape in which the opening area gradually increases as the distance from the first insulating layer increases.
　この赤外光源において、前記窓材は、前記窓孔の内周面及び周部に位置決めされる段差部を有することが好ましい。 In this infrared light source, it is preferable that the window member has a stepped portion positioned on an inner peripheral surface and a peripheral portion of the window hole.
　本発明の赤外光源においては、赤外線の放射効率を向上させることが可能となる。 In the infrared light source of the present invention, infrared radiation efficiency can be improved.
　本発明の好ましい実施形態をより詳細に記載する。本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な記載及び添付図面に関連して一層よく理解される。
実施形態の赤外光源の概略断面図である。 実施形態の赤外光源における赤外線の進行経路の模式的な説明図である。 図３Ａは実施形態の赤外光源における赤外線放射素子の概略平面図、図３Ｂは図３ＡのＡ－Ａ概略断面図である。 従来例の赤外線放射器の説明図である。 他の従来例を示す赤外線放射素子の平面図である。 図５のＢ－Ｂ線断面図である。 Preferred embodiments of the invention are described in more detail. Other features and advantages of the present invention will be better understood with reference to the following detailed description and accompanying drawings.
It is a schematic sectional drawing of the infrared light source of embodiment. It is typical explanatory drawing of the advancing path | route of the infrared rays in the infrared light source of embodiment. FIG. 3A is a schematic plan view of an infrared radiation element in the infrared light source of the embodiment, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view along AA in FIG. 3A. It is explanatory drawing of the infrared radiator of a prior art example. It is a top view of the infrared radiation element which shows another prior art example. FIG. 6 is a sectional view taken along line BB of FIG.
　以下では、本実施形態の赤外光源１００について図１～図３に基づいて説明する。 Hereinafter, the infrared light source 100 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
　赤外光源１００は、赤外線放射素子１と、赤外線放射素子１が収納されたパッケージ１０と、パッケージ１０における赤外線放射素子１の一面１１側の窓孔２５ａを塞ぎ赤外線放射素子１から放射された赤外線（赤外光）を透過させる窓材２６とを備えている。また、赤外光源１００は、赤外線放射素子１から上記一面１１側とは反対側に放射された赤外線を反射する反射素子４０を備えている。 The infrared light source 100 includes an infrared radiation element 1, a package 10 in which the infrared radiation element 1 is housed, and an infrared radiation emitted from the infrared radiation element 1 by closing a window hole 25 a on the one surface 11 side of the infrared radiation element 1 in the package 10. And a window member 26 that transmits (infrared light). The infrared light source 100 includes a reflective element 40 that reflects infrared radiation emitted from the infrared radiation element 1 to the side opposite to the one surface 11 side.
　赤外線放射素子１は、第１基板２と、第１基板２の一表面（第１表面）２ｂ側に形成された第１絶縁層３と、第１絶縁層３に積層された発熱体層４と、発熱体層４に電気的に接続された２つのパッド９１，９２と、発熱体層４に積層された第２絶縁層５とを備えている。なお、図３Ａは、第２絶縁層５の図示を省略してある。 The infrared radiation element 1 includes a first substrate 2, a first insulating layer 3 formed on one surface (first surface) 2 b side of the first substrate 2, and a heating element layer 4 stacked on the first insulating layer 3. And two pads 91 and 92 electrically connected to the heating element layer 4 and a second insulating layer 5 laminated on the heating element layer 4. In FIG. 3A, the second insulating layer 5 is not shown.
　第１基板２は、第１絶縁層３における発熱体層４側とは反対側の表面３３を露出させる貫通孔２ａが形成されている。第２絶縁層５は、窓材２６を介して窓孔２５ａに対向している。 The first substrate 2 has a through hole 2a that exposes the surface 33 of the first insulating layer 3 opposite to the heating element layer 4 side. The second insulating layer 5 faces the window hole 25a through the window material 26.
　第２絶縁層５及び第１絶縁層３は、発熱体層４から放射される赤外線に対して透明な材料により形成されている。 The second insulating layer 5 and the first insulating layer 3 are made of a material that is transparent to infrared rays emitted from the heating element layer 4.
　また、赤外線放射素子１は、図３Ａ，３Ｂに示すように、第１基板２の上記一表面（第１表面）２ｂ側で発熱体層４の周部に接するように形成された一対の電極７，７を備えている。各電極７の各々には、配線部８を介して上述のパッド９１，９２が電気的に接続されている。 Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the infrared radiation element 1 is a pair of electrodes formed so as to be in contact with the peripheral portion of the heating element layer 4 on the one surface (first surface) 2 b side of the first substrate 2. 7,7. The pads 91 and 92 are electrically connected to each electrode 7 through the wiring portion 8.
　反射素子４０は、第２基板４１と、第２基板４１の一表面４１１側に設けられ発熱体層４から放射された赤外線を反射する反射膜４２とを備えている。反射素子４０は、反射膜４２を赤外線放射素子１の第１絶縁層３側として貫通孔２ａ内に配置されている。 The reflective element 40 includes a second substrate 41 and a reflective film 42 that is provided on the one surface 411 side of the second substrate 41 and reflects infrared rays radiated from the heating element layer 4. The reflective element 40 is disposed in the through hole 2 a with the reflective film 42 as the first insulating layer 3 side of the infrared radiation element 1.
　パッケージ１０は、赤外線放射素子１及び反射素子４０の両方が接合される基体２０と、窓孔２５ａを有する蓋２５とを備えている。ここで、赤外線放射素子１は、第１ダイボンド材からなる第１接合部２７を介して基体２０に接合されている。また、反射素子４０は、第２ダイボンド材からなる第２接合部２８を介して基体２０に接合されている。赤外線放射素子１及び反射素子４０は、基体２０の一表面２０１側において同一平面上に配置されているのが好ましい。 The package 10 includes a base body 20 to which both the infrared radiation element 1 and the reflection element 40 are bonded, and a lid 25 having a window hole 25a. Here, the infrared radiation element 1 is joined to the base body 20 via a first joint portion 27 made of a first die bond material. The reflective element 40 is bonded to the base body 20 via a second bonding portion 28 made of a second die bond material. The infrared radiation element 1 and the reflection element 40 are preferably arranged on the same plane on the one surface 201 side of the substrate 20.
　図２は、発熱体層４から放射された赤外線の進行経路を模式的に説明するための図である。図２中の一点鎖線は、発熱体層４から第２絶縁層５側へ放射された赤外線の進行経路を示している。また、図２中の破線は、発熱体層４から第１絶縁層３側へ放射された赤外線の進行経路を示している。図２から分かるように、赤外光源１００は、発熱体層４から第２絶縁層５側へ放射された赤外線が窓材２６を通して外部へ出射されるだけでなく、発熱体層４から第１絶縁層３側へ放射された赤外線が反射素子４０の反射膜４２で反射され、第１絶縁層３、発熱体層４、第２絶縁層５及び窓材２６を通して外部へ出射される。 FIG. 2 is a diagram for schematically explaining the traveling path of infrared rays radiated from the heating element layer 4. A one-dot chain line in FIG. 2 indicates a traveling path of infrared rays radiated from the heating element layer 4 to the second insulating layer 5 side. Moreover, the broken line in FIG. 2 has shown the advancing path | route of the infrared rays radiated | emitted from the heat generating body layer 4 to the 1st insulating layer 3 side. As can be seen from FIG. 2, the infrared light source 100 not only emits infrared rays emitted from the heating element layer 4 toward the second insulating layer 5 to the outside through the window member 26 but also from the heating element layer 4 to the first. Infrared radiation radiated to the insulating layer 3 side is reflected by the reflective film 42 of the reflective element 40, and is emitted to the outside through the first insulating layer 3, the heating element layer 4, the second insulating layer 5, and the window material 26.
　以下では、赤外光源１００の各構成要素について詳細に説明する。 Hereinafter, each component of the infrared light source 100 will be described in detail.
　赤外線放射素子１の第１基板２は、上記一表面（第１表面）２ｂが（１００）面の単結晶のシリコン基板により形成されているが、これに限らず、（１１０）面の単結晶のシリコン基板により形成してもよい。また、第１基板２は、単結晶のシリコン基板に限らず、多結晶のシリコン基板でもよいし、シリコン基板以外でもよい。第１基板２の材料は、第１絶縁層３の材料よりも熱伝導率が大きく且つ熱容量が大きな材料であることが好ましい。 The first substrate 2 of the infrared radiation element 1 is formed of a single crystal silicon substrate having the one surface (first surface) 2b of the (100) plane, but is not limited thereto, and is a single crystal of the (110) plane. Alternatively, the silicon substrate may be used. The first substrate 2 is not limited to a single crystal silicon substrate, and may be a polycrystalline silicon substrate or other than a silicon substrate. The material of the first substrate 2 is preferably a material having a higher thermal conductivity and a larger heat capacity than the material of the first insulating layer 3.
　第１基板２の外周形状は、矩形状である。第１基板２の外形サイズは、特に限定するものではないが、例えば、１０ｍｍ□以下（１０ｍｍ×１０ｍｍ以下）に設定するのが好ましい。第１基板２の外周形状は、矩形状であれば、正方形状に限らず、長方形状でもよい。また、第１基板２の外周形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形以外の多角形状でもよい。 The outer peripheral shape of the first substrate 2 is a rectangular shape. Although the external size of the 1st board | substrate 2 is not specifically limited, For example, it is preferable to set to 10 mm □ or less (10 mm × 10 mm or less). The outer peripheral shape of the first substrate 2 is not limited to a square shape as long as it is a rectangular shape, and may be a rectangular shape. Further, the outer peripheral shape of the first substrate 2 is not limited to a rectangular shape, and may be a polygonal shape other than a rectangular shape, for example.
　また、第１基板２は、貫通孔２ａの開口形状を矩形状としてある。第１基板２の貫通孔２ａは、上記一表面（第１表面）２ｂ側に比べて他表面（第２表面）２ｃ側での開口面積が大きくなる形状に形成されている。ここで、第１基板２の貫通孔２ａは、第１絶縁層３から離れるほど開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されている。要するに、貫通孔２ａは、四角錐台状の形状に形成されている。第１基板２の貫通孔２ａは、第１基板２をエッチングすることにより形成されている。第１基板２として上記一表面（第１表面）２ｂが（１００）面の単結晶のシリコン基板を採用している場合、第１基板２の貫通孔２ａは、アルカリ系溶液をエッチング液として用いた異方性エッチングにより形成することができる。第１基板２の貫通孔２ａの開口形状は、特に限定するものではなく、例えば、矩形以外の多角形状や円形状などでもよい。また、第１基板２の貫通孔２ａは、上記一表面（第１表面）２ｂ側から上記他表面（第２表面）２ｃ側にかけて開口面積が一様な形状に形成してもよい。 The first substrate 2 has a rectangular opening shape of the through hole 2a. The through hole 2a of the first substrate 2 is formed in a shape having an opening area on the other surface (second surface) 2c side larger than that on the one surface (first surface) 2b side. Here, the through hole 2 a of the first substrate 2 is formed in a shape in which the opening area gradually increases as the distance from the first insulating layer 3 increases. In short, the through hole 2a is formed in a quadrangular frustum shape. The through hole 2 a of the first substrate 2 is formed by etching the first substrate 2. When a single crystal silicon substrate having a (100) surface as the first substrate 2 is used as the first substrate 2, the through hole 2 a of the first substrate 2 uses an alkaline solution as an etching solution. It can be formed by anisotropic etching. The opening shape of the through-hole 2a of the 1st board | substrate 2 is not specifically limited, For example, polygonal shapes other than a rectangle, circular shape, etc. may be sufficient. The through-hole 2a of the first substrate 2 may be formed in a shape having a uniform opening area from the one surface (first surface) 2b side to the other surface (second surface) 2c side.
　また、赤外線放射素子１は、製造時において貫通孔２ａを形成する際のマスク層が無機材料からなる場合、第１基板２の上記他表面（第２表面）２ｃ側に、マスク層が残っていてもよい。なお、マスク層としては、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜などを採用することができる。 In addition, the infrared radiation element 1 has a mask layer remaining on the other surface (second surface) 2c side of the first substrate 2 when the mask layer used to form the through-hole 2a is made of an inorganic material during manufacture. May be. As the mask layer, for example, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film can be employed.
　第１絶縁層３は、図３Ｂに示すように、貫通孔２ａと発熱体層４とを隔離するダイヤフラム部３Ｄと、第１基板２の上記一表面（第１表面）２ｂ側で貫通孔２ａの周部に形成されダイヤフラム部３Ｄを支持する支持部３Ｓとからなる。 As shown in FIG. 3B, the first insulating layer 3 includes a diaphragm portion 3D that separates the through hole 2a and the heating element layer 4, and the through hole 2a on the one surface (first surface) 2b side of the first substrate 2. And a support portion 3S that supports the diaphragm portion 3D.
　また、第１絶縁層３は、第１基板２側のシリコン酸化膜３１と、シリコン酸化膜３１における第１基板２側とは反対側に積層されたシリコン窒化膜３２とからなる。第１絶縁層３は、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜３１やシリコン窒化膜３２の単層構造でもよいし、その他の材料からなる単層構造や、２層以上の積層構造でもよい。 The first insulating layer 3 includes a silicon oxide film 31 on the first substrate 2 side and a silicon nitride film 32 stacked on the opposite side of the silicon oxide film 31 from the first substrate 2 side. The first insulating layer 3 is not limited to the laminated film of the silicon oxide film 31 and the silicon nitride film 32. For example, the first insulating layer 3 may have a single layer structure of the silicon oxide film 31 or the silicon nitride film 32, or a single layer made of other materials. A structure or a laminated structure of two or more layers may be used.
　第１絶縁層３は、赤外線放射素子１の製造時において第１基板２の上記他表面（第２表面）２ｃ側から第１基板２をエッチングして貫通孔２ａを形成する際のエッチングストッパ層としての機能も有している。 The first insulating layer 3 is an etching stopper layer when the first substrate 2 is etched from the side of the other surface (second surface) 2c of the first substrate 2 to form the through hole 2a when the infrared radiation element 1 is manufactured. It also has a function as
　発熱体層４は、平面形状を矩形状としてある。発熱体層４の平面サイズは、第１絶縁層３において貫通孔２ａに臨む表面３３の平面サイズよりも小さく設定するのが好ましい。つまり、発熱体層４は、ダイヤフラム部３Ｄの平面サイズよりも小さく設定するのが好ましい。ここで、ダイヤフラム部３Ｄの平面サイズは、特に限定するものではないが、例えば、５ｍｍ□以下（５ｍｍ×５ｍｍ以下）に設定するのが好ましい。 The heating element layer 4 has a rectangular planar shape. The planar size of the heating element layer 4 is preferably set smaller than the planar size of the surface 33 facing the through hole 2 a in the first insulating layer 3. That is, the heating element layer 4 is preferably set smaller than the planar size of the diaphragm portion 3D. Here, the planar size of the diaphragm 3D is not particularly limited, but is preferably set to 5 mm □ or less (5 mm × 5 mm or less), for example.
　発熱体層４の平面サイズは、各電極７の各々が重なる各コンタクト領域を除いた放射領域の平面サイズが３ｍｍ□以下（３ｍｍ×３ｍｍ以下）となるように設定するのが好ましい。発熱体層４の平面形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形以外の多角形状、円形状、楕円形状、格子状などでもよい。 The plane size of the heating element layer 4 is preferably set so that the plane size of the radiation area excluding the contact areas where the electrodes 7 overlap each other is 3 mm □ or less (3 mm × 3 mm or less). The planar shape of the heating element layer 4 is not limited to a rectangular shape, and may be, for example, a polygonal shape other than a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, or a lattice shape.
　発熱体層４の材料としては、窒化タンタルを採用している。つまり、発熱体層４は、窒化タンタル層からなる。発熱体層４の材料としては、窒化タンタルに限らず、例えば、窒化チタン、ニッケルクロム、タングステン、チタン、トリウム、白金、ジルコニウム、クロム、バナジウム、ロジウム、ハフニウム、ルテニウム、ボロン、イリジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、オスミウム、レニウム、ニッケル、ホルミウム、コバルト、エルビウム、イットリウム、鉄、スカンジウム、ツリウム、パラジウム、ルテチウムなどを採用してもよい。また、発熱体層４の材料としては、導電性ポリシリコンを採用してもよい。つまり、発熱体層４は、導電性ポリシリコン層により構成してもよい。発熱体層４について、高温で化学的に安定であり、且つ、シート抵抗の設計容易性という観点からは、窒化タンタル層もしくは導電性ポリシリコン層を採用することが好ましい。窒化タンタル層は、その組成を変えることにより、シート抵抗を変えることが可能である。導電性ポリシリコン層は、不純物濃度などを変えることにより、シート抵抗を変えることが可能である。導電性ポリシリコン層は、ｎ形不純物もしくはｐ形不純物が高濃度にドーピングされたｎ形ポリシリコン層もしくはｐ形ポリシリコン層により構成することができる。つまり、導電性ポリシリコン層は、ｎ形不純物が高濃度にドーピングされたｎ形ポリシリコン層、もしくは、ｐ形不純物が高濃度にドーピングされたｐ形ポリシリコン層により構成することができる。導電性ポリシリコン層をｎ形ポリシリコン層とし、ｎ形不純物として例えばリンを採用する場合には、不純物濃度を例えば、１×１０18ｃｍ-3～５×１０20ｃｍ-3程度の範囲で適宜設定すればよい。また、導電性ポリシリコン層をｐ形ポリシリコン層とし、ｐ形不純物として例えばボロンを採用する場合には、不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3～１×１０20ｃｍ-3程度の範囲で適宜設定すればよい。なお、発熱体層４の材料について、第１基板２と発熱体層４との線膨張係数差に伴う熱応力に起因して発熱体層４が破壊されるのを防止するという観点からは、第１基板２の材料との線膨張係数差が小さい材料が好ましい。 As a material for the heating element layer 4, tantalum nitride is employed. That is, the heating element layer 4 is made of a tantalum nitride layer. The material of the heating element layer 4 is not limited to tantalum nitride, but, for example, titanium nitride, nickel chromium, tungsten, titanium, thorium, platinum, zirconium, chromium, vanadium, rhodium, hafnium, ruthenium, boron, iridium, niobium, molybdenum Tantalum, osmium, rhenium, nickel, holmium, cobalt, erbium, yttrium, iron, scandium, thulium, palladium, lutetium, and the like may be employed. Further, as the material of the heating element layer 4, conductive polysilicon may be adopted. That is, the heating element layer 4 may be composed of a conductive polysilicon layer. The heating element layer 4 is preferably a tantalum nitride layer or a conductive polysilicon layer from the viewpoint of chemical stability at high temperatures and ease of design of sheet resistance. The tantalum nitride layer can change the sheet resistance by changing its composition. The conductive polysilicon layer can change the sheet resistance by changing the impurity concentration and the like. The conductive polysilicon layer can be composed of an n-type polysilicon layer or a p-type polysilicon layer doped with an n-type impurity or a p-type impurity at a high concentration. That is, the conductive polysilicon layer can be constituted by an n-type polysilicon layer doped with an n-type impurity at a high concentration or a p-type polysilicon layer doped with a p-type impurity at a high concentration. When the conductive polysilicon layer is an n-type polysilicon layer and phosphorus is used as the n-type impurity, the impurity concentration is, for example, in the range of about 1 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 20 cm −3. What is necessary is just to set suitably. Also, when the conductive polysilicon layer is a p-type polysilicon layer and boron is used as the p-type impurity, the impurity concentration is in the range of about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3. What is necessary is just to set suitably. In addition, about the material of the heat generating body layer 4, from a viewpoint of preventing that the heat generating body layer 4 is destroyed due to the thermal stress accompanying the linear expansion coefficient difference of the 1st board | substrate 2 and the heat generating body layer 4, A material having a small difference in linear expansion coefficient from the material of the first substrate 2 is preferable.
　赤外線放射素子１は、発熱体層４への通電により発熱体層４から赤外線が放射される。赤外線放射素子１において発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長は、発熱体層４の温度に依存する。ここで、発熱体層４の絶対温度をＴ〔Ｋ〕、ピーク波長をλ〔μｍ〕とすれば、これらは、λ＝２８９８／Ｔの関係を満足している。つまり、発熱体層４の絶対温度Ｔと発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長λとの関係は、ウィーンの変位則を満足している。したがって、赤外線放射素子１では、発熱体層４が黒体を構成している。 The infrared radiation element 1 emits infrared rays from the heating element layer 4 by energizing the heating element layer 4. The peak wavelength of infrared rays emitted from the heating element layer 4 in the infrared radiation element 1 depends on the temperature of the heating element layer 4. Here, if the absolute temperature of the heating element layer 4 is T [K] and the peak wavelength is λ [μm], these satisfy the relationship of λ = 2898 / T. That is, the relationship between the absolute temperature T of the heating element layer 4 and the peak wavelength λ of the infrared rays emitted from the heating element layer 4 satisfies the Vienna displacement law. Therefore, in the infrared radiation element 1, the heating element layer 4 constitutes a black body.
　赤外線放射素子１は、例えば、図示しない外部電源から一対のパッド９１，９２間に与える入力電力を調整することにより、発熱体層４に発生するジュール熱を変化させることができ、発熱体層４の温度を変化させることができる。したがって、赤外線放射素子１は、発熱体層４への入力電力に応じて発熱体層４の温度を変化させることができる。また、赤外線放射素子１は、発熱体層４の温度を変化させることで発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長λを変化させることができる。このため、赤外線放射素子１は、広範囲の赤外線波長域において赤外線を放射させることが可能となる。例えば、赤外光源１００をガスセンサの赤外光源として使用する場合には、発熱体層４から放射される赤外線のピーク波長λを４μｍ程度にするのが好ましく、発熱体層４の温度を７００Ｋ程度とすればよい。ここにおいて、赤外線放射素子１は、発熱体層４が上述のように黒体を構成している。これにより、赤外線放射素子１は、発熱体層４の単位面積が単位時間に放射する全エネルギＥが絶対温度Ｔに略比例するものと推測される（つまり、赤外線放射素子１は、シュテファン－ボルツマンの法則を満足するものと推測される）。なお、赤外線放射素子１は、発熱体層４の温度を高くするほど赤外線の放射量を増大させることが可能となる。 For example, the infrared radiation element 1 can change Joule heat generated in the heating element layer 4 by adjusting input power applied between the pair of pads 91 and 92 from an external power source (not shown). The temperature of can be changed. Therefore, the infrared radiation element 1 can change the temperature of the heating element layer 4 according to the input power to the heating element layer 4. In addition, the infrared radiation element 1 can change the peak wavelength λ of infrared rays emitted from the heating element layer 4 by changing the temperature of the heating element layer 4. For this reason, the infrared radiation element 1 can emit infrared rays in a wide infrared wavelength range. For example, when the infrared light source 100 is used as an infrared light source of a gas sensor, it is preferable that the peak wavelength λ of infrared rays emitted from the heating element layer 4 is about 4 μm, and the temperature of the heating element layer 4 is about 700K. And it is sufficient. Here, in the infrared radiation element 1, the heating element layer 4 forms a black body as described above. As a result, the infrared radiation element 1 is estimated that the total energy E radiated per unit time in the unit area of the heating element layer 4 is approximately proportional to the absolute temperature T (that is, the infrared radiation element 1 is a Stefan-Boltzmann It is presumed that the above law is satisfied). The infrared radiation element 1 can increase the amount of infrared radiation as the temperature of the heating element layer 4 is increased.
　第２絶縁層５は、シリコン窒化膜により構成してある。第２絶縁層５は、これに限らず、例えば、シリコン酸化膜により構成してもよいし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造を有していてもよい。第２絶縁層５は、発熱体層４への通電時に発熱体層４から放射される所望の波長ないし波長域の赤外線に対する透過率が高いほうが好ましいが、透過率が１００％であることを必須とするものではない。 The second insulating layer 5 is composed of a silicon nitride film. The second insulating layer 5 is not limited to this. For example, the second insulating layer 5 may be formed of a silicon oxide film, or may have a stacked structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film. The second insulating layer 5 preferably has a high transmittance with respect to infrared rays of a desired wavelength or wavelength range radiated from the heating element layer 4 when the heating element layer 4 is energized, but it is essential that the transmittance is 100%. It is not something to do.
　同様に、上述の第１絶縁層３は、発熱体層４への通電時に発熱体層４から放射される所望の波長ないし波長域の赤外線に対する透過率が高いほうが好ましいが、透過率が１００％であることを必須とするものではない。 Similarly, the first insulating layer 3 described above preferably has a high transmittance with respect to infrared rays having a desired wavelength or wavelength range radiated from the heating element layer 4 when the heating element layer 4 is energized, but the transmittance is 100%. It is not essential to be.
　赤外線放射素子１は、第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５とで構成されるサンドイッチ構造の応力バランスを考慮して、第１絶縁層３及び第２絶縁層５それぞれの材料や厚さなどを設定することが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、上述のサンドイッチ構造の応力バランスを向上させることが可能となり、このサンドイッチ構造の反りや破損を、より抑制することが可能となって、機械的強度のより一層の向上を図ることが可能となる。 Infrared radiation element 1 takes into account the stress balance of the sandwich structure composed of first insulating layer 3, heating element layer 4 and second insulating layer 5, and each of first insulating layer 3 and second insulating layer 5. It is preferable to set the material and thickness. As a result, the infrared radiation element 1 can improve the stress balance of the above-described sandwich structure, and can further suppress warping and breakage of the sandwich structure, thereby further improving the mechanical strength. It is possible to improve.
　上述の発熱体層４の厚さは、発熱体層４の低熱容量化を図るという観点から０．２μｍ以下とするのが好ましい。 The thickness of the heating element layer 4 is preferably 0.2 μm or less from the viewpoint of reducing the heat capacity of the heating element layer 4.
　第１絶縁層３の厚さと発熱体層４の厚さと第２絶縁層５の厚さとの合計厚さは、１０μｍ以下が好ましい。また、この合計厚さは、第１絶縁層３と発熱体層４と第２絶縁層５との積層構造の低熱容量化を図るという観点や赤外線の放射効率を向上させるという観点から、例えば、０．１μｍ～１μｍ程度の範囲で設定することが好ましく、０．７μｍ以下とするのがより好ましい。 The total thickness of the first insulating layer 3, the heating element layer 4 and the second insulating layer 5 is preferably 10 μm or less. Further, this total thickness is, for example, from the viewpoint of reducing the heat capacity of the laminated structure of the first insulating layer 3, the heating element layer 4, and the second insulating layer 5 and improving the infrared radiation efficiency, for example, It is preferably set in the range of about 0.1 μm to 1 μm, more preferably 0.7 μm or less.
　一対の電極７，７は、第１基板２の上記一表面（第１表面）２ｂ側において、発熱体層４の周部（図３Ａにおける左右両端部）と接する形で形成されている。各電極７は、第２絶縁層５に形成されたコンタクトホール５ａを通して発熱体層４上に形成され、発熱体層４と電気的に接続されている。ここで、各電極７は、発熱体層４とオーミック接触をなしている。 The pair of electrodes 7 and 7 are formed on the one surface (first surface) 2b side of the first substrate 2 so as to be in contact with the peripheral portion (left and right end portions in FIG. 3A) of the heating element layer 4. Each electrode 7 is formed on the heating element layer 4 through a contact hole 5 a formed in the second insulating layer 5, and is electrically connected to the heating element layer 4. Here, each electrode 7 is in ohmic contact with the heating element layer 4.
　各電極７の材料としては、アルミニウム合金（Ａｌ－Ｓｉ）を採用している。各電極７の材料は、特に限定するものではなく、例えば、金、銅などを採用してもよい。また、各電極７は、少なくとも、発熱体層４と接する部分が発熱体層４とオーミック接触が可能な材料であればよく、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、各電極７は、発熱体層４側から順に、第１層、第２層、第３層が積層された３層構造として、発熱体層４に接する第１層の材料を高融点金属（例えば、クロムなど）とし、第２層の材料をニッケルとし、第３層の材料を金としてもよい。 The material of each electrode 7 is an aluminum alloy (Al—Si). The material of each electrode 7 is not particularly limited, and for example, gold or copper may be employed. Moreover, each electrode 7 should just be a material in which the part which contact | connects the heat generating body layer 4 at least can make ohmic contact with the heat generating body layer 4, and not only a single layer structure but a multilayered structure may be sufficient as it. For example, each electrode 7 has a three-layer structure in which a first layer, a second layer, and a third layer are laminated in order from the heating element layer 4 side, and the material of the first layer in contact with the heating element layer 4 is a refractory metal. (E.g., chromium), the second layer material may be nickel, and the third layer material may be gold.
　各配線部８及び各パッド９１，９２は、各電極７と同じ材料により形成され、同じ層構造、同じ厚さに設定するのが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、各配線部８及び各パッド９１，９２を各電極７と同時に形成することが可能となる。パッド９１，９２の厚さは、０．５～２μｍ程度の範囲で設定することが好ましい。 Each wiring part 8 and each pad 91, 92 are preferably made of the same material as each electrode 7 and set to the same layer structure and the same thickness. Thereby, the infrared radiation element 1 can form each wiring part 8 and each pad 91 and 92 simultaneously with each electrode 7. The thickness of the pads 91 and 92 is preferably set in the range of about 0.5 to 2 μm.
　赤外線放射素子１の製造にあたっては、例えば、第１基板２の上記一表面（第１表面）２ｂ側に、第１絶縁層３、発熱体層４、第２絶縁層５を順次形成してから、第２絶縁層５にコンタクトホール５ａを形成し、その後、各電極７、各配線部８及び各パッド９１，９２を形成し、続いて、第１基板２に貫通孔２ａを形成すればよい。 In manufacturing the infrared radiation element 1, for example, the first insulating layer 3, the heating element layer 4, and the second insulating layer 5 are sequentially formed on the one surface (first surface) 2 b side of the first substrate 2. Then, the contact hole 5a is formed in the second insulating layer 5, and thereafter, each electrode 7, each wiring portion 8 and each pad 91, 92 are formed, and subsequently, the through hole 2a is formed in the first substrate 2. .
　第１絶縁層３のシリコン酸化膜３１の形成方法は、例えば、熱酸化法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの薄膜形成技術を採用することができ、熱酸化法が好ましい。また、第１絶縁層３のシリコン窒化膜３２の形成方法は、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術を利用することができ、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法が好ましい。 As a method for forming the silicon oxide film 31 of the first insulating layer 3, for example, a thin film forming technique such as a thermal oxidation method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method can be adopted, and a thermal oxidation method is preferable. In addition, as a method for forming the silicon nitride film 32 of the first insulating layer 3, a thin film formation technique such as a CVD method can be used, and an LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method is preferable.
　発熱体層４の形成方法は、例えば、スパッタ法や蒸着法やＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。 As a method for forming the heating element layer 4, for example, a thin film forming technique such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a CVD method, and a processing technique using a photolithography technique and an etching technique can be used.
　第２絶縁層５の形成方法は、例えば、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。第２絶縁層５を形成する際のＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。 As a method for forming the second insulating layer 5, for example, a thin film forming technique such as a CVD method and a processing technique using a photolithography technique and an etching technique can be used. As a CVD method for forming the second insulating layer 5, a plasma CVD method is preferable.
　コンタクトホール５ａの形成にあたっては、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用すればよい。 In forming the contact hole 5a, a photolithography technique and an etching technique may be used.
　また、各電極７、各配線部８及び各パッド９１，９２の形成にあたっては、例えば、スパッタ法、蒸着法及びＣＶＤ法などの薄膜形成技術と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用した加工技術とを利用することができる。また、貫通孔２ａの形成にあたっては、第１基板２の上記他表面（第２表面）２ｃ側のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜（図示せず）をマスク層として、第１基板２を上記他表面（第２表面）２ｃ側からエッチングすることにより形成すればよい。マスク層を形成するにあたっては、例えば、まず、第１絶縁層３のシリコン酸化膜３１の形成と同時に第１基板２の上記他表面（第２表面）２ｃ側にマスク層の基礎となるシリコン酸化膜を形成し、第１絶縁層３のシリコン窒化膜３２の形成と同時に第１基板２の上記他表面（第２表面）２ｃ側にシリコン窒化膜を形成する。マスク層の基礎となるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜のパターニングは、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用すればよい。 In forming each electrode 7, each wiring portion 8, and each pad 91, 92, for example, a thin film forming technique such as a sputtering method, a vapor deposition method, and a CVD method, and a processing technique using a photolithography technique and an etching technique Can be used. In forming the through hole 2a, the first substrate 2 is used as a mask layer with a laminated film (not shown) of a silicon oxide film and a silicon nitride film on the other surface (second surface) 2c side of the first substrate 2 as a first substrate. 2 may be formed by etching from the other surface (second surface) 2c side. In forming the mask layer, for example, first, the silicon oxide film 31 serving as the basis of the mask layer is formed on the other surface (second surface) 2c side of the first substrate 2 simultaneously with the formation of the silicon oxide film 31 of the first insulating layer 3. A film is formed, and simultaneously with the formation of the silicon nitride film 32 of the first insulating layer 3, a silicon nitride film is formed on the other surface (second surface) 2 c side of the first substrate 2. The patterning of the laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film that is the basis of the mask layer may be performed using a photolithography technique and an etching technique.
　本実施形態の赤外線放射素子１の製造方法では、貫通孔２ａの形成時に、第１絶縁層３をエッチングストッパ層として利用することにより、第１絶縁層３の厚さの精度を高めることが可能となるとともに、第１絶縁層３における貫通孔２ａ側に第１基板２の一部や残渣が残るのを防止することが可能となる。この製造方法では、赤外線放射素子１ごとの、第１絶縁層３の機械的強度のばらつきや、第１絶縁層３のダイヤフラム部３Ｄ全体の熱容量のばらつきを抑制することが可能となる。 In the manufacturing method of the infrared radiation element 1 of the present embodiment, it is possible to increase the thickness accuracy of the first insulating layer 3 by using the first insulating layer 3 as an etching stopper layer when forming the through hole 2a. In addition, it becomes possible to prevent a part of the first substrate 2 and residues from remaining on the through hole 2a side in the first insulating layer 3. In this manufacturing method, it is possible to suppress variations in mechanical strength of the first insulating layer 3 and variations in heat capacity of the entire diaphragm portion 3D of the first insulating layer 3 for each infrared radiation element 1.
　上述の赤外線放射素子１の製造にあたっては、貫通孔２ａの形成が終了するまでのプロセスを、ウェハレベルで行い、貫通孔２ａを形成した後、個々の赤外線放射素子１に分離すればよい。つまり、赤外線放射素子１の製造にあたっては、例えば、第１基板２の基礎となるシリコンウェハを準備して、このシリコンウェハに複数の赤外線放射素子１を上述の製造方法に従って形成し、その後、個々の赤外線放射素子１に分離すればよい。 In manufacturing the infrared radiation element 1 described above, the process until the formation of the through hole 2a is completed at the wafer level, and after forming the through hole 2a, the individual infrared radiation elements 1 may be separated. That is, in manufacturing the infrared radiation element 1, for example, a silicon wafer as a basis of the first substrate 2 is prepared, and a plurality of infrared radiation elements 1 are formed on the silicon wafer according to the above-described manufacturing method. The infrared radiation element 1 may be separated.
　上述の赤外線放射素子１の製造方法から分かるように、赤外線放射素子１は、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）の製造技術を利用して製造することができる。 As can be seen from the method for manufacturing the infrared radiation element 1 described above, the infrared radiation element 1 can be manufactured using a manufacturing technology of MEMS (micro-electro-mechanical systems).
　ところで、発熱体層４は、パッケージ１０内において、第２絶縁層５が接する雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気など）とのインピーダンス不整合による赤外線の放射率の低下を抑制するようにシート抵抗を設定してある。 By the way, the heating element layer 4 has a sheet resistance set in the package 10 so as to suppress a decrease in infrared emissivity due to impedance mismatch with an atmosphere (for example, a nitrogen gas atmosphere) in contact with the second insulating layer 5. It is.
　例えば、発熱体層４の材料として窒化タンタルを採用する場合、発熱体層４のシート抵抗は、発熱体層４の基礎となる窒化タンタル層を反応性スパッタ法により成膜する際の窒素ガスの分圧によって制御することが可能である。要するに、発熱体層４の材料として窒化タンタルを採用する場合、窒化タンタル層の組成を変えることにより、シート抵抗を変えることが可能である。また、発熱体層４の材料として導電性ポリシリコンを採用する場合、発熱体層４のシート抵抗は、発熱体層４の基礎となる導電性ポリシリコン層の不純物濃度などを変えることにより、変えることが可能である。導電性ポリシリコン層の不純物濃度を制御する方法として、ノンドープのポリシリコン層を形成した後で不純物をドーピングする方法、成膜時に不純物をドーピングする方法などがある。 For example, when tantalum nitride is employed as the material of the heating element layer 4, the sheet resistance of the heating element layer 4 is determined by the nitrogen gas used when the tantalum nitride layer that forms the basis of the heating element layer 4 is formed by reactive sputtering. It is possible to control by partial pressure. In short, when tantalum nitride is adopted as the material of the heating element layer 4, it is possible to change the sheet resistance by changing the composition of the tantalum nitride layer. When conductive polysilicon is employed as the material of the heating element layer 4, the sheet resistance of the heating element layer 4 is changed by changing the impurity concentration of the conductive polysilicon layer that is the basis of the heating element layer 4. It is possible. As a method for controlling the impurity concentration of the conductive polysilicon layer, there are a method of doping impurities after forming a non-doped polysilicon layer, a method of doping impurities during film formation, and the like.
　赤外線放射素子１において、第２絶縁層５が接する雰囲気が窒素ガス雰囲気であり、発熱体層４の材料として窒化タンタルを採用し、発熱体層４を所望の使用温度として例えば５００℃に加熱して使用する場合、この使用温度で発熱体層４からの赤外線の放射率が最大となるシート抵抗は、１８９Ω／□（１８９Ω／sq.）であり、放射率の最大値は、５０％である。つまり、赤外線放射素子１は、発熱体層４のシート抵抗を１８９Ω／□とすれば、空気とのインピーダンスマッチングにより、赤外線の放射率を最大とすることが可能となる。したがって、赤外線放射素子１は、放射率の低下を抑制して例えば４０％以上の放射率を確保するためには、発熱体層４のシート抵抗を７３～４９３Ω／□の範囲で設定すればよい。なお、所望の使用温度において放射率が最大となるシート抵抗を規定シート抵抗と呼ぶことにすれば、所望の使用温度での発熱体層４のシート抵抗は、規定シート抵抗±１０％の範囲で設定するのが、より好ましい。 In the infrared radiation element 1, the atmosphere in contact with the second insulating layer 5 is a nitrogen gas atmosphere, tantalum nitride is adopted as the material of the heating element layer 4, and the heating element layer 4 is heated to, for example, 500 ° C. as a desired use temperature. The sheet resistance at which the emissivity of infrared rays from the heating element layer 4 becomes maximum at this operating temperature is 189 Ω / □ (189 Ω / sq.), And the maximum value of emissivity is 50%. . That is, if the sheet resistance of the heating element layer 4 is 189 Ω / □, the infrared radiation element 1 can maximize the infrared emissivity by impedance matching with air. Therefore, the infrared radiation element 1 may set the sheet resistance of the heating element layer 4 in the range of 73 to 493 Ω / □ in order to suppress a decrease in the emissivity and to secure an emissivity of 40% or more, for example. . If the sheet resistance at which the emissivity is maximized at a desired use temperature is referred to as a prescribed sheet resistance, the sheet resistance of the heating element layer 4 at the desired use temperature is within a range of the prescribed sheet resistance ± 10%. It is more preferable to set.
　赤外線放射素子１は、基板２の上記一表面（第１表面）２ｂ側に形成された積層構造（ここでは、第１絶縁層３、発熱体層４及び第２絶縁層５）の熱容量を低減することにより、一対のパッド９１，９２間へ与える電圧波形に対する発熱体層４の温度変化の応答を速くすることが可能となる。これにより、発熱体層４の温度が上昇しやすくなり、高出力化及び応答速度の高速化を図ることが可能となる。 The infrared radiation element 1 reduces the heat capacity of the laminated structure (here, the first insulating layer 3, the heating element layer 4, and the second insulating layer 5) formed on the one surface (first surface) 2b side of the substrate 2. By doing so, it becomes possible to speed up the response of the temperature change of the heating element layer 4 to the voltage waveform applied between the pair of pads 91 and 92. As a result, the temperature of the heating element layer 4 is likely to rise, and it becomes possible to increase the output and increase the response speed.
　また、赤外線放射素子１は、第１基板２を単結晶のシリコン基板から形成し、第１絶縁層３をシリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２とで構成してある。これにより、赤外線放射素子１は、第１絶縁層３に比べて第１基板２の熱容量及び熱伝導率それぞれが大きく、第１基板２がヒートシンクとしての機能を有するので、小型化、入力電力に対する応答速度の高速化、赤外線の放射特性の安定性の向上を図ることが可能となる。また、赤外線放射素子１では、発熱体層４の材料として、シリコンよりも高融点の窒化タンタルを採用すれば、発熱体層４の温度をシリコンの最高使用温度（シリコンの融点よりもやや低い温度）まで上昇させることが可能となり、赤外線発光ダイオードに比べて赤外線の放射量を大幅に増大させることが可能となる。また、赤外線放射素子１は、各電極７において少なくとも発熱体層４に接する部位がシリコンよりも高融点の金属により形成されていれば、発熱体層４の温度を各電極７の材料に制約されることなく上昇させることが可能となる。 Further, in the infrared radiation element 1, the first substrate 2 is formed from a single crystal silicon substrate, and the first insulating layer 3 is composed of a silicon oxide film 31 and a silicon nitride film 32. As a result, the infrared radiation element 1 has a larger heat capacity and thermal conductivity of the first substrate 2 than the first insulating layer 3, and the first substrate 2 has a function as a heat sink. It becomes possible to increase the response speed and to improve the stability of infrared radiation characteristics. Further, in the infrared radiation element 1, if tantalum nitride having a melting point higher than that of silicon is adopted as the material of the heating element layer 4, the temperature of the heating element layer 4 is set to the highest use temperature of silicon (a temperature slightly lower than the melting point of silicon). ) And the amount of infrared radiation can be greatly increased as compared with infrared light emitting diodes. In addition, in the infrared radiation element 1, the temperature of the heating element layer 4 is restricted by the material of each electrode 7 as long as at least a portion in contact with the heating element layer 4 is formed of a metal having a melting point higher than that of silicon. It is possible to raise without having to.
　赤外線放射素子１は、発熱体層４、電極７、配線部８及びパッド９１，９２が、平面視において一対の電極７，７の並ぶ方向に直交する赤外線放射素子１の中心線を対称軸として線対称に配置されていることが好ましい。これにより、赤外線放射素子１は、機械的強度のより一層の向上を図ることが可能となるとともに、発熱体層４の温度の面内ばらつきを抑制することが可能なる。 The infrared radiation element 1 has the heating element layer 4, the electrode 7, the wiring portion 8, and the pads 91 and 92 as symmetry axes with the center line of the infrared radiation element 1 orthogonal to the direction in which the pair of electrodes 7 and 7 are arranged in plan view. It is preferable that they are arranged in line symmetry. Thereby, the infrared radiation element 1 can further improve the mechanical strength, and can suppress the in-plane variation of the temperature of the heating element layer 4.
　反射素子４０の第２基板４１は、上記一表面４１１が（１００）面の単結晶のシリコン基板により形成されているが、これに限らず、（１１０）面の単結晶のシリコン基板により形成してもよい。また、第２基板４１は、単結晶のシリコン基板に限らず、例えば、金属基板、ガラス基板などでもよい。第２基板４１としては、上記一表面４１１の表面粗さが小さなものが好ましい。表面粗さについては、例えば、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１（ＩＳＯ　４２８７－１９９７）で規定されている算術平均粗さＲａは１０ｎｍ以下であることが好ましく、数ｎｍ以下であることが、より好ましい。 The second substrate 41 of the reflective element 40 is formed by a single crystal silicon substrate having the one surface 411 having a (100) plane, but is not limited thereto, and is formed by a single crystal silicon substrate having a (110) plane. May be. The second substrate 41 is not limited to a single crystal silicon substrate, and may be a metal substrate, a glass substrate, or the like, for example. As the second substrate 41, one having a small surface roughness of the one surface 411 is preferable. Regarding the surface roughness, for example, the arithmetic average roughness Ra specified in JIS B 0601-2001 (ISO 4287-1997) is preferably 10 nm or less, and more preferably several nm or less.
　第２基板４１の外周形状は、矩形状である。第２基板４１の外形サイズは、第１基板２の貫通孔２ａの開口サイズよりも小さい。第２基板４１の外周形状は、赤外線放射素子１の第１絶縁層３において貫通孔２ａに臨む表面３３と相似形であるのが好ましい。また、第２基板４１の外形サイズは、赤外線放射素子１に接触しない範囲で大きく設定することが好ましい。反射素子４０の反射膜４２と赤外線放射素子１の第１絶縁層３との相対的な位置関係については、反射素子４０が発熱体層４の温度に影響を与えないとみなせる範囲で、より近づけるのが好ましい。反射素子４０が発熱体層４の温度に影響を与えないとみなせるとは、反射素子４０と発熱体層４とが熱絶縁されているとみなせることを意味し、発熱体層４への通電時に、反射素子４０の影響で発熱体層４の温度上昇が抑制されないことを意味する。ここで、反射素子４０の反射膜４２と赤外線放射素子１の第１絶縁層３との距離は、例えば、５０μｍ～１００μｍ程度の範囲で設定すればよい。そこで、第２基板４１の厚さ寸法は、第１基板４１の厚さ寸法よりも小さく設定してある。このため、第２基板４１の元となるシリコンウェハの厚さ寸法は、第１基板２の元となるシリコンウェハの厚さ寸法よりも小さく設定してある。 The outer peripheral shape of the second substrate 41 is a rectangular shape. The external size of the second substrate 41 is smaller than the opening size of the through hole 2 a of the first substrate 2. The outer peripheral shape of the second substrate 41 is preferably similar to the surface 33 facing the through hole 2 a in the first insulating layer 3 of the infrared radiation element 1. Further, it is preferable that the outer size of the second substrate 41 is set large so as not to contact the infrared radiation element 1. The relative positional relationship between the reflective film 42 of the reflective element 40 and the first insulating layer 3 of the infrared radiation element 1 is made closer as long as the reflective element 40 can be regarded as not affecting the temperature of the heating element layer 4. Is preferred. The fact that the reflective element 40 can be regarded as not affecting the temperature of the heating element layer 4 means that the reflective element 40 and the heating element layer 4 can be regarded as being thermally insulated. This means that the temperature rise of the heating element layer 4 is not suppressed by the influence of the reflection element 40. Here, the distance between the reflective film 42 of the reflective element 40 and the first insulating layer 3 of the infrared radiation element 1 may be set in a range of about 50 μm to 100 μm, for example. Therefore, the thickness dimension of the second substrate 41 is set smaller than the thickness dimension of the first substrate 41. For this reason, the thickness dimension of the silicon wafer that is the origin of the second substrate 41 is set smaller than the thickness dimension of the silicon wafer that is the origin of the first substrate 2.
　反射素子４０の反射膜４２は、例えば、Ａｕ膜、Ａｌ膜、Ａｌ－Ｓｉ膜、Ａｌ－Ｃｕ膜の群から選択される１つの金属膜であることが好ましい。反射素子４０は、反射膜４２としてＡｕ膜を採用すれば、Ａｌ膜を採用する場合に比べて、反射率が高く且つ耐腐食性が高いので、反射性及び信頼性を向上させることが可能となる。また、反射素子４０は、反射膜４２として、Ａｌ膜、Ａｌ－Ｓｉ膜、Ａｌ－Ｃｕ膜などを採用すれば、Ａｕ膜を採用する場合に比べて、低コスト化を図ることが可能となる。また、反射素子４０は、反射膜４２として、Ａｇ膜やＣｕ膜などの他の金属膜を採用してもよい。 The reflective film 42 of the reflective element 40 is preferably, for example, one metal film selected from the group of an Au film, an Al film, an Al—Si film, and an Al—Cu film. If the reflecting film 40 employs an Au film as the reflecting film 42, it has higher reflectivity and higher corrosion resistance than the case of employing an Al film, so that it is possible to improve reflectivity and reliability. Become. Further, if the reflecting element 40 employs an Al film, an Al—Si film, an Al—Cu film, or the like as the reflecting film 42, the cost can be reduced as compared with the case where an Au film is employed. . The reflective element 40 may employ another metal film such as an Ag film or a Cu film as the reflective film 42.
　反射膜４２は、金属膜により構成する場合、この金属膜の表面が鏡面となる成膜条件で成膜することが好ましい。 When the reflective film 42 is formed of a metal film, it is preferable to form the film under film forming conditions in which the surface of the metal film is a mirror surface.
　反射膜４２は、金属膜に限らず、誘電体多層膜でもよい。反射素子４０は、反射膜４２として金属膜や誘電体多層膜を採用する場合、反射膜４２を蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって容易に形成することが可能となる。 The reflective film 42 is not limited to a metal film but may be a dielectric multilayer film. When the reflective element 40 employs a metal film or a dielectric multilayer film as the reflective film 42, the reflective film 42 can be easily formed by vapor deposition, sputtering, CVD, or the like.
　反射素子４０は、第２基板４１としてシリコン基板を採用することにより、一般的な半導体製造プロセスを利用して製造することが可能となる。この場合、反射素子４０の製造にあたっては、反射膜４２の形成が終了するまでのプロセスを、ウェハレベルで行い、その後、個々の反射素子４０に分離すればよい。つまり、反射素子４０の製造にあたっては、例えば、第２基板４１の基礎となるシリコンウェハを準備して、このシリコンウェハに複数の反射素子４０を形成し、その後、個々の反射素子４０に分離すればよい。反射素子４０は、第２基板４１としてシリコン基板を採用することにより、一表面４０１を鏡面とすることができる。言い換えれば、シリコンウェハは、少なくとも一表面が鏡面であるのが一般的であり、第２基板４１の元としてシリコンウェハを利用すれば、第２基板４１の一表面４１１を鏡面とすることができる。また、反射素子４０は、上述の製造方法を採用することにより、個々の反射素子４０を個別に製造する場合に比べて、生産性を向上させることが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。 The reflective element 40 can be manufactured using a general semiconductor manufacturing process by adopting a silicon substrate as the second substrate 41. In this case, in manufacturing the reflective element 40, the process until the formation of the reflective film 42 is completed at the wafer level, and then the individual reflective elements 40 are separated. That is, in manufacturing the reflective element 40, for example, a silicon wafer that is the basis of the second substrate 41 is prepared, and a plurality of reflective elements 40 are formed on the silicon wafer, and then separated into individual reflective elements 40. That's fine. The reflective element 40 can make the one surface 401 a mirror surface by adopting a silicon substrate as the second substrate 41. In other words, at least one surface of the silicon wafer is generally a mirror surface, and if the silicon wafer is used as the source of the second substrate 41, the one surface 411 of the second substrate 41 can be a mirror surface. . In addition, by adopting the above-described manufacturing method, the reflective element 40 can improve productivity and reduce costs compared to the case where the individual reflective elements 40 are individually manufactured. It becomes.
　反射素子４０は、反射膜４２を赤外線放射素子１の第１絶縁層３側として貫通孔２ａ内に配置されている。 The reflective element 40 is disposed in the through hole 2 a with the reflective film 42 as the first insulating layer 3 side of the infrared radiation element 1.
　パッケージ１０の基体２０は、赤外線放射素子１及び反射素子４０がそれぞれ第１接合部２７及び第２接合部２８を介して接合されている。つまり、パッケージ１０の基体２０は、赤外線放射素子１が第１接合部２７を介して接合され、反射素子４０が第２接合部２８を介して接合されている。第１接合部２７の第１ダイボンド材としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、低融点ガラス、半田などを採用することができる。また、第２接合部２８の第２ダイボンド材としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、低融点ガラス、半田などを採用することができる。ところで、例えば、第１ダイボンド材と第２ダイボンド材との一方をエポキシ樹脂、他方をシリコーン樹脂とした場合には、これらが混じることでシリコーン樹脂の硬化が阻害されてしまうことがある。つまり、第１ダイボンド材をエポキシ樹脂、第２ダイボンド材をシリコーン樹脂とした場合、または、第２ダイボンド材をエポキシ樹脂、第１ダイボンド材をシリコーン樹脂とした場合には、シリコーン樹脂の硬化が阻害されてしまうことがある。本実施形態の赤外光源１００では、第１接合部２７と第２接合部２８との距離が短いので、第１ダイボンド材と第２ダイボンド材とが混じることで接合性能が低下してしまうのを抑制するために、第１ダイボンド材と第２ダイボンド材とを同じ材料とすることが好ましい。赤外光源１００は、第１ダイボンド材と第２ダイボンド材とを同じ材料とすることにより、製造時に、赤外線放射素子１と反射素子４０とを同一工程で実装することが可能となり、生産性を向上させることが可能となる。なお、赤外線放射素子１及び反射素子４０は、第１ダイボンド材及び第２ダイボンド材を用いずに、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法などによって、基体２０と接合してもよい。 The base body 20 of the package 10 has the infrared radiation element 1 and the reflection element 40 joined to each other through a first joint 27 and a second joint 28, respectively. That is, the base 20 of the package 10 has the infrared radiation element 1 bonded thereto via the first bonding portion 27 and the reflection element 40 bonded via the second bonding portion 28. As the first die bond material of the first joint portion 27, for example, silicone resin, epoxy resin, low-melting glass, solder, or the like can be used. In addition, as the second die bonding material of the second bonding portion 28, for example, silicone resin, epoxy resin, low melting point glass, solder, or the like can be employed. By the way, for example, when one of the first die bond material and the second die bond material is an epoxy resin and the other is a silicone resin, the curing of the silicone resin may be hindered by mixing them. That is, when the first die bond material is an epoxy resin and the second die bond material is a silicone resin, or when the second die bond material is an epoxy resin and the first die bond material is a silicone resin, curing of the silicone resin is inhibited. It may be done. In the infrared light source 100 of the present embodiment, since the distance between the first bonding portion 27 and the second bonding portion 28 is short, the bonding performance is deteriorated by mixing the first die bonding material and the second die bonding material. In order to suppress this, it is preferable that the first die bond material and the second die bond material are the same material. In the infrared light source 100, by using the same material for the first die bond material and the second die bond material, it becomes possible to mount the infrared radiation element 1 and the reflection element 40 in the same process at the time of manufacture, and productivity is improved. It becomes possible to improve. The infrared radiation element 1 and the reflection element 40 may be bonded to the base body 20 by, for example, a surface activated bonding method or a eutectic bonding method without using the first die bonding material and the second die bonding material. .
　基体２０は、金属製のステムにより構成されている。基体２０は、円板状に形成されている。基体２０には、この基体２０の厚み方向に貫通する２つのリード端子２１，２２が設けられている。赤外光源１００は、赤外線放射素子１の一対のパッド９１，９２のうちの第１のパッド（一方のパッド）９１が第１のリード端子（一方のリード端子）２１にワイヤ２３を介して電気的に接続され、第２のパッド（他方のパッド）９２が第２のリード端子（他方のリード端子）２２にワイヤ２４を介して電気的に接続されている。ワイヤ２３，２４としては、例えば、金ワイヤやＡｌワイヤなどを採用することができる。 The base body 20 is composed of a metal stem. The base 20 is formed in a disk shape. The base 20 is provided with two lead terminals 21 and 22 that penetrate in the thickness direction of the base 20. In the infrared light source 100, the first pad (one pad) 91 of the pair of pads 91, 92 of the infrared radiation element 1 is electrically connected to the first lead terminal (one lead terminal) 21 via the wire 23. The second pad (the other pad) 92 is electrically connected to the second lead terminal (the other lead terminal) 22 via the wire 24. As the wires 23 and 24, for example, gold wires or Al wires can be employed.
　第１のリード端子（一方のリード端子）２１は、基体２０の第１孔２０ｂに挿通され、電気絶縁性を有する封着用のガラスからなる第１封止部２０ｄにより封着されている。また、第２のリード端子（他方のリード端子）２２は、基体２０の第２孔（図示せず）に挿通され、第２封止部（図示せず）により封着されている。第２封止部の材料としては、電気絶縁性を有する封着用のガラスを採用してもよいし、封着用の金属材料を採用してもよい。赤外光源１００は、第２封止部の材料として金属材料を採用することにより、第２のリード端子２２と基体２０とを同電位とすることができる。 The first lead terminal (one lead terminal) 21 is inserted into the first hole 20b of the base 20 and sealed by a first sealing portion 20d made of sealing glass having electrical insulation. Further, the second lead terminal (the other lead terminal) 22 is inserted into a second hole (not shown) of the base body 20 and sealed by a second sealing portion (not shown). As a material of the second sealing portion, sealing glass having electrical insulation may be employed, or a sealing metal material may be employed. The infrared light source 100 can make the 2nd lead terminal 22 and the base | substrate 20 the same electric potential by employ | adopting a metal material as a material of a 2nd sealing part.
　蓋２５は、金属製のキャップにより構成されている。蓋２５は、有底円筒状の形状に形成されており、開放端側（後面側）が基体２０により閉塞されている。また、蓋２５は、赤外線放射素子１の上記一面１１側に位置する前壁に窓孔２５ａが形成されている。窓孔２５ａの開口形状は、矩形状としてあるが、これに限らず、例えば、矩形以外の多角形状や円形状などでもよい。 The lid 25 is composed of a metal cap. The lid 25 is formed in a bottomed cylindrical shape, and the open end side (rear side) is closed by the base body 20. The lid 25 has a window hole 25 a formed in the front wall located on the one surface 11 side of the infrared radiation element 1. The opening shape of the window hole 25a is a rectangular shape, but is not limited thereto, and may be, for example, a polygonal shape other than a rectangular shape or a circular shape.
　パッケージ１０は、基体２０の周部に形成されたフランジ部２０ｃと、蓋２５の開放端（後端縁）から外方に延設された外鍔部２５ｃとが溶接により封着されている。 In the package 10, a flange portion 20c formed on the peripheral portion of the base body 20 and an outer flange portion 25c extending outward from the open end (rear end edge) of the lid 25 are sealed by welding.
　基体２０及び蓋２５の外周形状は、円形状としてあるが、円形状に限らず、例えば、矩形状でもよい。 The outer peripheral shape of the base body 20 and the lid 25 is circular, but is not limited to a circular shape, and may be, for example, a rectangular shape.
　上述の説明から分かるように、パッケージ１０は、キャンパッケージにより構成されているが、これに限らず、表面実装型のパッケージとしてもよい。この場合、基体２０は、例えば、適宜の導体パターンが設けられたセラミック基板により構成することが好ましい。セラミック基板は、平板状の形状でもよいし、一表面が開放された箱状（例えば、矩形箱状）の形状としてもよい。基体２０を構成するセラミック基板が平板状の場合、蓋２５は、例えば、基体２０側の一面が開放された箱状の金属キャップにより構成することができる。また、基体２０を構成するセラミック基板が、一表面が開放された箱状の場合、蓋２５は、例えば、基体２０の上記一表面を塞ぐ平板状の金属板により構成することができる。 As can be seen from the above description, the package 10 is configured as a can package, but is not limited thereto, and may be a surface-mount package. In this case, it is preferable that the base body 20 is composed of, for example, a ceramic substrate provided with an appropriate conductor pattern. The ceramic substrate may have a flat plate shape or a box shape (for example, a rectangular box shape) with one surface open. When the ceramic substrate constituting the base 20 is flat, the lid 25 can be constituted by, for example, a box-shaped metal cap with one surface on the base 20 side open. Moreover, when the ceramic substrate which comprises the base | substrate 20 is a box shape by which one surface was open | released, the lid | cover 25 can be comprised by the flat metal plate which plugs up the said one surface of the base | substrate 20, for example.
　基体２０がセラミック基板の場合には、基体２０の周部に枠状の金属パターンを設けて、蓋２５と基体２０の金属パターンとを、シーム溶接（抵抗溶接法）により金属接合することにより、気密性を高めることができる。なお、この場合、蓋２５は、例えば、コバールにより形成され、ニッケルのめっきが施されていることが好ましい。また、基体２０の金属パターンは、例えば、コバールにより形成され、ニッケルのめっきが施され、さらに金のめっきが施されていることが好ましい。 When the substrate 20 is a ceramic substrate, a frame-like metal pattern is provided on the periphery of the substrate 20, and the lid 25 and the metal pattern of the substrate 20 are metal-bonded by seam welding (resistance welding method), Airtightness can be increased. In this case, the lid 25 is preferably made of, for example, Kovar and plated with nickel. The metal pattern of the substrate 20 is preferably formed of, for example, kovar, plated with nickel, and further plated with gold.
　窓材２６は、例えば、シリコン基板やサファイア基板などを採用することができる。窓材２６の材料は、シリコンやサファイアに限らず、例えば、ゲルマニウム、硫化亜鉛や砒化ガリウムなどを採用することもできる。ただし、窓材２６の材料は、硫化亜鉛や砒化ガリウムなどに比べて環境負荷が少なく且つ、ゲルマニウムに比べて低コスト化が可能であり、しかも、硫化亜鉛に比べて波長分散が小さなシリコンを採用することが好ましい。窓材２６の材料は、赤外線放射素子１から放射させる赤外線のピーク波長λなどに基づいて適宜の材料を採用すればよい。 As the window material 26, for example, a silicon substrate, a sapphire substrate, or the like can be adopted. The material of the window material 26 is not limited to silicon or sapphire, and for example, germanium, zinc sulfide, gallium arsenide, or the like can be employed. However, the window material 26 is made of silicon, which has less environmental burden than zinc sulfide or gallium arsenide, can be reduced in cost compared to germanium, and has a smaller wavelength dispersion than zinc sulfide. It is preferable to do. As the material of the window material 26, an appropriate material may be adopted based on the peak wavelength λ of infrared rays emitted from the infrared radiation element 1.
　また、窓材２６は、赤外線入射面２６ａ側と赤外線出射面２６ｂ側との両方に、赤外線放射素子１から放射される赤外線の反射を防止する反射防止膜（ＡＲコート：anti-reflection coat）を設けることが好ましい。窓材２６は、反射防止膜の代わりに、光学フィルタ膜を設けてもよい。光学フィルタ膜の光学特性（フィルタ特性）は、赤外線放射素子１から放射させる赤外線のピーク波長や波長帯に基づいて適宜設計すればよい。光学フィルタ膜は、例えば、屈折率の異なる複数種類の薄膜を交互に積層することにより形成することができる。この種の薄膜の材料としては、例えば、ゲルマニウム、硫化亜鉛、硫化セレン、アルミナ、酸化シリコン、窒化シリコン、フッ化マグネシウムなどを採用することができる。赤外光源１００は、窓材２６に適宜の光学フィルタ膜を設けることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光を光学フィルタ膜によりカットすることが可能となる。 Further, the window material 26 has an anti-reflection coating (AR coat) that prevents reflection of infrared rays emitted from the infrared radiation element 1 on both the infrared incidence surface 26a side and the infrared emission surface 26b side. It is preferable to provide it. The window member 26 may be provided with an optical filter film instead of the antireflection film. The optical characteristics (filter characteristics) of the optical filter film may be appropriately designed based on the peak wavelength and wavelength band of infrared rays emitted from the infrared radiation element 1. The optical filter film can be formed, for example, by alternately laminating a plurality of types of thin films having different refractive indexes. As this type of thin film material, for example, germanium, zinc sulfide, selenium sulfide, alumina, silicon oxide, silicon nitride, magnesium fluoride and the like can be employed. By providing an appropriate optical filter film on the window member 26, the infrared light source 100 can cut infrared light and visible light in an unnecessary wavelength region other than a desired wavelength region with the optical filter film.
　また、窓材２６は、赤外線入射面２６ａ側と赤外線出射面２６ｂ側との一方に光学フィルタ膜を設け、他方に赤外線の反射を防止する反射防止膜を設けた構成としてもよい。つまり、窓材２６は、赤外線入射面２６ａ側に光学フィルタ膜を設け、赤外線出射面２６ｂ側に反射防止膜を設けた構成としてもよいし、赤外線出射面２６ｂ側に光学フィルタ膜を設け、赤外線入射面２６ａ側に反射防止膜を設けた構成としてもよい。反射防止膜については、光学フィルタ膜と同様の材料を採用し、積層構造を適宜設計すればよい。 Further, the window member 26 may have a configuration in which an optical filter film is provided on one of the infrared incident surface 26a side and the infrared emission surface 26b side, and an antireflection film for preventing infrared reflection is provided on the other side. That is, the window member 26 may be configured such that an optical filter film is provided on the infrared incident surface 26a side and an antireflection film is provided on the infrared outgoing surface 26b side, or an optical filter film is provided on the infrared outgoing surface 26b side. An antireflection film may be provided on the incident surface 26a side. For the antireflection film, the same material as that of the optical filter film may be used, and the laminated structure may be appropriately designed.
　上述の光学フィルタ膜や反射防止膜などの光学膜は、蒸着法やスパッタ法などの薄膜形成技術を利用して成膜した後で、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用してパターニングするようにしてもよいし、レーザ光によるパターニングやダイシングソーを利用したパターニングを行うようにしてもよい。また、上述の光学膜を蒸着法やスパッタ法などの薄膜形成技術を利用して成膜する際に、適宜のシャドーマスクを配置して所定領域のみに光学膜を形成するようにすれば、光学膜の成膜後に光学膜をパターニングする工程が不要となる。 The optical films such as the optical filter film and the antireflection film described above are formed using a thin film forming technique such as a vapor deposition method or a sputtering method, and then patterned using a photolithography technique and an etching technique. Alternatively, patterning using laser light or patterning using a dicing saw may be performed. In addition, when the optical film described above is formed by using a thin film forming technique such as a vapor deposition method or a sputtering method, an optical film is formed only in a predetermined region by arranging an appropriate shadow mask. A step of patterning the optical film after the film is formed becomes unnecessary.
　窓材２６は、蓋２５に接合部２９を介して接合されている。ここで、赤外光源１００は、窓材２６の周部と蓋２５における窓孔２５ａの周部とが全周に亘って接合されている。窓材２６と蓋２５とを接合している接合部２９の材料としては、例えば、半田、エポキシ樹脂、低融点ガラスなどを採用することができる。 The window material 26 is joined to the lid 25 via a joint portion 29. Here, as for the infrared light source 100, the peripheral part of the window material 26 and the peripheral part of the window hole 25a in the lid | cover 25 are joined over the perimeter. As a material of the joint portion 29 that joins the window material 26 and the lid 25, for example, solder, epoxy resin, low melting point glass, or the like can be employed.
　接合部２９の材料として半田を採用する場合には、窓材２６において接合部２９に対応する領域に、半田に対する濡れ性の良い金属材料からなるメタライズ膜（金属膜）を設けることが好ましい。低融点ガラスとしては、鉛フリーの低融点ガラスを用いることが好ましい。 When solder is employed as the material of the joint portion 29, it is preferable to provide a metallized film (metal film) made of a metal material having good wettability with respect to the solder in a region corresponding to the joint portion 29 in the window material 26. As the low melting point glass, lead-free low melting point glass is preferably used.
　窓材２６は、蓋２５における窓孔２５ａの内周面および周部に位置決めされる段差部２６ｃを、周部の全周に亘って形成してある。窓材２６は、段差部２６ｃを、接合部２９を介して蓋２５の窓孔２５ａの周部の全周に亘って接合すればよい。また、赤外光源１００は、窓材２６に段差部２６ｃを設けてあることにより、接合部２９の材料が窓材２６の赤外線入射面２６ａや赤外線出射面２６ｂへ流れ込むのを抑制することが可能となる。段差部２６ｃは、例えば、分割前のシリコンウェハの段階でダイシングブレードなどを利用して形成してもよいし、ダイシング工程よりも前にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成するようにしてもよい。 The window material 26 is formed with a step portion 26c positioned on the inner peripheral surface and the peripheral portion of the window hole 25a in the lid 25 over the entire periphery. The window member 26 may be formed by joining the stepped portion 26 c over the entire circumference of the peripheral portion of the window hole 25 a of the lid 25 through the joint portion 29. In addition, the infrared light source 100 is provided with the step portion 26 c in the window member 26, thereby suppressing the material of the joint portion 29 from flowing into the infrared incident surface 26 a and the infrared emitting surface 26 b of the window member 26. It becomes. For example, the stepped portion 26c may be formed using a dicing blade or the like at the stage of the silicon wafer before the division, or may be formed using a photolithography technique and an etching technique before the dicing process. Also good.
　窓材２６は、平板状であり、周部に段差部２６ｃが形成されているが、この形状に限らない。 The window material 26 has a flat plate shape, and a stepped portion 26c is formed in the peripheral portion, but is not limited to this shape.
　例えば、窓材２６は、レンズ部とレンズ部を全周に亘って囲むフランジ部とが連続一体に形成されている半導体レンズにより構成してもよい。半導体レンズは、例えば、所望のレンズ形状に応じて半導体基板（例えば、シリコン基板など）との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面（第１表面）側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面（第２表面）側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成することができる。この種の半導体レンズの製造方法については、例えば、日本国特許第３８９７０５５号公報、日本国特許第３８９７０５６号公報などに開示されている半導体レンズの製造方法などを適用できる。なお、上述の半導体レンズは、例えば、半導体基板として半導体ウェハ（例えば、シリコンウェハ）を用い、多数の半導体レンズ（シリコンレンズ）を形成した後に、ダイシングなどによって個々の半導体レンズに分離すればよい。また、上述の半導体レンズは、フランジ部に、段差部２６ｃを形成してもよい。 For example, the window member 26 may be constituted by a semiconductor lens in which a lens part and a flange part surrounding the lens part over the entire circumference are formed integrally. For example, a semiconductor lens has an anode whose contact pattern is designed with a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) according to a desired lens shape, and an ohmic contact with the semiconductor substrate on one surface (first surface) side of the semiconductor substrate. Porous that becomes a removal site by anodizing the other surface (second surface) side of the semiconductor substrate in an electrolytic solution made of a solution that etches and removes oxides of constituent elements of the semiconductor substrate after being formed to be in contact It can be formed by removing the porous part after forming the part. As a method for manufacturing this type of semiconductor lens, for example, a method for manufacturing a semiconductor lens disclosed in Japanese Patent No. 3897055, Japanese Patent No. 3897056, and the like can be applied. The semiconductor lens described above may be separated into individual semiconductor lenses by dicing or the like after forming a large number of semiconductor lenses (silicon lenses) using, for example, a semiconductor wafer (for example, a silicon wafer) as a semiconductor substrate. Moreover, the above-mentioned semiconductor lens may form the level | step-difference part 26c in a flange part.
　赤外光源１００は、パッケージ１０と窓材２６とで囲まれた内部空間（気密空間）を、窒素ガス雰囲気としてあるが、これに限らず、例えば、真空雰囲気としてもよい。また、赤外光源１００は、パッケージ１０の内部空間を真空雰囲気とする場合、パッケージ１０内の残留ガスなどを吸着するゲッタをパッケージ１０内に設けることが好ましい。ここで、ゲッタの材料としては、例えば、ジルコニウムの合金やチタンの合金などからなる非蒸発ゲッタを採用すればよい。 In the infrared light source 100, the internal space (airtight space) surrounded by the package 10 and the window material 26 is a nitrogen gas atmosphere, but is not limited thereto, and may be a vacuum atmosphere, for example. In addition, in the infrared light source 100, when the internal space of the package 10 is in a vacuum atmosphere, it is preferable that a getter that absorbs residual gas in the package 10 is provided in the package 10. Here, as the material of the getter, for example, a non-evaporable getter made of a zirconium alloy or a titanium alloy may be employed.
　以上説明した本実施形態の赤外光源１００は、赤外線放射素子１と、パッケージ１０と、窓材２６と、反射素子４０とを備えている。ここで、赤外線放射素子１は、第１基板２と、第１基板２の一表面（第１表面）２ｂ側に形成された第１絶縁層３と、第１絶縁層３に積層された発熱体層４と、発熱体層４に電気的に接続された２つのパッド９１，９２と、発熱体層４に積層された第２絶縁層５とを備え、第１基板２に貫通孔２ａが形成されている。また、第２絶縁層５及び第１絶縁層３は、発熱体層４から放射される赤外線に対して透明な材料により形成されている。また、反射素子４０は、第２基板４１と、第２基板４１の一表面４１１側に設けられ発熱体層４から放射された赤外線を反射する反射膜４２とを備え、反射膜４２を赤外線放射素子１の第１絶縁層３側として貫通孔２ａ内に配置されている。しかして、本実施形態の赤外光源１００では、反射素子４０で反射された赤外線が赤外線放射素子１における第１基板２の貫通孔２ａの内周面２ｄに入射するのを抑制することが可能となり、赤外線の放射効率を向上させることが可能となる。ここにおいて、本実施形態の赤外光源１００では、第１基板２の厚さ寸法と反射素子４０の厚さ寸法との差により、第１絶縁層３と反射膜４２との距離を決めることが可能となり、反射膜４２を第１絶縁層３に接触させることなく、近づけることが可能となる。 The infrared light source 100 of the present embodiment described above includes the infrared radiation element 1, the package 10, the window material 26, and the reflection element 40. Here, the infrared radiation element 1 includes a first substrate 2, a first insulating layer 3 formed on the one surface (first surface) 2 b side of the first substrate 2, and heat generated on the first insulating layer 3. A body layer 4, two pads 91 and 92 electrically connected to the heating element layer 4, and a second insulating layer 5 laminated on the heating element layer 4, and a through hole 2 a is formed in the first substrate 2. Is formed. The second insulating layer 5 and the first insulating layer 3 are made of a material that is transparent to infrared rays emitted from the heating element layer 4. The reflective element 40 includes a second substrate 41 and a reflective film 42 that is provided on the one surface 411 side of the second substrate 41 and reflects infrared radiation emitted from the heating element layer 4. The reflective film 42 emits infrared radiation. The element 1 is disposed in the through hole 2a as the first insulating layer 3 side. Therefore, in the infrared light source 100 of the present embodiment, it is possible to suppress the infrared light reflected by the reflecting element 40 from entering the inner peripheral surface 2d of the through hole 2a of the first substrate 2 in the infrared radiation element 1. Thus, the infrared radiation efficiency can be improved. Here, in the infrared light source 100 of the present embodiment, the distance between the first insulating layer 3 and the reflective film 42 can be determined by the difference between the thickness dimension of the first substrate 2 and the thickness dimension of the reflective element 40. Thus, the reflecting film 42 can be brought close to the first insulating layer 3 without being brought into contact therewith.
　本発明を好ましい実施形態によって記載したが、本発明の本来の精神及び範囲、すなわち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によってさまざまな修正及び変形が可能である。 While the invention has been described in terms of preferred embodiments, various modifications and variations can be made by those skilled in the art without departing from the true spirit and scope of the invention, ie, the claims.

Claims (12)

  1. 　赤外線放射素子と、
    　前記赤外線放射素子が収納されたパッケージと、
    　前記パッケージにおける前記赤外線放射素子の一面側の窓孔を塞ぎ前記赤外線放射素子から放射された赤外線を透過させる窓材と、
    　前記赤外線放射素子から前記一面側とは反対側に放射された赤外線を反射する反射素子とを備え、
    　前記赤外線放射素子は、
    　第１基板と、
    　前記第１基板の一表面側に形成された第１絶縁層と、
    　前記第１絶縁層に積層された発熱体層と、
    　前記発熱体層に電気的に接続された複数のパッドと、
    　前記発熱体層に積層された第２絶縁層とを備え、
    　前記第１基板は、前記第１絶縁層における前記発熱体層側とは反対側の表面を露出させる貫通孔が形成されてなり、
    　前記第２絶縁層は、前記窓材を介して前記窓孔に対向し、
    　前記第２絶縁層及び前記第１絶縁層は、前記発熱体層から放射される赤外線に対して透明な材料により形成され、
    　前記反射素子は、
    　第２基板と、
    　前記第２基板の一表面側に設けられ前記発熱体層から放射された赤外線を反射する反射膜とを備え、前記反射膜を前記第１絶縁層側として前記貫通孔内に配置されている
    　ことを特徴とする赤外光源。     An infrared radiation element;
    A package containing the infrared radiation element;
    A window member that closes a window hole on one surface side of the infrared radiation element in the package and transmits infrared rays emitted from the infrared radiation element;
    A reflection element that reflects infrared rays radiated from the infrared radiation element to the side opposite to the one surface side;
    The infrared radiation element is
    A first substrate;
    A first insulating layer formed on one surface side of the first substrate;
    A heating element layer laminated on the first insulating layer;
    A plurality of pads electrically connected to the heating element layer;
    A second insulating layer laminated on the heating element layer,
    The first substrate is formed with a through hole that exposes a surface of the first insulating layer opposite to the heating element layer side,
    The second insulating layer is opposed to the window hole through the window material,
    The second insulating layer and the first insulating layer are formed of a material transparent to infrared rays emitted from the heating element layer,
    The reflective element is
    A second substrate;
    A reflective film that is provided on one surface side of the second substrate and reflects infrared rays emitted from the heating element layer, and is disposed in the through hole with the reflective film as the first insulating layer side. Infrared light source characterized by
  2. 　前記第２基板は、シリコン基板からなることを特徴とする請求項１記載の赤外光源。 The infrared light source according to claim 1, wherein the second substrate is made of a silicon substrate.
  3. 　前記反射膜は、Ａｕ膜、Ａｌ膜、Ａｌ－Ｓｉ膜、Ａｌ－Ｃｕ膜の群から選択される１つの金属膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外光源。 3. The infrared light source according to claim 1, wherein the reflection film is one metal film selected from the group consisting of an Au film, an Al film, an Al—Si film, and an Al—Cu film.
  4. 　前記パッケージは、
    　前記赤外線放射素子及び前記反射素子の両方が接合される基体と、
    　前記窓孔を有する蓋とを備え、
    　前記赤外線放射素子は、第１ダイボンド材からなる第１接合部を介して前記基体に接合され、
    　前記反射素子は、第２ダイボンド材からなる第２接合部を介して前記基体に接合され、
    　前記第１ダイボンド材と前記第２ダイボンド材とは、同じ材料である
    　ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の赤外光源。     The package is
    A substrate to which both the infrared radiation element and the reflection element are bonded;
    A lid having the window hole,
    The infrared radiation element is bonded to the base via a first bonding portion made of a first die bond material,
    The reflective element is bonded to the base via a second bonding portion made of a second die bond material,
    The infrared light source according to any one of claims 1 to 3, wherein the first die bond material and the second die bond material are the same material.
  5. 　前記赤外線放射素子及び前記反射素子は、前記基体において同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項４記載の赤外光源。 The infrared light source according to claim 4, wherein the infrared radiation element and the reflection element are arranged on the same plane in the substrate.
  6. 　前記反射素子の厚さ寸法は、前記第１の基板の厚さ寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の赤外光源。 6. The infrared light source according to claim 1, wherein a thickness dimension of the reflective element is smaller than a thickness dimension of the first substrate.
  7. 　前記発熱体層は、平面形状が矩形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の赤外光源。 The infrared light source according to any one of claims 1 to 6, wherein the heating element layer has a rectangular planar shape.
  8. 　前記発熱体層の平面サイズは、前記第１絶縁層において前記貫通孔に臨む表面の平面サイズよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の赤外光源。 8. The red according to claim 1, wherein a planar size of the heating element layer is set smaller than a planar size of a surface facing the through hole in the first insulating layer. 9. Outside light source.
  9. 　前記貫通孔の開口形状が矩形状であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の赤外光源。 The infrared light source according to any one of claims 1 to 8, wherein an opening shape of the through hole is a rectangular shape.
  10. 　前記貫通孔は、前記第１基板の前記一表面である第１表面側に比べて、前記第１基板において前記第１表面とは反対面である第２表面側のほうが、開口面積が大きくなる形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の赤外光源。 The through hole has a larger opening area on the second surface side opposite to the first surface in the first substrate than on the first surface side which is the one surface of the first substrate. The infrared light source according to any one of claims 1 to 9, wherein the infrared light source is formed in a shape.
  11. 　前記貫通孔は、前記第１絶縁層から離れるほど前記開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されていることを特徴とする請求項１０記載の赤外光源。 The infrared light source according to claim 10, wherein the through hole is formed in a shape in which the opening area gradually increases as the distance from the first insulating layer increases.
  12. 　前記窓材は、前記窓孔の内周面及び周部に位置決めされる段差部を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の赤外光源。 The infrared light source according to any one of claims 1 to 11, wherein the window member has a step portion positioned on an inner peripheral surface and a peripheral portion of the window hole.
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