JP2000298061A - 赤外線センサ - Google Patents
赤外線センサInfo
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- JP2000298061A JP2000298061A JP11106502A JP10650299A JP2000298061A JP 2000298061 A JP2000298061 A JP 2000298061A JP 11106502 A JP11106502 A JP 11106502A JP 10650299 A JP10650299 A JP 10650299A JP 2000298061 A JP2000298061 A JP 2000298061A
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- infrared sensor
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Abstract
(57)【要約】
【発明の目的】 安価なコストで製造することができ、
しかも高感度で耐久性を有する赤外線センサを提供す
る。 【解決手段】 空洞部２３を有するヒートシンク部２２
の上に熱酸化によりＳｉＯ2膜２５を形成し、ＳｉＯ2膜
２５の上に電子ビーム蒸着法でＭｇＦ2膜（フッ化物系
絶縁膜２６）を形成する。こうして空洞部２３の上に、
ＳｉＯ2膜２５とＭｇＦ2膜とからなる熱絶縁薄膜２４を
張った後、熱絶縁薄膜２４の上に熱電変換素子２７及び
赤外線吸収層２９を設ける。
しかも高感度で耐久性を有する赤外線センサを提供す
る。 【解決手段】 空洞部２３を有するヒートシンク部２２
の上に熱酸化によりＳｉＯ2膜２５を形成し、ＳｉＯ2膜
２５の上に電子ビーム蒸着法でＭｇＦ2膜（フッ化物系
絶縁膜２６）を形成する。こうして空洞部２３の上に、
ＳｉＯ2膜２５とＭｇＦ2膜とからなる熱絶縁薄膜２４を
張った後、熱絶縁薄膜２４の上に熱電変換素子２７及び
赤外線吸収層２９を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は赤外線センサに関す
る。特に、半導体基板や薄膜下の犠牲層をエッチングし
て得られるダイアフラム構造を有する熱型赤外線センサ
に関する。
る。特に、半導体基板や薄膜下の犠牲層をエッチングし
て得られるダイアフラム構造を有する熱型赤外線センサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】図１（ａ）（ｂ）は、従来
の一般的な構造の熱型赤外線センサ１を示す平面図及び
断面図である。この赤外線センサ１にあっては、枠状を
したヒートシンク部２及び空洞部３の上に熱絶縁薄膜４
を張ってあり、ヒートシンク部２及び空洞部３の間にお
いて熱絶縁薄膜４の上面に２種の金属又は半導体５、６
を交互に配線し、熱電対を直列に接続されたサーモパイ
ル９を形成している。すなわち、ヒートシンク部２の上
方で２種の金属又は半導体５、６を接合させて熱電対の
冷接点７を形成し、空洞部３の上方で２種の金属又は半
導体５、６を接合させて熱電対の温接点８を形成し、サ
ーモパイル９の両端にそれぞれ外部電極１１を設けてい
る。また、空洞部３の上方で熱絶縁薄膜４上に形成され
た温接点８は、赤外線吸収層１０によって覆われてい
る。
の一般的な構造の熱型赤外線センサ１を示す平面図及び
断面図である。この赤外線センサ１にあっては、枠状を
したヒートシンク部２及び空洞部３の上に熱絶縁薄膜４
を張ってあり、ヒートシンク部２及び空洞部３の間にお
いて熱絶縁薄膜４の上面に２種の金属又は半導体５、６
を交互に配線し、熱電対を直列に接続されたサーモパイ
ル９を形成している。すなわち、ヒートシンク部２の上
方で２種の金属又は半導体５、６を接合させて熱電対の
冷接点７を形成し、空洞部３の上方で２種の金属又は半
導体５、６を接合させて熱電対の温接点８を形成し、サ
ーモパイル９の両端にそれぞれ外部電極１１を設けてい
る。また、空洞部３の上方で熱絶縁薄膜４上に形成され
た温接点８は、赤外線吸収層１０によって覆われてい
る。
【０００３】しかして、赤外線センサ１に照射された赤
外線が温接点８上に形成された赤外線吸収層９に吸収さ
れて熱に変換され、ヒートシンク部２上に形成された冷
接点７と温接点８に温度差が生じることでサーモパイル
９の外部電極１１間に起電力が生じる。すなわち、サー
モパイル９を構成する２種の金属又は半導体５、６の接
合部（熱電対）の温度がＴの時、当該接合部に生じる熱
起電力がφ（Ｔ）で表されるとし、熱絶縁薄膜４上には
ｍ個の温接点８が設けられ、ヒートシンク部２上にはｍ
個の冷接点７が設けられているとすると、温接点８の温
度がＴw、冷接点７の温度がＴcであるときには、サーモ
パイル９の両端の外部電極１１間には、次の(1)式で表
される起電力Ｖが発生する。 Ｖ＝ｍ［φ（Ｔw）−φ（Ｔc）］ …(1) 従って、ヒートシンク部２の温度Ｔcが既知であるとす
ると、外部電極１１間に発生する起電力Ｖを測定するこ
とで温接点８の温度Ｔwが計測される。一方、赤外線セ
ンサ１に照射された赤外線は赤外線吸収層９に吸収さ
れ、照射赤外線量に応じて赤外線吸収層９の温度が上昇
するので、温接点８の温度Ｔwを計測することによって
赤外線センサ１に入射した赤外線量を測定することがで
きる。
外線が温接点８上に形成された赤外線吸収層９に吸収さ
れて熱に変換され、ヒートシンク部２上に形成された冷
接点７と温接点８に温度差が生じることでサーモパイル
９の外部電極１１間に起電力が生じる。すなわち、サー
モパイル９を構成する２種の金属又は半導体５、６の接
合部（熱電対）の温度がＴの時、当該接合部に生じる熱
起電力がφ（Ｔ）で表されるとし、熱絶縁薄膜４上には
ｍ個の温接点８が設けられ、ヒートシンク部２上にはｍ
個の冷接点７が設けられているとすると、温接点８の温
度がＴw、冷接点７の温度がＴcであるときには、サーモ
パイル９の両端の外部電極１１間には、次の(1)式で表
される起電力Ｖが発生する。 Ｖ＝ｍ［φ（Ｔw）−φ（Ｔc）］ …(1) 従って、ヒートシンク部２の温度Ｔcが既知であるとす
ると、外部電極１１間に発生する起電力Ｖを測定するこ
とで温接点８の温度Ｔwが計測される。一方、赤外線セ
ンサ１に照射された赤外線は赤外線吸収層９に吸収さ
れ、照射赤外線量に応じて赤外線吸収層９の温度が上昇
するので、温接点８の温度Ｔwを計測することによって
赤外線センサ１に入射した赤外線量を測定することがで
きる。
【０００４】上記のような赤外線センサ１においては、
一般的には、ヒートシンク部２としてシリコン基板を用
い、熱絶縁薄膜４としては熱伝導率の低いＳｉＯ2膜が
用いられている。しかし、ＳｉＯ2膜は強い圧縮性応力
を持つので、ＳｉＯ2膜単層で熱絶縁薄膜４を形成して
いると、熱絶縁薄膜４が破壊することがあった。
一般的には、ヒートシンク部２としてシリコン基板を用
い、熱絶縁薄膜４としては熱伝導率の低いＳｉＯ2膜が
用いられている。しかし、ＳｉＯ2膜は強い圧縮性応力
を持つので、ＳｉＯ2膜単層で熱絶縁薄膜４を形成して
いると、熱絶縁薄膜４が破壊することがあった。
【０００５】そのため、従来の赤外線センサ１２におい
ては、図２に示すように、Ｓｉ基板からなるヒートシン
ク部２の上に、Ｓｉ3Ｎ4膜１３、ＳｉＯ2膜１４及びＳ
ｉ3Ｎ 4膜１５の３層によって熱絶縁薄膜４を形成し、サ
ーモパイル９をＳｉＯ2からなる保護膜１６で覆ってそ
の上に赤外線吸収層１０を設けている。Ｓｉ3Ｎ4膜１
３、１５は引っ張り性応力を有するので、これを圧縮性
応力のＳｉ2膜１４と積層することにより、熱絶縁薄膜
４の応力を緩和して熱絶縁薄膜４の破壊を防止すること
ができる。
ては、図２に示すように、Ｓｉ基板からなるヒートシン
ク部２の上に、Ｓｉ3Ｎ4膜１３、ＳｉＯ2膜１４及びＳ
ｉ3Ｎ 4膜１５の３層によって熱絶縁薄膜４を形成し、サ
ーモパイル９をＳｉＯ2からなる保護膜１６で覆ってそ
の上に赤外線吸収層１０を設けている。Ｓｉ3Ｎ4膜１
３、１５は引っ張り性応力を有するので、これを圧縮性
応力のＳｉ2膜１４と積層することにより、熱絶縁薄膜
４の応力を緩和して熱絶縁薄膜４の破壊を防止すること
ができる。
【０００６】しかし、ＳｉＯ2膜１４とＳｉ3Ｎ4膜１
３、１５とを積層した熱絶縁薄膜４では、Ｓｉ3Ｎ4膜１
３、１５の成膜にＬＰＣＶＤ法を用いなければならない
ので、装置コストが高くつき、赤外線センサ１２のコス
トが高価につく問題があった。
３、１５とを積層した熱絶縁薄膜４では、Ｓｉ3Ｎ4膜１
３、１５の成膜にＬＰＣＶＤ法を用いなければならない
ので、装置コストが高くつき、赤外線センサ１２のコス
トが高価につく問題があった。
【０００７】また、図３に示す従来例の赤外線センサ１
７では、ヒートシンク部２の上で、イオンプレーティン
グ法を用いて形成したＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜とからな
る多層薄膜によって熱絶縁薄膜４を形成している。この
場合も、引っ張り性応力を有するＡｌ2Ｏ3膜によってＳ
ｉ2膜の圧縮性応力を緩和し、熱絶縁薄膜４の破壊を防
止することができる。
７では、ヒートシンク部２の上で、イオンプレーティン
グ法を用いて形成したＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜とからな
る多層薄膜によって熱絶縁薄膜４を形成している。この
場合も、引っ張り性応力を有するＡｌ2Ｏ3膜によってＳ
ｉ2膜の圧縮性応力を緩和し、熱絶縁薄膜４の破壊を防
止することができる。
【０００８】しかし、このような熱絶縁薄膜４では、Ａ
ｌ2Ｏ3膜の熱伝導率が大きいため、赤外線の入射により
赤外線吸収層１０で発生した熱がＡｌ2Ｏ3膜を通じてヒ
ートシンク部２へ逃げてしまい、温接点の温度上昇が小
さくなる。その結果、赤外線センサ１７の感度が低下す
るという問題があった。
ｌ2Ｏ3膜の熱伝導率が大きいため、赤外線の入射により
赤外線吸収層１０で発生した熱がＡｌ2Ｏ3膜を通じてヒ
ートシンク部２へ逃げてしまい、温接点の温度上昇が小
さくなる。その結果、赤外線センサ１７の感度が低下す
るという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の技術的
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、安価なコストで製造することができ、
しかも高感度な赤外線センサを提供することにある。
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、安価なコストで製造することができ、
しかも高感度な赤外線センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段とその作用】請求項１に記
載の赤外線センサは、熱絶縁薄膜をヒートシンク部によ
り支持し、当該熱絶縁薄膜の上に熱型赤外線検知素子を
設けた赤外線センサであって、前記熱絶縁薄膜は、IIａ
族元素のフッ化物を主成分とする絶縁膜と、酸化シリコ
ン膜とを有することを特徴としている。ここで、IIａ族
元素とは、Ｂａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｓｒ等の元素であ
って、そのフッ化物には固溶体を含む。また、熱型赤外
線検知素子は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換す
るものであって、例えばサーモパイル（熱電対）、焦電
素子、ボロメータ等を含む。
載の赤外線センサは、熱絶縁薄膜をヒートシンク部によ
り支持し、当該熱絶縁薄膜の上に熱型赤外線検知素子を
設けた赤外線センサであって、前記熱絶縁薄膜は、IIａ
族元素のフッ化物を主成分とする絶縁膜と、酸化シリコ
ン膜とを有することを特徴としている。ここで、IIａ族
元素とは、Ｂａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｓｒ等の元素であ
って、そのフッ化物には固溶体を含む。また、熱型赤外
線検知素子は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換す
るものであって、例えばサーモパイル（熱電対）、焦電
素子、ボロメータ等を含む。
【００１１】IIａ族元素のフッ化物を主成分とする絶縁
膜は、熱伝導率が小さく、しかも引っ張り性応力を有し
ているから、これを酸化シリコン膜と組み合わせて熱絶
縁薄膜を形成することにより、酸化シリコン膜の圧縮性
応力を緩和することができ、熱伝導率が小さくて破壊し
にくい熱絶縁薄膜を得ることができる。よって、請求項
１に記載の赤外線センサによれば、耐久性が高く、しか
も赤外線の検出感度の高い赤外線センサを製作すること
ができる。また、IIａ族元素のフッ化物は、真空蒸着法
によって容易に成膜することができるので、装置コスト
を安価にすることができる。
膜は、熱伝導率が小さく、しかも引っ張り性応力を有し
ているから、これを酸化シリコン膜と組み合わせて熱絶
縁薄膜を形成することにより、酸化シリコン膜の圧縮性
応力を緩和することができ、熱伝導率が小さくて破壊し
にくい熱絶縁薄膜を得ることができる。よって、請求項
１に記載の赤外線センサによれば、耐久性が高く、しか
も赤外線の検出感度の高い赤外線センサを製作すること
ができる。また、IIａ族元素のフッ化物は、真空蒸着法
によって容易に成膜することができるので、装置コスト
を安価にすることができる。
【００１２】請求項２に記載の赤外線センサは、請求項
１に記載した赤外線センサにおける前記絶縁膜（IIａ族
元素のフッ化物を主成分とする絶縁膜）が、アモルファ
ス状態にあることを特徴としている。
１に記載した赤外線センサにおける前記絶縁膜（IIａ族
元素のフッ化物を主成分とする絶縁膜）が、アモルファ
ス状態にあることを特徴としている。
【００１３】IIａ族元素のフッ化物を主成分とする絶縁
膜をアモルファス状態にすれば、より熱伝導率が小さく
なるので、請求項２に記載の赤外線センサにあっては、
赤外線検出感度を一層高くすることができる。
膜をアモルファス状態にすれば、より熱伝導率が小さく
なるので、請求項２に記載の赤外線センサにあっては、
赤外線検出感度を一層高くすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図４は本発明の一実施形態による
熱型赤外線センサ２１の構造を示す断面図である。この
赤外線センサ２１にあっては、Ｓｉ基板によって形成さ
れた枠状のヒートシンク部２２の中央に空洞部２３が開
口されており、ヒートシンク部２２及び空洞部２３の上
面には熱絶縁薄膜２４が形成されている。この熱絶縁薄
膜２４は、熱容量を小さくするため１μｍ以下の厚みに
してあり、ＳｉＯ2膜２５とフッ化物系絶縁膜２６とか
らなっている。このフッ化物系絶縁膜２６は、IIａ族元
素のフッ化物、すなわちＸＦ2（ただし、ＸはIIａ族元
素である）からなるものであって、例えばＭｇＦ2、Ｃ
ａＦ2、ＢａＦ2などである。
熱型赤外線センサ２１の構造を示す断面図である。この
赤外線センサ２１にあっては、Ｓｉ基板によって形成さ
れた枠状のヒートシンク部２２の中央に空洞部２３が開
口されており、ヒートシンク部２２及び空洞部２３の上
面には熱絶縁薄膜２４が形成されている。この熱絶縁薄
膜２４は、熱容量を小さくするため１μｍ以下の厚みに
してあり、ＳｉＯ2膜２５とフッ化物系絶縁膜２６とか
らなっている。このフッ化物系絶縁膜２６は、IIａ族元
素のフッ化物、すなわちＸＦ2（ただし、ＸはIIａ族元
素である）からなるものであって、例えばＭｇＦ2、Ｃ
ａＦ2、ＢａＦ2などである。
【００１５】熱絶縁薄膜２４の上には、ヒートシンク部
２２の上方から空洞部２３の上方にかけてサーモパイル
（熱電対）や焦電素子等からなる温度計測用の熱電変換
素子２７が設けられており、熱電変換素子２７の上には
ＳｉＯ2からなる保護膜２８が形成されている。さら
に、熱電変換素子２７の端部（温接点）の上方におい
て、保護膜２８の上には、Ａｕ、Ｂｉ等の金属黒からな
る赤外線吸収層２９が形成されている。
２２の上方から空洞部２３の上方にかけてサーモパイル
（熱電対）や焦電素子等からなる温度計測用の熱電変換
素子２７が設けられており、熱電変換素子２７の上には
ＳｉＯ2からなる保護膜２８が形成されている。さら
に、熱電変換素子２７の端部（温接点）の上方におい
て、保護膜２８の上には、Ａｕ、Ｂｉ等の金属黒からな
る赤外線吸収層２９が形成されている。
【００１６】しかして、この赤外線センサ２１に赤外線
が入射すると、赤外線吸収層２９によって赤外線が吸収
され、赤外線吸収層２９によって赤外線が熱に変換され
る。熱絶縁薄膜２４は熱伝導率が小さいために、赤外線
によって生じた熱はヒートシンク部２２に逃げず、赤外
線吸収層２９の温度を上昇させる。一方、ヒートシンク
部２２は熱容量が大きいために温度は一定に保たれてい
る。この結果、ヒートシンク部２２と赤外線吸収層２９
との温度差によって熱電変換素子２７には、入射した赤
外線の強さに応じた起電力が発生する。この起電力によ
る電位差を外部電極（図示せず）より取り出して測定す
ることで赤外線照射量を計測することができる。
が入射すると、赤外線吸収層２９によって赤外線が吸収
され、赤外線吸収層２９によって赤外線が熱に変換され
る。熱絶縁薄膜２４は熱伝導率が小さいために、赤外線
によって生じた熱はヒートシンク部２２に逃げず、赤外
線吸収層２９の温度を上昇させる。一方、ヒートシンク
部２２は熱容量が大きいために温度は一定に保たれてい
る。この結果、ヒートシンク部２２と赤外線吸収層２９
との温度差によって熱電変換素子２７には、入射した赤
外線の強さに応じた起電力が発生する。この起電力によ
る電位差を外部電極（図示せず）より取り出して測定す
ることで赤外線照射量を計測することができる。
【００１７】なお、上記実施形態では、熱電変換素子を
用いて赤外線照射量を計測したが、これに代えて焦電素
子やボロメータ型の素子などの薄膜熱検知素子を用いて
もよい。
用いて赤外線照射量を計測したが、これに代えて焦電素
子やボロメータ型の素子などの薄膜熱検知素子を用いて
もよい。
【００１８】ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2、
ＣａＦ2、ＢａＦ2の熱伝導率を表１に示す。
ＣａＦ2、ＢａＦ2の熱伝導率を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１から分かるように、ＭｇＦ2、Ｃａ
Ｆ2、ＢａＦ2は、Ａｌ2Ｏ3よりも熱伝導率が小さく、Ｓ
ｉ3Ｎ4とほぼ同程度の熱伝導率となっている。
Ｆ2、ＢａＦ2は、Ａｌ2Ｏ3よりも熱伝導率が小さく、Ｓ
ｉ3Ｎ4とほぼ同程度の熱伝導率となっている。
【００２１】ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、
ＢａＦ2の引張応力の値（圧縮応力にはマイナスの符号
を付す）を表２に示す。
ＢａＦ2の引張応力の値（圧縮応力にはマイナスの符号
を付す）を表２に示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】表２から分かるように、ＭｇＦ2、Ｃａ
Ｆ2、ＢａＦ2は、Ａｌ2Ｏ3と比較しても強い引っ張り性
応力を有していることが分かる。
Ｆ2、ＢａＦ2は、Ａｌ2Ｏ3と比較しても強い引っ張り性
応力を有していることが分かる。
【００２４】表１及び表２に示されているように、Ｓｉ
Ｏ2膜２５は、熱絶縁性に優れているが、強い圧縮性応
力を有している。従って、引っ張り性応力を有するＭｇ
Ｆ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2等のIIａ族のフッ化物系絶縁膜
２６と組合わせて熱絶縁薄膜２４を形成することにより
ＳｉＯ2膜２５の圧縮性応力を緩和させれば、応力によ
る熱絶縁薄膜２４の破壊を防止することができる。特
に、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2等のIIａ族のフッ化物
系絶縁膜２６は強い引っ張り性応力を有しているので、
薄いフッ化物系絶縁膜２６でＳｉＯ2膜２５の圧縮性応
力を緩和することができる。
Ｏ2膜２５は、熱絶縁性に優れているが、強い圧縮性応
力を有している。従って、引っ張り性応力を有するＭｇ
Ｆ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2等のIIａ族のフッ化物系絶縁膜
２６と組合わせて熱絶縁薄膜２４を形成することにより
ＳｉＯ2膜２５の圧縮性応力を緩和させれば、応力によ
る熱絶縁薄膜２４の破壊を防止することができる。特
に、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2等のIIａ族のフッ化物
系絶縁膜２６は強い引っ張り性応力を有しているので、
薄いフッ化物系絶縁膜２６でＳｉＯ2膜２５の圧縮性応
力を緩和することができる。
【００２５】また、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2等のII
ａ族のフッ化物系絶縁膜２６の熱伝導率は、Ａｌ2Ｏ3よ
りも小さく、Ｓｉ3Ｎ4とほぼ同程度であるから、ＳｉＯ
2膜２５と組合わせても、赤外線センサ２１に入射した
赤外線による熱をヒートシンク部２２に逃がすことなく
赤外線吸収層２９の温度を上昇させ、高い検出感度を得
ることができる。
ａ族のフッ化物系絶縁膜２６の熱伝導率は、Ａｌ2Ｏ3よ
りも小さく、Ｓｉ3Ｎ4とほぼ同程度であるから、ＳｉＯ
2膜２５と組合わせても、赤外線センサ２１に入射した
赤外線による熱をヒートシンク部２２に逃がすことなく
赤外線吸収層２９の温度を上昇させ、高い検出感度を得
ることができる。
【００２６】さらに、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2等のI
Iａ族のフッ化物系薄膜は、安価な電子ビーム蒸着法で
容易に形成することができるので、装置コストが安価に
なり、安価に赤外線センサ２１を製作できるようにな
る。IIａ族のフッ化物としては、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、Ｂ
ａＦ2以外にもＢｅＦ2、ＳｒＦ2等があるが、そのうち
でもＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2は特に製造コストが安
価である。また、IIａ族のフッ化物には固溶体を含み、
固溶体のフッ化物系絶縁膜２６でも同様な効果を得るこ
とができる。
Iａ族のフッ化物系薄膜は、安価な電子ビーム蒸着法で
容易に形成することができるので、装置コストが安価に
なり、安価に赤外線センサ２１を製作できるようにな
る。IIａ族のフッ化物としては、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、Ｂ
ａＦ2以外にもＢｅＦ2、ＳｒＦ2等があるが、そのうち
でもＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2は特に製造コストが安
価である。また、IIａ族のフッ化物には固溶体を含み、
固溶体のフッ化物系絶縁膜２６でも同様な効果を得るこ
とができる。
【００２７】つぎに、上記赤外線センサ２１の製造方法
の一例を図５（ａ）〜（ｇ）により説明する。ただし、
フッ化物系絶縁膜２６としてＭｇＦ2を用いている。ま
た、熱型赤外線検知素子としては、熱電変換素子以外の
ものを用いてもよいが、ここでは熱電変換素子を用いた
場合について説明する。まず、Ｓｉ基板３１を熱酸化さ
せ、その表裏両面にそれぞれ膜厚が０.５μｍのＳｉＯ2
膜２５及び３２を形成する［図５（ａ）］。ついで、裏
面側のＳｉＯ2膜３２をフォトリソグラフィにより加工
して中央部に開口部３３をあける［図５（ｂ）］。この
開口部３３を通してＫＯＨ等によりＳｉ基板３１を下面
側から異方性エッチングすることによりＳｉ基板３１に
空洞部２３を形成し、同時に、ＳｉＯ2膜２５を薄膜化
してダイアフラム構造を得る。また、残ったＳｉ基板３
１はヒートシンク部２２になる［図５（ｃ）］。
の一例を図５（ａ）〜（ｇ）により説明する。ただし、
フッ化物系絶縁膜２６としてＭｇＦ2を用いている。ま
た、熱型赤外線検知素子としては、熱電変換素子以外の
ものを用いてもよいが、ここでは熱電変換素子を用いた
場合について説明する。まず、Ｓｉ基板３１を熱酸化さ
せ、その表裏両面にそれぞれ膜厚が０.５μｍのＳｉＯ2
膜２５及び３２を形成する［図５（ａ）］。ついで、裏
面側のＳｉＯ2膜３２をフォトリソグラフィにより加工
して中央部に開口部３３をあける［図５（ｂ）］。この
開口部３３を通してＫＯＨ等によりＳｉ基板３１を下面
側から異方性エッチングすることによりＳｉ基板３１に
空洞部２３を形成し、同時に、ＳｉＯ2膜２５を薄膜化
してダイアフラム構造を得る。また、残ったＳｉ基板３
１はヒートシンク部２２になる［図５（ｃ）］。
【００２８】この後、ＳｉＯ2膜２５の上に、電子ビー
ム蒸着法によりＭｇＦ2を０.３μｍの膜厚に形成し、フ
ッ化物系絶縁膜（ＭｇＦ2膜）２６を形成する。このと
きの成膜レートは０.５〜１.０μｍ／sec、成膜温度は
１００〜３００℃とした。これによって、ＳｉＯ2膜２
５とフッ化物系絶縁膜２６からなる２層構造の熱絶縁薄
膜２４が、ヒートシンク部２２の上に形成される［図５
（ｄ）］。
ム蒸着法によりＭｇＦ2を０.３μｍの膜厚に形成し、フ
ッ化物系絶縁膜（ＭｇＦ2膜）２６を形成する。このと
きの成膜レートは０.５〜１.０μｍ／sec、成膜温度は
１００〜３００℃とした。これによって、ＳｉＯ2膜２
５とフッ化物系絶縁膜２６からなる２層構造の熱絶縁薄
膜２４が、ヒートシンク部２２の上に形成される［図５
（ｄ）］。
【００２９】ついで、熱絶縁薄膜２４の上に金属抵抗膜
及び半導体薄膜からなる熱電変換素子（サーモパイル）
２７を形成する［図５（ｅ）］。さらに、熱電変換素子
２７の上から、保護膜２８となる膜厚０.５μｍのＳｉ
酸化膜をＲＦスパッタリング法により成膜する［図５
（ｆ）］。最後に、熱電変換素子２７の外部電極を設け
るとともに保護膜２８の上に赤外線吸収層２９を形成
し、目的とする赤外線センサ２１を得る［図５
（ｇ）］。
及び半導体薄膜からなる熱電変換素子（サーモパイル）
２７を形成する［図５（ｅ）］。さらに、熱電変換素子
２７の上から、保護膜２８となる膜厚０.５μｍのＳｉ
酸化膜をＲＦスパッタリング法により成膜する［図５
（ｆ）］。最後に、熱電変換素子２７の外部電極を設け
るとともに保護膜２８の上に赤外線吸収層２９を形成
し、目的とする赤外線センサ２１を得る［図５
（ｇ）］。
【００３０】上記のような工程で作製されたフッ化物系
絶縁膜２６はアモルファス状態にあり、そのためフッ化
物系絶縁膜２６の熱伝導率がより小さくなっている。ま
た、フッ化物系絶縁膜２６を成膜する際、電子ビーム蒸
着法による成膜温度を１００〜３００℃とすることによ
り、フッ化物系絶縁膜２６の引っ張り性応力を大きくす
ることができた。
絶縁膜２６はアモルファス状態にあり、そのためフッ化
物系絶縁膜２６の熱伝導率がより小さくなっている。ま
た、フッ化物系絶縁膜２６を成膜する際、電子ビーム蒸
着法による成膜温度を１００〜３００℃とすることによ
り、フッ化物系絶縁膜２６の引っ張り性応力を大きくす
ることができた。
【００３１】また、上記熱絶縁薄膜４は１層のＳｉＯ2
膜と１層のフッ化物系絶縁膜２６とから構成されていた
が、例えば、ＳｉＯ2膜、フッ化物系絶縁膜、ＳｉＯ
2膜、あるいは、フッ化物系絶縁膜、ＳｉＯ2膜、フッ化
物系絶縁膜というようにＳｉＯ2膜とフッ化物系絶縁膜
とを交互に形成してもよい。
膜と１層のフッ化物系絶縁膜２６とから構成されていた
が、例えば、ＳｉＯ2膜、フッ化物系絶縁膜、ＳｉＯ
2膜、あるいは、フッ化物系絶縁膜、ＳｉＯ2膜、フッ化
物系絶縁膜というようにＳｉＯ2膜とフッ化物系絶縁膜
とを交互に形成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】請求項１に記載の赤外線センサによれ
ば、IIａ族元素のフッ化物を主成分とする、引っ張り性
応力を有する絶縁膜によって酸化シリコン膜の圧縮性応
力を緩和することができ、熱伝導率が小さくて破壊しに
くい熱絶縁薄膜を得ることができる。また、IIａ族元素
のフッ化物は、真空蒸着法によって容易に成膜すること
ができるので、装置コストを安価にすることができる。
よって、請求項１に記載の赤外線センサによれば、耐久
性が高く、しかも赤外線検出感度が高く、安価な赤外線
センサを製作することができる。
ば、IIａ族元素のフッ化物を主成分とする、引っ張り性
応力を有する絶縁膜によって酸化シリコン膜の圧縮性応
力を緩和することができ、熱伝導率が小さくて破壊しに
くい熱絶縁薄膜を得ることができる。また、IIａ族元素
のフッ化物は、真空蒸着法によって容易に成膜すること
ができるので、装置コストを安価にすることができる。
よって、請求項１に記載の赤外線センサによれば、耐久
性が高く、しかも赤外線検出感度が高く、安価な赤外線
センサを製作することができる。
【００３３】請求項２に記載の赤外線センサによれば、
アモルファス状態にあるIIａ族元素のフッ化物を主成分
とする絶縁膜によって熱伝導率をより小さくできるの
で、赤外線検出感度を一層高くすることができる。
アモルファス状態にあるIIａ族元素のフッ化物を主成分
とする絶縁膜によって熱伝導率をより小さくできるの
で、赤外線検出感度を一層高くすることができる。
【図１】従来の一般的な赤外線センサを示す平面図及び
断面図である。
断面図である。
【図２】従来の別な赤外線センサの構造を示す断面図で
ある。
ある。
【図３】従来のさらに別な赤外線センサの構造を示す断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の一実施形態による赤外線センサの構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｇ）は図４の赤外線センサの製造方
法を説明する断面図である。
法を説明する断面図である。
２２ ヒートシンク部 ２３ 空洞部 ２４ 熱絶縁薄膜 ２５ ＳｉＯ2膜 ２６ IIａ族元素のフッ化物系絶縁膜 ２７ 熱電変換素子（熱型赤外線検知素子） ２９ 赤外線吸収層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 35/32 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ
Claims (2)
- 【請求項１】 熱絶縁薄膜をヒートシンク部により支持
し、当該熱絶縁薄膜の上に熱型赤外線検知素子を設けた
赤外線センサであって、 前記熱絶縁薄膜は、IIａ族元素のフッ化物を主成分とす
る絶縁膜と、酸化シリコン膜とを有することを特徴とす
る赤外線センサ。 - 【請求項２】 前記絶縁膜は、アモルファス状態にある
ことを特徴とする、請求項１に記載の赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11106502A JP2000298061A (ja) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | 赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11106502A JP2000298061A (ja) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | 赤外線センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000298061A true JP2000298061A (ja) | 2000-10-24 |
Family
ID=14435219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11106502A Pending JP2000298061A (ja) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | 赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000298061A (ja) |
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-
1999
- 1999-04-14 JP JP11106502A patent/JP2000298061A/ja active Pending
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| A02 | Decision of refusal |
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