JPH03210437A - Infrared sensor and its manufacture - Google Patents
Infrared sensor and its manufactureInfo
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- JPH03210437A JPH03210437A JP1286380A JP28638089A JPH03210437A JP H03210437 A JPH03210437 A JP H03210437A JP 1286380 A JP1286380 A JP 1286380A JP 28638089 A JP28638089 A JP 28638089A JP H03210437 A JPH03210437 A JP H03210437A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は赤外線センサ及びその製造方法に関し、特に非
接触で体温等の温度を測定する温度計に用いて好適な赤
外線センサ及びその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an infrared sensor and a method of manufacturing the same, and particularly relates to an infrared sensor suitable for use in a thermometer that measures temperature such as body temperature without contact and a method of manufacturing the same. .
[従来の技術]
一般に赤外線センサは、非接触の温度計として高温の物
体や移動物体、さらに熱容量が小さくて接触すると温度
が変化してしまうような物質の温度測定に使用されてき
た。例を挙げて説明すると、製鉄所などで溶鉱炉の温度
測定に用いられたり、防災安全機器のセンサとして火災
報知器に2またセキュリティ用として動物の体温と人間
の体温とを判別するセンサとして使用されている。また
最近特に大量に赤外線センサを使っているのは、家庭用
電子レンジや冷蔵庫の温度管理用である。[Prior Art] Infrared sensors have generally been used as non-contact thermometers to measure the temperature of high-temperature objects, moving objects, and substances that have a small heat capacity and whose temperature changes when they come into contact. To give an example, it is used to measure the temperature of blast furnaces in steel factories, fire alarms as a sensor for disaster prevention and safety equipment, and used for security as a sensor to distinguish between animal body temperature and human body temperature. ing. In addition, infrared sensors have recently been used in large quantities to control the temperature of household microwave ovens and refrigerators.
これらのセンサは固定された場所から、しかも離れた部
位の温度測定を行うので、その測定精度が悪くても、測
定時間が長(なっても大きな問題とはならない。Since these sensors measure the temperature of a distant location from a fixed location, it is not a major problem even if the measurement accuracy is poor or the measurement time is long.
一方、医療用機器の中で使用される温度計特に体温計は
、正確な測定(l/100℃)ができるとともに速い計
測(3秒以下)ができ、しかも安価なものが望ましい。On the other hand, thermometers, particularly thermometers, used in medical equipment are desirably capable of accurate measurement (l/100° C.), fast measurement (3 seconds or less), and inexpensive.
しかしながら、従来の電子式体温計は実測値と経過時間
から熱平衡状態における温度を推定する、いわゆる予測
式体温計であり、この体温計は計測時間が短(でも数十
秒掛かり、乳幼児の体温測定や手術時の体温測定では困
難さを伴っていた。また、現在体温の測定場所はわきの
下や舌下が殆どで、体力を無くした重病人やお年寄りは
温度計測の間に体温計を保持することができない等多く
の問題があった。However, conventional electronic thermometers are so-called predictive thermometers that estimate the temperature in a state of thermal equilibrium from the actual measurement value and the elapsed time. In addition, current body temperature measurements are mostly under the armpits or under the tongue, and seriously ill people who have lost their physical strength or the elderly are unable to hold the thermometer during temperature measurement. There were many problems.
ところで、従来、このように体温はわきの下や舌下で測
定しているが、生理学的背景からいうとわきの下の体温
が体全体の体温を代表しているとは思われず、むしろ頭
骸骨に囲まれていて安定した温度を保っている脳の温度
等のコア温度を測定するのが一番正確であり5手術時の
体温測定には必要な温度である。これらのことを考える
と耳の中の鼓膜温度は視床下部温度を反映しており、ま
た耳道が狭いため風の影響や外気からの赤外線の影響も
受けにくいので、最適の温度測定部位と言える。By the way, body temperature has traditionally been measured under the armpits or under the tongue, but from a physiological background, it is not thought that the body temperature in the armpits represents the body temperature as a whole. The most accurate method is to measure the core temperature, such as the temperature of the brain, which maintains a stable temperature during surgery.5 This is the temperature necessary for measuring body temperature during surgery. Considering these points, the temperature of the eardrum inside the ear reflects the temperature of the hypothalamus, and because the auditory canal is narrow, it is less susceptible to the influence of wind and infrared rays from the outside air, so it can be said to be the optimal temperature measurement site. .
また、非接触型体温計は体温(15〜50℃)のように
外気温度と殆ど差の無い物体から放射される微量の赤外
線を検出する必要があり、どんなに感度や精度のよい体
温計であってもわずかでも大気に触れてしまうと風や熱
対流の影響を受けて正確な温度測定ができな(なる。In addition, non-contact thermometers need to detect minute amounts of infrared rays emitted from objects that have almost no difference in temperature from the outside air, such as body temperature (15 to 50 degrees Celsius), no matter how sensitive or accurate the thermometer is. If it comes into contact with even a small amount of air, it will be affected by wind and heat convection, making accurate temperature measurement impossible.
このような外乱の影響を少な(するためには、赤外線セ
ンサをパッケージに入れて保護する必要があり、またこ
のパッケージは対象物から放射された赤外線を赤外線セ
ンサへ損失無く導くために窓材としての検討が重要な課
題となる。In order to reduce the effects of such disturbances, it is necessary to protect the infrared sensor by putting it in a package, and this package can also be used as a window material to guide the infrared rays emitted from the object to the infrared sensor without loss. An important issue is to consider the following.
従来、このような非接触型体温計用の赤外線センサとし
ては、赤外線センサ素子を取付けた金属ステムに金属製
のキャップ部材を被せたものであり、そのキャップ部材
の一部に窓を開はシリコン等の板を貼り付けた構造であ
った。Conventionally, infrared sensors for such non-contact thermometers have been made by covering a metal stem with an infrared sensor element attached to a metal cap member, and a window made of silicon or other material with a window in a part of the cap member. The structure was made of boards pasted together.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上述の従来の赤外線センサでは、金属製
のキャップ部材を金属ステムに被せる構造であるため、
シール部分にフランジが必要であり、そのため外形が大
きくなるとともに高価格になり、上述の耳の中で測定す
る体温計には不適であった。[Problems to be Solved by the Invention] However, since the above-mentioned conventional infrared sensor has a structure in which a metal cap member covers a metal stem,
The sealing part requires a flange, which increases the external size and increases the price, making it unsuitable for the above-mentioned in-the-ear thermometer.
また、体温程の低い温度になると赤外線波長は長波長(
8〜12μm)の所がピークとなる。したがって窓材と
しては長波長を通過させる材質であるとともに反射率は
小さく、さらに窓材そのものからの赤外線放射が少なく
、かつ加工性の優れたものが要求される。また窓材内の
ガス体の熱対流でノイズが発生するのを防ぐために、窓
材内を真空状態にすることが望ましく、窓材としては機
密性の良いものが要求される。Also, when the temperature is as low as body temperature, the infrared wavelength becomes longer wavelength (
8 to 12 μm) is the peak. Therefore, the window material is required to be a material that allows long wavelengths to pass through, has a low reflectance, emits little infrared radiation from the window material itself, and has excellent workability. Furthermore, in order to prevent noise from occurring due to thermal convection of gas within the window material, it is desirable to create a vacuum inside the window material, and the window material is required to have good airtightness.
しかしながら従来の赤外線センサではこれらの点につき
いずれも不十分であり、またキャップ部材と金属ステム
との接合部から真空リークが生じやすく、その結果キャ
ビティ部の内部圧力が変化して正確な計測を行うことが
できなかった。However, conventional infrared sensors are insufficient in all of these respects, and vacuum leaks tend to occur from the joint between the cap member and the metal stem, resulting in changes in the internal pressure of the cavity, making it difficult to measure accurately. I couldn't.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
小型化を図れるとともに計測速度が速(、しかも機密性
が優れておりノイズが少なく、安定した特性が得られ、
たとえ真空リークが生じてもキャビティ部の内部圧力の
変化をモニタして計測値の補正をすることができ、計測
精度が向上し、かつ安価に製造することができ、体温計
等に用いて好適な赤外線センサ及びその製造方法を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of such problems, and includes:
It can be miniaturized and the measurement speed is fast (in addition, it has excellent confidentiality, low noise, and stable characteristics).
Even if a vacuum leak occurs, changes in the internal pressure of the cavity can be monitored and measured values can be corrected, improving measurement accuracy and being able to be manufactured at low cost, making it suitable for use in thermometers, etc. The present invention aims to provide an infrared sensor and a method for manufacturing the same.
[課題を解決するための手段]
上記従来の課題を解決するために本発明に係る赤外線セ
ンサは、支持部材と、該支持部材上に支持された半導体
基板と、該半導体基板の表面に形成されるとともに赤外
線を検出し、当該赤外線の検出量に応じた電気信号を出
力する赤外線センサ素子と、赤外線入力部および当該赤
外線入力部に対応してキャビティ部を有し前記赤外線入
力部を介して入力した赤外線を前記赤外線センサ素子に
導く窓材と、前記キャビティ部内の圧力を検出する圧力
検出手段とを備え、前記圧力検出手段の検出結果に基づ
いて前記赤外線センサ素子の出力の補正を行うよう構成
したことを特徴とするものである。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above conventional problems, an infrared sensor according to the present invention includes a support member, a semiconductor substrate supported on the support member, and a semiconductor substrate formed on the surface of the semiconductor substrate. an infrared sensor element that detects infrared rays and outputs an electrical signal according to the detected amount of the infrared rays; an infrared sensor element that has an infrared input section and a cavity corresponding to the infrared input section, and inputs via the infrared input section; and a pressure detection means for detecting the pressure inside the cavity, and configured to correct the output of the infrared sensor element based on the detection result of the pressure detection means. It is characterized by the fact that
本発明に係る赤外線センサにおいては、前記窓材は半導
体材料、特にフローティングゾーン法により製造された
シリコンであることが好ましい。In the infrared sensor according to the present invention, the window material is preferably a semiconductor material, particularly silicon manufactured by a floating zone method.
また本発明に係る赤外線センサにおいては、前記窓材の
赤外線入力部をキャビティ部の圧力に応じて変形可能に
形成し、また前記圧力検出手段を前記赤外線入力部に形
成された拡散抵抗層とし、さらに前記キャビティ部を線
圧状態に設定することが好ましい。Further, in the infrared sensor according to the present invention, the infrared input part of the window material is formed to be deformable according to the pressure of the cavity part, and the pressure detection means is a diffusion resistance layer formed in the infrared input part, Furthermore, it is preferable that the cavity portion is set to a linear pressure state.
また本発明に係る赤外線センサの製造方法は、第1のシ
リコン基板をエツチング加工して赤外線入力部およびキ
ャビティ部を有する窓材を作製形成するとともに、前記
赤外線入力部に選択的に不純物の拡散を行い拡散抵抗層
を形成する工程と、第2のシリコン基板の表面に赤外線
センサ素子を形成するとともに少なくとも前記窓材の接
合予定領域にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記第
2のシリコン基板を陰極側、窓材を陽極側にして対向さ
せ、真空中において陽極直接接合を行い、前記窓材を第
2のシリコン基板の表面に固定し前記赤外線センサ素子
を覆うとともに前記キャビティ部を線圧状態にする工程
とを含むことを特徴とするものである。Further, in the method for manufacturing an infrared sensor according to the present invention, a window material having an infrared input portion and a cavity portion is formed by etching a first silicon substrate, and impurities are selectively diffused into the infrared input portion. a step of forming an infrared sensor element on the surface of the second silicon substrate and forming a silicon oxide film at least in the region where the window material is to be bonded; The cathode side and the window material are placed on the anode side to face each other, and direct anode bonding is performed in a vacuum.The window material is fixed to the surface of the second silicon substrate to cover the infrared sensor element and the cavity portion is placed under linear pressure. The method is characterized by including the step of:
[作 用]
上記のように構成された赤外線センサにおいては、被測
定対象物から放射された赤外線は窓材の赤外線人力部を
介してキャビィティ部に導入され、赤外線センサ素子に
入射され、この赤外線センサ素子において電気信号に変
換された後に出力され計測値が得られる。ここでキャビ
ティ部内を線圧状態に保つようにすれば、ノイズの発生
がな(、電気的特性が安定化して正確な温度計測ができ
る。[Function] In the infrared sensor configured as described above, the infrared rays emitted from the object to be measured are introduced into the cavity part through the infrared ray power part of the window material, and are incident on the infrared sensor element, and the infrared rays are emitted from the object to be measured. After being converted into an electrical signal in the sensor element, it is output and a measured value is obtained. If the inside of the cavity is maintained at a linear pressure state, noise will not be generated (and the electrical characteristics will be stabilized, allowing accurate temperature measurement).
しかしてキャビティ部に真空リークが生じて内部圧力が
変化すると、その圧力変化により赤外線入力部が撓み、
これにより拡散抵抗層の抵抗値が変化するもので、この
抵抗値変化に応じた電流値の変化を検出することにより
真空度のリークをモニタすることができる。したがって
この内部圧力の変化に応じて赤外線センサ素子の出力信
号の値を補正することにより計測精度を向上させること
ができる。However, if a vacuum leak occurs in the cavity and the internal pressure changes, the infrared input part will bend due to the pressure change.
This causes the resistance value of the diffused resistance layer to change, and by detecting a change in the current value in accordance with this change in resistance value, it is possible to monitor leakage of the degree of vacuum. Therefore, measurement accuracy can be improved by correcting the value of the output signal of the infrared sensor element in accordance with this change in internal pressure.
またこの赤外線センサは、半導体プロセスの微細加工に
より製造された赤外線センサ素子と、窓材とを一体化し
た構造であり、また従来構造の赤外線センサのようなキ
ャップ部材をつけないため、ステムのフランジ部が不要
となり、小型化を図ることができ、さらに窓材も半導体
プロセスより製造するようにすればより小型となる。ま
た特に窓材をフローティングゾーン法により製造された
シリコン基板な用いて形成することにより、赤外線の透
過効率が向上する。In addition, this infrared sensor has a structure that integrates an infrared sensor element manufactured by microfabrication in a semiconductor process and a window material, and because it does not include a cap member like conventional infrared sensors, the flange of the stem This eliminates the need for the window, making it possible to achieve a smaller size.Furthermore, if the window material is manufactured using a semiconductor process, the size can be further reduced. Further, in particular, by forming the window material using a silicon substrate manufactured by the floating zone method, the transmission efficiency of infrared rays is improved.
また、この赤外線センサにおいては、入射した赤外線で
感温部の温度が上昇するが、その温度がなるべく逃げな
いようにシリコン基板より2桁も熱伝導率の悪いシリコ
ン酸化膜の上に感温部を設け、また熱容量を小さくする
ため半導体微細加工技術を用いてシリコン酸化膜のブリ
ッジ部を薄く、狭く、かつ長くし、さらに電気信号を取
り出す金属も熱伝導の悪い金属たとえばチタンとして薄
くかつ細くして使用することにより、計測速度が速くな
る。In addition, in this infrared sensor, the temperature of the temperature sensing part increases due to the incident infrared rays, but in order to prevent the temperature from escaping as much as possible, the temperature sensing part is placed on a silicon oxide film, which has a thermal conductivity two orders of magnitude lower than that of a silicon substrate. In addition, in order to reduce heat capacity, semiconductor microfabrication technology is used to make the silicon oxide film bridge thinner, narrower, and longer, and the metal from which the electrical signals are extracted is made thinner and thinner, using a metal with poor thermal conductivity, such as titanium. The measurement speed can be increased by using the
また、本発明による赤外線センサの製造方法においては
、シリコン基板により形成された窓材と赤外線センサ素
子が形成されたシリコン基板とを真空中において陽極直
接接合により接合するようにしたので、容易にキャビテ
ィ部内を線圧状態とすることができる。In addition, in the method for manufacturing an infrared sensor according to the present invention, the window material formed of a silicon substrate and the silicon substrate formed with an infrared sensor element are bonded in a vacuum by direct anodic bonding, so that the cavity can be easily removed. The inside of the section can be brought into a linear pressure state.
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例に係る赤外線センサの断面構
造を示すものである。FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
図中、10は金属たとえば軟鉄にクロムめっきや金めつ
きを施した金属ステムと呼ばれる支持部材であり、この
支持部材lo上には半導体基板たとえばシリコン基板1
1が固定されている。さらにこのシリコン基板11の表
面には赤外線センサ素子12が形成されるともにキャビ
ティ部13を有する窓材14が当該素子12を覆うよう
にして接合し固定されている。In the figure, reference numeral 10 denotes a support member called a metal stem made of a metal such as soft iron plated with chrome or gold, and a semiconductor substrate such as a silicon substrate 1 is mounted on this support member lo.
1 is fixed. Furthermore, an infrared sensor element 12 is formed on the surface of this silicon substrate 11, and a window material 14 having a cavity portion 13 is bonded and fixed so as to cover the element 12.
上記赤外線センサ素子12は所謂シリコン薄膜によるボ
ロメータ素子であり、入射された赤外線を検出してその
検出量に応じた電気信号を内部リード15および垂直に
導出された外部リード16を介して出力するものである
。The infrared sensor element 12 is a so-called bolometer element made of a silicon thin film, which detects incident infrared rays and outputs an electrical signal corresponding to the detected amount via an internal lead 15 and an external lead 16 led out vertically. It is.
この赤外線センサ素子12は、熱(赤外線)量に応じて
抵抗値が変化する感温部12aと、この感温部12aの
熱がシリコン基板11を通じて支持部材10へ逃げるの
を防止してその周囲との間に温度差を設けるためのブリ
ッジ部12bとにより構成されている。This infrared sensor element 12 includes a temperature sensing part 12a whose resistance value changes depending on the amount of heat (infrared rays), and the surrounding area by preventing the heat of this temperature sensing part 12a from escaping to the support member 10 through the silicon substrate 11. and a bridge portion 12b for creating a temperature difference between the two.
この赤外線センサ素子12の感温部12aはシリコンに
より形成されているので、温度が上がると電気抵抗が下
る負の温度係数を持っている。Since the temperature sensing portion 12a of the infrared sensor element 12 is made of silicon, it has a negative temperature coefficient such that the electrical resistance decreases as the temperature increases.
また、この感温部12aのシリコンはスパッタリング法
で造られた薄膜であり、結晶構造はアモルファスシリコ
ン構造となっている。このアモルファスシリコン構造を
持った検出器の原理をバンド理論を用いて説明すると、
導伝帯下端と充満帯上端の間の禁止帯には多(の準位が
存在し、その準位に電子も捕獲されている。入射した赤
外線が感温部12aに照射されると、そのエネルギ量に
見合った電子の数が禁止帯にある準位から導伝帯に励起
され、その結果導伝帯には電子のキャリヤが増加する。Further, the silicon of this temperature sensing portion 12a is a thin film made by a sputtering method, and its crystal structure is an amorphous silicon structure. The principle of a detector with this amorphous silicon structure is explained using band theory.
In the forbidden band between the lower end of the conduction band and the upper end of the charge zone, there is a multilevel (), and electrons are also captured in this level. The number of electrons commensurate with the amount of energy is excited from the level in the forbidden band to the conduction band, and as a result, the number of electron carriers in the conduction band increases.
また、充満帯の上端にはその電子の数に見合った正孔が
発生する。この電子と正孔の増加が外から検地する電気
抵抗を下げる。すなわち、入射した赤外線エネルギに見
合った電気抵抗の変化が現われることになる。Further, holes corresponding to the number of electrons are generated at the upper end of the filled band. This increase in electrons and holes lowers the electrical resistance detected from the outside. That is, a change in electrical resistance appears that corresponds to the incident infrared energy.
次に、窓材14は外部からの赤外線を効率よ(赤外線セ
ンサ素子12へ導くとともに、当該赤外線センサ素子1
2のキャビティ部13の真空度のリークをモニタする圧
力センサも兼ねている。Next, the window material 14 efficiently guides infrared rays from the outside to the infrared sensor element 12, and
It also serves as a pressure sensor that monitors the degree of vacuum leakage in the cavity portion 13 of No. 2.
この窓材14は膜厚数μm〜数十μmの半導体材料たと
えばN型シリコン膜(ダイヤフラム)により形成される
とともにその表面にP型拡散層17からなる拡散抵抗が
形成された赤外線入力部18と、この赤外線入力部18
の周縁部を支持する支持部19により構成されている。This window material 14 is formed of a semiconductor material, such as an N-type silicon film (diaphragm), with a film thickness of several μm to several tens of μm, and has an infrared input section 18 on the surface of which is formed with a diffused resistor made of a P-type diffused layer 17. , this infrared input section 18
It is constituted by a support part 19 that supports the peripheral edge of the.
また赤外線入力部18を除く窓材14とシリコン基板1
1の周囲は保護膜としての絶縁層たとえばエポキシ樹脂
層20により被覆保護されている。窓材14の底部はシ
リコン基板11に対して真空中の陽極直接接合により接
合されており、これによりキャビティ部13が真空状態
に設定されている。In addition, the window material 14 excluding the infrared input section 18 and the silicon substrate 1
1 is covered and protected by an insulating layer, such as an epoxy resin layer 20, serving as a protective film. The bottom of the window material 14 is bonded to the silicon substrate 11 by direct anodic bonding in a vacuum, thereby setting the cavity portion 13 in a vacuum state.
すなわちこのキャビティ部13に空気や窒素ガスが封入
されたり、感温部12aが大気にさらされていると、熱
的に対流が起きたり、感温部12aを吹き抜ける風がノ
イズ発生の原因になったり、電気的特性が不安定になっ
たりする。In other words, if air or nitrogen gas is filled in the cavity 13 or if the temperature sensing part 12a is exposed to the atmosphere, thermal convection may occur or wind blowing through the temperature sensing part 12a may cause noise. or the electrical characteristics may become unstable.
そのため真空中の陽極直接接合により窓材14をシリコ
ン基板11に接合させるもので、これによりキャビティ
部13を容易に真空状態にすることができ、これらの弊
害を防止することができる。For this reason, the window material 14 is bonded to the silicon substrate 11 by direct anodic bonding in a vacuum, thereby making it possible to easily bring the cavity portion 13 into a vacuum state and preventing these disadvantages.
ここに、「陽極直接接合」とは、シリコン基板11に窓
材14を接合するとき、シリコン基板11側にシリコン
酸化膜を設けるとともに陰極側に配置し、また窓材14
を陽極側にして、真空中において約450℃の熱と35
0Vの電圧を加えることをいう。なお、キャビティ部1
3内は完全に真空でなくても、大気圧より低い状態すな
わち線圧状態であればよいが、好ましくはlXl0−”
Torr以下である。Here, "direct anode bonding" means that when bonding the window material 14 to the silicon substrate 11, a silicon oxide film is provided on the silicon substrate 11 side and also placed on the cathode side.
with the anode side facing the anode, and heat it to about 450℃ and 35℃ in a vacuum.
This means applying a voltage of 0V. In addition, cavity part 1
3 does not need to be completely vacuum, it may be in a state where the pressure is lower than atmospheric pressure, that is, in a linear pressure state, but preferably lXl0-"
Torr or less.
そして時間の経過に伴いこのキャビティ部13に真空リ
ークが生じて内部圧力が変化した場合には、その圧力変
化により赤外線入力部18が撓み、これによりP型拡散
層17の抵抗値が変化スルモノで、この抵抗値変化に応
じた電流値の変化をP型拡散層17の上面に形成した電
極2Iを介して検出することにより真空度のリークをモ
ニタすることができる。したがってこの真空度の変化に
応じて赤外線センサ素子12の出力信号の値を補正する
ことにより計測精度を向上させることができる。If a vacuum leak occurs in the cavity 13 over time and the internal pressure changes, the pressure change causes the infrared input part 18 to bend, which causes the resistance value of the P-type diffusion layer 17 to change. By detecting a change in current value in accordance with this change in resistance value via the electrode 2I formed on the upper surface of the P-type diffusion layer 17, leakage of the degree of vacuum can be monitored. Therefore, measurement accuracy can be improved by correcting the value of the output signal of the infrared sensor element 12 according to the change in the degree of vacuum.
上記窓材14の内側壁面には赤外線の反射率の高い金属
膜たとえば金(Au)膜22が形成されている。キャビ
ティ部13内に入射した赤外線は感温部12aやブリッ
ジ部12bで反射し、窓材14の壁面に吸収され熱に変
わってしまい、折角入射した赤外線を無駄に使ったこと
になるので、この金膜22により反射した赤外線を感温
部12aに集光させるものである。A metal film 22 having a high reflectance of infrared rays, such as a gold (Au) film 22, is formed on the inner wall surface of the window material 14. The infrared rays that entered the cavity part 13 are reflected by the temperature sensing part 12a and the bridge part 12b, and are absorbed by the wall surface of the window material 14 and converted into heat. The infrared rays reflected by the gold film 22 are focused on the temperature sensitive section 12a.
またキャビティ部13の天井百の角部、すなわち赤外線
入力部18と支持部19との連結部には一定の曲率を有
する曲面部からなる補強部23が設けられており、これ
により赤外線入力部18の機械的強度を増すようになっ
ている。この補強部23により感応部18の膜厚を薄く
(約2゜μm)することができ、赤外線の透過効率を向
上させることができる。Further, a reinforcing section 23 made of a curved surface having a certain curvature is provided at the corner of the ceiling of the cavity section 13, that is, at the connection section between the infrared input section 18 and the support section 19. The mechanical strength of the material is increased. This reinforcing portion 23 allows the thickness of the sensitive portion 18 to be made thin (approximately 2 μm), thereby improving the transmission efficiency of infrared rays.
また窓材14としての適性を検討する場合、反射率、透
過率および吸収率の3点が最も重要となるが、中でも吸
収率が大きい場合は入射してきた赤外線が殆ど窓材14
で吸収されてしまい、感温部12aに届く赤外線が少な
(なるだけでなく、吸収された赤外線が窓材14を暖め
てしまい、窓材14が二次的に熱(赤外線)を放出する
ことになる。その結果当該センサは外(体温)からの赤
外線と窓材14からの赤外線を感知することになるので
、これらを分離する必要があり、非常に複雑な系となっ
てしまう。その点シリコンは吸収率が小さく、しかも加
工性に冨んでいるので窓材14として最適である。なお
、シリコンは反射率が大きいため、透過率は50%位で
ある。In addition, when considering suitability as the window material 14, the three points of reflectance, transmittance, and absorption are most important.Among them, if the absorption rate is high, most of the incoming infrared rays will be absorbed by the window material 14.
In addition, the absorbed infrared rays warm the window material 14, and the window material 14 secondarily emits heat (infrared rays). As a result, the sensor will sense infrared rays from the outside (body temperature) and infrared rays from the window material 14, so it is necessary to separate these, resulting in a very complicated system. Silicon has a low absorption rate and is easy to work with, so it is optimal as the window material 14. Silicon has a high reflectance, so its transmittance is about 50%.
さらにシリコン基板は赤外線波長が10μm前後の所に
一5i−0−1−31−C−などのストレッチング、ベ
ンディングによる吸収波形が現われ、赤外線の透過率が
悪くなるので、シリコン基板としては、炭素原子や酸素
原子の少ないフローティングゾーン(FZ)法により製
造されたウェハを使用することが好ましい。Furthermore, in silicon substrates, absorption waveforms due to stretching and bending such as 15i-0-1-31-C- appear at infrared wavelengths of around 10 μm, resulting in poor infrared transmittance. It is preferable to use a wafer manufactured by a floating zone (FZ) method with few atoms or oxygen atoms.
このように上記赤外線センサにおいては、窓材14によ
り赤外線の入射効率を向上させることができるとともに
、感温部12aへの集光効率を挙げることができる。In this way, in the infrared sensor described above, the window material 14 can improve the incidence efficiency of infrared rays, and also improve the efficiency of condensing light to the temperature sensing part 12a.
また、従来構造の赤外線センサに比較して、窓材14お
よび赤外線センサ素子12をそれぞれ半導体プロセスに
より微細に加工することができ、また窓材としての金属
製キャップが不要であり、したがってキャップ固定用の
フランジ部が不要となるため、パッケージの外形を大幅
に小型化することができる。Furthermore, compared to an infrared sensor with a conventional structure, the window material 14 and the infrared sensor element 12 can each be finely processed using a semiconductor process, and there is no need for a metal cap as a window material. This eliminates the need for a flange, making it possible to significantly reduce the size of the package.
第2図は本発明の他の実施例に係る赤外線センサの構造
を示すものである。FIG. 2 shows the structure of an infrared sensor according to another embodiment of the present invention.
すなわち、第1図の赤外線センサにおいては、窓材14
をシリコン基板11の上面に接合し、赤外線センサ素子
12のみを覆う構成としたが、本実施例においては、窓
材24をシリコン基板llと同様に支持部材10の表面
にたとえば接着剤により固定し、シリコン基板11の全
体を覆う構成としたもので、本実施例においても上記実
施例と同様に小型化を図ることができる。That is, in the infrared sensor shown in FIG.
is bonded to the upper surface of the silicon substrate 11 to cover only the infrared sensor element 12. However, in this embodiment, the window material 24 is fixed to the surface of the support member 10 with adhesive, for example, in the same manner as the silicon substrate 11. , the structure is such that the entire silicon substrate 11 is covered, and the size can be reduced in this embodiment as well as in the above embodiment.
なお第1図と同一構成部分は同一符合を付してその説明
を省略する。また外部リード16は第1図と同様に支持
部材10から下方に向けて取り出す構造とすることもで
きる。Components that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals and their explanations will be omitted. Further, the external lead 16 can be taken out downward from the support member 10 as in FIG. 1.
I〜 センサ の+1工
次に、上記赤外線センサの製造方法について、第1図の
構造のセンサを例にして第3図(a)〜(p)により具
体的に説明する。なお第3図(a) 〜(P)は第1図
のII −II @に沿う断面構造の製造工程を示すも
のである。Next, the manufacturing method of the above infrared sensor will be specifically explained with reference to FIGS. 3(a) to 3(p), taking the sensor having the structure shown in FIG. 1 as an example. Note that FIGS. 3(a) to 3(P) show the manufacturing process of a cross-sectional structure along II-II@ in FIG. 1.
先ず、第3図(a)に示すようなシリコン基板30を用
意し、同図(b)に示すように1100℃の温度で30
分間のウェット酸化を行い、表面に膜厚5000人のシ
リコン酸化膜31を形成する。続いて、同図(C)に示
すように蒸着法によりシリコン酸化膜31上に前述のブ
リッジ部12b形成のための犠牲層となる膜厚1.5〜
2.0μmの金属膜たとえばモリブデン膜32を形成す
る。なお、この犠牲層としては金属膜以外にもリン・ケ
イ酸ガラス(PSG)膜等を用いることもできる。First, a silicon substrate 30 as shown in FIG. 3(a) is prepared, and as shown in FIG.
Wet oxidation is performed for several minutes to form a silicon oxide film 31 with a thickness of 5,000 yen on the surface. Subsequently, as shown in FIG. 3C, a film with a thickness of 1.5 to 1.5 mm is deposited on the silicon oxide film 31 by a vapor deposition method to serve as a sacrificial layer for forming the bridge portion 12b described above.
A 2.0 μm metal film, for example, a molybdenum film 32 is formed. In addition to the metal film, a phosphorus silicate glass (PSG) film or the like can also be used as this sacrificial layer.
続いて同図(d)に示すように、モリブデン膜32の表
面に膜厚1.0μmのフォトレジスト膜33を塗布形成
し、通常のホトリソグラフィーにより犠牲層のパターン
を形成する。すなわちマスク合せの後、露光および現像
を行い、さらに窒素(N2)雰囲気中において90秒間
、140±2℃の熱処理(ハードベーキング)を行う。Subsequently, as shown in FIG. 3D, a photoresist film 33 having a thickness of 1.0 μm is coated on the surface of the molybdenum film 32, and a sacrificial layer pattern is formed by ordinary photolithography. That is, after mask alignment, exposure and development are performed, and further heat treatment (hard baking) is performed at 140±2° C. for 90 seconds in a nitrogen (N2) atmosphere.
続いて同図(e)に示すようにバターニングされたフォ
トレジスト膜33をマスクにしてフッ化炭素(CF4)
によるプラズマエツチングを行い、モリブデン膜32を
選択的に除去する。さらに、ガス圧力5.0OTorr
、高周波電力500Wの条件でプラズマアッシング(灰
化)を4.5秒間行い、上記フォトレジスト膜33を除
去する。Next, as shown in the same figure (e), carbon fluoride (CF4) is applied using the patterned photoresist film 33 as a mask.
Plasma etching is performed to selectively remove the molybdenum film 32. Furthermore, gas pressure 5.0OTorr
, Plasma ashing (ashing) is performed for 4.5 seconds under the condition of high frequency power of 500 W, and the photoresist film 33 is removed.
次に、同図(f)に示すように、圧力0.9Torr、
温度300±2℃の条件で、反応ガスとしてシラン(S
i H4)=200SCCM、笑気ガス(N、0)=
40005CCMを流し、CVD法(化学的気相成長法
)によりウェハ全面に不純物無添加の膜厚9000±1
500人のシリコン酸化膜34を形成する。Next, as shown in the same figure (f), the pressure is 0.9 Torr,
Silane (S) was used as a reaction gas at a temperature of 300±2℃
i H4) = 200SCCM, laughing gas (N, 0) =
40005CCM is poured and a film thickness of 9000±1 without added impurities is formed on the entire surface of the wafer using the CVD method (chemical vapor deposition method).
A silicon oxide film 34 of 500 layers is formed.
次に、同図(g)に示すようにターゲットとしてシリコ
ン基板(比抵抗300Ω・CDI)を用いてスパッタリ
ングを行い、上記シリコン酸化膜34上に膜厚1.0−
1.5μmのシリコン膜35を形成し、さらに加速電圧
120KeV、ドーズ量1 、 OX I O′S/
cm″の条件でボロンのイオン注入を行いシリコン膜3
5を中性半導体に近づける。続いて温度1100℃の窒
素雰囲気中において、30分間加熱(アニール)しシリ
コン膜35の結晶化を行う。これにより前述の感温部1
2aのB定数(抵抗の温度係数)を約5000とするこ
とができ、温度変化に対する感度(抵抗値の変化)が良
好となる。Next, as shown in FIG. 3(g), sputtering is performed using a silicon substrate (specific resistance: 300 Ω/CDI) as a target, and a film with a thickness of 1.0-
A silicon film 35 of 1.5 μm is formed, and an acceleration voltage of 120 KeV, a dose of 1, and OX I O'S/
Boron ion implantation was performed under the condition of cm'' to form a silicon film 3.
5 to be closer to a neutral semiconductor. Subsequently, the silicon film 35 is crystallized by heating (annealing) for 30 minutes in a nitrogen atmosphere at a temperature of 1100°C. As a result, the aforementioned temperature sensing section 1
The B constant (temperature coefficient of resistance) of 2a can be set to about 5000, and the sensitivity to temperature changes (changes in resistance value) is good.
次に、同図(h)に示すように膜厚1.0μmのフォト
レジスト膜36をシリコン膜35上に塗布形成し、マス
ク合せを行い、露光および現像の後、窒素ガス中におい
て140±2℃ノ熱処理(ハードベーキング)を90秒
間行うことにより感温部12aのパターンを形成する。Next, as shown in the figure (h), a photoresist film 36 with a film thickness of 1.0 μm is formed by coating on the silicon film 35, mask alignment is performed, and after exposure and development, a photoresist film 36 with a thickness of 140 ± 2 A heat treatment (hard baking) at a temperature of 0.degree. C. is performed for 90 seconds to form a pattern of the temperature sensing portion 12a.
次に、同図(i)に示すように反応ガスとして酸素(o
s )=45±ISCCM、フッ化イオウ(SFa )
=135±25CCMを流し、圧力400mToor、
高周波電力125wの条件で上記フォトレジスト膜36
をマスクにしてプラズマエツチングを行うことによりシ
リコン膜35を選択的に除去する。Next, as shown in Figure (i), oxygen (o
s ) = 45 ± ISCCM, sulfur fluoride (SFa)
=135±25CCM flowing, pressure 400mToor,
The photoresist film 36 under the condition of high frequency power of 125W
The silicon film 35 is selectively removed by performing plasma etching using as a mask.
次に同図(j)に示すように電力5.OKW、温度23
0±30℃の条件でターゲットとしてチタン(T i
)を用いたスパッタリングを91秒間行い、膜厚0.6
±0.1umのチタン膜37を形成する。続いて同図(
k)に示すように前述の工程(h)と同様にしてフォト
レジスト膜38の電極用パターンを形成する。Next, as shown in the same figure (j), the electric power 5. OKW, temperature 23
Titanium (Ti
) Sputtering was performed for 91 seconds to obtain a film thickness of 0.6
A titanium film 37 with a thickness of ±0.1 um is formed. Next, the same figure (
As shown in step (k), an electrode pattern of the photoresist film 38 is formed in the same manner as in step (h) above.
次に、同図(I2)に示すように反応ガスとじて3塩化
ボロン(BCffs )=47SCCM、塩素CC1!
、* )=393CCM、ヘリウム(He)=1500
secMを流し、圧力135Pa、電力320Wの条件
で、ドライエツチングを130秒間行うことにより、チ
タン電極膜39を形成する。続いて圧力5.0Torr
、高周波電力500Wの条件でプラズマアッシング(灰
化)を4.5秒間行い、フォトレジスト1l138を除
去する。次に同図(m)に示すように犠牲層の窓開は用
ホトリソグラフィーとして前述の工程と同様にしてフォ
トレジスト膜40のパターンを形成する。その後、同図
(n)に示すように上記バターニングされたフォトレジ
スト膜42をマスクにしてフッ化水素水溶液(HF:N
20=l : 10)によるウェットエツチングを45
秒間行い、前記シリコン酸化膜34にモリブデン膜32
に達する開口41を形成する。続いて当該ウェハを5分
間ずつ5回超純水により流水洗浄し、さらにスピンドラ
イ法により乾燥させる。Next, as shown in the same figure (I2), boron trichloride (BCffs) = 47SCCM, chlorine CC1!
, * ) = 393CCM, helium (He) = 1500
A titanium electrode film 39 is formed by dry etching for 130 seconds under conditions of a pressure of 135 Pa and a power of 320 W while flowing secM. Then the pressure is 5.0 Torr.
, plasma ashing (ashing) is performed for 4.5 seconds under the condition of high frequency power of 500 W to remove the photoresist 11138. Next, as shown in FIG. 4(m), a pattern of a photoresist film 40 is formed using photolithography for opening the sacrificial layer in the same manner as in the above-described process. Thereafter, as shown in FIG.
20=l: 45 wet etching by 10)
A molybdenum film 32 is formed on the silicon oxide film 34.
An opening 41 is formed that reaches . Subsequently, the wafer is washed with running ultrapure water five times for 5 minutes each time, and further dried by a spin dry method.
次に同図(0)に示すようにリン酸(H3po、):硝
酸(HNOs):水(H,0)=5:l:4のエツチン
グ液中においてフォトレジスト膜40をマスクにしてエ
ツチングを行い前述の犠牲層としてのモリブデン膜32
を除去する。Next, as shown in Figure (0), etching is performed using the photoresist film 40 as a mask in an etching solution of phosphoric acid (H3po, ): nitric acid (HNOs): water (H,0) = 5:1:4. The molybdenum film 32 as the sacrificial layer described above is
remove.
最後に同図(p)に示すように圧力5.0”rorr、
高周波電力500Wの条件でプラズマアッシング(灰化
)を4.5秒間行い、フォトレジスト膜40を除去する
。Finally, as shown in the same figure (p), the pressure is 5.0"rorr,
Plasma ashing (ashing) is performed for 4.5 seconds under the condition of high frequency power of 500 W to remove the photoresist film 40.
このようにしてシリコン膜35およびチタン電極膜39
からなる感温部12aと、シリコン酸化膜34からなる
ブリッジ部12bを備えた赤外線センサ素子12を製造
することができる。In this way, the silicon film 35 and the titanium electrode film 39
It is possible to manufacture an infrared sensor element 12 having a temperature sensing portion 12a made of the above-mentioned material and a bridge portion 12b made of the silicon oxide film 34.
1杯旦災亘工I
次に、前記窓材14の製造方法について第4図(a)〜
(q)を参照して具体的に説明する。Next, the method for manufacturing the window material 14 will be explained in FIGS. 4(a) to 4.
This will be explained in detail with reference to (q).
先ず、第4図(a)に示すように半導体基板たとえばフ
ローティングゾーン法により製造され、(110)面を
有するP型のシリコン基板5oを用意し、このシリコン
基板50の両面を清浄化した後、片面にエピタキシャル
成長法によりN型層(抵抗率4〜8Ω・cgs)51を
形成する。なお、このN型層51はシリコン基板50の
表面に拡散法を用いてN型不純物を拡散させることによ
り形成してもよい。First, as shown in FIG. 4(a), a semiconductor substrate, for example, a P-type silicon substrate 5o manufactured by the floating zone method and having a (110) plane, is prepared, and after cleaning both sides of this silicon substrate 50, An N-type layer (resistivity: 4 to 8 Ω·cgs) 51 is formed on one side by epitaxial growth. Note that this N-type layer 51 may be formed by diffusing N-type impurities into the surface of the silicon substrate 50 using a diffusion method.
次に2同図(b)に示すように1100℃の温度でウェ
ット酸化を行い、両面に膜厚8000人のシリコン酸化
膜52を形成する。続いて、同図(c)に示すようにN
型層51例の表面に膜厚1.0μmのフォトレジスト膜
53を塗布形成し、通常の拡散抵抗用ホトリソグラフィ
ーにより拡散抵抗に対応するパターンを形成する。すな
わちマスク合せの後、露光および現像を行い、さらに窒
素(N2)雰囲気中において90秒間、140±2℃の
熱処理(ハードベーキング)を行う。続いて同図(d)
に示すようにパターニングされたフォトレジスト膜53
をマスクにしてフッ化水素酸(HF)によるウェットエ
ツチングを行い、シリコン酸化膜52を選択的に除去す
る。なおエツチングはその他エツチング用ガス(C)(
F、 +O友)によるプラズマエツチングとしてもよい
。続いて同図(e)に示すようにガス圧力5.0OTo
rr、高周波電力500W、時間60秒の条件で上記フ
ォトレジスト膜53をプラズマアッシング(灰化)によ
り除去する。Next, as shown in FIG. 2(b), wet oxidation is performed at a temperature of 1100° C. to form a silicon oxide film 52 with a thickness of 8000 μm on both sides. Next, as shown in the same figure (c), N
A photoresist film 53 having a thickness of 1.0 μm is coated on the surface of the mold layer 51, and a pattern corresponding to the diffused resistor is formed by ordinary photolithography for diffused resistors. That is, after mask alignment, exposure and development are performed, and further heat treatment (hard baking) is performed at 140±2° C. for 90 seconds in a nitrogen (N2) atmosphere. Next, the same figure (d)
A photoresist film 53 patterned as shown in
Wet etching is performed using hydrofluoric acid (HF) using as a mask to selectively remove the silicon oxide film 52. For etching, other etching gas (C) (
Plasma etching using F, +O) may also be used. Then, as shown in the same figure (e), the gas pressure was increased to 5.0OTo.
The photoresist film 53 is removed by plasma ashing (ashing) under the conditions of RR, high frequency power of 500 W, and time of 60 seconds.
次に、同図(f)に示すように温度1100℃で熱酸化
を行い、シリコン基板50の表面の拡散抵抗形成予定領
域および裏面に膜厚800人程度の薄いシリコン酸化膜
54を形成する。続いて種ガスとしてフッ化ボロン(B
F、)を用いて、エネルギ100KeV、ドーズ量2.
0XIO”/Cl11″の条件でシリコン酸化膜54を
介してボロンのイオン注入を行い、さらにドライ窒素(
N、)、ウェット酸素(02)およびドライ窒素(N*
)のガス中において、40分間加熱(温度1100℃)
してドライブ拡散を行うことにより、拡散抵抗としての
P型拡散層55を形成する。Next, as shown in FIG. 5F, thermal oxidation is performed at a temperature of 1100° C. to form a thin silicon oxide film 54 with a thickness of about 800 mm on the front surface of the silicon substrate 50 in the region where the diffused resistor is to be formed and on the back surface. Next, boron fluoride (B
F,) at an energy of 100 KeV and a dose of 2.
Boron ions are implanted through the silicon oxide film 54 under the conditions of 0XIO"/Cl11", and dry nitrogen (
), wet oxygen (02) and dry nitrogen (N*
) in gas for 40 minutes (temperature 1100℃)
By performing drive diffusion, a P-type diffusion layer 55 as a diffusion resistance is formed.
次に、同図(g)に示すように膜厚1.0μmのフォト
レジスト膜56を両面に塗布形成し、前述の工程(第4
図(b))と同様にして赤外線入力部のパターンを形成
する。Next, as shown in FIG. 6(g), a photoresist film 56 with a thickness of 1.0 μm is coated on both sides, and
A pattern for the infrared input section is formed in the same manner as in Figure (b)).
次に、同図(h)に示すように上記フォトレジスト膜5
6のパターンをマスクにして裏面のシリコン酸化膜54
を選択的にエツチング除去する。Next, as shown in FIG. 5(h), the photoresist film 5 is
Silicon oxide film 54 on the back side using pattern 6 as a mask
selectively etched away.
すなわちフッ化水素水溶液(HF :H,O=l :1
0)によるウェットエツチングを75秒間行った後、当
該ウェハを超純水(DI)により5分間ずつ5回流水洗
浄し、続いてスピンドライ法により乾燥させる。次に同
図(i)に示すようにフォトレジスト膜56をマスクと
して選択的にエツチングを行い、キャビティ部13とと
もに赤外線入力部18を形成する。なお、このキャビテ
ィ部13の形成には陽極化成を行った後、エツチングを
行う方法を用いてもよい。That is, hydrogen fluoride aqueous solution (HF:H, O=l:1
After performing wet etching using 0) for 75 seconds, the wafer is washed with running ultrapure water (DI) five times for 5 minutes each, and then dried by a spin dry method. Next, as shown in FIG. 5(i), selective etching is performed using the photoresist film 56 as a mask to form the infrared input section 18 together with the cavity section 13. Note that the cavity portion 13 may be formed by a method in which etching is performed after anodization.
次に同図(j)に示すように当該ウェハを硫酸(H,S
O,):過酸化水素(H20* ) =2 ’lの溶液
中に10分間ずつ2回浸すことによりフォトレジスト膜
56を除去した後、超純水により5分間ずつ5回流水洗
浄し、さらにスピンドライ法により乾燥させる。次に、
コンタクトホール形成のために、同図(k)に示すよ、
うに膜厚1.0urnのフォトレジスト膜57を塗布形
成し、マスク合せの後、露光および現像を行い、さらに
窒素(N、)ガス中において90秒間、140±2℃の
熱処理(ハードベーキング)を行う。その後同図(1)
に示すように上記パターニングされたフォトレジスト膜
57をマスクにしてフッ化水素水溶液(HF:H,O=
1810)によるウェットエツチングを45秒間行い、
シリコン酸化膜52にコンタクトホール58を形成する
。続いて当該ウェハを5分間ずつ5回超純水により流水
洗浄し、さらにスピンドライ法により乾燥させる。続い
て同図(m)に示すように硫酸(H*5O4):過酸化
水素(HiO2)=2=1の溶液中に10分間ずつ2回
浸すことによりフォトレジスト膜57を除去した後、当
該ウェハを5分間ずつ5回超純水により流水洗浄し、さ
らにスピンドライ法により乾燥させる。Next, as shown in (j) of the same figure, the wafer is soaked in sulfuric acid (H,S).
After removing the photoresist film 56 by immersing it twice in a solution of hydrogen peroxide (H20*) = 2'l for 10 minutes each time, it was washed with running ultrapure water five times for 5 minutes each time, and then Dry by spin dry method. next,
In order to form a contact hole, as shown in the same figure (k),
A photoresist film 57 with a film thickness of 1.0 urn is formed by coating, and after mask alignment, exposure and development are performed, and heat treatment (hard baking) is performed at 140±2° C. for 90 seconds in nitrogen (N) gas. conduct. Then the same figure (1)
As shown in the figure, using the patterned photoresist film 57 as a mask, a hydrogen fluoride aqueous solution (HF:H,O
1810) for 45 seconds,
A contact hole 58 is formed in the silicon oxide film 52. Subsequently, the wafer is washed with running ultrapure water five times for 5 minutes each time, and further dried by a spin dry method. Subsequently, as shown in the same figure (m), the photoresist film 57 was removed by immersing it twice in a solution of sulfuric acid (H*5O4):hydrogen peroxide (HiO2) = 2 = 1 for 10 minutes each, and then the photoresist film 57 was removed. The wafer is washed with running ultrapure water five times for 5 minutes each time, and further dried by a spin dry method.
次に、同図(n)に示すように温度230±30℃、5
.OKWの条件で91秒間スパッタリングを行い、膜厚
1.0±O,lumのアルミニウム(八β)膜59を蒸
着形成する。続いて同図(0)に示すように電極パター
ンを形成するために膜厚1.0μmのフォトレジスト膜
60を塗布形成する。続いて同図(p)に示すようにマ
スク合せの後、露光および現像を行い、窒素ガス中にお
いて、140±2℃の熱処理(ハードベーキング)を9
0秒間行い電極パターンを形成する。Next, as shown in the same figure (n), the temperature was 230±30℃, and the
.. Sputtering is performed for 91 seconds under OKW conditions to form an aluminum (8β) film 59 with a thickness of 1.0±O, lum. Subsequently, as shown in FIG. 3(0), a photoresist film 60 having a thickness of 1.0 μm is applied to form an electrode pattern. Subsequently, as shown in the same figure (p), after mask alignment, exposure and development were performed, and heat treatment (hard baking) at 140±2°C in nitrogen gas was performed for 9 days.
This is carried out for 0 seconds to form an electrode pattern.
次に、同図(q)に示すように反応ガスとして3塩化ボ
ロン(BCl2 )=47SCCM、塩素(CA m
) = 393 CCM 、 ヘリウム(He)=15
00secMを流し、圧力135Pa、電力320Wの
条件で、上記バターニングされたフォトレジスト膜60
をマスクにしてドライエツチングを130秒間行うこと
により、アルミニウム電極61を形成する。次に圧力5
.0Torr、高周波電力500Wの条件でプラズマア
ッシング(灰化)を4.5秒間行い、フォトレジスト膜
60を除去する。最後に、シリコン基板50の裏面にフ
ォトレジスト膜を塗布形成し、キャビティ部13の内側
面にはフォトレジスト膜が付着しないようにし、この上
から傾蒸着で金(Au)膜62を形成し、その後アッシ
ングにより上記フォトレジスト膜を除去する。このよう
にして赤外線入力部18およびキャビティ部13を備え
た構造の窓材14を作製することができる。Next, as shown in the same figure (q), boron trichloride (BCl2) = 47SCCM and chlorine (CA m
) = 393 CCM, helium (He) = 15
The patterned photoresist film 60 was coated under the conditions of 135 Pa of pressure and 320 W of power.
The aluminum electrode 61 is formed by dry etching for 130 seconds using as a mask. Then pressure 5
.. Plasma ashing (ashing) is performed for 4.5 seconds under the conditions of 0 Torr and high frequency power of 500 W to remove the photoresist film 60. Finally, a photoresist film is applied and formed on the back surface of the silicon substrate 50, making sure that the photoresist film does not adhere to the inner surface of the cavity part 13, and a gold (Au) film 62 is formed on top of this by tilted evaporation. Thereafter, the photoresist film is removed by ashing. In this way, the window material 14 having a structure including the infrared input section 18 and the cavity section 13 can be manufactured.
昌 センサの 立工
次に、シリコン基板ll側に350℃の温度でプラズマ
CVDによりシリコン酸化膜を形成した後、当該ウェハ
な陰極側に配置し、また窓材14を陽極側にして真空中
(10′″”Torr)において約450℃で加熱する
とともに350vの電圧を加えることにより、窓材14
をシリコン基板ll上に接合する。After constructing the sensor, a silicon oxide film is formed on the silicon substrate 11 side by plasma CVD at a temperature of 350°C, and then the wafer is placed on the cathode side, and the window material 14 is placed on the anode side in a vacuum ( By heating the window material 14 at approximately 450°C and applying a voltage of 350V at
is bonded onto a silicon substrate 11.
次にこのようにして組立てられたセンサを、外部リード
16が配設された支持部材11上にペレットボンディン
グし、続いて内部リード15のワイヤボンディングを行
い、さらに保護膜としてのエポキシ樹脂をボッティング
して乾燥させることにより第1図に示した構造の赤外線
センサを作製することができる。窓材14の接着方法は
陽極直接接合法に限るものではな(、エポキシ等の有機
接着剤や半田等を用いて接着することも可能である。Next, the sensor assembled in this way is pellet-bonded onto the support member 11 on which the external leads 16 are arranged, followed by wire bonding of the internal leads 15, and then bottling with epoxy resin as a protective film. By drying it, an infrared sensor having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured. The method of bonding the window material 14 is not limited to the anodic direct bonding method (it is also possible to bond using an organic adhesive such as epoxy, solder, etc.).
なお、キャビティ部3内の真空度を変えた2つの赤外線
センサを作成し、両者を比較したが、圧力補正を行った
ので、性能の結果には殆ど差がなかった。Note that two infrared sensors with different degrees of vacuum inside the cavity 3 were created and compared, but since pressure correction was performed, there was almost no difference in performance results.
以上に実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更し
ない範囲で種々変更可能である。Although the present invention has been described above with reference to Examples, the present invention is not limited to the above-mentioned Examples, and can be modified in various ways without changing the gist thereof.
たとえば上記実施例においては窓材14の材料としてシ
リコンを用いたが、ゲルマニウム(Ge)、セレン化亜
鉛(ZnSe)、ガリウム砒素(GaAs)等地の半導
体材料、さらには臭ヨウ化タリュウム(KRS−5)、
臭塩化タリュウム(KRS−6)等のプラスチック材料
を用いることも可能である。For example, in the above embodiment, silicon was used as the material for the window material 14, but semiconductor materials such as germanium (Ge), zinc selenide (ZnSe), gallium arsenide (GaAs), and even thallium bromine iodide (KRS- 5),
It is also possible to use plastic materials such as thallium bromochloride (KRS-6).
[発明の効果]
以上説明したように本発明に係る赤外線センサによれば
、半導体プロセスの微細加工により製造された赤外線セ
ンサ素子と窓材とを一体化した構造であり、しかもステ
ムにはフランジ部が不要であるため、小型かつ安価なセ
ンサな実現することができる。[Effects of the Invention] As explained above, the infrared sensor according to the present invention has a structure in which an infrared sensor element manufactured by microfabrication in a semiconductor process and a window material are integrated, and the stem has a flange portion. Since this is not necessary, a small and inexpensive sensor can be realized.
また窓材も半導体プロセスにより製造するようにすれば
より小型となり、特にフローティングゾーン法により製
造されたシリコン基板を用いて形成することにより、赤
外線の透過効率が向上し、さらにキャビティ部内を線圧
状態に保つようにすれば、ノイズの発生がな(、電気的
特性が安定化して正確な計測を行なうことができる。In addition, if the window material is manufactured using a semiconductor process, it will become more compact.In particular, if it is formed using a silicon substrate manufactured by the floating zone method, the transmission efficiency of infrared rays will be improved, and the inside of the cavity will be kept under linear pressure. If it is maintained at a constant temperature, noise will not be generated (and the electrical characteristics will be stabilized, allowing accurate measurements to be made).
またキャビティ部に真空リークが生じて内部圧力が変化
した場合でも、圧力検出手段により真空度のリークをモ
ニタすることができる。したがってこの内部圧力の変化
に応じて赤外線センサ素子の出力信号の値を補正するこ
とにより検出精度を向上させることができる。Further, even if a vacuum leak occurs in the cavity and the internal pressure changes, the leak in the degree of vacuum can be monitored by the pressure detection means. Therefore, detection accuracy can be improved by correcting the value of the output signal of the infrared sensor element in accordance with this change in internal pressure.
また、本発明による赤外線センサの製造方法においては
、窓材と赤外線センサ素子が形成されたシリコン基板と
を真空中において陽極直接接合により接合するようにし
たので、窓材のキャビティ部内を容易に線圧状態とする
ことができるという効果を奏する。In addition, in the method for manufacturing an infrared sensor according to the present invention, the window material and the silicon substrate on which the infrared sensor element is formed are bonded by direct anodic bonding in a vacuum, making it easy to wire the inside of the cavity of the window material. It has the effect of being able to be in a pressure state.
第1図は本発明の一実施例に係る赤外線センサの構造を
示す縦断面図、第2図は本発明の他の実施例に係る赤外
線センサの断面図、第3図(a)〜(p)はそれぞれ第
1図の赤外線センサ素子の製造工程を示す断面図、第4
図(a)〜(q)は第1図の窓材の製造工程を示す断面
図である。
10・・・支持部材、ll−・・シリコン基板12・・
・赤外線センサ素子
12a・・・感温部、12b・・・ブリッジ部3・・・
キャビティ部、14.24・・・窓材15・・・内部リ
ード、16・・・外部リード17・・・P型拡散層、1
8・・・赤外線入力部9・・・支持部、
20・・・エポキシ樹脂層FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing the structure of an infrared sensor according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of an infrared sensor according to another embodiment of the present invention, and FIGS. ) are a sectional view showing the manufacturing process of the infrared sensor element in Fig. 1, and Fig. 4, respectively.
Figures (a) to (q) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the window material of Figure 1. 10...Supporting member, ll-...Silicon substrate 12...
- Infrared sensor element 12a...temperature sensing part, 12b...bridge part 3...
Cavity part, 14. 24... Window material 15... Internal lead, 16... External lead 17... P-type diffusion layer, 1
8... Infrared input part 9... Support part, 20... Epoxy resin layer
Claims (7)
板と、該半導体基板の表面に形成されるとともに赤外線
を検出し、当該赤外線の検出量に応じた電気信号を出力
する赤外線センサ素子と、赤外線入力部および当該赤外
線入力部に対応してキャビティ部を有し前記赤外線入力
部を介して入力した赤外線を前記赤外線センサ素子に導
く窓材と、前記キャビティ部内の圧力を検出する圧力検
出手段とを備え、前記圧力検出手段の検出結果に基づい
て前記赤外線センサ素子の出力の補正を行うよう構成し
たことを特徴とする赤外線センサ。(1) A support member, a semiconductor substrate supported on the support member, and an infrared sensor element formed on the surface of the semiconductor substrate that detects infrared rays and outputs an electrical signal according to the detected amount of the infrared rays. an infrared input section; a window material having a cavity corresponding to the infrared input section and guiding infrared rays input through the infrared input section to the infrared sensor element; and a pressure detector for detecting the pressure inside the cavity section. An infrared sensor comprising means for correcting the output of the infrared sensor element based on the detection result of the pressure detecting means.
項1記載の赤外線センサ。(2) The infrared sensor according to claim 1, wherein the window material is formed of a semiconductor material.
製造されたシリコンである請求項2記載の赤外線センサ
。(3) The infrared sensor according to claim 2, wherein the semiconductor material is silicon manufactured by a floating zone method.
応じて変形可能に形成されてなる請求項2または3記載
の赤外線センサ。(4) The infrared sensor according to claim 2 or 3, wherein the infrared input section of the window material is formed to be deformable according to the pressure of the cavity section.
た拡散抵抗層である請求項4記載の赤外線センサ。(5) The infrared sensor according to claim 4, wherein the pressure detection means is a diffusion resistance layer formed in the infrared input section.
求項5記載の赤外線センサ。(6) The infrared sensor according to claim 5, wherein the cavity section is set to a negative pressure state.
、第1のシリコン基板をエッチング加工して赤外線入力
部およびキャビティ部を有する窓材を作製するとともに
、前記赤外線入力部に選択的に不純物の拡散を行い拡散
抵抗層を形成する工程と、第2のシリコン基板の表面に
赤外線センサ素子を形成するとともに少なくとも前記窓
材の接合予定領域にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第2のシリコン基板を陰極側、窓材を陽極側にして
対向させ、真空中において陽極直接接合を行い、前記窓
材を第2のシリコン基板の表面に固定するとともに前記
キャビティ部を陰圧状態にする工程とを含むことを特徴
とする赤外線センサの製造方法。(7) The method for manufacturing an infrared sensor according to claim 6, wherein the first silicon substrate is etched to produce a window material having an infrared input portion and a cavity portion, and the window material having an infrared input portion and a cavity portion is selectively provided. a step of diffusing impurities to form a diffused resistance layer; a step of forming an infrared sensor element on the surface of the second silicon substrate and forming a silicon oxide film at least in the region where the window material is to be bonded;
The second silicon substrate is placed on the cathode side and the window material is placed on the anode side to face each other, and direct anode bonding is performed in a vacuum.The window material is fixed to the surface of the second silicon substrate and the cavity is placed under negative pressure. A method for manufacturing an infrared sensor, comprising the step of:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1286380A JPH03210437A (en) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | Infrared sensor and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1286380A JPH03210437A (en) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | Infrared sensor and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03210437A true JPH03210437A (en) | 1991-09-13 |
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ID=17703645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1286380A Pending JPH03210437A (en) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | Infrared sensor and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03210437A (en) |
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1989
- 1989-11-02 JP JP1286380A patent/JPH03210437A/en active Pending
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