JPH03210437A - 赤外線センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）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赤外線センサ。
2. （２）前記窓材は半導体材料により形成されてなる請求
   項１記載の赤外線センサ。
3. （３）前記半導体材料は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請求項２記載の赤外線センサ
   。
4. （４）前記窓材の赤外線入力部はキャビティ部の圧力に
   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。
5. （５）前記圧力検出手段は前記赤外線入力部に形成され
   た拡散抵抗層である請求項４記載の赤外線センサ。
6. （６）前記キャビティ部は陰圧状態に設定されてなる請
   求項５記載の赤外線センサ。
7. （７）請求項６記載の赤外線センサの製造方法であつて
   、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。