JPH10281862A

JPH10281862A - 振動式赤外線センサとその製造方法

Info

Publication number: JPH10281862A
Application number: JP9089359A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Miyazaki; 俊一宮崎; Takashi Yoshida; 隆司吉田; Kyoichi Ikeda; 恭一池田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】高感度、高精度で、安価な振動式赤外線セン
サとその製造方法を提供するにある。【解決手段】両端が基板に固定された振動ゲートの共
振周波数を測定する事により該振動ゲートに加えられた
赤外線に基づく歪を測定する振動式赤外線センサにおい
て、第１の伝導形式を有する半導体の基板と基板の表面
に形成され伝導形式とは逆の第２の伝導形式を有するド
レインとソースにより挟まれたチャネルと基板の表面上
に形成されたゲート酸化膜とゲート酸化膜の上を覆い弗
化水素酸に対して耐性の強い絶縁膜とポリシリコンより
なり変位可能なように絶縁膜の表面から間隙を保持して
両端が基板に固定されドレインとソースとチャネルとを
覆って配置され自励発振によりドレインとの間に生じる
静電力により変位する板状の導電性の振動ゲートと振動
ゲートを覆い内部が真空に保持されたシエルとシエルの
外表面に設けられた赤外線の集光レンズとを具備する検
出ユニットを具備したことを特徴とする振動式赤外線セ
ンサである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高感度、高精度
で、安価な振動式赤外線センサとその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の赤外線の熱型センサは、ボロメー
タタイプと、焦電タイプの２種に分類される。焦電タイ
プは，信号が熱の微分で利いてくるため、連続信号を得
るためには，チョッパが必要であり、システムとして複
雑になる。

【０００３】また、ボロメータでは，感度をあげるため
には冷却が必要となり，やはりシステムとして複雑にな
る。また、両センサともセンサチップ作製後，アセンブ
リ工程で熱絶縁をするためにｓｅａｌｃａｐなどの技術
が必要である。

【０００４】図７は従来より一般に使用されている振動
式トランスデューサの従来例の原理的構成説明図で、振
動式トランスデューサを圧力センサとして用いた例で、
例えば、特開平７−３０１２８号公報に示されている。

【０００５】シリコン基板１は、例えば、伝導形式がｎ
形に形成され、ここには電極２が固定され、電極２は共
通電位点ＣＯＭに接続されている。このシリコン基板１
の上面には、ｐ形の不純物が拡散されてソースＳが形成
され、ここにソースＳの電位を取り出すための電極３が
形成されている。また、このシリコン基板１の下面に
は、測定すべき圧力Ｐ_Mが印加される。

【０００６】また、このソースＳに対して所定間隔Ｗだ
け離れて、同じくシリコン基板１の上面にｐ形の不純物
が拡散されてドレインＤが形成され、ここにドレインＤ
の電位を取り出すための電極４が形成されている。

【０００７】シリコン基板１の所定間隔Ｗの部分の上方
には、ｘ₁だけ離れて凸部５、６が形成され、不純物が
拡散されて導電性が付与された板状の振動子として機能
する振動ゲート７（便宜的にＧなる符号を用いることも
ある）の両端が、これ等の凸部５、６に固定されてい
る。

【０００８】つまり、振動ゲート７とシリコン基板１と
は両端を除いてｘ₁だけ離れて配置され、この振動ゲー
ト７に対応するシリコン基板１には図示されていないが
ドレインＤとソースＳとの間にチャネルＣＮＮ１が形成
される。

【０００９】電極４と共通電位点ＣＯＭとの間には、抵
抗Ｒ１と直流電源Ｅ１とが直列に接続され、共通電位点
ＣＯＭに対して、ドレインＤの電位は負電位に保持され
ている。また、振動ゲート７には直流電源Ｅ２が共通電
位点ＣＯＭに対して負電位になるように接続されてい
る。

【００１０】図８は図７の動作を説明する説明図であ
る。振動ゲート７の長手方向から見たシリコン基板１の
断面を含む構成となっている。ゲートとして機能する振
動ゲート７には、直流電源Ｅ２から負の電位が印加され
ているので、図８に示すように電子は振動子７の下の表
面からシリコン基板１の内部（図８では下の方）へ押し
やられ、逆に正孔は表面に引き寄せられるようになる。

【００１１】引き寄せられた正孔（Ｐ形）によって表面
に細いＰ形の伝導層であるチャネルＣＮＮ１が形成され
ソースＳ（Ｐ形）とドレインＤ（Ｐ形）との間をＰ形で
結ぶことになり、このためソースＳとドレインＤとの間
に電流ｉ_d1が流れる。

【００１２】この電流ｉ_d1によって発生するドレインＤ
の電圧は、ドレイン抵抗Ｒ_Dと、ドレインとシリコン基
板１との間に形成される静電容量Ｃ_Dにより、位相シフ
トを受け、この位相シフトを受けた電位変化により振動
ゲート７とドレインＤとの間の静電吸引力を変化させ間
隔ｘ₁を変化させる。

【００１３】この間隔ｘ₁の変化によりチャネルＣＮＮ
１の厚さを変化させ、これにより電流ｉ_d1を変化させ、
これがドレインの電位変化を引き起こす。これを繰り返
して発振するが、この発振はドレイン抵抗Ｒ_Dとドレイ
ンＤとシリコン基板１の間の静電容量Ｃ_Dと発振の発振
角速度ωとの積（ωＲ_DＣ_D）が１に比べて極めて大きく
なる様に選定することにより継続される。

【００１４】以上のように自励発振が維持されている状
態で、図示のようにシリコン基板１に圧力Ｐ_Mが印加さ
れると、振動ゲート７を固定する凸部５、６を介してこ
の圧力Ｐ_Mによる歪が振動ゲート７に加わり、これに対
応して固有振動数が変化する。したがって、この固有振
動数の変化を取り出すことにより、圧力Ｐ_Mの値を検知
することができる。

【００１５】図９は、図７の具体的実施例の構成を示す
斜視図、図１０はその中央部近傍の断面図である。ただ
し、振動ゲートを覆うシエル部分とダイアフラム部分に
ついては省略してある。図１１は振動ゲートの中央部分
における全体側断面図である。

【００１６】図９、図１０、図１１において、シリコン
基板１１は、例えば伝導形式がｎ形に形成され、このシ
リコン基板１１の上面には、ｐ形の不純物が拡散されて
ソースＳが形成され、ここにソースＳの電位を取り出す
ためのアルミニウム製の電極１２が、点線で示す配線部
Ｗ_Sを介して形成されている。また、このシリコン基板
１１の下面には図示していないがダイアフラムが凹部状
に形成されここに測定すべき圧力Ｐ_Mが印加される。

【００１７】また、このソースＳに対して所定間隔だけ
離れて、同じくシリコン基板１１の上面にｐ形の不純物
が拡散されてドレインＤが形成され、ここにドレインＤ
の電位を取り出すためのアルミニウム製の電極１３が点
線で示す配線部Ｗ_Dを介して形成されている。

【００１８】シリコン基板１１の上方には、間隙ｘ₂だ
け離れて固定端１４、１５が形成され、不純物が拡散さ
れて導電性が付与されたポリシリコンの板状の振動ゲー
ト１６の両端が、これ等の固定端１４、１５に一体に固
定されている。振動ゲート１６の梁の長さはＬである。
そして、この振動ゲート１６はアルミニウム製の電極１
７と点線で示す配線部分Ｗ_Gを介して接続されている。

【００１９】つまり、振動ゲート１６とシリコン基板１
１とは両端を除いて間隙ｘ₂だけ離れて配置され、この
振動ゲート１６に対応するシリコン基板１１のドレイン
ＤとソースＳとの間にチャネルＣＮＮ２が形成される。

【００２０】シリコン基板１１の上面に形成されたこれ
らのドレインＤ、チャネルＣＮＮ２およびソースＳの上
には弗化水素酸（ＨＦ）に対する耐食性の高い保護膜１
８、例えばＳ_i3Ｎ₄、Ｓ_iＣ_xＮ_y、Ｓ_iＣ、ＡL₂Ｏ₃など
と、酸化膜１９とからなる２層構造膜２１が形成されて
いる。保護膜１８は酸化膜１９と同様な絶縁体である。

【００２１】そして、この２層構造膜２１と振動ゲート
１６との間は、振動ゲート１６が固定端１４、１５を節
として上下に振動できるように間隙が設けられている。
このようにして振動ゲージ２２が構成されている。２３
はシエル、２４はダイアフラムである。

【００２２】今までの説明では、図９に示すような振動
ゲージと電子回路とを結合して振動式赤外線センサを構
成する点について説明した。次に、このような振動式ト
ランスデューサの構成要素としての振動ゲージ２２を製
造する製造方法について、図１２と図１３に示す製造工
程図を用いて説明する。

【００２３】なお、図１３に示す製造工程は、図１２に
示す製造工程に連続して続くものであるが、説明の便宜
上２つに分割してある。図９に示す構成では、振動ゲー
ト１６の部分とこれを両端で固定する固定端１４、１５
の部分とでは製造工程の過程で生じる断面構造が異なる
ので、同一工程ではあるが左右に分離してこれらを各別
に図示する。

【００２４】左側の図は振動ゲート１６の中央部の断面
構造で、右側の図が固定端１４の部分の断面構造であ
る。なお、固定端１５の部分は固定端１４の部分と同一
の構造であるので省略する。

【００２５】ステップ１は、ゲート酸化膜形成工程を示
す。ｎ形のシリコン単結晶の基板３０の上にゲート酸化
膜３１を、例えば５００オングストローム程度の厚さに
形成する。この工程では、振動ゲートの中央部と固定端
部での断面構造は同一に形成される。この後、ステップ
２に移行する。以後、各ステップをステップ番号に従っ
て進行する。

【００２６】ステップ２は、イオン注入工程を示す。こ
こでは、ｐ形不純物としてボロンを所定領域にイオン注
入する。これにより、振動ゲートの中央部ではチャネル
ＣＣＮを形成する予定の所定間隔Ｗ_Nをおいてｐ形のソ
ース部３２（図９のＷ_Sに対応）とドレイン部３３（図
９のＷ_Dに対応）とを形成し、固定端部ではｐ形のゲー
トリード部３４（図９のＷ_Gに対応）を形成する。

【００２７】ステップ３は、チャネル形成工程を示す。
ここでは、振動ゲートの中央部においてチャネルＣＣＮ
を形成する予定の所定間隔Ｗ_Nのチャネル部３４（ＣＣ
Ｎ２）にボロンを浅い深さでイオン注入する。これによ
って、ソース・ドレイン間の抵抗を所定値に制御するこ
とができる。この場合、固定端部では変化がない。

【００２８】ステップ４は、窒化膜形成工程を示す。こ
の工程では、後工程で使用する弗化水素酸（ＨＦ）に対
する、ゲート酸化膜３１の保護のために、弗化水素酸に
対して耐性が強い絶縁膜３５として、例えばＳ_iＣ_xＮ_y
膜を、ほぼ１０００オングストローム程度の厚さで、ゲ
ート酸化膜３１の上に成膜する。

【００２９】ステップ５は、第１犠牲層酸化膜形成工程
を示す。この工程は、先ず、最終的に振動ゲート１６の
周囲に空隙を形成するための下側の犠牲層としてＣＶＤ
（Chemical Vapour Deposition）法により５０００オン
グストローム程度の厚さに絶縁膜３５の上に酸化膜３６
を形成する。

【００３０】次に、固定端部に対しては、フオトリソグ
ラフイ技術により固定端１４が形成される予定の部分の
ゲート酸化膜３１、絶縁膜３５、及び酸化膜３６の部分
を開口部３７として開口する。

【００３１】ステップ６は、ポリシリコン成膜工程を示
す。この工程は最終的に振動ゲート１６と固定端１４と
を形成するための前工程である。先ず、酸化膜３６と開
口部３７の上にポリシリコン３８を例えば１μｍ程度の
厚さで成膜する。この後、導電性を付与するためにボロ
ンをドープする。

【００３２】次に、フオトリソグラフイ技術により振動
ゲート１６に対応する部分と開口部３７に対応する部分
にマスクをしてから、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）
によりポリシリコン３８を所定の形状にエッチングして
最終的に振動ゲートとなる板状の梁３９と、開口部３７
にＹ形の支柱４０を形成する。

【００３３】ステップ７は、第２犠牲層酸化膜形成工程
を示す。この工程は、最終的に振動ゲート１６の周囲に
空隙を形成するための、下側を除く部分の犠牲層として
ＣＶＤ法により５０００オングストローム程度の厚さに
酸化膜３６、梁３９、及び支柱４０の上に酸化膜４１を
形成する。

【００３４】ステップ８は、酸化膜エッチング工程を示
す。まず、フオトリソグラフイ技術により振動ゲートの
中央部では梁３９の近傍を、固定端部では支柱４０の近
傍と支柱４０のＹ字中央部４２を除く部分をマスクして
から、これらの周囲の酸化膜３６と４１を弗化水素酸で
エッチングして間隙対応部４３、４４を形成する。

【００３５】ステップ９は、ギャップ対応成膜工程を示
す。この工程は、後工程で用いられるエッチング液を導
入するための犠牲層としての酸化膜４５を、ほぼ５００
オングストローム程度の厚さで絶縁膜３５と間隙対応部
４３、４４の上を含んで全面にＣＶＤ法により形成す
る。この後、フオトリソグラフイ技術を用いてＹ字中央
部４２の上の酸化膜４５をエッチングして除去する。

【００３６】ステップ１０は、シエル対応部形成工程を
示す。ステップ９で形成された酸化膜４５などの上に１
μｍ程度の厚さになるようにポリシリコン４６を成膜す
る。この後、ＲＴＡ（Rapid Thermal Aneal）によりシ
エル及び振動ゲートのポリシリコンに残存するストレス
を短時間熱処理して除去し、これらが変形するのを防止
する。

【００３７】この後、フオトリソグラフイ技術を用いて
マスクし、ＲＩＥによりポリシリコン４６をエッチング
して振動ゲートを覆う大きさの範囲にシエル対応部４７
を形成する。

【００３８】ステップ１１は、エッチングギャップ形成
工程を示す。この工程は、振動ゲートとシエルとを形成
するために、弗化水素酸を用いて酸化膜４５をエッチン
グしながらこれを除去して導入孔４８を形成し、ついで
この導入孔４８を介して間隙対応部４３、４４をも除去
する。このようにして、振動ゲート１６、固定端１４、
及びシエル４９を形成する。

【００３９】ステップ１２は、真空封止工程を示す。こ
の工程は、真空中でシエル４９、導入孔４８、絶縁膜３
５の上をポリシリコン５０でほぼ５０００オングストロ
ーム程度の厚さで成膜して、シエル４９の内部を真空に
保持する。

【００４０】ステップ１３は、コンタクトホール形成工
程を示す。ソース部３２とドレイン部３３の上部にある
ゲート酸化膜３１、絶縁膜３５、及びポリシリコン５０
の一部をフオトリソグラフイ技術とＲＩＥとを用いて開
口してコンタクトホール５１、５２を形成する。同様に
して、ゲート部にもコンタクトホール５４を形成するこ
とができる。

【００４１】ステップ１４は、ダイアフラム形成工程を
示す。水酸化カリウム（ＫＯＨ）液を用いて、中央部が
薄肉で周囲が厚肉となる薄肉部になるようにシリコン単
結晶の基板３０の底部をエッチングしてダイアフラム５
３を形成する。

【００４２】ステップ１５は、ボンデング工程を示す。
コンタクトホール５１、５２にアルミニウム製の電極１
３、１２を形成する。以上が、振動式トランスデューサ
の振動ゲージをシェルで覆いダイアフラムを形成する製
造方法である。

【００４３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な、微細加工技術（マイクロマシーニング）を用いて、
半導体基板上に形成された構造型トランスデューサにお
いては、以下のような問題がある。

【００４４】（１）振動式赤外線センサとしてそのまま
使用すると感度が十分でない。（２）振動ゲート１６などの構造物を作製する工程で、
犠牲層にシリコン酸化膜３６，４１を用いるため、これ
を除去する工程で、弗化水素酸で長時間エッチングする
必要がある。このとき、シリコン基板１１側に設けら
れ、絶縁膜として必要なゲート酸化膜１９など、エッチ
ングされて欲しくない膜は、ゲート酸化膜１９と同様な
絶縁物であるシリコン窒化膜１８等の、耐弗化水素酸性
の高い保護膜１８で保護しておく必要があるが、十分な
耐蝕性は得られていなかった。

【００４５】本発明は、この問題点を、解決するもので
ある。本発明の目的は、高感度、高精度で、安価な振動
式赤外線センサとその製造方法を提供するにある。

【００４６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、（１）両端が基板に固定された振動ゲートの共振周波数
を測定する事により該振動ゲートに加えられた赤外線に
基づく歪を測定する振動式赤外線センサにおいて、第１
の伝導形式を有する半導体の基板と該基板の表面に形成
され前記伝導形式とは逆の第２の伝導形式を有するドレ
インとソースにより挟まれたチャネルと前記基板の表面
上に形成されたゲート酸化膜と該ゲート酸化膜の上を覆
い弗化水素酸に対して耐性の強い絶縁膜とポリシリコン
よりなり変位可能なように該絶縁膜の表面から間隙を保
持して両端が前記基板に固定され前記ドレインとソース
とチャネルとを覆って配置され自励発振により該ドレイ
ンとの間に生じる静電力により変位する板状の導電性の
振動ゲートと該振動ゲートを覆い内部が真空に保持され
たシエルと該シエルの外表面に設けられた赤外線の集光
レンズとを具備する検出ユニットを具備したことを特徴
とする振動式赤外線センサ。（２）両端が基板に固定された振動ゲートの共振周波数
を測定する事により該振動ゲートに加えられた赤外線に
基づく歪を測定する振動式赤外線センサにおいて、第１
の伝導形式を有する半導体の第１の基板と該第１の基板
の表面に形成され前記伝導形式とは逆の第２の伝導形式
を有するドレインとソースにより挟まれたチャネルと前
記第１の基板の表面上に形成されたゲート酸化膜と該ゲ
ート酸化膜の上を覆い弗化水素酸に対して耐性の強い絶
縁膜とポリシリコンよりなり変位可能なように該絶縁膜
の表面から間隙を保持して両端が前記基板に固定され前
記ドレインとソースとチャネルとを覆って配置され自励
発振により該ドレインとの間に生じる静電力により変位
する板状の導電性の振動ゲートと該振動ゲートを覆い内
部が真空に保持されたシエルと該シエルの外表面に設け
られた赤外線の集光レンズとを具備する検出ユニット
と、第１の伝導形式を有する半導体の第２の基板と該第
２の基板の表面に形成され前記伝導形式とは逆の第２の
伝導形式を有するドレインとソースにより挟まれたチャ
ネルと前記第２の基板の表面上に形成されたゲート酸化
膜と該ゲート酸化膜の上を覆い弗化水素酸に対して耐性
の強い絶縁膜とポリシリコンよりなり変位可能なように
該絶縁膜の表面から間隙を保持して両端が前記基板に固
定され前記ドレインとソースとチャネルとを覆って配置
され自励発振により該ドレインとの間に生じる静電力に
より変位する板状の導電性の振動ゲートと該振動ゲート
を覆い内部が真空に保持されたシエルと該シエルの外表
面に設けられた赤外線反射膜とを具備するリファレンス
ユニットとを具備したことを特徴とする振動式赤外線セ
ンサ。（３）両端が基板に固定された振動ゲートの共振周波数
を測定する事により該振動ゲートに加えられた赤外線に
基づく歪を測定する振動式赤外線センサにおいて、第１
の伝導形式を有する半導体の基板と該基板の表面に形成
され前記伝導形式とは逆の第２の伝導形式を有する第１
のドレインと第１のソースにより挟まれた第１のチャネ
ルと前記基板の表面上に形成されたゲート酸化膜と該ゲ
ート酸化膜の上を覆い弗化水素酸に対して耐性の強い絶
縁膜とポリシリコンよりなり変位可能なように該絶縁膜
の表面から間隙を保持して両端が前記基板に固定され前
記第１のドレインと第１のソースと第１のチャネルとを
覆って配置され自励発振により該第１のドレインとの間
に生じる静電力により変位する板状の導電性の第１の振
動ゲートと該第１の振動ゲートを覆い内部が真空に保持
された第１のシエルと該第１のシエルの外表面に設けら
れた赤外線の集光レンズとを具備する検出ユニットと、
前記第１の伝導形式を有する半導体の基板の表面に形成
され前記伝導形式とは逆の第２の伝導形式を有する第２
のドレインと第２のソースにより挟まれた第２のチャネ
ルと前記基板の表面上に形成されたゲート酸化膜と該ゲ
ート酸化膜の上を覆い弗化水素酸に対して耐性の強い絶
縁膜とポリシリコンよりなり変位可能なように該絶縁膜
の表面から間隙を保持して両端が前記基板に固定され前
記第２のドレインと第２のソースと第２のチャネルとを
覆って配置され自励発振により該第２のドレインとの間
に生じる静電力により変位する板状の導電性の第２の振
動ゲートと該第２の振動ゲートを覆い内部が真空に保持
された第２のシエルと該第２のシエルの外表面に設けら
れた赤外線反射膜とを具備するリファレンスユニット
と、を具備したことを特徴とする振動式赤外線センサ。（４）両端が基板に固定された振動ゲートの共振周波数
を測定する事により該振動ゲートの両端に加えられた歪
を測定する振動式赤外線センサの製造方法において、以
下の工程を有することを特徴とする振動式赤外線センサ
の製造方法。（ａ）第１の伝導形式を有する半導体の基板上に、ゲー
ト酸化膜を形成するゲート酸化膜形成工程。（ｂ）第２の伝導形式となる不純物をソース、ドレイン
やゲートのリード部分に対応する所定領域にイオン注入
するイオン注入工程。（ｃ）前記ゲート酸化膜上にポリシリコン保護膜を成膜
するポリシリコン保護膜形成工程。（ｄ）該ポリシリコン保護膜上に第１犠牲層酸化膜を形
成する第１犠牲層酸化膜形成工程。（ｅ）該第１犠牲層酸化膜上にポリシリコン膜を成膜す
る。この後、導電性付与のため第２の伝導形式となる不
純物をドープする。該ポリシリコン膜をエッチングして
振動ゲートに対応する梁を形成する梁形成工程。（ｆ）前記第１犠牲層酸化膜と前記梁の上に第２犠牲層
酸化膜を形成する第２犠牲層酸化膜形成工程。（ｇ）前記第１，第２犠牲層酸化膜をエッチングして間
隙対応部を形成する間隙対応部形成工程。（ｈ）犠牲層としてのギャップ対応酸化膜を前記ポリシ
リコン保護膜と間隙対応部の上を含んで全面に形成する
ギャップ対応膜形成工程。（ｉ）該ギャップ対応酸化膜上にポリシリコン膜を成膜
する。該ポリシリコン膜をエッチングしてシェル対応部
を形成するシェル対応部形成工程。（ｊ）前記ギャップ対応酸化膜をエッチングして導入孔
を形成し、この導入孔を介して前記間隙対応部をも除去
するエッチングギャップ形成工程。（ｋ）真空中で前記シェル対応部、前記導入孔、前記ポ
リシリコン保護膜上を、ポリシリコン膜で成膜して、シ
ェルの内部を真空に保持する真空封止工程。（ｌ）前記第１の伝導形式を有する半導体の基板の底部
をエッチングして熱伝達防止部を形成する熱伝達防止部
形成工程。（ｍ）前記シェル対応部の外表面に赤外線の集光レンズ
を形成する赤外線集光レンズ形成工程。（５）両端が基板に固定された振動ゲートの共振周波数
を測定する事により該振動ゲートの両端に加えられた歪
を測定する振動式赤外線センサの製造方法において、以
下の工程を有することを特徴とする振動式赤外線センサ
の製造方法。（ａ）第１の伝導形式を有する半導体の基板上に、ゲー
ト酸化膜を形成するゲート酸化膜形成工程。（ｂ）第２の伝導形式となる不純物を第１，第２のソー
ス、第１，第２のドレインやゲートのリード部分に対応
する所定領域にイオン注入するイオン注入工程。（ｃ）前記ゲート酸化膜上にポリシリコン保護膜を成膜
するポリシリコン保護膜形成工程。（ｄ）該ポリシリコン保護膜上に第１犠牲層酸化膜を形
成する第１犠牲層酸化膜形成工程。（ｅ）該第１犠牲層酸化膜上にポリシリコン膜を成膜す
る。この後、導電性付与のため第２の伝導形式となる不
純物をドープする。該ポリシリコン膜をエッチングして
第１，第２の振動ゲートに対応する２個の梁を形成する
梁形成工程。（ｆ）前記第１犠牲層酸化膜と前記梁の上に第２犠牲層
酸化膜を形成する第２犠牲層酸化膜形成工程。（ｇ）前記第１，第２犠牲層酸化膜をエッチングして２
個の間隙対応部を形成する間隙対応部形成工程。（ｈ）犠牲層としてのギャップ対応酸化膜を前記ポリシ
リコン保護膜と間隙対応部の上を含んで全面に形成する
ギャップ対応膜形成工程。（ｉ）該ギャップ対応酸化膜上にポリシリコン膜を成膜
する。該ポリシリコン膜をエッチングして２個のシェル
対応部を形成するシェル対応部形成工程。（ｊ）前記ギャップ対応酸化膜をエッチングして導入孔
を形成し、この導入孔を介して前記間隙対応部をも除去
するエッチングギャップ形成工程。（ｋ）真空中で前記シェル対応部、前記導入孔、前記ポ
リシリコン保護膜上を、ポリシリコン膜で成膜して、シ
ェルの内部を真空に保持する真空封止工程。（ｌ）前記第１の伝導形式を有する半導体の基板の底部
をエッチングして熱伝達防止部を形成する熱伝達防止部
形成工程。（ｍ）前記２個のシェル対応部の外表面にそれぞれ赤外
線の反射膜を形成する赤外線反射膜形成工程。（ｎ）該反射膜の一方をエッチング除去して赤外線の集
光レンズを形成する赤外線集光レンズ形成工程。を構成したものである。

【００４７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の要部構
成説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図におい
て、図１１と同一記号の構成は同一機能を表わす。以
下、図１１と相違部分のみ説明する。

【００４８】１１は、第１の伝導形式を有する半導体の
基板である。この場合は、ｎ型の半導体の基板が使用さ
れている。６１は、基板１１の表面に形成され、基板１
１の伝導形式とは逆の伝導形式を有する第１のドレイン
６２と第１のソース６３により挟まれた第１のチャネル
である。この場合は、ｐ型の半導体が使用されている。

【００４９】６４は基板１１の表面上に形成されたゲー
ト酸化膜である。６５は、ゲート酸化膜６４の上を覆
い、弗化水素酸に対して耐性の強い絶縁膜である。この
場合は、ポリシリコンが使用されている。

【００５０】６６は、ポリシリコンよりなり、変位可能
なように、絶縁膜６５の表面から間隙を保持して両端が
基板１１に固定され、第１のドレイン６２と第１のソー
ス６３と第１のチャネル６１とを覆って配置され、自励
発振により、第１のドレイン６２との間に生じる静電力
により変位する板状の導電性の第１の振動ゲートであ
る。

【００５１】６７は、第１の振動ゲート６６を覆い、内
部が真空に保持された第１のシエルである。６８は、第
１のシエル６７の外表面に設けられた赤外線の集光レン
ズである。以上の構成により、検出ユニット６０が構成
される。

【００５２】７１は、半導体の基板１１の表面に形成さ
れ、基板１１の伝導形式とは逆の伝導形式を有する第２
のドレイン７２と第２のソース７３により挟まれた第２
のチャネルである。７４は、基板１１の表面上に形成さ
れたゲート酸化膜である。

【００５３】７５は、ゲート酸化膜７４の上を覆い、弗
化水素酸に対して耐性の強い絶縁膜である。この場合
は、ポリシリコンが使用されている。７６は、ポリシリ
コンよりなり、変位可能なように、絶縁膜７５の表面か
ら間隙を保持して両端が基板１１に固定され、第２のド
レイン７２と第２のソース７３と第２のチャネル７１と
を覆って配置され、自励発振により、第２のドレイン７
２との間に生じる静電力により変位する板状の導電性の
第２の振動ゲートである。

【００５４】７７は、第２の振動ゲート７６を覆い、内
部が真空に保持された第２のシエルである。７８は、第
２のシエル７７の外表面に設けられた赤外線の反射膜で
ある。以上の構成により、リファレンスユニット７０が
構成される。

【００５５】すなわち、センサ全体の構成としては、シ
ェル６７，７７付きの全く同形状の振動子６６，７６が
２つ存在し、一つの振動子７６には、赤外線の入射に対
し赤外線反射膜７８が付加され、もう一つの振動子６６
には赤外線の入射に対し、赤外線の集光レンズ６８が付
加されている。

【００５６】以上の構成において、ゲートとして機能す
る振動ゲート６６．７６には、直流電源Ｅ２から負の電
位が印加されているので、電子は振動ゲート６６．７６
の下の表面からシリコン基板１１の内部へ押しやられ、
逆に正孔は表面に引き寄せられるようになる。

【００５７】引き寄せられた正孔（Ｐ形）によって表面
に細いＰ形の伝導層であるチャネル６１，７１が形成さ
れソース６３，７３（Ｐ形）とドレイン６２，７２（Ｐ
形）との間をＰ形で結ぶことになり、このためソース６
３，７３とドレイン６２，７２との間に電流ｉ_d2が流れ
る。

【００５８】この電流ｉ_d2によって発生するドレイン６
２，７２の電圧は、ドレイン抵抗Ｒ _Dと、ドレインとシ
リコン基板１１との間に形成される静電容量Ｃ_Dによ
り、位相シフトを受け、この位相シフトを受けた電位変
化により振動ゲート６６．７６とドレイン６２，７２と
の間の静電吸引力を変化させ間隔ｘ₂を変化させる。

【００５９】この間隔ｘ₂の変化によりチャネル６１，
７１の厚さを変化させ、これにより電流ｉ_d2を変化さ
せ、これがドレインの電位変化を引き起こす。これを繰
り返して発振するが、この発振はドレイン抵抗Ｒ_Dとド
レイン６２，７２とシリコン基板１１の間の静電容量Ｃ
_Dと発振の発振角速度ωとの積（ωＲ_DＣ_D）が、１に比
べて極めて大きくなる様に選定することにより継続され
る。

【００６０】以上のように自励発振が維持されている状
態で、赤外線の集光レンズ６８を通して入ってきた赤外
線は、第１のシェル６７を通過し、自励振しているＢ
（ボロン）ドープされた第１の振動ゲート６６に吸収さ
れる。

【００６１】Ｂ（ボロン）ドープされた第１の振動ゲー
ト６６の赤外線吸収係数は２００〜３００と大きく、か
つ、その大きさが１ｕｍ〜１０ｕｍ帯の赤外領域におい
て波長依存性が見られない。

【００６２】第１の振動ゲート６６に赤外線が吸収され
たことで、第１の振動ゲート６６は熱膨張し、第１の振
動ゲート６６と基板１１との間で歪みが生じることで、
梁の共振周波数が変化する。したがって、この固有振動
数の変化を取り出すことにより、赤外線Ｍの値を検知す
ることができる。

【００６３】しかして、第１の振動ゲート６６と第２の
振動ゲート７６と共振周波数の差動演算処理を行うこと
により、測定環境の温度揺らぎを受けず，正確な赤外線
入射量を測定することができる。

【００６４】なお、第１の振動ゲート６６と第２の振動
ゲート７６とは真空に保持されている。真空度は、共振
周波数の揺動の大きさと，断熱効果に影響し、真空度が
高いほどＱが高くなり揺動も減り，断熱効果も高まるの
で，重要なパラメータである。そして、第１のシェル６
７を透過した赤外線は，高真空度に保たれた空間を通過
して効率よく第１の振動ゲート６６に吸収される。

【００６５】この結果、（１）振動子式赤外線センサの感度は、ゲージファクタ
ーに比例するため，振動子の長さ，厚さなどの形状を制
御し、また真空度を上げＱを高めることにより周波数揺
動を下げることで、同じ熱型センサに属する市販のボロ
メータを上回る感度を得ることができる高感度、高精度
な振動式赤外線センサが得られる。

【００６６】（２）半導体プロセスを利用することで，
検出用振動子６６と等しい大きさのreference振動子７
６を１チップ内に容易に作り込むことができる。２つの
振動子６６、７６の共振周波数を差動にとることで，測
定環境の温度揺らぎに影響されない、高精度な赤外線検
出を行うことができる。

【００６７】（３）従来例の如く、チョッパがいらない
等，センサとしてのシステムも簡単になる。従って、製
造コストを低減し得る振動式赤外線センサが得られる。

【００６８】（４）ｓｅａｌｃａｐ６７，７７をもとも
とセンサチップ内に持っているので、従来例の如く、セ
ンサ作製後ｓｅａｌｃａｐする必要がない。従って、ア
センブリングにおける工程が簡略化されコストが下が
る。従って、更に、製造コストを低減し得る振動式赤外
線センサが得られる。

【００６９】（５）加えるに、基板１１構造の最表面に
形成された絶縁膜６５，７５は、弗化水素酸水溶液の耐
蝕性が充分であり、振動ゲート６６，７６の製造工程中
において、犠牲層エッチング時に、ゲート酸化膜６４，
７４が弗化水素酸水溶液にさらされて、素子構造が破壊
されることがない。

【００７０】なお、前述の実施例においては、基板１１
上に検出ユニット６０とレファレンスユニツト７０を製
作すると説明したが、これに限ることはなく、検出ユニ
ット６０とレファレンスユニツト７０とを別々に作って
も良く、また、出力特性が落ちる可能性があるが、検出
ユニット６０のみ製作しても良いことは勿論である。

【００７１】次に、このような振動式赤外線センサの構
成要素としての検出ユニット６０のみを単体として製造
する製造方法について、図３、図４に示す製造工程図を
用いてステップ順に説明する。

【００７２】（１）ステップ１は、ゲート酸化膜形成工
程を示す。ｎ形のシリコン単結晶の基板１０１の上に、
ゲート酸化膜１０２を、例えば５００オングストローム
程度の厚さに形成する。

【００７３】（２）ステップ２は、イオン注入工程を示
す。ここでは、ｐ形不純物としてボロンを、ソース１０
３、ドレイン１０４やゲートのリード部分に対応する所
定領域に、イオン注入しする。

【００７４】（３）ステップ３は、また、必要に応じ
て、チャネル部１０５に、ボロンを浅い深さでイオン注
入することで、ソース１０３−ドレイン１０４間の抵抗
値を制御することが可能である。

【００７５】（４）ステップ４は、ポリシリコン保護膜
形成工程を示す。この工程では、後工程で使用する弗化
水素酸（ＨＦ）に対して耐性が強く、ゲート酸化膜１０
２の保護膜の役目を果たし、かつ安定な膜であるポリシ
リコン保護膜１０６を、ほぼ５０００オングストローム
程度の厚さでゲート酸化膜１０２の上に成膜する。

【００７６】（５）ステップ５は、第１犠牲層酸化膜形
成工程を示す。この工程は、先ず、最終的に、振動ゲー
ト６６の周囲に空隙を形成するための下側の犠牲層とし
て、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法に
より５０００オングストローム程度の厚さにポリシリコ
ン保護膜１０６の上に第１犠牲層酸化膜１０７を形成す
る。

【００７７】（６）ステップ６は、振動ゲート形成工程
を示す。この工程は最終的に振動ゲート１６を形成する
ための前工程である。先ず、第１犠牲層酸化膜１０７の
上に、ポリシリコン膜１０８（図示せず）を、例えば１
μｍ程度の厚さで成膜する。この後、導電性を付与する
ためにボロンをドープする。

【００７８】次に、フオトリソグラフイ技術により、振
動ゲート１６に対応する部分に、マスクをしてから、Ｒ
ＩＥ（Reactive Ion Etching）により、ポリシリコン１
０８（図示せず）を所定の形状にエッチングして、最終
的に振動ゲート１６となる板状の振動ゲート１０９を形
成する。

【００７９】（７）ステップ７は、第２犠牲層酸化膜形
成工程を示す。この工程は、先ず、最終的に振動ゲート
１６の周囲に空隙を形成するための、下側を除く部分の
犠牲層として、例えばＣＶＤ法により、５０００オング
ストローム程度の厚さに、第１犠牲層酸化膜１０７と梁
１０９の上に、第２犠牲層酸化膜１１１を形成する。

【００８０】（８）ステップ８は、間隙対応部形成工程
を示す。先ず、フォトリソグラフィ技術により、振動ゲ
ート１６の中央部では振動ゲート１０９の近傍をマスク
してから、これらの周囲の第１犠牲層酸化膜１０７と第
２犠牲層酸化膜１１１を、弗化水素酸でエッチングし
て、間隙対応部１１２を形成する。

【００８１】（９）ステップ９は、ギャップ対応膜形成
工程を示す。この工程は、後工程で用いられる、エッチ
ング液を導入するための犠牲層としてのギャップ対応酸
化膜１１３を、ほぼ５００オングストローム程度の厚さ
で、ポリシリコン保護膜１０６と間隙対応部１１２の上
を含んで全面にＣＶＤ法により形成する。

【００８２】（１０）ステップ１０は、シェル対応部形
成工程を示す。ステップ９で形成されたギャップ対応酸
化膜１１３上に、１μｍ程度の厚さになるようにポリシ
リコン膜１１４（図示せず）を成膜する。

【００８３】この後、フォトリソグラフィ技術を用いて
マスクし、ＲＩＥによりポリシリコン膜１１４をエッチ
ングして、振動ゲート１６を覆う大きさの範囲に、シェ
ル対応部１１５を形成する。

【００８４】（１１）ステップ１１は、エッチングギャ
ップ形成工程を示す。この工程は、振動ゲート１６とシ
ェル対応部１１５を形成するために、弗化水素酸を用い
て、ギャップ対応酸化膜１１３をエッチングしながら、
これを除去して導入孔１１６を形成し、ついでこの導入
孔１１６を介して間隙対応部１１２をも除去する。この
ようにして、振動ゲート１６及びシェル対応部１１５を
形成する。

【００８５】（１２）ステップ１２は、真空封止工程を
示す。この工程は、真空中でシェル対応部１１５、導入
孔１１６、ポリシリコン保護膜１０６の上を、ポリシリ
コン膜１１７でほぼ１μｍ程度の厚さで成膜して、シェ
ル２３の内部を真空に保持する。

【００８６】（１３）ステップ１３は、熱伝達防止部形
成工程を示す。水酸化カリウム（ＫＯＨ）液を用いて、
中央部が薄肉で周囲が厚肉となる薄肉部になるように、
シリコン単結晶の基板１０１の底部をエッチングして、
熱伝達防止部１１８を形成する。熱伝達防止部１１８
は、測定赤外線による熱が、振動子式赤外線センサが取
付られる、例えば、ベースに逃げて仕舞うのを防止する
ためのものである。

【００８７】（１４）ステップ１４は、赤外線集光レン
ズ形成工程を示す。シェル対応部１１５の外表面に赤外
線の集光レンズ１１９を形成する。この場合は、有機樹
脂の塗布により形成されている。。

【００８８】以上の様な本発明の製造方法によれば、高
感度、高精度で、安価な検出ユニット６０のみの振動式
赤外線センサを、従来の半導体プロセスを利用して安価
に且つ確実に製作出来る振動式赤外線センサの製造方法
を得ることができる。

【００８９】次に、このような振動式赤外線センサの構
成要素としての検出ユニット６０とレファレンスユニツ
ト７０とを、基板２０１上に製造する製造方法につい
て、図４に示す製造工程図を用いて説明する。

【００９０】（１）ステップ１は、ゲート酸化膜形成工
程を示す。ｎ形のシリコン単結晶の基板２０１の上に、
ゲート酸化膜２０２を、例えば５００オングストローム
程度の厚さに形成する。

【００９１】（２）ステップ２は、イオン注入工程を示
す。ここでは、ｐ形不純物としてボロンを、第１，第２
のソース２０３，２０４、第１，第２のドレイン２０
５，２０６やゲートのリード部分に対応する所定領域
に、イオン注入しする。

【００９２】（３）ステップ３は、また、必要に応じ
て、第１，第２のチャネル部２０７，２０８に、ボロン
を浅い深さでイオン注入することで、ソース−ドレイン
間２０３−２０５、２０４−２０６間の抵抗値を制御す
ることが可能である。

【００９３】（４）ステップ４は、ポリシリコン保護膜
形成工程を示す。この工程では、後工程で使用する弗化
水素酸（ＨＦ）に対して耐性が強く、ゲート酸化膜２０
２の保護膜の役目を果たし、かつ安定な膜であるポリシ
リコン保護膜２０９を、ほぼ５０００オングストローム
程度の厚さでゲート酸化膜２０２の上に成膜する。

【００９４】（５）ステップ５は、第１犠牲層酸化膜形
成工程を示す。この工程は、先ず、最終的に、振動ゲー
ト６６，７６の周囲に空隙を形成するための下側の犠牲
層として、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n）法により５０００オングストローム程度の厚さにポ
リシリコン保護膜２０９の上に第１犠牲層酸化膜２１１
を形成する。

【００９５】（６）ステップ６は、振動ゲート形成工程
を示す。この工程は最終的に振動ゲート６６，７６を形
成するための前工程である。先ず、第１犠牲層酸化膜２
１１の上に、ポリシリコン膜２１０（図示せず）を、例
えば１μｍ程度の厚さで成膜する。この後、導電性を付
与するためにボロンをドープする。

【００９６】次に、フオトリソグラフイ技術により、振
動ゲート６６，７６に対応する部分に、マスクをしてか
ら、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、ポリシリ
コン２１０（図示せず）を所定の形状にエッチングし
て、最終的に振動ゲート６６，７６となる第１，第２の
板状の振動ゲート２１２，２１３を形成する。

【００９７】（７）ステップ７は、第２犠牲層酸化膜形
成工程を示す。この工程は、先ず、最終的に振動ゲート
６６，７６の周囲に空隙を形成するための、下側を除く
部分の犠牲層として、例えばＣＶＤ法により、５０００
オングストローム程度の厚さに、第１犠牲層酸化膜２１
１と第１，第２の板状の振動ゲート２１２，２１３の上
に、第２犠牲層酸化膜２１４を形成する。

【００９８】（８）ステップ８は、間隙対応部形成工程
を示す。先ず、フォトリソグラフィ技術により、振動ゲ
ート２１２，２１３の中央部では、振動ゲート２１２，
２１３の近傍をマスクしてから、これらの周囲の第１犠
牲層酸化膜２１１と第２犠牲層酸化膜２１４を、弗化水
素酸でエッチングして、間隙対応部２１５，２１６を形
成する。

【００９９】（９）ステップ９は、ギャップ対応膜形成
工程を示す。この工程は、後工程で用いられる、エッチ
ング液を導入するための犠牲層としてのギャップ対応酸
化膜２１７を、ほぼ５００オングストローム程度の厚さ
で、ポリシリコン保護膜２０９と間隙対応部２１５，２
１６の上を含んで全面にＣＶＤ法により形成する。

【０１００】（１０）ステップ１０は、シェル対応部形
成工程を示す。ステップ９で形成されたギャップ対応酸
化膜２１７上に、１μｍ程度の厚さになるようにポリシ
リコン膜２１８（図示せず）を成膜する。

【０１０１】この後、フォトリソグラフィ技術を用いて
マスクし、ＲＩＥによりポリシリコン膜２１８をエッチ
ングして、振動ゲート６６，７６を覆う大きさの範囲
に、シェル対応部２１９、２２１を形成する。

【０１０２】（１１）ステップ１１は、エッチングギャ
ップ形成工程を示す。この工程は、振動ゲート６６，７
６とシェル対応部２１９、２２１を形成するために、弗
化水素酸を用いて、ギャップ対応酸化膜２１７をエッチ
ングしながら、これを除去して導入孔２２２を形成し、
ついでこの導入孔２２２を介して間隙対応部２１５、２
１６をも除去する。このようにして、振動ゲート６６，
７６及びシェル対応部２１９、２２１を形成する。

【０１０３】（１２）ステップ１２は、真空封止工程を
示す。この工程は、真空中でシェル対応部２１９、２２
１、導入孔２２２、ポリシリコン保護膜２０９の上を、
ポリシリコン膜２２３でほぼ１μｍ程度の厚さで成膜し
て、シェル６７、７７の内部を真空に保持する。

【０１０４】（１３）ステップ１３は、熱伝達防止部形
成工程を示す。水酸化カリウム（ＫＯＨ）液を用いて、
中央部が薄肉で周囲が厚肉となる薄肉部になるように、
シリコン単結晶の基板２０１の底部をエッチングして、
熱伝達防止部２２４を形成する。熱伝達防止部２２４
は、測定赤外線による熱が、振動子式赤外線センサが取
付られる、例えば、ベースに逃げて仕舞うのを防止する
ためのものである。

【０１０５】（１４）ステップ１４は、赤外線反射膜形
成工程を示す。シェル対応部２１９，２２１の外表面に
赤外線の反射膜２２５を形成する。この場合は、蒸着ア
ルミにより形成されている。。

【０１０６】（１５）ステップ１５は、赤外線集光レン
ズ形成工程を示す。反射膜２２５の一方をエッチング除
去して赤外線の集光レンズ２２６を形成する。この場合
は、有機樹脂の塗布により形成されている。。

【０１０７】以上の様な本発明の製造方法によれば、高
感度、高精度で、安価な検出ユニット６０とレファレン
スユニツト７０とが、基板２０１上に製造された振動式
赤外線センサを、従来の半導体プロセスを利用して安価
に且つ確実に製作出来る振動式赤外線センサの製造方法
を得ることができる。

【０１０８】

【発明の効果】以上、実施例と共に詳細に説明したよう
に、本発明の第１請求項によれば、（１）振動子式赤外線センサの感度は、ゲージファクタ
ーに比例するため，振動子の長さ，厚さなどの形状を制
御し、また真空度を上げＱを高めることで周波数揺動を
下げることで、同じ熱型センサに属する市販のボロメー
タを上回る感度を得ることができる振動式赤外線センサ
が得られる。

【０１０９】（２）半導体プロセスを利用することで，
検出用振動子と等しい大きさのreference振動子を１チ
ップ内に容易に作り込むことができる。（３）従来例の如く、チョッパがいらない等，センサと
してのシステムも簡単になる。従って、製造コストを低
減し得る振動式赤外線センサが得られる。

【０１１０】（４）ｓｅａｌｃａｐをもともとセンサチ
ップ内に持っているので、従来例の如く、センサ作製後
ｓｅａｌｃａｐする必要がない。従って、アセンブリン
グにおける工程が簡略化されコストが下がる。従って、
製造コストを低減し得る振動式赤外線センサが得られ
る。

【０１１１】（５）加えるに、基板構造の最表面に形成
された絶縁膜は、弗化水素酸水溶液の耐蝕性が充分であ
り、振動ゲートの製造工程中において、犠牲層エッチン
グ時に、ゲート酸化膜が弗化水素酸水溶液にさらされ
て、素子構造が破壊されることがない。

【０１１２】本発明の第２請求項によれば、２つの振動
子の共振周波数を差動にとることで，測定環境の温度揺
らぎに影響されない、高精度な赤外線検出を行うことが
できる。

【０１１３】本発明の第３請求項によれば、検出ユニッ
トとレファレンスユニットとを、同一基板上に、半導体
プロセスを利用して、同時に形成出来るので、形成条件
を同一に出来、より同一形状の検出ユニットとレファレ
ンスユニットとが形成できるので、測定環境等の外乱を
差動演算により、より正確に打ち消す事が出来、高精度
な振動式赤外線センサが得られる。

【０１１４】本発明の第４請求項によれば、高感度、高
精度で、安価な検出ユニットのみの振動式赤外線センサ
を、従来の半導体プロセスを利用して安価に且つ確実に
製作出来る振動式赤外線センサの製造方法を得ることが
できる。

【０１１５】本発明の第５請求項によれば、高感度、高
精度で、安価な検出ユニットとレファレンスユニツトと
が、同一基板上に製造された振動式赤外線センサを、従
来の半導体プロセスを利用して安価に且つ確実に製作出
来る振動式赤外線センサの製造方法を得ることができ
る。

【０１１６】従って、本発明によれば、高感度、高精度
で、安価な振動式赤外線センサとその製造方法を実現す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】検出ユニットのみの振動式赤外線センサの製造
方法説明図である。

【図４】検出ユニットのみの振動式赤外線センサの製造
方法説明図である。

【図５】検出ユニットとレファレンスユニツトとが、同
一の基板上に製造された振動式赤外線センサの製造方法
説明図である。

【図６】検出ユニットとレファレンスユニツトとが、同
一の基板上に製造された振動式赤外線センサの製造方法
説明図である。

【図７】従来より一般に使用されている従来例の原理的
構成説明図である。

【図８】図７の動作説明図である。

【図９】図７の具体的実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図１０】図９の中央部近傍の断面図である。

【図１１】図９の振動ゲート１６の中央部分における全
体側断面図である。

【図１２】図９の製造工程説明図である。

【図１３】図９の製造工程説明図である。

【符号の説明】

１１シリコン基板６０検出ユニット６１第１のチャネル６２第１のドレイン６２６３第１のソース６４ゲート酸化膜６５絶縁膜６６第１の振動ゲート６７第１のシエル６８赤外線の集光レンズ７０リファレンスユニット７２第２のドレイン７３第２のソース７４ゲート酸化膜７５絶縁膜７６第２の振動ゲート７７第２のシエル７８赤外線の反射膜１０１基板１０２ゲート酸化膜１０３ソース１０４ドレイン１０５チャネル部１０６ポリシリコン保護膜１０７第１犠牲層酸化膜１０８ポリシリコン膜１０９振動ゲート１１１第２犠牲層酸化膜１１２間隙対応部１１３ギャップ対応酸化膜１１４ポリシリコン膜１１５シェル対応部１１６導入孔１１７ポリシリコン膜１１８熱伝達防止部１１９赤外線の集光レンズ２０１基板２０２ゲート酸化膜２０３第１のソース２０４第２のソース２０５第１のドレイン２０６第２のドレイン２０７第１のチャネル部２０８第２のチャネル部２１０ポリシリコン膜２０９ポリシリコン保護膜２１１第１犠牲層酸化膜２１２第１の振動ゲート２１３第２の振動ゲート２１４第２犠牲層酸化膜２１５間隙対応部２１６間隙対応部２１７ギャップ対応酸化膜２１８ポリシリコン膜２１９シェル対応部２２１シェル対応部２２２導入孔２２３ポリシリコン膜２２４熱伝達防止部２２５赤外線の反射膜２２６赤外線の集光レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端が基板に固定された振動ゲートの共振
周波数を測定する事により該振動ゲートに加えられた赤
外線に基づく歪を測定する振動式赤外線センサにおい
て、第１の伝導形式を有する半導体の基板と該基板の表面に
形成され前記伝導形式とは逆の第２の伝導形式を有する
ドレインとソースにより挟まれたチャネルと前記基板の
表面上に形成されたゲート酸化膜と該ゲート酸化膜の上
を覆い弗化水素酸に対して耐性の強い絶縁膜とポリシリ
コンよりなり変位可能なように該絶縁膜の表面から間隙
を保持して両端が前記基板に固定され前記ドレインとソ
ースとチャネルとを覆って配置され自励発振により該ド
レインとの間に生じる静電力により変位する板状の導電
性の振動ゲートと該振動ゲートを覆い内部が真空に保持
されたシエルと該シエルの外表面に設けられた赤外線の
集光レンズとを具備する検出ユニットを具備したことを
特徴とする振動式赤外線センサ。
【請求項２】両端が基板に固定された振動ゲートの共振
周波数を測定する事により該振動ゲートに加えられた赤
外線に基づく歪を測定する振動式赤外線センサにおい
て、第１の伝導形式を有する半導体の第１の基板と該第１の
基板の表面に形成され前記伝導形式とは逆の第２の伝導
形式を有するドレインとソースにより挟まれたチャネル
と前記第１の基板の表面上に形成されたゲート酸化膜と
該ゲート酸化膜の上を覆い弗化水素酸に対して耐性の強
い絶縁膜とポリシリコンよりなり変位可能なように該絶
縁膜の表面から間隙を保持して両端が前記基板に固定さ
れ前記ドレインとソースとチャネルとを覆って配置され
自励発振により該ドレインとの間に生じる静電力により
変位する板状の導電性の振動ゲートと該振動ゲートを覆
い内部が真空に保持されたシエルと該シエルの外表面に
設けられた赤外線の集光レンズとを具備する検出ユニッ
トと、第１の伝導形式を有する半導体の第２の基板と該第２の
基板の表面に形成され前記伝導形式とは逆の第２の伝導
形式を有するドレインとソースにより挟まれたチャネル
と前記第２の基板の表面上に形成されたゲート酸化膜と
該ゲート酸化膜の上を覆い弗化水素酸に対して耐性の強
い絶縁膜とポリシリコンよりなり変位可能なように該絶
縁膜の表面から間隙を保持して両端が前記基板に固定さ
れ前記ドレインとソースとチャネルとを覆って配置され
自励発振により該ドレインとの間に生じる静電力により
変位する板状の導電性の振動ゲートと該振動ゲートを覆
い内部が真空に保持されたシエルと該シエルの外表面に
設けられた赤外線反射膜とを具備するリファレンスユニ
ットとを具備したことを特徴とする振動式赤外線セン
サ。
【請求項３】両端が基板に固定された振動ゲートの共振
周波数を測定する事により該振動ゲートに加えられた赤
外線に基づく歪を測定する振動式赤外線センサにおい
て、第１の伝導形式を有する半導体の基板と該基板の表面に
形成され前記伝導形式とは逆の第２の伝導形式を有する
第１のドレインと第１のソースにより挟まれた第１のチ
ャネルと前記基板の表面上に形成されたゲート酸化膜と
該ゲート酸化膜の上を覆い弗化水素酸に対して耐性の強
い絶縁膜とポリシリコンよりなり変位可能なように該絶
縁膜の表面から間隙を保持して両端が前記基板に固定さ
れ前記第１のドレインと第１のソースと第１のチャネル
とを覆って配置され自励発振により該第１のドレインと
の間に生じる静電力により変位する板状の導電性の第１
の振動ゲートと該第１の振動ゲートを覆い内部が真空に
保持された第１のシエルと該第１のシエルの外表面に設
けられた赤外線の集光レンズとを具備する検出ユニット
と、前記第１の伝導形式を有する半導体の基板の表面に形成
され前記伝導形式とは逆の第２の伝導形式を有する第２
のドレインと第２のソースにより挟まれた第２のチャネ
ルと前記基板の表面上に形成されたゲート酸化膜と該ゲ
ート酸化膜の上を覆い弗化水素酸に対して耐性の強い絶
縁膜とポリシリコンよりなり変位可能なように該絶縁膜
の表面から間隙を保持して両端が前記基板に固定され前
記第２のドレインと第２のソースと第２のチャネルとを
覆って配置され自励発振により該第２のドレインとの間
に生じる静電力により変位する板状の導電性の第２の振
動ゲートと該第２の振動ゲートを覆い内部が真空に保持
された第２のシエルと該第２のシエルの外表面に設けら
れた赤外線反射膜とを具備するリファレンスユニット
と、を具備したことを特徴とする振動式赤外線センサ。
【請求項４】両端が基板に固定された振動ゲートの共振
周波数を測定する事により該振動ゲートの両端に加えら
れた歪を測定する振動式赤外線センサの製造方法におい
て、以下の工程を有することを特徴とする振動式赤外線セン
サの製造方法。（ａ）第１の伝導形式を有する半導体の基板上に、ゲー
ト酸化膜を形成するゲート酸化膜形成工程。（ｂ）第２の伝導形式となる不純物をソース、ドレイン
やゲートのリード部分に対応する所定領域にイオン注入
するイオン注入工程。（ｃ）前記ゲート酸化膜上にポリシリコン保護膜を成膜
するポリシリコン保護膜形成工程。（ｄ）該ポリシリコン保護膜上に第１犠牲層酸化膜を形
成する第１犠牲層酸化膜形成工程。（ｅ）該第１犠牲層酸化膜上にポリシリコン膜を成膜す
る。この後、導電性付与のため第２の伝導形式となる不
純物をドープする。該ポリシリコン膜をエッチングして
振動ゲートに対応する梁を形成する梁形成工程。（ｆ）前記第１犠牲層酸化膜と前記梁の上に第２犠牲層
酸化膜を形成する第２犠牲層酸化膜形成工程。（ｇ）前記第１，第２犠牲層酸化膜をエッチングして間
隙対応部を形成する間隙対応部形成工程。（ｈ）犠牲層としてのギャップ対応酸化膜を前記ポリシ
リコン保護膜と間隙対応部の上を含んで全面に形成する
ギャップ対応膜形成工程。（ｉ）該ギャップ対応酸化膜上にポリシリコン膜を成膜
する。該ポリシリコン膜をエッチングしてシェル対応部
を形成するシェル対応部形成工程。（ｊ）前記ギャップ対応酸化膜をエッチングして導入孔
を形成し、この導入孔を介して前記間隙対応部をも除去
するエッチングギャップ形成工程。（ｋ）真空中で前記シェル対応部、前記導入孔、前記ポ
リシリコン保護膜上を、ポリシリコン膜で成膜して、シ
ェルの内部を真空に保持する真空封止工程。（ｌ）前記第１の伝導形式を有する半導体の基板の底部
をエッチングして熱伝達防止部を形成する熱伝達防止部
形成工程。（ｍ）前記シェル対応部の外表面に赤外線の集光レンズ
を形成する赤外線集光レンズ形成工程。
【請求項５】両端が基板に固定された振動ゲートの共振
周波数を測定する事により該振動ゲートの両端に加えら
れた歪を測定する振動式赤外線センサの製造方法におい
て、以下の工程を有することを特徴とする振動式赤外線セン
サの製造方法。（ａ）第１の伝導形式を有する半導体の基板上に、ゲー
ト酸化膜を形成するゲート酸化膜形成工程。（ｂ）第２の伝導形式となる不純物を第１，第２のソー
ス、第１，第２のドレインやゲートのリード部分に対応
する所定領域にイオン注入するイオン注入工程。（ｃ）前記ゲート酸化膜上にポリシリコン保護膜を成膜
するポリシリコン保護膜形成工程。（ｄ）該ポリシリコン保護膜上に第１犠牲層酸化膜を形
成する第１犠牲層酸化膜形成工程。（ｅ）該第１犠牲層酸化膜上にポリシリコン膜を成膜す
る。この後、導電性付与のため第２の伝導形式となる不
純物をドープする。該ポリシリコン膜をエッチングして
第１，第２の振動ゲートに対応する２個の梁を形成する
梁形成工程。（ｆ）前記第１犠牲層酸化膜と前記梁の上に第２犠牲層
酸化膜を形成する第２犠牲層酸化膜形成工程。（ｇ）前記第１，第２犠牲層酸化膜をエッチングして２
個の間隙対応部を形成する間隙対応部形成工程。（ｈ）犠牲層としてのギャップ対応酸化膜を前記ポリシ
リコン保護膜と間隙対応部の上を含んで全面に形成する
ギャップ対応膜形成工程。（ｉ）該ギャップ対応酸化膜上にポリシリコン膜を成膜
する。該ポリシリコン膜をエッチングして２個のシェル
対応部を形成するシェル対応部形成工程。（ｊ）前記ギャップ対応酸化膜をエッチングして導入孔
を形成し、この導入孔を介して前記間隙対応部をも除去
するエッチングギャップ形成工程。（ｋ）真空中で前記シェル対応部、前記導入孔、前記ポ
リシリコン保護膜上を、ポリシリコン膜で成膜して、シ
ェルの内部を真空に保持する真空封止工程。（ｌ）前記第１の伝導形式を有する半導体の基板の底部
をエッチングして熱伝達防止部を形成する熱伝達防止部
形成工程。（ｍ）前記２個のシェル対応部の外表面にそれぞれ赤外
線の反射膜を形成する赤外線反射膜形成工程。（ｎ）該反射膜の一方をエッチング除去して赤外線の集
光レンズを形成する赤外線集光レンズ形成工程。