JPH11337403A - 赤外線検出素子およびその製造方法 - Google Patents
赤外線検出素子およびその製造方法Info
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- JPH11337403A JPH11337403A JP10141362A JP14136298A JPH11337403A JP H11337403 A JPH11337403 A JP H11337403A JP 10141362 A JP10141362 A JP 10141362A JP 14136298 A JP14136298 A JP 14136298A JP H11337403 A JPH11337403 A JP H11337403A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 赤外線検出素子の感度を向上する。
【解決手段】 シリコン基板１はエッチングストッパ４
で幅寸法を画定された基枠５の内側がエッチングされて
四角錐状の凹部６となっている。基枠５に熱伝導率の低
い発泡したＰＳＧ膜により形成された多孔質絶縁膜梁２
を介して赤外線検知領域３を支持し、多孔質絶縁膜梁２
上にｐ型ポリシリコンサーモパイル８、８’とｎ型ポリ
シリコンサーモパイル９、９’が配置され、各サーモパ
イル間がアルミ配線１０で接続されている。多孔質絶縁
膜梁の熱抵抗が大きいので、梁の厚さを薄くすることな
く熱抵抗を増大することができるから、梁の強度を低下
させずに赤外線の検出感度を向上させることができる。
で幅寸法を画定された基枠５の内側がエッチングされて
四角錐状の凹部６となっている。基枠５に熱伝導率の低
い発泡したＰＳＧ膜により形成された多孔質絶縁膜梁２
を介して赤外線検知領域３を支持し、多孔質絶縁膜梁２
上にｐ型ポリシリコンサーモパイル８、８’とｎ型ポリ
シリコンサーモパイル９、９’が配置され、各サーモパ
イル間がアルミ配線１０で接続されている。多孔質絶縁
膜梁の熱抵抗が大きいので、梁の厚さを薄くすることな
く熱抵抗を増大することができるから、梁の強度を低下
させずに赤外線の検出感度を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検出素子お
よび赤外線検出素子の製造方法に関する。
よび赤外線検出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に赤外線検出素子は、非接触の温度
計として物体の検出や、特殊環境下における温度計測な
どに使用されている。最近の赤外線検出素子には、シリ
コンのマイクロマシーニング技術を用いて熱容量が小さ
く熱抵抗の大きな熱分離構造を形成し、その熱分離構造
部に赤外線検知領域を備え、入射する赤外線の吸収によ
る赤外線検知領域の温度上昇を、サーモパイルで検知す
る方式がある。このような赤外線検出素子はその検出信
号の処理回路等とともに一体のＩＣチップとして製造す
ることができる。
計として物体の検出や、特殊環境下における温度計測な
どに使用されている。最近の赤外線検出素子には、シリ
コンのマイクロマシーニング技術を用いて熱容量が小さ
く熱抵抗の大きな熱分離構造を形成し、その熱分離構造
部に赤外線検知領域を備え、入射する赤外線の吸収によ
る赤外線検知領域の温度上昇を、サーモパイルで検知す
る方式がある。このような赤外線検出素子はその検出信
号の処理回路等とともに一体のＩＣチップとして製造す
ることができる。
【０００３】図９に従来の赤外線検出素子を示す。
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図、
（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。赤外線検出素子
は、その全体平面形状が四角形のシリコン基板１に梁２
２を介して赤外線検知領域２３を支持し、梁上にサーモ
パイルを形成して構成されている。シリコン基板１はそ
の上面が外周の各辺に沿ってポリシリコンエッチングス
トッパ４で幅寸法を画定された基枠５とされ、基枠５の
内面は四角錐状の凹部となっている。
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図、
（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。赤外線検出素子
は、その全体平面形状が四角形のシリコン基板１に梁２
２を介して赤外線検知領域２３を支持し、梁上にサーモ
パイルを形成して構成されている。シリコン基板１はそ
の上面が外周の各辺に沿ってポリシリコンエッチングス
トッパ４で幅寸法を画定された基枠５とされ、基枠５の
内面は四角錐状の凹部となっている。
【０００４】基枠５の各角部近傍からは隣接する辺に平
行に、かつ所定幅の間隙を設けてシリコン窒化膜の梁２
２がいずれも同方向に隣の梁近傍まで延びている。各梁
２２の内側には、各梁との間に所定の間隙を設けて同じ
くシリコン窒化膜の四角形の赤外線検知領域２３が設け
られ、その４つの角部がそれぞれ各梁２２の先端に接続
している。
行に、かつ所定幅の間隙を設けてシリコン窒化膜の梁２
２がいずれも同方向に隣の梁近傍まで延びている。各梁
２２の内側には、各梁との間に所定の間隙を設けて同じ
くシリコン窒化膜の四角形の赤外線検知領域２３が設け
られ、その４つの角部がそれぞれ各梁２２の先端に接続
している。
【０００５】赤外線検知領域２３上には赤外線吸収膜７
が形成され、各梁上にはその全長にわたってサーモパイ
ルが設けられている。サーモパイルは、ｐ型ポリシリコ
ンとｎ型ポリシリコンからなり、ｐ型ポリシリコンサー
モパイル８、８’が互いに対向し、ｎ型ポリシリコンサ
ーモパイル９、９’が互いに対向するように配置されて
いる。そして、各サーモパイル間をアルミ配線１０が接
続している。
が形成され、各梁上にはその全長にわたってサーモパイ
ルが設けられている。サーモパイルは、ｐ型ポリシリコ
ンとｎ型ポリシリコンからなり、ｐ型ポリシリコンサー
モパイル８、８’が互いに対向し、ｎ型ポリシリコンサ
ーモパイル９、９’が互いに対向するように配置されて
いる。そして、各サーモパイル間をアルミ配線１０が接
続している。
【０００６】図９の（ｂ）に示すように、赤外線検知領
域２３は梁２２によってシリコン基板１の四角錐状の凹
部空間内に支持されている。
域２３は梁２２によってシリコン基板１の四角錐状の凹
部空間内に支持されている。
【０００７】このような構成による赤外線検出素子の性
能評価は比検出能Ｄ＊ により説明される。比検出能Ｄ
＊ は、赤外線入力があったときのＳ／Ｎ比であり、式
（１）で表される。 Ｄ＊ ＝｛Ｓ×（Ａｄ×△ｆ）０．５ ｝／（Ｎ×Ｐ） （１） 但し、Ｓ：赤外線検出信号 Ｎ：赤外線検出信号に含まれるノイズ信号 Ｐ：赤外線入射エネルギー Ａｄ：赤外線検知領域の面積 Δｆ：周波数帯域 である。
能評価は比検出能Ｄ＊ により説明される。比検出能Ｄ
＊ は、赤外線入力があったときのＳ／Ｎ比であり、式
（１）で表される。 Ｄ＊ ＝｛Ｓ×（Ａｄ×△ｆ）０．５ ｝／（Ｎ×Ｐ） （１） 但し、Ｓ：赤外線検出信号 Ｎ：赤外線検出信号に含まれるノイズ信号 Ｐ：赤外線入射エネルギー Ａｄ：赤外線検知領域の面積 Δｆ：周波数帯域 である。
【０００８】また、赤外線検出信号Ｓは、赤外線検出感
度Ｒ×赤外線入射エネルギーＰでも表せるため、（１）
式は次の（２）式のようになる。 Ｄ＊ ＝（Ｒ／Ｎ）×（Ａｄ×Δｆ）０．５ （２）
度Ｒ×赤外線入射エネルギーＰでも表せるため、（１）
式は次の（２）式のようになる。 Ｄ＊ ＝（Ｒ／Ｎ）×（Ａｄ×Δｆ）０．５ （２）
【０００９】赤外線検出感度Ｒは、（３）式で表され
る。 Ｒ＝ｎ×α×Ｒｔｈ （３） 但し、ｎ：サーモパイルの対数 α：ゼーベック係数 Ｒｔｈ：梁およびサーモパイルの並列合成熱抵抗 である。
る。 Ｒ＝ｎ×α×Ｒｔｈ （３） 但し、ｎ：サーモパイルの対数 α：ゼーベック係数 Ｒｔｈ：梁およびサーモパイルの並列合成熱抵抗 である。
【００１０】さらに、梁、サーモパイルの並列合成熱抵
抗Ｒｔｈは、（４）式のようになる。 Ｒｔｈ＝Ｌ／（Ｋ１×Ａ１＋Ｋ２×Ａ２） （４） 但し、Ｋ１：梁の熱伝導率 Ｋ２：サーモパイルの熱伝導率 Ａ１：梁の断面積 Ａ２：サーモパイルの断面積 Ｌ：梁およびサーモパイルの長さ である。
抗Ｒｔｈは、（４）式のようになる。 Ｒｔｈ＝Ｌ／（Ｋ１×Ａ１＋Ｋ２×Ａ２） （４） 但し、Ｋ１：梁の熱伝導率 Ｋ２：サーモパイルの熱伝導率 Ａ１：梁の断面積 Ａ２：サーモパイルの断面積 Ｌ：梁およびサーモパイルの長さ である。
【００１１】赤外線吸収膜７が、赤外線を受光すれば、
赤外線検知領域２３は周辺のシリコン基板の基枠５に対
して高い温度になる。各サーモパイルはそれぞれ一端が
基枠５、他端が赤外線検出領域２３に連なり、ｐ型ポリ
シリコンサーモパイルとｎ型ポリシリコンサーモパイル
がアルミ配線１０を介して交互に冷点（基枠）と温点
（赤外線検知領域）で直列接続されることにより、ゼー
ベック効果によって起電力が発生する。
赤外線検知領域２３は周辺のシリコン基板の基枠５に対
して高い温度になる。各サーモパイルはそれぞれ一端が
基枠５、他端が赤外線検出領域２３に連なり、ｐ型ポリ
シリコンサーモパイルとｎ型ポリシリコンサーモパイル
がアルミ配線１０を介して交互に冷点（基枠）と温点
（赤外線検知領域）で直列接続されることにより、ゼー
ベック効果によって起電力が発生する。
【００１２】 上述の（１）〜（４）の式で示されるよ
うに、梁２２の熱伝導率が低い、換言すれば熱抵抗が大
きいほどまた、断面積が小さい、換言すれば厚さが薄い
ほど並列合成熱抵抗Ｒｔｈが上がり比検出能Ｄ＊ が向
上することになり、赤外線検出素子の性能は向上する。
うに、梁２２の熱伝導率が低い、換言すれば熱抵抗が大
きいほどまた、断面積が小さい、換言すれば厚さが薄い
ほど並列合成熱抵抗Ｒｔｈが上がり比検出能Ｄ＊ が向
上することになり、赤外線検出素子の性能は向上する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】赤外線検出素子は、物
体や人体から発せられる微弱な赤外線を検出するのに用
いられることが多い。その微弱な赤外線を検出するため
には、赤外線検出感度の高感度化が必要である。このた
め、従来の赤外線検出素子にあっては、赤外線検出感度
を上げるために、熱伝導率の低い梁材料、例えば、酸化
膜（ＳｉＯ２ 膜）や窒化膜（ＳｉＮ膜）を用い、更
に、梁の厚さを薄くして梁の熱抵抗を上げていた。しか
しながら、梁の厚さを薄くすると梁の強度が低下してし
まうと言う問題点があった。
体や人体から発せられる微弱な赤外線を検出するのに用
いられることが多い。その微弱な赤外線を検出するため
には、赤外線検出感度の高感度化が必要である。このた
め、従来の赤外線検出素子にあっては、赤外線検出感度
を上げるために、熱伝導率の低い梁材料、例えば、酸化
膜（ＳｉＯ２ 膜）や窒化膜（ＳｉＮ膜）を用い、更
に、梁の厚さを薄くして梁の熱抵抗を上げていた。しか
しながら、梁の厚さを薄くすると梁の強度が低下してし
まうと言う問題点があった。
【００１４】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたものであり、梁の厚さを薄くするこ
となく、且つ、ＩＣ製造ラインとの整合性の高い製造方
法によって、梁の熱抵抗を大きくした、赤外線検出素子
およびその製造方法を提供することを目的とする。
するためになされたものであり、梁の厚さを薄くするこ
となく、且つ、ＩＣ製造ラインとの整合性の高い製造方
法によって、梁の熱抵抗を大きくした、赤外線検出素子
およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】 このため、本発明の赤
外線検出素子は、基枠と、基部に囲まれて配置された赤
外線検知領域と、基枠と赤外線検知領域とを連結する複
数の梁とを有し、その梁が多孔質絶縁膜により形成され
ているものとした。上記の多孔質絶縁膜は多孔質ガラ
ス、とくに発泡したＰＳＧ膜あるいは高ケイ酸ガラスと
するのが好ましい。基枠と赤外線検知領域とを連結する
梁を従来の酸化膜や窒化膜より熱伝導率の低い多孔質絶
縁膜により形成しているので、梁の熱抵抗が大きく向上
する。
外線検出素子は、基枠と、基部に囲まれて配置された赤
外線検知領域と、基枠と赤外線検知領域とを連結する複
数の梁とを有し、その梁が多孔質絶縁膜により形成され
ているものとした。上記の多孔質絶縁膜は多孔質ガラ
ス、とくに発泡したＰＳＧ膜あるいは高ケイ酸ガラスと
するのが好ましい。基枠と赤外線検知領域とを連結する
梁を従来の酸化膜や窒化膜より熱伝導率の低い多孔質絶
縁膜により形成しているので、梁の熱抵抗が大きく向上
する。
【００１６】また、本発明の赤外線検出素子の製造方法
は、半導体シリコンの基枠と、平面上基枠に囲まれて配
置された赤外線検知領域と、基枠と赤外線検知領域とを
連結する複数の梁と、各梁上に設けられたサーモパイル
とを有する赤外線検出素子の製造方法であって、多角形
状の半導体シリコン基板の上面周辺にそってエッチング
ストッパを形成するとともに、エッチングストッパに囲
まれた内側にエッチング犠牲層を形成する工程Ａと、エ
ッチング犠牲層上の中央部に第１の半導体層を形成する
工程Ｂと、エッチング犠牲層上に、エッチングストッパ
ならびに第１の半導体層との間に間隙をおいて延びると
ともに、一端はエッチングストッパ上に延び、他端は発
泡性材質からなり第１の半導体層に連なる第２の半導体
層を形成する工程Ｃと、第２の半導体層の上面にサーモ
パイルを形成する工程Ｄと、熱処理により第２の半導体
層を発泡させ多孔質絶縁膜とする工程Ｅと、半導体シリ
コン基板のエッチングストッパに囲まれた内側およびエ
ッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｆとを有し
て、第１の半導体層からなる赤外線検知領域を多孔質絶
縁膜からなる梁で支持した赤外線検出素子を得るものと
した。これによれば、ＩＣ製造ラインとの整合性の高い
単なる成膜の工程と熱処理で、強度が大きくかつ熱抵抗
の大きい多孔質絶縁膜の梁が実現され、製造コストも低
く抑えられる。
は、半導体シリコンの基枠と、平面上基枠に囲まれて配
置された赤外線検知領域と、基枠と赤外線検知領域とを
連結する複数の梁と、各梁上に設けられたサーモパイル
とを有する赤外線検出素子の製造方法であって、多角形
状の半導体シリコン基板の上面周辺にそってエッチング
ストッパを形成するとともに、エッチングストッパに囲
まれた内側にエッチング犠牲層を形成する工程Ａと、エ
ッチング犠牲層上の中央部に第１の半導体層を形成する
工程Ｂと、エッチング犠牲層上に、エッチングストッパ
ならびに第１の半導体層との間に間隙をおいて延びると
ともに、一端はエッチングストッパ上に延び、他端は発
泡性材質からなり第１の半導体層に連なる第２の半導体
層を形成する工程Ｃと、第２の半導体層の上面にサーモ
パイルを形成する工程Ｄと、熱処理により第２の半導体
層を発泡させ多孔質絶縁膜とする工程Ｅと、半導体シリ
コン基板のエッチングストッパに囲まれた内側およびエ
ッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｆとを有し
て、第１の半導体層からなる赤外線検知領域を多孔質絶
縁膜からなる梁で支持した赤外線検出素子を得るものと
した。これによれば、ＩＣ製造ラインとの整合性の高い
単なる成膜の工程と熱処理で、強度が大きくかつ熱抵抗
の大きい多孔質絶縁膜の梁が実現され、製造コストも低
く抑えられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例により説明する。図１は、本発明の一実施例の赤外線
検出素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。こ
の実施例は、多孔質絶縁膜として発泡したＰＳＧ膜を使
用したものである。赤外線検出素子は、全体平面形状が
四角形のシリコン基板１に発泡したＰＳＧ膜により形成
された多孔質絶縁膜梁２を介して赤外線検知領域３を支
持し、多孔質絶縁膜梁２上にサーモパイルを形成して構
成されている。シリコン基板１は、その上面が外周の各
辺に沿ってエッチングストッパ４で幅寸法を画定された
基枠５とされ、基枠５の内側は四角錐状の凹部６となっ
ている。
例により説明する。図１は、本発明の一実施例の赤外線
検出素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。こ
の実施例は、多孔質絶縁膜として発泡したＰＳＧ膜を使
用したものである。赤外線検出素子は、全体平面形状が
四角形のシリコン基板１に発泡したＰＳＧ膜により形成
された多孔質絶縁膜梁２を介して赤外線検知領域３を支
持し、多孔質絶縁膜梁２上にサーモパイルを形成して構
成されている。シリコン基板１は、その上面が外周の各
辺に沿ってエッチングストッパ４で幅寸法を画定された
基枠５とされ、基枠５の内側は四角錐状の凹部６となっ
ている。
【００１８】基枠５の各角部近傍から隣接する辺に平行
且つ所定幅の間隙を設けて、図１の（ａ）の平面図上い
ずれも時計方向に多孔質絶縁膜梁２が隣の多孔質絶縁膜
梁２の近傍まで延びている。各多孔質絶縁膜梁２の内側
には、多孔質絶縁膜梁２との間に所定の間隙を設けて赤
外線検知領域３が設けられ、その４つの角部がそれぞれ
各多孔質絶縁膜梁２の先端に接続している。この接続の
ため各多孔質絶縁膜梁２の先端部は、赤外線検出領域３
に向かって直角に曲がっている。
且つ所定幅の間隙を設けて、図１の（ａ）の平面図上い
ずれも時計方向に多孔質絶縁膜梁２が隣の多孔質絶縁膜
梁２の近傍まで延びている。各多孔質絶縁膜梁２の内側
には、多孔質絶縁膜梁２との間に所定の間隙を設けて赤
外線検知領域３が設けられ、その４つの角部がそれぞれ
各多孔質絶縁膜梁２の先端に接続している。この接続の
ため各多孔質絶縁膜梁２の先端部は、赤外線検出領域３
に向かって直角に曲がっている。
【００１９】赤外線検知領域３の上には赤外線吸収膜７
が形成されている。また、各多孔質絶縁膜梁２の上に
は、その全長にわたってサーモパイルが設けられてい
る。サーモパイルは、ｐ型ポリシリコンサーモパイル
８、８’とｎ型ポリシリコンサーモパイル９、９’とか
らなり、ｐ型ポリシリコンサーモパイル８、８’が互い
に対向し、ｎ型ポリシリコンサーモパイル９、９’が互
いに対向するように配置されている。そして、各サーモ
パイル間はアルミ配線１０で接続されている。また、赤
外線検知領域３、多孔質絶縁膜梁２および基板１は間隙
１１により分離されている。この赤外線検出素子の構成
は、多孔質絶縁膜梁２と赤外線検知領域３の材質を除い
て、図９に示した従来例と同じである。
が形成されている。また、各多孔質絶縁膜梁２の上に
は、その全長にわたってサーモパイルが設けられてい
る。サーモパイルは、ｐ型ポリシリコンサーモパイル
８、８’とｎ型ポリシリコンサーモパイル９、９’とか
らなり、ｐ型ポリシリコンサーモパイル８、８’が互い
に対向し、ｎ型ポリシリコンサーモパイル９、９’が互
いに対向するように配置されている。そして、各サーモ
パイル間はアルミ配線１０で接続されている。また、赤
外線検知領域３、多孔質絶縁膜梁２および基板１は間隙
１１により分離されている。この赤外線検出素子の構成
は、多孔質絶縁膜梁２と赤外線検知領域３の材質を除い
て、図９に示した従来例と同じである。
【００２０】次に、図２〜図７により上記実施例の赤外
線検出素子の製造方法を説明する。なお、図２〜図７に
おいてそれぞれ（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけ
るＣ−Ｃ断面図である。先ず、第１の工程で、図２に示
すように、シリコン基板１の上面全域にポリシリコンエ
ッチング犠牲層１２をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ： 化学的気相成長）に
より形成する。
線検出素子の製造方法を説明する。なお、図２〜図７に
おいてそれぞれ（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけ
るＣ−Ｃ断面図である。先ず、第１の工程で、図２に示
すように、シリコン基板１の上面全域にポリシリコンエ
ッチング犠牲層１２をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ： 化学的気相成長）に
より形成する。
【００２１】 次の第２の工程で、図３に示すように、
ポリシリコンエッチング犠牲層１２の外周部にボロンを
注入することにより四角枠形状のポリシリコンエッチン
グストッパ４を形成する。 第３の工程で、ポリシリコ
ンエッチング犠牲層１２およびポリシリコンエッチング
ストッパ４の上面に赤外線検知領域３と多孔質絶縁膜梁
２とになるＰＳＧ膜１４、１５の構造体をＣＶＤにより
形成する。この状態が図４である。
ポリシリコンエッチング犠牲層１２の外周部にボロンを
注入することにより四角枠形状のポリシリコンエッチン
グストッパ４を形成する。 第３の工程で、ポリシリコ
ンエッチング犠牲層１２およびポリシリコンエッチング
ストッパ４の上面に赤外線検知領域３と多孔質絶縁膜梁
２とになるＰＳＧ膜１４、１５の構造体をＣＶＤにより
形成する。この状態が図４である。
【００２２】そして、第４の工程で、図５に示すよう
に、ＰＳＧ膜１５の上にＣＶＤ等の手法によってｐ型ポ
リシリコンサーモパイル８、８’およびｎ型ポリシリコ
ンサーモパイル９、９’を形成し、アルミ配線１０にて
接続する。
に、ＰＳＧ膜１５の上にＣＶＤ等の手法によってｐ型ポ
リシリコンサーモパイル８、８’およびｎ型ポリシリコ
ンサーモパイル９、９’を形成し、アルミ配線１０にて
接続する。
【００２３】このあと、第５の工程で、窒素雰囲気中９
５０°Ｃにて３０分熱処理後、酸素雰囲気中１１５０°
Ｃ、１時間の熱処理を加えて、ＰＳＧ膜１５を発泡さ
せ、図６に示すように、発泡したＰＳＧ膜の多孔質絶縁
膜梁２を形成する。
５０°Ｃにて３０分熱処理後、酸素雰囲気中１１５０°
Ｃ、１時間の熱処理を加えて、ＰＳＧ膜１５を発泡さ
せ、図６に示すように、発泡したＰＳＧ膜の多孔質絶縁
膜梁２を形成する。
【００２４】次に、第６の工程において、図７に示すよ
うに、ＰＳＧ膜１４（赤外線検知領域３）の上に赤外線
吸収膜７の層を蒸着により形成するとともに、強アルカ
リエッチング液によりエッチング犠牲層１２とシリコン
基板１の一部をエッチングする。
うに、ＰＳＧ膜１４（赤外線検知領域３）の上に赤外線
吸収膜７の層を蒸着により形成するとともに、強アルカ
リエッチング液によりエッチング犠牲層１２とシリコン
基板１の一部をエッチングする。
【００２５】強アルカリ液によりシリコン基板１表面か
らの異方性エッチングを行うことにより、多孔質絶縁膜
梁２と赤外線検知領域３の層を含む上層とポリシリコン
エッチングストッパ４でカバーされた基枠５の部分を残
して、その内側のシリコン基板１の層がポリシリコンエ
ッチング犠牲層１２と共にエッチングされ、シリコン基
板１に四角錐状の凹部６が形成される。
らの異方性エッチングを行うことにより、多孔質絶縁膜
梁２と赤外線検知領域３の層を含む上層とポリシリコン
エッチングストッパ４でカバーされた基枠５の部分を残
して、その内側のシリコン基板１の層がポリシリコンエ
ッチング犠牲層１２と共にエッチングされ、シリコン基
板１に四角錐状の凹部６が形成される。
【００２６】 これにより、間隙１１が多孔質絶縁膜梁
２の根元の縁の周りから延びて、その先端の周りまで形
成される。従って、赤外線検出領域３および多孔質絶縁
膜梁２は、シリコン基板１より分離される。なお、上記
の工程のうち、第１および第２の工程が発明の工程Ａに
該当し、第３の工程が工程Ｂおよび工程Ｃを、第４の工
程が工程Ｄを、第５の工程が工程Ｅを、そして第６の工
程が工程Ｆを構成している。
２の根元の縁の周りから延びて、その先端の周りまで形
成される。従って、赤外線検出領域３および多孔質絶縁
膜梁２は、シリコン基板１より分離される。なお、上記
の工程のうち、第１および第２の工程が発明の工程Ａに
該当し、第３の工程が工程Ｂおよび工程Ｃを、第４の工
程が工程Ｄを、第５の工程が工程Ｅを、そして第６の工
程が工程Ｆを構成している。
【００２７】図８に、ＰＳＧ膜の膨張率と燐濃度との関
係を示す。 ＰＳＧ膜の膨張率は、燐濃度に依存する、
燐濃度５ｍｏｌ％以下では、殆ど膨張は認められない
が、５．５ｍｏｌ％で約１．８倍、６ｍｏｌ％で約３倍
に膨張して、多孔質絶縁膜が形成される。
係を示す。 ＰＳＧ膜の膨張率は、燐濃度に依存する、
燐濃度５ｍｏｌ％以下では、殆ど膨張は認められない
が、５．５ｍｏｌ％で約１．８倍、６ｍｏｌ％で約３倍
に膨張して、多孔質絶縁膜が形成される。
【００２８】本実施例は以上のように構成され、基枠と
赤外線検知領域とを連結する梁を熱伝導率の低い発泡し
たＰＳＧ膜からなる多孔質絶縁膜により形成したので、
梁の熱抵抗が大きい。したがって、梁の厚さを薄くする
ことなく熱抵抗を増大することができるから、梁の強度
を低下させずに赤外線の検出感度を向上させることがで
きる。また、上記多孔質絶縁膜はＩＣチップ製造で一般
的な成膜の工程と熱処理で実現されるので、ＩＣ製造ラ
インとの整合性が高く、赤外線検出素子の製造コストも
低く抑えられる。
赤外線検知領域とを連結する梁を熱伝導率の低い発泡し
たＰＳＧ膜からなる多孔質絶縁膜により形成したので、
梁の熱抵抗が大きい。したがって、梁の厚さを薄くする
ことなく熱抵抗を増大することができるから、梁の強度
を低下させずに赤外線の検出感度を向上させることがで
きる。また、上記多孔質絶縁膜はＩＣチップ製造で一般
的な成膜の工程と熱処理で実現されるので、ＩＣ製造ラ
インとの整合性が高く、赤外線検出素子の製造コストも
低く抑えられる。
【００２９】なお、本実施例の変形例として、多孔質絶
縁膜梁の多孔質ガラスを、発泡したＰＳＧ膜のかわりに
高ケイ酸ガラスを使用して形成することもできる。高ケ
イ酸ガラスを梁に用いる場合には、例えばＮａ２ Ｏ：
５％、Ｂ２ Ｏ３：２０％、ＳｉＯ２ ：７５％の組成の
ホウケイ酸低アルカリガラスを形成し、これに熱処理を
行ってケイ酸とホウ酸ソーダとに分相させる。そして、
濃塩酸で化学的にホウ酸ソーダを溶出させた後、ケイ酸
の骨格からなる成形物を加熱することにより、多孔質の
高ケイ酸ガラスとなる。
縁膜梁の多孔質ガラスを、発泡したＰＳＧ膜のかわりに
高ケイ酸ガラスを使用して形成することもできる。高ケ
イ酸ガラスを梁に用いる場合には、例えばＮａ２ Ｏ：
５％、Ｂ２ Ｏ３：２０％、ＳｉＯ２ ：７５％の組成の
ホウケイ酸低アルカリガラスを形成し、これに熱処理を
行ってケイ酸とホウ酸ソーダとに分相させる。そして、
濃塩酸で化学的にホウ酸ソーダを溶出させた後、ケイ酸
の骨格からなる成形物を加熱することにより、多孔質の
高ケイ酸ガラスとなる。
【００３０】なお、上記実施例では、赤外線検知領域と
多孔質絶縁膜梁とになる層を同時に形成するため、双方
とも同じＰＳＧ膜１４、１５の構造体としてＣＶＤによ
り形成したが、これに限定されず、赤外線検知領域には
多孔質となる材質でなく例えば酸化膜（ＳｉＯ２ 膜）
や窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いることもできる。
多孔質絶縁膜梁とになる層を同時に形成するため、双方
とも同じＰＳＧ膜１４、１５の構造体としてＣＶＤによ
り形成したが、これに限定されず、赤外線検知領域には
多孔質となる材質でなく例えば酸化膜（ＳｉＯ２ 膜）
や窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いることもできる。
【００３１】 なお、実施例では、サーモパイル型赤外
線検出素子について説明したが、例えば、抵抗の温度変
化を利用したボロメータ型赤外線検出素子にも適用で
き、比検出能Ｄ＊ の向上が図れる。
線検出素子について説明したが、例えば、抵抗の温度変
化を利用したボロメータ型赤外線検出素子にも適用で
き、比検出能Ｄ＊ の向上が図れる。
【００３２】
【発明の効果】以上のとおり、本発明の赤外線検出素子
は、基枠と赤外線検知領域とを連結する梁が、例えば発
泡したＰＳＧ膜あるいは高ケイ酸ガラスなど、熱伝導率
の低い多孔質絶縁膜により形成されたものとしたので、
梁の厚さを薄くすることなく熱抵抗を高くでき、強度を
低下させずに赤外線の検出感度を向上させることができ
るという効果を有する。
は、基枠と赤外線検知領域とを連結する梁が、例えば発
泡したＰＳＧ膜あるいは高ケイ酸ガラスなど、熱伝導率
の低い多孔質絶縁膜により形成されたものとしたので、
梁の厚さを薄くすることなく熱抵抗を高くでき、強度を
低下させずに赤外線の検出感度を向上させることができ
るという効果を有する。
【００３３】 また本発明の赤外線検出素子の製造方法
は、基枠と赤外線検知領域とを連結する梁の形成にあた
って、発泡性材質の第２の半導体層を形成したあと、熱
処理により第２の半導体層を発泡させ多孔質絶縁膜とす
るものとしたので、強度が大きくかつ熱抵抗の大きい多
孔質絶縁膜の梁が容易に実現される。また、ＩＣ製造ラ
インとの整合性が高いので、製造コストも低く抑えられ
るという効果を有する。
は、基枠と赤外線検知領域とを連結する梁の形成にあた
って、発泡性材質の第２の半導体層を形成したあと、熱
処理により第２の半導体層を発泡させ多孔質絶縁膜とす
るものとしたので、強度が大きくかつ熱抵抗の大きい多
孔質絶縁膜の梁が容易に実現される。また、ＩＣ製造ラ
インとの整合性が高いので、製造コストも低く抑えられ
るという効果を有する。
【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。
【図２】実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図で
ある。
ある。
【図３】実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図で
ある。
ある。
【図４】実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図で
ある。
ある。
【図５】実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図で
ある。
ある。
【図６】実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図で
ある。
ある。
【図７】実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図で
ある。
ある。
【図８】ＰＳＧ膜の燐濃度と膨張率との関係を示す図で
ある。
ある。
【図９】従来例を示す図である。
１ シリコン基板 ２ 多孔質絶縁膜梁 ３ 赤外線検知領域 ４ ポリシリコンエッチングストッパ ５ 基枠 ６ 四角錐状の凹部 ７ 赤外線吸収膜 ８、８’ ｐ型ポリシリコンサーモパイル ９、９’ ｎ型ポリシリコンサーモパイル １０ アルミ配線 １１ 間隙 １２ ポリシリコンエッチング犠牲層 １４ 赤外線検知領域の構造体 １５ ＰＳＧ膜梁の構造体
Claims (5)
- 【請求項１】 基枠と、該基枠に囲まれて配置された赤
外線検知領域と、前記基枠と赤外線検知領域とを連結す
る梁とを有する赤外線検出素子であって、前記梁が多孔
質絶縁膜により形成されていることを特徴とする赤外線
検出素子。 - 【請求項２】 前記多孔質絶縁膜が、多孔質ガラスであ
ることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出素子。 - 【請求項３】 前記多孔質ガラスが、発泡したＰＳＧ膜
であることを特徴とする請求項２記載の赤外線検出素
子。 - 【請求項４】 前記多孔質ガラスが、高ケイ酸ガラスで
あることを特徴とする請求項２記載の赤外線検出素子。 - 【請求項５】 半導体シリコンの基枠と、平面上該基枠
に囲まれて配置された赤外線検知領域と、前記基枠と赤
外線検知領域とを連結する複数の梁と、各梁上に設けら
れたサーモパイルとを有する赤外線検出素子の製造方法
であって、多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺に
そってエッチングストッパを形成するとともに、該エッ
チングストッパに囲まれた内側にエッチング犠牲層を形
成する工程Ａと、前記エッチング犠牲層上の中央部に第
１の半導体層を形成する工程Ｂと、前記エッチング犠牲
層上に、前記エッチングストッパならびに第１の半導体
層との間に間隙をおいて延びるとともに、一端は前記エ
ッチングストッパ上に延び、他端は発泡性材質からなり
前記第１の半導体層に連なる第２の半導体層を形成する
工程Ｃと、前記第２の半導体層の上面にサーモパイルを
形成する工程Ｄと、熱処理により前記第２の半導体層を
発泡させ多孔質絶縁膜とする工程Ｅと、半導体シリコン
基板の前記エッチングストッパに囲まれた内側およびエ
ッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｆとを有し
て、前記第１の半導体層からなる赤外線検知領域を前記
多孔質絶縁膜からなる梁で支持した赤外線検出素子を得
ることを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10141362A JPH11337403A (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 赤外線検出素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10141362A JPH11337403A (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 赤外線検出素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337403A true JPH11337403A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15290224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10141362A Pending JPH11337403A (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 赤外線検出素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11337403A (ja) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6548879B2 (en) | 1999-11-01 | 2003-04-15 | Hiroyoshi Komobuchi | Semiconductor device having heat detecting element and insulating cavity and method of manufacturing the same |
| JP2006126203A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Commiss Energ Atom | 収縮による熱分離を有する放射検出器およびその放射検出器を用いた赤外線検出装置 |
| JP2006184151A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Nissan Motor Co Ltd | 赤外線センサー |
| JP2006524323A (ja) * | 2003-04-24 | 2006-10-26 | コミサリア、ア、レネルジ、アトミク | 小窩状構造体を備えた熱電磁放射線検出器 |
| JP2007078680A (ja) * | 2005-08-17 | 2007-03-29 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサユニット及びその製造方法 |
| JP2007263769A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
| JP2007263768A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
| JP2007292562A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
| JP2007292561A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
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| JP2007316077A (ja) * | 2007-06-08 | 2007-12-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
| JP2007315916A (ja) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
| JP2008003081A (ja) * | 2006-05-25 | 2008-01-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサー |
| JP2008209161A (ja) * | 2007-02-23 | 2008-09-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサおよびその製造方法 |
| JP2011145296A (ja) * | 2010-01-18 | 2011-07-28 | Heimann Sensor Gmbh | モノリシックシリコン微細加工式サーモパイル赤外線センサー |
| JP2011215160A (ja) * | 2011-08-01 | 2011-10-27 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 赤外線センサ |
| US8097850B2 (en) | 2006-05-25 | 2012-01-17 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Infrared sensor |
| JP2012063359A (ja) * | 2005-08-17 | 2012-03-29 | Panasonic Corp | 赤外線センサユニット |
-
1998
- 1998-05-22 JP JP10141362A patent/JPH11337403A/ja active Pending
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| JP2007292562A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
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| JP2007315916A (ja) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
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| JP2011215160A (ja) * | 2011-08-01 | 2011-10-27 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 赤外線センサ |
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