JPH06213707A - Infrared sensor - Google Patents
Infrared sensorInfo
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- JPH06213707A JPH06213707A JP9413392A JP9413392A JPH06213707A JP H06213707 A JPH06213707 A JP H06213707A JP 9413392 A JP9413392 A JP 9413392A JP 9413392 A JP9413392 A JP 9413392A JP H06213707 A JPH06213707 A JP H06213707A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は非接触で被計測対象の温
度を計測する赤外線センサに係り、特にサーモボロメー
タ型の赤外線センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared sensor for measuring the temperature of an object to be measured in a non-contact manner, and more particularly to a thermobolometer type infrared sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近、非接触の体温計等に用いて好適な
赤外線センサを半導体微細加工技術を利用して作製する
技術が種々開発されている。この赤外線センサとして
は、サーモボロメータ型やサーモパイル型等種々の形式
のものがある。この中でもサーモボロメータ型の赤外線
センサは、サーミスタ効果を持つ物質により赤外線セン
サ感応膜を形成し、受光した赤外線による上昇温度を電
気抵抗値の変化で測定し、赤外線量を知るものであり、
センサを容易に小型化できる点で他の形式のものより優
れている。2. Description of the Related Art Recently, various techniques have been developed for producing an infrared sensor suitable for a non-contact thermometer or the like by utilizing a semiconductor fine processing technique. There are various types of infrared sensors such as a thermobolometer type and a thermopile type. Among them, the thermobolometer type infrared sensor forms an infrared sensor sensitive film of a substance having a thermistor effect, and measures the temperature rise due to the received infrared ray by the change of the electric resistance value to know the infrared ray amount,
It is superior to other types in that the sensor can be easily miniaturized.
【0003】このサーモボロメータ型の赤外線センサで
は、赤外線感温膜の熱容量が小さく、しかもそこから外
部に伝達する熱量が小さければ、それだけ温度上昇が大
きくなり、微量な赤外線に対して応答感度が高くなる。
このため、従来では、センサ基板上に非常に小さな架橋
部を形成し、さらにこの架橋部の上に赤外線感応膜を形
成した構造となっている。すなわち、素子の感熱部分を
支持基板から浮かせた架橋構造とすることにより応答感
度の改善を図るものである。In this thermobolometer type infrared sensor, if the heat capacity of the infrared thermosensitive film is small and the amount of heat transferred from the infrared thermosensitive film to the outside is small, the temperature rises accordingly and the response sensitivity to a small amount of infrared rays is high. Become.
Therefore, in the conventional structure, a very small bridge portion is formed on the sensor substrate, and an infrared sensitive film is further formed on the bridge portion. That is, the response sensitivity is improved by forming a cross-linked structure in which the heat-sensitive part of the element is floated from the support substrate.
【0004】一方、計測にあたっては、被測定物から放
出される微量な赤外線を対象とするため、種々の工夫が
必要となる。たとえば、一個のセンサに全く同じ2個の
赤外線感応膜を設け、一方の赤外線感応膜に赤外線を入
射させ、他方の赤外線感応膜には赤外線が入射しないよ
うに遮蔽を施す。これら赤外線が入射された赤外線感応
膜の出力と、赤外線が入射されない赤外線感応膜の出力
とを絶えず比較することにより、電気的なノイズおよび
熱的な外乱を除去して正味の赤外線量を検出することが
できる。On the other hand, in measuring, since a small amount of infrared rays emitted from the object to be measured is targeted, various measures are required. For example, one sensor is provided with two identical infrared-sensitive films, one infrared-sensitive film is irradiated with infrared light, and the other infrared-sensitive film is shielded so that infrared light does not enter. By constantly comparing the output of the infrared sensitive film on which infrared rays are incident with the output of the infrared sensitive film on which infrared rays are not incident, electrical noise and thermal disturbance are removed to detect the net amount of infrared rays. be able to.
【0005】このような計測を行うための具体的な構造
として図7に表すものが考えられる。As a concrete structure for performing such a measurement, a structure shown in FIG. 7 can be considered.
【0006】この赤外線センサでは、たとえばセンサ基
板としてのシリコン基板11には2つの空洞部12、1
3が形成されている。これら空洞部12、13の上面に
は、たとえば幅20μm、長さ2mm、膜厚3μmの2
本の架橋部14a、14bを有する絶縁膜14が形成さ
れている。この絶縁膜14はたとえばシリコンオキシナ
イトライド(SiOxNy)膜により形成される。架橋部14
a、14bの各中央部の上面には赤外線感応膜15、1
6が設けられている。この赤外線感応膜15、16は、
たとえばアモルファスゲルマニウム(a−Ge)により
形成されている。赤外線感応膜15、16には、図示し
ないがアルミニウム(Al )膜により形成された電極配
線層の一端部が電気的に接続され、この電極配線層の他
端部はシリコン基板11の周縁部に形成された電極パッ
ド17、18に接続されている。In this infrared sensor, for example, two cavities 12, 1 are provided in a silicon substrate 11 as a sensor substrate.
3 is formed. On the upper surfaces of the cavities 12 and 13, for example, 2 with a width of 20 μm, a length of 2 mm and a film thickness of 3 μm.
The insulating film 14 having the bridge portions 14a and 14b of the book is formed. The insulating film 14 is formed of, for example, a silicon oxynitride (SiOxNy) film. Bridge 14
The infrared sensitive films 15 and 1 are provided on the upper surfaces of the central portions of a and 14b.
6 is provided. The infrared sensitive films 15 and 16 are
For example, it is formed of amorphous germanium (a-Ge). Although not shown, one end of an electrode wiring layer formed of an aluminum (Al) film is electrically connected to the infrared sensitive films 15 and 16, and the other end of the electrode wiring layer is connected to the peripheral edge of the silicon substrate 11. It is connected to the formed electrode pads 17 and 18.
【0007】シリコン基板11の上面には表蓋20が配
設されている。この表蓋20の周縁部はFPC(フレキ
シブル・プリント・サーキット)19を間にして電極パ
ッド17、18により支持されている。表蓋20はシリ
コン基板21により形成されており、その表裏の両面に
はそれぞれ赤外線反射防止膜22a、22bが設けられ
ている。これら赤外線反射防止膜22a、22bの図に
おいて右半分には、赤外線感応膜15を覆うようにたと
えばアルミニウム(Al)により形成された赤外線遮蔽
膜23a、23bが形成されている。A front cover 20 is provided on the upper surface of the silicon substrate 11. The peripheral portion of the front cover 20 is supported by the electrode pads 17 and 18 with an FPC (flexible printed circuit) 19 in between. The front cover 20 is formed of a silicon substrate 21, and infrared reflection preventing films 22a and 22b are provided on both front and back surfaces thereof, respectively. Infrared shielding films 23a and 23b made of, for example, aluminum (Al) are formed on the right half of the infrared reflection preventing films 22a and 22b so as to cover the infrared sensitive film 15.
【0008】シリコン基板11の下面にはシリコンオキ
シナイトライド膜により形成された絶縁膜24が形成さ
れ、この絶縁膜24の下部に裏蓋25が配設されてい
る。この裏蓋25もシリコン基板により形成され、その
上面には赤外線反射膜26が形成されている。An insulating film 24 made of a silicon oxynitride film is formed on the lower surface of the silicon substrate 11, and a back cover 25 is provided below the insulating film 24. This back cover 25 is also made of a silicon substrate, and an infrared reflection film 26 is formed on the upper surface thereof.
【0009】この赤外線センサでは、表蓋20に赤外線
遮蔽膜23a、23bが形成されているため、赤外線は
他方の赤外線感応膜16側のみに選択的に入射される。
この赤外線が入射される赤外線感応膜16と入射されな
い赤外線感応膜15との差動出力を求めることにより、
真の赤外線量を検出することができる。In this infrared sensor, since the front cover 20 is formed with the infrared shielding films 23a and 23b, infrared rays are selectively incident only on the other infrared sensitive film 16 side.
By obtaining the differential output between the infrared sensitive film 16 on which the infrared rays are incident and the infrared sensitive film 15 on which the infrared rays are not incident,
The true amount of infrared rays can be detected.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
赤外線センサでは、空洞部12と空洞部13との間を仕
切る側壁27はシリコン(シリコン単結晶)により形成
されているため、空洞部13側に入射された赤外線は赤
外線反射膜26により反射された後、この部分を透過
し、赤外線感応膜15側に入射してしまう。たとえば、
上記赤外線センサを鼓膜音体温計に用いて波長依存性
(FT−IR)を実測すると、人体から放出される赤外
線の主たる成分である10μm近傍で、単結晶シリコン
は約53%の赤外線透過性を示す。このため赤外線感応
膜15、16間の差動出力に誤差が生じ、真の赤外線量
を検出することができないという問題があった。However, in the above infrared sensor, since the side wall 27 partitioning the cavity 12 and the cavity 13 is made of silicon (silicon single crystal), the side wall 27 is located on the cavity 13 side. The incident infrared rays are reflected by the infrared reflecting film 26, pass through this portion, and enter the infrared sensitive film 15 side. For example,
When the wavelength dependency (FT-IR) is measured by using the above infrared sensor in a tympanic sound thermometer, the single crystal silicon exhibits infrared transmittance of about 53% in the vicinity of 10 μm, which is a main component of infrared rays emitted from the human body. . Therefore, an error occurs in the differential output between the infrared sensitive films 15 and 16, and there is a problem that the true amount of infrared rays cannot be detected.
【0011】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、一対の赤外線感応膜のうち一方の赤
外線感応膜への赤外線の入射を確実に防止することがで
き、真の赤外線量を検出することができる赤外線センサ
を提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to surely prevent infrared rays from entering one infrared sensitive film of a pair of infrared sensitive films. It is to provide an infrared sensor capable of detecting a quantity.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明による赤外線セン
サは、少なくとも一対の架橋部を有するセンサ基板と、
前記架橋部の一方に形成された第1の赤外線感応膜と、
前記架橋部の他方に形成された前記第1の赤外線感応膜
と同一構成の第2の赤外線感応膜と、被計測対象から放
射された赤外線を前記第1の赤外線感応膜へ選択的に入
射させる赤外線選択入射手段と、前記架橋部各々の下部
の空洞部の互いに異なる赤外線感応膜側の側壁に設けら
れ、前記第1の赤外線感応膜側に入射した赤外線の前記
第2の赤外線感応膜側への侵入を防止する赤外線遮蔽膜
とを備えている。An infrared sensor according to the present invention comprises a sensor substrate having at least a pair of bridge portions,
A first infrared-sensitive film formed on one side of the bridge,
A second infrared sensitive film having the same structure as the first infrared sensitive film formed on the other side of the bridge portion, and infrared rays emitted from a measurement target are selectively made incident on the first infrared sensitive film. The infrared selective incident means and the side walls on the infrared sensitive film side different from each other in the lower cavity of each of the bridge portions are provided to the second infrared sensitive film side of the infrared rays incident on the first infrared sensitive film side. And an infrared shielding film that prevents the entry of the infrared rays.
【0013】この赤外線センサでは、被計測対象から放
射された赤外線は赤外線選択入射手段により第1の赤外
線感応膜へ選択的に入射されるとともに、この赤外線の
空洞部間の側壁を透過しての第2の赤外線感応膜側への
侵入が赤外線遮蔽膜により防止される。In this infrared sensor, infrared rays radiated from the object to be measured are selectively made incident on the first infrared sensitive film by the infrared selective entrance means, and are transmitted through the side wall between the cavities of the infrared rays. The infrared shielding film prevents the second infrared sensitive film from invading.
【0014】センサ基板としては、シリコン、ゲルマニ
ウム等の半導体基板が用いられるが、容易にしかも安価
に手に入れることが可能なシリコン基板を用いることが
好ましい。また、赤外線感応膜はアモルファスゲルマニ
ウム(a−Ge)、アモルファスシリコン(a−Si)
や多結晶シリコン等の膜により形成される。この赤外線
感応膜の成膜には、スパッタリング、イオンビームスパ
ッタリング、CVD(化学的気相成長法)等が用いられ
る。As the sensor substrate, a semiconductor substrate made of silicon, germanium or the like is used, but it is preferable to use a silicon substrate which can be easily and inexpensively obtained. The infrared sensitive film is amorphous germanium (a-Ge), amorphous silicon (a-Si).
And a film of polycrystalline silicon or the like. Sputtering, ion beam sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition) and the like are used for forming the infrared sensitive film.
【0015】架橋部は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコ
ン窒化膜 (SiNy) 、シリコンオキシナイトライド(SiOxN
y)膜等により形成することができるが、特にシリコンオ
キシナイトライド膜により形成することが好ましい。シ
リコンオキシナイトライド膜は、シリコン酸化膜とシリ
コン窒化膜との両者の性質を持ち、そのため応力バラン
スが良く、安定した架橋構造を形成することが可能とな
る。The bridging portion is composed of a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNy) and a silicon oxynitride (SiOxN).
y) It can be formed of a film or the like, but it is particularly preferably formed of a silicon oxynitride film. The silicon oxynitride film has the properties of both a silicon oxide film and a silicon nitride film, and therefore has a good stress balance and can form a stable crosslinked structure.
【0016】この架橋部は、たとえばシリコン基板の両
面にそれぞれシリコンオキシナイトライド膜を形成し、
予め一方の面は架橋構造、他方の面は任意の大きさの窓
形状にそれぞれエッチングによりパターニングしてお
き、ヒドラジン水溶液や水酸化カリウム(KOH)等に
よる異方性エッチングにより作成することができる。This cross-linking portion forms a silicon oxynitride film on both surfaces of a silicon substrate,
It is possible to form it by anisotropic etching using a hydrazine aqueous solution, potassium hydroxide (KOH) or the like, by previously patterning one surface with a crosslinked structure and the other surface with a window shape of an arbitrary size by etching.
【0017】赤外線遮蔽膜としては、ニッケル(Ni)
膜や、クロム(Cr)膜および銅(Cu)の積層膜等を
用いることができる。これらの膜は蒸着法により、異方
性エッチングにより形成された空洞部の壁面に容易に形
成することができる。As the infrared shielding film, nickel (Ni) is used.
A film, a laminated film of a chromium (Cr) film and a copper (Cu) film, or the like can be used. These films can be easily formed on the wall surface of the cavity formed by anisotropic etching by the vapor deposition method.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
【0019】図1は本発明の一実施例に係る赤外線セン
サの縦断面構造を表すものである。この赤外線センサは
裏面側(図において下側)から赤外線が入射する形式の
ものである。FIG. 1 shows a vertical sectional structure of an infrared sensor according to an embodiment of the present invention. This infrared sensor is of a type in which infrared rays are incident from the back side (lower side in the figure).
【0020】本実施例の赤外線センサでは、センサ基板
としてのシリコン基板31には2つの空洞部32、33
が形成されている。これら空洞部32、33の上面に
は、たとえば幅20μm、長さ2mm、膜厚3μmの2
本の架橋部34a、34bを有するシリコンオキシナイ
トライド(SiOxNy)膜34が形成されている。架橋部34
a、34bの各中央部の上面には赤外線感応膜35、3
6が設けられている。この赤外線感応膜35、36は、
たとえばアモルファスゲルマニウム(a−Ge)により
形成されている。赤外線感応膜35、36には、図示し
ないがアルミニウム(Al )膜により形成された電極配
線層の一端部が電気的に接続され、この電極配線層の他
端部はシリコン基板31上の周縁部に形成された電極パ
ッド37、38に接続されている。In the infrared sensor of this embodiment, the silicon substrate 31 as the sensor substrate has two cavities 32 and 33.
Are formed. On the upper surfaces of these cavities 32 and 33, for example, 2 with a width of 20 μm, a length of 2 mm and a film thickness of 3 μm.
A silicon oxynitride (SiOxNy) film 34 having book bridges 34a and 34b is formed. Bridge 34
The infrared sensitive films 35 and 3 are provided on the upper surfaces of the central portions of a and 34b.
6 is provided. The infrared sensitive films 35 and 36 are
For example, it is formed of amorphous germanium (a-Ge). Although not shown, one end of an electrode wiring layer formed of an aluminum (Al) film is electrically connected to the infrared sensitive films 35 and 36, and the other end of the electrode wiring layer is a peripheral portion on the silicon substrate 31. Are connected to the electrode pads 37 and 38 formed on.
【0021】シリコン基板31の下面にはシリコンオキ
シナイトライド膜44が形成され、このシリコンオキシ
ナイトライド膜44の下部に蓋40が配設されている。
この蓋40はシリコン基板41により形成されており、
その表裏の両面にはそれぞれ赤外線反射防止膜42a、
42bが設けられている。これら赤外線反射防止膜42
a、42bの図において右半分には、赤外線感応膜35
を覆うようにたとえばアルミニウム(Al)により形成
された赤外線遮蔽膜43a、43bが設けられている。
なお、シリコン基板31の上面には蓋(図示せず)が配
設されており、裏面の蓋40とともにセンサチップを封
止している。なお、これらの蓋の赤外線センサチップへ
の接合には、半田接合や陽極接合法が用いられるが、特
に陽極接合法はチップ内を真空状態に封止することがで
きるため、空気の対流の影響を無くすことができ、セン
サ特性がよくなる。A silicon oxynitride film 44 is formed on the lower surface of the silicon substrate 31, and a lid 40 is provided below the silicon oxynitride film 44.
This lid 40 is formed of a silicon substrate 41,
An infrared antireflection film 42a is formed on each of the front and back surfaces,
42b is provided. These infrared antireflection films 42
In the right half of the figures a and 42b, the infrared sensitive film 35 is provided.
Infrared shielding films 43a and 43b made of, for example, aluminum (Al) are provided so as to cover the.
A lid (not shown) is provided on the upper surface of the silicon substrate 31, and the sensor chip is sealed together with the lid 40 on the back surface. Soldering or anodic bonding methods are used to bond these lids to the infrared sensor chip. In particular, the anodic bonding method can seal the inside of the chip in a vacuum state, so that the effect of air convection is affected. Can be eliminated and the sensor characteristics can be improved.
【0022】本実施例では、空洞部32、33の側壁面
にはそれぞれ赤外線遮蔽膜としてのニッケル(Ni)膜
46が形成されている。In this embodiment, nickel (Ni) films 46 as infrared shielding films are formed on the side walls of the cavities 32 and 33, respectively.
【0023】この赤外線センサでは、赤外線は裏面側か
ら蓋40を透過して空洞部33を通り一方の赤外線感応
膜36側のみに選択的に入射される。この赤外線が入射
される赤外線感応膜36と入射されない赤外線感応膜3
5との差動出力を求めることにより、赤外線量を検出す
ることは従来と同様である。In this infrared sensor, infrared rays pass through the lid 40 from the back surface side, pass through the cavity 33, and are selectively incident only on one infrared sensitive film 36 side. The infrared sensitive film 36 on which the infrared rays enter and the infrared sensitive film 3 on which the infrared rays do not enter
The amount of infrared rays is detected by obtaining the differential output with respect to 5 as in the conventional case.
【0024】この赤外線センサでは、空洞部33側に入
射して空洞部32、33間の仕切部45を透過して赤外
線感応膜35側に侵入しようとする赤外線は、側壁面に
設けられたニッケル膜46により遮蔽される。したがっ
て、赤外線感応膜35では赤外線が完全に遮蔽され、こ
のため赤外線感応膜36と赤外線感応膜35との差動出
力により真の赤外線量を検出することができる。In this infrared sensor, infrared rays which are incident on the side of the cavity portion 33 and permeate through the partition portion 45 between the cavity portions 32 and 33 to enter the side of the infrared sensitive film 35 are nickel provided on the side wall surface. It is shielded by the membrane 46. Therefore, the infrared ray sensitive film 35 completely shields infrared rays, so that the true infrared ray amount can be detected by the differential output between the infrared ray sensitive film 36 and the infrared ray sensitive film 35.
【0025】図2ないし図4は上記赤外線センサの製造
工程を表すものである。なお、赤外線感応膜35、36
は基本的に同じ構造であるので、ここでは赤外線感応膜
36側部分のみ図示して説明する。2 to 4 show a manufacturing process of the infrared sensor. The infrared sensitive films 35, 36
Since they have basically the same structure, only the infrared sensitive film 36 side portion will be illustrated and described here.
【0026】まず、図2(A)に示すような結晶面方位
(100)のシリコン基板31を用意した。次に、この
シリコン基板31の両面にそれぞれ、プラズマCVD法
により同図(B)に示すような膜厚2μmのシリコンオ
キシナイトライド膜34、44を形成した。すなわち、
シリコン基板31を450℃に加熱し、成膜条件とし
て、圧力を0.45Torr、高周波出力を400W とし、
反応ガスとして、モノシラン(Si H4 )を15SCCM、
窒素(N2 )を203SCCM、笑気ガス(N2 O)を32
SCCM流し、シリコン基板31の両面にそれぞれシリコン
オキシナイトライドを20分間気相成長させ成膜させ
た。First, a silicon substrate 31 having a crystal plane orientation (100) as shown in FIG. 2 (A) was prepared. Next, silicon oxynitride films 34 and 44 having a film thickness of 2 μm as shown in FIG. 3B were formed on both surfaces of the silicon substrate 31 by the plasma CVD method. That is,
The silicon substrate 31 is heated to 450 ° C., the film forming conditions are pressure of 0.45 Torr and high frequency output of 400 W,
As reaction gas, monosilane (Si H 4 ) 15SCCM,
203 SCCM of nitrogen (N 2 ) and 32 of laughing gas (N 2 O)
SCCM was flown, and silicon oxynitride was vapor-deposited on both surfaces of the silicon substrate 31 for 20 minutes to form a film.
【0027】続いて、架橋部34bの中央部に図2
(C)に示すような赤外線感応膜36を形成した。すな
わち、ゲルマニウム(Ge)をターゲットとしてスパッ
タリングを行い、シリコンオキシナイトライド膜34上
にアモルファスゲルマニウム(aーGe)膜を形成し
た。このスパッタリングは、ガス流量をアルゴン(A
r)=2SCCM、水素(H2 )=1SCCM、成膜圧力を3×
10-3Torr、高周波出力を200Wとして10分間行っ
た。次に、500°Cでアニール処理を行い、アモルフ
ァスゲルマニウムの多結晶化を促進した。続いて、反応
性イオンエッチングを行って多結晶化されたアモルファ
スゲルマニウム膜のパターニングを行った。Next, as shown in FIG.
An infrared sensitive film 36 as shown in (C) was formed. That is, sputtering was performed using germanium (Ge) as a target to form an amorphous germanium (a-Ge) film on the silicon oxynitride film 34. This sputtering has a gas flow rate of argon (A
r) = 2 SCCM, hydrogen (H 2 ) = 1 SCCM, film formation pressure 3 ×
The test was performed for 10 minutes at 10 −3 Torr and a high frequency output of 200W. Next, annealing treatment was performed at 500 ° C. to promote polycrystallization of amorphous germanium. Subsequently, reactive ion etching was performed to pattern the polycrystallized amorphous germanium film.
【0028】続いて、50°Cに加熱してたとえば蒸着
法によりシリコン基板31の表面に膜厚0.5μmのア
ルミニウム膜を形成した後、パターニングして図2
(D)に示すような電極配線層51を形成した。Subsequently, after heating to 50 ° C. to form an aluminum film having a film thickness of 0.5 μm on the surface of the silicon substrate 31 by, for example, a vapor deposition method, patterning is performed as shown in FIG.
An electrode wiring layer 51 as shown in (D) was formed.
【0029】次に、図3(A)に示すように、シリコン
基板31の表面に電極パッド37、38を形成した。す
なわち、真空蒸着法により電極配線層51上に膜厚0.
05μmのクロム(Cr)膜52、膜厚1.5μmの銅
(Cu)膜53を順次形成した。続いて、シリコン基板
31の表面に、図3(B)に示すように耐エッチング
膜、たとえば膜厚1μmのシリコンオキシナイトライド
膜54を形成した。Next, as shown in FIG. 3A, electrode pads 37 and 38 were formed on the surface of the silicon substrate 31. That is, the film thickness of 0.
A chromium (Cr) film 52 having a thickness of 05 μm and a copper (Cu) film 53 having a thickness of 1.5 μm were sequentially formed. Subsequently, as shown in FIG. 3B, an etching resistant film, for example, a silicon oxynitride film 54 having a film thickness of 1 μm was formed on the surface of the silicon substrate 31.
【0030】次に、図3(C)に示すように、電極パッ
ド37、38に対応させてシリコンオキシナイトライド
膜54にコンタクトホール55、56を形成した。続い
て、図3(D)に示すように、裏面のシリコンオキシナ
イトライド膜44を選択的にエッチングして開口部57
を形成した。Next, as shown in FIG. 3C, contact holes 55 and 56 were formed in the silicon oxynitride film 54 corresponding to the electrode pads 37 and 38. Subsequently, as shown in FIG. 3D, the silicon oxynitride film 44 on the back surface is selectively etched to form an opening 57.
Was formed.
【0031】続いて、この開口部57を介してシリコン
基板31を裏面から選択的にエッチングし、図4(A)
に示すように空洞部33を形成した。このエッチングは
ヒドラジン水溶液を用いた異方性エッチングを温度11
0°Cで1時間30分行い、シリコン基板31の表面か
ら20μm程度の位置で停止させた。なお、この異方性
エッチングは水酸化カリウム水溶液を用いて行うように
してもよい。Subsequently, the silicon substrate 31 is selectively etched from the back surface through the opening 57, and the silicon substrate 31 is etched as shown in FIG.
The cavity 33 was formed as shown in FIG. For this etching, anisotropic etching using a hydrazine aqueous solution is performed at a temperature of 11
It was performed at 0 ° C. for 1 hour and 30 minutes, and stopped at a position of about 20 μm from the surface of the silicon substrate 31. Note that this anisotropic etching may be performed using a potassium hydroxide aqueous solution.
【0032】次に、無電解めっき法により図4(B)に
示すように空洞部33の壁面に赤外線遮蔽膜としてのニ
ッケル膜46を形成するとともに、電極パッド37、3
8のコンタクトホール55、56にそれぞれニッケル膜
57、58を形成した。このめっきは、めっき液として
トップケミアロイB−1(奥野製薬工業(株)社製)を
用い、65°Cで5分間浸して膜厚1μmの厚さのニッ
ケル膜46、57、58を形成した。Next, as shown in FIG. 4B, a nickel film 46 as an infrared shielding film is formed on the wall surface of the cavity 33 by electroless plating, and the electrode pads 37, 3 are formed.
Nickel films 57 and 58 were formed in the contact holes 55 and 56 of No. 8, respectively. In this plating, Top Chemialoy B-1 (manufactured by Okuno Chemical Industries Co., Ltd.) was used as a plating solution and immersed at 65 ° C. for 5 minutes to form nickel films 46, 57 and 58 having a thickness of 1 μm. did.
【0033】続いて、シリコン基板31の表面のシリコ
ンオキシナイトライド膜34をパターニングして架橋部
34bのパターンを形成した。このパターニングはたと
えば反応性イオンエッチング(RIE)により、下地の
シリコン基板31が露出するまで行った。このエッチン
グは、エッチングガスとして三ふっ化メタン(CH
F 3 )と酸素(O2 )を用い、その流量をCHF3 =4
7.5SCCM、O2 =2.5SCCMとし、エッチング時の圧
力を0.075Torr、高周波出力を150Wとし、エッ
チング時間を3時間とした。Then, the silicon on the surface of the silicon substrate 31
Patterning the oxynitride film 34 to form a bridge
34b pattern was formed. This patterning was
For example, by reactive ion etching (RIE),
The process was repeated until the silicon substrate 31 was exposed. This etch
Is used as an etching gas for methane trifluoride (CH
F 3) And oxygen (O2) Using CHF3= 4
7.5 SCCM, O2= 2.5 SCCM, pressure during etching
The power is 0.075 Torr and the high frequency output is 150 W.
The ching time was 3 hours.
【0034】最後に、図4(C)に示すようにシリコン
基板31の表面から異方性エッチングを温度110°C
で1時間30分行い、架橋部34bを形成するとともに
空洞部33の上部を選択的に除去した。このときシリコ
ン基板31の裏面は耐エッチング性の金属膜(ニッケル
膜46)により覆われているため、エッチングが進行す
ることはない。Finally, as shown in FIG. 4C, anisotropic etching is performed on the surface of the silicon substrate 31 at a temperature of 110 ° C.
Then, the bridge portion 34b was formed and the upper portion of the cavity 33 was selectively removed. At this time, since the back surface of the silicon substrate 31 is covered with the etching resistant metal film (nickel film 46), the etching does not proceed.
【0035】このような方法により、空洞部33の側壁
に赤外線遮蔽膜(ニッケル膜46)を有する赤外線セン
サを作製することができた。また、この方法によれば、
電極パッド37、38のそれぞれの上にニッケル膜5
7、58が形成されるので、銅膜53の酸化を防止する
ことができる。By such a method, an infrared sensor having an infrared shielding film (nickel film 46) on the side wall of the cavity 33 could be manufactured. Also, according to this method,
A nickel film 5 is formed on each of the electrode pads 37 and 38.
Since 7, 58 are formed, the copper film 53 can be prevented from being oxidized.
【0036】図5は本発明の他の実施例を表すものであ
る。FIG. 5 shows another embodiment of the present invention.
【0037】本実施例の赤外線センサは、表面側(図に
おいて上側)から赤外線が入射する形式のものであり、
図1と同一構成部分については同一符号を付してその説
明は省略する。本実施例においては、蓋40はシリコン
基板11の上面に配設され、この蓋40の周縁部はFP
C(フレキシブル・プリント・サーキット)61を間に
して電極パッド37、38により支持されている。一
方、シリコン基板11の下面には蓋62が配設されてい
る。蓋62はシリコン基板により形成され、その上面に
は赤外線反射膜63が形成されている。The infrared sensor of this embodiment is of a type in which infrared rays are incident from the surface side (upper side in the figure),
The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In this embodiment, the lid 40 is provided on the upper surface of the silicon substrate 11, and the peripheral portion of the lid 40 is FP.
It is supported by the electrode pads 37 and 38 with a C (flexible printed circuit) 61 in between. On the other hand, a lid 62 is provided on the lower surface of the silicon substrate 11. The lid 62 is formed of a silicon substrate, and an infrared reflection film 63 is formed on the upper surface thereof.
【0038】本実施例では、空洞部32、33の側壁面
にそれぞれ赤外線遮蔽膜として積層膜47が形成されて
いる。この積層膜47は、クロム膜および銅膜の2層構
造となっている。In this embodiment, a laminated film 47 is formed as an infrared shielding film on the side walls of the cavities 32 and 33, respectively. The laminated film 47 has a two-layer structure of a chromium film and a copper film.
【0039】この赤外線センサでは、空洞部33側に入
射して赤外線反射膜63により反射された赤外線は、側
壁面に設けられた積層膜47により遮蔽される。したが
って、図1の実施例と同様に、赤外線感応膜35では赤
外線が完全に遮蔽され、このため赤外線感応膜36と赤
外線感応膜35との差動出力により真の赤外線量を検出
することができる。In this infrared sensor, the infrared rays that are incident on the cavity portion 33 side and reflected by the infrared reflecting film 63 are shielded by the laminated film 47 provided on the side wall surface. Therefore, similarly to the embodiment of FIG. 1, the infrared ray sensitive film 35 completely shields the infrared ray, so that the true infrared ray amount can be detected by the differential output between the infrared ray sensitive film 36 and the infrared ray sensitive film 35. .
【0040】図6は本実施例の赤外線センサの製造工程
を表すものである。なお、図4(A)までは上記実施例
と同様であるので、その説明は省略する。FIG. 6 shows the manufacturing process of the infrared sensor of this embodiment. It should be noted that the description up to FIG. 4A is omitted because it is similar to the above-described embodiment.
【0041】本実施例では、図4(A)で説明したよう
に異方性エッチングにより空洞部33を形成した後、図
6(A)に示すように、真空蒸着法よりシリコン基板3
1の裏面からクロムおよび銅を順次蒸着し、膜厚0.0
5μmのクロム膜71および膜厚1.5μmの銅膜72
の積層膜47を形成した。In this embodiment, after the cavity 33 is formed by anisotropic etching as described with reference to FIG. 4A, the silicon substrate 3 is formed by the vacuum evaporation method as shown in FIG. 6A.
Chromium and copper are sequentially vapor-deposited from the back surface of 1 to a film thickness of 0.0
5 μm chromium film 71 and 1.5 μm thick copper film 72
The laminated film 47 of was formed.
【0042】次に、シリコン基板31の表面のシリコン
オキシナイトライド膜34をパターニングして架橋部3
4bのパターンを形成した。このパターニングはたとえ
ば反応性イオンエッチング(RIE)により、下地のシ
リコン基板31が露出するまで行った。このエッチング
は、図4(C)に示したと同じ条件により行った。Next, the silicon oxynitride film 34 on the surface of the silicon substrate 31 is patterned to form the bridge portion 3.
The pattern of 4b was formed. This patterning was performed, for example, by reactive ion etching (RIE) until the underlying silicon substrate 31 was exposed. This etching was performed under the same conditions as shown in FIG.
【0043】最後に、図6(B)に示すように、シリコ
ン基板31の表面から異方性エッチングを行い、架橋部
34bを形成するとともに空洞部33の上部を選択的に
除去した。このときシリコン基板31の裏面は耐エッチ
ング性の金属膜(積層膜47)により覆われているた
め、エッチングが進行することはない。Finally, as shown in FIG. 6B, anisotropic etching was performed from the surface of the silicon substrate 31 to form the bridge portion 34b and selectively remove the upper portion of the cavity 33. At this time, since the back surface of the silicon substrate 31 is covered with the etching resistant metal film (laminated film 47), the etching does not proceed.
【0044】なお、上記実施例においては、赤外線セン
サとしてシリコン基板31の片面に一対の赤外線感応膜
35、36を有するタイプのものについて説明したが、
本発明はこれに限定するものではなく、たとえばシリコ
ン基板31の両面にそれぞれ一対の赤外線感応膜35、
36を有するタイプのものについても適用できるもので
ある。In the above embodiment, the infrared sensor having the pair of infrared sensitive films 35 and 36 on one surface of the silicon substrate 31 has been described.
The present invention is not limited to this, and for example, a pair of infrared sensitive films 35 and
It is also applicable to the type having 36.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上説明したように本発明の赤外線セン
サによれば、2つの空洞部の互いに異なる赤外線感応膜
側に赤外線遮蔽膜を設けるようにしたので、第2の赤外
線感応膜への赤外線の入射を確実に防止することがで
き、第1の赤外線感応膜と第2の赤外線感応膜との差動
出力により真の赤外線量を得ることができるという効果
がある。As described above, according to the infrared sensor of the present invention, since the infrared shielding films are provided on the different infrared sensitive films of the two cavities, the infrared rays to the second infrared sensitive film are provided. Is reliably prevented, and the true infrared ray amount can be obtained by the differential output between the first infrared sensitive film and the second infrared sensitive film.
【図1】本発明の一実施例に係る赤外線センサの縦断面
図である。FIG. 1 is a vertical sectional view of an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の赤外線センサの製造工程を表す縦断面図
である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a manufacturing process of the infrared sensor of FIG.
【図3】図1の赤外線センサの製造工程を表す縦断面図
である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a manufacturing process of the infrared sensor of FIG.
【図4】図1の赤外線センサの製造工程を表す縦断面図
である。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a manufacturing process of the infrared sensor of FIG.
【図5】本発明の他の実施例に係る赤外線センサの縦断
面図である。FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of an infrared sensor according to another embodiment of the present invention.
【図6】図5の赤外線センサの製造工程を表す縦断面図
である。6 is a vertical cross-sectional view showing a manufacturing process of the infrared sensor of FIG.
【図7】差動出力を取り出すための赤外線センサを表す
縦断面図である。FIG. 7 is a vertical sectional view showing an infrared sensor for extracting a differential output.
31 シリコン基板(センサ基板) 32、33 空洞部 34、34b 架橋部 35、36 赤外線感応膜 46 ニッケル膜 47 積層膜 31 Silicon Substrate (Sensor Substrate) 32, 33 Cavity 34, 34b Crosslink 35, 36 Infrared Sensitive Film 46 Nickel Film 47 Laminated Film
Claims (1)
基板と、 前記架橋部の一方に形成された第1の赤外線感応膜と、 前記架橋部の他方に形成された前記第1の赤外線感応膜
と同一構成の第2の赤外線感応膜と、 被計測対象から放射された赤外線を前記第1の赤外線感
応膜へ選択的に入射させる赤外線選択入射手段と、 前記架橋部各々の下部の空洞部の互いに異なる赤外線感
応膜側の側壁に設けられ、前記第1の赤外線感応膜側に
入射した赤外線の前記第2の赤外線感応膜側への侵入を
防止する赤外線遮蔽膜とを備えたことを特徴とする赤外
線センサ。1. A sensor substrate having at least a pair of bridges, a first infrared-sensitive film formed on one of the bridges, and a first infrared-sensitive film formed on the other of the bridges. A second infrared-sensitive film having the same structure, an infrared selective-injection means for selectively injecting infrared rays emitted from the object to be measured into the first infrared-sensitive film, and a cavity portion below each of the bridge portions. And an infrared shielding film which is provided on a side wall of a different infrared sensitive film side and which prevents infrared rays incident on the first infrared sensitive film side from entering the second infrared sensitive film side. Infrared sensor.
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1992
- 1992-04-14 JP JP09413392A patent/JP3274881B2/en not_active Expired - Fee Related
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