專利名稱：紅外線傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外線傳感器，特別是涉及一種熱電堆型的紅外線傳感器。
背景技術(shù)：
作為過去的熱電堆型的紅外線傳感器，具有圖7和圖8所示那樣的傳感器。在圖7中示出紅外線傳感器的熱電堆型結(jié)構(gòu)，為由鄰接的多晶硅4和鋁6形成熱電偶的例子。圖8所示紅外線傳感器公開于日本專利2663612號公報，由p型半導(dǎo)體106和n型半導(dǎo)體111構(gòu)成的熱電偶為形成于單臂梁103的例子。這些傳感器根據(jù)利用塞貝克效應(yīng)獲得的由熱電偶的熱觸點與冷觸點的溫差產(chǎn)生的電動勢測定入射到紅外線傳感器的紅外線量，通過配置多個熱電偶，實現(xiàn)紅外線傳感器的高靈敏度化。
然而，在圖7所示紅外線傳感器中，由于鄰接地形成多晶硅4和鋁6，所以，熱電偶的配置區(qū)域變大，存在不能按高密度配置熱電偶的問題。在圖8所示的紅外線傳感器中，由于在單臂梁103形成熱電偶，所以，存在單臂梁103的機(jī)械強(qiáng)度變?nèi)醯膯栴}。另外，由于熱吸收膜105和熱電偶離開地形成，所以，存在由熱吸收膜105產(chǎn)生的熱不能有效地傳遞到熱電偶的問題。
可是，在日本專利2663612號公報中，作為過去的例子可列舉出具有由鋁配線和p型擴(kuò)散層電阻構(gòu)成的熱電偶的紅外線傳感器，并指出，在使用鋁的場合，塞貝克效應(yīng)小，熱阻下降，導(dǎo)致靈敏度下降。另外還指出，雙金屬效應(yīng)使單臂梁翹曲，從而導(dǎo)致靈敏度下降。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)由多晶硅膜和鋁膜構(gòu)成的熱電堆適于實用，充分優(yōu)良。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可按高密度配置利用了由多晶硅膜和鋁膜構(gòu)成的熱電堆的熱電偶、可將由熱吸收層產(chǎn)生的熱有效地地傳遞到熱電偶、機(jī)械強(qiáng)度大的紅外線傳感器。
為了解決上述問題，本發(fā)明的紅外線傳感器具有支承構(gòu)件、多晶硅配線層、絕緣膜、鋁配線層、及紅外線吸收層；該支承構(gòu)件包含由絕緣材料構(gòu)成的支承膜和具有空心部分并對支承膜進(jìn)行支承的基板；該多晶硅配線層從空心部分的上部形成到基板的上部，具有預(yù)定的導(dǎo)電型；該絕緣膜形成于多晶硅配線層上，具有形成于空心部分的上部的第1接觸孔和形成于基板上部的第2接觸孔；該鋁配線層通過第1接觸孔連接到多晶硅配線層，與通過第2接觸孔鄰接的多晶硅配線層連接；該紅外線吸收層覆蓋第1接觸孔的上部地形成于空心部分的上部；與通過第1接觸孔與對應(yīng)的多晶硅配線層連接的鋁配線層在空心部分的上部成為該對應(yīng)的多晶硅配線層的上層地隔著絕緣膜層疊。
這樣，由于將多晶硅配線層和鋁配線層層疊構(gòu)成熱電偶，所以，可使熱電偶的配置區(qū)域變窄，提高配置密度。另外，由于從空心部分的上部到基板的上部形成多晶硅配線層和鋁配線層的層疊構(gòu)造，所以，可提高薄壁的空心部分的機(jī)械強(qiáng)度。另外，由于覆蓋形成于熱電偶的第1接觸孔地形成紅外線吸收層，所以，可以良好效率將由紅外線吸收層產(chǎn)生的熱量傳遞到熱電偶。
另外，本發(fā)明的紅外線傳感器也可具有這樣的特征，即，基板由多晶硅構(gòu)成，空心部分由腐蝕形成。由于空心部分由腐蝕形成，所以，可精密地實現(xiàn)空心部分的形狀。
另外，本發(fā)明的紅外線傳感器也可具有這樣的特征，即，鋁配線層在至少空心部分的上部比多晶硅配線層更細(xì)地形成。由于熱傳導(dǎo)系數(shù)良好的鋁配線層較細(xì)地形成，所以，熱量不易散失。另外，可減少形成紅外線吸收層的空心部分的上部的鋁配線層對紅外線的反射。
另外，本發(fā)明的紅外線傳感器也可具有這樣的特征，即，形成多個隔著絕緣膜在多晶硅配線層的上部層疊鋁配線層的層疊構(gòu)造體，多個第1接觸孔由一體形成的紅外線吸收層覆蓋。由于層疊構(gòu)造體的多根作為與紅外線吸收層成一體的支承構(gòu)造起作用，所以，可進(jìn)一步提高薄壁的空心部分的機(jī)械強(qiáng)度。


圖1A和圖1B為分別示出第1實施形式的紅外線傳感器的斷面圖和熱電堆結(jié)構(gòu)的圖。
圖2為示出第2實施形式的紅外線傳感器的熱電堆結(jié)構(gòu)的圖。
圖3A和圖3B為分別示出第3實施形式的紅外線傳感器的斷面圖和熱電堆結(jié)構(gòu)的圖。
圖4A和圖4B為示出第4實施形式的紅外線傳感器的斷面圖和熱電堆結(jié)構(gòu)的圖。
圖5為示出第5實施形式的紅外線傳感器的熱電堆結(jié)構(gòu)的圖。
圖6為示出第6實施形式的紅外線傳感器的熱電堆結(jié)構(gòu)的圖。
圖7為示出過去的紅外線傳感器的熱電堆結(jié)構(gòu)的圖。
圖8A和圖8B為分別示出過去的紅外線傳感器的斷面圖和熱電堆結(jié)構(gòu)的圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的實施形式。相同的要素采用相同符號，省略重復(fù)的說明。
圖1A和圖1B示出第1實施形式的紅外線傳感器的斷面和熱電堆結(jié)構(gòu)。圖1A示出圖1B的A-A′斷面圖，如圖所示那樣，膜片構(gòu)造的支承構(gòu)件包括具有空心部分2的硅基板1和對其進(jìn)行支承的支承膜3。在支承膜3上隔著摻入了1018～1020cm-3的n型或p型的雜質(zhì)的多晶硅膜4和成為絕緣膜的SiO2膜5層疊鋁膜6。利用SiO2膜5的開口孔部連接多晶硅膜4和鋁膜6，形成熱電偶。支承膜3和熱電偶的露出表面由用SiN制成的鈍化膜7覆蓋，在空心部分2的上部的鈍化膜7形成熱吸收膜8。
鈍化膜7也可為SiO2和聚酰亞胺膜等絕緣膜。另外，也可在熱吸收膜8使用黑化樹脂，該黑化樹脂也可使用混合了碳填料等的樹脂(環(huán)氧系、硅酮系、丙烯酸系、聚氨酯系、聚酰亞胺系等)、黑色抗蝕劑等。
如圖1B所示那樣，多晶硅膜4和鋁膜6的長尺寸的層疊構(gòu)造在硅基板1上部到空心部分2上部從與矩形(正方形或長方形)的空心部分2的四邊垂直的4個方向到空心部分2的中央延伸地形成。
另外，多晶硅膜4和鋁膜6在空心部分2上層疊，鋁膜6的寬度形成得比多晶硅膜4的寬度窄。在形成熱吸收膜8的區(qū)域的SiO2膜5的開口孔部，連接層疊的多晶硅膜4和鋁膜6，形成熱觸點11。另外，在硅基板1上部的SiO2膜5的開口孔部連接鄰接的多晶硅膜4和鋁膜6，形成冷觸點12。這些熱電偶串聯(lián)地連接，由塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生的電動勢由取出電極10取出。在形成取出電極10的區(qū)域，鈍化膜7開口。
下面說明空心部分的形成方法。在不形成空心部分的硅基板1的表面形成支承膜3、熱電堆結(jié)構(gòu)、鈍化膜7、熱吸收膜8后，在硅基板1的與形成支承膜3的相反側(cè)的面(背面)形成由耐硅腐蝕液性的SiN等構(gòu)成的保護(hù)層9。在希望形成空心部分2的區(qū)域?qū)ΡＷo(hù)層9進(jìn)行開口，在保護(hù)硅基板1的表面的狀態(tài)下進(jìn)行腐蝕。這樣，從背面的保護(hù)層9的開口部開始腐蝕，當(dāng)?shù)竭_(dá)具有耐腐蝕液性的支承膜3時停止腐蝕。腐蝕液使用例如氫氧化鉀溶液等，當(dāng)對硅基板1使用(100)面時，可進(jìn)行各向異性的腐蝕，可形成具有圖1(a)所示的空心部分2的膜片構(gòu)造。在保護(hù)層9也可由包含SiN單層、SiO2單層、或SiN、SiO2、PSG、BPSG中的任一個的多層膜構(gòu)成，膜厚為0.5～5μm。
這樣按照第1實施形式的紅外線傳感器，通過層疊地形成多晶硅膜4和鋁膜6，與并列配置圖7所示的多晶硅膜4和鋁膜6的過去的例子相比，由于相對1個熱電偶的配置區(qū)域變窄，所以可以高密度配置熱電偶。另外，隔著SiO2膜5將多晶硅膜4和鋁膜6層疊的熱電堆結(jié)構(gòu)通過形成3層構(gòu)造提高機(jī)械的支承強(qiáng)度，由于它從空心部分2上部到硅基板1上部形成為高臺狀，所以，可提高空心部分2的機(jī)械強(qiáng)度。另外，在空心部分2上部由具有粘結(jié)力的材料構(gòu)成的單一的塊的熱吸收膜8使支承膜3和熱電堆結(jié)構(gòu)全部固定，所以，可進(jìn)一步提高在空心部分2成為薄壁的區(qū)域的機(jī)械的強(qiáng)度。另外，熱吸收膜8由于將熱電堆結(jié)構(gòu)的熱觸點11全部覆蓋地形成，所以，可將由紅外線的吸收在熱吸收膜8發(fā)生的熱以良好的效率傳遞到熱觸點11。
另外，鋁膜6由于熱傳導(dǎo)性良好，所以，將在熱觸點獲得的熱傳遞到硅基板1而散失，存在導(dǎo)致紅外線傳感器的靈敏度下降的可能性，但在第1實施形式中，鋁膜6隔著SiO2膜5薄而窄地層疊到多晶硅膜4上，所以，與硅基板1熱絕緣，不會使紅外線傳感器的靈敏度下降，但在第1實施形式中，由于鋁膜6隔著SiO2膜5薄而窄地層疊到多晶硅膜4上，所以，與硅基板1熱絕緣，不會使紅外線傳感器的靈敏度下降。另外，SiO2膜5不僅為多晶硅膜4和鋁膜6的電絕緣，也具有用于不將多晶硅膜4的熱傳遞到鋁膜6的熱絕緣功能。另外，入射到熱吸收膜8的紅外線通過由形成于熱吸收膜8下的鋁膜6反射，可能導(dǎo)致紅外線傳感器的靈敏度下降，但由于鋁膜6形成得較窄，所以，可使反射為最小限度，反射的紅外線進(jìn)一步由熱吸收膜8吸收，所以不會使紅外線傳感器的靈敏度下降。
第1實施形式不限于此?？招牟糠?的形狀不限于矩形，也可為圓形等，可對應(yīng)于其形狀形成熱電堆結(jié)構(gòu)。
圖2示出第2實施形式的紅外線傳感器的熱電堆結(jié)構(gòu)。第2實施形式的紅外線傳感器擴(kuò)大圖1B示出的第1實施形式的紅外線傳感器的多晶硅膜4的寬度，將處于空心部分2上部的多晶硅膜4前端形狀作為槍型。
在熱電材料使用多晶硅等的半導(dǎo)體材料的場合，由于其電阻率高，所以，熱電堆的電阻大，為此存在噪聲增加的問題。然而，按照第2實施形式的紅外線傳感器，層疊形成多晶硅膜4和鋁膜6，從而與圖7所示過去的例子相比，即使對于相同或更多的熱電偶數(shù)量，由于可擴(kuò)大多晶硅膜4的寬度，所以，可減小熱電偶的電阻，可減少熱噪聲，提高S/N比。另外，雖然圖中未示出，但實際上也可為使熱電偶數(shù)量比圖7的過去的例子增加、熱電偶的電阻值不變的設(shè)計，這樣，雖然靈敏度上升但噪聲不變，所以，可提高S/N比。另外，通過使處于空心部分2上部的多晶硅膜4的前端形狀為槍型，使多晶硅膜4的前端朝空心部分2的中央方向深入，從而可使熱觸點11偏向空心部分2的中央。這樣，在熱觸點的溫度上升增大，靈敏度提高。另外，該形狀可使處于空心部分2上部的多晶硅膜4的面積增大，成為空心部分2的薄壁的區(qū)域的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
另外，第2實施形式的紅外線傳感器擴(kuò)大第1實施形式的紅外線傳感器的多晶硅膜4的寬度，使處于空心部分2上部的多晶硅膜4的前端形狀為槍型，熱電偶等的構(gòu)成同樣，所以，作為紅外線傳感器可獲得與第1實施形式同樣的效果。另外，通過將第2實施形式的處于空心部分2上部的多晶硅膜4的前端形成為槍型的形狀適應(yīng)于本實施形式和其它實施形式，可獲得同樣的效果。
圖3A和圖3B示出第3實施形式的紅外線傳感器的斷面圖和熱電堆結(jié)構(gòu)。第3實施形式的紅外線傳感器改變了圖1A所示第1實施形式的紅外線傳感器的空心部分2的形狀。更為詳細(xì)地說，如作為圖3B的B-B′斷面圖的圖3A所示那樣，在第1實施形式中空心部分2的背面?zhèn)乳_放，而在第3實施形式中背面?zhèn)扔晒杌?封鎖，成為在表面的鈍化膜7的4個部位具有腐蝕孔13的構(gòu)造，空心部分2形成于支承膜3的部。
下面說明第3實施形式的紅外線的空心部分2的形成方法。首先，在硅基板1的支承膜3側(cè)形成與空心部分2相同尺寸的多晶硅腐蝕替代層(圖中未示出)。形成支承膜3、熱電堆結(jié)構(gòu)、鈍化膜7后，如圖3B所示那樣，在支承膜3和鈍化膜7開口，形成腐蝕孔13。另外，在硅基板1的背面形成保護(hù)層9，但與第1實施形式不同，保護(hù)層9不開口。腐蝕液通過對1，2-乙二胺、鄰苯二酚、及水的混合液加熱后獲得，對硅基板1使用(100)面進(jìn)行腐蝕。此時，腐蝕液從腐蝕孔13浸透到多晶硅腐蝕替代層，對所有多晶硅腐蝕替代層進(jìn)行腐蝕，此后開始硅基板1的各向異性腐蝕。這樣，可形成具有圖3A所示的空心部分2的膜片構(gòu)造。腐蝕按深度2～10μm左右進(jìn)行。
第3實施形式的紅外線傳感器僅第1實施形式的紅外線傳感器的空心部分2的形狀不同，熱電堆結(jié)構(gòu)相同，所以，作為紅外線傳感器可獲得與第1實施形式相同的效果。此外，在第3實施形式的紅外線傳感器由于成為背側(cè)由硅基板1關(guān)閉的構(gòu)造，所以，容易在引線框等支承構(gòu)件進(jìn)行小片接合，具有機(jī)械強(qiáng)度提高的效果。第3實施形式不限于此。空心部分2的形狀不限于矩形，也可為圓形等，可相應(yīng)于其形狀形成熱電堆結(jié)構(gòu)。另外，腐蝕孔形狀、部位不限于圖3所示情形，也可根據(jù)熱電堆結(jié)構(gòu)改變。另外，為了形成膜片構(gòu)造，也可僅腐蝕多晶硅腐蝕替代層。在該場合，使多晶硅腐蝕替代層的厚度為0.3μm～1.5μm。
圖4A和圖4B示出第4實施形式的紅外線傳感器的斷面圖和熱電堆結(jié)構(gòu)。第4實施形式的紅外線傳感器通過改變圖1B所示第1實施形式的紅外線傳感器的熱電堆結(jié)構(gòu)而獲得。在圖1B中，熱電偶在長方形的空心部分2的四邊分別垂直地形成，但在第4實施形式的紅外線傳感器中如圖4B所示那樣，僅在矩形的空心部分2的相對的2邊從垂直的方向延伸到空心部分2的中央地形成熱電偶。從該2個方向延伸到空心部分2的中央的相對的熱電堆結(jié)構(gòu)的距離為2μm～40μm，通過盡可能地縮小距離，熱觸點的溫度上升，使靈敏度提高。
在第4實施形式的紅外線傳感器中，僅第1實施形式的紅外線傳感器的熱電堆結(jié)構(gòu)不同，熱電偶等的構(gòu)成相同，所以，作為紅外線傳感器可獲得與第1實施形式相同的效果。此外，在第1～第3實施形式的紅外線傳感器中，雖然特別適合于紅外線的照射斑點為同心圓狀時的用途，但在第4實施形式中，適合于紅外線的照射斑點為線狀或長尺寸形狀時的用途。第4實施形式不限于此，空心部分2的形狀、形成方法也可與第3實施形式相同。
圖5示出第5實施形式的紅外線傳感器的熱電堆結(jié)構(gòu)。第5實施形式的紅外線傳感器將圖3B所示第3實施形式的紅外線傳感器作為1個單元20，在硅基板1上將其排列成1維陣列狀。在第5實施形式的紅外線傳感器中，將圖3B所示取出電極10的單側(cè)作為各單元的共用電極連接，設(shè)置共用取出電極15。
按照第5實施形式的紅外線傳感器，可根據(jù)從各單元的輸出測定由于位置變化帶來的紅外線的照射量的不同。另外，由于1個單元的紅外線傳感器的構(gòu)造與第3實施形式相同，所以，可獲得與第3實施形式相同的效果，第5實施形式不限于此。在第5實施形式中，將1個單元排列成1維陣列狀，但也可排列成2維陣列狀。這樣，可測定2維位置帶來的紅外線照射量的不同。
圖6示出第6實施形式的紅外線傳感器的熱電堆結(jié)構(gòu)。第6實施形式的紅外線傳感器將圖4B所示第4實施形式的紅外線傳感器作為1個單元30，在硅基板1上將其排列成1維陣列狀。在第6實施形式的紅外線傳感器中，將圖4B所示取出電極10的單側(cè)作為各單元的共用電極連接，設(shè)置共用取出電極15。
按照第6實施形式的紅外線傳感器，可根據(jù)從各單元的輸出測定由于位置變化帶來的紅外線的照射量的不同。另外，由于1個單元的紅外線傳感器的構(gòu)造與第4實施形式相同，所以，可獲得與第4實施形式相同的效果，第6實施形式不限于此。在第6實施形式中，將1個單元排列成1維陣列狀，但也可排列成2維陣列狀。這樣，可測定2維位置帶來的紅外線照射量的不同。
如以上詳細(xì)說明的那樣，按照本發(fā)明的紅外線傳感器，由于將多晶硅配線層和鋁配線層層疊后構(gòu)成熱電偶，所以，熱電偶的配置區(qū)域狹小，可提高配置密度。另外，由于從空心部分的上部到基板的上部形成多晶硅配線層和鋁配線層的層疊構(gòu)造，所以，可提高薄壁的空心部分的機(jī)械強(qiáng)度。另外，由于形成隔著絕緣膜的多晶硅配線層和鋁配線層的層疊構(gòu)造體，層疊構(gòu)造體的多個作為與紅外線吸收層成一體的支承構(gòu)造起作用，所以，可進(jìn)一步提高薄壁的空心部分的機(jī)械強(qiáng)度。另外，由于覆蓋形成于熱電偶的第1接觸孔地形成紅外線吸收層，所以，可有效地將由紅外線吸收層產(chǎn)生的熱傳遞到熱電偶。
這樣，獲得機(jī)械強(qiáng)度大、靈敏度高的紅外線傳感器。
權(quán)利要求
1.一種紅外線傳感器，其特征在于具有支承構(gòu)件、多晶硅配線層、絕緣膜、鋁配線層、及紅外線吸收層，該支承構(gòu)件包含由絕緣材料構(gòu)成的支承膜和具有空心部分并對支承膜進(jìn)行支承的基板；該多晶硅配線層從上述空心部分的上部形成到上述基板的上部，具有預(yù)定的導(dǎo)電型；該絕緣膜形成于上述多晶硅配線層上，具有形成于上述空心部分的上部的第1接觸孔和形成于上述基板上部的第2接觸孔；該鋁配線層通過上述第1接觸孔連接到多晶硅配線層，與通過上述第2接觸孔鄰接的上述多晶硅配線層連接；該紅外線吸收層覆蓋上述第1接觸孔的上部地形成于上述空心部分的上部，與通過上述第1接觸孔與對應(yīng)的多晶硅配線層連接的鋁配線層在上述空心部分的上部成為該對應(yīng)的多晶硅配線層的上層地隔著上述絕緣膜層疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線傳感器，其特征在于上述基板由多晶硅構(gòu)成，上述空心部分通過腐蝕形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外線傳感器，其特征在于上述鋁配線層在至少上述空心部分的上部比上述多晶硅配線層更細(xì)地形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的紅外線傳感器，其特征在于形成多個隔著上述絕緣膜在上述多晶硅配線層的上部層疊上述鋁配線層的層疊構(gòu)造體，多個上述第1接觸孔由一體形成的上述紅外線吸收層覆蓋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種紅外線傳感器，具有支承構(gòu)件、多晶硅膜、SiO
文檔編號G01J5/10GK1488070SQ01822193
公開日2004年4月7日 申請日期2001年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月10日
發(fā)明者柴山勝己 申請人:浜松光子學(xué)株式會社