專利名稱：適合于批量生產(chǎn)紅外傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造測輻射熱儀型非冷卻紅外傳感器的方法，該方法通過吸收入射的紅外線光來改變其入射光部分的溫度以便通過溫度的改變來改變電阻器的電阻值，由此輸出表示紅外輻射強(qiáng)度的信號。
背景技術(shù)：
測輻射熱儀利用了金屬或與半導(dǎo)體材料熱絕緣的半導(dǎo)體薄膜的電阻值的溫度變化。通常，隨著測輻射熱儀材料(即金屬或半導(dǎo)體薄膜材料)的電阻的溫度系數(shù)(以下稱為“TCR”)升高，測試靈敏度得到改進(jìn)，且代表紅外傳感器的溫度分辨率的噪聲等效溫差(以下稱為“NETD”)得到降低。
例如鎳-鐵合金薄膜的合金薄膜具有大約0.5％/K的小TCR。由此考慮的是，優(yōu)選將例如氧化釩薄膜、鈣鈦礦型Mn氧化物薄膜或YBa2Cu3Ox薄膜之類的導(dǎo)電氧化物薄膜作為用于高靈敏性紅外傳感器的測輻射熱儀電阻膜。
例如在專利文獻(xiàn)1(日本未審專利申請公開(JP-A)No.2002-289931)中描述了具有該導(dǎo)電氧化物薄膜的紅外傳感器的制造方法。
在依照專利文獻(xiàn)1的制造方法中，通過在溶劑中溶解金屬有機(jī)化合物來制造溶液，然后進(jìn)行涂覆和烘干，接著用小于等于400nm波長的激光照射以由此切割和分解碳-氧鍵，把通過空隙形成在Si襯底上的橋結(jié)構(gòu)、形成在橋結(jié)構(gòu)上的測輻射熱儀電阻膜和在包括測輻射熱儀電阻膜的橋結(jié)構(gòu)表面上形成的保護(hù)膜均被形成為氧化物薄膜。
已經(jīng)確認(rèn)，依照該制造方法，與需要幾小時(shí)到幾十小時(shí)熱退火的熱處理方法相比，通過幾分鐘的激光退火便得到了具有預(yù)定薄膜電阻和TCR的測輻射熱儀電阻薄膜。
在上述制造方法中，盡管通過以涂覆方法來分別形成橋結(jié)構(gòu)、測輻射熱儀電阻薄膜和保護(hù)層而獲得了能夠降低工藝量的效果，但是存在涂覆方法不適合批量生產(chǎn)的問題。
此外，對于氧化釩制成的測輻射熱儀電阻薄膜，在TCR方面存在改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具體地致力于前述導(dǎo)電氧化物薄膜中的氧化釩薄膜，目的是提供適合于批量生產(chǎn)紅外傳感器的制造方法并且能夠改進(jìn)TCR。
依照本發(fā)明，提供制造測輻射熱儀型紅外傳感器的方法。該測輻射熱儀型紅外傳感器通過吸收入射紅外光改變?nèi)肷涔獠糠值臏囟?，以便通過溫度變化改變電阻器的電阻值，由此輸出表示入射紅外光輻射強(qiáng)度的信號。依照發(fā)明的一個方面，制造方法包括以下步驟在絕緣襯底上形成絕緣材料的橋結(jié)構(gòu)、通過干膜形成方法在橋結(jié)構(gòu)上形成氧化釩薄膜以及照射激光到氧化釩薄膜上以由此改變其材料性能。該制造方法還包括以下步驟將改變了材料性能的氧化釩薄膜形成為作為電阻器的預(yù)定圖形，以及形成絕緣材料的保護(hù)層以便覆蓋形成為預(yù)定圖形的氧化釩薄膜和橋結(jié)構(gòu)。
依照本發(fā)明的制造方法，干膜形成方法可以是濺射法、真空沉積法和CVD法之一。橋結(jié)構(gòu)和保護(hù)層均可以是通過CVD法形成的SiN薄膜和SiON薄膜之一?？梢允褂眉す?，具有157至550nm波長的激光，優(yōu)選具有222至360nm波長的激光。優(yōu)選激光的輻射能量設(shè)置為10-150mJ/cm2，并優(yōu)選30-60mJ/cm2。優(yōu)選在小于等于350℃的襯底溫度下執(zhí)行激光的輻射，優(yōu)選在室溫下。優(yōu)選激光的輻射在真空或混合的還原氣體氣氛下執(zhí)行。
依照本發(fā)明的另一個方面，提供依照上述方面的方法制造的紅外傳感器。
依照本發(fā)明的制造方法，能夠提供適合于批量生產(chǎn)的紅外傳感器并能夠改進(jìn)TCR。


圖1A-1E是解釋依照發(fā)明的紅外傳感器制造工藝的實(shí)施例的圖；圖2是示出在圖1C所示的紅外傳感器制造工藝中，輻射到測輻射熱儀電阻器上的激光的輻射能量改變時(shí)測量測輻射熱儀電阻器的TCR的溫度關(guān)系的結(jié)果的特性圖；圖3是示出在圖1C所示的紅外傳感器制造工藝中，輻射到測輻射熱儀電阻器上的激光的輻射能量改變時(shí)測量測輻射熱儀電阻器的電阻率和輻射時(shí)間之間的關(guān)系的結(jié)果的特性圖；圖4是示出在圖1C所示的紅外傳感器制造工藝中，輻射到測輻射熱儀電阻器上的激光的輻射能量改變時(shí)測量測輻射熱儀電阻器的電阻率的溫度關(guān)系的結(jié)果的特性圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，將詳細(xì)描述依照本發(fā)明的紅外傳感器制造方法。
本發(fā)明涉及一種測輻射熱儀型非冷卻紅外傳感器，該傳感器通過吸收入射紅外光來改變其入射光部分的溫度，并且使用由于溫度變化而引起的電阻器的電阻值的改變來輸出表示入射紅外強(qiáng)度的信號。
本發(fā)明的特征在于，通過干法形成工藝，通過間隙在絕緣襯底上形成的橋結(jié)構(gòu)上形成測輻射熱儀電阻膜，然后在預(yù)定條件下在電阻膜上照射激光以改變其材料特性，由此將其形成為金屬氧化物膜。這里，“以改變其材料特性”表示切割形成金屬氧化物膜的金屬和氧原子之間的鍵以分離氧，由此改進(jìn)金屬氧化物膜中電子的傳輸，即降低了電阻率。
對于干膜形成工藝，可以使用濺射法、真空沉積法或CVD法(化學(xué)氣相沉積法)。
使用氧化釩薄膜作為測輻射熱儀電阻膜。由于形成氧化釩薄膜的溫度低，即500℃或更低，因此在制造工藝中幾乎不存在問題。
另一方面，由于如果橋結(jié)構(gòu)和保護(hù)層導(dǎo)電的話，將影響測試靈敏度而在測輻射熱儀電阻膜的電阻率中發(fā)生變化，因而橋結(jié)構(gòu)和保護(hù)層都是使用由SiN或SiON制成的無機(jī)絕緣薄膜來制造的，該SiN或SiON作為具有大電阻率和高紅外吸收率的絕緣體。
為此，該無機(jī)絕緣薄膜的厚度設(shè)置為大約0.01-1μm。
具有在橋結(jié)構(gòu)上形成的氧化釩薄膜的絕緣襯底被放置在真空容器中，或放置在能夠以混合的還原氣體控制其氣壓的容器中，并以預(yù)定的波長、強(qiáng)度和重復(fù)頻率，將激光照射在氧化釩薄膜上達(dá)預(yù)定時(shí)間。則，如上所述，氧化釩薄膜的材料性能改變。
作為混合的還原氣體，可以使用H2、NH3、N2O等。
作為激光，可以使用具有小的熱效應(yīng)的紫外激光，例如具有157至550nm波長的激光，其通過例如XeF(波長351nm)、XeCl(波長308nm)、KrF(波長248nm)、ArF(波長193nm)或F2(波長157nm)、Ar離子激光(二次諧波257nm)等的準(zhǔn)分子激光器來產(chǎn)生。其中，在激光的穩(wěn)定性和最大輸出能量強(qiáng)度方面，優(yōu)選具有222-360nm波長的激光，因?yàn)槟軌蛩鶆虻馗淖儾牧闲阅堋?br> 對于激光的輻射能量(強(qiáng)度)，盡管通過改變波長能夠以低或高能量照射且能夠有效地在10至150mJ/cm2范圍內(nèi)進(jìn)行，但是優(yōu)選的范圍是30至60mJ/cm2。
激光的輻射頻率為1Hz到2000kHz，優(yōu)選1至100Hz。這是因?yàn)?，雖然工業(yè)用高輸出激光的脈沖頻率通常為1至100Hz，但是近年來已經(jīng)提供了具有低輸出的高頻率激光器，隨著重復(fù)頻率增加，能夠相應(yīng)地進(jìn)行高速處理。
激光的脈沖寬度為10至200nsec，優(yōu)選10至40nsec。這也是因?yàn)楸M管商用激光的脈沖寬度通常為10至40nsec，但是可以改變該脈沖寬度。
激光照射的時(shí)間為1秒到2小時(shí)，優(yōu)選1秒到30分鐘。這是因?yàn)楸M管對于當(dāng)前的激光器將是10到30分鐘，但是對于低輸出激光器預(yù)計(jì)大約2小時(shí)的照射最佳。
如果激光的照射能量太小，材料的性能不發(fā)生改變，反之，如果太大，薄膜材料發(fā)生消融以汽化。
優(yōu)選在激光照射時(shí)加熱絕緣襯底到350℃的溫度或更低，但是可以在室溫下進(jìn)行照射。
下文中，將參照附圖1A-1E描述依照本發(fā)明的紅外傳感器制造方法的優(yōu)選實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于此。
(實(shí)施例)
如圖1A所示，通過濺射法，在形成有信號輸出電路(未示出)的襯底1上把具有高紅外反射比的例如WSi的金屬形成為膜，由此獲得紅外反射膜8。使用了常規(guī)技術(shù)，因?yàn)樗糜谛纬杉t外反射膜8。接著，光敏聚酰亞胺被涂覆在包括紅外反射膜8的區(qū)域中，并通過光刻進(jìn)行構(gòu)圖，由此形成具有所示形狀的犧牲層9?？商娲?，也可通過CVD法將多晶硅膜形成在紅外反射膜8上并進(jìn)行構(gòu)圖，由此形成具有所示形狀的犧牲層9。
接著，如圖1B所示，通過等離子體CVD法在犧牲層9上形成SiON的無機(jī)絕緣膜。該SiON薄膜用作橋結(jié)構(gòu)2。
接著，參照圖1C，通過濺射法，例如Ti的具有小的熱導(dǎo)率的金屬在橋結(jié)構(gòu)2上形成為膜，然后進(jìn)行常規(guī)曝光、顯影和蝕刻工藝，由此形成布線5。接著，在通過濺射法在橋結(jié)構(gòu)2上形成氧化釩膜4之后，具有308nm波長的XeCl準(zhǔn)分子激光10在真空中室溫下以50mJ/cm2和10Hz照射到薄膜4的整個表面上達(dá)5分鐘。接著，通過曝光、顯影和蝕刻工藝，具有預(yù)定圖形的適于作為測輻射熱儀電阻器4’(圖1D)的部分氧化釩薄膜4被繼續(xù)遺留在橋結(jié)構(gòu)2上，該部分相應(yīng)于紅外反射膜8。結(jié)果，用激光照射后的測輻射熱儀電阻器4’在電阻率和TCR上發(fā)生改變。
接著，如圖1D所示，通過等離子體CVD法在包括測輻射熱儀電阻器4’的橋結(jié)構(gòu)2上形成SiON無機(jī)絕緣薄膜。該SiON薄膜用作保護(hù)層6，該保護(hù)層用來使測輻射熱儀電阻器4’與外界屏蔽。
此后，通過曝光和顯影形成具有圖形的保護(hù)層6，通過干法蝕刻使用氣體形成到達(dá)犧牲層9的狹縫狀溝槽。接著，進(jìn)行處理以從狹縫狀溝槽去除犧牲層9，由此在曾經(jīng)存在犧牲層9的部分形成縫隙3(圖1E)。
通過上述形成方法，形成了具有以下結(jié)構(gòu)的隔膜測輻射熱儀電阻器4’漂浮在空氣中。
通過上述制造方法獲得用作紅外傳感器單元的原理如下當(dāng)紅外光入射到單元(入射光部分)上時(shí)，通過具有高紅外吸收率的每個保護(hù)層6和橋結(jié)構(gòu)2來吸收紅外光，同時(shí)，一部分紅外光透過保護(hù)層6和橋結(jié)構(gòu)2并被紅外反射膜8被反射，再被橋結(jié)構(gòu)2和保護(hù)層6吸收。吸收的紅外光用來加熱隔膜以由此改變測輻射熱儀電阻器4’的電阻率。測輻射熱儀電阻器4’的電阻的變化通過布線5和信號輸出電路被輸出，以作為指示紅外輻射強(qiáng)度的信號。
圖2是當(dāng)照射到測輻射熱儀電阻器4’上的激光照射能量分別為40mJ/cm2、50mJ/cm2和60mJ/cm2時(shí)，示出紅外傳感器(測輻射熱儀電阻器4’)的TCR溫度關(guān)系的測量結(jié)果的特性圖。當(dāng)照射能量為50mJ/cm2時(shí)，大約在室溫下(300K)獲得超過常規(guī)2％/K的大約3％/K的良好的TCR。
圖3是當(dāng)照射到測輻射熱儀電阻器4’上的激光照射能量分別為40mJ/cm2、50mJ/cm2和60mJ/cm2時(shí)，示出紅外傳感器(測輻射熱儀電阻器4’)的電阻率和照射時(shí)間之間的關(guān)系的測量結(jié)果的特性圖。在任何輻射能量下，當(dāng)照射時(shí)間超過2分鐘時(shí)，電阻率變?yōu)?Ω·cm或更小，由此落入測輻射熱儀電阻器材料所需的電阻率范圍。
圖4是當(dāng)照射到測輻射熱儀電阻器4’上的激光照射能量分別為40mJ/cm2、50mJ/cm2和60mJ/cm2時(shí)，示出紅外傳感器(測輻射熱儀電阻器4’)的電阻率的溫度關(guān)系的測量結(jié)果的特性圖。
從上述測量結(jié)果，能夠理解依照本發(fā)明的制造方法，優(yōu)選照射能量范圍為30至60mJ/cm2。
依照本實(shí)施例的紅外傳感器在以下幾點(diǎn)優(yōu)于專利文獻(xiàn)1公開的紅外傳感器1.與SiO2、TiO2、Al2O3等相比，使用具有更好的紅外吸收率的SiN或SiON作為橋結(jié)構(gòu)和保護(hù)層材料的每一個，能夠改進(jìn)TCR。
2.通過濺射法，即不采用涂覆法，來形成用于形成測輻射熱儀電阻器的氧化釩薄膜。涂覆法能夠減少工藝量，但是不能在襯底的粗糙表面上均勻地形成膜，由此不適合于批量生產(chǎn)。相反，濺射法能夠均勻地形成膜，而不論襯底表面的粗糙度，由此適合于批量生產(chǎn)。
3.與常規(guī)400至500℃或更小相比，通過設(shè)置襯底溫度為350℃或更低而實(shí)現(xiàn)了溫度的降低。
已經(jīng)理解，本發(fā)明不限于前述實(shí)施例，不脫離本發(fā)明的整個技術(shù)范圍能夠進(jìn)行各種修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種制造測輻射熱儀型紅外傳感器的方法，通過吸收入射紅外光來改變其入射光部分的溫度，以便通過溫度變化改變電阻器的電阻值，由此輸出表示入射紅外光照射強(qiáng)度的信號，所述方法包括以下步驟在絕緣襯底上形成絕緣材料的橋結(jié)構(gòu)；通過干膜形成方法在所述橋結(jié)構(gòu)上形成氧化釩薄膜；在所述氧化釩薄膜上照射激光以由此改變其材料性能；把改變了材料性能的所述氧化釩薄膜形成為作為所述電阻器的預(yù)定圖形；和形成絕緣材料的保護(hù)層以便覆蓋形成為預(yù)定圖形的所述氧化釩薄膜和所述橋結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述干膜形成方法是濺射法、真空沉積法和CVD法之一。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述橋結(jié)構(gòu)和所述保護(hù)層均是通過CVD法形成的SiN薄膜和SiON薄膜之一。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用所述激光，該激光具有157至550nm的波長，優(yōu)選是具有222至360nm波長的激光。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光的照射能量設(shè)置為10至150mJ/cm2并且優(yōu)選為30至60mJ/cm2。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光的照射在350℃或更低的襯底溫度下進(jìn)行，優(yōu)選在室溫下進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光的照射在真空或混合的還原氣體氣氛中進(jìn)行。
8.通過依照權(quán)利要求1所述的方法制造的紅外傳感器。
全文摘要
依照本發(fā)明的紅外傳感器制造方法包括在Si襯底上形成絕緣材料的橋結(jié)構(gòu)的步驟，在橋結(jié)構(gòu)上通過干膜形成方法形成氧化釩薄膜的步驟，在氧化釩薄膜上照射激光以由此改變其材料性能的步驟，把改變了材料性能的氧化釩薄膜形成為具有預(yù)定圖形的測輻射熱儀電阻器的步驟，和形成絕緣材料的保護(hù)層以便覆蓋具有預(yù)定圖形的測輻射熱儀電阻器和橋結(jié)構(gòu)的步驟。
文檔編號G01D5/26GK101034011SQ20071008431
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者土屋哲男, 水田進(jìn), 熊谷俊彌, 佐佐木得人, 倉科晴次 申請人:獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所, 日本電氣株式會社