JPH08159866A - Infrared-ray sensor - Google Patents
Infrared-ray sensorInfo
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- JPH08159866A JPH08159866A JP29731194A JP29731194A JPH08159866A JP H08159866 A JPH08159866 A JP H08159866A JP 29731194 A JP29731194 A JP 29731194A JP 29731194 A JP29731194 A JP 29731194A JP H08159866 A JPH08159866 A JP H08159866A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、非接触で対象物の温度
を測定する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 contactlessly measuring the temperature of an object.
【0002】[0002]
【従来の技術】熱型赤外線センサ(サーミスタ型ボロメ
ータ)では、微弱な赤外線が検出できるよう高感度にす
るため、赤外線感応部のインピーダンスが数MΩの大き
い値のものを用いている。2. Description of the Related Art In a thermal infrared sensor (thermistor type bolometer), an infrared sensitive portion having a large impedance of several MΩ is used in order to have high sensitivity so that weak infrared rays can be detected.
【0003】こうした微弱な赤外線を検出するための熱
型赤外線センサに関する従来技術としては、例えば、特
開平3−140449号および特開平4−1535号公
報に開示されてなる発明などがある。しかしながら、こ
れらの赤外線センサでは、一般に、高インピーダンスの
回路では信号線にノイズ(電気的雑音)が乗りやすいに
もかかわらず、これら開示された発明においては、いず
れもノイズに対する配慮が施されていなかった。As conventional techniques relating to the thermal infrared sensor for detecting such weak infrared rays, there are, for example, the inventions disclosed in JP-A-3-140449 and JP-A-4-1535. However, in these infrared sensors, in general, although noise (electrical noise) is likely to be introduced into the signal line in a high-impedance circuit, no consideration is given to noise in these disclosed inventions. It was
【0004】[0004]
【発明が解決しようとすべき課題】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、高インピー
ダンスの回路部分に電気誘導で侵入していた外来ノイズ
を低減し得る新規な赤外線センサを提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a novel noise capable of reducing external noise that has intruded into a high impedance circuit portion by electric induction. It is to provide an infrared sensor.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の目的
は、(1) 赤外線の照射により感温部を加熱し、該感
温部の温度変化から入射する赤外線の量を測定する熱型
赤外線センサであって、センサ基板の一部に設けられた
空洞部上に形成された絶縁性の薄膜部に該感温部が設け
られ、該感温部の周囲を真空に保持する真空封止手段を
有し、該センサ基板と同一あるいは別の基板上に、該感
温部の温度変化によって、発振周波数が変化する電子回
路を設け、該発振周波数の変化により入射する赤外線の
量に関する情報を外部に送信するようにしたことを特徴
とする赤外線センサにより達成される。That is, the object of the present invention is (1) a thermal infrared ray which heats a temperature-sensitive part by irradiation of infrared rays and measures the amount of infrared rays incident from the temperature change of the temperature-sensitive part. A sensor, wherein the temperature sensitive part is provided in an insulating thin film part formed on a cavity part provided in a part of the sensor substrate, and a vacuum sealing means for maintaining a vacuum around the temperature sensitive part. An electronic circuit whose oscillation frequency changes according to the temperature change of the temperature sensing part is provided on the same or different substrate as the sensor substrate, and information about the amount of infrared rays incident by the change of the oscillation frequency is externally provided. It is achieved by an infrared sensor characterized in that it is adapted to transmit to.
【0006】また、本発明の目的は、(2) 赤外線の
照射により感温部を加熱し、該感温部の温度変化から入
射する赤外線の量を測定する熱型赤外線センサであっ
て、空洞部を有し、該空洞部に形成された絶縁性の薄膜
部に該感温部が設けられたセンサ基板と、該センサ基板
の前記空洞部を覆い、前記感温部の周囲を真空に保持す
る真空封止手段と、前記センサ基板と同一あるいは別の
基板上に、該感温部の温度変化によって、発振周波数が
変化し、該発振周波数の変化により入射する赤外線の量
に関する情報を外部に送信するようにした電子回路とを
備えてなることを特徴とする赤外線センサにより達成さ
れる。Another object of the present invention is (2) a thermal infrared sensor which heats a temperature-sensitive part by irradiation of infrared rays and measures the amount of incident infrared rays from the temperature change of the temperature-sensitive part, which is a cavity. A sensor substrate in which the temperature sensitive portion is provided in an insulating thin film portion formed in the hollow portion, and the hollow portion of the sensor substrate is covered to maintain a vacuum around the temperature sensitive portion. On the same or a different substrate as the vacuum sealing means and the sensor substrate, the oscillation frequency changes due to the temperature change of the temperature sensing unit, and information about the amount of infrared rays incident due to the change of the oscillation frequency is externally provided. It is achieved by an infrared sensor, characterized in that it comprises an electronic circuit adapted to transmit.
【0007】また、本発明の目的は、(3) 前記感温
部が、半導体材料と金属材料とのショットキー接合を用
いたものであることを特徴とする上記(1)または
(2)に示す赤外線センサによっても達成される。Further, the object of the present invention is (3) in the above (1) or (2), wherein the temperature sensing section uses a Schottky junction between a semiconductor material and a metal material. It is also achieved by the infrared sensor shown.
【0008】本発明の目的は、(4) 前記絶縁性の薄
膜部が、少なくとも熱に対して絶縁性のものであること
を特徴とする上記(1)ないし(3)のいずれかに示す
赤外線センサによっても達成される。An object of the present invention is (4) the infrared ray as set forth in any one of (1) to (3) above, wherein the insulating thin film portion is insulating at least against heat. It is also achieved by sensors.
【0009】本発明の目的は、(5) 前記絶縁性の薄
膜部が、架橋型、カンチレバー型、ダイヤフラム型の中
から選ばれるいずれかの構造をなすことを特徴とする上
記(1)ないし(4)に示す赤外線センサによっても達
成される。The object of the present invention is (5) the above-mentioned (1) to () in which the insulating thin film portion has any structure selected from a cross-linking type, a cantilever type and a diaphragm type. It is also achieved by the infrared sensor shown in 4).
【0010】本発明の目的は、(6) 前記絶縁性の薄
膜部が、架橋構造をなすことを特徴とする上記(1)な
いし(4)に示す赤外線センサによっても達成される。The object of the present invention is also achieved by (6) the infrared sensor shown in the above (1) to (4), wherein the insulating thin film portion has a crosslinked structure.
【0011】さらに、本発明の目的は、(7) 前記半
導体材料が、多結晶シリコンであることを特徴とする上
記(1)または(6)に示す赤外線センサによっても達
成される。Further, the object of the present invention is also achieved by (7) the infrared sensor shown in the above (1) or (6), wherein the semiconductor material is polycrystalline silicon.
【0012】さらにまた、本発明の目的は、(8) 前
記半導体材料が、アモルファスシリコンであることを特
徴とする上記(1)または(6)に示す赤外線センサに
よっても達成される。Further, the object of the present invention is also achieved by (8) the infrared sensor shown in the above (1) or (6), wherein the semiconductor material is amorphous silicon.
【0013】また、本発明は、(9) 前記金属材料
が、モリブデンであることを特徴とする上記(1)ない
し(8)のいずれかに示す赤外線センサによっても達成
される。The present invention can also be achieved by (9) the infrared sensor described in any of the above (1) to (8), wherein the metallic material is molybdenum.
【0014】また、本発明は、(10) 前記金属材料
が、モリブデンシリサイドであることを特徴とする上記
(1)ないし(8)のいずれかに示す赤外線センサによ
っても達成される。The present invention can also be achieved by (10) the infrared sensor according to any one of the above (1) to (8), wherein the metal material is molybdenum silicide.
【0015】本発明に係る赤外線センサは、感温部の周
囲の空洞部が真空状態に保持されているので、周辺部
材、さらには空間への熱伝導によって感温部から失われ
る熱エネルギーが最小限に抑えられ、その結果、感温部
の温度上昇が増大し、センサ感度が著しく向上し、さら
に、該赤外線センサチップ内で、感温部の近傍に発振回
路が設けられているので、高インピーダンスの配線部分
が短くなり、外部から高インピーダンスの部分に電気誘
導で侵入していたノイズが低減する。In the infrared sensor according to the present invention, since the hollow portion around the temperature sensing portion is kept in a vacuum state, the thermal energy lost from the temperature sensing portion due to heat conduction to the peripheral members and further to the space is minimized. As a result, the temperature rise of the temperature sensing part is increased, the sensor sensitivity is remarkably improved, and the oscillation circuit is provided in the vicinity of the temperature sensing part in the infrared sensor chip. The impedance wiring portion is shortened, and the noise that has intruded into the high impedance portion from the outside by electrical induction is reduced.
【0016】なお、本明細書において「真空」とは、圧
力が1.0Torr以下の状態を言うものとする。ただ
し、圧力が10-3Torr以下であれば、10-3Tor
rの場合と実質的にその効果は同じになる。In the present specification, "vacuum" means a state in which the pressure is 1.0 Torr or less. However, if the pressure is 10 -3 Torr or less, 10 -3 Tor
The effect is substantially the same as in the case of r.
【0017】本発明の赤外線センサでは、より具体的に
は、センサ基板に空洞部を形成し、この空洞部上に同じ
形状の二つの感温部を設け、一方の感温部には赤外線を
選択的に入射させ、他方の感温部には赤外線の入射を遮
断する構成とすることが望ましい。これら赤外線が入射
した感温部の出力と赤外線を遮断した側の感温部の出力
との差分を検出することで、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得ることができる。
さらに、本発明に係る熱型赤外線センサ(サーミスタ型
ボロメータ、以下、単にボロメータともいう)の如く微
弱な信号を扱う場合には、感温部のすぐ近傍で該ボロメ
ータの出力をノイズに強い形式の信号に変換してしまう
ことが望ましい。したがって、該感温部の電気抵抗の変
化により発振周波数が変化する電子回路を該感温部の形
成されているセンサ基板上あるいは該感温部のすぐ近傍
に位置する別の基板上に作製し、発振周波数の変化とし
て出力が得られるようにすることで、該ボロメータ単体
では、微弱なアナログ信号でしか出力を取り出せなかっ
たが、必要な情報を周波数の変化として取り出せるよう
にでき、出力信号線に侵入する外来ノイズ(アナログ)
の影響を受け難くすることができる。More specifically, in the infrared sensor of the present invention, a cavity is formed in the sensor substrate, two temperature-sensing parts of the same shape are provided on the cavity, and one of the temperature-sensing parts receives infrared rays. It is desirable to have a configuration in which the infrared rays are selectively made incident and the infrared rays are blocked from entering the other temperature sensitive portion. By detecting the difference between the output of the temperature sensing part where these infrared rays are incident and the output of the temperature sensing part on the side where the infrared rays are blocked, electrical noise and thermal disturbance are removed to obtain a net amount of infrared rays. be able to.
Further, in the case of handling a weak signal such as a thermal infrared sensor (thermistor type bolometer, hereinafter also simply referred to as bolometer) according to the present invention, the output of the bolometer in the vicinity of the temperature sensing unit is of a type resistant to noise. It is desirable to convert it to a signal. Therefore, an electronic circuit whose oscillation frequency changes due to a change in the electric resistance of the temperature sensing part is formed on the sensor substrate on which the temperature sensing part is formed or on another substrate located in the immediate vicinity of the temperature sensing part. By providing the output as the change of the oscillation frequency, the output of the bolometer alone could be taken out only by the weak analog signal, but it is possible to take out the necessary information as the change of the frequency. External noise (analog)
Can be made less susceptible to.
【0018】本発明に用いることのできるセンサ基板と
しては、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の半導体基
板が挙げられるが、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。As the sensor substrate which can be used in the present invention, for example, a semiconductor substrate made of silicon, germanium or the like can be cited, but it is preferable to use a silicon substrate which can be easily and inexpensively obtained.
【0019】また、本発明に係る感温部を支持する絶縁
性の薄膜部の形状(構造)としては、両端支持の架橋
(ブリッジ)構造や、カンチレバー形、ダイアフラム形
等の構造とすることができるが、熱容量を低減すると共
に、安定した構造とするためには4点支持の架橋構造が
望ましい。The shape (structure) of the insulating thin film portion for supporting the temperature sensitive portion according to the present invention may be a bridge (bridge) structure with both ends supported, a cantilever type, a diaphragm type structure or the like. However, a crosslinked structure with four-point support is desirable in order to reduce the heat capacity and to provide a stable structure.
【0020】上記感温部を支持する絶縁性の薄膜部とし
ては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリ
コンオキシナイトライド膜等の薄膜を用いて形成するこ
とができるが、特にシリコンオキシナイトライド膜の薄
膜を用いて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の両
方の性質を持ち、そのため応力バランスが良く、安定し
て感温部を支持する構造を形成することが可能となる。
この絶縁性の薄膜部によって感温部を支持する構造とし
ては、例えば、シリコン基板の両面にシリコンオキシナ
イトライド膜等による絶縁性の薄膜を成膜し、あらかじ
め一方の面は架橋(ブリッジ)形状や、カンチレバー
形、ダイアフラム形等の形状、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
(一方の面は架橋(ブリッジ)形状等の部分の膜を残
し、他方の面は任意の大きさの窓形状部分の膜を除去)
しておき、ヒドラジン水溶液や水酸化カリウム(KO
H)等による異方性エッチングにより作製することがで
きる。The insulating thin film portion for supporting the temperature sensitive portion can be formed by using a thin film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film. It is preferable to use a thin film of the ride 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 structure that stably supports the temperature sensitive portion.
As a structure for supporting the temperature sensitive portion by the insulating thin film portion, for example, an insulating thin film such as a silicon oxynitride film is formed on both surfaces of a silicon substrate, and one surface is cross-linked (bridge) shaped in advance. Or a cantilever shape, a diaphragm shape, etc., and the other surface is patterned into a window of an arbitrary size by etching (one surface is left with a film of a bridge (bridge) shape, the other surface is Remove the window-shaped part of any size)
In addition, aqueous hydrazine and potassium hydroxide (KO
H) or the like for anisotropic etching.
【0021】次に、センサ基板に設けられた空洞部上に
形成された絶縁性の薄膜部上に設けられてなる感温部に
は、多結晶シリコン膜とモリブデンまたはモリブデンシ
リサイドとのショットキー接合が設けられていることが
望ましい。このショットキー接合を形成する多結晶シリ
コンの成膜には、スパッタリング、イオンビームスパッ
タリング、LP−CVD(減圧化学的気相成長法)等が
用いられるが、シリコン結晶の粒径が大きく安定した性
質の膜が得られるLP−CVD法が望ましい。Next, a Schottky junction between a polycrystalline silicon film and molybdenum or molybdenum silicide is formed in the temperature sensitive portion formed on the insulating thin film portion formed on the cavity portion provided on the sensor substrate. Is preferably provided. Sputtering, ion beam sputtering, LP-CVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition), etc. are used for forming the polycrystalline silicon film forming the Schottky junction, but the grain size of the silicon crystal is large and stable. The LP-CVD method that can obtain the film is desirable.
【0022】また、上記感温部は、アモルファスシリコ
ン膜とモリブデンまたはモリブデンシリサイドとのショ
ットキー接合としても良い。この場合、アモルファスシ
リコンの成膜にはスパッタリング法やPCVD(プラズ
マCVD)法が用いられるが、シリコン中の不純物濃度
の制御性がよいPCVD法が好ましい。The temperature sensitive portion may be a Schottky junction between an amorphous silicon film and molybdenum or molybdenum silicide. In this case, a sputtering method or a PCVD (plasma CVD) method is used for forming the amorphous silicon film, and the PCVD method is preferable because it has good controllability of the impurity concentration in silicon.
【0023】また、モリブデンまたはモリブデンシリサ
イド膜の成膜には、電子ビーム蒸着法やスパッタリング
法等が用いられるが、下地との密着性のよいスパッタリ
ング法が望ましい。Further, the molybdenum or molybdenum silicide film is formed by an electron beam vapor deposition method, a sputtering method or the like, and a sputtering method having good adhesion to the base is desirable.
【0024】なお、上記感温部を形成する位置として
は、センサ基板に設けられた空洞部上に形成された絶縁
性の薄膜部上であれば、特に制限されるものでなく、例
えば、同一の空洞部を2つ設け、両方の空洞部上の薄膜
部の中央に同一の感温部をそれぞれ配置することができ
る。The position for forming the temperature sensing portion is not particularly limited as long as it is on the insulating thin film portion formed on the hollow portion provided on the sensor substrate, and for example, the same position. It is possible to provide two hollow portions, and to arrange the same temperature sensitive portion in the center of the thin film portion on both hollow portions.
【0025】また、上記感温部の周囲を真空に保持する
真空封止手段としては、例えば、センサ基板の両面に接
合する蓋体(表蓋および裏蓋)により、一方の蓋体をセ
ンサ基板の一面に接合した後、真空中において他方の蓋
体をセンサ基板の他面に接合することにより感温部の周
囲、例えば、センサ基板に設けられた空洞部および蓋体
の一部に設けられた掘り込み部(以下、これらセンサ基
板に設けられた空洞部および蓋体の一部に設けられた掘
り込み部の全体の空間を総称して、単に空洞部ともい
う)を真空状態に保つ真空封止手段などを挙げることが
できる。As the vacuum sealing means for holding the temperature sensing portion in a vacuum, for example, a lid body (front lid and back lid) joined to both sides of the sensor substrate is used. After bonding to one surface of the sensor substrate, the other lid body is bonded to the other surface of the sensor substrate in a vacuum, so that it is provided around the temperature sensing part, for example, in the cavity provided in the sensor substrate and a part of the lid body. A vacuum that keeps the digging part (hereinafter, the cavity of the sensor substrate and the entire space of the digging part of the lid body collectively referred to as simply the cavity) in a vacuum state. A sealing means etc. can be mentioned.
【0026】次に、感温部の温度変化によって発振周波
数が変化する電子回路としては、電子回路での発振周波
数の変化により入射する赤外線の量に関する情報を外部
に送信し得る回路であれば良く、例えば、先述したよう
に赤外線を選択的に入射させ赤外線を受光することによ
り抵抗値が変化する感温部と、赤外線の入射を遮断し抵
抗値が変化しない他の感温部とを用い、測温時にこれら
の感温部が交互に接続されたときの発振器の発振数の比
から求まる値により温度変化を知ることができるような
構成の発振回路などを利用することができる。Next, the electronic circuit whose oscillation frequency changes according to the temperature change of the temperature sensing part may be any circuit capable of transmitting information regarding the amount of incident infrared rays to the outside due to the change of the oscillation frequency in the electronic circuit. , For example, as described above, by using a temperature-sensitive part whose resistance value changes by selectively receiving infrared light and receiving infrared light, and another temperature-sensing part that blocks the incidence of infrared light and whose resistance value does not change, It is possible to use an oscillating circuit or the like configured such that the temperature change can be known by a value obtained from the ratio of the number of oscillations of the oscillator when these temperature sensing parts are alternately connected during temperature measurement.
【0027】また、蓋体としては、シリコン基板あるい
はガラス基板を用いることができる。該蓋体を用いる場
合において、一対の感温部のうち一方のみに選択的に赤
外線を導くためには、蓋体としてシリコン基板を用い、
該基板にアルミニウム膜や銅膜等の赤外線反射膜を設
け、赤外線を導こうとする感温部に対応する部分の該赤
外線反射膜に部分的に窓(開口部)を設けた構造とする
ことが望ましい。A silicon substrate or a glass substrate can be used as the lid. In the case of using the lid, in order to selectively guide infrared rays to only one of the pair of temperature sensitive parts, a silicon substrate is used as the lid,
An infrared reflective film such as an aluminum film or a copper film is provided on the substrate, and a window (opening) is partially provided in the infrared reflective film in a portion corresponding to a temperature sensitive portion to which infrared rays are to be guided. Is desirable.
【0028】蓋体とセンサ基板との接合手段としては、
例えば、蓋体とセンサ基板との間をバリヤーメタル上に
形成したハンダバンプ法による接合法や陽極接合があ
る。特に、赤外線センサの感温部の周囲を真空状態に保
つ場合には、表蓋あるいは裏蓋とセンサ基板との接合の
うち一方は、上述した封止手段に示す手順に従って真空
中で行う。蓋体を例えばパイレックスガラス(商品名)
とすれば、シリコン製のセンサ基板と直接、陽極接合す
ることができる。As the means for joining the lid and the sensor substrate,
For example, there is a bonding method by a solder bump method in which a lid and a sensor substrate are formed on a barrier metal, or anodic bonding. Particularly, in the case where the temperature sensor surroundings of the infrared sensor are kept in a vacuum state, one of the joining of the front lid or the back lid and the sensor substrate is performed in vacuum according to the procedure shown in the above-mentioned sealing means. For example, Pyrex glass (trade name)
Then, the anodic bonding can be directly performed with the sensor substrate made of silicon.
【0029】[0029]
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。なお、以下の実施例は本発明を説明するためのもの
であり、本発明がこの実施例のみに限定されるものでは
ない。EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. The following examples are for explaining the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
【0030】まず、本実施例の赤外線センサ1の構造と
しては、図1および図2に示すように、センサ基板とし
てのシリコン基板2を有し、このシリコン基板2には空
洞部3が形成されている。この空洞部3は、シリコン基
板2の上下面に開口しており、シリコン基板2の上面に
は、空洞部3上に絶縁性の薄膜部として4点支持の架橋
構造により形成された二つの架橋部4および5を有する
シリコンオキシナイトライド膜6が成膜されている。First, as the structure of the infrared sensor 1 of this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a silicon substrate 2 as a sensor substrate is provided, and a cavity 3 is formed in this silicon substrate 2. ing. The cavity 3 is opened on the upper and lower surfaces of the silicon substrate 2, and on the upper surface of the silicon substrate 2, two bridges are formed on the cavity 3 as an insulating thin film portion by a four-point supporting bridge structure. A silicon oxynitride film 6 having parts 4 and 5 is formed.
【0031】それぞれの架橋部4および5の中央部には
感温部7および8として微小なサーミスタが設けられて
いる。これらの感温部7および8は、いずれも多結晶シ
リコンにより形成されている。感温部7および8には、
図示しないが、モリブデンあるいはモリブデンシリサイ
ドと多結晶シリコンとの間にショットキー接合が形成さ
れ、さらにアルミニウム膜により形成された電極配線層
の端部が電気的に接続され、この電極配線層の他端部
は、クロム膜で延長されて、シリコン基板2上面の周辺
部に形成された感温部7、8は、該シリコン基板2上に
該感温部の温度変化によって発振周波数が変化し、該発
振周波数の変化により入射する赤外線の量に関する情報
を外部に送信するようにした電子回路(以下、単に発振
回路ともいう)9に接続されている。A minute thermistor is provided as a temperature sensing portion 7 and 8 in the central portion of each bridge portion 4 and 5. Each of these temperature sensitive portions 7 and 8 is made of polycrystalline silicon. In the temperature-sensitive parts 7 and 8,
Although not shown, a Schottky junction is formed between molybdenum or molybdenum silicide and polycrystalline silicon, and an end portion of an electrode wiring layer formed of an aluminum film is electrically connected to the other end of the electrode wiring layer. The temperature sensitive parts 7 and 8 formed by extending the chrome film on the periphery of the upper surface of the silicon substrate 2 change the oscillation frequency on the silicon substrate 2 due to the temperature change of the temperature sensitive part. It is connected to an electronic circuit (hereinafter, also simply referred to as “oscillation circuit”) 9 that transmits information regarding the amount of incident infrared rays to the outside due to changes in the oscillation frequency.
【0032】ところで、赤外線センサを高感度にするに
は、感温部の周囲を真空雰囲気にすることが非常に効果
的である。そのため、本実施例の赤外線センサ1では、
感温部7および8たる微小なサーミスタたる感温部の周
囲の空洞部3を真空に保持する目的で、上蓋10の接合
時に真空封止を行うことによって該空洞部3を真空状態
に保持したものである。By the way, in order to make the infrared sensor highly sensitive, it is very effective to make a vacuum atmosphere around the temperature sensing portion. Therefore, in the infrared sensor 1 of this embodiment,
For the purpose of maintaining a vacuum in the cavity 3 around the temperature sensitive portions 7 and 8 which are minute thermistors, the cavity 3 was maintained in a vacuum state by performing vacuum sealing when the upper lid 10 was joined. It is a thing.
【0033】すなわち、空洞部3を真空状態に保持すべ
く、シリコン基板2の下面には、裏蓋15が接合されて
いる。この裏蓋15は、例えば、シリコンあるいはパイ
レックスガラス(商品名)により作製されている。That is, the back cover 15 is bonded to the lower surface of the silicon substrate 2 in order to keep the cavity 3 in a vacuum state. The back cover 15 is made of, for example, silicon or Pyrex glass (trade name).
【0034】また、シリコン基板2のシリコンオキシナ
イトライド膜6の上面には、裏蓋15の接合後に表蓋1
0が真空中において接合されている。表蓋10は、シリ
コンにより作製されており、その表蓋10には、赤外線
反射防止膜11が成膜されている。赤外線反射防止膜1
1の表面には、例えばアルミニウム膜や銅層上にチタン
層が積層されてなる多層膜による赤外線遮蔽膜12が成
膜され、これら赤外線遮蔽膜12の赤外線受光部13に
対向する位置には、赤外線を内部に導くために赤外線透
過窓(アパーチャ)14が設けられている。On the upper surface of the silicon oxynitride film 6 of the silicon substrate 2, the front cover 1 is joined after the back cover 15 is bonded.
0 is bonded in vacuum. The front lid 10 is made of silicon, and the infrared lid 11 is formed on the front lid 10. Infrared antireflection film 1
On the surface of 1, an infrared shielding film 12 is formed by a multilayer film in which a titanium layer is laminated on an aluminum film or a copper layer, for example, and the infrared shielding film 12 is located at a position facing the infrared light receiving portion 13. An infrared transmission window (aperture) 14 is provided to guide infrared rays to the inside.
【0035】さらに、感温部の温度変化によって発振周
波数が変化する電子回路(発振回路)9は、感温部7、
8を形成したシリコン基板2上にモノリシックに設ける
ことが望ましいが、裏蓋15の基板に作製することもで
きる。後者の場合には、裏蓋15を接合すると感温部
7、8と発振回路9が電気的に接続するように構成する
必要がある。Further, the electronic circuit (oscillation circuit) 9 whose oscillation frequency changes according to the temperature change of the temperature sensing part is
Although it is desirable to provide it monolithically on the silicon substrate 2 on which the 8 is formed, it can be formed on the substrate of the back cover 15. In the latter case, it is necessary to configure the temperature sensing parts 7 and 8 and the oscillation circuit 9 to be electrically connected when the back cover 15 is joined.
【0036】この赤外線センサ1では、赤外線は表蓋1
0の赤外線透過窓(アパーチャ)14および空洞部3を
通して一方の感温部7に選択的に入射する。他方の感温
部8では、赤外線遮蔽膜11により赤外線の入射が遮蔽
される。この赤外線が入射する感温部7と赤外線が遮蔽
される感温部8との差動出力が発振回路9、さらにはフ
レキシブル基板(図示せず)を介して外部に導かれる。
ここで、感温部7の周囲の空洞部3(表蓋10の掘込み
部も含まれる)内は真空状態に保持されているため、入
射した赤外線のエネルギーが大気を通じて失われること
がなく、微量な赤外線で効率よく感温部7を加熱でき、
感度が向上する。一方、他方の感温部8の周囲の空洞部
3も同一の真空状態に保たれている。そのため、二つの
感温部7および8の間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 the infrared sensor 1, infrared rays are emitted from the front cover 1.
It selectively enters one of the temperature sensitive parts 7 through the infrared transmission window (aperture) 14 of 0 and the cavity 3. In the other temperature-sensitive section 8, the infrared ray shielding film 11 blocks the incidence of infrared rays. The differential output between the temperature sensing unit 7 on which the infrared rays are incident and the temperature sensing unit 8 on which the infrared rays are shielded is guided to the outside via the oscillation circuit 9 and further via a flexible substrate (not shown).
Here, since the inside of the cavity 3 (including the dug portion of the front cover 10) around the temperature sensing unit 7 is kept in a vacuum state, the energy of the incident infrared rays is not lost through the atmosphere, It is possible to efficiently heat the temperature sensitive part 7 with a small amount of infrared rays,
The sensitivity is improved. On the other hand, the cavity portion 3 around the other temperature sensing portion 8 is also kept in the same vacuum state. Therefore, the true amount of infrared rays can be detected by the differential output between the two temperature sensing parts 7 and 8.
【0037】また、本実施例に示す以外にも、センサ基
板たるシリコン基板2の空洞部3上に形成される絶縁性
の薄膜部の形状(構造)として、上述の4点支持の架橋
構造以外にも、例えば、ダイアフラム形およびカンチレ
バー形の構造とすることもできる。Besides the present embodiment, the shape (structure) of the insulating thin film portion formed on the cavity portion 3 of the silicon substrate 2 which is the sensor substrate is other than the above-mentioned four-point support bridge structure. Also, for example, a diaphragm type structure and a cantilever type structure may be used.
【0038】また、赤外線センサ1のチップ内では、感
温部7、8の近傍に発振回路9を設けたことにより、高
インピーダンスの配線16の部分が短くなり、外部から
高インピーダンスの配線16の部分に電気誘導で侵入し
ていたノイズの低減が図れるものである。Further, in the chip of the infrared sensor 1, since the oscillation circuit 9 is provided in the vicinity of the temperature sensing portions 7 and 8, the portion of the high impedance wiring 16 is shortened and the wiring 16 of high impedance is externally connected. It is possible to reduce the noise that has penetrated into the portion by electrical induction.
【0039】発振回路9は、本発明の目的に合致するも
のであれば、どのような回路形式のものでも適用できる
が、本実施例では、図3に示すような発振回路を用い
た。図3より、発振回路9は、赤外線を受光することで
電気抵抗(インピーダンス)が変化する検知サーミスタ
R3 としての感温部7と、赤外線の照射を遮りインピー
ダンスが変化しないようにした基準抵抗サーミスタR2
としての感温部8を用いる。コントロール信号BのHI
−LOを切り替えると、サーミスタR2 またはR3 の抵
抗値に応じた周波数で発振するため、両者の周波数を比
較することにより温度変化を知ることができるものであ
る。なお、コントロール信号Aは、発振をON−OFF
するための信号である。The oscillator circuit 9 may be of any circuit type as long as it meets the object of the present invention. In this embodiment, the oscillator circuit as shown in FIG. 3 was used. As shown in FIG. 3, the oscillation circuit 9 includes a temperature sensing portion 7 as a detection thermistor R 3 whose electric resistance (impedance) changes by receiving infrared rays, and a reference resistance thermistor which blocks infrared irradiation and prevents impedance from changing. R 2
The temperature sensing unit 8 is used as HI of control signal B
Switching the -LO, for oscillating at a frequency corresponding to the resistance value of the thermistor R 2 or R 3, in which it is possible to know the temperature variation by comparing the frequency of both. The control signal A turns the oscillation on and off.
It is a signal to do.
【0040】図1および図2に示すように、赤外線セン
サ1のチップ内で、感温部7、8の近傍に発振回路9を
設けたことにより、高インピーダンスの配線部分16が
短くなり、外部から高インピーダンスの配線部分16に
電気誘導で侵入していたノイズが低減した。また、熱型
赤外線センサ(サーミスタ型ボロメータ)単体では、微
弱なアナログ信号でしか出力を取り出せなかったが、必
要な情報を周波数の変化として取り出せるようにしたた
め、出力信号線に侵入する外来ノイズ(アナログ)の影
響を受け難くなった。As shown in FIGS. 1 and 2, by providing the oscillator circuit 9 in the chip of the infrared sensor 1 in the vicinity of the temperature sensing parts 7 and 8, the high impedance wiring part 16 is shortened, The noise that had invaded the high impedance wiring portion 16 by electrical induction was reduced. In addition, the thermal infrared sensor (thermistor type bolometer) alone could output the output only with a weak analog signal, but since it was possible to extract the necessary information as a change in frequency, external noise (analog ) Became less susceptible to.
【0041】次に、本発明の一実施態様として本実施例
に用いてなる赤外線センサの製作工程ブロック図を、工
程順に図4から図9に示す。Next, a manufacturing process block diagram of the infrared sensor used in this embodiment as one embodiment of the present invention is shown in FIGS.
【0042】図4は、赤外線センサの感温部の温度変化
によって、発振周波数が変化する電子回路としての発振
回路の製作工程ブロック図であって、センサ基板上に発
振回路を形成した段階の断面構造を表わす概略図であ
る。FIG. 4 is a block diagram of a manufacturing process of an oscillation circuit as an electronic circuit in which the oscillation frequency changes according to the temperature change of the temperature sensing part of the infrared sensor, and is a cross section at the stage where the oscillation circuit is formed on the sensor substrate. It is a schematic diagram showing a structure.
【0043】図4より、センサ基板31として、厚さ3
00μm、面方位(100)のn型単結晶シリコン基板
を用いて、以下の工程にしたがって製作を行った。From FIG. 4, the thickness of the sensor substrate 31 is 3
Using an n-type single crystal silicon substrate of 00 μm and plane orientation (100), fabrication was performed according to the following steps.
【0044】1.酸化:センサ基板31を高温(110
0℃)の酸化雰囲気中にさらし、シリコン酸化膜32
(膜厚:約6000オングストローム)を成長させる。1. Oxidation: The sensor substrate 31 is heated to a high temperature (110
The silicon oxide film 32 is exposed to an oxidizing atmosphere at 0 ° C.
(Film thickness: about 6000 angstrom) is grown.
【0045】2.Pウェル・パターニング:写真蝕刻法
(フォトレジストを使う)を使って、酸化膜にPウェル
領域パターンを形成し、次にこのフォトレジストをマス
クとして、Pウェル領域内の酸化膜をエッチングで除去
(開孔)し、そのフォトレジストは洗い流す。2. P-well patterning: A P-well region pattern is formed in the oxide film by using a photo-etching method (using a photoresist), and then the oxide film in the P-well region is removed by etching using this photoresist as a mask ( Open) and rinse away the photoresist.
【0046】3.Pウェル拡散:パターニングされた部
分に、例えば、ホウ素を熱拡散(約1200℃)させて
Pウェル層を形成する(あるいはイオン注入法によるP
ウェル層を形成することもある。)と共に、その部分に
再度酸化膜も成長させる。パターニング以外の部分は酸
化膜に阻止されるため、ホウ素は入らない。3. P-well diffusion: For example, boron is thermally diffused (about 1200 ° C.) in the patterned portion to form a P-well layer (or P by an ion implantation method).
A well layer may be formed in some cases. ), An oxide film is again grown on that portion. The portion other than the patterning is blocked by the oxide film, so that boron does not enter.
【0047】4.P+ パターニング:Pウェル・パター
ニングと同様な方法で、P+ 層とする領域内の酸化膜を
除去(開孔)する。4. P + patterning: The oxide film in the region to be the P + layer is removed (opened) by the same method as the P well patterning.
【0048】5.P+ 拡散:パターニングされた部分に
ホウ素を熱拡散(約1000℃)させて、P+ 層(Pチ
ャネルトランジスタのソースとドレイン領域)を形成す
ると共に、その部分に再度酸化膜も成長させる。パター
ニング以外の部分は酸化膜に阻止されるため、ホウ素は
入らない。5. P + diffusion: Boron is thermally diffused (about 1000 ° C.) in the patterned portion to form a P + layer (source and drain regions of the P channel transistor), and an oxide film is again grown in that portion. The portion other than the patterning is blocked by the oxide film, so that boron does not enter.
【0049】6.N+ パターニング:Pウェル・パター
ニングと同様な方法で、N+ 層とする領域内の酸化膜を
除去(開孔)する。6. N + patterning: The oxide film in the region to be the N + layer is removed (opened) by the same method as the P well patterning.
【0050】7.N+ 拡散:パターニングされた部分に
リンを熱拡散(約1000℃)させて、N+ 層(Nチャ
ネルトランジスタのソースとドレイン領域)を形成する
と共に、その部分に再度酸化膜も成長させる。パターニ
ング以外の部分は酸化膜に阻止されるため、リンは入ら
ない。7. N + diffusion: Phosphorus is thermally diffused (about 1000 ° C.) in the patterned portion to form an N + layer (source and drain regions of N-channel transistor), and an oxide film is again grown in that portion. Since the portion other than patterning is blocked by the oxide film, phosphorus does not enter.
【0051】8.ゲート酸化およびコンタクトホール・
パターニング:Pウェル・パターニングと同様な方法
で、ゲート酸化およびコンタクトホール領域の酸化膜を
除去(開孔)する。8. Gate oxidation and contact hole
Patterning: Gate oxide and oxide film in the contact hole region are removed (opened) in the same manner as in P well patterning.
【0052】9.ゲート酸化:高温(1000℃)の酸
化雰囲気中にさらし、シリコン酸化膜を薄く(約150
0オングストローム)再成長させる。9. Gate oxidation: expose to a high temperature (1000 ° C) oxidizing atmosphere to thin the silicon oxide film (about 150
0 angstrom) Re-grow.
【0053】10.コンタクト・パターニング:Pウェ
ル・パターニングと同様な方法で、コンタクト領域内の
酸化膜を除去(開孔)する。10. Contact patterning: The oxide film in the contact region is removed (opened) by the same method as the P well patterning.
【0054】11.配線パターニング:真空中でアルミ
ニウムを蒸発させて、基板表面全面にアルミニウム膜を
被着(蒸着)させ、このあとフォトレジストによる写真
蝕刻法を使って、パターンを形成し、フォトレジストを
マスクにして、不要部分をエッチングで除去し、フォト
レジストは洗い流す。次に温度を高めて(約400
℃)、アルミニウムとシリコンとの電気的接続を良好に
させて(シンタリング)、発振回路33の製作を完了さ
せる。11. Wiring patterning: Evaporating aluminum in a vacuum to deposit (evaporate) an aluminum film on the entire surface of the substrate, and then use photo-etching with a photoresist to form a pattern, using the photoresist as a mask, Unnecessary parts are removed by etching and the photoresist is washed away. Next, raise the temperature (about 400
(° C.), the electrical connection between aluminum and silicon is improved (sintering), and the fabrication of the oscillation circuit 33 is completed.
【0055】ただし、上記工程10のコンタクト・パタ
ーニングおよび工程11の配線パターニングは、後工程
のメタライゼーション(配線)の製作工程において実施
するものである。However, the contact patterning in step 10 and the wiring patterning in step 11 are carried out in the subsequent metallization (wiring) manufacturing step.
【0056】図5は、赤外線センサの感温部(ショット
キー・ダイオード)の製作工程ブロック図であって、セ
ンサ基板上に感温部を形成した段階の断面構造を表わす
概略図である。FIG. 5 is a block diagram of the manufacturing process of the temperature sensing portion (Schottky diode) of the infrared sensor, and is a schematic view showing a cross-sectional structure at the stage where the temperature sensing portion is formed on the sensor substrate.
【0057】図5より、発振回路33の製作(ゲート酸
化工程まで)されたセンサ基板31上に、シリコンオキ
シナイトライド膜34を形成する。From FIG. 5, a silicon oxynitride film 34 is formed on the sensor substrate 31 on which the oscillation circuit 33 has been manufactured (up to the gate oxidation step).
【0058】次に、後工程で形成される架橋部の中央部
に相当する位置に厚さ約1μmの多結晶シリコンの感温
膜35を形成し、この多結晶シリコンの感温膜35上に
酸化膜を成長させ、該酸化膜の一部を除去(開孔)し、
パターニングされた部分に、リンを低濃度(ドーズ量:
1×1012cm-2)でイオン注入した部分36を形成
し、次いで、リン低濃度イオン注入部分36上にスパッ
タ成膜した金属モリブデン(またはモリブデンシリサイ
ド)37を形成することにより、リン低濃度イオン注入
部分36と金属モリブデン37の成膜との界面にショッ
トキー接合を形成した。本実施例では、このショットキ
ー接合による感温部(ショットキー・ダイオード)の逆
方向電流の温度依存性を感温素子として利用したもので
ある。また、多結晶シリコンの感温膜35のほぼ半分に
は、形成された酸化膜の一部を除去(開孔)し、パター
ニングされた部分に、リンを高濃度(ドーズ量:1×1
016cm-2以上)にイオン注入してn+ シリコン38を
形成し、該n+ シリコン38と後工程でn+ シリコン3
8上に形成されるアルミ層の電極との界面にオーミック
接合が得られるようにする。これにより、感温部39の
製作を完了させる。Next, a temperature sensitive film 35 of polycrystalline silicon having a thickness of about 1 μm is formed at a position corresponding to the center of the cross-linked portion formed in the subsequent step, and on the temperature sensitive film 35 of polycrystalline silicon. Growing an oxide film, removing a part of the oxide film (opening),
A low concentration of phosphorus (dose:
1 × 10 12 cm −2 ) of ion-implanted portion 36 is formed, and then sputter-deposited metal molybdenum (or molybdenum silicide) 37 is formed on the phosphorus-low-concentration ion-implanted portion 36 to form a low phosphorus concentration. A Schottky junction was formed at the interface between the ion-implanted portion 36 and the metal molybdenum film 37. In this embodiment, the temperature dependence of the reverse current of the temperature sensitive portion (Schottky diode) due to the Schottky junction is used as a temperature sensitive element. Further, in approximately half of the temperature-sensitive film 35 of polycrystalline silicon, a part of the formed oxide film is removed (opened), and a high concentration of phosphorus (dose amount: 1 × 1) is formed in the patterned portion.
0 16 cm -2 or more) to form n + silicon 38 by ion implantation, and the n + silicon 38 and n + silicon 3 are formed in a later step.
The ohmic contact is obtained at the interface between the aluminum layer formed on the electrode 8 and the electrode. This completes the production of the temperature sensitive portion 39.
【0059】次に、図6は、赤外線センサのセンサ基板
上のメタライゼーション(配線)の製作工程ブロック図
であって、センサ基板上にメタライゼーション(配線)
を形成した段階の断面構造を表わす概略図である。Next, FIG. 6 is a block diagram of the manufacturing process of the metallization (wiring) on the sensor substrate of the infrared sensor. The metallization (wiring) is formed on the sensor substrate.
FIG. 3 is a schematic view showing a cross-sectional structure at a stage where the is formed.
【0060】図6より、感温部39の製作されたセンサ
基板31上に、先述した発振回路の製作工程10のコン
タクト・パターニングを実施した後、ショットキー・ダ
イオードからなる感温部39からの電気配線を、後工程
で形成される幅20μmの架橋部に相当する位置にクロ
ム層40によって形成した。As shown in FIG. 6, after the contact patterning of the above-described oscillation circuit manufacturing process 10 is performed on the sensor substrate 31 on which the temperature sensing section 39 is manufactured, the temperature sensing section 39 formed of a Schottky diode is used. The electrical wiring was formed by the chromium layer 40 at a position corresponding to a bridge portion having a width of 20 μm formed in a later step.
【0061】次に、感温部39とクロム層40による配
線との間の接続および先述した発振回路の製作工程11
の配線パターニングは、アルミ層41(厚さ約1.5μ
m)をステップカバレッジの良いスパッタで成膜して行
う。これにより、センサ基板上のメタライゼーション
(配線)の作製を完了させる。Next, the connection between the temperature sensitive portion 39 and the wiring by the chromium layer 40 and the above-mentioned oscillation circuit manufacturing process 11
The wiring pattern of the aluminum layer 41 (thickness of about 1.5 μm
m) is formed by sputtering with good step coverage. This completes the fabrication of metallization (wiring) on the sensor substrate.
【0062】次に、図7は、赤外線センサのセンサ基板
上の発振回路および感温部保護用シリコンオキシナイト
ライド膜の製作並びにハンダ接合用金属パッドの製作工
程ブロック図であって、センサ基板上に発振回路および
感温部保護用シリコンオキシナイトライド膜およびハン
ダ接合用金属パッドを形成した段階の断面構造を表わす
概略図である。Next, FIG. 7 is a block diagram of a process for producing an oscillating circuit on a sensor substrate of an infrared sensor and a silicon oxynitride film for protecting a temperature sensing part, and a metal pad for soldering, which is on the sensor substrate. FIG. 3 is a schematic view showing a cross-sectional structure at a stage where an oscillation circuit, a silicon oxynitride film for protecting the temperature sensing portion, and a metal pad for soldering are formed.
【0063】図7より、センサ基板31たるシリコン基
板を後述する異方性エッチングにより空洞部を形成する
際に用いるヒドラジン溶液から、既に形成した感温部3
9やクロム層40、アルミ層41による電気配線を保護
するため、アルミ層41の成膜および発振回路の製作工
程11の配線パターニング後に、全体を覆うようにシリ
コンオキシナイトライド膜42を3μmの厚さで成膜し
て形成する。From FIG. 7, the temperature sensitive portion 3 already formed from the hydrazine solution used when forming a cavity in the silicon substrate as the sensor substrate 31 by anisotropic etching described later.
9 and the chromium layer 40 and the aluminum layer 41, in order to protect the electric wiring, after the film formation of the aluminum layer 41 and the wiring patterning in the manufacturing process 11 of the oscillation circuit, the silicon oxynitride film 42 having a thickness of 3 μm is entirely covered. Then, a film is formed.
【0064】次に、後述する表蓋とのハンダ接合に用い
るハンダ接合用金属パッド43は、このシリコンオキシ
ナイトライド膜42上に(上から順に)銅層44とチタ
ン層45を蒸着して積層に形成した。これらにより、セ
ンサ基板上の発振回路および感温部保護用シリコンオキ
シナイトライド膜の製作並びにハンダ接合用金属パッド
の製作を完了させる。Next, a solder-bonding metal pad 43 used for solder-bonding with a front cover, which will be described later, is formed by depositing a copper layer 44 and a titanium layer 45 on the silicon oxynitride film 42 (in order from the top). Formed. As a result, the production of the oscillation circuit on the sensor substrate, the silicon oxynitride film for protecting the temperature sensing portion, and the production of the solder bonding metal pad are completed.
【0065】なお、センサ基板31に下側には、初めシ
リコンオキシナイトライド膜(図示せず)が成膜されて
いるが、センサ基板31と後述する裏蓋のガラス基板を
陽極接合するまでの製作工程中、例えば、コンタクトホ
ール形成を行う製作工程中にシリコンが露出するように
しておく。Although a silicon oxynitride film (not shown) is initially formed on the lower side of the sensor substrate 31, the sensor substrate 31 and the glass substrate of the back cover described later are anodically bonded. Silicon is exposed during the manufacturing process, for example, during the manufacturing process for forming contact holes.
【0066】次に、図8は、赤外線センサのセンサ基板
のSi異方性エッチングによる架橋部(マイクロブリッ
ジ)の製作工程ブロック図であって、センサ基板上に架
橋部および空洞部を形成した段階の断面構造を表わす概
略図である。Next, FIG. 8 is a block diagram of a manufacturing process of a bridge portion (micro bridge) by Si anisotropic etching of a sensor substrate of an infrared sensor, in which a bridge portion and a cavity are formed on the sensor substrate. It is a schematic diagram showing the cross-sectional structure of.
【0067】図8より、発振回路および感温部の保護用
シリコンオキシナイトライド膜42およびハンダ接合用
金属パッド43の製作されたセンサ基板31の感温部3
9の周辺をヒドラジン溶液を用いてSi異方性エッチン
グを行い、センサ基板上に空洞部46aを形成すること
で、該エッチングを受けないシリコンオキシナイトライ
ド膜42による架橋部47(マイクロブリッジ)が空洞
部46aに橋渡した形(実際には、4点支持による架橋
構造)で得られる。これらにより、センサ基板上のSi
異方性エッチングによる架橋部(マイクロブリッジ)の
製作を完了させる。From FIG. 8, the temperature sensing portion 3 of the sensor substrate 31 having the silicon oxynitride film 42 for protection of the oscillation circuit and the temperature sensing portion and the metal pad 43 for solder bonding manufactured.
9 is subjected to Si anisotropic etching using a hydrazine solution to form a cavity 46a on the sensor substrate, so that the bridge portion 47 (micro bridge) formed by the silicon oxynitride film 42 that is not subjected to the etching is formed. It is obtained in the form of being bridged to the hollow portion 46a (actually, a bridge structure with four-point support). By these, Si on the sensor substrate
The fabrication of the bridge portion (micro bridge) by anisotropic etching is completed.
【0068】なお、本実施例では、感温部39から散逸
する熱量をできるだけ少なくするために、感温部39を
架橋部47上に設けているわけであるが、赤外線を受光
する面積を広くするために、図2に示す架橋部4および
5の中央部は広くした赤外線受光部13を設けてあるの
と同様に、シリコンオキシナイトライド膜34、42に
よる架橋部47も、該シリコンオキシナイトライド膜4
2をパターニングする際に、該架橋部の中央部に相当す
る部分を広くして形成することが望ましい。また、図2
に示すように、架橋部の中央部を支持する部分4a、5
aを伝わって散逸する熱量をなるべく少なくするため、
該中央部を細い(幅10μmまたは20μm)支持部材
4a、5aで4点支持により釣った形としてあると同様
に、先述したシリコンオキシナイトライド膜42の一部
は、細い形に形成することがより望ましい。In this embodiment, the temperature sensing portion 39 is provided on the bridge portion 47 in order to reduce the amount of heat dissipated from the temperature sensing portion 39 as much as possible, but the infrared ray receiving area is wide. In order to achieve this, the bridge portion 47 formed by the silicon oxynitride films 34 and 42 is also formed in the same way as the widened infrared light receiving portion 13 is provided in the central portion of the bridge portions 4 and 5 shown in FIG. Ride film 4
When patterning 2, it is desirable to widen the portion corresponding to the central portion of the bridge portion. Also, FIG.
As shown in Fig. 5, the portions 4a, 5 supporting the central portion of the bridge portion.
In order to minimize the amount of heat dissipated through a,
Similarly to the case where the central portion has a shape in which the supporting members 4a and 5a are thin (width 10 μm or 20 μm) and supported by four points, a part of the silicon oxynitride film 42 described above may be formed in a thin shape. More desirable.
【0069】次に、図9は、赤外線センサのセンサ基板
および蓋体の真空封止パッケージング製作工程ブロック
図であって、センサ基板および蓋体を真空封止パッケー
ジンした段階の断面構造を表わす概略図である。Next, FIG. 9 is a block diagram of a vacuum sealing packaging manufacturing process of the sensor substrate and the lid of the infrared sensor, showing a sectional structure at a stage where the sensor substrate and the lid are vacuum sealed and packaged. It is a schematic diagram.
【0070】図9より、まず、センサ基板31に対応す
る表蓋48は、本実施例では、表蓋48の材料に厚さ2
00μm、面方位(100)の単結晶シリコン基板49
を用い、該シリコン基板49の両面に赤外線反射防止膜
兼ヒドラジンによる異方性エッチングのマスクとして厚
さ約0.1μmのシリコン酸化膜50を成膜して形成す
る。As shown in FIG. 9, the front cover 48 corresponding to the sensor substrate 31 is made of the material of the front cover 48 having a thickness of 2 in this embodiment.
A single crystal silicon substrate 49 having a plane orientation (100) of 00 μm
Is used to form a silicon oxide film 50 having a thickness of about 0.1 μm on both surfaces of the silicon substrate 49 as a mask for anisotropic etching with an infrared antireflection film and hydrazine.
【0071】さらに、赤外線が入射する側(図9では上
側)には、目的とする対象物以外からの赤外線の入射を
遮るため、金属(銅とチタンの積層)膜51を成膜し、
センサ基板31赤外線の受光部の真上に当る部分に、金
属膜51をエッチング除去して赤外線透過窓(アパーチ
ャ)52を設ける。このアパーチャ52にフレネルレン
ズを設ければ、赤外線を赤外線受光部に集光し、感温部
31の温度をより高めることができる。Further, on the side where infrared rays are incident (upper side in FIG. 9), a metal (copper / titanium laminated) film 51 is formed in order to block the incidence of infrared rays from other than the target object.
The metal film 51 is removed by etching at a portion directly above the infrared receiving portion of the sensor substrate 31 to provide an infrared transmission window (aperture) 52. If a Fresnel lens is provided in this aperture 52, infrared rays can be focused on the infrared light receiving section, and the temperature of the temperature sensing section 31 can be further raised.
【0072】次に、表蓋48のセンサ基板31と向き合
う側の面に、センサ基板31のハンダ接合用金属パッド
43とのハンダ接合に用いるハンダ接合用金属パッド
(図示せず)を形成する。該ハンダ接合用金属パッド
は、センサ基板31側のそれと同様に、銅とチタンの積
層膜とした。Next, on the surface of the front cover 48 facing the sensor substrate 31, a solder bonding metal pad (not shown) used for solder bonding with the solder bonding metal pad 43 of the sensor substrate 31 is formed. The solder-bonding metal pad was a laminated film of copper and titanium, similarly to that on the sensor substrate 31 side.
【0073】また、発振回路33および感温部39を有
する架橋部47と対向する部分に、発振回路および感温
部を有する架橋部47に設けられた各構成部材との接触
を避けるため、異方性エッチングにより約100μm掘
り下げて空洞部46bを形成する。この空洞部46bを
形成するのと同時に、シリコン基板48を表と裏から同
時に異方位性エッチングで掘り込み、隣接するチップと
分離できるようになっている。なお、各チップは、セン
サ基板31に接合する前に完全に切り離してしまうので
なく、細いシリコンのビーム(桁)でつながっており、
センサ基板31との接合後にダイシングして個々のチッ
プに切り離す。こうすることにより、ハンダ接合時にウ
ェーハ(バッチ)プロセスで一度に多数個のチップをア
ライメント(位置合わせ)することができるため望まし
い。Further, in order to avoid contact with the respective constituent members provided in the bridge portion 47 having the oscillation circuit and the temperature sensing portion, the parts facing the bridge portion 47 having the oscillation circuit 33 and the temperature sensing portion 39 are different from each other. The cavity 46b is formed by digging down by about 100 μm by means of isotropic etching. Simultaneously with the formation of this cavity 46b, the silicon substrate 48 can be simultaneously dug from the front and back by anisotropic etching to separate it from the adjacent chip. It should be noted that each chip is not completely separated before being bonded to the sensor substrate 31, but is connected by a thin silicon beam (digit),
After bonding with the sensor substrate 31, dicing is performed to separate the individual chips. This is desirable because a large number of chips can be aligned (aligned) at one time in a wafer (batch) process during solder bonding.
【0074】次に、センサ基板31に対応する裏蓋53
は、本実施例では、裏蓋53の材料に、厚さ300μm
のパイレックス(商品名)製のガラス基板54を用い
た。該ガラス基板54のセンサ基板31と接合する側の
面は、基板のガラス面を露出されておくが、反対側の面
は可視、赤外光を遮るため、金属(銅とクロムの積層)
膜55を蒸着して形成した。Next, the back cover 53 corresponding to the sensor substrate 31.
In this embodiment, the material of the back cover 53 has a thickness of 300 μm.
A glass substrate 54 manufactured by Pyrex (trade name) was used. The surface of the glass substrate 54 on the side to be bonded to the sensor substrate 31 has the glass surface of the substrate exposed, but the opposite surface shields visible light and infrared light, and is therefore a metal (lamination of copper and chromium).
The film 55 was formed by vapor deposition.
【0075】続いて、上述のセンサ基板、表蓋および裏
蓋の接合手段、並びに接合時に行う真空封止手段の手順
を記す。Next, the procedure of the above-mentioned sensor substrate, the joining means for the front lid and the back lid, and the vacuum sealing means performed at the joining will be described.
【0076】まず、センサ基板31の下面と裏蓋53の
ガラス基板面を陽極接合で接合する。この接合は真空中
もしくは大気中で行なうが、特に大気中で行なう場合に
はダスト等の混入を避け、十分に清浄な雰囲気が必要で
ある。First, the lower surface of the sensor substrate 31 and the glass substrate surface of the back cover 53 are bonded by anodic bonding. This bonding is performed in a vacuum or in the atmosphere. Particularly when it is performed in the atmosphere, it is necessary to avoid mixing of dust and the like and to have a sufficiently clean atmosphere.
【0077】次に、真空容器に設置する前に、センサ基
板31と表蓋48のハンダ接合用金属パッドには、ハン
ダを塗布しておく。そして、裏蓋53を接合したセンサ
基板31を加熱機構およびアライメント機能を備えた真
空容器に設置し、さらに同容器に表蓋48も設置する。
容器内を排気して真空(真空圧力<×10-6Torr)
にした後、センサ基板31側のハンダ接合用金属パッド
と表蓋48のハンダ接合用金属パッドとの位置合わせを
し、加熱してハンダ接合することで、赤外線センサのセ
ンサ基板および蓋体の真空封止パッケージングの製作を
完了させることができる。Next, before installing in the vacuum container, solder is applied to the solder bonding metal pads of the sensor substrate 31 and the front cover 48. Then, the sensor substrate 31 to which the back cover 53 is joined is installed in a vacuum container having a heating mechanism and an alignment function, and the front cover 48 is also installed in the same container.
The container is evacuated and evacuated (vacuum pressure <× 10 -6 Torr)
After that, the solder bonding metal pad on the sensor substrate 31 side is aligned with the solder bonding metal pad of the front cover 48, and the solder bonding is performed by heating, thereby vacuuming the sensor substrate and the lid of the infrared sensor. The fabrication of the sealed packaging can be completed.
【0078】[0078]
【発明の効果】本発明の赤外線センサでは、感温部の近
傍に発振回路を設けたことにより、高インピーダンスの
配線の部分が短くなり、外部から高インピーダンスの配
線の部分に電気誘導で侵入していたノイズを低減するこ
とができ、また、感温部のすぐ近傍でノイズに強い形式
の信号に変換してより正確に検出できるもので、より詳
しくは、微弱な赤外線を受光する必要のある該センサで
は、必要な情報を微弱なアナログの出力信号としてしか
取り出せなかったものを、該発振回路により周波数の変
化として取り出せるようにでき、出力信号線に侵入する
外来ノイズ(アナログ)の影響を受け難くでき、より正
確な情報を検出でき得る高感度なセンサを実現すること
ができる。In the infrared sensor of the present invention, since the oscillating circuit is provided in the vicinity of the temperature sensing portion, the high impedance wiring portion is shortened, and the high impedance wiring portion intrudes from the outside by electrical induction. It is possible to reduce the noise that has been present, and it can be detected more accurately by converting it into a noise-resistant signal in the immediate vicinity of the temperature sensing part. More specifically, it is necessary to receive weak infrared rays. The sensor can extract the necessary information only as a weak analog output signal and can extract it as a frequency change by the oscillation circuit, so that it is affected by external noise (analog) entering the output signal line. It is possible to realize a highly sensitive sensor that can be made difficult and can detect more accurate information.
【0079】また、本発明の赤外線センサでは、ショッ
トキー・ダイオードの逆方向飽和電流の温度特性が利用
できるため、非接触で対象物体の温度を測定する温度計
に適用できる、赤外線センサの高感度化並びに高精度化
が図れる。Further, since the infrared sensor of the present invention can utilize the temperature characteristic of the reverse saturation current of the Schottky diode, it can be applied to a thermometer for measuring the temperature of a target object in a non-contact manner. And high precision can be achieved.
【図1】 本発明の一実施態様として本実施例に用いて
なる赤外線センサの断面構造を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a cross-sectional structure of an infrared sensor used in this example as one embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の一実施態様として本実施例に用いて
なる赤外線センサのセンサ基板の外部構造を示す概略図
である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an external structure of a sensor substrate of an infrared sensor used in this example as one embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の一実施態様として本実施例に用いて
なる赤外線センサの電子回路として、一対の感温部の温
度変化による抵抗値に応じた周波数で発振する発振回路
を用いた回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram using an oscillation circuit that oscillates at a frequency according to a resistance value due to a temperature change of a pair of temperature sensing parts, as an electronic circuit of an infrared sensor used in this example as one embodiment of the present invention. Is.
【図4】 赤外線センサの感温部の発振回路の製作工程
ブロック図であって、センサ基板上に発振回路を形成し
た段階の断面構造を表わす概略図である。FIG. 4 is a block diagram of a manufacturing process of an oscillation circuit of a temperature sensing part of an infrared sensor, which is a schematic diagram showing a cross-sectional structure at a stage where the oscillation circuit is formed on a sensor substrate.
【図5】 赤外線センサの感温部(ショットキー・ダイ
オード)の製作工程ブロック図であって、センサ基板上
に感温部を形成した段階の断面構造を表わす概略図であ
る。FIG. 5 is a block diagram of a manufacturing process of a temperature sensitive portion (Schottky diode) of the infrared sensor, and is a schematic view showing a cross-sectional structure at a stage where the temperature sensitive portion is formed on the sensor substrate.
【図6】 赤外線センサのセンサ基板上のメタライゼー
ション(配線)の製作工程ブロック図であって、センサ
基板上にメタライゼーション(配線)を形成した段階の
断面構造を表わす概略図である。FIG. 6 is a block diagram of a manufacturing process of metallization (wiring) on the sensor substrate of the infrared sensor, which is a schematic view showing a cross-sectional structure at a stage where the metallization (wiring) is formed on the sensor substrate.
【図7】 赤外線センサのセンサ基板上の発振回路およ
び感温部保護用シリコンオキシナイトライド膜の製作並
びにハンダ接合用金属パッドの製作工程ブロック図であ
って、センサ基板上に発振回路および感温部保護用シリ
コンオキシナイトライド膜およびハンダ接合用金属パッ
ドを形成した段階の断面構造を表わす概略図である。FIG. 7 is a block diagram of a process for producing an oscillation circuit and a temperature-sensitive portion protecting silicon oxynitride film on a sensor substrate of an infrared sensor, and a metal pad for soldering. FIG. FIG. 3 is a schematic view showing a cross-sectional structure at a stage where a silicon oxynitride film for protecting a portion and a metal pad for solder bonding are formed.
【図8】 赤外線センサのセンサ基板のSi異方性エッ
チングによる架橋部(マイクロブリッジ)の製作工程ブ
ロック図であって、センサ基板上に架橋部および空洞部
を形成した段階の断面構造を表わす概略図である。FIG. 8 is a block diagram of a manufacturing process of a bridge portion (microbridge) by Si anisotropic etching of a sensor substrate of an infrared sensor, which schematically shows a cross-sectional structure at a stage where a bridge portion and a cavity are formed on the sensor substrate. It is a figure.
【図9】 赤外線センサのセンサ基板および蓋体の真空
封止パッケージング製作工程ブロック図であって、セン
サ基板および蓋体を真空封止パッケージンした段階の断
面構造を表わす概略図である。FIG. 9 is a block diagram of a vacuum sealing packaging manufacturing process of the sensor substrate and the lid of the infrared sensor, which is a schematic diagram showing a cross-sectional structure at a stage where the sensor substrate and the lid are vacuum sealed and packaged.
1…赤外線センサ、 2…シリコン基
板、3…空洞部、 4、5…架
橋部、6…シリコンオキシナイトライド膜、 7、8…
感温部、9…電子回路、 10…
表蓋、11…赤外線反射防止膜、 12…赤
外線遮蔽膜、13…赤外線受光部、 1
4…赤外線透過窓(アパーチャ)、15…裏蓋、
16…配線、31…センサ基板、
32…シリコン酸化膜、33…発振回
路、 34…シリコンオキシナイト
ライド膜、35…感温膜、 36
…低濃度でイオン注入した部分、37…金属モリブデン
(またはモリブデンシリサイド)、38…n+ シリコ
ン、 39…感温部、40…クロム層、
41…アルミ層、42…シリコン
オキシナイトライド膜、43…ハンダ接合用金属パッ
ド、 44…銅層、45…チタン層、
46a、46b…空洞部、47…架橋部、
48…表蓋、49…単結晶シリコン
基板、 50…シリコン酸化膜、51…金属
膜、 52…赤外線透過窓(アパ
ーチャ)、53…裏蓋、 54
…ガラス基板、55…金属膜、A…発振をON−OFF
するためのコントロール信号、B…HI−LOを切り替
えるコントロール信号、R2 …基準抵抗サーミスタ、
R3 …検知サーミスタ。1 ... Infrared sensor, 2 ... Silicon substrate, 3 ... Cavity part, 4, 5 ... Cross-linking part, 6 ... Silicon oxynitride film, 7, 8 ...
Temperature sensor, 9 ... Electronic circuit, 10 ...
Front lid, 11 ... Infrared reflection preventing film, 12 ... Infrared shielding film, 13 ... Infrared receiving section, 1
4 ... Infrared transmitting window (aperture), 15 ... Back cover,
16 ... Wiring, 31 ... Sensor substrate,
32 ... Silicon oxide film, 33 ... Oscillation circuit, 34 ... Silicon oxynitride film, 35 ... Temperature sensitive film, 36
... Ion-implanted portion at a low concentration, 37 ... Metal molybdenum (or molybdenum silicide), 38 ... n + silicon, 39 ... Temperature sensitive portion, 40 ... Chromium layer,
41 ... Aluminum layer, 42 ... Silicon oxynitride film, 43 ... Solder bonding metal pad, 44 ... Copper layer, 45 ... Titanium layer,
46a, 46b ... Cavity part, 47 ... Bridge part,
48 ... Front cover, 49 ... Single crystal silicon substrate, 50 ... Silicon oxide film, 51 ... Metal film, 52 ... Infrared transmitting window (aperture), 53 ... Back cover, 54
... Glass substrate, 55 ... Metal film, A ... Oscillation ON-OFF
Control signals, B ... control signal for switching the HI-LO for, R 2 ... reference resistor thermistor,
R 3 ... Detection thermistor.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 清 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kiyoshi Komatsu 1500 Inoguchi, Nakai-cho, Ashigarakami-gun, Kanagawa Terumo Corporation
Claims (1)
感温部の温度変化から入射する赤外線の量を測定する熱
型赤外線センサであって、センサ基板の一部に設けられ
た空洞部上に形成された絶縁性の薄膜部に該感温部が設
けられ、該感温部の周囲を真空に保持する真空封止手段
を有し、該センサ基板と同一あるいは別の基板上に、該
感温部の温度変化によって、発振周波数が変化する電子
回路を設け、該発振周波数の変化により入射する赤外線
の量に関する情報を外部に送信するようにしたことを特
徴とする赤外線センサ。1. A thermal infrared sensor that heats a temperature-sensitive part by irradiation of infrared rays, and measures the amount of infrared rays incident from the temperature change of the temperature-sensitive part, the cavity being provided in a part of a sensor substrate. The temperature-sensitive section is provided on the insulating thin film section formed on the section, and has a vacuum sealing means for holding a vacuum around the temperature-sensitive section, on the same substrate as the sensor substrate or on another substrate. An infrared sensor characterized in that an electronic circuit whose oscillation frequency changes according to the temperature change of the temperature sensing portion is provided, and information relating to the amount of incident infrared rays due to the change in the oscillation frequency is transmitted to the outside.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29731194A JPH08159866A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Infrared-ray sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29731194A JPH08159866A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Infrared-ray sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08159866A true JPH08159866A (en) | 1996-06-21 |
Family
ID=17844875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP29731194A Pending JPH08159866A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Infrared-ray sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08159866A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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- 1994-11-30 JP JP29731194A patent/JPH08159866A/en active Pending
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