JPH08159866A - 赤外線センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 本発明の赤外線センサは、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。 【効果】 高インピーダンスの配線の部分を短くでき、
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でき、微弱な赤外線をより正確
に検出でき得る高感度センサを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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。