JP3435997B2 - 赤外線検知素子 - Google Patents
赤外線検知素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーモパイル型の
赤外線検知素子に関する。
赤外線検知素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の技術としては、例えば図
５や特開平３−２７６７７２号公報に記載されたものが
ある。図５は、サーモパイルを構成する複数の熱電対の
うちの１対の熱電対の部分を示している。半導体基板の
主平面に窒化膜等の薄膜が被覆形成されている。薄膜
は、半導体基板の主面にエッチングにより形成された熱
分離領域により半導体基板と部分的に熱分離され、この
熱分離された部分の薄膜がメンブレン２０となってい
る。メンブレン２０上にｐ型シリコン２１とｎ型シリコ
ン２２が形成され、その上に層間絶縁膜が被覆形成され
ている。層間絶縁膜には、温接点２３及び冷接点２４と
なる部分にコンタクトホールが開けられ、ｐ型シリコン
２１とｎ型シリコン２２がこのコンタクトホールを介し
て配線層で順次接続され、各熱電対が形成されるととも
に全体として１つのサーモパイルが構成されている。温
接点２３はメンブレン２０のほぼ中央部に位置し、冷接
点２４はメンブレン２０外でメンブレン端部２５に近い
薄膜上に位置するように構成されている。温接点２３の
上方には絶縁膜等を介して図示省略の赤外線吸収膜が形
成されている。そして赤外線吸収膜に赤外線が入射する
と温接点２３の温度が上昇し、温接点２３と冷接点２４
の間に温度差が生じて熱起電力が生じる。この熱起電力
に基づくサーモパイルの出力電圧の大小によって入射赤
外線の強さが測定される。
５や特開平３−２７６７７２号公報に記載されたものが
ある。図５は、サーモパイルを構成する複数の熱電対の
うちの１対の熱電対の部分を示している。半導体基板の
主平面に窒化膜等の薄膜が被覆形成されている。薄膜
は、半導体基板の主面にエッチングにより形成された熱
分離領域により半導体基板と部分的に熱分離され、この
熱分離された部分の薄膜がメンブレン２０となってい
る。メンブレン２０上にｐ型シリコン２１とｎ型シリコ
ン２２が形成され、その上に層間絶縁膜が被覆形成され
ている。層間絶縁膜には、温接点２３及び冷接点２４と
なる部分にコンタクトホールが開けられ、ｐ型シリコン
２１とｎ型シリコン２２がこのコンタクトホールを介し
て配線層で順次接続され、各熱電対が形成されるととも
に全体として１つのサーモパイルが構成されている。温
接点２３はメンブレン２０のほぼ中央部に位置し、冷接
点２４はメンブレン２０外でメンブレン端部２５に近い
薄膜上に位置するように構成されている。温接点２３の
上方には絶縁膜等を介して図示省略の赤外線吸収膜が形
成されている。そして赤外線吸収膜に赤外線が入射する
と温接点２３の温度が上昇し、温接点２３と冷接点２４
の間に温度差が生じて熱起電力が生じる。この熱起電力
に基づくサーモパイルの出力電圧の大小によって入射赤
外線の強さが測定される。
【０００３】一般的に、このようなサーモパイル型赤外
線検知素子の感度Ｒは次式によって決定される。
線検知素子の感度Ｒは次式によって決定される。
【０００４】
【数１】
Ｒ＝Ｓ／Ｐｄ＝ｎ・α・Ｒth・Ｐ／Ｐｄ …（１）
Ｓ：信号出力、Ｐｄ：入射エネルギ、ｎ：熱電対の対
数、α：ゼーベック係数、Ｒth：熱抵抗、Ｐ：実効エネ
ルギ 上式は、感度Ｒは熱抵抗Ｒthに比例することを示してい
る。そこで上記の赤外線検知素子では、サーモパイルの
熱抵抗を増加させて素子感度を向上させるために、図示
のように、メンブレン端部２５に対応した部分の両シリ
コン２１，２２の幅を狭くする構造を採用している。
数、α：ゼーベック係数、Ｒth：熱抵抗、Ｐ：実効エネ
ルギ 上式は、感度Ｒは熱抵抗Ｒthに比例することを示してい
る。そこで上記の赤外線検知素子では、サーモパイルの
熱抵抗を増加させて素子感度を向上させるために、図示
のように、メンブレン端部２５に対応した部分の両シリ
コン２１，２２の幅を狭くする構造を採用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線検知素子
では、メンブレン端部に対応したサーモパイル部分の熱
抵抗を増加させているため、感度を向上させることがで
きるが、このメンブレン端部に対応したサーモパイル部
分の温度勾配が大きくなる。このことは、メンブレン端
部の位置の変動によって感度が大きく変化することにな
る。言い換えると、メンブレン端部の位置を非常に正確
に設計及び製造しないと素子ごとの感度のばらつきが大
きくなる。しかし、メンブレン及び熱分離領域はヒドラ
ジンやＫＯＨなどの異方性エッチングつまりウエットエ
ッチングで形成するので他の半導体プロセスに比べて精
度よく製造することが困難である。特に、サーモパイル
全長が短い微細な素子ではメンブレン端部の位置が１μ
ｍ程度変動しても感度ばらつきが非常に大きくなる。ま
た、アレイ素子では各素子の感度を揃えることが困難と
なるという問題点があった。
では、メンブレン端部に対応したサーモパイル部分の熱
抵抗を増加させているため、感度を向上させることがで
きるが、このメンブレン端部に対応したサーモパイル部
分の温度勾配が大きくなる。このことは、メンブレン端
部の位置の変動によって感度が大きく変化することにな
る。言い換えると、メンブレン端部の位置を非常に正確
に設計及び製造しないと素子ごとの感度のばらつきが大
きくなる。しかし、メンブレン及び熱分離領域はヒドラ
ジンやＫＯＨなどの異方性エッチングつまりウエットエ
ッチングで形成するので他の半導体プロセスに比べて精
度よく製造することが困難である。特に、サーモパイル
全長が短い微細な素子ではメンブレン端部の位置が１μ
ｍ程度変動しても感度ばらつきが非常に大きくなる。ま
た、アレイ素子では各素子の感度を揃えることが困難と
なるという問題点があった。
【０００６】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、メンブレン端部の位置変動に対す
る感度ばらつきを小さくすることができ、また機械的ス
トレスが集中するメンブレン端部の強度を増加させるこ
とができる赤外線検知素子を提供することを目的とす
る。
してなされたもので、メンブレン端部の位置変動に対す
る感度ばらつきを小さくすることができ、また機械的ス
トレスが集中するメンブレン端部の強度を増加させるこ
とができる赤外線検知素子を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、半導体基板と、前記半導体
基板の主平面側の一部を除去して形成された熱分離領域
と、前記半導体基板の主平面側に形成され、前記熱分離
領域により半導体基板から熱分離されたメンブレンと、
前記メンブレン上に温接点が形成され前記熱分離領域が
形成されていない前記半導体基板の前記主平面上に該半
導体基板と電気的に絶縁して冷接点が形成されたサーモ
パイルとを備え、赤外線の入射で前記温接点と冷接点間
に生じる温度差に応じた電圧出力により赤外線入射量を
検知する赤外線検知素子において、前記サーモパイルの
冷接点と電気的に接続された配線層を前記メンブレンの
端部を跨ぐように前記温接点方向へ長く形成して前記サ
ーモパイルにおける前記メンブレン端部近傍に対応した
部分の熱抵抗が、該部分から前記温接点側に位置する部
分の熱抵抗よりも小さくなるように構成してなることを
要旨とする。この構成により、精密なコントロールが難
しいウエットエッチングによって形成されるメンブレン
端部の位置が変動してもサーモパイルの熱抵抗の変動が
小さくなる。
に、請求項１記載の発明は、半導体基板と、前記半導体
基板の主平面側の一部を除去して形成された熱分離領域
と、前記半導体基板の主平面側に形成され、前記熱分離
領域により半導体基板から熱分離されたメンブレンと、
前記メンブレン上に温接点が形成され前記熱分離領域が
形成されていない前記半導体基板の前記主平面上に該半
導体基板と電気的に絶縁して冷接点が形成されたサーモ
パイルとを備え、赤外線の入射で前記温接点と冷接点間
に生じる温度差に応じた電圧出力により赤外線入射量を
検知する赤外線検知素子において、前記サーモパイルの
冷接点と電気的に接続された配線層を前記メンブレンの
端部を跨ぐように前記温接点方向へ長く形成して前記サ
ーモパイルにおける前記メンブレン端部近傍に対応した
部分の熱抵抗が、該部分から前記温接点側に位置する部
分の熱抵抗よりも小さくなるように構成してなることを
要旨とする。この構成により、精密なコントロールが難
しいウエットエッチングによって形成されるメンブレン
端部の位置が変動してもサーモパイルの熱抵抗の変動が
小さくなる。
【０００８】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の赤外線検知素子において、前記熱抵抗の小さくなる部
分は、前記サーモパイルを構成する熱電対部材と、前記
配線層との積層構造としてなることを要旨とする。この
構成により、熱電対部材に配線層を積層することで、サ
ーモパイルにおけるメンブレン端部近傍に対応した部分
の断面積が増えて熱抵抗が小さくなる。
の赤外線検知素子において、前記熱抵抗の小さくなる部
分は、前記サーモパイルを構成する熱電対部材と、前記
配線層との積層構造としてなることを要旨とする。この
構成により、熱電対部材に配線層を積層することで、サ
ーモパイルにおけるメンブレン端部近傍に対応した部分
の断面積が増えて熱抵抗が小さくなる。
【０００９】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の赤外線検知素子において、前記熱抵抗の小さくなる部
分は、前記サーモパイルを構成する熱電対部材上に絶縁
膜を介して前記配線層を形成してなることを要旨とす
る。この構成により、熱電対部材上にその熱電対部材保
護用の絶縁膜を介して配線層を積層することでも、サー
モパイルにおけるメンブレン端部近傍に対応した部分の
断面積が増えて熱抵抗が小さくなる。
の赤外線検知素子において、前記熱抵抗の小さくなる部
分は、前記サーモパイルを構成する熱電対部材上に絶縁
膜を介して前記配線層を形成してなることを要旨とす
る。この構成により、熱電対部材上にその熱電対部材保
護用の絶縁膜を介して配線層を積層することでも、サー
モパイルにおけるメンブレン端部近傍に対応した部分の
断面積が増えて熱抵抗が小さくなる。
【００１０】
【００１１】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、サーモパ
イルにおけるメンブレン端部近傍に対応した部分の熱抵
抗が、該部分から前記温接点側に位置する部分の熱抵抗
よりも小さくなるように構成したため、メンブレン端部
の位置が変動しても、サーモパイルの熱抵抗の変動が小
さくなることから感度のばらつきを非常に少なくするこ
とができる。
イルにおけるメンブレン端部近傍に対応した部分の熱抵
抗が、該部分から前記温接点側に位置する部分の熱抵抗
よりも小さくなるように構成したため、メンブレン端部
の位置が変動しても、サーモパイルの熱抵抗の変動が小
さくなることから感度のばらつきを非常に少なくするこ
とができる。
【００１２】請求項２記載の発明によれば、前記熱抵抗
の小さくなる部分は、前記サーモパイルを構成する熱電
対部材と、該熱電対部材を接続する配線層との積層構造
としたため、熱電対部材保護用の絶縁膜に開けるコンタ
クトホールを長く形成することで、熱電対部材と配線層
との積層構造が構成されるので熱抵抗の小さくなる部分
の容易構成性が得られる。またメンブレン端部の上部に
積層構造部分が形成されるので機械的ストレスが集中す
るメンブレン端部の強度を増加させることができる。
の小さくなる部分は、前記サーモパイルを構成する熱電
対部材と、該熱電対部材を接続する配線層との積層構造
としたため、熱電対部材保護用の絶縁膜に開けるコンタ
クトホールを長く形成することで、熱電対部材と配線層
との積層構造が構成されるので熱抵抗の小さくなる部分
の容易構成性が得られる。またメンブレン端部の上部に
積層構造部分が形成されるので機械的ストレスが集中す
るメンブレン端部の強度を増加させることができる。
【００１３】請求項３記載の発明によれば、前記熱抵抗
の小さくなる部分は、前記サーモパイルを構成する熱電
対部材上に、該熱電対部材を接続する配線層を絶縁膜を
介して形成した構成としたため、配線層を熱電対部材保
護用の絶縁膜を介して熱電対部材上に延在させるという
簡単な構造で熱抵抗の小さくなる部分を容易に構成する
ことができる。配線層を絶縁膜を介して熱電対部材上に
形成しているので、熱抵抗は、請求項２記載の発明ほど
小さくはならず、メンブレン端部の位置変動に対する感
度ばらつきの低減効果は請求項２記載の発明より弱くな
るが、熱抵抗の小さくならない分だけ感度の低下を抑制
することができる。
の小さくなる部分は、前記サーモパイルを構成する熱電
対部材上に、該熱電対部材を接続する配線層を絶縁膜を
介して形成した構成としたため、配線層を熱電対部材保
護用の絶縁膜を介して熱電対部材上に延在させるという
簡単な構造で熱抵抗の小さくなる部分を容易に構成する
ことができる。配線層を絶縁膜を介して熱電対部材上に
形成しているので、熱抵抗は、請求項２記載の発明ほど
小さくはならず、メンブレン端部の位置変動に対する感
度ばらつきの低減効果は請求項２記載の発明より弱くな
るが、熱抵抗の小さくならない分だけ感度の低下を抑制
することができる。
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１６】図１及び図２は、本発明の第１の実施の形
態を示す図である。まず、図１を用いて、赤外線検知素
子の構成を説明する。（１００）面を主平面とするシリ
コン基板５の主平面上にメンブレン１０となる厚さ１０
０〜３００ｎｍ程度の窒化膜２が被覆形成されている。
窒化膜２は、熱分離領域１１によりシリコン基板５と部
分的に熱分離されており、この熱分離された部分の窒化
膜２がメンブレン１０となる。なお、熱分離領域１１の
形成法は後述する。メンブレン１０上に、サーモパイル
１構成用の熱電対部材としてｐ型ポリシリコン６とｎ型
ポリシリコン７が形成され、その上に表面保護用の酸化
膜３ａが被覆形成されている。酸化膜３ａには、温接点
１３及び冷接点１４となる部分にコンタクトホールが開
けられ、ｐ型ポリシリコン６とｎ型ポリシリコン７がこ
のコンタクトホールを介して配線層としてのアルミ膜８
で順次接続され、全体として１つのサーモパイル１が構
成されている。これらの上に、さらに保護用の酸化膜３
ｂが被覆形成され、温接点１３上方の酸化膜３ｂ上に赤
外線吸収膜４が形成されている。
態を示す図である。まず、図１を用いて、赤外線検知素
子の構成を説明する。（１００）面を主平面とするシリ
コン基板５の主平面上にメンブレン１０となる厚さ１０
０〜３００ｎｍ程度の窒化膜２が被覆形成されている。
窒化膜２は、熱分離領域１１によりシリコン基板５と部
分的に熱分離されており、この熱分離された部分の窒化
膜２がメンブレン１０となる。なお、熱分離領域１１の
形成法は後述する。メンブレン１０上に、サーモパイル
１構成用の熱電対部材としてｐ型ポリシリコン６とｎ型
ポリシリコン７が形成され、その上に表面保護用の酸化
膜３ａが被覆形成されている。酸化膜３ａには、温接点
１３及び冷接点１４となる部分にコンタクトホールが開
けられ、ｐ型ポリシリコン６とｎ型ポリシリコン７がこ
のコンタクトホールを介して配線層としてのアルミ膜８
で順次接続され、全体として１つのサーモパイル１が構
成されている。これらの上に、さらに保護用の酸化膜３
ｂが被覆形成され、温接点１３上方の酸化膜３ｂ上に赤
外線吸収膜４が形成されている。
【００１７】上記の冷接点１４部分は、コンタクトホー
ル、即ち接合部が長く形成されてｐ型ポリシリコン６又
はｎ型ポリシリコン７とアルミ膜８との二層構造になっ
ており、この長く形成された二層構造部分がメンブレン
端部１５を跨ぐように構成されている。このように、冷
接点１４部分は二層構造になっているため、サーモパイ
ル１の他の部分よりも熱抵抗が小さくなっている。
ル、即ち接合部が長く形成されてｐ型ポリシリコン６又
はｎ型ポリシリコン７とアルミ膜８との二層構造になっ
ており、この長く形成された二層構造部分がメンブレン
端部１５を跨ぐように構成されている。このように、冷
接点１４部分は二層構造になっているため、サーモパイ
ル１の他の部分よりも熱抵抗が小さくなっている。
【００１８】ここで、熱分離領域１１の形成法を説明す
る。窒化膜２、ｐ型ポリシリコン６とｎ型ポリシリコン
７からなるサーモパイル１、酸化膜３ａ、アルミ膜８及
び酸化膜３ｂをそれぞれ形成した後、サーモパイル１の
存在しない部分の酸化膜３ａ，３ｂ及び窒化膜２を貫通
するエッチング孔１２を形成する。このエッチング孔１
２はドライエッチング法によってシリコン基板５が露出
する深さにしておく。この状態でヒドラジン等の異方性
エッチング液によりエッチング孔１２からエッチングを
行う。メンブレン１０になる部分の窒化膜２とシリコン
基板５との間には予めポリシリコン犠牲層が形成されて
いるために図のごとく所望のメンブレン１０のパターン
が形成される。なお、このプロセスについては、特開昭
６２−７６７８４号公報に詳しく記載されている。この
異方性エッチングによりシリコン基板５が（１１１）面
を側面とする四角錐を逆さまにした形状にエッチングさ
れて熱分離領域１１が完成する。
る。窒化膜２、ｐ型ポリシリコン６とｎ型ポリシリコン
７からなるサーモパイル１、酸化膜３ａ、アルミ膜８及
び酸化膜３ｂをそれぞれ形成した後、サーモパイル１の
存在しない部分の酸化膜３ａ，３ｂ及び窒化膜２を貫通
するエッチング孔１２を形成する。このエッチング孔１
２はドライエッチング法によってシリコン基板５が露出
する深さにしておく。この状態でヒドラジン等の異方性
エッチング液によりエッチング孔１２からエッチングを
行う。メンブレン１０になる部分の窒化膜２とシリコン
基板５との間には予めポリシリコン犠牲層が形成されて
いるために図のごとく所望のメンブレン１０のパターン
が形成される。なお、このプロセスについては、特開昭
６２−７６７８４号公報に詳しく記載されている。この
異方性エッチングによりシリコン基板５が（１１１）面
を側面とする四角錐を逆さまにした形状にエッチングさ
れて熱分離領域１１が完成する。
【００１９】次に、上述のように構成された赤外線検知
素子の作用を説明する。メンブレン１０の中心部にある
赤外線吸収膜４に赤外線が入射されると光吸収によって
赤外線吸収膜４の温度が上昇する。この熱は、熱伝導に
よって酸化膜３ｂを介して温接点１３のｐ型及びｎ型の
ポリシリコン６，７の温度を上昇させる。温接点１３の
下方には熱分離領域１１が形成されているため、温接点
１３の熱はメンブレン１０、サーモパイル１を構成する
ポリシリコン６，７及び酸化膜３ａ，３ｂのみを通じて
伝わっていく。しかし、これらの部材は薄いので熱抵抗
が大きく冷接点１４には伝わりにくく、温接点１３と冷
接点１４の間に温度差が生じ、その結果ゼーベック効果
により熱起電力が生じる。ｐ型ポリシリコン６とｎ型ポ
リシリコン７とは交互に直列接続されているので出力端
子１６には熱起電力の総和が現われる。この出力電圧の
大小によって入射赤外線の強さを測定することができ
る。そして、このような赤外線検知作用において、本実
施の形態の赤外線検知素子は、冷接点１４部分が二層構
造になっているために熱抵抗が小さく、この部分の温度
勾配は、図２（ｂ）に示すように、従来の赤外線検知素
子のそれに比べて緩やかとなる。したがって、精密なコ
ントロールが難しいウエットエッチング（異方性エッチ
ング）によって形成されるメンブレン端部１５の位置が
変動しても、サーモパイル１の熱抵抗の変動は小さく、
感度のばらつきが非常に少なくなる。
素子の作用を説明する。メンブレン１０の中心部にある
赤外線吸収膜４に赤外線が入射されると光吸収によって
赤外線吸収膜４の温度が上昇する。この熱は、熱伝導に
よって酸化膜３ｂを介して温接点１３のｐ型及びｎ型の
ポリシリコン６，７の温度を上昇させる。温接点１３の
下方には熱分離領域１１が形成されているため、温接点
１３の熱はメンブレン１０、サーモパイル１を構成する
ポリシリコン６，７及び酸化膜３ａ，３ｂのみを通じて
伝わっていく。しかし、これらの部材は薄いので熱抵抗
が大きく冷接点１４には伝わりにくく、温接点１３と冷
接点１４の間に温度差が生じ、その結果ゼーベック効果
により熱起電力が生じる。ｐ型ポリシリコン６とｎ型ポ
リシリコン７とは交互に直列接続されているので出力端
子１６には熱起電力の総和が現われる。この出力電圧の
大小によって入射赤外線の強さを測定することができ
る。そして、このような赤外線検知作用において、本実
施の形態の赤外線検知素子は、冷接点１４部分が二層構
造になっているために熱抵抗が小さく、この部分の温度
勾配は、図２（ｂ）に示すように、従来の赤外線検知素
子のそれに比べて緩やかとなる。したがって、精密なコ
ントロールが難しいウエットエッチング（異方性エッチ
ング）によって形成されるメンブレン端部１５の位置が
変動しても、サーモパイル１の熱抵抗の変動は小さく、
感度のばらつきが非常に少なくなる。
【００２０】上述したように、本実施の形態の赤外線検
知素子では、従来技術とサーモパイル長が同じ場合は熱
抵抗が小さくなるために感度が低下するが、熱抵抗が同
じになるようにサーモパイル長を長くすれば感度を同じ
にすることができる。また、本実施の形態では、ポリシ
リコン６又は７とアルミ膜８との二層構造部分がメンブ
レン端部１５を跨ぐように形成されているため、機械的
ストレスが集中するメンブレン端部１５の強度が増加す
るという効果がある。
知素子では、従来技術とサーモパイル長が同じ場合は熱
抵抗が小さくなるために感度が低下するが、熱抵抗が同
じになるようにサーモパイル長を長くすれば感度を同じ
にすることができる。また、本実施の形態では、ポリシ
リコン６又は７とアルミ膜８との二層構造部分がメンブ
レン端部１５を跨ぐように形成されているため、機械的
ストレスが集中するメンブレン端部１５の強度が増加す
るという効果がある。
【００２１】図３には、本発明の第２の実施の形態を示
す。図３において、各部の構成要素、製造方法及び効果
が、前記第１の実施の形態におけるものと同一の部分は
重複した説明を省略する。本実施の形態は、冷接点１４
部分のアルミ膜８からなる配線層を、メンブレン端部１
５を跨ぐように酸化膜３ａ上に長く形成したものであ
る。図の例では、冷接点１４部分のコンタクトホールは
通常の大きさのままで、アルミ膜８からなる配線層だけ
が酸化膜３ａ上を温接点１３方向に所要長さだけ延びて
いる。本実施の形態の赤外線検知素子は、配線層が酸化
膜３ａ上を延びているので冷接点１４近傍の熱抵抗は第
１の実施の形態ほど小さくはならず、したがって温度勾
配も第１の実施の形態ほど緩やかにはならず、メンブレ
ン端部１５の位置変動に対する感度ばらつきの低減効果
は弱いが、サーモパイル全体の熱抵抗は、従来技術に比
べて第１の実施の形態ほど低下しないので感度の低下を
抑えることができる。
す。図３において、各部の構成要素、製造方法及び効果
が、前記第１の実施の形態におけるものと同一の部分は
重複した説明を省略する。本実施の形態は、冷接点１４
部分のアルミ膜８からなる配線層を、メンブレン端部１
５を跨ぐように酸化膜３ａ上に長く形成したものであ
る。図の例では、冷接点１４部分のコンタクトホールは
通常の大きさのままで、アルミ膜８からなる配線層だけ
が酸化膜３ａ上を温接点１３方向に所要長さだけ延びて
いる。本実施の形態の赤外線検知素子は、配線層が酸化
膜３ａ上を延びているので冷接点１４近傍の熱抵抗は第
１の実施の形態ほど小さくはならず、したがって温度勾
配も第１の実施の形態ほど緩やかにはならず、メンブレ
ン端部１５の位置変動に対する感度ばらつきの低減効果
は弱いが、サーモパイル全体の熱抵抗は、従来技術に比
べて第１の実施の形態ほど低下しないので感度の低下を
抑えることができる。
【００２２】図４には、本発明の第３の実施の形態を示
す。図４において、各部の構成要素、製造方法及び効果
が、前記第１の実施の形態におけるものと同一の部分は
重複した説明を省略する。本実施の形態は、冷接点１４
近傍におけるｐ型ポリシリコン６及びｎ型ポリシリコン
７の幅を広くして断面積を増加させ、この幅を広くした
部分がメンブレン端部１５を跨ぐようにしたものであ
る。図の例では、冷接点１４部分のコンタクトホールは
通常の大きさのままで、両ポリシリコン６，７の幅が冷
接点１４部から所要長さ範囲にわたって広く形成されて
いる。本実施の形態の赤外線検知素子は、第１の実施の
形態と同様に、冷接点１４近傍の熱抵抗が小さくなって
温度勾配が緩やかとなり、メンブレン端部１５の位置変
動に対する感度ばらつきを低減することができる。一般
的にメンブレン構造は、メンブレン端部１５に機械的ス
トレスが集中することが多い。アルミ膜８の配線層は、
ポリシリコン等に比べてストレスの影響を受けやすい。
また、第１、第２の実施の形態では、ポリシリコンとア
ルミ膜のバイメタル構造になっているので温度変化によ
るそりなどの問題を生じるおそれがある。しかし、本実
施の形態では、冷接点１４部は一般的な構造と同じであ
るために新たな問題を生じることはなく、ポリシリコン
の幅を広くしたことで他の実施の形態と同様に機械的ス
トレスが集中するメンブレン端部１５の強度を増加させ
ることができる。
す。図４において、各部の構成要素、製造方法及び効果
が、前記第１の実施の形態におけるものと同一の部分は
重複した説明を省略する。本実施の形態は、冷接点１４
近傍におけるｐ型ポリシリコン６及びｎ型ポリシリコン
７の幅を広くして断面積を増加させ、この幅を広くした
部分がメンブレン端部１５を跨ぐようにしたものであ
る。図の例では、冷接点１４部分のコンタクトホールは
通常の大きさのままで、両ポリシリコン６，７の幅が冷
接点１４部から所要長さ範囲にわたって広く形成されて
いる。本実施の形態の赤外線検知素子は、第１の実施の
形態と同様に、冷接点１４近傍の熱抵抗が小さくなって
温度勾配が緩やかとなり、メンブレン端部１５の位置変
動に対する感度ばらつきを低減することができる。一般
的にメンブレン構造は、メンブレン端部１５に機械的ス
トレスが集中することが多い。アルミ膜８の配線層は、
ポリシリコン等に比べてストレスの影響を受けやすい。
また、第１、第２の実施の形態では、ポリシリコンとア
ルミ膜のバイメタル構造になっているので温度変化によ
るそりなどの問題を生じるおそれがある。しかし、本実
施の形態では、冷接点１４部は一般的な構造と同じであ
るために新たな問題を生じることはなく、ポリシリコン
の幅を広くしたことで他の実施の形態と同様に機械的ス
トレスが集中するメンブレン端部１５の強度を増加させ
ることができる。
【図１】本発明に係る赤外線検知素子の第１の実施の形
態を示す平面図及び断面図である。
態を示す平面図及び断面図である。
【図２】上記第１の実施の形態の作用を説明するための
図である。
図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す平面図及び断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す平面図及び断
面図である。
面図である。
【図５】従来の赤外線検知素子におけるサーモパイルの
一部の部分を示す図である。
一部の部分を示す図である。
１ サーモパイル
３ａ，３ｂ 酸化膜（絶縁膜）
５ シリコン基板（半導体基板）
６ ｐ型ポリシリコン（熱電対部材）
７ ｎ型ポリシリコン（熱電対部材）
８ アルミ膜（配線層）
１０ メンブレン
１１ 熱分離領域
１３ 温接点
１４ 冷接点
１５ メンブレン端部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01J 1/02
G01J 1/42
G01J 5/02
G01J 5/12 - 5/18
G01K 7/02 - 7/14
H01L 35/00 - 35/32
H02N 11/00
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の主平面側の一部を除去して形成された
熱分離領域と、 前記半導体基板の主平面側に形成され、前記熱分離領域
により半導体基板から熱分離されたメンブレンと、 前記メンブレン上に温接点が形成され前記熱分離領域が
形成されていない前記半導体基板の前記主平面上に該半
導体基板と電気的に絶縁して冷接点が形成されたサーモ
パイルとを備え、 赤外線の入射で前記温接点と冷接点間に生じる温度差に
応じた電圧出力により赤外線入射量を検知する赤外線検
知素子において、前記サーモパイルの冷接点と電気的に接続された配線層
を前記メンブレンの端部を跨ぐように前記温接点方向へ
長く形成して 前記サーモパイルにおける前記メンブレン
端部近傍に対応した部分の熱抵抗が、該部分から前記温
接点側に位置する部分の熱抵抗よりも小さくなるように
構成してなることを特徴とする赤外線検知素子。 - 【請求項２】 前記熱抵抗の小さくなる部分は、前記サ
ーモパイルを構成する熱電対部材と、前記配線層との積
層構造としてなることを特徴とする請求項１記載の赤外
線検知素子。 - 【請求項３】 前記熱抵抗の小さくなる部分は、前記サ
ーモパイルを構成する熱電対部材上に絶縁膜を介して前
記配線層を形成してなることを特徴とする請求項１記載
の赤外線検知素子。 - 【請求項４】 前記熱抵抗の小さくなる部分は、前記熱
電対部材上の前記絶縁膜に穴を設け、当該穴を介して前
記熱電対部材と前記配線層とが電気的に接続され、前記
絶縁膜に設けられた穴を前記メンブレンの端部を跨ぐよ
うに前記温接点方向へ長く形成してなることを特徴とす
る請求項３記載の赤外線検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17250096A JP3435997B2 (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 赤外線検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17250096A JP3435997B2 (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 赤外線検知素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1019666A JPH1019666A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3435997B2 true JP3435997B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=15943131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17250096A Expired - Lifetime JP3435997B2 (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 赤外線検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3435997B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001033644A1 (en) | 1999-11-01 | 2001-05-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
| JP3399425B2 (ja) | 1999-11-19 | 2003-04-21 | 株式会社村田製作所 | サーモパイル型熱電センサ |
-
1996
- 1996-07-02 JP JP17250096A patent/JP3435997B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1019666A (ja) | 1998-01-23 |
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