JP4055697B2 - Infrared light source - Google Patents
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Description
本発明は、基板にメンブレンとしての薄膜部を備え、当該薄膜部に形成された抵抗体を通電して発熱させることにより、赤外線を発光させる赤外線光源に関するものである。 The present invention relates to an infrared light source that includes a thin film portion as a membrane on a substrate and emits infrared light by energizing a resistor formed in the thin film portion to generate heat.
従来、赤外線光源と、当該赤外線光源より発せられた赤外線を検出する赤外線検出素子とにより構成され、特定波長の赤外線吸収量により被測定ガスの種類と濃度を測定するガスセンサが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a gas sensor is known that includes an infrared light source and an infrared detection element that detects infrared light emitted from the infrared light source, and measures the type and concentration of a gas to be measured based on the amount of infrared absorption at a specific wavelength.
このようなガスセンサにおいては、赤外線光源から放射される赤外線のエネルギーが大きいほど、赤外線検出素子の出力変化が大きくなり、ガスセンサのセンサ感度が向上する。そこで、良好なセンサ感度を確保するために必要な、所定の赤外線エネルギーを放射する赤外線光源として、例えば特許文献１に開示される光源が知られている。
In such a gas sensor, the greater the infrared energy emitted from the infrared light source, the greater the change in output of the infrared detection element, and the sensor sensitivity of the gas sensor is improved. Therefore, for example, a light source disclosed in
この赤外線光源は、基板にマイクロブリッジ状に形成されたフィラメント（抵抗体）を有しており、当該抵抗体の表面に、発光される赤外線波長帯域によらず赤外線放射率を安定化させる放射率安定化部材（例えばシリコニット）を有している。 This infrared light source has a filament (resistor) formed in the shape of a microbridge on a substrate, and the emissivity that stabilizes the infrared emissivity on the surface of the resistor regardless of the wavelength band of emitted infrared light. It has a stabilizing member (for example, siliconit).
従って、通電して抵抗体を発熱させることにより赤外線を放射する際に、放射率安定化部材を介することで、波長依存性が低く、安定した強度の赤外線を放射することができる。
しかしながら、特許文献１に示す赤外線光源において、抵抗体は、ブリッジ状に形成されており、基板（シリコン基板）に形成された堀上の中空部位だけでなく、その一部が直接シリコン基板と接触する構造となっている。さらに、放射率安定化部材も、抵抗体の表面に設けられ、その一部がシリコン基板と接する構造となっている。
However, in the infrared light source shown in
従って、本来であれば赤外線検出素子に向けて放射される赤外線エネルギーの一部が、抵抗体及び放射率安定化部材を介して基板側に伝達される。すなわち、赤外線の放射効率が低下するという問題がある。 Therefore, a part of the infrared energy radiated toward the infrared detecting element is transmitted to the substrate side through the resistor and the emissivity stabilizing member. That is, there is a problem that the radiation efficiency of infrared rays decreases.
本発明は上記問題点に鑑み、赤外線の放射効率を向上した赤外線光源を提供することを目的としている。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an infrared light source with improved infrared radiation efficiency.
上記目的を達成する為に請求項１に記載の赤外線光源は、基板に設けられたメンブレンとしての薄膜部と、薄膜部に設けられ、通電により発熱する抵抗体と、薄膜部上に設けられ、抵抗体の赤外線放射率以上の赤外線放射率を有し、抵抗体からの熱を受けて赤外線を発光する高放射性膜とを備え、抵抗体及び高放射性膜が、薄膜部の形成領域内のみに設けられ、高放射性膜は、薄膜部の形成領域端に対して所定の間隙をもって設けられると共に、少なくとも抵抗体の形成領域上に設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the infrared light source according to
このように、本発明の赤外線光源によると、メンブレンとしての薄膜部の形成領域内のみに抵抗体及び高放射性膜が設けられている。すなわち、抵抗体及び高放射性膜は基板に対して熱分離されており、基板側に逃げる熱量が減少する。また、高放射性膜は抵抗体以上の赤外線放射率を有しており、抵抗体からの熱を受けて効率良く赤外線を放射する。従って、従来よりも赤外線光源の赤外線放射効率が向上される。さらには、高放射性膜の形成領域は、少なくとも抵抗体の形成領域上に設けられていることが好ましく、薄膜部の形成領域端に対して所定の間隙をもって設けられていることが好ましい。高放射性膜が、薄膜部の形成領域端まで設けられた場合、積層方向において、基板と高放射性膜とが接する位置関係となる。従って、高放射性膜は、基板側に逃げる熱量を低減するために、薄膜部の形成領域端に対して、所定の間隙をもって設けられることが好ましい。 As described above, according to the infrared light source of the present invention, the resistor and the highly radioactive film are provided only in the formation region of the thin film portion as the membrane. That is, the resistor and the highly radioactive film are thermally separated from the substrate, and the amount of heat escaping to the substrate side is reduced. Further, the high emissivity film has an infrared emissivity higher than that of the resistor, and efficiently radiates infrared rays by receiving heat from the resistor. Therefore, the infrared radiation efficiency of the infrared light source is improved as compared with the conventional case. Furthermore, the high-radiation film formation region is preferably provided at least on the resistor formation region, and is preferably provided with a predetermined gap with respect to the thin film portion formation region end. When the highly radioactive film is provided up to the end of the thin film portion forming region, the substrate and the highly radioactive film are in a positional relationship in the stacking direction. Therefore, in order to reduce the amount of heat that escapes to the substrate side, the high-radiation film is preferably provided with a predetermined gap with respect to the end of the thin film portion formation region.
請求項２に記載のように、抵抗体形成領域を覆いつつ、抵抗体形成領域よりも広い領域に設けられていることがより好ましい。 As described in claim 2 , it is more preferable that the resistor is formed in a region wider than the resistor forming region while covering the resistor forming region.
このように高放射性膜が設けられると、高放射性膜は、基板に対して熱分離された構造を保ちつつ、抵抗体から発せられたより多くの熱を効率良く吸収することができる。すなわち、その温度に対応した赤外線を効率良く放射することができる。 When the highly radioactive film is provided in this way, the highly radioactive film can efficiently absorb more heat generated from the resistor while maintaining a structure that is thermally separated from the substrate. That is, infrared rays corresponding to the temperature can be efficiently emitted.
より具体的には、請求項３に記載のように、基板上に、電極としてのパッド部を有する配線部がさらに設けられ、配線部が薄膜部まで伸延し、抵抗体と電気的に接続されていると、薄膜部のみに抵抗体を有する赤外線光源の構成を実現することができる。 More specifically, as described in claim 3 , a wiring portion having a pad portion as an electrode is further provided on the substrate, and the wiring portion extends to the thin film portion and is electrically connected to the resistor. In this case, the configuration of an infrared light source having a resistor only in the thin film portion can be realized.
高放射性膜としては、例えば請求項４に記載のように、カーボンブラック、金、白金、クロム、及び炭化珪素の少なくともいずれかを材料として形成されたものを適用することができる。 As the highly radioactive film, for example, a film formed using at least one of carbon black, gold, platinum, chromium, and silicon carbide as described in claim 4 can be applied.
なかでも、カーボンブラック、及び黒化処理された金（金黒）若しくは白金（白金黒）は、赤外線放射率が高いので好ましい。 Among these, carbon black, and blackened gold (gold black) or platinum (platinum black) are preferable because of high infrared emissivity.
ここで、薄膜部を構成する基板の構造として、請求項５に記載のように、基板は薄膜部の形成面側のみに開口していても良いし、請求項６に記載のように、薄膜部の形成面側のみでなく、薄膜部の形成面の裏面側にも開口していても良い。 Here, as the structure of the substrate constituting the thin film portion, as described in claim 5 , the substrate may be opened only on the formation surface side of the thin film portion, or as described in claim 6 , the thin film portion The opening may be provided not only on the surface where the film is formed but also on the back surface side of the surface where the thin film part is formed.
また、高放射性膜は、基板の開口部位に対峙する薄膜部表面に設けられても良いが、この場合、放射された赤外線の一部が開口部位周囲の基板に吸収されてしまう。従って、請求項７に記載のように、基板の開口部位に対峙する薄膜部表面の裏面に高放射性膜を備えると良い。 In addition, the highly radioactive film may be provided on the surface of the thin film portion facing the opening portion of the substrate, but in this case, part of the emitted infrared light is absorbed by the substrate around the opening portion. Therefore, as described in claim 7, it is preferable to provide a highly radioactive film on the back surface of the surface of the thin film portion facing the opening portion of the substrate.
請求項８に記載のように、基板が半導体基板であれば、従来の半導体製造技術である選択エッチング技術を利用して、請求項１〜７のいずれかに記載の赤外線光源を安価に製造することができる。
If the substrate is a semiconductor substrate as described in claim 8 , the infrared light source according to any one of
尚、請求項１〜８のいずれかに記載の赤外線光源は、請求項９に記載のように、特定波長の赤外線吸収量により被測定ガスの種類および濃度を測定する、赤外線検知式ガスセンサの光源として好適である。 In addition, the infrared light source in any one of Claims 1-8 is a light source of the infrared detection type gas sensor which measures the kind and density | concentration of to-be-measured gas with the infrared absorption amount of a specific wavelength, as described in Claim 9. It is suitable as.
以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における赤外線光源の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。尚、図１（ａ）においては、便宜上、抵抗体、抵抗体と電極とを接続する配線部、及び基板上面における上面開口部を破線にて図示している。
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams illustrating a schematic configuration of an infrared light source in the present embodiment, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG. In FIG. 1A, for convenience, a resistor, a wiring portion that connects the resistor and the electrode, and an upper surface opening on the upper surface of the substrate are illustrated by broken lines.
図１（ｂ）に示すように、赤外線光源１００は、基板１０と、当該基板１０に設けられ、抵抗体を含むメンブレンとしての薄膜部２０と、当該薄膜部２０表面に設けられた高放射性膜３０とにより構成される。
As shown in FIG. 1B, the
基板１０は、シリコンからなる半導体基板であり、薄膜部２０の形成領域に対応した開口部１１を有している。本実施形態において、開口部１１は矩形状の領域をもって開口されており、この開口面積が基板１０の上面側へ行くほど縮小され、基板１０の上面では、図１（ａ）に破線にて示されるような矩形状の領域（上面開口部１１ａ）となっている。従って、抵抗体を含む薄膜部２０は、基板１０に対して上面開口部１１ａ上に浮いた状態に形成されており、赤外線光源１００の他の部位と比べて膜厚が薄く形成されているので、基板１０と熱分離することができ、抵抗体を効率よく発熱させることができる。
The
また、基板１０の下面には、窒化シリコン膜１２が設けられ、基板１０の上面には、絶縁膜１３（例えば窒化シリコン膜）が設けられている。そして、当該絶縁膜１３上に、酸化シリコン膜１４が設けられている。
A
酸化シリコン膜１４上の薄膜部２０の形成領域内には、多結晶シリコン膜からなる抵抗体１５が所定形状をもって設けられている。そして、抵抗体１５には、ＢＰＳＧ（Boron−doped Phospho−Silicate Glass）からなる層間絶縁膜１６を介して、抵抗体１５と電極とを電気的に繋ぐ配線部１７が接続されている。尚、図１（ａ），（ｂ）において、符号１５ａは抵抗体１５と配線部１７との接続部である。
In the formation region of the
また、アルミニウムからなる配線部１７は、その端部に電極としてのパッド部１７ａを有しており、当該パッド部１７ａを除いた配線部１７上に保護膜１８（例えば窒化シリコン膜）が設けられている。従って、本実施形態においては、積層方向において、基板１０の上面開口部１１ａ上における絶縁膜１３、酸化シリコン膜１４、抵抗体１５、層間絶縁膜１６、配線部１７、及び保護膜１８により薄膜部２０が構成されている。
Further, the
そして、薄膜部２０の形成領域内における保護膜１８上に、抵抗体１５の赤外線放射率以上の赤外線放射率を有する高放射性膜３０が設けられている。これにより、抵抗体１５が発熱した際に、抵抗体１５周囲にある薄膜部２０の構成要素を介して高放射性膜３０に熱が伝達され、その温度に応じて高放射性膜３０は効率良く赤外線を放射する。
A
ここで、高放射性膜３０の形成領域は、薄膜部２０の表面（本実施形態においては薄膜部２０の形成領域内における保護膜１８上）であれば、薄膜部２０の構成要素を介して抵抗体１５の熱が伝達されるので、特に限定されるものではない。
Here, if the formation region of the highly
しかしながら、高放射性膜３０は、少なくともその一部が抵抗体１５の形成領域上に設けられていることが好ましく、抵抗体１５の形成領域を覆いつつ、抵抗体形成領域よりも広い領域に設けられることがより好ましい。このように高放射性膜３０が、積層方向における抵抗体１５の直上に設けられると、抵抗体１５と高放射性膜３０との距離が短いので、抵抗体１５の発した熱が高放射性膜３０に効率良く伝達される。さらに、高放射性膜３０を、基板１０に対して熱分離された構造を保ちつつ、薄膜部２０の形成領域内においてより広い領域に設けることで、抵抗体１５から発せられたより多くの熱を効率良く吸収することができる。
However, it is preferable that at least a part of the highly
また、高放射性膜３０は、薄膜部２０の形成領域端（すなわち上面開口部１１ａ端）に対して、所定の間隙をもって設けられていることが好ましい。薄膜部２０の形成領域端まで高放射性膜３０が設けられた場合、積層方向において、基板１０と高放射性膜３０とが接する位置関係となる。従って、高放射性膜３０は、基板１０側に逃げる熱量を低減するために、薄膜部２０の形成領域端に対して、所定の間隙をもって設けられることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the highly
尚、本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、薄膜部２０の形成領域端に対して所定の間隙を有しながらも、抵抗体１５の形成領域を覆いつつできるだけ広い領域に設けられている。従って、本実施形態における高放射性膜３０は、抵抗体１５同様、基板１０と熱分離され、抵抗体１５の発した熱を効率良く吸収し、赤外線として放射することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1 (a), while having a predetermined gap with respect to the end of the
また、本実施形態における高放射性膜３０は、良好な熱伝導性も有している。このような高放射性膜３０を形成する材料としては、例えばカーボンブラック、金、白金、クロム、及び炭化珪素の少なくともいずれかを用いることができる。なかでも、カーボンブラック、及び黒化処理された金（金黒）若しくは白金（白金黒）は、特に赤外線放射率が高いので好適である。本実施形態における高放射性膜３０は、カーボンブラックを材料として形成されている。
Moreover, the high emissivity film |
このように構成される赤外線光源１００は、例えば図２（ａ），（ｂ）に示すように、赤外線検出素子２００とともに赤外線検知式ガスセンサ３００（以下ガスセンサ３００と示す）に適用される。尚、図２は、本実施形態の赤外線光源１００をガスセンサ３００に適用した際の概略構成図であり、（ａ）は赤外線光源１００と赤外線検出素子２００が対向配置される直線型、（ｂ）は赤外線光源１００と赤外線検出素子２００が並んで配置される反射型を示す図である。
The infrared
図２（ａ）に示すガスセンサ３００は、赤外線光源１００と赤外線検出素子２００が、赤外線波長選択フィルタ３１０を介して、円筒状容器３２０の両端に互いに向き合って配置されている。赤外線光源１００によって赤外線検出素子２００に向かって照射された赤外線（図中の矢印方向）は、円筒状容器３２０内に満たされた被測定ガス中を通過する間に特定波長の赤外線が吸収され、赤外線検出素子２００に到達する。このとき、被測定ガスの濃度に応じて赤外線検出素子２００に到達する赤外線の強度が変わるので、それに応じて赤外線検出素子２００の出力が変化し、被測定ガスの濃度が測定される。尚、図２（ａ）における符号３３０はガス出入り口である。
In the
また、図２（ｂ）に示すガスセンサ３００では、赤外線光源１００と赤外線検出素子２００が、円筒状容器３２０の一方の端部に並べて配置されている。そして、円筒状容器３２０のもう一方の端部は凹面鏡３４０となっており、赤外線光源１００から照射された赤外線は、凹面鏡３４０で反射されて赤外線検出素子２００に到達する構成となっている。従って、図２（ｂ）に示すガスセンサ３００では、赤外線が被測定ガス中を往復し、その間に特定波長の赤外線が吸収され、上記と同じ原理で被測定ガスの濃度が測定される。
Further, in the
上述のガスセンサ３００においては、赤外線光源１００から放射される赤外線のエネルギーが大きいほど、赤外線検出素子２００の出力変化が大きくなり、ガスセンサ３００のセンサ感度が向上する。
In the
それに対し、本実施形態に示す赤外線光源１００は、上述したように、メンブレンとしての薄膜部２０の形成領域内に、薄膜部２０を構成する抵抗体１５と、抵抗体１５からの熱を受けて赤外線を放射する高放射性膜３０が設けられている。従って、抵抗体１５及び高放射性膜３０が基板１０に対して熱分離されており、基板１０及び基板１０の開口部１１側に逃げる熱量が減少する。また、高放射性膜３０は抵抗体１５からの熱を受けて、効率良く赤外線を放射する。従って、従来よりも赤外線光源１００の赤外線放射効率が向上される。また、当該赤外線光源１００を適用するガスセンサ３００のセンサ感度が向上される。
On the other hand, the infrared
また、高放射性膜３０は、薄膜部２０の形成領域端に対して所定の間隙を有しながらも、抵抗体１５の形成領域を覆いつつ薄膜部２０の形成領域内のできるだけ広い領域に設けられている。従って、抵抗体１５から発せられた熱が高放射性膜３０に効率良く伝達され、高放射性膜３０はその温度に応じた赤外線を赤外線検出素子２００に向けて効率良く放射することができる。
Further, the highly
また、本実施形態における高放射性膜３０は良好な熱伝導性も有している。この場合、高放射性膜３０は、抵抗体１５から発せられ、抵抗体１５の周囲にある薄膜部２０の構成要素（層間絶縁膜１６等）に伝達された熱を、高放射性膜３０内に効率良く取り込むことができる。従って、基板１０及び基板１０の開口部１１側に逃げる熱量がさらに減少するので、赤外線光源１００の赤外線放射効率が向上される。
Further, the
また、この場合、抵抗体１５からの熱が、高放射性膜３０の全体に効率良く行き渡るので、高放射性膜３０の全面において温度がほぼ均一となる。従って、高放射性膜３０は、その表面のどの点からも、赤外線検出素子２００が安定して検出できる強度の赤外線を等方的に放射することができる。特に、本実施形態に示すように、高放射性膜３０が、抵抗体１５の形成領域よりも広く、且つ、薄膜部２０の形成領域端と接しない範囲（すなわち薄膜部２０の形成領域内においてできるだけ広い領域）に設けられる場合、赤外線光源１００や赤外線検出素子２００を円筒状容器３２０に取付ける際に、多少の取付け誤差が生じても、赤外線検出素子２００は所定強度の赤外線を検出することができる。
Further, in this case, the heat from the
また、高放射性膜３０が良好な熱伝導性を有しているので、抵抗体１５の形状、面積によらず、使用環境に応じた任意形状の高放射性膜３０を形成することができる。従って、抵抗体１５は、温度分布を考慮せず、発熱量のみを設計すれば良いこととなるので、パターン設計が容易となる。
Moreover, since the high radiation film |
次に、赤外線光源１００の製造方法の概略を、図１（ｂ）に基づいて説明する。
Next, the outline of the manufacturing method of the infrared
先ず、シリコンからなる基板１０上に、例えばＣＶＤ法により窒化シリコンからなる絶縁膜１３を全面に形成する。この絶縁膜１３が後述する基板１０のエッチングの際に、エッチングストッパとなる。尚、絶縁膜１３は、薄膜部２０を構成する要素であるため、膜応力を制御して形成することが重要である。このため、必要に応じて例えば窒化シリコン膜と酸化シリコン膜からなる複合膜として形成しても良い。
First, an insulating
そして、絶縁膜１３を覆うように酸化シリコン膜１４を、例えばＣＶＤ法により形成する。この酸化シリコン膜１４は、その直上に形成される多結晶シリコン膜からなる抵抗体１５との密着性を高め、所定パターンの抵抗体１５をエッチングにより形成する際のエッチングストッパとなる。
Then, a
次に、酸化シリコン膜１４上に、例えば多結晶シリコン膜をＣＶＤ法により形成し、リン等の不純物を導入して所定の抵抗値が得られるように調整する。そして、フォトリソグラフィー処理によりパターニングして抵抗体１５を形成する。その際、図示されないが、熱酸化により、抵抗体１５表面に酸化シリコン膜を形成しても良い。尚、抵抗体１５の構成材料は多結晶シリコンに限定されるものではなく、それ以外にも不純物が導入された単結晶シリコンや、金属材料である金、白金等を構成材料として形成することもできる。
Next, for example, a polycrystalline silicon film is formed on the
抵抗体１５の形成後、抵抗体１５を含む酸化シリコン膜１４上に、ＣＶＤ法により層間絶縁膜１６であるＢＰＳＧ膜を形成し、例えば９００〜１０００℃の温度にて熱処理する。このように、層間絶縁膜１６であるＢＰＳＧ膜を高温で熱処理すると、抵抗体１５端部の段差部分においてなだらかな形状となり、段差形状を緩和することができる。従って、配線部１７のカバレッジ不足の問題を解消することができる。熱処理後、層間絶縁膜１６をフォトリソグラフィー処理し、薄膜部２０の形成領域内において、抵抗体１５と配線部１７とが積層方向において重なる位置に、接続部１５ａ用のコンタクトホールを形成する。尚、層間接続膜１６は、ＢＰＳＧ膜に限定されるものではなく、それ以外にも窒化シリコン膜や酸化シリコン膜であっても良いし、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の複合膜であっても良い。
After the formation of the
そして、上記コンタクトホール内及び層間絶縁膜１６上に、低抵抗金属材料であるアルミニウムを成膜し、フォトリソグラフィー処理によりパターニングする。これにより、抵抗体１５と接続部１５ａにて電気的に接続される配線部１７が形成される。尚、配線部１７の形成とともに、配線部１７の端部に電極としてのパッド部１７ａが形成される。また、配線部１７を構成する材料はアルミニウム以外にも、金や銅等の低抵抗金属を用いることができる。
Then, aluminum, which is a low-resistance metal material, is formed in the contact hole and on the
次いで、窒化シリコンからなる保護膜１８を例えばＣＶＤ法により形成し、フォトリソグラフィー処理によりパターニングしてパッド部１７ａ用の開口部を形成する。これにより、配線部１７の端部に設けたパッド部１７ａが保護膜１８から露出される。
Next, a
保護膜１８の形成後、保護膜１８上の薄膜部２０の形成領域内に、カーボンブラックを構成材料とするペーストを用いて、スクリーン印刷により所定形状の高放射性膜３０を形成する。その際、高放射性膜３０は、抵抗体１５の形成領域を覆うように、当該抵抗体１５の形成領域よりも広く、且つ、薄膜部２０の形成領域端に対して所定の間隙を有するように設けられる。尚、高放射性膜３０の形成方法は、スクリーン印刷に限定されるものではない。高放射性膜３０を構成する材料に適した種々の方法を用いることができる。例えば、インクジェット印刷により高放射性膜３０を形成しても良いし、カーボンブラックや金属材料（金、白金、クロム等）の場合には、スパッタリングや蒸着により高放射性膜３０を形成しても良い。また、炭化珪素の場合には、ＣＶＤ法により成膜し、フォトリソグラフィー処理によりパターニングして高放射性膜３０を形成することもできる。
After the formation of the
最後に、基板１０の下面全面に、例えばプラズマＣＶＤ法によりエッチングマスク用の窒化シリコン膜１２を形成する。そして、フォトリソグラフィー処理により窒化シリコン膜１２に薄膜部２０を形成する領域に応じた開口部位を形成し、シリコンからなる基板１０を、例えば水酸化カリウム水溶液を用いて異方性エッチング処理によりエッチングする。このエッチングでは、基板１０の上面に設けられた絶縁膜１３が露出するまで基板１０のエッチングがなされ、基板１０の上面に薄膜部２０の形成領域に対応した上面開口部１１ａを有する開口部１１が形成される。
Finally, a
以上の工程を経て、基板１０に対して上面開口部１１ａ上に浮いた状態の薄膜部２０を有する赤外線光源１００が形成される。
Through the above steps, the infrared
上記の製造方法は、一般的な半導体装置の製造技術を用いるものであり、特別な製造工程を必要としない。従って、図１（ａ），（ｂ）に示す赤外線光源１００を、安価に製造することができる。
The above manufacturing method uses a general semiconductor device manufacturing technique and does not require a special manufacturing process. Accordingly, the infrared
尚、高放射性膜３０の形成は、保護膜１８の形成後ではなく、開口部１１の形成後に実行されても良い。
The formation of the highly
また、上記製造工程において、酸化シリコン膜１４等、吸湿性を有する膜を形成する際には、吸湿による膜応力の変動を防ぐため、膜形成後に必要に応じて加熱処理しても良い。
In the manufacturing process, when a hygroscopic film such as the
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
本実施形態において、赤外線光源１００は、基板１０の薄膜部２０の形成領域に対応する部位に、基板１０の上面及び下面に開口する開口部１１を有する例を示した。しかしながら、赤外線光源１００は、図３に示すように、基板１０の薄膜部２０下部に、基板１０の上面のみに開口する開口部１１を有する構造であっても良い。この場合、先ずフォトリソグラフィー処理により、絶縁膜１３、酸化シリコン膜１４、層間絶縁膜１６、及び保護膜１８に、エッチング用の開口部を形成する。そして、保護膜１８をエッチングマスクとして、開口部より薄膜部２０下部に位置する基板１０を選択エッチングすることにより、基板上面側のみに開口する開口部１１を形成することができる。しかしながら、この場合、薄膜部２０の形成領域内にエッチング用の開口部を形成するため、基板１０の下面から選択エッチングして開口部１１を形成する場合よりも、高放射性膜３０の形状及び面積（平面方向）に制約が生じる。
In this embodiment, the infrared
また、本実施形態において、赤外線光源１００を構成する基板１０として、シリコンからなる半導体基板を用いる例を示した。しかしながら、基板１０は半導体基板に限定されるものではない。それ以外にも、基板１０として例えばガラス基板等を適用することもできる。
Moreover, in this embodiment, the example which uses the semiconductor substrate which consists of silicon | silicone was shown as the board |
また、本実施形態において、赤外線光源１００を構成する高放射性膜３０が、良好な熱伝導性を有する例を示した。しかしながら、高放射性膜３０は必ずしも良好な熱伝導性を有さなくても良い。例えば高放射性膜３０が、薄膜部２０表面における抵抗体１５の形成領域内のみに設けられる場合、良好な熱伝導性を有さなくとも高放射性膜３０の温度はその全面においてほぼ同等となる。しかしながら、高放射性膜３０が良好な熱伝導性を有すると、抵抗体１５から発せられ、抵抗体１５周囲にある薄膜部２０の構成要素（層間絶縁膜１６等）に伝達された熱を、高放射性膜３０内に効率良く取り込むことができる。従って、基板１０及び基板１０の開口部１１側に逃げる熱量がさらに減少するので、赤外線光源１００の赤外線放射効率をさらに向上することができる。
Moreover, in this embodiment, the example in which the high emissivity film |
また、本実施形態において、高放射性膜３０は、層間絶縁膜１６及び保護膜１８を介して抵抗体１５上に設けられる例を示した。しかしながら、高放射性膜３０は抵抗体１５に対して電気的な絶縁状態を確保さえできれば、上記例に限定されるものではない。例えば無機材料である炭化珪素を材料として高放射性膜３０が形成される場合には、抵抗体１５に接するように設けることも可能である。
In the present embodiment, an example in which the high
また、本実施形態において、高放射性膜３０は、薄膜部２０の基板１０に対する面の裏面（保護膜１８上）に設けられる例を示した。しかしながら、薄膜部２０の基板１０に対峙する面に高放射性膜３０が設けられる構成であっても良い。しかしながら、この場合、高放射性膜３０から放射された赤外線の一部が基板１０に吸収されてしまう。従って、高放射性膜３０は、本実施形態に示すように、薄膜部２０の基板１０に対する面の裏面に設けられることが好ましい。
Moreover, in this embodiment, the example in which the highly radioactive film |
１０・・・基板
１１・・・開口部
１１ａ・・・上面開口部
１５・・・抵抗体
２０・・・薄膜部（メンブレン）
３０・・・高放射性膜
１００・・・赤外線光源
２００・・・赤外線検出素子
３００・・・赤外線検知式ガスセンサ（ガスセンサ）
DESCRIPTION OF
30 ... Highly
Claims (9)
前記薄膜部に設けられ、通電により発熱する抵抗体と、
前記薄膜部上に設けられ、前記抵抗体の赤外線放射率以上の赤外線放射率を有し、前記抵抗体からの熱を受けて赤外線を発光する高放射性膜とを備え、
前記抵抗体及び前記高放射性膜が、前記薄膜部の形成領域内のみに設けられ、
前記高放射性膜は、前記薄膜部の形成領域端に対して所定の間隙をもって設けられると共に、少なくとも前記抵抗体の形成領域上に設けられていることを特徴とする赤外線光源。 A thin film portion as a membrane provided on the substrate;
A resistor provided in the thin film portion and generating heat when energized;
Provided on the thin film portion, having an infrared emissivity equal to or higher than the infrared emissivity of the resistor, and comprising a high emissivity film that emits infrared rays by receiving heat from the resistor,
The resistor and the highly radioactive film are provided only in the formation region of the thin film portion,
The infrared light source, wherein the high-radiation film is provided with a predetermined gap with respect to an end of the thin film portion forming region and at least on the resistor forming region .
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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