JP4606014B2

JP4606014B2 - サーモパイル型赤外線センサ

Info

Publication number: JP4606014B2
Application number: JP2003392814A
Authority: JP
Inventors: 邦之菱沼
Original assignee: Seiko NPC Corp
Current assignee: Seiko NPC Corp
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2023-11-21
Also published as: JP2005156255A

Description

本発明は、赤外線センサに関し、特に、シリコン基板表面側に、赤外線検出素子を形成した絶縁性メンブレン膜と適宜対の出力端子コンタクト部とを備えたサーモパイル型赤外線センサにおいて、静電気による絶縁破壊の虞をなくしたサーモパイル型赤外線センサに関する。

一般に、サーモパイル型赤外線センサは、ステムとキャンとからなる容器内に収容し、赤外線検出素子の出力を取り出すための出力端子や出力端子と接続したリードピンを前記容器外に突出するよう設けている。そして、作業者がサーモパイル型赤外線センサを取り扱う際に、不用意に前記出力端子や前記リードピンに手を触れるなどして静電気が発生すると、前記シリコン基板と前記出力端子コンタクト部との間の絶縁状態が破壊され、前記シリコン基板を介して出力端子間でショートするという事態が生じる。この静電気による絶縁破壊の発生は、シリコン基板表面に出力端子コンタクト部の下方に位置して導電性膜、例えばボロンをドープしたポリシリコン膜が存在する場合に顕著である。

従来、絶縁性メンブレン膜を備えるサーモパイル型赤外線センサの場合には、絶縁性メンブレン膜を、出力端子コンタクト部の下方にまで達するよう設けて絶縁性の確保を図っている。
特開２００２−３４０６６８公報

通常、この絶縁性メンブレン膜は窒化シリコンからなり、その膜厚は１３００Å程度であるが、この程度の膜厚のメンブレン膜では、静電気による破損を回避することは困難で、絶縁破壊を防止することができなかった。特に、出力端子コンタクト部の下方に前記絶縁性メンブレン膜を挟んで、導電性膜が設けられている場合には、前記絶縁性メンブレン膜は容易に破損してしまう。このため、従来においては、出力端子コンタクト部とシリコン基板表面との間の確実な絶縁性を保証することができなかった。本発明は、このような従来の不都合を解消し、出力端子コンタクト部とシリコン基板表面との間の絶縁性を確実に保証する赤外線センサを提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の請求項１に係るサーモパイル型赤外線センサは、シリコン基板表面側に、赤外線検出素子をその上に形成した絶縁性メンブレン膜と前記赤外線検出素子における第１の導電性ポリシリコン膜によって温接点を形成する電極と接続する適宜対の出力端子コンタクト部とを備え、前記赤外線検出素子下方の前記絶縁性メンブレン膜下から前記シリコン基板内にかけて前記シリコン基板表面側に開口された空洞を有するサーモパイル型赤外線センサにおいて、前記空洞の外側における前記シリコン基板表面と前記出力端子コンタクト部との間に膜厚が少なくとも４０００Åの酸化シリコン絶縁膜を設けるとともに、前記空洞の開口部外縁には前記シリコン基板表面と前記絶縁性メンブレン膜との間に、第２の導電性ポリシリコン膜を設けて前記酸化シリコン絶縁膜を設けることなく、前記酸化シリコン絶縁膜の端部を前記空洞の開口部端から離れるようにし、前記赤外線検出素子には、前記第１の導電性ポリシリコン膜を、前記出力端子コンタクト部と前記電極を除いて、被覆する被覆膜を設け、前記出力端子コンタクト部を前記酸化シリコン絶縁膜の上方で、前記空洞の開口部端外縁に設けた前記第２の導電性ポリシリコン膜には対応しない位置に設けるよう構成したものである。酸化シリコン絶縁膜の膜厚は、静電気による破損防止と製造の容易性を確保するために、４０００〜１００００Åの範囲が好適である。

同じく上記目的を達成するために、本発明の請求項２に係るサーモパイル型赤外線センサは、シリコン基板表面側に、赤外線検出素子をその上に形成した絶縁性メンブレン膜と前記赤外線検出素子における第１の導電性ポリシリコン膜によって温接点を形成する電極と接続する適宜対の出力端子コンタクト部とを備え、前記赤外線検出素子下方の前記絶縁性メンブレン膜下から前記シリコン基板内にかけて前記シリコン基板表面側に開口された空洞を有するサーモパイル型赤外線センサにおいて、前記空洞の外側における前記シリコン基板表面上に膜厚が少なくとも４０００Åの酸化シリコン絶縁膜を設けるとともに、前記空洞の開口部外縁には前記シリコン基板表面と前記絶縁性メンブレン膜との間に、第２の導電性ポリシリコン膜を設けて前記酸化シリコン絶縁膜を設けることなく、前記酸化シリコン絶縁膜の端部を前記空洞の開口部端から離れるようにし、前記赤外線検出素子には、前記第１の導電性ポリシリコン膜を、前記出力端子コンタクト部と前記電極を除いて、被覆する被覆膜を設け、前記出力端子コンタクト部を前記酸化シリコン絶縁膜の上方で、前記空洞の開口部端外縁に設けた前記第２の導電性ポリシリコン膜には対応しない位置に設けるよう構成し、前記出力端子コンタクト部と前記酸化シリコン絶縁膜との間に、前記出力端子コンタクト部の下方に対応する位置まで、絶縁性メンブレン膜を延出したもので、前記絶縁性メンブレン膜は、例えば１３００Å程度の膜厚を有するものである。この絶縁性メンブレン膜の膜厚は、前記酸化シリコン絶縁膜が存在することによって、従来と同様程度でもよく、ことさら厚く形成する必要はない。

同じく上記目的を達成するために、本発明の請求項３に係るサーモパイル型赤外線センサは、シリコン基板表面側に、赤外線検出素子をその上に形成した絶縁性メンブレン膜と前記赤外線検出素子における第１の導電性ポリシリコン膜によって温接点を形成する電極と接続する適宜対の出力端子コンタクト部とを備え、前記赤外線検出素子下方の前記絶縁性メンブレン膜下から前記シリコン基板内にかけて前記シリコン基板表面側に開口された空洞を有するサーモパイル型赤外線センサにおいて、前記空洞の外側における前記シリコン基板表面と前記出力端子コンタクト部との間に位置するように、前記シリコン基板表面上に膜厚が少なくとも４０００Å、好適には４０００〜１００００Åの酸化シリコン絶縁膜を設けるとともに、前記空洞の開口部外縁には前記シリコン基板表面と前記絶縁性メンブレン膜との間に、第２の導電性ポリシリコン膜を設けて前記酸化シリコン絶縁膜を設けることなく、前記酸化シリコン絶縁膜の端部を前記空洞の開口部端から離れるようにし、前記赤外線検出素子には、前記第１の導電性ポリシリコン膜を、前記出力端子コンタクト部と前記電極を除いて、被覆する被覆膜を設け、前記出力端子コンタクト部を前記酸化シリコン絶縁膜の上方で、前記空洞の開口部端外縁に設けた前記第２の導電性ポリシリコン膜には対応しない位置に設けるよう構成し、前記出力端子コンタクト部と前記酸化シリコン絶縁膜との間に、前記出力端子コンタクト部の下方に対応する位置まで、例えば１３００Å程度の膜厚を有する絶縁性メンブレン膜を延出し、さらに、前記絶縁性メンブレン膜と前記酸化シリコン絶縁膜との間に、出力端子コンタクト部の下方に対応位置して、例えば４０００Å程度の膜厚を有するポリシリコン絶縁膜を設けたものである。

本発明の請求項１に係るサーモパイル型赤外線センサによれば、シリコン基板表面上に出力端子コンタクト部の下方に対応位置して、膜厚が少なくとも４０００Åの酸化シリコン絶縁膜が存在し、前記酸化シリコン絶縁膜の静電気による破損の虞はないので、シリコン基板を介した出力端子間でのショートを回避できるという効果を奏する。

本発明の請求項２に係るサーモパイル型赤外線センサによれば、シリコン基板表面と出力端子コンタクト部との間に、膜厚が少なくとも４０００Åの酸化シリコン絶縁膜に加えて、絶縁性メンブレン膜が介在しているので、これら二つの絶縁膜が静電気により両方とも破損することはなく、シリコン基板を介した出力端子間でのショートの回避をより確実にできるという効果を奏する。

本発明の請求項３に係るサーモパイル型赤外線センサによれば、シリコン基板表面と出力端子コンタクト部との間に、酸化シリコン絶縁膜、絶縁性メンブレン膜及びポリシリコン絶縁膜という三つの絶縁膜が介在しているので、これら三つの絶縁膜が静電気によりすべて破損することはなく、シリコン基板を介した端子間でのショートの回避をより一層確実にできるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。はじめに、第１実施形態をサーモパイル型赤外線センサの概略的な端面図である図１に基づいて説明する。図１に示すように、シリコン基板１には、空洞２を設けるとともに、空洞２の周囲に第２の導電性ポリシリコン膜であるボロンをドープした導電性ポリシリコン膜４を設け、この導電性ポリシリコン膜４の周囲には、４０００Åの膜厚を有する酸化シリコン絶縁膜３を設けるとともに、この酸化シリコン絶縁膜３の内縁を鳥のくちばし状に形成して、前記導電性ポリシリコン膜４の下に潜るように重ねている。

また、導電性ポリシリコン膜４と空洞２とを覆うようにして、窒化シリコンからなる１３００Å程度の膜厚を有する絶縁性メンブレン膜５を設け、前記導電性ポリシリコン膜４で囲まれた領域がメンブレン領域となる。そして、絶縁性メンブレン膜５の上には、赤外線検出素子を設けている。すなわち、出力端子コンタクト部６と温接点を形成するアルミ電極７とに接続する第１の導電性ポリシリコン膜である導電性ポリシリコン膜８を設け、前記出力端子コンタクト部６と前記アルミ電極７を除いて、酸化シリコンの被覆膜９で被覆し、この被覆膜９の上には、順に、プラズマ酸化シリコン１０、プラズマ窒化シリコン１１を積層し、さらに、メンブレン領域の上方に位置して、アモルファスシリコン膜１２と熱吸収膜１３を設けている。

出力端子コンタクト部６は酸化シリコン絶縁膜３の上方に対応位置し、導電性ポリシリコン膜４とは上下に対応しない位置にある。なお、前記出力端子コンタクト部６は一つしか図示していないが、プラス出力端子とマイナス出力端子の一対が設けられており、従来と同様に赤外線センサを図示していない容器内に収容した際には、これらの出力端子は同じく図示していないリードピンに電気的に接続されるものである。また、図１中、１４はエッチング穴であり、１５はパッド開口部である。空洞２はエッチング穴１４からのエッチングによって形成される。その際、前記導電性ポリシリコン膜４がエッチングストッパーとなって、前記導電性ポリシリコン膜４に囲まれた所定領域がメンブレン領域となる。

第１実施形態は以上のように構成したので、シリコン基板１表面と出力端子コンタクト部６との間には膜厚４０００Åの酸化シリコン絶縁膜３が介在し、この酸化シリコン絶縁膜３は十分な厚さを有するので、前記シリコン基板１表面との間に他の導電性部材が存在しないこととも相俟って、静電気によって破損する虞はない。これによって、シリコン基板１を介した出力端子間でのショートを回避することができる。また、前記出力端子コンタクト部６は導電性ポリシリコン膜４とは上下に対応しない位置にあるので、前記ショートの回避はより確実に保証される。なお、サーモパイル型赤外線センサとしての動作は従来と同様であるから、その説明は省略する。

次に、本発明の第２実施形態をサーモパイル型赤外線センサの概略的な端面図である図２に基づいて説明する。図２に示すように、本実施形態と上述した第１実施形態の構成上の相違は、絶縁性メンブレン膜２５の一部を延出して、この延出部分２５ａを出力端子コンタクト部２６と酸化シリコン絶縁膜２３の間に対応位置するよう構成した点だけであり、他の構成は第１実施形態の構成と同一であるので、対応する構成要素に同一符号を付するに止め、詳細な説明は省略する。

第２実施形態は以上のように構成したので、シリコン基板１表面と出力端子コンタクト部２６との間に介在する酸化シリコン絶縁膜２３と絶縁性メンブレン膜２５という二つの絶縁膜が、静電気によってともに破損する虞はないから、前記シリコン基板１を介した出力端子間のショートを回避することができ、また、前記出力端子コンタクト部２６は導通性ポリシリコン膜４とは上下に対応しない位置にあるので、前記ショートの回避はより確実に保証される。なお、第２実施形態においてもサーモパイル型赤外線センサとしての動作は従来と同様であるから、その説明は省略する。

次に、本発明の第３実施態様をサーモパイル型赤外線センサの概略的な端面図である図３に基づいて説明する。図３に示すように、本実施形態と上述した第２実施形態の構成上の相違は、絶縁性メンブレン膜３５の延出部分３５ａ側と酸化シリコン絶縁膜３３の間に、出力端子コンタクト部３６の下方に位置するようにして、膜厚
４０００Åのポリシリコン絶縁膜３０を、ボロンをドープした導電性ポリシリコン膜３４の一部と並列的に設けて構成した点だけであり、他の構成は第２実施形態の構成と同一であるので、対応する構成要素に同一符号を付するに止め、詳細な説明は省略する。

第３実施形態は以上のように構成したので、シリコン基板１表面と出力端子コンタクト部３６との間に介在する酸化シリコン絶縁膜３３、絶縁性メンブレン膜３５及びポリシリコン絶縁膜３０という三つの絶縁膜が、静電気によってすべて破損する虞はないから、前記シリコン基板１を介した出力端子間のショートを回避することができ、また、前記出力端子コンタクト部３６は導電性ポリシリコン膜３４からずれた位置にあるので、前記ショートの回避はより確実に保証される。なお、第３実施形態においてもサーモパイル型赤外線センサとしての動作は従来と同様であるから、その説明は省略する。

なお、出力端子コンタクト部６，２６，３６を、従来用いられているものよりも広い平面積を有するように大きく形成すると、静電気発生の際の絶縁性保証機能が増大する。また、絶縁性メンブレン膜５，２５，３５上に積層する膜９，１０，１１，１２，１３の構成は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

第１実施形態を示すサーモパイル型赤外線センサの概略的な端面図。第２実施形態を示すサーモパイル型赤外線センサの概略的な端面図。第３実施形態を示すサーモパイル型赤外線センサの概略的な端面図。

１シリコン基板
２空洞
３，２３，３３酸化シリコン絶縁膜
４，３４導電性ポリシリコン膜
５，２５，３５絶縁性メンブレン膜
６，２６，３６出力端子コンタクト部
７アルミ電極
８導電性ポリシリコン膜
２５ａ，３５ａ延出部分
３０ポリシリコン絶縁膜

Claims

シリコン基板表面側に、赤外線検出素子をその上に形成した絶縁性メンブレン膜と前記赤外線検出素子における第１の導電性ポリシリコン膜によって温接点を形成する電極と接続する適宜対の出力端子コンタクト部とを備え、前記赤外線検出素子下方の前記絶縁性メンブレン膜下から前記シリコン基板内にかけて前記シリコン基板表面側に開口された空洞を有するサーモパイル型赤外線センサにおいて、
前記空洞の外側における前記シリコン基板表面と前記出力端子コンタクト部との間に膜厚が少なくとも４０００Åの酸化シリコン絶縁膜を設けるとともに、前記空洞の開口部端外縁には前記シリコン基板表面と前記絶縁性メンブレン膜との間に、第２の導電性ポリシリコン膜を設けて前記酸化シリコン絶縁膜を設けることなく、前記酸化シリコン絶縁膜の端部を前記空洞の開口部端から離れるようにし、
前記赤外線検出素子には、前記第１の導電性ポリシリコン膜を、前記出力コンタクト部と前記電極を除いて、被覆する被覆膜を設け、
前記出力端子コンタクト部を前記酸化シリコン絶縁膜の上方で、前記空洞の開口部端外縁に設けた前記第２の導電性ポリシリコン膜には対応しない位置に設けるよう構成した
ことを特徴とするサーモパイル型赤外線センサ。
出力端子コンタクト部と酸化シリコン絶縁膜との間に、前記出力端子コンタクト部の下方に対応する位置まで、絶縁性メンブレン膜を延出したことを特徴とする請求項１記載のサーモパイル型赤外線センサ。
絶縁性メンブレン膜と酸化シリコン絶縁膜との間に、出力端子コンタクト部の下方に対応位置してポリシリコン絶縁膜を設けたことを特徴とする請求項２記載のサーモパイル型赤外線センサ。