JP2000298060A - 赤外線センサ及びその製造方法 - Google Patents
赤外線センサ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【発明の目的】 安価なコストで製造することができ、
しかも高感度で耐久性を有する赤外線センサを提供す
る。 【解決手段】 空洞部２３を有するヒートシンク部２２
の上に熱酸化によりＳｉＯ2膜２５を形成し、ＳｉＯ2膜
２５の上に電子ビーム蒸着法（基板温度６０℃以下、成
膜速度０.８ｎｍ／sec以下）で酸化アルミニウム膜２６
を形成する。こうして成膜された酸化アルミニウム膜２
６は、酸素が一部欠損したアモルファス状態の絶縁膜と
なる。こうして空洞部２３の上に、ＳｉＯ2膜２５と酸
素が一部欠損した酸化アルミニウム膜２６とからなる熱
絶縁薄膜２４を張った後、熱絶縁薄膜２４の上に熱電変
換素子２７及び赤外線吸収層２９を設ける。
しかも高感度で耐久性を有する赤外線センサを提供す
る。 【解決手段】 空洞部２３を有するヒートシンク部２２
の上に熱酸化によりＳｉＯ2膜２５を形成し、ＳｉＯ2膜
２５の上に電子ビーム蒸着法（基板温度６０℃以下、成
膜速度０.８ｎｍ／sec以下）で酸化アルミニウム膜２６
を形成する。こうして成膜された酸化アルミニウム膜２
６は、酸素が一部欠損したアモルファス状態の絶縁膜と
なる。こうして空洞部２３の上に、ＳｉＯ2膜２５と酸
素が一部欠損した酸化アルミニウム膜２６とからなる熱
絶縁薄膜２４を張った後、熱絶縁薄膜２４の上に熱電変
換素子２７及び赤外線吸収層２９を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は赤外線センサ及びそ
の製造方法に関する。特に、半導体基板や薄膜下の犠牲
層をエッチングして得られるダイアフラム構造を有する
熱型赤外線センサとその製造方法に関する。
の製造方法に関する。特に、半導体基板や薄膜下の犠牲
層をエッチングして得られるダイアフラム構造を有する
熱型赤外線センサとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】図１（ａ）（ｂ）は、従来
の一般的な構造の熱型赤外線センサ１を示す平面図及び
断面図である。この赤外線センサ１にあっては、枠状を
したヒートシンク部２及び空洞部３の上に熱絶縁薄膜４
を張ってあり、ヒートシンク部２及び空洞部３の間にお
いて熱絶縁薄膜４の上面に２種の金属又は半導体５、６
を交互に配線し、熱電対を直列に接続されたサーモパイ
ル９を形成している。すなわち、ヒートシンク部２の上
方で２種の金属又は半導体５、６を接合させて熱電対の
冷接点７を形成し、空洞部３の上方で２種の金属又は半
導体５、６を接合させて熱電対の温接点８を形成し、サ
ーモパイル９の両端にそれぞれ外部電極１１を設けてい
る。また、空洞部３の上方で熱絶縁薄膜４上に形成され
た温接点８は、赤外線吸収層１０によって覆われてい
る。
の一般的な構造の熱型赤外線センサ１を示す平面図及び
断面図である。この赤外線センサ１にあっては、枠状を
したヒートシンク部２及び空洞部３の上に熱絶縁薄膜４
を張ってあり、ヒートシンク部２及び空洞部３の間にお
いて熱絶縁薄膜４の上面に２種の金属又は半導体５、６
を交互に配線し、熱電対を直列に接続されたサーモパイ
ル９を形成している。すなわち、ヒートシンク部２の上
方で２種の金属又は半導体５、６を接合させて熱電対の
冷接点７を形成し、空洞部３の上方で２種の金属又は半
導体５、６を接合させて熱電対の温接点８を形成し、サ
ーモパイル９の両端にそれぞれ外部電極１１を設けてい
る。また、空洞部３の上方で熱絶縁薄膜４上に形成され
た温接点８は、赤外線吸収層１０によって覆われてい
る。
【０００３】しかして、赤外線センサ１に照射された赤
外線が温接点８上に形成された赤外線吸収層９に吸収さ
れて熱に変換され、ヒートシンク部２上に形成された冷
接点７と温接点８に温度差が生じることでサーモパイル
９の外部電極１１間に起電力が生じる。すなわち、サー
モパイル９を構成する２種の金属又は半導体５、６の接
合部（熱電対）の温度がＴの時、当該接合部に生じる熱
起電力がφ（Ｔ）で表されるとし、熱絶縁薄膜４上には
ｍ個の温接点８が設けられ、ヒートシンク部２上にはｍ
個の冷接点７が設けられているとすると、温接点８の温
度がＴw、冷接点７の温度がＴcであるときには、サーモ
パイル９の両端の外部電極１１間には、次の(1)式で表
される起電力Ｖが発生する。 Ｖ＝ｍ［φ（Ｔw）−φ（Ｔc）］ …(1) 従って、ヒートシンク部２の温度Ｔcが既知であるとす
ると、外部電極１１間に発生する起電力Ｖを測定するこ
とで温接点８の温度Ｔwが計測される。一方、赤外線セ
ンサ１に照射された赤外線は赤外線吸収層９に吸収さ
れ、照射赤外線量に応じて赤外線吸収層９の温度が上昇
するので、温接点８の温度Ｔwを計測することによって
赤外線センサ１に入射した赤外線量を測定することがで
きる。
外線が温接点８上に形成された赤外線吸収層９に吸収さ
れて熱に変換され、ヒートシンク部２上に形成された冷
接点７と温接点８に温度差が生じることでサーモパイル
９の外部電極１１間に起電力が生じる。すなわち、サー
モパイル９を構成する２種の金属又は半導体５、６の接
合部（熱電対）の温度がＴの時、当該接合部に生じる熱
起電力がφ（Ｔ）で表されるとし、熱絶縁薄膜４上には
ｍ個の温接点８が設けられ、ヒートシンク部２上にはｍ
個の冷接点７が設けられているとすると、温接点８の温
度がＴw、冷接点７の温度がＴcであるときには、サーモ
パイル９の両端の外部電極１１間には、次の(1)式で表
される起電力Ｖが発生する。 Ｖ＝ｍ［φ（Ｔw）−φ（Ｔc）］ …(1) 従って、ヒートシンク部２の温度Ｔcが既知であるとす
ると、外部電極１１間に発生する起電力Ｖを測定するこ
とで温接点８の温度Ｔwが計測される。一方、赤外線セ
ンサ１に照射された赤外線は赤外線吸収層９に吸収さ
れ、照射赤外線量に応じて赤外線吸収層９の温度が上昇
するので、温接点８の温度Ｔwを計測することによって
赤外線センサ１に入射した赤外線量を測定することがで
きる。
【０００４】上記のような赤外線センサ１においては、
一般的には、ヒートシンク部２としてシリコン基板を用
い、熱絶縁薄膜４としては熱伝導率の低いＳｉＯ2膜が
用いられている。しかし、ＳｉＯ2膜は強い圧縮性応力
を持つので、ＳｉＯ2膜単層で熱絶縁薄膜４を形成して
いると、熱絶縁薄膜４が破壊することがあった。
一般的には、ヒートシンク部２としてシリコン基板を用
い、熱絶縁薄膜４としては熱伝導率の低いＳｉＯ2膜が
用いられている。しかし、ＳｉＯ2膜は強い圧縮性応力
を持つので、ＳｉＯ2膜単層で熱絶縁薄膜４を形成して
いると、熱絶縁薄膜４が破壊することがあった。
【０００５】そのため、従来の赤外線センサ１２におい
ては、図２に示すように、Ｓｉ基板からなるヒートシン
ク部２の上に、Ｓｉ3Ｎ4膜１３、ＳｉＯ2膜１４及びＳ
ｉ3Ｎ 4膜１５の３層によって熱絶縁薄膜４を形成し、サ
ーモパイル９をＳｉＯ2からなる保護膜１６で覆ってそ
の上に赤外線吸収層１０を設けている。Ｓｉ3Ｎ4膜１
３、１５は引っ張り性応力を有するので、これを圧縮性
応力のＳｉ2膜１４と積層することにより、熱絶縁薄膜
４の応力を緩和して熱絶縁薄膜４の破壊を防止すること
ができる。
ては、図２に示すように、Ｓｉ基板からなるヒートシン
ク部２の上に、Ｓｉ3Ｎ4膜１３、ＳｉＯ2膜１４及びＳ
ｉ3Ｎ 4膜１５の３層によって熱絶縁薄膜４を形成し、サ
ーモパイル９をＳｉＯ2からなる保護膜１６で覆ってそ
の上に赤外線吸収層１０を設けている。Ｓｉ3Ｎ4膜１
３、１５は引っ張り性応力を有するので、これを圧縮性
応力のＳｉ2膜１４と積層することにより、熱絶縁薄膜
４の応力を緩和して熱絶縁薄膜４の破壊を防止すること
ができる。
【０００６】しかし、ＳｉＯ2膜１４とＳｉ3Ｎ4膜１
３、１５とを積層した熱絶縁薄膜４では、Ｓｉ3Ｎ4膜１
３、１５の成膜にＬＰＣＶＤ法を用いなければならない
ので、装置コストが高くつき、赤外線センサ１２のコス
トが高価につく問題があった。
３、１５とを積層した熱絶縁薄膜４では、Ｓｉ3Ｎ4膜１
３、１５の成膜にＬＰＣＶＤ法を用いなければならない
ので、装置コストが高くつき、赤外線センサ１２のコス
トが高価につく問題があった。
【０００７】また、図３に示す従来例の赤外線センサ１
７では、ヒートシンク部２の上で、イオンプレーティン
グ法を用いて形成したＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜とからな
る多層薄膜によって熱絶縁薄膜４を形成している。この
場合も、引っ張り性応力を有するＡｌ2Ｏ3膜によってＳ
ｉ2膜の圧縮性応力を緩和し、熱絶縁薄膜４の破壊を防
止することができる。
７では、ヒートシンク部２の上で、イオンプレーティン
グ法を用いて形成したＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜とからな
る多層薄膜によって熱絶縁薄膜４を形成している。この
場合も、引っ張り性応力を有するＡｌ2Ｏ3膜によってＳ
ｉ2膜の圧縮性応力を緩和し、熱絶縁薄膜４の破壊を防
止することができる。
【０００８】しかし、このような熱絶縁薄膜４では、Ａ
ｌ2Ｏ3膜の熱伝導率が大きいため、赤外線の入射により
赤外線吸収層１０で発生した熱がＡｌ2Ｏ3膜を通じてヒ
ートシンク部２へ逃げてしまい、温接点の温度上昇が小
さくなる。その結果、赤外線センサ１７の感度が低下す
るという問題があった。
ｌ2Ｏ3膜の熱伝導率が大きいため、赤外線の入射により
赤外線吸収層１０で発生した熱がＡｌ2Ｏ3膜を通じてヒ
ートシンク部２へ逃げてしまい、温接点の温度上昇が小
さくなる。その結果、赤外線センサ１７の感度が低下す
るという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の技術的
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、安価なコストで製造することができ、
しかも高感度な赤外線センサを提供することにある。ま
た、その赤外線センサの製造方法を提供することにあ
る。
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、安価なコストで製造することができ、
しかも高感度な赤外線センサを提供することにある。ま
た、その赤外線センサの製造方法を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段とその作用】請求項１に記
載の赤外線センサは、熱絶縁薄膜をヒートシンク部によ
り支持し、当該熱絶縁薄膜の上に熱型赤外線検知素子を
設けた赤外線センサであって、前記熱絶縁薄膜は、酸素
が一部欠損した酸化アルミニウムを主成分とする絶縁膜
と、酸化シリコン膜とを有することを特徴としている。
ここで、熱型赤外線検知素子は、熱エネルギーを電気エ
ネルギーに変換するものであって、例えばサーモパイル
（熱電対）、焦電素子、ボロメータなどを含む。
載の赤外線センサは、熱絶縁薄膜をヒートシンク部によ
り支持し、当該熱絶縁薄膜の上に熱型赤外線検知素子を
設けた赤外線センサであって、前記熱絶縁薄膜は、酸素
が一部欠損した酸化アルミニウムを主成分とする絶縁膜
と、酸化シリコン膜とを有することを特徴としている。
ここで、熱型赤外線検知素子は、熱エネルギーを電気エ
ネルギーに変換するものであって、例えばサーモパイル
（熱電対）、焦電素子、ボロメータなどを含む。
【００１１】酸素が一部欠損した酸化アルミニウムを主
成分とする絶縁膜は、熱伝導率が小さく、しかも引っ張
り性応力を有しているから、これを酸化シリコン膜と組
み合わせて熱絶縁薄膜を形成することにより、酸化シリ
コン膜の圧縮性応力を緩和することができ、熱伝導率が
小さくて破壊しにくい熱絶縁薄膜を得ることができる。
よって、請求項１に記載の赤外線センサによれば、耐久
性が高く、しかも赤外線の検出感度の高い赤外線センサ
を製作することができる。また、酸素が一部欠損した酸
化アルミニウムは、真空蒸着法によって容易に成膜する
ことができるので、装置コストを安価にすることができ
る。
成分とする絶縁膜は、熱伝導率が小さく、しかも引っ張
り性応力を有しているから、これを酸化シリコン膜と組
み合わせて熱絶縁薄膜を形成することにより、酸化シリ
コン膜の圧縮性応力を緩和することができ、熱伝導率が
小さくて破壊しにくい熱絶縁薄膜を得ることができる。
よって、請求項１に記載の赤外線センサによれば、耐久
性が高く、しかも赤外線の検出感度の高い赤外線センサ
を製作することができる。また、酸素が一部欠損した酸
化アルミニウムは、真空蒸着法によって容易に成膜する
ことができるので、装置コストを安価にすることができ
る。
【００１２】請求項２に記載の赤外線センサは、請求項
１に記載した赤外線センサにおける前記酸素が一部欠損
した酸化アルミニウムが、 Ａｌ2Ｏ3-X ただし、０.０５≦Ｘ≦０.５ …(2) であることを特徴としている。
１に記載した赤外線センサにおける前記酸素が一部欠損
した酸化アルミニウムが、 Ａｌ2Ｏ3-X ただし、０.０５≦Ｘ≦０.５ …(2) であることを特徴としている。
【００１３】酸素の欠損比率を表わすＸが０.０５より
も小さくても、０.５より大きくても、その熱伝導率が
大きくなるため、酸化アルミニウムの酸素欠損比率Ｘ
は、上記(2)式を満たすことが望ましい。
も小さくても、０.５より大きくても、その熱伝導率が
大きくなるため、酸化アルミニウムの酸素欠損比率Ｘ
は、上記(2)式を満たすことが望ましい。
【００１４】請求項３に記載の赤外線センサは、熱絶縁
薄膜をヒートシンク部により支持し、当該熱絶縁薄膜の
上に熱型赤外線検知素子を設けた赤外線センサであっ
て、前記熱絶縁薄膜は、アモルファス状態の酸化アルミ
ニウムを主成分とする絶縁膜と、酸化シリコン膜とを有
することを特徴としている。
薄膜をヒートシンク部により支持し、当該熱絶縁薄膜の
上に熱型赤外線検知素子を設けた赤外線センサであっ
て、前記熱絶縁薄膜は、アモルファス状態の酸化アルミ
ニウムを主成分とする絶縁膜と、酸化シリコン膜とを有
することを特徴としている。
【００１５】アモルファス状態の酸化アルミニウムを主
成分とする絶縁膜は、熱伝導率が小さく、しかも引っ張
り性応力を有しているから、これを酸化シリコン膜と組
み合わせて熱絶縁薄膜を形成することにより、酸化シリ
コン膜の圧縮性応力を緩和することができ、熱伝導率が
小さくて破壊しにくい熱絶縁薄膜を得ることができる。
よって、請求項３に記載の赤外線センサによれば、耐久
性が高く、しかも赤外線の検出感度の高い赤外線センサ
を製作することができる。また、アモルファス状態にあ
る酸化アルミニウムは、真空蒸着法によって容易に成膜
することができるので、装置コストを安価にすることが
できる。
成分とする絶縁膜は、熱伝導率が小さく、しかも引っ張
り性応力を有しているから、これを酸化シリコン膜と組
み合わせて熱絶縁薄膜を形成することにより、酸化シリ
コン膜の圧縮性応力を緩和することができ、熱伝導率が
小さくて破壊しにくい熱絶縁薄膜を得ることができる。
よって、請求項３に記載の赤外線センサによれば、耐久
性が高く、しかも赤外線の検出感度の高い赤外線センサ
を製作することができる。また、アモルファス状態にあ
る酸化アルミニウムは、真空蒸着法によって容易に成膜
することができるので、装置コストを安価にすることが
できる。
【００１６】請求項４に記載の赤外線センサの製造方法
は、酸化シリコン膜と酸化アルミニウム膜とからなる熱
絶縁薄膜をヒートシンク部により支持し、当該熱絶縁薄
膜の上に熱型赤外線検知素子を設けた赤外線センサの製
造方法であって、電子ビーム蒸着法により、０.８ｎｍ
／sec以下の成膜速度で前記酸化アルミニウム膜を成膜
することを特徴としている。
は、酸化シリコン膜と酸化アルミニウム膜とからなる熱
絶縁薄膜をヒートシンク部により支持し、当該熱絶縁薄
膜の上に熱型赤外線検知素子を設けた赤外線センサの製
造方法であって、電子ビーム蒸着法により、０.８ｎｍ
／sec以下の成膜速度で前記酸化アルミニウム膜を成膜
することを特徴としている。
【００１７】請求項４に記載の赤外線センサの製造方法
においては、熱絶縁薄膜を構成する酸化アルミニウム膜
を、電子ビーム蒸着法により、０.８ｎｍ／sec以下の成
膜速度で成膜することにより、酸素が一部欠損した酸化
アルミニウム膜やアモルファス状態の酸化アルミニウム
膜を得ることができる。
においては、熱絶縁薄膜を構成する酸化アルミニウム膜
を、電子ビーム蒸着法により、０.８ｎｍ／sec以下の成
膜速度で成膜することにより、酸素が一部欠損した酸化
アルミニウム膜やアモルファス状態の酸化アルミニウム
膜を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図４は本発明
の一実施形態による熱型赤外線センサ２１の構造を示す
断面図である。この赤外線センサ２１にあっては、Ｓｉ
基板によって形成された枠状のヒートシンク部２２の中
央に空洞部２３が開口されており、ヒートシンク部２２
及び空洞部２３の上面には熱絶縁薄膜２４が形成されて
いる。この熱絶縁薄膜２４は、熱容量を小さくするため
１μｍ以下の厚みにしてあり、ＳｉＯ2膜２５と酸素が
一部欠損した酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3-X；Ｘ≠０）
の膜２６とからなっている。
の一実施形態による熱型赤外線センサ２１の構造を示す
断面図である。この赤外線センサ２１にあっては、Ｓｉ
基板によって形成された枠状のヒートシンク部２２の中
央に空洞部２３が開口されており、ヒートシンク部２２
及び空洞部２３の上面には熱絶縁薄膜２４が形成されて
いる。この熱絶縁薄膜２４は、熱容量を小さくするため
１μｍ以下の厚みにしてあり、ＳｉＯ2膜２５と酸素が
一部欠損した酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3-X；Ｘ≠０）
の膜２６とからなっている。
【００１９】ここで、酸素が一部欠損した酸化アルミニ
ウムをＡｌ2Ｏ3-Xと表わすとき、これを熱絶縁薄膜２４
に用いるためには、酸素の欠損比率を表わすＸの値は、
０.０５≦Ｘ≦０.５が好ましく、０.１≦Ｘ≦０.４の範
囲が特に好ましい。Ｘ＜０.０５では、酸素が一部欠損
した酸化アルミニウム膜２６（アモルファス状態でない
場合）の熱伝導率がＡｌ2Ｏ3に近くなり、熱絶縁薄膜２
４の熱絶縁性が悪くなるからである。また、Ｘ＞０.５
でもＡｌの組成が大きくなって熱絶縁性が悪くなるから
である。
ウムをＡｌ2Ｏ3-Xと表わすとき、これを熱絶縁薄膜２４
に用いるためには、酸素の欠損比率を表わすＸの値は、
０.０５≦Ｘ≦０.５が好ましく、０.１≦Ｘ≦０.４の範
囲が特に好ましい。Ｘ＜０.０５では、酸素が一部欠損
した酸化アルミニウム膜２６（アモルファス状態でない
場合）の熱伝導率がＡｌ2Ｏ3に近くなり、熱絶縁薄膜２
４の熱絶縁性が悪くなるからである。また、Ｘ＞０.５
でもＡｌの組成が大きくなって熱絶縁性が悪くなるから
である。
【００２０】熱絶縁薄膜２４の上には、ヒートシンク部
２２の上方から空洞部２３の上方にかけてサーモパイル
（熱電対）や焦電素子等からなる温度計測用の熱電変換
素子２７が設けられており、熱電変換素子２７の上には
ＳｉＯ2からなる保護膜２８が形成されている。さら
に、熱電変換素子２７の端部（温接点）の上方におい
て、保護膜２８の上には、Ａｕ、Ｂｉ等の金属黒からな
る赤外線吸収層２９が形成されている。
２２の上方から空洞部２３の上方にかけてサーモパイル
（熱電対）や焦電素子等からなる温度計測用の熱電変換
素子２７が設けられており、熱電変換素子２７の上には
ＳｉＯ2からなる保護膜２８が形成されている。さら
に、熱電変換素子２７の端部（温接点）の上方におい
て、保護膜２８の上には、Ａｕ、Ｂｉ等の金属黒からな
る赤外線吸収層２９が形成されている。
【００２１】（第２の実施形態）図５は本発明の別な実
施形態による熱型赤外線センサ３１の構造を示す断面図
である。この赤外線センサ３１にあっては、Ｓｉ基板に
よって形成された枠状のヒートシンク部２２の中央に空
洞部２３が開口されており、ヒートシンク部２２及び空
洞部２３の上面には熱絶縁薄膜２４が形成されている。
この熱絶縁薄膜２４は、熱容量を小さくするため１μｍ
以下の厚みにしてあり、ＳｉＯ2膜２５とアモルファス
状態の酸化アルミニウム膜３２とからなっている。
施形態による熱型赤外線センサ３１の構造を示す断面図
である。この赤外線センサ３１にあっては、Ｓｉ基板に
よって形成された枠状のヒートシンク部２２の中央に空
洞部２３が開口されており、ヒートシンク部２２及び空
洞部２３の上面には熱絶縁薄膜２４が形成されている。
この熱絶縁薄膜２４は、熱容量を小さくするため１μｍ
以下の厚みにしてあり、ＳｉＯ2膜２５とアモルファス
状態の酸化アルミニウム膜３２とからなっている。
【００２２】このアモルファス状態の酸化アルミニウム
膜３２は、酸素の欠損していない酸化アルミニウム（Ａ
ｌ2Ｏ3）でもよく、酸素が欠損した酸化アルミニウムで
もよく、アモルファス状態の酸化アルミニウムをＡｌ2
Ｏ3-Yと表わすとき、これを熱絶縁薄膜２４に用いるた
めには、酸素の欠損比率を表わすＹの値は、０≦Ｘ≦
０.５が好ましい。Ｘ＞０.５ではＡｌの組成が大きくな
って熱絶縁性が悪くなるからである。
膜３２は、酸素の欠損していない酸化アルミニウム（Ａ
ｌ2Ｏ3）でもよく、酸素が欠損した酸化アルミニウムで
もよく、アモルファス状態の酸化アルミニウムをＡｌ2
Ｏ3-Yと表わすとき、これを熱絶縁薄膜２４に用いるた
めには、酸素の欠損比率を表わすＹの値は、０≦Ｘ≦
０.５が好ましい。Ｘ＞０.５ではＡｌの組成が大きくな
って熱絶縁性が悪くなるからである。
【００２３】熱絶縁薄膜２４の上には、ヒートシンク部
２２の上方から空洞部２３の上方にかけてサーモパイル
（熱電対）や焦電素子等からなる温度計測用の熱電変換
素子２７が設けられており、熱電変換素子２７の上には
ＳｉＯ2からなる保護膜２８が形成されている。さら
に、熱電変換素子２７の端部（温接点）の上方におい
て、保護膜２８の上には、Ａｕ、Ｂｉ等の金属黒からな
る赤外線吸収層２９が形成されている。
２２の上方から空洞部２３の上方にかけてサーモパイル
（熱電対）や焦電素子等からなる温度計測用の熱電変換
素子２７が設けられており、熱電変換素子２７の上には
ＳｉＯ2からなる保護膜２８が形成されている。さら
に、熱電変換素子２７の端部（温接点）の上方におい
て、保護膜２８の上には、Ａｕ、Ｂｉ等の金属黒からな
る赤外線吸収層２９が形成されている。
【００２４】（第１及び第２の実施形態の作用）しかし
て、上記第１の実施形態及び第２の実施形態による赤外
線センサ２１、３１に赤外線が入射すると、赤外線吸収
層２９によって赤外線が吸収され、赤外線吸収層２９に
よって赤外線が熱に変換される。熱絶縁薄膜２４は熱伝
導率が小さいために、赤外線によって生じた熱はヒート
シンク部２２に逃げず、赤外線吸収層２９の温度を上昇
させる。一方、ヒートシンク部２２は熱容量が大きいた
めに温度は一定に保たれている。この結果、ヒートシン
ク部２２と赤外線吸収層２９との温度差によって熱電変
換素子２７には、入射した赤外線の強さに応じた起電力
が発生する。この起電力による電位差を外部電極（図示
せず）より取り出して測定することで赤外線照射量を計
測することができる。
て、上記第１の実施形態及び第２の実施形態による赤外
線センサ２１、３１に赤外線が入射すると、赤外線吸収
層２９によって赤外線が吸収され、赤外線吸収層２９に
よって赤外線が熱に変換される。熱絶縁薄膜２４は熱伝
導率が小さいために、赤外線によって生じた熱はヒート
シンク部２２に逃げず、赤外線吸収層２９の温度を上昇
させる。一方、ヒートシンク部２２は熱容量が大きいた
めに温度は一定に保たれている。この結果、ヒートシン
ク部２２と赤外線吸収層２９との温度差によって熱電変
換素子２７には、入射した赤外線の強さに応じた起電力
が発生する。この起電力による電位差を外部電極（図示
せず）より取り出して測定することで赤外線照射量を計
測することができる。
【００２５】なお、上記実施形態では、熱電変換素子を
用いて赤外線照射量を計測したが、これに代えて焦電素
子やボロメータ型の素子などの薄膜熱検知素子を用いて
もよい。
用いて赤外線照射量を計測したが、これに代えて焦電素
子やボロメータ型の素子などの薄膜熱検知素子を用いて
もよい。
【００２６】表１は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ
3（多結晶）、アモルファス状態の酸化アルミニウム、
酸素が一部欠損した酸化アルミニウムの熱伝導率を示
す。
3（多結晶）、アモルファス状態の酸化アルミニウム、
酸素が一部欠損した酸化アルミニウムの熱伝導率を示
す。
【００２７】
【表１】
【００２８】表１から分かるように、酸素が一部欠損し
た酸化アルミニウム及びアモルファス状態の酸化アルミ
ニウムは、Ａｌ2Ｏ3よりも熱伝導率が小さく、Ｓｉ3Ｎ4
よりも小さい熱伝導率となっている。
た酸化アルミニウム及びアモルファス状態の酸化アルミ
ニウムは、Ａｌ2Ｏ3よりも熱伝導率が小さく、Ｓｉ3Ｎ4
よりも小さい熱伝導率となっている。
【００２９】また、表２は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3（多結
晶）、アモルファス状態の酸化アルミニウム、酸素が一
部欠損した酸化アルミニウムの引張応力の値（圧縮応力
にはマイナスの符号を付す）を示す。
晶）、アモルファス状態の酸化アルミニウム、酸素が一
部欠損した酸化アルミニウムの引張応力の値（圧縮応力
にはマイナスの符号を付す）を示す。
【００３０】
【表２】
【００３１】表２から分かるように、アモルファス状態
の酸化アルミニウムと酸素が一部欠損した酸化アルミニ
ウムは、いずれもＡｌ2Ｏ3と比較しても強い引っ張り性
応力を有していることが分かる。
の酸化アルミニウムと酸素が一部欠損した酸化アルミニ
ウムは、いずれもＡｌ2Ｏ3と比較しても強い引っ張り性
応力を有していることが分かる。
【００３２】表１及び表２に示されているように、Ｓｉ
Ｏ2膜２５は、熱絶縁性に優れているが、強い圧縮性応
力を有している。従って、引っ張り性応力を有するアモ
ルファス状態の酸化アルミニウム膜３２または酸素が一
部欠損した酸化アルミニウム膜２６と組合わせて熱絶縁
薄膜２４を形成することによりＳｉＯ2膜２５の圧縮性
応力を緩和させることができ、応力による熱絶縁薄膜２
４の破壊を防止することができる。特に、アモルファス
状態の酸化アルミニウム膜３２または酸素が一部欠損し
た酸化アルミニウム膜２６は強い引っ張り性応力を有し
ているので、膜厚の薄い膜によってＳｉＯ2膜２５の圧
縮性応力を緩和することができる。
Ｏ2膜２５は、熱絶縁性に優れているが、強い圧縮性応
力を有している。従って、引っ張り性応力を有するアモ
ルファス状態の酸化アルミニウム膜３２または酸素が一
部欠損した酸化アルミニウム膜２６と組合わせて熱絶縁
薄膜２４を形成することによりＳｉＯ2膜２５の圧縮性
応力を緩和させることができ、応力による熱絶縁薄膜２
４の破壊を防止することができる。特に、アモルファス
状態の酸化アルミニウム膜３２または酸素が一部欠損し
た酸化アルミニウム膜２６は強い引っ張り性応力を有し
ているので、膜厚の薄い膜によってＳｉＯ2膜２５の圧
縮性応力を緩和することができる。
【００３３】また、アモルファス状態の酸化アルミニウ
ム膜３２及び酸素が一部欠損した酸化アルミニウム膜２
６の熱伝導率は、Ａｌ2Ｏ3よりも小さく、Ｓｉ3Ｎ4より
も小さいから、ＳｉＯ2膜２５と組合わせても、赤外線
センサ２１、３１に入射した赤外線による熱をヒートシ
ンク部２２に逃がすことなく赤外線吸収層２９の温度を
上昇させ、高い検出感度を得ることができる。
ム膜３２及び酸素が一部欠損した酸化アルミニウム膜２
６の熱伝導率は、Ａｌ2Ｏ3よりも小さく、Ｓｉ3Ｎ4より
も小さいから、ＳｉＯ2膜２５と組合わせても、赤外線
センサ２１、３１に入射した赤外線による熱をヒートシ
ンク部２２に逃がすことなく赤外線吸収層２９の温度を
上昇させ、高い検出感度を得ることができる。
【００３４】さらに、アモルファス状態の酸化アルミニ
ウム膜３２及び酸素が一部欠損した酸化アルミニウム膜
２６は、安価な電子ビーム蒸着法で容易に形成すること
ができるので、装置コストが安価になり、安価に赤外線
センサ２１、３１を製作できるようになる。
ウム膜３２及び酸素が一部欠損した酸化アルミニウム膜
２６は、安価な電子ビーム蒸着法で容易に形成すること
ができるので、装置コストが安価になり、安価に赤外線
センサ２１、３１を製作できるようになる。
【００３５】つぎに、上記第１の実施形態及び第２の実
施形態による赤外線センサ２１、３１の製造方法の一例
を図６（ａ）〜（ｇ）により説明する。まず、Ｓｉ基板
４１を熱酸化させ、その表裏両面にそれぞれ膜厚が０.
５μｍのＳｉＯ2膜２５及び４２を形成する［図６
（ａ）］。ついで、裏面側のＳｉＯ2膜４２をフォトリ
ソグラフィにより加工して中央部に開口部４３をあける
［図６（ｂ）］。この開口部４３を通してＫＯＨ等によ
りＳｉ基板４１を下面側から異方性エッチングすること
によりＳｉ基板４１に空洞部２３を形成し、同時に、Ｓ
ｉＯ2膜２５を薄膜化してダイアフラム構造を得る。ま
た、残ったＳｉ基板４１はヒートシンク部２２になる
［図６（ｃ）］。
施形態による赤外線センサ２１、３１の製造方法の一例
を図６（ａ）〜（ｇ）により説明する。まず、Ｓｉ基板
４１を熱酸化させ、その表裏両面にそれぞれ膜厚が０.
５μｍのＳｉＯ2膜２５及び４２を形成する［図６
（ａ）］。ついで、裏面側のＳｉＯ2膜４２をフォトリ
ソグラフィにより加工して中央部に開口部４３をあける
［図６（ｂ）］。この開口部４３を通してＫＯＨ等によ
りＳｉ基板４１を下面側から異方性エッチングすること
によりＳｉ基板４１に空洞部２３を形成し、同時に、Ｓ
ｉＯ2膜２５を薄膜化してダイアフラム構造を得る。ま
た、残ったＳｉ基板４１はヒートシンク部２２になる
［図６（ｃ）］。
【００３６】この後、ＳｉＯ2膜２５の上に、酸化アル
ミニウムの絶縁膜４４を０.３μｍの膜厚に形成する。
酸化アルミニウムの絶縁膜４４は、例えば蒸発源として
酸化アルミニウムを用いた電子ビーム蒸着法において、
基板の温度を６０℃以下とし、成膜速度を０.８ｎｍ／s
ec以下とすることで得られた。こうして得られた酸化ア
ルミニウムの絶縁膜４４は、アモルファス状態にあり、
しかも酸素が一部欠損した酸化アルミニウムの膜となっ
ていた。これによって、ＳｉＯ2膜２５と酸化アルミニ
ウムの絶縁膜４４からなる２層構造の熱絶縁薄膜２４
が、ヒートシンク部２２の上に形成される［図６
（ｄ）］。
ミニウムの絶縁膜４４を０.３μｍの膜厚に形成する。
酸化アルミニウムの絶縁膜４４は、例えば蒸発源として
酸化アルミニウムを用いた電子ビーム蒸着法において、
基板の温度を６０℃以下とし、成膜速度を０.８ｎｍ／s
ec以下とすることで得られた。こうして得られた酸化ア
ルミニウムの絶縁膜４４は、アモルファス状態にあり、
しかも酸素が一部欠損した酸化アルミニウムの膜となっ
ていた。これによって、ＳｉＯ2膜２５と酸化アルミニ
ウムの絶縁膜４４からなる２層構造の熱絶縁薄膜２４
が、ヒートシンク部２２の上に形成される［図６
（ｄ）］。
【００３７】ついで、熱絶縁薄膜２４の上に金属抵抗膜
及び半導体薄膜からなる熱電変換素子（サーモパイル）
２７を形成する［図６（ｅ）］。さらに、熱電変換素子
２７の上から、保護膜２８となる膜厚０.５μｍのＳｉ
酸化膜をＲＦスパッタリング法により成膜する［図６
（ｆ）］。最後に、熱電変換素子２７の外部電極を設け
るとともに保護膜２８の上に赤外線吸収層２９を形成
し、目的とする赤外線センサ２１を得る［図６
（ｇ）］。なお、これは熱電変換素子を用いた場合であ
るが、他の熱型赤外線検知素子を用いてもよい。
及び半導体薄膜からなる熱電変換素子（サーモパイル）
２７を形成する［図６（ｅ）］。さらに、熱電変換素子
２７の上から、保護膜２８となる膜厚０.５μｍのＳｉ
酸化膜をＲＦスパッタリング法により成膜する［図６
（ｆ）］。最後に、熱電変換素子２７の外部電極を設け
るとともに保護膜２８の上に赤外線吸収層２９を形成
し、目的とする赤外線センサ２１を得る［図６
（ｇ）］。なお、これは熱電変換素子を用いた場合であ
るが、他の熱型赤外線検知素子を用いてもよい。
【００３８】通常酸化アルミニウムの膜を形成する場合
には、１.００ｎｍ／sec以上の成膜速度で成膜される
が、上記のような成膜条件（特に、０.８ｎｍ／sec以下
の成膜速度）で酸化アルミニウムの絶縁膜４４を形成す
ることにより、アモルファス状態にあり、酸素が一部欠
損した酸化アルミニウムの絶縁膜４４を得ることができ
た。これは、第１の実施形態における酸素が一部欠損し
た酸化アルミニウム膜２６を有する熱絶縁薄膜２４でも
あり、第２の実施形態におけるアモルファス状態にある
酸化アルミニウム膜３２を有する熱絶縁薄膜２４でもあ
り、赤外線センサ用の優れた熱絶縁膜２４が得られる。
には、１.００ｎｍ／sec以上の成膜速度で成膜される
が、上記のような成膜条件（特に、０.８ｎｍ／sec以下
の成膜速度）で酸化アルミニウムの絶縁膜４４を形成す
ることにより、アモルファス状態にあり、酸素が一部欠
損した酸化アルミニウムの絶縁膜４４を得ることができ
た。これは、第１の実施形態における酸素が一部欠損し
た酸化アルミニウム膜２６を有する熱絶縁薄膜２４でも
あり、第２の実施形態におけるアモルファス状態にある
酸化アルミニウム膜３２を有する熱絶縁薄膜２４でもあ
り、赤外線センサ用の優れた熱絶縁膜２４が得られる。
【００３９】また、上記熱絶縁薄膜４は１層のＳｉＯ2
膜と１層の酸化アルミニウムの絶縁膜とから構成されて
いたが、例えば、酸化アルミニウムの絶縁膜、ＳｉＯ2
膜、酸化アルミニウムの絶縁膜、あるいは、ＳｉＯ
2膜、酸化アルミニウムの絶縁膜、ＳｉＯ2膜というよう
にＳｉＯ2膜と酸化アルミニウムの絶縁膜とを交互に形
成してもよい。
膜と１層の酸化アルミニウムの絶縁膜とから構成されて
いたが、例えば、酸化アルミニウムの絶縁膜、ＳｉＯ2
膜、酸化アルミニウムの絶縁膜、あるいは、ＳｉＯ
2膜、酸化アルミニウムの絶縁膜、ＳｉＯ2膜というよう
にＳｉＯ2膜と酸化アルミニウムの絶縁膜とを交互に形
成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】請求項１に記載の赤外線センサによれ
ば、引っ張り性応力を有する、酸素が一部欠損した酸化
アルミニウム膜によって酸化シリコン膜の圧縮性応力を
緩和することができ、熱伝導率が小さくて破壊しにくい
熱絶縁薄膜を得ることができる。また、酸素を一部欠損
した酸化アルミニウム膜は、真空蒸着法によって容易に
成膜することができるので、装置コストを安価にするこ
とができる。よって、請求項１に記載の赤外線センサに
よれば、耐久性が高く、しかも赤外線検出感度が高く、
安価な赤外線センサを製作することができる。
ば、引っ張り性応力を有する、酸素が一部欠損した酸化
アルミニウム膜によって酸化シリコン膜の圧縮性応力を
緩和することができ、熱伝導率が小さくて破壊しにくい
熱絶縁薄膜を得ることができる。また、酸素を一部欠損
した酸化アルミニウム膜は、真空蒸着法によって容易に
成膜することができるので、装置コストを安価にするこ
とができる。よって、請求項１に記載の赤外線センサに
よれば、耐久性が高く、しかも赤外線検出感度が高く、
安価な赤外線センサを製作することができる。
【００４１】請求項２に記載の赤外線センサによれば、
請求項１に記載の赤外線センサにおいて、酸素が一部欠
損した酸化アルミニウム；Ａｌ2Ｏ3-Xの酸素欠損比率Ｘ
を、０.０５≦Ｘ≦０.５とすることにより、酸素が一部
欠損した酸化アルミニウムの熱伝導率を小さくすること
ができる。
請求項１に記載の赤外線センサにおいて、酸素が一部欠
損した酸化アルミニウム；Ａｌ2Ｏ3-Xの酸素欠損比率Ｘ
を、０.０５≦Ｘ≦０.５とすることにより、酸素が一部
欠損した酸化アルミニウムの熱伝導率を小さくすること
ができる。
【００４２】請求項３に記載の赤外線センサによれば、
引っ張り性応力を有する、アモルファス状態の酸化アル
ミニウム膜によって酸化シリコン膜の圧縮性応力を緩和
することができ、熱伝導率が小さくて破壊しにくい熱絶
縁薄膜を得ることができる。また、アモルファス状態の
酸化アルミニウム膜は、真空蒸着法によって容易に成膜
することができるので、装置コストを安価にすることが
できる。よって、請求項１に記載の赤外線センサによれ
ば、耐久性が高く、しかも赤外線検出感度が高く、安価
な赤外線センサを製作することができる。
引っ張り性応力を有する、アモルファス状態の酸化アル
ミニウム膜によって酸化シリコン膜の圧縮性応力を緩和
することができ、熱伝導率が小さくて破壊しにくい熱絶
縁薄膜を得ることができる。また、アモルファス状態の
酸化アルミニウム膜は、真空蒸着法によって容易に成膜
することができるので、装置コストを安価にすることが
できる。よって、請求項１に記載の赤外線センサによれ
ば、耐久性が高く、しかも赤外線検出感度が高く、安価
な赤外線センサを製作することができる。
【００４３】請求項４に記載の赤外線センサの製造方法
によれば、熱絶縁薄膜を構成する酸化アルミニウム膜
を、電子ビーム蒸着法により、０.８ｎｍ／sec以下の成
膜速度で成膜しているので、酸素が一部欠損した酸化ア
ルミニウム膜やアモルファス状態の酸化アルミニウム膜
を得ることができる。
によれば、熱絶縁薄膜を構成する酸化アルミニウム膜
を、電子ビーム蒸着法により、０.８ｎｍ／sec以下の成
膜速度で成膜しているので、酸素が一部欠損した酸化ア
ルミニウム膜やアモルファス状態の酸化アルミニウム膜
を得ることができる。
【図１】従来の一般的な赤外線センサを示す平面図及び
断面図である。
断面図である。
【図２】従来の別な赤外線センサの構造を示す断面図で
ある。
ある。
【図３】従来のさらに別な赤外線センサの構造を示す断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の一実施形態による赤外線センサの構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図５】本発明の別な実施形態による赤外線センサの構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｇ）は本発明にかかる赤外線センサ
の製造方法を説明する断面図である。
の製造方法を説明する断面図である。
２２ ヒートシンク部 ２３ 空洞部 ２４ 熱絶縁薄膜 ２５ ＳｉＯ2膜 ２６ 酸素が一部欠損した酸化アルミニウム膜 ２７ 熱電変換素子（熱型赤外線検知素子） ２９ 赤外線吸収層 ３２ アモルファス状態の酸化アルミニウム膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 35/34 Ｈ０１Ｌ 37/02 37/02 31/08 Ｍ
Claims (4)
- 【請求項１】 熱絶縁薄膜をヒートシンク部により支持
し、当該熱絶縁薄膜の上に熱型赤外線検知素子を設けた
赤外線センサであって、 前記熱絶縁薄膜は、酸素が一部欠損した酸化アルミニウ
ムを主成分とする絶縁膜と、酸化シリコン膜とを有する
ことを特徴とする赤外線センサ。 - 【請求項２】 前記酸素が一部欠損した酸化アルミニウ
ムは、 Ａｌ2Ｏ3-X ただし、０.０５≦Ｘ≦０.５ であることを特徴とする、請求項１に記載の赤外線セン
サ。 - 【請求項３】 熱絶縁薄膜をヒートシンク部により支持
し、当該熱絶縁薄膜の上に熱型赤外線検知素子を設けた
赤外線センサであって、 前記熱絶縁薄膜は、アモルファス状態の酸化アルミニウ
ムを主成分とする絶縁膜と、酸化シリコン膜とを有する
ことを特徴とする赤外線センサ。 - 【請求項４】 酸化シリコン膜と酸化アルミニウム膜と
からなる熱絶縁薄膜をヒートシンク部により支持し、当
該熱絶縁薄膜の上に熱型赤外線検知素子を設けた赤外線
センサの製造方法であって、 電子ビーム蒸着法により、０.８ｎｍ／sec以下の成膜速
度で前記酸化アルミニウム膜を成膜することを特徴とす
る赤外線センサの製造方法
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