JP2955867B2 - Infrared sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は赤外線センサ及びその製造方法に関し、特に
非接触で体温等の温度を測定する温度計に用いて好適な
赤外線センサ及びその製造方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an infrared sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an infrared sensor suitable for use in a thermometer for measuring temperature such as body temperature without contact, and a method for manufacturing the same. .

［従来の技術］ 一般に赤外線センサは、非接触の温度計として高温の
物体や移動物体、さらに熱容量が小さくて接触すると温
度が変化してしまうような物質の温度測定に使用されて
きた。例を挙げて説明すると、製鉄所など溶鉱炉の温度
測定に用いられたり、防災安全機器のセンサとして火災
報知器に、またセキュリティ用として動物の体温と人間
の体温とを判別するセンサとして使用されている。また
最近特に大量に赤外線センサを使っているのは、男子用
トイレの自動洗水器や家庭用電子レンジ，冷蔵庫の温度
管理用である。2. Description of the Related Art In general, an infrared sensor has been used as a non-contact thermometer for measuring the temperature of a high-temperature object or a moving object, or a substance having a small heat capacity and a temperature that changes upon contact. For example, it is used to measure the temperature of blast furnaces such as steelworks, used as a fire alarm as a sensor for disaster prevention safety equipment, and used as a sensor for distinguishing between animal temperature and human body temperature for security. I have. Recently, a particularly large amount of infrared sensors are used for temperature control of automatic flushers for male toilets, microwave ovens for home use, and refrigerators.

これらのセンサは固定された場所から、しかも離れた
部位の温度測定を行うので、その測定精度が悪くても、
測定時間が長くなっても大きな問題とはならない。These sensors measure temperature from a fixed location and far away, so even if the measurement accuracy is poor,
Longer measurement times do not present a major problem.

一方、医療用機器の中で使用される温度計特に体温計
は、正確な測定（1/100℃）ができるとともに速い計測
（３秒以下）ができ、しかも安価なものが望ましい。On the other hand, it is desirable that a thermometer, particularly a thermometer, used in medical equipment be capable of accurate measurement (1/100 ° C.), fast measurement (3 seconds or less), and be inexpensive.

しかしながら、従来の電子式体温計は実測値と経過時
間から熱平衡状態における温度を推定する、いわゆる予
測式体温計であり、この体温計は計測時間が短くても数
十秒掛かり、乳幼児の体温測定や手術時の体温測定では
困難さを伴っていた。また、現在体温の測定場所はわき
の下や舌下が殆どで、体力を無くした重病人やお年寄り
は温度計測の間に体温計を保持することができない等多
くの問題があった。However, conventional electronic thermometers are so-called predictive thermometers that estimate the temperature in a thermal equilibrium state from actual measurement values and elapsed time, and this thermometer takes several tens of seconds even if the measurement time is short. The measurement of body temperature was difficult. At present, most of the places where the body temperature is measured are under the arm or under the tongue, and there are many problems such as a severely ill person or an elderly person who has lost their physical strength cannot hold a thermometer during temperature measurement.

ところで、従来、このように体温はわきの下や舌下で
測定しているが、生理学的背景からいうとわきの下の体
温が体全体の体温を代表しているとは思われず、むしろ
頭骸骨に囲まれていて安定した温度を保っている脳の温
度等のコア温度を測定するのが一番正確であり、手術時
の体温測定には必要な温度である。これらのことを考え
ると耳の中の鼓膜温度は視床下部温度を反映しており、
また耳道が狭いため風の影響や外気からの赤外線の影響
も受けにくいので、最適の温度測定部位と言える。By the way, in the past, body temperature was measured under the arm or under the tongue, but from a physiological background, the body temperature under the arm does not seem to represent the temperature of the whole body, but rather is surrounded by the skull of the head. It is most accurate to measure the core temperature, such as the temperature of the brain, which maintains a stable temperature, which is necessary for measuring the body temperature during surgery. Considering these things, the eardrum temperature in the ear reflects the hypothalamus temperature,
In addition, the ear canal is narrow, so it is hard to be affected by wind or infrared rays from outside air, so it can be said that it is an optimal temperature measurement site.

また、非接触型体温計は体温（15〜50℃）のように外
気温度と殆ど差の無い物体から放射される微量の的外線
を検出する必要があり、どんなに感度や精度のよい体温
計であってもわずかでも大気に触れてしまうと風や熱対
流の影響を受けて正確な温度測定ができなくなる。In addition, non-contact type thermometers need to detect a small amount of external rays radiated from an object that has almost no difference from the outside air temperature, such as body temperature (15 to 50 ° C). Even if it touches the atmosphere even a little, accurate temperature measurement cannot be performed due to the influence of wind and thermal convection.

このような外乱の影響を少なくするためには、赤外線
センサをパッケージに入れて保護する必要があり、また
このパッケージは対象物から放射された赤外線を赤外線
センサへ損失無く導くために窓材としての検討が重要な
課題となる。In order to reduce the effects of such disturbances, it is necessary to protect the infrared sensor by putting it in a package, and this package is used as a window material to guide the infrared radiation radiated from the object to the infrared sensor without loss. Consideration is an important issue.

従来、このような非接触型体温計用の赤外線センサと
しては、赤外線センサ素子を取付けた金属ステムに金属
製のキャップ部材を被せたものであり、そのキャップ部
材の一部に窓を開けシリコン等の板を張り付けた構造で
あった。Conventionally, as an infrared sensor for such a non-contact type thermometer, a metal stem on which an infrared sensor element is mounted is covered with a metal cap member. It was a structure with a board attached.

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の従来の赤外線センサでは、金属
製のキャップ部材を金属ステムに被せる構造であるた
め、シール部分にフランジが必要であり、そのため外形
が大きくなるとともに高価格になり、上述の耳の中で測
定する体温計には不適であった。[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-mentioned conventional infrared sensor has a structure in which a metal cap member is put on a metal stem, so a flange is required at a sealing portion, so that the outer shape is increased and the height is increased. It was expensive and unsuitable for the above-mentioned in-ear thermometer.

また、体温程の低い温度になると赤外線波長は長波長
（８〜12μｍ）の所がピークとなる。したがって窓材と
しては長波長を通過させる材質であるとともに反射率は
小さく、しかも窓材そのものからの赤外線放射が少な
く、かつ加工性の優れたものが要求される。また窓材内
のガス体の熱対流でノイズが発生するのを防ぐため
に、、窓材内を真空状態にすることが望ましく、窓材と
しては機密性の良いものが要求される。When the temperature is as low as the body temperature, the infrared wavelength peaks at a long wavelength (8 to 12 μm). Therefore, it is required that the window material be a material that transmits long wavelengths, has a low reflectance, has little infrared radiation from the window material itself, and has excellent workability. Further, in order to prevent noise from being generated due to thermal convection of the gas in the window material, it is desirable to make the inside of the window material a vacuum state, and the window material is required to have good confidentiality.

しかしながら従来の赤外線センサはこれらの点につい
ていずれも不十分であった。However, the conventional infrared sensor is insufficient in all of these points.

本発明はかかる問題点で鑑みてなされたものであっ
て、小型化を図れるとともに計測速度が速く、しかも機
密性に優れておりノイズが少なく、安定した特性が得ら
れて正確な計測ができ、かつ安価に製造することがで
き、体温計等に用いて好適な赤外線センサ及びその製造
方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such a problem, and it is possible to reduce the size and increase the measurement speed, and furthermore, it is excellent in confidentiality, there is little noise, stable characteristics can be obtained, and accurate measurement can be performed. It is an object of the present invention to provide an infrared sensor which can be manufactured at low cost and is suitable for use in a thermometer or the like and a method for manufacturing the same.

［課題を解決するための手段］ 上記従来の課題を解決するために本発明に係る赤外線
センサは、支持部材と、該支持部材上に支持された半導
体基板と、該半導体基板の表面に形成されるとともに感
温部とブリッジ部とにより構成され、赤外線を検出し、
当該赤外線の検出量に応じた電気信号を出力する赤外線
センサ素子と、赤外線入力部および当該赤外線入力部に
対応してキャビティ部を有し前記赤外線入力部を介して
入力した赤外線を前記赤外線センサ素子に導く窓材とを
備えたことを特徴とするものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above conventional problems, an infrared sensor according to the present invention includes a support member, a semiconductor substrate supported on the support member, and a semiconductor substrate formed on a surface of the semiconductor substrate. It is composed of a temperature sensing part and a bridge part, detects infrared rays,
An infrared sensor element for outputting an electric signal corresponding to the detected amount of the infrared ray, and an infrared ray input section and the infrared ray sensor element having a cavity corresponding to the infrared ray input section and receiving the infrared ray inputted through the infrared ray input section; And a window member for leading to the air.

特に本発明に係る赤外線センサにおいて、前記窓材
は、前記赤外線センサ素子を覆うように半導体基板の表
面に固定されるもので、この場合には赤外線入力部を除
き、前記窓材および半導体基板の周囲を覆う絶縁層を備
えることが好ましい。In particular, in the infrared sensor according to the present invention, the window material is fixed to the surface of the semiconductor substrate so as to cover the infrared sensor element. In this case, except for the infrared input unit, the window material and the semiconductor substrate are removed. It is preferable to provide an insulating layer covering the periphery.

さらに本発明に係る赤外線センサにおいては、前記窓
材は前記赤外線センサ素子を含む半導体基板の周囲を覆
うように前記支持部材上に固定するようにしてもよい。Further, in the infrared sensor according to the present invention, the window member may be fixed on the support member so as to cover a periphery of the semiconductor substrate including the infrared sensor element.

また本発明に係る赤外線センサにおいて、前記窓材は
半導体基板、特にフローティングゾーン法により製造さ
れたシリコン基板により形成し、さらに前記キャビィテ
ィ部を陰圧状態とすることが好ましい。Further, in the infrared sensor according to the present invention, it is preferable that the window material is formed of a semiconductor substrate, particularly, a silicon substrate manufactured by a floating zone method, and that the cavities are in a negative pressure state.

また本発明に係る赤外線センサの製造方法は、第１の
シリコン基板をエッチング加工して赤外線入力部および
キャビティ部を有する窓材を製造する工程と、第２のシ
リコン基板の表面に赤外線センサ素子を形成するととも
に少なくとも前記窓材の接合予定領域にシリコン酸化膜
を形成する工程と、前記第２のシリコン基板を陰極側、
窓材を陽極側にして対向させ、真空中において陽極直接
接合を行い、前記窓材を第２のシリコン基板の表面に固
定し前記赤外線センサ素子を覆う工程とを含むことを特
徴とするものである。In addition, the method for manufacturing an infrared sensor according to the present invention includes the steps of: etching a first silicon substrate to manufacture a window material having an infrared input portion and a cavity; and forming an infrared sensor element on the surface of the second silicon substrate. Forming and forming a silicon oxide film at least in a region where the window material is to be bonded;
Facing the window material on the anode side, performing anode direct bonding in a vacuum, fixing the window material to the surface of the second silicon substrate, and covering the infrared sensor element. is there.

なお、第２のシリコン基板表面のシリコン酸化膜（Si
O₂）は、印刷法、スピン法、CVD（化学的気相成長法）
法やスパッタ法等で作られた膜であっても、さらにシリ
コン基板を直接酸化させて作成した熱生成のシリコン酸
化膜であってもよい。The silicon oxide film (Si) on the surface of the second silicon substrate
O ₂ ) Printing method, spin method, CVD (chemical vapor deposition)
It may be a film formed by a method or a sputtering method, or a heat-generated silicon oxide film formed by directly oxidizing a silicon substrate.

又、本発明においては、支持部材と、該支持部材上に
支持された半導体基板と、該半導体基板の表面に形成さ
れるとともに感温部とブリッジ部とにより構成され、赤
外線を検出し、当該赤外線の検出量に応じた電気信号を
出力する赤外線センサ素子と、赤外線入力部および当該
赤外線入力部に対応してキャビティ部を有し前記赤外線
入力部を介して入力した赤外線を前記赤外線センサ素子
に導く窓材とを備え、前記窓材の内側壁面には赤外線反
射膜を備えてなることを特徴とする赤外線センサも提案
するものであり、更には、前記窓材を、前記赤外線セン
サ素子を覆うように半導体基板の表面に固定する構成、
ならびに該センサ素子を含む半導体基板の周囲を覆うよ
うに前記支持部材上に固定する構成も提案するものであ
る。Further, in the present invention, a support member, a semiconductor substrate supported on the support member, and formed on the surface of the semiconductor substrate and a temperature sensing portion and a bridge portion, and detects infrared rays, An infrared sensor element that outputs an electric signal corresponding to the detected amount of infrared light, an infrared input section and an infrared ray input through the infrared input section having a cavity corresponding to the infrared input section; A window member for guiding, and an infrared sensor characterized in that an infrared reflecting film is provided on an inner wall surface of the window member. Further, the window member covers the infrared sensor element. To fix to the surface of the semiconductor substrate,
Further, a configuration in which the sensor element is fixed on the support member so as to cover the periphery of the semiconductor substrate including the sensor element is also proposed.

［作 用］ 上記のように構成された赤外線センサにおいては、被
測定対象物から放射された赤外線は窓材の赤外線入力部
を介してキャビティ部に導入され、瀬外線センサ素子に
入射され、この赤外線センサ素子において電気信号に変
換された後に出力され計測値が得られる。[Operation] In the infrared sensor configured as described above, the infrared radiation radiated from the object to be measured is introduced into the cavity through the infrared input portion of the window material and is incident on the outside line sensor element. After being converted into an electric signal in the infrared sensor element, the electric signal is outputted and a measured value is obtained.

この赤外線センサは、半導体プロセスの微細加工によ
り製造された赤外線センサ素子と、窓材とを一体化した
構造であり、また従来構造の赤外線センサのような金属
ステムのフランジ部が不要となるため、小型化を図るこ
とができる。さらに窓材も半導体微細加工プロセスによ
り製造するようにすればより小型となり、またバッチシ
ステムで作成すれば歩留りも高く安定し、多量に安価に
造れる。また特に窓材をフローティングゾーン法により
製造したシリコン基板を用いて形成すると、シリコン基
板に含まれる酸素や炭素原子が減少するので、これらの
原子とシリコンのボンディング部での赤外線の吸収が少
くなる。すなわち赤外線の透過効率が向上する。さらに
キャビティ部内を陰圧状態に保つようにすれば、ノイズ
の発生がなく、電気的特性が安定化して正確な温度計測
を行うことができる。This infrared sensor has a structure in which an infrared sensor element manufactured by fine processing in a semiconductor process and a window material are integrated, and a flange portion of a metal stem like an infrared sensor having a conventional structure is not required. The size can be reduced. Further, the window material can be made smaller by manufacturing it by a semiconductor microfabrication process, and if it is made by a batch system, the yield is high and stable, and a large amount can be manufactured at low cost. Further, in particular, when the window material is formed using a silicon substrate manufactured by a floating zone method, oxygen and carbon atoms contained in the silicon substrate are reduced, so that infrared absorption at a bonding portion between these atoms and silicon is reduced. That is, the transmission efficiency of infrared rays is improved. Further, if the inside of the cavity is maintained in a negative pressure state, no noise is generated, the electrical characteristics are stabilized, and accurate temperature measurement can be performed.

また、この赤外線サンサにおいては、入射した赤外線
で感温部の温度が上昇するが、その温度がなるべく逃げ
ないようにシリコン基板より２桁も熱伝導率の悪いシリ
コン酸化膜の上に感温部を設け、また熱容量を小さくす
るため半導体微細加工技術を用いてシリコン酸化膜のブ
リッジ部を薄く、狭く、かつ長くし、さらに電気信号を
取り出す金属を熱伝導の悪い金属たとえばチタンとして
薄くかつ細くすることにより、計測速度が速くなる。In addition, in this infrared sensor, the temperature of the temperature sensing portion rises due to the incident infrared light, but the temperature sensing portion is placed on a silicon oxide film having a thermal conductivity two orders of magnitude lower than the silicon substrate so that the temperature does not escape as much as possible. In order to reduce the heat capacity, the bridge portion of the silicon oxide film is made thinner, narrower and longer by using a semiconductor fine processing technique, and the metal from which an electric signal is extracted is made thinner and thinner as a metal having poor heat conductivity, for example, titanium. This increases the measurement speed.

また、本発明による赤外線センサの製造方法において
は、シリコン基板により形成された窓材と、赤外線セン
サ素子が形成されたシリコン基板とを真空中において陽
極直接接合により接合するようにしたので、容易にキャ
ビティ部内を陰圧状態とすることができる。Further, in the method for manufacturing an infrared sensor according to the present invention, the window material formed by the silicon substrate and the silicon substrate on which the infrared sensor element is formed are bonded by anode direct bonding in a vacuum, so The inside of the cavity can be in a negative pressure state.

又、本発明においては、窓材の内側壁面に赤外線反射
膜を備える構成とすることにより、キャビティ部内に入
射した赤外線は、この赤外線反射膜により反射させて感
温部に集光させることができ。入射した赤外線をより有
効に使用できる。Further, in the present invention, by adopting a configuration in which an infrared reflecting film is provided on the inner wall surface of the window material, infrared light incident into the cavity can be reflected by the infrared reflecting film and condensed on the temperature sensing portion. . The incident infrared rays can be used more effectively.

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第１図は本発明の一実施例を係る赤外線センサの断面
構造を示すものである。FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.

図中、10は金属たとえば軟鉄にクロムめっきや金めっ
きを施した金属ステムと呼ばれる支持部材であり、この
支持部材10上に半導体基板たとえばシリコン基板11が固
定されている。さらにこのシリコン基板11の表面には赤
外線センサ素子12が形成されるとともにキャビティ部13
を有する窓材14が当該素子12を覆うようにして接合し固
定されている。In the figure, reference numeral 10 denotes a support member called a metal stem obtained by plating a metal such as soft iron with chromium plating or gold plating, and a semiconductor substrate such as a silicon substrate 11 is fixed on the support member 10. Further, an infrared sensor element 12 is formed on the surface of the silicon substrate 11 and a cavity 13 is formed.
Is bonded and fixed so as to cover the element 12.

上記赤外線センサ素子12は所謂シリコン薄膜によるボ
ロメータ素子であり、入射された赤外線を検出してその
検出量に応じた電気信号を内部リード15および外部に導
出された外部リード16を介して出力するものである。The infrared sensor element 12 is a bolometer element made of a so-called silicon thin film, and detects an incident infrared ray and outputs an electric signal according to the detected amount via the internal lead 15 and the external lead 16 led out to the outside. It is.

この赤外線センサ素子12は、熱（赤外線）量に応じて
抵抗値が変化する感温部12aと、この感温部12aの熱がシ
リコン基板11を通じて支持部材10へ逃げるのを防止して
その周囲との間に温度差を設けるためのブリッジ部12b
とにより構成されている。The infrared sensor element 12 has a temperature-sensitive portion 12a whose resistance value changes in accordance with the amount of heat (infrared), and prevents the heat of the temperature-sensitive portion 12a from escaping to the support member 10 through the silicon substrate 11 and surrounding the portion. Bridge part 12b for providing a temperature difference between
It is composed of

この赤外線センサ素子12の感温部12aはシリコンによ
り形成されているので、温度が上がると電気抵抗が下る
負の温度係数を持っている。また、この感温部12aのシ
リコンは、スパッタリング法で造られた薄膜であり、結
晶構造はアモルファスシリコン構造となっている。この
アモルファスシリコン構造を持った検出器の原理をバン
ド理論を用いて説明すると、導伝帯下端と充満帯上端の
間の禁止帯には多くの準位が存在し、その準位に電子も
捕獲されている。入射した赤外線が感温部12aに照射さ
れると、そのエネルギ量に見合った電子の数が禁止帯に
ある準位から導伝帯に励起され、その結果導伝帯には電
子のキャリヤが増加する。また、充満帯の上端にはその
電子の数に見合った正孔が発生する。この電子と正孔の
増加が外から検知する電気抵抗を下げる。すなわち、入
射した赤外線エネルギに見合った電気抵抗の変化が現わ
れることになる。Since the temperature sensing portion 12a of the infrared sensor element 12 is formed of silicon, the temperature sensing portion 12a has a negative temperature coefficient in which the electrical resistance decreases as the temperature increases. The silicon of the temperature sensing portion 12a is a thin film formed by a sputtering method, and has a crystalline structure of an amorphous silicon structure. Explaining the principle of this detector with an amorphous silicon structure using band theory, there are many levels in the forbidden band between the lower end of the conduction band and the upper end of the full band, and electrons also trap electrons in those levels. Have been. When the incident infrared rays irradiate the temperature sensing part 12a, the number of electrons corresponding to the energy amount is excited from the level in the forbidden band to the conduction band, and as a result, the electron carriers increase in the conduction band. I do. Also, holes corresponding to the number of electrons are generated at the upper end of the full band. This increase in electrons and holes lowers the electrical resistance detected from the outside. That is, a change in the electrical resistance corresponding to the incident infrared energy appears.

次に、窓材14は外部からの赤外線を効率よく赤外線セ
ンサ素子12へ導くとともに、当該赤外線センサ素子12の
キャビティ部13の真空度のリークをモニタする圧力セン
サも兼ねている。Next, the window member 14 efficiently guides infrared rays from the outside to the infrared sensor element 12, and also functions as a pressure sensor for monitoring the leak of the degree of vacuum in the cavity 13 of the infrared sensor element 12.

この窓材14は、膜圧数μｍ〜数十μｍの半導体材料た
とえばＮ型シリコン膜（ダイヤフラム）により形成され
るとともにその表面にＰ型拡散層17からなる拡散抵抗が
形成された赤外線入力部18と、この赤外線入力部18の周
縁部を支持する支持部19とにより構成されている。The window member 14 is formed of a semiconductor material having a film pressure of several μm to several tens μm, for example, an N-type silicon film (diaphragm), and has an infrared input portion 18 having a diffusion resistance formed of a P-type diffusion layer 17 on its surface. And a support portion 19 for supporting the peripheral portion of the infrared input portion 18.

また赤外線入力部18を除く窓材14とシリコン基板11の
周囲は保護膜としての絶縁層たとえばエポキシ樹脂層20
により被覆保護されている。窓材14の底部はシリコン基
板11に対して真空中の陽極直接接合により接合されてお
り、これによりキャビティ部13が真空状態に設定されて
いる。In addition, an insulating layer such as an epoxy resin layer 20 as a protective film is provided around the window member 14 and the silicon substrate 11 except for the infrared input section 18.
Protected by coating. The bottom of the window member 14 is bonded to the silicon substrate 11 by anodic direct bonding in a vacuum, whereby the cavity 13 is set in a vacuum state.

すなわち、このキャビティ部13に空気や窒素ガスが封
入されたり、感温部12aが大気にさらされていると、熱
的に対流が起きたり、感温部12aを吹き抜ける風がノイ
ズ発生の原因になったり、電気的特性が不安定になった
りする。そのため真空中の陽極直接接合により窓材14を
シリコン基板11に接合させるもので、これによりキャビ
ティ部13を容易に真空状態にすることができ、これらの
弊害を防止することができる。That is, if air or nitrogen gas is sealed in the cavity portion 13 or the temperature sensing portion 12a is exposed to the atmosphere, convection may occur thermally or wind blowing through the temperature sensing portion 12a may cause noise. Or electrical characteristics become unstable. Therefore, the window material 14 is bonded to the silicon substrate 11 by the anode direct bonding in a vacuum, whereby the cavity 13 can be easily brought into a vacuum state, and these adverse effects can be prevented.

ここに、「陽極直接接合」とは、シリコン基板11に窓
材14を接合するとき、シリコン基板11側にシリコン酸化
膜を設けるとともに陰極側に配置し、また窓材14を陽極
側にして、真空中において約450℃の熱と350vの電圧を
加えることをいう。なお、キャビティ部13内は完全に真
空でなくても、大気圧より低い状態、すなわち陰圧状態
であればよいが、好ましく１×10^-2Torr以下である。Here, `` anode direct bonding '' means that when bonding the window material 14 to the silicon substrate 11, a silicon oxide film is provided on the silicon substrate 11 side and arranged on the cathode side, and the window material 14 is set on the anode side, Applying heat of about 450 ° C and voltage of 350v in vacuum. The interior of the cavity 13 need not be completely vacuum, but may be in a state lower than atmospheric pressure, that is, in a negative pressure state, but is preferably 1 × 10 ⁻² Torr or less.

そして時間の経過に伴いキャビティ部13に真空リーク
が生じ、内部圧力が変化した場合には、その圧力変化に
より赤外線入力部18が撓み、これによりＰ型拡散層17の
抵抗値が変化するもので、この抵抗値変化に応じた電流
値の変化をＰ型拡散層17の上面に形成した電極21を介し
て検出することにより真空度のリークをモニタすること
ができる。したがってこの真空度の変化に応じて赤外線
センサ素子12の出力信号の値を補正することにより計測
精度を向上させることができる。Then, when a vacuum leak occurs in the cavity portion 13 with the passage of time and the internal pressure changes, the pressure change causes the infrared input portion 18 to bend, thereby changing the resistance value of the P-type diffusion layer 17. By detecting the change in the current value corresponding to the change in the resistance value via the electrode 21 formed on the upper surface of the P-type diffusion layer 17, the leak of the degree of vacuum can be monitored. Therefore, the measurement accuracy can be improved by correcting the value of the output signal of the infrared sensor element 12 according to the change in the degree of vacuum.

上記窓材14の内側壁面には赤外線の反射率の高い金属
膜たとえば金（Au）膜22が形成されている。キャビティ
部13内に入射した赤外線は感温部12aやブリッジ部12bで
反射し、窓材14の壁面に吸収され熱に変わってしまい、
折角入射した赤外線を無駄に使ったことになるので、こ
の赤外線反射膜である金属22により反射した赤外線を感
温部12aに集光させるものである。On the inner wall surface of the window member 14, a metal film having a high infrared reflectance, for example, a gold (Au) film 22 is formed. Infrared light that has entered the cavity 13 is reflected by the temperature sensing part 12a and the bridge part 12b, is absorbed by the wall surface of the window material 14, and is converted into heat.
Since the incident infrared rays are wastefully used, the infrared rays reflected by the metal 22, which is an infrared reflecting film, are focused on the temperature sensing portion 12a.

またキャビティ部13の天井面の角部、すなわち赤外線
入力部18と支持部19との連結部には一定の曲率を有する
曲面部により形成された補強部23が設けられており、こ
れにより赤外線入力部18の機械的強度を増すようになっ
ている。この補強部23により赤外線入力部18の膜厚を薄
く（約20μｍ）することができ、赤外線の透過効率を向
上させることができる。Further, a reinforcing portion 23 formed by a curved surface portion having a constant curvature is provided at a corner portion of the ceiling surface of the cavity portion 13, that is, at a connection portion between the infrared input portion 18 and the support portion 19, thereby providing an infrared input portion. The mechanical strength of the part 18 is increased. The thickness of the infrared input section 18 can be reduced (about 20 μm) by the reinforcing section 23, and the transmission efficiency of infrared rays can be improved.

また窓材14としての適正を検討する場合、反射率、透
過率および吸収率の３点が最も重要となるが、中でも吸
収率が大きい場合は入射してきた赤外線が殆ど窓材14で
吸収されてしまい、感温部12aに届く赤外線が少なくな
るだけでなく、吸収された赤外線が窓材14を暖めてしま
い、窓材14が二次的に熱（赤外線）を放出することにな
る。その結果当該センサは外（体温）からの赤外線と窓
材14からの赤外線を感知することになるので、これらを
分離する必要があり、非常に複雑な系となってしまう。
その点シリコンは吸収率が小さく、しかも加工性に富ん
でいるので窓材14として最適である。なお、シリコンは
反射率が大きいため、透過率は50％位である。When examining the suitability of the window material 14, the three points of reflectance, transmittance, and absorptance are the most important. In particular, when the absorptance is large, the incident infrared rays are almost completely absorbed by the window material 14. As a result, not only the amount of infrared rays that reach the temperature sensing portion 12a decreases, but also the absorbed infrared rays heat the window material 14, and the window material 14 emits heat (infrared rays) secondarily. As a result, the sensor senses infrared rays from the outside (body temperature) and infrared rays from the window material 14, so that it is necessary to separate these, resulting in a very complicated system.
On the other hand, silicon has a small absorptivity and is excellent in workability, so that it is most suitable as the window material 14. Since the reflectance of silicon is large, the transmittance is about 50%.

さらにシリコン基板は赤外線波長が10μｍ前後の所に
−Si−Ｏ−、−Si−Ｃ−などのストレッチング、ベンデ
ィングによる吸収波形が現われ、赤外線の透過率が悪く
なるので、シリコン基板としては、炭素原子や酸素原子
の少ないフローティングゾーン（FZ）法により製造され
たウエハを使用することが好ましい。In addition, the silicon substrate shows absorption waveforms due to stretching and bending such as -Si-O- and -Si-C- at a place where the infrared wavelength is around 10 μm, and the transmittance of infrared rays deteriorates. It is preferable to use a wafer manufactured by a floating zone (FZ) method with few atoms and oxygen atoms.

このように上記赤外線センサにおいては、窓材14によ
り赤外線の入射効率を向上させることができるとともに
感温部12aへの集光効率を挙げることができる。As described above, in the above infrared sensor, the efficiency of incidence of infrared rays can be improved by the window member 14, and the efficiency of light collection to the temperature sensing portion 12a can be improved.

また、従来構造の赤外線センサに比較して、窓材14お
よび赤外線センサ素子12をそれぞれ半導体プロセスによ
り微細に加工することができ、また窓材としての金属製
キャップが不要であり、したがってキャップ固定用ステ
ムのフランジ部が不要となるためパッケージの外形を大
幅に小型化することができる。Also, compared to the conventional infrared sensor, the window member 14 and the infrared sensor element 12 can be finely processed by a semiconductor process, respectively, and a metal cap as a window member is not required. Since the stem flange is not required, the outer shape of the package can be significantly reduced.

第２図は本発明の他の実施例に係る赤外線センサの構
造を示すものである。FIG. 2 shows the structure of an infrared sensor according to another embodiment of the present invention.

すなわち、第１図の赤外線センサにおいては、窓材14
をシリコン基板11の上面に接合し、赤外線センサ素子12
のみを覆う構成としたが、本実施例においては、窓材24
をシリコン基板11と同様に支持部材10の表面にたとえば
接着剤により固定し、シリコン基板11の全体を覆う構成
としたもので、本実施例においても上記実施例と同様に
小型化を図ることができる。That is, in the infrared sensor of FIG.
Is bonded to the upper surface of the silicon substrate 11, and the infrared sensor element 12
Only the window material 24 is covered in this embodiment.
Is fixed to the surface of the support member 10 with an adhesive, for example, similarly to the silicon substrate 11 so as to cover the entire silicon substrate 11, and in this embodiment, miniaturization can be achieved as in the above embodiment. it can.

なお第１図と同一構成部分は同一符合を付してその説
明を省略する。また外部リード16は第１図と同様に支持
部材10から下方に向けて取り出す構造とすることもでき
る。The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The external lead 16 may be structured so as to be taken out from the support member 10 in the same manner as in FIG.

赤外線センサ素子の構造工程 次に、上記赤外線センサの製造方法について、第１図
の構造のセンサを例にして第３図（ａ）〜（ｐ）により
具体的に説明する。なお第３図（ａ）〜（ｐ）は第１図
のII−II線に沿う断面構造の製造工程を示すものであ
る。Next, a method of manufacturing the infrared sensor will be described in detail with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (p), using the sensor having the structure shown in FIG. 1 as an example. 3 (a) to 3 (p) show a manufacturing process of a cross-sectional structure along the line II-II in FIG.

先ず、第３図（ａ）に示すようなシリコン基板30を用
意し、同図（ｂ）に示すように1100℃の温度で30分間の
ウェット酸化を行い、表面に膜厚5000Åのシリコン酸化
膜31を形成する。続いて、同図（ｃ）に示すように蒸着
法によりシリコン酸化膜31上に前述のブリッジ部12b形
成のための犠牲層となる膜厚1.5〜2.0μｍの金属膜たと
えばモリブデン膜32を形成する。なお、この犠牲層とし
ては金属膜以外にもリン・ケイ酸ガラス（PSG）膜等を
用いることもできる。First, a silicon substrate 30 as shown in FIG. 3A is prepared, and wet oxidation is performed at a temperature of 1100 ° C. for 30 minutes as shown in FIG. Form 31. Subsequently, as shown in FIG. 3C, a metal film, for example, a molybdenum film 32 having a thickness of 1.5 to 2.0 μm serving as a sacrificial layer for forming the above-described bridge portion 12b is formed on the silicon oxide film 31 by an evaporation method. . In addition, a phosphorus-silicate glass (PSG) film or the like can be used as the sacrificial layer in addition to the metal film.

続いて同図（ｄ）に示すように、モリブデン膜32の表
面に膜厚1.0μｍのフォトレジスト膜33を塗布形成し、
通常のホトリソグラフィーにより犠牲層のパターンを形
成する。マスク合せの後、露光および現像を行い、さら
に窒素（N₂）雰囲気中において90秒間、140±２℃の熱
処理（ハードベーキング）を行う。続いて同図（ｅ）に
示すようにパターニングされたフォトレジスト膜33をマ
スクにしてフッ化炭素（CF₄）によるプラズマエッチン
グを行い、モリブデン膜32を選択的に除去する。さら
に、ガス圧力5.00Torr,高周波電力500Wの条件でプラズ
マアッシング（灰化）を4.5秒間行い、上記フォトレジ
スト膜33を除去する。Subsequently, a 1.0 μm-thick photoresist film 33 is applied on the surface of the molybdenum film 32 as shown in FIG.
A sacrifice layer pattern is formed by ordinary photolithography. After mask alignment, exposure and development are performed, and heat treatment (hard baking) at 140 ± 2 ° C. is performed for 90 seconds in a nitrogen (N ₂ ) atmosphere. Subsequently, as shown in FIG. 5E, the molybdenum film 32 is selectively removed by performing plasma etching with carbon fluoride (CF ₄ ) using the patterned photoresist film 33 as a mask. Further, plasma ashing (ashing) is performed for 4.5 seconds under the conditions of a gas pressure of 5.00 Torr and a high frequency power of 500 W to remove the photoresist film 33.

次に、同図（ｆ）に示すように，圧力0.9Torr、温度3
00±２℃の条件で、反応ガスとしてシラン（SiH₄）＝20
0SCCM、笑気ガス（N₂O）＝4000SCCMを流し、CVD法によ
りウエハ全面に不純物無添加の膜厚9000±1500Åのシリ
コン酸化膜34を形成する。Next, as shown in FIG.
Silane (SiH ₄ ) = 20 as a reaction gas under the condition of 00 ± 2 ° C.
By flowing 0 SCCM and laughing gas (N ₂ O) = 4000 SCCM, a silicon oxide film 34 with a thickness of 9000 ± 1500 ° with no impurity added is formed on the entire surface of the wafer by the CVD method.

次に、同図（ｇ）に示すようにターゲットとしてシリ
コン基板（比抵抗300Ω・cm）を用いてスパッタリング
を行い、上記シリコン酸化膜34上に膜厚1.0〜1.5μｍの
シリコン膜35を形成し、さらに加速電圧120KeV、ドーズ
量1.0×10¹⁵/cm²の条件でボロンのイオン注入を行いシ
リコン膜35を中性半導体に近づける。続いて温度1100℃
の窒素雰囲気中において、30分間加熱（アニール）し、
シリコン膜35の結晶化を行う。これにより前述の感温部
12aのＢ定数（抵抗の温度係数）を約5000とすることが
でき、温度変化に対する感度（抵抗値の変化）が良好と
なる。Next, as shown in FIG. 2G, sputtering is performed using a silicon substrate (specific resistance 300 Ω · cm) as a target to form a silicon film 35 having a thickness of 1.0 to 1.5 μm on the silicon oxide film 34. Then, boron ions are implanted under the conditions of an acceleration voltage of 120 KeV and a dose of 1.0 × 10 ¹⁵ / cm ² to bring the silicon film 35 closer to a neutral semiconductor. Then temperature 1100 ℃
Heat (anneal) for 30 minutes in a nitrogen atmosphere of
The crystallization of the silicon film 35 is performed. This allows the aforementioned temperature sensing part
The B constant (temperature coefficient of resistance) of 12a can be set to about 5000, and sensitivity to temperature change (change of resistance value) is improved.

次に、同図（ｈ）が示すように膜厚1.0μｍのフォト
レジスト膜36をシリコン膜35上に塗布形成し、マスク合
せを行い、露光および現像の後、窒素ガス中において14
0±２℃の熱処理（ハードベーキング）を90秒間行うこ
とにより感温部12aのパターンを形成する。Next, as shown in FIG. 2H, a photoresist film 36 having a thickness of 1.0 μm is formed on the silicon film 35 by coating, mask alignment is performed, and after exposure and development, the photoresist film is
By performing a heat treatment (hard baking) at 0 ± 2 ° C. for 90 seconds, a pattern of the temperature-sensitive portion 12a is formed.

次に、同図（ｉ）に示すように反応ガスとして酸素
（O₂）＝45±1SCCM、フッ化イオウ（SF₆）＝135±2SCCM
を流し、圧力400mToor,高周波電力125Wの条件で上記フ
ォトレジスト膜36をマスクにしてプラズマエッチングを
行うことによりシリコン膜35を選択的に除去する。Next, as shown in FIG. 3 (i), oxygen (O ₂ ) = 45 ± 1 SCCM and sulfur fluoride (SF ₆ ) = 135 ± 2 SCCM as reaction gas.
And the silicon film 35 is selectively removed by performing plasma etching using the photoresist film 36 as a mask under the conditions of a pressure of 400 mToor and a high-frequency power of 125 W.

次に同図（ｊ）に示すように電力5.0KW、温度230±30
℃の条件でターゲットとしてチタン（Ti）を用いたスパ
ッタリング91秒間行い、膜厚0.6±0.1μｍのチタン膜37
を形成する。続いて同図（ｋ）に示すように前述の工程
（ｈ）と同様にしてフォトレジスト膜38の電極用パター
ンを形成する。Next, as shown in FIG.
Sputtering was performed using titanium (Ti) as a target for 91 seconds at a temperature of about 0.6 ° C.
To form Subsequently, as shown in FIG. 2K, an electrode pattern of the photoresist film 38 is formed in the same manner as in the above step (h).

次に、同図（ｌ）に示すように反応ガスとして３塩化
ボロン（BCl₃）＝47SCCM、塩素（Cl₂）＝39SCCM、ヘリ
ウム（He）＝1500SCCMを流し、圧力135Pa、電力320Wの
条件で、ドライエッチングを130秒間行うことにより、
チタン電極膜39を形成する。続いて圧力5.0Torr、高周
波電力500Wの条件でプラズマアッシング（灰化）を4.5
秒間行い、フォトレジスト膜38を除去する。次に同図
（ｍ）に示すように犠牲層の窓開け用ホトリソグラフィ
ーとして前述の工程と同様にしてフォトレジスト膜40の
パターンを形成する。その後、同図（ｎ）に示すように
上記パターニングされたフォトレジスト膜42をマスクに
してフッ化水素水溶液（HF:H₂O＝1:10）によるウエット
エッチングを45秒間行い、前記シリコン酸化膜34にモリ
ブデン膜32に達する開口41を形成する。続いて当該ウエ
ハを５分間ずつ５回超純水により流水洗浄し、さらにス
ピンドライ法により乾燥させる。Next, as shown in FIG. 3 (l), boron trichloride (BCl ₃ ) = 47 SCCM, chlorine (Cl ₂ ) = 39 SCCM, and helium (He) = 1500 SCCM are flowed as a reaction gas, and the pressure is 135 Pa and the power is 320 W. By performing dry etching for 130 seconds,
A titanium electrode film 39 is formed. Then, plasma ashing (ashing) was performed under the conditions of a pressure of 5.0 Torr and a high frequency power of 500 W for 4.5 times.
Then, the photoresist film 38 is removed. Next, as shown in FIG. 7 (m), a pattern of the photoresist film 40 is formed in the same manner as in the above-described process as photolithography for opening a window of the sacrificial layer. Thereafter, as shown in FIG. 3 (n), wet etching with an aqueous solution of hydrogen fluoride (HF: H ₂ O = 1: 10) is performed for 45 seconds using the patterned photoresist film 42 as a mask. An opening 41 reaching the molybdenum film 32 is formed in 34. Subsequently, the wafer is washed with running ultrapure water 5 times for 5 minutes each, and further dried by spin drying.

次に同図（ｏ）に示すようにリン酸（H₃PO₄）：硝酸
（HNO₃）：水（H₂O）＝5:1:4のエッチング液中において
フォトレジスト膜40をマスクにしてエッチングを行い前
述の犠牲層としてのモリブデン膜32を除去する。最後に
同図（ｐ）に示すように圧力5.0Torr、高周波電力500W
の条件でプラズマアッシング（灰化）を4.5秒間行い、
フォトジスト膜40を除去する。Next, as shown in FIG. 3 (o), the photoresist film 40 is used as a mask in an etching solution of phosphoric acid (H ₃ PO ₄ ): nitric acid (HNO ₃ ): water (H ₂ O) = 5: 1: 4. Then, the molybdenum film 32 as the above-mentioned sacrificial layer is removed. Finally, as shown in the figure (p), the pressure is 5.0 Torr and the high frequency power is 500 W
Perform plasma ashing (ashing) for 4.5 seconds under the conditions of
The photoresist film 40 is removed.

このようにしてシリコン35およびチタン電極膜39から
なる感温部12aと、シリコン酸化膜34からなるブリッジ
部12bを備えた赤外線センサ素子12を製造することがで
きる。In this manner, the infrared sensor element 12 including the temperature sensing part 12a made of the silicon 35 and the titanium electrode film 39 and the bridge part 12b made of the silicon oxide film 34 can be manufactured.

窓材の製造工程 次に、前記窓材14の製造方法について第４図（ａ）〜
（ｑ）を参照して具体的に説明する。Next, a method of manufacturing the window material 14 will be described with reference to FIGS.
This will be specifically described with reference to (q).

先ず、第４図（ａ）に示すように半導体基板たとえば
フローティングゾーン法により製造され、（110）面を
有するＰ型のシリコン基板50を用意し、このシリコン基
板50の両面を清浄化した後、片面にエピタキシャル成長
法によりＮ型層（抵抗率４〜８Ω・cm）51を形成する。
なお、このＮ型層51はシリコン基板50の表面に拡散法を
用いてＮ型不純物を拡散させることにより形成してもよ
い。First, as shown in FIG. 4 (a), a semiconductor substrate, for example, a P-type silicon substrate 50 manufactured by a floating zone method and having a (110) plane is prepared, and both surfaces of the silicon substrate 50 are cleaned. An N-type layer (having a resistivity of 4 to 8 Ω · cm) 51 is formed on one side by an epitaxial growth method.
The N-type layer 51 may be formed by diffusing N-type impurities on the surface of the silicon substrate 50 by using a diffusion method.

次に、同図（ｂ）に示すように1100℃の温度でウェッ
ト酸化を行い、両面に膜厚8000Åのシリコン酸化膜52を
形成する。続いて、同図（ｃ）に示すようにＮ型層51側
の表面に膜厚1.0μｍのフォトレジスト膜53を塗布形成
し、通常の拡散抵抗用ホトリソグラフィーにより拡散抵
抗に対応するパターンを形成する。すなわちマスク合せ
の後、露光および現像を行い、さらに窒素（N₂）雰囲気
中において90秒間、140±２℃の熱処理（ハードベーキ
ング）を行う。続いて同図（ｄ）に示すようにパターニ
ングされたフォトレジスト膜53をマスクにしてフッ化水
素酸（HF）によるウェットエッチングを行い、シリコン
酸化膜52を選択的に除去する。なおエッチングはその他
エッチング用ガス（CHF₃＋O₂）によるプラズマエッチン
グとしてもよい。続いて同図（ｅ）に示すようにガス圧
力5.00Torr,高周波電力500W、時間60秒の条件で上記フ
ォトレジスト膜53をプラズマアッシング（灰化）により
除去する。Next, as shown in FIG. 1B, wet oxidation is performed at a temperature of 1100 ° C. to form a silicon oxide film 52 having a thickness of 8000 ° on both surfaces. Subsequently, a 1.0 μm-thick photoresist film 53 is applied and formed on the surface on the N-type layer 51 side as shown in FIG. 3C, and a pattern corresponding to the diffusion resistance is formed by ordinary diffusion resistance photolithography. I do. That is, after mask alignment, exposure and development are performed, and heat treatment (hard baking) at 140 ± 2 ° C. is performed for 90 seconds in a nitrogen (N ₂ ) atmosphere. Subsequently, as shown in FIG. 3D, wet etching with hydrofluoric acid (HF) is performed using the patterned photoresist film 53 as a mask to selectively remove the silicon oxide film 52. The etching may be plasma etching using another etching gas (CHF ₃ + O ₂ ). Subsequently, as shown in FIG. 3E, the photoresist film 53 is removed by plasma ashing (ashing) under the conditions of a gas pressure of 5.00 Torr, a high frequency power of 500 W, and a time of 60 seconds.

次に、同図（ｆ）に示すように温度1100℃で熱酸化を
行い、シリコン基板50の表面の拡散抵抗形成予定領域お
よび裏面に膜厚800Å程度の薄いシリコン酸化膜54を形
成する。続いて種ガスとしてフッ化ボロン（BF₂）を用
いて、エネルギ100KeV、ドース量2.0×10¹⁵/cm²の条件
でシリコン酸化膜54を介してボロンのイオン注入を行
い、さらにドライ窒素（N₂）、ウェット酸素（O₂）およ
びドライ窒素（N₂）のガス中において、40分間加熱（温
度1100℃）してドライブ拡散を行うことにより、拡散抵
抗としてのＰ型拡散層55を形成する。Next, as shown in FIG. 4F, thermal oxidation is performed at a temperature of 1100 ° C. to form a thin silicon oxide film 54 having a thickness of about 800 ° on the surface of the silicon substrate 50 where diffusion resistance is to be formed and on the back surface. Subsequently, using boron fluoride (BF ₂ ) as a seed gas, boron ions are implanted through the silicon oxide film 54 under the conditions of an energy of 100 KeV and a dose of 2.0 × 10 ¹⁵ / cm ² , and further dry nitrogen (N ₂ ) In a gas of wet oxygen (O ₂ ) and dry nitrogen (N ₂ ), drive diffusion is performed by heating (temperature 1100 ° C.) for 40 minutes to form a P-type diffusion layer 55 as a diffusion resistance. .

次に、同図（ｇ）に示すように膜厚1.0μｍのフォト
レジスト膜56を両面に塗布形成し、前述の工程（第４図
（ｂ））と同様にして赤外線入力部のパターンを形成す
る。次に、同図（ｈ）に示すように上記フォトレジスト
膜56のパターンをマスクにして裏面のシリコン酸化膜54
を選択的にエッチング除去する。すなわちフッ化水素水
溶液（HF:H₂O＝1:10）によるウエットエッチングを75秒
間行った後、当該ウエハを超純水（DI）により５分間ず
つ５回流水洗浄し、続いてスピンドライ法により乾燥さ
せる。Next, as shown in FIG. 4G, a photoresist film 56 having a thickness of 1.0 μm is applied and formed on both sides, and a pattern of an infrared input portion is formed in the same manner as in the above-described step (FIG. 4B). I do. Next, as shown in FIG. 3H, the silicon oxide film 54 on the back surface is formed using the pattern of the photoresist film 56 as a mask.
Is selectively removed by etching. That is, after performing wet etching with an aqueous solution of hydrogen fluoride (HF: H ₂ O = 1: 10) for 75 seconds, the wafer is washed with running ultrapure water (DI) 5 times for 5 minutes each, followed by a spin dry method. To dry.

次に同図（ｉ）に示すようにフォトレジスト膜56をマ
スクとして選択的にエッチングを行い、キャビティ部13
とともに赤外線入力部18を形成する。なお、このキャビ
ティ部13の形成には陽極化成を行った後、エッチングを
行う方法を用いてもよい。次に同図（ｊ）に示すように
当該ウェハを硫酸（H₂SO₄）：過酸化水素（H₂O₂）＝2:1
の溶液中に10分間ずつ２回浸すことによりフォトレジス
ト膜56を除去した後、超純水により５分間ずつ５回流水
洗浄し、さらにスピンドライ法により乾燥させる。Next, as shown in FIG. 2I, selective etching is performed using the photoresist film 56 as a mask to form the cavity 13.
Together with this, an infrared input section 18 is formed. The cavity 13 may be formed by performing anodization and then etching. Next, as shown in FIG. 3J, the wafer is subjected to sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ): hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ) = 2: 1.
The photoresist film 56 is removed by immersing the photoresist film twice in the above solution twice for 10 minutes, washed with running ultrapure water 5 times for 5 minutes each, and further dried by spin dry method.

次に、コンタクトホール形成のために、同図（ｋ）に
示すように膜厚1.0μｍのフォトレジスト膜57を塗布形
成し、マスク合せの後、露光および現像を行い、さらに
窒素（N₂）ガス中において90秒間、140±２℃の熱処理
（ハードベーキング）を行う。その後同図（１）に示す
ように上記パターニングされたフォトレジスト膜57をマ
スクにしてフッ化水水溶液（HF:H₂O＝1:10）によるウエ
ットエッチングを45秒間行い、シリコン酸化膜52にコン
タクトホール58を形成する。続いて当該ウエハを５分間
ずつ５回超純水により流水洗浄し、さらにスピンドライ
法により乾燥させる。続いて同図（ｍ）に示すように硫
酸（H₂SO₄）：過酸化水素（H₂O₂）＝2:1の溶液中に10分
間ずつ２回浸すことによりフォトレジスト膜57を除去し
た後、当該ウエハを５分間ずつ５回超純水によって流水
洗浄し、さらにスピンドライ法により乾燥させる。Next, to form a contact hole, a photoresist film 57 having a thickness of 1.0 μm is applied and formed as shown in FIG. 7K, and after exposure and development after mask alignment, nitrogen (N ₂ ) is further formed. Heat treatment (hard baking) at 140 ± 2 ° C. for 90 seconds in gas. Thereafter, as shown in FIG. 1A, wet etching with an aqueous solution of fluorinated water (HF: H ₂ O = 1: 10) is performed for 45 seconds using the patterned photoresist film 57 as a mask, so that the silicon oxide film 52 is formed. A contact hole 58 is formed. Subsequently, the wafer is washed with running ultrapure water 5 times for 5 minutes each, and further dried by spin drying. Subsequently, the photoresist film 57 is removed by immersion twice in a solution of sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ): hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ) = 2: 1 for 10 minutes as shown in FIG. After that, the wafer is washed with running ultrapure water five times for 5 minutes each, and further dried by a spin dry method.

次に、同図（ｎ）に示すように温度230±30℃、5.0KW
の条件で91秒間スパッタリングを行い、膜厚1.0±0.1μ
ｍのアルミニウム（Al）膜59を蒸着形成する。続いで同
図（ｏ）に示すように電極パターンを形成するために膜
厚1.0μｍのフォトレジスト膜60を塗布形成する。続い
て同図（ｐ）に示すようにマスク合せの後、露光および
現像を行い、窒素ガス中において、140±２℃の熱処理
（ハードベーキング）を90秒間行い電極パターンを形成
する。Next, as shown in FIG.
Sputtering under the conditions of 91 seconds, the film thickness 1.0 ± 0.1μ
An aluminum (Al) film 59 having a thickness of m is formed by vapor deposition. Subsequently, a photoresist film 60 having a film thickness of 1.0 μm is formed by application to form an electrode pattern as shown in FIG. Subsequently, as shown in FIG. 2 (p), after mask alignment, exposure and development are performed, and a heat treatment (hard baking) at 140 ± 2 ° C. is performed in nitrogen gas for 90 seconds to form an electrode pattern.

次に、同図（ｑ）に示すように反応ガスとして３塩化
ボロン（BCl₃）＝47SCCM、塩素（Cl₂）＝39SCCM、ヘリ
ウム（He）＝1500SCCMを流し、圧力135Pa、電力320Wの
条件で、上記パターニングされたフォトレジスト膜60を
マスクにしてドライエッチングを130秒間行うことによ
り、アルミニウム電極61を形成する。次に圧力5.0Tor
r、高周波電力500Wの条件でプラズマアッシング（灰
化）を4.5秒間行い、フォトレジスト膜60を除去する。
最後に、シリコン基板50の裏面にフォトレジスト膜を塗
布形成し、キャビティ部13の内側面にフォトレジスト膜
が付着しないようにし、この上から傾蒸着で金（Au）膜
62を形成し、その後アッシングにより上記フォトレジス
ト膜を除去する。このようにして赤外線入力部およびキ
ャビティ部18を備えた構造の窓材14を作成することがで
きる。Next, as shown in FIG. 3 (q), boron trichloride (BCl ₃ ) = 47 SCCM, chlorine (Cl ₂ ) = 39 SCCM, and helium (He) = 1500 SCCM are flowed as the reaction gas, and the pressure is 135 Pa and the power is 320 W. An aluminum electrode 61 is formed by performing dry etching for 130 seconds using the patterned photoresist film 60 as a mask. Next, pressure 5.0Tor
r, plasma ashing (ashing) is performed for 4.5 seconds under the condition of high-frequency power of 500 W to remove the photoresist film 60.
Finally, a photoresist film is applied and formed on the back surface of the silicon substrate 50 so that the photoresist film does not adhere to the inner surface of the cavity 13, and a gold (Au) film is formed by oblique evaporation from above.
62 is formed, and then the photoresist film is removed by ashing. In this manner, the window member 14 having the structure including the infrared input section and the cavity section 18 can be formed.

赤外線センサの組立工程 次に、シリコン基板11側に350℃の温度でプラズマに
よるCVD法によりシリコン酸化膜を形成した後、当該ウ
エハを陰極側に配置し、また窓材14を陽極側にして真空
中（10^-2Torr）において約450℃で加熱するとともに350
Vの電圧を加えることにより、窓材14をシリコン基板11
上に接合する。Next, after forming a silicon oxide film on the silicon substrate 11 side by plasma CVD at a temperature of 350 ° C., the wafer is placed on the cathode side, and the window material 14 is placed on the anode side to form a vacuum. Medium (10 ^-2 Torr) at about 450 ° C and 350
By applying a voltage of V, the window material 14 is
Join on top.

次に、このようにして組立てられたセンサを、外部リ
ード16が配設された支持部材11上にペレットボンディン
グし、続いて内部リード15のワイヤボンディングを行
い、最後に保護膜としてのエポキシ樹脂をポッティング
して乾燥させることにより第１図に示した構造の赤外線
センサを製作することができる。なお、窓材14の接着方
法は陽極直接接合法に限るものではなく、エポキシ等の
有機接着剤や半田等を用いて接着することも可能であ
る。Next, the sensor assembled in this manner is pellet-bonded to the support member 11 on which the external leads 16 are provided, followed by wire bonding of the internal leads 15, and finally, epoxy resin as a protective film is applied. By potting and drying, an infrared sensor having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured. Note that the method of bonding the window member 14 is not limited to the anode direct bonding method, and it is also possible to bond using an organic adhesive such as epoxy or solder.

以上に実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更
しない範囲で種々変更可能である。たとえば上記実施例
においては窓材14の材料としてシリコンを用いたが、ゲ
ルマニウム（Ge）、セレン化亜鉛（ZnSe）、ガリウム砒
素（GaAs）等他の半導体材料、さらには臭ヨウ化タリュ
ウム（KRS−５）、臭塩化タリュウム（KRS−６）等のプ
ラスチック材料も用いることも可能である。また窓材14
の拡散抵抗層は必ずしも必要ではなく、検出精度をそれ
ほで要求されないセンサにあっては省略することもでき
る。Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously changed without changing the gist thereof. For example, in the above embodiment, silicon was used as the material of the window material 14, but other semiconductor materials such as germanium (Ge), zinc selenide (ZnSe), and gallium arsenide (GaAs), and further, thallium bromoiodide (KRS- 5) It is also possible to use a plastic material such as thallium bromochloride (KRS-6). Window material 14
The diffusion resistance layer is not always necessary, and may be omitted in a sensor that does not require much detection accuracy.

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る赤外線センサによれ
ば、半導体プロセスの微細加工により製造され感温部と
ブリッジ部とにより構成された赤外線センサ素子と窓材
とを一体化した構造であり、しかもステムにはフランジ
部が不要であるため、小型かつ安価な赤外線センサを実
現することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the infrared sensor according to the present invention, the window sensor is integrated with the infrared sensor element manufactured by the fine processing of the semiconductor process and configured by the temperature sensing part and the bridge part. Since it has a structure and does not require a flange on the stem, a small and inexpensive infrared sensor can be realized.

また窓材も半導体プロセスにより製造するようにすれ
ばより小型となり、特にフローティングゾーン法により
製造されたシリコン基板を用いて形成することにより、
赤外線の透過効率が向上し、さらにキャビティ部内に陰
圧状態に保つようにすれば、ノイズの発生がなく、電気
的特性が安定化して正確な計測を行なうことが可能な赤
外線センサを提供できる。Also, if the window material is also manufactured by a semiconductor process, it becomes smaller, especially by forming using a silicon substrate manufactured by a floating zone method,
By improving the transmission efficiency of infrared rays and maintaining a negative pressure in the cavity, it is possible to provide an infrared sensor that does not generate noise, stabilizes electrical characteristics, and can perform accurate measurement.

また、本発明による赤外線センサの製造方法において
は、窓材と赤外線センサ素子が形成されたシリコン基板
とを真空中において陽極直接接合により接合するように
したので、窓材のキャビティ部内に容易に陰圧状態とす
ることができるという効果を奏する。Further, in the method for manufacturing an infrared sensor according to the present invention, the window material and the silicon substrate on which the infrared sensor element is formed are joined by direct anode bonding in a vacuum, so that the window material can be easily shaded in the cavity of the window material. This has the effect of being able to be in a pressure state.

更に、本発明において、窓材の内側壁面に赤外線反射
膜を備える構成とすることにより、キャビティ部内に入
射した赤外線が窓材の壁面に吸収されて熱に変わること
を極力抑制し、この赤外線反射膜により反射させて感温
部に集光させ、赤外線の無駄な使用をなくして、より効
率的な赤外線の使用を図ることができる。Furthermore, in the present invention, by adopting a configuration in which an infrared reflecting film is provided on the inner wall surface of the window material, it is possible to suppress as much as possible the infrared light entering the cavity portion from being absorbed by the wall surface of the window material and being converted into heat. The light is reflected by the film and condensed on the temperature sensing portion, so that the infrared light can be used more efficiently without wasteful use of the infrared light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明の一実施例に係る赤外線センサの構造を
示す断面図、第２図は本発明の他の実施例に係る赤外線
センサ素子の断面図、第３図（ａ）〜（ｐ）はそれぞれ
第１図の赤外線センサ素子の製造工程を示す断面図、第
４図（ａ）〜（ｑ）は第１図の窓材の製造工程を示す断
面図である。 10……支持部材、11……シリコン基板 12……赤外線センサ素子 12a……感温部、12b……ブリツジ部 13……キャビティ部、14,24……窓材 15……内部リード、16……外部リード 17……Ｐ型拡散層、18……赤外線入力部 19……支持部、20……エポキシ樹脂層FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an infrared sensor according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of an infrared sensor element according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 4) are cross-sectional views showing steps of manufacturing the infrared sensor element of FIG. 1, and FIGS. 4 (a) to 4 (q) are cross-sectional views showing steps of manufacturing the window material of FIG. 10 ... Support member, 11 ... Silicon substrate 12 ... Infrared sensor element 12a ... Temperature sensing part, 12b ... Bridge part 13 ... Cavity part, 14,24 ... Window material 15 ... Internal lead, 16 ... … External lead 17… P-type diffusion layer 18… Infrared ray input part 19… Support part 20… Epoxy resin layer

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−137028（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−123309（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−243817（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−94641（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−21125（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−113624（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−200733（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 31/08 H01L 31/10 H01L 31/02 Continuation of the front page (56) References JP-A-61-137028 (JP, A) JP-A-2-123309 (JP, A) JP-A-63-243817 (JP, A) JP-A-57-94641 (JP) JP-A-54-21125 (JP, A) JP-A-1-113624 (JP, A) JP-A-63-200733 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁶ , DB Name) H01L 31/08 H01L 31/10 H01L 31/02

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】支持部材と、該支持部材上に支持された半
導体基板と、該半導体基板の表面に形成されるとともに
感温部とブリッジ部とにより構成され、赤外線を検出
し、当該赤外線の検出量に応じた電気信号を出力する赤
外線センサ素子と、赤外線入力部および当該赤外線入力
部に対応してキャビティ部を有し前記赤外線入力部を介
して入力した赤外線を前記赤外線センサ素子に導く窓材
とを備え、前記窓材は、前記赤外線センサ素子を覆うよ
うに半導体基板の表面に固定されてなるとともに、前記
赤外線入力部を除き、前記窓材および半導体基板の周囲
を覆う絶縁層を備えてなることを特徴とする赤外線セン
サ。A semiconductor substrate supported on the support member; a temperature sensing portion and a bridge portion formed on a surface of the semiconductor substrate; detecting infrared light; An infrared sensor element for outputting an electric signal corresponding to the detected amount, and a window having an infrared input section and a cavity corresponding to the infrared input section, and guiding infrared light input through the infrared input section to the infrared sensor element Material, and the window material is fixed to the surface of the semiconductor substrate so as to cover the infrared sensor element, and includes an insulating layer covering the periphery of the window material and the semiconductor substrate except for the infrared input unit. An infrared sensor, comprising: 【請求項２】前記窓材はフローティングゾーン法により
製造されたシリコン基板である請求項１記載の赤外線セ
ンサ。2. The infrared sensor according to claim 1, wherein said window material is a silicon substrate manufactured by a floating zone method. 【請求項３】前記キャビティ部は陰圧状態に設定されて
なる請求項１又は２に記載の赤外線センサ。3. The infrared sensor according to claim 1, wherein the cavity is set in a negative pressure state. 【請求項４】請求項３記載の赤外線センサの製造方法で
あって、第１のシリコン基板をエッチング加工して赤外
線入力部およびキャビティ部を有する窓材を製造する工
程と、第２のシリコン基板の表面に赤外線センサ素子を
形成とともに少なくとも前記窓材の接合予定領域にシリ
コン酸化膜を形成する工程と、前記第２のシリコン基板
を陰極側に、窓材を陽極側にして対向させ、真空中にお
いて陽極直接接合を行い、前記窓材を第２のシリコン基
板の表面に固定し前記赤外線センサ素子を覆う工程とを
含むことを特徴とする赤外線センサの製造方法。4. A method of manufacturing an infrared sensor according to claim 3, wherein said first silicon substrate is etched to manufacture a window material having an infrared input portion and a cavity portion, and said second silicon substrate is formed by etching. Forming an infrared sensor element on the surface of the substrate and forming a silicon oxide film at least in a region where the window material is to be bonded; and facing the second silicon substrate to the cathode side and the window material to the anode side, Forming an anode directly on the surface of the second silicon substrate to cover the infrared sensor element. 【請求項５】支持部材と、該支持部材上に支持された半
導体基板と、該半導体基板の表面に形成されるとともに
感温部とブリッジ部とにより構成され、赤外線を検出
し、当該赤外線の検出量に応じた電気信号を出力する赤
外線センサ素子と、赤外線入力部および当該赤外線入力
部に対応してキャビティ部を有し前記赤外線入力部を介
して入力した赤外線を前記赤外線センサ素子に導く窓材
とを備え、前記窓材の内側壁面には赤外線反射膜を備え
てなることを特徴とする赤外線センサ。5. A semiconductor device comprising: a support member; a semiconductor substrate supported on the support member; and a temperature sensing portion and a bridge portion formed on a surface of the semiconductor substrate, detecting infrared light, and detecting the infrared light. An infrared sensor element for outputting an electric signal corresponding to the detected amount, and a window having an infrared input section and a cavity corresponding to the infrared input section, and guiding infrared light input through the infrared input section to the infrared sensor element An infrared reflective film on the inner wall surface of the window material. 【請求項６】前記窓材は赤外線センサ素子を覆うように
半導体基板の表面に固定されてなる請求項５記載の赤外
線センサ。6. The infrared sensor according to claim 5, wherein said window material is fixed to a surface of the semiconductor substrate so as to cover the infrared sensor element. 【請求項７】前記窓材は、前記赤外線センサ素子を含む
半導体基板の周囲を覆うように前記支持部材上に固定さ
れてなる請求項５記載の赤外線センサ。7. The infrared sensor according to claim 5, wherein said window material is fixed on said support member so as to cover a periphery of a semiconductor substrate including said infrared sensor element.