JPH09133578A - 赤外線検出素子 - Google Patents
赤外線検出素子Info
- Publication number
- JPH09133578A JPH09133578A JP7289709A JP28970995A JPH09133578A JP H09133578 A JPH09133578 A JP H09133578A JP 7289709 A JP7289709 A JP 7289709A JP 28970995 A JP28970995 A JP 28970995A JP H09133578 A JPH09133578 A JP H09133578A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- infrared
- layer
- conductive layer
- high thermal
- thermal conductive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 赤外線検出素子の寸法を変更することなく、
出力信号を低下を抑制し応答速度の向上を図る。 【解決手段】 半導体基板１の空洞部２を介して形成さ
れたダイアフラム３上に温接点７と冷接点８を備えた赤
外線感知部と、この赤外線感知部と赤外線吸収層１３の
間に高熱伝導層１４を有する赤外線検出素子。
出力信号を低下を抑制し応答速度の向上を図る。 【解決手段】 半導体基板１の空洞部２を介して形成さ
れたダイアフラム３上に温接点７と冷接点８を備えた赤
外線感知部と、この赤外線感知部と赤外線吸収層１３の
間に高熱伝導層１４を有する赤外線検出素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線を検出する
センサ用の熱型赤外線検出素子に関する。
センサ用の熱型赤外線検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線検出素子には、冷却を必要とする
量子型と冷却を要しない熱型の２種類がある。量子型赤
外線検出素子は応答速度が速くかつ感度が優れるが、冷
却（例えば液体窒素温度までの冷却）処理及び良質の化
合物半導体を必要とするため、コスト高になるという問
題がある。一方の熱型赤外線検出素子は、常温での利用
が可能なためコストが著しく低減される利点を有する
が、応答速度と感度の点で量子型に劣るという問題があ
る。
量子型と冷却を要しない熱型の２種類がある。量子型赤
外線検出素子は応答速度が速くかつ感度が優れるが、冷
却（例えば液体窒素温度までの冷却）処理及び良質の化
合物半導体を必要とするため、コスト高になるという問
題がある。一方の熱型赤外線検出素子は、常温での利用
が可能なためコストが著しく低減される利点を有する
が、応答速度と感度の点で量子型に劣るという問題があ
る。
【０００３】熱型赤外線検出素子には、温度変化に起因
しての容量変化を利用する焦電型や熱起電力を測定する
サーモパイル型、温度変化に対応する金属または半導体
の電気抵抗の変化を利用するボロメータ型がある。これ
らの熱型赤外線検出素子は応答速度が遅いため、高速応
答用の素子としては、専ら量子型の赤外線検出素子が利
用されている。しかし、熱型赤外線検出素子により、１
ｍｓｅｃ前後の応答速度の実現が可能であれば、高価な
量子型赤外線検出素子を使用する必要がなくなり有望で
あると考えられる。
しての容量変化を利用する焦電型や熱起電力を測定する
サーモパイル型、温度変化に対応する金属または半導体
の電気抵抗の変化を利用するボロメータ型がある。これ
らの熱型赤外線検出素子は応答速度が遅いため、高速応
答用の素子としては、専ら量子型の赤外線検出素子が利
用されている。しかし、熱型赤外線検出素子により、１
ｍｓｅｃ前後の応答速度の実現が可能であれば、高価な
量子型赤外線検出素子を使用する必要がなくなり有望で
あると考えられる。
【０００４】図６は熱型赤外線検出素子の中でも、比較
的応答速度が優れるサーモパイル型赤外線検出素子の従
来技術の平面図（ａ）とＧ−Ｇ’線断面図（ｂ）であ
る。半導体基板１上に空洞部２を介して熱伝導性の低い
ダイアフラム３が形成され、ダイアフラム３上にｐ型半
導体４とｎ型半導体５からなる熱電対を金属電極６によ
り直列に複数組接続してサーモパイル素子を形成したも
のである。出力信号は温接点７と冷接点８間の温度差に
比例するため、温接点７と冷接点８の熱分離性をよくす
るように、表面マイクロマシニング技術によりエッチン
グ穴９からエッチングして、冷接点８下部以外の半導体
基板１を除去し、ダイアフラム３を半導体基板１から分
離するように、ダイアフラム３下部に熱分離用の空洞部
２が形成されている。図６では４個所の熱分離梁部１０
が半導体基板１と熱的に接している冷接点８の集合部位
で半導体基板１に支持されている。さらに、温接点７上
に絶縁層１１、１２を挾んで赤外線吸収層１３が形成さ
れている。
的応答速度が優れるサーモパイル型赤外線検出素子の従
来技術の平面図（ａ）とＧ−Ｇ’線断面図（ｂ）であ
る。半導体基板１上に空洞部２を介して熱伝導性の低い
ダイアフラム３が形成され、ダイアフラム３上にｐ型半
導体４とｎ型半導体５からなる熱電対を金属電極６によ
り直列に複数組接続してサーモパイル素子を形成したも
のである。出力信号は温接点７と冷接点８間の温度差に
比例するため、温接点７と冷接点８の熱分離性をよくす
るように、表面マイクロマシニング技術によりエッチン
グ穴９からエッチングして、冷接点８下部以外の半導体
基板１を除去し、ダイアフラム３を半導体基板１から分
離するように、ダイアフラム３下部に熱分離用の空洞部
２が形成されている。図６では４個所の熱分離梁部１０
が半導体基板１と熱的に接している冷接点８の集合部位
で半導体基板１に支持されている。さらに、温接点７上
に絶縁層１１、１２を挾んで赤外線吸収層１３が形成さ
れている。
【０００５】このように、半導体の微細化技術やマイク
ロマシニング技術の発展により、素子の微細化や熱分離
構造、すなわち、半導体基板１から空洞部２を介して熱
的に分離されたダイアフラム３の構造形成が可能になっ
ている。
ロマシニング技術の発展により、素子の微細化や熱分離
構造、すなわち、半導体基板１から空洞部２を介して熱
的に分離されたダイアフラム３の構造形成が可能になっ
ている。
【０００６】ここで、図６のサーモパイル素子を例とし
て熱型赤外線検出素子の応答速度について検討する。熱
型赤外線検出素子の応答速度は、素子の熱時定数と電気
的時定数によって決まるが、熱型赤外線検出素子におい
ては一般的に熱時定数に比して電気的時定数が小さいた
め、熱時定数が応答速度に大きな影響を与える。熱時定
数τは式（１）に示すように素子の熱容量Ｃと熱抵抗Ｒ
thの積で記述される。
て熱型赤外線検出素子の応答速度について検討する。熱
型赤外線検出素子の応答速度は、素子の熱時定数と電気
的時定数によって決まるが、熱型赤外線検出素子におい
ては一般的に熱時定数に比して電気的時定数が小さいた
め、熱時定数が応答速度に大きな影響を与える。熱時定
数τは式（１）に示すように素子の熱容量Ｃと熱抵抗Ｒ
thの積で記述される。
【０００７】τ＝Ｒth・Ｃ … （１） ここで、熱抵抗Ｒthの値は温接点７と冷接点８間の熱抵
抗値を使用するのが一般である。しかし赤外線吸収層１
３から温接点７までの熱伝導が遅延する場合、すなわち
赤外線吸収層１３の面積が広いため熱伝導性が低く、赤
外線吸収層１３の下部での２次元方向の熱抵抗が大きい
ときには、上記式（１）の適用範囲を、温接点７と冷接
点８間だけでなく、赤外線吸収層１３から温接点７の間
までを加えて考慮する必要がある。従来の微弱な赤外線
エネルギーを検出する熱型赤外線検出素子は、出力信号
を増大させるため、受光部の面積を大きくし、かつ感度
向上のため温接点７と冷接点８間の熱抵抗を大きくする
ように設計する。しかしこの方法によると必然的に応答
速度が低下する。またサーモパイル型赤外線検出素子で
は赤外線吸収層と赤外線感知部の間が電気的絶縁性の酸
化膜や窒化膜などで分離されている。これらの電気絶縁
層は熱伝導性の低い層（以下、低熱伝導層と記す）でも
あるため、赤外線吸収層（または受光部）の面積が増加
するにしたがい赤外線吸収層下部の電気的絶縁層におけ
る２次元方向の熱伝導性が低下し、ひいては素子全体の
応答速度を遅くする。
抗値を使用するのが一般である。しかし赤外線吸収層１
３から温接点７までの熱伝導が遅延する場合、すなわち
赤外線吸収層１３の面積が広いため熱伝導性が低く、赤
外線吸収層１３の下部での２次元方向の熱抵抗が大きい
ときには、上記式（１）の適用範囲を、温接点７と冷接
点８間だけでなく、赤外線吸収層１３から温接点７の間
までを加えて考慮する必要がある。従来の微弱な赤外線
エネルギーを検出する熱型赤外線検出素子は、出力信号
を増大させるため、受光部の面積を大きくし、かつ感度
向上のため温接点７と冷接点８間の熱抵抗を大きくする
ように設計する。しかしこの方法によると必然的に応答
速度が低下する。またサーモパイル型赤外線検出素子で
は赤外線吸収層と赤外線感知部の間が電気的絶縁性の酸
化膜や窒化膜などで分離されている。これらの電気絶縁
層は熱伝導性の低い層（以下、低熱伝導層と記す）でも
あるため、赤外線吸収層（または受光部）の面積が増加
するにしたがい赤外線吸収層下部の電気的絶縁層におけ
る２次元方向の熱伝導性が低下し、ひいては素子全体の
応答速度を遅くする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の熱型赤外線検出
素子では、赤外線感知部と赤外線吸収層の間は、電気絶
縁性でかつ低熱伝導層によって分離されているため、以
下のような問題点が生ずる。 赤外線吸収層下部での２次元方向の熱伝導性が低く、
赤外線吸収層から温接点までの熱伝導速度が遅くなり、
この結果として赤外線検出素子の応答速度を低下させ
る。 赤外線吸収層下部での熱伝導速度の低下を防止するた
めに、赤外線吸収層の面積を小さくすると、赤外線吸収
エネルギーが小さくなり、出力信号を低下させる。 赤外線吸収層単層での赤外線吸収効率が必ずしも充分
でない。 上記の問題点により、出力信号を確保しながら熱型赤外
線検出素子の応答速度を向上させることは技術的に困難
であった。本発明の目的は、熱型赤外線検出素子の出力
信号を低下させず、また、赤外線検出素子の寸法を変更
することなく、赤外線検出素子の応答速度の向上を可能
にすることにある。
素子では、赤外線感知部と赤外線吸収層の間は、電気絶
縁性でかつ低熱伝導層によって分離されているため、以
下のような問題点が生ずる。 赤外線吸収層下部での２次元方向の熱伝導性が低く、
赤外線吸収層から温接点までの熱伝導速度が遅くなり、
この結果として赤外線検出素子の応答速度を低下させ
る。 赤外線吸収層下部での熱伝導速度の低下を防止するた
めに、赤外線吸収層の面積を小さくすると、赤外線吸収
エネルギーが小さくなり、出力信号を低下させる。 赤外線吸収層単層での赤外線吸収効率が必ずしも充分
でない。 上記の問題点により、出力信号を確保しながら熱型赤外
線検出素子の応答速度を向上させることは技術的に困難
であった。本発明の目的は、熱型赤外線検出素子の出力
信号を低下させず、また、赤外線検出素子の寸法を変更
することなく、赤外線検出素子の応答速度の向上を可能
にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検出素子
は特許請求の範囲に記載された内容、すなわち、半導体
基板から空洞を介して熱伝導性の低いダイアフラムまた
はメンブレンが形成され、このダイアフラムまたはメン
ブレン上に赤外線感知部と赤外線吸収層が形成されてい
る熱型赤外線検出素子において、赤外線感知部と赤外線
吸収層の間に熱伝導性の高い層（以下、高熱伝導層と記
す）を形成し、赤外線吸収層下部における赤外線吸収層
から温接点までの熱伝導速度を速くすることにより、赤
外線吸収層の２次元寸法を変えることなく応答速度の向
上を図るものである。また、高熱伝導性層が赤外線吸収
性に優れるか、または、赤外線反射性に優れる場合にお
いては、赤外線吸収効率と出力信号の向上を実現するこ
とが可能である。
は特許請求の範囲に記載された内容、すなわち、半導体
基板から空洞を介して熱伝導性の低いダイアフラムまた
はメンブレンが形成され、このダイアフラムまたはメン
ブレン上に赤外線感知部と赤外線吸収層が形成されてい
る熱型赤外線検出素子において、赤外線感知部と赤外線
吸収層の間に熱伝導性の高い層（以下、高熱伝導層と記
す）を形成し、赤外線吸収層下部における赤外線吸収層
から温接点までの熱伝導速度を速くすることにより、赤
外線吸収層の２次元寸法を変えることなく応答速度の向
上を図るものである。また、高熱伝導性層が赤外線吸収
性に優れるか、または、赤外線反射性に優れる場合にお
いては、赤外線吸収効率と出力信号の向上を実現するこ
とが可能である。
【００１０】この発明の赤外線検出素子においては、赤
外線感知部と赤外線吸収層の間に高熱伝導層を形成する
ことにより、赤外線吸収層の２次元寸法を変えることな
く、赤外線吸収層下部で赤外線吸収層から温接点までの
熱抵抗の低減、または、熱伝導性の向上により応答速度
が速くなる。
外線感知部と赤外線吸収層の間に高熱伝導層を形成する
ことにより、赤外線吸収層の２次元寸法を変えることな
く、赤外線吸収層下部で赤外線吸収層から温接点までの
熱抵抗の低減、または、熱伝導性の向上により応答速度
が速くなる。
【００１１】高熱伝導層が熱吸収に優れる層である場合
には、赤外線吸収層を透過してきた一部の赤外線は高熱
伝導層において吸収され、全体的に赤外線吸収率の向上
が可能となる。また、高熱伝導層が赤外線反射に優れる
層である場合には、赤外線吸収層を透過した赤外線の一
部が高熱伝導層において反射され、再び赤外線吸収層で
吸収されるから、赤外線吸収効率が向上し感度の向上が
図られる。
には、赤外線吸収層を透過してきた一部の赤外線は高熱
伝導層において吸収され、全体的に赤外線吸収率の向上
が可能となる。また、高熱伝導層が赤外線反射に優れる
層である場合には、赤外線吸収層を透過した赤外線の一
部が高熱伝導層において反射され、再び赤外線吸収層で
吸収されるから、赤外線吸収効率が向上し感度の向上が
図られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。 〈第１の実施の形態〉図１は、本発明の第１の実施の形
態を示す平面図（ａ）とＡ−Ａ’線断面図（ｂ）であ
る。マイクロマシニングにより表面加工されたサーモパ
イル型赤外線検出素子は、半導体基板１上に空洞部２を
介して形成した熱伝導性の低いダイアフラム３と、ダイ
アフラム３上にｐ型半導体４とｎ型半導体５からなる熱
電対を金属電極６により直列に複数組接続して形成した
ものである。
いて説明する。 〈第１の実施の形態〉図１は、本発明の第１の実施の形
態を示す平面図（ａ）とＡ−Ａ’線断面図（ｂ）であ
る。マイクロマシニングにより表面加工されたサーモパ
イル型赤外線検出素子は、半導体基板１上に空洞部２を
介して形成した熱伝導性の低いダイアフラム３と、ダイ
アフラム３上にｐ型半導体４とｎ型半導体５からなる熱
電対を金属電極６により直列に複数組接続して形成した
ものである。
【００１３】出力信号は温接点７と冷接点８間の温度差
に比例して取り出される。赤外線吸収層１３から吸収さ
れた入射赤外線は熱に変換され、熱の大部分は高熱伝導
層１４を伝導して温接点７に到達し、その後熱分離梁部
１０を伝導して冷接点８に到達する。この結果温接点７
と冷接点８間に温度差が生じる。ここで、温接点７と冷
接点８間の構造、寸法が変化しないものとすると、赤外
線吸収層１３から温接点７までの熱伝導性の良否が赤外
線検出素子の応答速度に大きな影響を与える。すなわ
ち、高熱伝導層１４を有することによって応答速度が速
くなる。
に比例して取り出される。赤外線吸収層１３から吸収さ
れた入射赤外線は熱に変換され、熱の大部分は高熱伝導
層１４を伝導して温接点７に到達し、その後熱分離梁部
１０を伝導して冷接点８に到達する。この結果温接点７
と冷接点８間に温度差が生じる。ここで、温接点７と冷
接点８間の構造、寸法が変化しないものとすると、赤外
線吸収層１３から温接点７までの熱伝導性の良否が赤外
線検出素子の応答速度に大きな影響を与える。すなわ
ち、高熱伝導層１４を有することによって応答速度が速
くなる。
【００１４】図１では、高熱伝導層１４と赤外線吸収層
１３の間に保護膜１５が介在するものについて示してい
る。また、高熱伝導層１４と電気絶縁層１２とが異なる
場合を示すが、高熱伝導層１４が電気絶縁性を兼ね備え
ている場合には、電気絶縁層１２は省略してもよい。さ
らに、素子がパッケージングにより保護されている場合
には、保護膜１５が不要となり高熱伝導層１４は、直接
赤外線吸収層１３に接していてもよい。
１３の間に保護膜１５が介在するものについて示してい
る。また、高熱伝導層１４と電気絶縁層１２とが異なる
場合を示すが、高熱伝導層１４が電気絶縁性を兼ね備え
ている場合には、電気絶縁層１２は省略してもよい。さ
らに、素子がパッケージングにより保護されている場合
には、保護膜１５が不要となり高熱伝導層１４は、直接
赤外線吸収層１３に接していてもよい。
【００１５】ダイアフラム３の面積が１２０μｍ□、赤
外線吸収層１３の面積が６０μｍ□の素子サイズを有
し、高熱伝導層１４の有無による熱時定数（飽和値の約
６３％のときの時間）の値を比較すると、高熱伝導層１
４がある場合には高熱伝導層１４がない場合に比べて熱
時定数が約１０％強改善される。このことから明らかな
ように、高熱伝導層１４を有することにより、素子の寸
法を変えることなく、応答速度が向上していることがわ
かる。ここでは、応答速度の点で比較的優れるサーモパ
イル型赤外線検出素子について例示したが、他の熱型赤
外線検出素子についても同様のことが言える。要する
に、吸収された赤外線が熱に変換され、熱が直ちに赤外
線感知部に伝導されることが必要で、このためには、熱
抵抗を小さくするか熱コンダクタンスを大きくすること
である。高熱伝導層１４の材料としてはアルミニウム、
金などの金属やＳｉなどが考えられるが金属が特に好ま
しい。図１では、高熱伝導層１４が絶縁層１１、１２の
間に挾まれた構造としたのは、電気的絶縁性を確保する
ためである。
外線吸収層１３の面積が６０μｍ□の素子サイズを有
し、高熱伝導層１４の有無による熱時定数（飽和値の約
６３％のときの時間）の値を比較すると、高熱伝導層１
４がある場合には高熱伝導層１４がない場合に比べて熱
時定数が約１０％強改善される。このことから明らかな
ように、高熱伝導層１４を有することにより、素子の寸
法を変えることなく、応答速度が向上していることがわ
かる。ここでは、応答速度の点で比較的優れるサーモパ
イル型赤外線検出素子について例示したが、他の熱型赤
外線検出素子についても同様のことが言える。要する
に、吸収された赤外線が熱に変換され、熱が直ちに赤外
線感知部に伝導されることが必要で、このためには、熱
抵抗を小さくするか熱コンダクタンスを大きくすること
である。高熱伝導層１４の材料としてはアルミニウム、
金などの金属やＳｉなどが考えられるが金属が特に好ま
しい。図１では、高熱伝導層１４が絶縁層１１、１２の
間に挾まれた構造としたのは、電気的絶縁性を確保する
ためである。
【００１６】高熱伝導層１４は、高熱伝導層１４中の電
子と入射赤外線が相互干渉を引き起こす程度の厚さを有
する場合、例えば高熱伝導層１４として厚さ約60ｎｍの
ＮｉＣｒの場合、高熱伝導層１４そのものの熱吸収率が
高くなるため、赤外線吸収層１３を透過した赤外線がＮ
ｉＣｒ層で吸収され、全体的な赤外線吸収率を高くす
る。一方、高熱伝導層１４がアルミニウム、金などの赤
外線反射性に優れる材料のときは、赤外線吸収層１３を
透過した赤外線は、アルミニウムなどの層によって反射
されたのち再び赤外線吸収層１３に入射吸収され、全体
的に赤外線吸収率を高める。層間膜の厚さを赤外線の波
長に適合させて制御することによって、赤外線吸収効率
を高めてもよく、赤外線吸収効率の向上は素子の感度を
向上させることが可能である。
子と入射赤外線が相互干渉を引き起こす程度の厚さを有
する場合、例えば高熱伝導層１４として厚さ約60ｎｍの
ＮｉＣｒの場合、高熱伝導層１４そのものの熱吸収率が
高くなるため、赤外線吸収層１３を透過した赤外線がＮ
ｉＣｒ層で吸収され、全体的な赤外線吸収率を高くす
る。一方、高熱伝導層１４がアルミニウム、金などの赤
外線反射性に優れる材料のときは、赤外線吸収層１３を
透過した赤外線は、アルミニウムなどの層によって反射
されたのち再び赤外線吸収層１３に入射吸収され、全体
的に赤外線吸収率を高める。層間膜の厚さを赤外線の波
長に適合させて制御することによって、赤外線吸収効率
を高めてもよく、赤外線吸収効率の向上は素子の感度を
向上させることが可能である。
【００１７】〈第２の実施の形態〉図２は、本発明の第
２の実施の形態を示す平面図（ａ）とＢ−Ｂ’線断面図
（ｂ）である。第１の実施の形態と異なる部分について
説明する。本実施の形態は、高熱伝導層１４が温接点７
の内側近傍まで接近しているが、温接点７の上部を覆っ
ていない点、及び、絶縁層１２が保護膜としての機能を
兼ねている点で相違がある。こうすることによって、第
１の実施の形態における保護膜１５が不要になる。結果
的には熱容量を低減し応答速度の向上に寄与することが
できる。
２の実施の形態を示す平面図（ａ）とＢ−Ｂ’線断面図
（ｂ）である。第１の実施の形態と異なる部分について
説明する。本実施の形態は、高熱伝導層１４が温接点７
の内側近傍まで接近しているが、温接点７の上部を覆っ
ていない点、及び、絶縁層１２が保護膜としての機能を
兼ねている点で相違がある。こうすることによって、第
１の実施の形態における保護膜１５が不要になる。結果
的には熱容量を低減し応答速度の向上に寄与することが
できる。
【００１８】〈第３の実施の形態〉図３は、本発明の第
３の実施の形態を示す平面図（ａ）とＣ−Ｃ’線断面図
（ｂ）である。第２の実施の形態と異なる部分について
説明する。本実施の形態は、高熱伝導層１４が直接、ダ
イアフラムまたはメンブレン３と接している場合であ
る。第２の実施の形態と同様の効果が期待される。ま
た、ダイアフラム３に接することにより素子の平坦性が
良くなる。シリコンの半導体基板１ではダイアフラム３
に窒化物、絶縁層１１、１２に酸化物を使用する場合が
ある。このときには窒化物の熱伝導度は酸化物の熱伝導
度より大きいため、それだけ応答速度の向上が期待でき
るが高熱伝導層１４ほどには向上しない。
３の実施の形態を示す平面図（ａ）とＣ−Ｃ’線断面図
（ｂ）である。第２の実施の形態と異なる部分について
説明する。本実施の形態は、高熱伝導層１４が直接、ダ
イアフラムまたはメンブレン３と接している場合であ
る。第２の実施の形態と同様の効果が期待される。ま
た、ダイアフラム３に接することにより素子の平坦性が
良くなる。シリコンの半導体基板１ではダイアフラム３
に窒化物、絶縁層１１、１２に酸化物を使用する場合が
ある。このときには窒化物の熱伝導度は酸化物の熱伝導
度より大きいため、それだけ応答速度の向上が期待でき
るが高熱伝導層１４ほどには向上しない。
【００１９】〈第４の実施の形態〉図４は、本発明の第
４の実施の形態を示す平面図（ａ）とＤ−Ｄ’線断面図
（ｂ）である。第３の実施の形態と異なる部分について
説明する。赤外線吸収層１３下部の絶縁層１１と１２の
一部をフォトリソグラフィ技術を用いて除去し、高熱伝
導層１４を直接、ダイアフラム３の上に形成する。この
とき、図４のように、高熱伝導層１４が温接点７を覆う
ように形成すると、熱伝導面積が増加して熱伝導を容易
にする。本実施の形態による効果は、赤外線吸収層１３
の下部に絶縁層１１、１２の一部を除去しているため熱
容量が低減し、それだけ応答速度の向上が図られる。
４の実施の形態を示す平面図（ａ）とＤ−Ｄ’線断面図
（ｂ）である。第３の実施の形態と異なる部分について
説明する。赤外線吸収層１３下部の絶縁層１１と１２の
一部をフォトリソグラフィ技術を用いて除去し、高熱伝
導層１４を直接、ダイアフラム３の上に形成する。この
とき、図４のように、高熱伝導層１４が温接点７を覆う
ように形成すると、熱伝導面積が増加して熱伝導を容易
にする。本実施の形態による効果は、赤外線吸収層１３
の下部に絶縁層１１、１２の一部を除去しているため熱
容量が低減し、それだけ応答速度の向上が図られる。
【００２０】〈第５の実施の形態〉図５は、本発明の第
５の実施の形態を示す平面図（ａ）とＥ−Ｅ’線断面図
（ｂ）及び（ｃ）である。第１の実施の形態〜第４の実
施の形態と異なる部分について説明する。本実施の形態
の特徴は、金属電極６が高熱伝導層としての役割を担
い、各熱電対の組毎に、分離分割された面積の広い金属
電極６を有するものである。例えば、金属電極６にアル
ミニウムを用いれば、熱伝導と赤外線反射に優れるため
応答速度と感度の両面の性能向上が可能となる。図５
（ｂ）は、金属電極６が赤外線吸収層１３下部の絶縁層
１１、１２の間に挾まれたもの、図５（ｃ）は、絶縁層
１１の下部が除去されている場合であり熱容量が低減さ
れる。
５の実施の形態を示す平面図（ａ）とＥ−Ｅ’線断面図
（ｂ）及び（ｃ）である。第１の実施の形態〜第４の実
施の形態と異なる部分について説明する。本実施の形態
の特徴は、金属電極６が高熱伝導層としての役割を担
い、各熱電対の組毎に、分離分割された面積の広い金属
電極６を有するものである。例えば、金属電極６にアル
ミニウムを用いれば、熱伝導と赤外線反射に優れるため
応答速度と感度の両面の性能向上が可能となる。図５
（ｂ）は、金属電極６が赤外線吸収層１３下部の絶縁層
１１、１２の間に挾まれたもの、図５（ｃ）は、絶縁層
１１の下部が除去されている場合であり熱容量が低減さ
れる。
【００２１】なお、上記各実施の形態は、単素子のみへ
の適用に限定されることなくアレイの構成にも適用する
ことが可能である。
の適用に限定されることなくアレイの構成にも適用する
ことが可能である。
【００２２】
【発明の効果】本発明の実施により、熱型赤外線検出素
子の赤外線感知部と赤外線吸収層の間に高熱伝導層を有
することにより、赤外線吸収から温接点間の熱伝導性を
高め、赤外線吸収層下部での熱時定数を小さくすること
ができる。この結果、出力信号を確保して応答速度を向
上した熱型赤外線検出素子を低価格で提供することがで
きる。ここで、高熱伝導層が電気絶縁性を有している場
合には熱容量を低減することができ、応答速度のさらな
る向上が可能である。また、高熱伝導層が赤外線吸収能
の優れた層である場合には、赤外線吸収層を透過した赤
外線を再度吸収し赤外線吸収率の向上が可能となり、赤
外線検出素子の感度が向上する。高熱伝導層が赤外線反
射に優れる層である場合には、赤外線吸収層を透過した
赤外線を反射し、赤外線吸収層で再度吸収する。この結
果、赤外線吸収効率の向上が可能となり、赤外線検出素
子の感度が向上する。
子の赤外線感知部と赤外線吸収層の間に高熱伝導層を有
することにより、赤外線吸収から温接点間の熱伝導性を
高め、赤外線吸収層下部での熱時定数を小さくすること
ができる。この結果、出力信号を確保して応答速度を向
上した熱型赤外線検出素子を低価格で提供することがで
きる。ここで、高熱伝導層が電気絶縁性を有している場
合には熱容量を低減することができ、応答速度のさらな
る向上が可能である。また、高熱伝導層が赤外線吸収能
の優れた層である場合には、赤外線吸収層を透過した赤
外線を再度吸収し赤外線吸収率の向上が可能となり、赤
外線検出素子の感度が向上する。高熱伝導層が赤外線反
射に優れる層である場合には、赤外線吸収層を透過した
赤外線を反射し、赤外線吸収層で再度吸収する。この結
果、赤外線吸収効率の向上が可能となり、赤外線検出素
子の感度が向上する。
【００２３】第２の実施の形態の特有の効果は、第１の
実施の形態の保護膜が省略されているため、熱容量が低
減し応答速度の向上が可能となる。また、温接点上部に
高熱伝導層が重複しないため素子の平坦性が優れる。
実施の形態の保護膜が省略されているため、熱容量が低
減し応答速度の向上が可能となる。また、温接点上部に
高熱伝導層が重複しないため素子の平坦性が優れる。
【００２４】第３の実施の形態の特有の効果は、第２の
実施の形態における高熱伝導層が、直接ダイアフラムに
接しているため、絶縁層より熱伝導度の高い材料がダイ
アフラムに用いられる場合、例えば、シリコン基板を用
いたとき、酸化物の絶縁層に対して窒化物のダイアフラ
ムが用いられると、熱伝導性が僅かではあるがよくな
り、応答速度の向上に寄与する。
実施の形態における高熱伝導層が、直接ダイアフラムに
接しているため、絶縁層より熱伝導度の高い材料がダイ
アフラムに用いられる場合、例えば、シリコン基板を用
いたとき、酸化物の絶縁層に対して窒化物のダイアフラ
ムが用いられると、熱伝導性が僅かではあるがよくな
り、応答速度の向上に寄与する。
【００２５】第４の実施の形態の特有の効果は、赤外線
吸収層下部の絶縁層が除去されているため、熱容量が低
減され応答速度が向上する。
吸収層下部の絶縁層が除去されているため、熱容量が低
減され応答速度が向上する。
【００２６】第５の実施の形態の特有の効果は、第１の
実施の形態〜第４の実施の形態に比べ金属電極が高熱伝
導性を兼ね備えているため、熱容量の低減に加えて、さ
らに高熱伝導層を別に形成する必要がなく工程が短縮さ
れる。
実施の形態〜第４の実施の形態に比べ金属電極が高熱伝
導性を兼ね備えているため、熱容量の低減に加えて、さ
らに高熱伝導層を別に形成する必要がなく工程が短縮さ
れる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す平面図（ａ）
と断面図（ｂ）である。
と断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す平面図（ａ）
と断面図（ｂ）である。
と断面図（ｂ）である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す平面図（ａ）
と断面図（ｂ）である。
と断面図（ｂ）である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す平面図（ａ）
と断面図（ｂ）である。
と断面図（ｂ）である。
【図５】本発明の第５の実施の形態を示す平面図（ａ）
及び断面図（ｂ）、（ｃ）である。
及び断面図（ｂ）、（ｃ）である。
【図６】従来例を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）であ
る。
る。
１…半導体基板 ２…空洞部 ３…ダイアフラム ４…ｐ型半導体 ５…ｎ型半導体 ６…金属電極 ７…温接点 ８…冷接点 ９…エッチング穴 １０…熱分離梁部 １１…絶縁層 １２絶縁層 １３…赤外線吸収層 １４…高熱伝導層 １５…保護膜
Claims (6)
- 【請求項１】半導体基板の一主面に形成された空洞部
と、 前記半導体基板から前記空洞部を介して形成された熱伝
導性の低いダイアフラムまたはメンブレンと、 該ダイアフラムまたはメンブレン上に設けた赤外線感知
部と、 該赤外線感知部の上部に設けた赤外線の吸収能を有する
赤外線吸収層と、 前記赤外線感知部と前記赤外線吸収層の間に高熱伝導層
を有することを特徴とする赤外線検出素子。 - 【請求項２】前記高熱伝導層は、赤外線吸収性材料から
なることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出素子。 - 【請求項３】前記高熱伝導層は、赤外線反射性材料から
なることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出素子。 - 【請求項４】前記高熱伝導層は、金属材料膜からなるこ
とを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載
の赤外線検出素子。 - 【請求項５】前記高熱伝導層は、金属電極を兼ねること
を特徴とする請求項４記載の赤外線検出素子。 - 【請求項６】前記赤外線感知部は、サーモパイル型であ
ることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に
記載の赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28970995A JP3339276B2 (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28970995A JP3339276B2 (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 赤外線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09133578A true JPH09133578A (ja) | 1997-05-20 |
| JP3339276B2 JP3339276B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=17746741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28970995A Expired - Lifetime JP3339276B2 (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3339276B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6870086B2 (en) | 2001-06-11 | 2005-03-22 | Denso Corporation | Thermo pile infrared ray sensor manufactured with screen print and method thereof |
| JP2010261908A (ja) * | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Geomatec Co Ltd | レーザーパワーセンサ |
| JP4828534B2 (ja) * | 2004-06-09 | 2011-11-30 | パーキンエルマー テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コー． カーゲー | センサ素子 |
| JP2015055600A (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社リコー | 熱型赤外線センサー |
| JP2015118078A (ja) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | エクセリタス テクノロジーズ シンガポール プライヴェート リミテッド | 半導体基板上に傘型吸収体を備えるサーモパイル・ピクセルの製造のためのｃｍｏｓ集積方法 |
| US9324760B2 (en) | 2014-01-21 | 2016-04-26 | Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd | CMOS integrated method for fabrication of thermopile pixel on semiconductor substrate with buried insulation regions |
| US9373772B2 (en) | 2014-01-15 | 2016-06-21 | Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd. | CMOS integrated method for the release of thermopile pixel on a substrate by using anisotropic and isotropic etching |
| CN108701747A (zh) * | 2016-02-18 | 2018-10-23 | 法国国家科学研究中心 | 热电装置 |
| WO2022224879A1 (ja) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | 国立大学法人東京大学 | センサ素子及びセンサ装置 |
| WO2023105577A1 (ja) * | 2021-12-06 | 2023-06-15 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | センサ、撮像装置、および電子機器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102564601A (zh) * | 2010-12-22 | 2012-07-11 | 精工爱普生株式会社 | 热式光检测装置、电子设备、热式光检测器及其制造方法 |
-
1995
- 1995-11-08 JP JP28970995A patent/JP3339276B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6870086B2 (en) | 2001-06-11 | 2005-03-22 | Denso Corporation | Thermo pile infrared ray sensor manufactured with screen print and method thereof |
| JP4828534B2 (ja) * | 2004-06-09 | 2011-11-30 | パーキンエルマー テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コー． カーゲー | センサ素子 |
| JP2010261908A (ja) * | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Geomatec Co Ltd | レーザーパワーセンサ |
| US9500529B2 (en) | 2013-09-13 | 2016-11-22 | Ricoh Company, Ltd. | Thermal-type infrared sensor and image forming apparatus |
| EP2857814A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-04-08 | Ricoh Company Ltd. | Thermal-type infrared sensor and image forming apparatus |
| JP2015055600A (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社リコー | 熱型赤外線センサー |
| JP2015118078A (ja) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | エクセリタス テクノロジーズ シンガポール プライヴェート リミテッド | 半導体基板上に傘型吸収体を備えるサーモパイル・ピクセルの製造のためのｃｍｏｓ集積方法 |
| US9219185B2 (en) | 2013-12-19 | 2015-12-22 | Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd | CMOS integrated method for the fabrication of thermopile pixel with umbrella absorber on semiconductor substrate |
| US9373772B2 (en) | 2014-01-15 | 2016-06-21 | Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd. | CMOS integrated method for the release of thermopile pixel on a substrate by using anisotropic and isotropic etching |
| US9324760B2 (en) | 2014-01-21 | 2016-04-26 | Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd | CMOS integrated method for fabrication of thermopile pixel on semiconductor substrate with buried insulation regions |
| CN108701747A (zh) * | 2016-02-18 | 2018-10-23 | 法国国家科学研究中心 | 热电装置 |
| CN108701747B (zh) * | 2016-02-18 | 2022-04-01 | 法国国家科学研究中心 | 热电装置 |
| WO2022224879A1 (ja) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | 国立大学法人東京大学 | センサ素子及びセンサ装置 |
| WO2023105577A1 (ja) * | 2021-12-06 | 2023-06-15 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | センサ、撮像装置、および電子機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3339276B2 (ja) | 2002-10-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3514681B2 (ja) | 赤外線検出器 | |
| JP2834202B2 (ja) | 赤外線検出器 | |
| KR100343869B1 (ko) | 고감도 열 분리 구조를 구비한 열형 적외선 검출기 | |
| US6690014B1 (en) | Microbolometer and method for forming | |
| US5021663A (en) | Infrared detector | |
| JP3921320B2 (ja) | 熱型赤外線検出器およびその製造方法 | |
| US6144030A (en) | Advanced small pixel high fill factor uncooled focal plane array | |
| US7442934B2 (en) | Bolometric detector, device for detecting submillimetric and millimetric electromagnetic waves that uses such a detector | |
| US7544942B2 (en) | Thermal detector for electromagnetic radiation and infrared detection device using such detectors | |
| EP1333504B1 (en) | Monolithically-integrated infrared sensor | |
| JP3097591B2 (ja) | 熱型赤外線検出素子 | |
| AU2001278843A1 (en) | Microbolometer and method for forming | |
| JP3339276B2 (ja) | 赤外線検出素子 | |
| JP3604130B2 (ja) | 熱型赤外線検出素子およびその製造方法ならびに熱型赤外線検出素子アレイ | |
| JP2005043381A (ja) | 熱型赤外線検出器およびその製造方法 | |
| JP3580126B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2001272271A (ja) | 赤外線センサ | |
| KR100539395B1 (ko) | 2층 구조의 비냉각형 적외선 센서 | |
| JP2000321125A (ja) | 赤外線センサ素子 | |
| JPH06137943A (ja) | 熱型赤外線センサ | |
| JP3385762B2 (ja) | 赤外線検知素子 | |
| JP3775830B2 (ja) | 赤外線検出素子 | |
| CN113432726A (zh) | 一种具有组合柱状结构的红外探测器 | |
| JP2004093535A (ja) | 熱型赤外線固体撮像装置およびその製造方法 | |
| JPH11258041A (ja) | サーモパイル型赤外線センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080816 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080816 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090816 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090816 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100816 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110816 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120816 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120816 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130816 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140816 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |