JPH11191644A - Infrared sensing element - Google Patents
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- JPH11191644A JPH11191644A JP9359246A JP35924697A JPH11191644A JP H11191644 A JPH11191644 A JP H11191644A JP 9359246 A JP9359246 A JP 9359246A JP 35924697 A JP35924697 A JP 35924697A JP H11191644 A JPH11191644 A JP H11191644A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、照射赤外線による
発熱を熱起電力を介して検出するメンブレン構造の赤外
線検知素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared detecting element having a membrane structure for detecting heat generated by irradiation infrared rays through a thermoelectromotive force.
【０００２】[0002]
【従来の技術】メンブレン構造の赤外線検知素子とし
て、例えば特開平８−８８３７６号公報に開示されたも
のが知られている。この赤外線検知素子では、図４に示
すように基板２０１に凹部２０１Ａを形成し、凹部２０
１Ａを覆うようにメンブレンＭＢを設けている。メンブ
レンＭＢには４つの孔２０２が開口され、メンブレンＭ
Ｂは孔２０２の間に形成された４つの梁２０３により支
持されている。梁２０３にはそれぞれｎ型ポリシリコン
配線２０４およびｐ型ポリシリコン配線２０５が形成さ
れ、これらを互いに接続することにより、４対の熱電対
を直列接続してなるサーモパイルが形成される。メンブ
レンＭＢの中央部分には赤外線を吸収する吸収層２０６
が設けられ、吸収層２０６の温度上昇によってサーモパ
イルに熱起電力が生ずるように構成されている。2. Description of the Related Art As an infrared detecting element having a membrane structure, for example, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-88376 is known. In this infrared detecting element, a recess 201A is formed in a substrate 201 as shown in FIG.
A membrane MB is provided so as to cover 1A. Four holes 202 are opened in the membrane MB, and the membrane M
B is supported by four beams 203 formed between the holes 202. An n-type polysilicon wiring 204 and a p-type polysilicon wiring 205 are formed on the beam 203, respectively. By connecting these to each other, a thermopile formed by connecting four pairs of thermocouples in series is formed. An absorption layer 206 for absorbing infrared rays is provided at the center of the membrane MB.
Is provided, and a thermoelectromotive force is generated in the thermopile by a rise in the temperature of the absorption layer 206.
【０００３】図４に示すようなメンブレン構造を採るの
は、吸収層２０６で発生する熱がすぐに基板２０１に逃
げないようにして、サーモパイルの温接点と冷接点との
温度差を拡大し、サーモパイルの熱起電力を大きくする
ことにより赤外線の検知感度を高めるためである。The use of a membrane structure as shown in FIG. 4 is to prevent the heat generated in the absorption layer 206 from escaping immediately to the substrate 201 and to increase the temperature difference between the hot junction and the cold junction of the thermopile. This is for increasing the detection sensitivity of infrared rays by increasing the thermoelectromotive force of the thermopile.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述のようなメンブレ
ン構造を採用することにより、吸収層２０６で発生する
熱が基板２０１に伝わりにくくすることができるが、さ
らに熱の伝達を抑制するためには梁を介しての熱伝導を
抑制する必要がある。By adopting the above-mentioned membrane structure, the heat generated in the absorbing layer 206 can be hardly transmitted to the substrate 201. However, in order to further suppress the heat transmission, It is necessary to suppress heat conduction through the beams.
【０００５】本発明の目的は、メンブレン構造を採る赤
外線検知素子の検知感度を向上させることにある。An object of the present invention is to improve the detection sensitivity of an infrared detecting element having a membrane structure.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】実施の形態を示す図１お
よび図２に対応づけて説明すると、請求項１に記載の発
明は、凹部１Ａが形成された基板１と、凹部１Ａを覆う
メンブレンＭＢと、メンブレンＭＢに形成された赤外線
吸収部７と、メンブレンＭＢと基板１との間に架け渡さ
れ、メンブレンＭＢを支持する複数の梁１６Ａ〜１６Ｄ
と、２つの物質１１、１２を電気的に接合してなる熱電
対とを備え、複数の梁１６Ａ〜１６Ｄの一の梁１６Ａに
は熱電対を構成する２つの物質のうちの一の物質１１の
みを配置することを特徴とする。請求項２に記載の発明
は、請求項１に記載の赤外線検知素子において、一の梁
１６Ａに、一の物質１１を複数並列して配置したもので
ある。請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記
載の赤外線検知素子において、熱電対を構成する２つの
物質としてＰ型ポリシリコン１２およびｎ型ポリシリコ
ン１１を用いるものである。The present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 showing an embodiment. A substrate 1 having a concave portion 1A and a membrane covering the concave portion 1A are provided. MB, an infrared absorbing portion 7 formed on the membrane MB, and a plurality of beams 16A to 16D which are bridged between the membrane MB and the substrate 1 and support the membrane MB.
And a thermocouple formed by electrically connecting the two substances 11 and 12 to each other. One of the two substances constituting the thermocouple is provided on one beam 16A of the plurality of beams 16A to 16D. It is characterized in that only one is arranged. According to a second aspect of the present invention, in the infrared detecting element according to the first aspect, a plurality of one substances 11 are arranged in parallel on one beam 16A. According to a third aspect of the present invention, in the infrared sensing element according to the first or second aspect, a P-type polysilicon 12 and an n-type polysilicon 11 are used as two substances constituting a thermocouple.
【０００７】[0007]
【発明の効果】請求項１および３に記載の発明によれ
ば、複数の梁のうちの一には熱電対を構成する２つの物
質のうちの一の物質のみを配置するので、梁の幅を縮小
することにより梁の断面積を小さくして赤外線の検知感
度を向上することができる。請求項２に記載の発明によ
れば、複数の梁のうちの一に、一の物質を複数並列して
配置したので、熱電対を複数直列接続することにより赤
外線の検知感度を向上することができる。According to the first and third aspects of the present invention, only one of the two materials constituting the thermocouple is arranged on one of the plurality of beams, so that the width of the beam is reduced. Is reduced, the cross-sectional area of the beam is reduced, and the detection sensitivity of infrared rays can be improved. According to the second aspect of the present invention, since a plurality of one substance is arranged in parallel on one of the plurality of beams, it is possible to improve infrared detection sensitivity by connecting a plurality of thermocouples in series. it can.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】−第１の実施の形態− 以下、図１および図２を用いて、本発明による赤外線検
知素子の第１の実施の形態について説明する。第１の実
施の形態の赤外線素子を、例えば、１つの基板上にマト
リクス状に多数配列することにより、被写体から放射さ
れる赤外線を捉えて被写体を２次元的な像として撮像す
ることができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment A first embodiment of an infrared detecting element according to the present invention will be described below with reference to FIGS. By arranging a large number of the infrared elements of the first embodiment in, for example, a matrix on one substrate, it is possible to capture infrared light emitted from the subject and capture the subject as a two-dimensional image.
【０００９】図１は第１の実施の形態の赤外線検知素子
の構成要素の配置を示す正面図、図２は図１のII−II線
における断面図である。図１において、１はシリコン等
からなる基板であり、図２に示す点Ｔを頂点とし、図２
において上方向に向けて断面が拡大する四角錐形状を呈
する凹部１Ａが形成されている。この凹部１Ａは後述す
るメンブレンＭＢをシリコン基板１から熱的に分離する
ことにより、センサの感度を高めるためのものであり、
図２において基板１の上面に相当する基板主表面（（１
００）面）からの異方性エッチングにより形成される。FIG. 1 is a front view showing the arrangement of components of the infrared detecting element according to the first embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a substrate made of silicon or the like, having a point T shown in FIG.
A concave portion 1 </ b> A having a quadrangular pyramid shape whose cross section increases in the upward direction is formed. The concave portion 1A is for thermally separating a membrane MB described later from the silicon substrate 1 to increase the sensitivity of the sensor.
In FIG. 2, the substrate main surface ((1
(00) plane).
【００１０】図２において、ＭＢは凹部１Ａを覆うよう
に基板１の主表面に沿って略平板状に形成されたメンブ
レン（膜）である。図１に示すように、メンブレンＭＢ
にはエッチング孔２が４つ開口され、メンブレンＭＢで
仕切られる凹部１Ａの内部空間と、図２における上方の
外部空間とがエッチング孔２を介して互いに連通してい
る。後述するように、エッチング孔２は、凹部１Ａを形
成するためのシリコン基板１のエッチング工程におい
て、エッチング液をシリコン基板１に到達させるために
用いられる。エッチング孔２が形成されている結果、図
１に示すように、メンブレンＭＢは矩形状の中央部分１
５と、中央部分１５と基板１との間に架け渡され、中央
部分１５を支持する４本の梁１６Ａ〜１６Ｄとから構成
される。In FIG. 2, MB is a membrane (film) formed substantially along the main surface of the substrate 1 so as to cover the recess 1A. As shown in FIG. 1, the membrane MB
In FIG. 2, four etching holes 2 are opened, and the internal space of the concave portion 1A partitioned by the membrane MB and the upper external space in FIG. As will be described later, the etching hole 2 is used to allow the etchant to reach the silicon substrate 1 in the step of etching the silicon substrate 1 for forming the concave portion 1A. As a result of the formation of the etching holes 2, as shown in FIG. 1, the membrane MB has a rectangular central portion 1.
5 and four beams 16 </ b> A to 16 </ b> D that bridge the central portion 15 and support the central portion 15.
【００１１】図１および図２に示すように、メンブレン
ＭＢは窒化膜（ＳｉＮ膜）３、酸化膜（ＳｉＯ2 膜）
４、酸化膜（ＳｉＯ2 膜）５、保護膜６、吸収膜７、ｎ
型ポリシリコン配線１１（図１、図２）、ｐ型ポリシリ
コン配線１２（図１）、およびアルミニウム配線１３ａ
〜１３ｄ（図１、図２）を備える。As shown in FIGS. 1 and 2, the membrane MB is composed of a nitride film (SiN film) 3 and an oxide film (SiO 2 film).
4, oxide film (SiO 2 film) 5, protective film 6, absorption film 7, n
-Type polysilicon wiring 11 (FIGS. 1 and 2), p-type polysilicon wiring 12 (FIG. 1), and aluminum wiring 13a
To 13d (FIGS. 1 and 2).
【００１２】図２に示すように、メンブレンＭＢの最下
層、すなわち基板１のすぐ上層には窒化膜３がメンブレ
ンＭＢの全領域にわたり形成されている。また、窒化膜
３の上には、図１および図２に示すように梁１６Ａおよ
び梁１６Ｂの部分において並列に３本のｎ型ポリシリコ
ン配線１１が、梁１６Ｃおよび梁１６Ｄの部分において
並列に３本のｐ型ポリシリコン配線１２がそれぞれ形成
されている。As shown in FIG. 2, a nitride film 3 is formed on the lowermost layer of the membrane MB, ie, immediately above the substrate 1, over the entire area of the membrane MB. On the nitride film 3, three n-type polysilicon wirings 11 are connected in parallel at the beams 16A and 16B, as shown in FIGS. 1 and 2, and are connected in parallel at the beams 16C and 16D. Three p-type polysilicon wirings 12 are formed respectively.
【００１３】図２に示すように、窒化膜３、ｎ型ポリシ
リコン配線１１あるいはｐ型ポリシリコン配線１２の上
層には酸化膜４が設けられている。酸化膜４には図１に
示す温接点ＨＰ、冷接点ＣＰおよび接続部１８の部分に
おいて電気的な接続を確保するための開口（コンタクト
ホール）が形成されるとともに、酸化膜４の上からｎ型
ポリシリコン配線１１あるいはｐ型ポリシリコン配線１
２と接続される６本のアルミニウム配線１３ａおよび５
本のアルミニウム配線１３ｂが形成されている。図１の
アルミニウム配線１３ｃはアルミニウム配線１３ｂより
も上層に配置されており、アルミニウム配線１３ｃとア
ルミニウム配線１３ｂとの間には絶縁層としての酸化膜
５が設けられる。As shown in FIG. 2, an oxide film 4 is provided above the nitride film 3, the n-type polysilicon wiring 11 or the p-type polysilicon wiring 12. Openings (contact holes) for ensuring electrical connection are formed in the oxide film 4 at the hot junction HP, the cold junction CP, and the connection portion 18 shown in FIG. -Type polysilicon wiring 11 or p-type polysilicon wiring 1
6 aluminum wirings 13a and 5 connected to 2
The aluminum wiring 13b is formed. Aluminum wiring 13c in FIG. 1 is arranged in a layer above aluminum wiring 13b, and an oxide film 5 as an insulating layer is provided between aluminum wiring 13c and aluminum wiring 13b.
【００１４】アルミニウム配線１３ａはメンブレンＭＢ
の中央部分１５において配設され、それぞれｎ型ポリシ
リコン配線１１とｐ型ポリシリコン配線１２との間を接
続している。アルミニウム配線１３ａとｎ型ポリシリコ
ン配線１１と、およびアルミニウム配線１３ａとｐ型ポ
リシリコン配線１２との接点は、それぞれ温接点ＨＰを
構成する。The aluminum wiring 13a is made of a membrane MB
And connects between the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring 12, respectively. The contacts between the aluminum wiring 13a and the n-type polysilicon wiring 11 and the contact between the aluminum wiring 13a and the p-type polysilicon wiring 12 respectively constitute a hot junction HP.
【００１５】一方、アルミニウム配線１３ｂおよび１３
ｃはエッチングされずに基板１の主表面が残された凹部
１Ａよりも外側の領域に配置され、ｎ型ポリシリコン配
線１１とｐ型ポリシリコン配線１２との間を接続してい
る。アルミニウム配線１３ｂとｎ型ポリシリコン配線１
１と、およびアルミニウム配線１３ｂとｐ型ポリシリコ
ン配線１２との接点は、それぞれ冷接点ＣＰを構成す
る。On the other hand, aluminum wirings 13b and 13
c is disposed in a region outside the concave portion 1A where the main surface of the substrate 1 is left without being etched, and connects between the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring 12. Aluminum wiring 13b and n-type polysilicon wiring 1
1 and the contact between the aluminum wiring 13b and the p-type polysilicon wiring 12 constitute a cold junction CP.
【００１６】図１に示すように、それぞれ全部で６本あ
るｎ型ポリシリコン配線１１およびｐ型ポリシリコン配
線１２はアルミニウム配線１３ａ〜１３ｃを介して直列
に接続され、これにより６対の熱電対を互いに直列接続
したサーモパイルが構成される。このように複数の熱電
対を直列接続することにより、熱起電力を増大させ、赤
外線検知素子の感度を高めることができる。As shown in FIG. 1, a total of six n-type polysilicon wirings 11 and p-type polysilicon wirings 12 are connected in series via aluminum wirings 13a to 13c, thereby forming six pairs of thermocouples. Are connected in series to each other to form a thermopile. By connecting a plurality of thermocouples in series in this manner, the thermoelectromotive force can be increased, and the sensitivity of the infrared detecting element can be increased.
【００１７】図２に示す保護膜６は、例えばプラズマＳ
ｉＮ等からなり、メンブレンＭＢの全領域に渡って設け
られている。さらに、メンブレンＭＢの中央部分１５に
おいて吸収層７が保護膜６上に形成されている。吸収層
７は、中央部分１５に照射された赤外線のエネルギーを
効率よく熱に変換できるように、例えば金黒（Ａｕ−Ｂ
ｌａｃｋ）等の赤外線の吸収率の高い材質からなる。図
１に示すように、吸収層７を温接点ＨＰにかかように形
成することにより、赤外線の照射によって温接点ＨＰと
冷接点ＣＰとの間に温度差を生み出すように構成されて
いる。The protective film 6 shown in FIG.
It is made of iN or the like, and is provided over the entire area of the membrane MB. Further, the absorption layer 7 is formed on the protective film 6 in the central portion 15 of the membrane MB. The absorbing layer 7 is made of, for example, gold-black (Au-B) so that the infrared energy applied to the central portion 15 can be efficiently converted into heat.
lac) and other materials having a high infrared absorptivity. As shown in FIG. 1, by forming the absorbing layer 7 on the hot junction HP like this, it is configured to generate a temperature difference between the hot junction HP and the cold junction CP by irradiating infrared rays.
【００１８】次に、以上のように構成された第１の実施
の形態の赤外線検知素子の動作について説明する。図２
において上方から吸収層７に赤外線が照射されると、吸
収層７の部分（中央部分１５）の温度が上昇し、熱伝導
によって温接点ＨＰに熱が伝えられ温接点ＨＰの温度を
上昇させる。上述のようにメンブレンＭＢの中央部分１
５は基板１から中吊りの状態とされているため、基板１
への直接的な熱伝導がなく、梁１６Ａ〜１６Ｄを介して
熱が基板へ伝わっていく。Next, the operation of the infrared detecting element according to the first embodiment configured as described above will be described. FIG.
When the infrared ray is applied to the absorption layer 7 from above, the temperature of the portion (central portion 15) of the absorption layer 7 rises, and heat is transmitted to the hot junction HP by heat conduction to increase the temperature of the hot junction HP. As described above, the central part 1 of the membrane MB
5 is suspended from the substrate 1 so that the substrate 1
There is no direct heat conduction to the substrate, and heat is transmitted to the substrate via the beams 16A to 16D.
【００１９】メンブレンＭＢを構成する各材質の熱伝導
度κは、例えばポリシリコンでκ＝４０（Ｗ／ｍ／
Ｋ）、ＳｉＯ2 でκ＝１．４（Ｗ／ｍ／Ｋ）、ＳｉＮで
κ＝５（Ｗ／ｍ／Ｋ）と大きな値をとり、温接点ＨＰの
熱はなかなか冷接点ＣＰには伝わらない。その結果、両
者には大きな温度差が生じ、ゼーベック効果によって起
電力が生じる。サーモパイル全体の熱起電力Ｓは個々の
サーモカップル（熱電対）の起電力の和になり、一般的
に次の式で表される。The thermal conductivity κ of each material constituting the membrane MB is, for example, κ = 40 (W / m /
K), a large value of κ = 1.4 (W / m / K) for SiO 2 and κ = 5 (W / m / K) for SiN, and the heat of the hot junction HP is easily transmitted to the cold junction CP. Absent. As a result, a large temperature difference occurs between the two, and an electromotive force is generated by the Seebeck effect. The thermoelectromotive force S of the entire thermopile is the sum of the electromotive forces of the individual thermocouples (thermocouples), and is generally represented by the following equation.
【数１】 Ｓ＝ｎ（αp ＋αn ）・Ｒth ・Ｐ ・・・式（１）S = n (αp + αn) · Rth · P (1)
【００２０】ここで、ｎはサーモカップルの対数、αp
およびαn はそれぞれｐ型ポリシリコンおよびｎ型ポリ
シリコンのゼーベック係数、Ｒth はメンブレンＭＢの
合成熱抵抗、Ｐは入射エネルギーである。式（１）によ
れば、熱起電力Ｓは入射エネルギーＰに比例するので、
この熱起電力Ｓの大きさを測定することにより、入射赤
外線強度を計測することができる。Where n is the logarithm of the thermocouple, αp
And α n are the Seebeck coefficients of p-type and n-type polysilicon, Rth is the combined thermal resistance of the membrane MB, and P is the incident energy. According to equation (1), since the thermoelectromotive force S is proportional to the incident energy P,
By measuring the magnitude of the thermoelectromotive force S, the intensity of the incident infrared ray can be measured.
【００２１】式（１）から明らかなように、赤外線検知
素子の感度を向上させるためには合成熱抵抗Ｒth の値
は大きいほうがよく、そのためには梁１６Ａ〜１６Ｄの
断面積を小さくする必要がある。第１の実施の形態で
は、梁１６Ａ〜１６Ｄのそれぞれにｎ型ポリシリコン配
線１１およびｐ型ポリシリコン配線１２のうちの１種類
のみを配置しているため、１つの梁に熱電対を構成する
２種類の物質を配線する場合と比較して、梁の幅を小さ
くすることができる。したがって、第１の実施の形態で
は梁１６Ａ〜１６Ｄの断面積を小さくすることができ、
よって赤外線検知感度を向上させることができる。な
お、このような第１の実施の形態の利点については、製
造方法との関係でさらに後述する。As is apparent from the equation (1), the value of the combined thermal resistance Rth should be large in order to improve the sensitivity of the infrared detecting element. For this purpose, it is necessary to reduce the sectional area of the beams 16A to 16D. is there. In the first embodiment, since only one of the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring 12 is arranged on each of the beams 16A to 16D, a thermocouple is formed on one beam. The width of the beam can be reduced as compared with the case where two kinds of substances are wired. Therefore, in the first embodiment, the cross-sectional areas of the beams 16A to 16D can be reduced,
Therefore, infrared detection sensitivity can be improved. The advantages of the first embodiment will be further described later in relation to the manufacturing method.
【００２２】＜製造方法＞次に、図１および図２を用い
て、第１の実施の形態の赤外線検知素子の製造方法につ
いて説明する。まず、主表面が（１００）面である基板
１にフォトレジストをパターニングし、パターニングに
より形成されたフォトレジストの開口部分にＳｉ+ をイ
オン注入し、欠陥層を形成する。この欠陥層が形成され
る領域は、図１の４つのエッチング孔２を四隅に配置す
るようにして規定される矩形の領域（図１に示す凹部１
Ａに対応する領域）である。<Manufacturing Method> Next, a method of manufacturing the infrared detecting element according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, a photoresist is patterned on the substrate 1 whose main surface is the (100) plane, and Si + is ion-implanted into an opening of the photoresist formed by patterning to form a defect layer. The region where this defect layer is formed is a rectangular region (the concave portion 1 shown in FIG. 1) defined by arranging the four etching holes 2 in FIG.
(Area corresponding to A).
【００２３】次に、フォトレジストを剥離後、ＣＶＤ法
を用いてＳｉＮを基板１の主表面に堆積し、窒化膜３を
形成する。次に、ＣＶＤ法を用いて窒化膜３上にポリシ
リコンを成膜した後、ｎ型ポリシリコン配線１１および
ｐ型ポリシリコン配線１２の部分を残す形状にフォトレ
ジストをパターニングし、パターニングされたフォトレ
ジストをマスクとしてポリシリコン膜をエッチングす
る。このような工程により、図１のｎ型ポリシリコン配
線１１およびｐ型ポリシリコン配線１２に相当するパタ
ーンのポリシリコン層が形成される。ポリシリコンのエ
ッチング後、フォトレジストを剥離する。Next, after the photoresist is removed, SiN is deposited on the main surface of the substrate 1 by using the CVD method to form a nitride film 3. Next, after a polysilicon film is formed on the nitride film 3 by using the CVD method, the photoresist is patterned into a shape that leaves the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring 12, and the patterned photo-resist is formed. The polysilicon film is etched using the resist as a mask. Through these steps, a polysilicon layer having a pattern corresponding to the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring 12 in FIG. 1 is formed. After etching the polysilicon, the photoresist is stripped.
【００２４】次に、図１のｎ型ポリシリコン配線１１の
部分に開口を有するようにフォトレジストをパターニン
グし、そのフォトレジストをマスクとしてイオン注入法
によりリンイオンをポリシリコン層にドープする。その
後、アニールを行うことでｎ型ポリシリコンを電気的に
活性化させ、ｎ型ポリシリコン配線１１を形成する。さ
らに、リンイオンのドープに際してマスクとして用いた
フォトレジストを剥離する。Next, a photoresist is patterned so as to have an opening at the portion of the n-type polysilicon wiring 11 in FIG. 1, and phosphorus ions are doped into the polysilicon layer by ion implantation using the photoresist as a mask. Thereafter, annealing is performed to electrically activate the n-type polysilicon, thereby forming an n-type polysilicon wiring 11. Further, the photoresist used as a mask at the time of doping with phosphorus ions is removed.
【００２５】フォトレジストを剥離後、図１のｐ型ポリ
シリコン配線１２の領域に開口を有するように新たなフ
ォトレジストをパターニングし、そのフォトレジストを
マスクとしてイオン注入法によりボロンイオンをポリシ
リコン層にドープする。その後、アニールを行うことで
ｐ型ポリシリコンを電気的に活性化させ、ｐ型ポリシリ
コン配線１２を形成する。さらに、ボロンイオンのドー
プに際してマスクとして用いたフォトレジストを剥離す
る。After the photoresist is stripped, a new photoresist is patterned so as to have an opening in the region of the p-type polysilicon wiring 12 in FIG. 1, and boron ions are implanted into the polysilicon layer by ion implantation using the photoresist as a mask. Dope. Thereafter, annealing is performed to electrically activate the p-type polysilicon, thereby forming the p-type polysilicon wiring 12. Further, the photoresist used as a mask at the time of doping with boron ions is removed.
【００２６】以上のようにして、サーモパイルを構成す
るｎ型ポリシリコン配線１１およびｐ型ポリシリコン配
線１２を形成した後、メンブレンＭＢ上に酸化膜４を堆
積させ、さらに酸化膜４に温接点ＨＰおよび冷接点ＣＰ
のためのコンタクトホールを形成する。次に、Ａｌ-Ｓ
ｉをスパッタ法によって酸化膜４上に堆積し、パターニ
ングしてアルミニウム配線１３ａ、１３ｂ、温接点ＨＰ
および冷接点ＣＰを形成する。さらに、絶縁膜として機
能する酸化膜５をメンブレンＭＢ上に堆積させた後、酸
化膜５に接点１８のためのコンタクトホールを形成し、
その後、アルミニウム配線１３ｃを形成する。次いで、
メンブレンＭＢの全面にＰＳＧやプラズマＣＶＤ法によ
りＳｉＮを堆積して保護層６を形成する。After the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring 12 forming the thermopile are formed as described above, the oxide film 4 is deposited on the membrane MB, and the hot junction HP And cold junction CP
A contact hole is formed. Next, Al-S
i is deposited on the oxide film 4 by sputtering and patterned to form aluminum wirings 13a and 13b, hot junction HP
And the cold junction CP is formed. Further, after depositing the oxide film 5 functioning as an insulating film on the membrane MB, a contact hole for the contact 18 is formed in the oxide film 5;
After that, an aluminum wiring 13c is formed. Then
A protective layer 6 is formed by depositing SiN on the entire surface of the membrane MB by PSG or plasma CVD.
【００２７】次に、欠陥層の四隅に対応する位置に、各
々窒化膜３、酸化膜４、酸化膜５および保護層６を貫通
して欠陥層（基板１）に到達する矩形のエッチング孔２
を形成する。次に、エッチング孔２を介して異方性エッ
チング液であるヒドラジンを注入し、シリコン基板１の
エッチングを行う。このようなエッチングにより、メン
ブレンＭＢの下方に欠陥層の全領域を底面とする四角錐
形状の凹部１Ａが形成される。このように凹部１Ａが四
角錐形状となるのは実質的にエッチングが（１１１）面
で停止するためである。なお、基板１の異方性エッチン
グについては特開平８−８８３７６号公報に開示されて
いるので、詳細説明は省略する。最後に吸収層７である
金黒等を保護層６上に蒸着等により成膜し、パターニン
グする。Next, rectangular etching holes 2 penetrating through nitride film 3, oxide film 4, oxide film 5 and protective layer 6 and reaching defect layer (substrate 1) at positions corresponding to the four corners of the defect layer, respectively.
To form Next, hydrazine, which is an anisotropic etchant, is injected through the etching holes 2 to etch the silicon substrate 1. By such etching, a quadrangular pyramid-shaped concave portion 1A having the entire region of the defect layer as a bottom surface is formed below the membrane MB. The reason why the concave portion 1A has a quadrangular pyramid shape is that etching substantially stops at the (111) plane. Since the anisotropic etching of the substrate 1 is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-88376, a detailed description is omitted. Finally, a film of gold or the like as the absorbing layer 7 is formed on the protective layer 6 by vapor deposition or the like, and is patterned.
【００２８】このように第１の実施の形態では、梁１６
Ａおよび梁１６Ｂにはｎ型ポリシリコン配線１１のみ
を、梁１６Ｃおよび梁１６Ｄにはｐ型ポリシリコン配線
１２のみをそれぞれ配置している。このため、ｎ型ポリ
シリコン配線１１あるいはｐ型ポリシリコン配線１２の
間隔を定めるに際して、マスクの位置合わせ精度を考慮
する必要がなく、その分配線の間隔を小さくできる。つ
まり、配線の間隔を決定するのは、ｎ型ポリシリコン配
線１１およびｐ型ポリシリコン配線１２に共通のエッチ
ングマスクを用いたポリシリコンのパターニング精度
と、ｎ型ポリシリコン配線１１およびｐ型ポリシリコン
配線１２のそれぞれに別のマスクを用いてリンまたはボ
ロンをドープするドープ工程の精度である。そして、前
者の精度はフォトリソグラフィー工程が１回で済むた
め、単にそのフォトリソグラフィー工程とそれに続くエ
ッチング工程の加工精度により規定されるのに対して、
後者の工程では２つのドープ物質のそれぞれについてフ
ォトリソグラフィー工程が必要であるために、後者の精
度はドープ工程のそれぞれの精度に加えて２枚のマスク
の合わせ精度を加味したものとなる。一般に、マスクの
合わせ精度を高精度なものとするのは困難であるため、
マスクの合わせ精度が配線の間隔に影響を与えるような
パターン配置の場合には、最終的に配線の間隔を大きく
設定せざるを得なくなる。As described above, in the first embodiment, the beam 16
Only the n-type polysilicon wiring 11 is disposed on A and the beam 16B, and only the p-type polysilicon wiring 12 is disposed on the beams 16C and 16D. Therefore, when determining the distance between the n-type polysilicon wiring 11 or the p-type polysilicon wiring 12, it is not necessary to consider the mask alignment accuracy, and the wiring distance can be reduced accordingly. That is, the wiring interval is determined by the polysilicon patterning accuracy using an etching mask common to the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring 12, the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring. This is the accuracy of the doping step of doping phosphorus or boron using a different mask for each wiring 12. Since the former accuracy requires only one photolithography process, the accuracy is simply determined by the processing accuracy of the photolithography process and the subsequent etching process.
In the latter process, a photolithography process is required for each of the two doped materials, and thus the accuracy of the latter takes into account the alignment accuracy of the two masks in addition to the accuracy of each of the doping processes. In general, it is difficult to make the mask alignment accuracy high,
In the case of a pattern arrangement in which the mask alignment accuracy affects the wiring interval, it is necessary to finally set the wiring interval to be large.
【００２９】従来の赤外線検知素子では、ｎ型ポリシリ
コン配線１１およびｐ型ポリシリコン配線１２の両者が
１つの梁に配置されているため、梁の幅を狭めるために
はｎ型ポリシリコン配線１１とｐ型ポリシリコン配線１
２とを接近させる必要があるが（図４（ａ）参照）、こ
のような配置の場合にはドープ工程におけるマスクの合
わせ精度が問題となる。したがって、従来の素子ではマ
スクの合わせ精度を加味して配線の間隔を設定しなけれ
ばならない。In the conventional infrared detecting element, since both the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring 12 are arranged in one beam, the n-type polysilicon wiring 11 is required to reduce the width of the beam. And p-type polysilicon wiring 1
2 (see FIG. 4A), but in such an arrangement, the alignment accuracy of the mask in the doping process becomes a problem. Therefore, in the conventional device, it is necessary to set the interval between the wirings in consideration of the mask alignment accuracy.
【００３０】これに対して、第１の実施の形態では１つ
の梁にはｎ型ポリシリコンおよびｐ型ポリシリコンのう
ちの１種類のみが配線されている。したがって、ドープ
工程におけるマスクの合わせ精度を考慮する必要がな
く、ポリシリコンのパターニング精度のみを考慮して配
線の間隔を決めることができる。すなわち、リンイオン
をドープする際にはｐ型ポリシリコン配線１２の部分を
マスクし、かつｎ型ポリシリコン配線１１の部分をマス
クしない形状のレジストを得ればよく、ボロンイオンを
ドープする際にはｎ型ポリシリコン配線１１の部分のみ
をマスクする形状のレジストを得ればよい。ところが第
１の実施の形態では、ｎ型ポリシリコン配線１１とｐ型
ポリシリコン配線１２とが互いに離れて配置されている
ため、仮にフォトレジストの合わせ精度が悪くても全く
問題がない。このため、配線の間隔を狭めることがで
き、その分だけ梁１６Ａ〜１６Ｄの幅を小さくすること
ができるから、梁の断面積が抑制される。On the other hand, in the first embodiment, only one of n-type polysilicon and p-type polysilicon is wired to one beam. Therefore, it is not necessary to consider the alignment accuracy of the mask in the doping process, and it is possible to determine the distance between the wirings by considering only the patterning accuracy of polysilicon. That is, when doping with phosphorus ions, it is sufficient to obtain a resist having a shape that masks the portion of the p-type polysilicon wiring 12 and does not mask the portion of the n-type polysilicon wiring 11, and when doping with boron ions. It is only necessary to obtain a resist having a shape that masks only the portion of the n-type polysilicon wiring 11. However, in the first embodiment, since the n-type polysilicon wiring 11 and the p-type polysilicon wiring 12 are arranged apart from each other, there is no problem even if the photoresist alignment accuracy is poor. For this reason, the interval between the wirings can be reduced, and the width of the beams 16A to 16D can be reduced by that amount, so that the cross-sectional area of the beams is suppressed.
【００３１】以上説明したように、第１の実施の形態で
は１つの梁に対して熱電対を構成する１種類の物質のみ
を配線するようにしたので、配線の間隔を小さくして梁
の幅を狭めることができる。したがって、断面積の減少
により梁を熱が伝導しにくくなり、よって赤外線の検知
感度を向上させることができる。本実施の形態では、１
つの梁に対して、それぞれ３本の配線を配するようにし
ているが、本数をさらに増加させてもよいし、本数を減
少させてもよい。本発明の赤外線検知素子は配線間隔の
縮小によって梁の断面積を減少させ、これにより検知感
度を向上させるものであるため、一般的には１つの梁に
対する配線の数、すなわちサーモパイルの対数が大きな
場合に、より大きな効果を奏することができる。As described above, in the first embodiment, only one kind of substance constituting the thermocouple is wired to one beam, so that the distance between the wires is reduced and the width of the beam is reduced. Can be narrowed. Therefore, heat is less likely to be conducted through the beam due to the decrease in the cross-sectional area, so that the detection sensitivity of infrared rays can be improved. In the present embodiment, 1
Although three wires are arranged for each beam, the number of wires may be further increased or the number of wires may be reduced. Since the infrared detecting element of the present invention reduces the cross-sectional area of the beam by reducing the wiring interval and thereby improves the detection sensitivity, the number of wirings for one beam, that is, the logarithm of the thermopile is generally large. In this case, a greater effect can be obtained.
【００３２】−第２の実施の形態− 以下、図３を用いて本発明による赤外線検知素子の第２
の実施の形態について説明する。Second Embodiment Hereinafter, a second embodiment of the infrared detecting element according to the present invention will be described with reference to FIG.
An embodiment will be described.
【００３３】図３に示すように、シリコン等からなる基
板１には第１の実施の形態と同様の四角錐状の凹部１Ａ
が形成され、凹部１Ａを覆うメンブレンＭＢにはシリコ
ン基板１をエッチングする際のエッチング液を供給する
ための４つの台形のエッチング孔１０２が形成されてい
る。エッチング孔１０２が形成されている結果、メンブ
レンＭＢは矩形の中央部分１１５と、中央部分１１５を
支持する４本の梁１１６Ａ〜１１６Ｄとから構成され
る。図３に示すように、第１の実施の形態とは異なり、
梁１１６Ａ〜１１６Ｄは凹部１Ａを指し示す図３の矩形
領域の対角線に沿って設けられている。このため、梁１
１６Ａ〜１１６Ｄを長くすることができ、梁１１６Ａ〜
１１６Ｄの熱抵抗が大きくなるので赤外線検知の高感度
化に有利である。As shown in FIG. 3, a quadrangular pyramid-shaped recess 1A similar to that of the first embodiment is provided in a substrate 1 made of silicon or the like.
Are formed, and four trapezoidal etching holes 102 for supplying an etching solution for etching the silicon substrate 1 are formed in the membrane MB covering the concave portion 1A. As a result of the formation of the etching holes 102, the membrane MB includes a rectangular central portion 115 and four beams 116A to 116D supporting the central portion 115. As shown in FIG. 3, unlike the first embodiment,
The beams 116A to 116D are provided along a diagonal line of the rectangular area in FIG. Therefore, beam 1
16A-116D can be lengthened, and beams 116A-
Since the thermal resistance of 116D increases, it is advantageous for increasing the sensitivity of infrared detection.
【００３４】第２の実施の形態では、梁１１６Ａおよび
梁１１６Ｂにはそれぞれ２本のｎ型ポリシリコン配線１
１１が、梁１１６Ｃおよび梁１１６Ｄにはそれぞれ２本
のｐ型ポリシリコン配線１１２が、それぞれ中央部分１
１５の温接点ＨＰと、凹部１Ａの外側の冷接点ＣＰとの
間に延設されている。In the second embodiment, two n-type polysilicon interconnections 1 are provided for beams 116A and 116B, respectively.
11, two p-type polysilicon wirings 112 are respectively provided on the beams 116C and 116D,
The hot junction HP extends between the hot junction 15 and the cold junction CP outside the recess 1A.
【００３５】中央部分１１５には温接点ＨＰどうしを結
ぶ４本のアルミニウム配線１１３ａが形成されている。
また、凹部１Ａの外側には冷接点ＣＰどうし、あるいは
冷接点ＣＰと接点１１８とを結ぶアルミニウム配線１１
３ｂと、接点１１８どうしを結ぶアルミニウム配線１１
３ｃとが形成されている。アルミニウム配線１１３ｂと
アルミニウム配線１１３ｃとの間には絶縁層（不図示）
が設けられ、互いに絶縁されている。図３に示すよう
に、第２の実施の形態ではｎ型ポリシリコン配線１１１
およびｐ型ポリシリコン配線１１２をアルミニウム配線
１１３ａ〜１１３ｃを介して直列に接続することによ
り、４対の熱電対を直列接続したサーモパイルが構成さ
れている。また、中央部分１１５には温接点ＨＰにかか
るように赤外線を吸収する吸収層（不図示）が設けられ
ている。In the central portion 115, four aluminum wirings 113a connecting the hot junctions HP are formed.
Outside the recess 1A, the aluminum wiring 11 connecting the cold junctions CP or the cold junction CP and the contact 118 is formed.
Aluminum wiring 11 connecting 3b and contact 118
3c are formed. An insulating layer (not shown) is provided between the aluminum wiring 113b and the aluminum wiring 113c.
Are provided and are insulated from each other. As shown in FIG. 3, in the second embodiment, an n-type polysilicon wiring 111
By connecting p-type polysilicon wiring 112 in series via aluminum wirings 113a to 113c, a thermopile in which four thermocouples are connected in series is formed. Further, an absorption layer (not shown) for absorbing infrared rays is provided on the central portion 115 so as to cover the hot junction HP.
【００３６】第２の実施の形態では、吸収層が形成され
た中央部分は梁１１６Ａ〜１１６Ｄのみにより支持され
ている。しかも、梁１１６Ａ〜１１６Ｄにはそれぞれｎ
型ポリシリコン１１１あるいはｐ型ポリシリコン１１２
のうちの１種類のみが配置されているので、第１の実施
の形態と同様、梁１１６Ａ〜梁１１６Ｄの幅を小さくす
ることができる。したがって、梁１１６Ａ〜１１６Ｄの
断面積を縮小でき、梁を熱が伝わりにくくなるから、第
１の実施の形態と同様に赤外線の検知感度を向上させる
ことができる。In the second embodiment, the central portion where the absorbing layer is formed is supported only by the beams 116A to 116D. Moreover, the beams 116A to 116D each have n
Polysilicon 111 or p-type polysilicon 112
Since only one of them is arranged, the width of the beams 116A to 116D can be reduced as in the first embodiment. Therefore, the cross-sectional area of the beams 116A to 116D can be reduced, and heat is less likely to be transmitted to the beams, so that the infrared detection sensitivity can be improved as in the first embodiment.
【図１】第１の実施の形態の赤外線検知素子の構成を示
す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an infrared detecting element according to a first embodiment.
【図２】図１のII−II線における断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
【図３】第２の実施の形態の赤外線検知素子の構成を示
す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an infrared detection element according to a second embodiment.
【図４】従来の赤外線検知素子の構成を示す図であり、
（ａ）は正面から見た図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に
おける断面図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional infrared detecting element;
(A) is the figure seen from the front, (b) is the sectional view in the bb line of (a).
１ 基板 １Ａ 凹部 ７ 吸収層 １１ ｎ型ポリシリコン配線 １２ ｐ型ポリシリコン配線 １６Ａ〜１６Ｄ 梁 ＭＢ メンブレン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 1A Concave part 7 Absorption layer 11 n-type polysilicon wiring 12 p-type polysilicon wiring 16A-16D Beam MB membrane
Claims (3)
ンブレンを支持する複数の梁と、 ２つの物質を電気的に接合してなる熱電対とを備え、 前記複数の梁のうちの一には前記熱電対を構成する２つ
の物質のうちの一の物質のみを配置することを特徴とす
る赤外線検知素子。1. A substrate having a concave portion formed thereon, a membrane covering the concave portion, an infrared absorbing portion formed in the membrane, and a plurality of members which are bridged between the membrane and the substrate to support the membrane. And a thermocouple formed by electrically joining two substances, and only one of the two substances constituting the thermocouple is arranged on one of the plurality of beams. An infrared detecting element characterized by the above-mentioned.
質を複数並列して配置したことを特徴とする請求項１に
記載の赤外線検知素子。2. The infrared detecting element according to claim 1, wherein a plurality of said one substance are arranged in parallel on one of said plurality of beams.
Ｐ型ポリシリコンおよびｎ型ポリシリコンを用いること
を特徴とする請求項１または２に記載の赤外線検知素
子。3. The infrared detecting element according to claim 1, wherein P-type polysilicon and n-type polysilicon are used as the two substances constituting the thermocouple.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP35924697A JP3809718B2 (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Infrared detector |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH11191644A true JPH11191644A (en) | 1999-07-13 |
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