專利名稱：熱堆式紅外線傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱堆式紅外線傳感器及其制造方法，詳細地說涉及采用改善傳感器的熱電偶圖形構(gòu)造的辦法實現(xiàn)S/N比的提高的熱堆式紅外線傳感器，及改善其制造時的成品率的熱堆式紅外線傳感器的制造方法。
一般說，熱型紅外線傳感器的熱平衡式，可以表示如下。C·δT/dt+G·δT＝W……(1)其中，C是熱容量，δT是受光部分溫度變化，G是受光部分和周圍之間的熱導，W是受光功率。在受光功率W按W＝W0exp(jωt)變化時，δT可表示如下。|δT|＝W0/G(1+τ2ω2)1/2……(2)其中，熱時間常數(shù)τ可以表示如下。
τ≡C/G……………(3)由上式可知，要想使熱型紅外線傳感器的響應特性增大(減小熱時間常數(shù))，就必須減小熱容量C，增大熱導G。但是，如果G增大，則對于同一受光功率，受光溫度變化δT就要減小，靈敏度降低。因此，要想提高熱型紅外線傳感器的靈敏度或響應特性，就必須減小G，且還要進一步減小C。從這樣的觀點可知，熱堆式紅外線傳感器的靈敏度和響應特性，應當把配置有熱接點的感熱部分作成為由數(shù)微米的厚度構(gòu)成的隔膜構(gòu)造，使得其熱容量C和襯底之間的熱導G減小，以便實現(xiàn)其熱特性的提高。
此外，熱堆式紅外線傳感器等的熱電元件的性能指數(shù)Z可以表示如下。Z=α2·σ/λ∞m*3/2(μ/λL)----(4)]]>其中，α是塞貝克系數(shù)，σ是電導率，λ是熱傳導率m*是電子或空穴的有效質(zhì)量，μ是載流子的遷移率λL是晶格熱傳導率就是說，要想提高熱電元件的電性能。由上式可知，就必須增大塞貝克系數(shù)α，減小熱傳導率λ。因此，作為熱電材料，可以使用與金屬比較性能指數(shù)Z大的半導體材料。
另一方面，作為熱電材料的n型硅的塞貝克系數(shù)α，可以表示如下。α＝(VF/T+2k/q)…………(5)其中，VF是導帶底與費米能級之間的能量差，T是絕對溫度，k是玻爾茲曼常數(shù)，q是電子電荷此外，VF與導電率σ之間的關系，可以表示如下。σ＝q·n·μ……………(6)其中，n是載流子個數(shù)，μ是載流子的遷移率。n＝Nc/[exp(VF/kT)]………(7)其中，Nc是導帶的有效狀態(tài)密度(參考文獻半導體器件，S.M.Sze著)因此，導電率σ可以表示如下。σ＝q·Nc·μ/exp(VF/kT)……(8)由上式可知，如果為了增大塞貝克系數(shù)α而企圖增大VF，則存在著載流子個數(shù)減少，α減小這樣的妥協(xié)關系。此外，由于單晶硅的λ共鍵結(jié)合硅原子，故雖然晶格熱傳導率非常地大，是支配性的，但是，象多晶硅那樣，當結(jié)晶性變壞時晶格熱傳導率就要變小。因而，μ也處于這樣的妥協(xié)關系為了減小μ，σ將會降低。因此，作為熱電材料的性能參數(shù)，可以舉出雜質(zhì)密度、結(jié)晶性、熱電元件大小、熱電偶個數(shù)等，且必須對這些參數(shù)進行最佳設計。
作為現(xiàn)有例1，人們報道了這樣的熱堆式紅外線傳感器使用半導體微細加工技術，在單晶硅襯底上邊，淀積SiO2、SiN薄膜，作為熱電材料，使用p型多晶硅-Au/Cr或n型多晶硅-Au/Cr的組合，最后用EDP(乙二胺-焦兒茶酚)對襯底進行各向異性刻蝕，設置空洞部分并把感熱部分作成為薄膜連接構(gòu)造，以求得高靈敏度化。(文獻參看‘a(chǎn) Silicon-Thermopile Infrared Sensing Array for Usein Automated Manufacturing’(IEEE Trans. Electron Devicesvil.ED-33no.1，pp72，1986))。
此外，圖21公開了一種在日本特開平3-191834號公報中公開的實現(xiàn)了高靈敏度化的熱堆式紅外線傳感器。該現(xiàn)有例2的熱堆式紅外線傳感器，公開了這樣的構(gòu)造采用在單晶硅襯底20上，設置外延生長層21，在該外延生長層21內(nèi)形成由p型擴散層22形成的熱電偶材料，再在其上邊把絕緣物夾在中間地形成由n型多晶硅層24構(gòu)成的熱電偶材料，再用鋁層25和多晶硅層24進行連接的辦法，由單晶硅-鋁-單晶硅構(gòu)成的多層的熱堆式紅外線傳感器。這種構(gòu)造采用把熱電材料構(gòu)成多層的辦法，使單位面積的熱電偶個數(shù)增加以實現(xiàn)高功率化和使芯片面積小型化。
但是，現(xiàn)有的熱堆式紅外線傳感器具有下述問題。在現(xiàn)有例1的熱堆式紅外線傳感器中，在單晶硅襯底上邊淀積SiO2、SiN薄膜，作為熱電材料使用的是Au/Cr和塞貝克系數(shù)大的單晶硅。但是，Au由于熱導率低，故所吸收的熱散失大，受光部分的溫度上升是不充分的。就是說，具有溫度上升值不能取得高的缺點。
此外，作為熱電材料，使用的是p型多晶硅。但是，由于作為p型多晶硅的多數(shù)載流子的空穴的遷移率低，故電阻率高。因此，具有下述缺點為了使輸出電壓和約翰遜噪聲的S/N比降低，在作為非接觸溫度計的傳感器使用時，精度不好。此外，由于作為熱電材料的多晶硅層的圖形，分布在薄膜連接部分全體上，沒有均一地配置(布局)，故存在著在各向異性刻蝕時，在隔膜上易于產(chǎn)生撓曲或裂縫，從而使成品率降低的問題。
另一方面，在現(xiàn)有例2的熱堆式紅外線傳感器中，目的是解決上述問題，實現(xiàn)高靈敏度化。熱電材料使用單晶硅和多晶硅，并把它們作成為p型和n型，使帶電能力的極性變成為相反，以實現(xiàn)高靈敏度化。但是，如果采用該熱堆式紅外線傳感器，由于熱電材料的一方要使用在單晶硅襯底的表面上進行了擴散的p型擴散層，故必須要剩下由含有該層的厚度5微米以上構(gòu)成的外延層和單晶硅層。
單晶硅，可以采用控制雜質(zhì)濃度的辦法來增大塞貝克系數(shù)，此外具有與別的材料比熱導率也高的特征。因此，即便是做成為厚度約10微米那么薄，由吸收膜構(gòu)成的感溫部分內(nèi)的熱接點部分和在襯底上邊形成的冷接點部分的熱絕緣也不好，單位紅外線入射功率的感溫部分的溫度上升降低，結(jié)果是存在著輸出電壓降低的問題。
此外，即便是熱電材料使用p型和n型多晶硅來增加視在帶電能力，也會存在下述缺點如上所述，由于作為p型多晶硅層的多數(shù)載流子的空穴與電子比遷移率低，故電阻率高，與n型硅比較，輸出電壓和約翰遜噪聲之間的S/N比低，與前例一樣，在作為非接觸溫度計的傳感器使用時，精度降低。
此外，由于多晶硅的圖形布局，沒有在整個薄膜隔膜部分上布局，故由于各向異性刻蝕時的應力集中而易于形成裂縫，因而存在著成品率降低的問題，或存在著雜質(zhì)的濃度沒有最佳化，不能把作為熱堆式紅外線傳感器的S/N比取得高的問題。
本發(fā)明就是有鑒于上述課題而發(fā)明的，目的是提高輸出電壓-約翰遜噪聲的S/N比，提供用平坦且牢固的隔膜構(gòu)造形成，改善紅外線吸收特性或制造時的成品率的熱堆式紅外線傳感器及其制造方法。
本發(fā)明是為解決上述那些問題而發(fā)明的，本發(fā)明的第1方面，在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器中，其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，配置從芯片中心附近開始放射狀地延伸的多個n型多晶硅層，借助于上述n型多晶硅層和金屬薄膜層的接觸，在芯片中心一側(cè)形成熱接點，在其周圍一側(cè)形成冷接點，用上述金屬薄膜層交互地連接相鄰的上述n型多晶硅層之間的熱接點部分和冷接點部分，在上述第1絕緣膜上邊至少形成一個串聯(lián)連接的熱電元件列。
此外，本發(fā)明的第2方面，在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器中，其特征是其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，配置從芯片中心附近開始放射狀地延伸的多個n型多晶硅層，借助于上述n型多晶硅層和金屬薄膜層的接觸，在芯片中心一側(cè)形成熱接點，在其周圍一側(cè)形成冷接點，用上述金屬薄膜層交互地連接相鄰的上述n型多晶硅層之間的熱接點部分和冷接點部分，在上述第1絕緣膜上邊至少形成一個串聯(lián)連接的熱電元件列，而且，在上述熱電元件列上邊，中間存在著絕緣膜地形成紅外線吸收膜。
在上述第1和第2方面中，采用從芯片中心附近開始放射狀地形成熱堆式紅外線傳感器器件，并使之在絕緣膜上邊均一地分布，變成為不怕熱應力的器件的同時，在絕緣膜上邊形成許多的器件，形成串聯(lián)連接的熱電元件列的辦法，可以改善S/N比，可以提高檢測效率。由于采用如上所述在絕緣膜上邊放射狀地形成熱電元件的辦法，可以在一個面上形成許多個熱電元件，故可以提高檢測效率。通過這樣在絕緣膜上放射狀地形成熱電元件，由于在一面上形成了多個熱電元件，從而提高了檢測效率。此外，在第2方面中，采用形成紅外線吸收膜的辦法。還可以進一步提高紅外線的檢測效率。
此外，本發(fā)明的第3方面，在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器中，其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，使之互相嚙合地配置從芯片中心附近的圓周上邊和其外側(cè)的多個同心圓上邊的位置開始，向芯片周緣方向放射狀地延伸的多個n型多晶硅層，在覆蓋上述n多晶硅層和上述第1絕緣膜的第2絕緣膜上設置開口部分，通過上述開口部分借助于上述n型多晶硅層和金屬薄膜層之間的接觸，在芯片中心一側(cè)和其周圍一側(cè)分別形成熱接點部分和冷接點部分，用上述金屬薄膜層交互地連接相鄰的上述n型多晶硅層之間的熱接點部分和冷接點部分，在上述第1絕緣膜上邊至少形成一個串聯(lián)連接的熱電元件列，而且，在上述熱電元件列上邊，中間存在著絕緣膜地形成紅外線吸收膜。
此外，本發(fā)明的第4方面，在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器中，其特征是設置下述部分覆蓋在上述單晶硅襯底上設置的空洞部分的第1絕緣膜；在上述第1絕緣膜上邊，使之互相嚙合地配置從芯片中心附近的圓周上邊和其外側(cè)的多個同心圓上邊的位置開始，向芯片周緣方向放射狀地延伸的多個n型多晶硅層；在上述n型多晶硅層和上述第1絕緣膜上邊形成的第2絕緣膜；為了在上述多個n型多晶硅層的芯片中心一側(cè)和周緣一側(cè)分別形成熱接點部分和冷接點部分，在上述第2絕緣膜上形成的開口部分；用來通過上述開口部分與上述n型多晶硅層接觸并形成上述熱接點部分和冷接點部分的金屬薄膜層；用上述金屬薄膜層交互地連接上述熱接點部分和冷接點部分而形成的熱電元件列；
為了在上述多個n型多晶硅層的芯片一側(cè)和周緣一側(cè)分別形成熱接點部分和冷接點部分，在上述第2絕緣膜上形成的開口部分；用來通過上述開口部分地與上述n型多晶硅層接觸并形成上述熱接點部分和冷接點部分的金屬薄膜層；用上述金屬薄膜層交互地連上述n型多晶硅層之間的熱接點部分和冷接點部分而形成的熱電元件列；在上述第2絕緣膜上邊和上述金屬薄膜層上邊形成的第3絕緣膜；在上述第3絕緣膜上邊形成為把上述熱接點部分覆蓋起來的紅外線吸收膜；在上述串聯(lián)連接的熱電元件列的終端部分上形成的電極焊盤部分。
在第3或第4方面中，采用作為熱電材料，使用與作為p型硅的多數(shù)載流子的空穴比較，以遷移率高的電子為多數(shù)載流子的n型多晶硅層，對雜質(zhì)濃度和多晶硅膜形成時的成膜溫度進行控制，并控制結(jié)晶性的辦法，來減小晶格熱傳導率，使塞貝克系數(shù)α和導電率σ最佳化。由于用n型多晶硅層構(gòu)成熱電材料，故與p型比較，將成為載流子的電子的遷移率大，即便是塞貝克系數(shù)相同，電阻率也低，故與現(xiàn)有技術比，可以實現(xiàn)輸出電壓-約翰遜噪聲的S/N比的提高。此外，采用使之成為把n型多晶硅膜的圖形布局作成為放射狀的帶狀圖形并配置到整個隔膜部分上，再把熱接點部分設置到放射狀的帶狀圖形的3個同心圓上邊部分的構(gòu)造的辦法，可以分散和緩和起因于多晶硅層的隔膜部分內(nèi)的應力，減少在隔膜部分上發(fā)生的裂縫或撓曲以改善各向異性刻蝕時的成品率。此外，降低構(gòu)成各熱電元件的多晶硅層的電阻的同時，因入射紅外線所產(chǎn)生的隔膜上變成高溫度的部分的中心部分附近分布為圓形，由于可有效取出輸出電壓，故可以得到S/N比優(yōu)良的紅外線傳感器。
此外，本發(fā)明的第5方面，在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器中，
其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，使之互相嚙合地配置從芯片中心附近的圓周上邊和其外側(cè)的多個同心圓上邊的位置開始，向芯片周緣方向放射狀地延伸的多個n型多晶硅層，借助于上述n型多晶硅層和金屬薄膜層之間的接觸，在芯片中心一側(cè)和其周圍一側(cè)分別形成熱接點部分和冷接點部分，使從上述熱接點部分導出的上述金屬薄膜層在上述第1絕緣膜上邊攀沿并連接到相鄰的n型多晶硅層的上述冷接點部分上，形成在上述第1絕緣膜上邊串聯(lián)連接的熱電元件列，而且，在覆蓋上述熱電元件列的第2絕緣膜上邊，形成紅外線吸收膜。
在本發(fā)明中，采用在上述第1絕緣膜上邊形成連接熱接點部分與冷接點部分的金屬薄膜層的辦法，由于不再需要在上述絕緣膜上形成的開口部分，故可以削減工序數(shù)。
此外，本發(fā)明的第6方面，在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器中，其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，使之互相嚙合地配置從芯片中心附近的圓周上邊和其外側(cè)的多個同心圓上邊的位置開始，向芯片周緣方向放射狀地延伸的多個第1n型多晶硅層，形成覆蓋上述第1n型多晶硅層和上述第1絕緣膜的第2絕緣膜，在上述第2絕緣膜上邊，形成具有與上述第1n型多晶硅層相同的圖形形狀，由對于上述第1n型多晶硅層的圖形在圓周方向上錯開半個節(jié)距的圖形構(gòu)成的多個第2n型多晶硅層，形成覆蓋在上述第2n型多晶硅層上邊的第3絕緣膜，在上述第1和第2n型多晶硅層上邊的上述第2和第3絕緣膜上設置開口部分，通過上述開口部分借助于與金屬薄膜層之間的接觸，在上述第1和第2n型多晶硅層的芯片中心一側(cè)和其周圍一側(cè)分別形成熱接點部分和冷接點部分，同時，用上述金屬薄膜層交互地連接上述熱接點部分和相鄰的n型多晶硅層冷接點部分，形成串聯(lián)連接的熱電元件列，而且，在上述熱電元件列上邊，中間存在著絕緣膜地形成紅外線吸收膜。
在本發(fā)明中，采用把與1層構(gòu)造的情況下同數(shù)的n型多晶硅層的圖形布局變成為2層構(gòu)造的辦法，由于可以展寬n型多晶硅層的面積，故可以降低多晶硅層的電阻。結(jié)果是可以提高S/N比。
此外，本發(fā)明的第7方面，是上述第1～6方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述單晶硅襯底的面方位為(100)面。在本發(fā)明中，由于單晶硅襯底的面方位為(100)面，故通過各向異性刻蝕對于空洞部分的形成是有利的。
此外，本發(fā)明的第8方面，是上述第1～7方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是從芯片中心開始放射狀地配置的上述n型多晶硅層是在芯片周緣方向上展寬的扇狀圖形的組合。在本發(fā)明中，為了效率良好地使用隔膜部分的面積，在圓形平面上，使之相互嚙合地把n多晶硅膜的圖形的寬度取得寬，故可以降低熱接點部分和冷接點部分之間的n型多晶硅膜的電阻。因此，可以提高熱堆式紅外線傳感器的輸出電壓-約翰遜噪聲(S/N)比。此外，由于在整個隔膜上都形成n型多晶硅膜，故可以做成為不怕應力等的構(gòu)造。
此外，本發(fā)明的第9方面，是第1～8方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述熱接點部分，配置在距芯片中心半徑為r1～r3的同心圓上邊，且它們的關系是r1＜r2＜r3。
在本發(fā)明中，采用把熱電元件的熱接點部分配置在同心圓上的辦法，可以降低構(gòu)成各個熱電元件的多晶硅層的電阻的同時，由于由入射紅外線所產(chǎn)生的隔膜上邊的將變成為高溫度的部分，在中心附近圓形地分布，故可以以良好的效率得到輸出電壓，可以得到S/N比優(yōu)良的紅外線傳感器。
此外，本發(fā)明的第10方面，是第1～9方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在上述熱電元件列上邊設置的紅外線吸收膜，由硼硅酸鹽玻璃、聚酰亞胺系樹脂、乙烯系樹脂或丙烯基系樹脂中的一種構(gòu)成。
在本發(fā)明中，采用對例如由硼硅酸鹽玻璃構(gòu)成的玻璃絕緣膜進行退火使之暫時熔融的辦法，可以減少針孔，而且，由于是硼硅酸鹽玻璃，故可以擴大紅外線所能吸收的波長區(qū)域。此外，在樹脂的情況下，由于采用添加顏料或碳粉的辦法，可以擴大紅外線吸收率或可吸收的波長區(qū)域，故可以提高紅外線傳感器的靈敏度。
此外，本發(fā)明的第11方面，是第1～10方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是覆蓋上述熱電元件列的絕緣膜，是PSG和SiN這的2層的絕緣膜。在本發(fā)明中，可以緩和隔膜部分的應力。
此外，本發(fā)明的第12方面，是第1～11方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述第1絕緣膜，由SiO2和SiN的2層構(gòu)造或用SiO2把SiN夾在中間的3層構(gòu)造構(gòu)成。在本發(fā)明中，采用使SiO2和SiN適宜地進行組合的辦法，可以緩和隔膜部分的應力的同時，還可以用作形成空洞部分時的刻蝕停止層。
此外，本發(fā)明的第13方面，是第1～12方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是除去形成熱接點部分和冷接點部分的部分之外，把上述n型多晶硅層的周緣部分形成為臺階狀。
在本發(fā)明中，采用把n型多晶硅膜的圖形邊緣形狀作成為臺階狀的辦法，就可以使與多晶硅膜電連的金屬薄膜層的膜厚形成得薄。由于借助于此可以降低金屬薄膜層的應力，故平坦的隔膜的制造變得容易起來，可以提高成品率。
此外，本發(fā)明的第14方面，是第1～13方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述n型多晶硅層的周緣截面是圓錐狀。
在本發(fā)明中，采用使n型多晶硅層的圖形邊緣形狀作成為圓錐狀的辦法，由于可以解決臺階覆蓋的問題結(jié)果，使得可以消除連接熱接點部分和冷接點部分間的金屬薄膜層的斷線的同時，還可以使金屬薄膜層的厚度變薄，故可以減少由金屬薄膜層所產(chǎn)生的應力，使平坦的隔膜部分的制造變得容易，從而提高成品率。
此外，本發(fā)明的第15方面，是第1～14方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述n型多晶硅層的電阻率為1～10mΩ·cm。
在本發(fā)明中，采用使n型多晶硅層的電阻率為1～10mΩ·cm的范圍的辦法可以使塞貝克系數(shù)和電阻值之間的妥協(xié)的關系最佳化。就是說，在n型多晶硅層的電阻率比1mΩ·cm還小的情況下，就得不到塞貝克系數(shù)小且將變成為實用的輸出電壓，而在大于10mΩ·cm以上的情況下，塞貝克系數(shù)雖然變大，但塞貝克系數(shù)的溫度系數(shù)和約翰遜噪聲也變大，故存在著S/N比降低的缺點，n型多晶硅層的電阻率以在1～10mΩ·cm的范圍為好。
此外，本發(fā)明的第16方面，是第1～15方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是覆蓋上述熱電元件列的絕緣膜，含有SiO2、SiN、SiNO、PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅鋁氧氮耐熱陶瓷中的至少一種。
在本發(fā)明中，由于作為鈍化膜使成膜后的SiO2、SiN或SiNO進行適當?shù)慕M合后使用，故可以制作氣密性高且可以緩和加在隔膜部分上的應力、又平坦的隔膜部分。此外，由于使用PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅鋁氧氮耐熱陶瓷中的至少一種，由于還形成硼硅酸鹽玻璃，故可以緩和加在隔膜部分上的應力。
此外，本發(fā)明的第17方面，是第1～16方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述金屬薄膜層由Al、Cr、Ta、Mo、W、NiCr中的至少一種構(gòu)成。
在本發(fā)明中，作為與n型多晶硅層進行接觸地布線的金屬薄膜層的材料，采用使用與基底絕緣層的SiO2之間的貼緊性良好，且熱導率小的Al、Cr、Ta、Mo、W及它們的合金或NiCr之內(nèi)的不論哪一種的辦法，就可以使之富有量產(chǎn)性且可以使來自感熱部分的熱的發(fā)散減小，使感熱部分的溫度上升可以取得高。
此外，本發(fā)明的第18方面，是第2～17方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述紅外線吸收膜的表面，是具有凹凸的條紋狀圖形。
在本發(fā)明中，采用形成紅外線吸收膜的凹凸的辦法，通過降低紅外線的反射率來提高吸收率。
此外，本發(fā)明的第19方面，是第1～18方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在封入上述熱堆式紅外線傳感器的封裝的管帽部分上形成的開口部分上設置由可以透過紅外線的濾光片構(gòu)成的窗口構(gòu)件，上述窗口構(gòu)件是4角形或6角形，上述開口部分的形狀與上述窗口構(gòu)件的形狀一致，而且，在上述開口部分的各個拐角上形成的缺口部分，形成于比上述4角形或6角形的各邊的交點還往外的外側(cè)。
此外，本發(fā)明的第20方面，是第1～18方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在封入上述熱堆式紅外線傳感器的封裝的管帽部分上形成的開口部分上設置由可以透過紅外線的濾光片構(gòu)成的窗口構(gòu)件，上述窗口構(gòu)件是4角形或6角形，上述開口部分的形狀與上述窗口構(gòu)件的形狀一致，而且形成在上述開口部分的各個拐角上形成的凹部，并用上述凹部定位保持上述窗口構(gòu)件。
在本發(fā)明的第19、20方面中，使在封裝的管帽上設置的開口部分與窗口構(gòu)件的形狀一致，并把窗口構(gòu)件嵌插并固定于開口部分中，在嵌插窗口構(gòu)件的拐角部分的開口部分內(nèi)，形成彎曲的缺口部分，使得把拐角部分嵌入缺口部分內(nèi)，盡可能地減小間隙。此外，在本發(fā)明的第20方面中，還形成在開口部分的4個犄角上向外側(cè)突出的凹部，把窗口部分嵌入開口部分內(nèi)，而且，使窗口構(gòu)件的4個犄角與凹部的底面接觸，并使窗口構(gòu)件與管帽進行粘接，借助于此，可以把管帽牢固地固定到窗口構(gòu)件上。此外，由于管帽的厚度方向與窗口構(gòu)件進行了精確的位置對準，由此可以使窗口構(gòu)件和管帽表面成為同一個面。
此外，本發(fā)明的第21方面，在熱堆式紅外線傳感器的制造方法中，其特征是具備下述工序第1工序，用于用熱氧化、CVD或濺射法，在單晶硅襯底的兩面上形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜表面上邊形成多晶硅層；第3工序，用于采用向上述多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的n型多晶硅層；第4工序，用于使上述n型多晶硅層圖形化，形成由從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形構(gòu)成的第1圖形；第5工序，用于用CVD、玻璃涂敷或濺射法，在用上述第1圖形形成的多個n型多晶硅層和第1絕緣膜上邊，形成第2絕緣膜；第6工序，用于在分別與熱接點部分和冷接點部分對應的部分的上述第2絕緣膜上設置開口部分；第7工序，用于在上述第6工序之后，用濺射法或蒸鍍法形成金屬薄膜層；第8工序，用于使上述金屬薄膜層圖形化，并用上述開口部分使上述n型多晶硅層和上述金屬薄膜層進行歐姆接觸，使由熱接點部分和冷接點部分構(gòu)成的各個熱電元件串聯(lián)連接起來，形成熱電元件列；露出工序，用于在上述金屬薄膜層和上述第2絕緣膜上邊形成第3絕緣膜，而且，在芯片中央部分上形成紅外線吸收膜，在最終工序中，在上述單晶硅襯底的背面的上述第1絕緣膜上設置開口部分，并借助于刻蝕在上述襯底的背面上形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
此外，本發(fā)明的第22方面，在熱堆式紅外線傳感器的制造方法中，其特征是具備下述工序
第1工序，用于用熱氧化、CVD或濺射法，在單晶硅襯底的兩面上形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜上邊形成多晶硅層；第3工序，用于采用向上述多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的n型多晶硅層；第4工序，用于在上述n型多晶硅層上，使從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形圖形化，對上述n型多晶硅層的一部分進行刻蝕，使之變成為臺面狀；第5工序，用于用與在上述第4工序中形成的臺面狀n型多晶硅層相似的更大的圖形進行圖形化，剩下上述臺面狀n型多晶硅層的周緣部分的n型多晶硅層地進行刻蝕，形成帶斜度的階梯狀n型多晶硅層；第6工序，用于在上述第5工序之后的上述階梯狀n型多晶硅層上形成第2絕緣膜，在分別與熱接點部分和冷接點部分對應部分的上述第2絕緣膜上設置開口部分；第7工序，用于在上述第6工序之后，用濺射法或蒸鍍法形成金屬薄膜層；第8工序，用于使上述金屬薄膜層圖形化，并用上述開口部分使上述階梯狀n型多晶硅層和上述金屬薄膜層進行歐姆接觸，使由熱接點部分和冷接點部分構(gòu)成的各個熱電元件串聯(lián)連接起來，形成熱電元件列；第9工序，用于在上述第2絕緣膜和上述金屬薄膜層上邊形成第3絕緣膜，在上述第3絕緣膜上邊形成紅外線吸收膜；第10工序，用于在上述單晶硅襯底的背面上形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
此外，本發(fā)明的第23方面，在熱堆式紅外線傳感器的制造方法中，其特征是具備下述工序第1工序，用于在單晶硅襯底的兩面上形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜上邊形成第1多晶硅層；第3工序，用于在使上述第1多晶硅層圖形化為使得變成為由從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形構(gòu)成的第1圖形之后，淀積第2多晶硅層，擴散雜質(zhì)，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的由第1圖形形成的第1n型多晶硅層和第2n型多晶硅層；第4工序，用于在上述第3工序之后，采用用與上述第1圖形相似的更大的第2圖形使上述第2n型多晶硅層圖形化的辦法，帶斜度地階梯狀地形成由上述第2圖形形成的n型多晶硅層的周緣；第5工序，用于在上述第4工序之后，在由上述第2圖形形成的n型多晶硅層上邊形成第2絕緣膜，在分別與熱接點部分和冷接點部分對應的部分的上述第2絕緣膜上，設置開口部分；第6工序，用于在上述第5工序之后，用濺射法或蒸鍍法形成金屬薄膜層；第7工序，用于使上述金屬薄膜層圖形化，并用上述開口部分使上述n型多晶硅層和上述金屬薄膜層進行歐姆接觸，使由熱接點部分和冷接點部分構(gòu)成的各個熱電元件串聯(lián)連接起來，形成熱電元件列；第8工序，用于在上述第2絕緣膜和上述金屬薄膜層上邊形成了第3絕緣膜后，在上述第3絕緣膜上邊形成紅外線吸收膜；
第9工序，用于在上述單晶硅襯底的背面上形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
此外，本發(fā)明的第24方面，在熱堆式紅外線傳感器的制造方法中，其特征是具備下述工序第1工序，用于在單晶硅襯底的兩面上，用熱氧化、CVD或濺射法形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜表面上邊形成第1多晶硅層；第3工序，用于采用向上述多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的第1n型多晶硅層；第4工序，用于使上述第1n型多晶硅層圖形化，形成由從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形構(gòu)成的第1圖形；第5工序，用于用CVD、玻璃涂敷或濺射法，在用上述第1圖形形成的多個n型多晶硅層和第1絕緣膜上邊，形成第2絕緣膜；第6工序，用于在上述第5工序之后，采用淀積第2多晶硅層，并向上述第2多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，摻雜形成電阻率為1～10mΩ·cm的范圍的第2n型多晶硅層；第7工序，用于在上述第6工序之后，對于由上述第1n型多晶硅層構(gòu)成的第1圖形，在圓周方向上錯開半個節(jié)距地形成由上述第2n型多晶硅層構(gòu)成的第2圖形；第8工序，用于在圖形化后的上述第1和第2n型多晶硅層上邊形成第3絕緣膜，在與熱接點部分和冷接點部分的各個部分對應的部分的上述第2或第3絕緣膜上設置開口部分；第9工序，用于在上述第3絕緣膜上邊形成金屬薄膜層并使之圖形化，用上述開口部分借助于使上述第1和第2n型多晶硅層和上述金屬薄膜層的接觸形成的上述熱接點部分和冷接點部分進行連接，形成熱電元件列；第10工序，用于在上述第3絕緣膜和上述金屬薄膜層上邊形成第4絕緣膜，在上述第4絕緣膜上邊形成紅外線吸收膜；第11工序，用于在上述單晶硅襯底的背面上形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
此外，本發(fā)明的第25方面，在熱堆式紅外線傳感器的制造方法中，其特征是具備下述工序第1工序，用于在單晶硅襯底的兩面上，用熱氧化、CVD或濺射法形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜表面上邊形成第1多晶硅層；第3工序，用于采用向上述多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的n型多晶硅層；第4工序，用于使上述n型多晶硅層圖形化，形成由從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形。
第5工序，用于在上述第1絕緣膜和上述n型多晶硅層上邊形成金屬薄膜層；第6工序，用于使上述金屬薄膜層圖形化，借助于與上述金屬薄膜層的接觸形成圖形化后的上述n型多晶硅層的上述熱接點部分和冷接點部分的同時，借助于上述金屬薄膜層使上述熱接點部分和冷接點部分相互連接形成熱電元件列；第7工序，用于在上述第1絕緣膜、上述金屬薄膜層和上述圖形化后的n型多晶硅層上邊形成絕緣膜，在該絕緣膜上邊的芯片中央部分形成紅外線吸收膜；第8工序，用于對上述襯底進行刻蝕形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
此外，本發(fā)明的第26方面，是第21～25方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是在上述熱電元件列上邊形成的紅外線吸收膜，由硼硅酸鹽玻璃系樹脂、乙烯系樹脂或丙烯基系樹脂中的一種構(gòu)成。
此外，本發(fā)明的第27方面，是第21～26方面中的任何一個方面所述的熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是經(jīng)過加熱工序后，使上述紅外線吸收膜的表面變成為具有凹凸的條紋狀圖形。
在本發(fā)明中，采用形成紅外線吸收膜的凹凸的辦法，提高紅外線的吸收率。
此外，本發(fā)明的第28方面，是第27方面所述的熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是上述紅外線吸收膜的膜厚為1～15微米，在上述紅外線吸收膜的表面上形成1～10微米的凹凸。
在本發(fā)明中，由于如果紅外線吸收膜的膜厚在15微米以上，則吸收效率降低，故理想的是1～15微米的范圍，如果把凹凸的尺寸定為10微米以上，由于將提高反射率，故吸收率將降低，采用定為1～10微米以上的辦法，可以提高吸收效率。
在上述制造方法中，是一種可以采用把用減壓CVD進行的多晶硅成膜時的溫度定為600℃～700℃的辦法，進行硅的結(jié)晶化形成多晶化，提高載流子遷移率，降低多晶硅膜的電阻率，增大塞貝克系數(shù)提高輸出電壓-約翰遜噪聲(S/N)比的熱堆式紅外線傳感器的制造方法。
在本發(fā)明中，采用把熱電元件的熱接點部分配置在同心圓上的辦法，可以降低構(gòu)成各個熱電元件的n型多晶硅層的電阻的同時，由于入射紅外線所產(chǎn)生的隔膜上邊的高溫度的部分在中心部分附近分布為圓形，由于可以以良好的效率取出輸出電壓，故可以得到S/N比優(yōu)良的紅外線傳感器的同時，采用把n型多晶硅層的布局配置為將熱接點配置在距上述空洞部分半徑為r1＜r2＜r3的同心圓的各個圓周上邊的辦法，使得在由多晶硅所形成的隔膜內(nèi)所發(fā)生的應力不會集中。
另外，本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器，取決于使用形態(tài)，有時候把熱堆元件裝配到基板上使用或?qū)ζ骷M行封裝后使用，在本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器中，作為該封裝，使用熱傳導率高的金屬管帽或者由Al2O3或SiN構(gòu)成的陶瓷封裝，采用用陶瓷封裝來封裝該芯片的辦法，使得對周圍溫度的跟蹤性改善，且可以高精度地對冷接點部分進行溫度補償使得不會在封裝內(nèi)產(chǎn)生溫度差。
附圖的簡單說明

圖1的局部切口斜視圖示出了本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的實施例1。
圖2是用來說明本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的說明圖。
圖3(a)是圖1的熱堆式紅外線傳感器的平面圖，(b)是其X-X剖面圖。
圖4是圖1的熱堆式紅外線傳感器的局部擴大平面圖。
圖5(a)～(d)是圖4的A-A、B-B、C-C、D-D剖面圖。
圖6(a)是本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的一個實施例的示意性的剖面圖，(b)的示意性的剖面圖示出了另一實施例。
圖7的局部平面圖示出了本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的實施例2。
圖8是圖7的熱堆式紅外線傳感器的局部擴大平面圖。
圖9(a)～(d)是圖8的A-A、B-B、C-C、D-D剖面圖。
圖10的局部擴大平面圖示出了本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的實施例3。
圖11(a)～(e)是圖10的A-A、B-B、C-C、D-D、E-E剖面圖。
圖12的局部擴大平面圖示出了本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的實施例4。
圖13(a)～(c)是圖10的A-A、B-B、C-C剖面圖。
圖14(a)、(b)是圖10的D-D、E-E剖面圖。
圖15(a)、(b)的分解斜視圖示出了把熱堆式紅外線傳感器器件收納于底座上這樣的類型的封裝構(gòu)造。
圖16(a)、(c)是用來收納熱堆式紅外線傳感器器件的管帽的正視圖，(b)、(d)是其剖面圖。
圖17(a)是從管帽的背面一側(cè)看的局部切口剖面圖，(b)是從管帽的表面一側(cè)看的局部切口剖面圖。
圖18(a)、(b)的分解斜視圖示出了把熱堆式紅外線傳感器器件收納于底座上這樣的類型的封裝構(gòu)造。
圖19的數(shù)字照片示出了在紅外線吸收膜的表面上形成的條紋狀凹凸。
圖20示出了本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的紅外線吸收特性。
圖21是現(xiàn)有的熱堆式紅外線傳感器的關鍵部位斜視圖。
以下，對本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器及其制造方法，參照示出其實施例的附圖進行說明。另外，在本發(fā)明中，參照實施例1～4來進行說明。
(實施例1)參照圖1～圖6對本發(fā)明的實施例1進行說明。圖1的局部切口斜視圖示出了本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的熱堆元件(芯片)。圖2是用來說明本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的說明圖。圖3(a)是圖1的多晶硅層的平面圖，圖中省略了絕緣膜、鈍化物膜和樹脂吸收膜等的圖示，圖3(b)是已形成了絕緣膜情況下的圖3(a)的X-X剖面圖。圖4的局部平面圖示出了本實施例的熱堆式紅外線傳感器的概要。圖5是在已形成了絕緣膜情況下的圖4中所示的局部平面圖。圖6(a)、(b)是在熱堆式紅外線傳感器上形成鈍化物膜或紅外線吸收膜的示意剖面圖。
在圖1中，在單晶硅襯底1上形成空洞部分13，形成絕緣膜2a使得把空洞部分13覆蓋起來后形成隔膜部分14。在覆蓋空洞部分13的絕緣膜2a上邊，形成放射狀的n型多晶硅層，在這些n型多晶硅層和鋁等的金屬薄膜層之間的接觸部分上形成熱接點部分和冷接點部分。采用使相鄰的n型多晶硅層彼此間的熱接點部分和冷接點部分用金屬薄膜層交互地進行連接的辦法，在絕緣膜2a上邊形成串聯(lián)連接的熱電元件列。熱接點部分在空洞部分13上邊的絕緣膜2a上邊形成，冷接點部分在單晶硅襯底1上邊的絕緣膜2a上邊形成。熱電元件列的引出線連接到在外周部分上形成的電極焊盤部分12上。薄膜連接狀地形成絕緣膜2a使得如上所述把襯底1的空洞部分13覆蓋起來，再在其上邊形成由熱電元件列構(gòu)成的感熱部分。此外，如后所述，形成鈍化物膜和紅外線吸收膜使得把感熱部分覆蓋起來。
首先，為了易于理解本實施例，參照圖2對各個熱電元件的連接進行說明。如圖2所示，在絕緣膜上邊，島狀地形成n型多晶硅層31～33。n型多晶硅層31的熱接點部分Ta借助于金屬薄膜層7與n型多晶硅層32的冷接點部分Tb連接，而且，n型多晶硅層32的熱接點部分Ta，用金屬薄膜層7，連接到n型多晶硅層33的冷接點部分Tb上。這樣一來，n型多晶硅層31的熱接點部分Ta就借助于金屬薄膜層7，連接到相鄰的n型多晶硅層的冷接點部分Tb上。熱電元件用金屬薄膜層7進行串聯(lián)連接后形成熱電元件列。它們的最終端，如圖1所示，連接到電極焊盤部分12上。
接著，參照圖3(a)進行說明。本實施例的熱堆式紅外線傳感器的圖形，放射狀地形成n型多晶硅層31～33和作為布線圖形的金屬薄膜層71～73，形成熱電元件列。例如，接點部分Ta在芯片中心附近的圓周上邊形成4個，在其外側(cè)的同心圓圓周上邊形成36個，再在其外側(cè)的同心圓的圓周上邊形成40個。這些熱電元件的冷接點部分Tb在襯底上形成的絕緣膜上邊的芯片周緣上與熱接點部分一樣形成80個。這樣一來，就在芯片中心放射狀地形成了熱電元件。
熱堆式紅外線傳感器由島狀的n型多晶硅層31～33的各個圖形的組合構(gòu)成，n型多晶硅層31由以芯片中心一側(cè)為綱的扇形圖形和從該扇形向芯片周緣方向延伸的條帶狀部分構(gòu)成。n型多晶硅層31的條帶狀部分的圖形形狀，是鉤形的n型多晶硅層，除去與別的圖形嚙合部分之外是在芯片周緣部分的寬度擴展開來的形狀。在該n型多晶硅層31的缺口位置上條帶狀地配置鉤形的n型多晶硅層32使得相互嚙合，在n型多晶硅層31、n型多晶硅層31、32的缺口部分上，形成條帶狀的n型多晶硅層33，使得相互嚙合。這些n型多晶硅層33，是越靠近周緣，圖形的寬度就越擴展開來的形狀。在這些n型多晶硅層31～33的芯片中心一側(cè)的端部上設置熱接點部分Ta，在另一端一側(cè)設置冷接點部分Tb。這些島狀的n型多晶硅層的圖形，采用在絕緣膜2a上邊放射狀地均一地進行配置的辦法，可以使隔膜構(gòu)造的應力分布變成為均一。
圖3(b)是沿圖3(a)的X-X線部分的剖面圖，圖示的是冷接點部分Tb的切斷面。在同圖中，在絕緣膜2a上邊形成的n型多晶硅層32、33被絕緣膜4覆蓋，在絕緣膜4上形成接觸孔(開口部分)15，在該開口部分15中形成使n型多晶硅層32、33和Al等的金屬薄膜層進行歐姆接觸的接觸部分，在該接觸部分內(nèi)形成冷接點部分Tb。熱接點部分Ta也同樣地在絕緣膜4上形成開口部分，使金屬薄膜層7和n型多晶硅層接觸，形成熱接點部分。此外，n型多晶硅層的周緣，為了避免陡峻的階差而變成為圓錐狀。
此外，參照圖4～圖6詳細地對本實施例進行說明。另外，圖4是熱堆式紅外線傳感器的局部擴大平面圖，用概略圖示出了圖形的1/4。在該圖中，省略了絕緣膜，開口部分15a～15c用2點點劃線表示。在圖5(a)～(d)中，示出了圖4的A-A、B-B、C-C、D-D剖面圖，在該圖中，已形成了絕緣膜。圖6(a)、(b)是用來說明本實施例的熱堆式紅外線傳感器的熱電元件的膜構(gòu)成的示意性的剖面圖。
本實施例的熱堆式紅外線傳感器，如圖4、圖5所示，從芯片中心C開始，在半徑r1～r3的圓周上邊的位置上分別形成n型多晶硅層31～33的熱接點部分Ta，在n型多晶硅層31～33的終端部分上形成冷接點部分Tb。n型多晶硅層31的圖形，由從半徑r1到半徑r2間形成扇形圖形3a和從該扇形圖形到外緣部分附近為止延伸的條帶狀的鉤形圖形3b構(gòu)成，鉤形圖形3b，從半徑r2到半徑r3，變成為從半徑r3越往外周部分走寬度就越寬的扇狀。使得修補n型多晶硅層31的缺口部分形成n型多晶硅層32，n型多晶硅層32的圖形，是由從半徑r2向外周方向一直延伸到襯底的外緣部分附近為止的鉤形圖形3b’構(gòu)成的條帶狀圖形。使得修補鉤形圖形3b、3b’的缺口配置n型多晶硅層33的圖形，n型多晶硅層33的圖形由從半徑r3開始向外周方向延伸的條帶狀圖形3c構(gòu)成。另外，半徑r1～r3具有r2＜r2＜r3的關系。另外，半徑r1是接近于中心C的位置。此外，在芯片中心C處也可以剩下圓形的多晶硅層。
n型多晶硅層32、33被絕緣膜4覆蓋，在n型多晶硅層31的扇形圖形3a的頂端部分的絕緣膜4上，如圖5(a)所示，形成接觸孔(開口部分)15a，在n型多晶硅層32、33的頂端部分的絕緣膜上，如圖5(b)、(c)所示，也分別形成開口部分15b、15c。采用使金屬薄膜層與這些開口部分15a～15c進行歐姆接觸的辦法，形成熱接點部分Ta，在n型多晶硅層32～33的另一端，如圖5(d)所示，形成開口部分15d，采用使金屬薄膜層7與從開口部分15d露出來的n多晶硅層進行歐姆接觸的辦法，形成冷接點部分Tb。這樣一來，n型多晶硅層32～33，在其芯片中心一側(cè)形成熱接點部分Ta，在另一端形成冷接點部分Tb。
如上所述，本實施例的熱堆式紅外線傳感器，可以用一層n型多晶硅層構(gòu)成，在單晶硅襯底1的表面上形成的絕緣膜2a上邊條帶狀地多條放射狀地形成n型多晶硅層3。然后，在絕緣膜2a和n型多晶硅層3上邊形成的絕緣膜4上形成開口部分15a～15d，并在絕緣膜4上邊形成了Al等的金屬薄膜層之后，進行圖形化以形成使熱接點部分和冷接點部分交互地連接的金屬薄膜層7。
在串聯(lián)連接上述實施例的各個熱電元件的熱電元件列上邊，如圖6(a)所示，形成由SiN形成的絕緣膜，并形成覆蓋SiO2(絕緣膜)10的硼硅酸鹽玻璃層9，使得把其感溫部分中央的熱接點部分Ta覆蓋起來。此外，如圖6(b)所示，形成由PSG(Phospho-Silicate-Glass，磷硅酸鹽玻璃)層81和SiN層82形成的絕緣膜8，此外，為了使得良好地吸收紅外線，還形成樹脂吸收膜16使得把隔膜中央部分覆蓋起來。采用象這樣地形成玻璃層或樹脂吸收層的辦法，就可以提高作為傳感器的紅外線吸收特性。絕緣膜8除SiN之外，還含有SiO2、PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅鋁氧氮耐熱陶瓷中的至少一種。
另外，圖6(a)的絕緣膜10是為了免受刻蝕硼硅酸鹽玻璃層9的工序的影響而形成的。該硼硅酸鹽玻璃層9和絕緣膜10，剩下隔膜部分中央部分被刻蝕除去，玻璃層9和絕緣膜10具有作為紅外線吸收膜的功能。另一方面，圖6(b)的樹脂吸收膜16使用聚酰亞胺系樹脂，乙烯系樹脂、酚樹脂、環(huán)氧系樹脂、丙烯基系樹脂和合成橡膠等。此外在襯底1的背面上，還形成有絕緣膜2b，用刻蝕技術對絕緣膜2b進行開口，采用從背面用堿性刻蝕劑等的刻蝕液進行各向異性刻蝕的辦法，形成空洞部分13。另外，在圖1中所示的電極焊盤部分12，先對絕緣膜8的一部分進行刻蝕形成開口，再使金屬薄膜11、12圖形化后形成。金屬薄膜層11、12的材質(zhì)可以選擇Au、Al、Cr、Ta、Mo、W、NiCr中的至少一種。
其次，參照圖1～圖6，說明實施例1的熱堆式紅外線傳感器的制造方法的一個實施例。
①襯底1由面方位(100)且厚度約400微米的半導體單晶硅襯底構(gòu)成，在900～1100℃左右的溫度下進行熱氧化，在襯底1的兩面上，形成厚度為0.1～1微米的由二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的絕緣膜2a、2b。另外，絕緣膜2a可以是下述任何一種構(gòu)造SiO2的1層構(gòu)造，SiO2+SiN的2層構(gòu)造，或SiO2+SiN+SiO2的3層構(gòu)造。
②在該絕緣膜2a上邊，用LP-CVD法形成膜厚0.1～2微米的非摻雜多晶硅層，再以POCl3為雜質(zhì)源，在800～1150℃的溫度下，向該硅膜中摻磷。摻雜后，用緩沖氟酸刻蝕在表面上形成的磷玻璃(PSG)。該多晶硅層變成為電阻率1～10mΩ·cm的n型多晶硅層。
③在n型多晶硅層3上邊形成膜厚1～4微米的光刻膠。以該光刻膠為掩模，如圖4所示，從芯片中心C開始放射狀地形成由條帶狀的多晶硅層構(gòu)成的圖形。該條帶狀的圖形，由從以芯片中心C為起點的半徑r1開始到在其外周方向上半徑r2之間的扇狀圖形3a，和從扇狀圖形3a到襯底外緣部分附近為止延伸的鉤形圖形3b形成。此外，還形成由從半徑r2開始在芯片外周方向上一直延伸到上述襯底的外緣部分附近的鉤形圖形3b’，和從半徑r3開始在外周方向上一直延伸到上述外緣部分的條帶狀圖形3c構(gòu)成的圖形。
該n型多晶硅的各個圖形，用反應性離子刻蝕(RIE)等使n型多晶硅層圖形化，形成為使n型多晶硅層31～33為島狀，且相互嚙合的配置。另外，作為利用RIE進行的n型多晶硅膜的刻蝕氣體，例如SF6，采用設定合適的條件的辦法，使刻蝕后的n型多晶硅層31～33的邊緣形狀變成為圓錐狀。采用使各個n型多晶硅層的邊緣形狀變成為圓錐狀的辦法，可以改善在硅層上邊形成的上層膜的臺階覆蓋的問題(布線的斷線等)。另外，也可以借助于對n型多晶硅層各向同性刻蝕使其周緣部分形成為圓錐狀或臺階狀。
④再有，用濺射法淀積Al-Si直到膜厚變成為0.2～1微米之后，作為刻蝕劑使用磷酸使之圖形化后形成金屬薄膜層7。在本工序中，先形成多個熱接點部分Ta和冷接點部分Tb，再形成由把熱電元件串聯(lián)連接起來的熱電元件列形成的感溫部分。
⑤接著，在感溫部分上邊，用等離子體CVD法或濺射法，作為絕緣膜8形成膜厚0.2～2微米的SiN，再在絕緣膜8上邊形成膜厚0.3～3微米的硼硅酸鹽玻璃層9。硼硅酸鹽玻璃層9采用在300～600℃的溫度下進行退火使之回流的辦法，可以減少針孔或改善臺階覆蓋。此外，在硼硅酸鹽玻璃層9上邊，用濺射法形成膜厚0.1～2微米的SiO2膜10。另外，絕緣膜8從SiO2、SiN或SiNO的材料中進行選擇組合起來使用，使得可以緩和膜的拉伸或壓縮應力。例如，使之變成為SiO2和SiN的2層構(gòu)造或把SiN夾在SiO2中間的3層構(gòu)造。
⑥刻蝕除去隔膜部分14上邊的硼硅酸鹽玻璃層9和SiO2膜10的一部分，剩下隔膜中央部分，變成為紅外線吸收膜。
⑦電極焊盤部分通過刻蝕絕緣膜8的一部分形成開口，使金屬薄膜層11、12圖形化而形成為重疊到絕緣膜8上。
⑧在最后工序中，用刻蝕襯底1的背面絕緣膜的辦法形成開口，采用從背面用堿性刻蝕液等的刻蝕液對襯底1進行各向異性刻蝕的辦法，在襯底1上形成空洞部分13。
在最后工序中的襯底1的背面刻蝕，例如，假定用KOH對(100)面單晶硅進行各向異性刻蝕，則如圖1所示，可以形成54.7度的圓錐。該制造方法，由于具有可以用批處理大量地進行處理的優(yōu)點，故具有可以制作廉價的器件的優(yōu)點。但是，若用該制造方法，由于將形成起因于晶體構(gòu)造的圓錐，故在芯片上邊會產(chǎn)生沒用的部分，芯片尺寸的縮小化是困難的。
對于芯片尺寸縮小化的要求，可以使用用干蝕法對硅襯底垂直地進行刻蝕的制造方法。該制造方法，可以借助于使用反應性離子刻蝕(RIE，Reactive Ion Etching)裝置的干法刻蝕技術，以87度～90度的角度，對單晶硅進行垂直刻蝕加工。若用該方法的話，使用應用可以產(chǎn)生高密度等離子體的ICP(Inductively Coupled Plasma，感應耦合等離子體)的ICP-RIE裝置，作為刻蝕的掩模使用SiO2或光刻膠，可以垂直地對硅襯底進行刻蝕。采用用這樣的方法進行加工的辦法，就可以縮小芯片尺寸。
接著，以圖6(b)為例，對樹脂制作的紅外線吸收膜的制造方法，進行說明。樹脂吸收膜(紅外線吸收膜)16，形成為把隔膜中央部分覆蓋起來，紅外線吸收膜16可以選擇聚酰亞胺系樹脂、乙烯系樹脂或丙烯基系樹脂中的至少一種，可以向該樹脂中添加碳等的提高紅外線吸收特性的顏料。
作為上述紅外線吸收膜的成膜方法，有使用旋涂的光刻法或印刷法。使用例如光刻法的紅外線吸收膜的成膜方法，向使用旋涂的晶片上邊滴下感光性光刻膠，使涂敷后的光刻膠的膜厚變成為0.1～30微米。
光刻膠膜用恒溫槽或熱板等的加熱裝置，在80～120℃左右的溫度下進行加熱(預焙燒)。在預焙燒之后，用掩模定位器定位成所希望的圖形后，對成膜后的膜進行暴光顯影，除去將要成為紅外線吸收膜部分的光刻膠。接著，在經(jīng)過了清洗工序后，進行后焙燒，形成最終圖形。
其次，旋轉(zhuǎn)涂敷膜厚1～30微米的含有將成為紅外線吸收膜的碳微粒的樹脂液。在從80度到120度的溫度下加熱(預焙燒)之后，用溶解光刻膠的剝離液進行剝離。進行最終加熱(后焙燒)形成最終的紅外線吸收膜。在該最終的加熱工序中，采用對溫度、時間和加熱方法進行控制的辦法，在成膜后的樹脂吸收膜的表面上形成由凹凸為1～10微米的條紋狀的圖形，這已在圖19中示出。另外，圖19的照片是數(shù)字照片。該圖的樹脂吸收膜，示出的是用熱板在大約150～300℃后焙燒2-15分鐘后的吸收膜表面。
作為在紅外線吸收膜中使用的樹脂，除去在本發(fā)明中所公開的樹脂以外，還可以使用感光性樹脂。在使用感光性樹脂的情況下，可以省略剝離工序。
另外，如果使用光刻法形成圖形，則旋轉(zhuǎn)涂敷后的表面，可以形成凹凸在1微米以下的非常平坦的膜。該平坦的膜具有在暴光時增加分辨率等的許多優(yōu)點。但是，從光學上說，由于是平坦的，故在該表面上將反射入射進來的紅外線。用現(xiàn)有的成膜方法形成的平坦的膜的紅外線透過率，在波長10微米的情況下約為5％，但是，由于反射率高達25％左右，故紅外線的吸收率實質(zhì)上將下降。
但是，象本實施例那樣，采用在紅外線吸收膜的表面上，形成1～10微米的凹凸的條紋狀圖形的辦法，在紅外線吸收膜的表面上形成的凹凸處入射紅外線進行散射，可以使紅外線的反射率降低約10％。由于紅外線吸收膜的反射率降低，故可以提高紅外線吸收率，因而可以使傳感器的輸出提高約5％。
(實施例2)參照圖7～圖9對本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的實施例2進行說明。圖7的概略圖示出了熱堆式紅外線傳感器的圖形的一半。圖8是示出了整個圖形的1/4的概略的關鍵部位擴大圖。另外，在圖7、圖8中，省略了絕緣膜或鈍化物層等。圖9(a)～(d)是圖8所示的A-A、B-B、C-C、D-D剖面的膜構(gòu)成。
本實施例的目的是使實施例1的n型多晶硅層31～33的電阻下降，提高S/N比，因而把n型多晶硅層的膜厚形成得厚，圖7示出了其圖形。在本實施例中，與實施例1一樣，使用具有空洞部分的單晶硅襯底，在其兩面上形成有絕緣膜。作為在絕緣膜上邊形成的熱電材料的n型多晶硅層，有把1層的多晶硅層的膜厚形成得厚的制造方法①和形成2層的n型多晶硅層且形成得厚的制造方法②。
首先，參照圖7，對實施例2的熱堆式紅外線傳感器進行說明。如上述實施例所說明的那樣，n型多晶硅層31～33，從絕緣膜上邊的芯片中心開始放射狀地配置，而且，形成分隔開來的島狀。形成圖形并刻蝕成比圖3(a)的n型多晶硅層31～33的圖形還小一點，臺面狀地形成n型多晶硅層311～331。然后，采用形成n型多晶硅層31～33的圖形的辦法，具有把它們的周緣部分作成為帶斜度的階梯狀的形狀。在其上邊，在形成第2絕緣膜4并形成了開口部分之后，采用濺射金屬薄膜層并形成圖形的辦法，在上述開口部分內(nèi)，采用使n型多晶硅層和金屬薄膜層進行接觸的辦法形成熱接點部分Ta和冷接點部分Tb。采用使這些n型多晶硅層的周緣部分變成為帶斜度的階梯狀的辦法，消除陡峻的階差，防止金屬薄膜層在n型多晶硅層的周緣部分處的斷線。
接著，簡單地說明①用1層的多晶硅層的制造方法的實施例。在單晶硅襯底上形成絕緣膜2a，在絕緣膜2a上邊，用LP-CVD法或濺射法形成膜厚0.1～2微米的非摻雜多晶硅層，再以POCl3為雜質(zhì)源，在800～1150℃的溫度下，向該硅膜中摻磷，形成n型多晶硅層。該n型多晶硅層，變成為電阻率為1～10mΩ·cm。在形成了n型多晶硅層后，用緩沖氟酸除去其表面的磷玻璃(PSG)，然后，用與實施例1的圖形相似的小的圖形進行圖形化，形成臺面狀的n型多晶硅層311～331，其次，用與實施例1的n型多晶硅層相同的圖形進行圖形化，形成臺階狀的n型多晶硅層31～33。然后，經(jīng)在實施例1中說明的制造工序，形成鈍化物膜和紅外線吸收膜，制造熱堆式紅外線傳感器。
其次，簡單地說明②用2層的n型多晶硅層的制造方法的實施例。參照圖7～圖9進行說明。另外，使圖形化后的1層的多晶硅層變成為把第2層的多晶硅層覆蓋起來，變成為與在①的制造方法中說明的形狀大體上相等的形狀，與n型多晶硅層31～33相當?shù)牟糠郑?層和2層的多晶硅層形成。首先，在單晶硅襯底上形成絕緣膜2a，再用LP-CVD法或濺射法，在絕緣膜2a上邊形成膜厚0.1～2微米的非摻雜多晶硅層。然后，用形成上述n型多晶硅層311～331的掩模，形成相互分隔開來的多晶硅層的圖形。再在上述多晶硅層上邊，用同樣的制造方法，形成0.1～2微米的非摻雜多晶硅層。然后，以POCl3為雜質(zhì)源，在800～1150℃的溫度下，向這些多晶硅層中摻磷。然后，用n型多晶硅層31～33的圖形，形成與n型多晶硅層31～33相當?shù)膱D形。該n型多晶硅層，變成為電阻率為1～10mΩ·cm。經(jīng)這樣的制造工序，在絕緣層上邊，在芯片中心，放射狀地形成n型多晶硅層31～33，在n型多晶硅層31～33上邊，分別形成與n型多晶硅層31～33相似的小的n型多晶硅層311～331。接著，在這些的上邊，形成絕緣膜后再形成開口部分，形成以n型多晶硅層為熱電材料的各個熱電元件的熱接點部分Ta和冷接點部分Tb，且把各個熱電元件串聯(lián)連接起來形成熱電元件列。另外，作為熱電材料的n型多晶硅層，既可以如上所述每次形成1層由非摻雜多晶硅層形成的圖形地變成為2層，然后，使雜質(zhì)擴散變成為n型多晶硅層，也可以每1層都向多晶硅層中摻入雜質(zhì)，形成2層的n型多晶硅層。
此外，若詳細地說明本實施例，則n型多晶硅層31的熱接點部分Ta，如圖9(a)所示，形成為在n型多晶硅層31上邊的絕緣膜4上形成的開口部分15a處，使n型多晶硅層31和金屬薄膜層7接觸，該金屬薄膜層7，如圖9(b)、(c)所示，在n型多晶硅層31上邊在芯片周緣方向上延伸，而不通過n型多晶硅層311上邊。然后，金屬薄膜層7，如圖9(d)所示，在開口部分15d處與n型多晶硅層33接觸，形成冷接點部分Tb。n型多晶硅層32的熱接點部分，如圖9(b)所示，形成為在開口部分15b處，n型多晶硅層32和金屬薄膜層7進行接觸，金屬薄膜層7，如圖9(c)所示，在被絕緣膜4覆蓋起來的n型多晶硅層32的上邊通過，如圖9(d)所示，在相鄰的n型多晶硅層33的開口部分15d處進行接觸，形成冷接點部分Tb。然后，n型多晶硅層33的熱接點部分Ta，如圖9(c)所示，在n型多晶硅層33上邊的絕緣膜4上形成的開口部分15c處，金屬薄膜層7和n型多晶硅層33進行接觸，通過絕緣膜4上邊，連接到相鄰的n型多晶硅層31的冷接點部分Tb上。這樣地形成了熱接點部分Ta和冷接點部分Tb的熱電元件，如圖6(a)、6(b)所示，形成紅外線吸收膜，使得把鈍化物膜和上述熱接點部分覆蓋起來，制作熱堆式紅外線傳感器。
當然，在本實施例中，與上述實施例一樣，采用把n型多晶硅層31～33的n型多晶硅層31～33的圖形形成為使得在絕緣膜上邊從芯片中心開始放射狀地相互嚙合，在絕緣膜2a上邊放射狀地均一地配置的辦法，可以使隔膜構(gòu)造的應力分布變成為均一。而且，n型多晶硅層的周緣，為了避免陡峻的階差，變成為圓錐狀。
(實施例3)參照圖10和圖11對本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的實施例進行說明。圖10示出了本實施例的1/4圖形的概略，圖11示出了圖10的A-A、B-B、C-C、D-D、E-E剖面的膜構(gòu)成。在本實施例中，如圖10、圖11所示，采用把金屬薄膜層7配置到絕緣膜2a上邊的辦法，不再需要用絕緣膜4把前面說明的圖形化后的n型多晶硅層覆蓋起來，在該絕緣膜4上形成開口部分15的制造工序。因此，實施例3的制造方法，變成為從實施例1的制造方法中除去了形成開口部分的絕緣膜4的制造工序，所以，省略其詳細的說明。
在圖10和圖11中，在本實施例中，在半導體硅襯底的絕緣膜2a上邊，用與前面說明的制造工序相同的工序形成多晶硅層并進行雜質(zhì)擴散，然后圖形化形成n型多晶硅層31～33。構(gòu)成熱電元件。作為一方的材料并兼做布線的金屬薄膜層7被構(gòu)成為從熱接點部分Ta，通過絕緣膜2a上邊，連接到冷接點部分Tb上。因此，n型多晶硅層31的圖形，與上述圖形多少不同，由金屬薄膜層7形成的布線正下邊的n型多晶硅層被除去，在絕緣膜2a上邊形成。
n型多晶硅層31～33，雖然是與上述實施例大體上相等的圖形，但是，n型多晶硅層31的圖形卻是有切口的扇狀圖形3a。在n型多晶硅層31和金屬薄膜層7之間的接觸部分7a上形成熱接點部分Ta，從該熱接點部分Ta延伸的金屬薄膜層7，通過在扇狀圖形的n型多晶硅層31的溝部露出來的絕緣膜2a上邊，連接到作為與金屬薄膜層7之間的接觸部分7d的冷接點部分Tb上。此外，從n型多晶硅層32的接觸部分7b通過絕緣膜2a，與相鄰的n型多晶硅層33的接觸部分7c接觸。再有，從n型多晶硅層33的接觸部分7c通過絕緣膜2a上邊與相鄰的n型多晶硅層32的接觸部分7d接觸。形成串聯(lián)連接的熱電元件列。
在本實施例中，由于不需要用來形成開口部分的絕緣膜，故具有可以削減制造工序個數(shù)的優(yōu)點，還可以期待成品率的提高。此外，采用使n型多晶硅層的周緣部分作成為階梯狀的辦法，可以防止金屬薄膜層的布線圖形的斷線，還可以把n型多晶硅層和金屬薄膜層均等地配置在芯片表面上，故可以防止應力所產(chǎn)生的裂縫的發(fā)生。
(實施例4)參照圖12～圖14對本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的實施例進行說明。圖12示出了熱堆式紅外線傳感器的1/4圖形的概略，圖13(a)～(c)，圖14(a)、(b)示出了圖12的A-A、B-B、C-C、D-D、E-E剖面圖。此外，在圖12中，沒有示出覆蓋熱電元件的絕緣膜，在圖14、圖15中示出了絕緣膜。此外，在圖12中，作為接觸部分示出了借助于金屬薄膜層和n型多晶硅層之間的接觸形成的熱接點部分Ta和冷接點部分Tb，但卻省略了在用來形成熱接點部分Ta和冷接點部分Tb的絕緣膜上形成的開口部分的圖示。
另外，在本實施例中，作為熱電元件的熱電材料的n型多晶硅層，把絕緣膜夾在中間形成為2層。即，第1層的n型多晶硅層是與實施例1的圖形同一的圖形，是對于該實施例1的n型多晶硅層的圖形，中間存在著絕緣膜使同一圖形的n型多晶硅層錯在圓周方向上開半個節(jié)距地形成的n型多晶硅層。如果是與圖1的實施例同一的圖形，就可以形成160個熱電元件，但只要可以形成80個熱電元件即可，采用分別形成第1層的n型多晶硅層的40個，第2層的n型多晶硅層的40個，形成80個熱電元件的辦法，在實用上就沒有問題。
圖13(a)～(c)，圖14(a)、(b)示出了圖12的A-A、B-B、C-C、D-D、E-E剖面圖。在這些圖中，示出了作為通過熱接點部分Ta和冷接點部分Tb的切斷面的剖面圖。在本實施例中，把1層的多晶硅層作成為階梯狀，形成圓錐，被覆熱電元件的鈍化物膜和紅外線吸收膜作成為與上述實施例同樣的形態(tài)。
參照圖12～圖14進行說明，則與實施例1一樣，在形成于單晶硅襯底上的絕緣膜2a上邊，與上述實施例一樣，條帶狀地放射狀地形成多個第1n型多晶硅層31～33。在其上部形成絕緣膜4，再在絕緣膜4上邊，條帶狀地形成第2n型多晶硅層51～53。n型多晶硅層51～53的第2圖形是對于n型多晶硅層31～33的圖形錯開半個節(jié)距的圖形。然后，在其上邊形成絕緣膜6。在第1條帶狀的n型多晶硅層31～33上邊的2層絕緣膜4、6上，形成開口部分，在第2n型多晶硅層51～53上邊的絕緣膜6上也形成開口部分。這些開口部分用來形成熱電元件的熱接點部分和冷接點部分，采用在絕緣膜6上邊成膜Al等的金屬薄膜層，并進行圖形化的辦法，形成作為構(gòu)成熱電元件的一方的材料同時兼做布線的金屬薄膜層7，n型多晶硅層31～33、51～53與金屬薄膜層7之間的接觸部分將變成為熱電元件的熱接點部分Ta和冷接點部分Tb。
熱接點部分Ta的剖面，示于圖13(a)～(c)，冷接點部分Tb的剖面示于圖14(a)、(b)。第1n型多晶硅層31～33的冷接點部分，如圖14(b)所示，形成為在絕緣膜4上設置的開口部分處，金屬薄膜層7和n型多晶硅層31～33進行接觸。第2n型多晶硅層51～53的冷接點部分，如圖14(a)所示，在設置于絕緣膜6上的開口部分處，金屬薄膜層7與n型多晶硅層51～53接觸，形成冷接點部分Tb。然后，使第2n型多晶硅層的熱接點部分Ta和相鄰的第1n型多晶硅層的冷接點部分Tb連接，借助于金屬薄膜層7，構(gòu)成串聯(lián)連接的熱電元件列。此外，如圖6(a)、(b)所示，在構(gòu)成多個熱接點部分的隔膜部分上，形成由絕緣膜8構(gòu)成的鈍化物膜和紅外線吸收膜。
雖然上述實施例1～3的情況也是一樣的，但采用在由SiN形成的絕緣膜8上邊形成由硼硅酸鹽玻璃層9構(gòu)成的紅外線吸收膜的辦法，可以提高作為傳感器的紅外線吸收特性。另外，絕緣膜10，在形成由上述紅外線吸收膜構(gòu)成的感溫部分時，為了使硼硅酸鹽玻璃層9不受刻蝕工序的影響而成膜。電極焊盤部分12，刻蝕絕緣膜的一部分形成開口，使金屬膜11、12圖形化，形成為使得重疊到絕緣膜8上。此外，如圖6(b)所示，作為紅外線吸收膜16，也可以在隔膜中央部分形成由聚酰亞胺系樹脂、乙烯系樹脂或丙烯基系樹脂構(gòu)成的樹脂膜。這樣一來，即便是在1層構(gòu)造的n型多晶硅層、2層構(gòu)造的n型多晶硅層的情況下，也可以形成圖6所示的鈍化物膜或紅外線吸收膜等。
其次，參照圖12～圖14對本實施例的制造方法進行說明。另外，在單晶硅襯底的表面背面上形成的絕緣膜2a上邊形成第1層n型多晶硅層31～33的工序，與前面說明的制造工序是一樣的，故省略其說明而從其次的工序開始進行說明。
①前進到在用圖12的虛線示出的第1n型多晶硅層31～33上部，形成絕緣膜4的工序。絕緣膜4用LP-CVD法形成膜厚0.1～2微米的SiO2。另外，作為絕緣膜4，如上所述，采用使多晶硅層熱氧化，在多晶硅表面上形成約10nm～100nm的SiO2，構(gòu)成層間絕緣膜的辦法，可以實現(xiàn)層間絕緣性的提高，這是不言而喻的。
②前進到第2n型多晶硅層的形成工序。首先，使襯底溫度變成為600℃～700℃，用LP-CVD法，在該絕緣膜4上邊形成膜厚0.1～2微米的非摻雜多晶硅膜，再用離子注入法進行了離子注入之后，在800～1150℃的溫度下進行處理使磷擴散。借助于該摻雜工序，非摻雜多晶硅層將變成為電阻率為1～10mΩ·cm的n型多晶硅層。
③在上述n型多晶硅層上邊，形成膜厚1～4微米的光刻膠膜，這是與第1n型多晶硅層31～33的形成時相同的圖形，是從芯片中心C對于第1n型多晶硅層31～33的第1圖形在圓周方向上錯開半個節(jié)距的第2圖形，如圖12的虛線所示，進行圖形化。借助于此，從芯片中心開始向著周邊部分放射狀地條帶狀地形成圖形。該放射狀的圖形，與先前在基底上形成的第1n型多晶硅層31～33的條帶圖形是同一圖形。以該圖形為掩模，采用用RIE等，使n型多晶硅圖形化的辦法，形成第2n型多晶硅層51～53。
④采用借助于光刻技術使第1和第2n型多晶硅層31～33和51～53的條帶圖形邊緣部分上邊的絕緣膜4和6圖形化，并用RIE等進行刻蝕的辦法，形成用來形成熱接點部分和冷接點部分的開口部分。
⑤在第1n型多晶硅層31～33和第2n型多晶硅層51～53的各自的上邊，為了形成熱接點部分和冷接點部分并進行連接，用濺射法形成膜厚0.2～1微米的Al-Si的金屬薄膜層7，然后，用光刻技術使之圖形化，作為刻蝕劑使用磷酸進行刻蝕，分別連接熱接點部分Ta、冷接點部分Tb，同時形成用來向外部取出以形成電極12的基底電極焊盤部分。
⑥在形成了金屬薄膜層7之后，用等離子體CVD法或濺射法，形成SiN、SiO2等的膜厚0.2～2微米的絕緣膜8。再在絕緣膜8上邊，用濺射法成膜膜厚0.3～3微米的硼硅酸鹽玻璃層9。該玻璃層9，為了減少針孔，改善臺階覆蓋，在300～600℃的溫度下進行熱處理。這種減少針孔的工序，在上述實施例中也是有效的。
⑦在進行了熱處理的上述玻璃層9上邊，用濺射法形成由0.5～2微米的膜構(gòu)成的SiO2的絕緣膜10。然后，用光刻技術形成圖形，刻蝕除去電極焊盤部分上邊的絕緣膜8，作為電極焊盤11、12，在使Cr成膜50～300nm，使Au成膜100～500nm的厚度之后，用光刻技術進行圖形化。
⑧用光刻技術刻蝕襯底1的背面絕緣膜2b形成開口部分，用堿性刻蝕劑等從背面對單晶硅襯底1進行各向異性刻蝕以除去襯底部分，形成空洞部分13，完成形成了含有將成為紅外線受光部分的熱接點部分的隔膜部分14的傳感器芯片。
接下來，最終工序中作為紅外線吸收膜的樹脂膜的形成方法，有下述方法絲網(wǎng)印刷法、噴墨法或在旋轉(zhuǎn)涂敷上樹脂后，使之硬化，并借助于利用光刻技術進行的圖形化來形成的方法等。在噴墨法的情況下，即便是在形成了空洞部分之后也可以形成樹脂膜。另外，根據(jù)需要，為了提高紅外線吸收特性，也可以向樹脂中分散碳等。
此外，在上述實施例中，作為在金屬薄膜層7上邊形成的絕緣膜，除SiO2、SiN或SiNO之外，也可以含有PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅鋁氧氮耐熱陶瓷中的至少一種。此外，覆蓋金屬薄膜層7的絕緣膜，也可以用PSG和SiN二者構(gòu)成。
上述實施例的熱堆式紅外線傳感器，通常，如圖15所示，可以封入到封裝中后作為紅外線檢測器使用。同圖示出了把熱堆式紅外線傳感器器件TA固定到底座SA上邊的狀態(tài)。所使用的底座SA，例如是Fe或Fe-Ni-Co等的金屬制造的，固定熱堆式紅外線傳感器器件TA的中央部分形成有凹坑。
此外，熱堆式紅外線傳感器TA，用熱傳導性非常好的粘接劑固定到底座上邊。用于進行溫度補償?shù)臒崦綦娮栊酒琓B也用導電性膏粘接到底座上邊。熱堆式紅外線傳感器器件TA的電極焊盤部分和在底座上邊形成的外部電極端子部分之間的連接，Au線或Al-Si線用引線鍵合技術進行連接。
在底座SA上邊載置固定熱堆式紅外線傳感器器件TA和熱敏電阻TB并進行電連后，把用環(huán)氧樹脂系粘接劑或焊錫把紅外線透過性濾光片構(gòu)件粘接固定到管帽開口部分上的帶窗口的管帽SB，扣到底座SA上后用焊接等的方法進行氣密密封。封裝內(nèi)，或者是用Ar、Kr或Xe氣體等的熱傳導性低的氣體進行密封，或者是用真空進行密封。采用用低熱傳導性氣體或真空進行密封的辦法，就可以減少熱從熱堆式紅外線傳感器器件的隔膜部分通過上述密封氣體向周圍氣氛的傳導，可以實現(xiàn)紅外線檢測器的高輸出化。
另一方面，在帶窗口的管帽SB上，設置有將成為窗口構(gòu)件的紅外線透過性濾光片構(gòu)件F。紅外線透過性濾光片構(gòu)件F，由于用由在硅襯底或鍺的襯底表面上用來控制透過率的ZnS或Ge等構(gòu)成的數(shù)十層的多層膜形成，故價格非常昂貴。因此，要想制造廉價的紅外線傳感器，就必須減小封裝尺寸，極力減小濾光片尺寸。但是，當濾光片尺寸極端地小時，由于入射紅外線線量減少，傳感器輸出將降低。
從這樣的觀點出發(fā)，參照圖16(c)、(d)對濾光片尺寸盡可能小，且可以有效地利用的管帽構(gòu)造進行說明。在帶窗口的管帽SB上設置開口部分27，使得把紅外線透過性濾光片構(gòu)件F嵌入到該開口部分27中去。但是，在用沖壓等的模具進行加工制作的情況下，雖然在開口部分27為圓形的情況下不會成為問題，但在四角形或六角形的開口部分的情況下，由于存在著拐角部分，故具有下述加工特性在作為四角形或六角形的邊和邊的交點部分的角上形成圓角。
例如，在開口部分27為正方形，且其一邊為2mm的情況下，開口部分27的拐角部分的圓角半徑最小，為0.2～0.3mm。在半徑為0.2mm的情況下，間隙G1變成為約0.06mm，在半徑為0.3mm的情況下，開口部分和窗口構(gòu)件之間的間隙G1將變成為約0.1mm。如果考慮到開口部分的加工精度，則該間隙將會變得更大。
如上所述，為了作成為把濾光片構(gòu)件F的角嵌入到開口部分27中去，由于可以采用在開口部分的拐角部分處形成圓角的辦法來插入濾光片構(gòu)件F，故間隙G1變大。由于產(chǎn)生該間隙G1，故為了進行濾光片構(gòu)件F和開口部分27之間的粘接需要多量的粘接劑。此外，粘接劑有向入射一側(cè)的面漏出來的可能，故理想的是作成為以下要說明的圖16(a)、(b)的帶窗口的管帽SB的構(gòu)造。當然，即便是在該間隙G1的情況下，采用填充樹脂的辦法也可以充分實施。
其次，對圖16(a)、(b)的帶窗口的管帽的構(gòu)造進行說明。在同圖中，帶窗口的管帽SB，在管帽SB上設置開口部分26，向該開口部分26內(nèi)嵌入紅外線透過性濾光片構(gòu)件F。開口部分26形成它們的拐角為圓形的缺口部分，把用切片加工法切出來的紅外線透過性濾光片構(gòu)件F的4個拐角，分別嵌入到圓形或彎曲的缺口部分26中，從而嵌插于開口部分26中去。濾光片構(gòu)件F和管帽SB之間的間隙G2可以作成為考慮到加工精度的容許誤差后的尺寸，使之變成為極其狹窄的間隙。
如上所述，采用在開口部分26的拐角部分處，用各邊的延長線上的交點，在外側(cè)方向上，形成缺口部分26a的辦法，消除在把窗口構(gòu)件F嵌插到開口部分26中去之際的被掛住的地方，從而可以使起因于拐角部分的開口部分與窗口構(gòu)件之間的間隙變成為更小。因此，可以提高氣密密封的可靠性，可以使粘接劑28向窗口構(gòu)件表面上滲出等的不良減低至最小限度。
其次，參照圖17(a)、(b)對另一實施例進行說明。同圖示出了帶窗口的管帽構(gòu)造的局部切除斜視圖，同圖(a)是從已形成了用來設置窗口構(gòu)件的管帽內(nèi)部一側(cè)看的斜視圖，同圖(b)的斜視圖示出了已設置了窗口構(gòu)件的管帽的外觀。
在同圖中，管帽SB設有四角形的開口部分26，在開口部分26的4個拐角上設有凹部26b。凹部26b形成為從管帽的背面一側(cè)向外側(cè)突出出來。窗口構(gòu)件F是四角形，采用調(diào)節(jié)凹部26b的深度的辦法，在把窗口構(gòu)件F嵌插入開口部分26時，窗口構(gòu)件F的表面(紅外線入射面)和管帽SB的正面一側(cè)將變成為同一個面。當然，在把窗口構(gòu)件F嵌入開口部分26中去之際，即便是作成為從管帽SB的表面有一些凹凸也不會有問題，但是理想的是使之不產(chǎn)生階差地進行嵌入。然后，從管帽SB的背面一側(cè)，向窗口構(gòu)件F的周圍和凹部內(nèi)填充樹脂，把窗口構(gòu)件F固定到管帽的開口部分26上。該開口部分26與窗口構(gòu)件F尺寸一致，并把窗口構(gòu)件F搭接并固定到四個拐角的凹部26b的底部上。因此，在本實施例中，可以把窗口構(gòu)件F的整個面當作是吸收紅外線的面，可以變成為比現(xiàn)有的窗口構(gòu)件的形狀更小的形狀，具有下述效果對使昂貴的窗口構(gòu)件F降價有好處，是經(jīng)濟的。
圖18(a)是作為封裝使用氧化鋁之類的陶瓷封裝的例子，熱堆式紅外線傳感器器件TA和熱敏電阻TB用引線鍵合法進行布線。圖18(b)示出的是在陶瓷封裝內(nèi)進行載置使得熱堆式紅外線傳感器TA的空洞部分一側(cè)變成為紅外線的受光面，作為熱敏電阻芯片TB，使用表面裝貼型(surface mount type)的芯片的例子。氧化鋁熱傳導率高達20W/m·K，在作為紅外線檢測器使用時，由于在封裝內(nèi)發(fā)生的溫度分布變小，故具有可以減小測定誤差的優(yōu)點。作為封裝材料，并不限定于氧化鋁，如果用AlN，由于熱傳導率為170W/m·K之大，故可以得到更好的特性。在以圖18(b)那樣的形狀使用的情況下，可以在空洞部分一側(cè)形成硼硅酸鹽玻璃層或紅外線吸收膜。
其次，參照圖20，對本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器的紅外線吸收譜進行說明。圖20(a)示出了在隔膜部分上形成了SiO2膜的情況下的紅外線吸收特性，同圖(b)示出了在隔膜部分上形成了硼硅氧鉛玻璃膜的情況下的紅外線吸收特性。由同圖(b)可知，作為硼硅酸鹽玻璃9(參看圖6(a))，在使用硼硅氧鉛玻璃的情況下，在大約6～11微米的波長處有吸收帶(換算成溫度，約為-10～210℃)。此外，由同圖(a)可知，要是SiO2膜的話，在大約8～9.5微米的波長處有吸收帶(換算成溫度，約為30～90℃)。就是說，如實施例的熱堆式紅外線傳感器那樣，采用把硼硅酸鹽玻璃用做絕緣膜的辦法，與以往所用的SiO2膜比較，可以對寬的溫度范圍進行檢測。此外，在作為鈍化物膜使用SiN膜的情況下，在10～12微米的波長處具有吸收帶，采用在成膜時導入氧使之變成為SiNO的辦法，可以使吸收帶向短波長一側(cè)轉(zhuǎn)移。因此，采用使SiNO膜與硼硅氧玻璃膜進行組合的辦法，就可以擴展吸收帶，可以進一步提高靈敏度。另外，作為硼硅酸鹽玻璃膜，雖然示出的是使用硼硅氧鉛玻璃膜的情況，但是，也可以不用鉛而添加別的元素并進行熱處理的玻璃膜。當然，也可以是未進行添加的硼硅氧玻璃膜。
另外，在本實施例中，雖然在1層的n型多晶硅層中形成了80個熱電元件，但是并不限定于此，采用改變芯片中心的同心圓的半徑或圖形寬度的辦法，還可以進一步增減個數(shù)。在實施例2中，在受光功率密度為1.25mW/cm2的條件下，可以制造S/N比為84dB的傳感器。
另外，本發(fā)明的熱堆式紅外線傳感器，由于小型且可以高精度地進行非接觸溫度測定，故成了作為可以高速地測定人體體溫的耳式體溫表用傳感器最合適的傳感器。
此外，在本發(fā)明中，也可以在器件表面上形成一個以上的熱電元件列，并在外部串聯(lián)連接熱電元件列。
如上所述，倘采用本發(fā)明，作為熱電材料，采用使用n型多晶硅層的辦法，由于與p型多晶硅層比，將成為載流子的電子的遷移率高，即便是電阻率相同，由于塞貝克系數(shù)增大，故也會增大輸出電壓-約翰遜噪聲的S/N比。而且，如實施例1～3所示，采用把熱接點部分，從熱堆式紅外線傳感器器件的空洞部分的中心，按照半徑r1＜r2＜r3的距離順序，配置在同心圓上的辦法，可以緩和由n型多晶硅層形成的隔膜部分的應力集中，且采用盡可能地把n型多晶硅層的條帶寬度形成得寬的辦法，使得可以降低熱堆元件的電阻。其結(jié)果是可以提高輸出電壓-約翰遜噪聲的S/N比，而且，由于可以降低隔膜部分全體的應力，故將提高各向異性刻蝕時的成品率，作為結(jié)果，具有可以制造廉價的熱堆式紅外線傳感器器件的優(yōu)點。
此外，如實施例4所示，采用中間存在絕緣膜地把n型多晶硅層疊層為2層，或者，使上下的硅膜的圖形錯開半個節(jié)距地形成，再從熱堆式紅外線傳感器器件的空洞部分的中心開始，按照半徑r1＜r2＜r3的順序，把熱接點部分配置在同心圓上的辦法，可以緩和由n型多晶硅層形成的隔膜部分的應力集中。此外，在與實施例1～3的情況同樣的熱接點個數(shù)的時候，在形成了使圖形錯開的2層n型多晶硅層的情況下，可以把條帶寬度形成得寬，因而可以降低熱堆式紅外線傳感器器件的電阻。其結(jié)果是，可以進一步提高輸出電壓對約翰遜噪聲的S/N比，此外，由于可以降低隔膜部分全體的應力，故可以提高各向異性刻蝕時的成品率，結(jié)果是可以提供便宜的熱堆式紅外線傳感器。
此外，倘采用本發(fā)明，作為構(gòu)成熱堆式紅外線傳感器的熱電材料，采用使n型多晶硅膜的電阻率變成為從1mΩ·cm到10mΩ·cm的辦法，可以增大輸出電壓和約翰遜噪聲的S/N比，可以減小電壓靈敏度的溫度依賴性。就是說，在多晶硅膜的電阻率比1mΩ·cm還小的情況下，塞貝克系數(shù)減小，得不到將變成實用的輸出電壓，要想增大輸出電壓，就必須增加接點個數(shù)，故熱電偶的全長將增加與該個數(shù)的增加量相應量的長度，具有使生產(chǎn)成品率下降的缺點。此外，在大于10mΩ·cm的情況下，則雖然塞貝克系數(shù)將變大，但約翰遜噪聲也將變大，因而具有使S/N比降低的缺點。
此外，采用把n型多晶硅層的電阻率設定于1mΩ·cm～10mΩ·cm的范圍內(nèi)的辦法，就可以使熱電偶個數(shù)、n型多晶硅膜的圖形形狀和熱接點部分的位置、傳感器的S/N比等的參數(shù)最佳化，源于生產(chǎn)成品率等的關系，具有易于量產(chǎn)的優(yōu)點。
此外，采用把n型多晶硅層的圖形邊緣形狀作成為階梯狀或圓錐狀的辦法，由于可以緩和對于在多晶硅層上邊成膜的膜的臺階覆蓋的制約，故可以加厚多晶硅層的膜厚。此外，為了使階差變得低而平緩，可以使在多晶硅層上邊成膜的膜薄膜化，所以在階差上邊的金屬膜的斷線等的問題將不復存在。
此外，作為紅外線吸收膜，采用使用硼硅酸鹽玻璃或SiNO的辦法，與現(xiàn)有的SiO2比較，可以實現(xiàn)30％左右的高輸出化。此外與由樹脂等構(gòu)成的吸收膜比，由于可以在各向異性刻蝕之前形成，故可以削減器件的造價。
另外，作為封裝材料，采用使用Al2O3或AlN等的陶瓷的辦法，可以制作便宜且溫度漂移小的小型的熱堆式紅外線傳感器器件。
此外，作為冷接點溫度補償器件，采用使用以狹窄偏差對電阻值進行分類的片狀熱敏電阻或薄膜熱敏電阻的辦法，在作為非接觸溫度傳感器使用的情況下，可以削減出廠時檢查校正時間或可以高精度地測定目標物體的溫度。
此外，倘采用本發(fā)明，采用使在器件上形成的紅外線吸收膜的表面變成為條紋狀的辦法，由于抑制紅外線的反射從而提高吸收率，故在可以提高紅外線的檢測效率的同時，還可以對SN比的提高作出貢獻。
此外，倘采用本發(fā)明，由于在管帽上裝設昂貴的窗口構(gòu)件，故采用可以有效地利用窗口構(gòu)件而沒有浪費地在管帽上形成開口部分的辦法，就可以提供便宜的紅外線傳感器。此外，在開口部分的四個拐角上形成的凹部，對于把窗口構(gòu)件牢固地固定在管帽上是有效的，對于密封向管帽內(nèi)注入的惰性氣體是有效的。
權利要求
1.一種在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，配置有從芯片中心附近開始放射狀地延伸的多個n型多晶硅層，借助于上述n型多晶硅層和金屬薄膜層的接觸，在芯片中心一側(cè)形成有熱接點部分，在其周圍一側(cè)形成有冷接點部分，上述金屬薄膜層交互地連接相鄰的上述n型多晶硅層之間的熱接點部分和冷接點部分，在上述第1絕緣膜上邊至少形成有一個串聯(lián)連接的熱電元件列。
2.一種在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，配置有從芯片中心附近開始放射狀地延伸的多個n型多晶硅層，借助于上述n型多晶硅層和金屬薄膜層的接觸，在芯片中心一側(cè)形成熱接點部分，在其周圍一側(cè)形成有冷接點部分，上述金屬薄膜層交互地連接相鄰的上述n型多晶硅層彼此間的熱接點部分和冷接點部分，在上述第1絕緣膜上邊至少形成有一個串聯(lián)連接的熱電元件列，而且，在上述熱電元件列上邊，中間存在著絕緣膜地形成紅外線吸收膜。
3.一種在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，使之互相嚙合地配置有從芯片中心附近的圓周上邊和其外側(cè)的多個同心圓上邊的位置開始，向芯片周緣方向放射狀地延伸的多個n型多晶硅層，在覆蓋上述n多晶硅層和上述第1絕緣膜的第2絕緣膜上設置有開口部分，通過上述開口部分借助于上述n型多晶硅層和金屬薄膜層之間的接觸，在芯片中心一側(cè)和其周圍一側(cè)分別形成有熱接點部分和冷接點部分，用上述金屬薄膜層交互地連接相鄰的上述n型多晶硅層彼此間的熱接點部分和冷接點部分，在上述第1絕緣膜上邊至少形成有一個串聯(lián)連接的熱電元件列，而且，在上述熱電元件列上邊，中間存在著絕緣膜地形成紅外線吸收膜。
4.一種在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器，其特征是設置下述部分覆蓋在上述單晶硅襯底上設置的空洞部分的第1絕緣膜；在上述第1絕緣膜上邊，使之互相嚙合地配置從芯片中心附近的圓周上邊和其外側(cè)的多個同心圓上邊的位置開始，向芯片周緣方向放射狀地延伸的多個n型多晶硅層；在上述n型多晶硅層和上述第1絕緣膜上邊形成的第2絕緣膜；為了在上述多個n型多晶硅層的芯片中心側(cè)和周緣一側(cè)分別形成熱接點部分和冷接點部分，在上述第2絕緣膜上形成的開口部分；用來通過上述開口部分與上述n型多晶硅層接觸并形成上述熱接點部分和冷接點部分的金屬薄膜層；用上述金屬薄膜層交互地連接上述熱接點部分和冷接點部分而形成的熱電元件列；在上述第2絕緣膜上邊和上述金屬薄膜層上邊形成的第3絕緣膜；在上述第3絕緣膜上邊形成為把上述熱接點部分覆蓋起來的紅外線吸收膜；在上述串聯(lián)連接的熱電元件列的終端部分上形成的電極焊盤部分。
5.一種在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，使之互相嚙合地配置有從芯片中心附近的圓周上邊和其外側(cè)的多個同心圓上邊的位置開始，向芯片周緣方向放射狀地延伸的多個n型多晶硅層，借助于上述n型多晶硅層和金屬薄膜層之間的接觸，在芯片中心一側(cè)和其周圍一側(cè)分別形成有熱接點部分和冷接點部分，使從上述熱接點部分導出的上述金屬薄膜層在上述第1絕緣膜上邊攀沿并連接到相鄰的n型多晶硅層的上述冷接點部分上，在上述第1絕緣膜上邊形成串聯(lián)連接的熱電元件列，而且，在覆蓋上述熱電元件列的第2絕緣膜上邊，形成紅外線吸收膜。
6.一種在具有空洞部分的單晶硅襯底上形成有熱電元件的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在覆蓋上述空洞部分的第1絕緣膜上邊，使之互相嚙合地配置有從芯片中心附近的圓周上邊和其外側(cè)的多個同心圓上邊的位置開始，向芯片周緣方向放射狀地延伸的多個第1n型多晶硅層，形成有覆蓋上述第1n型多晶硅層和上述第1絕緣膜的第2絕緣膜，在上述第2絕緣膜上邊，形成有具有與上述第1n型多晶硅層相同的圖形形狀，由對于上述第1n型多晶硅層的圖形在圓周方向上錯開半個節(jié)距的圖形構(gòu)成的多個第2n型多晶硅層，形成覆蓋在上述第2n型多晶硅層上邊的第3絕緣膜，在上述第1和第2n型多晶硅層上邊的上述第2和第3絕緣膜上設置開口部分，通過上述開口部分借助于與金屬薄膜層之間的接觸，在上述第1和第2n型多晶硅層的芯片中心一側(cè)和其周圍一側(cè)分別形成熱接點部分和冷接點部分，同時，用上述金屬薄膜層交互地連接上述熱接點部分和相鄰的n型多晶硅層冷接點部分，形成串聯(lián)連接的熱電元件列，而且，在上述熱電元件列上邊，中間存在著絕緣膜地形成有紅外線吸收膜。
7.權利要求1～6中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述單晶硅襯底的面方位為(100)面。
8.權利要求1～7中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是從芯片中心開始放射狀地配置的上述n型多晶硅層是在芯片周緣方向上展寬的扇狀圖形的組合。
9.權利要求1～8中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述熱接點部分，配置在距芯片中心半徑為r1～r3的同心圓上邊，且它們的關系是r1＜r2＜r3。
10.權利要求2～9中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在上述熱電元件列上邊設置的紅外線吸收膜，由硼硅酸鹽玻璃、聚酰亞胺系樹脂、乙烯系樹脂或丙烯基系樹脂中的一種構(gòu)成。
11.權利要求1～10中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是覆蓋上述熱電元件列的絕緣膜，是PSG和SiN的2層的絕緣膜。
12.權利要求1～11中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述第1絕緣膜，由SiO2和SiN的2層構(gòu)造或用SiO2把SiN夾在中間的3層構(gòu)造構(gòu)成。
13.權利要求1～12中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是除去形成熱接點部分和冷接點部分的部分之外，把上述n型多晶硅層的周緣部分形成為臺階狀。
14.權利要求1～13中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述n型多晶硅層的周緣截面是圓錐狀。
15.權利要求1～14中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述n型多晶硅層的電阻率為1～10mΩ·cm。
16.權利要求1～15中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是覆蓋上述熱電元件列的絕緣膜，含有SiO2、SiN、SiNO、PSG(磷玻璃)、Al2O3、硅鋁氧氮耐熱陶瓷中的至少一種。
17.權利要求1～16中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述金屬薄膜層由Al、Cr、Ta、Mo、W、NiCr中的至少一種構(gòu)成。
18.權利要求2～17中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是上述紅外線吸收膜的表面，是具有凹凸的條紋狀圖形。
19.權利要求1～18中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在封入上述熱堆式紅外線傳感器的封裝的管帽部分上形成的開口部分上設置由可以透過紅外線的濾光片構(gòu)成的窗口構(gòu)件，上述窗口構(gòu)件是四角形或六角形，上述開口部分的形狀與上述窗口構(gòu)件的形狀一致，而且，在上述開口部分的各個拐角上形成的缺口部分，形成于比上述四角形或六角形的各邊的交點還往外的外側(cè)。
20.權利要求1～18中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器，其特征是在封入上述熱堆式紅外線傳感器的封裝的管帽部分上形成的開口部分上設置由可以透過紅外線的濾光片構(gòu)成的窗口構(gòu)件，上述窗口構(gòu)件是四角形或六角形，上述開口部分的形狀與上述窗口構(gòu)件的形狀一致，而且形成在上述開口部分的各個拐角上形成的凹部，并用上述凹部定位保持上述窗口構(gòu)件。
21.一種熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是具備下述工序第1工序，用于用熱氧化、CVD或濺射法，在單晶硅襯底的兩面上形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜表面上邊形成多晶硅層；第3工序，用于采用向上述多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的n型多晶硅層；第4工序，用于使上述n型多晶硅層圖形化，形成由從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形構(gòu)成的第1圖形；第5工序，用于用CVD、玻璃涂敷或濺射法，在用上述第1圖形形成的多個n型多晶硅層和第1絕緣膜上邊，形成第2絕緣膜；第6工序，用于在分別與熱接點部分和冷接點部分對應的部分的上述第2絕緣膜上設置開口部分；第7工序，用于在上述第6工序之后，用濺射法或蒸鍍法形成金屬薄膜層；第8工序，用于使上述金屬薄膜層圖形化，并用上述開口部分使上述n型多晶硅層和上述金屬薄膜層進行歐姆接觸，使由熱接點部分和冷接點部分構(gòu)成的各個熱電元件串聯(lián)連接起來，形成熱電元件列；露出工序，用于在上述金屬薄膜層和上述第2絕緣膜上邊形成第3絕緣膜，而且，在芯片中央部分上形成紅外線吸收膜，在最終工序中，在上述單晶硅襯底的背面的上述第1絕緣膜上設置開口部分，并借助于刻蝕在上述襯底的背面上形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
22.一種熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是具備下述工序第1工序，用于用熱氧化、CVD或濺射法，在單晶硅襯底的兩面上形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜上邊形成多晶硅層；第3工序，用于采用向上述多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的n型多晶硅層；第4工序，用于在上述n型多晶硅層上，使從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形圖形化，對上述n型多晶硅層的一部分進行刻蝕，使之變成為臺面狀；第5工序，用于用與在上述第4工序中形成的臺面狀n型多晶硅層相似的更大的圖形進行圖形化，剩下上述臺面狀n型多晶硅層的周緣部分的n型多晶硅層進行刻蝕，形成帶斜度的階梯狀n型多晶硅層；第6工序，用于在上述第5工序之后的上述階梯狀n型多晶硅層上形成第2絕緣膜，在分別與熱接點部分和冷接點部分對應部分的上述第2絕緣膜上設置開口部分；第7工序，用于在上述第6工序之后，用濺射法或蒸鍍法形成金屬薄膜層；第8工序，用于使上述金屬薄膜層圖形化，并用上述開口部分使上述階梯狀n型多晶硅層和上述金屬薄膜層進行歐姆接觸，使由熱接點部分和冷接點部分構(gòu)成的各個熱電元件串聯(lián)連接起來，形成熱電元件列；第9工序，用于在上述第2絕緣膜和上述金屬薄膜層上邊形成第3絕緣膜，在上述第3絕緣膜上邊形成紅外線吸收膜；第10工序，用于在上述單晶硅襯底的背面上形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
23.一種熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是具備下述工序第1工序，用于在單晶硅襯底的兩面上形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜上邊形成第1多晶硅層；第3工序，用于在使上述第1多晶硅層圖形化為使得變成為由從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形構(gòu)成的第1圖形之后，淀積第2多晶硅層，擴散雜質(zhì)，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的由第1圖形形成的第1n型多晶硅層和第2n型多晶硅層；第4工序，用于在上述第3工序之后，采用用與上述第1圖形相似的更大的第2圖形使上述第2n型多晶硅層圖形化的辦法，帶斜度地階梯狀地形成由上述第2圖形形成的n型多晶硅層的周緣；第5工序，用于在上述第4工序之后，在由上述第2圖形形成的n型多晶硅層上邊形成第2絕緣膜，在分別與熱接點部分和冷接點部分對應的部分的上述第2絕緣膜上，設置開口部分；第6工序，用于在上述第5工序之后，用濺射法或蒸鍍法形成金屬薄膜層；第7工序，用于使上述金屬薄膜層圖形化，并用上述開口部分使上述n型多晶硅層和上述金屬薄膜層進行歐姆接觸，使由熱接點部分和冷接點部分構(gòu)成的各個熱電元件串聯(lián)連接起來，形成熱電元件列；第8工序，用于在上述第2絕緣膜和上述金屬薄膜層上邊形成了第3絕緣膜后，在上述第3絕緣膜上邊形成紅外線吸收膜；第9工序，用于在上述單晶硅襯底的背面上形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
24.一種熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是具備下述工序第1工序，用于在單晶硅襯底的兩面上，用熱氧化、CVD或濺射法形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜表面上邊形成第1多晶硅層；第3工序，用于采用向上述多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的第1n型多晶硅層；第4工序，用于使上述第1n型多晶硅層圖形化，形成由從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形構(gòu)成的第1圖形；第5工序，用于用CVD、玻璃涂敷或濺射法，在用上述第1圖形形成的多個n型多晶硅層和第1絕緣膜上邊，形成第2絕緣膜；第6工序，用于在上述第5工序之后，采用淀積第2多晶硅層，并向上述第2多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，摻雜形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的第2n型多晶硅層；第7工序，用于在上述第6工序之后，對于由上述第1n型多晶硅層構(gòu)成的第1圖形，在圓周方向上錯開半個節(jié)距地形成由上述第2n型多晶硅層構(gòu)成的第2圖形；第8工序，用于在圖形化后的上述第1和第2n型多晶硅層上邊形成第3絕緣膜，在與熱接點部分和冷接點部分的各個部分對應的部分的上述第2或第3絕緣膜上設置開口部分；第9工序，用于在上述第3絕緣膜上邊形成金屬薄膜層并使之圖形化，用上述開口部分借助于使上述第1和第2n型多晶硅層和上述金屬薄膜層的接觸形成的上述熱接點部分和冷接點部分進行連接，形成熱電元件列；第10工序，用于在上述第3絕緣膜和上述金屬薄膜層上邊形成第4絕緣膜，在上述第4絕緣膜上邊形成紅外線吸收膜；第11工序，用于在上述單晶硅襯底的背面上形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
25.一種熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是具備下述工序第1工序，用于在單晶硅襯底的兩面上，用熱氧化、CVD或濺射法形成第1絕緣膜；第2工序，用于用CVD或濺射法，在上述第1絕緣膜表面上邊形成第1多晶硅層；第3工序，用于采用向上述多晶硅層內(nèi)擴散雜質(zhì)的辦法，形成電阻率為1～10mΩ·cm范圍的n型多晶硅層；第4工序，用于使上述n型多晶硅層圖形化，形成由從芯片中心開始以半徑r1的位置為起點從在外側(cè)的半徑r2間形成的放射狀的扇形圖形到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形，和從芯片中心開始以半徑r2的位置為起點到上述襯底上邊為止在外周方向上放射狀地條帶狀地延伸的圖形、和以離得最遠的半徑r3的位置為起點向著外周方向到上述襯底上邊為止條帶狀地延伸的圖形。第5工序，用于在上述第1絕緣膜和上述n型多晶硅層上邊形成金屬薄膜層；第6工序，用于使上述金屬薄膜層圖形化，借助于與上述金屬薄膜層的接觸形成圖形化后的上述n型多晶硅層的上述熱接點部分和冷接點部分的同時，借助于上述金屬薄膜層使上述熱接點部分和冷接點部分相互連接形成熱電元件列；第7工序，用于在上述第1絕緣膜、上述金屬薄膜層和上述圖形化后的n型多晶硅層上邊形成絕緣膜，在該絕緣膜上邊的芯片中央部分形成紅外線吸收膜；第8工序，用于對上述襯底進行刻蝕形成空洞部分，使上述第1絕緣膜從背面露出來。
26.權利要求21～25中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是在上述熱電元件列上邊形成的紅外線吸收膜，由硼硅酸鹽玻璃系樹脂、乙烯系樹脂或丙烯基系樹脂中的一種構(gòu)成。
27.權利要求21～26中的任何一項所述的熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是經(jīng)過加熱工序后，使上述紅外線吸收膜的表面變成為具有凹凸的條紋狀圖形。
28.權利要求27所述的熱堆式紅外線傳感器的制造方法，其特征是上述紅外線吸收膜的膜厚為1～15微米，在上述紅外線吸收膜的表面上形成1～10微米的凹凸。
全文摘要
提高輸出電壓—約翰遜噪聲的S/N比,紅外線吸收特性和生產(chǎn)時的成品率的熱堆式紅外線傳感器及其制造方法。在具有空洞的襯底上形成熱電元件,借助于多晶硅層和金屬薄膜層之間的接觸,在上述多晶硅層的芯片中心一側(cè)形成熱接點部分,在該芯片周緣一側(cè)形成冷接點部分,并用金屬薄膜層把熱接點部分和相鄰的冷接點部分連接起來,形成串聯(lián)連接的熱電元件列。
文檔編號G01J5/12GK1274078SQ00104670
公開日2000年11月22日 申請日期2000年3月24日 優(yōu)先權日1999年3月24日
發(fā)明者遠藤治之, 布施武士, 松館直史, 田中靖崇, 岡田俊一 申請人:石塚電子株式會社