背面照射型的紅外傳感器的制造方法
【專利摘要】一種背面照射型的紅外傳感器，包括：襯底，具有穿過該襯底的上表面和下表面的通孔；紅外吸收部分，位于襯底的上表面這一側，并通過所述通孔而與襯底分離；以及溫度傳感器部分，探測紅外吸收部分的溫度變化。所述通孔包括第一通孔組成部分和一個或多個第二通孔組成部分，所述第一通孔組成部分在襯底的上表面具有開口，所述一個或多個第二通孔組成部分具有不同于所述第一通孔組成部分的形狀。所述第一通孔組成部分與所述第二通孔組成部分相互連通。在沿與所述上表面垂直的平面截取的通孔橫截面中，所述第一通孔組成部分的內壁位于所述第二通孔組成部分的內壁的外部。
【專利說明】背面照射型的紅外傳感器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種背面照射型的紅外傳感器。

【背景技術】
[0002]近年來，使用測輻射熱儀、熱電堆、二極管等的非冷卻型熱紅外陣列傳感器、熱紅外線傳感器等已經迅猛發(fā)展(例如，參見日本特許專利申請2000-114607 )。
[0003]作為熱紅外傳感器，背面照射型的熱紅外傳感器是已知的。
[0004]例如，這種背面照射型的熱紅外傳感器中所包括的紅外傳感器部分具有如圖1A和圖1B所示的結構。圖1A示出了紅外傳感器部分10的剖視圖。圖1B示出了紅外傳感器部分10的俯視圖。圖1A示出了沿圖1B的A-A’所截取的剖視圖。請注意，圖1A和圖1B以放大的方式的示出了紅外傳感器部分10，該紅外傳感器部分10是例如圖2所示的紅外傳感器的一部分。
[0005]在紅外傳感器部分10中，紅外吸收部分3和溫度傳感器部分4形成于襯底I上。紅外吸收部分3是由吸收紅外線的材料所制成的薄膜。溫度傳感器4設置成用于獲得由于紅外吸收部分3吸收紅外線而發(fā)生的溫度變化。在圖1A和圖1B中，示出了采用熱電堆類型的溫度傳感器部分4的示例。
[0006]紅外吸收部分3和溫度傳感器部分4形成于熱絕緣結構元件2上，該熱絕緣結構元件2形成以用于相對襯底I而提高熱絕緣性能，并用于提高紅外傳感器部分10的靈敏度。熱絕緣結構元件2構造成使薄膜部分6被支撐而在下方產生中空狀態(tài)。為此，如圖1B所示，這種結構可設置成梁部分5支撐薄膜部分6。如圖1B所示，開口 7設置在四個角處，并且決定梁部分5和薄膜部分6的形狀。紅外吸收部分3與熱絕緣結構元件2的薄膜部分6 一體地形成。此外，在熱絕緣結構元件2下方的襯底I的一部分被移除了，如圖1A所示。
[0007]在包括上述紅外傳感器部分10的紅外傳感器中，紅外傳感器部分10形成于襯底I上，外圍電路11繞紅外傳感器部分10形成,例如圖2所示。
[0008]此外，同樣如圖2所示，通孔12形成于紅外傳感器部分10下方的襯底I中，以敞向熱絕緣結構元件2。紅外線穿過通孔12傳播。因此，在如圖2所示的構造中，紅外傳感器的場B的角度由襯底I的厚度和通孔12的打開尺寸來決定。


【發(fā)明內容】

[0009]根據本發(fā)明的一個方面的紅外傳感器，包括:襯底，在該襯底中有通孔形成，該通孔穿過所述襯底的上表面和下表面；紅外吸收部分，形成于襯底的上表面這一側，并且通過所述通孔而與襯底分離；以及溫度傳感器部分，探測紅外吸收部分的溫度變化。所述通孔包括第一通孔組成部分和一個或多個第二通孔組成部分，所述第一通孔組成部分在襯底的上表面具有開口，所述一個或多個第二通孔組成部分具有不同于第一通孔組成部分的形狀。所述第一通孔組成部分與所述一個或多個第二通孔組成部分相互連通。在沿與襯底的上表面垂直的平面截取的通孔橫截面中，所述一個或多個第二通孔組成部分的內壁設置在所述第一通孔組成部分的內壁的外部。
[0010]閱讀下文的詳細描述并結合附圖，將更容易理解本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1A和圖1B示出了紅外傳感器部分的構造；
[0012]圖2示出了現有技術中紅外傳感器的構造；
[0013]圖3示出了根據本發(fā)明的第一實施方式的紅外傳感器；
[0014]圖4A、4B、4C、4D和4E示出了根據第一實施方式的紅外傳感器的加工過程；
[0015]圖5示出了根據本發(fā)明的第二實施方式的紅外傳感器；
[0016]圖6A、6B、6C、6D、6E和6F不出了根據第二實施方式的紅外傳感器的加工過程；
[0017]圖7示出了根據本發(fā)明的第三實施方式的紅外傳感器；
[0018]圖8A、8B、8C、8D、8E和8F示出了根據第三實施方式的紅外傳感器的加工過程；
[0019]圖9示出了從襯底的后側觀察的根據本發(fā)明的第四實施方式的紅外傳感器的構造;
[0020]圖1OA和圖1OB是根據本發(fā)明的第四實施方式的紅外傳感器的剖視圖；
[0021]圖11示出了現有技術中的紅外傳感器的構造；以及
[0022]圖12示出了根據本發(fā)明的第五實施方式的紅外傳感器。

【具體實施方式】
[0023]為了便于解釋本發(fā)明的實施方式，將首先描述上文提及的現有技術中的問題。
[0024]在圖2所示的上述紅外傳感器中，限制了通孔12的尺寸，從而傳感器中的視場B是狹窄的。
[0025]這是因為，外圍電路11繞紅外傳感器部分10形成。如果通孔12的尺寸增大，那么在外圍電路11下方的襯底的一部分可能也被移除，從而可能影響電路特性。作為一種增加視場角的方法，可減少襯底I的厚度。然而，為此會影響襯底I在加工過程等中的處理，因而難以減少襯底I的厚度。特別地，需要進一步小型化的紅外傳感器。為了進一步小型化紅外傳感器部分10，就進一步增加通孔12的長寬比，從而傳感器中的視場角更加狹窄。
[0026]本發(fā)明的實施方式已經考慮到該問題而進行設計。該實施方式之目的是提供紅外傳感器，每個紅外傳感器均具有寬的視場角，但不影響電路特性也不減少襯底厚度。
[0027]下面參考附圖描述實施方式。
[0028][第一實施方式]
[0029]根據第一實施方式，將描述根據本發(fā)明的背面照射型的紅外傳感器的結構示例。
[0030]根據第一實施方式的紅外傳感器是背面照射型的紅外傳感器。此外，如圖3所示，該紅外傳感器具有:襯底1，通孔12形成在襯底I中，以穿過襯底I的上表面和下表面；紅外吸收部分3 (參見圖1A和圖1B)，形成于襯底I的上表面這一側，并且通過該通孔12而與襯底I分離；以及溫度傳感器部分4，探測紅外吸收部分3的溫度變化。
[0031]通孔12使第一通孔組成部分121與一個或多個第二通孔組成部分122相互連通，其中第一通孔組成部分121在襯底的上表面具有開口，一個或多個第二通孔組成部分122具有不同于第一通孔組成部分121的形狀。此外，在沿與襯底I的上表面垂直的平面截取的通孔12的橫截面形狀中，所述一個或多個第二通孔組成部分122的內壁設置在所述第一通孔組成部分121的內壁的外部。
[0032]下面利用圖3來描述具體的結構。
[0033]圖3示出了沿垂直于襯底I的上表面(下表面)并穿過通孔12的平面截取的根據第一實施方式的紅外傳感器的剖視圖。
[0034]首先，根據第一實施方式的紅外傳感器是背面照射型的紅外傳感器，并且具有:襯底1，具有穿過襯底I的上表面和下表面的通孔12 ;紅外傳感器部分10，形成于襯底I的上表面的中心部分；以及外圍電路11，形成為圍繞紅外傳感器部分10。
[0035]該紅外傳感器部分10可構造成，例如圖1A和圖1B所示，紅外吸收部分3和溫度傳感器部分4形成在襯底I上。
[0036]此外，紅外吸收部分3通過形成于襯底I上的通孔12而與襯底I分離。也就是，通孔12設置在紅外吸收部分3的下方，以使紅外吸收部分3不與襯底I直接接觸(參見圖1A)。
[0037]紅外吸收部分3是由吸收紅外線的材料所制成的薄膜，由于該紅外吸收部分3吸收紅外線，該紅外吸收部分3中的溫度會發(fā)生改變。然而，紅外吸收部分3的具體材料沒有具體限定，例如氧化硅膜、夾層膜、氮化硅膜等都可以用于該紅外吸收部分3。此外，可以在紅外吸收部分3的背面?zhèn)?下表面的一側)上形成紅外吸收膜，例如金黑(gold black)。
[0038]溫度傳感器4探測由于紅外吸收部分3吸收紅外線而發(fā)生溫度變化。只要能夠探測溫度變化，該溫度傳感器4可以是任何類型之一，例如熱電堆、二極管、測輻射熱儀、熱電物質等，并且該溫度傳感器4的結構不受限制。在圖1A和圖1B中，示出了熱電堆溫度傳感器部分4，該溫度傳感器4具有第一熱電堆材料8與第二熱電堆材料9交替連接的結構。同樣，在使用另一種類型的溫度傳感器4的情況下，可以使溫度傳感器部分4形成于下文以相同方式描述的熱絕緣結構元件2的薄膜部分6上。
[0039]紅外吸收部分3和溫度傳感器部分4可以形成于熱絕緣結構元件2上。
[0040]形成熱絕緣結構元件2，用于相對襯底I提高熱絕緣性能，并用于提高紅外傳感器的靈敏度。使用例如ICP刻蝕的方法，將熱絕緣結構元件2下方的襯底I的一部分移除。熱絕緣結構元件2構造成使與紅外吸收部分3成一體的薄膜部分6被支撐而在下方產生中空狀態(tài)，具體結構沒有特別限制。例如，如圖1B所示，梁部分5可以用于支撐薄膜部分6以產生中空狀態(tài)。開口 7設置在四個角處，如圖1B所示，并決定梁部分5和薄膜部分6的形狀。
[0041]在根據第一實施方式的紅外傳感器中，形成于襯底I上的通孔由第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122的結合構成，其中，第一通孔組成部分121在襯底I的上表面具有開口，第二通孔組成部分122具有不同于第一通孔組成部分121的形狀。也就是，通孔組成部分121和122相互連通。請注意，在圖3中，第二通孔組成部分122的數量是一個。但是，也可以包括多個第二通孔組成部分122而非一個第二通孔組成部分122。
[0042]第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122的具體形狀沒有特別限制。例如，如圖3所示，在垂直于襯底I的上表面的平面上，在第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122的橫截面形狀中，第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122中的至少一個具有彎曲表面形狀。此外，第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122中的至少另一個也可以具有矩形形狀。
[0043]在圖3中，第一通孔組成部分121的橫截面形狀是矩形形狀，第二通孔組成部分122中的橫截面形狀是彎曲表面形狀。請注意，由此具有矩形形狀的橫截面形狀的第一通孔組成部分121的實際形狀的一個示例是大致四棱柱形，在任何垂直于襯底I的上表面或下表面且穿過通孔12的中心的平面上，該四棱柱都具有矩形形狀。由此具有彎曲表面形狀的橫截面形狀的第二通孔組成部分122的實際形狀的一個示例是大致半球形，在任何垂直于襯底I的上表面或下表面且穿過通孔12的中心的平面上，該半球形都具有大致半圓形狀。但是，橫截面形狀不限于那些，在后文所述的相應實施方式中，該橫截面形狀可以是多種形狀。
[0044]在如上所述的通孔12的橫截面形狀中，第二通孔組成部分122的內壁設置在第一通孔組成部分121的內壁的外部，如圖3所示。
[0045]在紅外傳感器具有這樣的結構的情況下，紅外傳感器的視場角是由在將第一通孔組成部分121的下端15、15’和紅外傳感器部分10連接起來的直線與將第二通孔組成部分122的下端16、16’和紅外傳感器部分10連接起來的直線這二者中在內部的那個直線決定的。在圖3的情況下，將第一通孔組成部分121的下端15、15’和紅外傳感器部分10連接起來的直線是在內部的那個。由此，在直線“F”和“G”之間的角度“E”是紅外傳感器的視場角。請注意，沒有出現在這些直線“F”和“G”上的通孔組成部分的下端(圖3中的第二通孔組成部分122的下端16、16’)布置在這些直線“F”和“G”的外部。
[0046]通過形成通孔12來獲得上述結構，相比現有技術，能夠增加紅外傳感器的視場角，并且能夠通過調整第一或第二通孔組成部分的形狀和/或高度來自由地決定紅外傳感器的視場角，同時保持作為整體被包括在紅外傳感器中的襯底I的厚度。
[0047]接下來，利用圖4A-4E描述根據第一實施方式的紅外傳感器的通孔12的加工方法。
[0048]圖4A示出了紅外傳感器部分10和外圍電路11形成于襯底I上的狀態(tài)。例如，可以通過與用于普通的1C、LSI等的方法中的任一個相同或相似的半導體加工方法來形成所述紅外傳感器部分10和外圍電路11。
[0049]圖4B示出為了在襯底I的背面形成開口而形成掩膜17的狀態(tài)。掩膜17的材料沒有特別限制。例如，可以使用諸如保護層、光敏聚酰亞胺、氧化硅膜或氮化硅膜的材料。請注意，在如上所述的第一通孔組成部分121的實際形狀是大致四棱柱形且第二通孔組成部分122的實際形狀是大致半球形的情況下，在掩膜17中形成的開口的形狀是大致四邊形形狀。
[0050]圖4C示出利用各向同性刻蝕形成第二通孔組成部分122的狀態(tài)。作為刻蝕氣體，可以使用諸如SF6、XeF2等的氣體。在使用各向同性刻蝕的情況下，由此形成的第二通孔組成部分122的橫截面是彎曲表面形狀。
[0051]圖4D示出了通過利用掩膜17進行各向異性刻蝕而形成了第一通孔組成部分121的狀態(tài)。各向異性刻蝕沒有特別限制。例如，可以使用諸如ICP刻蝕或者RIE的各向異性刻蝕。
[0052]圖4E示出了在形成于背面的掩膜17被移除之后的最終形狀。第一通孔組成部分121的尺寸為，如上所述，最大直徑由紅外傳感器部分10的尺寸決定。因此，可以通過確定第二通孔組成部分122的形狀(也即第二通孔組成部分122的內壁的深度和/或位置)來調整紅外傳感器的視場角，如上文利用圖3所描述的。
[0053]此外，作為第二通孔組成部分122的形狀，圖3和圖4C-4E示出了大致半球形形狀。但是，第二通孔組成部分122的形狀并不特別限制于此。只要能夠獲得圖3所示的相應通孔組成部分之間的位置關系，第二通孔組成部分122可以具有任何形狀。在圖4A-4E中所示的方法中，具有相同形狀的掩膜17可以用于兩次刻蝕(圖4C和圖4D)。因此，在背面上形成掩膜17只進行一次，從而能夠簡化加工過程。
[0054]因此，已經描述了根據第一實施方式的紅外傳感器。在根據第一實施方式的紅外傳感器中，相比現有技術中的背面照射型紅外傳感器，能夠增加紅外傳感器的視場角，而不影響電路特性，也不減少襯底的厚度。
[0055][第二實施方式]
[0056]在第二實施方式中，將描述根據本發(fā)明的紅外傳感器的另一種結構示例。
[0057]在根據第二實施方式的紅外傳感器中，在沿與襯底I的上表面垂直的平面截取的橫截面形狀中，第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122分別具有矩形形狀。
[0058]下面利用圖5描述具體的結構。
[0059]圖5示出沿垂直于襯底I的上表面(下表面)并經過通孔12的平面所截取的剖視圖，所述襯底I被包括在根據第二實施方式的紅外傳感器中。請注意，由此具有矩形形狀的橫截面形狀的第一通孔組成部分121的實際形狀的一個示例是大致四棱柱形，在任何垂直于襯底I的上表面或下表面且穿過通孔12的中心的平面上，該四棱柱都具有矩形形狀。類似地，由此具有矩形形狀的橫截面形狀的第二通孔組成部分122的實際形狀的一個示例是大致四棱柱形，在任何垂直于襯底I的上表面或下表面且穿過通孔12的中心的平面上，該四棱柱都具有矩形形狀。
[0060]如圖5所示，在根據第二實施方式的紅外傳感器中的通孔由第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122的結合構成，其中，第一通孔組成部分121在襯底I的上表面具有開口，第二通孔組成部分122具有不同于第一通孔組成部分121的形狀。也就是，第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122相互連通，形成通孔12。請注意，根據第二實施方式，第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122在橫截面形狀上均具有各自的矩形形狀。但是，兩個通孔組成部分的尺寸不同，因此可以說二者的形狀不同。此外，同樣在第二實施方式中，第二通孔組成部分122的數量是一個。但是，作為替代，可包括多個第二通孔組成部分。
[0061]在如上所述的通孔12的橫截面形狀中，第二通孔組成部分122的內壁設置在第一通孔組成部分121的內壁的外側，如圖5所示。
[0062]在紅外傳感器具有這樣的結構的情況下，紅外傳感器的視場角是由在將第一通孔組成部分121的下端15、15’和紅外傳感器部分10連接起來的直線與將第二通孔組成部分122的下端16、16’和紅外傳感器部分10連接起來的直線這二者中在內部的那個直線決定的。在圖5的情況下，將第一通孔組成部分121的下端15、15’和紅外傳感器部分10連接起來的直線是在內部的那個。由此，在直線“F”和“G”之間的角度“E”是紅外傳感器的視場角。請注意，沒有出現在這些直線“F”和“G”上的通孔組成部分的下端(圖5中的第二通孔組成部分122的下端16、16’)布置在這些直線“F”和“G”的外部。
[0063]通過形成通孔12來獲得上述結構，相比現有技術，能夠增加紅外傳感器的視場角，并且能夠通過調整第一或第二通孔組成部分的形狀和/或高度來自由地決定紅外傳感器的視場角，同時保持作為整體被包括在紅外傳感器中的襯底I的厚度。
[0064]至于其它的結構,根據第二實施方式的紅外傳感器可具有與上述根據第一實施方式的紅外傳感器相同的結構，因此，將省略重復的描述。
[0065]接下來，利用圖6A-6F描述根據第二實施方式的紅外傳感器的通孔12的加工方法。
[0066]圖6A示出了紅外傳感器部分10和外圍電路11形成于襯底I上的狀態(tài)。例如，可以通過與用于普通的1C、LSI等的方法中的任一個相同或相似的半導體加工方法來形成所述紅外傳感器部分10和外圍電路11。
[0067]圖6B示出為了在襯底I的背面形成開口而形成掩膜20的狀態(tài)。掩膜20的材料沒有特別限制。例如，可以使用諸如保護層、光敏聚酰亞胺、氧化硅膜或氮化硅膜的材料。請注意，在第二通孔組成部分122的實際形狀是如上所述的大致四棱柱形的情況下，在掩膜20中形成的開口的形狀因此是大致四邊形形狀。
[0068]圖6C示出利用各向異性刻蝕來形成第二通孔組成部分122的狀態(tài)?？涛g的具體方法沒有特別限制。例如，可以使用ICP刻蝕、RIE等。作為刻蝕氣體，可以使用諸如SF6、XeF2等的氣體。在使用各向同性刻蝕的情況下，由此形成的第二通孔組成部分122的橫截面是矩形形狀。
[0069]圖6D示出了為了在第二通孔組成部分122的底部進一步形成第一通孔組成部分121而形成掩膜21的狀態(tài)。該掩膜21可以不去除掩膜20通過雙涂層形成，也可以在首先移除掩膜20之后重新形成。圖6D示出雙涂層的情況。掩膜材料沒有特別限制。例如，諸如保護層、光敏聚酰亞胺、氧化硅膜或氮化硅膜的材料可以用作掩膜21的材料。請注意，為了在第二通孔組成部分122的底部進行圖案化，優(yōu)選地，使用諸如噴涂機的設備來形成掩膜21，通過諸如噴涂機的設備，易于將掩膜材料等施加到這種不平部分。請注意，在第一通孔組成部分121的實際形狀是如上所述的大致四棱柱形的情況下，在掩膜21中形成的開口的形狀因此是大致四邊形形狀。
[0070]圖6E示出了通過進行各向異性刻蝕而形成了第一通孔組成部分121的狀態(tài)。各向異性刻蝕的具體方法沒有特別限制。例如，可以使用諸如ICP刻蝕或RIE的各向異性刻蝕。作為刻蝕氣體，可以使用諸如SF6、XeF2等的氣體。
[0071]圖6F示出了在形成于背面的掩膜20和21被移除之后的最終形狀。第一通孔組成部分121的尺寸為，如上所述，最大直徑由紅外傳感器部分10的尺寸決定。因此，可以通過確定第二通孔組成部分122的形狀(也即第二通孔組成部分122的內壁的深度和/或位置)來調整紅外傳感器的視場角，如上文利用圖5所描述的。
[0072]此外，作為第二通孔組成部分122的橫截面形狀，圖6C-6F示出了大致矩形形狀。但是，作為替代，第二通孔組成部分122的形狀可以是錐形等。只要能夠獲得圖5所示的相應通孔組成部分121和122的形狀，第二通孔組成部分122的橫截面形狀并不限于矩形。
[0073][第三實施方式]
[0074]在第三實施方式中，將描述根據本發(fā)明的紅外傳感器的另一種結構示例。
[0075]在根據第三實施方式的紅外傳感器中，在沿與襯底I的上表面垂直的平面截取的橫截面形狀中，第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122中的至少一個具有梯形形狀。此外，第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122中的至少另一個具有矩形形狀。
[0076]下面利用圖7描述具體的結構。
[0077]圖7示出沿垂直于根據第三實施方式的紅外傳感器的襯底I的上表面(下表面)且經過通孔12的平面所截取的剖視圖。
[0078]如圖7所示，在根據第二實施方式的紅外傳感器中的通孔由第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122的結合構成，其中，第一通孔組成部分121在襯底I的上表面具有開口，第二通孔組成部分122具有不同于第一通孔組成部分121的形狀。也就是，第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122相互連通，形成通孔12。請注意，根據第三實施方式，第一通孔組成部分121在橫截面形狀上具有矩形形狀，第二通孔組成部分122在橫截面形狀上具有梯形形狀。此外，同樣根據第三實施方式，第二通孔組成部分122的數量是一個。但是，作為替代，可包括多個第二通孔組成部分。此外，如上所述，只要第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122中的至少一個在橫截面形狀上具有梯形形狀且第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122中中的至少另一個在橫截面形狀上具有矩形形狀，通孔組成部分121和122的形狀不限于圖7所示的那些形狀。
[0079]請注意，由此具有矩形形狀的橫截面形狀的第一通孔組成部分121的實際形狀的一個示例是大致四棱柱形，在任何垂直于襯底I的上表面或下表面且穿過通孔12的中心的平面上，該四棱柱都具有矩形形狀。類似地，由此具有梯形形狀的橫截面形狀的第二通孔組成部分122的實際形狀的一個示例是大致截斷四棱錐形，在任何垂直于襯底I的上表面或下表面且穿過通孔12的中心的平面上，該截斷四棱錐都具有梯形形狀。
[0080]在如上所述的通孔12的橫截面形狀中，第二通孔組成部分122的內壁設置在第一通孔組成部分121的內壁的外側，如圖7所示。
[0081]在紅外傳感器具有這樣的結構的情況下，紅外傳感器的視場角是由在將第一通孔組成部分121的下端15、15’和紅外傳感器部分10連接起來的直線與將第二通孔組成部分122的下端16、16’和紅外傳感器部分10連接起來的直線這二者中在內部的那個直線決定的。在圖7的情況下，將第一通孔組成部分121的下端15、15’和紅外傳感器部分10連接起來的直線是在內部的那個。由此，在直線“F”和“G”之間的角度“E”是紅外傳感器的視場角。請注意，沒有出現在這些直線“F”和“G”上的通孔組成部分的下端(圖7中的第二通孔組成部分122的下端16、16’)布置在這些直線“F”和“G”的外部。
[0082]通過形成通孔12來獲得上述結構，相比現有技術，能夠增加紅外傳感器的視場角，并且能夠通過調整第一或第二通孔組成部分的形狀和/或高度來自由地決定紅外傳感器的視場角，同時保持作為整體被包括在紅外傳感器中的襯底I的厚度。
[0083]至于其它的結構，根據第三實施方式的紅外傳感器可具有與上述根據第一實施方式的紅外傳感器相同的結構，因此，將省略重復的描述。
[0084]接下來，利用圖8A-8F描述根據第三實施方式的紅外傳感器的通孔12的加工方法。
[0085]圖8A示出了紅外傳感器部分10和外圍電路11形成于襯底I上的狀態(tài)。例如，可以通過與用于普通的1C、LSI等的方法中的任一個相同或相似的半導體加工方法來形成所述紅外傳感器部分10和外圍電路11。
[0086]圖SB示出了為在襯底I的背面形成開口而形成掩膜24的狀態(tài)。在此，掩膜24中所形成的開口用于進行晶體各向異性濕法刻蝕，從而，作為掩膜材料，可以使用諸如具有耐堿性的保護層、氧化硅膜或氮化硅膜的材料，當然這不是特別限制。請注意，在第二通孔組成部分122的實際形狀是如上所述的大致截斷四棱錐形的情況下，在掩膜24中形成的開口的形狀因此是大致四邊形形狀。
[0087]圖SC示出利用晶體各向異性濕法刻蝕來形成第二通孔組成部分122的狀態(tài)。作為蝕刻劑，盡管沒有特別限制，可適用諸如KOH或TMAH的堿溶液。通過使用晶體各向異性濕法刻蝕，由此形成的第二通孔組成部分122的橫截面是梯形形狀。
[0088]圖8D示出了為了在第二通孔組成部分122的底部進一步形成第一通孔組成部分121而形成掩膜25的狀態(tài)。該掩膜25可以不去除掩膜24通過雙涂層形成，也可以在首先移除掩膜24之后重新形成。圖8D示出雙涂層的情況。掩膜材料沒有特別限制。例如，諸如保護層、光敏聚酰亞胺、氧化硅膜或氮化硅膜的材料可以用作掩膜25的材料。請注意，在第一通孔組成部分121的實際形狀是如上所述的大致四棱柱形的情況下，在掩膜25中形成的開口的形狀因此是大致四邊形形狀。
[0089]請注意，為了在第二通孔組成部分122的底部進行圖案化，優(yōu)選地，使用諸如噴涂機的設備來形成掩膜25，通過諸如噴涂機的設備，易于將掩膜材料等施加到這種不平部分。
[0090]圖SE示出了通過進行各向異性刻蝕而形成了第一通孔組成部分121的狀態(tài)。各向異性刻蝕的具體方法沒有特別限制。例如，可以使用諸如ICP刻蝕或RIE的各向異性刻蝕。作為刻蝕氣體，可以使用諸如SF6、XeF2等的氣體。
[0091]圖8F示出了在形成于背面的掩膜24和25被移除之后的最終形狀。第一通孔組成部分121的尺寸為，如上所述，最大直徑由紅外傳感器部分10的尺寸決定。因此，可以通過確定第二通孔組成部分122的形狀(也即第二通孔組成部分122的內壁的深度和/或位置)來調整紅外傳感器的視場角，如上文利用圖7所描述的。
[0092][第四實施方式]
[0093]在第四實施方式中，將描述根據本發(fā)明的紅外傳感器的另一種結構示例。
[0094]在根據第四實施方式的紅外傳感器中，在沿與襯底的上表面垂直的第一平面截取的通孔橫截面形狀中所獲得的紅外傳感器的視場角不同于在與襯底上表面及第一平面均垂直的平面截取的通孔橫截面形狀中所獲得的紅外傳感器的視場角。
[0095]現在利用圖9、圖1OA以及圖1OB來描述這一點。
[0096]圖9示出從襯底I的背面?zhèn)扔^察時的根據第四實施方式的紅外傳感器的視圖。換句話說，圖9示出從紅外傳感器的襯底側觀察時的根據第四實施方式的紅外傳感器的視圖。圖1OA示出沿圖9中的H-H’所截取的剖視圖。圖1OB示出沿圖9中的1-1’所截取的首1J視圖。
[0097]在根據第四實施方式的紅外傳感器中，在H-H’橫截面(圖9中的水平橫截面)上的紅外傳感器的視場角與在1-1’橫截面(圖9中的垂直橫截面)上的紅外傳感器的視場角不同。
[0098]首先，同樣在根據第四實施方式的紅外傳感器中，通孔12由第一通孔組成部分121和第二通孔組成部分122的組合構成，如圖1OA和圖1OB所示。也就是，多個通孔組成部分彼此連接，形成通孔12。
[0099]此時，如圖1OA和圖1OB所示，在垂直于襯底I的上表面的第一平面上(例如，在H-H’橫截面視圖)以及在垂直于襯底I的上表面及所述第一平面的平面上(例如，在1-1’橫截面視圖)，第二通孔組成部分122的內壁設置在第一通孔組成部分121的外部。此外，該結構為，在H-H’橫截面視圖以及Ι-I'橫截面視圖中，通孔組成部分121和122的形狀彼此不同。因此，如后文所述，紅外傳感器在水平方向(例如，在H-H’橫截面視圖)和垂直方向(例如，在1-1’橫截面視圖)上的視場角不同。
[0100]接著，如圖1OA所示，“J”指示在H-H’橫截面視圖上的紅外傳感器的視場角。第一通孔組成部分121的下端26、26’和第二通孔組成部分122的下端27、27’中的至少一個(決定視場角“J”的那個)出現在直線“K”和“L”上。調整第二通孔組成部分122的形狀，以便任何不出現在直線“K”和“L”上的下端被設置在視場角“J”的外部。請注意，在圖1OA中，下端26、26’和27、27’均出現在直線“K”和“L”上，如所示。
[0101]類似地，如圖1OB所示，“E”指示在1-1’橫截面視圖上的紅外傳感器的視場角。第一通孔組成部分121的下端15、15’和第二通孔組成部分122的下端16、16’中的至少一個(決定視場角“E”的那個)出現在直線“F”和“G”上。調整第二通孔組成部分122的形狀，以便任何不出現在直線“F”和“G”上的下端被設置在視場角“E”的外部。請注意，在圖1OB中，下端15、15’出現在直線“F”和“G”上，而下端16、16’沒有出現在直線“F”和“G”上，如所示。因此，在這種情況下，調整第二通孔組成部分122的形狀，以便下端16、16’被設置在視場角“E”的外部。
[0102]此外，在根據第四實施方式的紅外傳感器中，該結構被設置成，如從圖1OA和圖1OB中能看到的，在H-H’橫截面視圖(對應于圖9的水平方向)中的紅外傳感器的視場角與在1-1’橫截面視圖(對應于圖9的垂直方向)中的紅外傳感器的視場角不同。
[0103]在這個結構中，可以形成在水平方向和垂直方向上具有不同視場角的紅外傳感器。此外，在透鏡在水平方向和垂直方向上具有不同視場角(場角)并且結合使用紅外傳感器的情況下，第四實施方式是特別有利的。
[0104]請注意，在第四實施方式中，已使用上述的第一實施方式中的形式進行描述，結合第一通孔組成部分在橫截面形狀上具有矩形形狀且第二通孔組成部分在橫截面形狀上具有彎曲表面形狀。但是，第四實施方式不限于這個形式。同樣，在上述第二和第三實施方式中的每個形式中，以相同的方式，通過調整通孔組成部分的形狀，可以提供在水平方向和垂直方向上具有不同視場角的紅外傳感器。
[0105]至于根據第四實施方式的紅外傳感器的加工方法，可以使用與在以上第一、第二和第三實施方式中所述的方法中的任一個相同或相似的加工方法。因此，將省略重復的描述。
[0106][第五實施方式]
[0107]在第五實施方式中，將描述根據本發(fā)明的紅外傳感器的另一種結構不例。
[0108]在根據第五實施方式的紅外傳感器中，紅外聚光透鏡進一步設置在根據上述第一、第二、第三、第四實施方式中的任一個的紅外傳感器的襯底的下表面一側。此外，入射通過紅外聚光透鏡的有效直徑的外圍的紅外線的入射路徑落在紅外傳感器的視場角的范圍內。
[0109]首先，將描述現有技術中具有紅外聚光透鏡的紅外傳感器中的問題。
[0110]圖11示出了現有技術中具有紅外聚光透鏡的紅外傳感器。
[0111]在圖11中示出了這種結構，紅外聚光透鏡被設置在圖2所示的紅外傳感器中的襯底的下表面這一側。
[0112]在現有技術的這種紅外傳感器中，通孔12的寬度被限制，紅外傳感器的視場角狹窄，如上文所述。因此，同樣在設置紅外聚光透鏡13的情況下，某些從紅外聚光透鏡13入射在紅外傳感器上的紅外線(那些從通孔12的外部入射在紅外傳感器上的紅外線)被襯底I阻擋，并由此不能到達紅外傳感器部分10。因此，如圖11所示，相對于紅外聚光透鏡13的有效直徑C，實質上只使用了由紅外傳感器的視場角所決定的有效直徑D。因此，紅外光質量損失會很大。此外，在這種紅外傳感器和紅外聚光透鏡的結構中，有必要將襯底I作為標準，用于獲得紅外傳感器部分10和紅外聚光透鏡13之間的距離和斜度的精確性。因此，難以為了增加紅外傳感器的視場角而改變襯底I的厚度來改變通孔12的長寬比。
[0113]接下來，圖12示出了根據第五實施方式的紅外傳感器。
[0114]圖12是沿垂直于襯底I的上表面(下表面)并經過通孔12的平面所截取的襯底I的剖視圖，該襯底I被包括在根據第五實施方式的紅外傳感器中。
[0115]如圖12所不,根據第五實施方式的紅外傳感器在襯底I的下表面一側具有紅外聚光透鏡13?！癈”指示紅外聚光透鏡13的有效直徑范圍。為了有效地利用有效直徑“C”，紅外傳感器的視場角被選擇成與透鏡13的特征一致。
[0116]在圖12中，確定紅外傳感器的視場角，使得襯底I不會被設置在穿過紅外聚光透鏡13的有效直徑C的端部(周界)入射的紅外線的入射路徑上，也即，紅外線的入射路徑不會被襯底I阻擋。
[0117]如在第一、第二、第三和第四實施方式中所述的，紅外傳感器的視場角是由在將第一通孔組成部分121的下端15、15’和紅外傳感器部分10連接起來的直線與將第二通孔組成部分122的下端16、16’和紅外傳感器部分10連接起來的直線這二者中在內部的那個直線決定的。在圖12的情況下，將第一通孔組成部分121的下端15、15’和紅外傳感器部分10連接起來的直線“H”和“ I ”是在內部的那個。由此，在直線“H”和“ I ”之間的角度是紅外傳感器的視場角。沒有出現在這些直線“H”和“I”上的第二通孔組成部分122的下端
16、16’由此出現在這些直線“H”和“I”的外部。根據第五實施方式，將來自紅外聚光透鏡13的入射路徑設置在紅外傳感器的視場角的范圍內。也就是，穿過紅外聚光透鏡13的有效直徑“C”的周界入射在紅外傳感器上的紅外線的入射路徑被設置在紅外傳感器的視場角的范圍內。
[0118]根據第五實施方式的紅外傳感器，在附接至紅外傳感器的紅外聚光透鏡3的有效直徑“C”內入射的紅外線的入射路徑落入紅外傳感器的視場角的范圍內，該紅外線入射在紅外傳感器部分10上而不會被襯底I阻擋。因此，能夠充分利用附接至紅外傳感器的透鏡13的固有性能。
[0119]請注意，在第五實施方式中，已使用上述的第一實施方式中的形式進行描述，結合第一通孔組成部分在橫截面形狀上具有矩形形狀且第二通孔組成部分在橫截面形狀上具有彎曲表面形狀。但是，第五實施方式不限于這個形式。同樣，在上述的第二、第三和第四實施方式中的每個相應形式中，可以設置紅外聚光透鏡并選擇紅外傳感器的視場角，由此獲得與根據第五實施方式的紅外傳感器相似的紅外傳感器。
[0120]已在實施方式中描述紅外傳感器。但是，本發(fā)明并不限于這些特定公開的實施方式，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進行變化和修改。
[0121]相關申請的交叉引用
[0122]本發(fā)明基于并且要求2013年3月12日所提交的日本優(yōu)先申請N0.2013-049223的優(yōu)先權，上述申請的全部內容作為參考并入本文。
【權利要求】
1.一種背面照射型的紅外傳感器，包括: 襯底，在所述襯底中有通孔形成，該通孔穿過所述襯底的上表面和下表面； 紅外吸收部分，形成于所述襯底的上表面這一側，并且通過所述通孔而與所述襯底分離；以及 溫度傳感器部分，探測所述紅外吸收部分的溫度變化， 其中，所述通孔包括第一通孔組成部分和一個或多個第二通孔組成部分，所述第一通孔組成部分在襯底的上表面具有開口，所述一個或多個第二通孔組成部分具有不同于所述第一通孔組成部分的形狀，所述第一通孔組成部分與所述一個或多個第二通孔組成部分相互連通；以及 在沿與所述襯底的上表面垂直的平面截取的通孔橫截面中，所述一個或多個第二通孔組成部分的內壁設置在所述第一通孔組成部分的內壁的外部。
2.如權利要求1所述的紅外傳感器，其中， 在沿與所述襯底的上表面垂直的平面截取的所述第一通孔組成部分和所述一個或多個第二通孔組成部分的橫截面形狀中， 所述第一通孔組成部分和所述一個或多個第二通孔組成部分中的至少一個具有彎曲表面形狀，并且， 所述第一通孔組成部分和所述一個或多個第二通孔組成部分中的至少另一個具有矩形形狀。
3.如權利要求1所述的紅外傳感器，其中， 在沿與所述襯底的上表面垂直的平面截取的所述第一通孔組成部分和所述一個或多個第二通孔組成部分的橫截面形狀中， 所述第一通孔組成部分和所述一個或多個第二通孔組成部分具有矩形形狀。
4.如權利要求1所述的紅外傳感器，其中， 在沿與所述襯底的上表面垂直的平面截取的所述第一通孔組成部分和所述一個或多個第二通孔組成部分的橫截面形狀中， 所述第一通孔組成部分和所述一個或多個第二通孔組成部分中的至少一個具有梯形形狀，并且， 所述第一通孔組成部分和所述一個或多個第二通孔組成部分中的至少另一個具有矩形形狀。
5.如權利要求1-4中任一項所述的紅外傳感器，其中， 在沿與所述襯底的上表面垂直的一個平面截取的通孔橫截面形狀中所獲得的視場角，不同于， 在沿與所述襯底的上表面以及所述一個平面均垂直的平面截取的通孔橫截面形狀中所獲得的視場角。
6.如權利要求1-5中任一項所述的紅外傳感器,還包括紅外聚光透鏡,位于所述襯底的下表面這一側，其中， 穿過所述紅外聚光透鏡的有效直徑的周界入射到所述紅外傳感器的紅外線的入射路徑落入所述紅外傳感器的視場角的范圍內。
【文檔編號】G01J5/10GK104048764SQ201410083166
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權日:2013年3月12日
【發(fā)明者】野口英剛 申請人:株式會社理光