紅外線傳感器及紅外線傳感器芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外線傳感器及紅外線傳感器芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]在近年來(lái)的電子設(shè)備中進(jìn)行了檢測(cè)周?chē)h(huán)境并將其檢測(cè)結(jié)果用于運(yùn)轉(zhuǎn)控制。例如，在空調(diào)器中進(jìn)行檢測(cè)人的存在并瞄準(zhǔn)人所在的位置進(jìn)行溫度控制的運(yùn)轉(zhuǎn)控制。另外，在照明設(shè)備中進(jìn)行檢測(cè)固定區(qū)域內(nèi)有無(wú)人的存在并切換該區(qū)域的照明的接通/斷開(kāi)的控制。在這樣的控制中使用檢測(cè)周?chē)h(huán)境用的傳感器裝置。作為傳感器裝置的一種，有時(shí)使用根據(jù)來(lái)自物體的輻射熱而非接觸地檢測(cè)物體溫度的紅外線傳感器。
[0003]基于現(xiàn)有技術(shù)的紅外線傳感器的第I例記載于日本特開(kāi)2001 — 281065號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)I)中。在專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的紅外線傳感器中，長(zhǎng)方形的傳感器部以在設(shè)于基板上表面的凹部的上方浮起的方式由兩條支撐部進(jìn)行支撐，該傳感器部呈將SOI層保持在埋設(shè)氧化硅膜層的內(nèi)部的形狀，該SOI層包括作為熱電變換用而形成的pn接合構(gòu)造。各支撐部形成為細(xì)長(zhǎng)狀，并兩次直角彎折。在支撐部配置有金屬配線。
[0004]另外，基于現(xiàn)有技術(shù)的紅外線傳感器的第2例記載于日本特開(kāi)2006 - 170937號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)中。專(zhuān)利文獻(xiàn)2所記載的紅外線傳感器具有以在設(shè)于基板的凹部的上方浮起的方式配置的正方形的紅外線吸收膜。紅外線吸收膜由兩條支撐梁進(jìn)行支撐。氧化硅膜被層壓在基板的上側(cè)，支撐梁將紅外線吸收膜與氧化硅膜連接。各支撐梁呈兩次直角彎折的形狀，在各支撐梁的內(nèi)部，P型聚硅酮層和N型聚硅酮層形成為線狀，由這些聚硅酮層構(gòu)成熱電堆。紅外線吸收膜接受紅外線而成為高溫，由此在紅外線吸收膜與周?chē)难趸枘ぶg產(chǎn)生溫度差，由熱電堆將該溫度差變換為電信號(hào)，從而能夠檢測(cè)紅外線的量。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2001 - 281065號(hào)公報(bào)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2006 - 170937號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0010]為了也能夠應(yīng)對(duì)細(xì)致的運(yùn)轉(zhuǎn)控制，需要提高紅外線傳感器的靈敏度。另一方面，也需要將響應(yīng)速度的快慢維持在某種程度以上的水平。
[0011]因此，本發(fā)明的目的在于，提供良好地保持響應(yīng)速度而且高靈敏度的紅外線傳感器及紅外線傳感器芯片。
[0012]用于解決問(wèn)題的手段
[0013]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的紅外線傳感器具有:半導(dǎo)體基板，在其上表面具有凹部；上部層，其形成于所述半導(dǎo)體基板的上側(cè)，具有與所述凹部對(duì)應(yīng)地開(kāi)口的傳感器開(kāi)口部；以及傳感器部，其以將所述傳感器開(kāi)口部的內(nèi)周的第I部位和第2部位之間連接起來(lái)的方式，在離開(kāi)所述凹部的內(nèi)表面的狀態(tài)下呈S字形橫穿所述傳感器開(kāi)口部，所述傳感器部在真空中被密封，所述傳感器部的中央部被配置為能夠接受來(lái)自觀測(cè)對(duì)象的紅外線，所述傳感器部具有將所述中央部與所述第I部位及所述第2部位之間的溫度差變換為電信號(hào)的熱電變換構(gòu)造。
[0014]發(fā)明效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)良好地保持響應(yīng)速度而且高靈敏度的紅外線傳感器。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的紅外線傳感器芯片的立體圖。
[0017]圖2是基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的紅外線傳感器的立體圖。
[0018]圖3是基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的紅外線傳感器的俯視圖。
[0019]圖4是基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的紅外線傳感器中包含的熱電堆的俯視圖。
[0020]圖5是有關(guān)圖3中的V-V線的向視剖面圖。
[0021]圖6是基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的紅外線傳感器具有的傳感器部的形狀的說(shuō)明圖。
[0022]圖7是基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的紅外線傳感器具有的傳感器部的各部分的尺寸的說(shuō)明圖。
[0023]圖8是有關(guān)傳感器部的寬度的比較實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖。
[0024]圖9是基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的紅外線傳感器的變形例的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]作為紅外線傳感器的一種，有熱電堆型紅外線傳感器。紅外線傳感器不限于熱電堆型，也可以考慮測(cè)輻射熱計(jì)型的紅外線傳感器、熱電型的紅外線傳感器。后述的本發(fā)明不限于熱電堆型紅外線傳感器，也能夠用于測(cè)輻射熱計(jì)型紅外線傳感器、熱電型紅外線傳感器。但是，在此暫且以熱電堆型紅外線傳感器為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0026]在熱電堆型紅外線傳感器中，包括在真空中密封傳感器元件的類(lèi)型和配置于空氣中的類(lèi)型這兩種傳感器。在此，關(guān)注于在真空中密封的類(lèi)型進(jìn)行說(shuō)明。
[0027]在真空中密封傳感器元件的類(lèi)型的傳感器借助隔熱效果，作為傳感器的靈敏度提高。從理論上講，傳感器的靈敏度S能夠按照以下所述導(dǎo)出。
[0028]S = η.α.Rth.η.As.Pin
[0029]η:一個(gè)傳感器元件中包含的熱電偶的數(shù)量
[0030]α:塞貝克系數(shù)
[0031]Rth:熱電阻
[0032]q:吸收率
[0033]As:吸收膜面積
[0034]Pin:入射光強(qiáng)度
[0035]從理論上講，減少梁的條數(shù)，在梁越細(xì)、越長(zhǎng)、越薄時(shí)，滯留于紅外線吸收膜的熱量越不易釋放，因而作為傳感器的靈敏度提高。并且，從理論上講，紅外線吸收膜的面積越大時(shí)，接受的紅外線的量越多，因而作為傳感器的靈敏度提高。另一方面，為了提高響應(yīng)速度，需要使滯留于紅外線吸收膜的熱量迅速釋放，因而優(yōu)選增大梁的寬度。另外，在熱電堆中包含的熱電偶的數(shù)量越多時(shí)，作為傳感器的靈敏度越高。但是，如果配置數(shù)量眾多的熱電偶，則梁的寬度也需要某種程度的寬度。
[0036]本發(fā)明正是作為考慮這些情況進(jìn)行研究的結(jié)果而完成的。
[0037](實(shí)施方式I)
[0038]下面，參照?qǐng)D1?圖5說(shuō)明基于本發(fā)明的實(shí)施方式I的紅外線傳感器。如圖1所示，基于本發(fā)明的紅外線傳感器芯片601具有主體部501。主體部501呈平板狀，在一個(gè)主表面的中央部具有受像區(qū)域10。在受像區(qū)域10中，多個(gè)紅外線傳感器101呈矩陣狀配置。在主體部501的表面中受像區(qū)域10的外側(cè)配置有幾個(gè)外部電極504。
[0039]在圖1中，在受像區(qū)域10中配置有8 X 8計(jì)64個(gè)紅外線傳感器101，但這僅是為便于說(shuō)明的一例，實(shí)際上紅外線傳感器101的數(shù)量可以比此多，也可以比此少。例如也可以是16X16。在圖1所示的例子中，位于受像區(qū)域10中的紅外線傳感器101的個(gè)數(shù)是縱向和橫向相同，但這畢竟是一例，不限于這種結(jié)構(gòu)。也可以是，在受像區(qū)域中紅外線傳感器的縱向的個(gè)數(shù)和橫向的個(gè)數(shù)不同。
[0040]另外，也可以替代將多個(gè)紅外線傳感器101在主體部501配置成矩陣狀，而是在一個(gè)主體部?jī)H配置一個(gè)紅外線傳感器。
[0041]圖2表示將圖1所示的多個(gè)紅外線傳感器101中的一個(gè)紅外線傳感器放大的情況。紅外線傳感器101具有S字形的傳感器部2。在平面上觀察，形成為在大致正方形的傳感器開(kāi)口部3的內(nèi)部支撐傳感器2的構(gòu)造。此處所講的“傳感器部”是指S字形的部件。傳感器部2的兩端與周邊的部件連接成為一體。圖3表示一個(gè)紅外線傳感器101的俯視圖。傳感器部2具有中央部4。傳感器開(kāi)口部3的內(nèi)周具有第I部位61和第2部位62。傳感器部2具有將中央部4作為溫接點(diǎn)、將第I部位61作為冷接點(diǎn)的第I熱電堆。傳感器部2具有將中央部4作為溫接點(diǎn)、將第2部位62作為冷接點(diǎn)的第2熱電堆。此處所講的“熱電堆”是指將多個(gè)熱電偶被串聯(lián)連接形成的部件配置成熱電偶束得到的構(gòu)造體。各個(gè)熱電偶通過(guò)將P型部和N型部組合起來(lái)，構(gòu)成從溫接點(diǎn)和冷接點(diǎn)任意一方開(kāi)始并在另一方折返的往復(fù)形式的配線。由于多個(gè)熱電偶被串聯(lián)連接，因而作為熱電堆整體形成為在溫接點(diǎn)和冷接點(diǎn)之間反復(fù)往復(fù)的形式的配線。第I熱電堆和第2熱電堆也可以串聯(lián)連接。
[0042]圖4表示更詳細(xì)地示出一個(gè)紅外線傳感器101中包含的熱電堆。一個(gè)紅外線傳感器101中包含的熱電堆形成為第I熱電堆和第2熱電堆的組合體。這些熱電堆包括P型層IUN型層12、配線13、和引出配線14a、14b。P型層11和N型層12通過(guò)配線13交替地串聯(lián)連接，沿著傳感器部2整體以一筆寫(xiě)就的方式排列。引出配線14a、14b是用于將配線從圍繞傳感器部2鋪設(shè)的第I熱電堆和第2熱電堆引出到外部的配線。
[0043]圖5表示紅外線傳感器101的剖面圖。圖5是圖3中的V-V線的向視剖面圖。
[0044]紅外線傳感器101具有:半導(dǎo)體基板I，在其上表面具有凹部5 ;上部層6，其形成于半導(dǎo)體基板I的上側(cè)，具有與凹部5對(duì)應(yīng)地開(kāi)口的傳感器開(kāi)口部3 ;以及傳感器部2，其在離開(kāi)凹部5的內(nèi)表面的狀態(tài)下呈S字形橫穿傳感器開(kāi)口部3，以便將所述傳感器開(kāi)口部的內(nèi)周的第I部位61和第2部位62之間連接起來(lái)。傳感器部2在真空中被密封。傳感器部2的中央部4以能夠接受來(lái)自觀測(cè)對(duì)象的紅外線的方式配置。傳感器部2具有將中央部4與第I部位61及第2部位62之間的溫度差變換為電信號(hào)的熱電變換構(gòu)造。作為熱電變換構(gòu)造，能夠采用將兩個(gè)部位之間的溫度差變換為電信號(hào)的公知技術(shù)。
[0045]在本實(shí)施方式中優(yōu)選的是，熱電變換構(gòu)造包括熱電堆。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，能夠利用簡(jiǎn)便的構(gòu)造將兩個(gè)部位之間的溫度差變換為電信號(hào)。
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