[實用新型]傳感器元件及紅外線傳感器

有效

• 申請號: 201120051689.2
• 申請日: 2011-02-28
• 公開（公告）號: CN202204598U
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 仲谷吾郎
• 申請（專利權）人: 羅姆股份有限公司
• 主分類號: G01J5/12
• 分類號: G01J5/12;H01L27/16;H01L21/82
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉建

技術領域

本實用新型涉及檢測紅外線的紅外線傳感器。?

背景技術

紅外線傳感器大體分為利用由紅外線的受光所產生的薄膜的溫度變化的熱型紅外線傳感器、和利用由紅外線的光能而在半導體材料中產生的電現象(光電變換)的量子型紅外線傳感器。與量子型紅外線傳感器相比，熱型紅外線傳感器的檢測靈敏度及響應速度低，但檢測對象的波長頻帶寬，在常溫下也能夠使用，因此廣泛應用于溫度記錄或放射溫度計等。?

作為熱型紅外線傳感器已知有利用熱起電力效應來檢測紅外線的熱電堆、和利用熱電效應來檢測紅外線的熱電傳感器(熱釋電傳感器)。?

熱電堆具有在基板上形成薄膜并在該薄膜上設置熱電偶(thermocouple)的構造。在基板上形成有腔體，以從基板的表面側閉塞腔體的方式來設置薄膜。熱電偶的熱接點配置在與腔體對置的位置，其冷接點配置在與基板的腔體的周圍的部分對置的位置，由此熱接點與冷接點被熱分離。當利用紅外線使薄膜的溫度上升時，在熱電偶的熱接點與冷接點之間產生溫度差，并輸出與該溫度差相應的電壓作為檢測信號。?

熱電堆中使用與用于IC芯片等半導體裝置的材料相同的材料。即，作為基板、薄膜及熱電偶的材料例如分別使用硅(Si)、氧化硅(SiO₂)及多晶硅。因此，熱電堆可以形成在與對其檢測信號進行處理的電路等相同的基板上。?

熱電傳感器具有在封裝體內封入將粉體原料燒結后的陶瓷(松散(bulk)陶瓷)的構造。陶瓷通過極化處理而具有自發極化。當利用紅外線使陶瓷的溫度上升時，與其溫度相應地，陶瓷的自發極化改變，在陶瓷的表面產生電荷，并將該電荷的流動(熱電流)作為檢測信號輸出。?

在熱電傳感器中，使用燒結陶瓷來作為熱電元件，因此熱電元件與包?括信號處理電路等的IC芯片分離設置。此外，燒結陶瓷的薄化困難，其厚度的極限為100μm左右。因此，對于熱電傳感器來說，存在其整體的尺寸大的問題。?

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種通過使用熱電元件的構造來實現薄型化的紅外線傳感器及其制造方法。?

對本實用新型的上述的或其他的目的、特征及效果，根據下面參照附圖敘述的實施方式的說明來明確。?

本實用新型的一方面涉及的紅外線傳感器具備：半導體基板；薄膜狀的熱電元件，其設置在所述半導體基板上并由鈦酸鋯酸鉛構成；覆蓋膜，其覆蓋所述熱電元件，且其最表面構成紅外線的受光面；腔體，其在所述半導體基板的與所述熱電元件相對的部分，形成從所述半導體基板的表面凹陷的形狀，用于將所述熱電元件與所述半導體基板熱分離。?

在半導體基板上設有由鈦酸鋯酸鉛構成的薄膜狀的熱電元件。當由于紅外線的入射而使熱電元件的溫度上升時，根據其溫度輸出由熱電元件的自發極化的變化所產生的熱電流。因此，根據該熱電流，能夠檢測紅外線。?

在半導體基板上，在與熱電元件相對的部分形成有從其表面凹陷形狀的腔體。由此，熱電元件與半導體元件熱分離，因此能夠防止熱從熱電元件向半導體基板擴散。其結果，能夠提高紅外線的檢測精度。?

薄膜狀的熱電元件可以由溶膠凝膠法來形成。與通過粉體原料的燒結而形成熱電元件的方法相比，在溶膠凝膠法中，能夠減小熱電元件的厚度。從而，能夠實現使用了熱電元件的紅外線傳感器的薄型化。?

熱電元件被覆蓋膜覆蓋。由此，能夠防止水分等侵入熱電元件。特別是覆蓋膜包括由氧化鋁構成的氧化鋁膜的情況下，利用氧化鋁膜的氫阻隔性，能夠防止熱電元件的材料即鈦酸鋯酸鉛的氫還原。從而，能夠防止該氫還原導致的熱電元件的特性劣化。此外，在覆蓋膜包含氧化鋁膜的情況下，具體來說，覆蓋膜優選具有從半導體基板側起依次層疊氧化鋁膜及氧化硅膜的二層構造。?

半導體基板上也可形成有源元件。?

可以利用半導體基板來形成有源元件。進而，在半導體基板上隔著層間絕緣膜而形成配線，并可將該配線通過接點插頭等與有源元件連接。從而，能夠在紅外線傳感器中內置對從熱電元件輸出的熱電流(輸出信號)進行處理的信號處理電路等。?

具備有源元件及配線的紅外線傳感器可以通過包含如下(1)～(6)工序的制造方法來制造。?

(1)在半導體基板上形成有源元件的工序；?

(2)在所述半導體基板上形成層間絕緣膜的工序；?

(3)將所述層間絕緣膜在其厚度方向上貫通，并形成與所述有源元件電連接的接點的工序；?

(4)利用溶膠凝膠法，在所述層間絕緣膜上形成由鈦酸鋯酸鉛構成的薄膜狀的熱電元件的工序；?