[发明专利]红外线传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外线传感器。

背景技术

过去，已经提出检测红外线(例如从人体发射的具有8至12μm的波长的红外线)的红外线传感器。文献1(日本专利申请No.2576259)和文献2(日本专利申请No.3287173)公开通过使用显微机械加工技术制造的红外线传感器。这种红外线传感器包括薄膜状红外线吸收构件和温度检测构件。红外线吸收构件吸收红外线并且将吸收的红外线转换为热量。温度检测构件测量红外线吸收构件的温度的改变。

其中，以上文献1中公开的红外线传感器包括硅衬底和硅衬底上形成的氮化硅膜。硅衬底具有用于热绝缘的腔。氮化硅膜的一部分覆盖充当红外线吸收构件的腔。在该红外线传感器中，热电堆用作温度检测构件。热电堆是由通过使用图案形成技术等在氮化硅膜上形成的n型硅膜和p型硅膜制成。

文献2中公开的红外线传感器包括具有在红外线波长区域中高吸收的介电层(红外线吸收构件)。在介电层上形成温度检测半导体层。在温度检测半导体层下的介电层之下形成用于抑制热量从温度检测半导体层到外部的传导的腔。在该红外线传感器中，优选地薄化介电层，以便减少其热量传导(增加其阻抗)，并且增加响应速度。当薄化介电层时，作为红外线吸收构件的介电层可能经受弯曲，红外线传感器可以具有糟糕的结构稳定性和低灵敏度。

此外，文献2中公开的红外线传感器使用辐射热测量仪类型红外线检测元件。因此，必须使得电流流动，以便测量红外线检测元件的电阻改变。这导致增加的功耗。此外，由于辐射热测量仪类型红外线检测元件加热自身，因此红外线检测元件可能经受由源自自热的热应力引起的弯曲。此外，源自自热的温度变化和/或周围温度变化改变红外线检测元件的电阻温度系数。鉴于此，温度补偿多晶硅层必须改进精度。然而，为了提供温度补偿多晶硅层，增大红外线传感器，并且增加制造成本。

同时，在文献1中公开的红外线传感器中，热电堆用作温度检测构件。与辐射热测量仪类型红外线检测元件不同，热电堆无需电流以测量温度。因此，热电堆不产生自热。此外，红外线吸收构件保持不受由自热引起的弯曲影响。此外，可以减少功耗。此外，由于热电堆的灵敏度不取决于其温度，因此热电堆具有高精度。

为了形成文献1中公开的热电堆，必须通过使用蚀刻技术对在红外线吸收构件上形成的n型硅膜和p型硅膜进行图案化。当形成热电堆时，红外线吸收构件可能与p型硅膜和n型硅膜一起蚀刻。在此情况下，包括其上形成的红外线传感器和热电堆的薄膜结构有可能经受弯曲，红外线传感器可能具有糟糕的结构稳定性和低灵敏度。

发明内容

鉴于以上不足，本发明旨在提出一种能够降低功耗并且改进灵敏度的红外线传感器。

根据本发明的红外线传感器包括基底以及在所述基底的表面上形成的红外线检测元件。红外线检测元件包括薄膜形式的被配置为吸收红外线的红外线吸收构件、被配置为测量红外线吸收构件与基底之间的温度差的温度检测构件、以及保护膜。红外线吸收构件与基底的表面间隔，以用于热绝缘。所述温度检测构件包括热电偶，热电偶包括在红外线吸收构件和基底上形成的p型多晶硅层、在红外线吸收构件和基底上形成而不与p型多晶硅层接触的n型多晶硅层以及被配置为把p型多晶硅层电连接到n型多晶硅层的连接层。p型多晶硅层和n型多晶硅层中的每一个具有10¹⁸到10²⁰cm^-3范围内的杂质浓度。p型多晶硅层具有λ/4n_1p的厚度，其中，λ表示要由红外线检测元件检测的红外线的中心波长，n_1p表示p型多晶硅层的反射率。n型多晶硅层具有λ/4n_1n的厚度，其中，n_1n表示n型多晶硅层的反射率。

根据本发明，与辐射热测量仪类型红外线检测元件对照，无需将电流提供给温度检测构件，因此温度检测构件不产生自热。因此，红外线吸收构件不经受由温度检测构件的自热产生的弯曲，并且还可以减少功耗。此外，可以提高p型多晶硅层和n型多晶硅层中的每一个对目标红外线的吸收效率，因此可以提高红外线传感器的灵敏度。

在优选的方面中，红外线检测元件包括在p型多晶硅层和n型多晶硅层与基底相反的表面上形成的红外线吸收膜。红外线吸收膜具有λ/4n₂的厚度，其中，n₂表示红外线吸收膜的反射率。

通过该方面，可以更加增强对目标红外线的吸收效率，因此可以提高灵敏度。

在优选的方面中，p型多晶硅层具有与n型多晶硅层相同的厚度。