[发明专利]辐射热计及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及检测红外线或太赫兹波的辐射热计。

背景技术

下面参照图11描述公知辐射热计的单元结构。在此辐射热计中，以腿部42作为支撑将通过间隙7与硅衬底1分离的隔膜型绝热部4设置在硅衬底1上，将红外线检测部3设置在绝热部4上。如果照射了红外线，则红外线检测部3被加热，并且随温度变化的电阻变化被检测到。

通常，如果在绝热部4与硅衬底1之间的间隙7中有空气，则因为热量由于空气的热传导而传到硅衬底1，绝热部4的温度变化减少，并且灵敏度降低，所以该部分处于真空。设置红外线反射膜6，以便将透过绝热部4上的红外线检测部3而未被红外线检测部3吸收的红外线返回，从而增加吸收率(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]日本特开2007-263769号公报

发明内容

技术问题

当制作图11所示结构时，通常，使用硅微机电系统(MEMS)工艺。下面参照图12描述典型MEMS工艺的制造流程。

首先，如图12(a)所示，利用化学气相沉积(CVD)方法在半导体衬底801(其上制作具有互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管等等的读取电路)上形成绝缘中间层820，并且在绝缘中间层820上形成金属红外线反射膜804并对金属红外线反射膜804进行图案化。

之后，进一步形成绝缘中间层820，并在绝缘中间层820上形成牺牲层830。为了制作隔膜从半导体衬底801浮离的结构，首先，形成牺牲层830，在牺牲层830上形成隔膜或红外线检测部，最后通过蚀刻将牺牲层830去除。

在形成牺牲层830以后，如图12(b)所示，利用CVD方法形成由氮化硅膜831和氧化硅膜832制成的隔膜并对该隔膜进行图案化。在牺牲层830上形成金属电极805并对金属电极805进行图案化。

随后，如图12(c)所示，形成与金属电极805欧姆接触的热敏电阻器806并对热敏电阻器806进行图案化。在热敏电阻器806上形成第二氮化硅膜833，然后形成红外线吸收膜811并对红外线吸收膜811进行图案化。

最后，如图12(d)所示，通过蚀刻将牺牲层830去除，以获得具有隔膜结构的单元。在图中，为了有满意灵敏度的检测，通常将红外线反射膜804与红外线吸收膜811之间的距离设定为波长1的1/4。也就是说，当检测波长1＝10mm时，设定d＝2.5mm。

如上所述，为了产生现有技术的结构，需要复杂的制造方法，并且光刻次数增加。隔膜是由氮化硅膜831、833以及氧化硅膜832形成的薄膜(大约0.5mm)，并通过细梁(1-2mm)连接到半导体衬底801以便保持热量。

因此，在蚀刻牺牲层830时，有可能出现诸如隔膜(831-833)由于表面张力或翘曲而粘贴到半导体衬底801之类的缺陷。

也就是说，制造工艺的困难程度可能很高。因此，因为每个制造工艺需要更严格的条件调节，并且已发现的制造条件的裕度小，所以制造条件的波动大大影响了产率。

热敏电阻器806由电阻根据温度而变化的材料制成。当电阻随温度的变化(TCR：电阻温度系数值)大时，传感器的灵敏度增加。因此，通常使用具有大TCR值的氧化钒等等。

氧化钒是通常硅工艺中没有的材料，并且其TCR值在很大程度上取决于膜形成条件或者随后的热处理条件。也就是说，这意味着关于电阻器形成，需要艰难的条件调节。

在这种方式下，制造隔膜(831-833)结构时的困难和形成电阻器材料方法中的困难影响产率，导致制造成本增加。如上所述，因为隔膜(831-833)与半导体衬底801之间的间隙应当处于真空，所以应当将传感器芯片置于完全真空密封的封装中，导致成本增加。

结果，在现有技术的红外线图像传感器中使用的微型辐射热计在制造工艺中使用硅MEMS工艺，并且因为以真空密封的方式封装传感器，所以存在成本不可避免地增加的问题。

当要由辐射热计检测的波具有像太赫兹波这样的长波长时，必须增加反射膜与吸收膜之间的距离。例如，当检测1THz的波时，因为波长1＝300mm，所以必须使得d＝1/4＝75mm。

在现有技术的结构中，如上所述，隔膜(831-833)与半导体衬底801之间距离的增加对应于牺牲层厚度的增加，并伴随着制造困难。也就是说，在现有技术的结构中，存在如下问题：难以制造对太赫兹波具有高灵敏度的辐射热计。