紅外線吸收體及熱型紅外線檢測器的制作方法

專利名稱：紅外線吸收體及熱型紅外線檢測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及紅外線吸收體及熱型紅外線檢測器。
背景技術：
作為以往的熱型紅外線檢測器，有例如記載在專利文獻1或2中 的發明。在專利文獻1中，公開了熱電型紅外線固體攝影裝置。該裝
置的紅外線吸收膜為由在廣范圍的紅外區域上具有感度的有機物層，
及波長10pm附近的吸收率高的Si02層所構成的層疊構造。
另外，在專利文獻2中，公幵了熱型紅外線檢測器。該傳感器，
在最下層具有包含金屬薄膜的多層構造的紅外線吸收膜。金屬薄膜的
紅外線反射率比紅外線透過率還大，使欲透過其它層的紅外線在金屬
薄膜由反射，由此提高其它層的紅外線吸收率。 專利文獻1:日本專利第2523895號公報 專利文獻2:日本專利第3608427號公報

發明內容
一般紅外線吸收體為了保持機械性強度而形成在基板上。另外， 為了精度良好地檢測出在紅外線吸收體中產生的熱，通過濕蝕刻等除 去檢測領域的基板部分(膜片(membrane)構造例如參照專利文獻 2)。然而，如在專利文獻1中公開的裝置，當在紅外線吸收膜中包含 有機物層時，由于有機物層對于濕蝕刻的耐性較低，因而基板加工成 為困難。
另外，在檢測紅外線之際，希望能夠在更廣波長區域上高效率地 進行檢測。在專利文獻2中，并未記載有關于可檢測的波長區域的廣 帶域。
本發明是鑒于上述課題的，其目的在于提供，基板的濕蝕刻加工 容易，可在廣波長區域上高效地吸收紅外線的紅外線吸收體及熱型紅 外線檢測器。
為了解決上述課題，本發明的紅外線吸收體，具備含有TiN的 第一層，及含有Si系化合物且設置在第一層上的第二層，將從第二層 側入射的紅外線的能量變換成熱。
TiN具有如下特征，即對比8pm短的波長區域的紅外線的吸收率 高于其它無機材料，另一方面，對比^m長的波長區域的紅外線的反 射率高。因此，若將對比8pm長的波長區域的紅外線的吸收率良好的 第二層層疊在第一層(TiN層)上，則可使在TiN層吸收率低的波長 區域的紅外線在第二層適當地吸收，同時，可將要透過第二層的紅外 線在TiN層的界面反射而回到第二層，因而可高效地吸收包含比8pm 短的波長區域，及比8pm長的波長區域兩者的廣波長區域上的紅外線。 上述的紅外線吸收體，在含有TiN的第一層上，設置對比8)am長的波 長區域的紅外線的吸收率高的含有Si系化合物的第二層。由此，可在 廣波長區域上高效地吸收紅外線。
另外，在上述的紅外線吸收體中，含有TiN的第一層主要吸收比 8pm短的波長區域的紅外線，同時，使比8pm長的波長區域的紅外線 朝第二層反射。如此， 一個層兼具吸收一部分波長區域的紅外線，及 將其它波長區域的紅外線反射至另一層的功能，由此，與設置以反射 作為主要目的的層的情況下相比，可以以更少層數高效地吸收廣波長 區域的紅外線。
另外，TiN及Si系化合物由于對濕蝕刻的耐性高，因而可容易地 進行基板的濕蝕刻加工。因此，根據上述的紅外線吸收體可容易地制 造將檢測領域的基板部分除去的膜片構造。
另外，紅外線吸收體，第二層作為Si系化合物，可以至少含有SiC 及SiN中的一者。由此，可良好地得到上述效果。尤其是SiC及SiN 與其它的Si系化合物相比，對于濕蝕刻的耐性更高，因而根據該紅外 線吸收體，可進一步容易地制造膜片構造。
另外，紅外線吸收體可以使第二層比第一層厚。在構成第一層的 TiN厚度超過某一數值時，對紅外線的透過率變極小，而且即使厚度改 變，吸收率或反射率幾乎不會變化。但是，構成第二層的Si系化合物 具有越厚有則吸收率越高的性質。因此，通過使含有Si系化合物的第二層比含有TiN的第一層厚，可更高效地吸收比8pm長的波長區域的 紅外線。
另外，本發明的熱型紅外線檢測器，具備上述的任何的紅外線 吸收體，及將來自紅外線吸收體的熱變換成電氣的量的熱電變換部。 由此此，可提供容易進行基板的濕蝕刻加工，并可在廣波長區域上有 效地檢測紅外線的熱型紅外線檢測器。
根據本發明，可提供基板的濕蝕刻加工容易，并可在廣波長區域 上高效地吸收紅外線的紅外線吸收體及熱型紅外線檢測器。


圖1是表示具備根據本發明的紅外線吸收體的熱型紅外線檢測器 的第l實施方式的圖。
圖2是表示TiN及SiC的紅外線吸收特性(對應于入射波長的吸 收率)的圖表。
圖3是表示TiN的紅外線反射特性(對應于入射波長的反射率) 的圖表。
圖4是表示用于說明根據第1實施方式的熱型紅外線檢測器的動 作的圖。
圖5是表示第1實施方式的紅外線吸收膜全體的紅外線吸收特性 (對應于入射波長的吸收率)的圖表。
圖6是表示具備根據本發明的紅外線吸收體的熱型紅外線檢測器 的第2實施方式的圖。 符號說明
la， lb:熱型紅外線檢測器 2， 5:紅外線吸收膜 3， 6:熱電堆形成膜
4， 7:硅基板 21， 51:第一層 22， 52:第二層
具體實施例方式
以下，參照附圖下針對于本發明的紅外線吸收體及熱型紅外線檢 測器的適合的實施方式加以詳細地說明。另外，在圖的說明中，對同 一或相當部分賦予同一符號，省略重復的說明。 (第1實施方式)
圖1 (a)是表示具備根據本發明的紅外線吸收體的熱型紅外線檢 測器的第l實施方式的平面圖。另外，圖l (b)是表示沿著圖l (a) 所示的I-I線的剖面的側面剖面圖。另外，圖1 (c)是擴大表示圖1 (b) 的一部分的擴大剖面圖。
本實施方式的熱型紅外線檢測器la是利用塊狀微機器技術 (bulkmicromachine)所形成的形態的熱型紅外線檢測器，具備紅外線 吸收膜2，熱電堆形成膜3，及硅(Si)基板4。硅基板4具有矩形的 平面形狀，具有沿著其外周所設置的框部41。在由框部41包圍的中央 附近，形成有與紅外線檢測區域Al相對應的大小的開口 4a，而將下 述的熱電堆形成膜3及紅外線吸收膜2作為膜片(membrane)構造。 另外，該開口 4a優選通過對硅基板4的選擇性濕蝕刻而形成。
熱電堆形成膜3是用于將來自下述的紅外線吸收膜2的熱變換成 電性的量(電壓電流等)的熱電變換部。熱電堆形成膜3，以塞住開口 4a的方式設置在硅基板4上，多個熱電偶配置成二維狀。多個熱電偶 的各該溫接點(熱電偶(thermocouple))配置在紅外線檢測區域Al 內，而冷接點配置在框部41上。
紅外線吸收膜2是本實施方式的紅外線吸收體，設置在熱電堆形 成膜3上的紅外線檢測區域A1。紅外線吸收膜2具有主要含有TiN 的第一層21，及主要含有SiC， SiN， Si02， SbN4或SiON等的Si系 化合物且設置在第一層21上的第二層22，將從第二層22側入射的紅 外線的能量變換成熱。第二層22形成為比第一層21厚。
另外，第二層22作為Si系化合物，優選主要含有SiC及SiN中 至少一者。另外，當第二層22主要含有SiCgSfy (0<X^2， 0^Y<1) 時，若氧原子的組成比X/ (X+Y)為0.4以上0.8以下，則光透過率良 好且防濕性變高，因而優選。
在此，圖2是表示TiN及SiC的紅外線吸收特性(對應于入射波 長的吸收率)的圖表。另外，在圖2中，圖表Gl表示TiN的吸收特性，
而圖表G2表示SiC的吸收特性。如圖2所示，TiN是在較短的波長區 域例如比8pm還短的波長區域的吸收率較高。另外，SiC是在較長的 波長區域例如8pm~14,的波長區域的吸收率較高。另外，圖3是表 示TiN的紅外線反射特性(對應于入射波長的反射率)的圖表。如圖3 所示地，TiN是在較長的波長區域，例如比8pm還長的波長區域的反 射率較高。
圖4是表示用于說明根據本實施方式的熱型紅外線檢測器la的動 作的圖。另外，圖4是表示熱型紅外線檢測器la中相當于紅外線檢測 區域A1的部位的側面剖面。
入射到熱型紅外線檢測器la的紅外線檢測區域Al的紅外線IR， 從第二層22側向紅外線吸收膜2入射。而且，紅外線IR中較短波長 的波長成分(例如未超過波長8pm的成分)IR a,)，透過第二層22， 主要被吸收第一層21，而變換成熱H。另外，紅外線IR中較長波長的 波長成分(例如超過波長^m的成分)IR a2)，被第二層22吸收， 而變換成熱H。這時候，波長成分IR a2)的一部分，透過第二層22 而達到第一層21與第二層22的界面，利用第一層21的TiN所具有的 高反射率，在該界面進行反射，結果，成為被吸收在第二層22。如此 所發生的熱H，被傳到高熱傳導性的含有TiN的第一層21而達到熱電 堆形成膜3。另外，在熱電堆形成膜3中，生成對應于熱H的大小的 電壓。
對根據本實施方式的熱型紅外線檢測器la及紅外線吸收膜2的效 果加以說明。如圖2及圖3所示，TiN具有如下特征，對于比8pm長 的波長區域的紅外線IR (、)的吸收率為比其它無機材料高，另一方 面對于比8pm短的波長區域的紅外線IR a2)的反射率高。因此，若 將對于比8pm長的波長區域的紅外線IR a2)的吸收率良好的第二層 22層疊在第一層21的上面，則可使不容易被第一層21吸收的波長區 域的紅外線IR( i2)，在第二層22中被良好地吸收，同時，可使要透 過第二層22的紅外線IR a2)在第一層21的界面上反射而回到第二 層22而被第二層22吸收，因此，高效地可對比8pm短的波長區域的 紅外線，及比8pm長的波長區域的紅外線的兩者進行吸收。
本實施方式的紅外線吸收膜2，在含有TiN的第一層21之上，設 置有對于比8pm長的波長區域的紅外線IR a2)吸收率高的含有Si 系化合物的第二層22。由此，可在廣波長區域上高效地吸收紅外線。 尤其是，波長8pm 14^im多用于放射溫度測量或人體檢測用途的波長 區域，因而通過使第二層22主要對于該波長區域的紅外線的吸收率較 高的含有Si系化合物(尤其是SiC)，可精度優異地進行這些測定。
另外，Si系化合物(尤其是SiC)，對于在TiN中吸收率高的波 長5pm附近的紅外線的透過率高。因此，通過使第二層22主要含有
si系化合物，可使該波長區域的紅外線ir a,)高效地入射到第一層
21，可進一步提高吸收效率。另外，即使TiN是相對較薄的層，但由 于對紅外線的透過率低(例如，在厚度4000A時透過率10%以下)， 因此通過在第一層21中使用TiN，可縮短第一層21的成膜時間。另外， TiN，與其它無機材料相比，熱傳導率高(大約29W/nrK)。因此，通 過使第一層21主要含有TiN，不會使在第一層21與第二層22中所發 生的熱以輻射等喪失，而可傳到熱電堆形成膜3，而且可提高熱型紅外 線檢測器la的響應速度。
在此，圖5是表示本實施方式的紅外線吸收膜2全體的紅外線吸 收特性(對應于入射波長的吸收率)的圖表。如圖5所示可知，根據 紅外線吸收膜2，在比8pm長的波長區域(尤其是8pm 18^im附近) 及比8pm短的波長區域(尤其是4pm附近)的兩者上，可高效地吸收 紅外線。另外，比8pm長的波長區域的吸收率，比圖2所示的SiC單 層的吸收率高。即，通過在第一層21 (TiN)與第二層(SiC)的界面 的反射，使該波長區域的紅外線以更高效率被第二層22吸收。
另外，在本實施方式的紅外線吸收膜2中，含有TiN的第一層21 主要吸收比8pm短的波長區域的紅外線IR (、)，同時，使比8pm長
的波長區域的紅外線iR a2)向第二層22反射。如上所述， 一個層兼 具吸收一部分波長區域的紅外線ir a》的功能，及將其它波長區域
的紅外線IR a2)反射至另一層(第二層22)的功能，由此與設置以 反射作為主要目的的層的情況相比，可利用更少層數高效地吸收廣波 長區域的紅外線。另外，TiN及Si系化合物，由于對濕蝕刻的耐性較高，因而可容 易地進行硅基板4的濕蝕刻加工。因此，根據本實施方式的紅外線吸 收膜2，可容易地制造將紅外線檢測區域A1的基板一部分(相當于開 口4a的部分)除去的膜片構造。尤其是，在第二層22作為Si系化合 物主要含有SiC及SiN時，SiC及SiN與其它的Si系化合物相比，對 于濕蝕刻的耐性更高，因而可更容易地制造膜片構造，而更適合。
另外，如本實施方式，優選第二層22比第一層21厚。在構成第 一層21的TiN厚度超過某一數值時，對紅外線的透過率變得極小，同 時，因厚度的變化造成的吸收率和反射率的變化很少。但是，構成第 二層22的Si系化合物，具有越厚越吸收率越高的性質。因此，通過使 第二層22比第一層21厚，可更高效地吸收比8拜長的波長區域的紅
外線iR a2)。
另外，有關于第二層22的厚度的上述事實表明，本實施方式的第 二層22，與僅用于紅外線吸收膜的保護的一般的Si系化合物膜(例如 &02膜)相比，具有不相同的作用。即，僅用于紅外線吸收膜的保護 的膜，通常比紅外線吸收膜薄。但是，本實施方式的第二層22，如上 述，構成了用于高效地吸收紅外線的紅外線吸收膜2的一部分，因而 優選為比第一層21厚。
另外，優選第一層21的厚度是2500A以上10000A以下。通過使
第一層21的厚度為25ooA以上，可降低對紅外線iR a》及ir a2)
的透過率，而可充分地確保吸收率及反射率。因此，可有效地發揮吸 收比8pm短的波長區域的紅外線IR a,)的功能，及反射比8,長的 波長區域的紅外線IR a2)的功能。另外，當第一層21的厚度超過 10000A時，存在對比8]im短的波長區域的紅外線IRa》的吸收率飽 和(即使增加厚度，也幾乎不會增加吸收率)的趨勢。因此，通過使 第一層21的厚度為10000A以下，可縮短第一層21的形成時間。
另外，第二層22的厚度優選為10000A以上25000A以下。通過
使第二層22的厚度為iooooA以上，可充分地確保紅外線iR a2)的
吸收率。另外，在第二層22的厚度超過25000A時，對紅外線IRa2) 的吸收率成為接近于100%，而變成飽和。因此，通過使第二層22的 厚度為25000A以下，可縮短第二層22的形成時間。
另外，如上述，優選第二層22是比第一層21厚。構成第二層22 的Si系化合物，吸收率達到飽和的厚度比構成第一層21的TiN厚(Si 系化合物25000A， TiN: 10000A)。因此，通過使第二層22比第一 層21厚，可進一步高效地吸收紅外線。另外，優選第一層21的厚度 ^與第二層22的厚度t2的比(t2/t》為1~10，且3為最佳。
(第2實施方式)
圖6 (a)是表示具備根據本發明的紅外線吸收體的熱型紅外線檢 測器的第2實施方式的平面圖。另外，圖6 (b)表示沿著圖6 (a)所 示的n-n線的剖面的側面剖面圖。另外，圖6 (c)是擴大表示圖6 (b) 的一部分的擴大剖面圖。
本實施方式的熱型紅外線檢測器lb，通過所謂表面微機器技術所 形成的方式的熱型紅外線檢測器，具備紅外線吸收膜5，熱電堆形成膜 6，及硅(Si)基板7。硅基板7具有矩形的平面形狀，在其表面側的 與紅外線檢測區域A2相對應的部分上具有矩形凹部7a。另外，該凹 部7a通過濕蝕刻適合地形成。
熱電堆形成膜6是用于將來自紅外線吸收膜5的熱變換成電氣的 量(電壓，電流等)的熱電變換部。熱電堆形成膜6，以塞住凹部7a 的方式設置在硅基板7上，多個熱電偶配置成為二維狀。多個熱電偶 的各該溫接點(熱電偶)配置在紅外線檢測區域A2內，冷接點配置在 除了凹部7a之外的硅基板7的表面上。
紅外線吸收膜5為本實施方式的紅外線吸收體，設置在熱電堆形 成膜6的紅外線檢測區域A2上。由于在相當于紅外線檢測區域A2的 硅基板7的表面上形成有凹部7a，因而紅外線吸收膜5是與熱電堆形 成膜6 —起形成膜片構造。紅外線吸收膜5具備主要含有TiN的第 一層51，及主要含有SiC， SiN， Si02， Si3N4或SiON等的Si系化合 物且設置在第一層51上的第二層52，將從第二層52側入射的紅外線 的能量變換成熱。與上述第1實施方式同樣地，第二層52，作為Si系 化合物，可以主要含有SiC及SiN中的至少一者，或主要含有SiOxNy (0<X^2， 0^Y<1)。
另外，在紅外線吸收膜5及熱電堆形成膜6，分別形成有貫通厚度 方向的孔5a及6a。孔5a及6a用于，使在硅基板7上形成凹部7a的 蝕刻劑侵入到熱電堆形成膜6的背側，并在紅外線吸收膜5及熱電堆 形成膜6上形成有多個。另外，孔5a及6a，在作為紅外線檢測器而動 作時，尤其是封入氮氣的情況下，可以起到使熱電堆形成膜6不因凹 部7a的壓力變化而運動的作用。
根據本實施方式的熱型紅外線檢測器lb，可得到與上述第1實施 方式的熱型紅外線檢測器la同樣的效果。
根據本發明的紅外線吸收體及熱型紅外線檢測器，并不限定于上 述的各實施方式，可進行其他各種變形。例如，上述各實施方式的熱 型紅外線檢測器作為熱電變換部具有，具備熱電堆的熱電動勢型的構 成，此外，也可以構成為例如具備LiTa03膜或PZT膜的熱電型，或具 備熱敏電阻(thermistor)或輻射熱測量計(bolometer)的電阻型。
權利要求
1.一種紅外線吸收體，其特征在于，具備含有TiN的第一層，及含有Si系化合物且設置在所述第一層上的第二層，將從所述第二層側入射的紅外線的能量變換成熱。
2. 如權利要求1所述的紅外線吸收體，其特征在于， 所述第二層作為所述Si系化合物含有SiC及SiN中的至少一者。
3. 如權利要求1或2所述的紅外線吸收體，其特征在于， 所述第二層比所述第一層厚。
4. 一種熱型紅外線檢測器，其特征在于，具備 如權利要求1 3中任何一項所述的紅外線吸收體，及 將來自所述紅外線吸收體的熱變換成電氣的量的熱電變換部。
全文摘要
紅外線吸收膜(2)，具備含有TiN的第一層(21)，及含有Si系化合物的第二層(22)，將從第二層(22)側入射的紅外線的能量變換成熱。TiN對比8μm短的波長區域的紅外線的吸收率高，另一方面對比8μm長的波長區域的紅外線反射率高。因此，在將對長波長區域的紅外線的吸收率優異的Si系化合物層層疊在TiN層上時，則可使TiN層中吸收率低的波長區域的紅外線在Si系化合物層適當地吸收，同時，可對要透過Si系化合物層的紅外線在TiN層的界面反射而回到Si系化合物層。
文檔編號G01J1/02GK101375140SQ20078000360
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月24日 優先權日2006年1月25日
發明者北浦隆介, 尾島史一, 鈴木順 申請人:浜松光子學株式會社