紅外線檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本技術(shù)領(lǐng)域涉及探測伴隨著接受紅外線所致的溫度上升而變化的電氣性質(zhì)的紅 外線檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，作為以非接觸的方式檢測溫度的傳感器裝置，已提出利用紅外線的熱型的 紅外線檢測裝置。作為熱型的紅外線檢測裝置，有熱電型檢測裝置、電阻測輻射熱計(jì)型檢測 裝置、熱電堆型檢測裝置等。在熱電型檢測裝置中，利用了由于溫度變化而在表面產(chǎn)生電荷 的熱電體材料。在電阻測輻射熱計(jì)型檢測裝置中，利用了由于溫度變化而電阻值發(fā)生變化 的電阻測輻射熱計(jì)材料。在熱電堆型檢測裝置中，利用了因溫度差而產(chǎn)生熱電動勢的塞貝 克效應(yīng)。
[0003] 其中，熱電型檢測裝置具有微分輸出特性，因所入射的紅外線量的變化而產(chǎn)生輸 出。因此，熱電型檢測裝置例如被作為探測人或動物等的發(fā)熱的物體的移動的傳感器等而 廣泛利用。
[0004] 作為熱電型檢測裝置，一般采用的是利用了塊體陶瓷的單元件型或雙元件型的檢 測裝置（例如專利文獻(xiàn)1)。在雙元件型檢測裝置中，將兩個(gè)單元件的受光面電極彼此或?qū)?置面電極彼此進(jìn)行串聯(lián)連接，以使由于熱電體基板的溫度變化而產(chǎn)生的電荷成為反極性。 通過設(shè)為這種結(jié)構(gòu)，能夠補(bǔ)償僅利用一個(gè)單元件時(shí)產(chǎn)生的外部溫度依賴性。此外，利用輸出 波形的相位根據(jù)人體的移動方向而反轉(zhuǎn)的特征，能夠通過正側(cè)和負(fù)側(cè)的哪側(cè)的人體探測信 號先被輸出來判別人體的移動方向。
[0005] 然而，在現(xiàn)有的熱電型檢測裝置中，難以詳細(xì)地感測人的二維行為，或者準(zhǔn)確地感 測空間的溫度分布。
[0006] 為此，已提出利用形成在硅基板上的熱電體薄膜，通過半導(dǎo)體微細(xì)加工工藝將熱 電體薄膜加工為陣列狀來進(jìn)行多像素化的方案（例如，專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3)。
[0007] 圖14是現(xiàn)有的熱電型的紅外線檢測裝置40的剖視圖。紅外線檢測裝置40在Si 基板32上依次形成有SiOjl 33、Ti層34、Pt層35、PLZT層36以及IrO 2層37。PLZT層 36由（Pb，La) (Zr，Ti) 03形成。Ti層34、Pt層35、PLZT層36以及IrO 2層37的厚度分別 為 20nm、100nm、200nm、100nm 左右。
[0008] Ti層34被設(shè)置為對下部電極即Pt層35和Si基板32上的510 2層33進(jìn)行粘接 的粘接層。Ti層34實(shí)質(zhì)上也作為下部電極來發(fā)揮功能。PLZT層36為熱電體層，例如通過 溶膠-凝膠法、RF濺射法、有機(jī)金屬CVD(M0CVD)法等來形成。并且，IrOjl 37作為上部電 極來發(fā)揮功能。IrOjl 37例如通過反應(yīng)性濺射法來形成。
[0009] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1 :國際公開第2011/001585號
[0012] 專利文獻(xiàn)2 :國際公開第2004/079311號
[0013] 專利文獻(xiàn)3 :日本特表2010-540915號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 紅外線檢測裝置具備基板和熱型光檢測元件。基板具有凹部、和位于凹部的周圍 的框部。熱型光檢測元件具有腳部和檢測部，腳部連接在框部上以使檢測部位于凹部上。此 外，熱型光檢測元件具有：設(shè)置在基板上的第1電極層、設(shè)置在第1電極層上的檢測層、和設(shè) 置在檢測層上的第2電極層。第1電極層的線性熱膨脹系數(shù)大于基板的線性熱膨脹系數(shù)， 基板的線性熱膨脹系數(shù)大于檢測層的線性熱膨脹系數(shù)。
【附圖說明】
[0015] 圖1A是本實(shí)施方式1中的紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0016] 圖1B是圖1A所示的線1B-1B處的剖視圖。
[0017] 圖2A是本實(shí)施方式1中的其他紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0018] 圖2B是圖2A所示的線2B-2B處的剖視圖。
[0019] 圖3A是本實(shí)施方式1中的進(jìn)一步的其他紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0020] 圖3B是圖3A所示的線3B-3B處的剖視圖。
[0021] 圖4是表示本實(shí)施方式1中的檢測層的X射線衍射圖案的圖。
[0022] 圖5是表示本實(shí)施方式1中的檢測層的特性的圖。
[0023] 圖6A是本實(shí)施方式2中的紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0024] 圖6B是圖6A所示的線6B-6B處的剖視圖。
[0025] 圖6C是圖6A所示的線6C-6C處的剖視圖。
[0026] 圖6D是圖6A所示的線6D-6D處的剖視圖。
[0027] 圖7是本實(shí)施方式2中的其他紅外線檢測裝置的剖視圖。
[0028] 圖8A是本實(shí)施方式3中的紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0029] 圖8B是圖8A所示的線8B-8B處的剖視圖。
[0030] 圖9A是本實(shí)施方式3中的其他紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0031] 圖9B是圖9A所示的線9B-9B處的剖視圖。
[0032] 圖9C是圖9A所示的線9C-9C處的剖視圖。
[0033] 圖9D是圖9A所示的線9D-9D處的剖視圖。
[0034] 圖10A是本實(shí)施方式4中的紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0035] 圖10B是圖10A所示的線10B-10B處的紅外線檢測裝置的剖視圖。
[0036] 圖11A是本實(shí)施方式4中的其他紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0037] 圖11B是圖11A所示的線11B-11B處的剖視圖。
[0038] 圖11C是圖11A所示的線11C-11C處的剖視圖。
[0039] 圖11D是圖11A所示的線11D-11D處的剖視圖。
[0040] 圖12A是本實(shí)施方式5中的紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0041] 圖12B是圖12A所示的線12B-12B處的剖視圖。
[0042] 圖13A是本實(shí)施方式5中的其他紅外線檢測裝置的俯視圖。
[0043] 圖13B是圖13A所示的線13B-13B處的剖視圖。
[0044] 圖13C是圖13A所示的線13C-13C處的剖視圖。
[0045] 圖13D是圖13A所示的線13D-13D處的剖視圖。
[0046] 圖14是現(xiàn)有的紅外線檢測裝置的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 圖14所示的熱電型的紅外線檢測裝置40在線性熱膨脹系數(shù)小的Si基板32的上 方形成了線性熱膨脹系數(shù)大的PLZT層36。因而，由于起因于Si基板32和PLZT層36的線 性熱膨脹系數(shù)的差的應(yīng)力，將在PLZT層36產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。其結(jié)果，PLZT層36在非極化軸 的（100)面上優(yōu)先取向，存在熱電特性變低的情況。
[0048](實(shí)施方式1)
[0049] 圖1A是本實(shí)施方式1中的紅外線檢測裝置100的俯視圖。圖1B是圖1A所示的 線1B-1B處的剖視圖。圖2A是本實(shí)施方式1中的紅外線檢測裝置110的俯視圖。圖2B是 圖2A所示的線2B-2B處的剖視圖。圖3A是本實(shí)施方式1中的紅外線檢測裝置120的俯視 圖。圖3B是圖3A所示的線3B-3B處的剖視圖。
[0050] 紅外線檢測裝置100具有基板8和熱型光檢測兀件1。基板8具有凹部7、和位于 凹部7的周圍的框部6。熱型光檢測元件1具有腳部5和檢測部50,腳部5連接在框部6 上以使檢測部50位于凹部7上。腳部5由腳部5A和腳部5B構(gòu)成。熱型光檢測元件1具 有：設(shè)置在基板8上以及凹部7的上方的第1中間層9、和設(shè)置在第1中間層9之上的第2 中間層10。進(jìn)而，熱型光檢測元件1具有：設(shè)置在第2中間層10之上的第1電極層11、設(shè) 置在第1電極層11之上的檢測層12、和設(shè)置在檢測層12之上的第2電極層13。
[0051] 接下來，詳細(xì)地說明各構(gòu)成。基板8在至少一個(gè)主面具有凹部7。腳部5A、5B在凹 部7之上從包圍凹部7的基板8的主面（框部6)延伸。檢測部50經(jīng)由腳部5A、5B而被懸 置、支承在凹部7之上。由于凹部7,熱型光檢測元件1成為相對于框部6而熱絕緣性高的 結(jié)構(gòu)。另外，凹部7在內(nèi)部具有空隙7A。凹部7被設(shè)置為具有用腳部5將熱型光檢測元件 1中空地支承在基板8上的深度即可?？障?A既可以貫通基板8,也可以如圖1B所示設(shè)置 有底的凹部7。
[0052] 檢測部50與作為第1電極層11的一部分的第1電極焊盤4電連接。在第1電極 焊盤4之下，按照距基板8的主面從近到遠(yuǎn)的順序依次層疊有第1中間層9、第2中間層10。 在第1電極焊盤4中，在1電極層11之上未形成檢測層12、第2電極層13。
[0053] 進(jìn)而，檢測部50經(jīng)由形成在腳部5之上的電布線3而與第2電極焊盤2電連接。 在第2電極焊盤2之下，按照距基板8的主面從近到遠(yuǎn)的順序依次層疊有第1中間層9、第 2中間層10、檢測層12。
[0054] 基板8的線性熱膨脹系數(shù)大于檢測層12的線性熱膨脹系數(shù)。作為基板8,能夠采 用以鐵或鉻為主成分的鐵素體系不銹鋼、鈦、鋁、鎂等金屬材料、硼硅酸玻璃等玻璃系材料、 氧化鎂或氟化鈣等的單晶材料、二氧化鈦、氧化鋯等的陶瓷系材料等。換言之，作為基板8， 能夠采用線性熱膨脹系數(shù)比檢測層12大的材料。尤其是，在采用了反射紅外線的材料的情 況下，由于能夠?qū)⒄丈涞桨疾?的紅外線反射到熱型光檢測元件1的方向上，因此紅外線檢 測能力得以提高。此外，通過采用金屬材料，能夠強(qiáng)烈地反射紅外線。此外，金屬材料比硅 基板更廉價(jià)。
[0055] 此外，作為基板8的材料，也可以采用被軋制加工后的金屬鋼帶（軋制鋼板）。
[0056] 基板8比第1中間層9、第2中間層10、第1電極層11厚。因而，檢測層12的殘 余應(yīng)力更大程度地受到基板8的線性熱膨脹系數(shù)的影響。
[0057] 對于第1中間層9,采用硅氧化物或包含硅氧化物的化合物材料。例如，作為第1 中間層9,能夠采用硅氧化物、或使硅氧化物氮化后的硅氮化膜（SiON)等。
[0058] 優(yōu)選在第1中間層9中擴(kuò)散有基板8所含的元素。進(jìn)而，更優(yōu)選在第1中間層9 中擴(kuò)散有基板8所含的至少兩種元素。這兩種元素其擴(kuò)散量（濃度）從基板8側(cè)朝向第1 電極層11側(cè)發(fā)生傾斜、即減少。在作為基板8例如采用不銹鋼的情況下，鐵以及鉻擴(kuò)散到 第1中間層9中。在此情況下，擴(kuò)散系數(shù)大的鉻較之于擴(kuò)散系數(shù)小的鐵更向第1中間層9 內(nèi)擴(kuò)散。即，在第1中間層9內(nèi)，基板8所含的兩種以上的元素的擴(kuò)散量的梯度分別不同。 因此，在