(57)【要約】【課題】感度特性及び応答安定性に優れた赤外線温度センサを提案する。【解決手段】赤外線温度センサ１００は、熱源から放射される赤外線の熱量を検知する赤外線検知用感熱素子２０と、外部環境からの熱量を検知する温度補償用感熱素子３０と、第一の主面１１Ａ及びその裏面である第二の主面１１Ｂを有する基板１１を備える。赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０は、それぞれ基板１１の最大肉厚部分１６よりも肉薄な肉薄部分１４，１５に配置されている。【選択図】図５
2011214927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源の温度を非接触測定する赤外線温度センサであって、
前記熱源から放射される赤外線の熱量を検知する赤外線検知用感熱素子と、
外部環境からの熱量を検知する温度補償用感熱素子と、
前記赤外線検知用感熱素子及び前記温度補償用感熱素子が配置される第一の主面及びその裏面である第二の主面を有する基板と、を備え、
前記赤外線検知用感熱素子及び前記温度補償用感熱素子は、前記基板の最大肉厚部分よりも肉薄な肉薄部分に配置されている、赤外線温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線温度センサであって、
前記基板は、前記肉薄部分よりも厚肉な厚肉部分を前記赤外線検知用感熱素子と前記温度補償用感熱素子との間に有する、赤外線温度センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の赤外線温度センサであって、
前記赤外線検知用感熱素子及び前記温度補償用感熱素子の共通電極が前記赤外線検知用感熱素子と前記温度補償用感熱素子との間の前記第一の主面に形成されている、赤外線温度センサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の赤外線温度センサであって、
前記赤外線検知用感熱素子及び前記温度補償用感熱素子を被覆する保護膜を更に備える、赤外線温度センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の赤外線温度センサであって、
前記温度補償用感熱素子の少なくとも一部を被覆する赤外線反射膜を更に備える、赤外線温度センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の赤外線温度センサであって、
前記赤外線反射膜の前記基板の厚み方向の投影面積は、前記肉薄部分の前記基板の厚み方向の投影面積よりも大きい、赤外線温度センサ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の赤外線温度センサであって、
前記温度補償用感熱素子の少なくとも一部を被覆する第一の赤外線吸収膜と、
前記第一の赤外線吸収膜の少なくとも一部を被覆する第一の赤外線反射膜と、
前記赤外線検知用感熱素子の少なくとも一部を被覆する第二の赤外線反射膜と、
前記第二の赤外線反射膜の少なくとも一部を被覆する第二の赤外線吸収膜と、
を更に備える、赤外線温度センサ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の赤外線温度センサであって、
前記赤外線検知用感熱素子の少なくとも一部を被覆する赤外線吸収膜を更に備え、
前記赤外線吸収膜の前記基板の厚み方向の投影面積は、前記肉薄部分の前記基板の厚み方向の投影面積よりも小さい、赤外線温度センサ。
【請求項９】
請求項５に記載の赤外線温度センサであって、
前記赤外線反射膜は、前記温度補償用感熱素子の出力端子電極、又は前記赤外線検知用感熱素子及び前記温度補償用感熱素子の共通電極のうち少なくとも何れか一方に接続している、赤外線温度センサ。
【請求項１０】
請求項３に記載の赤外線温度センサであって、
前記赤外線検知用感熱素子及び前記温度補償用感熱素子を被覆する保護膜を更に備え、
前記保護膜は、前記赤外線検知用感熱素子と前記共通電極との間、又は前記温度補償用感熱素子と前記共通電極との間において前記第一の主面側に陥没する凹部を有する、赤外線温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱源の温度を非接触測定する赤外線温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱源から放射される赤外線を検出するためのセンサとして、例えば、特開平６−２８１７５０号公報に開示されている赤外線検出装置が知られている。この赤外線検出装置は、熱絶縁膜を介さずに半導体基板上に形成された２個一組の検出用サーミスタと、熱絶縁膜を介して半導体基板上に形成された２個一組の補償用サーミスタとから成るサーミスタブリッジ回路を有している。検出用サーミスタは、半導体基板に接して形成されているため、赤外線からの熱が半導体基板へ逃げ易く、急峻な応答速度で抵抗変化を示す。一方、補償用サーミスタは、半導体基板に接しているのではなく、熱絶縁膜上に形成されているため、赤外線からの熱が半導体基板へ逃げ難く、緩慢な応答速度で抵抗変化を示す。このため、赤外線の受光量変化に応じた電圧変化がサーミスタブリッジ回路から高感度で出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２８１７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、検出用サーミスタの応答速度と補償用サーミスタの応答速度との間にずれが生じると、赤外線受光時のサーミスタブリッジ回路の出力信号の立ち上がりが不安定になり易く、応答安定性という観点からは十分なものではなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、感度特性及び応答安定性に優れた赤外線温度センサを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる赤外線温度センサは、熱源の温度を非接触測定する赤外線温度センサであって、熱源から放射される赤外線の熱量を検知する赤外線検知用感熱素子と、外部環境からの熱量を検知する温度補償用感熱素子と、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子が配置される第一の主面及びその裏面である第二の主面を有する基板と、を備え、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子は、基板の最大肉厚部分よりも肉薄な肉薄部分に配置されている。赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子のそれぞれを基板の熱容量よりも小さい熱容量を有する肉薄部分に形成することで、僅かな熱量でも赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子が敏感に反応するようになるため、赤外線温度センサの感度特性を向上できる。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子のそれぞれを外部環境に関して熱伝導的に対称配置された肉薄部分に形成することで、赤外線検知用感熱素子の応答速度と温度補償用感熱素子の応答速度とを略同一に揃えることが可能となり、赤外線温度センサの応答安定性を向上できる。
【０００７】
基板は、肉薄部分よりも厚肉な厚肉部分を赤外線検知用感熱素子と温度補償用感熱素子との間に有するのが好ましい。これにより、赤外線検知用感熱素子と温度補償用感熱素子との間の熱抵抗を増大させることが可能となり、両素子間の熱の流出入に起因する温度測定精度の低下を抑制できる。
【０００８】
赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子の共通電極は、赤外線検知用感熱素子と温度補償用感熱素子との間の第一の主面に形成されているのが好ましい。導電材料から成る共通電極は、熱伝導に優れているため、放熱性を高めることができる。
【０００９】
赤外線温度センサは、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子を被覆する保護膜を備えるのが好ましい。保護膜を通じて赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子からの熱拡散を高めることができる。
【００１０】
赤外線温度センサは、温度補償用感熱素子の少なくとも一部を被覆する赤外線反射膜を備えるのが好ましい。熱源から放射される赤外線を赤外線反射膜によって反射し、赤外線の熱量が温度補償用感熱素子に伝熱しないようにできる。
【００１１】
赤外線反射膜の基板の厚み方向の投影面積は、肉薄部分の基板の厚み方向の投影面積よりも大きいのが好ましい。これにより、赤外線からの熱量が熱容量の大きい基板に直接流れる事で、より温度補償用感熱素子に流入しないように構成できるので、温度補償用感熱素子は、外部環境からの熱量を正確に検知できる。
【００１２】
赤外線温度センサは、温度補償用感熱素子の少なくとも一部を被覆する第一の赤外線吸収膜と、第一の赤外線吸収膜の少なくとも一部を被覆する第一の赤外線反射膜と、赤外線検知用感熱素子の少なくとも一部を被覆する第二の赤外線反射膜と、第二の赤外線反射膜の少なくとも一部を被覆する第二の赤外線吸収膜とを備えるのが好ましい。第一の赤外線吸収膜及び第一の赤外線反射膜から成る積層構造の熱容量と、第二の赤外線反射膜及び第二の赤外線吸収膜から成る積層構造の熱容量とを略同一に調整できるため、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子のそれぞれが外部環境から受ける熱の影響を均一化できる。
【００１３】
赤外線温度センサは、赤外線検知用感熱素子の少なくとも一部を被覆する赤外線吸収膜を更に備え、赤外線吸収膜の基板の厚み方向の投影面積は、肉薄部分の基板の厚み方向の投影面積よりも小さいのが好ましい。これにより、赤外線吸収膜が吸収した熱量をできるだけ基板へ漏らさずに、肉薄部分に閉じ込めることができるので、赤外線検知用感熱素子の感度特性を向上できる。
【００１４】
赤外線反射膜は、温度補償用感熱素子の出力端子電極、又は赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子の共通電極のうち少なくとも何れか一方に接続しているのが好ましい。これにより、赤外線の熱量を赤外線反射膜から出力端子電極又は共通電極を介して効率よく外部に放熱させることができるため、温度補償用感熱素子が赤外線から受ける影響を低減し、赤外線温度センサの感度特性を向上できる。
【００１５】
赤外線温度センサは、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子を被覆する保護膜を更に備え、保護膜は、赤外線検知用感熱素子と共通電極との間、又は温度補償用感熱素子と共通電極との間において第一の主面側に陥没する凹部を有するのが好ましい。このように保護膜に凹部を形成することで、赤外線検知用感熱素子と温度補償用感熱素子との間の熱抵抗を増大させ、一方の素子からの熱伝導が他方の素子の温度に影響を与えないようにできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、感度特性及び応答安定性に優れた赤外線温度センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係わる赤外線温度センサの回路構成図である。
【図２】実施形態１に係わる赤外線温度センサの各構成要素の平面レイアウトを示す説明図である。
【図３】実施形態１に係わる赤外線温度センサの製造工程断面図である。
【図４】実施形態１に係わる赤外線温度センサの製造工程断面図である。
【図５】実施形態１に係わる赤外線温度センサの製造工程断面図である。
【図６】実施形態２に係わる赤外線温度センサの断面図である。
【図７】実施形態３に係わる赤外線温度センサの断面図である。
【図８】実施形態４に係わる赤外線温度センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。同一のデバイスについては同一の符号を付すものとし、重複する説明を省略する。なお、図面は、模式的なものであり、説明の便宜上、厚みと平面寸法との関係、及びデバイス相互間の厚みの比率は、本発明の効果が得られる範囲内で現実のセンサ構造とは異なっていてもよい。
【００１９】
［実施形態１］
図１は本実施形態に係わる赤外線温度センサ１００の回路構成図である。赤外線温度センサ１００は、出力端子電極５１を介して直列接続された赤外線検知用感熱素子２０及び固定抵抗素子４１から成るハーフブリッジ回路と、出力端子電極５２を介して直列接続された温度補償用感熱素子３０及び固定抵抗素子４２から成るハーフブリッジ回路とが並列接続されたフルブリッジ回路を有している。固定抵抗素子４１，４２の間には、入力端子電極５３が接続され、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０の間には、共通電極（グランド端子電極）５０が接続されている。入力端子電極５３と共通電極５０との間には、電源６０が接続されており、フルブリッジ回路に電流が流れるように構成されている。赤外線検知用感熱素子２０は、熱源から放射される赤外線の熱量を検知するためのセンサ素子であり、温度補償用感熱素子３０は、外部環境からの熱量を検知するためのセンサ素子である。赤外線検知用感熱素子２０が受け取る熱量は、熱源から放射される赤外線の熱量に限らず、外部環境からの熱量も受け取るため、外部環境からの熱量を温度補償用感熱素子３０で検出することにより、熱源から放射される赤外線の熱量（即ち、熱源の温度）を推定することができる。このため、赤外線検知用感熱素子２０は、熱源から放射される赤外線を受光できるように配置される一方、温度補償用感熱素子３０は、熱源から放射される赤外線を受光しないように（言い換えれば、外部環境からの熱量のみを検知できるように）配置される。赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０は、受熱熱量に応じて電気的特性が変化するセンサ素子であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、抵抗温度特性を有するサーミスタ等のボロメータ、又は抵抗測温体等が好適である。また、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０の抵抗温度特性をできるだけ同一に調整し、外部環境からの熱量の影響による両者の抵抗値変化を揃えるのが好ましい。同様に、固定抵抗素子４１，４２の抵抗値は、できるだけ同一であることが好ましい。これにより、赤外線温度センサ１００に熱源からの赤外線が照射されない状態では、出力端子電極５１，５２の間の電圧はゼロとなる一方、赤外線温度センサ１００に熱源からの赤外線が照射される状態では、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの抵抗値変化の相違により、出力端子電極５１，５２の間に不平衡電圧が出力される。この不平衡電圧と熱源の温度とを予め対応付けたマップデータを用意しておくことで、不平衡電圧から熱源の温度を推定することができる。
【００２０】
図２は赤外温度センサ１００の各構成要素の平面レイアウトを示す説明図であり、図５は図２の５−５線矢視断面図である。赤外線検知用感熱素子２０は、所定のギャップ間隔をおいて形成される個別電極２１及び共通電極５０と、これらの電極間に成膜される感熱膜２２とを備える。温度補償用感熱素子３０は、所定のギャップ間隔をおいて形成される個別電極３１及び共通電極５０と、これらの電極間に成膜される感熱膜３２とを備える。感熱膜２２，３２の材質として、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、複合金属酸化物等の負の温度係数を有するサーミスタ薄膜が好適である。個別電極２１，３１及び共通電極５０の材質としては、感熱膜２２，３２の成膜工程や熱処理工程等に耐え得る耐熱性を有し、且つ適度な伝導性を有する比較的高融点の材質が好ましく、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、又はこれらの金属を２種類以上含む合金等が好適である。出力端子電極５１，５２は、それぞれ個別電極２１，３１に接続して電気信号を取り出すためのパッド電極であり、素子に電圧を印加するための入力端子電極５４を共通電極としている。その材質としては、ワイヤーボンドやフリップチップボンディング等の電気的接続が容易な材質、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等が好適である。
【００２１】
基板１１は、第一の主面１１Ａ及びその裏面である第二の主面１１Ｂを有しており、それぞれの主面には絶縁膜１２が形成されている。基板１１の材質としては、適度な機械的強度を有し、且つエッチング等の微細加工に適した材質であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミックス基板、石英基板、ガラス基板等が好適である。絶縁膜１２としては、適度な機械的強度を有し、且つ公知の薄膜プロセスで容易に成膜できるものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が好適である。基板１１の第一の主面１１Ａには、上述の赤外線検知用感熱素子２０、温度補償用感熱素子３０、固定抵抗素子４１，４２、出力端子電極５１，５２、及び入力端子電極５３が絶縁膜１２を介して形成されている。また、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０を被覆して外気から遮蔽するための保護膜１３が形成されている。ここで保護膜１３は少なくとも赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のみが覆われていればよいが、図５に開示されている保護層を貫通して露出している形態がより好ましい。このような形態にすることにより放熱性、温度均一性、信頼性の面で有利である。保護膜１３の材質としては、適度な耐久性を有する絶縁膜であればよく、特に限定されるものではないが、絶縁膜１２の材質と同一であることが好ましい。このようにすることで赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０の周囲を構成する絶縁膜が全て同一材質になるため、より均一な温度分布となり好ましい。共通電極５０には、電気信号を取り出すための取り出し電極５４が接続している。また、熱源から放射される赤外線を吸収してそのエネルギーを熱に変換し、その熱を赤外線検知用感熱素子２０に伝熱させるための赤外線吸収膜７０が保護膜１３を介して赤外線検知用感熱素子２０の少なくとも一部を被覆するように成膜されている。赤外線吸収膜７０の材質としては、４μｍ〜１０μｍの赤外線を効率よく吸収する材質であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、Ａｕ黒、Ｐｔ黒などの黒体材料、ポリイミド等の赤外線吸収効率の高い樹脂が好適である。但し、保護膜１３が赤外線吸収効率に優れた薄膜（例えば、シリコン酸化膜）である場合には、保護膜１３自体を赤外線吸収膜７０として機能させてもよい。また、熱源から放射される赤外線を反射し、赤外線の熱量が温度補償用感熱素子３０に伝熱しないようにするための赤外線反射膜８０が温度補償用感熱素子３０の少なくとも一部を被覆するように成膜されている。赤外線反射膜８０の材質としては、適度な赤外線反射率を有する薄膜であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等の金属材質が好適であり、特に、公知の薄膜プロセスで容易に成膜可能で熱伝導性に優れたものが更に好ましい。また、固定抵抗素子４１，４２としては、抵抗変化の温度依存性の小さいものが好ましく、特に公知の薄膜プロセスで容易に形成できるＮｉＣｒ等が好適である。
【００２２】
また、基板１１には、赤外線検知用感熱素子２０が配置される位置に対応してキャビティ９１が形成されるとともに、温度補償用感熱素子３０が配置される位置に対応してキャビティ９２が形成されている。キャビティ９１，９２は、第二の主面１１Ｂ側から第一の主面１１Ａ側に向けて基板内部に陥没する凹部であり、それぞれ、基板１１の最大肉厚部分１６よりも肉薄な肉薄部分１４，１５を有している。言い換えれば、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０は、それぞれ、基板１１の肉薄部分１４，１５に形成されている。図５では、肉薄部分１４，１５は、絶縁膜１２のみによって形成される場合を例示しているが、本実施形態は、これに限られるものではなく、例えば、基板１１の肉薄な部分とその上に成膜される絶縁膜１２との組み合わせによって形成されてもよい。また、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれと外部環境との間の伝熱経路が熱伝導的に対称であるという条件を満たす限り、キャビティ９１，９２の形状やそのサイズ、及び肉薄部分１４，１５の厚みは、同一でもよく或いは異なっていてもよい。ここで、「熱伝導的に対称」とは、必ずしも幾何学的な対称性を意図するものではなく、熱抵抗を加味した伝熱経路の対称性を意味する。このように、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれを基板１１の熱容量よりも小さい熱容量を有する肉薄部分１４，１５（言い換えれば、キャビティ９１，９２）に形成することで、僅かな熱量でも感熱膜２２，３２の抵抗値が敏感に変化するようになるため、赤外線温度センサ１００の感度特性を向上できる。また、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれを外部環境に関して熱伝導的に対称配置された肉薄部分１４，１５に形成することで、赤外線検知用感熱素子２０の応答速度と温度補償用感熱素子３０の応答速度とを略同一に揃えることが可能となり、赤外線温度センサ１００の応答安定性を向上できる。なお、本実施形態は上述のセンサ構造に限られるものではなく、例えば、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれを基板１１の熱容量よりも小さい熱容量を有する単一の肉薄部分（言い換えれば、単一のキャビティ）に形成し、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれを外部環境に関して熱伝導的に対称配置するセンサ構造を含む。
【００２３】
また、基板１１は、赤外線検知用感熱素子２０と温度補償用感熱素子３０との間に厚肉部分１７を有するのが好ましい。厚肉部分１７は、肉薄部分１４，１５よりも厚肉で且つ基板１１の最大肉厚以下の肉厚を有する。これにより、キャビティ９１，９２間の熱抵抗を増大させることが可能となり、キャビティ９１，９２間の熱の流出入に起因する温度測定精度の低下を抑制できる。また、図２に示すように、赤外線吸収膜７０の基板１１の厚み方向の投影面積は、肉薄部分１４の基板１１の厚み方向の投影面積よりも小さい方が好ましい。つまり、赤外線吸収膜７０を基板１１（より詳細には、絶縁膜１２）に対し基板の厚み方向に投影したとき、その投影面積は肉薄部分１４よりも内側に配置されることになる。これにより、赤外線吸収膜７０が吸収した熱量をできるだけ基板１１へ漏らさずに、キャビティ９１内部に閉じ込めることができるので、赤外線検知用感熱素子２０の感度特性を向上できる。また、赤外線反射膜８０の基板１１の厚み方向の投影面積は、肉薄部分１５の基板１１の厚み方向の投影面積よりも大きい方が好ましい。つまり、赤外線反射膜８０を基板１１（より詳細には、絶縁膜１２）に対し基板の厚み方向に投影したとき、肉薄部分１５がその投影面積よりも内側に配置されることになる。これにより、赤外線からの熱量が熱容量の大きい基板に直接流れることでできるだけキャビティ９２内に流入しないように構成できるので、温度補償用感熱素子３０は、外部環境からの熱量を正確に検知できる。また、共通電極５０は、赤外線検知用感熱素子２０と温度補償用感熱素子３０との間に配置されるのが好ましい。共通電極５０は、熱伝導に優れているため、放熱性を高めることができる。また、保護膜１３の材質は、絶縁膜１２の材質と同一であるものが好ましい。これにより、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれを上下から同一材質の薄膜で取り囲むことができるため、偏りのない均一な熱伝導特性を得ることができる。なお、固定抵抗素子４１，４２は、必ずしも赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０とともに基板１１上に形成される必要はなく、別の基板上に形成されていてもよい。
【００２４】
次に、図３乃至図５を参照しながら赤外温度センサ１００の製造工程について説明する。まず、図３に示すように、基板１１として（１００）シリコン基板を用意し、基板１１の第一の主面１１Ａ及び第二の主面１１Ｂに絶縁膜１２としてシリコン酸化膜を成膜する。シリコン酸化膜を成膜するには、例えば、熱酸化法等を適用すればよい。絶縁膜１２の膜厚は、基板１１との絶縁性が確保される程度に調整すればよく、例えば、０．１μｍ〜０．５μｍ程度が好適である。次に、第一の主面１１Ａ上の絶縁膜１２に個別電極２１，３１、共通電極５０、及び固定抵抗素子４１，４２を形成する。個別電極２１，３１及び共通電極５０を形成するには、例えば、ＲＦマグネトロンスパッタ法等を用いて絶縁膜１２上に１５０ｎｍ〜６００ｎｍ程度の金属薄膜を堆積し、フォトリソグラフィによってエッチングマスクを形成し、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングでこの金属薄膜を所定の電極形状に加工すればよい。金属薄膜と絶縁膜１２との間の密着性を高めるには、チタン（Ｔｉ）等の密着層を介在させるのが好ましい。
【００２５】
次に、図４に示すように、感熱膜２２，３２としての複合金属酸化膜をスパッタ法により個別電極２１，３１及び共通電極５０上に堆積し、ウェットエッチングにより複合金属酸化膜を所定形状にパターニングする。以上の工程により、絶縁膜１２上に赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０が形成される。続いて、保護膜１３としての酸化シリコン膜をＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により０．３μｍ〜２μｍ程度の膜厚で基板全面に成膜し、フォトリソグラフィによりエッチングマスクを形成した後、酸化シリコン膜をウェットエッチングにより選択的に除去し、出力端子電極５１，５２及び取り出し電極５４が形成されるべき箇所を露出させる。そして、出力端子電極５１，５２及び取り出し電極５４としてのアルミニウム電極をＥＢ蒸着法により１μｍ程度形成し、リフトオフ法によりアルミニウム電極の不要部分を除去する。
【００２６】
次に、図５に示すように、赤外線反射膜８０としての金（Ａｕ）をスパッタ法により保護膜１３上に成膜し、キャビティ９２の開口領域（肉薄部分１５の基板１１の厚み方向の投影領域）の外縁の所定距離（例えば、２０μｍ）外側に赤外線反射膜８０の外縁が位置するように、リフトオフ法を用いて赤外線反射膜８０の不要部分を除去する。次に、キャビティ９１の開口領域（肉薄部分１４の基板１１の厚み方向の投影領域）の外縁の所定距離（例えば、２０μｍ）内側に赤外線吸収膜７０の外縁が位置するように、キャビティ９１の開口領域よりも小さい開口を有するシャドーマスクを用いてＡｕ黒を保護膜１３上に加熱蒸着し、赤外線吸収膜７０を成膜する。最後に、基板１１の第二の主面１１Ｂ側にフォトリソグラフィによってエッチングマスクを形成した後、フッ化物系ガスを用いたＤ−ＲＩＥ法等の反応性イオンエッチングによって、基板１１を第二の主面１１Ｂに対して垂直に深堀し、キャビティ９１，９２を開口する。Ｄ−ＲＩＥ法とは、Ｃ4Ｆ8ガスを用いて反応抑止膜（フルオロカーボン系ポリマー）をキャビティ９１，９２の側壁に堆積させることにより、主としてＦラジカルによる化学的なサイドエッチングを抑制するためのプラズマデポジション工程と、ＳＦ6ガスを用いてＦラジカルによる基板１１の化学的エッチングとＦイオンによる反応抑止膜の物理的エッチングとにより、基板１１を略垂直に異方性エッチングするためのプラズマエッチング工程とを交互に繰り返して基板１１を深堀する方法である。
【００２７】
次に、実施例１,２,３と比較例１との比較結果について説明する。
【００２８】
［実施例１］
図５に示された実施例１に関わる赤外線温度センサ１００を以下の手順で製造した。まず、基板１１として、（１００）シリコン基板を用意し、その基板表面に絶縁膜１２としての熱絶縁膜を０．５μｍ成膜した。次に、Ｐｔ／Ｔｉをスパッタ法で絶縁膜１２上に成膜し、ドライエッチングで所定の電極形状に加工することで、個別電極２１，３１及び共通電極５０を形成した。次に、基板温度６００℃、成膜圧力０．５Ｐａ、Ｏ2／Ａｒ流量比１％、ＲＦパワー４００Ｗのスパッタ条件でＭｎＮｉＣｏ系酸化物を個別電極２１，３１及び共通電極５０上に０．４μｍ程度堆積した。その後、焼成炉を用いてＭｎＮｉＣｏ系酸化物膜に大気雰囲気で６５０℃１時間の熱処理を施し、塩化第二鉄水溶液を用いたウェットエッチングで所定形状に加工することで、目標抵抗値１４０ｋΩ（室温）の感熱膜２２，３２を形成した。次に、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により０．５μｍ程度の保護膜１３を成膜し、出力端子電極５１，５２及び取り出し電極５４としてのアルミニウム電極をＥＢ蒸着法により１μｍ程度形成した。続いて、赤外線反射膜８０としての金（Ａｕ）をスパッタ法により０．１μｍ程度成膜し、赤外線吸収膜７０としてのＡｕ黒を加熱蒸着法により５μｍ程度成膜した。最後に、Ｄ−ＲＩＥ法により基板１１を略垂直に深堀し、外部環境に関して熱伝導的に対称なキャビティ９１，９２を形成した。このようにして製造した赤外線温度センサ１００にタングステンランプからの赤外線を照射し、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの抵抗変化を測定した。５．０Ｖ、１秒のパルス波を照射したところ、赤外線検知用感熱素子２０の抵抗値は、１４０ｋΩから９１．４９ｋΩに変化した。この抵抗値変化から換算される温度変化は１０．７４℃であった。一方、温度補償用感熱素子３０の抵抗値は、１４０ｋΩから１３４．２５ｋΩに変化した。この抵抗値変化から換算される温度変化は１．３３℃であった。また、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの９０％応答の変化は、１１０ｍｓｅｃ，１０８ｍｓｅｃであった。これらの抵抗値変化をフルブリッジ回路から電圧変化として出力することにより、９０％応答１１０ｍｓｅｃ、出力電圧（出力端子電極５１，５２の間の不平衡電圧）４７１．５ｍＶが得られた。
【００２９】
［実施例２］
実施例２に係わる赤外線温度センサは、赤外線吸収膜７０を有しない点において実施例１に係わる赤外線温度センサ１００と相違し、その余の点で共通する。実施例２に係わる赤外線温度センサにタングステンランプからの赤外線を照射し、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの抵抗変化を測定した。５．０Ｖ、１秒のパルス波を照射したところ、赤外線検知用感熱素子２０の抵抗値は、１４０ｋΩから１１５．２ｋΩに変化した。この抵抗値変化から換算される温度変化は５．７４℃であった。一方、温度補償用感熱素子３０の抵抗値は、１４０ｋΩから１３４．２５ｋΩに変化した。この抵抗値変化から換算される温度変化は１．３３℃であった。また、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの９０％応答の変化は、９５ｍｓｅｃ，１０８ｍｓｅｃであった。これらの抵抗値変化をフルブリッジ回路から電圧変化として出力することにより、９０％応答１０８ｍｓｅｃ、出力電圧１９０．５ｍＶが得られた。実施例１に係わる赤外線温度センサ１００と比較すると、実施例２に係わる赤外線温度センサの感度は、低いことが理解できる。
【００３０】
［実施例３］
実施例３に係わる赤外線温度センサは、赤外線反射膜８０を有しない点において実施例１に係わる赤外線温度センサ１００と相違し、その余の点で共通する。実施例３に係わる赤外線温度センサにタングステンランプからの赤外線を照射し、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの抵抗変化を測定した。５．０Ｖ、１秒のパルス波を照射したところ、赤外線検知用感熱素子２０の抵抗値は、１４０ｋΩから９１．４９ｋΩに変化した。この抵抗値変化から換算される温度変化は１０．７４℃であった。一方、温度補償用感熱素子３０の抵抗値は、１４０ｋΩから１１５．２ｋΩに変化した。この抵抗値変化から換算される温度変化は５．７４℃であった。また、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの９０％応答の変化は、１１０ｍｓｅｃ，９５ｍｓｅｃであった。これらの抵抗値変化をフルブリッジ回路から電圧変化として出力することにより、９０％応答１１０ｍｓｅｃ、出力電圧２８０．９ｍＶが得られた。実施例１に係わる赤外線温度センサ１００と比較すると、実施例３に係わる赤外線温度センサの感度は、低いことが理解できる。
【００３１】
［比較例１］
比較例１に係わる赤外線温度センサは、キャビティ９１，９２を有しない点において実施例１に係わる赤外線温度センサ１００と相違し、その余の点で共通する。実施例２、３と同様に比較例１に係わる赤外線温度センサにタングステンランプからの赤外線を照射し、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの抵抗変化をフルブリッジ回路から電圧変化として出力したが、出力電圧は７．５ｍＶしか得られなかった。実施例１に係わる赤外線温度センサ１００と比較すると、比較例１に係わる赤外線温度センサの感度は、極端に低い値を示し実用上使用できないことが理解できる。
【００３２】
［実施形態２］
図６は本実施形態に係わる赤外線温度センサ２００の断面図である。赤外線温度センサ２００は、赤外線反射膜８０が取り出し電極５４を介して共通電極５０に接続する点において赤外線温度センサ１００と相違し、その余の点において両者は共通する。赤外線温度センサ２００にタングステンランプからの赤外線を照射し、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの抵抗変化を測定した。５．０Ｖ、１秒のパルス波を照射したところ、赤外線検知用感熱素子２０の抵抗値は、１４０ｋΩから９１．４９ｋΩに変化した。この抵抗値変化から換算される温度変化は１０．７４℃であった。一方、温度補償用感熱素子３０の抵抗値は、１４０ｋΩから１３６．１２ｋΩに変化した。この抵抗値変化から換算される温度変化は０．８３℃であった。また、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの９０％応答の変化は、１１０ｍｓｅｃ，１０８ｍｓｅｃであった。これらの抵抗値変化をフルブリッジ回路から電圧変化として出力することにより、９０％応答１１０ｍｓｅｃ、出力電圧４８８ｍＶが得られた。取り出し電極５４を介して赤外線反射膜８０を共通電極５０に接続することにより、赤外線の熱量を赤外線反射膜８０から取り出し電極５４を介して外部に効率よく放熱させることができるため、温度補償用感熱素子３０が赤外線から受ける影響を低減し、赤外線温度センサ２００の感度特性を向上できる。なお、本実施形態は、図６に示すセンサ構造に限定されるものではなく、例えば、赤外線反射膜８０を出力端子電極５２に接続してもよく、或いは取り出し電極５４を介して赤外線反射膜８０を共通電極５０に接続するとともに赤外線反射膜８０を出力端子電極５２に接続してもよい。このようなセンサ構造においても同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
［実施形態３］
図７は本実施形態に係わる赤外線温度センサ３００の断面図である。赤外線温度センサ３００は、赤外線検知用感熱素子２０と取り出し電極５４（又は共通電極５０）との間、又は温度補償用感熱素子３０と取り出し電極５４（又は共通電極５０）との間において第一の主面１１Ａ側に陥没する凹部１３Ａが保護膜１３に形成されている点において赤外線温度センサ１００と相違し、その余の点において両者は共通する。このように保護膜１３に凹部１３Ａを形成することで、キャビティ９１，９２相互間の熱抵抗を増大させ、一方のキャビティからの熱伝導が他方のキャビティの温度に影響を与えないようにできる。キャビティ９１，９２相互間の熱遮蔽をより高めるためには、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれの外縁を取り囲むように閉曲線状に凹部１３Ａを形成するのが好ましい。
【００３４】
［実施形態４］
図８は本実施形態に係わる赤外線温度センサ４００の断面図である。赤外線温度センサ４００は、保護膜１３を介して温度補償用感熱素子３０の少なくとも一部を被覆する赤外線吸収膜７１と、赤外線吸収膜７１の少なくとも一部を被覆する赤外線反射膜８１と、保護膜１３を介して赤外線検知用感熱素子２０の少なくとも一部を被覆する赤外線反射膜８２と、赤外線反射膜８２の少なくとも一部を被覆する赤外線吸収膜７２とを有する点において赤外線温度センサ１００と相違し、その余の点において両者は共通する。このようなデバイス構造によれば、赤外線吸収膜７１及び赤外線反射膜８１から成る積層構造の熱容量と、赤外線反射膜８２及び赤外線吸収膜７２から成る積層構造の熱容量とを略同一に調整できるため、赤外線検知用感熱素子２０及び温度補償用感熱素子３０のそれぞれが外部環境から受ける熱の影響を均一化できる。
【００３５】
［実施形態５］
上述の実施形態１乃至４のセンサ構造は、相互に組み合わせることも可能であり、本発明はそのような組み合わせを含む。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係わる赤外線温度センサは、熱源の温度を非接触測定する様々な用途に利用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１００，２００，３００，４００…赤外線温度センサ
１１…基板
１２…絶縁膜
１３…保護膜
１４，１５…肉薄部分
１６…最大肉厚部分
１７…厚肉部分
２０…赤外線検知用感熱素子
３０…温度補償用感熱素子
４１，４２…固定抵抗素子
５０…共通電極
５１，５２…出力端子電極
５３…入力端子電極
７０…赤外線吸収膜
８０…赤外線反射膜
９１，９２…キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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