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Dokumentenidentifikation DE102005036262B4 20.12.2007
Titel Infrarotsensor
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP;
Nippon Soken, Inc., Nishio, Aichi, JP
Erfinder Uchida, Koji, Kariya, Aichi, JP;
Tanaka, Masaaki, Kariya, Aichi, JP;
Yoshida, Takahiko, Kariya, Aichi, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 02.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005036262
Offenlegungstag 23.03.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse G01J 5/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01J 1/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01N 21/61(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01L 49/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01L 23/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Infrarotsensor zur Erfassung von Infrarotstrahlung, um die Konzentration eines Messgases mit Hilfe der Infrarotstrahlung zu erfassen.

Die Patent Abstracts of Japan JP-A-2003-270047 zum Beispiel offenbart einen Infrarotsensor mit einem Erfassungselement zur Erzeugung eines Erfassungssignals auf der Basis einer Temperaturänderung, die eintritt, wenn die Erfassungsvorrichtung Infrarotstrahlung erfasst. Gemäß dem in der oben zitierten Veröffentlichung offenbarten Infrarotsensor ist ein Sensorelement (Erfassungselement) luftdicht in einem von einer Grundplatte und einer Kappe definierten Raum eingeschlossen, wobei die Kappe einen Öffnungsabschnitt aufweist, der durch ein Filter verschlossen ist, das nur für Infrarotstrahlen transparent ist. Wenn der Infrarotsensor in einer sogenannten Verkapselungsstruktur ausgeführt ist, wie es oben beschrieben ist, kann verhindert werden, dass eine Elektrode (Kontaktierungsabschnitt), die an einem Endabschnitt des Erfassungselements angeordnet ist, korrodiert.

Jedoch ist im Falle der oben beschriebenen Struktur das Erfassungselement durch die Grundplatte und die Kappe eingeschlossen bzw. umschlossen, so dass es schwierig ist, den Infrarotsensor zu miniaturisieren.

Ferner kann eine Konstruktion erwogen werden, bei der der Kontaktierungsabschnitt des Erfassungselements durch Applizieren eines Gels (zum Beispiel Silizium-Gel) als Schutzfilm geschützt ist. Es ist jedoch aufgrund der Eigenschaften des Gels (Viskosität) schwierig, nur den Kontaktierungsabschnitt durch Gel zu schützen, so dass nicht nur der Kontaktierungsabschnitt sondern auch die obere Oberfläche des Erfassungselements (das heißt eine Oberfläche, auf der das Erfassungselement ausgebildet wird) allgemein geschützt ist. Ferner besitzt Gel (insbesondere Silizium-Gel) einen für Infrarotstrahlung niedrigen Transmissionskoeffizienten, so dass der Lichtempfangswirkungsgrad des Infrarotsensors herabgesetzt ist (d.h. die Sensorempfindlichkeit ist vermindert). Darüber hinaus kann der Infrarotsensor so ausgelegt sein, dass ein Damm vorgesehen ist, um nur den Kontaktierungsabschnitt durch Gel zu schützen. Jedoch ist es in diesem Fall schwierig, den Sensorkörper zu miniaturisieren.

Die DE 102 102 377 A1 offenbart einen Infrarotsensor mit einem Substrat, einer Membran, die aus einem dünnwandigen Abschnitt besteht und auf dem Substrat angeordnet ist, ein Erfassungselement zur Erzeugung eines Erfassungssignals auf der Grundlage einer Temperaturänderung, die eintritt, wenn Infrarotstrahlung empfangen wird, wobei wenigstens ein Teil davon auf der Membran ausgebildet ist, und einer Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht, die so auf der Membran ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil des Erfassungselements überdeckt ist.

Ferner sind die in der DE 695 17 145 T2 und der US 4 147 562 offenbarten Infrarotsensoren als technischer Hintergrund der vorliegenden Erfindung relevant.

Angesichts der vorstehend genannten Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Infrarotsensor bereitzustellen, wobei die Konstruktion miniaturisiert und der Lichtempfangswirkungsgrad des Infrarotsensors mehr als in einem Fall erhöht werden kann, in dem Gel als Schutzfilm appliziert wird.

Um das oben genannte Ziel zu erreichen, umfasst ein Infrarotsensor ein Substrat, eine Membran als einen dünnwandigen Abschnitt, der auf dem Substrat gebildet ist, ein Erfassungselement zur Erzeugung eines Erfassungssignals auf der Grundlage einer Temperaturänderung, die eintritt, wenn Infrarotstrahlung empfangen wird, wobei wenigstens ein Teil davon auf der Membran ausgebildet ist, und eine Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht, die so auf der Membran gebildet ist, dass wenigstens ein Teil des Erfassungselement überdeckt ist.

Gemäß einem Aspekt ist das Erfassungselement über einen Sensorkontaktierungsabschnitt, der an einem Endabschnitt des Erfassungselements angeordnet ist, elektrisch nach außen verbunden, wobei eine Substratoberfläche, einschließlich des Sensorkontaktierungsabschnitts und der Infrarotstrahlen-Absorptionsschicht, durch eine Schutzschicht aus Parylen beschichtet ist.

Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung fand heraus, dass Parylen, das ein ausgezeichneter elektrischer Isolator ist und eine sehr geringe Durchlässigkeit für Wasser und verschiedene Gase besitzt, einen höheren Transmissionskoeffizienten als Gel wie etwa Silizium-Gel oder dergleichen aufweist. Das heißt, durch Anwendung von Parylen als Schutzschicht kann die obere Oberfläche des Substrats, die nicht nur den Sensorabschnitt sondern auch die Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht enthält, geschützt werden. Demzufolge kann die Struktur miniaturisiert werden, und der Lichtempfangswirkungsgrad des Infrarotsensors kann stärker erhöht werden als in dem Fall, in dem Gel als Schutzschicht verwendet wird. Darüber hinaus kann der Aufbau vereinfacht werden.

Ferner ist wenigstens eine Kappe unnötig, und somit ist das Sehfeld des Infrarotsensors nicht eingeschränkt, so dass der Lichtempfangswirkungsgrad erhöht werden kann.

Ferner ist das Erfassungselement so ausgelegt, dass es thermisch von dem Substrat isoliert ist, so dass das Sensorausgangssignal des Infrarotsensors erhöht werden kann.

Parylen ist ein Markenname von Polyparaxylelenharz, entwickelt von Union Carbide Company, USA, und Parylen-N (Polyparaxylylen), Parylen-C (Mono-Chloro-Polyaraxylylen) und Parylen-D (Di-Chloro-Polyparaxylylen) sind allgemein bekannt.

Das Erfassungselement kann ein Thermoelement mit einem warmen Kontaktpunkt, der auf der Membran gebildet ist, und einem kalten Kontaktpunkt, der außerhalb des Membranbereichs auf dem Substrat gebildet ist.

Wenn das Substrat ein Halbleitersubstrat ist und das Erfassungselement durch eine Isolierungsschicht getrennt auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist, kann ferner das Substrat mit der Membran leicht mittels eines allgemein bekannten Halbleiterprozesses gebildet werden. Das heißt, der Aufbau wird vereinfacht und ein Infrarotsensor hoher Empfindlichkeit kann zu niedrigen Kosten hergestellt werden.

Parylen-C ist für Wasserdampf und verschiedene Gase besonders undurchlässig. Demzufolge kann durch Anwenden von Parylen-C als Schutzschicht die Korrosion des Sensorkontaktierungsabschnitts wirksamer verhindert werden.

Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:

1A eine Draufsicht, die schematisch den Aufbau eines Infrarotsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B eine Querschnittsansicht entlang der Linie IB-IB von 1A;

2 ein Diagramm, das Effekte der zweiten Schutzschicht zeigt;

3 ein Diagramm, das schematisch den Aufbau eines Infrarot-Gasdetektors, der nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, zeigt;

4 ein Diagramm, das schematisch den Aufbau eines Infrarot-Gasdetektors, der nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, zeigt;

5 ein Diagramm, das eine Modifikation einer Infrarotstrahlungsquelle zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist; und

6A eine Draufsicht, die den Aufbau einer Infrarotstrahlungsquelle zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und 6B eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIB-VIB von 6A.

Im Folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Die 1A und 1B sind Diagramme, die schematisch einen Aufbau eines Infrarotsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 1A eine Draufsicht und 1B eine Querschnittsansicht entlang der Linie IB-IB von 1A ist. In 1A sind ein Erfassungselement und ein Drahtabschnitt zur Verbindung des Erfassungselements mit Elektroden zur Einfachheit dargestellt. Ein rechteckiger Bereich, der von einer gestrichelten Linie umgeben ist, stellt einen Bildungsbereich auf der oberen Oberfläche eines Hohlraumabschnitts auf der oberen Oberfläche des Substrats dar, und der rechteckige Bereich, der von einer strichpunktierten Linie umgeben ist, stellt einen Bildungsbereich für eine Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht dar.

Wie es in 1B gezeigt ist, umfasst der Infrarotsensor 100 ein Substrat 110, eine Membran 120 als einen dickwandigen Abschnitt, der auf dem Substrat 110 angeordnet ist, ein Erfassungselement 130 zur Erfassung von Infrarotstrahlung, eine Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 und eine zweite Schutzschicht 150 aus Parylen. Die zweite Schutzschicht 150 ist ein Wesentlicher Abschnitt der Ausführungsform und entspricht der Schutzschicht der vorliegenden Erfindung.

Das Substrat 110 ist ein aus Silizium gebildetes Halbleitersubstrat und umfasst einen Hohlraumabschnitt 111, der dem Bildungsbereich der Membran 120 entspricht.

In dieser Ausführungsform ist der Hohlraumabschnitt 111 geöffnet und weist in einer Ebene parallel zur oberen Oberfläche des Substrats 110 einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen Größe von der unteren Oberfläche des Substrats 110 zur oberen Oberfläche des Substrats 110 abnimmt, so dass ein durch eine gestrichelte Linie in 1A angedeuteter rechteckiger Bereich auf der oberen Oberfläche des Substrats 110 gebildet ist. Demzufolge ist die Membran 120, die das Erfassungselement 130 enthält, so ausgebildet, dass sie über dem Hohlraumabschnitt 111 des Substrats 110 angeordnet ist, und die Schichtdicke an dieser Stelle ist kleiner eingestellt als an den weiteren Seiten des Infrarotsensors 100.

Wie es oben beschrieben ist, kann die Membran 120, wenn das Substrat 110 ein Halbleitersubstrat ist, leicht durch einen allgemein bekannten Halbleiterprozess auf dem Substrat 110 gebildet werden. Das heißt, der hochempfindliche Infrarotsensor 100 kann kostengünstig hergestellt werden. An Stelle des Halbleitersubstrats kann ein Glassubstrat oder dergleichen als das Substrat 110 verwendet werden.

Eine Siliziumnitridschicht 112 ist auf der unteren Oberfläche des Substrats 110 angeordnet, und eine Isolierungsschicht 113 (zum Beispiel eine Siliziumnitridschicht) ist auf der oberen Oberfläche des Substrats 110 angeordnet. Ferner ist eine Siliziumoxidschicht 114 auf der Isolierungsschicht 113 vorgesehen.

Eine polykristalline Siliziumschicht 115 ist auf der Siliziumoxidschicht 114 angeordnet. Die polykristalline Siliziumschicht 115 erstreckt sich von der Membran 120 zu einer Seite großer Dicke des Substrats 110, die sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von der Membran 120, außerhalb der Membran 120 befindet, und ist in einer vorbestimmten Gestalt gemustert, um so einen Teil des Erfassungselements 130 zu bilden. In 1A ist die polykristalline Siliziumschicht 115 schraffiert, um sie von weiteren Teilen zu unterscheiden.

Ein Drahtabschnitt 117, der aus Aluminium gebildet ist, ist durch eine isolierende Zwischenschicht 116 hindurch, die aus BPSG (Bor-dotiertes Siliziumglas) gebildet ist, mit der polykristallinen Siliziumschicht 115 verbunden. Der Drahtabschnitt 117 verbindet die beiden Endabschnitte jeder polykristallinen Siliziumschicht 115 über Kontaktlöcher, die in der isolierenden Zwischenschicht 116 gebildet sind, und bildet ein Thermoelement, das zusammen mit der polykristallinen Siliziumschicht 115 als das Erfassungselement 130 dient, und verbindet ferner das Erfassungselement 130 mit Elektroden.

Hier, wie es in 1A gezeigt ist, ist das Thermoelement, das als das Erfassungselement 130 dient, dadurch gebildet, dass eine Mehrzahl von Paaren aus einer polykristallinen Siliziumschicht 115 und einem Drahtabschnitt 117 in Reihe angeordnet sind (Thermosäule), und jeder zweite Verbindungsabschnitt dient als ein auf der Membran 120, die eine niedrige Wärmekapazität besitzt, gebildeter heißer Kontaktpunkt, während jeder der weiteren Verbindungsabschnitte als ein auf dem Substrat 110, das eine große Wärmekapazität besitzt, gebildeter kalter Kontaktpunkt außerhalb der Membran 120 dient. Demzufolge hat das Substrat 110 die Funktion einer Wärmesenke.

Wenigstens ein Teil des Erfassungselements 130 ist auf der Membran 120 gebildet, und wenigstens ein Teil des auf der Membran 120 gebildeten Erfassungselements 130 ist mit der Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 beschichtet. Jedes Element kann als das Erfassungselement 130 verwendet werden, sofern es ein elektrisches Signal auf der Grundlage einer Temperaturänderung erzeugt, die eintritt, wenn es Infrarotstrahlung empfängt. Daher kann statt der Thermosäule ein Erfassungselement vom Bolometertyp, das mit einem Widerstand ausgestattet ist, oder ein Erfassungselement vom pyroelektrischen Typ, das mit einem pyroelektrischen Element ausgestattet ist, als das Erfassungselement 130 verwendet werden. Ferner sind die das Thermoelement als das Erfassungselement 130 bildenden Materialien nicht auf polykritallines Silizium wie bei der Schicht 115 bzw. auf Aluminium wie bei dem Drahtabschnitt 117 begrenzt.

Der Drahtabschnitt 117 besitzt an seinen Endabschnitten Kontaktierungsabschnitte 118 als Elektroden, und eine erste Schutzschicht 119 (zum Beispiel eine Schicht aus Siliziumnitrid) ist auf dem Drahtabschnitt 117, jedoch nicht den Kontaktierungsabschnitten 118, ausgebildet.

Die Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 ist auf der ersten Schutzschicht 119, im Bildungsbereich der Membran 120 so gebildet, dass sie wenigstens einen Teil des Erfassungselements 130 überdeckt. In 1A repräsentiert ein rechteckiger Bereich, der von einer strichpunktierten Linie umgeben ist, einen Bildungsbereich der Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140.

Die Infrarotstrahlen-Absorptionsschicht 140 gemäß dieser Ausführungsform wird durch Dotieren eines Polyesterharzes mit Kohlenstoff und anschließendes Feuerhärten gebildet, und sie wird so auf der Membran 120 gebildet, dass sie den heißen Kontaktpunkt überdeckt, so dass die Temperatur des heißen Kontaktpunktes des Erfassungselements 130 durch Absorption der Infrarotstrahlung wirksam erhöht wird. Ferner ist die Infrarotstrahlen-Absorptionsschicht 140 so ausgebildet, dass sie zum Ende des Bildungsbereichs der Membran 20 einen vorbestimmten Abstand aufweist. Das Intervall (das Verhältnis zwischen der Breite der Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 und der Breite der Membran 120) wurde von der Anmelderin dieser Anmeldung in der JP-A-2002-365140 offenbart, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme enthalten ist, so dass auf eine diesbezügliche Beschreibung an dieser Stelle verzichtet ist.

Demzufolge werden Infrarotstrahlen einer bestimmten Wellenlänge, die von der Infrarotstrahlungsquelle ausgesendet werden, von der Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 absorbiert, woraufhin sich deren Temperatur erhöht. Infolgedessen erhöht sich die Temperatur des heißen Kontaktpunkts des Erfassungselements 130, das unterhalb der Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 angeordnet ist. Andererseits ist der Temperaturanstieg des kalten Kontaktpunktes relativ gering, da das Substrat 110 als Wärmesenke wirkt. Wie es oben beschrieben ist, verändert das Erfassungselement 130 seine elektromotorische Kraft durch die Temperaturdifferenz, die zwischen dem heißen Kontaktpunkt und dem kalten Kontaktpunkt eintritt, wenn Infrarotstrahlung auftrifft (Seebeck-Effekt), und es erfasst die Intensität der Infrarotstrahlung (zum Beispiel der Gaskonzentration) auf der Grundlage der sich so verändernden elektromotorischen Kraft. Das in 1A gezeigte Thermoelement ist eine Thermosäule, so dass die gesamte elektromotorische Kraft, die durch die Paare von polykristallinen Siliziumschichten 115 und Drahtabschnitten 117 erzeugt wird, gleich einer Ausgangsspannung Vout des Erfassungselements 130 ist.

Ferner ist gemäß dieser Ausführungsform in dem Zustand, in dem ein Bonddraht 160 zur externen elektrischen Verbindung des Kontaktierungsabschnitts 118 mit dem Kontaktierungsabschnitt 118 verbunden ist, die aus Parylen gebildete zweite Schutzschicht 150 auf der gesamten Oberfläche angeordnet, die die entsprechende Verbindungsstelle auf dem Substrat 110 enthält, wie es in 1B gezeigt ist. Parylen ist ein Handelsname für Poly-Paraxylylenharz, entwickelt von Union Carbide Company, USA, und Parylen-N (Poly-Paraxylylen), Parylen-C (Mono-Chloro-Poly-Paraxylylen) und Parylen-D (Di-Chloro-Poly-Paraxylylen) sind allgemein bekannt.

Eine von der Erfinderin dieser Anmeldung durchgeführte Untersuchung hat ergeben, dass Parylen, das ein ausgezeichneter elektrischer Isolator ist und das von Wasserdampf und verschiedenen Gasen etc. nur äußerst schwierig zu durchdringen ist, einen höheren Transmissionsgrad für Infrarotstrahlung als ein Gel wie etwa Silizium-Gel oder dergleichen besitzt. Die Untersuchungsergebnisse sind in 2 dargestellt. 2 ist ein Diagramm, das die Wirkung der zweiten Schutzschicht 150 zeigt. Parylen-C (5 &mgr;m) wurde als Beispiel für Parylen verwendet, und ein Vergleich mit Silizium-Gel (750 &mgr;m) oder Fluor-Gel (600 &mgr;m) ist in 2 gezeigt. In 2 repräsentiert eine durchgezogene Linie Parylen-C, eine gestrichelte Linie repräsentiert Silizium-Gel, und eine strichpunktierte Linie repräsentiert Fluor-Gel. Die Schichtdicke des Silizium-Gels und des Fluor-Gels ist so eingestellt, dass sie als die zweite Schutzschicht 150 fungieren können.

Durch Verwendung von Parylen als die zweite Schutzschicht 150, wie es oben beschrieben ist, tritt eine Veränderung der elektromotorischen Kraft, die ausreicht, um Infrarotstrahlung zu erfassen, in dem Infrarotsensor 100 auf, obwohl die Infrarotstrahlung durch die zweite Schutzschicht 150 auf die Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 auftrifft, da der Transmissionsgrad für Infrarotstrahlung von Parylen höher als der von Gel wie zum Beispiel Siliziumgel ist. Demzufolge kann die zweite Schutzschicht 150 auf einer gesamten Oberfläche des Substrats 110 angeordnet sein, die den Kontaktierungsabschnitt 118 und die Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 enthält.

Ferner kann die Korrosion des Kontaktierungsabschnitts 118 verhindert werden, ohne die Verkapselungsstruktur zu verwenden, so dass der Körper des Sensors miniaturisiert werden kann. Zusätzlich kann der Aufbau des Sensors vereinfacht werden, und wenigstens eine Kappe ist nicht erforderlich, so dass die Einschränkung des Sehfeldes des Infrarotsensors 100 (verursacht durch den Öffnungsabschnitt) beseitigt ist, so dass der Lichtempfangswirkungsgrad des Infrarotsensors 100 erhöht ist.

Parylen-C innerhalb der Parylen-Gruppe ist von Wasserdampf und verschiedenen Gasen etc. nur äußerst schwierig zu durchdringen ist. Infolgedessen kann durch Verwenden von Parylen-C als die zweite Schutzschicht 150 die Korrosion des Kontaktierungsabschnitts 118 wirksamer verhindert werden.

Im Folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung des so aufgebauten Infrarotsensors 100 mit Bezug auf 1B beschrieben.

Die aus Siliziumnitrid gebildete Isolierungsschicht 113 wird auf der gesamten Oberfläche des Substrats 110 aus Silizium zum Beispiel durch das CVD-Verfahren gebildet. Die Isolierungsschicht 113 dient als Ätzstoppschicht, wenn das Substrat 110 später geätzt wird. Die Isolierungsschicht 113 ist ein Element, das die Membran 120bildet, so dass es wichtig ist, die mechanische Spannung der Membran zu kontrollieren, während die Isolierungsschicht 113 gebildet wird. Daher kann sie, wie erforderlich, zum Beispiel als Verbundschicht aus einer Siliziumnitridschicht und einer Siliziumoxidschicht gebildet werden.

Die Siliziumoxidschicht 114 wird zum Beispiel durch das CVD-Verfahren so ausgebildet, dass sie die Isolierungsschicht 113 bedeckt. Die Siliziumoxidschicht 114 erhöht die Adhäsion der unmittelbar über der Siliziumoxidschicht 114 gebildeten polykristallinen Siliziumschicht 115 und dient als eine Ätzstoppschicht, wenn die polykristalline Siliziumschicht 115 gebildet wird.

Anschließend wird die polykristalline Siliziumschicht 115 zum Beispiel durch das CVD-Verfahren auf der Siliziumoxidschicht 114 gebildet und mit Verunreinigungen wie etwa Phosphor dotiert, um einen vorbestimmten Widerstandswert zu erhalten. Sie wird durch eine photolithografische Behandlung in einem vorbestimmten Muster gebildet. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Siliziumoxidschicht auf der Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 115 durch thermische Oxidation (nicht gezeigt) gebildet werden. Die polykristalline Siliziumschicht 115 dient als ein Teil des Erfassungselements 130. Das Material des Erfassungselements 130 ist nicht auf polykristallines Silizium begrenzt, und mit Verunreinigungen, Metallen wie etwa Gold oder Platin, dotiertes monokristallines Silizium kann ebenfalls als Material für das Erfassungselement 130 verwendet werden.

Nachdem die polykristalline Siliziumschicht 115 gebildet ist, wird eine BPSG-Schicht, die als isolierende Zwischenschicht 116 dient, auf der Siliziumoxidschicht 114 durch das CVD-Verfahren gebildet, wobei sie die polykristalline Siliziumschicht 115 enthält bzw. diese einschließt, und einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von zum Beispiel 900°C bis 1000°C ausgesetzt. Wenn die BPSB-Schicht, die als die isolierende Zwischenschicht 116 dient, wie oben beschrieben bei einer hohen Temperatur thermisch behandelt wird, wird der Stufenabschnitt am Ende der polykristallinen Schicht 115 geglättet, um dadurch die Stufenform abzumildern. Demzufolge kann das Problem der unzureichenden Bedeckung des Drahtabschnitts 117 gelöst werden. Nach der Wärmebehandlung wird die isolierende Zwischenschicht 116 einer photolitografischen Behandlung unterzogen, um Kontaktlöcher zur Verbindung an der Überlappungsstelle in Richtung der Schichtfolge zwischen der polykristallinen Siliziumschicht 115 und dem Drahtabschnitt 117 in dem Bildungsbereich der Membran 20 zu bilden. Die isolierende Zwischenschicht 116 ist nicht auf die BSPG-Schicht begrenzt, und eine Siliziumnitridschicht oder eine Siliziumoxidschicht oder eine Verbundschicht aus beiden kann verwendet werden.

Aluminium als metallisches Material mit geringem elektrischen Widerstand wird in dem Kontaktloch und auf der isolierenden Zwischenschicht gebildet und durch die photolitografische Behandlung gemustert, um somit den Drahtabschnitt 117 zu bilden, der mit der polykristallinen Siliziumschicht 115 elektrisch verbunden ist. Zusätzlich zur Bildung des Drahtabschnitts 117 werden die Kontaktierungsabschnitte 118 als die Elektroden an den Endabschnitten des Drahtabschnitts 117 gebildet. Das den Drahtabschnitt 117 bildende Material kann statt Aluminium auch ein Metall mit geringem elektrischen Widerstand wie etwa Gold oder Kupfer sein.

Hier verbindet der Drahtabschnitt 117 die Endabschnitte der polykristallinen Siliziumschicht 115 über die in der isolierenden Zwischenschicht 116 gebildeten Kontaktlöcher und bildet zusammen mit der polykristallinen Siliziumschicht 115 das Erfassungselement 130 (Thermoelement), d.h. ein Paar aus einem Drahtabschnitt 117 und einer polykristallinen Siliziumschicht 115 bildet ein Thermoelement. Darüber hinaus stellt der Drahtabschnitt 117 die elektrische Verbindung zu den Kontaktierungsabschnitten 118 her.

Anschließend wird die erste Schutzschicht 119, die aus Siliziumnitrid gebildet ist, zum Beispiel durch das CVD-Verfahren gebildet und durch die photolithografische Behandlung gemustert, um Öffnungsabschnitte zu bilden, in denen die Kontaktierungsabschnitte 118 gebildet werden, wodurch die Kontaktierungsabschnitte 118, die an den Endabschnitten des Drahtabschnitts 117 vorgesehen sind, von der ersten Schutzschicht 119 befreit sind, d.h. nicht von ihr bedeckt sind.

Nach der Bildung der ersten Schutzschicht 119 wird zum Beispiel eine Paste aus mit Kohlenstoff dotiertem Polyesterharz durch Siebdruck auf die erste Schutzschicht 119 in dem Bildungsbereich der Membran 120 aufgebracht, so dass die heißen Kontaktpunkte des Erfassungselements 130 mit der Paste bedeckt sind. Die so gebildete Schicht wird feuergehärtet, um die Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 zu bilden.

In dem Zustand, in dem die Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 gebildet und der Bonddraht 160 mit dem Kontaktierungsabschnitt 118 verbunden ist, wird die zweite Schutzschicht 150, die aus Parylen-C besteht, auf der gesamten oberen Oberfläche des Substrats 110, die den Kontaktierungsabschnitt 118 und die Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 enthält, zum Beispiel durch das CVD-Verfahren gebildet. Zu diesem Zeitpunkt kann Parylen-N oder Parylen-D als die zweite Schutzschicht 150 an Stelle von Parylen-C verwendet werden.

Schließlich wird eine Siliziumnitridschicht 112, die als Ätzmaske dient, auf der gesamten unteren Oberfläche des Substrats 110 zum Beispiel durch das Plasma-CVD-Verfahren gebildet. Anschließend wird ein ausgesparter Bereich, der einem Bereich entspricht, in dem die Membran 120 gebildet wird, in der Siliziumnitridschicht 112 durch die photolithografische Behandlung gebildet, und das Substrat 110 aus Silizium wird durch eine anisotrope Ätzbehandlung unter Verwendung von zum Beispiel einer Kaliumhydroxidlösung geätzt. Bei dieser Ätzbehandlung wird das Substrat 110 geätzt, bis die Isolierungsschicht 113, die auf der oberen Oberfläche des Substrats 110 vorgesehen ist, freigelegt ist, und die Membran 120 wird auf dem Hohlraumabschnitt 111 des Substrats 110, welches durch die Ätzbehandlung gebildet ist, gebildet. Durch den obigen Prozess wird der Infrarotsensor 100 gemäß dieser Ausführungsform gebildet.

Der Infrarotsensor 100 gemäß dieser Ausführungsform kann durch den allgemein bekannten Halbleiterprozess gebildet werden, so dass die Herstellungskosten können verringert sind. Die Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 kann auch nicht gleich nach der Bildung der Schutzschicht 119, sondern nach der Bildung des Hohlraumabschnitts 111 gebildet werden. In dem obigen Herstellungsprozess kann gegebenenfalls, wenn die Schicht mit der Feuchtigkeitsabsorptionseigenschaft wie etwa die Siliziumoxidschicht 114 gebildet ist, nach der Schichtbildung eine Wärmebehandlung ausgeführt werden, um eine Veränderung der mechanischen Spannung der Membran durch Aborption von Feuchtigkeit zu verhindern.

Gemäß dieser Ausführungsform ist die erste Schutzschicht 119 auf der isolierenden Zwischenschicht 116 gebildet, wobei sie den Drahtabschnitt 117 aus Aluminium enthält bzw. bedeckt, um ihn zu schützen. Jedoch ist Parylen, das ausgezeichnet das Durchtreten bzw. Eindringen von Wasserdampf verhindert, als die zweite Schutzschicht 150 auf einer gesamten Oberfläche des Substrats 110, die den Kontaktierungsabschnitt 118 und die Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 enthält, vorgesehen, so dass die Ausbildung der ersten Schutzschicht 119 nicht unbedingt erforderlich ist.

Die nachfolgenden Ausführungen sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung, sie dienen lediglich als technischer Hintergrund und zum besseren Verständnis.

3 ist ein Diagramm, das schematisch den Aufbau eines Infrarot-Gasdetektors zeigt.

Hier wird der Infrarotsensor 100 der Ausführungsform auf einen Gasdetektor angewendet, und er weist viele mit der Ausführungsform gemeinsame Teile auf. Daher wird auf eine ausführliche Beschreibung der identischen Teile an dieser Stelle verzichtet und die Beschreibung im Wesentlichen auf die unterschiedlichen Teile begrenzt.

Wie es in 3 gezeigt ist, kann der Infrarotsensor 100 gemäß der Ausführungsform in Verbindung mit einer Infrarotstrahlungsquelle 200 zur Aussendung von Infrarotstrahlung auf den Infrarotsensor 100 einen Gasdetektor 300 vom Typ mit Infrarotstrahlenerfassung (im Folgenden als „Gassensor" bezeichnet) bilden.

In diesem Fall umfasst der Infrarotsensor 100 die zweite Schutzschicht 150 auf seiner oberen Oberfläche, so dass die Verkapselungsstruktur, die bisher erforderlich war, nicht mehr notwendig ist. Die Infrarotstrahlungsquelle 200 umfasst ein Infrarotauswahlelement 210, das eine bestimmte Wellenlänge der auf den Infrarotsensor 100 auftreffenden Infrarotstrahlung erzeugt bzw. selektiert.

Insbesondere sind der Infrarotsensor 100 und die Infrarotstrahlungsquelle 200 an Tischen 320 befestigt, die an den beiden Enden eines zylindrischen Behälters 310 angeordnet sind, und über Bonddrähte 160 und 230 mit Zuleitungen 330 verbunden, die durch die Tische 320 hindurchgeführt und an ihnen befestigt sind. Ferner ist eine Kappe 220 zur Begrenzung der Strahlungsrichtung von von der Infrarotstrahlungsquelle isotrop ausgesendeten Infrarotstrahlung und zur luftdichten Verschließung der Infrarotstrahlungsquelle 200 mit dem Tisch 320 nur auf der Seite der Infrarotstrahlungsquelle 200 angeordnet, und ein Bandpassfilter zur selektiven Transmission von Infrarotstrahlung einer bestimmten Wellenlänge ist als das Infrarotauswahlelement 210 angeordnet, um einen Öffnungsabschnitt 221 zu verschließen, der in der in 3 unteren Oberfläche des Kappe 220 gebildet ist, die der Infrarotstrahlung gegenüber liegt. In 3 repräsentiert die Bezugszahl 230 Bonddrähte zur Verbindung der Infrarotstrahlungsquelle 200 mit Zuleitungen 330, und die Bezugszahl 311 repräsentiert eine Mehrzahl von Gaseinlass-/auslassöffnungen (zwei in 3), die in dem Behälter 310 vorgesehen sind, so dass ein Gas, das Messgas enthält, durch die Gaseinlass-/auslassöffnungen strömen kann.

Bei dem obigen Aufbau umfasst der Gassensor 300 den Infrarotsensor 100, der mit der zweiten Schutzschicht 150 ausgestattet ist, und das Infrarotauswahlelement 210 auf der Seite des Infrarotsensors 100, so dass nur Infrarotstrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge von der gesamten Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsquelle 200 ausgesendet wird, zu dem Infrarotsensor 100 gesendet wird (Pfeil in 3). Diese selektierte Infrarotstrahlung wird durch die zweite Schutzschicht 150 von der Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht 140 absorbiert. Die Intensität der selektierten Infrarotstrahlung, die den Infrarotsensor 100 erreicht, und somit das Ausgangssignal des Infrarotsensors 100 ist ein Maß für die Konzentration des eingeschlossenen Messgases, so dass auf diese Weise dessen Konzentration exakt erfasst werden kann.

Ferner wird in dem Aufbau keine Kappe auf der Seite des Infrarotsensors 100 angeordnet, so dass keine Kappe das Sehfeld des Infrarotsensors 100 eingeschränkt, so dass der Lichtempfangswirkungsgrad des Infrarotsensors erhöht und der Gassensor 300 miniaturisiert werden kann.

Der Gasdetektor ist als geradliniger bzw. gerader Sensor ausgelegt, wobei der Infrarotsensor 100 und die Infrarotstrahlungsquelle 200 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Jedoch kann er auch als Reflexionstyp ausgelegt sein, in dem der Infrarotsensor 100 und die Infrarotstrahlungsquelle 200 nebeneinander angeordnet sind. Hierzu können der Infrarotsensor 100 und die Infrarotstrahlungsquelle 200 auf demselben Substrat angeordnet sein.

Der Infrarotsensor 100 und die Infrarotstrahlungsquelle 200 sind in einem Raum angeordnet, der von dem Behälter 310 und den Tischen 320 begrenzt ist. Obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist, ergibt sich daraus der Vorteil, dass die räumliche Beziehung zwischen dem Infrarotsensor 100 und der Infrarotstrahlungsquelle 200 leicht und eindeutig bestimmt ist.

Ferner wird hier das Bandpassfilter als das Infrarotauswahlmittel 210 verwendet. Jedoch kann jedes beliebige Element verwendet werden, sofern es eine Selektion einer bestimmten Wellenlänge aus der von der Infrarotstrahlungsquelle 200 emittierten Infrarotstrahlung ermöglicht, die dann auf den Infrarotsender 100 auftrifft.

Ferner ist das Infrarotauswahlmittel 210 in der Kappe 220 angeordnet. Jedoch ist die Anordnung des Infrarotauswahlmittels 210 nicht auf diese Position begrenzt, sofern es auf oder über der Infrarotstrahlungsquelle 200, an einer zu dem Infrarotsensor 100 weisenden Seite (oder der Seite, von der die Infrarotstrahlung ausgesendet wird) angeordnet ist. Es kann zum Beispiel auf der Oberfläche der Infrarotstrahlungsquelle 200 ausgebildet sein.

4 ist ein Diagramm, das schematisch den Aufbau eines Gassensors 300 zeigt.

Der Gassensor 300 umfasst viele Teile, die mit entsprechenden Teilen des Infrarotsensors 100 der ersten Ausführungsform oder dem oben beschriebenen Gassensor 300 identisch sind, so dass auf eine ausführliche Beschreibung dieser Teile an dieser Stelle verzichtet ist und die folgende Beschreibung im Wesentlichen auf die sich unterscheidenden Teile begrenzt ist.

Wie es in 4 gezeigt ist, umfasst der Gassensor 300 einen Infrarot-Referenzsensor 100a zur Absorption von Infrarotstrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge, die nicht die Infrarotstrahlen-Absorptionswellenlänge des Messgases ist, und zur Ausgabe eines Referenzsignals, das dem Absorptionsbetrag der Infrarotstrahlung entspricht, und korrigiert ferner das Erfassungssignal von dem Infrarotsensor 100 auf der Grundlage des Referenzsignals.

Der Infrarot-Referenzsensor 100a ist neben dem Infrarotsensor 100 auf dem Tisch 320 angeordnet. Er ist gleich wie der Infrarotsensor 100 aufgebaut, so dass eine Verkapselungsstruktur nicht erforderlich ist. Daher ist ein Infrarotauswahlelement 210 erforderlich, um zu erreichen, dass nur Infrarotstrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge auf den Infrarotsensor 100 bzw. den Infrarot-Referenzsensor 100a auftrifft. Daher wird ein Beugungsgitter (eine Mehrzahl von Spalte) als das Infrarotauswahlelement 210 verwendet.

Im Folgenden ist das Beugungsprinzip der Infrarotstrahlung an dem Beugungsgitter beschrieben. Sei &lgr; die Wellenlänge einer ebenen Welle einer Infrarotstrahlung, die auf das Beugungsgitter auftrifft, P die Gitterkonstante und &thgr; der Beugungswinkel der gebeugten Infrarotstrahlung bezüglich der einfallenden Infrarotstrahlung. Dann gilt die folgende Beziehung: Psin&thgr; = n&lgr;(Gleichung 1)

In Gleichung 1 ist n eine ganze Zahl und bedeutet die Beugungsordnung. Die Intensität der gebeugten Infrarotstrahlung ist umso niedriger, je höher die Beugungsordnung ist, so dass es vorteilhaft ist, die Infrarotstrahlung der ersten Beugungsordnung (n = ± 1) zu erfassen. n = 0 entspricht dem ungebeugten Licht.

Wie aus Gleichung 1 ersichtlich ist, verändert sich bei fester Gitterkonstante P der Beugungswinkel &thgr; in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Infrarotstrahlung. Das bedeutet, dass die Beugungswinkel &thgr;1, &thgr;2 zwischen der von dem Infrarotsensor 100 erfassten Infrarotstrahlung mit der bestimmten Wellenlänge und der von dem Infrarot-Referenzsensor 100a erfassten Infrarotstrahlung mit der bestimmten anderen Wellenlänge verschieden sind. Demzufolge können, wie es in 4 gezeigt ist, der Infrarotsensor 100 und der Infrarot-Referenzsensor 100a durch Anordnen des Infrarotsensors 100 und des Infrarot-Referenzsensors 100a in Übereinstimmung mit den jeweiligen Erfassungswellenlängen die jeweilige Infrarotstrahlung mit hoher Genauigkeit erfassen.

Demnach wird hier das Beugungsgitter (die Mehrzahl von Spalte) als das Infrarotauswahlelement 210 verwendet. Jedoch kann jedes beliebige Element verwendet werden, sofern mit diesem bewirkt werden kann, dass nur die Infrarotstrahlung mit der jeweiligen Wellenlänge auf den Infrarotsensor 100 bzw. den Infrarot-Referenzsensor 100a auftrifft. Zum Beispiel kann eine Mehrzahl von Bandpassfiltern wie oben ausgeführt übereinander geschichtet sein, so dass durch sie die Infrarotstrahlung mit den bestimmten Wellenlängen zu dem Infrarotsensor 100 und dem Infrarot-Referenzsensor 100a gelangt.

Ferner ist hier das Beugungsgitter als das Infrarotauswahlelement 210 in der Kappe 220 angeordnet. Jedoch ist die Position des Infrarotauswahlelements 210 nicht auf eine bestimmte Position begrenzt, sofern sie auf oder über der Infrarotstrahlungsquelle 200, auf der Seite der Infrarotstrahlungsaussendung angeordnet ist. Wenn zum Beispiel die Infrarotstrahlungsquelle 200 so ausgelegt ist, dass sie Infrarotstrahlung durch Zuführung eines elektrischen Stromes zu einem Filament 202, das in einem Ventil 201 angeordnet ist, aussendet, kann ein ungleicher Teil einer Aussendewellenlängen-Beugungsordnung einer Oberfläche des Ventils 201 zugeführt werden, die dem Infrarotsensor 100 gegenüberliegt, wodurch das Infrarotauswahlelement 210 gebildet wird.

Hier sind der Infrarot-Referenzsensor 100a und der Infrarotsensor 100 getrennt in demselben Raum angeordnet, der von dem Behälter 310 und den Tischen 320 begrenzt wird. Jedoch können der Infrarotsensor 100 und der Infrarot-Referenzsensor 100a durch Verwenden desselben Substrats gebildet werden. Ferner können der Infrarotsensor 100 und der Infrarot-Referenzsensor 100a in unterschiedlichen Räumen angeordnet sein.

Die 6A und 6B sind Diagramme, die schematische den Aufbau einer Infrarotstrahlungsquelle 200 zeigen, wobei 6A eine Draufsicht und 6B eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIB-VIB von 6A ist. In 6A sind zur Deutlichkeit nur ein Widerstand und ein Drahtabschnitt zur Verbindung des Widerstandes und der Elektroden dargestellt. In 6A repräsentiert ein rechteckiger Bereich, der von einer gestrichelten Linie begrenzt ist, einen Bildungsbereich der oberen Oberfläche eines Hohlraumabschnitts auf der oberen Oberfläche des Substrats.

Die Infrarotstrahlungsquelle 200 umfasst viele Teile, die mit entsprechenden Teilen des Infrarotsensors 100 gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind. Daher ist an dieser Stelle auf eine detaillierte Beschreibung dieser identischen Teile verzichtet, und im Wesentlichen nur die sich unterscheidenden Teile sind beschrieben.

Wie es in 6B gezeigt ist, umfasst die Infrarotstrahlungsquelle 200 ein Substrat 240, eine Membran 250, die auf dem Substrat 240 angeordnet ist und als dünnwandiger Abschnitt dient, der einen Widerstand enthält, und eine zweite Schutzschicht 260, die auf der Oberfläche des Substrats 240 angeordnet und aus Parylen gebildet ist. Die zweite Schutzschicht 260 ist hier ein Wesentlicher Abschnitt, und sie entspricht der Schutzschicht der vorliegenden Erfindung.

Das Substrat 240 ist ein Halbleitersubstrat aus Silizium und weist einen Hohlraumabschnitt 241 auf, der dem Bildungsbereich der Membran 250 entspricht. Der Hohlraumabschnitt 241 ist geöffnet und weist in einer Ebene parallel zur oberen Oberfläche des Substrats 240 einen rechteckigen Querschnitt, dessen Größe von der unteren Oberfläche des Substrats 240 zur oberen Oberfläche des Substrats 110 abnimmt, so dass ein durch eine gestrichelte Linie in 6A angedeuteter rechteckiger Bereich auf der oberen Oberfläche des Substrats 240 gebildet ist. Demzufolge ist die Membran 250, die den Widerstand enthält, gebildet, wobei sie über dem Hohlraumabschnitt 241 bezüglich dem Substrat 240 schwebt, und die Schichtdicke dieser Stelle ist geringer als die weiterer Stellen der Infrarotstrahlungsquelle 200. Das heißt, er ist thermisch von dem Substrat 240 getrennt, so dass der Widerstand wirksam erhitzt werden kann, um Infrarotstrahlen auszusenden.

Eine Siliziumnitridschicht 242 ist auf der unteren Oberfläche des Substrats 240 ausgebildet, und eine Isolierungsschicht 243 (zum Beispiel eine Siliziumnitridschicht) ist auf der oberen Oberfläche des Substrats 240 ausgebildet. Ferner ist eine Siliziumoxidschicht 244 auf der Isolierungsschicht 243 ausgebildet.

Ein Widerstand 245, der aus einer polykristallinen Siliziumschicht gebildet ist, ist in dem Bildungsbereich der Membran 250 auf der Siliziumoxidschicht 244 in einer vorbestimmten Form ausgebildet. Ein Drahtabschnitt 247 zur elektrischen Verbindung des Widerstandes 245 mit Elektroden ist durch eine aus BPSG gebildete isolierende Zwischenschicht 246 getrennt mit dem Widerstand 245 verbunden. In den 6A und 6B repräsentiert die Bezugszahl 245a einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Widerstand 245 und dem Drahtabschnitt 247, und in 6A ist der Widerstand 245 schraffiert dargestellt, um ihn von den weiteren Teilen optisch unterscheiden zu können.

Der Drahtabschnitt 247 aus Aluminium weist Kontaktierungsabschnitte 248 als Elektroden an seinen beiden Enden auf, und eine erste Schutzschicht 249, die aus Siliziumnitrid gebildet ist, ist auf dem Drahtabschnitt 247, jedoch nicht auf den Kontaktierungsabschnitten 248 ausgebildet.

Ferner wird in dem Zustand, in dem Bonddrähte 230 mit den Kontaktierungsabschnitten 248 verbunden sind, eine zweite Schutzschicht 260 aus Parylen auf der oberen Oberfläche des Substrats 240, die die Kontaktierungsabschnitte 248 enthält, ausgebildet.

Bei dem obigen Aufbau ist keine Verkapselungsstruktur erforderlich, so dass der Körper miniaturisiert und der Aufbau vereinfacht werden kann. Ferner ist der Energiebetrag der durch die zweite Schutzschicht 260 transmittierten Infrarotstrahlung größer als wenn ein Gel als die zweite Schutzschicht 260 verwendet wird. Somit kann der Lichtempfangswirkungsgrad des Infrarotsensors 100 erhöht werden.

In der Parylen-Gruppe ist Parylen-C besonders dazu geeignet, das Eindringen bzw. Durchdringen von Wasserdampf und verschiedenen Gasen zu verhindern. Demzufolge kann durch Verwenden von Parylen-C als die zweite Schutzschicht 260 eine Korrosion der Kontaktierungsabschnitte 248 wirksamer verhindert werden.

Der Widerstand 245 ist so ausgelegt, dass er thermisch von dem Substrat 240 getrennt ist, so dass die Infrarotstrahlungsquelle 200 wirksam Infrarotstrahlen aussenden und somit die Sensorausgangsleistung des Infrarotsensors 100 erhöht werden kann.

Die so aufgebaute Infrarotstrahlungsquelle 200 kann mittels des gleichen Verfahrens gebildet werden wie das zur Bildung des Infrarotsensors 100 gemäß der ersten Ausführungsform (jedoch ist die Infrarotstrahlen-Absorptionsschicht 140 nicht ausgebildet, und der Widerstand 245 ist statt der polykristallinen Siliziumschicht 115 gebildet). Demzufolge kann das Substrat 240 mit der Membran 250 leicht durch einen allgemein bekannten Halbleiterprozess hergestellt werden, so das der Aufbau vereinfacht und die Infrarotstrahlungsquelle 200 mit einem hohen Emissionswirkungsgrad für Infrarotstrahlung kostengünstig hergestellt werden kann.

Hier ist die erste Schutzschicht 249 auf der isolierenden Zwischenschicht 246 gebildet, wobei sie den aus Aluminium gebildeten Drahtabschnitt 247 überdeckt bzw. enthält, um ihn zu schützen. Da Parylen, welches sehr gut verhindert, dass Wasserdampf eindringt bzw. durchdringt, als die zweite Schutzschicht 260 auf der oberen Oberfläche des Substrats 240, die die Kontaktierungsabschnitte 248 enthält, vorgesehen ist, ist die Ausbildung der ersten Schutzschicht 249 nicht erforderlich.

Ferner ist die so aufgebaute Infrarotstrahlungsquelle 200 auf die Gassensoren 300 gemäß vorherigen zwei Beispiele anwendbar. In diesem Fall ist die Kappe 220 auf der Seite der Infrarotstrahlungsquelle 200 nicht erforderlich, so dass der Aufbau des Gassensors 300 vereinfacht werden kann. Ferner kann der Sensor miniaturisiert werden. Das Infrarotauswahlelement 210 kann auf der Oberfläche der Infrarotstrahlungsquelle 200 (zum Beispiel auf der zweiten Schutzschicht 260) ausgebildet sein.

Die oben beschriebene Ausführungsform ist eine bevorzugte Ausführungsform. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform begrenzt, und verschiedene Modifikationen sind möglich.

Ferner wird hier das aus Silizium gebildete Halbleitersubstrat als die Substrate 110, 240 verwendet, die den Infrarotsensor 100 bzw. die Infrarotstrahlungsquelle 200 bilden. Jedoch sind die Substrate 110, 240 nicht auf das Halbleitersubstrat begrenzt, und andere Substrate wie etwa ein Glassubstrat kann als die Substrate 110, 240 verwendet werden.

Obgleich die vorliegende Erfindung bezüglich der bevorzugten Ausführungsform offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zu der gezeigten Ausführungsform beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.


Anspruch[de]
Infrarotsensor (100), mit:

– einem Substrat (110);

– einer Membran (120), die aus einem dünnwandigen Abschnitt besteht und auf dem Substrat (110) angeordnet ist;

– einem Erfassungselement (130) zur Erzeugung eines Erfassungssignals auf der Grundlage einer Temperaturänderung, die eintritt, wenn Infrarotstrahlung empfangen wird, wobei wenigstens ein Teil davon auf der Membran (120) ausgebildet ist; und

– einer Infrarotstrahlung-Absorptionsschicht (140), die so auf der Membran (120) ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil des Erfassungselements (130) überdeckt ist, wobei in einem Zustand, in dem das Erfassungselement (130) über einen an einem Endabschnitt des Erfassungselements (130) angeordneten Sensorkontaktierungsabschnitt (118) elektrisch nach außen verbunden ist, eine Substratoberfläche, einschließlich des Sensorkontaktierungsabschnitts (118) und der Infrarotstrahlen-Absorptionsschicht (140), durch eine Schutzschicht (150) aus Parylen beschichtet ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungselement (130) ein Thermoelement mit einem heißen Punktkontakt, der auf der Membran (120) gebildet ist, und einen kalten Punktkontakt, der auf dem Substrat (110), jedoch nicht auf dem Bildungsbereich der Membran (120), gebildet ist, umfasst. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (110) ein Halbleitersubstrat ist und das Erfassungselement (130) durch eine Isolierungsschicht (113) getrennt auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (150) aus Parylen-C gebildet ist.






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