背面照射型的红外传感器的制造方法
【专利摘要】一种背面照射型的红外传感器，包括：衬底，具有穿过该衬底的上表面和下表面的通孔；红外吸收部分，位于衬底的上表面这一侧，并通过所述通孔而与衬底分离；以及温度传感器部分，探测红外吸收部分的温度变化。所述通孔包括第一通孔组成部分和一个或多个第二通孔组成部分，所述第一通孔组成部分在衬底的上表面具有开口，所述一个或多个第二通孔组成部分具有不同于所述第一通孔组成部分的形状。所述第一通孔组成部分与所述第二通孔组成部分相互连通。在沿与所述上表面垂直的平面截取的通孔横截面中，所述第一通孔组成部分的内壁位于所述第二通孔组成部分的内壁的外部。
【专利说明】背面照射型的红外传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种背面照射型的红外传感器。
【背景技术】
[0002]近年来，使用测辐射热仪、热电堆、二极管等的非冷却型热红外阵列传感器、热红外线传感器等已经迅猛发展(例如，参见日本特许专利申请2000-114607 )。
[0003]作为热红外传感器，背面照射型的热红外传感器是已知的。
[0004]例如，这种背面照射型的热红外传感器中所包括的红外传感器部分具有如图1A和图1B所示的结构。图1A示出了红外传感器部分10的剖视图。图1B示出了红外传感器部分10的俯视图。图1A示出了沿图1B的A-A’所截取的剖视图。请注意，图1A和图1B以放大的方式的示出了红外传感器部分10，该红外传感器部分10是例如图2所示的红外传感器的一部分。
[0005]在红外传感器部分10中，红外吸收部分3和温度传感器部分4形成于衬底I上。红外吸收部分3是由吸收红外线的材料所制成的薄膜。温度传感器4设置成用于获得由于红外吸收部分3吸收红外线而发生的温度变化。在图1A和图1B中，示出了采用热电堆类型的温度传感器部分4的示例。
[0006]红外吸收部分3和温度传感器部分4形成于热绝缘结构元件2上，该热绝缘结构元件2形成以用于相对衬底I而提高热绝缘性能，并用于提高红外传感器部分10的灵敏度。热绝缘结构元件2构造成使薄膜部分6被支撑而在下方产生中空状态。为此，如图1B所示，这种结构可设置成梁部分5支撑薄膜部分6。如图1B所示，开口 7设置在四个角处，并且决定梁部分5和薄膜部分6的形状。红外吸收部分3与热绝缘结构元件2的薄膜部分6 一体地形成。此外，在热绝缘结构元件2下方的衬底I的一部分被移除了，如图1A所示。
[0007]在包括上述红外传感器部分10的红外传感器中，红外传感器部分10形成于衬底I上，外围电路11绕红外传感器部分10形成,例如图2所示。
[0008]此外，同样如图2所示，通孔12形成于红外传感器部分10下方的衬底I中，以敞向热绝缘结构元件2。红外线穿过通孔12传播。因此，在如图2所示的构造中，红外传感器的场B的角度由衬底I的厚度和通孔12的打开尺寸来决定。
【发明内容】
[0009]根据本发明的一个方面的红外传感器，包括:衬底，在该衬底中有通孔形成，该通孔穿过所述衬底的上表面和下表面；红外吸收部分，形成于衬底的上表面这一侧，并且通过所述通孔而与衬底分离；以及温度传感器部分，探测红外吸收部分的温度变化。所述通孔包括第一通孔组成部分和一个或多个第二通孔组成部分，所述第一通孔组成部分在衬底的上表面具有开口，所述一个或多个第二通孔组成部分具有不同于第一通孔组成部分的形状。所述第一通孔组成部分与所述一个或多个第二通孔组成部分相互连通。在沿与衬底的上表面垂直的平面截取的通孔横截面中，所述一个或多个第二通孔组成部分的内壁设置在所述第一通孔组成部分的内壁的外部。
[0010]阅读下文的详细描述并结合附图，将更容易理解本发明的其它目的、特征和优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1A和图1B示出了红外传感器部分的构造；
[0012]图2示出了现有技术中红外传感器的构造；
[0013]图3示出了根据本发明的第一实施方式的红外传感器；
[0014]图4A、4B、4C、4D和4E示出了根据第一实施方式的红外传感器的加工过程；
[0015]图5示出了根据本发明的第二实施方式的红外传感器；
[0016]图6A、6B、6C、6D、6E和6F不出了根据第二实施方式的红外传感器的加工过程；
[0017]图7示出了根据本发明的第三实施方式的红外传感器；
[0018]图8A、8B、8C、8D、8E和8F示出了根据第三实施方式的红外传感器的加工过程；
[0019]图9示出了从衬底的后侧观察的根据本发明的第四实施方式的红外传感器的构造;
[0020]图1OA和图1OB是根据本发明的第四实施方式的红外传感器的剖视图；
[0021]图11示出了现有技术中的红外传感器的构造；以及
[0022]图12示出了根据本发明的第五实施方式的红外传感器。
【具体实施方式】
[0023]为了便于解释本发明的实施方式，将首先描述上文提及的现有技术中的问题。
[0024]在图2所示的上述红外传感器中，限制了通孔12的尺寸，从而传感器中的视场B是狭窄的。
[0025]这是因为，外围电路11绕红外传感器部分10形成。如果通孔12的尺寸增大，那么在外围电路11下方的衬底的一部分可能也被移除，从而可能影响电路特性。作为一种增加视场角的方法，可减少衬底I的厚度。然而，为此会影响衬底I在加工过程等中的处理，因而难以减少衬底I的厚度。特别地，需要进一步小型化的红外传感器。为了进一步小型化红外传感器部分10，就进一步增加通孔12的长宽比，从而传感器中的视场角更加狭窄。
[0026]本发明的实施方式已经考虑到该问题而进行设计。该实施方式之目的是提供红外传感器，每个红外传感器均具有宽的视场角，但不影响电路特性也不减少衬底厚度。
[0027]下面参考附图描述实施方式。
[0028][第一实施方式]
[0029]根据第一实施方式，将描述根据本发明的背面照射型的红外传感器的结构示例。
[0030]根据第一实施方式的红外传感器是背面照射型的红外传感器。此外，如图3所示，该红外传感器具有:衬底1，通孔12形成在衬底I中，以穿过衬底I的上表面和下表面；红外吸收部分3 (参见图1A和图1B)，形成于衬底I的上表面这一侧，并且通过该通孔12而与衬底I分离；以及温度传感器部分4，探测红外吸收部分3的温度变化。
[0031]通孔12使第一通孔组成部分121与一个或多个第二通孔组成部分122相互连通，其中第一通孔组成部分121在衬底的上表面具有开口，一个或多个第二通孔组成部分122具有不同于第一通孔组成部分121的形状。此外，在沿与衬底I的上表面垂直的平面截取的通孔12的横截面形状中，所述一个或多个第二通孔组成部分122的内壁设置在所述第一通孔组成部分121的内壁的外部。
[0032]下面利用图3来描述具体的结构。
[0033]图3示出了沿垂直于衬底I的上表面(下表面)并穿过通孔12的平面截取的根据第一实施方式的红外传感器的剖视图。
[0034]首先，根据第一实施方式的红外传感器是背面照射型的红外传感器，并且具有:衬底1，具有穿过衬底I的上表面和下表面的通孔12 ;红外传感器部分10，形成于衬底I的上表面的中心部分；以及外围电路11，形成为围绕红外传感器部分10。
[0035]该红外传感器部分10可构造成，例如图1A和图1B所示，红外吸收部分3和温度传感器部分4形成在衬底I上。
[0036]此外，红外吸收部分3通过形成于衬底I上的通孔12而与衬底I分离。也就是，通孔12设置在红外吸收部分3的下方，以使红外吸收部分3不与衬底I直接接触(参见图1A)。
[0037]红外吸收部分3是由吸收红外线的材料所制成的薄膜，由于该红外吸收部分3吸收红外线，该红外吸收部分3中的温度会发生改变。然而，红外吸收部分3的具体材料没有具体限定，例如氧化硅膜、夹层膜、氮化硅膜等都可以用于该红外吸收部分3。此外，可以在红外吸收部分3的背面侧(下表面的一侧)上形成红外吸收膜，例如金黑(gold black)。
[0038]温度传感器4探测由于红外吸收部分3吸收红外线而发生温度变化。只要能够探测温度变化，该温度传感器4可以是任何类型之一，例如热电堆、二极管、测辐射热仪、热电物质等，并且该温度传感器4的结构不受限制。在图1A和图1B中，示出了热电堆温度传感器部分4，该温度传感器4具有第一热电堆材料8与第二热电堆材料9交替连接的结构。同样，在使用另一种类型的温度传感器4的情况下，可以使温度传感器部分4形成于下文以相同方式描述的热绝缘结构元件2的薄膜部分6上。
[0039]红外吸收部分3和温度传感器部分4可以形成于热绝缘结构元件2上。
[0040]形成热绝缘结构元件2，用于相对衬底I提高热绝缘性能，并用于提高红外传感器的灵敏度。使用例如ICP刻蚀的方法，将热绝缘结构元件2下方的衬底I的一部分移除。热绝缘结构元件2构造成使与红外吸收部分3成一体的薄膜部分6被支撑而在下方产生中空状态，具体结构没有特别限制。例如，如图1B所示，梁部分5可以用于支撑薄膜部分6以产生中空状态。开口 7设置在四个角处，如图1B所示，并决定梁部分5和薄膜部分6的形状。
[0041]在根据第一实施方式的红外传感器中，形成于衬底I上的通孔由第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122的结合构成，其中，第一通孔组成部分121在衬底I的上表面具有开口，第二通孔组成部分122具有不同于第一通孔组成部分121的形状。也就是，通孔组成部分121和122相互连通。请注意，在图3中，第二通孔组成部分122的数量是一个。但是，也可以包括多个第二通孔组成部分122而非一个第二通孔组成部分122。
[0042]第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122的具体形状没有特别限制。例如，如图3所示，在垂直于衬底I的上表面的平面上，在第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122的横截面形状中，第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122中的至少一个具有弯曲表面形状。此外，第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122中的至少另一个也可以具有矩形形状。
[0043]在图3中，第一通孔组成部分121的横截面形状是矩形形状，第二通孔组成部分122中的横截面形状是弯曲表面形状。请注意，由此具有矩形形状的横截面形状的第一通孔组成部分121的实际形状的一个示例是大致四棱柱形，在任何垂直于衬底I的上表面或下表面且穿过通孔12的中心的平面上，该四棱柱都具有矩形形状。由此具有弯曲表面形状的横截面形状的第二通孔组成部分122的实际形状的一个示例是大致半球形，在任何垂直于衬底I的上表面或下表面且穿过通孔12的中心的平面上，该半球形都具有大致半圆形状。但是，横截面形状不限于那些，在后文所述的相应实施方式中，该横截面形状可以是多种形状。
[0044]在如上所述的通孔12的横截面形状中，第二通孔组成部分122的内壁设置在第一通孔组成部分121的内壁的外部，如图3所示。
[0045]在红外传感器具有这样的结构的情况下，红外传感器的视场角是由在将第一通孔组成部分121的下端15、15’和红外传感器部分10连接起来的直线与将第二通孔组成部分122的下端16、16’和红外传感器部分10连接起来的直线这二者中在内部的那个直线决定的。在图3的情况下，将第一通孔组成部分121的下端15、15’和红外传感器部分10连接起来的直线是在内部的那个。由此，在直线“F”和“G”之间的角度“E”是红外传感器的视场角。请注意，没有出现在这些直线“F”和“G”上的通孔组成部分的下端(图3中的第二通孔组成部分122的下端16、16’)布置在这些直线“F”和“G”的外部。
[0046]通过形成通孔12来获得上述结构，相比现有技术，能够增加红外传感器的视场角，并且能够通过调整第一或第二通孔组成部分的形状和/或高度来自由地决定红外传感器的视场角，同时保持作为整体被包括在红外传感器中的衬底I的厚度。
[0047]接下来，利用图4A-4E描述根据第一实施方式的红外传感器的通孔12的加工方法。
[0048]图4A示出了红外传感器部分10和外围电路11形成于衬底I上的状态。例如，可以通过与用于普通的1C、LSI等的方法中的任一个相同或相似的半导体加工方法来形成所述红外传感器部分10和外围电路11。
[0049]图4B示出为了在衬底I的背面形成开口而形成掩膜17的状态。掩膜17的材料没有特别限制。例如，可以使用诸如保护层、光敏聚酰亚胺、氧化硅膜或氮化硅膜的材料。请注意，在如上所述的第一通孔组成部分121的实际形状是大致四棱柱形且第二通孔组成部分122的实际形状是大致半球形的情况下，在掩膜17中形成的开口的形状是大致四边形形状。
[0050]图4C示出利用各向同性刻蚀形成第二通孔组成部分122的状态。作为刻蚀气体，可以使用诸如SF6、XeF2等的气体。在使用各向同性刻蚀的情况下，由此形成的第二通孔组成部分122的横截面是弯曲表面形状。
[0051]图4D示出了通过利用掩膜17进行各向异性刻蚀而形成了第一通孔组成部分121的状态。各向异性刻蚀没有特别限制。例如，可以使用诸如ICP刻蚀或者RIE的各向异性刻蚀。
[0052]图4E示出了在形成于背面的掩膜17被移除之后的最终形状。第一通孔组成部分121的尺寸为，如上所述，最大直径由红外传感器部分10的尺寸决定。因此，可以通过确定第二通孔组成部分122的形状(也即第二通孔组成部分122的内壁的深度和/或位置)来调整红外传感器的视场角，如上文利用图3所描述的。
[0053]此外，作为第二通孔组成部分122的形状，图3和图4C-4E示出了大致半球形形状。但是，第二通孔组成部分122的形状并不特别限制于此。只要能够获得图3所示的相应通孔组成部分之间的位置关系，第二通孔组成部分122可以具有任何形状。在图4A-4E中所示的方法中，具有相同形状的掩膜17可以用于两次刻蚀(图4C和图4D)。因此，在背面上形成掩膜17只进行一次，从而能够简化加工过程。
[0054]因此，已经描述了根据第一实施方式的红外传感器。在根据第一实施方式的红外传感器中，相比现有技术中的背面照射型红外传感器，能够增加红外传感器的视场角，而不影响电路特性，也不减少衬底的厚度。
[0055][第二实施方式]
[0056]在第二实施方式中，将描述根据本发明的红外传感器的另一种结构示例。
[0057]在根据第二实施方式的红外传感器中，在沿与衬底I的上表面垂直的平面截取的横截面形状中，第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122分别具有矩形形状。
[0058]下面利用图5描述具体的结构。
[0059]图5示出沿垂直于衬底I的上表面(下表面)并经过通孔12的平面所截取的剖视图，所述衬底I被包括在根据第二实施方式的红外传感器中。请注意，由此具有矩形形状的横截面形状的第一通孔组成部分121的实际形状的一个示例是大致四棱柱形，在任何垂直于衬底I的上表面或下表面且穿过通孔12的中心的平面上，该四棱柱都具有矩形形状。类似地，由此具有矩形形状的横截面形状的第二通孔组成部分122的实际形状的一个示例是大致四棱柱形，在任何垂直于衬底I的上表面或下表面且穿过通孔12的中心的平面上，该四棱柱都具有矩形形状。
[0060]如图5所示，在根据第二实施方式的红外传感器中的通孔由第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122的结合构成，其中，第一通孔组成部分121在衬底I的上表面具有开口，第二通孔组成部分122具有不同于第一通孔组成部分121的形状。也就是，第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122相互连通，形成通孔12。请注意，根据第二实施方式，第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122在横截面形状上均具有各自的矩形形状。但是，两个通孔组成部分的尺寸不同，因此可以说二者的形状不同。此外，同样在第二实施方式中，第二通孔组成部分122的数量是一个。但是，作为替代，可包括多个第二通孔组成部分。
[0061]在如上所述的通孔12的横截面形状中，第二通孔组成部分122的内壁设置在第一通孔组成部分121的内壁的外侧，如图5所示。
[0062]在红外传感器具有这样的结构的情况下，红外传感器的视场角是由在将第一通孔组成部分121的下端15、15’和红外传感器部分10连接起来的直线与将第二通孔组成部分122的下端16、16’和红外传感器部分10连接起来的直线这二者中在内部的那个直线决定的。在图5的情况下，将第一通孔组成部分121的下端15、15’和红外传感器部分10连接起来的直线是在内部的那个。由此，在直线“F”和“G”之间的角度“E”是红外传感器的视场角。请注意，没有出现在这些直线“F”和“G”上的通孔组成部分的下端(图5中的第二通孔组成部分122的下端16、16’)布置在这些直线“F”和“G”的外部。
[0063]通过形成通孔12来获得上述结构，相比现有技术，能够增加红外传感器的视场角，并且能够通过调整第一或第二通孔组成部分的形状和/或高度来自由地决定红外传感器的视场角，同时保持作为整体被包括在红外传感器中的衬底I的厚度。
[0064]至于其它的结构,根据第二实施方式的红外传感器可具有与上述根据第一实施方式的红外传感器相同的结构，因此，将省略重复的描述。
[0065]接下来，利用图6A-6F描述根据第二实施方式的红外传感器的通孔12的加工方法。
[0066]图6A示出了红外传感器部分10和外围电路11形成于衬底I上的状态。例如，可以通过与用于普通的1C、LSI等的方法中的任一个相同或相似的半导体加工方法来形成所述红外传感器部分10和外围电路11。
[0067]图6B示出为了在衬底I的背面形成开口而形成掩膜20的状态。掩膜20的材料没有特别限制。例如，可以使用诸如保护层、光敏聚酰亚胺、氧化硅膜或氮化硅膜的材料。请注意，在第二通孔组成部分122的实际形状是如上所述的大致四棱柱形的情况下，在掩膜20中形成的开口的形状因此是大致四边形形状。
[0068]图6C示出利用各向异性刻蚀来形成第二通孔组成部分122的状态。刻蚀的具体方法没有特别限制。例如，可以使用ICP刻蚀、RIE等。作为刻蚀气体，可以使用诸如SF6、XeF2等的气体。在使用各向同性刻蚀的情况下，由此形成的第二通孔组成部分122的横截面是矩形形状。
[0069]图6D示出了为了在第二通孔组成部分122的底部进一步形成第一通孔组成部分121而形成掩膜21的状态。该掩膜21可以不去除掩膜20通过双涂层形成，也可以在首先移除掩膜20之后重新形成。图6D示出双涂层的情况。掩膜材料没有特别限制。例如，诸如保护层、光敏聚酰亚胺、氧化硅膜或氮化硅膜的材料可以用作掩膜21的材料。请注意，为了在第二通孔组成部分122的底部进行图案化，优选地，使用诸如喷涂机的设备来形成掩膜21，通过诸如喷涂机的设备，易于将掩膜材料等施加到这种不平部分。请注意，在第一通孔组成部分121的实际形状是如上所述的大致四棱柱形的情况下，在掩膜21中形成的开口的形状因此是大致四边形形状。
[0070]图6E示出了通过进行各向异性刻蚀而形成了第一通孔组成部分121的状态。各向异性刻蚀的具体方法没有特别限制。例如，可以使用诸如ICP刻蚀或RIE的各向异性刻蚀。作为刻蚀气体，可以使用诸如SF6、XeF2等的气体。
[0071]图6F示出了在形成于背面的掩膜20和21被移除之后的最终形状。第一通孔组成部分121的尺寸为，如上所述，最大直径由红外传感器部分10的尺寸决定。因此，可以通过确定第二通孔组成部分122的形状(也即第二通孔组成部分122的内壁的深度和/或位置)来调整红外传感器的视场角，如上文利用图5所描述的。
[0072]此外，作为第二通孔组成部分122的横截面形状，图6C-6F示出了大致矩形形状。但是，作为替代，第二通孔组成部分122的形状可以是锥形等。只要能够获得图5所示的相应通孔组成部分121和122的形状，第二通孔组成部分122的横截面形状并不限于矩形。
[0073][第三实施方式]
[0074]在第三实施方式中，将描述根据本发明的红外传感器的另一种结构示例。
[0075]在根据第三实施方式的红外传感器中，在沿与衬底I的上表面垂直的平面截取的横截面形状中，第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122中的至少一个具有梯形形状。此外，第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122中的至少另一个具有矩形形状。
[0076]下面利用图7描述具体的结构。
[0077]图7示出沿垂直于根据第三实施方式的红外传感器的衬底I的上表面(下表面)且经过通孔12的平面所截取的剖视图。
[0078]如图7所示，在根据第二实施方式的红外传感器中的通孔由第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122的结合构成，其中，第一通孔组成部分121在衬底I的上表面具有开口，第二通孔组成部分122具有不同于第一通孔组成部分121的形状。也就是，第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122相互连通，形成通孔12。请注意，根据第三实施方式，第一通孔组成部分121在横截面形状上具有矩形形状，第二通孔组成部分122在横截面形状上具有梯形形状。此外，同样根据第三实施方式，第二通孔组成部分122的数量是一个。但是，作为替代，可包括多个第二通孔组成部分。此外，如上所述，只要第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122中的至少一个在横截面形状上具有梯形形状且第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122中中的至少另一个在横截面形状上具有矩形形状，通孔组成部分121和122的形状不限于图7所示的那些形状。
[0079]请注意，由此具有矩形形状的横截面形状的第一通孔组成部分121的实际形状的一个示例是大致四棱柱形，在任何垂直于衬底I的上表面或下表面且穿过通孔12的中心的平面上，该四棱柱都具有矩形形状。类似地，由此具有梯形形状的横截面形状的第二通孔组成部分122的实际形状的一个示例是大致截断四棱锥形，在任何垂直于衬底I的上表面或下表面且穿过通孔12的中心的平面上，该截断四棱锥都具有梯形形状。
[0080]在如上所述的通孔12的横截面形状中，第二通孔组成部分122的内壁设置在第一通孔组成部分121的内壁的外侧，如图7所示。
[0081]在红外传感器具有这样的结构的情况下，红外传感器的视场角是由在将第一通孔组成部分121的下端15、15’和红外传感器部分10连接起来的直线与将第二通孔组成部分122的下端16、16’和红外传感器部分10连接起来的直线这二者中在内部的那个直线决定的。在图7的情况下，将第一通孔组成部分121的下端15、15’和红外传感器部分10连接起来的直线是在内部的那个。由此，在直线“F”和“G”之间的角度“E”是红外传感器的视场角。请注意，没有出现在这些直线“F”和“G”上的通孔组成部分的下端(图7中的第二通孔组成部分122的下端16、16’)布置在这些直线“F”和“G”的外部。
[0082]通过形成通孔12来获得上述结构，相比现有技术，能够增加红外传感器的视场角，并且能够通过调整第一或第二通孔组成部分的形状和/或高度来自由地决定红外传感器的视场角，同时保持作为整体被包括在红外传感器中的衬底I的厚度。
[0083]至于其它的结构，根据第三实施方式的红外传感器可具有与上述根据第一实施方式的红外传感器相同的结构，因此，将省略重复的描述。
[0084]接下来，利用图8A-8F描述根据第三实施方式的红外传感器的通孔12的加工方法。
[0085]图8A示出了红外传感器部分10和外围电路11形成于衬底I上的状态。例如，可以通过与用于普通的1C、LSI等的方法中的任一个相同或相似的半导体加工方法来形成所述红外传感器部分10和外围电路11。
[0086]图SB示出了为在衬底I的背面形成开口而形成掩膜24的状态。在此，掩膜24中所形成的开口用于进行晶体各向异性湿法刻蚀，从而，作为掩膜材料，可以使用诸如具有耐碱性的保护层、氧化硅膜或氮化硅膜的材料，当然这不是特别限制。请注意，在第二通孔组成部分122的实际形状是如上所述的大致截断四棱锥形的情况下，在掩膜24中形成的开口的形状因此是大致四边形形状。
[0087]图SC示出利用晶体各向异性湿法刻蚀来形成第二通孔组成部分122的状态。作为蚀刻剂，尽管没有特别限制，可适用诸如KOH或TMAH的碱溶液。通过使用晶体各向异性湿法刻蚀，由此形成的第二通孔组成部分122的横截面是梯形形状。
[0088]图8D示出了为了在第二通孔组成部分122的底部进一步形成第一通孔组成部分121而形成掩膜25的状态。该掩膜25可以不去除掩膜24通过双涂层形成，也可以在首先移除掩膜24之后重新形成。图8D示出双涂层的情况。掩膜材料没有特别限制。例如，诸如保护层、光敏聚酰亚胺、氧化硅膜或氮化硅膜的材料可以用作掩膜25的材料。请注意，在第一通孔组成部分121的实际形状是如上所述的大致四棱柱形的情况下，在掩膜25中形成的开口的形状因此是大致四边形形状。
[0089]请注意，为了在第二通孔组成部分122的底部进行图案化，优选地，使用诸如喷涂机的设备来形成掩膜25，通过诸如喷涂机的设备，易于将掩膜材料等施加到这种不平部分。
[0090]图SE示出了通过进行各向异性刻蚀而形成了第一通孔组成部分121的状态。各向异性刻蚀的具体方法没有特别限制。例如，可以使用诸如ICP刻蚀或RIE的各向异性刻蚀。作为刻蚀气体，可以使用诸如SF6、XeF2等的气体。
[0091]图8F示出了在形成于背面的掩膜24和25被移除之后的最终形状。第一通孔组成部分121的尺寸为，如上所述，最大直径由红外传感器部分10的尺寸决定。因此，可以通过确定第二通孔组成部分122的形状(也即第二通孔组成部分122的内壁的深度和/或位置)来调整红外传感器的视场角，如上文利用图7所描述的。
[0092][第四实施方式]
[0093]在第四实施方式中，将描述根据本发明的红外传感器的另一种结构示例。
[0094]在根据第四实施方式的红外传感器中，在沿与衬底的上表面垂直的第一平面截取的通孔横截面形状中所获得的红外传感器的视场角不同于在与衬底上表面及第一平面均垂直的平面截取的通孔横截面形状中所获得的红外传感器的视场角。
[0095]现在利用图9、图1OA以及图1OB来描述这一点。
[0096]图9示出从衬底I的背面侧观察时的根据第四实施方式的红外传感器的视图。换句话说，图9示出从红外传感器的衬底侧观察时的根据第四实施方式的红外传感器的视图。图1OA示出沿图9中的H-H’所截取的剖视图。图1OB示出沿图9中的1-1’所截取的首1J视图。
[0097]在根据第四实施方式的红外传感器中，在H-H’横截面(图9中的水平横截面)上的红外传感器的视场角与在1-1’横截面(图9中的垂直横截面)上的红外传感器的视场角不同。
[0098]首先，同样在根据第四实施方式的红外传感器中，通孔12由第一通孔组成部分121和第二通孔组成部分122的组合构成，如图1OA和图1OB所示。也就是，多个通孔组成部分彼此连接，形成通孔12。
[0099]此时，如图1OA和图1OB所示，在垂直于衬底I的上表面的第一平面上(例如，在H-H’横截面视图)以及在垂直于衬底I的上表面及所述第一平面的平面上(例如，在1-1’横截面视图)，第二通孔组成部分122的内壁设置在第一通孔组成部分121的外部。此外，该结构为，在H-H’横截面视图以及Ι-I'横截面视图中，通孔组成部分121和122的形状彼此不同。因此，如后文所述，红外传感器在水平方向(例如，在H-H’横截面视图)和垂直方向(例如，在1-1’横截面视图)上的视场角不同。
[0100]接着，如图1OA所示，“J”指示在H-H’横截面视图上的红外传感器的视场角。第一通孔组成部分121的下端26、26’和第二通孔组成部分122的下端27、27’中的至少一个(决定视场角“J”的那个)出现在直线“K”和“L”上。调整第二通孔组成部分122的形状，以便任何不出现在直线“K”和“L”上的下端被设置在视场角“J”的外部。请注意，在图1OA中，下端26、26’和27、27’均出现在直线“K”和“L”上，如所示。
[0101]类似地，如图1OB所示，“E”指示在1-1’横截面视图上的红外传感器的视场角。第一通孔组成部分121的下端15、15’和第二通孔组成部分122的下端16、16’中的至少一个(决定视场角“E”的那个)出现在直线“F”和“G”上。调整第二通孔组成部分122的形状，以便任何不出现在直线“F”和“G”上的下端被设置在视场角“E”的外部。请注意，在图1OB中，下端15、15’出现在直线“F”和“G”上，而下端16、16’没有出现在直线“F”和“G”上，如所示。因此，在这种情况下，调整第二通孔组成部分122的形状，以便下端16、16’被设置在视场角“E”的外部。
[0102]此外，在根据第四实施方式的红外传感器中，该结构被设置成，如从图1OA和图1OB中能看到的，在H-H’横截面视图(对应于图9的水平方向)中的红外传感器的视场角与在1-1’横截面视图(对应于图9的垂直方向)中的红外传感器的视场角不同。
[0103]在这个结构中，可以形成在水平方向和垂直方向上具有不同视场角的红外传感器。此外，在透镜在水平方向和垂直方向上具有不同视场角(场角)并且结合使用红外传感器的情况下，第四实施方式是特别有利的。
[0104]请注意，在第四实施方式中，已使用上述的第一实施方式中的形式进行描述，结合第一通孔组成部分在横截面形状上具有矩形形状且第二通孔组成部分在横截面形状上具有弯曲表面形状。但是，第四实施方式不限于这个形式。同样，在上述第二和第三实施方式中的每个形式中，以相同的方式，通过调整通孔组成部分的形状，可以提供在水平方向和垂直方向上具有不同视场角的红外传感器。
[0105]至于根据第四实施方式的红外传感器的加工方法，可以使用与在以上第一、第二和第三实施方式中所述的方法中的任一个相同或相似的加工方法。因此，将省略重复的描述。
[0106][第五实施方式]
[0107]在第五实施方式中，将描述根据本发明的红外传感器的另一种结构不例。
[0108]在根据第五实施方式的红外传感器中，红外聚光透镜进一步设置在根据上述第一、第二、第三、第四实施方式中的任一个的红外传感器的衬底的下表面一侧。此外，入射通过红外聚光透镜的有效直径的外围的红外线的入射路径落在红外传感器的视场角的范围内。
[0109]首先，将描述现有技术中具有红外聚光透镜的红外传感器中的问题。
[0110]图11示出了现有技术中具有红外聚光透镜的红外传感器。
[0111]在图11中示出了这种结构，红外聚光透镜被设置在图2所示的红外传感器中的衬底的下表面这一侧。
[0112]在现有技术的这种红外传感器中，通孔12的宽度被限制，红外传感器的视场角狭窄，如上文所述。因此，同样在设置红外聚光透镜13的情况下，某些从红外聚光透镜13入射在红外传感器上的红外线(那些从通孔12的外部入射在红外传感器上的红外线)被衬底I阻挡，并由此不能到达红外传感器部分10。因此，如图11所示，相对于红外聚光透镜13的有效直径C，实质上只使用了由红外传感器的视场角所决定的有效直径D。因此，红外光质量损失会很大。此外，在这种红外传感器和红外聚光透镜的结构中，有必要将衬底I作为标准，用于获得红外传感器部分10和红外聚光透镜13之间的距离和斜度的精确性。因此，难以为了增加红外传感器的视场角而改变衬底I的厚度来改变通孔12的长宽比。
[0113]接下来，图12示出了根据第五实施方式的红外传感器。
[0114]图12是沿垂直于衬底I的上表面(下表面)并经过通孔12的平面所截取的衬底I的剖视图，该衬底I被包括在根据第五实施方式的红外传感器中。
[0115]如图12所不,根据第五实施方式的红外传感器在衬底I的下表面一侧具有红外聚光透镜13。“C”指示红外聚光透镜13的有效直径范围。为了有效地利用有效直径“C”，红外传感器的视场角被选择成与透镜13的特征一致。
[0116]在图12中，确定红外传感器的视场角，使得衬底I不会被设置在穿过红外聚光透镜13的有效直径C的端部(周界)入射的红外线的入射路径上，也即，红外线的入射路径不会被衬底I阻挡。
[0117]如在第一、第二、第三和第四实施方式中所述的，红外传感器的视场角是由在将第一通孔组成部分121的下端15、15’和红外传感器部分10连接起来的直线与将第二通孔组成部分122的下端16、16’和红外传感器部分10连接起来的直线这二者中在内部的那个直线决定的。在图12的情况下，将第一通孔组成部分121的下端15、15’和红外传感器部分10连接起来的直线“H”和“ I ”是在内部的那个。由此，在直线“H”和“ I ”之间的角度是红外传感器的视场角。没有出现在这些直线“H”和“I”上的第二通孔组成部分122的下端
16、16’由此出现在这些直线“H”和“I”的外部。根据第五实施方式，将来自红外聚光透镜13的入射路径设置在红外传感器的视场角的范围内。也就是，穿过红外聚光透镜13的有效直径“C”的周界入射在红外传感器上的红外线的入射路径被设置在红外传感器的视场角的范围内。
[0118]根据第五实施方式的红外传感器，在附接至红外传感器的红外聚光透镜3的有效直径“C”内入射的红外线的入射路径落入红外传感器的视场角的范围内，该红外线入射在红外传感器部分10上而不会被衬底I阻挡。因此，能够充分利用附接至红外传感器的透镜13的固有性能。
[0119]请注意，在第五实施方式中，已使用上述的第一实施方式中的形式进行描述，结合第一通孔组成部分在横截面形状上具有矩形形状且第二通孔组成部分在横截面形状上具有弯曲表面形状。但是，第五实施方式不限于这个形式。同样，在上述的第二、第三和第四实施方式中的每个相应形式中，可以设置红外聚光透镜并选择红外传感器的视场角，由此获得与根据第五实施方式的红外传感器相似的红外传感器。
[0120]已在实施方式中描述红外传感器。但是，本发明并不限于这些特定公开的实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行变化和修改。
[0121]相关申请的交叉引用
[0122]本发明基于并且要求2013年3月12日所提交的日本优先申请N0.2013-049223的优先权，上述申请的全部内容作为参考并入本文。
【权利要求】
1.一种背面照射型的红外传感器，包括: 衬底，在所述衬底中有通孔形成，该通孔穿过所述衬底的上表面和下表面； 红外吸收部分，形成于所述衬底的上表面这一侧，并且通过所述通孔而与所述衬底分离；以及 温度传感器部分，探测所述红外吸收部分的温度变化， 其中，所述通孔包括第一通孔组成部分和一个或多个第二通孔组成部分，所述第一通孔组成部分在衬底的上表面具有开口，所述一个或多个第二通孔组成部分具有不同于所述第一通孔组成部分的形状，所述第一通孔组成部分与所述一个或多个第二通孔组成部分相互连通；以及 在沿与所述衬底的上表面垂直的平面截取的通孔横截面中，所述一个或多个第二通孔组成部分的内壁设置在所述第一通孔组成部分的内壁的外部。
2.如权利要求1所述的红外传感器，其中， 在沿与所述衬底的上表面垂直的平面截取的所述第一通孔组成部分和所述一个或多个第二通孔组成部分的横截面形状中， 所述第一通孔组成部分和所述一个或多个第二通孔组成部分中的至少一个具有弯曲表面形状，并且， 所述第一通孔组成部分和所述一个或多个第二通孔组成部分中的至少另一个具有矩形形状。
3.如权利要求1所述的红外传感器，其中， 在沿与所述衬底的上表面垂直的平面截取的所述第一通孔组成部分和所述一个或多个第二通孔组成部分的横截面形状中， 所述第一通孔组成部分和所述一个或多个第二通孔组成部分具有矩形形状。
4.如权利要求1所述的红外传感器，其中， 在沿与所述衬底的上表面垂直的平面截取的所述第一通孔组成部分和所述一个或多个第二通孔组成部分的横截面形状中， 所述第一通孔组成部分和所述一个或多个第二通孔组成部分中的至少一个具有梯形形状，并且， 所述第一通孔组成部分和所述一个或多个第二通孔组成部分中的至少另一个具有矩形形状。
5.如权利要求1-4中任一项所述的红外传感器，其中， 在沿与所述衬底的上表面垂直的一个平面截取的通孔横截面形状中所获得的视场角，不同于， 在沿与所述衬底的上表面以及所述一个平面均垂直的平面截取的通孔横截面形状中所获得的视场角。
6.如权利要求1-5中任一项所述的红外传感器,还包括红外聚光透镜,位于所述衬底的下表面这一侧，其中， 穿过所述红外聚光透镜的有效直径的周界入射到所述红外传感器的红外线的入射路径落入所述红外传感器的视场角的范围内。
【文档编号】G01J5/10GK104048764SQ201410083166
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】野口英刚 申请人:株式会社理光