红外线放射装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种红外线放射装置及其制造方法，尤其涉及一种构造用于放射红外线的红外线放射装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]为了放射红外线以测量室内的二氧化碳浓度，传统的红外线放射装置配置成升高其放射层的温度，从而自放射层放射红外线。
[0003]这样的红外线放射装置具有以下构造，即包括基板、设置在基板的表面上的绝缘层、以及设置在绝缘层的表面上的发热层。日本公开号N0.2012225829(下文称为“文献I”)和日本公开号N0.200671601 (下文称为“文献2”)公开了与上述构造类似的构造。
【发明内容】
[0004]技术问题
[0005]上述现有技术公开的红外线放射装置在绝缘层的相应基板侧上设有穿过基板的相应通孔，从而抑制来自其发热层的热放射。因此，在短时间内将发热层加热至规定的温度以发射红外线。即，现有技术公开的红外线放射装置设有通孔，其形成在绝缘层的与发热层相反的侧上的基板中，由此抑制来自发热层的热放射。
[0006]在这样的构造中，连接至发热层的电极中存在着热劣化的问题。具体而言，当红外线放射装置具有与文献2中描述的红外线光源相同的构造时，连接到其发热层的电极位于基板的通孔上方。于是，抑制来自电极的热放射可能会导致电极中的热劣化。
[0007]本发明的目的在于提供一种能防止由于热引起的电极劣化的红外线放射装置及其制造方法。
[0008]问题的解决方案
[0009]根据本发明的红外线放射装置包括基板、设置在所述基板的表面上的绝缘层、设置在所述绝缘层的表面侧的发热层、电极、基底部和电导体。所述基板形成有暴露所述绝缘层的位于与绝缘层的表面相反的侧的背面的一部分的腔室。所述绝缘层为电绝缘的。在所述基板的表面上在所述腔室的开口边缘的垂直投影区域的内侧和外侧均存在所述基底部。所述垂直投影区域的投影方向沿着所述绝缘层的厚度方向。所述电导体设置在所述基底部的表面上。所述发热层的一端被设置为覆盖所述电导体的覆盖部。所述电极与所述覆盖部的位于所述垂直投影区域的外侧的表面接触。所述电导体由熔点比所述电极的熔点高的导电材料制成，并且具有的电阻比所述基底部和发热层的电阻小。
[0010]根据本发明的红外线放射装置的制造方法包括:在基板的表面侧上形成所述绝缘层;在所述绝缘层的表面上形成形状稳定层;在所述形状稳定层的表面上形成将成形为基底部的第一氮化钽层;在所述第一氮化钽层上形成将成形为电导体的钽层;通过将所述第一氮化钽层和所述钽层的叠层膜图案化形成所述基底部和电导体;在所述形状稳定层的表面侧上形成将成形为发热层的第二氮化钽层;通过将所述第二氮化钽层图案化形成所述发热层;形成所述电极;和形成所述腔室。
[0011]采用本发明的红外线放射装置，能防止热引起的电极劣化。
[0012]采用本发明的红外线放射装置的制造方法，能提供一种能够防止由于热引起的电极劣化的红外线放射装置。
【附图说明】
[0013]图1为根据本发明的一个实施方式的红外线放射装置的剖视图；
[0014]图2为根据本发明的所述实施方式的红外线放射装置的俯视图；
[0015]图3为根据本发明的所述实施方式的红外线放射装置的另一示例的俯视图；
[0016]图4为沿着图3中X-X线截取的剖视图；
[0017]图5为示出所述红外线放射装置在操作中的温度分布的一个示例的示意图；
[0018]图6A-6D为所述实施方式中的红外线放射装置的制造方法的说明图；
[0019]图7A-7C为所述实施方式中的所述红外线放射装置的制造方法的说明图；
[0020]图8为所述实施方式中的所述红外线放射装置的制造方法的说明图；
[0021]图9A和9B为说明根据本发明的所述实施方式的红外线放射装置的内部应力的示意图；
[0022]图1OA和1B为说明由具有不同热膨胀系数的薄膜形成的叠层结构的示意图；
[0023]图1lA和IlB为说明具有不同热膨胀系数的薄膜的示意图；
[0024]图12为根据本发明的所述实施方式的光源的透视图；
[0025]图13为根据本发明的所述实施方式的光源的分解透视图；以及
[0026]图14为根据本发明的所述实施方式的红外线传感器的剖视图。
【具体实施方式】
[0027 ]下文参照附图描述本发明的一个实施方式。
[0028]如图1和图2所示，本实施方式的红外线放射装置I包括基板11、绝缘层12、发热层13和形状稳定层14。
[0029]基板11由硅(Si)制成，成形为板状。具体而言，基板11由单晶硅基板构成。红外线放射装置I在板状基板11的表面的一侧上形成有绝缘层12。在该实施方式中，基板11呈正方形板的形状，其每边和厚度分别为3_和500μπι。在本说明书中，请注意下文中从基板11方向看见的绝缘层12的一侧称为上侧，与绝缘层12相反的一侧称为下侧。在本说明书中，沿着板状基板11的厚度方向的上、下方向分别称为向上、向下方向。图1为沿着图2中X-X线截取的剖视图。
[0030]下文中，板状基板11的表面中的在绝缘层12的一侧上的表面称为“表面”或“顶面”，而其另一表面称为“背面”或“底面”。优选地，基板11的表面为单晶硅基板的(100)平面。
[0031]在本说明书中，垂直于基板11的厚度方向的表面的尺寸称为平面尺寸。基于这些限定，图1为本实施方式中的红外线放射装置I的厚度方向上的剖视图，并且图2为从上方所见的本实施方式中的红外线放射装置I的俯视图。在本实施方式中，相对于图2的平面的上、下、左和右侧分别称为后、前、左和右。
[0032]基板11具有在厚度方向上穿透基板的通孔111。通孔111在平面视图中呈矩形的形状。通孔111具有横断面(开口)，其在与基板11的厚度方向垂直的截面中呈矩形形状。矩形形状意味着直角四边形形状并且包括长方形形状和正方形形状。矩形意味着直角四边形且包括长方形和正方形。在本实施方式中，通孔111在平面视图中呈正方形。在本实施方式中，通孔111的开口向上逐渐变小，而开口向下逐渐变大。即，通孔111的内部呈倒锥形，从而其向下逐渐变大。开口变小意味着开口的面积变小。开口变大意味着开口的面积变大。由此，通孔111的在基板11的背面上的开口的面积比在基板11的表面上的开口的面积大。通孔111形成为使得随着开口在基板11的厚度方向上与绝缘层12进一步离开，开口的面积逐渐变大。
[0033]在本实施方式中，基板11具有通孔111，但也可在基板11的表面侧设有代替通孔111的在上侧具有开口的凹部112，如图3和图4所示。即，在本实施方式中，基板11具有通孔111，但理想的是绝缘层12的背面的一部分不与基板11接触而暴露于空气层。在凹部112设置成图3所示的情形下，形成缝隙109，使得它在绝缘层12、形状稳定层14和保护层19组成的叠层结构中沿着叠层结构的厚度方向穿透。由此，在制造过程中基板11能通过缝隙109从其表面被蚀刻。
[0034]绝缘层12由氧化硅膜形成。简而言之，绝缘层12由氧化硅制成。优选地，氧化硅为Si02。优选地，氧化硅膜为S12膜。绝缘层12形成在基板11上使得其封闭通孔111在上侧以及在基板11的表面侧上的开口。即，绝缘层12具有比通孔111大的平面尺寸。绝缘层12为通孔111上的构造的底层并且支撑绝缘层12上的构造。在本实施方式中，绝缘层12为尺寸几乎与基板11的平面尺寸一样大的薄膜。绝缘层12的厚度为0.2μπι并且比基板11薄很多。绝缘层12将上侧的发热层13、下文将要描述的电极15以及电导体16与下侧的基板11和通孔111内部的空气电绝缘。即，绝缘层12是电绝缘的。
[0035]形状稳定层14由氮化硅膜形成。简而言之，形状稳定层14由氮化硅制成。优选地，氮化硅为Si3N4。优选地，氮化硅膜为Si3N4膜。形状稳定层14形成在绝缘层12上。在本实施方式中，形状稳定层14为平面尺寸几乎与基板11的平面尺寸，即也是绝缘层12的平面尺寸，一样大的薄膜。形状稳定层14连同绝缘层12—起支撑位于上侧上的以及基板11上方的构造。形状稳定层14的平面尺寸几乎与基板11和绝缘层12的平面尺寸相同，因而比通孔111的平面尺寸大。形状稳定层14的厚度同绝缘层12—样为0.2μπι。形状稳定层14是电绝缘的。
[0036]氮化钽(TaN)制成的基底部17形成在形状稳定层14的上表面的一部分上。基底部17中的每一个为呈长方形且厚度为0.03μπι的薄膜。基底部17相对于形状稳定层14的上表面的中间区域分别布置在右侧和左侧两侧处。简而言之，红外线放射装置I包括两个基底部17。基底部17如此布置使得其较长边和较短边分别平行于前后方向和左右方向。在本实施方式中，基底部17如此形成使得它们中的每一个存在于通孔111的位于上侧的开口的横向方向上的边缘的两个内侧。在本实施方式中，如图2所示，每个基底部17的大致一半位置的两边存在于通孔111的上侧的开口的相应边缘的两侧上。理想的是，每个基底部17的(通孔111的一侧上)内较长侧存在于通孔111在上侧的开口的相应边缘的内侧，并且其外较长侧存在于通孔111的在上侧的开口的相应边缘的外侧。更优选地，每个基底部17的在通孔111的上侧的开口的相应边缘的内侧的一部分在左右方向上的长度大于其在通孔111的在上侧的开口的相应边缘的外侧上的一部分的长度。于是，红外线放射装置I能使得发热层13更有效地发热。通孔ill的在上侧的开口的边缘对应于基板11的表面上的通孔ill的开口端。红外线放射装置I具有倾向于围绕通孔111的位于上侧的开口的边缘产生应力集中的结构。然而，通过防止除基板11之外的任何一个构件在通孔111的位于上侧的开口的边缘线上能期望抑制应力集中。
[0037]在基底部17中的每一个上形成有平面形状与相应基底部17类似的电导体16。每个电导体16如此形成使得其叠置在相应的基底部17上。每个电导体16是厚度为0.07μπι的薄膜。电导体16如同基底部17—样在左右方向上在两侧处逐个地布置。简而言之，红外线放射装置I包括两个电导体16。电导体16由钽(Ta)制成。电导体16如此形成使得其覆盖基底部17。即，电导体16的每个部分置于通孔111的位于上侧的开口的上方。通孔111的内部有气体。通孔111内部的热传导比硅制成的基板11的热传导低。当发热层13被加热至发射红外线时，电导体16的温度由于热积聚而变得非常高，这是因为其每个部分置于通孔111的位于上侧的开口的上方。例如，当电导体16由低熔点的材料如铝(Al)制成时，其由于高温劣化或发生熔化而可能会破裂或断开。在本实施方式中，电导体16由熔点比铝或制成基板11的硅高的钽制成，从而降低了由于熔化导致断开的可能性，提高了导通的可靠性。本实施方式降低了由于熔化导致的电导体16断开的可能性，从而使薄的电导体16成为可能。整个红外线放射装置I能变薄。
[0038]发热层13由氮化钽制成且形成在形状稳定层14和电导体16上。发热层13为在左右方向上细长的矩形薄膜。具体地，发热层13在平面视图中的形状为长方形。发热层13如此布置使得其长边方向与两个电导体16并