专利名称：红外检测元件、制造这种元件的方法及温度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及热电堆红外检测元件及制造这种元件的方法。
背景技术：
红外辐射从人体表面以与身体温度有关的量而被发射，耳朵与腋窝一样有正常的温度。因而，已知用于通过检测耳洞中发射的红外辐射而测量体温的临床用耳体温计(温度测量装置)。在临床用耳体温计中，基于把接收的红外辐射转换为电信号的红外检测元件的输出来确定体温。虽然通常有各种类型的元件，诸如热电型，热电堆型等可以作为红外检测元件，但是热电堆型红外检测元件可用作为临床体温计的热敏元件，其优点是允许使用半导体制造工艺大量生产并小型化。以下除非有其它说明，热电堆型红外检测元件被简称为“红外检测元件”。
图26简略示出装有热电堆红外检测元件110的红外传感器100。红外传感器100包括装有热电堆12的红外检测元件110，及热敏电阻120，红外检测元件110和热敏电阻120安装在组装基片130上，并包含在壳体140中以形成一整体单元。在红外传感器100中，热敏电阻120用来确定在红外检测元件110上形成的热电堆12的基准温度，即用它来确定冷接点的温度。
红外检测元件110包括薄膜部分116以及在硅基片2蚀刻之后保持未蚀刻的厚壁部分117，其中薄膜部分包含通过蚀刻硅基片2挖空在下部分或背面的中心部分10形成的膜。即，红外检测元件110的结构是，其基础115的下侧中心部分做成中空的以在顶部形成薄膜(膜)。而且，通过溅射沉积方法等在硅基片2的中心部分10上，即在薄膜部分116上沉积金黑(goldblack)，以形成吸收红外辐射的红外吸收体11。
这一红外吸收体11吸收红外辐射而引起温度变化，使得由装设在红外吸收体11四边上的多个热电偶14检测到该温度的变化。每一热电偶14的热接点17配置在薄膜部分116的红外吸收体11附近，且每一热电偶14的冷接点18配置在硅基片2的周边部分9中的厚壁部分117之上。热电偶14被串联而形成热电堆12。
在使用红外传感器100的温度测量装置中，首先检测到对应于热电堆12的热接点17和冷接点18之间产生的温度变化的电动力，并基于输出的电压计算出热接点17和冷接点18之间的温差。然后，基于热敏电阻120的输出计算出冷接点18的温度，并通过冷接点18的温度校正该温差以确定体温。然而，用来确定热电堆12的冷接点18的温度的热敏电阻120配置在距红外检测元件110一定距离的侧部，这样红外检测元件110的周围温度被简单地检测。因而，不能说检测到了精确的冷接点的温度。这样，在如上所述确定的体温中可能出现很大的误差。特别地，临床温度计在37℃到39℃的温度范围内要求的精度为±0.1℃，并要求以高精度进行温度测量，因而需要尽可能降低这种误差。
还要求红外传感器100具有排布热敏电阻120的空间，这样就存在不能使元件本身小型化的问题。因而，即使把热敏电阻120排布在与红外传感器100接触的地方以改进由热敏电阻120检测的冷接点温度的精度，红外检测元件仍然不能很有效地以紧凑的形式排布。
于是，申请人提出一种包含PN结的红外检测元件，例如结合到硅基片2中的二极管，其中使用二极管的正向电压降大约依赖于温度线性变化这样的事实，检测冷接点温度。
这种红外检测元件能够精确地检测冷接点的温度，并能够以很紧凑的形式配置。
图27是表示该红外检测元件的一部分的剖视图。图27所示的红外检测元件150包括在硅基片2的周边部分9中形成的二极管D，使得热电堆12的冷接点18的温度由二极管D检测到。二极管D包括P+阳极区DP和N+阴极区DN，它们是通过向在硅基片2的表面形成场效氧化膜(LOCOS)151而被隔离的一区域进行离子注入而形成的。就是说，二极管D能够通过半导体工艺形成，包括在硅基片2上形成场效氧化膜151，然后在硅基片2的周边部分9中对氧化膜151构图，以便在硅基片2的表面上形成区域DP和DN。在热电堆型红外检测元件中，在形成包括区域DP和DN的二极管D之后，还使用半导体制造工艺形成构成热电偶14的多晶硅电导体16和铝电导体15、氧化膜152、表面保护膜153及红外吸收本11。因而，能够通过一系列半导体制造技术的步骤简单地形成装有二极管的热电堆型红外检测元件，于是降低了制造成本。
在红外检测元件150中，二极管D能够配置在热电堆12的冷接点18附近，允许精确地检测冷接点18的温度。而且，排布热电堆120的空间能够被减小，以实现红外检测元件排布在包含测量基准温度的功能的紧凑的单元中。
另一方面，对于热电堆12的测量精度总是存在改进的要求。
在红外检测元件150中，场效氧化膜151对用于蚀刻硅基片的蚀刻剂，例如氟化氙，氢氧化钾等具有很低的蚀刻率，因而在从其下侧或背面蚀刻硅基片2的中心部分10时可起到阻挡物的作用。然而，即使当场效氧化膜151具有低的蚀刻率，但它还是要被蚀刻，因而场效氧化膜151的厚度必须设置为大约5000到7000，以便赋予场效氧化膜151作为阻挡物足够的功能。另一方面，场效氧化膜151包含具有压缩方向的内部应力的膜，因而具有因膨胀所至而凸起弯曲的性质。该内部应力大到2到3×109dyne/cm2(1dyne/cm2＝0.1Pa)。因而，当温度上升时，包含上述这种厚膜的场效氧化膜151可能因压缩方向内部应力而变得弯曲，或者由于变形而破裂。
此外，场效氧化膜151的弯曲引起在场效氧化膜151上形成的每个热电偶14的铝电导体15和多晶硅电导体16的形状改变，因而这些电导体的电阻与原来的电阻相比增加了，以至引起出现无用的压降。这影响了由热电堆12测量的热接点17和冷接点18之间温差测量的精度。因而，因为冷接点温度能够被二极管D精确地检测，红外检测元件150具有高的精度。然而在以较高的精度测量温度中，热电堆12的测量误差由于场效氧化膜151的变形而不能被忽略。而且，场效氧化膜151弯曲程度随各种因素诸如制造工艺、大气压、环境温度等的变化而变化，因而通过使用适当的因素校正由热电堆12检测的温度也很难去除场效氧化膜151变形的影响。
于是，本发明的目的是要提供一种红外检测元件及制造这种元件的方法，这种元件使用PN结能够精确检测冷接点温度，并能够去除由于膜变形等所引起的热电堆的测量误差，允许高精度的温度检测。本发明的另一目的是要提供一种温度测量装置，它能够使用该红外检测元件精确地测量温度。而不会受到测量环境变化的影响。
发明内容
本发明中，由氮化硅制成的第一结构层是形成在半导体基片上而不是形成在场效氧化膜上，并用作为元件隔离物用于形成用来检测冷接点温度的PN结，以及用作为在进行形成膜部分的蚀刻时的阻挡物。就是说，本发明的制造红外检测元件的方法包括在半导体基片上形成由氮化硅制成的第一结构层的步骤，在半导体基片的周边部分中对第一结构层构图以便在半导体基片的表面上形成PN结的步骤，在第一结构层上形成多个热电偶使得冷接点位于周边部分，及热接点位于半导体基片的中心部分，并然后串联这些热电偶以形成热电堆的步骤，以及从下面蚀刻出半导体基片中心部分的步骤。本发明的红外检测元件包括一半导体基片，它具有从下面被蚀刻出的中心部分，由氮化硅制成的第一结构层，它在半导体基片上形成并具有包括膜结构的中心部分，一个PN结，它在半导体基片表面上通过对半导体基片周边部分第一结构层构图形成，以及一个热电堆，它包括在第一结构层上形成并被串联的多个热电偶，使得冷接点位于半导体基片的周边部分，热接点位于半导体基片的中心部分。
本发明的制造方法包括在半导体基片上而不是在场氧化膜上形成氮化硅制成的第一结构层。当第一结构层在从下面蚀刻半导体基片中心部分中起到阻挡物作用时，因为氮化硅具有比氧化膜(氧化硅)低的蚀刻率，第一结构层能够变薄，因而在蚀刻之后留下的膜结构能够被制成比氧化硅制成的膜要薄。因而，在通过本发明的制造方法制造的红外检测元件中，及具有本发明结构的红外检测元件中，膜部分部分能够进一步变薄以降低热逸出。因而热电堆的测量误差能够进一步降低，且能够获得高精度温度。此外，通过使膜部分进一步变薄，能够降低膜部分的热容量，且热接点的温度快速增加而允许增加响应速度。
另一方面，通过形成氮化硅膜，硅基片表面能够象氧化硅那样被绝缘。因而，通过对由氮化硅制成的第一结构层构图能够实现用于在半导体基片周边部分中形成PN结的元件隔离。这样，使用本发明的制造方法和本发明结构，通过在硅基片上形成由氮化硅制成的第一结构层，半导体基片的表面能够被隔离，从而既形成用于以高精度测量基准温度的PN结，又改进了由热电堆进行的温度测量的精度。因而，能够进一步改进通过形成PN结已改进了测量精度的红外检测元件的测量精度。使用该红外检测元件，能够提供一种可精确测量温度而不会受到测量环境温度的影响的温度测量装置。
在本发明的制造方法中，形成由氮化硅制成的第一结构层的步骤，及对第一结构层构图以形成PN结的步骤包含在半导体制造工艺中，因而使本发明的红外检测元件可以低成本大量生产。于是，使用本发明的红外检测元件，可以提供能够以低成本高精度测量温度的紧凑的温度测量装置。
本发明的制造方法最好在从下面蚀刻出半导体基片中心部分的步骤之前，还包括在半导体基片的中心部分上形成红外吸收体的步骤，以便覆盖热接点以上或附近的热电堆的至少一部分。在通过该制造方法制造的红外检测元件中，红外吸收体吸收红外辐射以增加温度，从而增加热接点与冷接点之间的温差，并增加热电堆的输出电压。因而，能够增加温度测量的灵敏度。
在形成第一结构层的步骤中，由氮化硅制成的第一结构层最好通过低压(降低的压力)CVD工艺(低压化学汽相淀积)形成。按这种方法形成的氮化硅的第一结构层包括具有拉伸方向的内部应力的膜。因而第一结构层倾向于收缩，这样产生较少的变形和挠曲。这样就能够进一步防止膜结构的变形，并减少由热电堆进行的测量的误差因素。因而，可以提供能够以较高精度测量温度的红外检测元件和温度测量装置。
在形成用于获得基准温度的PN结的步骤中，最好形成多个PN结。形成多个PN结，确定PN结之间的正向电压降之间的差异以消除电压降上的反向饱和电流的影响。这样，能够进一步提高基准温度的测量精度，以提供能够获得更高精度的温度的红外检测元件和温度测量装置。能够使用二极管作为PN结。
在半导体基片的周边部分形成的PN结能够精确地获得接近冷接点的基准温度。当构成热电堆的多个冷接点排布在半导体基片中心部分上形成的红外吸收体四边时，PN结最好沿半导体基片周边部分延伸，因为通过PN结能够获得冷接点的平均温度，以便更精确地获得冷接点的温度。在形成沿周边部分延伸的长PN结时，最好在PN结的第一电导体层和第二电导体层的上表面上分别形成电极，以便沿第一和第二电导体层延伸。这些电极能够降低具有相同极性的电导体层之间的电位差，以获得更高精度的基准温度。
当在硅制成的半导体基片表面上直接形成氮化硅制成的第一结构层时，有可能不能保证第一结构层与半导体基片之间有足够的粘合性。因而在半导体基片上形成第一结构层之前，最好在半导体基片上形成由氧化硅制成的第一结合层以改进半导体基片和第一结构层之间的粘合性。由于第一结合层是为结合而形成，故第一结合层不需要有阻挡物功能，这样能够比第一结构层做得更薄。因而，即使结合层有压缩方向的内部应力，内部应力也能够尽可能小。通过低压CVD形成的由氮化硅制成的第一结构层一般有很强拉伸方向的内部应力，这样能够消除引起挠曲。
由于通过低压CVD形成的由氮化硅制成的第一结构层一般有很强拉伸方向的内部应力，故当沉积有足够的厚度膜以便去除薄膜部分的弯曲时第一结构层可能被分开。因而，本发明的制造方法可进一步包括在第一结构层上形成由氧化硅制成的第二结构层的步骤，以及在第二结构层上形成由氮化硅制成的第三结构层的步骤。在包含由氧化硅制成第二结构层和由氮化硅制成的第三结构层的红外检测元件中，这两者都是在第一结构层上形成的，具有用于消除薄膜部分弯曲的足够厚度的膜能够被划分为第一结构层和第三结构层。因而，即使当膜厚度设置为可以防止第一和第三结构层分开时，也能够易于在整个薄膜部分中获得拉伸方向的应力。
虽然在形成由氮化硅制成的第一结构层之后，蚀刻半导体基片中心部分而形成薄膜结构，但在蚀刻步骤之前最好在半导体基片上形成表面防护膜，以避免蚀刻剂对构成电热堆的金属层的影响。
作为半导体基片，可使用P-电导型硅基片，但是最好是N-电导型。当在P-电导型硅基片上形成二极管时，在硅基片表面提供的绝缘层之下形成N反向层，且反向电流流过N逆变层而使二极管的正向特性畸变。另一方面，使用N-型硅基片，不形成N反向层而获得了二极管较好的正向特性，因而允许精确的温度测量。
这样，通过使用本发明红外检测元件，能够提供以高精度测量温度的温度测量装置。因而，使用本发明的红外检测元件的温度测量装置适合于以高精度进行体温测量所需的温度计。例如，在临床耳温度计中，可提供具有可插入到耳洞中的远端圆柱部分，且红外检测元件这样排布，使得中心部分的上部分面向圆柱部分的远端，这提供了总能够精确测量体温的临床温度计。使用包括层叠在中心部分的红外吸收体的红外检测元件，能够提供具有高灵敏度温度测量的临床温度计。
附图的简要说明
图1是表示根据本发明的一实施例的红外检测元件的简化结构的图示。
图2是表示根据本发明的实施例的红外检测元件表侧结构的图示。
图3是表示根据本发明的实施例的红外检测元件的热电堆的图示。
图4是表示根据本发明的实施例的红外检测元件的详细结构的剖视图。
图5是表示在根据本发明的实施例的用于制造红外检测元件的过程中在硅基片上形成第一结构层的步骤的图示。
图6是表示在图5所示的步骤之后形成二极管的步骤的图示。
图7是表示在图6所示的步骤之后在第一结构层上形成氧化膜和由多晶硅制成的电导体的步骤的图示。
图8是表示在图7所示的步骤之后对由多晶硅制成的电导体构图的步骤的图示。
图9是表示在图8所示的步骤之后在由多晶硅制成的电导体上形成两个氧化膜的步骤的图示。
图10是表示在图9所示的步骤之后对在由多晶硅制成的电导体上所形成的两个氧化膜构图的步骤的图示。
图11是表示在图10所示的步骤之后形成热电堆的步骤的图示。
图12是表示在图11所示的步骤之后形成两个表面防护膜和一个红外吸收体的步骤的图示。
图13是一剖视图，表示红外检测元件的另一例子。
图14是表示使用根据本发明的一实施例的红外检测元件的临床耳温度计的外形的图示。
图15是表示图14中所示临床耳温度计的简化结构的框图。
图16是一局部剖视图，表示根据本发明的另一实施例的红外检测元件。
图17是表示根据本发明的实施例的红外检测元件表侧结构的图示。
图18表示在根据本发明的实施例的用于制造红外检测元件的过程中在硅基片上形成第一结构层的步骤的图示。
图19是表示在图18所示的步骤之后形成二极管的步骤的图示。
图20是表示在图19所示的步骤之后在第一结构层上形成氧化膜和由多晶硅制成的电导体的步骤的图示。
图21是表示在图20所示的步骤之后对由多晶硅制成的电导体构图的步骤的图示。
图22是表示在图21所示的步骤之后在由多晶硅制成的电导体上形成两个氧化膜的步骤的图示。
图23是表示在图22所示的步骤之后对在由多晶硅制成的电导体上所形成的两个氧化膜构图的步骤的图示。
图24是表示在图23所示的步骤之后形成热电堆的步骤的图示。
图25是表示在图24所示的步骤之后形成两个表面防护膜和一个红外吸收体的步骤的图示。
图26是表示传统的红外检测元件的图示。
图27是表示由本发明的申请人按惯例提出红外检测元件结构的剖视图。
实施本发明的最佳方式以下将参照附图对本发明作进一步详细说明。图1示出一红外检测元件的简化结构。
实施例的红外检测元件1包括硅基片2，其结构是其中心部分10通过蚀刻从下面去除，在中心部分10留下薄膜作为膜部分4，并且在硅基片2蚀刻之后未蚀刻的部分作为厚壁部分3。而且，通过溅射汽相淀积在薄膜部分4上表面基本按一方形沉积金黑，以形成一红外吸收体11。
红外检测元件1包括排布在红外吸收体11四边的多个热电偶14。每一热电偶14的热接点17排布在薄膜部分4的红外吸收体11之下，且每一热电偶14的冷接点18排布在厚壁部分3中。热电偶14被串联以形成一热电堆12。这一实施例的红外检测元件1中，在硅基片2的周边部分9即在厚壁部分3中形成二极管D1和D2，用于检测热电堆12的冷接点18的温度。
图2是表示红外检测元件1的表侧结构的图示。虽然这一图示是表示在硅基片2的上表面2a上形成的结构的平面图，该结构实际上包括几个不同的层次。如上所述，红外吸收体11在位于硅基片2上表面2a的中心处的薄膜部分4的中心处基本形成一方形，多个热电偶14排布在红外吸收体11的四边。多个热电偶14被串联而形成热电堆12，使得能够从端子T1和T2获得热电堆12的输出电压。
图3是表示热电堆12的图示，以及表示热电偶14结构的放大视图。每一热电偶14包括两类电导体，包括铝(AL)电导体15和多晶硅(Poly-Si)电导体16。多晶硅电导体16是线性地形成的以便稍微重叠于红外吸收体11并延伸到四边。而且，相邻的多晶硅电导体16之一的红外吸收体11的侧端16a，通过铝电导体15电连接到另一多晶硅电导体16的厚壁部分3侧端16b。这能够形成热电偶14，每一具有在红外吸收体11侧的热接点17和在厚壁部分3侧作为热沉的冷接点18，且热电偶14被串联而形成一个热电堆12。
再参见图2，在作为硅基片2的厚壁部分3的周边部分9中形成两个二极管D1和D2。二极管D1和D2形成为条带，沿硅基片2的周边部分9延伸以围绕位于基片2的中心的薄膜部分4的四边。二极管还围绕热电偶14的冷接点18形成，使得多个冷接点18所位于的厚壁部分3的平均温度反应在二极管D1和D2的输出中。二极管1包括围绕冷接点18形成的第一电导体层DP，及与第一电导体层DP的外周边之外的区域DP平行形成的第二电导体层DN1。另一方面，二极管D2包括第一电导体层DP及与第一电导体层DP的内周边之内的区域DP平行形成的第二电导体层DN2。
第一电导体层DP是P+扩散层，这是通过向硅基片2的硼(B)离子注入以受主杂质掺杂的，其功能是作为二极管的阳极。同时第二电导体层DN1和DN2是n+扩散层，这是通过向硅基片2的磷(P)离子注入以施主杂质掺杂的，其功能是作为二极管的阴极。包括共用阳极的两个二极管D1和D2的输出连接到在厚壁部分9中形成的阳极端DA和阴极端DK1和DK2。因而，当预定的电流提供给每一二极管D1和D2时，能够测量二极管D1和D2的正向电压降，并通过电压降之间的差精确地确定基准温度。
虽然能够通过任一二极管检测热电堆12的冷接点的温度，但使用正向电压降之间的差能够以较高的精度确定基准温度，即冷接点的温度。就是说，二极管的正向电流IF和正向电压(或正向电压降)VF具有以下关系 IF＝IS(exp(qVF/KT)-1)在方程式1中；IF正向电流[A]IS反向饱和电流[A]T绝对温度[°K]VF正向电压[V]K玻尔兹曼常数(1.3804×10-23[JK-1])q电荷(1.602×10-19[C])通过对VF求解，方程式1能够变为方程式2。
VF＝(KT/q)log(IF/IS)从方程式2可见，能够基于二极管D1和D2的正向电压降VF确定冷接点18的温度。然而，为了从二极管之一的正向电压降VF确定冷接点18的温度，必须确定正向电流IF和反向饱和电流IS。直接确定这些电流值是相对困难的，于是采用了可获得的现实的方法，其中事先测得温度和电压之间的关系并通过一个表存储，并基于检测到的正向电压VF确定温度。
然而，根据以下方程式3确定正向电压降VF之间的差ΔVF[方程式3]ΔVF＝(KT/q)log(IF1/IS1)-(KT/q)log(IF2/IS2)＝(KT/q)[log(IF1/IS1)-log(IF2/IS2)]＝(KT/q)[log(IF1/IF2)-log(IS1/IS2)]此外，当通过相同的生产方法在同一半导体基片上形成有相同杂质浓度的两个二极管时，反向饱和电流IS可认为基本上是相同的，这样反向饱和电流IS项能够省略。因而，方程式3能够变为以下的方程式4[方程式4]ΔVF＝(KT/q)log(IF1/IF2)而且，正向电流IF由流过二极管D1和D2的正向电流的比值表示，因而不必确定电流值。于是，在红外检测元件1中，假设二极管D1和D2正向电压分别为VF1和VF2，差ΔVF的温度系数根据以下方程式5确定[方程式5]ΔVF/T＝(K/q)log(IF1/IF2)…(5)这样，当装设二极管D1和D2以采用这些二极管正向电压降之间的差时，装有二极管D1和D2的厚壁部分3的温度，即冷接点18的温度，能够被精确地确定。
因而，阳极端DA和阴极端DK1之间的电位差与阳极端DA和阴极端DK2之间的电位差之间的差被确定并连接到能够放大和计算的电路，以允许精确地确定基准温度。因而，通过热电堆12的输出确定的温差被校正以允许高精度的温度测量。用于把本实施例的红外检测元件1连接到具有以上功能的电路的端子集中在厚壁部分3的一个角中，这样所有热电堆12的输出，以及二极管D1和D2能够易于取到外部去。
图4是表示半导体基片2的上表面2a上叠层结构的剖视图。在红外检测元件1中，由氧化硅制成的第一结合层21，由氮化硅制成的第一结构层22，作为结合层的氧化膜31，由多晶硅制成并构成每一热电偶14的电导体16，两个氧化硅膜32和33，及两个表面防护膜38和39按从下起的顺序层叠在硅基片2上。红外吸收体11沉积在表面防护膜上。半导体基片2的中心部分从下面部分2b被蚀刻掉而在中心部分10形成薄膜部分4。
在这些层中，由氮化硅制成的第一结构层22包括通过低压(降低的压力)CVD工艺沉积的膜。通过低压(降低的压力)CVD工艺沉积的氮化硅膜在一定的温度下具有大约8～10×109dyne/cm2(1dyne/cm2＝0.1Pa)的应力。因而，通过低压(降低的压力)CVD工艺沉积的氮化硅制成的第一结构层22倾向于被作为基础的厚壁部分3拉伸，而引起由第一结构层22支撑的薄膜部分4较少的弯曲。
而且，氮化硅与氧化硅相比对诸如氟化氙、氢氧化钾等蚀刻剂有较低的硅蚀刻率。因而，氮化硅与氧化硅相比作为蚀刻阻挡物是更有效的，并即使在膜厚很小时也能可靠地防止侵蚀。因而，能够可靠地控制用于形成包含第一结构层22的中心部分10的蚀刻。
此外，如同氧化硅那样，氮化硅具有绝缘性，这样当在硅基片表面形成时，能够使元件彼此绝缘。在本实施例的红外检测元件1中，在硅基片2的周边部分9中延伸的第一结构层22被构图以作为一膜使构成二极管D1和D2的区域DN1，DN2和DP彼此隔离。因而，在本实施例的红外检测元件1中，如上所述，在硅基片2的上表面2a之上形成由氮化硅制成的第一结构层22能够实现用于形成二极管的元件的隔离，并形成不会弯曲的足够薄的膜。于是，与图27所示的其元件的隔离和薄膜部分是使用氧化膜实现的红外检测元件相比，能够使薄膜部分薄到防止热逸出，并能够防止弯曲等变形而不会增加制造工艺的复杂性。这样，能够提供有高灵敏度和精确性的红外检测元件。
由氧化硅制成并在第一结构层22下面形成的第一结合层21是用于保证由氮化硅制成的第一结构层22与硅基片2之间的粘合性的一层。而且，在中心部分10，多晶硅电导体16是通过作为蚀刻阻挡物的氧化膜31在第一结构层22上形成的，且铝电导体15是在多晶硅电导体16上形成的，以形成热电偶14。另一方面，在周边部分9，构成二极管D1和D2的导电区域DN1，DN2和DP是在硅基片2上形成的，以便由第一结构层22彼此隔离，且铝导线36在这些区域上形成。
此外，作为绝缘层的氧化膜32，及用于平面化的氧化膜33被层叠而覆盖中心部分10及周边部分9，氧化硅表面防护膜38和氮化硅表面防护膜39被层叠在这些氧化膜32和33上。在中心部分10，在最上层上形成红外吸收体11，以便覆盖热电堆12的热接点17之上的部分。红外吸收体11吸收红外辐射以增加温度，从而保证热接点17和冷接点18之间大的温差。其结果是，热电堆12的输出电压增加，而提高了温度测量的灵敏度。
图5到12简略示出制造本实施例的红外检测元件1的工艺过程。如图5所示，由氧化硅(SiO2)制成厚度小为大约400的第一结合层21通过热氧化过程在p-型硅基片2的上表面2a形成。第一结合层21包括一膜，用于增加与在其上形成的第一结构层22的粘合，该膜比在一般半导体制造工艺中作为元件隔离膜而沉积的场氧化膜要薄。如上所述，第一结合层21是由氧化硅制成，具有压缩方向的内部应力，并在小厚度时易于弯曲。然而，由于第一结合层21薄，并如上所述，由具有拉伸方向内部应力的氮化硅制成的第一结构层22层叠在第一结合层21上，因而第一结合层21压缩方向的内部应力基本上不会对弯曲引起影响。
然后，由氮化硅(Si3N4)制成的厚度大约为2500的第一结构层22通过低压CVD工艺在第一结合层21的上表面上形成。第一结构层22包括具有拉伸方向内部应力的膜，并且当以薄膜形式形成时，能够防止弯曲。在具有图27所示结构的红外检测元件中，场氧化膜厚度大约为5000到7000，以便对氧化膜赋予作为阻挡物足够的功能。然而，由氮化硅制成具有低蚀刻率的第一结构层降低厚度到大约1/3。由于由氮化硅制成的第一结构层22是作为阻挡物，不必指望在第一结构层22之下形成的第一结合层21起到阻挡物的作用，因而降低了厚度。
然后，向第一结构层22涂敷光刻胶，并使其曝光和显影，然后使用光刻胶(图中未示出)作为掩模进行蚀刻对第一结构层22和第一结合层21构图。然后，使用第一结构层22作为隔离区，在设计要形成二极管D1和D2的硅基片2的周边部分9的区域中形成二极管D1和D2。于是，以35KeV用于加速的高电压向第一电导体层DP形成的区域25注入硼(B)离子，以形成具有4×1015离子/cm2杂质浓度的P+扩散层(第一电导体层)DP。而且，以80KeV用于加速的高电压向第二电导体层DN1和DN2形成的区域26注入磷(P)离子，以形成具有4×1015离子/cm2杂质浓度的N+扩散层(第二电导体层)DN1和DN2。在每一电导体层形成之后，在900℃和20min的条件下进行退火，以便补偿在离子注入中产生的晶体缺陷并活化注入到区域25和26中的杂质。接下来，形成由第一结构层22彼此隔离的二极管D1和D2。
然后，如图7所示，通过高温CVD工艺形成厚度大约1000的氧化膜(HTO高温氧化物)31。这样沉积的氧化膜31包括具有低杂质扩散系数的硬膜。沉积氧化膜31能够防止杂质从叠层在氧化膜31上的金属层，即构成热电偶14的多晶硅电导体16和铝电导体15，向硅基片2的扩散。
然后，在氧化膜31上形成构成每一热电偶14的电导体之一的多晶硅电导体16。从而，使用硅烷(SiH4)气体通过CVD工艺形成厚度大约为4000的多晶硅电导体16。反应公式是。多晶硅电导体16例如以作为施主杂质的磷掺杂，然后通过热扩散而达到15ohm/sq的薄膜电阻。
然后，图中未示出的光刻胶被涂敷到多晶硅电导体16上，并曝光和显影，然后通过使用光刻胶作为掩模的蚀刻对多晶硅电导体16构图，如图8所示以便使扩散层DP，DN1和DN2暴露。
然后，如图9所示，厚度大约为1000的氧化膜(HTO)32再次通过CVD工艺被沉积，并进而通过CVD工艺在氧化膜32上沉积厚度大约为8000的氧化膜(BPSG)33。氧化膜33包含LTO(低温氧化物)，并赋予氧化膜本身以黏滞性以便形成能够被易于平面化的状态。因而，在形成氧化膜33之后，氧化膜33通过在900℃和20min的条件下的退火被平面化。在退火期间，硼和磷易于在膜中扩散，但是包含HTO的氧化膜32是在氧化膜33之下形成的，因而通过膜32阻挡了硼和磷向硅基片的扩散。
在沉积膜的表面被平面化而形成铝金属膜能够被形成而不会有上述的断开的状态之后，如图10所示，对扩散层DP，DN1和DN2，及在硅基片2上形成的多晶硅电导体16，以及金属(铝金属)之间的导电性进行构图35。就是说，光刻胶(图中未示出)涂敷到氧化膜33上，并曝光和显影，然后使用光刻胶作为掩模对氧化膜33和32进行蚀刻，使扩散层DP，DN1和DN2，及对应于多晶硅电导体16的热接点17和冷接点18的各部分暴露。
然后，通过溅射汽相淀积法沉积铝，以便在氧化膜33上填充由构图形成的凹陷并形成图中未示出的铝膜。然后，将光刻胶涂敷到该铝膜上，曝光并显影，并通过使用光刻胶作为掩模进行蚀刻对该铝膜进行构图，以形成金属导线36和铝电导体15，如图11所示。结果是，铝电导体15连接到多晶硅电导体16而形成热接点17和冷接点18。同时，多个热电偶14串联形成热电堆12。由于氧化膜(BPSG)33沉积在氧化膜32上并被平面化，故在蚀刻期间能够防止铝电导体15和金属导线36的断开。
这样，在硅基片2的上表面2a上叠层的结构基本上完成。然后，如图12所示，通过使用TEOS(原硅酸四乙酯)气体的等离子CVD工艺沉积厚度大约为2000的表面防护膜(PADA)38。在沉积了膜38之后，涂敷SOG(Spin On Glass)，并然后在400℃和30min条件下焙烧。结果是，表面防护膜38被平面化。
本实施例中，通过等离子增强型CVD工艺，等离子氮化物膜(SixNy)作为厚度大约为1000的第二表面防护膜(PADB)39沉积到第一表面防护膜38上。两个表面防护膜38和39的厚度组合不限于以上情形，表面防护膜38的厚度可以是2000，20000或6000，而表面防护膜39的厚度根据表面防护膜38的厚度可以是10000，5000或10000。另外，可以沉积厚度为30000的表面防护膜38以省略表面防护膜39。上述其它层的厚度只是示例，厚度不限于以上的值。
表面防护膜是用于在硅基片2的最后蚀刻期间防止在硅基片2的上表面2a上形成的诸如铝电导体15和多晶硅电导体16等结构层的蚀刻。因而，对于厚度非常小的表面防护膜39，表面防护膜39不正确地在不平坦的部分形成，以至引起蚀刻剂的进入，从而由于表面防护膜38的蚀刻可能破坏热电堆12。因而，两个膜38和39的厚度最好根据蚀刻率适当地设置。
此外，金黑沉积在表面防护膜39上以形成厚度大约为1到10μm的红外吸收体11。最后，硅基片2的下部分2b被掩盖而留下中心部分10，且硅基片2的中心部分10以KOH或NaOH作为蚀刻剂从下面被各向异性蚀刻。于是，硅基片2的中心部分10被去除而形成图4所示的红外检测元件1。在蚀刻期间，第一结构层22起到防止过分蚀刻的阻挡物的作用。因而，硅基片2的中心部分10能够基本上完全被去除，在中心部分10形成所需厚度的薄膜部分4。
本实施例的红外检测元件1能够通过上述的制造方法制造。本实施例的红外检测元件1包括由氮化硅而不是氧化硅制成并在硅基片2上形成的第一结构层22。具体来说，在本实施例的红外检测元件1中，第一结构层22通过低压CVD工艺形成，这样第一结构层22包括具有在拉伸方向很强的内部应力的膜。因而薄膜部分不大可能弯曲，能够降低因薄膜部分4的变形所至的热电堆12的测量误差。
此外，在蚀刻期间使得由氮化硅制成的第一结构层22起到阻挡物的作用。因而，起阻挡物作用的第一结构层22能够做得比场氧化膜作为阻挡物的结构薄，从而降低了薄膜部分4的热容量。这样热接点17的温度可迅速增加，而增加了响应速度。通过使第二结构22层变薄，能够减少从热接点17向冷接点18的热逸出。因而，热电堆12的测量误差能够进一步被降低而获得较高精度的温度。
此外，由氮化硅制成的结构层可被划分为两层。图13示出本发明一修改的实施例。在图13所示的红外检测元件1a中，在第一结构层22和氧化膜31之间形成第二结构层41和第三结构层42。即，由氧化硅制成的厚度为5500的第二结构层41沉积在厚度为1000的第一结构层22上。由氮化硅制成的厚度为2000的第三结构层42按与第一结构层22相同的生产方法沉积在第二结构层41上。此外，在第三结构层42上形成氧化膜31。在氧化膜31上的结构及其生产方法与红外检测元件1相同。
在红外检测元件1a中，为防止薄膜部分4弯曲而有足够厚度的膜能够被划分为第一结构层22和第三结构层42。因而，即使当第一结构层22和第三结构层42的厚度被设置为防止分开时，就整体而言在薄膜部分4中能够易于实现拉伸方向的应力。就是说，薄膜部分4不会弯曲，这样由于薄膜部分4的变形所至热电堆12测量误差能够被降低。
这样，通过使用氮化硅制成的结构层，薄膜部分4能够进一步变薄，变形能够被抑制。另外，能够基本上完全防止薄膜部分4的变形。而且，在红外检测元件1和1a中，用于检测冷接点18的温度的二极管D1和D2通过使用由氮化硅制成作为元件隔离区的结构层22结合到半导体基片2。因而，能够通过二极管D1和D2与半导体基片2的直接接触确定半导体基片2的温度，这样与传统的包括组装的热敏电阻芯片的红外检测元件相比，能够精确地获得基准温度。此外，由于装有两个二极管D1和D2而获得正向电压降之间的差，从而允许进行如上所述简单而精确的温度测量。
如上所述，在本实施例的红外检测元件1和1a中，能够把因薄膜部分4的变形所至的热电堆12的测量误差降低到最小，且能够以高精度测量作为基准温度的冷接点的温度。因而，测量误差显著地降低以至允许温度测量有高精度。与热敏电阻不同，由于使用二极管的温度测量理论上与温度无关，因而不需要校正。这样的优点在于能够提供有宽测量范围的红外检测元件。
能够使用由氮化硅制成的第一结构层22形成二极管，且能够防止由于薄膜变形所至的误差，因而如上所述简化了制造工艺，并允许通过半导体制造工艺进行批量生产。因而，能够以低成本提供有高测量精度的红外检测元件。
此外，在本实施例的红外检测元件1和1a中，二极管D1和D2围绕多个热电偶14的冷接点18排布，使得冷接点的平均温度被检测到。因而，能够以高精度检测冷接点的温度。而且，电极沿导电条带排布，这些导电条带构成沿周边延伸的二极管D1和D2，以便控制导电条带的电位。这是用来以高精度测量基准温度的结构。
于是，通过使用在本实施例的红外检测元件1和1a形成诸如临床温度计等温度测量装置，能够实现有高精度温度测量的温度测量装置。图14是表示使用本实施例的红外检测元件1的临床耳温度计的透视图。这一实施例的临床耳温度计50包括有易于以手平面抓握的伸长形状的外壳51，以及可插入耳洞中的圆柱形探头58，用于显示由温度计测量的体温的LCD55，通电开关56和电池盒57装设在前面52。红外检测元件1包含在壳体51中，使得红外吸收体11面向探头58的远端58a。因而，在耳洞内发射的红外辐射由红外检测元件1的红外吸收体11通过探头58接收，使得能够由热电堆12测量该温度。
于是，当操作装设在临床耳温度计50壳体51的背面53的测量启动开关54时，红外检测元件1的输出，即热电堆12的输出，由从二极管D1和D2的输出确定的温度，或冷接点18的温度校正，以高精度显示出体温(温度)。
图15是表示临床耳温度计50简化的电路结构的框图。本实施例的临床耳温度计50包括一温度推导部分61，用于使用来自红外检测元件1的输出计算温度，测量启动开关54，LCD 55，通电开关56，及电池57。温度推导部分61包括第一数据输出部分71，用于向CPU 63提供二极管D1和D2的正向电压降之间的差，这是作为指示热电堆12冷接点18的温度Tr的信号，第二输出部分72，用于向CPU 63输出热电堆12的输出电压，这是作为指示冷接点18和热接点17之间的温差ΔT的信号，CPU 63，用于从数据输出部分71和72分别获得的温度Tr和温差ΔT推导体温，并控制整个温度计，以及RAM 64，作为CPU 63的各种操作的工作区。将通过来自二极管D1和D2的输出所确定的冷接点18的温度Tr，添加到由来自热电堆12的输出所确定的冷接点18和热接点17之间的温差ΔT，以便推导出体温。推导出的体温显示在装设在外壳51的前面52的LCD 55上。
由于上述的红外检测元件1被结合到临床耳温度计50中，基于元件1的热电堆12的输出及二极管D1和D2的输出，能够以高精度不断地测量体温，而不受工作环境的影响。而且，能够使用半导体制造工艺以低成本提供红外检测元件1，这样使用元件1的临床耳温度计50是小型而且廉价的。因而，临床温度计50能够易于购买和使用。
本实施例的红外检测元件1和1a不仅能够用于临床耳温度计，而且还能够用于其它类型的临床温度计，及其它类型的温度计。红外检测元件1和1a还是小型和低成本的，并能够以高精度测量温度，因而拓广了应用范围。
已知在平行的平面中具有平面电极的P-型硅基片上形成的平面二极管的平面结合部分，当通过在P-型硅基片表面层中扩散N-型杂质而形成PN结时，以及当用于元件隔离的氧化硅膜的绝缘层出现在硅基片表面时，由于施加到PN结的电压在绝缘层下P-型硅基片表面层中形成N-型反向层，且一电流通过N-型反向层流过绝缘层与P-型硅基片之间(例如，TakashiTokuyama所著的“Electronics Gijutu Zensho[3]，MOS Device”，p300-p305，由Kogyo Chosa-kai Kabushiki Kaisha发布(1973年8月20))。
因而，当平面二极管在P-型硅基片上形成时，反向电流与N-型反向层的面积成正比增加，并且反向电流使二极管的正向特性畸变，以至在精确温度测量中造成困难。作为对本实施例的红外检测元件1的研究结果，发明人发现，半导体D1和D2的输出电压(正向电压)不稳定地引起被测温度的温差。这样，为了获得能够有高精度温度测量的红外检测元件，发明人研发了如图16所示的一种使用N-型硅基片的红外检测元件。
图16是表示根据本发明的另一实施例的红外检测元件的局部剖视图。在图16中，红外检测元件1b包括硅基片2c，该基片含其中扩散有N-电导型杂质(施主杂质)的N-基片。在红外检测元件1b中，由氧化硅制成的第一接点层21，由氮化硅制成的第一结构层22，作为结合层的氧化膜31，由构成热电偶14的多晶硅制成的电导体16，两个氧化硅膜32和33，及两个表面防护膜38和39，从下面按顺序层叠在N-型硅基片2c上，且红外吸收体11沉积在表面防护层38和39上。如上述实施例那样，由氮化硅制成的第一结构层22包括通过低压(降低的压力)CVD工艺沉积的膜，以防止由第一结构层22支撑的薄膜部分4出现弯曲。
半导体基片2c的中心部分10从下面部分2b被蚀刻以形成薄膜部分4。在N-型硅基片2C中，薄膜部分4的周边部分在蚀刻之后留下以形成厚壁部分3。红外检测元件1b包括P+电导体层DP1a及DP2a，它们是通过在N-型硅基片2c的周边部分9的表层，即厚壁部分3中扩散诸如硼等P-电导型杂质(受主杂质)形成的。而且，通过在电导体层DP1a与电导体层DP2a之间扩散诸如磷等N-电导型杂质(施主杂质)提供N+电导体层DNa。
这些电导体层DP1a、DP2a及DNa构成了两个二极管D1a和D2a。即，电导体层DP1a形成二极管D1a的阳极，而电导体层DNa形成二极管D1a的阴极。而且，电导体层DNa也形成二极管D2a的阴极，而电导体层DP2a形成二极管D2a的阳极。如以上实施例那样，使用同一阴极的二极管D1a和D2a的是围绕热电堆14的冷接点18装设的。
如图17所示，在本实施例的N-型硅基片2c中形成的红外检测元件1b中，作为二极管D1a和D2a的阳极的电导体层DP1a及DP2a连接到阳极端子DA1和DA2，且作为阴极的电导体层DNa连接到阴极端子DK。
能够通过与上述实施例的红外检测元件基本相同的方法形成本实施例的红外检测元件1c。图18到图25简略示出用于制造本实施例红外检测元件1b的过程。
如图18所示，在制造本实施例的红外检测元件1b中，由厚度为小至400的氧化硅(SiO2)制成的第一接点层21通过热氧化过程在硅基片2c的上表面2a上形成。第一接点层21包括一个膜，该膜用于增加对在其上形成的第一结构层22的粘合性，该膜比一般半导体制造工艺中作为元件隔离物而沉积的场氧化膜要薄。
然后，通过低压CVD工艺在第一结合层21的上表面上形成由氮化硅(Si3N4)制成的厚度大约为2500的第一结构层22。第一结构层22包括有拉伸方向内部应力的膜，并能够防止当N-型硅基片2c以薄膜形成时弯曲。
然后，光刻胶(图中未示出)涂敷到第一结构层22上，并曝光和显影，然后通过使用光刻胶(图中未示出)作为掩模进行蚀刻对第一结构层22和第一结合层21进行构图，如图19所示。然后，使用第一结构层22作为隔离区，在N-型硅基片2c的周边部分9设计为形成二极管D1a和D2a的区域中形成二极管D1a和D2a。于是，以80KeV用于加速的高电压使磷离子注入到形成第一电导体层DNa的区域25a，以形成杂质浓度为4×1015离子/cm2的N+扩散层(第一电导体层)。而且，以35KeV用于加速的高电压使硼离子注入到形成第二电导体层DP1a和DP2a的区域26a，以形成杂质浓度为4×1015离子/cm2的P+扩散层(第二电导体层)。
在形成每一电导体层之后，在900℃和20min条件下进行退火，以便补偿在离子注入中产生的晶体缺陷并活化注入到区域25a和26a中的杂质。然后，通过第一结构层22形成彼此隔离的二极管D1a和D2a。
然后，如图20所示，通过高温CVD工艺形成厚度大约为1000氧化膜(HTO高温氧化物)31。然后，构成每一热电偶14的电导体之一的多晶硅电导体16在氧化膜31上通过使用硅烷(SiH4)气体的CVD工艺形成为大约4000厚度。然后，光刻胶涂敷到多晶硅电导体16，并曝光和显影，然后通过使用光刻胶作为掩模的蚀刻对多晶硅电导体16进行构图使电导体层DNa，DP1a和DP2a暴露，如图21所示。
然后，如图22所示，再次通过CVD工艺沉积厚度大约为1000的氧化膜(HTO)32，并进而在氧化膜32上通过CVD工艺沉积厚度大约为8000的氧化膜(BPSG)33。在氧化膜33形成之后，通过在900℃和20min的条件下退火使氧化膜33平面化。
在沉积氧化膜33的表面被平面化而形成铝金属膜能够被形成而不会有断开的状态之后，光刻胶(图中未示出)涂敷到氧化膜33上，并曝光和显影。然后，为了实现在N-型硅基片2c中形成的扩散层(电导体层)DNa，DP1a和DP2a，及多晶硅电导体16，和金属(铝金属)之间的导电性，使用光刻胶作为掩模进行构图35使扩散层及对应于多晶硅电导体16的热接点17和冷接点18部分暴露，如图23中所示。
然后，通过溅射汽相淀积从氧化膜33上面沉积铝以便填充由构图形成的凹陷形成铝膜(图中未示出)。然后，向铝膜涂敷光刻胶，曝光并显影，并通过使用光刻胶作为掩模的蚀刻对铝膜进行构图形成金属导线36和铝电导体15，如图24所示。结果是，铝电导体15连接到多晶硅电导体16形成热接点17和冷接点18。同时，多个热电偶14串联而形成热电堆12。这样，层叠在半导体基片2的上表面2a的结构基本完成。
然后，如图25所示，通过使用TEOS(原硅酸四乙酯)气体等离子CVD工艺沉积大约2000厚度的表面防护膜(PADA)38覆盖氧化膜33，铝电导体15和金属导线36。在沉积膜38之后，涂敷SOG(Spin On Glass)并然后在400℃和30min条件下焙烧。结果，表面防护膜38被平面化。此外，在表面防护膜38上通过等离子增强型CVD工艺沉积等离子氮化物膜(SixNy)作为厚度大约为1000的第二表面防护膜(PADB)39。
此外，在表面防护膜39上沉积金黑形成厚度大约1到10μm的红外吸收体11。最后，N-型硅基片2c的下部分2b被掩盖留下中心部分10，且以KOH或NaOH作为蚀刻剂从下面各向异性地蚀刻N-型硅基片2C的中心部分10。于是，N-型硅基片2c的中心部分10被去除而形成图16所示的红外检测元件1c。
在上述使用N-型硅基片2c形成的红外检测元件1b中，不会在第一结合层21下面形成N反向层，因而获得二极管D1a和D2a良好的正向特性。而且，与在P-型硅基片上形成的二极管相比，二极管D1a和D2a的输出电压(正向电压)非常稳定，这样能够进行精确的温度检测。因而，使用本实施例的红外检测元件1b，能够获得有高精度的温度测量元件。
即使当使用N-型硅基片1c时，可以在第一结构层22和氧化膜31之间提供如图13所示的由氧化硅制成的第二结构层41及氮化硅制成的第三结构层42。
如上所述，在本发明中，在半导体基片上形成由氮化硅制成的第一结构层而不是场氧化膜。第一结构层能够通过低压CVD工艺形成为在拉伸方向有内部应力的膜，这样能够防止薄膜部分弯曲。而且，能够防止第一结构层上形成的热电堆变形，而允许以高精度检测温差。此外，使用第一结构层彼此隔离了结合到半导体基片中的PN结，这样PN结能够同时结合到半导体基片，用于精确检测冷接点温度。因而，能够以低成本制造以高精度检测体温等温度的红外检测元件，并能够以低成本提供高精度的小型温度测量装置。
权利要求
1.一种用于制造红外检测元件的方法，包括以下步骤在半导体基片上形成由氮化硅制成的第一结构层；在半导体基片的周边部分中对第一结构层构图以便在半导体基片的表面上形成PN结；在第一结构层上形成多个热电偶，使得冷接点位于半导体基片的周边部分，并且热接点位于半导体基片的中心部分，并且串联这些热电偶以形成热电堆；以及从下面蚀刻出半导体基片的中心部分。
2.根据权利要求1的制造红外检测元件的方法，还包括蚀刻步骤之前，在半导体基片的中心部分上形成红外吸收体的步骤，以便覆盖热接点之上或附近的热电堆的至少一部分。
3.根据权利要求1的制造红外检测元件的方法，其中形成第一结构层的步骤包括以低压CVD形成由氮化硅制成的第一结构层。
4.根据权利要求1的制造红外检测元件的方法，其中形成PN结的步骤包括形成多个PN结。
5.根据权利要求1的制造红外检测元件的方法，其中形成PN结的步骤包括通过PN结形成二极管。
6.根据权利要求1的制造红外检测元件的方法，其中形成PN结的步骤包括形成沿半导体基片周边部分延伸的PN结。
7.根据权利要求6的制造红外检测元件的方法，其中形成PN结的步骤包括在PN结的第一电导体层和第二电导体层的上表面上分别形成电极，使得电极分别沿第一和第二电导体层延伸。
8.根据权利要求1的制造红外检测元件的方法，其中在形成第一结构层的步骤之前，还包括在半导体基片上形成由氧化硅制成的第一结合层的步骤。
9.根据权利要求8的制造红外检测元件的方法，其中第一结合层比第一结构层薄。
10.根据权利要求3的制造红外检测元件的方法，还包括在第一结构层上形成由氧化硅制成的第二结构层，以及在第二结构层上形成由氮化硅制成的第三结构层的步骤。
11.根据权利要求1的制造红外检测元件的方法，还包括在蚀刻步骤之前在半导体基片上形成表面防护膜的步骤。
12.一种红外检测元件，包括半导体基片，具有从下面蚀刻出的中心部分；由氮化硅制成的第一结构层，形成在半导体基片上并在中心部分具有薄膜结构；PN结，通过对半导体基片周边部分中第一结构层构图在半导体基片的表面上形成；以及热电堆，包括在第一结构层上形成并被串联的多个热电偶，使得冷接点位于半导体基片的周边部分，并且热接点位于半导体基片的中心部分。
13.根据权利要求12的红外检测元件，还包括在半导体基片的中心部分上形成的红外吸收体，以便覆盖热接点之上或附近的热电堆的至少一部分。
14.根据权利要求12的红外检测元件，其中第一结构层包括产生拉伸方向内部应力的膜。
15.根据权利要求14的红外检测元件，其中第一结构层是通过低压CVD沉积的。
16.根据权利要求12的红外检测元件，包括多个PN结。
17.根据权利要求12的红外检测元件，其中PN结形成二极管。
18.根据权利要求12的红外检测元件，其中PN结沿半导体基片周边部分延伸。
19.根据权利要求18的红外检测元件，其中PN结包括沿PN结的第一电导体层和第二电导体层上表面延伸的电极。
20.根据权利要求12的红外检测元件，还包括由氧化硅制成并在第一结构层和第二结构层之间形成的第一结合层。
21.根据权利要求20的红外检测元件，其中第一结合层比第一结构层薄。
22.根据权利要求14的红外检测元件，还包括由氧化硅制成的第二结构层以及由氮化硅制成的第三结构层，它们在第一结构层上形成。
23.根据权利要求12到22任何之一的红外检测元件，其中半导体基片是N电导型。
24.一种温度测量装置，包括根据权利要求12的红外检测元件，以及用于通过由红外检测元件的PN结的输出确定的温度来校正冷接点温度以便基于从热电堆的输出确定温度的装置。
25.根据权利要求24温度测量装置，还包括带有可插入到耳洞中的远端的圆柱部分，其中红外检测元件这样配置，使得中心部分的上表面面向圆柱部分的远端。
26.根据权利要求25温度测量装置，其中红外检测元件包括在中心部分形成的红外吸收体，以便覆盖热接点之上或附近的热电堆的至少一部分。
全文摘要
本发明提供一种能够以低成本精确测量温度的热电堆红外检测元件。提供一种使用氮化硅膜作为第一结构层22构成薄膜部分4的结构的红外检测元件1。与氧化硅不同，第一结构层22有拉伸方向的内部应力，并这样能够防止出现弯曲。而且，使用第一结构层22作为元件的隔离区在硅基片2中能够形成二极管D1和D2，这样能够防止由于环境的变化所引起的热电堆12的变形，以便抑制热电堆12的测量误差。此外，能够提供可使用二极管D1和D2精确检测冷接点温度的高精度红外检测元件。
文档编号A61B5/01GK1457423SQ02800474
公开日2003年11月19日 申请日期2002年1月31日 优先权日2001年3月16日
发明者佐藤茂美, 山下秀人, 萩原努 申请人:精工爱普生株式会社