专利名称：温度传感器及采用该温度传感器的辐射温度计、温度传感器的制造方法、采用光刻胶膜的 ...的制作方法
技术领域：
本申请的第一发明涉及温度传感器即热电堆的高灵敏化。提供一种作为对红外线等辐射光感光的热型红外线传感器的温度传感器、对包含气体的流体的温度变化进行检测的温度传感器、热分析用温度传感器等中使用的热电堆高灵敏化的温度传感器、以及采用该温度传感器的辐射温度计、以及温度传感器的制造方法。
本申请的第二发明涉及用于使温度传感器即热电堆高灵敏化而在温度感应部设置多层薄膜的多层薄膜热电堆，其中，光刻胶被使用是因为多层薄膜可以很容易形成规定尺寸和形状，尤其容易形成使得上下层薄膜上形成的层热电堆彼此导通的孔。提供一种作为对红外线等辐射光感光的热型红外线传感器的高灵敏度温度传感器、对包含气体的流体的温度及变化、流体的流速等进行检测的温度传感器、以及热分析用温度传感器等中使用的热 电堆，对其可以高灵敏化、高精度且低成本制造的、采用光刻胶膜的多层薄膜热电堆及采用该热电堆的辐射温度计、以及多层薄膜热电堆的制造方法。
背景技术：
(就第一发明而言)
热电堆是将多个热电偶串联连接、相对同一温度差AT，传感输出即热电势大的热型传感器，是温度差传感器。热型传感器分为热敏传感器等绝对温度传感器和热电偶及热电堆等温度差传感器。温度差传感器因为只检测温度差，所以，例如为可适用零位法仅可精确检测某点相对基准温度与其他点的温度差的高精度热型温度传感器(专利文献1)，因此，在耳式体温计等高精度红外线温度传感器中，基本上都使用热电堆(专利文献2 )。
对于同一热电材料形成的热电偶组合构成的热电堆中，在同一温度差Λ T的条件下，热电堆输出与其热电偶数量成正比。例如将热电堆用作为红外线传感器感光部的情况。对于同一感光面积，形成热电堆的场合，当热电偶总数η增加，此时，热电堆输出增大，但是，热电偶数量则由此需要形成为细长的形状。热电偶的温接点(接受比周围温度高的物体辐射出来的红外线的场合)形成于感光部主体(热分离于基板的横隔膜形状的薄膜)的中央附近，冷接点形成于支持感光部主体并位于其周围的热沉上，所以，即使将感光部主体悉数算入热电偶总数η中而对热电堆进行简化计算，热电偶总数为η的热电堆需要I对热电偶的η分之一的细度的热电偶，而且，因为η个热电偶串联连接，所以计算其内部电阻r增大为I对热电偶的η的2次方。实际上，如果从尝试作出的实验上看，也可看出该η的2次方式成立的。因此，如果热电偶总数η增大2倍则内部电阻r变成4倍，随着个数的递增其内部电阻r也增大。如果内部电阻r很大，则约翰逊噪音增大，所以不适合作为传感器。因为其内部电阻r增大，传感器的热电堆的S/N会恶化，所以由此应该限制热电偶总数η的个数。因此，纵然在对于同一面积、采用同一热电材料的场合，如何保持内部电阻r足够小，而又增加热电偶总数η的个数的课题值得研究。
通常，电阻率大的热电材料因为具有大的塞贝克系数，所以在不增加热电偶总数η的个数的前提下，总是尝试提高热电堆的输出，因此，热电堆的输出和因内部电阻r而导致的S/N变成平衡关系，从而在这些平衡点的基础上制作热电堆。
(就第二发明而言)
本发明人在先专利申请发明了一种多层薄膜热电堆的原型即“温度传感器及采用该温度传感器的辐射温度计、以及温度传感器的制造方法”(特愿JP2010-100578)。其中，采用5微米左右厚度的有机材料即PET薄膜(聚乙烯对苯二酸酯膜)作为层薄膜，在该层薄膜上串联多个由热电材料Bi和Sb形成的热电偶，将由此形成的层热电堆通过各层薄膜的贯通·孔串联连接而成的多层薄膜上形成组合热电堆。然而，其需要将PET膜进行多层贴合的工序及形成上下层热电堆彼此导通用贯通孔，另外，在导通中需要使用银粘剂等，所以从量产上考量还有改善的地方。
除了光刻胶膜之外，如果选择硅氧化膜等无机材料物质作为各层薄膜的话，则需要形成各层薄膜步骤、形成光刻胶膜步骤、以及对光刻胶膜进行曝光并构图的步骤、将光刻胶膜作为掩膜而蚀刻除去各层薄膜的步骤、除去光刻胶膜的步骤，工序数非常繁多，如果重复进行这些步骤形成多层薄膜的话，则需要增加多重子步骤的划定工序，这样，形成该多层薄膜热电堆就会成本很高。
现有技术中，基本上在最后的工序中需要形成将薄膜从基板上热分离而形成的空穴，另外，因为硅的各向异性蚀刻液(蚀刻剂)具有强碱性，能够溶化有机物及多数金属等，所以作为从基板上热分离的薄膜，必须选择能够耐该蚀刻剂的物质，同样，在从基板上热分离的薄膜上，也只能残留耐该蚀刻剂的某种物质，在生产上受到很大的制约。
在先技术文献 专利文献
专利文献 I :W02002/075262(特愿 JP2002-573629)号公报 专利文献2 :特开JP2004 - 31684号公报

发明内容
(第一发明)
本发明目的在于提供一种采用可不增加热电堆内部电阻r、而热电偶数总数η增加的高输出高S/N的热电堆的温度传感器、以及采用该温度传感器的高灵敏度辐射温度计，还进一步提供一种采用有机材料形成该热电堆的薄膜时的制造方法。
(第二发明)本发明为了解决上述问题而提出，目的在于提供一种通过空穴而从基板上热分离的多层薄膜和构成该薄膜的层薄膜能够容易形成为规定形状、厚度、尺寸、能够在层薄膜规定的地方容易形成贯通孔、能够经由贯通孔使得上下层热电堆彼此容易的导通，从而形成均匀、廉价、高灵敏度的多层薄膜热电堆、以及应用该热电堆形成的高灵敏度辐射温度计及其制造方法。
用于解决技术问题的手段
(第一发明)
为了实现上述目的，本发明权利要求I涉及的温度传感器，为一种将从基板热分离的薄膜上形成的热电堆设置在温度感应部的温度传感器，其特征在于，上述薄膜具有多个接合的多层薄膜，在构成该多层薄膜的各层薄膜上，形成各层热电堆，构成上述各层热电堆的各热电偶的冷接点和温接点中的其中一个接点形成在上述基板的位置上，而另一个接点则形成在上述各层薄膜中热分离于基板的区域上，上述基板用作为比上述薄膜热容大的热沉，形成于上述各层薄膜上的各层热电堆按照顺序串联连接形成组合热电堆，该串联连接使得组合热电堆的输出变大。
现有技术中，对于温度传感器用热电堆，在作为热沉的基板上形成红外线感光部等的温度感应部的横隔膜状(夕' 八7 7 ’ 或者也可以称之为薄膜^>))或者悬臂状
(力> + K)的薄膜上，将塞贝克系数大、与其热电势方向相反的热电材料形成的非常细的的薄膜的热电偶排列成阵列，将它们串联连接以使它们之间的热电势足够大。然而，在现有技术中，在由单层红外线感光部形成的横隔膜状或者悬臂状薄膜上，呈二维排列热电偶形成的热电堆，为了在彼此不接触的同一温度感应部的面积上形成多个热电偶阵列(可认为是热电偶总数η的阵列)，所以限制了热电偶总数η的增大。
然而，在本发明中，通过使同一面积感光部薄膜多层化，从而能够制作成三维排列的热电偶阵列，这样，在作为红外线传感器使用时，对红外线感光部构成的同一温度感应部，假如将多层薄膜中的其中一层层薄膜的热电偶数(构成层热电堆的热电偶数)计为m，则该多层层数的k倍即构成热电偶总数η (构成组合热电堆的热电偶总数)即n=m*k。而且，对于所有热电偶(组合热电堆)的内部电阻也是仅仅为各单层薄膜上形成的热电偶(层热电堆)的内部电阻的多层层数的k倍。下面将详述。
其中，假定构成红外线感光部的温度感应部的面积一定。这里，将现有技术中在仅I层薄膜上形成η对热电偶的热电堆的场合中的所有热电偶的热电堆的内部电阻rI，和本发明中将薄膜多层化分割形成为k层，在该各层薄膜上形成m对热电偶(层热电堆)的场合中的组合热电堆的内部电阻rk，进行比较。为了进行比较，将使同一面积温度感应部内部电阻变小、横贯整个面积上只形成I对热电偶时的该对热电偶ra的内部电阻作为基准，计算情况如下文。
在现有技术的单层的I层薄膜上形成η对热电偶的场合，其中形成的I对热电偶的内部电阻h为η ·ι>因此，此时的组合的η对热电偶的热电偶的内部电阻η用下式I表示。
[数I]
Γι=η · r0l=n2 · ra
另外根据本发明，将薄膜多层化分割形成为k层，在该各层薄膜上形成m对热电偶从而形成层热电堆的场合，该各层薄膜的每一层的层热电堆的内部电阻r。,用m Ta表示。另外，组合热电堆的热电偶总数η如果用k ·πι表示的话，此时组合的η对组合热电堆的内部电阻rk用下式2表示。
[数2]
2 n2 T1 rk=m-rok=m -r0 =—ra =-^
形成内部电阻rk。因此，根据本发明，对于将薄膜多层化分割形成k层的层热电堆，SP使对于构成同一感光面积上形成的组合热电堆的热电偶总数η也相同，相对现有技术中单层薄膜上形成的热电堆，内部阻抗变成了 k的平方分之一。例如k为3，即多层化为3层层薄膜的场合，计算得到内部电阻为其9分之I。该组合热电堆的内部电阻的减小，实现了使温度传感器的S/N减小的效果，此时，能够提高放大率实现高灵敏化。
对于构成层热电堆的热电偶而言，存在冷接点和温接点，例如，在用作为感光红外线的红外线传感器时，通常在热容大的基板上形成的接点作为冷接点，而在对由温度比基板温度高的物体上辐射的红外线进行感光的场合中，从基板热分离的薄膜上形成的接点为温接点。不过，在对从温度比基板温度低的物体辐射的红外线进行感光的场合中却相反，从薄膜放出的辐射则变多，薄膜因为相对较冷，所以基板上形成的接点则成了温接点，即基板成了温接点。对于基板而言，因为热容比形成感光部的薄膜大，所以将其作为热沉使用，将基板的温度作为热电堆的基准温度。
对于构成热电堆的热电偶，将这些热电偶串联或者并联，还可以将它们以组合方式连接，在同一温度差Λ T的条件下，为了使2端子构成的组合热电堆的热电势增大，最好将所有的热电偶串联连接。
本发明权利要求2涉及的温度传感器的上述多层薄膜由以无机薄膜为主体的材料构成。其中，以无机薄膜为主体指的是，即使在多层薄膜上，光刻胶膜等有机材料一部分作为增强的绝缘层等目的使用，除去构成热电堆的热电偶材料之外的多层薄膜的至少80%以上由无机材料构成的情况。
红外线感光部形成的横隔膜状或者悬臂状薄膜中，无机材料通常采用单晶硅作为基板，多数情况下，经由设置在基板上的空穴形成硅氧化薄膜或者硅氮化薄膜，在该薄膜上形成热电材料即P形及η型BiTe、Bi及Sb等的热电偶阵列并构图。另外，采用SOI基板,将该η型的SOI层(薄硅薄膜)作为形成红外线感光部的横隔膜状或者悬臂状的薄膜，其中，将硼等掺杂物扩散上涂于其上形成高浓度的P型层，将其作为热电偶的其中一个的热电材料，同时，将其上形成的薄硅氧化膜(SiO2膜)作为绝缘层，而作为另一个热电材料，则采用将铝薄膜(Al)构图，或形成多晶硅层，或对η型进行构图。除了采用这样的无机材料作为横隔膜状或者悬臂状薄膜之外，本发明中还将薄硅氧化膜(SiO2膜)等作为绝缘层，能够多层化形成组合热电堆。在这种场合下，例如将多晶硅层按照顺序进行多层化，经由其表面热氧化或者等离子氧化等的绝缘层，在各层上形成多个热电偶(层热电堆)，对它们进行多层化，通过接触孔的上下层薄膜导通部串联连接，能够形成 由大量热电偶构成的组合热电堆。
本发明权利要求3涉及的温度传感器的上述多层薄膜是以有机薄膜为主体的材料形成。其中，以有机薄膜为主体指的是，即使在多层薄膜上，无机材料一部分作为增强的绝缘层等目的使用，除去构成热电堆的热电偶材料之外的多层薄膜的至少80%以上由有机材料构成的情况。
现有技术中，采用5微米左右厚度的有机材料即PET薄膜(聚对苯二甲酸乙二醇酯膜)作为上述薄膜，在该薄膜上串联多个由热电材料Bi和Sb形成的热电偶，由此形成红外线传感器用热电堆。在本发明中，是以这种有机薄膜作为主体的上述薄膜上多层化形成层热电堆的情况。
对于上述PET膜这样的有机材料，存在很多可以形成得非常薄，而且热传导率非常低的材料，也存在很多适用作为红外线传感器的感光部的情形。另外，熔点在300° C以下的也很多，另外由于具有软化点的也很多、能够通过热压使得有机材料薄膜彼此接合的情形也多。另外，通过加热的金属或者陶瓷的棒或刀，很容易地在有机薄膜上形成孔，并且切断该有机薄膜。
本发明权利要求4涉及的温度传感器利用粘合剂接合上述多层薄膜，作为一片上述薄膜的情况。
在多层薄膜由无机薄膜形成时，通常不用粘合剂，通过溅射或者CVD等即可形成该多层薄膜。但是，根据需要，在于其上形成各层热电堆的状态下，独立形成构成多层薄膜的各层薄膜，将它们接合形成一体的多层薄膜的场合，对作为粘合剂的例如低熔点玻璃进行溅射或者真空蒸镀或者CVD等方式形成，在对各层薄膜进行定位之后进行叠合，升高温度将低熔点玻璃熔融接合。另外，还可以将水玻璃或者根据需要将薄的有机粘合剂等涂布于其上一边加压一边升温进行接合。另外，还可以将具有如此接合形成的组合热电堆的多层薄膜安装在基板上形成温度传感器。此时，需要设计对各层热电堆的电气连接。
在多层薄膜由有机薄膜形成时，在于其上形成各层热电堆的状态下，构成多层薄膜的PET薄膜等各层薄膜独立形成，在对它们进行接合形成一体的多层薄膜的场合中，不用粘合齐U，可热熔粘合PET薄膜。另外，经由非常薄的片状粘合剂(起始形态为固态的片)，也能够进行热熔粘合。此外，作为粘合剂，例如可以采用环氧系等液状粘合剂，在涂布小于I微米左右的厚度之后，对各层薄膜进行定位，之后进行叠合，边加压边升温进行接合。在使用环氧系等发生聚合反应的粘合剂的场合，无需蒸发溶剂，只需考虑温度及反应时间的问题，适用于面积大的多层薄膜的接合。
作为粘合剂，可以为包含溶解构成多层薄膜的有机薄膜或无机薄膜的溶剂的溶液，通过涂布该溶液，使之彼此溶合并接合。对于这种溶剂，例如对于硅氧化膜，诸如含氟氧酸的溶剂，在溶解薄膜的表面层的同时融入其内部的材料，这种溶剂还可以用于无机或有机薄膜的多层化接合。
本发明权利要求5涉及的温度传感器的形成于上述多层薄膜上的各层热电堆的层间连接，是通过形成于各层热电堆电极之上的对应的层薄膜的贯通孔而实现电气连接的。
在采用粘合剂对上述多层薄膜进行接合的场合，为了叠合各层薄膜，粘合剂将形成于各层薄膜的各层热电堆串联连接，需要将上下各层薄膜的电极彼此电联，所以，为了防止在这些电极上涂布粘合剂而电气绝缘，在接合的各层薄膜中，在对应下层薄膜的电极部的位置上，设置上部层薄膜的贯通孔，在该上部层薄膜的贯通孔的一部分上，需要设计防止粘合剂涂布于其上等。
如上所述，为了上下各层薄膜的各层热电堆的层间连接，这些电极彼此电气连接，所以在上部层薄膜上通过贯通孔比较合适。此时，在形成于上述层薄膜上的贯通孔的周边，形成上部层薄膜的层热电堆的电极的话，利用导电性粘合剂等能够很容易实现导通，具有优势。
本发明权利要求6涉及的温度传感器构成为，将多个上述温度感应部呈阵列状排列于上述基板上。
根据本发明，通过在同一基板上形成多个温度感应部，各组合热电堆的输出彼此存在差动放大，呈阵列状排列，能够测量温度分布。例如，如果采用它们作为红外线传感器，还可以用作为图像传感器，还能够检测不同方向发出的热源。在热容大的同一基板上形成组合热电堆的各层热电堆的其中一个接点(冷接点或温接点)，所以，温度差传感器即热电堆的各温度感应部的基准温度相同，可以形成高精度的温度传感器。
通过在同一基板上形成多个温度感应部，例如在用作耳式体温计的红外线传感器的场合中，相对外耳的较低的温度，鼓膜温度要高些，在要测定该鼓膜温度的场合中，可以将温度分布中最高的温度作为体温。这样，可以减少在耳中插入传感器时，由于其插入角度不同而导致的体温计测量误差。
本发明权利要求7所述温度传感器是在上述多层薄膜中，除了组合热电堆之外，还具有至少一个薄膜发热器的情形。
从基板热分离的多层薄膜上形成的组合热电堆具有非常高的灵敏度，通过将该组合热电堆和薄膜发热器一起形成多层薄膜，从而可以提供一种热传导型传感器。热传导型传感器采用薄膜发热器加热薄膜，检测与该薄膜接触的气体、液体等流体的热传导率的变化，所以，还可以用作流体传感器、气压传感器(含真空传感器)、含氢气传感器或湿度传感器的气体传感器、以及通过温度扫描微发热器而检测物质的焓变化的超小型热分析仪等。作为薄膜发热器，还可以是金属等薄膜电阻体，还可以使用薄膜热点偶作为发热器。另外，薄膜发热器(微发热器)的加热温度大多以10° C左右的温度上升，所以，上述薄膜也可以无需采用无机薄膜而使用PET或氯乙烯等有机薄膜。另外，作为热传导型传感器的作用，不一定只是在薄膜加热器加热中，基于周围环境的流体热传导率变化对多层薄膜的温度变化进行测量而测量出各种物理量，甚至还可以对在停止薄膜发热器的加热之后紧接的冷却过程中的周围环境的流体的热传导率变化进行测量。
本发明权利要求8涉及的温度传感器是在基板上形成绝对温度传感器，将其作为上述基板的温度检测用传感器。
热电堆因为是温度差传感器，所以为了获得温度的绝对值，无论如何都需要钼电阻体或热敏电阻等绝对温度传感器。此时，适合采用绝对温度传感器测量作为热电堆的各温度感应部的基准温度的基板温度。因此，存在在基板上形成绝对温度传感器的情况。在基板为半导体的场合，于其中形成二极管等，将其作为绝对温度传感器使用也可以。另外，还可以采用构成热电堆的其中一个的热电材料中电阻温度系数大的材料作为电阻温度传感器。
本发明权利要求9涉及的温度传感器是将上述温度感应部作为红外线感光部的红外线传感器的情形。
在本发明中，通过将作为温度感应部的红外线感光部的薄膜进行多层化，从而可以制作出三维排列的热电偶阵列的热电堆(组合热电堆)，由此可以得到这样的红外线传感器，即在同一面积的红外线感光部中，如上所述内部电阻相对热电偶总数的比例很小。通常，传感器内部电阻存在约翰逊噪音，为了得到S/N大的传感器，无论如何需要减小传感器的内部电阻。
另外，可以在感光部额外形成黑金箔等吸收膜作为红外线吸收膜，但是，若多层膜具有在期望的红外线波长区域具有吸收带的场合，则无需利用多层膜、特别是利用黑金箔等吸收膜。
本发明权利要求10所述温度传感器在上述薄膜感光部具有红外线吸收膜，用于传导由该感光部接受的热量的热传导薄膜延伸直至接点，该接点形成于在包含上述感光部中央附近的上述各层薄膜之上的层热电堆的该红外线感光部区域。
作为红外线传感器，为了利用本发明的温度传感器，需要形成在作为目标的红外线波长区域中具有吸收带的红外线吸收膜。当然，对于氮化硅膜或者氧化硅膜而言，也适用于将红外线传感器作为耳式体温计，在人类的体温大约37° C左右的红外线辐射波长即8 - 14微米(μ m)附近具有吸收带，所以，上述多层薄膜自身也可以采用该氮化硅膜或氧化硅膜形成。不过，其厚度还是个问题，多数场合使用其他的红外线吸收膜。
作为红外线吸收膜，优选使用黑金箔，也可以使用多孔质铬或镍薄膜等。红外线吸收膜对红外线进行感光，其目的在于加热改变其温度，使感光部的热电堆的接点所在区域部分的薄膜的温度上升。
对于形成于各层薄膜上的层热电堆的热电偶数而言存在上限，在感光部的薄膜中央附近，形成构成层热电堆的热电偶阵列的接点，然而，即便如此，从各接点的面积和热电偶数的关系中，却得不到从薄膜中央偏离的区域中形成热电偶阵列的各接点的关系。通常，红外线吸收膜形成于作为感光部的整个薄膜面上，该薄膜的中央部因对红外线感光而温度最高。在包含该中央部附近的场合，通过延伸形成用于传导中央部的高温的热量的热传导薄膜，直至各层薄膜中从基板热分离的薄膜的区域中形成的层热电堆的热电偶阵列的接点，从而实现高灵敏度的红外线传感器。红外线吸收膜最好形成多层薄膜，但没必要在各层薄 膜的每一个上都形成。
本发明权利要求11涉及的温度传感器是将热传导薄膜形成在相对感光部的上述薄膜与红外线吸收膜相反的一侧的情形。
当然，在形成热传导薄膜之后，随后形成红外线吸收膜，所以也可以将热传导薄膜和红外线吸收膜相对感光部的薄膜形成在同一侧。然而，尽管热传导薄膜优选使用导电率高的金属，但是，在构成感光部的热电堆的热电偶阵列侧形成的场合中，热电偶阵列存在短路的可能性，通过将热传导薄膜形成在相对感光部的上述薄膜与红外线吸收膜相反侧，从而能够回避这个问题。
本发明权利要求11涉及的温度传感器，在作为红外线传感器的一个感光部上，具有从基板热分离的多个温度感应部，并且该多个温度感应部还由彼此热分离的上述薄膜构成。
适用于检测被测定目标体温度分布和温度测定区域的温度差，具有比设置多个感光部更小型化的优点。
本发明权利要求12涉及的辐射温度计，其特征在于，采用温度传感器，对来自物体的红外线进行感光，基于来自上述温度传感器的电信号显示上述物体的温度或温度分布。
其中，将本发明的温度传感器用作红外线传感器，将其用作辐射温度计。还可以一边测量被测目标物体的温度，一边作为图像传感器使其温度分布及其图像可视化。另外，采用耳式体温计等进行鼓膜温度测量显示体温，灵敏度很高，故此，还可以用作为利用二氧化碳等特定气体的红外线吸收的气体传感器。
本发明权利要求13涉及的温度传感器的制造方法，是一种在有机薄膜的各层薄膜上形成层热电堆，在温度感应部设置多层化形成的组合热电堆的温度传感器的制造方法，其特征在于，包含在有机薄膜的各层薄膜中，假定各多层化的层薄膜数并形成每个层的各层热电堆的形成步骤，在上述各层的必要的地方形成电极导通用贯通孔的贯通孔制作步骤、叠合上述有机薄膜的各层薄膜并接合的多层接合步骤、以形成于各层薄膜的各层热电堆串联连接的方式经由贯通孔使上下层电极间导通的导通步骤、兼做单个温度传感器的热沉的基板的阵列上接合上述接合过的多层有机薄膜的基板接合步骤、与各温度传感器分离的元件分离步骤。
在采用有机薄膜在各层薄膜上形成层热电堆、并多层化后形成的组合热电堆的场合，对于采用无机薄膜的现有技术的微加工技术中使用的溅射或CVD等方法形成多层膜存在很多困难。为此，需要单独形成多层膜。本发明中的步骤是，在PET等有机薄膜上形成多个层热电堆，将它们多层化形成组合热电堆，从而制成温度传感器。
(第二发明)·
为了实现上述目的，本发明权利要求14涉及的多层薄膜热电堆，其特征在于，通过空穴，由各个层薄膜形成从基板上热分离的多层薄膜，在该层薄膜上分别形成层热电堆，形成于这些上下层薄膜上的层热电堆彼此通过形成于层薄膜上的贯通孔串联连接，对于构成至少一个组合热电堆的多层薄膜热电堆，构成多层薄膜的各层薄膜的主体为光刻胶膜，贯通孔基于该光刻胶膜自身的曝光·显影，通过构图而作成。
通过在基板中或者基板上形成空穴，从该基板上热分离的多层薄膜的各层薄膜上形成的热电堆，在本发明中称之为层热电堆，将这些层热电堆电气串联连接的热电堆称之为组合热电堆。
通过采用光刻胶膜形成多层薄膜的主体，从而很容易高精度形成利用照相原理设计出的形状、厚度和尺寸的多层薄膜。另外，通过在形成层薄膜的光刻胶膜自身规定的位置进行曝光·显影从而进行构图，能够很容易以高精度形成贯通孔，所以，通过形成于该层薄膜的贯通孔能够很容易使上下的层热电堆彼此导通。不仅对热电堆的热电材料进行构图，还可以对空穴、进一步的对从基板上切出传感器芯片的场合下采用光刻法进行构图，所以，能够得到均匀的尺寸及传感特性。通常，光刻胶薄膜电气绝缘性，并且由于是有机材料而热传导率也差，通过对该光刻胶的层薄膜进行多层化，从而形成多层薄膜，形成于各层薄膜的层热电堆经由贯通孔串联连接形成组合热电堆。
对构成层热电堆的热电偶，具有冷接点和温接点，例如在对红外线进行感光的红外线传感器中使用时，通常，将热容大的基板上形成的接点作为冷接点，而在对温度比基板温度高的物体辐射出的红外线进行感光时，从基板上热分离的薄膜上形成的接点作为温接点。然而，在对从温度比基板温度低的物体发出的红外线进行感光的场合，相反，从感光部的薄膜发出的辐射更多，则该感光部的薄膜相对较冷，所以，形成于基板上的接点成为温接点，而形成于感光部的薄膜上的接点则成为冷接点。基板因为与作为感光部的薄膜相比热容较大，所以将其作为热沉使用，将基板的温度作为热电堆的基准温度。
如果在同一面积的温度感应部中，构成形成于多层薄膜上的组合热电堆，与并非多层薄膜的一层薄膜上形成的热电堆相比，在内部电阻很小的条件下能够对各多层增加热电偶数，所以，在测量同一温度差的场合，能够得到大小正好合适的热电堆输出的输出电压。因此，能够提供一种高灵敏度的多层薄膜热电堆。
经由在将光刻胶膜作为主体的层薄膜上形成的贯通孔，可以将上下的各层热电堆彼此电气导通并串联连接。此时，将形成于层薄膜的贯通孔的位置与形成于其下部层的层薄膜 的贯通孔的位置最好配置成防止偏离而造成彼此电气接触。从这种角度出发，对于上下的层热电堆的构图形状而言，不但贯通孔彼此的位置不同，而且各层热电堆整体上串联连接， 还需要对形成组合热电堆那样的层热电堆的图形进行设计，这很重要。
作为构成各层热电堆的热电偶的连接方法，可以将这些热电偶串联或者并联，或者混合连接，但是，在同一温度差AT的条件下，为了使2端子构成的组合热电堆的热电势增大，最好将所有的热电偶仅串联连接。
本发明权利要求15涉及的多层薄膜热电堆的多层薄膜形成于牺牲区域上，通过由于除去该牺牲区域而出现的空穴而从基板上热分离。
牺牲区域呈层状时通常称之为牺牲层，但在本发明中，并非仅限于层状，所以称之为牺牲区域。另外，这里将牺牲区域的物质材料称之为牺牲物质。牺牲区域不能在作为多层薄膜的主体的光刻胶膜中渗入蚀刻溶液，牺牲物质采用能够溶解的蚀刻溶液(蚀刻剂)。例如，可以将铜作为牺牲物质，将氯化亚铁溶液作为蚀刻液。牺牲区域可以采用电解电镀镍、锌、铜等或者无电解电镀方式形成。另外，作为牺牲区域的牺牲物质，可以采用熔点低的金属诸如锌等，并进行加热熔解填充空穴，形成牺牲区域。另外，还可以在加热溶解的锌浴槽中浸入具有空穴的基板，对空穴进行填充。此时，单晶硅(Si)的各向异性蚀刻通过将单晶硅的热氧化膜等作为掩膜而进行，所以通过肼等的各向异性蚀刻，很容易制作具有由硅的曝光的(111)面围住的硅面的空穴的曝光面。对该曝光面进行无电场镍镀，卷入该区域中并以低熔点浸入容易蚀刻的锌浴槽中，从而可以很好地让无电场镍镀面和锌融合，让锌填充空穴。因为无电场镍镀中在硅空穴之外采用硅氧化膜覆盖，因为作为牺牲物质的锌只会残留在无电场镍镀面，所以这些都是优点。另外，作为蚀刻液，例如可以采用稀盐酸。组合热电堆的电极因为露出的地方多，此时，需要选择不会渗入这些蚀刻液的电极材料。当然，如果采用显影时不溶解构成多层薄膜的光刻胶膜的其他的光刻胶，对组合热电堆的电极进行覆盖保护的话，该组合热电堆的电极的选择也变得自由。
本发明权利要求16所述多层薄膜热电堆的牺牲区域在以规定尺寸形成于基板上的上述空穴中填充牺牲物质。在单晶硅基板上，在以规定尺寸预形成的空穴中填充作为牺牲物质如锌等金属，之后，以规定厚度旋涂多层薄膜热电堆的多层用光刻胶。采用溅射沉积法等形成层热电堆用两种热电材料物质(如锑(Sb)和铋(Bi))，通过采用与多层薄膜的光刻胶膜不同种光刻胶的光刻法构图并形成层热电堆。之后，再一次以规定厚度旋涂多层用光刻胶膜，通过光刻胶膜的曝光、显影，形成上下的层热电堆的导通用导通孔及牺牲区域的蚀刻用蚀刻孔等。之后，再一次反复进行溅射沉积法及层热电堆的形成步骤等，以构成组合热电堆。之后，通过牺牲区域的蚀刻孔的蚀刻液蚀刻除去牺牲区域。通过该步骤，出现预形成的空穴，从而使得多层薄膜形成的组合热电堆从基板上热分离。通过布置好电极板的配线等，从而完成多层薄膜热电堆的制作。
本发明权利要求17涉及的多层薄膜热电堆采用单晶硅作为基板。
作为基板的单晶硅通过使用其晶体面各向异性蚀刻，可以很容易形成精度很高的尺寸合适的空穴，能够在基板上布置二极管及晶体管等电子元件及1C，很容易形成绝缘膜，为耐热性和耐久性非常好的材料，适合作为多层薄膜热电堆的基板。
本发明权利要求18所述多层薄膜热电堆中，将采用与多层薄膜不同材料的增强用薄膜紧密附着形成于上述多层薄膜上，以增强该多层薄膜。
因为采用光刻胶膜作为多层薄膜，一般为薄的具有弹性的有机材料，即使形成桥接结构，仍然存在因松弛等而变形的担忧。为此，作为与多层薄膜不同的硬材料的增强用薄膜，例如采用溅射沉积法等形成无机材料诸如石英薄膜、铝薄膜、氮化硅膜等，能够提高通过空穴而具有悬空结构的多层薄膜的强度。
作为基板，在采用SOI (Silicon On Insulator)基板时，还可以将该SOI层作为增强用薄膜。在SOI层上形成光刻胶膜的多层薄膜，能够在其上形成组合热电堆。也可以将SOI层损蚀形成空穴，在该空穴中填充锌等牺牲物质。SOI层耐高温，利用该特性，还可以于其上形成薄膜发热器，形成二极管及晶体管，以形成绝对温度传感器，将其作为薄膜发热器使用。另外，于其上还可以形成集成电路。
本发明权利要求19涉及的多层薄膜热电堆中，在上述牺牲区域形成凹凸以起到增大多层薄膜厚度的效果，增大多层薄膜的挠曲强度。
在本发明中，为了增大多层薄膜的挠曲强度，有效增大多层薄膜厚度时，在其中填充锌等的牺牲区域中，例如通过采用光刻法的蚀刻技术，形成I条或多条槽，于其上涂布光刻胶膜以形成多层薄膜热电堆用多层薄膜。据此，通过设置该槽而在光刻胶膜上断面形状形成凹部，换言之，和波纹镀锌板挠曲强度增加一个道理，相对挠曲方向光刻胶膜厚度有效增大，挠曲强度增强。这里，只有光刻胶膜的多层薄膜也可以，形成增强用薄膜也可以。通常，挠曲强度与厚度的立方成正比，有效厚度成两倍则挠曲强度成8倍。其中，“形成于上述牺牲区域的凹凸”指的是凹部和凸部的任何一个，或者是两者，为了简便表述为“凹凸”。
本发明权利要求20涉及的多层薄膜热电堆中，将多个组合热电堆呈阵列状排列于上述基板上。
通过在同一基板上呈阵列状形成多个组合热电堆，在例如2个组合热电堆分别单独工作时，可以将其中一个作为目标物体的温度检测用，而将另外一个作为检测特定温度参照用。另外，将若干组合热电堆呈二维阵列排列，可以将它们作为像素而用作图像传感器。例如，在将其用作耳式体温计的红外线传感器时，鼓膜温度相对外耳的低温要高些，在要测定该鼓膜温度时，可以将温度分布中最高的温度作为体温。这样，在将传感器插入耳中时，可以减少由于该插入角度等的不同而导致的体温测量误差。当然，与形成于基板上的发热器组合，将其配置于该发热器的上游侧或者下游侧，则可检测气体或液体的流量等等，用途很 多。
在从基板上热分离的多层薄膜上形成的组合热电堆灵敏度非常高，通过将该组合热电堆和薄膜发热器一起形成于多层薄膜上，可以提供一种热传感器型传感器。热传导传感器通过薄膜发热器加热薄膜，检测与该薄膜接触的气体、液体等流体的热传导率变化，所以，还可以用作流体传感器、气压传感器(含真空传感器)、含氢气传感器及湿度传感器的气体传感器、以及温度扫描薄膜发热器而检测物质的焓变化的超小型热分析仪等。作为薄膜发热器，还可以是金属等薄膜电阻体，还可以使用薄膜热电偶作为发热器。另外，薄膜发热器(微发热器)的加热温度大多以10° C左右的温度上升，所以，多层薄膜可以采用光刻胶膜，另外，作为热传导型传感器的作用，不一定只是在薄膜加热器加热中，基于周围环境的流体热传导率变化对多层薄膜的温度变化进行测量而测量出各种物理量，甚至还可以对在停止薄膜发热器的加热之后紧接的冷却过程中的周围环境的流体的热传导率变化进行测量，从加热时的噪音的开放以及流体种类的判定等角度上看是优选的。
本发明权利要求21涉及的多层薄膜热电堆，在基板上形成绝对温度传感器，将其作为上述基板的温度测量用传感器。
因为热电堆为温度差传感器，所以很多场合都需要能够显示绝对温度的绝对温度传感器。尤其是，可以在热容大、热传导率大的基板上形成多层薄膜热电堆的冷接点等其中一个接点，特别是，在用于辐射温度计的场合中，需要热电堆的基准温度，为此，需要绝对温度传感器。作为绝对温度传感器，可以为钼电阻体等感温电阻体薄膜、热敏电阻、二极管、晶体管等，如果基板为单晶硅，二极管及晶体管可以直接形成于基板上，感温电阻体薄膜、热敏电阻、则可以形成于在基板上形成的硅氧化膜上。另外，还可以采用构成热电堆的热电材料中电阻温度系数大的材料作为电阻温度传感器。在本发明的表现上虽然是将多层薄膜热电堆的其中一个接点(例如冷接点)形成于基板上，但是，此时，指的是将多层薄膜热电堆的另外一个接点(例如温接点)形成于从基板上热分离的多层薄膜内。因此，热电堆性质上在从基板热分离的多层薄膜温度比基板温度低时，形成于该区域的接点为冷接点，而形成于基板上的接点则变成了温接点。
本发明权利要求22涉及的多层薄膜热电堆采用半导体基板，在该基板上形成含放大器的集成电路。
采用单晶硅基板等的半导体作为基板，于其上形成空穴，在除去空穴部的区域中形成放大电路和计算电路，还可以进一步在同一基板上形成各种驱动用电路等。另外，采用该IC技术，从而在同一基板上形成系统，可提供一种紧凑型辐射温度计、图像传感器、流体传感器的装置等。
本发明权利要求23所述多层薄膜热电堆，在红外线感光部形成组合热电堆的其中一个接点，用于热型红外线传感器。
在本发明中，在作为温度感应部的红外线感光部的薄膜上形成组合热电堆的其中一个接点(例如温接点)，并多层化，从而能够制作呈三维排列的热电偶阵列的热电堆(组合热电堆)，能够实现在同一面积的红外线感光部，内部电阻相对热电偶总数的比例非常小的多层薄膜热电堆的红外线传感器。另外，因为构成多层薄膜的各层薄膜使用光刻胶膜，所以能够以高精度形成微小的贯通孔。红外线感光部即温度感应部位形成从基板上热分离的区域的多层薄膜。另外，还可以在感光部额外形成黑金箔等吸收膜作为红外线吸收膜，不过，在多层膜于所期望的红外线波长区域具有吸收带的场合，利用该多层膜即可，无需额外形成黑金箔等红外线吸收膜。
本发明权利要求24涉及的辐射温度计，其特征在于，采用权利要求10所述多层薄膜热电堆，对来自物体的红外线进行感光，基于生成的多层薄膜热电堆输出的输出信号，能够显示物体的温度及温度分布。
采用本发明的多层薄膜热电堆，将其用作辐射温度计。可以一边对被测目标物体的温度进行测量，一边作为图像传感器将温度分布及其图像可视化。另外，可以通过耳式体温计等对鼓膜温度的测量显示出体温。另外，因其具有高灵敏度，所以还可以用作为非扩散型红外分光计(非扩散型红外线气体分析仪)。采用红外线光源及本发明的该多层薄膜热电堆，以期应用于利用二氧化碳气体等特定气体的红外线吸收的气体传感器中。
作为辐射温度计，为了利用本发明的多层薄膜热电堆，需要形成在作为目标的红外线波长区域中具有吸收带的红外线吸收膜。当然，对于氮化硅膜或者氧化硅膜而言，也适用于将红外线传感器作为耳式体温计，因在人类的体温大约37° C左右的红外线辐射波长即8 — 14微米(μ m)附近具有吸收带，所以，上述多层薄膜自身也可以采用该氮化硅膜或氧化硅膜形成。不过，其厚度还是个问题，多数场合使用其他的红外线吸收膜。
作为红外线吸收膜，优选使用黑金箔，也可以使用多孔质铬或镍薄膜等。红外线吸收膜对红外线进行感光，其目的在于加热改变其温度，使感光部的热电堆的接点所在区域部分的薄膜的温度上升或者下降。对于形成于各层薄膜上的层热电堆的热电偶数而言存在上限，在感光部的薄膜中央附近，形成构成层热电堆的热电偶阵列的接点，然而，即便如此，从各接点的面积和热电偶数的关系中，却得不到从薄膜中央偏离的区域中形成热电偶阵列的各接点的关系。通常，红外线吸收膜形成于作为感光部的整个薄膜面上，该薄膜的中央部因对红外线感光而温度最高。在包含该中央部附近的场合，通过延伸形成用于传导中央部的高温的热量的热传导薄膜，直至各层薄膜中从基板热分离的薄膜的区域中形成的层热电堆的热电偶阵列的接点，从而实现高灵敏度的红外线传感器。红外线吸收膜最好形成多层薄膜，但没必要在各层薄膜的每一个上都形成。
本发明的辐射温度计采用多层薄膜热电堆，温度感应部即感光部吸收来自物体的红外线使热量发生变化，基于多层薄膜热电堆的输出电信号，将该温度变化显示成物体的温度或温度分布。可以一边测量被测目标物体的温度，一边作为图像传感器使温度分布及该图像可视化。另外，采用耳式体温计等进行鼓膜温度测量显示体温，灵敏度很高，故此，还可以用作为利用二氧化碳气体等特定气体的红外线吸收的气体传感器。所以，本发明中，通过在 多层薄膜热电堆的传感器芯片上使用单晶硅基板，并在其中形成集成电路，可以提供一种紧凑的辐射温度计。
本发明权利要求25涉及的多层薄膜热电堆的制造方法，为多层薄膜热电堆的制造方法，其特征在于，包含在基板上形成牺牲区域的牺牲区域形成步骤、涂布将牺牲区域和基板覆盖着的光刻胶膜的光刻胶涂布步骤、将该光刻胶膜进行曝光并构图的步骤、形成层热电堆的层热电堆形成步骤、重复上述光刻胶涂布步骤到层热电堆形成步骤一系列的步骤、重复形成多层薄膜的步骤以及之后除去牺牲区域的牺牲区域除去步骤。
通过事先在单晶硅等基板上采用各向异性蚀刻形成设置的空穴，在曝光过的硅面围住的空穴、及被热氧化膜等覆盖的空穴中，采用如无电解镍镀、铜镀、锌镀及其组合等的已知的电镀技术或加热熔融技术等，向空穴中填充牺牲物质，形成牺牲区域，或者，很多场合是，在基板上形成牺牲区域，形成牺牲区域的牺牲区域形成步骤，之后，隆起形成牺牲区域的基板的表面。为此，最好采用物理研磨手段使牺牲区域平坦化。另外，也可以根据需要，通过光刻法，在牺牲区域形成凹凸(凹部或凸部或者都包括的意思)，之后，以涂布的光刻胶膜的多层膜挠曲强度很强的方式形成槽(以相对有效挠曲方向观察厚度大些的方式形成很重要)。这意思是说，尽管在没有形成尽可能多的多层膜的层热电堆的区域形成凹凸，但是需要防止层热电堆断连。之后，实施涂布光刻胶膜的光刻胶涂布步骤，确定层薄膜区域、用于形成贯通孔的构图步骤、层热电堆形成步骤，重复进行这样的步骤，直到用于多层化层热电堆的重复步骤结束，形成组合热电堆。当然，在这些步骤中，上下的层热电堆彼此经由形成于层薄膜上的贯通孔电气串联连接，形成至少一个组合热电堆，其输出端子形成于基板的区域中，并被构图。之后，实施牺牲区域除去步骤，其中，通过形成于基板表面的空穴上的光刻胶膜的多层膜上的蚀刻孔、及基板里面的空穴部形成的蚀刻孔等，将蚀刻剂浸入牺牲区域，之后将牺牲区域除去。然后，通过输出用电极板的布线结合及封装等，完成多层薄膜热电堆的制作。
发明效果
(第一发明)
因为设于温度感应部的薄膜为同一面积，对于本发明的温度传感器，将k层的层热电堆的层薄膜多层化形成组合热电堆，所以，即使热电偶总数η相同，相对现有技术中单层薄膜上形成的热电堆，内部阻抗变成了 k的平方分之一，具有实现了 S/N大的温度传感器这样的优点。
本发明温度传感器，无论是无机薄膜还是有机薄膜，均在其上形成了层热电堆，可以多层化用作为I个温度感应部。另外，对于热电堆而言，相对于接点间的同一温度差AT，构成该热电堆的热电偶数越多则输出越大，灵敏度越高，通过多层化能够呈三维扩张组合热电堆的热电偶总数n，所以，具有能够提供一种以相对低的电阻实现高灵敏度的温度传感器的优点。
本发明温度传感器具有如下优点，即，如果在形成于上部层薄膜的贯通孔周边，形成上部的层薄膜的层热电堆的电极，通过导电性粘合剂等能够很容易实现层间的导通。
本发明的温度传感器中，在热容大的同一基板上形成组合热电堆的各层热电堆的其中一个接点(冷接点或温接点)，所以，温度差传感器即热电堆的各温度感应部的基准温度相同，能够得到高精度的温度传感器。
本发明的温度传感器具有如下优点，即，在同一多层薄膜中，除了组合热电堆之外，还能够形成至少一个薄膜发热器(微发热器)，所以，将该结构用作为热传导型传感器，能够高灵敏度、高精度测量流体的流量及掺杂物浓度、气压及热分析等各种与热量相关的物理量。
本发明温度传感器具有如下的优点，即，在同一基板上形成多个温度感应部，能够一边差动放大各组合热电堆的彼此输出，一边形成阵列状，测量温度分布。并具有由此能够获得最高温度及最低温度的优点。
本发明温度传感器因为可以作为热型红外线传感器，所以能够很容易提供一种作为辐射温度计的高灵敏度的体温计或者图像传感器等。
本发明的温度传感器的制造方法具有如下优点，即，通过在以有机薄膜为主体的各层薄膜上形成层热电堆和伴随该多层化时的必要的各步骤，可以使用能够制作成热传导率非常小且非常薄的PET等的有机薄膜，能够很容易形成贯通孔，元件分离也很容易等，能够提供一种灵敏度高而S/N高，并且成本低廉的温度传感器。
就第二发明来讲，除了具有第一发明的效果之外还具有如下效果。本发明的多层薄膜热电堆具有如下优点，即，使用光刻胶膜，构成从基板上热分离的多层薄膜的各层薄膜的主体为光刻胶膜，基于该光刻胶膜自身的曝光和显影通过构图而能够容易地形成精细且高精度的贯通孔，另外，通过该贯通孔，层热电堆彼此之间很容易串联连接，进一步，能够实现用于形成采用能够通过曝光、显影进行构图的光刻胶膜的多层薄膜的工序数的减少。
本发明的多层薄膜热电堆具有如下的优点，即，在基板上预形成多层薄膜的高精度尺寸的空穴中，填充牺牲物质，能够形成牺牲区域，通过蚀刻剂等除去牺牲区域很容易将组合热电堆从基板上热分离。即使在采用硅基板的场合，采用强碱性蚀刻剂各向异性蚀刻剂形成空穴，对于将光刻胶膜的多层薄膜从基板上热分离，通过牺牲区域的蚀刻即可完成，所以无需使用会渗入光刻胶膜的强碱性蚀刻剂，牺牲区域材料选择及其蚀刻剂的组合的选择的余地大。
本发明多层薄膜热电堆具有如下优点，即，因为能够采用单晶硅等晶体基板，所以能够利用晶位面很容易形成高精度尺寸的空穴。因此，该空穴的形状的确立即决定了从多层薄膜基板上热分离的区域的尺寸的高精度，所以能够提供一种热响应性能好、精度高且均匀的、偏离量非常小的多层薄膜热电堆。
本发明的多层薄膜热电堆中，在牺牲区域设置形成凹凸，有效增大多层薄膜的厚度，很容易地使多层薄膜的挠曲强度增大。
本发明的多层薄膜热电堆具有如下优点，即，对于光刻胶膜的多层薄膜，在光刻胶膜材料选择和增强用薄膜辅助下，通过光刻胶膜的多层薄膜中的空穴，从基板热分离的悬空的薄膜即温度感应部很难变形。
本发明多层薄膜热电堆中，利用形成于基板上的牺牲区域，能够形成光刻胶膜的多层薄膜的从基板上热分离的悬空的薄膜即温度感应部，所以，在该悬空的温度感应部的正下方的基板区域中还可以形成集成电路等。这样，能够提供一种可将其作为紧凑型系统使用的多层薄膜热电堆。具体的，将该悬空的温度感应部用作为图像传感器的微小像素，构成红外线传感器二维感光部阵列的场合，能够在悬浮于各感光像素的空中的温度感应部的正下方的基板区域上，形成作为各像素的信号处理电路的集成电路。这样，因为能够实现有效面积大的红外线感光，所以能够实现一种分辨率高的高灵敏度图像传感器。
本发明的多层薄膜热电堆具有如下优点，即，因为在基板上能够使用单晶硅，所以能够利用成熟的IC技术。因为能够在多层薄膜热电堆的基板上形成现有技术的放大器及计算电路、控制电路等集成电路，根据需要形成系统，所以，能够制作一种高灵敏度的紧凑的多层薄膜热电堆及其辐射温度计。
在热电堆中，硅基板上多使用昂贵的SOI基板，但是，本发明的多层薄膜热电堆却具有这样的优点，即，因为能够仅仅使用低成本的单晶硅即可，所以能够提供一种廉价的多层薄膜热电堆。
本发明的多层薄膜热电堆中，因为在热容大的同一基板上形成组合热电堆的各层热电堆的其中一个接点(冷接点或者温接点)，所以温度差传感器即热电堆的各温度感应部的基准温度相同，可实现高精度温度传感。
本发明多层薄膜热电堆具有如下优点，即，除了组合热电堆之外，在与组合热电堆相同配置的多层薄膜，或者相近配置的不同的多层薄膜上，能够形成至少一个薄膜发热器(微发热器)，所以，利用该结构作为热传导型传感器，能够高灵敏度、高精度测量流体的流量、掺杂物浓度、气压及热分析等各种与热量相关的物理量。
本发明的多层薄膜热电堆中，在同一基板上形成多个温度感应部，能够一边差动放大各组合热电堆的彼此输出，一边形成阵列状，测量温度分布。并由此能够获得最高温度及最低温度，能够应用做高灵敏度耳式体温计，能够误差小地测量鼓膜温度。
本发明的多层薄膜热电堆的制造方法具有如下优点，即，包含在将光刻胶膜作为主体的各层薄膜上形成层热电堆，伴随该多层化而进行各种所需工序，光刻胶膜多使用有机物，能够很容易制作热传导率非常小且非常薄的光刻胶膜，光刻胶膜的使用，使得贯通孔也能够很容易地高精度形成，利用事先高精度形成的空穴形成牺牲区域，通过牺牲区域，能够很容易形成从构成温度感应部的基板热分离的多层薄膜，所以偏离量非常小、均匀、且高灵敏度、响应速度快，元件分离也容易，能够提供一种高S/N且低成本的多层薄膜热电堆。特别地，能够不使用SOI基板而使用廉价的单晶硅基板，所以能够提供一种紧凑型廉价的具有集成电路的多层薄膜热电堆。


图I为示出用于说明本发明温度传感器概念的一实施例的结构外观图的平面图，例示为热型红外线传感器的情形。(第一发明的实施例I)
图2为本发明温度传感器的图I的X-X横截面外观图。(第一发明的实施例I)
图3示出构成本发明温度传感器的多层薄膜的组合热电堆的各层热电堆的结构，例示为热型红外线传感器的情形。作为其一实施例，示出3个的各层薄膜及其层热电堆的图形(a)、(b)、(C)，例示出各层薄膜采用无机薄膜的情形。(第一发明的实施例I)
图4为示出用于说明本发明温度传感器的一实施例的结构外观图的平面图，例示的是I个感光部中形成由2个多层薄膜构成的组合热电堆。(第一发明的实施例2)
图5示出用于说明构成本发明温度传感器的多层薄膜的组合热电堆的分解成各层热电堆的3个各层薄膜及其各层热电堆的图形(a)、(b)、(c)，例示的是热型红外线传感器的情形。作为其一实施例，各层薄膜采用有机薄膜。(第一发明的实施例3)
图6为示出用于说明本发明温度传感器概念的一实施例的结构外观图的截面图，例示的是热型红外线传感器中各层薄膜采用有机薄膜的情形。(第一发明的实施例3)
图7为示出本发明温度传感器的各层薄膜中采用有机薄膜时，在I块有机薄膜上，各层薄膜中形成的层热电堆的图形阵列，Ca)中示出的是带框的情形，(b)中示出的是其X-X中的横截面不意图。(第一发明的实施例3)
图8为示出本发明温度传感器的各层薄膜中使用有机薄膜的情形，图7 (b)的横截面示意图中示出的带框的各层薄膜中形成的各层热电堆的图形阵列，按照其多层薄膜块数区分，不出叠合接合形成组合热电堆时的样子的横截面不意图。(第一发明的实施例3)
图9为示出本发明温度传感器的各层薄膜中使用有机薄膜时，固定各组合热电堆的多层薄膜的基板阵列的一实施例的结构外观图的平面图(a)及大致沿其X-X线的截面示意图(b)，针电极实际上并不位于X-X线上，为了看清楚针电极的截面形状，示出经由该地方的截面图。(第一发明的实施例3)
图10为示出本发明温度传感器中其各层薄膜上采用有机薄膜形成热型红外线传感器 的一实施例，分成图8所示的多层薄膜块数(这里为3块)，在叠合接合形成的组合热电堆上，沿着经过接合图9所示的基板阵列时的针电极的位置的线的截面示意图。(第一发明的实施例3)
图11为示出本发明温度传感器作为红外线传感器，用作辐射温度计时的外观图。(第一发明的实施例4)
图12为示出本发明温度传感器作为在同一多层薄膜上形成组合热电堆和薄膜发热器的热传导型传感器的示意图。(第一发明的实施例5)
图13为示出用于说明本发明温度传感器的各层薄膜采用有机薄膜时的温度传感器的制造方法的特征步骤的方块图。(第一发明的实施例6)
图14为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆的概念的一实施例的结构外观图的平面图，例示为热型红外线传感器的情形。(第二发明的实施例7)
图15为本发明多层薄膜热电堆的图14的X-X横截面外观图。(第二发明的实施例7)图16为示出构成本发明多层薄膜热电堆的多层薄膜15的组合热电堆14的各层热电堆13的结构的一实施例的平面外观图，例示为热性红外传感器的情形。示出的是光刻胶膜形成的3个各层薄膜及形成于其上的层热电堆的最下部图形(a)、中间层图形(b)、最上部图形(C)。(第二发明的实施例7)
图17为制作本发明多层薄膜热电堆的中途阶段，在单晶硅基板上设置空穴10之后，在该空穴10中填充牺牲区域8的牺牲物质如锌等的金属时的硅基板I的横截面外观图。(第二发明的实施例7)
图18示出的是图17中空穴10中填充牺牲区域8的牺牲物质如锌等金属之后，将牺牲区域8隆起的部分研磨使之平坦化，或者在空穴10中填充牺牲区域8的牺牲物质时，用平板等将加热融化的牺牲物质平坦化并覆盖牺牲区域8，包含空穴10形成铸模而呈平坦化状态的基板I的横截面外观图。(第二发明的实施例7)
图19为制作本发明多层薄膜热电堆的中途阶段，在单晶硅基板I上设置空穴10之后，在该空穴10中填充牺牲区域8的牺牲物质如锌等的金属时的基板的另一实施例的平面外观图(a)及其Y-Y线的截面示意图(b)，例示的是设置凹凸9(实际中此处为凹部)，于之上形成光刻胶膜，使由光刻胶膜构成的多层薄膜15的有效厚度增大，挠曲强度提高的情形。(第二发明的实施例8)
图20为示出在牺牲区域8形成图19的凹凸9，形成本发明多层薄膜热电堆时的一实施例的平面外观图(a)及其Y-Y线的截面示意图(b)(第二发明的实施例8)
图21为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆的另一实施例的横截面示意图，与如实施例的图15和图18所示空穴10在基板I内闭合时不同，例示的是在基板I的厚度方向贯通的空穴10中填充作为牺牲物质的锌等形成牺牲区域8的情形。(第二发明的实施例9)图22为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆的另一实施例的横截面示意图，例示的是在基板I上形成空穴10，在基板I的上方形成具有组合热电堆14的多层薄膜15的情形。(第二发明的实施例10)
图23为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆的另一实施例的平面外观图，例示的是形成组合热电堆14和薄膜发热器35作为热传导传感器适用于作为测量气体等流体的流量 的流量传感器的情形。(第二发明的实施例11)
图24为示出采用本发明的多层薄膜热电堆制作辐射温度计时的一实施例的平面外观图，例示的是将多层薄膜热电堆适用于热型红外线传感器，同一空穴中靠近的设置2个组合热电堆14A、14B的情形。(第二发明的实施例12)
图25为示出采用本发明多层薄膜热电堆的辐射温度计适用做图像传感器时其一实施例的平面外观图。例示的是作为多层薄膜热电堆的阵列，在同一基板I上形成组合热电堆阵列140的情形。(第二发明的实施例13)
图26为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆的制造方法的特征步骤的方块图。(第二发明的实施例14)
符号说明
I基板
2 2A、2B薄膜 3热电堆
55A、5B温度感应部 6热电偶 7感光部 8牺牲区域 9凹凸 10空穴 11贯通孔
1212A、12B、12C 层薄膜
1313A、13B、13C 层热电堆
1414AU4B组合热电堆
1515AU5B多层薄膜 16热电导体A
17热电导体B 18接点A19接点B 20配线
2121A、21B电极端子A
2222A、22B电极端子B 23电极
24上下层薄膜导通部
25红外线吸收膜 26热传导薄膜
27粘合剂 28绝缘层
29导电性材料
30接触孔
31、31A、31B、31C 框
32针电极
33外部电极端子
34绝对温度传感器
35薄膜发热器
36缝隙
41基板阵列
42基板阵列结合部
50红外线传感器
55辐射温度计
60被测温物体
65发热器电极
70透镜系统(感光部阵列)
91电镀膜 100增强用薄膜 110集成电路 121垂直扫描电路 122水平扫描电路 140组合热电堆阵列
具体实施方式
下面将参照附图对本发明温度传感器等实施例做出详细的说明。
(第一发明的实施例)
实施例I
图I为示出用于说明本发明温度传感器概念的一实施例的结构外观图的平面图，图2为图I的X-X横截面外观图，例示为热型红外线传感器的情形。在图I中，尽管例示的是热型红外线传感器的情形，但是为了更容易弄清楚结构，省去形成于感光部7的红外线吸收膜25及热传导薄膜26的描述。另外，基板I上薄膜2形成主体(横隔膜)，为了具有空穴10，构造成从基板I上热分离的结构。在该薄膜2上尽管形成热电堆3，但在本发明中该薄膜2为多层薄膜15，在构成该多层薄膜15的各层薄膜12(12八、128、120上，形成层热电堆
13(13A、13B、13C)，为了使各粘合剂27及通过热熔着等多层化的上下的层热电堆13的热电势大，通过上下层薄膜导通部24串联连接，从电极端子A21和电极端子B22向外部输出。另外，各层热电堆13的其中一个接点A18因为热容大而位于作为热沉的基板I上，另一个接点B19则位于从基板I热分离的薄膜2中构成感光部7的横隔膜的中央附近。因为横隔膜的中央附近面积狭小，所以实际上，对横隔膜中央附近的高温物体发出的红外线进行感光而温度上升(从低温物体接受辐射时温度下降)，热量从中央附近向周围传导，为此，在包含横隔膜的中央附近的地方形成金属薄膜或热电导体等形成的热传导薄膜26，于其上配置形成接点B19。
在本发明温度传感器用作为热型红外线传感器时，形成红外线感光部7，其中分别形成各层热电堆13 (13A、13B、13C)的各层薄膜12 (12A、12B、12C)，将其接合形成多层薄膜15，该多层薄膜15通过空穴10从基板I上形成热分离形状。该各层薄膜12还可以由硅氧化膜、硅氮化膜及它们的混合薄膜等无机材料形成，还可以由PET薄膜这样的塑料薄膜等有机材料形成。另外，各层热电堆13 (13A、13B、13C)由串联连接的多个薄膜的热电偶6形成。通常，由具有正和负的塞贝克系数的半导体或半金属，甚至由金属薄膜的组合构成的薄膜的热电偶6形成。
在图3中，本发明温度传感器例示为上述的热型红外线传感器的情形，作为如图I和2所示的各层薄膜，采用硅氧化膜、硅氮化膜及其混合薄膜等无机材料形成，示出用于说明构成多层薄膜的组合热电堆的各层薄膜上形成的组合热电堆分解成各层热电堆的3个各层薄膜及其各层热电堆的图形(a)、(b)、(C)的平面外观图。
图3 Ca)为示出热型红外线传感器的图，通过在单晶硅(Si)基板I上采用CVD法(化学气相沉积)，将热膨胀系数调整为与单晶硅相同的氮氧薄膜(硅的氧化膜和氮化膜的混合膜)形成层薄膜12A，该层薄膜12A还可以用作为电气的和热的绝缘层28的薄膜。进一步，作为于其上热电偶6的其中一个热电导体A16，在CVD成膜P型多晶薄膜之后进行构图，作为于其上形成的另一个热电导体B17，在溅射形成铝薄膜(Al)之后进行构图，形成层热电堆13A。图3 (b)和图3 (c)与如图3 (a)所示出的形成的情形相同，分别形成层薄膜12B和层薄膜12C，于其上分别形成热电材料的热电导体A和热电导体B，形成层热电堆13B、层热电堆13C。在本实施例所示由3层构成的多层薄膜形成时，为了使各层热电堆13A、13B、13C的上下层通过上下层薄膜导通部24串联连接，需要对于各层薄膜12A、12B、12C的每一层构图改变电极23、电极端子A21、电极端子B22等的位置。
如上所述，本发明温度传感器的热型红外线传感器采用无机材料的薄膜2形成时，构成各薄膜2的层薄膜12A、12B、12C采用CVD法形成，也可以采用叠合堆积，所以未必需要粘合剂27等。另外，采用公知光刻法，各层薄膜12A、12B、12C的厚度也非常薄，诸如O. I微米(Um)0另外，构成各层热电堆13A、13B、13C的热电偶6的热电导体A16和热电导体B17的厚度和宽度也都可以非常小，诸如Iym和2μηι左右。
在层薄膜12上形成绝缘层28之后，于其上形成层热电堆13而形成多层薄膜15，具有对层热电堆13的热电导体A和热电导体B的选择性大的优点，进一步，多数情况下，绝缘层28不但为电气绝缘层，而且还具有热绝缘性，所以适用于支持非常薄的层热电堆13的场
八
口 ο
作为如上所述形成的本发明的温度传感器的热型红外线传感器，对所期望的红外线波长区域透过，例如采用单晶硅Si滤片的过滤材料或者过滤器，进一步安装在金属或塑料外包装中，在外部安装外部取电的公知的端子，可以整体作为一个元件进行处理。当然也可以是，通过在基板上I上形成用于放大电输出的放大器及热敏电阻及Pn接合二极管等绝对温度传感器34，作为一体模块化的温度传感器进行处理。
实施例2
图4为示出本发明温度传感器作为热型红外线传感器时，采用作为由上述图2和图3所示无机材料形成的感光部7中的温度感应部5的薄膜2的一实施例的结构外观图的平面图。在本实施例中，在同一感光部7中，形成薄膜2Α、2Β作为悬臂状的2个温度感应部5Α、5Β，形成2个组合热电堆14Α、14Β，另外，各组合热电堆14Α、14Β分别由3层多层薄膜15Α、15Β形成，进一步，各多层薄膜15Α、15Β分别在各层热电堆13中具有各自的层薄膜12。在基板I上，为了将ρη结合二极管作为绝对温度传感器34使用，形成ρη结合二极管，从而能够测量作为基准温度的基板I的绝对温度。2个不同的组合热电堆14Α、14Β的输出可以分别从电极端子21Α、21Β和电极端子22Α、22Β输出。在本外观平面图中，各多层薄膜15Α、15Β的厚度方向各自的层热电堆13等的分解图，及红外线吸收膜25等，为了避免混淆而省略示出。
为了形成悬臂状的2个温度感应部5Α、5Β，通过使用红外线的透镜系统，测量被测目标的2个点的温度差，将其中一个温度感应部5Α对红外线遮光，测量其输出，并且，采用另一个温度感应部5Β对来自被测目标点的红外线进行感光，测量其输出，检测该输出的差，通过差动放大，从能能够对红外线感光进行高精度温度测量。
如上所述，示出的是形成悬臂状的2个温度感应部5Α、5Β的情形，然而也可以是，在同一感光部7，将温度感应部5呈矩阵状排列形成，能够用作为高灵敏度高精度的基于红外线传感器阵列的红外线图像传感器。
在上述实施例2中，采用作为由无机材料形成的感光部7中的温度感应部5的薄膜2，在同一感光部7中，形成作为悬臂状的2个温度感应部5Α、5Β的薄膜2Α、2Β，形成2个组合热电堆14A、14B,然而也可以是，在I个感光部7中，形成由PET薄膜等有机材料形成的彼此热分离的2个薄膜2A和薄膜2B，同时，在其间设置缝隙36，形成2个薄膜2A和薄膜2B，能够将分别与之对应的2个温度感应部5A、5B彼此热分离。在形成由PET薄膜等有机材料形成的彼此热分离的2个薄膜2A和薄膜2B时，和无机材料薄膜不同，呈悬臂状形成2个薄膜2A和薄膜2B，而在形成多于2个的分离薄膜2时，强度将很难保证，所以适合通过I个缝隙36，做成I对薄膜2A和薄膜2B。此时，感光部7的薄膜2形成横隔膜状，而塑料薄膜等形成的薄膜2向一个方向延伸，如果沿着该方向，选择缝隙36的长度方向，缝隙36的宽度很难变大，这些都是优点。
实施例3
图5为示出用于说明构成本发明温度传感器的多层薄膜15的组合热电堆14的各层
薄膜12A、12B、12C上形成的组合热电堆14分解成层热电堆13A、13B、13C的3个各层薄膜12A、12B、12C及该层热电堆13AU3BU3C的图形图5 (a)、(b)、(c)，例示的是热型红外线传感器的情形，作为其一实施例，各层薄膜12A、12B、12C采用有机薄膜。在图6中，将分别形成图5所示的层热电堆13A、13B、13C的3个各层薄膜12A、12B、12C叠合，涂布粘合剂27及绝缘层28，利用环氧基等粘合剂27接合形成多层薄膜15，例示的是元件分离的温度传感器的横截面外观图。其中，还示出了红外线吸收膜25、金属膜等热传导薄膜26，并且还示出了通过I个针电极32的线的横截面外观图，例示中还在外部安装了用于引出红外线传感器的输出的外部电极端子33。针电极32通过贯通孔11贯通多层薄膜15，在该贯通孔11中，充满导电性胶这样的导电性材料29，能够与电极23电气接触。
采用PET膜等有机薄膜的各层薄膜12A、12B、12C，通过其制造步骤，形成廉价的温度传感器即红外线传感器，其中，如图7所示，对应各层薄膜12A、12B、12C的PET膜等有机薄膜片上形成大量层热电堆13A、13B、13C的阵列，它们如图8所示，叠合形成多层薄膜15，通过上下层薄膜导通部24串联连接以使热电势足够大，从而形成组合热电堆14。PET膜等有机薄膜可以为4μπι左右厚度的片体，因为热传导率非常小，所以能够做成为高灵敏度的热型红外线传感器。
作为构成层热电堆13A、13B、13C的热电偶6的热电导体A16，例如采用铋(Bi )，而作为热电导体B17，例如采用锑(Sb)，对应各自的图形通过掩膜进行真空蒸镀，能够分别使各层热电堆13 (13A、13B、13C)阵列化。为了叠合接合形成各层薄膜12以形成多层薄膜15，首先，为了对各层薄膜12A、12B、12C施加均匀的张力，以及各自独立处理起来容易，在各层薄膜12A、12B、12C中利用环氧基等粘合剂27贴付框体31，图中刚好示出的是该状态，作为其中一个例子，图7 (a)示出安装了框31的层薄膜12的外观平面图，图7 (b)示出了其X-X线的横截面示意图。在图8中，示出的是在安装各框31呈均匀伸张状态的各层薄膜12A、12B、12C定位叠合状态下，接合形成多层薄膜15时的横截面示意图。另外，环氧基等粘合剂27因为通过聚合反应固化，所以与利用溶液的蒸发而固化的粘合剂不同，是很适用的。当然，还可以使由PET等有机薄膜构成的各层薄膜12A、12B、12C彼此之间热熔着。在图9中，图9 (a)示出了在叠合上述图8所示各层薄膜12A、12B、12C的状态下接合，形成多层薄膜15之后，在其上安装的基板阵列41的平面外观图，图9 (b)示出了通过其I个针电极32的线的横截面外观图。构成基板阵列41的各基板1，通过彼此间的基板阵列结合部42连接，该部分可以很容易切断，做得很细。在各基板I上，形成2个针电极32，由其向外部输出而作为外部输出端子33使用。
在图10中，示出了在安装上述图8所示各框31而将均匀伸展状态的各层薄膜12A、12B、12C呈叠合状态接合，以形成多层薄膜15之后，进一步定位基板阵列41，通过呈贴付于其上的状态的I个针电极32的线的横截面示意图。在本实施例中，尽管未图示，但在基板I上形成了由钼薄膜电阻体、热敏电阻及ρη结合二极管等形成的绝对温度传感器34，可以将该基板I的温度作为基准温度。
实施例4·
图11为本发明温度传感器作为红外线传感器用作辐射温度计时的外观图。对于被测温物体(物体)60发出的辐射红外线，利用本发明温度传感器作为红外线传感器制成辐射温度计55，红外线传感器具有非常高的灵敏度，所以能提供一种高灵敏度的辐射温度计55。在辐射温度计55中，具有锗透镜或菲涅尔透镜等透镜系统70，在其焦面上设置本发明的温度传感器及红外线传感器，对来自被测温物体60的红外线进行感光，测量其温度分布或温度。在红外线传感器形成红外线传感器阵列时，可以用作为测量温度分布的图像传感器，另夕卜，在配置I个或者多个红外线传感器时，还可以测量被测温物体(物体)60的特定的场所的温度例如其中最高温地方的温度。
在辐射温度计55中，除此之外，还具有用于对来自红外线传感器的信号进行放大的放大电路，用于进行信号处理并显示温度，转换成温度分布，以图像化显示等计算电路，以及用于温度的数值显示及图像显示的显示部。
这些电路因为其可由公知技术实现，故省略其详细说明。
实施例5
图12为示出在本发明温度传感器的同一多层薄膜15中形成组合热电堆14以及薄膜发热器35，以作为热传导型传感器时的外观图。结构上采用单晶硅(Si)作为基板1，采用CVD法形成作为氮氧薄膜的绝缘层28的层薄膜12Α之后，在其上同样采用CVD法沉积η型多晶硅薄膜，在该η型多晶硅薄膜上扩散硼素，呈带状形成P型区域，用作构成热电堆的热电偶的其中一个的热电导体Α16。进一步，通过热氧化，经由硅氧化膜等的绝缘层，形成铝(Al)层以作为另一个热电导体Β17，形成层热电堆13Α。之后，采用CVD形成氮氧薄膜的层薄膜12Β之后，同样地，进行η型多晶硅薄膜的沉积，形成层热电堆13B、13C，制成组合热电堆14。进一步，于其上沉积氮氧薄膜等绝缘层28，通过镍铬薄膜等金属电阻薄膜等，构图形成薄膜发热器(微发热器)35。这些一系列的构图通过公知的光刻即可实现。之后，通过蚀刻从基板I的里面形成空穴10，形成缝隙36，以能够制作从基板I上热分离的多层薄膜15。多层薄膜15可以为悬臂状，对于横隔膜状，可以插入缝隙36.这样，在层薄膜12上形成绝缘层28之后，于其上形成层热电堆13，形成多层薄膜15，能够支持非常薄的层热电堆13所以是优选的。
本发明温度传感器用作热传导型传感器时，在薄膜发热器35中流过电流，在无风状态下，比室温上升大约10° C，确定电流值并驱动，如果在气体的流动环境中晾晒该多层薄膜15，则从加热的多层薄膜15中带走热量而冷却，基于此时的温度变化，能够从组合热电堆14的输出变化中测量气体的流动量。利用该原理可以提供一种气体流体传感器。
实施例6
图12为示出用于说明本发明温度传感器的各层薄膜中采用有机薄膜时温度传感器的制造方法的特征步骤的方块图。在有机薄膜的各层薄膜上形成层热电堆，进行多层化，形成组合热电堆，在温度感应部中设置该组合热电堆，从而制作出温度传感器，在该温度传感器的制造方法中，至少需要如下步骤在有机薄膜的各层薄膜中，假定用于多层化的各个层薄膜数，以对每层都形成层热电堆的形成步骤、在上述各层所需位置形成电极导通用贯通孔的贯通孔制作步骤、叠合上述有机薄膜的各层薄膜并接合的多层接合步骤、以使形成于各层薄膜上的各层热电堆串联连接的方式、通过贯通孔使上下层的电极间导通的导通步骤、在兼做单个温度传感器的热沉的基板的阵列上，接合上述接合的多层有机薄膜的基板接合步骤、分离成各温度传感器的元件分离步骤。
在采用PET膜这样的有机薄膜形成从基板I上热分离的各层薄膜12时，很难像无机薄膜那样采用CVD法形成多层薄膜15，所以，在各层薄膜12 (12A、12B、12C)上形成各层热电堆13A、13B、13C之后，进行贴合接合，形成一种廉价的制造方法。层热电堆形成步骤在上述实施例中业已说明，此处省略。关于贯通孔制作步骤，为了各层薄膜12之间电气绝缘性，在形成多层薄膜15时，需要电气连接各层热电堆13A、13B、13C的上下层，为此，利用贯通孔11作为上下层薄膜导通部24，需要设置向外部导出输出的外部电极端子33及与针电极32电气接触等的部件。对于PET膜等而言，采用加热至400° C左右的锥销或刀状工具则能容易形成贯通孔11，也可以采用锤具等敲击工具形成贯通孔11。在多层接合步骤中，可以一边采用环氧基粘合剂，一边通过热压着使之热熔着。在导通步骤中，对于电极23彼此之间的电气连接以及与针电极的电气连接，可以采用导电性胶等导电性材料29.在基板接合步骤中，最好使用基本无挥发性的环氧基粘合剂27.在元件分离步骤中，形成若干阵列化温度传感器的阵列，首先，采用加热刀状工具切断多层薄膜15，之后，分离基板阵列41，基板阵列结合部42涉及得很细，强度低，所以对于塑料基板阵列41，金属刀具能够很容易将其切断。
在上述实施例中，尽管以本发明温度传感器用作为热型红外线传感器的情形为中心进行了说明，但是，在用作红外线传感器之外的用途的温度传感器以高灵敏度检测出温度差的场合，本发明的温度传感器时最合适的。例如在从横隔膜状或悬臂状基板I上热分离的薄膜2上，形成本发明的温度传感器和微发热器，可以构成热传导型传感器。如果使用这种热传导型传感器，则还可以用作流体传感器、气压传感器(含真空传感器)、含氢气传感器及湿度传感器的气体传感器、以及温度扫描微发热器而检测物质的焓变化的超小型热分析仪等。可以提供一种闻灵敏度闻精度并且超小型(例如温度感应部的尺寸为100 μ m角左右)的热传导传感器。
本发明的温度传感器不仅限于本实施例，只要符合本发明宗旨、作用及效果相同，则理所当然可以对其做出各种变形，毫无疑问，这些全部都属于本发明的技术的范围。
(第二发明的实施例)
实施例7
图14为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆概念的一实施例的结构外观图的平面图，例示的是热型红外线传感器的情形。图15为图14的X-X线的横截面示意图。
由光刻胶膜构成的多层薄膜15形成为交联形成于基板I上的空穴10的交联结构，为了形成空穴10，形成从基板I上热分离的结构。以构成该多层薄膜15的光刻胶膜为主体的各层薄膜12 (12A、12B、12C)上，形成层热电堆13 (13A、13B、13C)，使层热电堆13 (13A、13B、13C)的热电势变大，感光性材料即光刻胶膜发挥其特征作用，其自身利用曝光、显影构图形成的贯通孔11，通过上下层薄膜导通部24串联连接，作为一个整体形成组合热电堆
14,基于组合热电堆14的热电势的信号从电极端子A21和电极端子B22向外部输出。多层薄膜15通过旋涂能够很容易形成由光刻胶膜构成的各层薄膜12.因为该光刻胶膜彼此粘合力大，所以通常无需使用其他的粘合剂等。
另外，因为光刻胶膜为感光性材料，所以很容易以高精度并以所期望的形状进行构图，所以还能够一边对作为端子的电极例如电极端子A21及电极端子B22进行曝光，一边在各层薄膜12上高精度形成贯通孔11。另外，各层热电堆13的其中一个接点A18(例如冷接点)位于基板I上，因其热容大而用作为热沉，另一个接点B19 (例如温接点)，形成于从基板I热分离的多层薄膜15中，在感光部7作为温度感应部7的交联结构的中央附近。在本实施例中，感光部7的交联结构的中央附近温度最高，为了使该附近温度均匀，在中央附近形成由金属薄膜或热电导体等构成的热传导薄膜26，于其上配置形成接点B19。
在本发明的多层薄膜热电堆用作为热型红外线传感器时，形成红外线的感光部7，其中，各层热电堆13 (13A、13B、13C)分别形成的各层薄膜12 (12A、12B、12C)接合而成的多层薄膜15，通过空穴10呈从基板I上热分离的形成。各层热电堆13 (13A、13B、13C)由串联连接的多个薄膜的热电偶6形成，但是，也可以采用无机或有机热电材料构成的热电偶6形成。通常，薄膜的热电偶6由具有正和负塞贝克系数的半导体、锑Sb和铋Bi等半金属或者由金属的薄膜的组合构成。
对于本实施例的多层薄膜热电堆而言，在图14和图15所示的结构中，在预先形成于基板上的空穴10中填充锌等牺牲物质，形成牺牲区域8，使之更加平坦，重新使用作为含牺牲区域8的基板I。进一步，在该基板I上，根据需要，形成增强薄膜100，采用旋涂残留光刻胶膜等形成多层薄膜15，利用其感光性，形成包含贯通孔11的高精度的图形，形成由各层薄膜12和各层热电堆13构成的多层薄膜15和组合热电堆14。通过基板I的表面上的硅氧化膜51被除去的区域和多层薄膜15之间曝光的区域的蚀刻孔37，蚀刻除去牺牲区域8(在图14和图15中未图示，仅仅示出了空穴11)，形成空穴10。
图16为构成本发明多层薄膜热电堆的多层薄膜15的组合热电堆的各层热电堆13的结构的平面外观图，在作为热型红外线传感器使用时，由光刻胶膜形成的层薄膜12和多层薄膜15，尚处于从基板热分离之前的状态。作为其一个实施例，示出了 3个各层薄膜和形成于其上的层热电堆的最下部图形(a)、中间层图形(b)、最上部图形(C)。
在图16 Ca)所示的热型红外线传感器的图中，准备出事先形成于基板I上的空穴10中采用锌等牺牲区域8的材料填充使之平坦化的基板，之后，于其上根据需要形成增强用 薄膜100。作为增强用薄膜100，可以采用硅氧化膜等坚硬材料，形成厚度约I微米(μ m)左右。作为层薄膜12A，例如可以采用旋涂形成聚酰亚胺系负性光刻胶膜。该光刻胶膜的层薄膜12A还用作构成电气和热的绝缘层28的薄膜的作用。由负性光刻胶膜构成的各层薄膜12具有通过曝光、显影以及热硬化，能够形成规定的图形形状的优点。此时，用于使上下层薄膜12导通的贯通孔也可以以高精度形成于规定位置上。进一步，于其上，真空蒸镀形成铋(Bi)薄膜作为热电偶6的其中一个热电导体A16之后，使用正性光刻胶并形成图形，于其上，采用真空蒸镀锑薄膜(Sb)形成另一个热电导体B17，之后，同样进行构图，形成层热电堆13A。图16 (a)例示出的是上述情形的实施例。而图16 (b)和图16 (c)则和图16(a)示出的形成场合相同，示出的是分别形成层薄膜12B和层薄膜12C，于其上分别形成热电材料即热电导体A和热电导体B，形成层热电堆13B，层热电堆13C的情形。如本实施例所示，在形成由3层层薄膜12构成的多层薄膜15时，在各自的层薄膜12上形成的各层热电堆13A、13B、13C，通过经由形成于层薄膜12上的贯通孔11的上下层薄膜导通部24，彼此串联连接在一起，形成组合热电堆14。另外，对于电极23、电极端子A21和电极端子B22，通过真空蒸镀或溅射沉积铝(Al)或难氧化金属如金(Au)等形成薄膜，使用不会渗入各层薄膜12的构成材料即负性光刻胶膜的剥离液例如正性光刻胶，然后对该金属薄膜进行构图而形成也可以。
图17为示出制作本发明多层薄膜热电堆的途中阶段，在单晶硅基板上形成空穴10之后，在该空穴10中填充作为牺牲区域8的牺牲物质的锌等金属时的基板的横截面示意图。空穴10如果使用(100)面作为单晶硅的基板1，则采用硅的热氧化膜即Si02膜作为掩膜，从基板I的表面，采用肼水或液等硅各向异性蚀刻剂，形成(111)面围住的四角锥形状的槽。在形成四角锥之前，到达适当的深度即停止蚀刻的话，空穴10的下部变平，换言之，能够制作截面基本呈台状的空穴10。图17示出的是在该空穴10中，填充锌等形成牺牲区域8的状态的截面。作为填充牺牲区域8的金属等材料，对于熔融填充而言，熔点比光刻胶膜形成步骤中使用的最高温度还要高些，不过，尽可能选用低熔点材料，不会渗入光刻胶膜的蚀刻液(蚀刻剂)，能够容易进行蚀刻的材料。对于硅(Si)来讲，因为可以进行镍(Ni)的无电解电镀，所以，在对空穴10的侧面进行镍(Ni)的无电解电镀之后，能够以很好的融合状态熔融并填充锌。当然，作为牺牲区域8，还可以采用铜的电镀填充空穴10。图18为在图17中空穴10填充作为牺牲区域8的牺牲物质的锌等金属之后，对牺牲区域8的隆起的部分进行掩膜而平坦化，或者在空穴10中填充牺牲区域8的牺牲物质时，采用平坦的板覆盖牺牲区域8的加热熔融牺牲物质，包含空穴10形成铸模而呈平坦化状态的基板I的横截面示意图。对于牺牲区域8的材料即锌等，最好注意尽可能防止其沉积在基板I的空穴10之外的地方。不过，即使沉积在这些地方，通过将空穴10的牺牲区域8定位在与基板I的表面同一位置进行研磨，通过此时的研磨可以清洁基板I的表面。在牺牲区域8的材料即牺牲物质残留在空穴10之外的基板I的表面上时，如果于其上形成多层薄膜15，则在蚀刻除去牺牲区域8时，存在多层薄膜15会剥离的问题，所以需要注意。
作为如上所述形成的本发明的多层薄膜热电堆的热型红外线传感器，对所期望的红外线波长区域透过，例如采用单晶硅Si滤片的过滤材料或者过滤器，进一步安装在金属或塑料外包装中，在外部安装外部取电的公知的端子，可以整体作为一个元件进行处理。当然也可以是，通过在基板上I上形成用于放大电输出的放大器及热敏电阻及ρη接合二极管等绝 对温度传感器34，作为一体模块化的多层薄膜热电堆进行处理。
实施例8
图19为示出制作本发明多层薄膜热电堆的途中阶段，在单晶硅基板上形成空穴10之后，在该空穴10中填充作为牺牲区域8的牺牲物质的锌等金属时的基板I的另一个实施例的平面示意图(a)及其Y-Y线的截面示意图(b)，其中，设置凹凸9(实际上，此处为凹部)，使以于其上形成的光刻胶膜为主体的多层薄膜的实际有效的厚度增加，从而提高挠曲强度。
在图19中，空穴10中填充锌等金属作为牺牲区域8的牺牲物质，所以，实际上，在该状态下是不存在空穴10的。然而，因为这个地方是空穴10形成的地方，是通过牺牲区域8的蚀刻除去，而在后面示出的图20中所示形成空穴10的区域，所以用空穴10表示。
如上述图18所示，在基板I的空穴10中填充牺牲物质形成牺牲区域8，在平坦化之后，在牺牲区域8的表面上形成凹凸9 (实际上为凹部)。其采用光刻技术很容易形成。凹凸9的深度可以由采用稀盐酸等蚀刻剂的牺牲物质的蚀刻时间的调整来确定。
图20示出的是，在牺牲区域8中形成图19的凹凸9，和实施例I的图14和图15—样作为热型红外线传感器时的一实施例的平面外观图(a)及其Y-Y线的截面示意图(b)，和图14及图17不同，在图20中，设置凹凸9，以强化多层薄膜15的挠曲强度。因此，此处省略其作为传感器的作用和效果以及动作的说明。
实施例9
图21为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆的另一个实施例的横截面示意图，和实施例的图15和图18所示空穴10在基板I内封闭的情况不同，为在基板I的厚度方向，在贯通的空穴10中填充锌等作为牺牲区域8的牺牲物质。在图21中，空穴10填充作为牺牲区域8的牺牲物质的锌等，实际上并不存在空穴10，只因蚀刻除去牺牲物质形成空穴10，所以用空穴10表示。
在图21中，进一步，在形成于基板I上的空穴10的基板I的硅面进行曝光的(111)面通过事先进行镍(Ni)的无电解电镀等，形成电镀膜91，此处例示的是加热熔融并填充锌等低熔点金属的情形。可以将低熔点金属及其皮线混浸在金属浴槽中，经过规定时间后取出，再进行填充。之后，采用锌等低熔点金属填充空穴10，形成牺牲区域8，重新将其作为基板I进行处理。之后的步骤可以采用实施例I和实施例2中说明的方法，形成热型红外线传感器。
实施例10
图22为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆的另一实施例的横截面示意图，例示的是再基板I上形成空穴10，在基板I的上方形成具有组合热电堆14的多层薄膜15的情形。
在图22中，作为半导体的基板1，使用的是单晶硅，采用成熟的集成化技术，形成计算电路、存储电路、传感器的驱动电路等的集成电路110,进一步，其特征在于，在利用_■极管或晶体管等在基板I上形成绝对温度传感器34的场合中，还可以在空穴10的正下方的基板I的表面上形成集成电路110。
具有空穴10及于其上形成的组合热电堆14的以光刻胶膜为主体的多层薄膜15的形成方法如下所述。首先，在安装了上述集成电路110和绝对温度传感器34的单晶硅基板I的表面的硅氧化膜51之上，通过蚀刻除去牺牲区域8，在应该形成空穴10的地方，以规定的形状，采用电镀等方法，形成锌、铜及镍等牺牲物质。之后，在本实施例中，通过溅射等手段，将具有不会渗入下部的硅氧化膜51的蚀刻剂的、具有一定的硬度的材料诸如氮化硅膜还堆积在基板I的表面上，以作为增强用薄膜100。此时，还可以通过调整基板温度以缓和失真。之后，还可以采用光刻技术直接以规定的形状构图形成增强用薄膜100，或者还可以，在形成多层薄膜15，进一步对上部的绝缘层28构图之后，将该多层薄膜15等的图形作为掩膜，在蚀刻除去牺牲区域8的同时，以规定的形状对增强用薄膜构图。在该增强用薄膜100形成之后，在各层薄膜12A、12B、12C之上，按照顺序，一边对各层热电堆13A、13B、13C构图一边进行多层化，以制作组合热电堆14。进一步，在本实施例中，采用和层薄膜12相同的光刻胶膜形成绝缘层28。各层薄膜12A、12B、12C及绝缘层28的光刻胶膜的制作和平坦时一样，可以采用旋涂涂布，在空穴10的高度很大时，也可以采用旋涂涂布法。另外，各层热电堆13A、13B、13C的其中一个接点A18(例如冷接点)，以密实形成于基板I上的形式，在热电偶6的阵列的各热电导体的薄膜上，沿着空穴10的横截面形状延伸，完全重叠形成于基板I上。各层热电堆13A、13B、13C的另外一个接点B19 (如温接点)，形成于桥接空穴10的多层薄膜15中对红外线感光时最高温度的中央部附近。在本实施例中，例示的是在该多层薄膜15的中央部附近，还形成集热用热传导薄膜26兼做增强用膜的情形。对于红外线吸收膜25，在这些薄膜的形成步骤的最后的步骤中，通过蚀刻除去牺牲区域8形成空穴10之后，可以通过蒸镀黑金箔等方式形成。当然，红外线吸收膜25的材料的选择可以在形成空穴10之前进行。
图22所示本发明多层薄膜热电堆还可以用作为辐射温度计。作为辐射温度计，在基板上形成用于放大来自组合热电堆14的信号的放大电路、用于对信号进行处理并显示温度、将其转换成温度分布、进行图像化显示等的计算电路、以及存储电路等的集成电路110，而且，具有用于温度的数值显示及图像显示的显示部。这些各电路，能够采用公知技术实现，故省略其说明。
实施例11
图23为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆的另一实施例的平面外观图，例示的是形成组合热电堆和薄膜发热器35 —起作为热传导传感器适用于作为测量气体等流体的流 量的、气体等的流量传感器的情形。
在将本发明的多层薄膜热电堆作为热传导性传感器，作为气体的流量测量用气体流量传感器时，在薄膜发热器35上通过发热器电极65流过电流，在无风状态下，确定电流值并进行驱动，以使温度上升到比室温还高例如10° C左右。如果在气体的流动下晾晒该多层薄膜15，则从加热的多层薄膜15A、15B中带走热量而冷却，基于此时的温度差及温度变化，测量组合热电堆14A、14B的输出变化，利用事先准备的矫正数据，可以测量气体的流量。采用这种原理能够提供一种气体流量传感器。
在本实施例中，在多层薄膜15中形成缝隙36，对形成有薄膜发热器35的交联结构的中央附近的多层薄膜15，在气流方向的下游侧的多层薄膜15A和上游侧的多层薄膜15B，分别形成组合热电堆14A和组合热电堆14B。形成有薄膜发热器35的中央部的多层薄膜15和其两侧的多层薄膜15A和多层薄膜15B，位于交联结构的中央附近，被同一多层薄膜15连接。通过该连接部分，多层薄膜15A和多层薄膜15B接受来自薄膜发热器35的热量而温度上升。在无风状态下，位于该多层薄膜15A和多层薄膜15B中央附近的接点B19 (温接点)的温度比薄膜发热器35的温度低数。C，基本相同。如果存在气流，薄膜发热器35的热量进一步对下游侧的多层薄膜15A进行加热，而上游侧的多层薄膜15B则通过周围的温度的气流被冷却，导致温度降低。此时，由多层薄膜15A和多层薄膜15B上分别形成的组合热电堆14A和组合热电堆14B的输出差，利用预先准备的矫正数据，可以测量微小的气流和气流的变化。当然，即使单独使用组合热电堆14A和组合热电堆14B的输出数据，也可以测量气流的大小。在本实施例中，在硅基板I上形成绝对温度传感器34。
实施例12
图24为示出采用本发明的多层薄膜热电堆制作辐射温度计时的一实施例的平面外观图，例示的是将多层薄膜热电堆适用于热型红外线传感器，同一空穴中近接设置2个组合热电堆14A、14B的情形。
将本发明的多层薄膜热电堆用作辐射温度计，例如耳式体温计，鼓膜温度和外耳温度不同，在同一空穴中，利用2个组合热电堆14A和组合热电堆14B，对来自被测温物体(物体)的辐射红外线进行感光，判定输出大的一方的温度为鼓膜温度。
另外，本发明的多层薄膜热电堆用作红外线传感器具有非常高的灵敏度，利用该传感器，也可以作为辐射温度计用，还可以利用仅仅透过被测气体如二氧化碳气体等的特定吸收波长的带通滤波器I和波长接近于该特定吸收波长、不具有吸收该气体的波长的带通滤波器2，构成公知的非扩散型红外线气体分析仪。通过各自的带通滤波器I和带通滤波器2的红外线分别通过组合热电堆14A和组合热电堆14B进行感光，利用它们的输出可以测量被测气体浓度。
本实施例的图24尽管示出的是在同一空穴10中形成2个组合热电堆14A和组合热电
堆14B的情形，但是该组合热电堆14的数量也可以是3个或者4个等，进一步增多也很容易。
实施例13
图25为示出采用本发明多层薄膜热电堆的辐射温度计适用做图像传感器时其一实施例的平面外观图。例示的是作为多层薄膜热电堆的阵列，在同一基板I上形成组合热电堆阵列140的情形。
形成组合热电堆阵列140的各个组合热电堆14的各自的多层薄膜15从基板I上热分离用空穴10的阵列，可以是实施例I所示基板I中形成的空穴10的阵列，也可以是实施例4的图22所示那样在基板I的上方形成的空穴10的阵列相同。基板I的上方形成空穴10的阵列来讲制作上比较困难，但是，在空穴10的正下方的基板表面上，可以形成用于处理来自垂直扫描电路121及水平扫描电路122的信号的集成电路，所以易于适用小型化。
在本实施例中，作为单晶硅的基板I的图像传感器，红外线的各感光部7为像素，将其在X-Y平面上呈二维排列形成感光部阵列70，通过垂直扫描电路121和水平扫描电路122可以选择特定的感光部。而且，采用这些电路，作为图像传感器可以实现水平和垂直扫描。另外，通过设置于同一基板I上的作为放大器和计算电路的集成电路110，对分别来自于感光部7中形成的组合热电堆14的信号输出进行处理，利用基板I上设置的用于图像传感器显示的集成电路110进行信号处理，通过设于基板I的外部的显示装置，显示出图像。
在上述辐射温度计中，具有锗透镜或菲涅尔透镜等透镜系统，在其焦面上设置本发明的多层薄膜热电堆的感光部7及组合热电堆阵列140，对来自被测温物体的红外线进行感光，测量其温度分布或温度，测量特定的场所的温度及其周边的温度分布，进一步作为图像显示出来。
在将上述多层薄膜热电堆用作热型红外线传感器或红外线图像传感器的场合中，如果在周围为I个气压的气体环境中，晾晒这些感光部7及感光部阵列70，则由于向周围气体热传导故而灵敏度变小。为此，最好将感光部7及感光部阵列70封闭在真空中使用，置于真空封装的外壳中。
实施例14
图26为示出用于说明本发明多层薄膜热电堆的制造方法的特征步骤的方块图。
需要至少包含在基板I上形成牺牲区域8的牺牲区域形成步骤、涂布将牺牲区域8和基板I覆盖着的光刻胶膜的光刻胶涂布步骤、将该光刻胶膜进行曝光并构图的构图步骤、形成层热电堆13的层热电堆形成步骤、重复上述光刻胶涂布步骤到层热电堆形成步骤一系列的步骤、重复形成多层薄膜15的步骤以及之后除去牺牲区域8的牺牲区域除去步骤。·
在上述实施例中，以将本发明多层薄膜热电堆用作热型红外线传感器的情形、和形成薄膜热发热器35构成热传导性传感器以应用作为气体流量传感器的情形为中心进行的说明。如果构成热传导性传感器，除了气体流量传感器之外，还可以作为气压传感器(含真空传感器)、含氢气传感器及湿度传感器的气体传感器、以及温度扫描薄膜发热器35而检测物质的焓变化的超小型热分析仪等，还可以提供一种高灵敏度高精度并且超小型(例如温度感应部的尺寸为100 μ m角左右)的热传导传感器。
另外，在上述实施例中，尽管是以利用交联结构的多层薄膜15的情形为中心进行的说明，但是，多层薄膜15也可以形成为横隔膜状或者悬臂状，也可以从基板I上热分离。
和本发明多层薄膜热电堆的组合热电堆14 一起形成薄膜发热器35，可以构成热传导性传感器。如果采用该热传导性传感器，还可以作为流量传感器、气压传感器(含真空传感器)、含氢气传感器及湿度传感器的气体传感器、以及温度扫描薄膜发热器35而检测物质的焓变化的超小型热分析仪等，还可以提供一种高灵敏度高精度并且超小型(例如温度感应部的尺寸为100 μ m角左右)的热传导传感器。
另外，在需要500° C左右的高温的场合，也可以是，在SOI层及硅氧化膜等耐高温的无机薄膜上只形成薄膜发热器35，作为温度传感器，在以另外设计的光刻胶膜为主体的多层薄膜15上形成组合热电堆14。在基板I的表面上只形成薄膜发热器35的硅氧化膜51可以呈悬臂状形成于该区域。
在上述实施例中，作为基板1，尽管示出的是采用单晶硅的情形，但是，也可以采用锗、硅锗、镓砷、镓磷、碳化硅导体('> 1J 力一力M K)等半导体材料。另外，在利用晶体特性，在基板I上没有形成集成电路等的场合中，还可以采用铝基板或石英等的玻璃基板等。
本发明的采用光刻胶膜的多层薄膜热电堆及其辐射温度计及多层薄膜热电堆的制造方法，并不限于本实施例中，只要符合本发明宗旨、作用及效果相同，则理所当然可以对其做出各种变形，毫无疑问，这些全部都属于本发明的技术的范围。
产业上的利用可能性
(第一发明)
如上所述，本发明温度传感器为在温度感应部5上设置形成于从基板I上热分离的薄膜2上的热电堆6的温度传感器，薄膜2具有多个接合的多层薄膜15，在其各层薄膜12上，分别形成层热电堆13，制作时能够实现小型化且低成本。作为薄膜2，既能够使用无机材料又能够使用有机材料。而且，根据本发明，作为S/N高的温度传感器，可以用作为高灵敏度的热型红外线传感器及流量传感器等。因此，还有望作为需要高精度且高灵敏度测量微小温度差的红外线辐射温度计、尤其是诸如耳式体温计的温度差传感器，另外，其最适合用作为微流量液体及气体的流量传感器、通过对氢气等可燃性气体传感器的微小发热量的测量检测出氢气等气体的气体传感器、热传导型气体传感器、皮拉尼真空计、热型湿度传感器及气压传感器等压力传感器等的温度差测量。
(第二发明)
如上所述，本发明的多层薄膜热电堆为在温度感应部5上设置形成于从基板I上热分离的以光刻胶膜为主体的多层薄膜15上的热电堆3的温度传感器,多层薄膜15具有多个叠合的层薄膜12，在其各层薄膜12上，分别形成层热电堆13，通过在光刻胶膜自身上形成的贯通孔11使上下层热电堆13之间很容易地串联连接，能够小型化低成本制造出高灵敏度产品。根据被范明，作为只能够检测温度差的S/N高的温度传感器，可以用作高灵敏度的热型红外线传感器及流量传感器等。因此，还有望作为需要高精度且高灵敏度测量微小温度差的红外线辐射温度计或图像传感器、尤其是诸如耳式体温计的温度差传感器，另外，其最适合用作为微流量液体及气体的流量传感器、通过对氢气等可燃性气体传感器的微小发热量的测量检测出氢气等气体的气体传感器、热传导型气体传感器、皮拉尼真空计、热型湿度传感器及气压传感器等压力传感器等的温度差测量。
权利要求
1.一种将从基板热分离的薄膜上形成的热电堆设置在温度感应部的温度传感器，其特征在于，上述薄膜具有多个接合的多层薄膜，在构成该多层薄膜的各层薄膜上，形成各层热电堆，构成上述各层热电堆的各热电偶的冷接点和温接点中的其中一个接点形成在上述基板的位置上，而另一个接点则形成在上述各层薄膜中热分离于基板的区域上，上述基板用作为比上述薄膜热容大的热沉，形成于上述各层薄膜上的各层热电堆按照顺序串联连接形成组合热电堆，该串联连接使得组合热电堆的输出变大。
2.如权利要求I所述的温度传感器，上述多层薄膜由以无机薄膜为主体的材料构成。
3.如权利要求I所述的温度传感器，上述多层薄膜由以有机薄膜为主体的材料构成。
4.如权利要求2所述的温度传感器，采用粘合剂接合上述多层薄膜以作为一片上述薄 膜。
5.如权利要求1-4任一项所述的温度传感器，形成于上述多层薄膜上的各层热电堆的层间连接，通过形成于各层热电堆电极之上的对应的层薄膜的贯通孔而实现电气连接。
6.如权利要求1-5任一项所述的温度传感器，将多个上述温度感应部呈阵列状排列于上述基板上。
7.如权利要求1-6任一项所述的温度传感器，在上述温度感应部中，除了组合热电堆之外，还具有至少一个薄膜发热器。
8.如权利要求1-7任一项所述的温度传感器，在基板上形成绝对温度传感器，将其作为上述基板的温度检测用传感器。
9.如权利要求1-8任一项所述的温度传感器，将上述温度感应部用作为红外线感光部以作为红外线传感器。
10.如权利要求9所述的温度传感器，在上述薄膜感光部具有红外线吸收膜，用于传导由该感光部接受的热量的热传导薄膜延伸直至接点，该接点形成在包含上述感光部中央附近的上述各层薄膜之上的层热电堆的该红外线感光部区域。
11.如权利要求10所述的温度传感器，热传导薄膜形成在相对感光部的上述薄膜与红外线吸收膜相反的一侧。
12.如权利要求9-11任一项所述的温度传感器，在作为红外线传感器的其中I个感光部上，具有多个从基板上热分离的温度感应部，并且，该多个温度感应部也由彼此热分离的上述薄膜构成。
13.一种辐射温度计，采用如权利要求9-12任一项所述的温度传感器，对来自物体的红外线进行感光，基于来自上述温度传感器的电信号显示上述物体的温度或温度分布。
14.一种在有机薄膜的各层薄膜上形成层热电堆，将多层化形成的组合热电堆设置在温度感应部的温度传感器的制造方法，其特征在于，包含在有机薄膜的各层薄膜中，假定各多层化的层薄膜数，并形成每个层的各层热电堆的形成步骤，在上述各层的必要的地方形成电极导通用贯通孔的贯通孔制作步骤、叠合上述有机薄膜的各层薄膜并接合的多层接合步骤、以形成于各层薄膜的各层热电堆串联连接的方式经由贯通孔使上下层电极间导通的导通步骤、兼做单个温度传感器的热沉的基板的阵列上接合上述被接合的多层有机薄膜的基板接合步骤、与各温度传感器分离的元件分离步骤。
15.多层薄膜热电堆，其特征在于，通过空穴，由各个层薄膜形成从基板上热分离的多层薄膜，在该层薄膜上分别形成层热电堆，形成于这些上下层薄膜上的层热电堆彼此通过形成于层薄膜上的贯通孔串联连接，对于构成至少一个组合热电堆的多层薄膜热电堆，构成多层薄膜的各层薄膜的主体为光刻胶膜，贯通孔基于该光刻胶膜自身的曝光 显影，通过构图而作成。
16.如权利要求15所述的多层薄膜热电堆，多层薄膜形成于牺牲区域上，通过由于除去该牺牲区域而出现的空穴而从基板上热分离。
17.如权利要求16所述的多层薄膜热电堆，在以规定尺寸形成于基板上的上述空穴中，填充牺牲物质形成牺牲区域。
18.如权利要求15-17任一项所述的多层薄膜热电堆，采用单晶硅作为上述基板。
19.如权利要求15-18任一项所述的多层薄膜热电堆，将采用与多层薄膜不同材料的增强用薄膜紧密附着形成于上述多层薄膜上，以增强该多层薄膜。
20.如权利要求15-19任一项所述的多层薄膜热电堆，在上述牺牲区域形成凹凸以有效增大多层薄膜厚度，增强多层薄膜的挠曲强度。
21.如权利要求15-20任一项所述的多层薄膜热电堆，将多个组合热电堆呈阵列状排列于上述基板上。
22.如权利要求15-21任一项所述的多层薄膜热电堆，在基板上形成绝对温度传感器，将其作为上述基板的温度测量用传感器.
23.如权利要求15-22任一项所述的多层薄膜热电堆，采用半导体基板，在该基板上形成含放大器的集成电路。
24.如权利要求15-23任一项所述的多层薄膜热电堆，在红外线感光部形成组合热电堆的其中一个接点，用作为热型红外线传感器。
25.一种辐射温度计，其特征在于，采用权利要求24所述多层薄膜热电堆，对来自物体的红外线进行感光，基于生成的多层薄膜热电堆输出的输出信号，能够显示物体的温度及温度分布。
26.一种多层薄膜热电堆的制造方法，其特征在于，包含在基板上形成牺牲区域的牺牲区域形成步骤、涂布将牺牲区域和基板覆盖着的光刻胶膜的光刻胶涂布步骤、将该光刻胶膜进行曝光并构图的构图步骤、形成层热电堆的层热电堆形成步骤、重复上述光刻胶涂布步骤到层热电堆形成步骤的一系列的步骤、重复形成多层薄膜的步骤以及之后除去牺牲区域的牺牲区域除去步骤。
全文摘要
本发明目的在于提供一种不增加内部电阻r、而热电偶数量增加的高输出高S/N的热电堆、高灵敏度辐射温度计，还进一步提供一种有机材料薄膜的制造方法、以及均匀的、廉价的、高灵敏度的多层薄膜热电堆和高灵敏度辐射温度计及其制造方法。将在与基板热分离的薄膜上形成的热电堆设置在温度感应部的温度传感器中，所述薄膜为多层薄膜，在其各层薄膜中，形成层热电堆，所述层热电堆用作为基板热沉以形成诸如热电堆基准温度的一个接点。另外，各层热电堆串联连接形成组合热电堆，该串联连接设计成输出大的结构。将该组合热电堆作为温度传感器使用，制成辐射温度计。
文档编号G01J5/16GK102947683SQ201180021250
公开日2013年2月27日 申请日期2011年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者木村光照, 田中伸雄, 下林弘典 申请人:Hme有限公司, 东北学院