JP2006170895A - Manufacturing method for infrared detecting element - Google Patents
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Description
この発明は、赤外線検出素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an infrared detection element.
焦電型赤外線検出素子の製造時において、基板の表面側に薄膜の焦電体を形成した後、マスクを用いて基板のエッチングを基板裏面側から行う方法が用いられている。例えば、図4(A)に示すように、MgO基板1の表面1a側に下部電極2および上部電極3に挟まれる状態で薄膜の焦電体4が設けられ、絶縁膜5を介して上部電極3上に赤外線吸収膜6が設けられ、マスク7を用いてMgO基板1のエッチングを基板裏面(パイロセンサ受光部面とは反対の面)1b側から行うことにより焦電体4に対応する基板領域Rに感度等向上のため空洞部(ダイアフラム)8を設けて焦電型赤外線検出素子が構成されている。空洞部8は、MgO基板1の裏面を所定形状になるようにマスク7を用いてエッチングにより除去して形成される。そして、例えば縦40mm×横40mm×厚さ300μmのウエハ状のMgO基板1’をダイシングして、個々のセンサチップ9〔図4(B)参照〕に分割することにより焦電型赤外線検出素子となる。
At the time of manufacturing a pyroelectric infrared detecting element, a method is used in which after a thin film pyroelectric body is formed on the front surface side of the substrate, the substrate is etched from the back surface side using a mask. For example, as shown in FIG. 4A, a thin
従来では、マスク材としてポリイミドを使用してウエハ状のMgO基板1’を基板裏面からエッチングしていた。しかし、この方法だと、基板エッチング端面1cの角度θ1 (以下、サイドエッチング角と呼ぶ)が緩やかになり、個々のセンサチップ9が大きくなり各センサチップ9に対するセンサ薄膜部(平面視円形で直径1.0mmのmembrane)の占める割合が小さくなる。すなわち、縦40mm×横40mm×厚さ300μmのウエハ状のMgO基板1’を用意し、この40mm四方のウエハ状のMgO基板1’から生産されるセンサチップ9の取り数が低下してしまうという欠点があった。
Conventionally, a wafer-
例えば、ダイシング後の一つのセンサチップ9において、厚さdが300μmのMgO基板1上に平面視円形で直径1.0mmのセンサ薄膜部(membrane)を得ようとした場合(MgO基板のエッチング条件、燐酸 10%:80℃)、ポリイミド膜7をエッチングマスクに使用した場合MgO基板1の水平方向に対し30°のサイドエッチング角θ1 でサイドエッチングが進み、平面視正方形形状のセンサチップ9に求められる最小必要サイズb1 は2.04mm必要となる。
For example, in one sensor chip 9 after dicing, an attempt is made to obtain a sensor thin film having a circular shape in plan view and a diameter of 1.0 mm on an
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、MgO基板のエッチング時のサイドエッチング角をできるだけ大きくとれるようにし、生産性の高い赤外線検出素子の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an infrared detection element with high productivity by making a side etching angle as large as possible when etching an MgO substrate. It is.
上記目的を達成するために、この発明の赤外線検出素子の製造方法は、基板の表面側に下部電極および上部電極に挟まれる状態で薄膜の焦電体が設けられ、絶縁膜を介して上部電極上に赤外線吸収膜が設けられ、マスクを用いて基板のエッチングを裏面側から行うことにより焦電体に対応する基板領域に空洞部を設ける赤外線検出素子の製造方法において、基板に対して密着性の良い材料よりなるマスクを用いることを特徴とする(請求項1)。 In order to achieve the above object, a manufacturing method of an infrared detecting element according to the present invention includes a thin film pyroelectric body provided between a lower electrode and an upper electrode on the surface side of a substrate, and the upper electrode is interposed through an insulating film. In the method of manufacturing an infrared detecting element in which an infrared absorption film is provided and a cavity is formed in a substrate region corresponding to a pyroelectric body by etching the substrate from the back side using a mask, adhesion to the substrate A mask made of a good material is used (claim 1).
この発明では基板がMgOあるいはサファイアであり、マスク材がCrあるいはTiであるのが好ましい(請求項2)。 In the present invention, the substrate is preferably MgO or sapphire, and the mask material is preferably Cr or Ti.
この発明ではマスクとして金属スパッタ膜を使用するのが好ましい(請求項3)。 In the present invention, it is preferable to use a metal sputtered film as a mask.
この発明では、図2(A)に示すように、例えば、厚さdが300μmで40mm四方のウエハ状のMgO基板1’上に従来と同じエッチング条件(MgO基板のエッチング条件、燐酸 10%:80℃)にて、図4(B)に示したのと同一構成の直径が1.0mmのセンサ薄膜部(membrane)を得ようとした場合〔図2(B)参照〕、例えばCrの金属スパッタ膜をマスクとして使用するとCr膜はMgO基板に対して密着性が良いことから、サイドエッチング角が45°までとれることが判明したので、個々のセンサチップ19に求められる最小必要サイズb2 は1.6mmになる。
In the present invention, as shown in FIG. 2A, for example, on a wafer-
この発明では、エッチング時のマスクとして、基板に対して密着性の良い材料よりなるものを用いることにより、基板エッチング時のサイドエッチングを抑えることができると考えられ、その結果、センサチップに求められる最小必要サイズを従来に比べて小さくでき、その分、赤外線検出素子の各基板サイズを小さくできてチップサイズに対する受光部面積を大きくとることができ、従来用いたのと同じ基板でのセンサチップの取り数を増加させることができる。 In the present invention, it is considered that side etching during substrate etching can be suppressed by using a mask made of a material having good adhesion to the substrate as a mask during etching. As a result, it is required for a sensor chip. The minimum required size can be reduced compared to the conventional one, and each substrate size of the infrared detection element can be reduced accordingly, and the light receiving area relative to the chip size can be increased. The number of picks can be increased.
以下、この発明の実施の形態を、図を参照しながら説明する。なお、それによってこの発明は限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited thereby.
図1〜図3はこの発明の一実施の形態を示す。図1はこの発明によって得られる焦電型赤外線検出素子を示し、図2はセンサチップに求められる最小必要サイズを示し、図3は焦電型赤外線検出素子の製造工程を示している。なお、図1〜図3において、図4に示した符号と同一のものは、同一または相当物である。 1 to 3 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a pyroelectric infrared detecting element obtained by the present invention, FIG. 2 shows a minimum required size required for the sensor chip, and FIG. 3 shows a manufacturing process of the pyroelectric infrared detecting element. 1 to 3, the same reference numerals as those shown in FIG. 4 are the same or equivalent.
この発明では、マスクとして、基板に対して密着性の良い材料よりなるものを用いることにより、センサチップに求められる最小必要サイズ(焦電体に対応する基板領域)を従来に比べて小さくできる点を特徴的構成としており、焦電型赤外線検出素子のその他の構成は図4に示した従来例と同一構成である。 In this invention, by using a mask made of a material having good adhesion to the substrate, the minimum required size required for the sensor chip (substrate region corresponding to the pyroelectric body) can be reduced as compared with the prior art. The other structure of the pyroelectric infrared detecting element is the same as that of the conventional example shown in FIG.
図1において、焦電型赤外線検出素子Dは、MgO基板1の表面1a側に薄膜の下部電極2および上部電極3に挟まれる状態で薄膜の焦電体4が設けられ、薄膜の絶縁膜5を介して上部電極2上に例えば金ブラックよりなる赤外線吸収膜6が設けられており、さらに、後述するマスク12を用いてMgO基板1のエッチングを裏面1b側から行うことにより焦電体4に対応する基板領域R〔図2(A)参照〕に空洞部15を設けてある。焦電体4は強誘電体の例えばPZT〔チタン酸ジルコン酸鉛〕よりなる(以下、焦電体4をPZTという)。絶縁膜5は例えばポリイミドよりなり、厚さ1.0〜5.0μm程度の薄膜である。下部電極2および上部電極3はそれぞれ例えば白金の薄膜よりなり、0.1〜0.5μm程度の厚みを有する。PZT4は1.0〜5.0μm程度の厚みである。赤外線吸収膜6は例えば金ブラックを真空蒸着することにより得られる薄膜よりなる。
In FIG. 1, a pyroelectric infrared detecting element D is provided with a thin
上記焦電型赤外線検出素子Dの形成方法について、図3を参照しながら説明する。なお、以下は、一つの焦電型赤外線検出素子Dを製作する場合を示している。 A method for forming the pyroelectric infrared detection element D will be described with reference to FIG. The following shows a case where one pyroelectric infrared detection element D is manufactured.
(1)複数の焦電型赤外線検出素子Dを同時に得るために、例えば縦40mm×横40mmで厚さdが300μmのウエハ状のMgO基板1’を用意する。図3(A)は、一つの焦電型赤外線検出素子DにおけるMgO基板1を示している。図3(B)において、まず、前記MgO基板1の表面1aに、適宜のマスクを用いて下部電極2をパターン形成する。このときの下部電極2の厚みは、0.1〜0.5μm程度である。次に、下部電極2表面に、減圧CVD法によって、焦電体として、その組成がPbx Lay Tiz Zrw O3 として表される薄膜のPZT4をエピタキシャル成長させて所定形状のPZT4を得る。このとき、適宜のマスクを用いて、PZT4を、図3(B)に示すような形状にする。PZT4の厚さは1.0〜5.0μm程度である。続いて、PZT4の表面に、適宜のマスクを用いて上部電極3をパターン形成し、下部電極2および上部電極3に挟まれる状態でPZT4が設けられる。このときの上部電極3の厚みは、0.1〜0.5μm程度である。
(1) In order to obtain a plurality of pyroelectric infrared detection elements D simultaneously, for example, a wafer-
(2)続いて、図3(C)に示すように、下部電極2、PZT4および上部電極3を含むMgO基板1の表面1aに絶縁膜5をパターン形成する。この絶縁膜5は、適宜のマスクを用いて上部電極3およびPZT4を覆うとともに、下部電極2およびMgO基板1の表面1aのそれぞれ一部を覆うように形成されている。絶縁膜5を形成した後、図3(C)に示すように、絶縁膜5にコンタクトホール5aを形成して上部電極3の表面を露出させる。
(2) Subsequently, as shown in FIG. 3C, an
(3)続いて、図3(D)に示すように、前記コンタクトホール5aを介して上部電極3に接続する引き出し電極11を形成する。引き出し電極11は例えばAu−Crの材料よりなり、適宜のマスクを用いて絶縁膜5の一部およびMgO基板1の表面1aの一部を覆うように形成されている。
(3) Subsequently, as shown in FIG. 3D, the
(4)続いて、図3(E)に示すように、MgO基板1の裏面1bに、等方性エッチングの際のマスクとなる薄膜のCr膜12をスパッタ法によって形成するとともに、開口部13を形成する。Cr膜12および開口部13は適宜のマスクを用いて形成される。
(4) Subsequently, as shown in FIG. 3E, a
(5)続いて、図3(F)に示すように、絶縁膜5を介して上部電極3上に赤外線吸収膜6を形成する。この赤外線吸収膜6は上部電極3上の絶縁膜5とコンタクトホール5aを覆う引き出し電極11の部分とを覆うように設けられている。その後、図3(F)に示すように、ウエハ状のMgO基板1’における主表面側(パイロセンサ受光部側)にエッチング保護膜14を全面に形成する。エッチング保護膜14としては有機樹脂材(レジスト材)が用いられる。この状態で、ウエハ状のMgO基板1’における裏面(パイロセンサ受光部面とは反対の面)1bからCr膜12をマスクとして開口部13を通して等方性エッチングを行ってMgO基板1’を貫通し下部電極2の裏面2bにまで達する空洞部15を形成する。例えば、ウエハ状のMgO基板1’における裏面1bを、80℃で、10%の燐酸のエッチング液にて等方性エッチングにより掘り込み、図1に示すような空洞部15を形成する。
(5) Subsequently, as shown in FIG. 3F, an
(6)続いて、図3(G)に示すように、エッチング保護膜14を除去するとともに、Cr膜12を除去する。
(6) Subsequently, as shown in FIG. 3G, the etching
上述のようにして、一つのウエハ状のMgO基板1’上に複数の焦電型赤外線検出素子Dが得られる。これをダイシングすることにより、個々のセンサチップ19に分割し図1に示したような各焦電型赤外線検出素子Dとなる。
As described above, a plurality of pyroelectric infrared detection elements D are obtained on one wafer-like MgO substrate 1 '. By dicing this, each
上述のようにして形成された焦電型赤外線検出素子Dは以下のような効果を奏する。
すなわち、従来では、ポリイミドをマスク材としてMgO基板1(1’)のエッチングを行っていたが、MgO基板1(1’)の水平方向に対し30°の角度でサイドエッチングが進んでしまっていたため、例えば厚さdが300μmのMgO基板1(1’)に直径が1.0mmのセンサ薄膜部を形成する場合、最低2.04mm四方(センサ薄膜部を1.0mmとした場合、サイドエッチングの縦横の長さが0.52×2mm必要)のセンサチップ面積が必要であった。しかし、この発明のように、マスクとしてCr膜12を用いると、Cr膜12はMgO基板1(1’)に対して密着性が良いことから、45°の角度のサイドエッチングに抑えられるため、直径が1.0mmのセンサ薄膜部を形成するためには、1.6mm四方のセンサチップ面積で焦電型赤外線検出素子Dを形成することが可能となる。すなわち、焦電型赤外線検出素子作成時の最小面積比が、45°:30°=1:1.63となり、従来用いたのと同じ縦40mm×横40mmで厚さdが300μmのウエハ状のMgO基板1’の面積内に1.63倍の焦電型赤外線検出素子Dを得ることができ、生産性の向上を図ることができる。
The pyroelectric infrared detection element D formed as described above has the following effects.
That is, conventionally, etching of the MgO substrate 1 (1 ′) was performed using polyimide as a mask material, but side etching progressed at an angle of 30 ° with respect to the horizontal direction of the MgO substrate 1 (1 ′). For example, when a sensor thin film portion having a diameter of 1.0 mm is formed on an MgO substrate 1 (1 ′) having a thickness d of 300 μm, a minimum of 2.04 mm square (when the sensor thin film portion is 1.0 mm, side etching is performed). A sensor chip area of 0.52 × 2 mm is required. However, when the
また、ポリイミドをマスク材としたことによりMgO基板裏面からのみのエッチングではチップサイズが大きくなるため、MgO基板両面からエッチングを実施していた比較例において生ずる問題点も解消できる。すなわち、MgO基板両面からエッチングを行う場合、MgO基板の表面と裏面の両方のパターニングが必要であり、工程の複雑化及びMgO基板表面からと裏面からとのエッチングのバラツキがあるため、空洞部サイズ(エッチングホールサイズ)のバラツキが大きかった。しかし、この発明では、Cr膜12をマスクとして適応することにより、MgO基板表面1aのみのパターニングで済むようになり、空洞部サイズ(エッチングホールサイズ)のバラツキも小さくなり、工数削減及びセンサ歩留りの向上に貢献できる。
Further, since polyimide is used as a mask material, the chip size is increased by etching only from the back surface of the MgO substrate, so that the problems that occur in the comparative example in which etching is performed from both surfaces of the MgO substrate can also be solved. That is, when etching is performed from both sides of the MgO substrate, patterning of both the front and back surfaces of the MgO substrate is necessary, and there is a process complexity and etching variation from the front and back surfaces of the MgO substrate. The variation in (etching hole size) was large. However, in the present invention, by using the
さらに、ポリイミドをMgO基板裏面に設ける際、ポリイミド樹脂を塗布した後乾燥のためベークする必要があり、これに要する時間は約半日にも及んでいたが、この発明では、マスク12として金属スパッタ膜を使用しているので、スパッタ法によるマスク12の形成は1時間程度ですみ製造に要する時間を短縮できる利点を有する。また、CrあるいはTiのマスク材を蒸着法で形成するのに比べて、この発明で用いたスパッタ法の方がMgOあるいはサファイア基板に対して密着性が良いという利点もこの発明は有する。
Furthermore, when the polyimide is provided on the back surface of the MgO substrate, it is necessary to bake for drying after applying the polyimide resin, and this took about half a day. Therefore, the formation of the
また、この発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、例えば、強誘電体薄膜としての焦電体4は、前記PZTに限られるものではない。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the
1(1’) 基板
1a 基板表面
1b 基板裏面
2 下部電極
2b 下部電極裏面
3 上部電極
4 焦電体
5 絶縁膜
6 赤外線吸収膜
12 マスク
15 空洞部
R 基板領域
D 赤外線検出素子
1 (1 ')
3
Claims (3)
The manufacturing method of the infrared detection element of Claim 1 or Claim 2 which uses the metal sputtered film as a mask.
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---|---|---|---|
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