JP2022126582A - Thermistor element and electromagnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サーミスタ素子及び電磁波センサに関する。 The present invention relates to a thermistor element and an electromagnetic wave sensor.
例えば、サーミスタ素子を用いた温度センサがある(例えば、下記特許文献1を参照。)。また、サーミスタ素子を用いた電磁波センサがある(例えば、下記特許文献2を参照。)。
For example, there is a temperature sensor using a thermistor element (see, for example,
サーミスタ素子が有するサーミスタ膜の電気抵抗は、サーミスタ膜の温度変化に応じて変化する。電磁波センサでは、サーミスタ膜に入射した赤外線(電磁波)がサーミスタ膜又はサーミスタ膜の周辺の材料に吸収されることによって、このサーミスタ膜の温度が変化する。これにより、サーミスタ素子は、赤外線(電磁波)を検出する。 The electrical resistance of the thermistor film of the thermistor element changes according to the temperature change of the thermistor film. In the electromagnetic wave sensor, infrared rays (electromagnetic waves) incident on the thermistor film are absorbed by the thermistor film or a material surrounding the thermistor film, thereby changing the temperature of the thermistor film. Thereby, the thermistor element detects infrared rays (electromagnetic waves).
ここで、シュテファン=ボルツマンの法則から、測定対象の温度と、この測定対象から熱輻射により放出される赤外線(輻射熱)との間には相関関係がある。したがって、測定対象から放出される赤外線をサーミスタ素子を用いて検出することで、測定対象の温度を非接触により測定することが可能である。 Here, according to the Stefan-Boltzmann law, there is a correlation between the temperature of an object to be measured and infrared rays (radiant heat) emitted from the object to be measured by thermal radiation. Therefore, the temperature of the object to be measured can be measured in a non-contact manner by detecting infrared rays emitted from the object to be measured using the thermistor element.
また、このようなサーミスタ素子は、アレイ状に複数配列されることによって、測定対象の温度分布を二次元的に検出(撮像)する赤外線撮像素子(赤外線イメージセンサ)などの電磁波センサに応用されている。 In addition, such thermistor elements are applied to electromagnetic sensors such as infrared imaging elements (infrared image sensors) that two-dimensionally detect (image) the temperature distribution of an object to be measured by arranging them in an array. there is
ところで、上述したサーミスタ素子の素子構造としては、サーミスタ膜の面内方向に電流を流すCIP(Current-In-Plane)構造と、サーミスタ膜の面直方向に電流を流すCPP(Current-Perpendicular-to-Plane)構造とがある。 By the way, as the element structure of the thermistor element described above, there are a CIP (Current-In-Plane) structure in which a current flows in the in-plane direction of the thermistor film, and a CPP (Current-Perpendicular-to-Plane) structure in which a current flows in the perpendicular direction of the thermistor film. -Plane) structure.
このうち、CIP構造では、サーミスタ膜の抵抗値が高くなる。一方、CPP構造では、CIP構造よりもサーミスタ膜の低抵抗化が可能である。 Of these, in the CIP structure, the thermistor film has a high resistance value. On the other hand, in the CPP structure, the resistance of the thermistor film can be made lower than in the CIP structure.
しかしながら、例えば上記特許文献1に記載のサーミスタ素子では、絶縁膜を貫通する開口部を通して電極がサーミスタ膜と接触することになる。この場合、電極とサーミスタ膜との接触面積を十分に取れず、信頼性の点で問題があった。
However, in the thermistor element disclosed in, for example,
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、電極とサーミスタ膜との接触面積を大きくすることができるサーミスタ素子、並びに、そのようなサーミスタ素子を備えることによって、信頼性を高めることを可能とした電磁波センサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances. An object of the present invention is to provide an electromagnetic wave sensor capable of enhancing the performance.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔1〕 サーミスタ膜と、
前記サーミスタ膜の一方の面に接触して設けられた一対の第1の電極と、
前記一対の第1の電極の前記サーミスタ膜と接触する側とは反対側に設けられた絶縁膜と、
前記一対の第1の電極の各々と平面視で重なる領域内に位置して、前記絶縁膜を貫通する少なくとも1つ以上の開口部とを備え、
前記第1の電極は、前記開口部と平面視で重なる領域内に位置する第1の部分と、前記開口部と平面視で重なる領域外に位置する第2の部分とを有し、
且つ、前記第1の部分と前記第2の部分との間に亘って、前記サーミスタ膜の前記一方の面と接触して設けられていることを特徴とするサーミスタ素子。
〔2〕 前記第1の電極と電気的に接続される配線層を備え、
前記配線層は、前記第1の部分と接触して設けられていることを特徴とする前記〔1〕に記載のサーミスタ素子。
〔3〕 前記配線層は、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、窒化クロム、及び窒化ジルコニウムの中から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする前記〔2〕に記載のサーミスタ素子。
〔4〕 前記サーミスタ膜の他方の面に接触して設けられた第2の電極を備えることを特徴とする前記〔1〕~〔3〕の何れか一項に記載のサーミスタ素子。
〔5〕 平面視において、前記開口部の面積は、前記第2の部分の面積よりも小さいことを特徴とする前記〔1〕~〔4〕の何れか一項に記載のサーミスタ素子。
〔6〕 前記〔1〕~〔5〕の何れか一項に記載のサーミスタ素子を備える電磁波センサ。
〔7〕 前記サーミスタ素子は、アレイ状に複数配列されていることを特徴とする前記〔6〕に記載の電磁波センサ。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
[1] a thermistor film;
a pair of first electrodes provided in contact with one surface of the thermistor film;
an insulating film provided on the opposite side of the pair of first electrodes from the side thereof in contact with the thermistor film;
at least one or more openings that penetrate through the insulating film and are positioned in a region that overlaps with each of the pair of first electrodes in plan view;
The first electrode has a first portion positioned within a region overlapping the opening in plan view, and a second portion positioned outside the region overlapping the opening in plan view,
Also, the thermistor element is provided in contact with the one surface of the thermistor film between the first portion and the second portion.
[2] comprising a wiring layer electrically connected to the first electrode;
The thermistor element according to [1], wherein the wiring layer is provided in contact with the first portion.
[3] The wiring layer according to [2] above, wherein the wiring layer is made of at least one selected from aluminum, tungsten, titanium, tantalum, titanium nitride, tantalum nitride, chromium nitride, and zirconium nitride. thermistor element.
[4] The thermistor element according to any one of [1] to [3], further comprising a second electrode provided in contact with the other surface of the thermistor film.
[5] The thermistor element according to any one of [1] to [4], wherein the area of the opening is smaller than the area of the second portion in plan view.
[6] An electromagnetic wave sensor comprising the thermistor element according to any one of [1] to [5].
[7] The electromagnetic wave sensor according to [6], wherein a plurality of the thermistor elements are arranged in an array.
本発明によれば、電極とサーミスタ膜との接触面積を大きくすることができるサーミスタ素子、並びに、そのようなサーミスタ素子を備えることによって、信頼性を高めることを可能とした電磁波センサを提供することが可能である。 According to the present invention, there are provided a thermistor element capable of increasing the contact area between an electrode and the thermistor film, and an electromagnetic wave sensor capable of improving reliability by including such a thermistor element. is possible.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, the scale of dimensions may vary depending on the component in order to make it easier to see each component, and the dimensional ratio of each component may not necessarily be the same as the actual Make it not exist. Also, the materials and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of not changing the gist of the invention.
また、以下に示す図面では、XYZ直交座標系を設定し、X軸方向を電磁波センサの特定の面内における第1の方向Xとし、Y軸方向を電磁波センサの特定の面内において第1の方向Xと直交する第2の方向Yとし、Z軸方向を電磁波センサの特定の面内に対して直交する第3の方向Zとして、それぞれ示すものとする。 Further, in the drawings shown below, an XYZ orthogonal coordinate system is set, the X-axis direction is defined as the first direction X within a specific plane of the electromagnetic wave sensor, and the Y-axis direction is defined as the first direction within a specific plane of the electromagnetic wave sensor. A second direction Y perpendicular to the direction X is indicated, and the Z-axis direction is indicated as a third direction Z perpendicular to a specific plane of the electromagnetic wave sensor.
〔電磁波センサ〕
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図1~図3に示す電磁波センサ1について説明する。
なお、図1は、電磁波センサ1の構成を示す平面図である。図2は、電磁波センサ1の構成を示す分解斜視図である。図3は、電磁波センサ1の構成を示す断面図である。
[Electromagnetic wave sensor]
First, as an embodiment of the present invention, for example, an
1 is a plan view showing the configuration of the
本実施形態の電磁波センサ1は、測定対象から放出される赤外線(電磁波)を検出することによって、この測定対象の温度分布を二次元的に検出(撮像)する赤外線撮像素子(赤外線イメージセンサ)に本発明を適用したものである。
The
赤外線は、波長が0.75μm以上、1000μm以下である電磁波である。赤外線イメージセンサは、赤外線カメラとして屋内や屋外の暗視などに利用されるほか、非接触式の温度センサとして人や物の温度測定などに利用されている。 Infrared rays are electromagnetic waves with a wavelength of 0.75 μm or more and 1000 μm or less. Infrared image sensors are used as infrared cameras for night vision indoors and outdoors, and are also used as non-contact temperature sensors for measuring the temperature of people and objects.
具体的に、この電磁波センサ1は、図1~図3に示すように、互いに対向して配置された第1の基板2及び第2の基板3と、これら第1の基板2と第2の基板3との間に配置された複数のサーミスタ素子4とを備えている。
Specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the
第1の基板2及び第2の基板3は、ある特定の波長の電磁波(本実施形態では波長8~14μmの長波長赤外線)(以下、「赤外線」という。)IRに対して透過性を有するシリコン基板からなる。また、赤外線IRに対して透過性を有する基板としては、ゲルマニウム基板などを用いることができる。
The
第1の基板2及び第2の基板3は、互いに対向する面の周囲をシール材(図示せず。)により封止することによって、その間に密閉された内部空間Kを構成している。また、内部空間Kは、高真空に減圧されている。これにより、電磁波センサ1では、内部空間Kでの対流による熱の影響を抑制し、サーミスタ素子4に対して測定対象から放出される赤外線IR以外の熱による影響を排除している。
The
なお、本実施形態の電磁波センサ1は、上述した密閉された内部空間Kを減圧した構成に必ずしも限定されるものではなく、大気圧のまま密閉又は開放された内部空間Kを有する構成であってもよい。
It should be noted that the
サーミスタ素子4は、赤外線IRを検出するサーミスタ膜5と、サーミスタ膜5の一方の面に接触して設けられた一対の第1の電極6a,6bと、サーミスタ膜5の他方の面に接触して設けられた第2の電極6cと、サーミスタ膜5を覆う絶縁膜7a,7b,7cとを備え、サーミスタ膜5の面直方向に電流が流れるCPP(Current-Perpendicular-to-Plane)構造を有している。絶縁膜7bは、一対の第1の電極6a,6bのサーミスタ膜5と接触する側とは反対側に設けられている。
The
すなわち、このサーミスタ素子4では、一方の第1の電極6aから第2の電極6cに向けてサーミスタ膜5の面直方向に電流を流すと共に、第2の電極6cから他方の第1の電極6bに向けてサーミスタ膜5の面直方向に電流を流すことが可能となっている。
That is, in this
サーミスタ膜5としては、例えば、酸化バナジウム、非晶質シリコン、多結晶シリコン、マンガンを含むスピネル型結晶構造の酸化物、酸化チタン、又はイットリウム-バリウム-銅酸化物などを用いることができる。
As the
第1の電極6a,6b及び第2の電極6cとしては、例えば、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)などの導電膜を用いることができる。
Examples of the
絶縁膜7a,7b,7cとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウムマグネシウム、ホウ化ケイ素、窒化ホウ素、又はサイアロン(ケイ素とアルミニウムとの酸窒化物)などを用いることができる。
Examples of the insulating
絶縁膜7a,7b,7cは、少なくともサーミスタ膜5の少なくとも一部を覆うように設けられた構成であればよい。本実施形態では、サーミスタ膜5の両面を覆うように、絶縁膜7a,7b,7cが設けられている。
The insulating
複数のサーミスタ素子4は、平面視で互いに同じ大きさで形成されている。また、複数のサーミスタ素子4は、第1の基板2及び第2の基板3と平行な面内(以下、「特定の面内」という。)にアレイ状に配列されている。すなわち、これら複数のサーミスタ素子4は、特定の面内において互いに交差(本実施形態では直交)する第1の方向Xと第2の方向Yとにマトリックス状に並んで配置されている。
The plurality of
また、各サーミスタ素子4は、第1の方向Xを行方向とし、第2の方向Yを列方向として、第1の方向Xに一定の間隔で並んで配置されると共に、第2の方向Yに一定の間隔で並んで配置されている。
The
なお、上記サーミスタ素子4の行列数としては、例えば640行×480列、1024行×768列などが挙げられるが、これら行列数に必ずしも限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
The numbers of the
第1の基板2側には、第1の絶縁体層8と、後述する回路部15と電気的に接続された配線部9と、各サーミスタ素子4と配線部9との間を電気的に接続する第1の接続部10とが設けられている。
On the
第1の絶縁体層8は、第1の基板2の一方の面(第2の基板3と対向する面)側において積層された絶縁膜からなる。絶縁膜としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウムマグネシウム、ホウ化ケイ素、窒化ホウ素、サイアロン(ケイ素とアルミニウムの酸窒化物)などを用いることができる。
The
配線部9は、複数の第1のリード配線9aと、複数の第2のリード配線9bとを有している。第1のリード配線9a及び第2のリード配線9bは、例えば銅や金などの導電膜からなる。
The
複数の第1のリード配線9aと複数の第2のリード配線9bとは、第1の絶縁体層8の第3の方向Zにおいて異なる層内に位置して、立体的に交差するように配置されている。このうち、複数の第1のリード配線9aは、第1の方向Xに延在し、且つ、第2の方向Yに一定の間隔で並んで設けられている。一方、複数の第2のリード配線9bは、第2の方向Yに延在し、且つ、第1の方向Xに一定の間隔で並んで設けられている。
The plurality of first
各サーミスタ素子4は、平面視において、これら複数の第1のリード配線9aと複数の第2のリード配線9bとによって区画された領域毎に設けられている。各サーミスタ膜5と第1の基板2の厚さ方向において対向する領域(平面視で重なる領域)には、第1の基板2とサーミスタ膜5との間で赤外線IRを透過させる窓部Wが存在している。
Each
第1の接続部10は、複数のサーミスタ素子4の各々に対応して設けられた一対の第1の接続部材11a,11bを有している。また、一対の第1の接続部材11a,11bは、一対のアーム部12a,12bと、一対のレッグ部13a,13bとを有している。
The
各アーム部12a,12bは、例えば、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、窒化クロム、及び窒化ジルコニウムの中から選ばれる少なくとも1種からなる。各アーム部12a,12bは、第1の電極6a又は第1の電極6bと電気的に接続される配線層であり、平面視でサーミスタ膜5の周囲に沿って形成された折り曲げ線状の導体パターンと、平面視でサーミスタ膜5と重なる位置に形成され、一方の第1の電極6a又は他方の第1の電極6bと接続された導体部とにより形成されている。各レッグ部13a,13bは、第1のリード配線9a又は第2のリード配線9bと電気的に接続されるコンタクトプラグとして、例えば銅、金、FeCoNi合金又はNiFe合金(パーマロイ)などのめっきによって第3の方向Zに延在して形成された断面円形状の導体ピラーにより形成されている。
Each
一方の第1の接続部材11aは、一方の第1の電極6aと電気的に接続された一方のアーム部12aと、この一方のアーム部12aと第1のリード配線9aとの間を電気的に接続する一方のレッグ部13aとを有して、一方の第1の電極6aと第1のリード配線9aとの間を電気的に接続している。
One
他方の第1の接続部材11bは、他方の第1の電極6bと電気的に接続された他方のアーム部12bと、この他方のアーム部12cと第2のリード配線9bとの間を電気的に接続する他方のレッグ部13bとを有して、他方の第1の電極6bと第2のリード配線9bとの間を電気的に接続している。
The other
これにより、サーミスタ素子4は、その面内の対角方向に位置する一対の第1の接続部材11a,11bにより第3の方向Zに吊り下げられた状態で支持されている。また、サーミスタ素子4と第1の絶縁体層8との間には、空間Gが設けられている。
As a result, the
第1の基板2の一方の面(第2の基板3と対向する面)側には、図示を省略するものの、複数のサーミスタ素子4の中から1つのサーミスタ素子4を選択するための複数の選択用トランジスタ(図示せず。)が設けられている。複数の選択用トランジスタは、第1の基板2の複数のサーミスタ素子4の各々に対応した位置に設けられている。また、各選択用トランジスタは、赤外線IRの乱反射や入射効率の低下を防ぐため、上述した窓部Wを避けた位置に設けられている。
Although not shown, a plurality of
第2の基板3側には、第2の絶縁体層14と、サーミスタ素子4から出力される電圧の変化を検出して輝度温度に変換する回路部15と、各サーミスタ素子4と回路部15との間を電気的に接続する第2の接続部16とが設けられている。
On the
第2の絶縁体層14は、第2の基板3の一方の面(第1の基板2と対向する面)側において積層された絶縁膜からなる。絶縁膜としては、上記第1の絶縁体層8で例示した絶縁膜と同じものを用いることができる。
The
回路部15は、読み出し集積回路(ROIC:Read Out Integrated Circuit)やレギュレータ、A/Dコンバータ(Analog-to-Digital Converter)、マルチプレクサなどからなり、第2の絶縁体層14の層内に設けられている。
The
また、第2の絶縁体層14の面上には、複数の第1のリード配線9a及び複数の第2のリード配線9bの各々に対応した複数の接続端子17a,17bが設けられている。接続端子17a,17bは、例えば銅や金などの導電膜からなる。
A plurality of
一方の接続端子17aは、回路部15の周囲を囲む第1の方向Xの一方側の領域に位置して、第2の方向Yに一定の間隔で並んで設けられている。他方の接続端子17bは、回路部15の周囲を囲む第2の方向Yの一方側の領域に位置して、第1の方向Xに一定の間隔で並んで設けられている。
One of the
第2の接続部16は、複数の第1のリード配線9a及び複数の第2のリード配線9bの各々に対応して設けられた複数の第2の接続部材18a,18bを有している。複数の第2の接続部材18a,18bは、例えば銅や金などのめっきによって第3の方向Zに延在して形成された断面円形状の導体ピラーからなる。
The
一方の第2の接続部材18aは、第1のリード配線9aの一端側と一方の接続端子17aとの間を電気的に接続している。他方の第2の接続部材18bは、第2のリード配線9bの一端側と他方の接続端子17bとの間を電気的に接続している。これにより、複数の第1のリード配線9aと回路部15との間が一方の第2の接続部材18a及び一方の接続端子17aを介して電気的に接続されている。また、複数の第2のリード配線9bと回路部15との間が他方の第2の接続部材18b及び他方の接続端子17bを介して電気的に接続されている。
One
以上のような構成を有する本実施形態の電磁波センサ1では、測定対象から放出された赤外線IRが第1の基板2側から窓部Wを通してサーミスタ素子4に入射する。
In the
サーミスタ素子4では、サーミスタ膜5の近傍に形成された絶縁膜7a,7b,7cに入射した赤外線IRが絶縁膜7a,7b,7cに吸収されること、並びに、サーミスタ膜5に入射した赤外線IRがサーミスタ膜5に吸収されることによって、このサーミスタ膜5の温度が変化する。また、サーミスタ素子4では、サーミスタ膜5の温度変化に対して、このサーミスタ膜5の電気抵抗が変化することで、一対の第1の電極6a,6bの間の出力電圧が変化する。本実施形態の電磁波センサ1では、サーミスタ素子4がボロメータ素子として機能する。
In the
本実施形態の電磁波センサ1では、測定対象から放出される赤外線IRを複数のサーミスタ素子4により平面的に検出した後、各サーミスタ素子4から出力される電気信号(電圧信号)を輝度温度に変換することによって、測定対象の温度分布(温度画像)を二次元的に検出(撮像)することが可能である。
In the
なお、サーミスタ素子4では、サーミスタ膜5に定電圧を印加する場合、このサーミスタ膜5の温度変化に対して、サーミスタ膜5に流れる電流の変化を検出して輝度温度に変換することも可能である。
In the
〔サーミスタ素子〕
次に、本発明の一実施形態として、例えば図4及び図5に示すサーミスタ素子4について説明する。
なお、図4は、サーミスタ素子4の構成を示す平面図である。図5は、図4中に示す線分A-Aによるサーミスタ素子4の断面図である。
[Thermistor element]
Next, a
4 is a plan view showing the configuration of the
本実施形態のサーミスタ素子4は、図4及び図5に示すように、サーミスタ膜5と、サーミスタ膜5の一方の面(図5では下面)に接触して設けられた一対の第1の電極6a,6bと、サーミスタ膜5の他方の面(図5では上面)に接触して設けられた第2の電極6cとを備えたCPP構造を有している。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
本実施形態のサーミスタ素子4では、例えば、サーミスタ膜5として、コバルト、マンガン、ニッケルを含むスピネル型結晶構造の酸化物(以下、「Co-Mn-Ni酸化物」という。)を用い、第1の電極6a,6b及び第2の電極6cとして、白金(Pt)を用いている。このサーミスタ素子4は、NTC(Negative Temperature Coefficient)と呼ばれる温度上昇と共に電気抵抗が低下する素子である。
In the
以上のような構成を有する本実施形態のサーミスタ素子4では、一方の第1の電極6aから第2の電極6cに向けてサーミスタ膜5の面直方向に電流を流すと共に、第2の電極6cから他方の第1の電極6bに向けてサーミスタ膜5の面直方向に電流を流すことが可能となっている。
In the
CPP構造におけるサーミスタ膜5の抵抗値は、このサーミスタ膜5の厚さと、第1の電極6a,6bと第2の電極6cとの対向面積の大きさとに依存する。したがって、上述したCPP構造を採用することで、サーミスタ膜5の低抵抗化が可能である。
The resistance value of the
ところで、本実施形態のサーミスタ素子4では、一対の第1の電極6a,6bの各々と平面視で重なる領域内に位置して、配線層となるアーム部12a,12bとの間で絶縁膜7bを貫通する一対の開口部20a,20bが設けられている。具体的に、本実施形態では、第1の電極6a,6bの各々と平面視で重なる領域内の略中央部に、それぞれ矩形状の開口部20a,20bが設けられている。
By the way, in the
第1の電極6a,6bは、この開口部20a,20bと平面視で重なる領域内に位置する第1の部分61と、開口部20a,20bと平面視で重なる領域外に位置する第2の部分62とを有している。第1の電極6a,6bのそれぞれにおいて、第1の部分61と第2の部分62とは電気的に接続されている。これにより、第1の電極6a,6bは、第1の部分61と第2の部分62との間に亘って、サーミスタ膜5の一方の面と接触して設けられている。
The
これにより、本実施形態のサーミスタ素子4では、第1の電極6a,6bとサーミスタ膜5との接触面積を大きくすることができ、サーミスタ素子4の信頼性を高めることが可能である。また、本実施形態のCPP構造であるサーミスタ素子4では、第1の電極6a,6bと第2の電極6cとの対向面積を大きくすることができるため、一方の第1の電極6aと第2の電極6cとの間のサーミスタ膜5の抵抗値、及び、第2の電極6cと他方の第1の電極6bとの間のサーミスタ膜5の抵抗値が過大となることを防ぐことが可能である。
Thereby, in the
また、本実施形態のサーミスタ素子4では、各アーム部12a,12b(配線層)が各第1の電極6a,6bの第1の部分61と接触している。一方、各第1の電極6a、6bの第2の部分62は、各アーム部12a,12b(配線層)の上に設けられた絶縁膜7bと、サーミスタ膜5の一方の面との間に挟み込まれている。
In addition, in the
また、本実施形態のサーミスタ素子4では、図4に示すように、平面視において、開口部20a,20b(第1の部分61)の面積が第2の部分62の面積よりも小さくなっている。サーミスタ膜5のうち、平面視において開口部20a,20bと重なる部分は、膜質が悪くなる傾向にあるが、本実施形態のサーミスタ素子4では、平面視において、開口部20a,20b(第1の部分61)の面積が、第2の部分62の面積よりも小さくなっているため、サーミスタ膜5を良好な膜質で形成することができる。
Further, in the
また、本実施形態のサーミスタ素子4では、図4に示すように、平面視において、第2の電極6cのサーミスタ膜5と接触する領域内に、一対の第1の電極6a,6bのサーミスタ膜5と接触する領域がそれぞれ位置している。
In addition, in the
これにより、本実施形態のサーミスタ素子4では、第1の電極6a,6bの面内における配置にバラツキが生じたとしても、第1の電極6a,6bと第2の電極6cとの対向面積は変わらないため、サーミスタ膜5の抵抗値のバラツキを抑えることが可能である。
As a result, in the
なお、本実施形態では、サーミスタ膜5、一対の第1の電極6a,6b及び第2の電極6cが平面視で略矩形状に形成された場合を例示しているが、これらサーミスタ膜5、一対の第1の電極6a,6b及び第2の電極6cの形状については、適宜変更することが可能である。
In this embodiment, the
また、開口部20a,20bについては、上述した構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば図6(A)~(C)に示すような構成とすることも可能であり、その形状及び配置、数などを適宜変更することが可能である。
Further, the
具体的に、図6(A)に示す構成では、第1の電極6a,6bの各々と平面視で重なる領域の長手方向の端部近傍に、開口部20a,20bが設けられている。
Specifically, in the configuration shown in FIG. 6A,
一方、図6(B)に示す構成では、第1の電極6a,6bの各々と平面視で重なる領域内において、それぞれ複数(本実施形態では3つ)の開口部20a,20bが並んで設けられている。
On the other hand, in the configuration shown in FIG. 6B, a plurality of (three in the present embodiment)
一方、図6(C)に示す構成では、第1の電極6a,6bの各々と平面視で重なる領域の過半に亘って、長尺の開口部20a,20bが設けられている。
On the other hand, in the configuration shown in FIG. 6C,
次に、上記サーミスタ素子4の製造工程について、図7~図14を参照しながら説明する。
なお、図7~図14は、サーミスタ素子4の製造工程を順に説明するための断面図である。
Next, the manufacturing process of the
7 to 14 are cross-sectional views for explaining the steps of manufacturing the
上記サーミスタ素子4を製造する際は、先ず、図7に示すように、有機材料層30の上に、例えばAl2O3からなる絶縁膜7aを全面に亘って成膜する。
When manufacturing the
次に、図8に示すように、その上に、例えばTiからなる導電膜52を全面に亘って成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、一対のアーム部12a,12bを形成する。
Next, as shown in FIG. 8, after a conductive film 52 made of Ti, for example, is formed over the entire surface, the pair of
次に、図9に示すように、一対のアーム部12a,12bの上に、例えばAl2O3からなる絶縁膜7bを全面に亘って成膜する。
Next, as shown in FIG. 9, an insulating
次に、図10に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、一対のアーム部12a,12bの上に、それぞれ絶縁膜7bを貫通する開口部20a,20bを形成する。
Next, as shown in FIG. 10,
次に、図11に示すように、その上に、例えばPtからなる導電膜53を全面に亘って成膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、第1の電極6a,6bを形成する。
Next, as shown in FIG. 11, after a
次に、図12に示すように、その上に、例えばCo-Mn-Ni酸化物からなるサーミスタ材料膜54を全面に亘って成膜した後、このサーミスタ材料膜54の上に、例えばPtからなる導電膜55を全面に亘って成膜する。
Next, as shown in FIG. 12, after a
次に、図13に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、互いに同じ形状にパターニングされた第2の電極6c及びサーミスタ膜5を形成する。その後、酸素中で熱(アニール)処理を施す。
Next, as shown in FIG. 13, a
次に、図14に示すように、例えばSiO2からなる絶縁膜7cを全面に亘って成膜する。その後、有機材料層30をアッシングにより除去する。以上の工程を経ることにより、上記サーミスタ素子4を作製することが可能である。
Next, as shown in FIG. 14, an insulating
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 It should be noted that the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記サーミスタ素子4では、上述した開口部20a,20bの周囲を囲む絶縁膜7bが膜面に垂直な面により構成されているが、例えば図15に示すように、開口部20a,20bの周囲を囲む絶縁膜7bが傾斜面70により構成されていてもよい。
For example, in the
この場合も、第1の電極6a,6bとサーミスタ膜5との接触面積を大きくすることができ、サーミスタ素子4の信頼性を高めることが可能である。また、一方の第1の電極6aと第2の電極6cとの間のサーミスタ膜5の抵抗値、及び、第2の電極6cと他方の第1の電極6bとの間のサーミスタ膜5の抵抗値が過大となることを防ぐことが可能である。
Also in this case, the contact area between the
また、上記サーミスタ素子4では、上述した第1の電極6a,6bにおける第1の部分61の厚みが、開口部20a,20bの周囲を囲む絶縁膜7bの厚みよりも小さくなっている。これに対して、図16に示すように、第1の電極6a,6bにおける第1の部分61の厚みを、開口部20a,20bの周囲を囲む絶縁膜7bの厚みよりも大きくした構成としてもよい。
In the
また、上記サーミスタ素子4は、CPP構造を有しているが、これに対して、第2の電極6cを省略したCIP構造を有する構成としてもよい。この場合も、第1の電極6a,6bとサーミスタ膜5との接触面積を大きくすることができ、サーミスタ素子4の信頼性を高めることが可能である。
The
なお、本発明を適用した電磁波センサは、上述した複数のサーミスタ素子4をアレイ状に配列した赤外線イメージセンサの構成に必ずしも限定されるものではなく、サーミスタ素子4を単体で用いた電磁波センサや、複数のサーミスタ素子4を線状に並べて配列した電磁波センサなどにも本発明を適用することが可能である。また、温度を測定する温度センサとしてサーミスタ素子4を用いることも可能である。
It should be noted that the electromagnetic wave sensor to which the present invention is applied is not necessarily limited to the configuration of the infrared image sensor in which the plurality of
また、本発明を適用した電磁波センサは、電磁波として、上述した赤外線を検出するものに必ずしも限定されるものではなく、例えば波長が30μm以上、3mm以下のテラヘルツ波を検出するものであってもよい。 Further, the electromagnetic wave sensor to which the present invention is applied is not necessarily limited to those that detect the above-described infrared rays as electromagnetic waves, and may detect, for example, terahertz waves with a wavelength of 30 μm or more and 3 mm or less. .
1…電磁波センサ 2…第1の基板 3…第2の基板 4,4A,4B…サーミスタ素子 5…サーミスタ膜 6a,6b…第1の電極 6c…第2の電極 7a,7b,7c…絶縁膜 8…第1の絶縁体層 9…配線部 9a…第1のリード配線 9b…第2のリード配線 10…第1の接続部 11a,11a…第1の接続部材 12a,12b…アーム部(配線層) 13a,13b…レッグ部 14…第2の絶縁体層 15…回路部 16…第2の接続部 17a,17b…接続端子 18a,18b…第2の接続部材 20a,20b…開口部 61…第1の部分 62…第2の部分 IR…赤外線(電磁波) G…空間
Claims (7)
前記サーミスタ膜の一方の面に接触して設けられた一対の第1の電極と、
前記一対の第1の電極の前記サーミスタ膜と接触する側とは反対側に設けられた絶縁膜と、
前記一対の第1の電極の各々と平面視で重なる領域内に位置して、前記絶縁膜を貫通する少なくとも1つ以上の開口部とを備え、
前記第1の電極は、前記開口部と平面視で重なる領域内に位置する第1の部分と、前記開口部と平面視で重なる領域外に位置する第2の部分とを有し、
且つ、前記第1の部分と前記第2の部分との間に亘って、前記サーミスタ膜の前記一方の面と接触して設けられていることを特徴とするサーミスタ素子。 a thermistor film;
a pair of first electrodes provided in contact with one surface of the thermistor film;
an insulating film provided on the opposite side of the pair of first electrodes from the side thereof in contact with the thermistor film;
at least one or more openings that penetrate through the insulating film and are positioned in a region that overlaps with each of the pair of first electrodes in plan view;
The first electrode has a first portion positioned within a region overlapping the opening in plan view, and a second portion positioned outside the region overlapping the opening in plan view,
Also, the thermistor element is provided in contact with the one surface of the thermistor film between the first portion and the second portion.
前記配線層は、前記第1の部分と接触して設けられていることを特徴とする請求項1に記載のサーミスタ素子。 A wiring layer electrically connected to the first electrode,
2. The thermistor element according to claim 1, wherein said wiring layer is provided in contact with said first portion.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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