JP2584124B2 - 焦電型赤外線検出器およびその製造方法 - Google Patents
焦電型赤外線検出器およびその製造方法Info
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- JP2584124B2 JP2584124B2 JP2298002A JP29800290A JP2584124B2 JP 2584124 B2 JP2584124 B2 JP 2584124B2 JP 2298002 A JP2298002 A JP 2298002A JP 29800290 A JP29800290 A JP 29800290A JP 2584124 B2 JP2584124 B2 JP 2584124B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は焦電薄膜を用いて赤外線を検出する焦電型赤
外線検出器およびその製造方法に関する。
外線検出器およびその製造方法に関する。
従来の技術 従来、焦電型の赤外線検出器には、チタン酸鉛系のセ
ラミックやタンタル酸リチウムの単結晶などのバルク材
料が用いられてきた。近年、焦電材料を薄膜化し、フォ
トリソなどの微細加工技術を応用して、素子の小型化や
高密度アレイ化に適応できる焦電型赤外線検出器が開発
されつつある。
ラミックやタンタル酸リチウムの単結晶などのバルク材
料が用いられてきた。近年、焦電材料を薄膜化し、フォ
トリソなどの微細加工技術を応用して、素子の小型化や
高密度アレイ化に適応できる焦電型赤外線検出器が開発
されつつある。
特に、薄膜焦電材料のうち、ペロブスカイト型の結晶
構造を有するチタン酸鉛系の焦電薄膜は、スパッタリン
グ法によって成膜することにより、基板に対してｃ軸配
向し、分極処理を施さなくても分極の方向が一方的にそ
ろった薄膜が得られる。この現象はMgO単結晶基板上やM
gO単結晶上に（100）配向したPt薄膜上などの限られた
基板材料上への成膜においてのみ確認されている。特
に、PbxLayTizZrwO3で表わされ、 （ａ） 0.7≦ｘ≦1,0.9≦ｘ＋ｙ＜1,0.95≦ｚ≦1,w＝
０ （ｂ） ｘ＝1,y＝0,0.45≦ｚ＜1,z＋ｗ＝１ （ｃ） 0.83≦ｘ≦1,x＋ｙ＝1,0.5≦ｚ＜１ 0.96≦ｚ
＋ｗ≦１ のいずれかの組成を有する焦電薄膜において顕著な現象
である。これらのｃ軸配向したチタン酸鉛系の焦電薄膜
は、赤外線の検出能力も高いことから、焦電型赤外線検
出器の小型化や高密度アレイ化に最も適した材料であ
る。
構造を有するチタン酸鉛系の焦電薄膜は、スパッタリン
グ法によって成膜することにより、基板に対してｃ軸配
向し、分極処理を施さなくても分極の方向が一方的にそ
ろった薄膜が得られる。この現象はMgO単結晶基板上やM
gO単結晶上に（100）配向したPt薄膜上などの限られた
基板材料上への成膜においてのみ確認されている。特
に、PbxLayTizZrwO3で表わされ、 （ａ） 0.7≦ｘ≦1,0.9≦ｘ＋ｙ＜1,0.95≦ｚ≦1,w＝
０ （ｂ） ｘ＝1,y＝0,0.45≦ｚ＜1,z＋ｗ＝１ （ｃ） 0.83≦ｘ≦1,x＋ｙ＝1,0.5≦ｚ＜１ 0.96≦ｚ
＋ｗ≦１ のいずれかの組成を有する焦電薄膜において顕著な現象
である。これらのｃ軸配向したチタン酸鉛系の焦電薄膜
は、赤外線の検出能力も高いことから、焦電型赤外線検
出器の小型化や高密度アレイ化に最も適した材料であ
る。
具体的な焦電薄膜材料を用いた赤外線検出器の構成を
第３図に示す。焦電素子は、焦電薄膜１と両面の電極2,
3とによって構成され、この焦電素子が穴の開いた基板
４の穴の中心に、有機薄膜５によって支持されている。
電極２の引出し部分は有機薄膜５の中に埋め込まれ、裏
面全面に作製された電極３との間での絶縁を保ってお
り、焦電素子の出力は電極２の引出し部分と電極３の間
の起電力として得られる。焦電型の赤外線検出器は、吸
収した赤外線による素子の温度上昇を電気信号に変換し
ているため、焦電素子の裏面の基板４に穴を開け、焦電
素子から基板への熱伝導をできるだけ少なくして効率よ
く熱上昇が行なえる構成としている。また、赤外線の入
射は裏面の電極３側から行ない、焦電薄膜１に直接赤外
線を吸収させ、効率のよい赤外線の検出を行なってい
る。通常、受光側電極には赤外線反射率の小さい薄いニ
クロムが使われている。
第３図に示す。焦電素子は、焦電薄膜１と両面の電極2,
3とによって構成され、この焦電素子が穴の開いた基板
４の穴の中心に、有機薄膜５によって支持されている。
電極２の引出し部分は有機薄膜５の中に埋め込まれ、裏
面全面に作製された電極３との間での絶縁を保ってお
り、焦電素子の出力は電極２の引出し部分と電極３の間
の起電力として得られる。焦電型の赤外線検出器は、吸
収した赤外線による素子の温度上昇を電気信号に変換し
ているため、焦電素子の裏面の基板４に穴を開け、焦電
素子から基板への熱伝導をできるだけ少なくして効率よ
く熱上昇が行なえる構成としている。また、赤外線の入
射は裏面の電極３側から行ない、焦電薄膜１に直接赤外
線を吸収させ、効率のよい赤外線の検出を行なってい
る。通常、受光側電極には赤外線反射率の小さい薄いニ
クロムが使われている。
この作製プロセスを第４図を用いて説明する。まず、
基板４上の一部に焦電薄膜１を成膜する。この全面に感
光性の有機薄膜５を塗布し、乾燥した後、紫外線による
露光と現像によって、有機薄膜５のうちの焦電薄膜１と
電極２との導通をとる部分を取り除き、有機薄膜５を熱
硬化させる。この上に電極２の成膜とパターニングを行
ない、さらに感光性の有機薄膜５′を塗布し、乾燥した
後、紫外線による露光と現像によって、有機薄膜５′の
うちの電極２の出力を取り出す部分を取り除く。基板４
の裏面にフォトレジスト６を塗布し、基板を残す部分を
保護した後、基板４の一部をエッチング除去する。フォ
トレジスト６を除去した後、裏面全面に電極３を形成し
ている。
基板４上の一部に焦電薄膜１を成膜する。この全面に感
光性の有機薄膜５を塗布し、乾燥した後、紫外線による
露光と現像によって、有機薄膜５のうちの焦電薄膜１と
電極２との導通をとる部分を取り除き、有機薄膜５を熱
硬化させる。この上に電極２の成膜とパターニングを行
ない、さらに感光性の有機薄膜５′を塗布し、乾燥した
後、紫外線による露光と現像によって、有機薄膜５′の
うちの電極２の出力を取り出す部分を取り除く。基板４
の裏面にフォトレジスト６を塗布し、基板を残す部分を
保護した後、基板４の一部をエッチング除去する。フォ
トレジスト６を除去した後、裏面全面に電極３を形成し
ている。
発明が解決しようとする課題 従来例の赤外線検出器に用いる基板は、容易にエッチ
ングできる材料でなくてはならず、さらに分極軸方向に
配向した焦電薄膜を用いる場合、使用可能な基板が極端
に限定される。
ングできる材料でなくてはならず、さらに分極軸方向に
配向した焦電薄膜を用いる場合、使用可能な基板が極端
に限定される。
また、従来の焦電薄膜を用いた赤外線検出器では、焦
電薄膜の寸法と基板の穴の寸法の間にかなりマージンを
取らなくてはならず、焦電素子自体を小さくすることが
できても検出器全体はあまり小さくすることができな
い。
電薄膜の寸法と基板の穴の寸法の間にかなりマージンを
取らなくてはならず、焦電素子自体を小さくすることが
できても検出器全体はあまり小さくすることができな
い。
まず第１に、エッチングされた基板の側面がどうして
も斜めになるため、この寸法を考慮しなくてはならな
い。また、この斜め部分が急峻であると電極３の導通が
取れなくなり、歩留まりが低下することから、この部分
の寸法は基板の厚さ以上であることが望ましい。
も斜めになるため、この寸法を考慮しなくてはならな
い。また、この斜め部分が急峻であると電極３の導通が
取れなくなり、歩留まりが低下することから、この部分
の寸法は基板の厚さ以上であることが望ましい。
次に、実際にエッチングされる基板の寸法のばらつき
を考慮しなくてはならない。基板エッチングには長時間
かかるため、レジストと基板との間へのエッチング液の
浸透が無視できなくなり、実際にエッチング除去された
部分の寸法は、設計値から大きくばらつく。
を考慮しなくてはならない。基板エッチングには長時間
かかるため、レジストと基板との間へのエッチング液の
浸透が無視できなくなり、実際にエッチング除去された
部分の寸法は、設計値から大きくばらつく。
さらに、マージンとして基板エッチングのパターンず
れを考慮しなくてはならない。基板の表と裏のパターン
合わせが必要で、合わせるパターン間が離れているため
パターンずれが生じ易い。
れを考慮しなくてはならない。基板の表と裏のパターン
合わせが必要で、合わせるパターン間が離れているため
パターンずれが生じ易い。
従って、マージンとして、基板の斜め部分の寸法、エ
ッチング寸法のばらつき、パターンずれの３点を見越し
た以上の寸法が必要となる。
ッチング寸法のばらつき、パターンずれの３点を見越し
た以上の寸法が必要となる。
本発明は、上記問題点を解決するもので、小型で歩留
まりの高い焦電型赤外線検出器を提供することを目的と
するものである。
まりの高い焦電型赤外線検出器を提供することを目的と
するものである。
課題を解決するための手段 成膜基板上に焦電素子を作製し、全面を有機薄膜で覆
った上に、穴を設けた保持基板を貼り合わせ、成膜基板
をエッチング除去することにより、前記有機薄膜によっ
て前記焦電素子が前記第２基板の穴の内部に支持された
構成を実現する。
った上に、穴を設けた保持基板を貼り合わせ、成膜基板
をエッチング除去することにより、前記有機薄膜によっ
て前記焦電素子が前記第２基板の穴の内部に支持された
構成を実現する。
作用 上記手段のように、あらかじめ穴を設けた基板と有機
薄膜を塗布した焦電素子とを貼り合わせることによっ
て、色々な基板材料を用いることができる。例えば、ガ
ラスエポキシなどの回路基板に用いられる材料を用い、
検出器と周辺回路を同一基板上に作製することによっ
て、装置全体を小型化することができる。
薄膜を塗布した焦電素子とを貼り合わせることによっ
て、色々な基板材料を用いることができる。例えば、ガ
ラスエポキシなどの回路基板に用いられる材料を用い、
検出器と周辺回路を同一基板上に作製することによっ
て、装置全体を小型化することができる。
従来例では基板の穴の側面が斜めであることが問題で
あったが、本発明では穴の側面が垂直に切り立った基板
を用いることができる。穴の側面を垂直にしたとして
も、二つの電極のどちらの引き回し部分も、連続かつ平
坦な面上に作製されるため、従来例のように電極の断線
による不良は起こらない。また、本発明では成膜基板を
全面エッチングし除去しているため、従来例のようなエ
ッチング寸法のばらつきやパターンずれなどの問題は起
こらない。
あったが、本発明では穴の側面が垂直に切り立った基板
を用いることができる。穴の側面を垂直にしたとして
も、二つの電極のどちらの引き回し部分も、連続かつ平
坦な面上に作製されるため、従来例のように電極の断線
による不良は起こらない。また、本発明では成膜基板を
全面エッチングし除去しているため、従来例のようなエ
ッチング寸法のばらつきやパターンずれなどの問題は起
こらない。
従って、本発明における焦電素子と基板の穴の間のマ
ージンは極めて少なくて済み、小型の赤外線検出器を実
現できる。
ージンは極めて少なくて済み、小型の赤外線検出器を実
現できる。
また、成膜基板を全面エッチングするため、エッチン
グされる面に段差がなく、全面が均一にエッチングさ
れ、エッチングの終点における焦電薄膜のダメージを最
小限に抑えることができる。
グされる面に段差がなく、全面が均一にエッチングさ
れ、エッチングの終点における焦電薄膜のダメージを最
小限に抑えることができる。
実 施 例 本発明における焦電型赤外線検出器の一実施例の構成
を第１図に、その作製プロセスを第２図に示す。成膜基
板11としてMgO単結晶を用い、この上に焦電薄膜12とし
てPb0.9La0.1Ti0.975Ｏ３の組成でペロブスカイト型の
結晶構造を有し、基板11に対してｃ軸配向した焦電薄膜
を、スパッタリング法により成膜した。この組成の焦電
薄膜は、チタン酸鉛系の焦電薄膜の中でも特に赤外線検
出器の材料として優れている。この焦電薄膜12と基板11
上に100nmのNiCr薄膜を成膜し、電極13とその引き回し
部分を形成した。この全面に有機薄膜14としてポリイミ
ド樹脂を塗布・仮硬化し、さらに全面に接着層15として
同じポリイミド樹脂を塗布し、保持基板16と貼り合わせ
た後、有機薄膜14と接着層15を完全に硬化した。最後
に、成膜基板11をリン酸によってエッチング除去し、基
板11を除去した面に10nmのNiCrを成膜し、電極17とその
引き回し部分を形成した。基板11をエッチング除去した
面が平坦であるため、従来例では行えない、裏面電極の
パターニングを容易に行なうことができた。第１図に示
した構成は、第２図のプロセスが終了したものの上下を
反転しており、電極17側から赤外線の入射を行なう。
を第１図に、その作製プロセスを第２図に示す。成膜基
板11としてMgO単結晶を用い、この上に焦電薄膜12とし
てPb0.9La0.1Ti0.975Ｏ３の組成でペロブスカイト型の
結晶構造を有し、基板11に対してｃ軸配向した焦電薄膜
を、スパッタリング法により成膜した。この組成の焦電
薄膜は、チタン酸鉛系の焦電薄膜の中でも特に赤外線検
出器の材料として優れている。この焦電薄膜12と基板11
上に100nmのNiCr薄膜を成膜し、電極13とその引き回し
部分を形成した。この全面に有機薄膜14としてポリイミ
ド樹脂を塗布・仮硬化し、さらに全面に接着層15として
同じポリイミド樹脂を塗布し、保持基板16と貼り合わせ
た後、有機薄膜14と接着層15を完全に硬化した。最後
に、成膜基板11をリン酸によってエッチング除去し、基
板11を除去した面に10nmのNiCrを成膜し、電極17とその
引き回し部分を形成した。基板11をエッチング除去した
面が平坦であるため、従来例では行えない、裏面電極の
パターニングを容易に行なうことができた。第１図に示
した構成は、第２図のプロセスが終了したものの上下を
反転しており、電極17側から赤外線の入射を行なう。
第２基板16にはポリイミドのフィルムを用いており、
型抜きで簡単に断面が垂直な穴を開けることができ、一
枚の基板に複数の赤外線検出器を作り込んだ場合、それ
ぞれの素子分離も容易に行なうことができた。ポリイミ
ドフィルムには、銅箔の配線パターンを設けたものを用
い、検出器と同じ基板上に周辺回路も実装し、装置の小
型化を図ることができた。また、ポリイミドは柔軟性が
あり赤外線検出器を曲面状に設置することも可能であ
る。
型抜きで簡単に断面が垂直な穴を開けることができ、一
枚の基板に複数の赤外線検出器を作り込んだ場合、それ
ぞれの素子分離も容易に行なうことができた。ポリイミ
ドフィルムには、銅箔の配線パターンを設けたものを用
い、検出器と同じ基板上に周辺回路も実装し、装置の小
型化を図ることができた。また、ポリイミドは柔軟性が
あり赤外線検出器を曲面状に設置することも可能であ
る。
また、従来例の有機薄膜５と５′には、電極２の導通
を取る穴を設けるために、観光性のポリイミド樹脂を用
いて２回のパターニングを行なっており、樹脂の硬化も
２回行なわなくてはならず、プロセスが複雑で時間がか
かる。実際、エッチング液への耐性を確保するためには
１回につき４時間程度熱処理が必要であった。一方、本
発明の場合、有機薄膜14と接着層15ともパターニングの
必要がなく有機薄膜14を10分程度仮硬化するだけで連続
して塗布できる。よって、通常のポリイミド樹脂が使用
でき、実質１回の硬化で済むため、プロセスが単純で時
間の短縮ができる。
を取る穴を設けるために、観光性のポリイミド樹脂を用
いて２回のパターニングを行なっており、樹脂の硬化も
２回行なわなくてはならず、プロセスが複雑で時間がか
かる。実際、エッチング液への耐性を確保するためには
１回につき４時間程度熱処理が必要であった。一方、本
発明の場合、有機薄膜14と接着層15ともパターニングの
必要がなく有機薄膜14を10分程度仮硬化するだけで連続
して塗布できる。よって、通常のポリイミド樹脂が使用
でき、実質１回の硬化で済むため、プロセスが単純で時
間の短縮ができる。
さらに本発明の赤外線検出器は、その実装においても
有利である。従来例の検出器のように裏面から赤外線を
受光する場合、検出器を固定するパッケージのベースに
も赤外線を通す窓を設けなくてはならない。ベースに穴
を設けることは、パッケージのコスト増大を招くだけで
なく、ベース側に出ているピンやパッケージを固定する
配線基板が邪魔をして、光学系の設計を制限する恐れが
ある。本発明では、基板に対して表から受光するため、
このような問題は生じない。
有利である。従来例の検出器のように裏面から赤外線を
受光する場合、検出器を固定するパッケージのベースに
も赤外線を通す窓を設けなくてはならない。ベースに穴
を設けることは、パッケージのコスト増大を招くだけで
なく、ベース側に出ているピンやパッケージを固定する
配線基板が邪魔をして、光学系の設計を制限する恐れが
ある。本発明では、基板に対して表から受光するため、
このような問題は生じない。
本実施例には、１個の焦電型赤外線検出器について示
しているが、焦電素子を複数個ならべたアレイセンサの
作製においても全く同様の効果が得られる。
しているが、焦電素子を複数個ならべたアレイセンサの
作製においても全く同様の効果が得られる。
発明の効果 本発明によれば、小型で歩留まりの高い焦電型赤外線
検出器を実現でき、さらにその作製プロセスの簡略化や
時間の短縮を行なうことができる。
検出器を実現でき、さらにその作製プロセスの簡略化や
時間の短縮を行なうことができる。
第１図，第２図は本発明における焦電型赤外線検出器お
よび作製プロセスを示す断面図、第３図，第４図は従来
例における焦電型赤外線検出器およびその作製プロセス
を示す断面図である。 11……成膜基板、12……焦電薄膜、13……電極、14……
有機薄膜、15……接着層、16……保持基板、17……電
極。
よび作製プロセスを示す断面図、第３図，第４図は従来
例における焦電型赤外線検出器およびその作製プロセス
を示す断面図である。 11……成膜基板、12……焦電薄膜、13……電極、14……
有機薄膜、15……接着層、16……保持基板、17……電
極。
Claims (6)
- 【請求項１】保持基板と、焦電薄膜と、焦電薄膜に発生
した電荷を取り出すためにその両面に形成された上部電
極および下部電極と、これを基板に保持するための有機
薄膜と、有機薄膜と基板を固着する接着層により構成さ
れ、 焦電薄膜は、予め成膜基板上にその分極軸が膜面に対し
て垂直方向に配向するように成膜された後、有機薄膜に
固着され且つ成膜基板を除去したものであり、 保持基板は、前記焦電薄膜に相対する部分に焦電薄膜よ
りも大きく且つ断面が概ね垂直な穴を有し、有機薄膜
が、前記保持基板に接着層により固着されることで前記
基板の穴内に架橋構造を形成し、穴の内部に焦電薄膜が
実質的に有機薄膜のみで断熱的に保持された構造を有す
ることを特徴とした焦電型赤外線検出器。 - 【請求項２】有機薄膜の上面と、焦電薄膜の有機薄膜に
覆われていない上面が、略連続で平坦である請求項１記
載の焦電型赤外線検出器。 - 【請求項３】有機薄膜と保持基板とを接着する接着層
が、前記有機薄膜と同種の樹脂からなる請求項１記載の
焦電型赤外線検出器。 - 【請求項４】保持基板上に直接焦電薄膜を成膜しても、
前記焦電薄膜を配向させることのできないセラミクス、
ガラス、樹脂、あるいはその複合材料を前記保持基板に
用いた請求項１記載の焦電型赤外線検出器。 - 【請求項５】成膜基板上に、分極軸が膜面に対して垂直
な方向に配向した焦電薄膜を所望の大きさに成膜する工
程と、前記焦電薄膜上に発生電荷を取り出すための上部
電極を形成する工程と、前記焦電薄膜を覆うように有機
薄膜を塗布・硬化により作製する工程と、成膜基板の有
機薄膜を設けた面に、焦電薄膜に相対する部分に焦電薄
膜よりも大きく且つ断面が概ね垂直な穴を形成した保持
基板を接着剤により固着する工程と、前記成膜基板をエ
ッチング除去する工程と、前記焦電薄膜の成膜基板側の
面に発生電荷を取り出すための下部電極を形成する工程
とで焦電素子を製造することにより、保持基板に形成し
た穴の内部に焦電素子が実質的に有機薄膜のみで断熱的
に保持された構造の形成を可能とした焦電型赤外線検出
器の製造方法。 - 【請求項６】成膜基板が、焦電薄膜の分極軸方向への結
晶配向を可能とする材料からなる請求項５記載の焦電型
赤外線検出器の製造方法。
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| JP2298002A JP2584124B2 (ja) | 1990-11-01 | 1990-11-01 | 焦電型赤外線検出器およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2298002A JP2584124B2 (ja) | 1990-11-01 | 1990-11-01 | 焦電型赤外線検出器およびその製造方法 |
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