JP2824317B2 - PVDF oriented polarization film and method of manufacturing pyroelectric infrared sensor using the same - Google Patents

PVDF oriented polarization film and method of manufacturing pyroelectric infrared sensor using the same

Info

Publication number
JP2824317B2
JP2824317B2 JP2139392A JP13939290A JP2824317B2 JP 2824317 B2 JP2824317 B2 JP 2824317B2 JP 2139392 A JP2139392 A JP 2139392A JP 13939290 A JP13939290 A JP 13939290A JP 2824317 B2 JP2824317 B2 JP 2824317B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pvdf
film
membrane electrode
forming
infrared sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2139392A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0432274A (en
Inventor
良司 旭
修 田畑
進 杉山
二郎 坂田
みどり 望月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2139392A priority Critical patent/JP2824317B2/en
Publication of JPH0432274A publication Critical patent/JPH0432274A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2824317B2 publication Critical patent/JP2824317B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、PVDF配向分極膜およびこれを用いた焦電型
赤外線センサの製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a PVDF oriented polarizing film and a method for manufacturing a pyroelectric infrared sensor using the same.

[従来の技術] 近年、室温で動作する赤外線センサ、特にその2次元
化および集積化を目的とした研究が盛んに行われてお
り、中でも焦電型赤外線センサは、感度,応答性が選れ
ていることから実用化の可能性が高いものとして注目さ
れている。
[Related Art] In recent years, researches for infrared sensors operating at room temperature, particularly for two-dimensional integration and integration thereof, have been actively conducted. Among them, a pyroelectric infrared sensor has been selected for its sensitivity and responsiveness. Therefore, it is attracting attention as having high possibility of practical use.

これまでに報告されてきた焦電型赤外線センサ、特に
赤外線イメージセンサは、セラミックスや単結晶等のバ
ルク焦電材料と、その信号続出回路が形成されているシ
リコン基板とを、半田やインジウムジンプ等で接続する
ハイブリット型が主流であった(R.Watton et al.:SPIE
510 Infrared Technology X,139−148,1984.)。しか
し、この方法では、素子数が大くなると、その接続が困
難になることや、素子間のクロストークが問題となる。
Pyroelectric infrared sensors, especially infrared image sensors, which have been reported so far, use a bulk pyroelectric material such as ceramics or single crystal, and a silicon substrate on which the signal follow-up circuit is formed, by soldering, indium gimp, or the like. The hybrid type connected by the mainstream was the mainstream (R. Watton et al .: SPIE
510 Infrared Technology X, 139-148, 1984.). However, in this method, when the number of elements is large, connection becomes difficult, and crosstalk between the elements becomes a problem.

このため、最近では、焦電材料の薄膜化の研究が主流
になっている。特に、焦電薄膜をシリコン基板上に形成
することは、センサと続出回路をワンチップ化できるた
め、その有用性が非常に高い。
For this reason, research on thinning of a pyroelectric material has recently become mainstream. In particular, forming a pyroelectric thin film on a silicon substrate is extremely useful because the sensor and the subsequent circuit can be integrated into one chip.

[発明が解決しようとする課題] しかし、従来の方法では、十分な薄さと性能をもった
焦電薄膜をシリコン基板上に形成することは困難であ
り、これが焦電型赤外線センサを実用化する上での大き
な問題となっていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, it is difficult to form a pyroelectric thin film having a sufficient thickness and performance on a silicon substrate by the conventional method, and this makes a pyroelectric infrared sensor practical. Was a big problem above.

例えば、PbTiO3の薄膜をスパッタで成膜する試みがな
されているが、支持基板としてシリコン基板を用いた場
合、今のところ十分な配向性をもった焦電薄膜は得られ
ていない(M.Okuyama et al.:Jpn.J.Appl.phy.Suppl.2
1,1,1982.)。
For example, attempts have been made to form a thin film of PbTiO 3 by sputtering.However, when a silicon substrate is used as a supporting substrate, a pyroelectric thin film having a sufficient orientation has not been obtained yet (M. Okuyama et al .: Jpn.J.Appl.phy.Suppl.2
1,1,1982.).

また、P(VDF−TrFE)等の有機共重合体でスピンコ
ートにより、任意の基板上に容易に焦電薄膜を形成でき
るものもあるが、この場合、十分な配向をもたせるため
に、焦電薄膜に対し高電圧による分極処理を施すことが
必要であった(A.Lee et al.:Thin Solid Films.181,24
5−250,1989.)。しかし、焦電薄膜に対する分極処理
は、面内の膜厚不均一や欠陥等により局所的な電界集中
を生じ絶縁破壊を起しやすいため、極めて困難であっ
た。
In addition, some organic copolymers such as P (VDF-TrFE) can easily form a pyroelectric thin film on an arbitrary substrate by spin coating. In this case, however, a pyroelectric thin film is required to have a sufficient orientation. It was necessary to subject the thin film to polarization treatment with high voltage (A. Lee et al .: Thin Solid Films. 181, 24).
5-250, 1989.). However, the polarization treatment of the pyroelectric thin film has been extremely difficult because local electric field concentration occurs due to non-uniform in-plane film thickness or defects, and dielectric breakdown is likely to occur.

また、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、焦電薄膜と
しての性能の高さや、熱拡散係数の低さ、およびパター
ンニングの容易さ等においてセンサの2次元化,集積化
に適した材料である。このPVDFは、I型結晶と、II型結
晶のものがあり、焦電薄膜として用いることができるの
は、強誘電性をもっているである。
Polyvinylidene fluoride (PVDF) is a material suitable for two-dimensional integration of sensors due to its high performance as a pyroelectric thin film, low thermal diffusion coefficient, and easy patterning. This PVDF is classified into an I-type crystal and a II-type crystal. Ferroelectricity can be used as a pyroelectric thin film.

しかし、従来の技術では、通常の成形時にII型結晶を
有するPVDFしか得ることができず、このII型結晶からI
型結晶への転移には、PVDF膜の延伸操作および分極処理
が必要であった。このため、従来の製造技術では、フィ
ルム状のものしか得られず、任意の基板上へI型結晶を
有するPVDF配向分極膜を形成することは不可能であっ
た。
However, according to the conventional technique, only PVDF having a type II crystal can be obtained at the time of ordinary molding, and IDF is obtained from the type II crystal.
The transformation to the type crystal required the stretching operation of the PVDF film and the polarization treatment. For this reason, only a film-shaped thing can be obtained by the conventional manufacturing technique, and it was impossible to form a PVDF oriented polarization film having an I-type crystal on an arbitrary substrate.

また、焦電型赤外線センサでは、焦電材料をできるだ
け薄く形成することが、赤外線検出感度および応答性を
高める上で重量になる。しかし、従来の技術では、PVDF
フィルムをせいぜい50μm程度にしか薄膜化できず、こ
の面からセンサの検出感度および応答性に限界があっ
た。
Further, in the pyroelectric infrared sensor, forming the pyroelectric material as thin as possible is weight in terms of enhancing infrared detection sensitivity and responsiveness. However, in the prior art, PVDF
The thickness of the film could be reduced to only about 50 μm at most, and there was a limit to the detection sensitivity and responsiveness of the sensor from this aspect.

[発明の目的] 本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたも
のであり、その第1の目的は、支持基板上に設けられた
メンブレン電極上に、I型結晶を有するPVDF配向分極膜
を形成することが可能なPVDF配向分極膜の製造方法を提
供することにある。
[Object of the Invention] The present invention has been made in view of such a conventional problem, and a first object of the present invention is to provide a PVDF orientation having an I-type crystal on a membrane electrode provided on a supporting substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a PVDF oriented polarization film capable of forming a polarization film.

本発明の第2の目的は、前記PVDF配向分極膜の製造方
法を用い、焦電材料として充分薄膜化されたPVDF配向分
極膜を用いた焦電型赤外線センサの製造方法を提供する
ことにある。
A second object of the present invention is to provide a method for producing a pyroelectric infrared sensor using the above-mentioned method for producing a PVDF oriented polarization film, and using a PVDF oriented polarization film which is sufficiently thin as a pyroelectric material. .

[課題を解決するための目的] 前記第1の目的を達成するために、本発明のPVDF配向
分極膜の製造方法は、 PVDF溶液噴射用の噴射ノズルと、支持基板上に設けら
れたメンブレン電極とを相対向させ、 両者の間に所定の電界を発生させることにより、前記
噴射ノズルかPVDF溶液をメンブレン電極に向け噴霧さ
せ、 この噴霧中の溶媒を乾燥用のガスを用いて揮発させ、
この噴霧中に含まれるPVDFを前記メンブレン電極上に堆
積させ、PVDF配向分極膜を形成することを特徴とする。
[Object to solve the problem] In order to achieve the first object, a method for producing a PVDF oriented polarization film according to the present invention comprises: a spray nozzle for spraying a PVDF solution; and a membrane electrode provided on a support substrate. Are opposed to each other, and a predetermined electric field is generated between the two, whereby the spray nozzle or the PVDF solution is sprayed toward the membrane electrode, and the solvent in the spray is volatilized using a drying gas,
The PVDF contained in the spray is deposited on the membrane electrode to form a PVDF oriented polarization film.

これにおいて、前記PVDF溶液は、ジメチルホルムアミ
ド等からなる溶媒中にPVDFを0.1〜0.3wt%の濃度で溶か
して形成することが好ましい。
In this case, the PVDF solution is preferably formed by dissolving PVDF at a concentration of 0.1 to 0.3 wt% in a solvent composed of dimethylformamide or the like.

これは、PVDF溶液の濃度は、低すぎると堆積速度が小
さく、逆に高すぎるとノズルの周りに析出するためであ
る。
This is because if the concentration of the PVDF solution is too low, the deposition rate is low, and if it is too high, the PVDF solution precipitates around the nozzle.

また、前記噴霧中の溶媒は、乾燥用のガスとして、例
えば温度40〜80℃に加熱されてなる窒素ガスなどの不活
性ガスを用いて揮発させることが好ましい。
The solvent in the spray is preferably volatilized using an inert gas such as a nitrogen gas heated to a temperature of 40 to 80 ° C. as a drying gas.

すなわち、窒素ガスの温度は、低すぎると溶媒の乾燥
除去がなされない。また、逆に高すぎると、溶媒を含ま
ないPVDFが基板に到達するため、膜上で適切なマイグレ
ーションが得られず、十分な配向性や均一性が得られな
いからである。従って、上記の窒素ガス温度が適当であ
る。
That is, if the temperature of the nitrogen gas is too low, the solvent is not dried and removed. On the other hand, if it is too high, PVDF containing no solvent reaches the substrate, so that appropriate migration on the film cannot be obtained, and sufficient orientation and uniformity cannot be obtained. Therefore, the above-mentioned nitrogen gas temperature is appropriate.

また、前記噴射ノズルとメンブレン電極との間の電界
は、平均で±3.2〜10KV/cmとすることが好ましい。
Further, it is preferable that the electric field between the injection nozzle and the membrane electrode is ± 3.2 to 10 KV / cm on average.

これは噴射ノズルと前記メンブレン電極との間の電界
は、低すぎると堆積速度の減少や大きな液滴の飛来を生
じ、逆に高すぎると火花放電を起すためである。従っ
て、電界は前述した範囲の値に設定することが好まし
い。
This is because if the electric field between the injection nozzle and the membrane electrode is too low, the deposition rate decreases and large droplets fly, and if it is too high, spark discharge occurs. Therefore, the electric field is preferably set to a value in the above-described range.

また、前記第2の目的を達成するため、本発明の焦電
型赤外線センサの製造方法は、 支持基板上に、少なくともこの基板との接合面側が耐
エッチング材料からなるメンブレン電極を下部電極とし
て形成するメンブレン電極形成工程と、 前記支持基板のメンブレン電極積層領域の一部をエッ
チング除去することにより、熱絶縁孔を形成する熱絶縁
孔形成工程と、 前記メンブレン電極上に請求項(1)の方法を用い、
PVDF配向分極膜を形成するPVDF配向分極膜形成工程と、 前記PVDF配向分極膜上に上部電極を形成する上部電極
形成工程と、 この上部電極上に赤外線吸収膜を形成する吸収膜形成
工程と、 を含むことを特徴とする。
In order to achieve the second object, a method of manufacturing a pyroelectric infrared sensor according to the present invention comprises the steps of: forming a membrane electrode on a supporting substrate at least on a bonding surface side with the substrate as an lower electrode, which is made of an etching-resistant material; A step of forming a heat insulating hole by forming a heat insulating hole by etching away a part of the membrane electrode laminating region of the support substrate; and a method of claim 1 on the membrane electrode. Using
A PVDF alignment polarization film forming step of forming a PVDF alignment polarization film, an upper electrode formation step of forming an upper electrode on the PVDF alignment polarization film, and an absorption film forming step of forming an infrared absorbing film on the upper electrode. It is characterized by including.

ここにおいて、前記PVDF配向分極膜の面内均一性を向
上させるため、噴射ノズルより低い電位をもつ円筒状の
フォーカス電極をPVDF噴霧の移動経路の周囲に設置し、
これによりイオン化したPVDF噴霧の方向を制御すること
が好ましい。さらに、膜の面均一性を向上させるため、
メンブレン電極を基板と共にモータ等で回転させること
が好ましい。
Here, in order to improve the in-plane uniformity of the PVDF oriented polarization film, a cylindrical focus electrode having a lower potential than the injection nozzle is provided around the movement path of the PVDF spray,
Thereby, it is preferable to control the direction of the ionized PVDF spray. Furthermore, in order to improve the surface uniformity of the film,
Preferably, the membrane electrode is rotated together with the substrate by a motor or the like.

なお、このような本発明の成膜法は、大気中で行われ
るため、真空系を必要とせず、さらに蒸着法等のような
加熱系も必要としないという利点がある。
Since the film formation method of the present invention is performed in the air, there is an advantage that a vacuum system is not required and a heating system such as an evaporation method is not required.

また、前記メンブレン電極は、上部電極と対をなす下
部電極として機能すると共に、PVDF配向分極膜を形成す
るときに、噴射ノズルとの間で電界を発生させるために
用いられる。
Further, the membrane electrode functions as a lower electrode paired with the upper electrode, and is used for generating an electric field with the injection nozzle when forming the PVDF oriented polarization film.

また、前記メンブレン電極の支持基板との接合領域を
耐エッチング材料で形成することは、熱絶縁孔形成工程
において、メンブレン電極がエッチング除去されること
がないようにするためである。
Further, the reason why the junction region of the membrane electrode with the support substrate is formed of an etching-resistant material is to prevent the membrane electrode from being removed by etching in the heat insulating hole forming step.

また、前記熱絶縁孔の形成は、赤外線受光部における
熱容量の低減および赤外線受光部から支持基板への熱伝
導を低減させ、赤外線センサとしての感度および応答性
を高めるためである。熱絶縁孔を形成するためのエッチ
ングは、赤外線受光部が設けられた支持基板の上部表面
側から行っても、またその反対側の下部表面側から行っ
てもよい。とりわけ、素子数の集積度を上げるなど、エ
ッチング領域の精度が要求される場合には、上部表面か
らエッチングを行う方が好ましい。下部表面からのエッ
チングは、メンブレン電極が形成されている上部表面ま
で到達するために相当量必要とされ、このため支持基板
の上下表面のアライメント誤差や、サイドエッチング等
が生じやすいためである。
Further, the formation of the heat insulating holes is intended to reduce the heat capacity of the infrared light receiving unit, reduce the heat conduction from the infrared light receiving unit to the support substrate, and increase the sensitivity and responsiveness of the infrared sensor. The etching for forming the heat insulating hole may be performed from the upper surface side of the support substrate provided with the infrared ray receiving portion, or may be performed from the lower surface side opposite thereto. In particular, when the accuracy of the etching region is required, for example, by increasing the degree of integration of the number of elements, it is preferable to perform etching from the upper surface. The etching from the lower surface is required in a considerable amount to reach the upper surface on which the membrane electrode is formed. This is because alignment errors on the upper and lower surfaces of the support substrate and side etching are likely to occur.

この熱絶縁孔形成工程は、PVDF配向分極膜形成工程に
先立って行ってもよく、またその後に行ってもよい。
This heat insulating hole forming step may be performed prior to or after the PVDF oriented polarization film forming step.

また、前記支持基板は、シリコン単結晶基板として形
成することが好ましく、前記熱絶縁孔形成工程は、シリ
コン異方性エッチングによって行うことが好ましい。
Preferably, the support substrate is formed as a silicon single crystal substrate, and the heat insulating hole forming step is preferably performed by silicon anisotropic etching.

このように、支持基板としてシリコン基板を用いるこ
とは、同一支持基板上に、赤外線センサのみならず信号
続出回路等を設け回路全体を集積化する上で極めて好適
である。
The use of a silicon substrate as the support substrate is extremely suitable for providing not only an infrared sensor but also a signal follow-up circuit and the like on the same support substrate to integrate the entire circuit.

また、このように熱絶縁孔形成工程が、サイドエッチ
ングが少なく精度の良いシリコン異方性エッチングによ
って行なわれることは、赤外線センサの感度のバラツキ
を低減でき、また素子間の集積度を上げるために有効で
ある。
In addition, the fact that the heat insulating hole forming process is performed by silicon anisotropic etching with less side etching and high accuracy can reduce the variation in sensitivity of the infrared sensor and increase the degree of integration between elements. It is valid.

また、前記メンブレン電極は、減圧CVDにより成膜さ
れる窒化シリコン膜と、その上に成膜される導電性薄膜
とを含むよう形成することが好ましい。
Preferably, the membrane electrode is formed to include a silicon nitride film formed by low-pressure CVD and a conductive thin film formed thereon.

ここで、減圧CVDにより成膜される窒化シリコン薄膜
を用いることは、その膜の内部応力が強い引張りである
ので、薄膜メンブレンにしたときにシワのよることがな
く、引張った状態で維持できるためである。また、窒化
シリコンは、酸,アルカリに強いため、後の熱絶縁孔形
成工程のときに良好な耐エッチング材料となる。
Here, the use of a silicon nitride thin film formed by low-pressure CVD is because the internal stress of the film is a strong tension, so that the film can be maintained in a stretched state without wrinkling when formed into a thin film membrane. It is. In addition, since silicon nitride is resistant to acids and alkalis, it becomes a favorable etching-resistant material in a later step of forming a heat insulating hole.

また、前記メンブレン電極は、減圧CVDにより成膜さ
れる窒化シリコン膜と、この窒化シリコン膜にスピンコ
ートにより成膜なれるポリイミド薄膜と、このポリイミ
ド薄膜に形成される導電性薄膜とを含むよう形成しても
よい、 ここで、ポリイミド薄膜は、比較的大面積のメンブレ
ン電極を形成するときに、有効な補強材料となる。その
際、ポリイミドの熱伝導率が小さいため、赤外線センサ
の感度はほとんど変化しない。またICプロセスとの適合
性もよい。
Further, the membrane electrode is formed to include a silicon nitride film formed by low-pressure CVD, a polyimide thin film formed by spin coating the silicon nitride film, and a conductive thin film formed on the polyimide thin film. Here, the polyimide thin film is an effective reinforcing material when forming a relatively large-area membrane electrode. At that time, since the thermal conductivity of the polyimide is small, the sensitivity of the infrared sensor hardly changes. It is also compatible with IC processes.

[作 用] 次に本発明の作用を、焦電型赤外線センサを製造する
場合を例にとり説明する。
[Operation] Next, the operation of the present invention will be described by taking a case of manufacturing a pyroelectric infrared sensor as an example.

まず支持基板上にメンブレン電極を形成する。このと
き、前記メンブレン電極の支持基板側は、耐エッチング
材料を用いて形成される。これにより、このメンブレン
電極は、熱絶縁孔形成工程においてエッチング除去され
ずに残り、薄膜メンブレン構造を形成することになる。
この結果、このメンブレン電極上に順次積層形成される
赤外線検出部の熱容量と、熱伝導を低減することができ
る。赤外線検出部の熱容量と熱伝導の低減は、赤外線受
光時の温度変化速度および温度変化量を増加させ、セン
サの電流感度および電圧感度を向上させる。
First, a membrane electrode is formed on a supporting substrate. At this time, the support substrate side of the membrane electrode is formed using an etching resistant material. As a result, the membrane electrode remains without being etched away in the heat insulating hole forming step, and forms a thin film membrane structure.
As a result, it is possible to reduce the heat capacity and the heat conduction of the infrared detecting section sequentially formed on the membrane electrode. Reduction of the heat capacity and heat conduction of the infrared detection unit increases the temperature change speed and the temperature change amount at the time of receiving infrared light, and improves the current sensitivity and the voltage sensitivity of the sensor.

次に、このメンブレン電極上に、I型の結晶構造をも
つPVDF配向分極膜を以下のようにして形成する。
Next, a PVDF oriented polarization film having an I-type crystal structure is formed on the membrane electrode as follows.

まず、噴射ノズルとメンブレン電極間に電界を発生さ
せると、この電界によって、噴射ノズル内のPVDF溶液の
表面に電離したイオンが集まる。
First, when an electric field is generated between the injection nozzle and the membrane electrode, the electric field causes ionized ions to collect on the surface of the PVDF solution in the injection nozzle.

このイオンが電界によって引張られ、これがPVDF溶液
の表面張力に打勝つと、イオン化された液滴が噴射ノズ
ルから離脱する。
When the ions are pulled by the electric field and overcome the surface tension of the PVDF solution, the ionized droplet breaks off from the spray nozzle.

このように離脱した液滴中のPVDFは、メンブレン電極
に到達する過程で、溶媒が乾燥除去され、イオンクラス
ター化される。前記噴霧中の溶媒の乾燥除去は、温度が
40〜80℃に過熱されてなる窒素ガスを用いて行なうこと
が好ましい。
In the process of arriving at the membrane electrode, the PVDF in the detached droplet is dried to remove the solvent and ion-clustered. The drying and removal of the solvent during the spraying is carried out at a temperature.
It is preferable to use nitrogen gas heated to 40 to 80 ° C.

そして、このPVDFのイオンクラスターがメンブレン電
極に到達すると、そのイオンの効果でPVDFの配向分極膜
が形成される。
Then, when the ion clusters of the PVDF reach the membrane electrode, an oriented polarization film of the PVDF is formed by the effect of the ions.

このように、本発明によれば、任意のメンブレン電極
および基板上に、I型結晶をもったPVDF配向分極膜を、
従来のように分極処理することなく被覆形成することが
でき、前述した従来の課題を解決することができる。
As described above, according to the present invention, a PVDF oriented polarization film having an I-type crystal is formed on an arbitrary membrane electrode and a substrate.
The coating can be formed without performing the polarization treatment as in the related art, and the above-described conventional problem can be solved.

なお、前述したPVDF溶液のイオン化は溶媒を通した温
和な過程により行われるため、電子衝撃によりるイオン
化を用いたときに起りやすい元素の引抜き、切断,開
裂,再結晶といった、いわゆるフラグメンテーション反
応が起りにくいと考えられる。さらに、真空蒸着のよう
な加熱系や真空系が不必要であるため、低コストおよび
高スループットの成膜も可能となる。
Since the ionization of the PVDF solution described above is performed by a mild process through a solvent, a so-called fragmentation reaction, such as extraction, cutting, cleavage, and recrystallization of elements, which tends to occur when ionization by electron impact is used, occurs. It is considered difficult. Further, since a heating system or a vacuum system such as vacuum evaporation is not required, low-cost and high-throughput film formation is possible.

このようにしてPVDF配向分極膜が形成されると、次に
このPVDF配向分極膜上に、前記メンブレン電極と対をな
す上部電極が形成され、さらにこの上部電極上に、赤外
線受光部として機能する赤外線吸収膜が被覆形成され、
赤外線センサの製造プロセスが終了する。
When the PVDF oriented polarization film is formed in this way, an upper electrode paired with the membrane electrode is formed on the PVDF oriented polarization film, and further functions as an infrared light receiving unit on the upper electrode. An infrared absorbing film is coated and formed,
The manufacturing process of the infrared sensor ends.

このように、本発明を焦電型赤外線センサの製造に適
用することにより、任意の支持基板上に、充分薄膜化さ
れたPVDF配向分極膜を用い、高感度な焦電型赤外線セン
サを製造することができる。
As described above, by applying the present invention to the manufacture of a pyroelectric infrared sensor, a highly sensitive pyroelectric infrared sensor is manufactured using a PVDF oriented polarization film that is sufficiently thin on an arbitrary supporting substrate. be able to.

また、本発明の方法において、前記支持基板としてシ
リコン基板を用いることにより、信号続出回路を赤外線
センサと同一の基板上にワンチップとして形成すること
が可能となる。このとき、焦電型赤外線センサから出力
される信号は、通常高い入力インピーダンスを持つため
JFET,FET等でインピーダンス変換される。しかし、従来
のように検出部と共に続出回路が赤外線センサと別基板
上に形成されている場合、インピーダンス変換されるま
でにワイヤーポンディング等の配線が必要であるため、
ノイズの影響を受けやすい。これに対し、本発明のよう
に同一基板上に赤外線センサと続出回路とが形成できる
と、インピーダンス変換はもちろん、アンプやカウンタ
等も同一基板上に組込めるので、アレイ化,スマート化
が可能となる。
Further, in the method of the present invention, by using a silicon substrate as the support substrate, it is possible to form the signal follow-up circuit as one chip on the same substrate as the infrared sensor. At this time, the signal output from the pyroelectric infrared sensor usually has a high input impedance.
Impedance conversion is performed by JFET, FET, etc. However, when the follow-up circuit is formed on a separate substrate from the infrared sensor together with the detection unit as in the related art, wiring such as wire bonding is necessary until impedance conversion is performed.
Susceptible to noise. On the other hand, if an infrared sensor and a follow-up circuit can be formed on the same substrate as in the present invention, not only impedance conversion, but also an amplifier and a counter can be incorporated on the same substrate. Become.

また、支持基板としてシリコン基板を用いた場合、熱
絶縁孔形成工程はシリコン異方性エッチングによって行
うことが可能となる。シリコン異方性エッチングは、結
晶方位によるエッチンググレードの違いを利用している
ため、エッチングマスクに対してサイドエッチを少ない
加工が可能となる。特に、素子と素子とが密接して存在
するような高い集積度のセンサを製造するときに極めて
有効なものとなる。
When a silicon substrate is used as the support substrate, the heat insulating hole forming step can be performed by silicon anisotropic etching. Since silicon anisotropic etching utilizes the difference in etching grade depending on the crystal orientation, it is possible to perform processing with less side etching on the etching mask. In particular, it is extremely effective when manufacturing a sensor with a high degree of integration in which elements are closely arranged.

また、前記メンブレン電極として、減圧CVDにより成
膜される窒化シリコン膜を用いることにより、その膜の
内部応力が強い引張り力であるので、薄膜メンブレンを
形成したとき、シワのよることなく引張った状態で維持
できる。また、窒化シリコンは酸,アルカリに強いた
め、熱絶縁孔形成工程のとき、良好な耐エッチング材料
となりる得る。特に、シリコンの異方性エッチング液で
ある強アルカリに対し良好なエッチング材として機能す
ることとなる。
Further, by using a silicon nitride film formed by low-pressure CVD as the membrane electrode, since the internal stress of the film is a strong tensile force, when the thin film membrane is formed, it is stretched without wrinkling. Can be maintained. In addition, since silicon nitride is resistant to acids and alkalis, it can be a good etching-resistant material in the step of forming a heat insulating hole. In particular, it functions as a good etching material for a strong alkali which is an anisotropic etching solution for silicon.

また、前記メンブレブ前極を比較的大面積なものとし
て形成する場合には、メンブレン電極上にPVDF薄膜を形
成するときにイオンクラスター衝撃等のためメンブレン
電極を破壊することがある。このため、大面積のメンブ
レン電極を形成する場合、このメンブレン電極は、減圧
CVDにより成膜される窒化シリコン膜と、この窒化シリ
コン膜に成膜されるポリイミド薄膜と、このポリイミド
薄膜上に形成される導電性薄膜とを含むよう形成するこ
とが好ましい。このとき、前記ポリイミド薄膜は、スピ
ンコートで容易に薄膜形成することができ、有効な補強
材となる得る。また、その熱伝導率は小さく、ICプロセ
スとの適合性のよいことから、感度の低下や作業性の低
下を起すことなく、製作歩留りを向上させることもでき
る。
When the membrane front electrode is formed to have a relatively large area, the membrane electrode may be broken due to ion cluster impact or the like when a PVDF thin film is formed on the membrane electrode. Therefore, when forming a large-area membrane electrode, this membrane electrode is
It is preferable to form a silicon nitride film formed by CVD, a polyimide thin film formed on the silicon nitride film, and a conductive thin film formed on the polyimide thin film. At this time, the polyimide thin film can be easily formed by spin coating, and can be an effective reinforcing material. Further, since the thermal conductivity is small and the compatibility with the IC process is good, the production yield can be improved without lowering sensitivity or lowering workability.

また、前述したように、PVDF溶液の溶液濃度を設定
し、また噴霧中の溶媒揮発用の窒素ガスを供給し、さら
に噴射ノズルとメンブレン電極との間の電界を決定する
ことにより、高い焦電性と均一性をもったPVDF配向分極
膜を制御よく形成することが可能となる。
Also, as described above, by setting the solution concentration of the PVDF solution, supplying nitrogen gas for volatilizing the solvent during spraying, and determining the electric field between the injection nozzle and the membrane electrode, a high pyroelectricity can be obtained. It is possible to form a PVDF oriented polarization film having good properties and uniformity with good control.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、メンブレン電
極、またはその支持基板上に、従来形成し得なかったI
型の結晶構造をもつPVDF配向分極膜を良好に形成するこ
とが可能となる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, I cannot be formed on a membrane electrode or its supporting substrate.
It is possible to favorably form a PVDF oriented polarization film having a type crystal structure.

特に、本発明の方法を焦電型赤外線センサに適用する
ことにより、充分薄膜化され、しかもI型の結晶構造を
もつPVDF配向分極膜を用い、高感度な焦電型赤外線セン
サを得ることができるという効果がある。
In particular, by applying the method of the present invention to a pyroelectric infrared sensor, it is possible to obtain a highly sensitive pyroelectric infrared sensor using a PVDF oriented polarizing film having a sufficiently thin and I-type crystal structure. There is an effect that can be.

[実施例] 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明
する。
Embodiment Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1実施例 第1図には、本発明が適用されたPVDF配向分極膜の成
膜装置の好適な一例が示されている。
First Embodiment FIG. 1 shows a preferred example of a PVDF oriented polarization film forming apparatus to which the present invention is applied.

実施例の成膜装置は、ケーシング20内部に試料10を載
置するテーブル22を設け、このテーブル22をモータ24に
より所定の速度で回転駆動する。
In the film forming apparatus of the embodiment, a table 22 on which the sample 10 is placed is provided inside the casing 20, and the table 22 is driven to rotate at a predetermined speed by a motor 24.

前記試料10は、同図(B)で示すよう、シリコン基板
12の表面に減圧CVDにより形成される窒化シリコンおよ
び真空蒸着により形成されるアルミニウムからなるメン
ブレン電極14を設けることにより形成されている。
The sample 10 is, as shown in FIG.
It is formed by providing a membrane electrode 14 made of silicon nitride formed by low-pressure CVD and aluminum formed by vacuum deposition on the surface of 12.

本実施例の成膜装置は、このメンブレン電極14上に所
定膜厚のI型結晶構造を有するPVDF配向分極膜を被覆形
成するものである。このため、ケーシング20の薄膜形成
空間20aには、メンブレン電極14と対向するよう噴射ノ
ズル30が配置されている。この噴射ノズル30には、パイ
プ32を介し注射器型の容器34からPVDF溶液80が供給され
る。
The film forming apparatus of the present embodiment forms a PVDF oriented polarizing film having an I-type crystal structure with a predetermined film thickness on the membrane electrode. For this reason, in the thin film formation space 20a of the casing 20, the injection nozzle 30 is arranged so as to face the membrane electrode 14. The injection nozzle 30 is supplied with a PVDF solution 80 from a syringe-type container 34 via a pipe 32.

このPVDF溶液80は、ジメチルホルムアミド(DMF)溶
液中に、PVDFを0.1〜0.3wt%溶解して形成することが好
ましく、実施例では0.2wt%溶解して形成されたものを
用いている。
The PVDF solution 80 is preferably formed by dissolving 0.1 to 0.3 wt% of PVDF in a dimethylformamide (DMF) solution. In the embodiment, a solution formed by dissolving 0.2 wt% is used.

そして、試料10のメンブレン電極14と噴射ノズル30と
の間に、第1の電源36を用いて8〜15KVの電圧を印加
し、両者の間に平均で±3.2〜10KV/cmの電界を形成して
いる。この電界により、噴射ノズル30内のPVDF溶液80は
イオン化され噴霧状となってノズル30から引出されメン
ブレン電極14に向って吸寄せられる。
Then, a voltage of 8 to 15 KV is applied between the membrane electrode 14 of the sample 10 and the injection nozzle 30 by using the first power supply 36, and an electric field of ± 3.2 to 10 KV / cm is formed between the two on average. doing. This electric field causes the PVDF solution 80 in the injection nozzle 30 to be ionized and formed into a spray form, drawn out of the nozzle 30 and sucked toward the membrane electrode 14.

また、ケーシング20内部の薄膜形成空間20aには、パ
イプ38を介し温度が40〜80℃に加熱された窒素ガス流90
が導入され、噴射ノズル30から供給される噴霧状のPVDF
溶液を乾燥させ、この噴射中の溶媒を揮発させる。
Further, a nitrogen gas flow 90 heated to a temperature of 40 to 80 ° C. through a pipe 38 is provided in the thin film formation space 20 a inside the casing 20.
Sprayed PVDF supplied from the injection nozzle 30
The solution is dried and the solvent in the spray is volatilized.

また噴射ノズル30からメンブレン電極14にかけた噴霧
状のPVDFの移動経路には、その周囲に噴射ノズル30より
低い電位をもつ円筒状のフォーカス電極40が配置され、
イオン化したPVDF噴霧の方向を制御している。実施例で
はフォーカス電極40とメンブレン電極14との間に、第2
の電源42を用いて4〜8KVの電位が与えられている。
In addition, a cylindrical focus electrode 40 having a lower potential than the injection nozzle 30 is disposed around the movement path of the spray-like PVDF applied from the injection nozzle 30 to the membrane electrode 14,
The direction of ionized PVDF spray is controlled. In the embodiment, the second electrode is provided between the focus electrode 40 and the membrane electrode 14.
Is applied with a potential of 4 to 8 KV.

実施例の成膜装置は以上の構成からなり、次にその成
膜動作を説明する。
The film forming apparatus according to the embodiment has the above configuration, and the film forming operation will be described next.

まず第1の電源36により、噴射ノズル30と試料10のメ
ンブレン電極14との間に所定の電界を発生させると、こ
の電界により、噴射ノズル30内のPVDF溶液80がイオン化
され噴霧となってノズルから引出され、メンブレン電極
14へ向け移動する。
First, when a predetermined electric field is generated between the spray nozzle 30 and the membrane electrode 14 of the sample 10 by the first power supply 36, the electric field causes the PVDF solution 80 in the spray nozzle 30 to be ionized and become a spray. Drawn from the membrane electrode
Move toward 14.

このPVDF噴霧がメンブレン電極14に到達する過程にお
いて、イオン化したPVDF溶液は、パイプ38を介して導入
される温度が40〜80℃に加熱された窒素ガス流90によっ
て乾燥され、その溶媒が揮発する。
In the process of this PVDF spray reaching the membrane electrode 14, the ionized PVDF solution is dried by the nitrogen gas flow 90 heated to a temperature of 40 to 80 ° C. introduced through the pipe 38, and the solvent is volatilized. .

同時に、このイオン化したPVDF噴霧は、円筒状のフォ
ーカス電極40によって均一の膜厚となるようその移動方
向が制御される。さらに、膜の均一性を向上させるた
め、試料10はモータ24により回転駆動され、これにより
メンブレン14上にPVDF膜が均一に堆積することになる。
At the same time, the moving direction of the ionized PVDF spray is controlled by the cylindrical focus electrode 40 so as to have a uniform film thickness. Further, in order to improve the uniformity of the film, the sample 10 is rotationally driven by the motor 24, whereby the PVDF film is uniformly deposited on the membrane 14.

このようにして、実施例の成膜装置によれば、試料10
上に形成されたメンブレン電極14上に、I型の結晶構造
をもつPVDF配向分極膜を均一に成膜することができる。
Thus, according to the film forming apparatus of the embodiment, the sample 10
A PVDF oriented polarization film having an I-type crystal structure can be uniformly formed on the membrane electrode 14 formed thereon.

この成膜装置を実際に用い、噴射ノズル30とメンブレ
ン電極14との間の距離を1.5〜2.5cmに設定し、PVDF配向
分極膜の成膜を行ったところ、このPVDF配向分極膜の堆
積速度は1μm/hであった。シリコン基板12上のメンブ
レン電極14に、膜厚1μmをPVDF配向分極膜を堆積し、
その評価試験を行ったところ、次のような結果が得られ
た。
When the film deposition apparatus was actually used and the distance between the injection nozzle 30 and the membrane electrode 14 was set to 1.5 to 2.5 cm to form a PVDF oriented polarization film, the deposition rate of the PVDF orientation polarization film was determined. Was 1 μm / h. On the membrane electrode 14 on the silicon substrate 12, a 1 μm-thick PVDF oriented polarization film is deposited,
When the evaluation test was performed, the following results were obtained.

第2図には、このPVDF配向分極膜の赤外偏光による吸
収スペクトル特性が示されている。
FIG. 2 shows the absorption spectrum characteristics of the PVDF oriented polarizing film by infrared polarized light.

この吸収スペクトルには、強誘電性をもつI型結晶の
特徴的なピーク(1280cm-1がみられることから、このPV
DF膜はI型結晶を含んでいることが判る。
In this absorption spectrum, a characteristic peak of the type I crystal having ferroelectricity (1280 cm -1 is observed,
It can be seen that the DF film contains an I-type crystal.

また、入射面に対する平行偏光と垂直偏光のスペクト
ルを比較すると、I型の吸収ピークは平行偏光のほうが
著しく大きく、このことから、PVDF膜はシリコン基板12
に垂直な方向に分極が配向していることが判る。
Comparing the spectra of the parallel polarized light and the vertically polarized light with respect to the incident surface, the absorption peak of type I is significantly larger in the case of the parallel polarized light.
It can be seen that the polarization is oriented in a direction perpendicular to.

また、PVDF膜の焦電係数について調べたところ、その
値は2〜4nCcm-2K-1と大きい値を示した。
When the pyroelectric coefficient of the PVDF film was examined, the value showed a large value of 2 to 4 nCcm -2 K -1 .

また、耐熱性の評価をしたところ、I型のピークは16
0℃−30分の熱処理後においても減少しないことが確認
された。
When the heat resistance was evaluated, the peak of type I was 16
It was confirmed that it did not decrease even after the heat treatment at 0 ° C. for 30 minutes.

さらに、メンブレン電極14としてアルミニウム以外の
材料、例えばシリコン,ITO等の電極を用いた場合でも、
同様な性能をもつPVDF分極膜が形成されることが確認さ
れた。
Furthermore, even if a material other than aluminum is used as the membrane electrode 14, for example, silicon, an electrode such as ITO is used,
It was confirmed that a PVDF polarization film having similar performance was formed.

以上のように、本実施例の成膜装置を用いることによ
り、延伸もしくは分極処理を施すことなく、高い焦電性
と熱的に安定なI型結晶を有するPVDF配向分極膜を形成
できることが確認された。
As described above, it was confirmed that by using the film forming apparatus of this example, a PVDF oriented polarization film having high pyroelectricity and a thermally stable I-type crystal could be formed without performing stretching or polarization treatment. Was done.

第2実施例 次に、本発明の焦電型赤外線センサの製造方法の好適
な一例を説明する。
Second Embodiment Next, a preferred example of a method for manufacturing a pyroelectric infrared sensor according to the present invention will be described.

第3図には、本実施例の製造方法を用いて形成された
焦電型赤外線センサが示されている。
FIG. 3 shows a pyroelectric infrared sensor formed using the manufacturing method of this embodiment.

実施例の赤外線センサは、まず(100)面方位のシリ
コン基板12を用意し、このシリコン基板12の両面に、減
圧CVDによって窒化シリコン膜50,52を100nm成膜する。
In the infrared sensor of the embodiment, first, a silicon substrate 12 having a (100) orientation is prepared, and silicon nitride films 50 and 52 are formed on both surfaces of the silicon substrate 12 by low-pressure CVD to a thickness of 100 nm.

そして、シリコン基板12の裏面側の窒化シリコン膜52
を、フォト加工およびRIEによりパターンニングする。
その後、シリコン異方性エッチング液である水酸化カリ
ウム溶液によって、赤外線検出部となる部分のシリコン
基板12を、裏面側よりエッチング除去し熱絶縁孔16を形
成する。これにより、シリコン基板12の表面側に設けら
れた窒化シリコン膜50は、薄膜メンブレン構造となる。
The silicon nitride film 52 on the back side of the silicon substrate 12
Is patterned by photo processing and RIE.
Thereafter, a portion of the silicon substrate 12 serving as an infrared detecting portion is removed by etching from the back surface side with a potassium hydroxide solution as a silicon anisotropic etching solution to form a heat insulating hole 16. Thereby, the silicon nitride film 50 provided on the front surface side of the silicon substrate 12 has a thin film membrane structure.

次に、薄膜メンブレン構造となった窒化シリコン膜50
の表面に、スピンコートによりポリイミド膜を成膜し、
その上に真空蒸着によりアルミニウムを下部電極54とし
て形成する。これにより、シリコン基板12の表面には、
窒化シリコン膜50,ポリイミド膜および下部電極54から
なるメンブレン電極14が形成されることになる。なお、
前記窒化シリコン膜50は耐エッチング性を有するため、
このメンブレン電極14は前記異方性エッチングにより除
去されることはない。
Next, a silicon nitride film 50 having a thin membrane structure
On the surface of the polyimide film by spin coating,
Aluminum is formed thereon as the lower electrode 54 by vacuum evaporation. Thereby, on the surface of the silicon substrate 12,
The membrane electrode 14 including the silicon nitride film 50, the polyimide film, and the lower electrode 54 is formed. In addition,
Since the silicon nitride film 50 has etching resistance,
This membrane electrode 14 is not removed by the anisotropic etching.

その後、このメンブレン電極14の表面に、前記第1実
施例と同様にPVDF配向分極膜56を形成する。最後に、こ
のPVDF配向分極膜56上に、アルミニウムを上部電極58と
して形成すると共に、この上部電極58上に金黒を赤外線
吸収膜60として形成する。
Thereafter, on the surface of the membrane electrode 14, a PVDF oriented polarization film 56 is formed in the same manner as in the first embodiment. Finally, aluminum is formed as an upper electrode 58 on the PVDF alignment polarization film 56, and gold black is formed as an infrared absorbing film 60 on the upper electrode 58.

以上の製造プロセスを経て、本実施例の焦電型赤外線
センサが形成されることとなる。この焦電型赤外線セン
サに赤外線を照射すると、赤外線吸収膜60に吸収された
赤外線は、PVDF配向分極膜56の配向を変化させ、両電極
54,58から出力される電気信号の変化として検出される
ことになる。
Through the above manufacturing process, the pyroelectric infrared sensor of this embodiment is formed. When this pyroelectric infrared sensor is irradiated with infrared light, the infrared light absorbed by the infrared absorbing film 60 changes the orientation of the PVDF orientation polarizing film 56, and
It will be detected as a change in the electric signal output from 54, 58.

このとき、本発明の赤外線センサは、PVDF配向分極膜
56の膜厚が数μm(実施例では1μm)と極めて薄く、
その電気的特性が赤外線吸収膜60で吸収される赤外線に
より敏感反応することになるため、赤外線の検出感度が
極めて高いものとなる。
At this time, the infrared sensor of the present invention is a PVDF oriented polarizing film.
The film thickness of 56 is very thin, several μm (1 μm in the example),
Since the electrical characteristics react more sensitively to the infrared light absorbed by the infrared absorbing film 60, the detection sensitivity of the infrared light is extremely high.

これに加えて、PVDF配向分極膜56の下方に位置するシ
リコン基板12は、熱絶縁孔16としてエッチング除去され
ている。このため、赤外線検出部の熱容量と熱伝導が著
しく減少され、赤外線受光時の温度変化速度および温度
変化量が増加することとなり、この面からも赤外線セン
サの電流感度および電圧感度を極めて高いものとするこ
とができる。
In addition, the silicon substrate 12 located below the PVDF alignment polarization film 56 is removed by etching as the heat insulating hole 16. For this reason, the heat capacity and heat conduction of the infrared detecting section are significantly reduced, and the temperature change speed and the temperature change amount at the time of receiving infrared light are increased. From this aspect, the current sensitivity and the voltage sensitivity of the infrared sensor are extremely high. can do.

表1には、このようにして形成された焦電型赤外線セ
ンサ(受光面積4mm2)の赤外線感度が示されている。比
較試料として、LiTaO3単結晶センサ(厚さ50μm,受光面
積3.1mm2)を用いた。
Table 1 shows the infrared sensitivity of the pyroelectric infrared sensor (light receiving area: 4 mm 2 ) thus formed. As a comparative sample, a LiTaO 3 single crystal sensor (thickness 50 μm, light receiving area 3.1 mm 2 ) was used.

この表1からは、本実施例の焦電型赤外線センサは、
従来のLiTaO3単結晶センサと同等の比検出能と、3倍近
い大きい電流出力が得られることが判る。
From Table 1, it can be seen that the pyroelectric infrared sensor of this embodiment is:
It can be seen that a specific detection capability equivalent to that of the conventional LiTaO 3 single crystal sensor and a current output nearly three times as large can be obtained.

これにより、本発明の方法によれば、高感度かつ高応
答性をもつ焦電型赤外線センサが製造可能であることが
理解されよう。
Thus, it will be understood that a pyroelectric infrared sensor having high sensitivity and high responsiveness can be manufactured according to the method of the present invention.

第3実施例 次に、本発明の焦電型赤外線センサの製造方法の他の
一例を説明する。
Third Embodiment Next, another example of the method of manufacturing the pyroelectric infrared sensor according to the present invention will be described.

第4図には、本実施例の製造方法を用いて形成された
焦電型赤外線センサが示されている。
FIG. 4 shows a pyroelectric infrared sensor formed using the manufacturing method of this embodiment.

本実施例では、前記第2実施例と同様に、前記第1実
施例に示すPVDF配向分極膜形成工程を用いて焦電型赤外
線センサの製造を行った。
In this embodiment, similarly to the second embodiment, the pyroelectric infrared sensor was manufactured by using the PVDF oriented polarization film forming step shown in the first embodiment.

すなわち、実施例の赤外線センサは、(100)面方位
のシリコン基板12を用意する。そして、このシリコン基
板12の赤外線検出部となる領域に、図中破線で示す犠牲
層ポリシリコンを犠牲膜66として被覆形成する。
That is, in the infrared sensor of the embodiment, the silicon substrate 12 having the (100) plane orientation is prepared. Then, a sacrifice layer polysilicon indicated by a broken line in the figure is formed as a sacrifice film 66 on a region of the silicon substrate 12 to be an infrared detection unit.

次に、この犠牲膜66を覆うように、シリコン基板12の
表面に窒化シリコン膜50を減圧CVDにより成膜し、この
窒化シリコン膜50の表面に下部電極54を形成する。実施
例では、この下部電極54と窒化シリコン膜50とがメンブ
レン電極14を形成することになる。
Next, a silicon nitride film 50 is formed on the surface of the silicon substrate 12 by low pressure CVD so as to cover the sacrificial film 66, and a lower electrode 54 is formed on the surface of the silicon nitride film 50. In the embodiment, the lower electrode 54 and the silicon nitride film 50 form the membrane electrode 14.

そして、下部電極54の赤外線検出部となる領域に、PV
DF配向分極膜56を前記第1実施例と同様に被覆形成し、
このPVDF配向分極膜56の表面に、耐エッチング性の保護
膜62を被覆形成する。
Then, in the region of the lower electrode 54 that will serve as the infrared detection unit,
A DF orientation polarization film 56 is formed by coating in the same manner as in the first embodiment,
An etching-resistant protective film 62 is formed on the surface of the PVDF oriented polarization film 56 by coating.

その後、フォト工程およびRIEを用いて保護膜62の表
面から犠牲膜66に到達するエッチングホール64を穿設す
る。そして、後シリコン異方性エッチング液に浸漬する
と、エッチングホール64からシリコン異方性エッチング
液がその内部に導入され、検出部となる部分の犠牲膜66
およびそれに接するシリコン基板12をエッチング除去
し、その内部に熱絶縁孔16が形成される。これにより、
シリコン基板12上には、熱絶縁孔16の上方に位置してメ
ンブレン構造が形成されることになる。
Thereafter, an etching hole 64 that reaches the sacrificial film 66 from the surface of the protective film 62 is formed by using a photo process and RIE. Then, when immersed in the silicon anisotropic etching solution later, the silicon anisotropic etching solution is introduced into the inside from the etching hole 64, and the sacrificial film 66 in the portion to be the detection unit
And the silicon substrate 12 in contact therewith is removed by etching, and a heat insulating hole 16 is formed therein. This allows
On the silicon substrate 12, a membrane structure is formed above the heat insulating hole 16.

その後、前記保護膜62上に、アルミニウムを上部電極
58として形成し、さらにその上に金黒を赤外線吸収膜60
として形成する。
Then, aluminum is applied to the upper electrode on the protective film 62.
58, and gold black on top of the infrared absorbing film 60
Form as

このように、本実施例の製造方法によれば、前記第2
実施例のように両面アライメントや長時間の異方性エッ
チングをすることなく、シリコン基板12の片面加工によ
って焦電型赤外線センサを製造できるため、精度のよい
加工が可能となる。
As described above, according to the manufacturing method of this embodiment, the second
Since the pyroelectric infrared sensor can be manufactured by single-side processing of the silicon substrate 12 without performing double-sided alignment or long-time anisotropic etching as in the embodiment, accurate processing is possible.

特に、本実施例の製造方法は、焦電型赤外線センサの
小型化,集積化,アレイ化に極めて好適なものとなる。
In particular, the manufacturing method of this embodiment is extremely suitable for miniaturization, integration, and arraying of pyroelectric infrared sensors.

第4実施例 次に本発明の好適な第4実施例を説明する。Fourth Embodiment Next, a preferred fourth embodiment of the present invention will be described.

本実施例の特徴は、同一の基板12上に、焦電型赤外線
センサと信号処理回路とを一体化し、いわゆる集積化さ
れたセンサを形成することを特徴とする。
The feature of this embodiment is that a pyroelectric infrared sensor and a signal processing circuit are integrated on the same substrate 12 to form a so-called integrated sensor.

第5図には、実施例の集積化赤外線センサの一例が示
されている。実施例の集積化赤外線センサは、シリコン
基板12の所定位置に例えば、前記第2,第3実施例で詳述
した焦電型赤外線センサ100が形成されている。さらに
この同一のシリコン基板12上に、赤外線センサ100の出
力信号のインピーダンス変換用のFETやアンプ等を供え
た信号処理回路110と、センサ100と信号処理回路110と
を接続するリードと、外部との接合を行うための複数の
電極120とが形成されている。
FIG. 5 shows an example of the integrated infrared sensor of the embodiment. In the integrated infrared sensor of the embodiment, for example, the pyroelectric infrared sensor 100 described in detail in the second and third embodiments is formed at a predetermined position on the silicon substrate 12. Further, on the same silicon substrate 12, a signal processing circuit 110 provided with an FET or an amplifier for impedance conversion of an output signal of the infrared sensor 100, a lead connecting the sensor 100 and the signal processing circuit 110, and an external And a plurality of electrodes 120 for performing the bonding.

本実施例の集積化センサは、次のような手順で製造さ
れる。
The integrated sensor according to the present embodiment is manufactured by the following procedure.

まず、(100)面方位のシリコン基板12上に、通常のL
SIプロセスを用いて各回路部を形成する。
First, a normal L is placed on a silicon substrate 12 having a (100) orientation.
Each circuit part is formed using the SI process.

その後、前記第2,第3実施例と同様にして焦電型赤外
線センサ100を形成する。このとき、センサ100の下部電
極として機能するメンブレン電極14はインピーダンス変
換用FETの入力ゲートに、上部電極58はアースにそれぞ
れ接続する。
Thereafter, a pyroelectric infrared sensor 100 is formed in the same manner as in the second and third embodiments. At this time, the membrane electrode 14 functioning as the lower electrode of the sensor 100 is connected to the input gate of the impedance conversion FET, and the upper electrode 58 is connected to the ground.

このようにすることにより、本実施例によれば、ノイ
ズの影響を受けにくく、高性能かつ高機能な集積化赤外
線センサを製造することができる。
By doing so, according to the present embodiment, it is possible to manufacture a high-performance and high-performance integrated infrared sensor that is not easily affected by noise.

なお、本発明な、前記実施例に限定れさるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で種々変形実施例が可能であ
る。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modified embodiments are possible within the scope of the present invention.

例えば、前記実施例では支持基板としてシリコン基板
を用いた場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限
らず必要に応じてこれ以外の材料を用い支持基板を形成
してもよい。
For example, in the above embodiment, a case where a silicon substrate is used as the support substrate has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the support substrate may be formed using other materials as necessary.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明のPVDF配向分極膜の製造に用いる成膜
装置の好適な一例を示す説明図、 第2図は、PVDF配向分極膜の赤外偏光に対する吸収スペ
クトル特性の説明図、 第3図は、本発明の製造方法を用いて形成された焦電型
赤外線センサの一例を示す断面説明図、 第4図は、本発明の製造方法を用いて形成された他の焦
電型赤外線センサの断面説明図、 第5図は、同一基板上に焦電型赤外線センサと他の回路
を設けることにより形成された集積型センサの一例を示
す説明図である。 12……シリコン基板、14……メンブレン電極、 16……熱絶縁孔、56……PVDF配向分極膜、 58……上部電極、60……赤外線吸収膜。
FIG. 1 is an explanatory view showing a preferred example of a film forming apparatus used for producing a PVDF oriented polarizing film of the present invention. FIG. 2 is an explanatory view of an infrared-polarized absorption spectrum characteristic of the PVDF oriented polarizing film. FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing an example of a pyroelectric infrared sensor formed by using the manufacturing method of the present invention. FIG. 4 is another pyroelectric infrared sensor formed by using the manufacturing method of the present invention. FIG. 5 is an explanatory view showing an example of an integrated sensor formed by providing a pyroelectric infrared sensor and other circuits on the same substrate. 12: Silicon substrate, 14: Membrane electrode, 16: Thermal insulation hole, 56: PVDF oriented polarization film, 58: Upper electrode, 60: Infrared absorbing film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂田 二郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 望月 みどり 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−163821(JP,A) 特開 昭63−28081(JP,A) 特開 昭54−154383(JP,A) 特開 昭63−106727(JP,A) 特開 昭61−126439(JP,A) 特開 昭61−79124(JP,A) 特開 昭58−66376(JP,A) 特開 昭53−111500(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 37/02 G01J 1/02 G01J 5/02────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Jiro Sakata 41-41, Chuchu-Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. No. 41 at Yokomichi Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-63-163821 (JP, A) JP-A-63-28081 (JP, A) JP-A-54-154383 (JP, A) JP-A-63-106727 (JP, A) JP-A-61-126439 (JP, A) JP-A-61-79124 (JP, A) JP-A-58-66376 (JP, A) JP-A-53-111500 (JP, A) JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 37/02 G01J 1/02 G01J 5/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】PVDF溶液噴射用の噴射ノズルと、支持基板
上に設けられたメンブレン電極とを相対向させ、 両者の間に所定の電界を発生させることにより、前記噴
射ノズルからPVDF溶液をメンブレン電極に向け噴霧さ
せ、 この噴霧中の溶媒を乾燥用のガスを用いて揮発させ、こ
の噴霧中に含まれるPVDFを前記メンブレン電極上に堆積
させ、PVDF配向分極膜を形成することを特徴とするPVDF
配向分極膜の形成方法。
An injection nozzle for injecting a PVDF solution and a membrane electrode provided on a supporting substrate are opposed to each other, and a predetermined electric field is generated between the two, so that the PVDF solution is injected from the injection nozzle into the membrane. Spraying toward the electrode, the solvent in the spray is volatilized by using a gas for drying, PVDF contained in the spray is deposited on the membrane electrode, and a PVDF oriented polarizing film is formed. PVDF
A method for forming an alignment polarization film.
【請求項2】支持基板上に、少なくともこの基板との接
合面側が耐エッチング材料からなるメンブレン電極を下
部電極として形成するメンブレン電極形成工程と、 前記支持基板のメンブレン電極積層領域の一部をエッチ
ング除去することにより、熱絶縁孔を形成する熱絶縁孔
形成工程と、 前記メンブレン電極上に請求項(1)の方法を用い、PV
DF配向分極膜を形成するPVDF配向分極膜形成工程と、 前記PVDF配向分極膜上に上部電極を形成する上部電極形
成工程と、 この上部電極上に赤外線吸収膜を形成する吸収膜形成工
程と、 を含むことを特徴とする焦電型赤外線センサの製造方
法。
2. A membrane electrode forming step of forming, as a lower electrode, a membrane electrode made of an etching-resistant material at least on a joint surface side with the substrate on a supporting substrate, and etching a part of the membrane electrode laminated region of the supporting substrate. Removing the heat insulating hole by forming a heat insulating hole; and forming a PV on the membrane electrode by using the method of claim (1).
A PVDF alignment polarization film forming step of forming a DF alignment polarization film, an upper electrode formation step of forming an upper electrode on the PVDF alignment polarization film, and an absorption film forming step of forming an infrared absorption film on the upper electrode. A method for manufacturing a pyroelectric infrared sensor, comprising:
JP2139392A 1990-05-29 1990-05-29 PVDF oriented polarization film and method of manufacturing pyroelectric infrared sensor using the same Expired - Fee Related JP2824317B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2139392A JP2824317B2 (en) 1990-05-29 1990-05-29 PVDF oriented polarization film and method of manufacturing pyroelectric infrared sensor using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2139392A JP2824317B2 (en) 1990-05-29 1990-05-29 PVDF oriented polarization film and method of manufacturing pyroelectric infrared sensor using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0432274A JPH0432274A (en) 1992-02-04
JP2824317B2 true JP2824317B2 (en) 1998-11-11

Family

ID=15244229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2139392A Expired - Fee Related JP2824317B2 (en) 1990-05-29 1990-05-29 PVDF oriented polarization film and method of manufacturing pyroelectric infrared sensor using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2824317B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101440484B1 (en) * 2013-01-30 2014-09-17 인하대학교 산학협력단 Preparation method of β-phase PVDF film using spray coating

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1607986B1 (en) 2003-03-26 2011-07-27 Daikin Industries, Limited Method for forming ferroelectric thin film
JP2011013224A (en) * 2010-08-06 2011-01-20 Hochiki Corp Manufacturing method of infrared detection element
CN114539654B (en) * 2022-02-11 2023-08-08 重庆大学 Plastic packaging material modification method for improving device packaging heat conduction by utilizing self-charging field of high-voltage module

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101440484B1 (en) * 2013-01-30 2014-09-17 인하대학교 산학협력단 Preparation method of β-phase PVDF film using spray coating

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0432274A (en) 1992-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6635495B2 (en) Infrared detecting element, infrared two-dimensional image sensor, and method of manufacturing the same
EP0402986B1 (en) Manufacture of electrical transducer devices, particularly infrared detector arrays
US5821598A (en) Uncooled amorphous YBaCuO thin film infrared detector
US5572060A (en) Uncooled YBaCuO thin film infrared detector
TWI668618B (en) Ultrasonic fingerprint identification device and manufacture method thereof and electronic device having same
JPH08271344A (en) Monolithic thermal detector having pyroelectric film and manufacture thereof
CN105345277A (en) Preparing method of pyroelectric infrared device
JPH02189971A (en) Infrared detecting or image-sensing monolithic structure and manufacture thereof
JP2824317B2 (en) PVDF oriented polarization film and method of manufacturing pyroelectric infrared sensor using the same
Bauer et al. A simple technique to interface pyroelectric materials with silicon substrates for infrared detection
US5641709A (en) Method of manufacturing a conductive micro bridge
JP4576606B2 (en) Ionization substrate for mass spectrometry and mass spectrometer
JPH06300622A (en) Heat sensor with heat insulating layer of porous polymer
CN102842530B (en) Thick film material electronic component and preparation method
Ko et al. Substrate effects on the properties of the pyroelectric thin film IR detectors
US5589687A (en) Infrared detection device comprising a pyroelectric thin film and method for fabricating the same
CN212363451U (en) Full-flexible pyroelectric infrared detector
CN108931323A (en) A kind of electret body transistor force snesor and preparation method thereof
JPH10135528A (en) Dielectric film sheet for electronic part, its manufacture and dielectric element
Asahi et al. Integrated pyroelectric infrared sensor using PVDF thin film deposited by electro-spray method
CN111486973A (en) Full-flexible pyroelectric infrared detector
JPH10256570A (en) Thin film device and manufacture of thin film
Kwon Fabrication and Characteristics of Pyroelectric IR Sensor Using $1.6 {\mu} m $ P (VDF/TrFE) thin film
JP2004037291A (en) Pyroelectric infrared sensor
CN118231415A (en) Multi-frequency response bipolar transistor infrared polarization gain photoelectric detection array

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees