JP3482048B2 - 薄膜赤外線センサ - Google Patents

薄膜赤外線センサ

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聡 野村
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裕貴 田辺
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、赤外線検出セン
サなどに組み込まれる薄膜赤外線センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の薄膜赤外線センサにおいては、そ
の強誘電体薄膜を保持する基板として、シリコン単結晶
基板やMgO基板が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ン単結晶基板を用いた場合、その上に堆積される強誘電
体薄膜の結晶性に問題があり、センサの性能(感度)に
影響が及ぼされる。また、MgO基板を用いた場合、前
記結晶性は良好であるが、センサとして組み上げる際、
基板の加工が困難である。
【0004】そこで、上記の問題を解決するものとし
て、特公平6−85450号公報に示されるように、シ
リコン単結晶基板上にMgO薄膜を堆積させることが試
みられている。
【0005】しかしながら、上記公報の技術では、シリ
コン単結晶基板とMgOとにおける熱膨張率の差が大き
いため、膜が剥離しやすいといった不都合がある。
【0006】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、感度が良好で、しかも、膜が剥離したりせ
ず、基板の加工の容易な薄膜赤外線センサを提供するこ
とを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、基板の表面に強誘電体薄膜を形成し
てなる薄膜赤外線センサにおいて、前記基板としてシリ
コン基板を用い、このシリコン基板の上面に酸化アルミ
ニウム薄膜を形成し、この酸化アルミニウム薄膜の上面
に、下地電極を所定形状に形成するとともに、この下地
電極及び酸化アルミニウム薄膜それぞれの上面に前記強
誘電体薄膜を形成し、かつ、この強誘電体薄膜および酸
化アルミニウム薄膜の上面に上部電極を形成している。
【0008】上記構成の薄膜赤外線センサにおいては、
基板として、センサに組み上げる際の加工が容易なシリ
コン基板を用い、このシリコン基板の上面に、該シリコ
ン基板と熱膨張率の差が小さく、格子定数が近い酸化ア
ルミニウム薄膜を形成しているので、この酸化アルミニ
ウム薄膜がバッファ層となり、酸化アルミニウム薄膜
における下地電極および強誘電体薄膜のエピタキシャル
成長が可能になり、結晶性の優れた下地電極および強誘
電体薄膜形成して強誘電体薄膜がシリコン基板から剥
離することをなくすることができる。したがって、性能
の良好な薄膜赤外線センサを容易かつ安価に得ることが
できる。
【0009】特に、請求項2に記載のように、シリコン
基板の下面を所定形状になるようにエッチング処理して
除去することにより、熱容量を小さくすることができ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参
照しながら説明する。図1〜図3は、この発明の一つの
実施の形態を示すものである。図1は、この発明の薄膜
赤外線センサSの一例を示すもので、この図において、
1はシリコン基板で、例えばシリコン(100)単結晶
基板である。このシリコン基板1は、その熱容量を小さ
くするため、下面側がエッチングされている。2はこの
シリコン基板1の上面に形成される酸化アルミニウム薄
膜で、例えばγ−Alよりなる。3は下地電極
で、例えば白金よりなる。4は強誘電体薄膜である(こ
れについては、後に詳しく説明する)。5は上部電極
で、例えばクロムよりなる。6は赤外吸収膜で、例えば
金ブラックよりなる。
【0011】上記薄膜赤外線センサSの形成方法につい
て、図2および図3を参照しながら説明する。なお、以
下は、複数の薄膜赤外線センサSを同時に製作する場合
を示している。
【0012】(1)例えば縦5mm×横5mm×厚さ5
00μmのシリコン(100)の単結晶基板1を用意
し、このシリコン基板1の上面に、CVD法により酸化
アルミニウムをエピタキシャル成長させ、酸化アルミニ
ウム薄膜2を形成し、センサ基板とする〔図2(A)、
図3(A)参照〕。このときの酸化アルミニウム薄膜2
の厚みは、0.1〜10μm程度である。
【0013】(2)次に、前記酸化アルミニウム薄膜2
の上面に、スパッタ法によって白金下地電極3をエピタ
キシャル成長させる〔図2(B)、図3(B)参照〕。
このとき、適宜のマスクを用いて、白金下地電極3を、
図3(B)に示すような形状にする。この白金下地電極
3の厚みは、0.1〜0.3μm程度である。
【0014】(3)次いで、減圧CVD法によって、強
誘電体薄膜として、その組成がPbLaTiZr
として表されるPZT系薄膜4をエピタキシャル
成長させる。そして、この実施の形態では、特に、x=
1、y=0、0≦z≦0.52、z+w=1とし、PZ
T薄膜4とする。
【0015】ここで用いる減圧CVD法は、各ソース原
料(この場合、Pbソース、Zrソース、TiOソー
ス)をそれぞれ個別に制御できるので、酸化アルミニウ
ム薄膜2および白金下地電極3のそれぞれ表面に、Pb
O、ZrO、TiOを同時に析出させ、PZT薄膜
4を厚さ2〜5μm程度に堆積させる〔図2(C)、図
3(C)参照〕。このとき、適宜のマスクを用いて、P
ZT薄膜4を、図3()に示すような形状にする。
【0016】(4)そして、前記PZT薄膜4の上面お
よび酸化アルミニウム薄膜2の上面に、Crなどの透過
性導電性金属材料を蒸着することにより、上部電極5を
形成する〔図2(D)、図3(D)参照〕。
【0017】(5)さらに、金ブラックを真空蒸着する
ことにより、上部電極5の最上部に赤外吸収膜6を形成
する〔図2(E)、図3(E)参照〕。
【0018】(6)そして、シリコン基板1の下面を所
定形状になるようにエッチング処理して除去する〔図2
(F)参照〕。このシリコン基板1のエッチングは、例
えば異方性エッチングによって行うことができる。な
お、図1および図2(F)において、符号7は前記エッ
チングによって除去された部分を示している。
【0019】(7)上述のようにして、一つのシリコン
基板1上に複数(図示例では、3つ)の薄膜赤外線セン
サSが得られる。これをダイシングすることにより、個
々のセンサチップに分割する〔図3(F)参照〕ことに
より、図1に示したような薄膜赤外線センサSとなる。
【0020】なお、前記の(6)と(7)の工程は入れ
替えてもよい。
【0021】上述のようにして形成された薄膜赤外線セ
ンサSは、シリコン基板1上に、このシリコン基板1と
熱膨張率の差が小さく、格子定数が近い酸化アルミニウ
ム薄膜2を形成しているので、この酸化アルミニウム薄
膜2がバッファ層となる。そして、酸化アルミニウム薄
膜2上における下地電極3および強誘電体薄膜4のエピ
タキシャル成長が可能になり、結晶性の優れた下地電極
3および強誘電体薄膜4を形成することができ、強誘電
体薄膜4がシリコン基板1から剥離することがなくな
る。
【0022】そして、前記シリコン基板1および酸化ア
ルミニウム薄膜2は加工が容易であるから、感度の良好
な薄膜赤外線センサSを容易にしかも大量生産すること
ができる。したがって、優れた性能を有する薄膜赤外線
センサSを安価に得ることができる。
【0023】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4は、前記PZ
T薄膜に限られるものではなく、組成がPbLa
Zrとして表され、x+y=1、0≦y≦
0.25、z+w=1、0≦w≦0.52であるPLZ
T薄膜でもよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、センサとして組み上げる際の加工が容易なシリコン
基板を用い、このシリコン基板の上面に熱膨張率の差が
小さく、格子定数の近い酸化アルミニウム薄膜を形成
し、この酸化アルミニウム薄膜の上面に下地電極及び
誘電体薄膜を形成しているので、強誘電体薄膜がシリコ
ン基板から剥離することをなくして、従来に比べて性能
が優れた薄膜赤外線センサを容易かつ安価に得ることが
できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一つの実施の形態における薄膜赤外
線センサの断面形状を示す図である。
【図2】前記薄膜赤外線センサの作成手順の一例を示す
断面図である。
【図3】前記薄膜赤外線センサの作成手順の一例を示す
上面図である。
【符号の説明】
1…シリコン基板、2…酸化アルミニウム薄膜、3…下
地電極、4…強誘電体薄膜、5…上部電極、S…薄膜赤
外線センサ。
フロントページの続き (72)発明者 野村 聡 京都府京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式会社堀場製作所内 (72)発明者 富永 浩二 京都府京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式会社堀場製作所内 (72)発明者 田辺 裕貴 京都府京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式会社堀場製作所内 (56)参考文献 特開 平7−243908(JP,A) 特開 平5−235416(JP,A) 特開 平7−55577(JP,A) “Epitaxial A1203 fi lms on Si by low−p ressure chemical v apor deposition”,A pplied Physics Let ters,1988年 4月18日,Vol. 52, No.16,pp.1326−1328 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/00 - 1/60 G01J 5/00 - 5/62 H01L 37/00 - 37/02 JICSTファイル(JOIS) Web of Science

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の面に強誘電体薄膜を形成してな
    る薄膜赤外線センサにおいて、前記基板としてシリコン
    基板を用い、このシリコン基板の上面に酸化アルミニウ
    ム薄膜を形成し、この酸化アルミニウム薄膜の上面に、
    下地電極を所定形状に形成するとともに、この下地電極
    及び酸化アルミニウム薄膜それぞれの上面に前記強誘電
    体薄膜を形成し、かつ、この強誘電体薄膜および酸化ア
    ルミニウム薄膜の上面に上部電極を形成したことを特徴
    とする薄膜赤外線センサ。
  2. 【請求項2】 前記シリコン基板の下面は所定形状にな
    るようにエッチング処理して除去されている請求項1に
    記載の薄膜赤外線センサ。
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JP2002261249A (ja) * 2001-03-01 2002-09-13 Makoto Ishida 半導体記憶素子
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"Epitaxial A1203 films on Si by low−pressure chemical vapor deposition",Applied Physics Letters,1988年 4月18日,Vol.52, No.16,pp.1326−1328

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