JPH01136035A - 焦電型検出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板上に焦電素子を配設した焦電型検出素子と
、その製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

赤外線や紫外線などを検出する素子としては、従来から
量子型のものと焦電型のものが知られている。ここで、
量子型のものでは使用中に冷却が必要となるのに対し、
焦電型のものでは冷却を必要とせず、また室温下におい
ても広帯域で使用できるので多用されている。

第５図は従来の焦電型検出素子の一例を示す断面図であ
る。焦電素子は焦電材料チップ２の上面側に上側電極３
、下面側に下側電極４を配設して構成され、これは絶縁
性のマウント基板１に固着されている。マウント基板１
に形成された貫通穴にはリード端子５，６が挿通され、
リード端子５はリード線７を介して上側電極３に接続さ
れ、リード端子６は導電材料（図示せず）によって下側
電極４に接続されている。

このような従来装置の製造は、次のようにして行なう。

まず、焦電材料の小片を用意してこれを研磨し、所望の
大きさの焦電材料チップ２とする。

次に、マウント基板１の上面に導電材料を塗布し、ここ
に上記の焦電材料チップ２を接管すると、この導電材料
が前述の下側電極４となる。そして、焦電材料チップ２
の上面に導電材料を付着して上側電極３となし、金（Ａ
ｕ　）などのリード線７でリード端子５と接続する。同
時に下側電極４はリード端子６と接続する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従って、上記の従来装置によれば、焦電材料チップ２を
薄くするのに限界があるだけでなく、製造工程が多くコ
スト高となる。また、焦電材料チップ２は下側電極４を
介しマウント基板１に密着しているため、焦電材料チッ
プ２の熱がマウント基板１に逃れやすく、熱効率あるい
は感度や応答性が悪かった。

一方、このようなマウント基板への熱損失を防止するも
のとして、例えば特開昭５７−２８２２３号公報に示さ
れた焦電型輻射波検出素子がある。

この装置では、マウント基板に下面側から開口が形成さ
れ、この開口の上端部側の支持膜上に焦電素子が配設さ
れている。しかしながら、この装置では開口が下側に向
って開いているので、例えばハイブリッド基板にダイボ
ンディングすると、ボンディング材料がこの開口内に入
り込み、熱伝導を少なくするという当初の目的が全く実
現できなくなる。また、開口の下側を閉鎖するために別
個の基板を下側に貼り付けると、素子が大型化するだけ
でなく、製造工程数が多くなってコスト高になる。

そこで本発明は、感度が高く応答性の優れた焦電型検出
素子を提供することを目的とする。

また本発明は、感度および応答性の高い焦電型　（検出
素子を、簡単な工程で容易に作成することのできる焦電
型検出素子の製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る焦電型検出素子は、所定領域に溝が形成さ
れた基板と、溝の開口部を覆うことにより当該溝との間
に空洞部を形成するよう、基板に固着された支持膜と、
この支持膜上に少なくとも下側電極、焦電材料膜および
上側電極を積層することにより形成された焦電素子とを
備えることを特徴とする。

また、本発明に係る焦電型検出素子の製造方法は、基板
の所定領域をエツチングして溝を形成する第１の工程と
、溝内にスペーサを埋め込む第２の工程と、溝内のスペ
ーサ上面および少なくとも溝の開口端部上面に支持膜を
形成する第３の工程と、支持膜の一部をエツチングして
スペーサを露出させる第４の工程と、この第４の工程に
よる支持膜の開口を介して溝内のスペーサを除去する第
５の工程と、支持膜上に少なくとも下側電極、焦電材料
膜および上側電極を順次に積層して焦電素子を形成する
第６の工程とを備えることを特徴する。

〔作用〕

本発明の焦電型検出素子によれば、基板に形成された溝
上方の支持膜上に焦電索子が配設されるので、焦電素子
からの熱は基板に伝導することが著しく少なくなる。

また、本発明の焦電型検出素子の製造方法によれば、支
持膜の開口を介してスペーサを取り除くことにより、支
持膜の下に空洞部を形成することができる。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図ないし第４図を参照して、本発
明の一実施例を説明する。なお、図面の説明において同
一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

第１図は本発明の一実施例に係る焦電型検出素子の斜視
図である。図示の通り、例えばシリコン（Ｓｉ）からな
る基板１１の所定領域には、例えばドライエツチングに
よる矩形の溝１２が形成され、この溝１２は例えば二酸
化シリコン（ＳＩ０２）や窒化シリコン（Ｓｉ　３Ｎ４
）からなる絶縁性の支持膜１３によって覆われている。

支持膜１３上には矩形の下側電極１４、焦電材料膜１５
、上側電極１６および熱吸収膜１７が順次に桔層されて
いる。

ここで、下側電極１４としては例えばクロム白金（Ｃｒ
　−ＰＬ　）　、高度融点金属としてのモリブデン（Ｍ
ｏ　）　、タングステン（Ｗ）、プラチナ（ｐｔ　＞な
ど、あるいはアルミニウム（１）を用いることができる
。また、焦電材料膜１５としてはチタン酸鉛（Ｐｂ′Ｔ
１０３）、タンタル酸リチウム（Ｌ　Ｉ　Ｔ　ａ　Ｏａ
　）などの他、Ｐ　（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）などの有機高
分子材料を用いることができる。また、上側電極１６と
してはクロム金（Ｃｒ　−Ａｕ　）などを用いることが
できる。更に、熱吸収膜１７としては焦電型検出素子の
用途に応じて、赤外線吸収材料や紫外線吸収材料などを
用いることができる。

下側電極１４は配線層１８を介して外部端子や他の素子
（図示せず）に接続されており、上側電極１６は配線層
１９を介して外部端子や他の素子（図示せず）に接続さ
れている。なお、図中の絶縁体２０は下側電極１４と配
線層１９が導通しないようにするためのものである。支
持膜１３に設けられた開口２１は、製造工程中に溝１２
内のスペーサを取り除くためのもので、本発明の焦電型
検出素子に必須のものではない。

次に、上記の実施例の作用を説明する。

第１図の装置において、上方から輻射光（例えば赤外光
）が入射されると、熱吸収膜１７が加熱されてこの熱が
上側電極１６を介して焦電材料膜１５に伝わる。すると
、下側電極１４と上側電極１６の間に電位差が現れ、こ
れが配線層１８と配線層１９を介して取り出される。こ
こで、下側電極１４、焦電材料膜１５および上側電極１
６からなる焦電素子は支持膜１３上に支持されており、
その下側は溝１２によって空洞となっている。従って、
焦電素子に蓄えられた熱は基板１１に伝導することが少
なく、この効果は支持膜１３が薄いほど著しい。このた
め、極めて感度よく応答性の高い輻射波の検出が可能に
なる。

第２図は上記実施例の、いくつかの変形例を示す断面図
である。同図（ａ）〜Ｃｆ”）の装置では、それぞれ溝
１２の形状が異なっている。これらの溝１２は、ドライ
エツチングや異方性ウェットエツチング、あるいは等方
性ウェットエツチングなどを用いて形成できる。また、
イオンミリングなどを用いてもよい。さらに、基板上の
溝部形成予定領域にスペーサを配設した後、他の領域に
基板と同一材料をエピタキシャル成長させ、しかる後に
上面を平坦化してスペーサの一部を露出させ、エツチン
グによりスペーサを取り除いて溝を形成してもよい。

次に、本発明に係る焦電型検出素子の製造方法を説明す
る。

第３図は赤外線検出用の焦電型検出素子の、センサ部の
工程別の断面図である。まず、例えばｐ型のシリコンか
らなる基板１１を用意する。この場合、基板１１の比抵
抗などは特に限定されず、またどの面方向を用いてもよ
いが、後述のように信号処理用トランジスタ（接合型Ｆ
ＥＴ）を形成するときは、これに適した比抵抗および面
方向を選択すればよい。

次に、基板１１の表面を熱酸化して５ＩＯ２からなる絶
縁膜３１を１０００〜３０００Ａ程度の厚さで形成し、
全面にフォトレジスト３２をスピンコード法などで塗布
する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて
溝形成予定領域のフォトレジスト３２に窓を開ける（第
３図（ａ）図示）。

次に、露出した絶縁膜３１をウェットエツチングなどで
除去し、ドライエツチングによって基板１１に溝１２を
形成する（第３図（ｂ）図示）。

ここで、ドライエツチングに用いるガスとしては、ＣＣ
Ｉ　　１ＣＢ　ｒ　Ｆ　　ＳＣＦ　４などの塩素系、臭
素糸、フッ素系のガスを用いることができる。また、溝
１′２の深さは数μｍ程度であれば十分てあリ、サイズ
は数ｍｍ〜数μｍ角まで焦電素子の大きさに対応して種
々のものとすることができる。なお、等方性あるいは異
方性のウェットエツチングを用いてもよいことは言うま
でもない。

次に、ＣＶＤ技術を用いた５ＩＯ２あるいは多結晶シリ
コン等からなるスペーサ３３を溝１２内に埋め込む（第
３図（ｃ）図示）。このとき、絶縁膜３１は除去してお
いてもよく、除去せずに残しておいてもよい。そして、
研磨技術やエツチング技術を用いて上面を平坦化し、溝
１２内にのみスペーサ３３が残るようにする。

次に、ＣＶＤ技術によって表面に８１３Ｎ４を付着させ
、１００〜１００ＯＡ程度の厚さの支持膜１３を形成す
る。そして、全面にフォトレジスト３４を塗布し、支持
膜１３における開口形成予定領域のフォトレジスト３４
に窓を開ける（第３図（ｄ）図示）。しかる後、露出し
た支持膜１３をドライエツチング等で除去してスペーサ
３３を露出させ、この開口を介してスペーサ３３を化学
的エツチングにより除去する。そして、フォトレジスト
３４をアセトン等で除去すると、支持膜１３は第３図（
ｅ）のように宙づり状態になり、下側に空洞が形成され
る。

次に、全面にフォトレジスト３５を塗布して信号処理用
のトランジスタの形成領域を窓開けし、エツチングによ
って基板１１を露出させる。そして、イオン注入を第３
図（ｆ）中の矢印のように行ない、深さ４μｍ程度のｎ
型領域４１を形成する（第３図（ｆ）図示）。しかる後
、同様にフォトレジスト３６を介してイオン注入により
ｐ＋型のゲート領域４２を形成しく第３図（ｇ）図示）
、さらにフォトレジスト３７を介してイオン注入により
ｎ＋型のソース領域４３およびドレイン領域４４を形成
すると（第３図（ｈ）図示）、接合型の電界効果トラン
ジスタ（Ｊ−ＦＥＴ）の基本牛、■造が出来上がる。

次に、領域４２〜４４のコンタクト領域を所定のマスク
で覆って熱酸化すると、トランジスタのコンタクト領域
以外の部分と溝１２の内面に絶縁層３８が形成される（
第３図（ｉ）図示）。しかる後、スパッタリング法や蒸
着法を用いて配線層１８と共に下側電極１４を形成しく
第３図（ｊ）図示）、焦電材料膜１５、上側電極１６お
よび熱吸収膜１７を順次に積層すると、溝１２上に焦電
索子が形成されることになる（第３図（ｋ）図示）。

第４図は本発明の他の実施例の平面図である。

この例では、シリコン基板１００上に二次元アレイ状に
焦電素子１０１を形成し、これらに隣接して垂直走査部
１０２と水平走査部１０３を形成している。これによれ
ば、二次元的に赤外線などの輻射波を検出することが可
能になる。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々
の変形が可能である。

例えば、基板はシリコン半導体基板に限らず化合物半導
体などであってもよく、また、半導体以外のもので構成
してもよい。さらに、支持膜はフィルム状のシートを貼
付することにより形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明の焦電型検出素子によ
れば、基板に形成された溝上方の支持股上に焦電索子が
配設されるので、焦電素子からの熱は基板に伝導するこ
とが著しく少なくなる。従って、感度を高くしながら応
答性を向上させた焦電型検出素子が得られる。

また、本発明に係る焦電型検出素子の製造方法によれば
、支持膜の開口を介してスペーサを取り除くことにより
、支持膜の下に空洞部を形成することができるので、感
度および応答性の高い焦電型検出素子を、簡単な工程で
容易に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る焦電型検出素子の斜視図
、第２図は変形例に係る焦電型検出素子の断面図、第３
図は本発明に係る焦電型検出素子の製造方法を説明する
ための工程別素子断面図、第４図は他の実施例に係る焦
電型検出素子の平面図、第５図は従来例の断面図である
。 １１・・・基板、１２・・・溝、１３・・・支持膜、１
４・・・下側電極、１５・・・焦電材料膜、１６・・・
上側電極、１７・・・熱吸収膜、１８・・・配線層、１
９・・・配線層、３１・・・絶縁膜、３３・・・スペー
サ。 特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹実施例の製造工程（前半） 第　　３Ｉ２１ 実施例の製造工稈（後半） 第　　３　　図 他の実施例 第　　４　　図 従来例の断面図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定領域に溝が形成された基板と、前記溝の開口部
   を覆うことにより当該溝との間に空洞部を形成するよう
   、前記基板に固着された支持膜と、この支持膜上に少な
   くとも下側電極、焦電材料膜および上側電極を積層する
   ことにより形成された焦電素子とを備えることを特徴と
   する焦電型検出素子。 ２、基板の所定領域をエッチングして溝を形成する第１
   の工程と、前記溝内にスペーサを埋め込む第２の工程と
   、前記溝内のスペーサ上面および少なくとも前記溝の開
   口端部上面に支持膜を形成する第３の工程と、前記支持
   膜の一部をエッチングして前記スペーサを露出させる第
   ４の工程と、この第４の工程による前記支持膜の開口を
   介して前記溝内のスペーサを除去する第５の工程と、前
   記支持膜上に少なくとも下側電極、焦電材料膜および上
   側電極を順次に積層して焦電素子を形成する第６の工程
   とを備えることを特徴すると焦電型検出素子の製造方法
   。