JPH0432274A - Pvdf orientation polarized film and manufacture of pyroelectric infrared sensor using the same - Google Patents

Pvdf orientation polarized film and manufacture of pyroelectric infrared sensor using the same

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JPH0432274A
JPH0432274A JP2139392A JP13939290A JPH0432274A JP H0432274 A JPH0432274 A JP H0432274A JP 2139392 A JP2139392 A JP 2139392A JP 13939290 A JP13939290 A JP 13939290A JP H0432274 A JPH0432274 A JP H0432274A
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Abstract

PURPOSE:To form a PVDF orientation polarized film having an I type crystalline by providing oppositely an injection nozzle for injecting PVDF solution and a membrane electrode, generating predetermined electric field between these nozzle and membrane, injecting the PVDF solution to the membrane electrode from the injection nozzle and depositing PVDF included in the spray of solution on the membrane electrode using a gas for drying process. CONSTITUTION:In the process that the PVDF spray reaches a membrane electrode 14, the ionized PVDF solution is dried up by a nitrogen gas flow 90 which is introduced through a pipe 38 and heated up to 40 to 80 deg.C. Thereby, the solvent is volatiled. Simultaneously, the ionized PVDF spray is controlled in the moving direction so that uniform thickness can be obtained by a cylindrical focus electrode 40. Moreover in view of improving uniformity of film, a sample 10 is rotatably driven by a motor 24 and thereby PVDF film is uniformly deposited on the membrane 14.

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 [Field of Industrial Application] The present invention relates to a PVDF aligned polarization 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、応答性が優れてい
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。
[Prior Art] In recent years, much research has been conducted on infrared sensors that operate at room temperature, especially with the aim of making them two-dimensional and integrating them.
Among them, pyroelectric infrared sensors are attracting attention as having high potential for practical application due to their excellent sensitivity and responsiveness.

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、半田やインジウムバンブ等で接続するハ
イブリット型が主流であった(R,Watton et
 at、: 5PTE 510 InfraredTe
chnology x、 139−148.1984.
) 、 しかし、この方法では、素子数が多くなると、
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, that have been reported so far are made by connecting a bulk pyroelectric material such as ceramics or single crystal to a silicon substrate on which a signal output circuit is formed using solder or indium bump. The mainstream was a hybrid type that connected with
at,: 5PTE 510 InfraredTe
Chnology x, 139-148.1984.
), However, with this method, when the number of elements increases,
Connection becomes difficult and crosstalk between 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 into thinning pyroelectric materials has recently become mainstream. In particular, forming a pyroelectric thin film on a silicon substrate is extremely useful because it allows the sensor and subsequent circuits to 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, with conventional methods, it is difficult to form a pyroelectric thin film with sufficient thickness and performance on a silicon substrate.
This has been a major problem in putting pyroelectric infrared sensors into practical use.

例えば、PbT10s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、0kuyaia etat、: J
pn、 J、 Appl、 pby、 5upp1.2
1.1.1982.)。
For example, attempts have been made to form a PbT10s thin film by sputtering, but so far no pyroelectric thin film with sufficient orientation has been obtained when a silicon substrate is used as a supporting substrate (M, 0kuyaia etat: J
pn, J, Appl, pby, 5upp1.2
1.1.1982. ).

また、P (VDF−TrFE)等の有機共重合体でス
ピンコードにより、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 etal、: Th
1n 5o11d Pilss、 181,245−2
50.1989.)。
In addition, there are some organic copolymers such as P (VDF-TrFE) that can be easily formed on any substrate by spin coding, but in this case, in order to provide sufficient orientation, pyroelectric thin films can be easily formed on any substrate. It was necessary to polarize the thin film using high voltage (A, Lee et al.: Th
1n 5o11d Pilss, 181,245-2
50.1989. ).

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。
However, polarization treatment for pyroelectric thin films has been extremely difficult because in-plane film thickness unevenness, defects, etc. cause local electric field concentration, which tends to cause dielectric breakdown.

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、■型結晶と、
■型結晶のものかあり、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。
Furthermore, polyvinylidene fluoride (pVDF) is a material suitable for two-dimensionalization and integration of sensors due to its high performance as a pyroelectric thin film, low thermal diffusion coefficient, and ease of patterning. This PVDF has ■ type crystal,
Type 2 crystals are available, and those that can be used as pyroelectric thin films have ferroelectric properties.

しかし、従来の技術では、通常の成形時に■型結晶を有
するPVDFLか得ることができず、この■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, with conventional techniques, it is not possible to obtain PVDFL having a ■-type crystal during normal molding, and the transition from this ■-type crystal to an I-type crystal requires a stretching operation and a polarization treatment of the PVDF film. Ta. Therefore, with conventional manufacturing techniques, only a film-like product can be obtained, and it has been impossible to form a PVDF oriented polarized film having type I crystals 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
める上で重要になる。しかし、従来の技術では、PVD
F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。
Furthermore, in a pyroelectric infrared sensor, it is important to make the pyroelectric material as thin as possible in order to improve infrared detection sensitivity and responsiveness. However, with conventional technology, PVD
The F film could only be made as thin as about 50 μm at most, and this placed a limit on the detection sensitivity and responsiveness of the sensor.

[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たちので
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、■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 the above-mentioned conventional problems, and its first purpose is to provide oriented polarization of PVDF having ■-type crystals on a membrane electrode provided on a support substrate. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a PVDF oriented polarized film that can form a 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 produce a sufficiently thin film of PVDF as a pyroelectric material by using the method for producing an oriented PVDF polarized film.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a pyroelectric infrared sensor using an oriented polarization film.

[課題を解決するための手段] 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、前記噴射ノズルからP
VDF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。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the first object, the method for producing a PVDF oriented polarized film of the present invention includes: a spray nozzle for spraying a PVDF solution; and a membrane electrode provided on a support substrate. By facing each other and generating a predetermined electric field between the two, P is emitted from the injection nozzle.
Spraying a VDF solution toward a membrane electrode, volatilizing the solvent in this spray using a drying gas, and depositing PVDF contained in this spray on the membrane electrode to form a PVDF oriented polarized film. It is characterized by

これにおいて、前記PVDF溶液は、ジメチルホルムア
ミF等からなる溶媒中にPVDFを0.1〜0.!lv
t%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 contains 0.1 to 0.0% of PVDF in a solvent such as dimethylformamide F. ! lv
Preferably, it is formed by dissolving it at a concentration of t%.

これは、PVDF溶液の濃度は、低ずぎると堆積速度が
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 will be low, whereas if it is too high, it will deposit 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
ば温度が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。
Further, the solvent being sprayed is preferably evaporated using an inert gas such as 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、膜上で適切なマイク
1ノージヨンが得られず、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 will not be removed by drying. On the other hand, if it is too high, PVDF that does not contain a solvent will reach the substrate, making it impossible to obtain an appropriate microphone 1 nosion on the film and insufficient orientation and uniformity. Therefore, the above 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±3.2〜1.OKV/cmとすることが好ま
しい。
Further, the electric field between the injection nozzle and the membrane electrode is on average ±3.2 to 1. It is preferable to set it as OKV/cm.

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 will be reduced and large droplets will fly, whereas if it is too high, spark discharge will occur. Therefore,
The electric field is preferably set to a value within the range described above.

また、前記第2の目的を達成すめため、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
ツ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ツチ
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、P
VDF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 addition, in order to achieve the second object, the method for manufacturing a pyroelectric infrared sensor of the present invention includes forming a membrane electrode as a lower electrode on a supporting substrate, at least on the side of the bonding surface with the substrate, which is made of an etching-resistant material. a thermal insulation hole forming step of forming a thermal insulation hole by etching and removing a part of the membrane electrode lamination area of the supporting substrate; and a method according to claim (1) on the membrane electrode. using P
a PVDF oriented polarized film forming step for forming a VDF oriented polarized film; an upper electrode forming step for forming an upper electrode on the PVDF oriented polarized film; an absorbing film forming step for 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−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 polarized film, a cylindrical focus electrode having a lower potential than the injection nozzle is installed around the movement path of the PVDF spray, thereby directing the ionized PVDF spray. It is preferable to control. Furthermore, in order to improve the surface uniformity of the membrane, it is preferable to rotate the membrane electrode together with the substrate using 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。
The film forming method of the present invention is advantageous in that it does not require a vacuum system and also does not require a heating system such as a vapor deposition method because it is performed in the atmosphere.

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 to generate an electric field between the membrane electrode and the injection nozzle when forming the PVDF alignment polarized 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
エツ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ツチング除去されることが
ないようにするためである。
Furthermore, the joining region of the membrane electrode with the supporting substrate is formed of an etching-resistant material in order to prevent the membrane electrode from being etched away in the thermal insulation 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ツチン
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。
Further, the formation of the thermal insulation hole is for reducing the heat capacity in the infrared light receiving section and reducing heat conduction from the infrared light receiving section to the support substrate, thereby increasing 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 light receiving section, or from the lower surface side on the opposite side.

とりわけ、素子数の集積度を上げるなと、エツチング領
域の精度が要求される場合には、上部表面からエツチン
グを行う方が好ましい。下部表面からのエツチングは、
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、ザイドエッチング等が生じやす
いためである。
In particular, when the degree of integration of the number of elements is not increased and precision of the etching area is required, it is preferable to perform etching from the upper surface. Etching from the bottom surface is
This is because a considerable amount is required to reach the upper surface where the membrane electrode is formed, and this tends to cause alignment errors between the upper and lower surfaces of the support substrate, zide etching, etc.

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 thermal insulation hole forming step may be performed before or after the PVDF alignment 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
ン異方性エツチングによって行うことが好ましい。
Further, the supporting substrate is preferably formed as a silicon single crystal substrate, and the step of forming the thermal insulation hole 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
出回路等を設は回路全体を集積化する上で極めて好適で
ある。
In this way, using a silicon substrate as a support substrate is extremely suitable for integrating not only an infrared sensor but also a signal output circuit and the like on the same support substrate.

また、このように熱絶縁孔形成工程が、サイドエツチン
グが少なく精度の良いシリコン異方性エツチングによっ
て行われることは、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 thermal insulation hole formation process is performed by highly accurate silicon anisotropic etching with less side etching can reduce variations in the sensitivity of infrared sensors, and can also be used to 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。
Further, the membrane electrode is preferably 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ツチング材料となる。
Here, the use of a silicon nitride thin film formed by low-pressure CVD is because the internal stress of the film is strong tension, so when it is made into a thin film membrane, it does not wrinkle and can be maintained in a tensile state. It is. Furthermore, since silicon nitride is resistant to acids and alkalis, it becomes a good etching-resistant material during the subsequent step of forming thermal insulation holes.

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
ードにより成膜さ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。
Further, the membrane electrode is formed to include a silicon nitride film formed by low pressure CVD, a polyimide thin film formed on this silicon nitride film by spin code, and a conductive thin film formed on this polyimide thin film. You may.

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。
Here, the polyimide thin film becomes an effective reinforcing material when forming a membrane electrode with a relatively large area. At this time, since polyimide has a low thermal conductivity, the sensitivity of the infrared sensor hardly changes.

またICプロセスとの適合性もよい。It also has good compatibility 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。
[Function] Next, the function of the present invention will be explained using an example of manufacturing a pyroelectric infrared sensor.

まず支持基板上にメンブレン電極を形成する。First, a membrane electrode is formed on a support substrate.

このとき、前記メンブレン電極の支持基板側は、耐エツ
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ツチング除
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。
At this time, the supporting substrate side of the membrane electrode is formed using an etching-resistant material. As a result, this membrane electrode remains without being etched away in the thermal insulation hole forming step, forming a thin film membrane structure. As a result, it is possible to reduce the heat capacity and heat conduction of the infrared detecting sections that are successively laminated on this membrane electrode.

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。
Reducing the heat capacity and heat conduction of the infrared detection section increases the speed and amount of temperature change when receiving infrared light, and improves the current sensitivity and voltage sensitivity of the sensor.

次に、このメンブレン電極上に、l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 l-type crystal structure is formed on this 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, ionized ions gather on the surface of the PVDF solution within the injection nozzle due to this electric field.

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。
The ions are pulled by the electric field, which overcomes the surface tension of the PVDF solution, causing the ionized droplets to leave the injection nozzle.

このように離脱しだ液滴中の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℃に加熱されてなる窒素ガスを用いて行う
ことが好ましい。
In the process of reaching the membrane electrode, the solvent is dried and removed from the PVDF in the separated droplets, and the PVDF is formed into ion clusters. The drying and removal of the solvent during the spraying is preferably performed using nitrogen gas heated to a temperature of 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。
When the PVDF ion clusters reach the membrane electrode, a PVDF oriented polarization film 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、■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, it is possible to coat an arbitrary membrane electrode and substrate with a PVDF oriented polarized film having type II crystals without performing polarization treatment as in the conventional method. can solve the following problems.

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
、再結合といった、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
スルーブツトの成膜も可能となる。
Furthermore, since the ionization of the PVDF solution mentioned above is carried out through a mild process through the solvent, so-called fragmentation reactions such as element abstraction, cutting, cleavage, and recombination, which tend to occur when ionization by electron impact is used, are less likely to occur. it is conceivable that. Furthermore, since a heating system or a vacuum system such as vacuum evaporation is unnecessary, low cost and high throughput film formation is also 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12で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。
Once the PVDF oriented polarized film is formed in this manner, an upper electrode that is paired with the membrane electrode is formed on the PVDF oriented polarized film, and an infrared light receiving section 12 is further formed on this upper electrode. A functional infrared absorbing film is deposited and the infrared sensor manufacturing process is completed.

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 production of a pyroelectric infrared sensor, a highly sensitive pyroelectric infrared sensor can be produced using a sufficiently thin PVDF oriented polarization film on any supporting substrate. be able to.

また、本発明の方法において、前記支持基板と(2てシ
リコン基板を用いることにより、信号読出口路を赤外線
センサと同一の基板上にワンチップと1.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読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ボ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。
Furthermore, in the method of the present invention, by using the support substrate (2) and a silicon substrate, it becomes possible to form the signal readout path as a single chip on the same substrate as the infrared sensor. Since the signal output from the pyroelectric infrared sensor usually has a high input impedance, it is impedance-converted using a JFET, FET, etc.However, as in the past, the readout circuit along with the detection part is on a separate board from the infrared sensor. If this is the case, wiring such as wire bonding is required before the impedance is converted, making it susceptible to noise.

これに対し、本発明のように同一基板上に赤外線センサ
と読出回路とか形成できると、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−1・化か可能となる。
On the other hand, if an infrared sensor and a readout circuit can be formed on the same substrate as in the present invention, not only impedance conversion but also amplifiers, counters, etc. can be incorporated on the same substrate. It becomes possible.

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ツチングによって行う
ことが可能となる。シリコン異方性エツチングは、結晶
方位によるエツチンググレードの違いを利用(7てるた
め、エツチングマスクに対してサイドエッチの少ない加
工が可能となる。
Further, when a silicon substrate is used as the support substrate, the step of forming the thermal insulation hole can be performed by silicon anisotropic etching. Silicon anisotropic etching makes use of differences in etching grade depending on crystal orientation (7), so it is possible to perform processing with less side etching on the etching mask.

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。
In particular, it is extremely effective when manufacturing highly integrated sensors in which elements are located in close proximity.

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、良好な耐エツチング材料と
なりる得る。特に、シリコンの異方性エツチング液であ
る強アルカリに対し良好な耐エツチング材として機能す
ることとなる。
In addition, by using a silicon nitride film formed by low pressure CVD as the membrane electrode, the internal stress of the film is a strong tensile force, so when a thin film membrane is formed, it can be stretched without wrinkles. It can be maintained with Furthermore, since silicon nitride is resistant to acids and alkalis, it can serve as a material with good etching resistance during the step of forming thermal insulation holes. In particular, it functions as a good etching-resistant material against a strong alkali, which is an anisotropic etching solution for silicon.

また、前記メンブレン電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の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
、スピンコード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、I
C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。
In addition, when the membrane electrode is formed to have a relatively large area, the membrane electrode may be destroyed due to impact of ion clusters, etc. when forming a PVDF thin film on the membrane electrode. Therefore, when forming a membrane electrode with a large area, this membrane electrode
It is preferable to form a silicon nitride film formed by low pressure CVD, a polyimide thin film formed on this silicon nitride film, and a conductive thin film formed on this polyimide thin film. At this time, the polyimide thin film can be easily formed into a thin film using a spin cord, and can serve as an effective reinforcing material. In addition, its thermal conductivity is small, and I
Since it is highly compatible with the C process, it is also possible to improve the manufacturing yield without causing a decrease in sensitivity or 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。
In addition, as mentioned above, by setting the solution concentration of the PVDF solution, supplying nitrogen gas for solvent volatilization during spraying, and determining the electric field between the spray nozzle and the membrane electrode, a high pyroelectric It becomes possible to form a PVDF oriented polarized film with good properties and uniformity in a well-controlled manner.

[発明の効果コ 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 explained above, according to the present invention, a PVDF oriented polarized film having an I-type crystal structure, which could not be formed conventionally, can be satisfactorily formed on a membrane electrode or its supporting substrate. becomes possible.

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 polarized film that is sufficiently thin and has an I-type crystal structure. There is an effect that it can be done.

[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。
[Example] Next, a preferred example of the present invention will be described in detail based on the drawings.

第1実施例 第1図には、本発明が適用されたPVDF配向分配向分
極−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 orientation/distribution polarization device to which the present invention is applied.

実施例の成膜装置は、ケーシング2o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。
The film forming apparatus of the embodiment includes a table 22 on which a sample 10 is placed inside a casing 2o, and this 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 formed by providing a membrane electrode 14 made of silicon nitride formed by low pressure CVD and aluminum formed by vacuum evaporation on the surface of a silicon substrate 12, as shown in FIG.

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配向分配向分極
−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3oが配置されている。この噴射ノズル
3oには、バイブ32を介し注射器型の容器34からP
VDF溶液80が供給される。
The film forming apparatus of this embodiment forms a PVDF having an I-type crystal structure with a predetermined film thickness on the membrane electrode 14 by orientation, orientation, polarization, and so on. For this reason, a spray nozzle 3o is arranged in the thin film forming space 20a of the casing 20 so as to face the membrane electrode 14. This injection nozzle 3o is connected to a syringe-shaped container 34 through a vibrator 32.
A VDF solution 80 is provided.

このPVDF溶液80は、ジメチルホルムアミド(DM
F)溶液中に、PVDFを0.1〜OJ vt%溶解し
て形成することが好ましく、実施例では0.2 wt%
溶解して形成されたものを用いている。
This PVDF solution 80 is dimethylformamide (DM
F) It is preferably formed by dissolving PVDF in a solution of 0.1 to OJ vt%, and in the example, 0.2 wt%
A material formed by melting is used.

そして、試料10のメンブレン電極14と噴射ノズル3
0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〜l0KV/a
n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, the membrane electrode 14 of the sample 10 and the injection nozzle 3
0, apply a voltage of 8 to 15 KV using the first power supply 36, and apply an average of ±3.2 to 10 KV/a between the two.
An electric field of n is formed. Due to this electric field, the PVDF solution 80 in the injection nozzle 30 is ionized and formed into a spray, which is drawn out from the nozzle 30 and drawn 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、
バイブ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、この噴霧中の溶媒を
揮発させる。
Moreover, in the thin film forming space 20a inside the casing 20,
A nitrogen gas stream 90 heated to a temperature of 40 to 80° C. is introduced through the vibrator 38 to dry the atomized PVDF solution supplied from the injection nozzle 30 and volatilize the solvent in the atomization.

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。
Further, a cylindrical focus electrode 40 having a lower potential than the injection nozzle 30 is placed around the movement path of the sprayed PVDF from the injection nozzle 30 to the membrane electrode 14, and controls the direction of the ionized PVDF spray. ing. In the embodiment, a potential of 4 to 8 KV is applied between the focus electrode 40 and the membrane electrode 14 using the second power source 42.

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 of this embodiment has the above configuration, and its film forming operation will be explained next.

まず第1の電源36により、噴射ノズル3o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, the first power source 36 connects the injection nozzle 3o and the sample 10.
When a predetermined electric field is generated between the membrane electrode 14 of
It moves toward the membrane electrode 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、バイブ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 vibrator 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1o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 direction of movement of this ionized PVDF spray is controlled by the cylindrical focus electrode 40 so that it has a uniform film thickness. Further, in order to improve the uniformity of the film, the sample 1o is rotationally driven by a motor 24, so that the PVDF film is deposited uniformly 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、■型の結晶構
造をもつPVDF配向分配向分極−に成膜することがで
きる。
In this way, according to the film forming apparatus of the example, sample 10
On the membrane electrode 14 formed above, a PVDF film having a -type crystal structure can be formed.

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1.5〜2.5 cmに設定
し、PVDF配向分配向分極−を行ったところ、このP
VDF配向分配向分極−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1
μmのPVDF配向分配向分極−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 this film forming apparatus was actually used, the distance between the injection nozzle 30 and the membrane electrode 14 was set to 1.5 to 2.5 cm, and PVDF orientation distribution polarization was performed.
The VDF orientation distribution polarization-velocity was 1 μm/h. The membrane electrode 14 on the silicon substrate 12 has a film thickness of 1
When PVDF alignment, orientation, and polarization of μm was performed and an evaluation test was performed, the following results were obtained.

第2図には、このPVDF配向分配向分極−偏光による
吸収スペクトル特性が示されている。
FIG. 2 shows absorption spectrum characteristics due to this PVDF orientation/distribution/polarization-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(1280an−’)がみられることから
、このPVDF膜はI型結晶を含んでいることが判る。
This absorption spectrum shows a characteristic peak (1280an-') of type I crystals having ferroelectric properties, which indicates that this PVDF film contains type I crystals.

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、■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
1−2に垂直な方向に分極が配向(〜でいることが判る
Furthermore, when comparing the spectra of parallel polarized light and perpendicularly polarized light with respect to the incident plane, the ■-type absorption peak is significantly larger for parallel polarized light, which indicates that the polarization of the PVDF film is oriented in the direction perpendicular to the silicon substrate 1-2 ( It turns out that there is ~.

また、P V D F膜の焦電係数について調べたとこ
ろ、その値は2−4nCcrn−2に一’と大きい値を
示した。
Further, when the pyroelectric coefficient of the PVDF film was investigated, it was found to be as large as 2-4nCcrn-2.

また、耐熱性の評価をしたところ、■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。
Also, when we evaluated the heat resistance, the peak of type ■ was 16
It was confirmed that there was no decrease even after 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, it was confirmed that a PVDF polarized film having similar performance could be formed even when a material other than aluminum, such as silicon or ITO, was used as the membrane electrode 14.

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, it was possible to form a PVDF oriented polarized film having high pyroelectricity and thermally stable type I crystals without performing any stretching or polarization treatment. It 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 the method for manufacturing the pyroelectric infrared sensor of the present invention will be described.

第3図には、本実施例の製造方法を用いで形成された焦
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10
0ns成膜する。
In the infrared sensor of the embodiment, first, a silicon substrate 12 with a (100) plane orientation is prepared, and silicon nitride films 50.
A film is formed for 0 ns.

そl、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、シリコン異方性工・ソチング液である水
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、裏面側よりエツチング除去し熱絶
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。
Then, 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 that will become an infrared detection section is etched away from the back side using a potassium hydroxide solution, which is a silicon anisotropic processing/soching solution, to form a heat insulating hole 16. As a result, the silicon nitride film 50 provided on the surface side of the silicon substrate 12 has a thin 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、スピンコード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1−4が形成されることに
なる。なお、前記窒化シリコン膜50は耐エツチング性
を有するため、このメンブレン電極14は前記異方性エ
ツ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 is
A polyimide film is formed on the surface using a spin code,
Aluminum is formed thereon as a lower electrode 54 by vacuum evaporation. As a result, a membrane electrode 1 - 4 consisting of a silicon nitride film 50 , a polyimide film, and a lower electrode 54 is formed on the surface of the silicon substrate 12 . Note that since the silicon nitride film 50 has etching resistance, the 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配向分配向分極膜形6する。最後
に、このPVDF配向分配向分極上56上ルミニウムを
上部電極58として形成すると共に、この上部電極58
上に金魚を赤外線吸収膜60として形成する。
Thereafter, a PVDF alignment polarization film 6 is formed on the surface of the membrane electrode 14 in the same manner as in the first embodiment. Finally, aluminum is formed on this PVDF orientation distribution polarization 56 as an upper electrode 58, and this upper electrode 58
A goldfish is formed thereon as an infrared absorbing film 60.

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配向分配向分極膜形6を変化させ、
画電極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 example is formed. When this pyroelectric infrared sensor is irradiated with infrared rays, the infrared rays absorbed by the infrared absorbing film 60 change the PVDF orientation distribution polarization film 6,
This is detected as a change in the electrical signal output from the picture electrodes 54 and 58.

このとき、本発明の赤外線センサは、PVDF配向分配
向分極膜形6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, in the infrared sensor of the present invention, the PVDF orientation/distribution polarization film type 6 is extremely thin at several μm (1 μm in the example), and its electrical characteristics are sensitive to infrared rays absorbed by the infrared absorbing film 60. Therefore, the detection sensitivity of infrared rays is extremely high.

これに加えて、PVDF配向分配向分極膜形6に位置す
るシリコン基板12は、熱絶縁孔16としてエツチング
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 to this, the silicon substrate 12 located on the PVDF alignment polarization membrane shape 6 is etched away as a thermal insulation hole 16. For this reason, the heat capacity and heat conduction of the infrared detection section are significantly reduced, and the speed and amount of temperature change when receiving infrared light increases.From this point of view, the current sensitivity and 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4關2)の赤外線感度が示されている。比
較試料として、LiTa0.単結晶センサ(厚さ50μ
m、受光面積Ll m+s2)を用いた。
Table 1 shows the infrared sensitivity of the pyroelectric infrared sensor (light-receiving area of 4 and 2) thus formed. As a comparative sample, LiTa0. Single crystal sensor (thickness 50μ
m, and the light receiving area Ll m+s2) 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LiTaO5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 example has the same specific detection ability as the conventional LiTaO5 single crystal sensor, and 3
It can be seen that a current output nearly twice 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。
From this, it will be understood that according to the method of the present invention, a pyroelectric infrared sensor with high sensitivity and high responsiveness can be manufactured.

表1 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。
Table 1 Third Example Next, another example of the method for manufacturing the pyroelectric infrared sensor of 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 example, similarly to the second example, a pyroelectric infrared sensor was manufactured using the PVDF oriented polarization film forming process shown in the first example.

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, a silicon substrate 12 having a (100) plane orientation is prepared. Then, a sacrificial polysilicon layer shown by a broken line in the figure is formed as a sacrificial film 66 to cover a region of the silicon substrate 12 that will become an infrared detection section.

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 substrate 12 is placed so as to cover this sacrificial film 66.
A silicon nitride film 50 is formed on the surface of the silicon nitride film 50 by low pressure CVD, and a lower electrode 54 is formed on the surface of this silicon nitride film 50. In the embodiment, this 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、P
VDF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、耐エツチ
ング性の保護膜62を被覆形成する。
Then, P
A VDF oriented polarized film 56 is coated in the same manner as in the first embodiment, and an etching-resistant protective film 62 is coated on the surface of this PVDF oriented polarized film 56.

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に到達するエツチングホール64を
穿設する。そして、後シリコン異方性エツチング液に浸
漬すると、エツチングホール64からシリコン異方性エ
ツ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をエツ
チング除去し、その内部に熱絶縁孔16が形成される。
Thereafter, an etching hole 64 reaching the sacrificial film 66 from the surface of the protective film 62 is formed using a photo process and RIE. Then, when it is subsequently immersed in a silicon anisotropic etching solution, the silicon anisotropic etching solution is introduced into the etching hole 64, etching away the portion of the sacrificial film 66 that will become the detection part and the silicon substrate 12 that is in contact with it. A heat insulating hole 16 is formed inside it.

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
As a result, a membrane structure is formed on the silicon substrate 12 above the thermal insulation 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、さらにその上に金魚を赤外線吸収膜
60として形成する。
Thereafter, aluminum is formed as the upper electrode 58 on the protective film 62, and goldfish is further formed thereon as the infrared absorbing film 60.

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ツチ
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, a pyroelectric infrared sensor can be fabricated by processing one side of the silicon substrate 12 without double-sided alignment or long-term anisotropic etching as in the second embodiment. Since it can be manufactured, highly 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 array formation 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 example Next, a fourth preferred 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。
A 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1
00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 an integrated infrared sensor according to the embodiment. The integrated infrared sensor of the embodiment includes, for example, the second . The pyroelectric infrared sensor 100 described in detail in the third embodiment is formed. Furthermore, an infrared sensor 1 is placed on this same silicon substrate 12.
A signal processing circuit 110 equipped with an FET, an amplifier, etc. for impedance conversion of the output signal of 00, a lead connecting the sensor 100 and the signal processing circuit 110, and a plurality of electrodes 120 for connecting with the outside. It is formed.

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 of this example 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LSIプロセスを用いて各回路部を形成する。
First, each circuit section is formed on a silicon substrate 12 with a (100) plane orientation using a normal LSI process.

その後、前記第2.第3実施例と同様に(7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1−4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。
After that, the second. Similarly to the third embodiment (step 7), a pyroelectric infrared sensor 100 is formed. At this time, the sensor 100
The membrane electrode 1-4, which functions as a lower electrode, is connected to the input gate of the impedance conversion FET, and the upper electrode 58
are connected to ground respectively.

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<<、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 this embodiment, it is possible to manufacture a high performance and highly functional integrated infrared sensor that is not affected by noise.

なお、本発明は、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が可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist 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 embodiment described above, a silicon substrate is used as the support substrate, but 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 explanation of the drawing]

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、PVD
F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ジノることにより形成された集積
型センサの−・例を示す説明図である。 1−2・・・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。 代理人 弁理士 布 施 行 夫(他1名)第 図 5o0 +000 伎蚊(cm″) 槃 T 第 図
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a preferred example of a film forming apparatus used for manufacturing the PVDF oriented polarized film of the present invention, and FIG.
An explanatory diagram of absorption spectrum characteristics of an F-oriented polarized film for infrared polarized light; FIG. 3 is a cross-sectional diagram showing an example of a pyroelectric infrared sensor formed using the manufacturing method of the present invention; FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view of another pyroelectric infrared sensor formed using the manufacturing method of the present invention, which is formed by installing a pyroelectric infrared sensor and other circuits on the same substrate. It is an explanatory view showing an example of an integrated sensor. 1-2... Silicon substrate, 14... Membrane electrode, 16... Heat insulation hole, 56... PVDF alignment polarization film, 58... Upper electrode, 60... Infrared absorption film. Agent Patent attorney Fuse Yukio (1 other person) Figure 5o0 +000 Kuki (cm'') Kaki T Figure

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (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。
(1) A spray nozzle for spraying a PVDF solution and a membrane electrode provided on a support substrate are made to face each other, and a predetermined electric field is generated between the two, thereby spraying the PVDF solution from the spray nozzle onto the membrane electrode. PVDF alignment, characterized in that the solvent in the spray is evaporated using a drying gas, and the PVDF contained in the spray is deposited on the membrane electrode to form a PVDF alignment polarized film. How to form a polarized membrane.
(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、P
VDF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 a membrane electrode as a lower electrode on the support substrate, at least the side of which is bonded to the substrate made of an etching-resistant material, and etching away a part of the membrane electrode lamination area of the support substrate. a heat insulating hole forming step of forming a heat insulating hole by using the method of claim (1) on the membrane electrode;
a PVDF oriented polarized film forming step for forming a VDF oriented polarized film; an upper electrode forming step for forming an upper electrode on the PVDF oriented polarized film; an absorbing film forming step for forming an infrared absorbing film on the upper electrode; A method for manufacturing a pyroelectric infrared sensor, comprising:
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