JPH07307496A - 焦電薄膜素子及びその製造方法 - Google Patents
焦電薄膜素子及びその製造方法Info
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- JPH07307496A JPH07307496A JP7035385A JP3538595A JPH07307496A JP H07307496 A JPH07307496 A JP H07307496A JP 7035385 A JP7035385 A JP 7035385A JP 3538595 A JP3538595 A JP 3538595A JP H07307496 A JPH07307496 A JP H07307496A
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- pyroelectric thin
- lower electrode
- pyroelectric
- film
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
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-
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- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン基板上に下部電極と焦電薄膜を（１
１１）面にエピタキシャル成長させてセンサの感度と性
能を向上させた焦電薄膜素子及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 本発明の焦電薄膜素子は後面にメンブレン構
造を有する（１００）面の基板と、基板の前面上に形成
された絶縁膜と、絶縁膜上に形成された下部電極と、下
部電極上に形成された焦電薄膜と、焦電薄膜上に形成さ
れた赤外線吸収用の上部電極と、上部電極の一側の上部
と絶縁膜の上部にわたって形成された上部電極パッド
と、を含む。
１１）面にエピタキシャル成長させてセンサの感度と性
能を向上させた焦電薄膜素子及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 本発明の焦電薄膜素子は後面にメンブレン構
造を有する（１００）面の基板と、基板の前面上に形成
された絶縁膜と、絶縁膜上に形成された下部電極と、下
部電極上に形成された焦電薄膜と、焦電薄膜上に形成さ
れた赤外線吸収用の上部電極と、上部電極の一側の上部
と絶縁膜の上部にわたって形成された上部電極パッド
と、を含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は赤外線センサの焦電薄膜
素子及びその製造方法に係り、特にシリコン基板上にチ
タン酸亜鉛系の焦電薄膜とその下部電極をシリコン基板
上にエピタキシャル成長させて感度と性能を向上させる
ことのできる、高集積可能な焦電薄膜素子及びその製造
方法に関する。
素子及びその製造方法に係り、特にシリコン基板上にチ
タン酸亜鉛系の焦電薄膜とその下部電極をシリコン基板
上にエピタキシャル成長させて感度と性能を向上させる
ことのできる、高集積可能な焦電薄膜素子及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は従来の焦電薄膜素子の断面構造図
である。図１を参照すると、従来の焦電薄膜素子はセン
サ基板８に焦電薄膜部分が接着剤７により接着された構
造を有する。焦電薄膜２の上部表面には赤外線吸収電極
の上部電極９が形成され、焦電薄膜２の下部表面及び側
面は第１ポリイミド膜３、下部電極５及び第２ポリイミ
ド膜６により包まれる。第２ポリイミド膜６は接着剤７
によりセンサ基板８と接着され、Ｎｉ−Ｃｒからなる下
部電極５は焦電薄膜２の下部表面と接触するとともにコ
ンタクトホール４を介して導電性ペースト１０によりセ
ンサ基板８と連結される。
である。図１を参照すると、従来の焦電薄膜素子はセン
サ基板８に焦電薄膜部分が接着剤７により接着された構
造を有する。焦電薄膜２の上部表面には赤外線吸収電極
の上部電極９が形成され、焦電薄膜２の下部表面及び側
面は第１ポリイミド膜３、下部電極５及び第２ポリイミ
ド膜６により包まれる。第２ポリイミド膜６は接着剤７
によりセンサ基板８と接着され、Ｎｉ−Ｃｒからなる下
部電極５は焦電薄膜２の下部表面と接触するとともにコ
ンタクトホール４を介して導電性ペースト１０によりセ
ンサ基板８と連結される。
【０００３】従来の焦電薄膜素子は基板１としてＭｇＯ
単結晶基板を使用して、焦電薄膜としてＰｂＴｉＯ3 を
使用した。前記構造を有する従来の焦電薄膜素子の製造
方法を図２（Ａ）〜（Ｆ）を参照して説明すると、次の
通りである。
単結晶基板を使用して、焦電薄膜としてＰｂＴｉＯ3 を
使用した。前記構造を有する従来の焦電薄膜素子の製造
方法を図２（Ａ）〜（Ｆ）を参照して説明すると、次の
通りである。
【０００４】図２（Ａ）を参照すると、（１００）方向
のＭｇＯ単結晶基板１上に高周波マグネシウムスパッタ
リング法によりＣ軸配向性の高いＰｂＴｉＯ3 膜を成長
させる。成長したＰｂＴｉＯ3 膜をパターニングして焦
電薄膜２を形成する。図２（Ｂ）を参照すると、焦電薄
膜２を覆うようにＭｇＯ単結晶基板１上に第１ポリイミ
ド膜３を形成し、焦電薄膜２上の第１ポリイミド膜３を
除去して焦電薄膜２の上面を露出させる。第１ポリイミ
ド膜３上に熱蒸着方法によりニッケル−クロム（Ｎｉ−
Ｃｒ）薄膜を蒸着した後、第１ポリイミド膜３の上部の
ニッケル−クロム薄膜を除去して下部電極５を形成す
る。この際、焦電薄膜２の露出した上面は下部電極５と
接触せしめられる。図２（Ｃ）を参照すると、機械的な
補強のために前記下部電極５及び第１ポリイミド膜３上
に第２ポリイミド膜６を蒸着して焦電薄膜部分を形成す
る。次に、図２（Ｄ）のように接着剤７を用いて前記形
成された焦電薄膜部分をセンサ基板８に接着させる。図
２（Ｅ）を参照すると、上部電極を形成するために前記
（１００）ＭｇＯ単結晶基板１をリン酸（Ｈ3 ＰＯ4）
溶液でエッチングして前記焦電薄膜２の表面が露出する
まで完全に除去する。この際、焦電薄膜２の表面のみで
はなく第１ポリイミド膜３の表面も露出させる。露出し
た第１ポリイミド膜上にコンタクトホール４を形成す
る。図２（Ｆ）のように（１００）方向のＭｇＯ単結晶
基板１のエッチングにより露出した前記焦電薄膜２の表
面に赤外線吸収電極として用いられるニッケル−クロム
（Ｎｉ−Ｃｒ）薄膜を蒸着して上部電極９を形成した
後、センサ基板８をコンタクトホール４を介して前記下
部電極５と連結するために導電性ペースト１０を印刷し
て従来の焦電薄膜素子を製造する。
のＭｇＯ単結晶基板１上に高周波マグネシウムスパッタ
リング法によりＣ軸配向性の高いＰｂＴｉＯ3 膜を成長
させる。成長したＰｂＴｉＯ3 膜をパターニングして焦
電薄膜２を形成する。図２（Ｂ）を参照すると、焦電薄
膜２を覆うようにＭｇＯ単結晶基板１上に第１ポリイミ
ド膜３を形成し、焦電薄膜２上の第１ポリイミド膜３を
除去して焦電薄膜２の上面を露出させる。第１ポリイミ
ド膜３上に熱蒸着方法によりニッケル−クロム（Ｎｉ−
Ｃｒ）薄膜を蒸着した後、第１ポリイミド膜３の上部の
ニッケル−クロム薄膜を除去して下部電極５を形成す
る。この際、焦電薄膜２の露出した上面は下部電極５と
接触せしめられる。図２（Ｃ）を参照すると、機械的な
補強のために前記下部電極５及び第１ポリイミド膜３上
に第２ポリイミド膜６を蒸着して焦電薄膜部分を形成す
る。次に、図２（Ｄ）のように接着剤７を用いて前記形
成された焦電薄膜部分をセンサ基板８に接着させる。図
２（Ｅ）を参照すると、上部電極を形成するために前記
（１００）ＭｇＯ単結晶基板１をリン酸（Ｈ3 ＰＯ4）
溶液でエッチングして前記焦電薄膜２の表面が露出する
まで完全に除去する。この際、焦電薄膜２の表面のみで
はなく第１ポリイミド膜３の表面も露出させる。露出し
た第１ポリイミド膜上にコンタクトホール４を形成す
る。図２（Ｆ）のように（１００）方向のＭｇＯ単結晶
基板１のエッチングにより露出した前記焦電薄膜２の表
面に赤外線吸収電極として用いられるニッケル−クロム
（Ｎｉ−Ｃｒ）薄膜を蒸着して上部電極９を形成した
後、センサ基板８をコンタクトホール４を介して前記下
部電極５と連結するために導電性ペースト１０を印刷し
て従来の焦電薄膜素子を製造する。
【０００５】このようにして製造された焦電薄膜素子を
インピーダンス変換回路素子が構成された回路基板に実
装し、ウインドウ（window）に赤外線フィルタが付いて
いるパッケージで密封することにより薄膜の赤外線セン
サを得る。
インピーダンス変換回路素子が構成された回路基板に実
装し、ウインドウ（window）に赤外線フィルタが付いて
いるパッケージで密封することにより薄膜の赤外線セン
サを得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のように
製造される焦電薄膜素子は、ＭｇＯ単結晶基板上に直接
Ｃ軸配向性のＰｂＴｉＯ3 膜からなる焦電薄膜を形成す
るために、赤外線吸収層である焦電薄膜の上部電極はＭ
ｇＯ単結晶基板をエッチングして焦電薄膜を露出させた
後にのみ形成が可能であった。従って、ＭｇＯ単結晶基
板エッチング時、焦電薄膜もエッチング溶液により露出
して焦電薄膜の表面がエッチングされる虞もあるので、
素子の感度を低下させる問題があるばかりではなく、基
板として高価のＭｇＯ基板を使用するからセンサの製造
コストが高いという問題もあった。
製造される焦電薄膜素子は、ＭｇＯ単結晶基板上に直接
Ｃ軸配向性のＰｂＴｉＯ3 膜からなる焦電薄膜を形成す
るために、赤外線吸収層である焦電薄膜の上部電極はＭ
ｇＯ単結晶基板をエッチングして焦電薄膜を露出させた
後にのみ形成が可能であった。従って、ＭｇＯ単結晶基
板エッチング時、焦電薄膜もエッチング溶液により露出
して焦電薄膜の表面がエッチングされる虞もあるので、
素子の感度を低下させる問題があるばかりではなく、基
板として高価のＭｇＯ基板を使用するからセンサの製造
コストが高いという問題もあった。
【０００７】なお、ＭｇＯ単結晶シリコン基板上に焦電
薄膜部分を形成し、ＭｇＯ単結晶シリコン基板を除去し
た後上部電極を形成しなければならない。これにより、
製造工程数が多く、工程が複雑になるので、センサ製造
時の生産歩留まりが低下し、且つ集積化が容易でない等
の問題があった。
薄膜部分を形成し、ＭｇＯ単結晶シリコン基板を除去し
た後上部電極を形成しなければならない。これにより、
製造工程数が多く、工程が複雑になるので、センサ製造
時の生産歩留まりが低下し、且つ集積化が容易でない等
の問題があった。
【０００８】本発明の目的は、シリコン基板上に下部電
極と焦電薄膜を（１１１）面にエピタキシャル成長させ
てセンサの感度と性能を向上させた焦電薄膜素子及びそ
の製造方法を提供することにある。
極と焦電薄膜を（１１１）面にエピタキシャル成長させ
てセンサの感度と性能を向上させた焦電薄膜素子及びそ
の製造方法を提供することにある。
【０００９】本発明の他の目的は製造工程が単純で、製
造コストが低廉である焦電薄膜素子及びその製造方法を
提供することにある。
造コストが低廉である焦電薄膜素子及びその製造方法を
提供することにある。
【００１０】本発明の別の目的は、集積化が容易である
焦電薄膜素子及びその製造方法を提供することにある。
焦電薄膜素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の焦電薄膜素子は、後面に薄膜構造（membrane
structure）を有する基板と、シリコン基板の前面上に
形成されたシリコン酸化膜と、シリコン酸化膜上に形成
された、（１１１）面にエピタキシャル成長したＰｔ膜
からなる下部電極と、下部電極上に形成された、（１１
１）面にエピタキシャル成長したＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ
0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3 薄膜からなる焦電薄膜と、焦電薄膜
上に形成された上部電極と、上部電極の一側縁近傍の上
部とシリコン酸化膜の上部にわたって形成された上部電
極パッドとを含む。
の本発明の焦電薄膜素子は、後面に薄膜構造（membrane
structure）を有する基板と、シリコン基板の前面上に
形成されたシリコン酸化膜と、シリコン酸化膜上に形成
された、（１１１）面にエピタキシャル成長したＰｔ膜
からなる下部電極と、下部電極上に形成された、（１１
１）面にエピタキシャル成長したＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ
0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3 薄膜からなる焦電薄膜と、焦電薄膜
上に形成された上部電極と、上部電極の一側縁近傍の上
部とシリコン酸化膜の上部にわたって形成された上部電
極パッドとを含む。
【００１２】なお、本発明の焦電薄膜素子の製造方法
は、シリコン基板の前面上にシリコン酸化膜を形成する
工程と、シリコン酸化膜上にＰｔ膜を（１１１）面にエ
ピタキシャル成長させて下部電極を形成する工程と、下
部電極上にＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3 薄
膜を（１１１）面にエピタキシャル成長させて焦電薄膜
を形成する工程と、焦電薄膜上に上部電極を形成する工
程と、上部電極の一側縁近傍の上部とシリコン酸化膜上
の上部にわたって上部電極パッドを形成する工程と、焦
電薄膜に対応するシリコン酸化膜の後面をエッチングし
て薄膜構造を形成する工程と、を含む。
は、シリコン基板の前面上にシリコン酸化膜を形成する
工程と、シリコン酸化膜上にＰｔ膜を（１１１）面にエ
ピタキシャル成長させて下部電極を形成する工程と、下
部電極上にＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3 薄
膜を（１１１）面にエピタキシャル成長させて焦電薄膜
を形成する工程と、焦電薄膜上に上部電極を形成する工
程と、上部電極の一側縁近傍の上部とシリコン酸化膜上
の上部にわたって上部電極パッドを形成する工程と、焦
電薄膜に対応するシリコン酸化膜の後面をエッチングし
て薄膜構造を形成する工程と、を含む。
【００１３】
【実施例】図３は本発明の一実施例による焦電薄膜素子
の断面構造図を示す。図３を参照すると、本発明の焦電
薄膜素子は後面に薄膜構造を有するシリコン基板３１
と、シリコン基板３１の前面上に形成されたシリコン酸
化膜３２と、シリコン酸化膜３２上に形成された下部電
極３３と、前記下部電極３３上に形成された焦電薄膜３
４と、焦電薄膜３４上に形成された上部電極３５と、上
部電極３５の一側縁近傍とシリコン酸化膜３１の上部と
にわたって形成された上部電極用パッド３６とを含む。
の断面構造図を示す。図３を参照すると、本発明の焦電
薄膜素子は後面に薄膜構造を有するシリコン基板３１
と、シリコン基板３１の前面上に形成されたシリコン酸
化膜３２と、シリコン酸化膜３２上に形成された下部電
極３３と、前記下部電極３３上に形成された焦電薄膜３
４と、焦電薄膜３４上に形成された上部電極３５と、上
部電極３５の一側縁近傍とシリコン酸化膜３１の上部と
にわたって形成された上部電極用パッド３６とを含む。
【００１４】本発明の一実施例では下部電極３３として
Ｐｔ薄膜を使用する。Ｐｔ薄膜は溶融点が高くて化学的
に不活性金属であって伝導性電極として用いられるが、
エピタキシャル成長したＰｔ薄膜は強誘電体と格子定数
が類似であるために強誘電体薄膜の下部電極として用い
られる。
Ｐｔ薄膜を使用する。Ｐｔ薄膜は溶融点が高くて化学的
に不活性金属であって伝導性電極として用いられるが、
エピタキシャル成長したＰｔ薄膜は強誘電体と格子定数
が類似であるために強誘電体薄膜の下部電極として用い
られる。
【００１５】Ｐｔ薄膜と（１００）面のシリコン基板３
１は格子定数が３．９２３オングストローム、５．４３
１オングストロームで格子不一致（lattice mismatch）
が非常に大きいために、（１００）面のシリコン基板上
ではＰｔ膜を（１００）面に成長させ難い。従って、本
発明ではＰｔ膜の格子定数と類似な５．５４７オングス
トロームの格子定数を有する（１１１）面にＰｔ薄膜を
エピタキシャル成長させる。
１は格子定数が３．９２３オングストローム、５．４３
１オングストロームで格子不一致（lattice mismatch）
が非常に大きいために、（１００）面のシリコン基板上
ではＰｔ膜を（１００）面に成長させ難い。従って、本
発明ではＰｔ膜の格子定数と類似な５．５４７オングス
トロームの格子定数を有する（１１１）面にＰｔ薄膜を
エピタキシャル成長させる。
【００１６】なお、本発明では後続工程で形成される焦
電薄膜として、（１１１）面にエピタキシャル成長した
Ｐｔ薄膜上でポーリング軸（poling axes ）に沿ってエ
ピタキシャル成長の可能なＡＢＯ3 薄膜を使用した。Ａ
ＢＯ3 焦電薄膜は一般的に格子定数が３．９乃至４．１
オングストロームの格子定数を有するので、焦電薄膜
（１１１）面に成長したＰｔ薄膜上でエピタキシャル成
長させるためには焦電薄膜の格子定数が５．５１〜５．
７９オングストロームの範囲を有する（１１１）面に焦
電薄膜を成長させなければならない。よって、本発明の
実施例ではＡＢＯ3 焦電薄膜のうち、ポーリング軸が
（１１１）方向であるＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0.8 Ｔｉ
0.2 ）Ｏ3 （但し、ｘ＝０乃至０．１）薄膜を使用し
た。
電薄膜として、（１１１）面にエピタキシャル成長した
Ｐｔ薄膜上でポーリング軸（poling axes ）に沿ってエ
ピタキシャル成長の可能なＡＢＯ3 薄膜を使用した。Ａ
ＢＯ3 焦電薄膜は一般的に格子定数が３．９乃至４．１
オングストロームの格子定数を有するので、焦電薄膜
（１１１）面に成長したＰｔ薄膜上でエピタキシャル成
長させるためには焦電薄膜の格子定数が５．５１〜５．
７９オングストロームの範囲を有する（１１１）面に焦
電薄膜を成長させなければならない。よって、本発明の
実施例ではＡＢＯ3 焦電薄膜のうち、ポーリング軸が
（１１１）方向であるＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0.8 Ｔｉ
0.2 ）Ｏ3 （但し、ｘ＝０乃至０．１）薄膜を使用し
た。
【００１７】図６は本発明の他の実施例による焦電薄膜
素子の断面構造図を示す。図６の他の実施例による焦電
薄膜素子は下部電極３３と下部電極３３上に形成される
焦電薄膜３４との間の両端に下部電極パッド３７を形成
する。図７は下部電極であるＰｔ膜の膜厚による焦電薄
膜３４素子の（１１１）面の配向率を示す。図から分か
るように、下部電極３３の厚さが薄ければ薄いほど上記
焦電薄膜３４の配向性は高くなる。しかしながら、前記
Ｐｔ膜の膜厚が２００オングストローム以下になると、
その下部電極３３が島状になるため導電性がなくて電極
としての役割が果たせない。従って、下部電極３３は２
００オングストローム以上の厚さに形成しなければなら
ない。図３に示す一実施例のように下部電極を６００オ
ングストローム以上の厚さに形成する場合には、別の下
部電極パッドを要せず、図６に示す実施例２のように下
部電極３３が２００〜６００オングストローム以下の厚
さに薄く形成される場合において、下部電極３３と焦電
薄膜３４との間に下部電極パッド３７を形成する。
素子の断面構造図を示す。図６の他の実施例による焦電
薄膜素子は下部電極３３と下部電極３３上に形成される
焦電薄膜３４との間の両端に下部電極パッド３７を形成
する。図７は下部電極であるＰｔ膜の膜厚による焦電薄
膜３４素子の（１１１）面の配向率を示す。図から分か
るように、下部電極３３の厚さが薄ければ薄いほど上記
焦電薄膜３４の配向性は高くなる。しかしながら、前記
Ｐｔ膜の膜厚が２００オングストローム以下になると、
その下部電極３３が島状になるため導電性がなくて電極
としての役割が果たせない。従って、下部電極３３は２
００オングストローム以上の厚さに形成しなければなら
ない。図３に示す一実施例のように下部電極を６００オ
ングストローム以上の厚さに形成する場合には、別の下
部電極パッドを要せず、図６に示す実施例２のように下
部電極３３が２００〜６００オングストローム以下の厚
さに薄く形成される場合において、下部電極３３と焦電
薄膜３４との間に下部電極パッド３７を形成する。
【００１８】図４（Ａ）〜（Ｄ）は図３に示す焦電薄膜
素子の製造工程図である。図４（Ａ）を参照すると、鏡
面研磨された（１００）方向のシリコン基板３１の前面
上に初期シリコン酸化膜３２が形成されている。このシ
リコン酸化膜３２は絶縁層及び断熱層としての役割を果
たす。シリコン酸化膜３２上に高周波マグネトロンスパ
ッタリング（RF・magnetron sputtering）法により基板
の温度が５００〜６００℃である条件で白金（Ｐｔ）膜
を形成する。この際、Ｐｔ膜は（１１１）面にエピタキ
シャル成長する。蒸着されたＰｔ膜をパターニングして
焦電薄膜素子の下部電極３３を形成する。
素子の製造工程図である。図４（Ａ）を参照すると、鏡
面研磨された（１００）方向のシリコン基板３１の前面
上に初期シリコン酸化膜３２が形成されている。このシ
リコン酸化膜３２は絶縁層及び断熱層としての役割を果
たす。シリコン酸化膜３２上に高周波マグネトロンスパ
ッタリング（RF・magnetron sputtering）法により基板
の温度が５００〜６００℃である条件で白金（Ｐｔ）膜
を形成する。この際、Ｐｔ膜は（１１１）面にエピタキ
シャル成長する。蒸着されたＰｔ膜をパターニングして
焦電薄膜素子の下部電極３３を形成する。
【００１９】図４（Ｂ）を参照すると、下部電極３３が
形成されたシリコン酸化膜３２上に高周波マグネトロン
スパッタリング法によりＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0.8 Ｔｉ
0.2）Ｏ3 （但し、ｘ＝０乃至０．１）薄膜を１−４μ
ｍ程度の厚さに形成する。Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0.8 Ｔ
ｉ0.2 ）Ｏ3 薄膜をパターニングして下部電極３３上に
焦電薄膜（Pyroelectric thin film）３４を形成する。
この際、焦電薄膜３４を構成するＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ
0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3 薄膜も前記下部電極３３を構成する
Ｐｔ膜と同様に（１１１）面にエピタキシャル成長す
る。
形成されたシリコン酸化膜３２上に高周波マグネトロン
スパッタリング法によりＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0.8 Ｔｉ
0.2）Ｏ3 （但し、ｘ＝０乃至０．１）薄膜を１−４μ
ｍ程度の厚さに形成する。Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0.8 Ｔ
ｉ0.2 ）Ｏ3 薄膜をパターニングして下部電極３３上に
焦電薄膜（Pyroelectric thin film）３４を形成する。
この際、焦電薄膜３４を構成するＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ
0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3 薄膜も前記下部電極３３を構成する
Ｐｔ膜と同様に（１１１）面にエピタキシャル成長す
る。
【００２０】前記焦電薄膜３４を構成するＰｂ1-x Ｌａ
x （Ｚｒ0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3 薄膜を（１１１）面に成長
させるためのスパッタリング条件の一例を下記の＜表１
＞に示す。
x （Ｚｒ0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3 薄膜を（１１１）面に成長
させるためのスパッタリング条件の一例を下記の＜表１
＞に示す。
【００２１】
【表１】 一方、本発明の焦電薄膜素子の製造工程中に前記焦電薄
膜３４をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chmical Vapour D
eposition ）方法により形成したりもする。ＭＯＣＶＤ
法により焦電薄膜３４を形成する方法は次の通りであ
る。
膜３４をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chmical Vapour D
eposition ）方法により形成したりもする。ＭＯＣＶＤ
法により焦電薄膜３４を形成する方法は次の通りであ
る。
【００２２】Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3
（但し、ｘ＝０乃至０．１）薄膜３４を蒸着するための
原料は、Ｐｂ（ＤＰＭ）2 、Ｌａ（ＤＰＭ）3 、Ｚｒ
（ＤＰＭ）4 、Ｔｉ（ＤＰＭ）2 （ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）2
を各々Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉの前駆物質（Precursor
）にした。前駆物質を蒸発器（Evaporator）で蒸発（e
vaporation ）させた後、キャリヤガス（carrier gas
）のアルゴンＡｒガスと混合して、基板が設けられて
いる反応チャンバ（reaction chamber）に送り込む。反
応チャンバに送り込まれた混合ガスはノズルを通って加
熱されている基板上に蒸着され、前記のような焦電薄膜
３４を形成する。このＭＯＣＶＤ法の利用で大面積化が
容易であり、このＭＯＣＶＤ法により蒸着された薄膜は
優れたステップカバレージ（step coverage ）特性を有
する。
（但し、ｘ＝０乃至０．１）薄膜３４を蒸着するための
原料は、Ｐｂ（ＤＰＭ）2 、Ｌａ（ＤＰＭ）3 、Ｚｒ
（ＤＰＭ）4 、Ｔｉ（ＤＰＭ）2 （ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）2
を各々Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉの前駆物質（Precursor
）にした。前駆物質を蒸発器（Evaporator）で蒸発（e
vaporation ）させた後、キャリヤガス（carrier gas
）のアルゴンＡｒガスと混合して、基板が設けられて
いる反応チャンバ（reaction chamber）に送り込む。反
応チャンバに送り込まれた混合ガスはノズルを通って加
熱されている基板上に蒸着され、前記のような焦電薄膜
３４を形成する。このＭＯＣＶＤ法の利用で大面積化が
容易であり、このＭＯＣＶＤ法により蒸着された薄膜は
優れたステップカバレージ（step coverage ）特性を有
する。
【００２３】焦電薄膜を形成するためのＭＯＣＶＤの条
件を下記の＜表２＞に一例として示した。
件を下記の＜表２＞に一例として示した。
【００２４】
【表２】 このようにＭＯＣＶＤ方法はスパッタリング法に比べて
大面積化が容易であり、ステップカバレージ特性が優れ
る。
大面積化が容易であり、ステップカバレージ特性が優れ
る。
【００２５】図５はシリコン基板３１上に形成された下
部電極３３と焦電薄膜３４のＸ線回析分析パターンを示
す。図５に示すように、前記下部電極３３と下部電極３
３の上部の焦電薄膜３４は、（１１１）面を優先配向膜
にしてエピタキシャル成長したことが分かる。
部電極３３と焦電薄膜３４のＸ線回析分析パターンを示
す。図５に示すように、前記下部電極３３と下部電極３
３の上部の焦電薄膜３４は、（１１１）面を優先配向膜
にしてエピタキシャル成長したことが分かる。
【００２６】図４（Ｃ）を参照すると、焦電薄膜３４上
にスパッタリング方法又は熱蒸着法により赤外線吸収電
極の上部電極３５を形成し、次にリフトオフ（lift-of
f）法により上部電極３５の一側縁近傍の上部からシリ
コン酸化膜３２の上部にわたって上部電極パターン３６
を形成する。ここで、上部電極３５は赤外線吸収率の高
いニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）薄膜かクロム（Ｃ
ｒ）薄膜を使用し、３００〜４００オングストローム程
度の厚みに形成する。図４（Ｄ）を参照すると、シリコ
ン基板３１の前面工程が完了すると、素子の熱的孤立
（thermal isolation）のために、焦電薄膜３４に対応
するシリコン基板３１の後面をエッチングして２〜３μ
ｍ厚の薄膜（membrane）構造を形成する。薄膜構造を形
成するためのシリコン基板３１のエッチング工程はＫＯ
Ｈ溶液を用いてエッチングする。ここで、素子の熱的孤
立とは焦電体が受ける熱が基板を通って他所に拡散せ
ず、焦電体にのみ熱が及ぶようにすることをいう。従っ
て、前記シリコン基板３１の後面をエッチングして薄膜
構造を形成する時、焦電薄膜３４に対応する部分をエッ
チングする。
にスパッタリング方法又は熱蒸着法により赤外線吸収電
極の上部電極３５を形成し、次にリフトオフ（lift-of
f）法により上部電極３５の一側縁近傍の上部からシリ
コン酸化膜３２の上部にわたって上部電極パターン３６
を形成する。ここで、上部電極３５は赤外線吸収率の高
いニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）薄膜かクロム（Ｃ
ｒ）薄膜を使用し、３００〜４００オングストローム程
度の厚みに形成する。図４（Ｄ）を参照すると、シリコ
ン基板３１の前面工程が完了すると、素子の熱的孤立
（thermal isolation）のために、焦電薄膜３４に対応
するシリコン基板３１の後面をエッチングして２〜３μ
ｍ厚の薄膜（membrane）構造を形成する。薄膜構造を形
成するためのシリコン基板３１のエッチング工程はＫＯ
Ｈ溶液を用いてエッチングする。ここで、素子の熱的孤
立とは焦電体が受ける熱が基板を通って他所に拡散せ
ず、焦電体にのみ熱が及ぶようにすることをいう。従っ
て、前記シリコン基板３１の後面をエッチングして薄膜
構造を形成する時、焦電薄膜３４に対応する部分をエッ
チングする。
【００２７】前記方法により焦電薄膜素子が製造される
と、焦電薄膜素子を高抵抗とチップ薄膜トランジスタと
ともにパッケージにして赤外線感知センサを製作する。
このように製造された赤外線感知センサにおいて、赤外
線感度に対する電圧感度（voltage response）を測定す
ると、チョッピング周波数に応じて測定の結果は図８の
ように表われる。
と、焦電薄膜素子を高抵抗とチップ薄膜トランジスタと
ともにパッケージにして赤外線感知センサを製作する。
このように製造された赤外線感知センサにおいて、赤外
線感度に対する電圧感度（voltage response）を測定す
ると、チョッピング周波数に応じて測定の結果は図８の
ように表われる。
【００２８】
【発明の効果】上述した本発明によれば、シリコン基板
上に下部電極としてＰｔ膜をエピタキシャル成長させた
後、その上に焦電薄膜をポーリング軸の（１１１）方向
に成長させることにより、高い感度の赤外線センサを製
作することができるばかりでなく、基板としてシリコン
基板を利用することにより量産が容易で集積化に優れる
という利点がある。よって、廉価で高性能のセンサ製作
が可能であるという効果がある。
上に下部電極としてＰｔ膜をエピタキシャル成長させた
後、その上に焦電薄膜をポーリング軸の（１１１）方向
に成長させることにより、高い感度の赤外線センサを製
作することができるばかりでなく、基板としてシリコン
基板を利用することにより量産が容易で集積化に優れる
という利点がある。よって、廉価で高性能のセンサ製作
が可能であるという効果がある。
【図１】従来の焦電薄膜素子の断面構造図。
【図２】図１の焦電薄膜素子の製造工程図。
【図３】本発明の一実施例による焦電薄膜素子の断面構
造図。
造図。
【図４】図３の焦電薄膜素子の製造工程図。
【図５】図４の工程により（１１１）面に成長した焦電
薄膜のＸ線回析分析パターン図。
薄膜のＸ線回析分析パターン図。
【図６】本発明の他の実施例による焦電薄膜素子の断面
構造図。
構造図。
【図７】本発明において、下部電極の厚さと焦電薄膜の
（１１１）面の配向率との関係を示す線図。
（１１１）面の配向率との関係を示す線図。
【図８】本発明の焦電薄膜素子において、周波数による
赤外線出力の特性図。
赤外線出力の特性図。
３１ シリコン基板 ３２ シリコン酸化膜 ３３ 下部電極 ３４ 焦電薄膜 ３５ 上部電極 ３６ 上部電極用パッド ３７ 下部電極パッド
Claims (10)
- 【請求項１】後面に薄膜構造を有する（１００）面の基
板と、 基板の前面上に形成された絶縁膜と、 絶縁膜上に形成された下部電極と、 下部電極上に形成された焦電薄膜と、 焦電薄膜上に形成された赤外線吸収用の上部電極と、 上部電極の一側の上部と絶縁膜の上部にわたって形成さ
れた上部電極パッドと、 を含むことを特徴とする焦電薄膜素子。 - 【請求項２】下部電極は（１１１）面にエピタキシャル
成長させたＰｔ膜であることを特徴とする請求項１記載
の焦電薄膜素子。 - 【請求項３】下部電極は２００オングストローム以上の
厚さを有することを特徴とする請求項１記載の焦電薄膜
素子。 - 【請求項４】下部電極が２００〜６００オングストロー
ムの厚さを有する場合には、絶縁膜と焦電薄膜との間に
形成された下部電極パッドをさらに含むことを特徴とす
る請求項３記載の焦電薄膜素子。 - 【請求項５】焦電薄膜は（１１１）面にエピタキシャル
成長させたＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ0. 8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ
3 （但し、ｘ＝０乃至０．１）薄膜であることを特徴と
する請求項１記載の焦電薄膜素子。 - 【請求項６】シリコン基板の前面上に絶縁膜を形成する
工程と、 絶縁膜上に下部電極を形成する工程と、 下部電極上に焦電薄膜を形成する工程と、 焦電薄膜上に上部電極を形成する工程と、 上部電極の一側縁近傍の上部と絶縁膜上の上部にわたっ
て上部電極パッドを形成する工程と、 焦電薄膜に対応するシリコン酸化膜の後面をエッチング
して薄膜構造を形成する工程と、 を含むことを特徴とする焦電薄膜素子の製造方法。 - 【請求項７】下部電極として、Ｐｔ膜を（１１１）面に
エピタキシャル成長させて形成することを特徴とする請
求項６記載の焦電薄膜素子の製造方法。 - 【請求項８】下部電極は２００オングストローム以上の
厚さを有することを特徴とする請求項６記載の焦電薄膜
素子の製造方法。 - 【請求項９】下部電極が２００〜６００オングストロー
ムの厚さに形成された場合には、絶縁膜と焦電薄膜との
間に下部電極パッドを形成する工程をさらに含むことを
特徴とする請求項８記載の焦電薄膜素子の製造方法。 - 【請求項１０】焦電薄膜として、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ
0.8 Ｔｉ0.2 ）Ｏ3 （但し、ｘ＝０乃至０．１）薄膜を
（１１１）面にエピタキシャル成長させて形成すること
を特徴とする請求項６記載の焦電薄膜素子の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1994-3464 | 1994-02-25 | ||
| KR1019940003464A KR0141765B1 (ko) | 1994-02-25 | 1994-02-25 | 초전박막소자 및 그의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07307496A true JPH07307496A (ja) | 1995-11-21 |
Family
ID=19377781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7035385A Pending JPH07307496A (ja) | 1994-02-25 | 1995-02-23 | 焦電薄膜素子及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07307496A (ja) |
| KR (1) | KR0141765B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010103067A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Nissan Motor Co Ltd | エピタキシャル薄膜 |
-
1994
- 1994-02-25 KR KR1019940003464A patent/KR0141765B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-02-23 JP JP7035385A patent/JPH07307496A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010103067A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Nissan Motor Co Ltd | エピタキシャル薄膜 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950025434A (ko) | 1995-09-15 |
| KR0141765B1 (ko) | 1998-07-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051111 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060627 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061124 |