JPS6135320A - 焦電型赤外検出素子およびその製造方法 - 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 本発明に熱赤外線計測において、熱赤外発生部の面積を
熱赤外量を検出する方法で計測し、それにより熱赤外発
生部の位置情報が得られるような焦電型赤外検出素子と
その製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の焦電型赤外検出素子の構成を第１図に示す。焦電
材料より成る焦電素子２の一方の面に信号取出し電極を
兼ねた赤外吸収層１が形成され、他方の面ににＡｌ蒸着
膜による裏面電極３が形成される。焦電素子２ばセラミ
ックマウント板８上に載置され、金メツキ配線θ、７に
各電極１．３３へ−７ がリード線４，５により接続されている。９にパッケー
ジ、１０［パッケージ９の開口部である。

焦電素子２げ赤外線を熱吸収して、温度変化にともなう
表面電荷の変化を電気信号として取り出すことにより、
赤外線を検出できるものである。

しかし、この構成でげ赤外吸収層１以外の焦電材表面が
露出している部分も若干赤外線を吸収し、赤外線検出感
度があるため、熱赤外発生部の面積を計測する場合には
誤差の原因となる。

この対策として、視野制限の機能をもたせるため、パッ
ケージ９の開口部１０をなるべく焦電素子２に近づける
設計にするが、組立精度、製造歩留等の関係で接近距離
に限度があわ、十分な視野制限機能を実現できない。こ
れは電磁シールド機能の点でも問題である。

又、赤外吸収層１と開口部１ｏげ、赤外入射方向から見
て、位置が一致していることが望ましいが、これも組立
精度に負うところが大で、かならずしも十分な精度が実
現できなｌ／）　０焦電素子２げ、分極処理をしなけれ
ば、赤外検出素子として働かない。その分極に、一般的
に分極のための電界のかけ易い薄板の厚さ方向に与える
ので、薄板の両面に信号取出し電極１，３を設けること
になる。従って、赤外入射側は、信号取出し電極げ赤外
吸収機能を兼ねそなえた層でなければならない。

対象熱物体の位置を検出するための面素子としてげ、そ
の赤外吸収層１げ精度の高い仕上り寸法が必要であるが
、信号取出しの点でどうしても赤外吸収層１の寸法精度
低下をまねきやすい。例えばニクロムの赤外吸収層とＡ
４の信号電極の組合せの場合、蒸着マスク作業のズレで
円形のニクロム赤外吸収層の上にＡｇ電極が重なり、寸
法形状が円形でなくなる場合もあり、測定精度に犬＠な
影響を与えることになる。

発明の目的 本発明に、焦電型赤外検出素子において視野外感塵を一
掃し、かつ開口部と赤外吸収層との位置ずれによる感度
低下を防いで、赤外照射面積計測を高精度で実現できる
赤外検出素子を得ることを６ベーノ゛ 目的としている。

発明の構成 本発明σ焦電素子の一方の面に赤外吸収層電極を、他方
の面に金属蒸着電極を形成し、この赤外入射側の赤外吸
収層に近接した位置に開口部を有する半導体単結晶によ
る視野制限板が設置された焦電型赤外検出素子と、視野
制限板を異方性エツチングにより製造する製造方法であ
る。

実施例の説明 以下本発明の実施例について図面とともに詳細に説明す
る。

本発明による焦電型赤外検出素子の構成を第２図に示す
。

焦電素子２は赤外吸収層１と同一寸法の開口部１２を有
する半導体単結晶１１に固定され、赤外吸収層１と開口
部１２の位置は赤外入射側から見て一致している〇 この視野制限開口部１２を有する半導体単結晶１１にセ
ラミックマウント板８等に固定されパッケージ９内に設
置されている。

６ページ 開口部１２と赤外吸収層１の距離は、半導体単結晶１１
の厚さ以下なので、その距離は十分短縮でき、視野制限
効果に十分でメ〕、必要であれば顕微鏡で位置合せを精
度よく行なうこ′とも容易である。又、半導体単結晶１
１に焦電素子２を貼り付けた後に、開口加工あるいに赤
外吸収層形成作業をすることにより、開口部１２と赤外
吸収層１の位置、形状が精度よく一致できると同時に、
極薄小型の焦電素子２を単独で扱う工程が少なくなる。

次に製造方法を説明する。第３図に焦電素子の赤外吸収
層と電極のパターンの実施例を示し、第４図に第３図の
パターンの焦電素子を使用した本発明による焦電型赤外
検出素子の製造工程図である０ ２襲０．厚さ３０μｍの分極処理済のチタン酸鉛セラミ
９２番焦電素子２としく第４図ａ）、その中心１ＷＬ０
及びそこから周辺に延びる巾０．２８の腕状部としてニ
クロム蒸着する（第４図ｂ）。

この厚さげ、シート抵抗で約３００Ω／　Ｃａになる７
へ一部。

ようにする。こｆｌ、げ赤外吸収層１としての機能を有
している。

次に巾ｏ、２ｍｂの腕状部のニクロムに重ねて、Ａｅ層
１３の蒸着を行なう（第４図ｇ）。この１７１層１３げ
約１μｍの厚さで、第３図に示すように腕状部から更に
半導体単結晶に接触する焦電素子２の周辺で０．２８巾
で１辺にわたって蒸着でれる〇又裏面げ中心１語０及び
こｆ″ＬＫより赤外吸収層１の腕状部とは反対側へ巾０
．２語、縁から０．３ｇの位置までに巾０．５躇の部分
に第４図ｇに示すように約１μｍ厚でのＡ４層３を蒸着
し第４図ｅのように端部の０，３　Ｘ　０６５６の部分
に超音波ボンディングにてリード線６として３０μφの
金線を接続する。

一方第４図ｆに示すように半導体単結晶１１に厚さ０．
１　Ｍのシリコンとし、１００面又に１１０面を主表面
として両面に絶縁層５１０２皮膜１４を形成する。この
Ｓ　ｉ０２皮膜１４げ有機シリコン化合物の熱分解化学
反応等で形成する。次に第４図ｇのように、この５ｉ０
２皮膜１４の一部を周知の写真蝕刻技術により除去して
、更に第４図りのように異方性化学蝕刻により方形の凹
み部を形成する。化学蝕刻液げ、エチレンジアミンとピ
ロカテコールよりなる混合液又はヒドラジンと水とより
なる液を用いればよい。

次に再度シリコン露出面に５層０２層１４′を形成し、
凹み平坦部の中央部のみシリコン単結晶単面を露出する
ため、写真蝕刻技術によりＳ　ｉ０２層を除去する（第
４図ｉ）。

この露出部を更に第４図ｊのように前記化学蝕刻液にて
、開口加工し、５層０２層１４を除去すると第４図にの
ような形状の半導体単結晶が得られる。赤外入射面の反
対側面及び蝕刻されて形成された面の一部に第４図１の
ようにｋｌ　１５を蒸着する。次に第４図ｍのようにこ
のｋｌ蒸着部１６と焦電素子２の赤外入射側のＡｄ蒸着
部１３が接触するようにシリコン単結晶板１１に第４図
６に示した焦電素子を接着剤で接着する。

接着剤としてｕ、ｉ蒸着接触部に少くとも導電性接着剤
を用いる。例えば、ドータイ）３６０９　ヘ−７゛ あるいはエボテックＨ−２０Ｅ等を用いる。

これで、視野制限開口部付の赤外検出素子が出来たわけ
であるが、これを第２図のように、セラミックマウント
板８に接着しく接着剤に例えばエポテックＨ−５４を用
いればよい）、超音波ボンディングにより、焦電素子２
に接続されている微細金線５に、セラミックマウント板
８の信号取出用金メツキ配線７に超音波ボンディングで
接着し、赤外入射側の電極１に、シリコン単結晶１１に
蒸着されたＡａ面１５とセラミックマウント板８の金メ
ツキ配線６とに微細金線４の両端を超音波ボンディング
することにより信号取出し電極を形成する。尚、赤外入
射側の電極および半導体単結晶の視野制限板１１をアー
スすることが電磁シールド効果の点で望ましい。

第５図に焦電素子部分の他の実施例を示す。第３図と同
一部分には同一符号を付す、焦電素子２の赤外入射側面
ｉｔず、ムｌ電極１３のみを図のようなパターンに蒸着
する。この状態で前記実施例と同様の手順でシリコン単
結晶１１に固定し、１０ベーノ 最後にシリコン単結晶１１の開口部よりニクロム蒸着膜
１を蒸着する。この方法によれば、シリコン単結晶１１
の開口部と赤外吸収層であるＮｉＣｒ蒸着膜１の位置・
形状の一致が精度よく実現できるＯ 第６図に更に他の実施例を示す。分極処理済のチタン酸
鉛セラミックを圧電素子２としく第６図ｇ）、第６図す
に示すように赤外入射側に第６図と同一パターンのＢ膜
１３を蒸着し、反対側の面にも第６図ｇに示すように第
６図と同一パターンのムｅ３を蒸着する。一方第７図ｄ
のようにシリコン単結晶１１の両面に５ｉ０２膜１４を
形成し、その一部を各面について第７図ｅに示すように
除去する。しかる後に、第６図ｆに示すように焦電素子
２をシリコン単結晶１１の露出面（赤外入射側の反対面
）へ接着する。接着剤は導電性のエポテックＨ−２０１
とし、焦電素子２のＡｇ蒸着１４された周縁部のみ接着
する。次に第６図ｇに示すように異方性化学蝕刻液にて
シリコン単結晶１１の赤外入射側露出面を蝕刻し、第６
図りのように５ｉ０２層１４を除去後、第６図１のよう
に開口部から赤外吸収層ＮｉＣｒ　１を蒸着する。

これで、赤外検出素子が出来上った。次に第７図に示す
ように、この素子をセラミックマウント板８に接着する
。赤外線吸収電極１側のＡ４電極部にセラミックマウン
ト板８の金メツキパターン６と導電性接着剤で接着し電
気的導通を実現する。

裏面電極３げ、焦電素子２とセラミックマウント板８の
金メツキパターン７とを微細金線５で接続する。接続に
超音波ボンディング技術により行なわれる。

第８図に本発明を多数の赤外線検出素子を直線状に並べ
たりニアアレイ赤外検出素子に適用した実施例である。

図にげ６ケの素子を並べた場合について示す。シリコン
単結晶基板［Ｕ前述と同様にエツチングにより５個の開
口部を設け、焦電素子２としてに、これら５個の開口部
をすべてカバーする大きさのものとし、各開口部に対応
して赤外吸収電極１およびその位置に対応する裏面に裏
面電極３を形成する。このように形成した焦電素子２を
セラミックマウント板８に固定し、同図すに示すように
裏面からの５本の全微細線５げ、各々金メツキパターン
７に接続して、５ケの赤外検出素子が直線状に並んだり
ニアアレイ赤外検出素子を作製することができる。

赤外吸収層電極１に、共通電極とし、アース電極とした
。

同様にして赤外検出素子を二次元のマ）　ＩＪクス状に
配列した面状の赤外検出素子を作製することもできる。

発明の効果 以上のように、本発明に半導体の異方性エツチングによ
って高精度に加工された視野制限板を赤外入射側に備え
た焦電型赤外検出素子とその製造方法で、視野制限開口
部を赤外吸収層に０．０５〜Ｑ、１Ｍ程度に極めて近づ
けることが可能になり、両者の位置・形状に、精度よく
一致できるようになったため、視野外感度をほぼ完全に
解消でき、１３ベー。

０．０５ｆｌｌＢ程度の位置誤差があったが、本発明に
よる素子でげ０，０１　ｅの精度を達成できた。これに
より、例えば６０ｍｂの集光系で、距離１０ｍの物体の
赤外輻射を測定した場合２跋の測定精度となり、従来の
誤差１０懇を大巾に改善している。また、開口部から赤
外吸収層を蒸着する方法により、両者の位置合せが非常
に容易になり、精度向上とトモに、パターンずれによる
歩留低下を防ぐことができ、歩留りが５０係から９０係
と大巾に改善された。

尚視野制限及び焦電素子支持板に半導体単結晶を選び、
異方性化学蝕刻技術を採用することにより加工精度が向
上し、しかも複数の開口部を設けることが極めて容易に
なり、リニアアレイ赤外検出素子あるいに、２次元マト
リックス赤外検出素子の製作が容易になり、歩留向上に
大きな効果を実現できた。

又半導体単結晶の視野制限板をアースすることにより、
外部からの誘導ノイズ遮断効果が向上した。

１４ヘー／゛

【図面の簡単な説明】

第１図に従来の焦電型赤外検出素子の断面図、第２図に
本発明による赤外検出素子の断面図、第３図に本発明の
実施例における赤外吸収層と電極のパターンを示す平面
図、第４図は本発明による焦電型赤外検出素子の製造工
程を示す断面図、第５図は本発明の他の実施例における
赤外吸収層と電極のパターンを示す平面図、第６図に本
発明の他の実施例における焦電型赤外検出素子の製造工
程を示す断面図、第７図に本発明の第６図の製造工程に
より製造δれた焦電型赤外検出素子の断面図、第８図ａ
、ｂは本発明の更に他の実施例における焦電型赤外検出
素子の断面図およびＢ−Ｂ’線断面図である。 １・・・・・・赤外吸収層、２・・・・・・焦電素子、
３・・・・・・裏面電極、４・・・・・・リード線、６
・・・・・・リード線、６・・・・・・金メツキ配線、
７・・・・・・金メツキ配線、８・・・・・・セラミッ
クマウント板、９・・・・・・パッケージ、１ｏ・・・
・・・開口部、１１・・・・・・半導体単結晶、１２・
・・・・・開口部、１３・・・・・・Ａ１層、１４．１
４’・・・・・・ｓｉｏ、、膜、１５、・−７ １５・・・・・・ｋｌ蒸着膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名八り 〆象１ ａ） 第５図 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦電素子の両面に赤外吸収層及び金属蒸着膜電極
   を形成し、前記素子の赤外入射側の赤外吸収層に近接し
   た位置に開口部を有する半導体単結晶の視野制限板が設
   置されていることを特徴とする焦電型赤外検出素子。
2. （２）半導体単結晶が複数の開口部を有し、各開口部の
   赤外入射面の反対側に焦電素子が設置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦電型赤外検出
   素子。
3. （３）半導体単結晶の（１００）面あるいは（１１０）
   面を主表面として絶縁被膜を形成する工程と、前記半導
   体単結晶の両面の絶縁被膜を一部写真蝕刻技術により除
   去し更に赤外入射側とは反対の面に電極を形成する工程
   と、更にその上に焦電素子を形成又は貼り付ける工程と
   、焦電素子上に裏面電極を形成する工程と、前記赤外線
   入射側の絶縁被膜の除去した部分から異方性化学腐蝕に
   より半導体単結晶を腐蝕させる工程と、半導体単結晶を
   除去して現われた焦電素子面上に、半導体単結晶開口部
   から赤外吸収層を蒸着により形成する工程とからなるこ
   とを特徴とする焦電型赤外検出素子の製造方法。