JPH02116168A - 焦電型赤外線固体撮像装置 - 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 本発明は焦電薄膜を用いた焦電型赤外線固体撮像装置に
関するものである。

従来の技術 物体の温度分布を非接触で測定する赤外線撮像装置には
、赤外線を光量子として検出する量子型検出器と赤外線
を熱として吸収して素子の温度変化を電気信号に変換す
る熱望検出器とがある。前者は応答速度が速く高感度で
あるが、液体窒素温度程度の低温に冷却する必要があり
、感度の波長依存性が大きい。後者は応答は遅いが、常
温動作が可能で長波長での感度が高いという特長を有し
、家庭用、−船長需用として期待されている。

この赤外線撮像装置の２次元化について、ａ　−もしく
は線センサを回転または振動光学系を用いて２次元走査
を行なう光学走査方式、あるいは、マトリックス検出器
に信号を結像させて電子ビームにより信号を読みだす電
子ビーム方式、あるいは、電荷結合素子（以下ＣＯＤと
記す）のような信号の自己走査機能を有する２次元固体
電子走査部と２次元の焦電型赤外線検出部とを一体化し
た自己走査方式のものか種々提案されている。この一体
止には、例えばＩｎｆｒａｒｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ誌、
１９巻、５１１頁、第４図に記載されているように、１
ｎバンブ等の導電性金属支柱を用いて焦電素子とＣＣＤ
とを結合する方式が提案されている。また、Ｉｎｔ、Ｃ
ｏｎｆ、ｏｎ　ＡｄｖａｎｃｅｄｌＲ５ｅｎｓｏｒｓ　
ａｎｄ　５ｙｓｔｅａ＋　４９（＋９８３）には、ＣＣ
Ｄへの熱伝導を抑制するため、ＣＣＤ−ｈにレジストの
突起部を形成し、その上に設けた電極と焦電材料の下部
電極とをハンダバンブて結合する構造が提案されている
。

導電性金属支柱等で接合した焦電型ＣＣＤては、導電性
金属支柱を通してＣＣＤへの熱拡散が生じ感度が低下し
た。ＣＣＤと焦電材料の間にレジストを介してＣＣＤへ
の熱伝導を抑制する構造のものも、ＣＣＤとセンサ部の
熱膨張差による接触不良やクラックが生じた。また、セ
ンサ部が導電性金属支柱と直接接触しているため熱容量
が増大し、応答性も低Ｆした。

また、熱伝導率が小さい有機薄膜を焦電薄膜上に設ける
ことにより熱伝導を緩和する構造を有する焦電型赤外線
固体撮像装置は、第３図に示すように、共通電極１４を
具備した焦電薄膜１５の他方の表面に設けられた複数の
分離した第１の電極薄膜１６上に、コンタクトホール１
７を有する有機薄膜１８を形成し、その有１薄膜１８ｋ
に前記第１の電極薄膜１６と電気的に接続した第２の電
極薄膜１９を設け、導電性金属支柱２０を介してＣＣＤ
の入力ダイオード２１上の入力ダイオード用電極薄膜２
２ど各々接続する構造となっている。

上記の構造の焦電型赤外線固体撮像装置は、直接ＣＣＤ
とセンサ部を導電性金属支柱を介して接続したものやＣ
ＣＤとセンサ部間にレジストを介したものに比べてＣＯ
Ｄへの熱伝導が緩和される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、有ｗ１薄膜にはコンタクトホールを形成
しなけれはならず、十分な厚さを確保できないため、焦
電薄膜との６第１の電極薄膜の上方に有機薄膜を介して
導電性金属支柱を設けた構造では、吸収した熱が有Ｗｔ
′：；４膜を介して直接導電性金属支柱に伝導し、導電
性金属支柱からｃｃｎへと熱拡散が生じ感度が低下した
。

また、一画素中で有機薄膜上のコンタクトホールから導
電性金属支柱までの第２の電極薄膜の距離が短いと、第
２の電極薄膜は一般に金属からなり熱伝導が大きいため
、熱が即時に第２の電極薄膜を伝導して、導電性金属支
柱からＣＣＤへと熱拡散が生じるという欠点を有する。

また、上記のような構造を有する焦電型赤外線固体撮像
装置において、ＣＣＤの各入力ダイオート用電極薄膜に
対応してセンサ部−Ｅに設けた導電性金属支柱を各々接
続する工程で、ＣＣＤの入力ダイオード用電極薄膜にセ
ンサ部の導電性金属支柱の位置を合わせを行う必要があ
る。この際に、第１の電極薄膜上に導電性金属支柱が形
成され−Ｃいろため、第１の電極薄膜よって導電性金属
支柱が隠され、焦電薄膜側から導電性金属支柱の位置が
確認用できず、位置合わせが難しいため、作業性が低下
した。また、導電性金属支柱とＣＣＤの入力ダイオード
用電極薄膜との第１の電極薄膜の接合のずれが生じやす
く、これによって接触不良が起こるという欠点を有する
。

また、前述した構造を有する焦電型赤外線固体撮像装置
は、有機薄膜によってＣＣＤとセンサ部の接合時の衝撃
が緩和される。しかしながら、導電性金属支柱が一画素
に相当する第１の電極薄膜上に形成されているため、接
触不良やクラックの発生により、センサ特性が低下する
という問題があった。

本発明は、このような従来技術の課題を解決することを
目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の焦電型赤外線固体撮像装置は、一方の表面に共
通電極を具備した焦電薄膜と、前記焦電薄膜の他の表面
上に二次元に配列した第１の電極薄膜群と、これらの薄
膜を被覆するように形成したコンタクトホールを設けた
有機薄膜と、前記６第１の電極薄膜群に前記コンタクト
ホールを介して電気的に接続され、前記有機薄膜上で前
記６第１の電極薄膜間まで伸びた第２の電極薄膜群と、
前記第２の電極薄膜群上で前記第１の電極薄膜間に電荷
結合素子の各エレメントの入力ダイオードに接続するよ
うに導電性金属支柱を設けた構成を特徴としている。

作用 本発明の焦電型赤外線固体撮像装置によれは、導電性金
属支柱を介してＣＣＤへの熱拡散が低減することにより
感度の大幅アップを図ることができるばかりでなく、薄
膜の割れを防止による接触不良の問題も解消した。また
、作業性も向上し、歩留まり良く、高性能の焦電型赤外
線固体撮像装置が実現できる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の焦電型赤外線固体撮像装置の構造の
一実施例を示す図である。図に示すように、本発明の焦
電型赤外線固体撮像装置は、一方の表面に共通電極ｌを
具備した焦電薄膜２の他の表面上に二次元に配列した第
１の電極薄膜３を設け、これらの薄膜を被覆するように
形成したコンタクトホール４を有する有機薄膜５上に前
記コンタクトホール４を介して電気的に接続され、前記
有機薄膜５上で前記６第１の電極薄膜３間まで伸びた第
２の電極薄膜６を、導電性金属支柱７を介して前記第２
の電極薄膜６ｔで前記第１の電極薄膜３間にＣＣＤのエ
レメントの入力ダイオード８上の入力ダイオード用電極
９に接続している。

これはたとえは、以下に示すような方法により実現でき
る。数７１ｍ〜数１０μｍの膜厚を有するＰｂＴｉＯ３
やＰ　ｂ＋−ｘＬａｘＴ　１ｔ−ｘｚａｏ３等の材料か
らなる焦電薄膜２を赤外線センサとして使用する。

この焦電薄膜２は単結晶基板を所定の厚さになるまで研
磨して実施しても良いし、ＭｇＯ等の、その表面にＰｂ
Ｔｉ０ｚやＰ　ｂ＋−＋＋ＬａｔＴｉｔ−ｘ、−４０３
等の焦電材料からなる薄膜をエピタキシャル成長できる
基板上にスパッタ法等により所定の厚さの薄膜を形成後
、適当な工程で前記基板のみを除去することによっても
実現できる。

この焦電薄膜２の裏面に２０ｎｍ程度の赤外光の反射率
が少ない金属からなる共通電極ｌが形成されている。ま
た、上記焦電薄膜２上に厚さ２０ｎｍ程度の膜厚を有す
るＮｉＣｒからなる二次元に配列した第１の電極薄膜３
を設ける。

次に焦電薄膜２Ｌの、６第１の電極薄膜３上にコンタク
トホール４を有する膜厚的４μｍの有機薄膜５を設けろ
。前記有機薄膜５は、感光性のポリイミド系樹脂等の材
料を使用して、周知のフォトリソグラフィーの手法によ
りバターニングした後、３００℃程度の温度で熱処理し
たものである。

次に、ＣＣＤの入力ダイオート用電極９と接続される電
極として、有機薄膜５上にＮｉＣｒからなる第２の電極
薄膜６を蒸着法により形成する。前記第２の電極薄膜６
は、コンタクトホール４を介して第１の電極薄膜３と電
気的に接続され、有機薄膜５上で第１の電極薄膜３問ま
で引き伸はして形成する。

ＣＣＤとセンサ部はＡｕ等の導電性金属支柱７により接
続されている。この導電性金属支柱７は、第２の電極薄
膜６上の第１の電極薄膜３間に形成されている。これは
例えば、第２の電極薄膜６上に５０　ｎ　ｍ程度の膜厚
を有するＡｕからなる金属薄膜を真空蒸着法により全面
に形成し、この金属薄膜上に６第２の電極薄膜に対応し
て、周知のフォトリソグラフィーの手法により約５μｍ
φの垂直なたて穴を有する厚さ約５μｍのレジスト膜を
形成する。次に、電解メツキ法によりＡｕのメツキ液中
で、前記金属薄膜を電極としてレジスト膜のたて穴にＡ
ｕの導電性金属支柱７を成長させる。

その後レジスト膜を剥離し、前記金属薄膜を全面エツチ
ングによって除去すればよい。

前記導電性金属支柱７とＣＣＤの入力ダイオード用電極
薄膜９との接合は、３００℃程度の温度で熱圧着により
行った。これにより、赤外センサの一画素に相当する第
１の電極薄膜３は、有機薄膜５Ｊ：、の第２の電極薄膜
６及び導電性金属支柱７を介してＣＣＤの入力ダイオー
ド用電極薄膜９に接続される。

本発明の焦電型赤外線固体撮像装置によれば、有機薄膜
上で第１の電極薄膜間に導電性金属支柱が設けられてい
る構造により、有機薄膜を介しての熱伝導による熱拡散
を最小とし、センサ特性を高感度とすることができる。

また、ＣＣＤの各入力ダイオード用電極薄膜に対応して
センサ部上に設けた導電性金属支柱を各々接続する工程
で、ＣＣＤの入力ダイオードにセンサ部の導電性金属支
柱の位置を合わせる際に、導電性金属支柱が第１の電極
薄膜間に形成されている構造により、焦電薄膜及び有機
薄膜を通して導電性金属支柱の周辺部が見えるため、位
置合わせが容易になり、作業性が向−ヒする。

また、Ｌ記の構造によりＣＣＤとセンサ部の接合時ξこ
おいて、一画素に相当する第１の電極薄膜−ヒの有機薄
膜に直−接接金時の衝撃がかからないため、有機薄膜の
破壊による接触不良等を防正てきる。

本発明の焦電型赤外線固体撮像装置のもう一つの構造を
次に説明する。すなわち、前述したように共通電極を具
備した前記焦電薄膜の他方の表面上に第１の電極薄膜群
を形成後、焦電薄膜上にコンタクトホールを有する有機
薄膜を設ける。改に、コンタクトホールを介して第１の
電極薄膜と電気的に接続したＮｉＣｒからなる第２の電
極薄膜を形成する。この第２の電極薄膜は、一つの島上
内で屈曲した形状を有する出来るかぎり長い電極とする
。この第２の電極薄膜上のコンタクトホールと対抗する
端部上に導電性金属支柱を設け、萌記導電性金属支柱を
介してＣＣＤの入力ダイオード用電極に接続させる。第
２図は、一画素ｌＯ中の有機薄膜上に形成される屈曲し
た形状を有する出来るかぎり長い電極である第２の電極
薄膜１１と、前記第２の電極薄膜１１　ｈの導電性金属
支柱１２とコンタクトホール１３の位置を示した代表的
な例を示した平面図である。

第２図に示すように、一画素中の第２の電極薄膜が屈曲
した形状を有することより、より長い電極となるため、
コンタクトホールから第２の電極薄膜を介して導電性金
属支柱まで熱が到達しにくく、導電性金属支柱からＣＣ
Ｄへの熱伝導が激減し、高感度の焦電型赤外線固体撮像
装置を実現できる。

発明の効果 本発明による焦電型赤外線固体撮像装置よれば、焦電薄
膜からＣＣＤへの熱伝導を激減する構造により、高感度
化が実現できるばかりでなく、ＣＯＤとセンサ部の接合
時の衝撃による接触不良や薄膜の割れの防上ができ、作
業性も向上し、歩留まり良く製造することができるため
、産業上の利用価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における焦電型赤外線固体
撮像装置の構造を示す断面図、第２図は、同焦電型赤外
線固体撮像装置の構造を示す平面図、第３図は、従来の
焦電型赤外線固体撮像装置の構造を示す断面図である。 ｌ・・・共通電極、２・・・焦電薄膜、３・・・第１の
電極薄膜、４・・・コンタクトホール、５・・・有機薄
膜、６・・・第２の電極薄膜、７・・・導電性金属支柱
、８・・・入力ダイオード、９・・・入力ダイオード用
電極薄膜、１０・・・一画素、１１・・・第２の電極薄
膜、１２・・・導電性金属支柱、１３・・・コンタクト
ホール、１４・・・共通電極、１５・・・焦電薄膜、１
６・・・第１の電極薄膜、１７・・・コンタクトホール
、１８・・・有機薄膜、１９・・・第２の電極薄膜、２
０・・・導電性金属支柱、２１・・・入力ダイオード、
２２・・・入力ダイオード用電極薄膜 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第 ］ 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の表面に共通電極を具備した焦電薄膜と、前
   記焦電薄膜の他の表面上に二次元に配列した第１の電極
   薄膜群と、これらの薄膜を被覆するように形成したコン
   タクトホールを設けた有機薄膜と、前記各第１の電極薄
   膜群に前記コンタクトホールを介して電気的に接続され
   、前記有機薄膜上で前記各第１の電極薄膜間まで伸びた
   第２の電極薄膜群と、前記第２の電極薄膜群上で前記第
   １の電極薄膜間に電荷結合素子の各エレメントの入力ダ
   イオードに接続するように導電性金属支柱を設けた構成
   を特徴とする焦電型赤外線固体撮像装置。
2. （２）一方の表面に共通電極を具備した焦電薄膜と、前
   記焦電薄膜の他の表面上に二次元に配列した第１の電極
   薄膜群と、これらの薄膜を被覆するように形成したコン
   タクトホールを設けた有機薄膜と、前記第１の電極薄膜
   群とコンタクトホールを介して電気的に接続され、前記
   有機薄膜上で前記第一の電極薄膜の一つの島上内で屈曲
   した形状を有する出来るかぎり長く形成した第２の電極
   薄膜群と、前記第２の電極薄膜群上のコンタクトホール
   と対抗する端部に電荷結合素子の各エレメントの入力ダ
   イオードに接続するように導電性金属支柱を設けた構成
   を特徴とする焦電型赤外線固体撮像装置。