JPH04315018A - 薄膜焦電型赤外線センサ− - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線センサ−の構造
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】焦電型赤外線センサ−は、防犯、防災、
民生用の各分野で広く使用されている。この焦電型赤外
線センサ−の構成は、検知部と検知部に赤外線を取り入
れるための光学フィルタ−、検知部での赤外線照射によ
る物性変化を電気信号として取り出すための、ＦＥＴや
抵抗器からなり、光学フィルタ−はフィルタ−の大きさ
に合わせて穴を開けた金属製のキャップに固定され、ま
た検知部と電子部品は、金属製のヘッダ−あるいはステ
ムと呼ばれるものに固定されパッケ−ジングされる。

【０００３】この焦電型赤外センサ−は、情報量を増や
すためにアレイ化と感度向上、半導体チップとの一体化
のために薄膜化が進められている。

【０００４】例えば、検知部としてセラッミクスの焼結
体を薄く加工したものを用いた赤外線ポイントセンサ−
は一般的に図２のような構造である。この場合検知部の
視野は、検知部の接着精度、フィルタ−とキャップ穴の
クリアランスによる接着精度、キャップとステムとの接
着精度でばらつきを生じてしまいポイントセンサ−を複
数個並べてアレイ化するには１個ずつ視野の補正が必要
となる。また、フィルタ−と検知部を固定するパッケ−
ジを必要とする事からセンサ−を小さくする事に限界が
あった。

【０００５】また、検知部を１次元、あるいは２次元に
配置し、アレイセンサ−を構成することも試みられてい
る。この場合には、各検知部の視野の設定が特に重要に
なる。複数の検知部の視野が重なってしまうと定量的に
温度変化をとらえることができなくなくなる。これは、
アレイセンサ−を用いて画像処理する場合には、画像の
鮮明度に直接影響する。

【０００６】この位置精度の問題を解決するために基板
にスル−ホ−ルを設け、その両側に光学フィルタ−と検
知部を取り付けて位置精度を高めることが行われている
（特開平１−２４２９２８）。この場合、ポイントセン
サ−におけるキャップとステムの接着による位置のばら
つきは無くなるがフィルタ−と検知部の接着精度による
位置のばらつきの問題は残ってしまう。また、検知部の
大きさを変える場合には、別の大きさのスル−ホ−ルを
必要とし、この基板を固定するパッケ−ジ材が必要とな
る。

【０００７】従って、位置ずれを小さくするには、接着
をできるだけ少なくすることが必要となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は、光学フィ
ルタ−と検知部の位置精度を正確に配置でき、さらにパ
ッケ−ジ材の不要な焦電型赤外線センサ−を提供するも
のである。

【０００９】

【問題点を解決するための手段及び作用】すなわち、本
発明は、（１）薄膜焦電体を用いた赤外線センサ−であ
ってＳｉ基板上に絶縁体を介して下部電極と焦電体薄膜
を形成し、該部分を検知部とし、異なる他のＳｉ基板の
片面に凹部を形成し、該部分に波長選択膜を形成し赤外
線の選択透過部分とし、前記片面の反対面には透過部分
以外に金属の赤外線反射膜を形成し、凹部を内側にして
薄膜焦電体を設けた前記Ｓｉ基板上に重ね合わせ封止し
たことを特徴とする薄膜焦電型赤外線センサ−に及び　
（２）Ｓｉ基板上に絶縁体を介して下部電極と焦電体薄
膜を形成し、該部分の下部電極とＳｉ基板の間に空間を
設けたことを特徴とする上記（１）記載の薄膜焦電型赤
外線センサ−に関する。以下、本発明について詳細に説
明する。

【００１０】上記問題点の説明の中で検知部の視野のば
らつきは、光学フィルタ−や検知部の接着精度に起因す
ることを説明した。従ってこの接着を少なくすることに
より視野のばらつきが小さくなり、視野の不均一に起因
する感度のばらつきの解消が可能になる。

【００１１】検知部と光学フィルタ−を同一基板に接着
する方法をもってしても、接着による位置合わせには限
界があり、これを解決するために本発明では、Ｓｉ基板
上に焦電体及び波長選択膜を公知のフォトリソグラフィ
−の技術を用いて精度良く形成し、張り合わせることで
検知部と光学フィルタ−の位置を正確に配置することが
できるのである。さらに検知部と波長選択膜を形成した
Ｓｉ基板がパッケ−ジを兼ねることからパッケ−ジ不要
の素子が可能になる。

【００１２】図１は、本発明における薄膜焦電型センサ
−の基本的な構成を示すものである。図１では、検知部
が１個のものを示したが１次元や２次元に検知部が配列
したアレイセンサ−でも同様である。

【００１３】ここで３００〜５００μｍの厚さのＳｉ基
板８に波長選択膜を形成するための凹部の形成方法は、
結晶面方位のエッチング異方性を利用した水酸化カリウ
ム溶液等の化学的なウエットエッチングを用いても、イ
オンミリング等のドライエッチングを用いても良い。エ
ッチング深さは５０〜１００μｍで良い。エッチングの
ためのマスクは、フォトレジストを使用し、公知のフォ
トリソグラフィ−の技術を用いることでＳｉ基板上に同
一の大きさの凹部を同一ピッチで形成することができる
。

【００１４】凹部には、取り込む赤外線の波長に合わせ
てＺｎＳやＧｅ等を蒸着法によって多層に積層し、波長
選択膜９を形成する。さらに表面となる側には、凹部に
相当する部分に赤外線の波長に合わせた反射防止膜７を
それ以外の部分にはＡｕ等の金属膜を反射膜１３として
形成する。この表面への反射防止膜及び反射膜の形成は
、凹部の形成に用いたマスクを用いる事で精度良く行え
る。

【００１５】検知部形成用Ｓｉ基板２にエピ層を形成し
、焦電体薄膜１形成部以外に公知のＳｉＦＥＴ作製プロ
セスを駆使してＪＦＥＴを形成する。この上に二酸化ケ
イ素、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素等の絶縁体膜
４を０．５〜１μｍ形成し、ＪＦＥＴのゲ−ト、ドレイ
ン上にフォトリソグラフィ−技術によりスル−ホ−ルを
設ける。この絶縁体膜上にフィルタ−用凹部形成に用い
たものと同一ピッチで縦と横の長さが０．８〜０．９倍
の大きさの下部電極１２とＪＦＥＴのゲ−ト、ドレイン
の配線をスッパタリングとフォトリソグラフィ−技術を
駆使して形成する。下部電極の材料は、下部電極とＳｉ
基板との間の空間を形成するために絶縁体を除去するエ
ッチングに耐えることが必要となり、Ｐｔ等が好ましい
。

【００１６】下部電極上に形成する焦電体薄膜１は、Ｐ
ｂ（ＴｉｘＺｒ１―ｘ）Ｏ３　　（０≦ｘ≦１）　　Ｌ
ｉＴａ０３等のセラミックス薄膜や、ＰＶＤＦ等の有機
薄膜あるいは、両者の複合薄膜でも良い。これらの薄膜
厚さは１〜２μｍの範囲で良く、形成法には、スパッタ
リング、蒸着、ＣＶＤ、ゾル・ゲル法等が利用できる。

【００１７】下部電極上に形成した焦電体薄膜を下部電
極と同じパタ−ンのマスクを用いてフォトリソグラフィ
−技術で下部電極上のみ残すようにエッチングで除去す
る。さらに絶縁体の一部（下部電極のすぐ横）に開口を
持つパタ−ンをレジストで形成し、その部分から下部電
極下の絶縁体を化学エッチングで除去し空間を形成する
。

【００１８】焦電体薄膜上には、上部電極５を蒸着法等
で形成する。材料は、ＮｉＣｒ、Ｃｒ等で厚さは０．０
２〜０．０３μｍが好ましい。この上に吸収膜を形成し
ても良い。

【００１９】この段階で２つのＳｉ基板に同一ピッチで
波長選択膜と検知部が形成されたことになる。

【００２０】この２枚のＳｉ基板は、同じ形状を有し、
オリフラ等によりフォトリソグラフィ−時の位置合わせ
を行っているため、オリフラ面を合わせて焦電体薄膜形
成部と波長選択膜形成部を内側にして張り合わせると検
知部と赤外線透過部の位置関係は、同一基板上で同じに
なる。つまり視野が同じになり、視野のばらつきに起因
する感度のばらつきがなくなることになる。

【００２１】張り合わせた２枚のＳｉ基板をポイントセ
ンサ−の場合は、１個１個ダイシングした後にリ−ド１
１を取付け、全体を樹脂１０でコ−ティングすることで
Ｓｉ基板がパッケ−ジを兼ねたセンサ−ができる。

【００２２】アレイ化の場合は、検知部と赤外線透過部
のピッチがフォトリソグラフィ−用のマスクの作製精度
であり、１μｍ以下の精度で形成できるため、２枚のＳ
ｉ基板を張り合わせる時にずれを生じても、１対の検知
部と赤外線透過部間の位置関係は、各検知部で同じにな
るため、視野のばらつきが無くなることになる。

【００２３】

【実施例】次に本発明の薄膜焦電型赤外線センサ−の具
体的な実施例について説明する。厚さ４００μｍのＳｉ
（１１０）基板に１×１ｍｍの正方形を３ｍｍピッチで
配置したマスクにより、正方形の１辺が＜１−１２＞方
向となるようにレジストに開口を設け、４０℃で４０％
ＫＯＨ水溶液中で３０分エッチングを行い、深さ５０μ
ｍの凹部を形成した。

【００２４】このＳｉ基板に蒸着法でＺｎＳとＧｅを交
互に１０層ずつ積層し波長選択膜とした後に、同じマス
クを用いて波長選択膜を形成した部分の反対側にはＧｅ
の反射防止膜をそれ以外の部分にＡｕを０．３μｍ蒸着
で形成し、反射膜とした。その後に両面の残ったレジス
トを除去し、１×１ｍｍの赤外線透過部を形成した。

【００２５】検知部の形成は、まずｎ型Ｓｉ基板に焦電
体薄膜を形成する部分の横にレジストで０．５μｍ角の
開口部を設け、半導体プロセスとして公知のイオン注入
法、エピタキシャル成長技術等を用いてＪＦＥＴを形成
した。この上に絶縁体としてマグネシアを０．５μｍの
厚さで形成し、ＪＦＥＴのゲ−ト、ドレイン上部に１０
％リン酸を用いて開口部を設けた。

【００２６】次にマグネシア上にＰｔをスッパタリング
により厚さ０．１μｍ形成し、３ｍｍピッチで０．８ｍ
ｍ角の下部電極部とＪＦＥＴのゲ−ト、ドレインの配線
部を残してイオンミリングによりＰｔを除去した。

【００２７】次に焦電体薄膜としてＭＯＣＶＤ法でＰｂ
（Ｚｒ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３をＰｔ上に１μｍ形成し
、０．８ｍｍ角の検知部を残してイオンミリングにより
Ｐｂ（Ｚｒ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３を除去した。

【００２８】下部電極の横にレジストで０．１ｍｍ幅の
溝の開口を２辺に設け、この開口部を通して１０％リン
酸で下部電極下のマグネシアを除去した。開口を設けな
かった辺は、一方は下部電極のリ−ド電極の取り出しに
利用し、他方は上部電極からのリ−ド電極の取り出しに
利用した。

【００２９】焦電体薄膜上にレジストを塗布し、焦電体
上のみをフォトリソグラフィ−により露出させ、ＮｉＣ
ｒを０．０２μｍ蒸着し、上部電極用リ−ド電極とワイ
ヤボンディングで配線した。

【００３０】赤外線透過部と検知部を形成した２枚のＳ
ｉ基板を絶縁性のエポキシ樹脂で接着し、ダイシングで
３ｍｍ角のチップにした。この後にリ−ド電極からリ−
ド線を取り出し周囲を絶縁性の樹脂でコ−ティングし薄
膜焦電型赤外線センサ−を得た。焦電体薄膜は、２枚の
Ｓｉ基板により気密封止されており、Ｓｉ基板により電
磁シ−ルドも完全である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明では、検
知部と赤外線透過部との位置関係を同一にでき、アレイ
化するのに有利である。さらに検知部及び赤外線透過部
を形成したＳｉ基板が、気密封止、電磁シ−ルドを備え
たパッケ−ジを兼ねるためにコンパクトなセンサ−の作
製が可能となった。

【図面の簡単な説明】

図１は、本発明の一態様を示す。 図２は、従来技術の一態様を示す。 図中の番号は、それぞれ １は、焦電体薄膜、　　　　　　２は、Ｓｉ基板、３は
、空間、　　　　　　　　　　　　４は、絶縁体、５は
、上部電極、　　　　　　　　６は、接着剤、７は、反
射防止膜、　　　　　　８は、フィルタ−用Ｓｉ基板、 ９は、波長選択膜、　　　　　　１０は、赤外線遮蔽樹
脂、１１は、リ−ド、　　　　　　　　　　１２は、下
部電極、１３は、赤外線反射膜、　　　　１４は、ＦＥ
Ｔ部、１５は、フィルタ−、　　　　　　１６は、焦電
体（検知部）１７は、ＦＥＴ　　　　　　　　　　　　
１８は、ステム１９は、キャップを示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　薄膜焦電体を用いた赤外線センサ−で
   あってＳｉ基板上に絶縁体を介して下部電極と焦電体薄
   膜を形成し、該部分を検知部とし、異なる他のＳｉ基板
   の片面に凹部を形成し、該部分に波長選択膜を形成し赤
   外線の選択透過部分とし、前記片面の反対面には透過部
   分以外に金属の赤外線反射膜を形成し、凹部を内側にし
   て薄膜焦電体を設けた前記Ｓｉ基板上に重ね合わせ封止
   したことを特徴とする薄膜焦電型赤外線センサ−。
2. 【請求項２】　　Ｓｉ基板上に絶縁体を介して下部電極
   と焦電体薄膜を形成し該部分の下部電極とＳｉ基板の間
   に空間を設けたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜
   焦電型赤外線センサ−。