JPH08313359A - ハイブリッド熱画像作成装置のための焦平面アレイとその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的厚いパイロ電気薄膜層を備えた多重ヘ
テロ層により製造される、ハイブリッド熱画像作成装置
のための焦平面アレイと、コストが安くかつ部材を有効
に利用することが可能な製造法とを提供する。 【解決手段】 ハイブリッド熱画像作成装置２０は、多
くの場合、焦平面アレイ３０と熱分離構造体５０と集積
回路基板６０とを有する。焦平面アレイ３０は、チタン
酸バリウム・ストロンチウム（ＢＳＴ）のようなパイロ
電気薄膜層で作成される熱感知素子４２を有する。熱感
知素子４２の１つの側面は、熱分離構造体５０のメサ・
ストリップ導電体５６を通して、集積回路基板６０の上
に配置された接触体パッド６２に結合することができ
る。熱感知素子４２の他の側面は、電極３６に結合する
ことができる。焦平面アレイ３０の種々の部品は、担体
基板の上に作成された多重ヘテロ層で製造することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連する出願】本出願は、名称「集積化された熱チョ
ッパを備えた熱画像作成装置とその製造法（Ｔｈｅｒｍ
ａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｗｉｔｈ Ｉｎ
ｔｅｇｒａｔｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｈｏｐｐｅｒ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」の出願中特許、出願シリアル
番号第０８／２２９，４９７号、代理人整理番号ＴＩ−
１８８６８号と、名称「モノリシック焦平面アレイを備
えた熱画像作成装置（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｗｉｔｈ Ａ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ
Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ）」の出願中特
許、出願シリアル番号第０８／２８１，７１１号、代理
人整理番号ＴＩ−１８８１７号と、名称「パイロ電気薄
膜を備えたモノリシック熱検出器とその製造法（Ｍｏｎ
ｏｌｉｔｈｉｃ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ
ｗｉｔｈ ＰｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＦｉｌｍ ａｎｄ
Ｍｅｔｈｏｄ）」の出願中特許、出願シリアル番号第
０８／３６８，０６７号、代理人整理番号ＴＩ−１８８
２２号との関連出願である。これらの出願中特許は同じ
譲渡人に譲渡されている。

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的厚いパイロ
電気薄膜層を有する多重ヘテロ層を製造する方法に関す
る。さらに詳細にいえば、本発明は、多重ヘテロ層で作
成された焦平面アレイに結合されている熱分離構造体を
備えた集積回路基板を有する、ハイブリッド熱画像作成
装置（ハイブリッド熱撮像装置）に関する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】熱センサの１つの通常
の応用は、夜間観察装置のような熱（赤外線）画像作成
装置である。このような種類の１つの熱画像作成装置
（熱撮像装置）は、パイロ電気部材を有する赤外線検知
素子または熱センサの、焦平面アレイを備えている。こ
の焦平面アレイおよびそれに付随する熱センサは、多く
の場合、この焦平面アレイと集積回路基板との間に配置
された熱分離構造体と、コンタクト・パッドの対応する
アレイとを備えた集積回路基板に結合される。これらの
熱センサは、作成（撮像）される熱画像のそれぞれの画
像エレメント（すなわち画素）を定める。

【０００４】１つの形式の熱センサは、パイロ電気部材
で作成された熱感知素子を有する。このパイロ電気部材
は、パイロ電気部材に赤外線が入射するとその時に生ず
る温度変化に応答して、その電気分極の状態および／ま
たは誘電率の変化を誘起する。赤外線吸収体および共通
電極組立体は、多くの場合、熱感知素子の一方側に配置
される。センサ信号電極は、通常、それぞれの熱感知素
子の反対側に配置される。赤外線吸収体および共通電極
組立体は、典型的には、焦平面アレイの表面にわたって
広がっており、そして熱感知素子に取り付けられる。そ
れぞれの熱感知素子は、通常、分離したそれ自身のセン
サ信号電極を有する。赤外線検出器素子または熱センサ
のおのおのは、赤外線吸収体と、共通電極組立体と、そ
れぞれのセンサ信号電極とにより、一部分を定めること
ができる。共通電極とセンサ信号電極は、静電容量極板
を構成する。パイロ電気部材は、これらの静電容量極板
の間に配置された誘電体または絶縁体を構成する。

【０００５】一定の熱センサの場合、チタン酸バリウム
・ストロンチウム（ＢＳＴ）を用いて熱感知素子が作成
され、それにより、熱センサが製造される。このような
熱感知素子を製造する際の出発の素材は、典型的には、
直径が１０センチメートル（４インチ）で厚さが約０．
２５センチメートル（０．１インチ）である、チタン酸
バリウム・ストロンチウムまたは他の適切なパイロ電気
部材のウエハである。多くの場合、研削および／または
研磨を行うことにより、このＢＳＴウエハの厚さが約
０．００２５センチメートル（０．００１インチ）以下
にまで小さくされる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に従い、パイロ電
気部材で作成された熱センサを備えた従来の熱画像作成
装置に付随する欠点および問題点は、大幅に少なくされ
る、またはなくすることができる。本発明により、比較
的厚いパイロ電気薄膜層を有する多重ヘテロ層により、
ハイブリッド熱画像作成装置のための焦平面アレイを製
造することができる。作成された焦平面アレイおよびそ
れに付随する熱センサは、熱分離構造体と結合される。
この熱分離構造体は、ハイブリッド固体装置を製造する
ための従来のバンプ（ｂｕｍｐ）接合技術または他の技
術を用いて、集積回路基板の上に配置される。本発明の
１つの実施例は、フォトリソグラフィに伴う薄膜製造技
術を用いて、赤外線吸収体および共通電極組立体と、熱
感知素子と、それぞれのセンサ信号電極とを製造するこ
とを含む実施例である。

【０００７】１つの実施例により得られるいくつかの重
要な技術的利点の中に、熱画像作成装置のための熱セン
サを製造する際に用いられる、要求された厚さのパイロ
電気薄膜の成長に関する技術が含まれている。このよう
なパイロ電気薄膜を用いることにより、大きなパイロ電
気部材を研磨および研削して要求された厚さを有する熱
感知素子を作成する際のコストを大幅に低下させること
ができる。作成される熱センサのために、ほぼ要求され
た寸法を有するパイロ電気薄膜の層を成長させることに
より、製造コストと、パイロ電気部材が有効利用されな
い浪費率との両方を、大幅に小さくすることができる。
本発明の１つの特徴は、要求された熱感知素子を作成す
るために、パイロ電気部材をレーザ加工またはイオン加
工することを必要としないで、網状化構造に作成するこ
とができることである。

【０００８】本発明のまた別の特徴は、パイロ電気薄膜
と化学的に融和する担体基板の上に、パイロ電気薄膜の
層を成長させることである。この基板とパイロ電気薄膜
層との間に、１個または複数個の分離層を配置すること
ができる。作成された熱センサに付随するセンサ信号の
伝送路に応じて、パイロ電気薄膜層の上に、１個または
複数個の導電体部材の層をまた配置することができる。
応用によっては、パイロ電気薄膜層を成長させる前に、
赤外線吸収部材の層を基板の上に作成することができ
る。赤外線吸収部材と、パイロ電気薄膜と、導電体部材
とにより作成された多重層に対し、集積回路基板と結合
するための複数個の熱センサを有する焦平面アレイを得
るために、種々のエッチング技術および／または種々の
リソグラフィ技術を用いて処理工程を行うことができ
る。この焦平面アレイは、熱分離構造体に付随する。

【０００９】

【発明の実施の形態】添付図面を参照しての下記説明に
より、本発明とその利点をさらに完全に理解することが
できるであろう。

【００１０】本発明の実施例および利点は、図１〜図７
の図面を参照することにより最もよく理解することがで
きるであろう。これらの図面において、同等の部品およ
び対応する部品には同等の参照番号が付されている。

【００１１】赤外線検出器および熱画像作成装置の動作
は、赤外線が熱センサに入射する時に生ずる温度の変化
に伴って発生する電圧の変化に基づくか、または熱セン
サを作成するために用いられる部材の内部における光子
・電子の相互作用によって生ずる電圧の変化に基づく
か、のいずれかである。この後者の効果は、内部光電効
果と呼ばれることがある。他の方式の赤外線検出器およ
び他の熱画像作成装置の動作は、入射する赤外線の加熱
効果により生ずる薄い導電体の抵抗値の変化に基づいて
いる。このような赤外線検出器は、ボロメータと呼ばれ
ることがある。

【００１２】本発明により構成される熱画像作成装置の
動作は、主として、赤外線が入射することによって生ず
るパイロ電気部材の温度の変化による電圧の変化の発生
に基づいている。けれども、本発明は、ボロメータを含
む他の方式の熱画像作成装置と共に用いることもでき
る。

【００１３】下記で詳細に説明される熱画像作成装置ま
たは赤外線検出器２０および１２０は、非冷却赤外線検
出器と呼ばれることもある。熱画像作成装置２０および
１２０の中の種々の部品は、真空の中に配置された付随
するハウジング（図示されていない）の中に収納される
ことが好ましい。または、応用によっては、熱伝導率の
小さなガスの雰囲気の中に配置されても十分に動作する
ことができる。

【００１４】熱画像作成装置２０は、集積回路基板６０
の上に熱分離構造体５０を備えた、焦平面アレイ３０を
取り付けることにより作成されるハイブリッド固体装置
として説明される。焦平面アレイ３０は、複数個の熱セ
ンサ４０を備えることが好ましい。焦平面アレイ３０
は、焦平面アレイ３０に入射する赤外線に応答して熱画
像を作成するために、熱分離構造体５０により、集積回
路基板６０に対し電気的結合と機械的結合との両方が得
られる。

【００１５】焦平面アレイ３０の部品には、赤外線吸収
体および共通電極組立体３２と、複数個の熱センサ４０
とが含まれる。赤外線吸収体および共通電極組立体３２
は、１個または多数個の光学被覆体層３４と共通電極３
６とをさらに有する。光学被覆体層３４は、パリレンま
たは酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）のような誘電体部材
で共振している空洞共振器を形成する。応用によって
は、熱センサ４０が検出するように設計された赤外線の
特定の１個または複数個の波長に応じて、層３４は多重
層を有することができる。

【００１６】共通電極３６は、入射する赤外線と光学被
覆体３４との間の相互作用を増大させるといったよう
な、いくつかの重要な機能を実行することができる。共
通電極３６は、熱センサ４０にバイアス電圧を供給する
センサ信号路の一部分を形成するために、導電体である
ことが好ましい。また、共通電極３６は、それぞれの熱
センサ４０の中の熱感知素子４２の間の熱エネルギの伝
達をできるだけ小さくするために、その熱伝導率が小さ
いことが好ましい。共通電極３６は、適切な値の熱伝導
率および導電率を有する、ニッケル・クロム、ルテニウ
ム（Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂ ）、酸化ランタ
ン・ストロンチウム・コバルト（ＬＳＣＯ）、または白
金のような部材で作成することができる。このような金
属の反射率がまた光学被覆体３４と協力することによ
り、入射する赤外線の吸収を増大させる。本発明の他の
実施例の場合、共通電極３６を作成するのに、要求され
た特性の熱伝導率および導電率を有する金属以外の部材
を用いることができる。共通電極３６に対し金属を用い
る実施例だけに、本発明が限定されるわけではない。

【００１７】熱センサ４０のおのおのは、パイロ電気部
材で作成されることが好ましい熱感知素子４２を有する
ことができる。熱感知素子４２のおのおのの一方側の側
面が、共通電極３６に取り付けられることが好ましい。
センサ信号電極４４は、それぞれの熱感知素子４２の反
対側の側面に取り付けられる。応用によっては、熱感知
素子４２は、チタン酸バリウム・ストロンチウム（ＢＳ
Ｔ）のようなパイロ電気部材で作成することができる。

【００１８】熱分離構造体５０は、それぞれの接触体パ
ッド（コンタクト・パッド）６２に隣接する集積回路基
板６０の上に配置された複数個のメサ型構造体５２を有
する。熱分離構造体５０により、焦平面アレイ３０と集
積回路基板６０とを接合する際の機械的支持体を得るこ
とができ、および焦平面アレイ３０を集積回路基板６０
から熱的に分離することが得られる。また、熱分離構造
体５０により、焦平面アレイ３０の中の熱センサ４０の
おのおのと集積回路基板６０との間の電気的インタフェ
ースが得られる。この電気的インタフェースにより、集
積回路基板６０が、焦平面アレイ３０により検出された
入射赤外線による信号を処理することができる。

【００１９】メサ・ストリップ導電体５６により、メサ
型構造体５２の頂上と隣接する接触体パッド６２との間
に、信号路が得られる。メサ・ストリップ導電体５６と
して推奨される部材には、ニッケル・クロム（ＮｉＣ
ｒ）、チタンとタングステンの合金、および他の導電性
酸化物などがある。

【００２０】種々の形式の半導体部材および集積回路基
板を本発明に従って用いることにより、満足な結果を得
ることができるであろう。名称「強誘電体画像作成装置
（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙ
ｓｔｅｍ）」の米国特許第４，１４３，２６９号は、パ
イロ電気部材から製造される赤外線検出器、およびシリ
コンのスイッチング・マトリックスまたは集積回路基板
に関する情報を開示している。従来の熱分離構造体の実
施例は、マイスナ（Ｍｅｉｓｓｎｅｒ）ほかの名称「熱
画像作成装置のためのポリイミド熱分離メサ（Ｐｏｌｙ
ｉｍｉｄｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｍ
ｅｓａ ｆｏｒ ａ ＴｈｅｒｍａｌＩｍａｇｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）」の米国特許第５，０４７，６４４号に
開示されている。米国特許第５，０４７，６４４号に用
いられている部材および製造技術を用いて、熱分離構造
体５０および１５０を製造することができる。

【００２１】バンプ接合技術を用いることにより、焦平
面アレイ３０と熱分離構造体５０との間に、満足な金属
接合体を作成することができる。本発明の１つの実施例
の場合、それぞれのセンサ信号電極４４の上にバンプ接
合部材４８を配置し、そしてそれぞれのメサ・ストリッ
プ導電体５６の頂部の上にバンプ接合部材５８を配置す
ることができる。このようなバンプ接合部材の１つの例
は、インジウムである。

【００２２】メサ型構造体５２およびそれに付随するメ
サ・ストリップ導電体５６の構成は設計の際の選択の問
題であるが、熱分離に関する考慮と構造的な堅牢性に関
する考慮とに大いに依存する。メサ型構造体５２のまた
別の構成として、傾斜した側壁を備えたメサ、および垂
直な側壁を備えたメサがある。熱画像作成装置２０およ
び１２０に対し、例えば熱分離構造体５０を含む本発明
のメサ型構造体５２は、従来のフォトリソグラフィ技術
を用いて製造することができる。

【００２３】焦平面アレイ３０は、担体基板７０の上に
作成された多重ヘテロ層で作成することができる。本発
明の１つの実施例は、作成される焦平面アレイの構成と
選定された設計に対応する多重ヘテロ層を得るために、
薄膜成長工程と、部材生成工程と、網状化工程と、光学
被覆工程とのような、多数の関連する技術を組み合わせ
て有する。応用によっては、１層または２層の要求され
た焦平面のみが、担体基板７０の上に作成される。他の
応用では、要求された焦平面アレイに対するすべてのヘ
テロ層を、担体基板７０の上に作成することができる。

【００２４】大規模集積回路の製造に付随する処理工程
を用いて、種々の技術により、担体基板７０の上に焦平
面アレイを集積して製造することができる。焦平面アレ
イの製造の際に付随する部材利用効率および処理工程全
体の効率を大幅に改善することができる。例えば、パイ
ロ電気薄膜層８２は、熱感知素子４２に対して要求され
る厚さとほぼ同じ厚さを有して作成されることが好まし
い。したがって、パイロ電気部材から熱感知素子を作成
するのに用いられる従来の技術に付随する研磨による損
傷の可能性は、大幅に小さくなる、または全くなくな
る。

【００２５】種々の技術を用いて、図４および図５に示
された薄膜層７４、３４、３６、８２、および８４を作
成することができる。これらの技術は２つの群、すなわ
ち、気相沈着部材と関与する基板との相互作用による薄
膜の成長と、関与する基板に変化を引き起こさないで沈
着により薄膜を生成する、との群に分けられる。第１群
の薄膜成長技術には、単結晶シリコンおよびポリシリコ
ンの熱酸化および熱窒化が含まれる。沈着された金属と
基板との直接の反応によるケイ化物の生成は、また多く
の場合、この第１群の薄膜成長技術の中に含まれる。

【００２６】第２群の薄膜成長技術は、３つの細分類の
沈着にさらに分けることができる。第１の細分類は、多
くの場合、化学的蒸気沈着（化学的気相蒸着法，ＣＶ
Ｄ）と呼ばれる。この化学蒸気沈着では、付随する薄膜
層に対し要求された構成成分を含有する気相化学材料の
化学反応により、固体薄膜が基板の上に作成される。第
２の細分類は、多くの場合、物理的蒸気沈着（物理蒸
着，ＰＶＤ）と呼ばれる。この物理的蒸気沈着では、材
料源から部材材料が物理的に取り出されて蒸気が作成さ
れ、そして低圧の領域を通って基板にまで輸送され、そ
して凝結することにより、要求された薄膜層が作成され
る。第３の細分類は、典型的には、基板が液体で被覆さ
れ、そして乾燥されて、要求された薄膜層が作成され
る。ＰＶＤによる薄膜層の作成には、スパッタリング、
蒸着、および分子線エピタキシのような処理工程が含ま
れる。スピン被覆は、薄膜層を作成するために基板の上
に液体を沈着する、最も良く用いられる１つの技術であ
る。

【００２７】薄膜層はまた、浸液と、スパッタリングに
よる気相沈着と、およびスピン被覆によるゾル／ゲルま
たは金属酸化物分解（ＭＯＤ）とのような技術を用いる
ことにより、本発明に開示された内容に従って十分に満
足に成長することができる。本発明の１つの重要な特徴
は、得られる焦平面アレイ３０に対し要求された電気的
特性および熱的特性を達成するために、必要な処理工程
を選定することができることである。

【００２８】担体基板７０は、シリコン、セラミック・
アルミナ、または他の適切な部材で作成することができ
る。これらの部材は、担体基板７０の表面７２の上に作
成される多重ヘテロ層と、化学的にもおよび熱的にも融
和する部材である。図２〜図６に示された本発明の実施
例の場合、担体基板７０はセラミック・アルミナで作成
されることが好ましい。

【００２９】二酸化シリコン、酸化マグネシウム、また
は酸化カルシウムのような耐火性の部材の層が、得られ
た焦平面アレイ３０を担体基板７０から除去することが
できる解放層または分離層としての役割を果たすため
に、担体基板７０の表面７２の上に沈着される。図２〜
図６に示されているように、担体基板７０はセラミック
・アルミナで作成することができ、そして解放層または
分離層７４は酸化カルシウムで作成することができる。
本発明の他の実施例の場合、担体基板７０はシリコンで
作成され、そして解放層または分離層７４は二酸化シリ
コンで作成される。

【００３０】応用によっては、担体基板７０の表面７２
と分離層７４との間に、１個または複数個の障壁層（図
示されていない）を配置することができる。このような
障壁層を用いることにより、担体基板７０とその上に作
成される種々のヘテロ層との間の化学的および／または
熱的な融和を達成することができる。分離層７４は、担
体基板７０の上に作成される多重ヘテロ層から焦平面ア
レイ３０を製造するために用いられる種々のエッチング
剤とは異なるエッチング剤に溶解可能である、耐火性の
酸化物または他の部材で作成されることが好ましい。

【００３１】図４〜図６に示された本発明の実施例の場
合、分離層７４の上に光学被覆体層３４が作成されるこ
とが好ましい。二酸化ジルコニウムのような様々の種類
の誘電体部材を用いて、光学被覆体層３４を作成するこ
とができる。光学被覆体層３４を作成するために選定さ
れる部材は、焦平面アレイ３０の製造に付随する種々の
熱処理工程および種々のエッチング工程の期間中、安定
でなければならない。選定された部材の屈折率に基づい
て、光学被覆体層３４の厚さを調整することができる。
光学被覆体層３４を作成するのに用いられる部材の厚さ
および／または種類を変えることにより、得られる焦平
面アレイ３０は、要求されたスペクトル範囲にわたっ
て、入射する赤外線の吸収が最大になるように調整する
ことができる。応用によっては、光学被覆体層３４と分
離層７４との間に、半透明金属の薄い層（図示されてい
ない）を配置することができる。

【００３２】次に、光学被覆体層３４の上に、導電体部
材の第１層３６を配置することができる。ニッケル、ニ
ッケル・クロム、プラチナ、ＬＳＣＯ、ルテニウムおよ
び／または酸化ルテニウムのような様々の種類の部材を
用いて、この第１導電体層３６を作成することができ
る。第１層３６を作成するために選定される導電体部材
の種類は、要求される導電率と、熱伝導率と、および焦
平面アレイ３０に対して要求される担体基板７０の上の
他の多重ヘテロ層を作成するのに用いられる部材との化
学的融和性と、に依存して選定されるであろう。図４〜
図６に示された本発明の実施例の場合、導電体層３６は
白金で作成することができる。

【００３３】次に、導電体層３６の上に、選定されたパ
イロ電気部材の薄膜層８２を作成することができる。得
られる焦平面アレイに対して要求される動作特性に応じ
て、チタン酸鉛・バリウム・ストロンチウム、チタン酸
バリウム・ストロンチウム、チタン酸鉛、チタン酸鉛・
ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸
鉛・ランタン、チタン酸鉛・ストロンチウム、タンタル
酸鉛・スカンジウムのような種々の種類のパイロ電気部
材を用いることにより満足な結果を得ることができる。
図４〜図６に示された本発明の実施例の場合、パイロ電
気薄膜層８２はチタン酸バリウム・ストロンチウムで作
成されることが好ましい。下記でさらに詳細に説明され
るように、要求される性質が得られる結晶粒寸法を小さ
くすることができるために、低濃度の第２部材をチタン
酸バリウム・ストロンチウムの中にまた含有することが
できる。

【００３４】種々の技術を用いて、パイロ電気部材の薄
膜層８２を作成することができる。図４〜図６に示され
た本発明の実施例の場合、前記で説明した薄膜成長技術
と共に金属有機物沈着およびスピン被覆を用いることに
より、第１導電体層３６の上に、パイロ電気薄膜層８２
を作成することができる。担体基板７０の上に作成され
る他のヘテロ層に比べて、パイロ電気薄膜層８２は比較
的厚い。パイロ電気薄膜層８２の厚さは、作成される熱
感知素子４２に対して要求される厚さにほぼ対応するよ
うに選定される。応用によっては、要求される熱的特性
または他の融和する部材に応じて、熱感知素子４２は、
約０．５マイクロメートルないし２０マイクロメートル
の厚さを有するであろう。

【００３５】本発明の１つの特徴は、熱感知素子４２に
対し要求されたパイロ電気特性を達成するために、制御
された結晶粒成長により比較的厚いパイロ電気薄膜層８
２を作成することができる能力を有することである。金
属有機物沈着技術およびチタン酸バリウム・ストロンチ
ウムを含有する液体溶液または塩を用いて、パイロ電気
薄膜層８２を担体基板７０の上に作成することができ
る。処理温度を低くするために、鉛（Ｐｂ）源を付加す
ることができる。結晶核発生位置を作成するために、同
じ組成の小さな粒子をまた加えることができる。これら
の小さな粒子の寸法は、典型的には、直径が１．５マイ
クロメートルないし２マイクロメートルの範囲で変動す
るであろう。上限の２マイクロメートルは、得られる結
晶粒構造に付随する要求された熱的特性および電気的特
性に基づいている。パイロ電気薄膜層８２を作成するた
めに選定された部材の種類に応じて、結晶核発生位置を
得るために用いられる小さな粒子の寸法を変えることが
できる。

【００３６】応用により、得られる熱感知素子４２に対
し要求された動作特性が得られるように、液体チタン酸
バリウム・ストロンチウムの中に不純物を付加的に添加
することができる。他の応用では、液体形式と粉末形式
との両方で選定されたパイロ電気部材の混合体を用い、
金属有機物沈着およびスピン被覆を用いることにより、
パイロ電気薄膜部材を作成することができる。要求され
た結晶粒成長を支援するために、結晶核発生位置または
種結晶として作用するように、低濃度の粉末を加えるこ
とができる。

【００３７】結晶粒が大きいと、多くの場合、付随する
薄膜層に対し比較的高い焼き鈍し（アニール）温度を必
要とする。液体溶液の中に結晶核発生位置を得ることに
より、高い焼き鈍し温度を必要とせずに、要求されたパ
イロ電気特性が得られる満足な結晶粒寸法を達成するこ
とができる。添加不純物部材と沈着速度とを適切に選定
することにより、チタン酸バリウム・ストロンチウムで
作成されたパイロ電気薄膜層８２に対する焼き鈍し温度
を、摂氏３００度と摂氏８００度との間にまで低くする
ことができる。パイロ電気薄膜層８２に対して要求され
る焼き鈍し温度を制限することにより、担体基板７０の
上に他のヘテロ層を作成するのに、広範囲に様々な種類
の部材を選定することが可能になる。パイロ電気薄膜層
８２に対して要求される焼き鈍し温度が高くなると、層
７４、３４、および３６を作成するために利用できる部
材はそれに応じてますます少なくなる。

【００３８】次に、図５に最もよく示されているよう
に、パイロ電気薄膜層８２の上に第２導電体層８４を沈
着することができる。ニッケル、ニッケル・クロム、白
金、ＬＳＣＯ、ルテニウムまたは／および酸化ルテニウ
ムのような様々の種類の部材を用いて、第２導電体層８
４を作成することができる。第２層８４を作成するため
に選定される導電体部材の種類は、要求される導電率
と、熱伝導率と、および担体基板７０の上に他のヘテロ
層を作成するのに用いられる部材との化学的融和（両立
性）とに応じて変えられるであろう。図４〜図６に示さ
れた本発明の実施例の場合、第１導電体層３６および第
２導電体層８４は白金で作成することができる。

【００３９】担体基板７０の上に、多重ヘテロ層７４、
３４、３６、８２、および８４を作成する処理工程の期
間中、製造工程の選定された段階において、１回または
多数回の低温熱処理を行うことができる。低温（５０℃
ないし５００℃）熱処理を行うことにより、担体基板７
０の上の種々の層から溶媒が放出され、そして個々の熱
感知素子４２の網状化の前および選定されたパイロ電気
部材の最終的な高温熱処理の前に、種々の層のある程度
の稠密化が起こるであろう。低温熱処理の回数は、基板
７０の上のそれぞれの層を作成するために用いられる処
理工程と共に、層７４、３４、３６、８２、および８４
のおのおのに対して選定された部材の種類に応じて変え
ることができる。

【００４０】担体基板７０の上に、要求された焦平面ア
レイ３０に対する多重ヘテロ層を作成した後、種々のパ
ターン作成技術および種々の網状化技術を用いることに
より、作成される焦平面アレイ３０に付随する要求され
た数および要求された構成の熱センサ４０を得ることが
できる。図５および図６に最もよく示されているよう
に、センサ信号電極４４を作成するために、第２導電体
層８４にエッチング技術を適用することができる。その
後、それぞれの熱センサ４０に付随する熱感知素子４２
を作成するために、異なる種類のエッチング剤により、
パイロ電気薄膜層８２に対してエッチングを行うことが
できる。エッチング剤の種類およびエッチング処理工程
の方式は、それぞれの層７４、３４、３６、８２、およ
び８４の部材に応じて変えられるであろう。要求された
熱感知素子４２が作成された後、分離層７４を溶解する
ために適切なエッチング剤を適用し、それにより、得ら
れた焦平面アレイ３０を担体基板７０から除去すること
が可能である。用いられる特定の製造工程に応じて、集
積回路基板６０の熱分離構造体５０の上に焦平面アレイ
３０が取り付けられる前に、または後にのいずれかに、
担体基板７０が焦平面アレイ３０から除去することがで
きる。

【００４１】図７に示された熱画像作成装置１２０は、
集積回路基板１６０の上に熱分離構造体１５０を備えた
焦平面アレイ１３０を取り付けることにより作成され
た、ハイブリッド固体装置として説明することができ
る。焦平面アレイ１３０は、複数個の熱センサ１４０を
有することが好ましい。これらの熱センサ１４０は、熱
分離構造体１５０により、集積回路基板１６０と電気的
にもそして機械的にも結合される。熱画像作成装置２０
および１２０は、共通の多数の部品を有する。熱画像作
成装置２０と熱画像作成装置１２０との間の主要な違い
は、焦平面アレイ１３０の中の隣接する熱センサ１４０
の間で熱的分離と電気的分離との両方を得るために、そ
れぞれの熱センサ１４０の周縁に複数個のスロット１３
８が作成されることである。

【００４２】熱センサ１４０のおのおのは、個々の赤外
線吸収装置組立体１３２を有する。この赤外線吸収装置
組立体１３２は、電極１３６の上に配置された１個また
は複数個の光学被覆体１３４の層を有する。光学被覆体
１３４および電極１３６は、焦平面アレイ３０に関して
前記で説明されたのと同じ部材を用いて、担体基板７０
の上に作成することができる。熱センサ１４０のおのお
のは、隣接する熱センサ１４０から電気的にもそして熱
的にも分離されるから、バイアス電圧はそれぞれの熱セ
ンサ１４０に供給されなければならない。熱画像作成装
置１２０により表される本発明の実施例の場合、集積回
路基板１６０は、熱センサ１４０のおのおのに要求され
たバイアス電圧を供給する共通バス１６４を有すること
が好ましい。

【００４３】熱センサ１４０のおのおのは、１対の熱感
知素子４２および１４２を有することが好ましい。熱感
知素子４２および１４２は、前記で説明されたように、
パイロ電気薄膜層８２で作成することができる。バイア
ス電圧がそれぞれの熱センサ１４０に供給される。この
バイアス電圧の供給は、それぞれの接触体パッド１６２
と、メサ・ストリップ導電体１５６と、熱感知素子１４
２に取り付けられたセンサ信号電極１４４に対するバン
プ接合部材５８および４８と、を通して行われる。この
バイアス電圧は、電極１３６を通して、熱感知素子１４
２から熱感知素子４２に供給することができる。センサ
信号電極４４およびメサ・ストリップ導電体５６が熱感
知素子４２に取り付けられ、それにより、それぞれの熱
センサ１４０により検出された入射赤外線に応答して、
集積回路基板１６０に信号を送る。

【００４４】焦平面アレイ１３０は、前記で焦平面アレ
イ３０に関して説明された製造技術を用いて、担体基板
７０の上に作成することができる。製造工程が図６に示
された段階に到達した時、第１導電体層３６と光学被覆
体層３４とに付加的なエッチング剤を作用させることが
行われ、それにより、熱感知素子４２および１４２の対
のそれぞれの周縁に、複数個のスロット１３８を作成す
ることができる。作成された焦平面アレイ１３０は、分
離した個々の熱センサ１４０を有する。この作成された
焦平面アレイ１３０は、その後、集積回路基板１６０の
上に取り付けることができる。

【００４５】焦平面アレイ３０および１３０に対する構
造体の正確な構成およびそれに付随する製造技術は、そ
れぞれの熱センサ４０および１４０に対して選定される
応用によって異なるであろう。例示された熱画像作成装
置２０および１２０のような特定の応用の場合でも、設
計上の選択が多数あることは、当業者にとって日常的な
経験されていることである。

【００４６】本発明とその利点が詳細に説明されたが、
本発明の範囲内で種々の変更および置き換えの可能であ
ることは、容易に理解されるはずである。

【００４７】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 薄膜層の成長に対し核発生位置を得るために、
液体パイロ電気部材と粒子とを混合することにより、担
体基板の上にパイロ電気部材の薄膜層を作成する段階
と、前記パイロ電気薄膜層を、付随する熱センサの要求
された配置および構成に対応してパターニングする段階
と、を有する、ハイブリッド熱画像作成装置と共に用い
られる複数個の熱センサを備えた焦平面アレイを製造す
る方法。 （２） 第１項記載の焦平面アレイを製造する方法にお
いて、前記パイロ電気薄膜層を作成する前に、前記担体
基板の上に光学被覆体の層を作成する段階と、前記光学
被覆体層と前記パイロ電気薄膜層との間に導電体部材の
第１層を沈着する段階と、前記パイロ電気薄膜層の上の
導電体部材の前記第１層とは反対の側に導電体部材の第
２層を沈着する段階と、をさらに有する、焦平面アレイ
を製造する前記方法。 （３） 第１項記載の方法において、前記液体パイロ電
気部材がチタン酸バリウム・ストロンチウムを有し、か
つ前記粒子がチタン酸バリウム・ストロンチウムを有す
る、前記方法。 （４） 第１項記載の方法において、前記パイロ電気部
材が、チタン酸鉛と、チタン酸鉛・ランタンと、ジルコ
ン酸チタン酸鉛と、チタン酸鉛・ストロンチウムと、タ
ンタル酸鉛・スカンジウムと、ジルコン酸チタン酸鉛・
ランタンとを有する群から選定される、前記方法。 （５） 第１項記載の方法において、前記パイロ電気薄
膜層を作成する前記段階が、前記担体基板の上に液体パ
イロ電気部材を沈着するために、金属有機物沈着技術お
よびスピン被覆技術を用いる段階と、前記パイロ電気部
材の結晶粒成長のための核発生位置を得るために、選定
された部材の粒子と前記液体パイロ電気部材とを混合す
る段階と、前記パイロ電気薄膜層を作成するために、前
記担体基板の上に液体の前記混合体と核発生位置とをス
ピンする段階と、をさらに有する、前記方法。 （６） 第１項記載の方法において、前記担体基板の上
に酸化カルシウムの分離層を作成する段階と、前記分離
層の上に、赤外線を感知する部材により光学被覆体の層
を作成する段階と、前記光学被覆体層の上に、白金の第
１層を作成する段階と、白金の前記第１層の上に、チタ
ン酸バリウム・ストロンチウムの薄膜層を作成する段階
と、前記チタン酸バリウム・ストロンチウム層の上の白
金の前記第１層と反対の側に白金の第２層を作成する段
階と、をさらに有する、前記方法。 （７） 第１項記載の方法において、前記担体基板がセ
ラミック・アルミナを有する、前記方法。 （８） 第１項記載の方法において、パイロ電気部材の
前記薄膜層を作成する前記段階がゾル／ゲルおよびスピ
ン被覆をさらに有する、前記方法。 （９） 第１項記載の方法において、パイロ電気部材の
前記薄膜層を作成する前記段階が、核発生位置を得るた
めに、小さな粒子を有する液体溶液をスピン被覆する段
階をさらに有する、前記方法。 （１０） 担体基板の上に、液体パイロ電気部材の溶液
と粉末核発生位置とから、パイロ電気部材の薄膜層を作
成する段階と、それぞれの熱センサの要求された配置お
よび構成に対応するように前記パイロ電気薄膜層をパタ
ーニングする段階と、を有する、集積回路基板から突き
出ている熱分離構造体の上に取り付けられた複数個の熱
センサを備えた焦平面アレイを有するハイブリッド熱画
像作成装置を製造する方法。 （１１） 第１０項記載の熱画像作成装置を製造する方
法において、担体基板の上に、耐熱部材の分離層を作成
する段階と、前記分離層の上に、光学被覆体部材の層を
作成する段階と、前記光学被覆体層と前記パイロ電気薄
膜層との間に導電体部材の第１層を作成する段階と、前
記パイロ電気薄膜層の上の導電体部材の前記第１層とは
反対の側に導電体部材の第２層を沈着する段階と、をさ
らに有する、焦平面アレイを製造する前記方法。 （１２） 第１０項記載のハイブリッド熱画像作成装置
を製造する方法において、パイロ電気部材の前記薄膜層
を作成する前記段階が、担体基板の上に、直径が約０．
５マイクロメートルと２．０マイクロメートルとの間で
ある小さな粒子を有する前記パイロ電気部材の液体溶液
を配置する段階を有する、前記方法。 （１３） 第１０項記載の熱画像作成装置を製造する方
法において、担体基板の上に、分離部材の層を作成する
段階と、前記分離層の上に、光学被覆体部材の層を作成
する段階と、前記光学被覆体層と前記パイロ電気薄膜層
との間に導電体部材の第１層を作成する段階と、前記パ
イロ電気薄膜層の上の導電体部材の前記第１層とは反対
の側に導電体部材の第２層を沈着する段階と、それぞれ
の前記熱センサのおのおのに対しセンサ信号電極を作成
するために、導電体部材の第２層の一部分を除去する段
階と、要求されたパターンの熱センサを作成するため
に、前記パイロ電気薄膜層を網状化する段階と、前記焦
平面アレイを前記担体基板から分離する段階と、をさら
に有する、熱画像作成装置を製造する前記方法。 （１４） 第１０項記載の熱画像作成装置を製造する方
法において、前記担体基板の上に、分離部材の層を作成
する段階と、前記分離層の上に、光学被覆体部材の層を
作成する段階と、前記光学被覆体層と前記パイロ電気薄
膜層との間に導電体部材の第１層を作成する段階と、前
記パイロ電気薄膜層の上の導電体部材の前記第１層とは
反対の側に導電体部材の第２層を沈着する段階と、導電
体部材の前記第２層の上に、バンプ接合部材の層を作成
する段階と、それぞれの前記熱センサのおのおのに対し
その上に配置されたバンプ接合部材を有するセンサ信号
電極を作成するために、前記バンプ接合層と導電体部材
の第２層との一部分を除去する段階と、要求されたパタ
ーンの熱センサを作成するために、前記パイロ電気薄膜
層を網状化する段階と、前記センサ信号電極の上に、前
記バンプ接合部材を用いて、前記集積回路基板から突き
出た前記熱分離構造体と前記焦平面アレイとを接合する
段階と、をさらに有する、熱画像作成装置を製造する前
記方法。 （１５） 第１４項記載の熱画像作成装置を製造する方
法において、導電体部材の前記第１層および前記第２層
が、白金と、ニッケル・クロムと、ルテニウムと、酸化
ルテニウムと、酸化ランタン・ストロンチウム・コバル
トとを有する群から選定される、熱画像作成装置を製造
する前記方法。 （１６） 第１０項記載の熱画像作成装置を製造する方
法において、前記担体基板の上に酸化カルシウムの分離
層を沈着する段階、および前記分離層の上に光学被覆体
の層を沈着する段階と、前記焦平面アレイのための共通
電極を得るために、前記光学被覆体層と前記パイロ電気
薄膜層との間に白金部材の第１層を沈着する段階と、前
記パイロ電気薄膜層の上の前記第１白金層とは反対の側
に白金の第２層を作成する段階と、それぞれの前記熱セ
ンサのおのおのに対しセンサ信号電極を作成するため
に、前記第２白金層の一部分を除去する段階と、要求さ
れたパターンの熱センサを作成するために、前記パイロ
電気薄膜層を網状化する段階と、前記担体基板から前記
焦平面アレイを分離する段階と、をさらに有する、熱画
像作成装置を製造する前記方法。 （１７） 第１０項記載の熱画像作成装置を製造する方
法において、前記担体基板の上に二酸化シリコンの分離
層を作成する段階と、前記分離層の上に光学被覆体の層
を作成する段階と、前記光学被覆体層と前記パイロ電気
薄膜層との間に導電体部材の層を作成する段階と、前記
パイロ電気薄膜層の上の導電体部材の前記第１層とは反
対の側に導電体部材の第２層を作成する段階と、それぞ
れの前記熱センサのおのおのに対しセンサ信号電極を作
成するために、導電体部材の前記第２層の一部分を除去
する段階と、要求されたパターンの熱センサを作成する
ために、パイロ電気部材の前記薄膜層を網状化する段階
と、前記集積回路基板から突き出た前記熱分離構造体の
上に前記焦平面アレイを取り付ける段階と、前記担体基
板から前記焦平面アレイを分離する段階と、をさらに有
する、熱画像作成装置を製造する前記方法。 （１８） 焦平面アレイに入射する熱放射線を表すセン
サ信号を得るために前記焦平面アレイの中に配置され、
かつそのおのおのが熱感知素子を有する、複数個の熱セ
ンサと、前記熱感知素子の一方側と結合する共通電極、
および熱感知素子のおのおのの反対側とそれぞれ結合す
る複数個のセンサ信号電極と、前記共通電極の上に配置
され、かつ赤外線を感知する、光学被覆体の層と、担体
基板の上に成長されたパイロ電気部材の薄膜層で作成さ
れた前記熱感知素子と、を有する、集積回路基板の上に
配置された熱分離構造体と共に装着される複数個の熱セ
ンサを有する焦平面アレイ。 （１９） 第１８項記載の焦平面アレイにおいて、前記
担体基板と前記共通電極との間の前記担体基板の上に作
成された光学被覆体の層をさらに有する、前記焦平面ア
レイ。 （２０） 第１８項記載の焦平面アレイにおいて、前記
パイロ電気部材がチタン酸バリウム・ストロンチウムで
ある、前記焦平面アレイ。 （２１） 第１８項記載の焦平面アレイにおいて、前記
共通電極の部材が、ニッケル・クロムと、ルテニウム
と、酸化ルテニウムと、白金と、酸化ランタン・ストロ
ンチウム・コバルトとの群から選定される部材である、
前記焦平面アレイ。 （２２） 第１８項記載の焦平面アレイにおいて、前記
光学被覆体層と前記パイロ電気薄膜層との間の前記担体
基板の上に作成された導電体部材の第１層により得られ
る前記共通電極と、前記パイロ電気薄膜層の上の導電体
部材の前記第１層とは反対の側に導電体部材の第２層に
より得られる前記センサ信号電極と、をさらに有する、
前記焦平面アレイ。 （２３） 焦平面アレイを担体基板から分離するのに用
いるために、基板の上に配置された部材の層と、前記分
離層の上に配置され、かつ赤外線を感知する、光学被覆
体の層と、前記光学被覆体層の上に配置された導電体部
材の第１層と、導電体部材の前記第１層の上に配置され
たパイロ電気部材の薄膜層と、前記パイロ電気薄膜層の
上の導電体部材の前記第１層とは反対の側に配置された
導電体部材の第２層と、を有する、複数個の熱センサを
備えた焦平面アレイを製造するのに用いられる担体基板
の上に作成された多重ヘテロ層。 （２４） 第２３項記載の多重ヘテロ層において、セラ
ミック・アルミナとシリコンとの群から選定される前記
担体基板と、二酸化シリコンと酸化カルシウムと酸化ジ
ルコニウムとの群から選定される前記分離層と、をさら
に有する、前記多重ヘテロ層。 （２５） 第２３項記載の多重ヘテロ層において、チタ
ン酸バリウム・ストロンチウムとチタン酸鉛とチタン酸
鉛・ストロンチウムとタンタル酸鉛・スカンジウムとチ
タン酸鉛・ランタンとチタン酸鉛・ジルコニウムとジル
コン酸チタン酸鉛・ランタンとの群から選定された前記
パイロ電気部材をさらに有する、前記多重ヘテロ層。 （２６） 第２３項記載の多重ヘテロ層において、厚さ
が約０．５マイクロメートルと２０マイクロメートルと
の間にあるパイロ電気部材の前記薄膜層をさらに有す
る、前記多重ヘテロ層。 （２７） ハイブリッド熱画像作成装置２０、１２０
は、多くの場合、焦平面アレイ３０、１３０と、熱分離
構造体５０、１５０と、集積回路基板６０、１６０とを
有する。焦平面アレイ３０、１３０は、チタン酸バリウ
ム・ストロンチウム（ＢＳＴ）のようなパイロ電気薄膜
層８２で作成される熱感知素子４２、１４２を有する。
熱感知素子４２、１４２の１つの側面は、熱分離構造体
５０、１５０のメサ・ストリップ導電体５６、１５６を
通して、集積回路基板６０、１６０の上に配置された接
触体パッド６２、１６２に結合することができる。熱感
知素子４２、１４２の他の側面は、電極３６、１３６に
結合することができる。焦平面アレイ３０、１３０の種
々の部品は、担体基板７０の上に作成された多重ヘテロ
層７４、３４、３６、８２、８４で製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施例を取り込んだ多重ヘテロ
層で作成された焦平面アレイと、それらの間に配置され
た熱分離構造体を備えた集積回路基板と、を有する、ハ
イブリッド熱画像作成装置の一部分を断面図で示した正
面概要図。

【図２】本発明に従い、図１の焦平面アレイに付随する
パイロ電気薄膜層と他のヘテロ層とを成長するのに十分
に満足である担体基板の平面図。

【図３】図２の線３−３に沿っての横断面図。

【図４】図２および図３の基板の上に成長される際、図
１の焦平面アレイに付随するパイロ電気薄膜層と他の層
とを、一部分を断面図で示した概要図。

【図５】図４のパイロ電気薄膜層の上に配置された導電
体の付加層の一部分を断面図で示した概要図。

【図６】図１の焦平面アレイの製造の期間中の中間の段
階を、一部分を断面図で示した概要図。

【図７】本発明の他の実施例を取り込んだ多重ヘテロ層
で作成された焦平面アレイを備えたハイブリッド熱画像
作成装置を、一部分を断面図で示した正面概要図。

【符号の説明】

３０、１３０ 焦平面アレイ ３４、１３４ 光学被覆体 ３６、１３６ 共通電極、導電体部材の第１層 ４０、１４０ 熱センサ ４２、１４２ 熱感知素子 ４４、１４４ センサ信号電極 ８２ パイロ電気部材の薄膜層 ８４ 導電体部材の第２層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜層の成長に対し核発生位置を得るた
   めに、液体パイロ電気部材と粒子とを混合することによ
   り、担体基板の上にパイロ電気部材の前記薄膜層を作成
   する段階と、 前記パイロ電気薄膜層を、付随する熱センサの要求され
   た配置および構成に対応してパターニングする段階と、
   を有する、ハイブリッド熱画像作成装置と共に用いられ
   る複数個の熱センサを備えた焦平面アレイを製造する方
   法。
2. 【請求項２】 焦平面アレイに入射する熱放射線を表す
   センサ信号を得るために前記焦平面アレイの中に配置さ
   れ、かつそのおのおのが熱感知素子を有する、複数個の
   熱センサと、 前記熱感知素子の一方側と結合する共通電極、および熱
   感知素子のおのおのの反対側とそれぞれ結合する複数個
   のセンサ信号電極と、 前記共通電極の上に配置され、かつ赤外線を感知する、
   光学被覆体の層と、 担体基板の上に成長されたパイロ電気部材の薄膜層で作
   成された前記熱感知素子と、を有する、集積回路基板の
   上に配置された熱分離構造体と共に装着される複数個の
   熱センサを有する焦平面アレイ。