JPH07243908A

JPH07243908A - 赤外線センサ、その製法および赤外線検知装置

Info

Publication number: JPH07243908A
Application number: JP6038072A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyuki Imaizumi; 三之今泉; Yoshikazu Uchiumi; 良和内海; Masatomi Okumura; 正富奥村; Akira Yamada; 朗山田; Takehiko Sato; 剛彦佐藤
Original assignee: OPT D D MELCO LAB KK; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: OPT D D MELCO LAB KK; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】熱容量が小さく、感度が高い安価な赤外線セ
ンサおよびその製法を提供すると共に、エアコンの作
動、ルーバの移動、ドアの開閉などを自動的に行うた
め、静止した人間などの赤外線を検知する装置を提供す
る。【構成】基板６上に赤外線検知素子形成部を有する絶
縁被膜２が設けられ、該絶縁被膜２の前記素子成形部上
に赤外線検知素子１が設けられ、前記絶縁被膜２の前記
素子形成部の下側に空洞部５が形成された赤外線センサ
であって、前記素子形成部の前記絶縁被膜の空洞部側に
少なくとも前記基板のエッチング液に濡れ性のよい材料
からなる薄膜７および／または反射光を認識し易い反射
板が設けられる。

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、その製法
および赤外線検知装置に関する。さらに詳しくは、冷暖
房機器のＯＮ，ＯＦＦ、冷暖房機器のルーバの移動、ド
アの開閉などにおいて、人の赤外線を検知する焦電性特
性、温度による抵抗変化や熱起電力の変化など熱による
素子特性の変化を利用した赤外線センサ、その製法およ
び赤外線検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人の赤外線を検知できるセンサと
して焦電型の焦電体セラミックスを用いたもの、熱起電
力型のサーモパイル、抵抗体型のボロメータなどが用い
られている。

【０００３】この中でも、比較的感度も高く、価格の安
い焦電型のセンサが有利に用いられている。焦電型の赤
外線センサとしては、焦電性のセラミックスまたは単結
晶の表裏両面に電極が設けられることにより形成されて
いる。焦電型の赤外線センサは、その検出感度を上げる
ため、薄膜で構成され、熱容量を小さくしている。たと
えば特開昭60-180180号公報に開示されている焦電型セ
ンサでは、酸化マグネシウム基板の上に素子を形成し、
あとから基板裏面をエッチングして熱容量を小さくして
いる。また、特開平1-136035号公報や特開平4-158583号
公報には、シリコン基板に溝を形成し、スペーサを入れ
て平滑化し、その上に焦電体検知素子を形成する構造が
開示されている。また、特開平3-287022号公報には、基
板上に所定範囲のレジスト部を形成し、その上に支持膜
を形成し、空間を形成したのち、その上に検知素子を形
成する方法が開示されている。

【０００４】一方、焦電型のセンサは移動する物体また
は温度が変化する物体を検知することはできるが、温度
による分極の変化を測定するため、静止物体および温度
変化のない物体を検知するばあいにはチョッパが必要と
なる。このような赤外線検知装置は、たとえば特開昭63
-65328号公報に開示されているように、１次元焦電型赤
外線検知素子と光チョッパと光スキャナとを備え、２次
元撮像装置とする方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の焦電型センサ
で、前述の酸化マグネシウム基板上に素子を形成するも
のは、酸化マグネシウム基板が安定性に欠けるという欠
点を有している。さらにシリコン基板に溝を形成するも
のは、溝のみにスペーサを埋め込むことが難かしく、基
板と平面をなすように形成するためには研磨しなければ
ならないが、研磨するとシリコン基板を汚染し易いとい
う問題がある。さらに、空間が形成された支持膜上に検
知素子を形成することは難かしく、逆にフォトレジスト
を除去する前に検知素子を形成しようとすると、焦電型
センサでは結晶の生成温度として400℃以上にする必要
があるので、フォトレジストが変形変質するため検知素
子を形成することは不可能である。他の熱起電力型など
の赤外線検知素子も、感度が低いため、一層熱容量を小
さくする必要がある。

【０００６】また、前述のように焦電型センサで静止状
態の赤外線を検知するためには、光チョッパを設けなけ
ればならないが、前述の方法では、光チョッパとして円
盤を羽根状にし回転させているため、素子の一列配列に
適用すると配列の始と終わりはチョップの外側に位置
し、中ほどは内側に位置し、羽根の中心軸に近い方と遠
い方で周速度が異なり、羽根に対して素子が大きいと信
号の修正が必要となる。本発明はこのような問題を解決
し、素子形成部の下側に確実に空洞部が形成され、熱容
量が小さく、高感度の赤外線センサを提供することを目
的とする。

【０００７】本発明の他の目的は、赤外線検知素子の熱
容量を小さくするため、素子形成部の下側に容易に、か
つ、確実に空洞部を形成できる赤外線センサの製法を提
供することにある。

【０００８】本発明のさらに他の目的は、焦電型センサ
を用いて静止物体の赤外線を検知するばあいにも、効率
よく検知することができる赤外線検知装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の赤外線センサは
基板上に赤外線検知素子形成部を有する絶縁被膜が設け
られ、該絶縁被膜の前記素子形成部上に赤外線検知素子
が設けられ、前記絶縁被膜の前記素子形成部の下側に空
洞部が形成された赤外線センサであって、前記素子形成
部の前記絶縁被膜の空洞部側に少なくとも前記基板のエ
ッチング液に濡れ性のよい材料からなる薄膜が設けられ
ている。

【００１０】前記赤外線検知素子が焦電型検知素子であ
って、前記絶縁被膜上にクシ歯が互い違いになるように
形成された一対のクシ形電極と、該クシ形電極の少なく
とも一面側に設けられた焦電体膜とからなることが、焦
電体膜も薄くできるとともに、横方向の分極を利用する
ため検知素子膜に少々のピンホールが生じていても問題
がなく、さらに一対の電極も１回の工程で形成すること
ができるため好ましい。

【００１１】また本発明の赤外線センサの製法は、
（ａ）基板上の素子形成部が設けられる領域に該基板の
エッチング液に濡れ性のよい材料または前記エッチング
液に溶解しやすい材料からなる薄膜を設け、（ｂ）該薄
膜の上および前記基板表面に絶縁被膜を設け、（ｃ）該
絶縁被膜の素子形成部上に赤外線検知素子を形成し、
（ｄ）前記絶縁被膜の素子形成部近傍にエッチング用の
窓部を設け、（ｅ）該エッチング用の窓部から前記素子
形成部の下の前記基板をエッチングして空洞部を形成す
ることを特徴とする。

【００１２】前記絶縁被膜を設ける工程が、あらかじめ常温でスパッタリング法により酸化ケイ素
膜もしくはチッ化ケイ素膜を設けたのち600〜1000℃で
熱処理するか、または 600〜1000℃の加熱下でＣＶＤ法、スパッタリング法
もしくは酸化により酸化ケイ素膜もしくはチッ化ケイ素
膜を設ける工程であることが、アルカリ性のエッチング
液に対する耐性が強くなるため好ましい。

【００１３】さらに本発明の赤外線検知装置は、焦電型
赤外線センサがアレイ状に複数個配列され、該赤外線セ
ンサの前面に該赤外線センサの配列方向に沿って回転す
る複数の孔を有する円筒シャッタが設けられている。

【００１４】

【作用】本発明の赤外線センサおよびその製法によれ
ば、絶縁被膜の素子形成部の基板側に基板のエッチング
液に対して濡れ性のよい薄膜または該エッチング液に対
して溶解性のある薄膜を設けているため、絶縁被膜の窓
部から基板をエッチングする際にエッチング液が素子形
成部の下側に前記薄膜を介して浸透し、素子形成部の下
のみに容易に空洞部を形成することができる。そのた
め、絶縁被膜を非常に薄く形成することができ、赤外線
センサの熱容量を非常に小さくすることができる。

【００１５】さらに本発明の赤外線検知装置によれば、
アレイ状に配列された赤外線センサの前面に複数の孔を
有する回転体を設けているため、感度が高く安価な焦電
型センサを用いながら、静止した人間などの赤外線を継
続的に検知することができる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の赤外線センサの一実施例の基
本概念を示す平面説明図の一部で、図２はそのＡ−Ａ線
断面説明図である。図１〜２において、１は赤外線検知
素子で、基板６上に設けられた絶縁被膜２の素子形成部
２ａ上に形成されている。３は素子形成部２ａの下側の
基板６に空洞５を形成するための絶縁被膜２に設けられ
た窓部で、この窓部３から基板６がエッチングされるこ
とにより空洞５が形成されている。空洞５の周囲に残存
した基板６により格子部６ａが形成され、素子形成部２
ａは格子部６ａ上の絶縁被膜２と橋梁部２ｂを介して連
結しており、保持されている。その結果、赤外線検知素
子１は空洞５上に橋梁部２ｂで支えられた薄い絶縁被膜
２により宙吊りの形で保持され、熱容量を小さくしてい
る。本発明では、素子形成部２ａの下側（裏面側）に基
板６のエッチング液と濡れ性のよい薄膜７が設けられて
いることに特徴がある。なお、薄膜７と素子形成部との
あいだに金属膜または着色剤膜が設けられることが、後
工程での位置合わせをするのに見易くて好ましい。すな
わち、本実施例の赤外線センサの製法で詳述するよう
に、素子形成部２ａの部分のみ、絶縁被膜２と基板６と
のあいだにエッチング液と濡れ性のよい薄膜７が設けら
れているため、窓部３から基板６をエッチングする際に
薄膜７と基板６とのあいだにエッチング液が浸透し易
く、素子形成部２ａの下側のみをエッチングし、空洞５
を形成するのに短時間で行うことができる。

【００１７】赤外線検知素子１としては、焦電体材料の
分極を両電極により検知する焦電型検知素子、抵抗体の
温度による抵抗変化を検知する抵抗体型検知素子、サー
モパイルなどの温度による熱起電力の変化を検知する熱
起電力型検知素子、および交流駆動するコンデンサ型検
知素子などの、熱容量を小さくすることにより検知感度
を向上することができる検知素子に共通して適用でき
る。なかでも焦電型検知素子は熱容量を小さくすること
によって、高い感度がえられ、価格が安いため、とくに
好ましい。

【００１８】焦電型検知素子に用いる焦電体材料として
は、ＰｂＴｉＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、Ｐｂ（Ｔｉ_1-xＺｒ_x）
Ｏ₃などが用いられ、これらをスパッタターゲットとし
て、基板を500℃程度に加熱してスパッタリングするこ
とによりペロブスカイト構造の焦電体膜をうることがで
きる。焦電体材料としては、ペロブスカイト構造以外に
もＳｒ_1-xＢａ_xＮｂ₂Ｏ₅などは高い焦電性をうることが
できる。また、焦電体膜の下に設ける下部電極として
は、白金、金などが各工程の処理に対する耐性が強いた
め、好適に使用されることができる。しかし、白金や金
は焦電体膜や絶縁被膜との接着性が低いため、絶縁被膜
や焦電体膜と電極とのあいだにクロム金属、チタン金
属、チッ化チタン膜などを介在させることが電極の接着
性の点から好ましい。また、上部電極としては、赤外線
吸収性の高いニクロム、炭化ケイ素系、カーボン系など
の導電膜を使用すると赤外線を効率よく吸収できるの
で、好ましい。

【００１９】基板６としては、素子形成部２ａの下側に
空洞５を形成することができる化学的に異方性エッチン
グをすることができるものであればよいが、とくに（10
0）面または（110）面の結晶面を有するシリコン基板
が、素子形成部２ａの下のみに凹部を形成し易いこと
と、絶縁被膜２の形成など、製造プロセスが容易である
ため、とくに好ましい。

【００２０】また絶縁被膜２は基板上に0.05〜１μｍ程
度の厚さで形成でき、電気的絶縁性であるとともに、熱
伝導がわるく、機械的強度を有する膜であれば何でもよ
いが、酸化ケイ素膜、チッ化ケイ素膜またはこれらの混
合膜が前述の諸特性がえられることおよび膜の形成がし
易いことなどの点からとくに好ましい。しかし、酸化ケ
イ素は基板のエッチング溶液である水酸化カリウム水溶
液によってエッチングされ、窓部３が大きくなり、チッ
化ケイ素は間隙部が大きくなるのを防止する効果があ
る。そのため、エッチング液として水酸化カリウム水溶
液を用いるばあいはチッ化ケイ素膜を使用することが好
ましい。また、絶縁被膜２の一部は素子形成部２ａとす
るため、熱伝導を抑制する点から、さらに好ましくは0.
05〜0.5μｍ程度の厚さに形成されることが好ましい。

【００２１】素子形成部２ａは熱の逃げを小さくして熱
容量をできるだけ小さくするため、周囲から隔離するこ
とが好ましいが、たとえば基板として用いるシリコン基
板の結晶方向を利用してそれぞれ直交する２本の平行線
により囲まれた四角形の内側で、シリコン基板のエッチ
ングのため四角形の四隅に直角三角形状の窓部３が設け
られ、四角形状に形成されるとともに、四角形状の素子
形成部の四隅で格子部６ａと橋梁部２ｂを介して接続さ
れ、保持される形状にすることが、製造が容易であると
ともに熱容量を小さくできる点から好ましい。

【００２２】前述の基板６のエッチング液に対し濡れ性
のよい薄膜としては、窓部３からのエッチング液が、素
子形成部２ａ下の基板６と接触し易く、素子形成部２ａ
直下の基板６のエッチングを早く、かつ、確実に完了で
きるようにするもので、基板６としてシリコン基板を用
いたばあい、酸化亜鉛膜、アモルファス酸化アルミニウ
ム（ＡｌＯｘ）膜、ホウケイ酸ガラス膜、チッ化アルミ
ニウム（ＡｌＮｘ）膜などを用いることができる。また
シリコンのエッチング液として使用されるアルカリ溶液
に溶解しやすいＣｕＯ、ＭｇＯなどでもよい。このばあ
いは、製品としての赤外線センサにはこの薄膜は残存し
なくなる。この薄膜はエッチング液を素子形成部２ａ下
の基板表面に浸透させ易くするもので、0.01〜0.05μｍ
程度設けられれば充分である。あまり厚くなると素子形
成部２ａの高さが大きくなり端部で電極膜あるいは検知
素子膜が切れやすくなり、薄すぎるとエッチング液を浸
透させ易くするという目的を達せないからである。

【００２３】エッチング液に対して濡れ性のよい薄膜７
を設けると、この薄膜７は前述のように、0.01〜0.05μ
ｍ程度と非常に薄いため、色差が少なく、後工程で使用
するマスク合わせが非常に難しくなる。そのため、薄膜
７と絶縁被膜２の素子形成部２ａとのあいだに反射光を
認識し易い金属膜または着色剤膜などの反射膜８を介在
させることが好ましい。反射膜８を設けることにより、
反射光を観測し易くなる。この反射膜８も0.01〜0.05μ
ｍ程度の厚さ設けられれば、マスク合わせに充分寄与
し、逆にこれより厚くなると素子形成部の熱容量が大き
くなり過ぎてセンサの感度が低下し、好ましくない。赤
外線検知素子１の電極が素子形成部２の全面に形成され
ていないばあいは、検知素子１部に入射した赤外線のう
ち一部は電極のあいだを透過して空洞５の方に逃げてし
まうが、反射膜８として金属膜が設けられていると、金
属膜で反射するため、入射した熱を効率よく吸収できる
という利点も生じる。このような金属膜としては、たと
えばＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｕな
どを用いることができる。これらの金属膜はスパッタリ
ングなどによる形成法が簡単であるとともに、充分な反
射がえられるから好ましい。また、反射膜として金属膜
ではなく、着色剤膜を使用するばあいはＭｎＯ₂、Ｃｒ₂
Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、Ｃなどを使用すれば、反射光
を認識し易く、マスクの位置合わせを容易に行うことが
できる。

【００２４】本発明の好ましい態様はつぎのとおりであ
る。

【００２５】本願発明の赤外線センサの好ましい態様
は、基板上に赤外線検知素子形成部を有する絶縁被膜が
設けられ、該絶縁被膜の前記素子成形部上に赤外線検知
素子が設けられ、前記絶縁被膜の前記素子形成部の下側
に空洞部が形成された赤外線センサであって、前記素子
形成部の前記絶縁被膜の空洞部側に少なくとも反射光を
認識し易い反射膜が設けられているものである。

【００２６】反射光を認識し易い反射膜を素子形成部の
下側に設けることにより、エッチング液に対して濡れ性
のよい薄膜やエッチング液に溶解し易い薄膜が設けられ
たばあいでも、のちのマスク合わせが容易で、精密な赤
外線センサがえられる。

【００２７】前記反射膜は金属膜であることが反射光が
明確でマスク合わせをし易いとともに、検知素子として
たとえばクシ形のように隙間のある電極を用いたばあい
に隙間を透過した赤外線を反射させることができ、赤外
線を有効に利用できるため好ましい。

【００２８】また、金属膜としてはＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｎｂ、Ｔａ、ＡｕまたはＰｔの少なくとも１種からなる
ものであることが、成膜の容易さおよび反射効率が高い
点から好ましい。

【００２９】さらに、前記反射膜が着色剤膜であっても
マスク合わせをするとき反射光を認識し易く、正確なパ
ターニングをすることができて好ましい。

【００３０】前記反射膜の前記空洞部側にさらに前記基
板のエッチング溶液に濡れ性のよい材料からなる薄膜が
設けられていることが、素子形成部下の基板のエッチン
グを短時間で行なえるため好ましい。

【００３１】前記エッチング液に濡れ性のよい膜が酸化
亜鉛膜、アモルファス酸化アルミニウム膜、ホウケイ酸
ガラス膜またはチッ化アルミニウム膜の少なくもと１種
からなることが、基板のエッチング液としてよく用いら
れるアルカリ溶液と濡れ性がよくエッチング作用を早め
ることができて好ましい。

【００３２】前記基板が（100）面または（110）面の結
晶面を有するシリコン基板であることが、異方性エッチ
ングにより、素子形成部の下側のみに空洞部を形成する
ことができて好ましい。

【００３３】さらに、前記絶縁被膜が酸化ケイ素膜、チ
ッ化ケイ素膜または酸化ジルコニウム膜であることが、
基板のエッチング液に対して耐性が強いとともに、膜形
成が容易であるため好ましい。

【００３４】また、前記素子形成部が四角形状に形成さ
れ、該四角形状の前記素子形成部の四隅が前記空洞部の
周囲に残留した基板の格子部に接続された橋梁部により
保持されていることが、素子形成部の熱容量を小さくす
ることができ、かつ、赤外線センサの感度を向上させる
点から好ましい。

【００３５】前記赤外線検知素子が焦電型の検知素子で
あることが、感度が高く、安価に形成できるため好まし
い。

【００３６】赤外線検知素子が焦電型検知素子であるば
あいに、前記絶縁被膜上にクシ歯が互い違いになるよう
に形成された一対のクシ形電極と、該クシ形電極の少な
くとも一面側に設けられた検知素子膜とからなり、検知
素子膜として、焦電体膜を用いるばあい、該焦電体膜の
厚さが0.2〜５μｍであることが、小さい熱容量で分極
作用を完全ならしめるのに好ましい。

【００３７】また、検知素子膜としては抵抗体で形成さ
れてもよい。

【００３８】前記抵抗体からなる検知素子が、前記絶縁
被膜上にクシ歯が互い違いになるように形成された一対
のクシ形電極と、該クシ形電極の少なくとも一面側に設
けられた抵抗体膜とからなるものでも結晶性をうるため
の熱処理をする必要がなく好ましい。

【００３９】前記抵抗体膜が、酸化マンガン−酸化コバ
ルト−酸化ニッケル系サーミスタ抵抗体、炭化ケイ素ま
たはカーボン系抵抗体の少なくとも一種からなること
が、形成が容易で、小さな赤外線の変化でも検知できる
ため好ましい。

【００４０】前記検知素子は、また熱起電力型検知素子
やコンデンサ型検知素子であっても絶対温度を測定でき
る点から好ましい。

【００４１】本発明の赤外線センサの製法である（ａ）
基板上の素子形成部に該基板のエッチング溶液に濡れ性
のよい材料からなる薄膜を設け、（ｂ）該薄膜の上およ
び前記基板表面に絶縁被膜を設け、（ｃ）該絶縁被膜の
素子形成部上に赤外線検知素子を形成し、（ｄ）前記絶
縁被膜の素子形成部近傍にエッチング用の窓部を設け、
（ｅ）該エッチング用の窓部から前記素子形成部の下の
前記基板をエッチングして空洞部を形成する工程からな
る製法において、（ａ）工程と（ｂ）工程とのあいだに
反射光を認識し易い反射膜を設ける工程をさらに有して
いることが、あと工程でマスク合わせを正確に行い易く
なるため好ましい。

【００４２】前記基板として（100）面または（110）面
のシリコン基板を用い、前記素子形成領域を面上の（01
0）面および（001）面に平行な線または（111）面に平
行な線で形成することが、エッチング部と非エッチング
部の境界線を直線にできる点から好ましい。

【００４３】前記基板表面の素子形成部への電極および
／または検知素子材料からなる膜の形成を、リフトオフ
法により設け、かつ、該膜を形成したのち該膜の周囲に
残存するバリを布で拭うことにより取り除くことが、電
極や検知素子の膜を境界線で切断させないために好まし
い。

【００４４】本発明のアレイ状の焦電型赤外線センサの
前面に回転運動する複数の孔を有する円筒シャッタが設
けられた赤外線検知素子において、前記赤外線センサが
少なくとも円錐台の周面を含む少なくとも２面からなる
面に複数個配列され、前記円筒シャッタも該赤外線セン
サが配列された面に沿った少なくとも２面を有するシャ
ッタであれば、小さなセンサで広範囲に静止した人間な
どの赤外線を正確に検知し、位置を特定できるため好ま
しい。

【００４５】つぎに具体的な実施例により、本発明の赤
外線センサの製法および赤外線検出装置について説明す
る。

【００４６】［実施例１］図３〜４は本発明の赤外線セ
ンサの一実施例である焦電型赤外線センサの製造工程を
示す図で、それぞれ断面説明図および平面説明図で示し
てある。

【００４７】まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、
たとえば（100）面または（110）面のｎ型シリコン基板
からなる基板６の素子形成部にエッチング液に濡れ性の
よい材料またはエッチング液に溶解しやすい材料からな
る薄膜７および該薄膜７上に金属膜または着色剤膜から
なる反射光を認識し易い反射膜８を設ける。具体的に
は、基板６上の全面にたとえばフォトレジストを塗布
し、（111）面に平行な複数の２本単位の直交する線に
よって囲まれる四角形内において、素子形成部のフォト
レジストを除去し、素子形成部以外のところにフォトレ
ジスト層９を設け、ついでスパッタリング法またはＣＶ
Ｄ法などにより、シリコン基板のエッチング液、たとえ
ばＫＯＨ水溶液に濡れ性のよい材料、たとえば酸化亜鉛
からなる薄膜７および、たとえばクロムからなる金属膜
をそれぞれ0.01〜0.05μｍ程度ずつ設ける。そののちア
セトンなどによりフォトレジストを溶解除去することに
より、素子形成部以外の薄膜７および反射膜８は除去さ
れる（リフトオフ）。

【００４８】ついで、図３（ｃ）に示すように、反射膜
８および基板６の表面全面に絶縁被膜２を設ける。具体
的には周知のＣＶＤ法またはスパッター法により酸化シ
リコンやチッ化シリコンを堆積させることにより形成す
る。

【００４９】このばあい、常温付近でスパッタリング法
により酸化ケイ素膜やチッ化ケイ素膜を設けたのち、基
板全体を600〜1000℃のチッ素フンイキ下で熱処理する
ことにより、または600〜1000℃の加熱下でＣＶＤ法、
スパッタリング法もしくは酸化により酸化ケイ素膜やチ
ッ化ケイ素膜を設けることにより、アルカリに対する耐
性が強くなり、基板のエッチング時に侵されることがな
く好ましい。

【００５０】つぎに絶縁被膜２の素子形成部２ａ上に赤
外線検知素子を形成する。具体的には図３（ｄ）〜図４
（ｅ）に示すように、下部電極11、焦電体膜12、上部電
極13を順次形成する。たとえば、全面にフォトレジスト
を塗布し、下部電極11部および配線部のパターンを露光
し、Ｃｒ、Ｔｉなどの金属膜をスパッタリングなどによ
り設け、その上にＰｔまたはＡｕを設け、そののちフォ
トレジストを除去することによりフォトレジスト層上の
金属膜も同時に除去（リフトオフ）することができ、下
部電極11およびその配線部を形成することができる（図
３（ｄ）参照）。つぎに、焦電体膜12の形成部に相当す
る孔のあいた金属マスクを用いて、５００℃程度に加熱
して、ＢａＴｉＯ_３などの焦電体材料をスパッタリング
により堆積させ、マスクを除去することにより、下部電
極11上にのみ焦電体膜を設けることができる。さらに上
部電極13およびその配線（図示せず）は下部電極と同様
にリフトオフ法により所定形状に形成することができ
る。図４（ｅ）において、上部電極13からの配線が赤外
線検知素子膜上で終了しているが、金属マスクを使用す
ると、一般にマスクの端で膜の端部が直角な切れを示さ
ず斜めの坂を形成するので、さらに延ばして絶縁被膜上
にきても配線の切れは起こらない。

【００５１】つぎに、前記絶縁被膜の素子形成部近傍に
エッチング窓を設ける。具体的には図４（ｆ）の平面説
明図に示すように、フォトレジスト25を基板６の表面全
面に塗布し、露光して窓部３の部分のみフォトレジスト
を除去し、フッ酸とフッ化アンモンの混合水溶液などに
よりエッチングすることにより基板６のシリコンを露出
させる。そののちフォトレジストを除去する。

【００５２】ついで、エッチング用窓から前記素子形成
部の下の前記基板をエッチングして空洞部を形成する。
具体的には水酸化カリウム水溶液、有機アルカリ水溶液
などのエッチング液の中に浸漬し窓部３からエッチング
液と接触させることにより、エッチング液は濡れ性のよ
い薄膜７を介して素子形成部２ａの下側に浸透し、シリ
コン基板の結晶面に沿ってシリコンがエッチングされ、
図４（ｇ）の断面説明図に示すように、断面が逆三角形
状の空洞５が容易に形成される。

【００５３】以上の方法の要点は、電極パターン、エッ
チング液の濡れ性のよい薄膜、焦電体膜はリフトオフ法
（フォトレジストにパターンを露光し、現像後、フォト
レジスト上も含めて金属膜を形成し、のちに、フォトレ
ジストを除去するときに、フォトレジスト上の金属膜も
除去する方法）で必要部分に形成されることである。リ
フトオフ法の利点はフォトレジスト層を除去する溶剤と
して、アセトンのように、毒性の少ない溶剤で処理でき
ることである。

【００５４】リフトオフ法においては、フォトレジスト
層を溶剤中で除去する際、超音波洗浄器を使うのがよい
効果をあたえるが、フォトレジスト層が除去されたのち
も、パターンの周囲にバリが残留する。そこで、このバ
リを除去するために、柔らかい布に溶剤を浸して、パタ
ーン表面を数度軽く拭うことが好ましい。

【００５５】［実施例２］図５は本発明の赤外線センサ
の焦電型の他の実施例の検知素子部の説明図で、（ａ）
は平面説明図、（ｂ）は断面説明図である。本実施例で
は焦電体を挟んで設けられる電極を、焦電体膜10の一面
に相互にクシ形電極14、15として互い違いになるように
設けたものである。なお図５中の矢印17は分極方向を示
す。

【００５６】赤外線センサが焦電体材料のばあい、これ
までほとんど、厚さが100μｍ程度もあるセラミックス
が使われてきた。したがって、電極はその上下に形成さ
れ、分極する方法がとられてきた。しかし、厚さが数μ
ｍ程度の薄い膜となると、膜に平行な方向に電圧を印加
して分極しても厚さ方向すべてにわたって矢印17のよう
に分極できる。また、光の振動は固体中においては分極
振動であり、分極方向と一致する。このばあい焦電体膜
の上下に電極が形成されているばあいに比較して、焦電
体膜に少々ピンホールがあっても検知できるという利点
がある。図５（ａ）においては、電極が、膜の上部に形
成されているが、検知素子の下部に形成されているほう
が、フンイキの影響を受け難いため、信頼性が高い。ま
た、電極が下部のみに形成されていると、厚さのある焦
電体膜の上部からの配線を平面に下ろす必要がなく、配
線の端部における切断の心配がないという利点がある。

【００５７】［実施例３］図６〜７は本発明の赤外線セ
ンサの他の実施例で検知素子が抵抗体のばあいの実施例
の製造方法を示す断面説明図および平面説明図である。
111は互い違いに反対の極となる一方のクシ形電極、131
はもう一方の電極、121は抵抗体膜である。

【００５８】まず、図６（ａ）〜（ｃ）は図３（ａ）〜
（ｃ）についての実施例１の説明と同様に、基板６上の
素子形成部分にエッチング液に濡れ性のよい薄膜７およ
び反射膜８を設け、基板６の表面全面に絶縁被膜２を設
ける。

【００５９】ついで両電極111、131を実施例１同様にリ
フトオフ法により設ける。本実施例では両電極を実施例
２の焦電型と同様に同一面にクシ形電極で形成し、互い
違いになるように設けている。ついで、たとえば酸化マ
ンガン−酸化コバルト−酸化ニッケル系のサーミスタ抵
抗体からなる抵抗体膜を素子形成部２ａ上に形成する。
この抵抗体膜の形成も前述の焦電体膜と同様に、フォト
レジスト層を基板６の表面全面に設け、センサ形成部２
ａ上のみフォトレジスト層を除去し、抵抗体膜121をス
パッタリングなどにより形成したのち、フォトレジスト
層を、たとえばアセトン溶剤で除去することにより、フ
ォトレジスト層上の抵抗体膜も一緒に除去され、素子形
成部のみに抵抗体膜を形成できる。抵抗体型赤外線セン
サは赤外線の照射により変化する抵抗変化を検出するこ
とにより赤外線の存在を検出するもので、このような構
造にしても両電極111、131間の抵抗は抵抗体膜121の温
度変化により変化するため、正確に検知できる。しかも
赤外線の照射側に電極を設けなくてもよいため、照射さ
れる赤外線を効率よく検知することができる。

【００６０】つぎに、図７（ｆ）に示すように、実施例
１と同様に窓部３を設ける。ついで図７（ｇ）に示すよ
うに、実施例１と同様に窓部３からエッチング液を注入
してシリコン基板を異方性エッチングし空洞５を形成す
る。

【００６１】本実施例においても、エッチング液に濡れ
性のよい薄膜７はシリコン基板をエッチングして素子形
成部の下に空洞を形成し易くするための手段であるが、
反射膜８として金属膜を使用すれば電極のすきまから逃
げる赤外線を反射するためにも有効となる。ただし、こ
のばあい、絶縁被膜２の厚さが薄くて、抵抗体膜121に
比べて抵抗が小さいばあい、電流はもっぱら絶縁被膜２
中を流れるので、注意を要する。

【００６２】抵抗体の検知素子としては、酸化マンガン
−酸化コバルト−酸化ニッケル系サーミスタ抵抗体薄膜
のほかに、炭化ケイ素、カーボン系抵抗体膜などを使用
することができる。本発明によれば検知素子部の熱容量
を小さくできるため、感度があまりよくない抵抗体を利
用した検知素子でも赤外線センサとして実用化できる。
抵抗体膜のばあい、検知素子膜はアモルファス質でもよ
いため、室温で形成でき、センサ膜の形成領域をフォト
レジストのリフトオフ法により制限することができる。

【００６３】［実施例４］図８は人間を検知する赤外線
センサ（検知素子）アレイにシャッタを形成したばあい
の実施例である。18は検知素子アレイ、19はドラムであ
り、ドラム19には複数の孔（ピンホール）20が形成され
ている。21はこのドラムを回転または往復運動するため
の軸である。焦電型赤外線センサ（検知素子）において
は、人の赤外線を検知すると、焦電体材料の温度が上が
り、自発分極が変わるが、その変化に対応できなかった
電荷が検知されるものである。したがって、焦電型赤外
線センサ（検知素子）においては、移動する人を検知す
ることはできるが、静止する人を検知するには、シャッ
タをつけて、温度をもとに戻さなければならない。この
ため、通常は、スリットを有する回転体をおき、光をチ
ョッピングする。しかし、単素子のばあいはこれでもよ
いが、回転体では一列に配列されたセンサ素子において
端部は外側、中程は内側を通り外側の素子と内側の素子
では周速度が異なるため、光の照射される時間が異なる
ことになる。図８に示される例はこれを解決するために
なされた発明である。図８において、孔（ピンホール）
20がドラム19の回転によって右から左にうつると、素子
アレイの上段を右から左に検知し、上段が終了すると、
ただちに、次段の孔（ピンホール）20がきて、次段の素
子アレイを右から左に検知する。

【００６４】本実施例によれば、ドラムによりチョッピ
ングしているため、センサ素子の位置にかかわらず周速
度が同じで正確に位置を検知することができる効果があ
る。

【００６５】［実施例５］図９は人間を検知する赤外線
センサ（検知素子）を３次元的に配列したばあいの例
で、赤外線センサの前に孔（ピンホール）を有する回転
できる３次元的な形状のドラムを配置した赤外線検知装
置である。22は赤外線センサ（検知素子）の配列、23は
２段になった孔を有するドラムである。この例では、検
知素子を半円形に８個、さらに下段にやや下向きに８個
配列されている。このようにすることにより、人の検知
を左から右までおよび前後に行うことができ、立体的に
人間などの位置を検知することができるという効果があ
る。なお、この例ではドラム23の孔24をすこし多く入れ
ているが、基本的には、まず、１個の孔で上段を走査
し、つぎにくる下段の孔で下段を走査することになる。
この方法は、人間の静止体でも検知できるが、人間よ
り、高い温度部分があると誤動作することになるため、
背景温度をあらかじめ記憶するなどして、その差を検知
する必要がある。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、センサ
下部を空洞化するため、エッチング液に濡れ性のよい薄
膜またはエッチング液に溶解性のある薄膜を絶縁被膜と
基板のあいだに介在させているため、基板をエッチング
し易くなる。その結果、素子形成部の下側に容易に、か
つ、確実に空洞部を形成することができ、熱容量が小さ
く、高感度の赤外線センサがえられる。

【００６７】また容易にエッチングすることができるた
め、製造工数を短縮することができ、安価な赤外線セン
サがえられる。

【００６８】さらに、検知素子の配列を孔開きドラムを
用いて走査する赤外線検知装置とすることにより、焦電
型赤外線センサにより静止体でも正確に検知でき、ま
た、その位置も検知できるという利点がある。

【００６９】［本発明の好ましい態様］（１）基板上に赤外線検知素子形成部を有する絶縁被膜
が設けられ、該絶縁被膜の前記素子形成部上に赤外線検
知素子が設けられ、前記絶縁被膜の前記素子形成部の下
側に空洞部が形成された赤外線センサであって、前記素
子形成部の前記絶縁被膜の空洞部側に少なくとも反射光
を認識し易い反射膜が設けられてなる赤外線センサ。

【００７０】（２）前記反射膜が金属膜である（１）記
載の赤外線センサ。

【００７１】（３）前記金属膜がＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍ
ｏ、ＮｂまたはＰｔの少なくとも１種からなる（２）記
載の赤外線センサ。

【００７２】（４）前記反射膜が着色剤膜である（１）
記載の赤外線センサ。

【００７３】（５）前記反射膜の前記空胴部側にさらに
前記基板のエッチング溶液に濡れ性のよい材料からなる
薄膜が設けられてなる（１）記載の赤外線センサ。

【００７４】（６）前記エッチング溶液に濡れ性のよい
膜がアモルファス酸化アルミニウム膜またはチッ化アル
ミニウム膜からなる（５）または請求項１記載の赤外線
センサ。

【００７５】（７）前記基板が（100）面または（110）
面の結晶面を有するシリコン基板である（１）、
（２）、（３）、（４）、（５）、（６）または請求項
１記載の赤外線センサ。

【００７６】（８）前記絶縁被膜が酸化ケイ素膜である
（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、
（７）または請求項１記載の赤外線センサ。

【００７７】（９）前記絶縁被膜がチッ化ケイ素膜また
は酸化ジルコニウム膜である（１）、（２）、（３）、
（４）、（５）、（６）、（７）または請求項１記載の
赤外線センサ。

【００７８】（10）前記素子形成部が四角形状に形成さ
れ、該四角形状の前記素子形成部の四隅が前記空洞部の
周囲に残留した基板の格子部に接続された橋梁部によっ
て保持されてなる（１）、（２）、（３）、（４）、
（５）、（６）、（７）、（８）、（９）または請求項
１記載の赤外線センサ。

【００７９】（11）前記赤外線検知素子が焦電型の検知
素子である（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、
（６）、（７）、（８）、（９）、（10）または請求項
１記載の赤外線センサ。

【００８０】（12）前記焦電体膜の厚さが0.2〜５μｍ
である請求項２記載の赤外線センサ。

【００８１】（13）前記赤外線検知素子が抵抗体からな
る検知素子である（１）、（２）、（３）、（４）、
（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（10）また
は請求項１記載の赤外線センサ。

【００８２】（14）前記抵抗体からなる検知素子が、前
記絶縁被膜上にクシ歯が互い違いになるように形成され
た一対のクシ形電極と、該クシ形電極の少なくとも一面
側に設けられた抵抗体膜とからなる（13）記載の赤外線
センサ。

【００８３】（15）抵抗体膜が、酸化マンガン−酸化コ
バルト−酸化ニッケル系サーミスタ抵抗体、炭化ケイ素
またはカーボン系抵抗体の少なくとも１種からなる（1
3）記載の赤外線センサ。

【００８４】（16）前記赤外線検知素子が熱起電力型の
検知素子である（１）、（２）、（３）、（４）、
（５）、（６）、（７）、（８）または請求項１記載の
赤外線センサ。

【００８５】（17）前記赤外線検知素子がコンデンサ型
の検知素子である（１）、（２）、（３）、（４）、
（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（10）また
は請求項１記載の赤外線センサ。

【００８６】（18）請求項３の（ａ）工程と（ｂ）工程
とのあいだに反射光を認識し易い反射膜を設ける工程を
さらに有してなる請求項３記載の赤外線センサの製法。

【００８７】（19）前記基板として（100）面または（1
10）面のシリコン基板を用い、前記素子形成領域を面上
の（010）面および（001）面に平行な線または（111）
面に平行な線で形成することを特徴とする（18）または
請求項３記載の赤外線センサの製法。

【００８８】（20）前記の基板表面の素子形成部への電
極および／または検知素子材料からなる膜の形成を、リ
フトオフ法により設け、かつ、該膜を形成したのちに該
膜の周囲に残存するバリを布で拭うことにより取り除く
ことを特徴とする（18）、（19）、（20）または請求項
３記載の赤外線センサの製法。

【００８９】（21）前記焦電型赤外線センサが少なくと
も円錐台の周面を含む少なくとも２面からなる面に複数
個配列され、前記円筒シャッタも該赤外線センサが配列
された面に沿った少なくとも２面を有するシャッタであ
る請求項５記載の赤外線検知装置。

【００９０】（22）前記焦電型赤外線センサが、（１）
または請求項１記載の赤外線センサである（21）または
請求項５記載の赤外線検知装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外線センサの一実施例の平面説明図
である。

【図２】図１の断面説明図である。

【図３】本発明の赤外線センサの一実施例の製法を示す
断面説明図および平面説明図である。

【図４】本発明の赤外線センサの一実施例の製法を示す
断面説明図および平面説明図である。

【図５】本発明の赤外線センサの他の実施例の電極構造
の説明図である。

【図６】本発明の赤外線センサのさらに他の実施例の製
法を示す断面説明図および平面説明図である。

【図７】本発明の赤外線センサのさらに他の実施例の製
法を示す断面説明図および平面説明図である。

【図８】本発明の赤外線検知装置の一実施例の赤外線セ
ンサのアレイと円筒チョッパの関係を示す説明図であ
る。

【図９】本発明の赤外線検知装置の他の実施例の赤外線
センサのアレイと円筒チョッパの関係を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１赤外線検知素子２絶縁被膜２ａ素子形成部２ｂ橋梁部３窓部５空洞６基板６ａ格子部７薄膜８反射膜１８検知素子アレイ１９ドラム２０孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｊ 5/02 ＱＨ０１Ｌ 21/306 37/02 (72)発明者内海良和尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者奥村正富尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者山田朗尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者佐藤剛彦尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に赤外線検知素子形成部を有する
絶縁被膜が設けられ、該絶縁被膜の前記素子形成部上に
赤外線検知素子が設けられ、前記絶縁被膜の前記素子形
成部の下側に空洞部が形成された赤外線センサであっ
て、前記素子形成部の前記絶縁被膜の空洞部側に少なく
とも前記基板のエッチング液に濡れ性のよい材料からな
る薄膜が設けられてなる赤外線センサ。
【請求項２】前記赤外線検知素子が焦電型検知素子で
あって、前記絶縁被膜上にクシ歯が互い違いになるよう
に形成された一対のクシ形電極と、該クシ形電極の少な
くとも一面側に設けられた焦電体膜とからなる請求項１
記載の赤外線センサ。
【請求項３】（ａ）基板上の素子形成部が設けられる
領域に該基板のエッチング溶液に濡れ性のよい材料また
は前記エッチング液に溶解しやすい材料からなる薄膜を
設け、（ｂ）該薄膜の上および前記基板表面に絶縁被膜
を設け、（ｃ）該絶縁被膜の素子形成部上に赤外線検知
素子を形成し、（ｄ）前記絶縁被膜の素子形成部近傍に
エッチング用の窓部を設け、（ｅ）該エッチング用の窓
部から前記素子形成部の下の前記基板をエッチングして
空洞部を形成することを特徴とする赤外線センサの製
法。
【請求項４】前記絶縁被膜を設ける工程が、あらかじめ常温でスパッタリング法により酸化ケイ素
膜もしくはチッ化ケイ素膜を設けたのち600〜1000℃で
熱処理するか、または 600〜1000℃の加熱下でＣＶＤ法、スパッタリング法
もしくは酸化により酸化ケイ素膜もしくはチッ化ケイ素
膜を設ける工程である請求項３記載の赤外線センサの製
法。
【請求項５】焦電型赤外線センサが円筒表面上に複数
個配列され、該赤外線センサの前面に該赤外線センサの
配列方向に沿って回転運動する複数の孔を有する円筒シ
ャッタが設けられてなる赤外線検知装置。