JPH08130332A - 薄膜型焦電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】絶縁支持膜と、該絶縁支持膜をその周辺部にお
いて保持する基板と、該絶縁支持膜の上に順次、積層し
て形成した下部電極、焦電体薄膜、上部電極とを具備す
る薄膜型焦電センサにおいては、絶縁支持膜と焦電体薄
膜との接触領域においてクラックが発生し易いという問
題があった。本発明はこの問題を解決する。 【構成】前記焦電体薄膜は、少なくとも前記下部電極を
除く部分において、前記絶縁支持膜との間に、線膨張係
数が前記焦電体薄膜と前記絶縁支持膜との中間の特性を
有する絶縁体の緩衝膜を介在させて設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱源から放射された赤
外線を検出する薄膜型焦電センサの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来用いられている薄膜型焦電センサの
例として、第１の例および第２の例を、それぞれ図２お
よび図３に示す。

【０００３】第１例の焦電センサは、特開昭６３−１１
６３０４号公報等に見られる型のもので、図２に示すよ
うに、バルクの基板１の上に、下部電極２、強誘電体材
料よりなる焦電体膜３、上部電極４を順に積層して構成
したものである。

【０００４】このような構造のものでは、焦電体膜や上
・下電極は、厚みのある基板１上に乗っているため機械
的に強固に支持されており、上・下電極からの電極取出
しは、基板１上を這わせることなく、リード線５により
直接取り出すことができる。

【０００５】第２例の焦電センサは、特公昭６２−１２
４５４号公報等に見られるもので、図３に示すように、
半導体単結晶等の基板６の上に酸化物皮膜、窒化物皮膜
等の絶縁支持膜８を形成し、その上に下部電極９および
その電極取出し配線１０、焦電体薄膜１１、上部電極１
３およびその電極取出し配線１４を蒸着やスパッタ等の
方法で順次積層して設けた後、焦電体薄膜１１を被着し
た部分の下側の基板をエッチングにより除去し、空洞部
７を形成したものである。

【０００６】このような、焦電体薄膜、上・下電極を絶
縁支持膜上に設け、これら薄膜部をその周辺部の基板で
保持した構造の薄膜型焦電センサは、薄膜部の厚さを５
μｍ程度以下と薄くできる上、薄膜部は絶縁支持膜のみ
で支持されるので、センサ主要部の熱容量を著しく小さ
くすることができ、感度特性、応答速度の優れた素子を
実現することができる。

【０００７】本例のような構造の場合、上・下電極は第
１例の場合のように強固には支持されないので、各電極
からの直接の電極取出し配線は無理である。そのため、
電極取出しは、エッチングされていない基板部分の絶縁
支持膜上の端子へ配線パターンを被着して行っている。

【０００８】この場合、上部電極の取出し配線１４と下
部電極９との絶縁を確保する必要があるが、図示したよ
うに、焦電体薄膜１１を下部電極の９の上面のみでな
く、その周辺の絶縁支持膜８上にも被着し、その上に上
記電極取出し配線１４を這わせることで絶縁を保たせて
いる。なお、この配線パターンは、熱容量、浮遊容量、
熱伝導の低減が重要であることから、通常できるだけ細
くし、かつ相互にできるだけ距離を離して設けられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の第１例の型の焦
電センサは、構造が簡単でクラック発生等の心配のない
強固な素子に作れるが、センサの主要部が厚い基板上に
設けられるので、熱容量が大きく、そのため感度が小さ
く、応答が遅くなるという欠点をもっている。

【００１０】一方、第２例の焦電センサでは、上述した
ように、基板の焦電体薄膜の下側に当たる部分が空洞状
に加工・除去されているためセンサ主要部の熱容量が極
めて小さく、感度および応答速度の優れたものが得られ
るが、反面、以下に述べるようにクラックが発生し易い
欠点をもっている。

【００１１】すなわち、上述したように、上部電極の取
出し配線と下部電極との絶縁を保たせるため、焦電体薄
膜１１は下部電極９の上面のみならず同電極周辺の絶縁
支持膜８にもを被着されるが、焦電体薄膜・絶縁支持膜
両者が接する接触領域１５において、熱膨張ストレスの
影響により、これらの膜にクラックが発生し易く、その
クラックが原因となって薄膜全体が破壊するという問題
があり、これが製作歩留を下げる一因となっている。

【００１２】本発明は、上記問題点を解消し、焦電セン
サとしての特性が良好で、かつ焦電体薄膜部のクラック
の発生が抑制されて製作歩留の向上した薄膜型焦電セン
サを提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、上述の従来例（第２例）の説明で述べた
ような構造、すなわち、絶縁支持膜と、該絶縁支持膜を
その周辺部において保持する基板と、該絶縁支持膜の上
に下部電極と、該下部電極の上およびその周辺に形成し
た焦電体薄膜と、該焦電体薄膜の上に形成した上部電極
とを具備した構造の薄膜型焦電センサにおいて、焦電体
薄膜と絶縁支持膜との間（図３の接触領域１５）に、線
膨張係数が前記焦電体薄膜と前記絶縁支持膜との中間の
特性を有する絶縁体の緩衝膜を介在させた構造としたも
のである。

【００１４】

【作用】本発明は、上記のような緩衝膜を焦電体薄膜と
絶縁支持膜との間に介在させた構造としたため、両膜の
線膨張係数の差による熱膨張ストレスが緩和されクラッ
クの発生が抑制される。

【００１５】

【実施例】図１に、本発明の一実施例の構成を示す。
（ａ）は、その平面図、（ｂ）および（ｃ）は、それぞ
れＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

【００１６】図中、６はＳｉ単結晶の半導体基板、７は
エッチングによる半導体基板の除去部分、８はＳｉ3 Ｎ
4 と非晶質ＳｉＯ2 とよりなる絶縁支持膜、９および１
０は、それぞれＰｔ膜よりなる下部電極およびその取出
し配線パターン、１１は強誘電体材料ＰＺＴよりなる焦
電体薄膜、１２は強誘電体材料ＰＬＴよりなる緩衝膜、
１３および１４は、それぞれＰｔ膜よりなる上部電極お
よびその取出し配線パターンを示す。

【００１７】本実施例の焦電センサは、概要以下のよう
にして作られる。まず、半導体基板６の一表面に絶縁支
持膜８を形成した後、下部電極９およびその取出し配線
パターン１０をその上に、更に上記下部電極９の周縁部
と同電極の周辺部を被う帯状の部分に、緩衝膜１２を、
蒸着やスパッタ等の方法により被着する。

【００１８】上記のように各薄膜を形成した後、上・下
部電極や焦電体薄膜を形成した部分の絶縁支持膜８の下
側の半導体基板をエッチングにより除去し、除去部分７
を生成し、主要工程を終わる。表１は、本実施例に用い
た各薄膜の材料と、その線膨張係数、焦電特性・性能指
数、および形成した被膜の厚みの概略を示したものであ
る。

【００１９】

【表１】

【００２０】図１（本実施例）と図３（第２従来例）を
比較して分かるように、本実施例では、図３に示した焦
電体薄膜と絶縁支持膜が接する接触領域１５に相当する
部分を被うように緩衝膜１２が被着されることになる
が、上表に示すように、緩衝膜の材料、ＰＬＴの線膨張
係数は、焦電体薄膜のＰＺＴのそれより小さく、かつ絶
縁支持膜Ｓｉ3 Ｎ4 ＋ ＳｉＯ2 のそれより大きいた
め、接触する膜同志の線膨張係数の差は小さくなり、そ
の結果、熱膨張ストレスの影響により生ずるクラックの
発生が防止される。

【００２１】実験によると、金属以外では、厚さ５μｍ
未満の膨張係数の異なる薄膜を重ねて被着する場合、両
薄膜の線膨張係数の比が２倍を超えるとクラックが発生
し易くなることが分かった。

【００２２】従って、上表のような材料の絶縁支持膜お
よび焦電体薄膜を用いる場合、第２従来例の構造では、
線膨張係数の比は２倍となりクラック発生のおそれがあ
るが、本実施例のように両者の間に緩衝膜を介在させる
ことにより、絶縁支持膜と緩衝膜、緩衝膜と焦電体薄膜
の線膨張係数の比はいずれも２倍以下に抑えられること
になりクラックの発生が防止される。

【００２３】本実施例では、焦電体薄膜、緩衝膜ともに
強誘電体材料を用いているが、表１に示したように前者
には焦電特性の性能指数の大きい材料を用いている。膜
厚については、前者は１μｍ以上と厚く、後者は０．１
〜０．２μｍと薄く被着しているのでセンサとしての焦
電特性は、略前者、焦電体薄膜の性能指数で決定され
る。

【００２４】また、本実施例では、緩衝膜についても強
誘電体材料を用いることで、緩衝膜の介在に伴うセンサ
感度の劣化は殆ど無視できるものになるが、強誘電体材
料以外の誘電体（絶縁体）の薄膜を用いた場合でも、感
度に与える影響の差こそあれ、上述のように線膨張係数
が焦電体薄膜と絶縁支持膜の中間の材料を用いる限り、
クラック発生の防止効果が同様に得られることはいうま
でもない。

【００２５】また、本実施例では、緩衝膜は下部電極９
の周縁部と同電極の周辺部を被う帯状の部分のみに被着
しているが、緩衝膜として強誘電体材料を用いた場合
は、下部電極の周縁部のみでなく下部電極を含めて全体
を被うように形成した構成とすることも可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、その周辺部が基板で保持された絶縁支持膜上に、焦
電体薄膜および上・下電極を設けた形式の薄膜型焦電セ
ンサにおいて、焦電体薄膜は、少なくとも下部電極を除
く部分において、絶縁支持膜との間に、線膨張係数が焦
電体薄膜と絶縁支持膜との中間の特性を有する絶縁体の
緩衝膜を介在させて設ける構成としたため、熱容量が小
さく、感度、応答速度のよい特質をもちながら、従来、
焦電体薄膜と絶縁支持膜との接触領域で生じていたクラ
ックの発生を防止でき、製作歩留の向上した薄膜型焦電
体センサを得ることが可能となった。

【００２７】また、上記緩衝膜に強誘電体材料を用いる
ことにより、緩衝膜の介在によるセンサ感度への影響を
無視できるほどに減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜型焦電センサの一実施例の、
（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−
Ｂ断面図である。

【図２】従来の薄膜型焦電センサの一例の断面図であ
る。

【図３】従来の薄膜型焦電センサの別例の、（ａ）は平
面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図で
ある。

【符号の説明】

６：基板、７：基板の除去部分、８：絶縁支持膜、９：
下部電極、１０：下部電極の取出し配線、１１：焦電体
薄膜、１２：緩衝膜、１３：上部電極、１４：上部電極
の取出し配線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁支持膜と、該絶縁支持膜をその周辺
   部において保持する基板と、該絶縁支持膜の上に形成し
   た下部電極と、該下部電極の上および少なくともその周
   辺の一部に形成した焦電体薄膜と、該焦電体薄膜の上に
   形成した上部電極とを具備した薄膜型焦電センサにおい
   て、 前記焦電体薄膜は、少なくとも前記下部電極を除く部分
   において、前記絶縁支持膜との間に、線膨張係数が前記
   焦電体薄膜と前記絶縁支持膜との中間の特性を有する絶
   縁体の緩衝膜を介在させて設けてなることを特徴とする
   薄膜型焦電センサ。
2. 【請求項２】 前記緩衝膜が強誘電体材料よりなること
   を特徴とする請求項１の薄膜型焦電センサ。
3. 【請求項３】 前記焦電体薄膜がＰＺＴ（Ｐｂx Ｚｒ1-
   x ＴｉＯ3 、０．４≦ｘ≦０．６）、前記緩衝膜がＰＬ
   Ｔ（Ｐｂ1-y Ｌａy Ｔｉ1-y/4 Ｏ3 、０．１≦ｙ≦０．
   ５）よりなることを特徴とする請求項１の薄膜型焦電セ
   ンサ。