JPH09196765A - 焦電型赤外線検出素子 - Google Patents
焦電型赤外線検出素子Info
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- JPH09196765A JPH09196765A JP8008902A JP890296A JPH09196765A JP H09196765 A JPH09196765 A JP H09196765A JP 8008902 A JP8008902 A JP 8008902A JP 890296 A JP890296 A JP 890296A JP H09196765 A JPH09196765 A JP H09196765A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は焦電体を用いて赤外線を検出する焦
電型赤外線検出素子に関するもので、熱容量が小さく熱
応答性に優れ、検出感度・熱時定数が大きく、さらに集
積化・小型化が可能な信頼性の高い赤外線検出素子を提
供することを目的とするものである。 【解決手段】 基板１１と、前記基板１１上に第一の電
極１２ａを有し、前記第一の電極１２ａ上に焦電体薄膜
１４を有し、前記焦電体薄膜１４上に第二の電極１５ａ
を有する赤外線検出部と、前記赤外線検出部が接する前
記基板１１の表層部に空洞１８を備え、かつ少なくとも
５０％以上の領域に穴を設けた保持体１７を介して赤外
線検出部を支え、さらに各電極の引き出し部１２ｂ，１
５ｂは、赤外線検出部間および赤外線検出部と外部接続
端子１３との距離の２倍以上の長さを有し、かつ第一の
電極１２ａの熱伝導率より小さい材料を用いている構成
である。
電型赤外線検出素子に関するもので、熱容量が小さく熱
応答性に優れ、検出感度・熱時定数が大きく、さらに集
積化・小型化が可能な信頼性の高い赤外線検出素子を提
供することを目的とするものである。 【解決手段】 基板１１と、前記基板１１上に第一の電
極１２ａを有し、前記第一の電極１２ａ上に焦電体薄膜
１４を有し、前記焦電体薄膜１４上に第二の電極１５ａ
を有する赤外線検出部と、前記赤外線検出部が接する前
記基板１１の表層部に空洞１８を備え、かつ少なくとも
５０％以上の領域に穴を設けた保持体１７を介して赤外
線検出部を支え、さらに各電極の引き出し部１２ｂ，１
５ｂは、赤外線検出部間および赤外線検出部と外部接続
端子１３との距離の２倍以上の長さを有し、かつ第一の
電極１２ａの熱伝導率より小さい材料を用いている構成
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は焦電体を用いて赤外
線を検出する焦電型赤外線検出素子に関するものであ
る。
線を検出する焦電型赤外線検出素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】焦電型赤外線検出素子は、人体または物
体の有無・位置・動作・温度等の情報を非接触で検出で
きる利点を活かして、電子レンジでの調理材の温度測定
・エアコンでの室内温度制御あるいは自動照明コントロ
ール・自動ドア・警報装置での人体検知などに利用され
ており、今後さらにその利用分野は拡大していくと見ら
れている。
体の有無・位置・動作・温度等の情報を非接触で検出で
きる利点を活かして、電子レンジでの調理材の温度測定
・エアコンでの室内温度制御あるいは自動照明コントロ
ール・自動ドア・警報装置での人体検知などに利用され
ており、今後さらにその利用分野は拡大していくと見ら
れている。
【０００３】焦電型赤外線検出素子は強誘電体の焦電効
果を利用したセンサで、強誘電体材料は一様に分極する
性質を有し、一様に分極した状態では正および負の電荷
を帯びている。大気中に放置された状態では、大気中の
浮遊電荷と結合して電気的に中性状態を保っている。す
べての物体は温度に応じた赤外線エネルギーを放出して
おり、物体から放出された赤外線エネルギーが焦電体で
構成する赤外線検出素子の赤外線検出部に入射されると
焦電体に温度変化が生じ、そのとき分極が変化すること
により焦電体表面に電荷が誘起される。このとき誘起さ
れた電荷を電圧または電流として検出している。
果を利用したセンサで、強誘電体材料は一様に分極する
性質を有し、一様に分極した状態では正および負の電荷
を帯びている。大気中に放置された状態では、大気中の
浮遊電荷と結合して電気的に中性状態を保っている。す
べての物体は温度に応じた赤外線エネルギーを放出して
おり、物体から放出された赤外線エネルギーが焦電体で
構成する赤外線検出素子の赤外線検出部に入射されると
焦電体に温度変化が生じ、そのとき分極が変化すること
により焦電体表面に電荷が誘起される。このとき誘起さ
れた電荷を電圧または電流として検出している。
【０００４】以下に、従来の焦電型赤外線検出素子につ
いて説明する。図８（ａ），（ｂ）は従来の焦電型赤外
線検出素子の構成図を示すものである。図において焦電
型赤外線検出素子は、８１は基板、８２ａ，８２ｂは電
極、８３は焦電体薄膜、８４ａ，８４ｂは有機膜、８５
は開口部の構成からなる。
いて説明する。図８（ａ），（ｂ）は従来の焦電型赤外
線検出素子の構成図を示すものである。図において焦電
型赤外線検出素子は、８１は基板、８２ａ，８２ｂは電
極、８３は焦電体薄膜、８４ａ，８４ｂは有機膜、８５
は開口部の構成からなる。
【０００５】以上のように構成された焦電型赤外線検出
素子について、以下にその製造方法について説明する。
まず基板８１として（１００）酸化マグネシウム（以
下、（１００）ＭｇＯと略す）を用い、その上に焦電体
薄膜８３としてランタンを添加したチタン酸鉛（以下、
ＰＬＴと略す）をメタルマスクを用いて所定の形状に高
周波マグネトロンスパッタ法によりエピタキシャル成長
させる。次に層間絶縁膜として有機膜８４ａをフォトリ
ソグラフィで所定の形状にパターニングし、エッチング
形成する。そして、それら上部に電極８２ａとしてＮｉ
−Ｃｒ合金薄膜を真空蒸着法で形成し、フォトリソグラ
フィおよび湿式エッチングで所定の形状にパターニング
形成する。さらに、それら上部に保持体として有機膜８
４ｂをフォトリソグラフィで所定の形状にパターニング
し、エッチング形成する。続いて、焦電体薄膜８３を形
成した（１００）ＭｇＯ基板面をレジストで保護し、焦
電体薄膜８３の領域を裏面からエッチングし、開口部８
５を形成する。最後に（１００）ＭｇＯ基板８１を取り
除いた側に、電極８２ｂとしてＮｉ−Ｃｒ合金薄膜を真
空蒸着法で形成し、フォトリソグラフィおよび湿式エッ
チングで所定の形状にパターニング形成する。
素子について、以下にその製造方法について説明する。
まず基板８１として（１００）酸化マグネシウム（以
下、（１００）ＭｇＯと略す）を用い、その上に焦電体
薄膜８３としてランタンを添加したチタン酸鉛（以下、
ＰＬＴと略す）をメタルマスクを用いて所定の形状に高
周波マグネトロンスパッタ法によりエピタキシャル成長
させる。次に層間絶縁膜として有機膜８４ａをフォトリ
ソグラフィで所定の形状にパターニングし、エッチング
形成する。そして、それら上部に電極８２ａとしてＮｉ
−Ｃｒ合金薄膜を真空蒸着法で形成し、フォトリソグラ
フィおよび湿式エッチングで所定の形状にパターニング
形成する。さらに、それら上部に保持体として有機膜８
４ｂをフォトリソグラフィで所定の形状にパターニング
し、エッチング形成する。続いて、焦電体薄膜８３を形
成した（１００）ＭｇＯ基板面をレジストで保護し、焦
電体薄膜８３の領域を裏面からエッチングし、開口部８
５を形成する。最後に（１００）ＭｇＯ基板８１を取り
除いた側に、電極８２ｂとしてＮｉ−Ｃｒ合金薄膜を真
空蒸着法で形成し、フォトリソグラフィおよび湿式エッ
チングで所定の形状にパターニング形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法では、赤外線検出部での熱応答性を向上させて赤
外線検出部の感度を良好にしようとした場合、赤外線検
出部と全体を保持している（１００）ＭｇＯ基板８１と
の間隔を十分にとり、熱伝導を小さくして熱の逃げを最
小限にする必要がある。このためには、開口部８５をよ
り大きくする必要があるが、赤外線検出部を保持する有
機膜８４ａ，８４ｂの内部応力の影響が強くなり、焦電
体薄膜８３および電極８２ａ，８２ｂの断線・歪み・破
壊を生じるという問題点を有していた。
の方法では、赤外線検出部での熱応答性を向上させて赤
外線検出部の感度を良好にしようとした場合、赤外線検
出部と全体を保持している（１００）ＭｇＯ基板８１と
の間隔を十分にとり、熱伝導を小さくして熱の逃げを最
小限にする必要がある。このためには、開口部８５をよ
り大きくする必要があるが、赤外線検出部を保持する有
機膜８４ａ，８４ｂの内部応力の影響が強くなり、焦電
体薄膜８３および電極８２ａ，８２ｂの断線・歪み・破
壊を生じるという問題点を有していた。
【０００７】また、有機膜８４ａ，８４ｂの内部応力で
の電極８２ａ，８２ｂの引き出し部の断線を避けるた
め、特に電極８２ｂの引き出し部のパターン幅を焦電体
薄膜のパターン形状と同程度にしてあるので、電極の引
き出し部から（１００）ＭｇＯ基板８１への熱の伝達量
が大きくなっている。さらに赤外線検出部を保持する有
機膜８４ｂは、赤外線検出部上層から基板にかけて一体
構造になっているので、赤外線検出部に入射する赤外線
エネルギは前記有機膜で熱エネルギとして吸収されると
同時に、吸収された熱エネルギはこれを介して（１０
０）ＭｇＯ基板８１へ逃げてしまう。従ってこの構成で
は、赤外線検出部での熱吸収量が少なく、検出感度が十
分に得られないといった問題点を有している。
の電極８２ａ，８２ｂの引き出し部の断線を避けるた
め、特に電極８２ｂの引き出し部のパターン幅を焦電体
薄膜のパターン形状と同程度にしてあるので、電極の引
き出し部から（１００）ＭｇＯ基板８１への熱の伝達量
が大きくなっている。さらに赤外線検出部を保持する有
機膜８４ｂは、赤外線検出部上層から基板にかけて一体
構造になっているので、赤外線検出部に入射する赤外線
エネルギは前記有機膜で熱エネルギとして吸収されると
同時に、吸収された熱エネルギはこれを介して（１０
０）ＭｇＯ基板８１へ逃げてしまう。従ってこの構成で
は、赤外線検出部での熱吸収量が少なく、検出感度が十
分に得られないといった問題点を有している。
【０００８】本発明はこのような上記問題点を解決する
ものであり、感度・熱応答性に優れ、低コスト・小型化
・集積化が可能で生産性に富んだ信頼性の高い焦電型赤
外線検出素子を提供することを目的とするものである。
ものであり、感度・熱応答性に優れ、低コスト・小型化
・集積化が可能で生産性に富んだ信頼性の高い焦電型赤
外線検出素子を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の焦電型赤外線検出素子は、基板と、前記基板
上に第一の電極を有し、前記第一の電極上に薄膜焦電体
を有し、前記薄膜焦電体上に第二の電極を有する赤外線
検出部と、前記赤外線検出部が接する基板の表層部に空
洞を設け、かつ赤外線検出部が保持体を介して基板で支
持される構成としたものである。
に本発明の焦電型赤外線検出素子は、基板と、前記基板
上に第一の電極を有し、前記第一の電極上に薄膜焦電体
を有し、前記薄膜焦電体上に第二の電極を有する赤外線
検出部と、前記赤外線検出部が接する基板の表層部に空
洞を設け、かつ赤外線検出部が保持体を介して基板で支
持される構成としたものである。
【００１０】この構成とすることにより、感度、熱応答
性に優れた焦電型赤外線検出素子が得られる。
性に優れた焦電型赤外線検出素子が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、基板と、この基板上に設けられた第一の電極上に薄
膜焦電体を形成しその上に第二の電極を形成した赤外線
検出部と、前記赤外線検出部が接する前記基板の表層部
に設けた空洞と、前記赤外線検出部が前記基板に支えら
れるように設けた保持体とから構成され、この構成によ
って空洞が小さくできて引き出し部への歪を緩和し断
線、破壊を抑制でき、保持体で基板への熱伝達を抑え感
度、熱応答性の優れたものとすることができる。
は、基板と、この基板上に設けられた第一の電極上に薄
膜焦電体を形成しその上に第二の電極を形成した赤外線
検出部と、前記赤外線検出部が接する前記基板の表層部
に設けた空洞と、前記赤外線検出部が前記基板に支えら
れるように設けた保持体とから構成され、この構成によ
って空洞が小さくできて引き出し部への歪を緩和し断
線、破壊を抑制でき、保持体で基板への熱伝達を抑え感
度、熱応答性の優れたものとすることができる。
【００１２】請求項２に記載の発明は、基板の空洞を形
成していない同一表面上の領域に第一の電極材料と同一
材料を用いて外部接続端子を設けた構成であり、集積
化、小型化を可能とするものである。
成していない同一表面上の領域に第一の電極材料と同一
材料を用いて外部接続端子を設けた構成であり、集積
化、小型化を可能とするものである。
【００１３】請求項３に記載の発明は、第一の電極は
（１００）面に成長した単結晶白金薄膜であり、その引
き出し部は赤外線検出部と外部接続端子との距離の少な
くとも２倍以上の長さを有し、前記第一の電極と同一材
料からなり赤外線検出部と外部接続端子を接続する構成
としたものであり、基板への熱伝導を抑えることができ
るものとなる。
（１００）面に成長した単結晶白金薄膜であり、その引
き出し部は赤外線検出部と外部接続端子との距離の少な
くとも２倍以上の長さを有し、前記第一の電極と同一材
料からなり赤外線検出部と外部接続端子を接続する構成
としたものであり、基板への熱伝導を抑えることができ
るものとなる。
【００１４】請求項４に記載の発明は、第二の電極は第
一の電極の熱伝導率より小さな材料からなり、その引き
出し部は赤外線検出部と外部接続端子との距離の少なく
とも２倍以上の長さを有し、第二の電極と同じ材料ある
いは第一の電極の熱伝導率より小さな材料のいずれかで
赤外線検出部と外部接続端子を電気的に接続する構成で
あり、これも基板への熱伝導を抑制することができる。
一の電極の熱伝導率より小さな材料からなり、その引き
出し部は赤外線検出部と外部接続端子との距離の少なく
とも２倍以上の長さを有し、第二の電極と同じ材料ある
いは第一の電極の熱伝導率より小さな材料のいずれかで
赤外線検出部と外部接続端子を電気的に接続する構成で
あり、これも基板への熱伝導を抑制することができる。
【００１５】請求項５および６に記載の発明は、第一の
電極の引き出し部の材料が第二の電極と同じ材料あるい
は第一の電極の熱伝導率より小さな材料としてＴａ，Ｔ
ｉ，Ｓｎ，Ａｌ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｎ
ｉ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金またはＣｕ−Ｚｎ合金のいずれ
かを用いたものであり、基板への熱伝導を抑制すること
ができる。
電極の引き出し部の材料が第二の電極と同じ材料あるい
は第一の電極の熱伝導率より小さな材料としてＴａ，Ｔ
ｉ，Ｓｎ，Ａｌ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｎ
ｉ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金またはＣｕ−Ｚｎ合金のいずれ
かを用いたものであり、基板への熱伝導を抑制すること
ができる。
【００１６】請求項７に記載の発明は、保持体が少なく
とも５０％以上の領域に穴を有し、かつその厚さが２μ
ｍ以下の構成とし、基板への熱伝導を抑制することがで
きる。
とも５０％以上の領域に穴を有し、かつその厚さが２μ
ｍ以下の構成とし、基板への熱伝導を抑制することがで
きる。
【００１７】請求項８および９に記載の発明は、１つの
基板上に赤外線検出部をマトリックス状に構成し、この
赤外線検出部の厚み方向の両端で発生した信号を第二の
電極と同一材料あるいは第一の電極の熱伝導率より小さ
な材料からなる引き出し部を介して外部接続端子に引き
出すとともに、その引き出し部の長さを赤外線検出部と
外部接続端子の２倍以上として、基板への熱伝導を抑制
し、集積度を高めるものである。
基板上に赤外線検出部をマトリックス状に構成し、この
赤外線検出部の厚み方向の両端で発生した信号を第二の
電極と同一材料あるいは第一の電極の熱伝導率より小さ
な材料からなる引き出し部を介して外部接続端子に引き
出すとともに、その引き出し部の長さを赤外線検出部と
外部接続端子の２倍以上として、基板への熱伝導を抑制
し、集積度を高めるものである。
【００１８】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。 （実施の形態１）図１および図２は、本発明の第一の実
施の形態における焦電型赤外線検出素子の構成を示す平
面図および断面図である。図１および図２において、１
１は基板、１２ａは第一の電極、１２ｂは第一の電極の
引き出し部、１３は外部接続端子、１４は焦電体薄膜、
１５ａは第二の電極、１５ｂは第二の電極の引き出し
部、１６は層間絶縁膜、１７は赤外線検出部の保持体、
１８は空洞である。
参照しながら説明する。 （実施の形態１）図１および図２は、本発明の第一の実
施の形態における焦電型赤外線検出素子の構成を示す平
面図および断面図である。図１および図２において、１
１は基板、１２ａは第一の電極、１２ｂは第一の電極の
引き出し部、１３は外部接続端子、１４は焦電体薄膜、
１５ａは第二の電極、１５ｂは第二の電極の引き出し
部、１６は層間絶縁膜、１７は赤外線検出部の保持体、
１８は空洞である。
【００１９】以上のように構成された焦電型赤外線検出
素子について、以下にその製造方法について説明する。
まず基板１１として（１００）酸化マグネシウム（以
下、（１００）ＭｇＯと略す）を用い、前記（１００）
ＭｇＯ基板１１上に第一の電極１２ａとして１５０ｎｍ
程度の膜厚を有する白金（以下、Ｐｔと略す）薄膜をマ
グネトロンスパッタ法により、基板温度：６００℃、入
射電力密度：０．１６Ｗ／ｃｍ2、スパッタガス雰囲
気：Ａｒ／Ｏ2＝２／１、ガス圧：１．０６Ｐａの成膜
条件のもとエピタキシャル成長させる。
素子について、以下にその製造方法について説明する。
まず基板１１として（１００）酸化マグネシウム（以
下、（１００）ＭｇＯと略す）を用い、前記（１００）
ＭｇＯ基板１１上に第一の電極１２ａとして１５０ｎｍ
程度の膜厚を有する白金（以下、Ｐｔと略す）薄膜をマ
グネトロンスパッタ法により、基板温度：６００℃、入
射電力密度：０．１６Ｗ／ｃｍ2、スパッタガス雰囲
気：Ａｒ／Ｏ2＝２／１、ガス圧：１．０６Ｐａの成膜
条件のもとエピタキシャル成長させる。
【００２０】次にその上層に、焦電体薄膜１４としてＰ
ｂＴｉＯ3あるいはＰｂ1-xＬａxＴｉ1-x/4Ｏ3等の焦電
材料からなる薄膜を高周波マグネトロンスパッタ法によ
り、基板温度：６００℃、入射電力密度：１．６Ｗ／ｃ
ｍ2、スパッタガス雰囲気：Ａｒ／Ｏ2＝９／１、ガス
圧：１Ｐａの成膜条件のもとエピタキシャル成長させ
る。このとき（１００）ＭｇＯ基板１１と焦電体薄膜１
４の熱膨張係数の差により、焦電体薄膜１４の結晶格子
がキューリ点を境に歪み、基板面に対して垂直方向にＣ
軸が伸びることにより一方向の自発分極が現れる。
ｂＴｉＯ3あるいはＰｂ1-xＬａxＴｉ1-x/4Ｏ3等の焦電
材料からなる薄膜を高周波マグネトロンスパッタ法によ
り、基板温度：６００℃、入射電力密度：１．６Ｗ／ｃ
ｍ2、スパッタガス雰囲気：Ａｒ／Ｏ2＝９／１、ガス
圧：１Ｐａの成膜条件のもとエピタキシャル成長させ
る。このとき（１００）ＭｇＯ基板１１と焦電体薄膜１
４の熱膨張係数の差により、焦電体薄膜１４の結晶格子
がキューリ点を境に歪み、基板面に対して垂直方向にＣ
軸が伸びることにより一方向の自発分極が現れる。
【００２１】次に焦電体薄膜１４をフォトリソグラフィ
および湿式エッチングで所定の形状にパターニング形成
し、続いて第一の電極１２ａもフォトリソグラフィおよ
び乾式エッチングで所定の形状にパターニング形成す
る。このとき同時に、第一の電極の引き出し部１２ｂと
外部接続端子１３をそれぞれパターニング形成し、外部
接続端子１３の一方と第一の電極の引き出し部１２ｂを
介して第一の電極１２ａとが電気的に接続している。
および湿式エッチングで所定の形状にパターニング形成
し、続いて第一の電極１２ａもフォトリソグラフィおよ
び乾式エッチングで所定の形状にパターニング形成す
る。このとき同時に、第一の電極の引き出し部１２ｂと
外部接続端子１３をそれぞれパターニング形成し、外部
接続端子１３の一方と第一の電極の引き出し部１２ｂを
介して第一の電極１２ａとが電気的に接続している。
【００２２】次に層間絶縁膜１６として感光性を有する
ポリイミド系樹脂を用いて、その前駆体をフォトリソグ
ラフィで所定の形状にパターニングし、３００℃程度の
温度雰囲気でイミド化を促進し、熱硬化させる。このと
き、少なくとも焦電体薄膜１４と第二の電極１５ａが、
直接電気的に接続できる領域と、それを除く部分の５０
％以上の領域で穴を設けるパターニング形状とする。
ポリイミド系樹脂を用いて、その前駆体をフォトリソグ
ラフィで所定の形状にパターニングし、３００℃程度の
温度雰囲気でイミド化を促進し、熱硬化させる。このと
き、少なくとも焦電体薄膜１４と第二の電極１５ａが、
直接電気的に接続できる領域と、それを除く部分の５０
％以上の領域で穴を設けるパターニング形状とする。
【００２３】次にそれら上層に第二の電極１５ａとして
２０ｎｍ程度の膜厚を有するＮｉ−Ｃｒ合金薄膜をスパ
ッタ法により、基板温度：１００℃、入射電力密度：
０．５５Ｗ／ｃｍ2、スパッタガス雰囲気：Ａｒ、ガス
圧：１Ｐａの成膜条件のもとで形成する。その後、フォ
トリソグラフィおよび湿式エッチングにより、所定の形
状にパターニング形成する。このとき同時に、第二の電
極１５ａの引き出し部１５ｂを第二の電極１５ａと電気
的につながった状態にパターニング形成し、さらにもう
一方の外部接続端子１３と電気的に接続する。
２０ｎｍ程度の膜厚を有するＮｉ−Ｃｒ合金薄膜をスパ
ッタ法により、基板温度：１００℃、入射電力密度：
０．５５Ｗ／ｃｍ2、スパッタガス雰囲気：Ａｒ、ガス
圧：１Ｐａの成膜条件のもとで形成する。その後、フォ
トリソグラフィおよび湿式エッチングにより、所定の形
状にパターニング形成する。このとき同時に、第二の電
極１５ａの引き出し部１５ｂを第二の電極１５ａと電気
的につながった状態にパターニング形成し、さらにもう
一方の外部接続端子１３と電気的に接続する。
【００２４】次に、保持体１７として感光性を有するポ
リイミド系樹脂を用いて、その前駆体をフォトリソグラ
フィで所定の形状にパターニングし、３００℃程度の温
度雰囲気でイミド化を促進し、熱硬化させる。このと
き、赤外線検出部にかかる部分を除く５０％以上の領域
で穴を設けるパターニング形状とする。
リイミド系樹脂を用いて、その前駆体をフォトリソグラ
フィで所定の形状にパターニングし、３００℃程度の温
度雰囲気でイミド化を促進し、熱硬化させる。このと
き、赤外線検出部にかかる部分を除く５０％以上の領域
で穴を設けるパターニング形状とする。
【００２５】最後に、赤外線検出部を同一表面上から
（１００）ＭｇＯ基板１１の特定領域にフォトリソグラ
フィで作製したエッチング用保護マスクを介して空洞１
８をエッチング形成する。このときのエッチング液とし
て、濃度：１０％、液温：８０℃の燐酸を用いる。その
結果、エッチング時間６０分のとき、空洞の大きさは水
平方向：０．３ｍｍ、垂直方向０．０８ｍｍであること
を確認している。
（１００）ＭｇＯ基板１１の特定領域にフォトリソグラ
フィで作製したエッチング用保護マスクを介して空洞１
８をエッチング形成する。このときのエッチング液とし
て、濃度：１０％、液温：８０℃の燐酸を用いる。その
結果、エッチング時間６０分のとき、空洞の大きさは水
平方向：０．３ｍｍ、垂直方向０．０８ｍｍであること
を確認している。
【００２６】上記のように本実施の形態の焦電型赤外線
検出素子の構成によれば、赤外線検出部が（１００）Ｍ
ｇＯ基板１１の表層部に設けた空洞１８上を５０％以上
の領域で穴がパターニングされている多穴構造のポリイ
ミド系樹脂の保持体１７を介して支持されているので、
従来の焦電型赤外線検出素子の開口部に比べて非常に小
さくなり、開口部の拡大に伴う赤外線検出部および電極
の引き出し部への歪みを緩和できるので断線・破壊を抑
制することができている。また入射赤外線エネルギに対
して赤外線検出部の熱応答性の高速化が図れる。さらに
赤外線検出部と基板１１上の外部接続端子との距離に対
して十分に長い、具体的には２倍以上の長さの引き出し
電極と保持体の多穴構造により、基板への熱伝導を十分
に抑えられるので赤外線検出部での熱吸収量が増大し、
検出感度を向上させることができる。加えて熱時定数が
増大することにより、特に低速物体検知での大きな出力
応答を得ることができる。
検出素子の構成によれば、赤外線検出部が（１００）Ｍ
ｇＯ基板１１の表層部に設けた空洞１８上を５０％以上
の領域で穴がパターニングされている多穴構造のポリイ
ミド系樹脂の保持体１７を介して支持されているので、
従来の焦電型赤外線検出素子の開口部に比べて非常に小
さくなり、開口部の拡大に伴う赤外線検出部および電極
の引き出し部への歪みを緩和できるので断線・破壊を抑
制することができている。また入射赤外線エネルギに対
して赤外線検出部の熱応答性の高速化が図れる。さらに
赤外線検出部と基板１１上の外部接続端子との距離に対
して十分に長い、具体的には２倍以上の長さの引き出し
電極と保持体の多穴構造により、基板への熱伝導を十分
に抑えられるので赤外線検出部での熱吸収量が増大し、
検出感度を向上させることができる。加えて熱時定数が
増大することにより、特に低速物体検知での大きな出力
応答を得ることができる。
【００２７】また、上記素子構成では、集積化・小型化
が可能な信頼性の高い赤外線検出素子を実現できる。
が可能な信頼性の高い赤外線検出素子を実現できる。
【００２８】本実施の形態では、第一の電極１２ａとし
て（１００）面にエピタキシャル成長したＰｔ薄膜を用
いている。これは、焦電体薄膜１４および基板１１との
格子整合性に優れているので、焦電体薄膜１４のＣ軸方
向へのエピタキシャル成長を促進する効果がある。さら
に化学的に非常に安定で、高温酸化雰囲気中でも熱酸化
しないという特徴を有しているためである。第二の電極
１５ａとしてＮｉ−Ｃｒ合金薄膜を用いているが、請求
項５に挙げたいずれの材料を用いても本実施の形態と同
様の効果が得られていることは確認している。さらに、
本実施の形態では層間絶縁膜１６および保持体１７とし
てポリイミド系樹脂を使用したが、これに限るものでは
なく、１０10Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有する膜で耐熱
温度が高く信頼性に優れているものであれば、他の有機
膜やガラス系無機膜でもかまわない。
て（１００）面にエピタキシャル成長したＰｔ薄膜を用
いている。これは、焦電体薄膜１４および基板１１との
格子整合性に優れているので、焦電体薄膜１４のＣ軸方
向へのエピタキシャル成長を促進する効果がある。さら
に化学的に非常に安定で、高温酸化雰囲気中でも熱酸化
しないという特徴を有しているためである。第二の電極
１５ａとしてＮｉ−Ｃｒ合金薄膜を用いているが、請求
項５に挙げたいずれの材料を用いても本実施の形態と同
様の効果が得られていることは確認している。さらに、
本実施の形態では層間絶縁膜１６および保持体１７とし
てポリイミド系樹脂を使用したが、これに限るものでは
なく、１０10Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有する膜で耐熱
温度が高く信頼性に優れているものであれば、他の有機
膜やガラス系無機膜でもかまわない。
【００２９】（実施の形態２）図３および図４は、本発
明の第二の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の
構成を示す平面図および断面図である。図３および図４
において、１１は基板、１２ａは第一の電極、１２ｂは
第一の電極の引き出し部、１３は外部接続端子、１４は
焦電体薄膜、１５ａは第二の電極、１５ｂは第二の電極
の引き出し部、１６は層間絶縁膜、１７は赤外線検出部
の保持体、１８は空洞である。
明の第二の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の
構成を示す平面図および断面図である。図３および図４
において、１１は基板、１２ａは第一の電極、１２ｂは
第一の電極の引き出し部、１３は外部接続端子、１４は
焦電体薄膜、１５ａは第二の電極、１５ｂは第二の電極
の引き出し部、１６は層間絶縁膜、１７は赤外線検出部
の保持体、１８は空洞である。
【００３０】本発明の第二の実施の形態における焦電型
赤外線検出素子の基本構成および基本的な製造方法は、
本発明の第一の実施の形態で示したものと同様である。
本発明の第一の実施の形態と異なるのは、第一の電極１
２ａと外部接続端子１３との電気的接続方法である。本
発明の第二の実施の形態では、第一の電極１２ａをフォ
トリソグラフィおよび乾式エッチングで所定の形状にパ
ターニング形成するとき、第一の電極１２ａの引き出し
部１２ｂとの接続パッドを設けるとともに、外部接続端
子１３も同時形成しておく。
赤外線検出素子の基本構成および基本的な製造方法は、
本発明の第一の実施の形態で示したものと同様である。
本発明の第一の実施の形態と異なるのは、第一の電極１
２ａと外部接続端子１３との電気的接続方法である。本
発明の第二の実施の形態では、第一の電極１２ａをフォ
トリソグラフィおよび乾式エッチングで所定の形状にパ
ターニング形成するとき、第一の電極１２ａの引き出し
部１２ｂとの接続パッドを設けるとともに、外部接続端
子１３も同時形成しておく。
【００３１】次に前記接続パッドと重なり合う層間絶縁
膜１６の位置にスルーホールを形成する。そして第二の
電極１５ａの形成と同時に、Ｎｉ−Ｃｒ合金薄膜を用い
て第一の電極の引き出し部１２ｂを形成し、それを介し
て第二の電極１５ａと電気的に接続されていないもう一
方の外部接続端子１３と第一の電極１２ａを電気的に接
続する。
膜１６の位置にスルーホールを形成する。そして第二の
電極１５ａの形成と同時に、Ｎｉ−Ｃｒ合金薄膜を用い
て第一の電極の引き出し部１２ｂを形成し、それを介し
て第二の電極１５ａと電気的に接続されていないもう一
方の外部接続端子１３と第一の電極１２ａを電気的に接
続する。
【００３２】上記のように本実施の形態の焦電型赤外線
検出素子の構成によれば、第一の電極１２ａの引き出し
電極１２ｂを第一の電極材料の熱伝導率より小さい材料
を用いることにより、基板への熱伝達を十分に抑えられ
るので赤外線検出部での熱吸収量が増大し、検出感度・
熱時定数をさらに向上させることができる。また特に、
低速物体検知での大きな出力応答を得ることができる。
検出素子の構成によれば、第一の電極１２ａの引き出し
電極１２ｂを第一の電極材料の熱伝導率より小さい材料
を用いることにより、基板への熱伝達を十分に抑えられ
るので赤外線検出部での熱吸収量が増大し、検出感度・
熱時定数をさらに向上させることができる。また特に、
低速物体検知での大きな出力応答を得ることができる。
【００３３】本実施の形態では、上記引き出し電極１２
ｂの材料を第二の電極１５ａの材料と同一のものを使用
したが、これに限るものではなく、第一の電極材料より
熱伝導率が小さくほどほどの電気伝導率があれば、他の
単体金属や合金または低抵抗半導体でもかまわない。
ｂの材料を第二の電極１５ａの材料と同一のものを使用
したが、これに限るものではなく、第一の電極材料より
熱伝導率が小さくほどほどの電気伝導率があれば、他の
単体金属や合金または低抵抗半導体でもかまわない。
【００３４】（実施の形態３）図５および図６は、本発
明の第三の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の
構成を示す平面図および断面図である。図５および図６
において、１１は基板、１２ａは第一の電極、１２ｂは
第一の電極の引き出し部、１３は外部接続端子、１４は
焦電体薄膜、１５ａは第二の電極、１５ｂは第二の電極
の引き出し部、１６は層間絶縁膜、１７は赤外線検出部
の保持体、１９は赤外線検出部と引き出し電極の保護
膜、１８は空洞である。
明の第三の実施の形態における焦電型赤外線検出素子の
構成を示す平面図および断面図である。図５および図６
において、１１は基板、１２ａは第一の電極、１２ｂは
第一の電極の引き出し部、１３は外部接続端子、１４は
焦電体薄膜、１５ａは第二の電極、１５ｂは第二の電極
の引き出し部、１６は層間絶縁膜、１７は赤外線検出部
の保持体、１９は赤外線検出部と引き出し電極の保護
膜、１８は空洞である。
【００３５】本発明の第三の実施の形態における焦電型
赤外線検出素子の基本構成および基本的な製造方法は、
本発明の第一および第二の実施の形態で示したものと同
様である。本発明の第一および第二の実施の形態と異な
るのは、赤外線検出部を層間絶縁膜１６で保持し、赤外
線検出部と引き出し電極の領域のみに保護膜１９を具備
する点である。
赤外線検出素子の基本構成および基本的な製造方法は、
本発明の第一および第二の実施の形態で示したものと同
様である。本発明の第一および第二の実施の形態と異な
るのは、赤外線検出部を層間絶縁膜１６で保持し、赤外
線検出部と引き出し電極の領域のみに保護膜１９を具備
する点である。
【００３６】上記のように本実施の形態の焦電型赤外線
検出素子の構成によれば、赤外線検出部で吸収される熱
エネルギが、保持体１７および層間絶縁膜１６を介して
起こる基板１１への熱の逃げを最小限度に抑えることが
できるので赤外線検出部での熱吸収量が増大し、なお一
層、検出感度を向上させることができる。加えて熱時定
数が増大することにより、特に低速物体検知での大きな
出力応答を得ることができる。
検出素子の構成によれば、赤外線検出部で吸収される熱
エネルギが、保持体１７および層間絶縁膜１６を介して
起こる基板１１への熱の逃げを最小限度に抑えることが
できるので赤外線検出部での熱吸収量が増大し、なお一
層、検出感度を向上させることができる。加えて熱時定
数が増大することにより、特に低速物体検知での大きな
出力応答を得ることができる。
【００３７】本実施の形態では層間絶縁膜１６および引
き出し電極保護膜１９としてポリイミド系樹脂を使用し
たが、これに限るものではなく、１０10Ωｃｍ以上の体
積抵抗率を有する膜で耐熱温度が高く信頼性に優れてい
るものであれば、他の有機膜やガラス系無機膜でもかま
わない。
き出し電極保護膜１９としてポリイミド系樹脂を使用し
たが、これに限るものではなく、１０10Ωｃｍ以上の体
積抵抗率を有する膜で耐熱温度が高く信頼性に優れてい
るものであれば、他の有機膜やガラス系無機膜でもかま
わない。
【００３８】（実施の形態４）図７は、本発明の第四の
実施の形態における焦電型赤外線検出素子の構成を示す
平面図である。図７において、１１は基板、１２ａは第
一の電極、１２ｂは第一の電極の引き出し部、１３は外
部接続端子、１４は焦電体薄膜、１５ａは第二の電極、
１５ｂは第二の電極の引き出し部、１６は層間絶縁膜、
１７は赤外線検出部の保持体、１９は赤外線検出部と引
き出し電極の保護膜、１８は空洞である。
実施の形態における焦電型赤外線検出素子の構成を示す
平面図である。図７において、１１は基板、１２ａは第
一の電極、１２ｂは第一の電極の引き出し部、１３は外
部接続端子、１４は焦電体薄膜、１５ａは第二の電極、
１５ｂは第二の電極の引き出し部、１６は層間絶縁膜、
１７は赤外線検出部の保持体、１９は赤外線検出部と引
き出し電極の保護膜、１８は空洞である。
【００３９】本発明の第四の実施の形態における焦電型
赤外線検出素子の基本構成および製造方法は、本発明の
第一、第二および第三の実施の形態で示したものと同様
である。本発明の前記実施の形態と異なるのは、赤外線
検出部をマトリックス状に形成しているところで、赤外
線検出部どうしが第二の電極１５ａと同一材料あるいは
第一の電極１２ａの熱伝導率より低い材料を用いた引き
出し電極で接続し、本発明の第三の実施の形態と同様
に、赤外線検出部と引き出し電極上のみに保護膜１９を
形成する点である。
赤外線検出素子の基本構成および製造方法は、本発明の
第一、第二および第三の実施の形態で示したものと同様
である。本発明の前記実施の形態と異なるのは、赤外線
検出部をマトリックス状に形成しているところで、赤外
線検出部どうしが第二の電極１５ａと同一材料あるいは
第一の電極１２ａの熱伝導率より低い材料を用いた引き
出し電極で接続し、本発明の第三の実施の形態と同様
に、赤外線検出部と引き出し電極上のみに保護膜１９を
形成する点である。
【００４０】上記のように本実施の形態の焦電型赤外線
検出素子の構成によれば、保持体１７および引き出し電
極を介して起こる赤外線検出部の間での熱クロストーク
を最小限抑えることができるので、各々の赤外線検出部
での熱吸収量が増大し、検出感度および熱時定数を向上
させることができる。これにより、近距離、中距離にお
ける物体の微弱な動きを検知できる高速・高出力マトリ
ックス赤外線素子が実現できる。
検出素子の構成によれば、保持体１７および引き出し電
極を介して起こる赤外線検出部の間での熱クロストーク
を最小限抑えることができるので、各々の赤外線検出部
での熱吸収量が増大し、検出感度および熱時定数を向上
させることができる。これにより、近距離、中距離にお
ける物体の微弱な動きを検知できる高速・高出力マトリ
ックス赤外線素子が実現できる。
【００４１】本実施の形態では２行２列のマトリックス
素子を使用したが、これに限るものではなく、多次元化
していくことにより、さらに高分解能・高感度化が実現
できるものである。
素子を使用したが、これに限るものではなく、多次元化
していくことにより、さらに高分解能・高感度化が実現
できるものである。
【００４２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、赤外線検
出部の下層部分に相当する基板の表層部に空洞を設けて
保持体を介して基板で支持されていて、赤外線検出部の
第一および第二の電極の引き出し電極は赤外線検出部間
および赤外線検出部と外部接続端子との距離の２倍以上
の長さを有し、かつ第一の電極の熱伝導率より小さい材
料を用い、さらに赤外線検出部の保持体の少なくとも５
０％以上の領域に穴を設けた構成により、開口部の拡大
に伴う赤外線検出部および電極の引き出し部での歪みを
緩和し、断線・破壊を抑制することができるため集積化
・小型化が可能な信頼性の高い赤外線検出素子を実現で
き、引き出し電極または保持体を介して起こる基板ある
いは隣接する赤外線検出部への熱エネルギの伝達を最小
限抑えることができるので、赤外線検出部での熱吸収量
が増大し、検出感度・熱時定数を向上させることがで
き、これにより高感度・高分解能を実現できるものであ
る。
出部の下層部分に相当する基板の表層部に空洞を設けて
保持体を介して基板で支持されていて、赤外線検出部の
第一および第二の電極の引き出し電極は赤外線検出部間
および赤外線検出部と外部接続端子との距離の２倍以上
の長さを有し、かつ第一の電極の熱伝導率より小さい材
料を用い、さらに赤外線検出部の保持体の少なくとも５
０％以上の領域に穴を設けた構成により、開口部の拡大
に伴う赤外線検出部および電極の引き出し部での歪みを
緩和し、断線・破壊を抑制することができるため集積化
・小型化が可能な信頼性の高い赤外線検出素子を実現で
き、引き出し電極または保持体を介して起こる基板ある
いは隣接する赤外線検出部への熱エネルギの伝達を最小
限抑えることができるので、赤外線検出部での熱吸収量
が増大し、検出感度・熱時定数を向上させることがで
き、これにより高感度・高分解能を実現できるものであ
る。
【図１】本発明の第一の実施の形態における焦電型赤外
線検出素子の平面図
線検出素子の平面図
【図２】同焦電型赤外線検出素子の断面図
【図３】本発明の第二の実施の形態における焦電型赤外
線検出素子の平面図
線検出素子の平面図
【図４】同焦電型赤外線検出素子の断面図
【図５】本発明の第三の実施の形態における焦電型赤外
線検出素子の平面図
線検出素子の平面図
【図６】同焦電型赤外線検出素子の断面図
【図７】本発明の第四の実施の形態における焦電型赤外
線検出素子の平面図
線検出素子の平面図
【図８】（ａ），（ｂ）は従来の焦電型赤外線検出素子
の平面図と断面図
の平面図と断面図
１１ 基板 １２ａ 第一の電極 １２ｂ 第一の電極の引き出し電極 １３ 外部接続端子 １４ 焦電体薄膜 １５ａ 第二の電極 １５ｂ 第二の電極の引き出し電極 １６ 層間絶縁膜 １７ 保持体 １８ 空洞
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小谷 徳巳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 野村 幸治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 基板と、この基板上に設けられた第一の
電極上に薄膜焦電体を形成しその上に第二の電極を形成
した赤外線検出部と、前記赤外線検出部が接する前記基
板の表層部に設けた空洞と、前記赤外線検出部が前記基
板で支えられるように設けた保持体とから構成される焦
電型赤外線検出素子。 - 【請求項２】 基板の空洞を形成していない同一表面上
の領域に第一の電極材料と同一材料を用いて外部接続端
子を設けた請求項１記載の焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項３】 第一の電極は（１００）面に成長した単
結晶白金薄膜であり、その引き出し部は赤外線検出部と
外部接続端子との距離の少なくとも２倍以上の長さを有
し、前記第一の電極と同一材料からなり赤外線検出部と
外部接続端子を電気的に接続する構成とした請求項１記
載の焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項４】 第二の電極は第一の電極の熱伝導率より
小さな材料からなり、その引き出し部は赤外線検出部と
外部接続端子との距離の少なくとも２倍以上の長さを有
し、第二の電極と同じ材料あるいは第一の電極の熱伝導
率より小さな材料のいずれかで赤外線検出部と外部接続
端子を電気的に接続する構成とした請求項１記載の焦電
型赤外線検出素子。 - 【請求項５】 第一の電極の引き出し部の材料が第二の
電極と同じ材料あるいは第一の電極の熱伝導率より小さ
な材料のいずれかである請求項３記載の焦電型赤外線検
出素子。 - 【請求項６】 第二の電極または第一の電極の引き出し
部の材料がＴａ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ａｌ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−
Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ａｌ−Ｔ
ｉ合金、またはＣｕ−Ｚｎ合金等のいずれかからなる請
求項４または５記載の焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項７】 保持体は少なくとも５０％以上の領域に
穴を備えかつその厚さが２μｍ以下の構成とした請求項
１記載の焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項８】 １つの基板上に少なくとも２個以上のマ
トリックス状に構成された赤外線検出部の厚み方向の両
端で発生した電気信号は、第二の電極と同一材料あるい
は第一の電極の熱伝導率より小さな材料のいずれかを用
いた引き出し部を介して外部接続端子を引き出す構成と
した請求項１記載の焦電型赤外線検出素子。 - 【請求項９】 マトリックス状に構成された赤外線検出
部どうしは第二の電極と同一材料あるいは第一の電極の
熱伝導率より小さな材料のいずれかを用いた引き出し電
極で電気的に接続され、赤外線検出部と接続する外部接
続端子との距離の少なくとも２倍以上の長さを有する請
求項８記載の焦電型赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00890296A JP3637665B2 (ja) | 1996-01-23 | 1996-01-23 | 焦電型赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00890296A JP3637665B2 (ja) | 1996-01-23 | 1996-01-23 | 焦電型赤外線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09196765A true JPH09196765A (ja) | 1997-07-31 |
| JP3637665B2 JP3637665B2 (ja) | 2005-04-13 |
Family
ID=11705616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00890296A Expired - Fee Related JP3637665B2 (ja) | 1996-01-23 | 1996-01-23 | 焦電型赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3637665B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6528789B1 (en) | 1999-11-30 | 2003-03-04 | Nec Corporation | Thermal infrared detector |
| US8362583B2 (en) | 2010-06-25 | 2013-01-29 | Seiko Epson Corporation | Pyroelectric detector, pyroelectric detection device, and electronic instrument |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0555577A (ja) * | 1991-08-23 | 1993-03-05 | Nec Corp | 薄膜トランジスタの製造方法 |
| JPH07198474A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-08-01 | Nippondenso Co Ltd | 赤外線センサ |
| JPH07508095A (ja) * | 1992-06-11 | 1995-09-07 | ハネウエル・インコーポレーテッド | 熱分離微細構造 |
-
1996
- 1996-01-23 JP JP00890296A patent/JP3637665B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0555577A (ja) * | 1991-08-23 | 1993-03-05 | Nec Corp | 薄膜トランジスタの製造方法 |
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| US8362583B2 (en) | 2010-06-25 | 2013-01-29 | Seiko Epson Corporation | Pyroelectric detector, pyroelectric detection device, and electronic instrument |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3637665B2 (ja) | 2005-04-13 |
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