JPH11326062A - 焦電型赤外線検出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フルダイシングでも赤外線検出部を破壊する
ことなく、かつ工程の簡略化と焦電型赤外線検出素子の
形状・寸法の均一化が達成できる焦電型赤外線検出素子
の製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 フォトリソグラフィ及びエッチングによ
り複数の赤外線検出部と前記赤外線検出部が接する前記
基板１の表層部に複数の空洞８とを形成した複数の焦電
型赤外線検出素子の前記複数の空洞８内に充填材を充填
した構成とすることにより、フルダイシングでも焦電型
赤外線検出素子を破壊することなく切断が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、焦電型赤外線検出素子は、非接触
で物体の検知や温度検出ができる点を生かして、電子レ
ンジの調理物の温度測定、エアコンの室内温度制御ある
いは自動ドア、警報装置での人体検知等に利用されてお
り、今後その応用範囲はますます拡大していくことが予
想される。

【０００３】焦電型赤外線検出素子は、強誘電体の焦電
効果を応用した熱センサである。強誘電体は内部に一定
方向の自発分極を有しており、その表面に正及び負電荷
を発生させる。大気中における定常状態では、大気中の
分子が持つ電荷と結合して中性状態になっている。すべ
ての物体は、温度に応じた赤外線を放出しており、赤外
線検出部に入射した赤外線エネルギーに応じた温度変化
を強誘電体に生じさせる。入射する赤外線エネルギーは
非常に微弱であり、その微弱なエネルギーで検出に十分
な温度変化を生じさせるためには、赤外線検出部の熱容
量を極力小さくする必要があり、その部分での熱容量は
焦電薄膜のみであるのが望ましく、赤外線検出部の下部
の基板表層部に空洞を設けるのが最適と考えられてい
る。

【０００４】以下に、従来の焦電型赤外線検出素子につ
いて図３を用いて説明する。まず、酸化マグネシウム単
結晶基板１０１上に、第一の電極１０２として１５０ｎ
ｍ程度の膜厚を有する白金薄膜をスパッタリング法によ
り形成する。次に、焦電薄膜１０３としてランタンを含
有したチタン酸鉛を高周波マグネトロンスパッタリング
法で形成する。次に、フォトリソグラフィ法で焦電薄膜
１０３を所定の形状にパターニングし、その後、第一の
電極１０２も所定の形状にパターニングする。その後、
これら上層にスピンコート法でポリイミド系樹脂を塗布
した後、所定の形状にパターニングし、その後熱硬化さ
せ層間絶縁膜１０４を形成する。

【０００５】次に、これら上層に第二の電極１０５とし
て赤外線吸収効果を有するＮｉＣｒを２０ｎｍ程度形成
し、所定の形状にパターニングする。更に、これら上層
に保護膜１０６として、ポリイミド系樹脂をスピンコー
ト法で塗布した後、所定の形状にパターニングし、その
後硬化させて形成する。その後、赤外線検出部が接する
基板表層部のパターニング時に形成したエッチング孔１
０７を通じて、燐酸溶液による湿式エッチング法で酸化
マグネシウム基板をエッチングし空洞１０８を形成す
る。

【０００６】以上の工程により基板１０１上に形成され
た複数個の赤外線検出部を個々に分割するため、ダイシ
ング法により基板１０１の裏面からハーフカットにより
溝１０９を形成した後、ブレークを行い個々の焦電型赤
外線検出素子を得る。ここで、酸化マグネシウム単結晶
基板１０１のブレークを基板裏面からのハーフカットに
より行う理由は、前述したように赤外線検出部の下部に
空洞を有しているため、通常の基板表面からのフルダイ
シング法では、ダイシング装置の切削液の水圧によりポ
リイミド樹脂が破れ赤外線検出部が破壊されるためであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の切断方法では、赤外線検出部の下部に空洞を有してい
るため、工程が基板裏面からのハーフカットによる切断
とブレークの２工程になり複雑になることや、ブレーク
したときにブレークラインが定まらず得られた焦電型赤
外線検出素子の形状・寸法が不揃いになるという課題を
有していた。

【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、空洞内に充填材を充填することにより、フルダイシ
ングでも赤外線検出部を破壊することなく切断が可能と
なり、工程の簡略化とブレーク後の形状・寸法の均一化
が達成できる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】この課題を解決するため
に本発明の焦電型赤外線検出素子は、基板上に少なくと
も第一の電極と焦電薄膜と赤外線吸収効果を有する第二
の電極を順次積層し、フォトリソグラフィ及びエッチン
グにより複数の赤外線検出部とこの赤外線検出部が接す
る前記基板の表層部に複数の空洞とを形成した複数の焦
電型赤外線検出素子の前記複数の空洞内に充填材を充填
した後、個々の焦電型赤外線検出素子に切断する方法と
したものである。

【００１０】この方法によれば、複数の焦電型赤外線検
出部の下部空洞内に充填材が充填されており、個々に分
割する切断時にダイシング装置の切削液の水圧によりポ
リイミド樹脂が破れ赤外線検出部が破壊されることが無
いので、工程の簡略化と焦電型赤外線検出素子の形状・
寸法の均一化を達成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、基板上に少なくとも第一の電極と焦電薄膜と赤外線
吸収効果を有する第二の電極を順次積層し、フォトリソ
グラフィ及びエッチングにより複数の赤外線検出部とこ
の赤外線検出部が接する基板表層部に空洞を設けた焦電
型赤外線検出素子において、これらの複数の検出素子を
個々に分割するために空洞内に充填材を充填して切断す
るものであり、空洞内を充填材で充填しておいて切断す
ることにより、切断時に切削液がかかっても赤外線検出
部が破壊することなく切断できるという作用を有する。

【００１２】請求項２に記載の発明は、充填材が弾力性
を有するものであり、空洞に充填したとき充填材に弾力
性があると空洞上の赤外線検出部に無理な力がかからず
赤外線検出部の歪みや破壊に対して有利であるという作
用を有する。

【００１３】請求項３に記載の発明は、充填材が透明あ
るいは半透明としたものであり、充填材が透明あるいは
半透明であると、基板上に載った充填材を透かして基板
のダイシングラインが見えるために切断がやりやすいと
言う作用を有する。

【００１４】請求項４に記載の発明は、充填材がワック
スとしたものであり、ワックスは僅かの加熱・冷却で容
易に固体から液体更に固体に変化するため空洞内に充填
が容易であるという作用を有する。

【００１５】請求項５に記載の発明は、充填材がフォト
レジストとしたものであり、フォトレジストは充填後の
乾燥条件を調整することで適度の弾力性をもたすことが
でき、赤外線検出部に無理な力がかからず赤外線検出部
の歪みや破壊に対して有利であるという作用を有する。

【００１６】以下、本発明の実施の形態について、図
１、図２を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における
焦電型赤外線検出素子の断面図を示す。図１において、
本発明の実施の形態１における焦電型赤外線検出素子
は、基本的に基板１、第一の電極２、焦電薄膜３、層間
絶縁膜４、第二の電極５、保護膜６、エッチング孔７及
び空洞８から構成される。なお、図１に示す本発明の実
施の形態は、基本的には図３に示した従来例と同じ構成
であるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な
説明を省略する。

【００１７】図２はこのように構成された赤外線検出素
子の空洞８に充填材を充填し、その後切断して個々の素
子を得る製造工程を示したフローチャートである。以
下、図２のフローチャートについて工程順に説明する。

【００１８】まず、複数の赤外線検出部が形成された基
板上に液体状の充填材をスポイド等を用いて基板表面全
体に滴下する。滴下した充填材は毛細管現象によりエッ
チング孔より空洞の中に吸い込まれ空洞内は充填材で満
たされる。充填材の材料としては、好ましくは透明ある
いは半透明又は弾力性のある物により構成される。透明
あるいは半透明な充填材としては、例えばワックス、ゼ
ラチン、アクリル樹脂等が使用でき、特にワックスは流
動性に優れ、小さいエッチング孔から空洞内に入りやす
い点から好ましい。また、弾力性のある充填材として
は、フォトレジスト、ゼラチン等が使用でき、特にフォ
トレジストは空洞内への充填のし易さと適度な弾力性が
ある点で好ましい。

【００１９】次に、充填材を硬化させる。充填材を硬化
させる方法はそれぞれの材料によって異なるが、ワック
スの場合は５０〜６０℃に加熱しておいて液体状にして
充填した後、室温に冷却するだけで容易に硬化できる。
また、フォトレジストの場合は充填後数十度に加熱する
と数時間で弾力性のある状態まで硬化する。

【００２０】次に、充填材を充填済みの基板をダイシン
グシートに貼り付けダイシングを行う。この時、充填材
が透明あるいは半透明であると基板上のダイシングライ
ンが充填材を透かして見えるため切断が容易に行える。
ダイシング中は切削水やブレードの冷却水が基板上にか
かるが空洞は充填材で保護されているため破壊されるこ
とはない。

【００２１】切断後、空洞の中及び基板表面の充填材を
除去して元の状態に戻す。除去の方法は充填材によって
それぞれ異なるが、ワックスの場合は石油系溶剤あるい
はアルカリ溶液に浸漬することによりワックスを溶解さ
せて除去することができる。また、フォトレジストの場
合はアルカリ溶液により除去が可能である。

【００２２】次に、本発明の具体例を説明する。図１は
本発明の焦電型赤外線検出素子の断面図を示し、図１に
おいて、本発明の焦電型赤外線検出素子は、基板１、第
一の電極２、焦電薄膜３、層間絶縁膜４、第二の電極
５、保護膜６、エッチング孔７及び空洞８から構成され
る。

【００２３】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、本具体例における焦電型赤外線検出素子
の製造方法を図２に示す。図２はこの様に構成された赤
外線検出素子の空洞に充填材を充填し、その後切断して
個々の素子を得る製造工程を示したフローチャートであ
る。

【００２４】まず、基板１として酸化マグネシウムを用
い、この酸化マグネシウム基板１上に第一の電極２とし
て１５０ｎｍ程度の膜厚を有する白金薄膜をスパッタリ
ング法により形成する。次にその上層に、焦電薄膜３と
してランタンを含有したチタン酸鉛を高周波マグネトロ
ンスパッタリング法で形成する。次に焦電薄膜３をフォ
トリソグラフィ及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２もフォトリソグラ
フィ及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。次に層間絶縁膜４としてポリイミド系樹脂を塗
布した後、所定の形状にパターニングし、その後熱硬化
させる。次に、これら上層に第二の電極５として赤外線
吸収効果を有するＮｉＣｒ合金薄膜を２０ｎｍ程度真空
蒸着法により形成する。その後、フォトリソグラフィ及
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。更に、これら上層に保護膜６として、ポリイミ
ド系樹脂を塗布した後、所定の形状にパターニングし、
その後熱硬化させる。最後に、赤外線検出部が接する基
板表層部にフォトリソグラフィで作成したエッチング用
保護マスクを介して、燐酸溶液による湿式エッチング法
で空洞８を形成する。

【００２５】以上の赤外線検出部が複数個形成された基
板を個々の焦電型赤外線検出素子に分割するために空洞
内に充填材を充填して切断を行う。

【００２６】まず５０〜６０℃に加熱したホットプレー
ト上に基板を載せ、次にディスペンサでワックスを５０
〜６０℃に加熱し液体状にした状態で基板上に滴下し、
エッチング孔７より空洞内にワックスを充填する。その
後すぐに基板をホットプレートから降ろし冷却、硬化さ
せる。次に基板をダイシングシートに貼り付け、所定の
寸法に切断する。その後基板をダイシングシートごと溶
剤に浸漬し、数分間揺動することにより、ワックスを溶
解し除去する。以上の方法により切断を行った結果、素
子の破壊は皆無であった。また、得られた焦電型赤外線
検出素子の形状・寸法も一定しており外観的にも全く問
題がなかった。更に、従来例に比べ工程も簡単である。

【００２７】上記のように本具体例の焦電型赤外線検出
素子の製造方法によれば、空洞の中に充填材を充填して
切断することにより、フルダイシングでも赤外線検出部
を破壊することなく切断が可能となり、工程の簡略化と
焦電型赤外線検出素子の形状・寸法の均一化を達成する
ことができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板上に
少なくとも第一の電極と焦電薄膜と赤外線吸収効果を有
する第二の電極を順次積層し、フォトリソグラフィ及び
エッチングにより複数の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複数の空洞とを形成した
複数の焦電型赤外線検出素子の前記複数の空洞内に充填
材を充填した構成とすることにより、切断中に空洞に切
削液がかかっても赤外線検出部を破壊することなく切断
できるので、工程の簡略化と焦電型赤外線検出素子の形
状・寸法の均一化が達成できるという有利な効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における焦電型赤外線検
出素子の断面図

【図２】同実施の形態における焦電型赤外線検出素子の
製造工程のフローチャート

【図３】従来の焦電型赤外線検出素子の断面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 第一の電極 ３ 焦電薄膜 ４ 層間絶縁膜 ５ 第二の電極 ６ 保護膜 ７ エッチング孔 ８ 空洞

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に少なくとも第一の電極と焦電薄
   膜と赤外線吸収効果を有する第二の電極を順次積層し、
   フォトリソグラフィ及びエッチングにより複数の赤外線
   検出部とこの赤外線検出部が接する前記基板の表層部に
   複数の空洞とを形成した複数の焦電型赤外線検出素子の
   前記複数の空洞内に充填材を充填した後、個々の焦電型
   赤外線検出素子に切断する焦電型赤外線検出素子の製造
   方法。
2. 【請求項２】 充填材が弾力性を有する構成とした請求
   項１に記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 充填材が透明あるいは半透明である構成
   とした請求項１または２記載の焦電型赤外線検出素子の
   製造方法。
4. 【請求項４】 充填材がワックスである請求項１，２ま
   たは３のいずれか１つに記載の焦電型赤外線検出素子の
   製造方法。
5. 【請求項５】 充填材がフォトレジストである請求項
   １，２または３のいずれか１つに記載の焦電型赤外線検
   出素子の製造方法。