JPH11344377A - 赤外線検知素子およびその製造方法 - Google Patents
赤外線検知素子およびその製造方法Info
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- JPH11344377A JPH11344377A JP10153152A JP15315298A JPH11344377A JP H11344377 A JPH11344377 A JP H11344377A JP 10153152 A JP10153152 A JP 10153152A JP 15315298 A JP15315298 A JP 15315298A JP H11344377 A JPH11344377 A JP H11344377A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱物体検知素子と絶対温度検知素子が同一基
板上に配置された、低価格で小型・コンパクトな赤外線
検知素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板101として(100)面MgO単
結晶基板を用い、その上に焦電型検知部120と抵抗変
化型検知部130の二種の素子が配置される。焦電型検
知部120は、Pt膜からなる下部電極102を介して
Pb0.9La0.1Ti0.975O3からなる焦電体膜103を
配置し、その上に上部電極104のNi−Cr膜が配置
される。抵抗変化型検知部130は、基板101上にシ
リコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層構成からなる熱的
絶縁膜105を介して抵抗体膜106が配置される。各
検知部120、130の直下の基板部分には空隙部10
9が配置される。
板上に配置された、低価格で小型・コンパクトな赤外線
検知素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板101として(100)面MgO単
結晶基板を用い、その上に焦電型検知部120と抵抗変
化型検知部130の二種の素子が配置される。焦電型検
知部120は、Pt膜からなる下部電極102を介して
Pb0.9La0.1Ti0.975O3からなる焦電体膜103を
配置し、その上に上部電極104のNi−Cr膜が配置
される。抵抗変化型検知部130は、基板101上にシ
リコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層構成からなる熱的
絶縁膜105を介して抵抗体膜106が配置される。各
検知部120、130の直下の基板部分には空隙部10
9が配置される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、人体などの熱物体
を検知することができると同時にその物体の輻射温度を
計測することのできる赤外線検知素子に関する。
を検知することができると同時にその物体の輻射温度を
計測することのできる赤外線検知素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、赤外線検知技術の発達により、各
種温度計測、人体検知、災害・犯罪から交通・環境の監
視などさまざまな応用展開が考えられ、放射温度計、耳
孔体温計、防犯センサ、赤外撮像素子(赤外線カメラ)
等の非接触センシングデバイスとして実用化されてい
る。赤外線検知素子としては、光電効果を利用した量子
型素子と、赤外線を熱としてとらえた熱型素子に大きく
分けられる。そして、感度は相対的に低いものの、波長
依存性がなく、冷却を必要としない熱型のものが最近注
目を浴びている。熱型素子は、その動作原理の違いで、
焦電型、抵抗変化型(ボロメータ型)、熱電対型、誘電
率変化型等がある。焦電型は、その中でも比較的感度が
高く、人体検知センサとして用いられる。また、抵抗変
化型および誘電率変化型は、抵抗変化率および誘電率が
絶対温度と一対一に対応するので、温度計測が可能であ
る。
種温度計測、人体検知、災害・犯罪から交通・環境の監
視などさまざまな応用展開が考えられ、放射温度計、耳
孔体温計、防犯センサ、赤外撮像素子(赤外線カメラ)
等の非接触センシングデバイスとして実用化されてい
る。赤外線検知素子としては、光電効果を利用した量子
型素子と、赤外線を熱としてとらえた熱型素子に大きく
分けられる。そして、感度は相対的に低いものの、波長
依存性がなく、冷却を必要としない熱型のものが最近注
目を浴びている。熱型素子は、その動作原理の違いで、
焦電型、抵抗変化型(ボロメータ型)、熱電対型、誘電
率変化型等がある。焦電型は、その中でも比較的感度が
高く、人体検知センサとして用いられる。また、抵抗変
化型および誘電率変化型は、抵抗変化率および誘電率が
絶対温度と一対一に対応するので、温度計測が可能であ
る。
【0003】例えば、これらの熱型素子を用いた温度分
解能の良好な耳孔体温計が実現されている。すなわち、
赤外線検知部として焦電材料を用い、圧電チョッパによ
り高感度化するとともに熱源(耳孔内)温度とチョッパ
温度との温度差を検出している。さらに、接触型のサー
ミスタ素子を用いることにより、チョッパの絶対温度を
測定する。焦電素子の温度差データとサーミスタ素子の
温度値より、熱源温度(体温)を算出している。焦電型
赤外線検知素子には、感度を向上させるためにランタン
を添加したチタン酸鉛系強誘電体(PLT)薄膜(例え
ば、高山ら:JOUNAL of APPLIED PHYSICS 63(12),1988
p5868-5872)を用い、支持体にはMgO基板の表面マイ
クロマシンニングにより形成したマイクロキャビティ
(小谷ら:JAPANESE JOUNAL of APPLIED PHYSICS 32,19
93 p6297-6300)を有する構成により熱絶縁性を高め、
構造的にも高感度・高分解能化したものを用いている。
これとは別に圧電チョッパ自体にサーミスタ温度検知素
子を接続している。このような耳孔体温計などの赤外線
検知素子を用いることにより、非接触で熱物体検知や、
温度計測が行えるという利点を有する。
解能の良好な耳孔体温計が実現されている。すなわち、
赤外線検知部として焦電材料を用い、圧電チョッパによ
り高感度化するとともに熱源(耳孔内)温度とチョッパ
温度との温度差を検出している。さらに、接触型のサー
ミスタ素子を用いることにより、チョッパの絶対温度を
測定する。焦電素子の温度差データとサーミスタ素子の
温度値より、熱源温度(体温)を算出している。焦電型
赤外線検知素子には、感度を向上させるためにランタン
を添加したチタン酸鉛系強誘電体(PLT)薄膜(例え
ば、高山ら:JOUNAL of APPLIED PHYSICS 63(12),1988
p5868-5872)を用い、支持体にはMgO基板の表面マイ
クロマシンニングにより形成したマイクロキャビティ
(小谷ら:JAPANESE JOUNAL of APPLIED PHYSICS 32,19
93 p6297-6300)を有する構成により熱絶縁性を高め、
構造的にも高感度・高分解能化したものを用いている。
これとは別に圧電チョッパ自体にサーミスタ温度検知素
子を接続している。このような耳孔体温計などの赤外線
検知素子を用いることにより、非接触で熱物体検知や、
温度計測が行えるという利点を有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来例のような構成では、熱源検知用素子と絶対温度検
知用素子をそれぞれ別々に作り、それぞれ別々の構成部
品として個別に組み込むため、トータルの製造工程が多
くなるとともに製造コスト・時間がかかり、その結果、
製品価格が高くなるという問題があった。また、それぞ
れ別々の素子部品であり、独自のサイズを持っているた
め、全体として小型化するには限界があった。本発明
は、上記課題を解決するもので、高感度で、小型・コン
パクト化した低価格の赤外線検出素子、およびその素子
構成を実現する製造方法を提供することを目的としてい
る。
従来例のような構成では、熱源検知用素子と絶対温度検
知用素子をそれぞれ別々に作り、それぞれ別々の構成部
品として個別に組み込むため、トータルの製造工程が多
くなるとともに製造コスト・時間がかかり、その結果、
製品価格が高くなるという問題があった。また、それぞ
れ別々の素子部品であり、独自のサイズを持っているた
め、全体として小型化するには限界があった。本発明
は、上記課題を解決するもので、高感度で、小型・コン
パクト化した低価格の赤外線検出素子、およびその素子
構成を実現する製造方法を提供することを目的としてい
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第一の赤外線検知素子は、同一基板上に焦
電型検知部および抵抗変化型検知部をともに配置した構
成をとる。また、本発明の第二の赤外線検知素子は、同
一基板上に焦電型検知部および誘電率変化型検知部をと
もに配置した構成をとる。さらに、本発明の第三の赤外
線検知素子は、同一基板上に抵抗変化型検知部および誘
電率変化型検知部をともに配置した構成をとる。
め、本発明の第一の赤外線検知素子は、同一基板上に焦
電型検知部および抵抗変化型検知部をともに配置した構
成をとる。また、本発明の第二の赤外線検知素子は、同
一基板上に焦電型検知部および誘電率変化型検知部をと
もに配置した構成をとる。さらに、本発明の第三の赤外
線検知素子は、同一基板上に抵抗変化型検知部および誘
電率変化型検知部をともに配置した構成をとる。
【0006】本発明の赤外線検知素子においては、各検
知部の直下の基板部に空隙部を設けることが望ましい。
また、基板としてMgO単結晶基板、あるいはMgO、
NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜積層基
板、またはSi等の半導体単結晶基板を用いることが望
ましい。素子を構成する焦電型検知部材料としては、鉛
系強誘電体あるいはビスマス系強誘電体を用いることが
望ましい。抵抗変化型検知部材料としては、酸化バナジ
ウム、多結晶シリコンあるいはチタンを用いることが望
ましい。また、誘電率変化型検知部材料としては、チタ
ン酸鉛ランタン(PLT)系あるいはチタン酸バリウム
ストロンチウム(BST)系を用いることが望ましい。
焦電型検知部の下部電極材料としては、Pt、Pd、I
r、Au、RuOxあるいは(La,Sr)CoO3を用
いることが望ましい。誘電率変化型検知部の下部電極材
料としては、Pt、Pd、Ir、Au、RuOxあるい
は(La,Sr)CoO3を用いることが望ましい。
知部の直下の基板部に空隙部を設けることが望ましい。
また、基板としてMgO単結晶基板、あるいはMgO、
NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜積層基
板、またはSi等の半導体単結晶基板を用いることが望
ましい。素子を構成する焦電型検知部材料としては、鉛
系強誘電体あるいはビスマス系強誘電体を用いることが
望ましい。抵抗変化型検知部材料としては、酸化バナジ
ウム、多結晶シリコンあるいはチタンを用いることが望
ましい。また、誘電率変化型検知部材料としては、チタ
ン酸鉛ランタン(PLT)系あるいはチタン酸バリウム
ストロンチウム(BST)系を用いることが望ましい。
焦電型検知部の下部電極材料としては、Pt、Pd、I
r、Au、RuOxあるいは(La,Sr)CoO3を用
いることが望ましい。誘電率変化型検知部の下部電極材
料としては、Pt、Pd、Ir、Au、RuOxあるい
は(La,Sr)CoO3を用いることが望ましい。
【0007】本発明の第一の赤外線検知素子の製造方法
は、基板上に下部電極および焦電体膜を順次形成する工
程、前記下部電極および前記焦電体膜を選択的にパター
ン加工する工程、パターン加工により露出した基板上に
選択的に抵抗体膜を形成する工程、および前記パターン
加工後に残存する焦電体膜上に選択的に上部電極を形成
する工程を有する。ここにおいて、前記抵抗体膜を形成
する際に、パターン加工により一部露出する基板面上に
選択的に、まず熱的絶縁膜を形成し、その熱的絶縁膜上
に抵抗体膜を形成することが望ましい。さらに、焦電体
膜および抵抗体膜の側部に、基板にまで到るエッチング
ホールを複数個設け、これらのエッチングホールよりエ
ッチング液を用いて焦電体膜および抵抗体膜直下の基板
部分に空隙部を形成することが望ましい。
は、基板上に下部電極および焦電体膜を順次形成する工
程、前記下部電極および前記焦電体膜を選択的にパター
ン加工する工程、パターン加工により露出した基板上に
選択的に抵抗体膜を形成する工程、および前記パターン
加工後に残存する焦電体膜上に選択的に上部電極を形成
する工程を有する。ここにおいて、前記抵抗体膜を形成
する際に、パターン加工により一部露出する基板面上に
選択的に、まず熱的絶縁膜を形成し、その熱的絶縁膜上
に抵抗体膜を形成することが望ましい。さらに、焦電体
膜および抵抗体膜の側部に、基板にまで到るエッチング
ホールを複数個設け、これらのエッチングホールよりエ
ッチング液を用いて焦電体膜および抵抗体膜直下の基板
部分に空隙部を形成することが望ましい。
【0008】本発明の第二の赤外線検知素子の製造方法
は、基板上に下部電極を形成する工程、前記下部電極上
に焦電体膜を形成する工程、前記焦電体膜を選択的にパ
ターン加工する工程、パターン加工により露出した下部
電極上に選択的に誘電体膜を形成する工程、および前記
パターン加工後に残存する焦電体膜および誘電体膜上に
選択的に上部電極を形成する工程を有する。また、本発
明の第三の赤外線検知素子の製造方法は、基板上に下部
電極を形成する工程、前記下部電極上に誘電体膜を形成
する工程、前記誘電体膜を選択的にパターン加工する工
程、パターン加工により露出した下部電極上に選択的に
焦電体膜を形成する工程、前記パターン加工後に残存す
る誘電体膜および焦電体膜上に選択的に上部電極を形成
する工程を有する。本発明の第二および第三の製造方法
においては、焦電体膜および誘電体膜の側部に、基板に
まで到るエッチングホールを複数個設け、これらエッチ
ングホールよりエッチング液を用いて焦電体膜および誘
電体膜直下の基板部分に空隙部を形成することが望まし
い。
は、基板上に下部電極を形成する工程、前記下部電極上
に焦電体膜を形成する工程、前記焦電体膜を選択的にパ
ターン加工する工程、パターン加工により露出した下部
電極上に選択的に誘電体膜を形成する工程、および前記
パターン加工後に残存する焦電体膜および誘電体膜上に
選択的に上部電極を形成する工程を有する。また、本発
明の第三の赤外線検知素子の製造方法は、基板上に下部
電極を形成する工程、前記下部電極上に誘電体膜を形成
する工程、前記誘電体膜を選択的にパターン加工する工
程、パターン加工により露出した下部電極上に選択的に
焦電体膜を形成する工程、前記パターン加工後に残存す
る誘電体膜および焦電体膜上に選択的に上部電極を形成
する工程を有する。本発明の第二および第三の製造方法
においては、焦電体膜および誘電体膜の側部に、基板に
まで到るエッチングホールを複数個設け、これらエッチ
ングホールよりエッチング液を用いて焦電体膜および誘
電体膜直下の基板部分に空隙部を形成することが望まし
い。
【0009】本発明の第四の赤外線検知素子の製造方法
は、基板上に下部電極を形成する工程、前記下部電極上
に誘電体膜を形成する工程、前記下部電極および前記誘
電体膜を選択的にパターン加工する工程、前記パターン
加工後に露出した基板上に選択的に抵抗体膜を形成する
工程、および前記パターン加工後に残存する誘電体膜上
に選択的に上部電極を形成する工程を有する。ここにお
いて、抵抗体膜を形成する際に、パターン加工により一
部露出する基板面上に選択的に、まず熱的絶縁膜を形成
し、その熱的絶縁膜上に抵抗体膜を形成することが望ま
しい。さらに、誘電体膜および抵抗体膜の側部に、基板
にまで到るエッチングホールを複数個設け、これらエッ
チングホールよりエッチング液を用いて誘電体膜および
抵抗体膜直下の基板部分に空隙部を形成することが望ま
しい。
は、基板上に下部電極を形成する工程、前記下部電極上
に誘電体膜を形成する工程、前記下部電極および前記誘
電体膜を選択的にパターン加工する工程、前記パターン
加工後に露出した基板上に選択的に抵抗体膜を形成する
工程、および前記パターン加工後に残存する誘電体膜上
に選択的に上部電極を形成する工程を有する。ここにお
いて、抵抗体膜を形成する際に、パターン加工により一
部露出する基板面上に選択的に、まず熱的絶縁膜を形成
し、その熱的絶縁膜上に抵抗体膜を形成することが望ま
しい。さらに、誘電体膜および抵抗体膜の側部に、基板
にまで到るエッチングホールを複数個設け、これらエッ
チングホールよりエッチング液を用いて誘電体膜および
抵抗体膜直下の基板部分に空隙部を形成することが望ま
しい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。 《実施の形態1》図1は本発明の第一の赤外線検知素子
100の断面図を示す。この赤外線検知素子は、基板1
01として(100)面で劈開し鏡面研磨処理したMg
O単結晶基板を用い、その上に焦電型検知部120と抵
抗変化型検知部130の二種の素子を配置した構成を有
する。焦電型検知部120においては、下部電極102
のPt膜を介して焦電体膜103としてPb0.9La0.1
Ti0.975O3(PLT)膜を配置し、焦電体膜103上
に上部電極104のNi−Cr膜が配置されている。ま
た、抵抗変化型検知部130においては、基板101上
に熱的絶縁膜105を介して抵抗体膜106が配置され
ている。絶縁膜105としては、シリコン酸化膜とシリ
コン窒化膜の積層構成をとっている。各検知部120、
130の直下の基板部分には、感度を高めるために空隙
部109を配置し、熱拡散をできるだけ抑えた構造とし
ている。また、各検知部120、130において空隙部
109の導入による素子膜の変形や破損を防止するた
め、ポリイミドなどの樹脂膜107を配置し、機械的強
度を保つ構成としている。
て、図を用いて説明する。 《実施の形態1》図1は本発明の第一の赤外線検知素子
100の断面図を示す。この赤外線検知素子は、基板1
01として(100)面で劈開し鏡面研磨処理したMg
O単結晶基板を用い、その上に焦電型検知部120と抵
抗変化型検知部130の二種の素子を配置した構成を有
する。焦電型検知部120においては、下部電極102
のPt膜を介して焦電体膜103としてPb0.9La0.1
Ti0.975O3(PLT)膜を配置し、焦電体膜103上
に上部電極104のNi−Cr膜が配置されている。ま
た、抵抗変化型検知部130においては、基板101上
に熱的絶縁膜105を介して抵抗体膜106が配置され
ている。絶縁膜105としては、シリコン酸化膜とシリ
コン窒化膜の積層構成をとっている。各検知部120、
130の直下の基板部分には、感度を高めるために空隙
部109を配置し、熱拡散をできるだけ抑えた構造とし
ている。また、各検知部120、130において空隙部
109の導入による素子膜の変形や破損を防止するた
め、ポリイミドなどの樹脂膜107を配置し、機械的強
度を保つ構成としている。
【0011】以上のように構成された赤外線検知素子1
00の製造方法について図2および図3を用いて説明す
る。まず、MgO単結晶基板101上に、RFマグネト
ロンスパッタ法により、下部電極となる厚み200nm
のPt薄膜102を形成する(図2(a))。ここで、
Pt膜102はMgO基板の(100)面に結晶配向す
るように形成する。Pt膜102の形成は、例えば、板
状のPtターゲットを用い、基板温度を600℃、Ar
ガスをスパッタガスとし、ガス圧を1Pa、RF電力密
度1.3W/cm2の成膜条件で行われる。次に、Pt下
部電極膜102上に、RFマグネトロンスパッタ法によ
り、厚み3μmのPLT焦電体薄膜103を形成する
(図2(b))。PLT膜103の形成は、例えば、P
LT焼結体ターゲット(上記した膜組成にPbOを20
mol%添加した組成の焼結体)を用い、基板温度を5
80℃、ガス比Ar:O2=25:1の混合ガスをスパ
ッタガスとし、ガス圧0.4Pa、RF電力密度2.3W
/cm2の成膜条件で行われる。
00の製造方法について図2および図3を用いて説明す
る。まず、MgO単結晶基板101上に、RFマグネト
ロンスパッタ法により、下部電極となる厚み200nm
のPt薄膜102を形成する(図2(a))。ここで、
Pt膜102はMgO基板の(100)面に結晶配向す
るように形成する。Pt膜102の形成は、例えば、板
状のPtターゲットを用い、基板温度を600℃、Ar
ガスをスパッタガスとし、ガス圧を1Pa、RF電力密
度1.3W/cm2の成膜条件で行われる。次に、Pt下
部電極膜102上に、RFマグネトロンスパッタ法によ
り、厚み3μmのPLT焦電体薄膜103を形成する
(図2(b))。PLT膜103の形成は、例えば、P
LT焼結体ターゲット(上記した膜組成にPbOを20
mol%添加した組成の焼結体)を用い、基板温度を5
80℃、ガス比Ar:O2=25:1の混合ガスをスパ
ッタガスとし、ガス圧0.4Pa、RF電力密度2.3W
/cm2の成膜条件で行われる。
【0012】次に、PLT膜103のパターニングを行
う(図2(c))。レジストをスピンコートし、フォト
リソグラフィによりレジストを加工し、フッ硝酸を用い
たウエットエッチングにより膜103の一部をエッチン
グ除去し、Pt膜102を一部露出させ、レジストを除
去する。次に、露出させたPt膜102のパターニング
を行う(図2(d))。レジストをスピンコートし、フ
ォトリソグラフィによりレジストを加工し、Arガスを
用いたスパッタエッチングによりPt膜露出面の一部を
除去し、基板101面を露出させ、レジストを除去す
る。次に、露出させた基板101面上にRFマグネトロ
ンスパッタ法により熱絶縁膜105を形成する(図2
(e))。この場合、絶縁膜105は、露出した基板1
01面上の所定の位置に選択的に形成する必要があるた
め、例えば、メタルマスク等を用いて成膜する。また絶
縁膜105としては、熱伝導率の比較的小さいSiO2
膜と、機械的強度の大きなSiN膜の三層の積層構成
(SiO2(100nm)/SiN(200nm)/S
iO2(100nm))を用いる。SiO2膜の形成は、
例えば、板状の石英ターゲットを用い、基板温度を25
0℃、ガス比Ar:O2=1:1の混合スパッタガスを
用い、ガス圧を0.5Pa、RF電力密度2.5W/cm
2の条件で行われる。また、SiN膜の形成は、例え
ば、シリコン板状ターゲットを用い、基板温度250
℃、ガス圧0.5Pa(Ar:N2=1:1の混合ガ
ス)、RF電力密度1.9W/cm2の成膜条件で行われ
る。
う(図2(c))。レジストをスピンコートし、フォト
リソグラフィによりレジストを加工し、フッ硝酸を用い
たウエットエッチングにより膜103の一部をエッチン
グ除去し、Pt膜102を一部露出させ、レジストを除
去する。次に、露出させたPt膜102のパターニング
を行う(図2(d))。レジストをスピンコートし、フ
ォトリソグラフィによりレジストを加工し、Arガスを
用いたスパッタエッチングによりPt膜露出面の一部を
除去し、基板101面を露出させ、レジストを除去す
る。次に、露出させた基板101面上にRFマグネトロ
ンスパッタ法により熱絶縁膜105を形成する(図2
(e))。この場合、絶縁膜105は、露出した基板1
01面上の所定の位置に選択的に形成する必要があるた
め、例えば、メタルマスク等を用いて成膜する。また絶
縁膜105としては、熱伝導率の比較的小さいSiO2
膜と、機械的強度の大きなSiN膜の三層の積層構成
(SiO2(100nm)/SiN(200nm)/S
iO2(100nm))を用いる。SiO2膜の形成は、
例えば、板状の石英ターゲットを用い、基板温度を25
0℃、ガス比Ar:O2=1:1の混合スパッタガスを
用い、ガス圧を0.5Pa、RF電力密度2.5W/cm
2の条件で行われる。また、SiN膜の形成は、例え
ば、シリコン板状ターゲットを用い、基板温度250
℃、ガス圧0.5Pa(Ar:N2=1:1の混合ガ
ス)、RF電力密度1.9W/cm2の成膜条件で行われ
る。
【0013】次に、絶縁膜105上にRFマグネトロン
スパッタ法により、酸化バナジウムVOx(x=約2)
からなる抵抗体薄膜106を厚み200nm形成する
(図3(f))。この場合もメタルマスク等を用いて選
択的に成膜する。抵抗膜106の形成には、バナジウム
金属ターゲットを用い、基板温度を350℃、ガス圧
0.8Pa(ガス比Ar:O2=1:1の混合スパッタガ
ス)、RF電力密度1.9W/cm2の成膜条件で行われ
る。次に、フォトニース等の感光性ポリイミド樹脂膜1
07を厚み2μm形成し、引き続き、上部電極104と
してNi−Cr膜を選択的にエッチングで残存させた焦
電体膜103上に、メタルマスク等を用いて所望の位置
にDCスパッタ法により厚み10nm形成する(図3
(g))。樹脂膜107の形成は、感光性ポリイミドを
スピンコーターにより塗布し、フォトリソグラフィによ
り所望の形状に加工した後、硬化させる。上部電極膜1
04の形成は、例えば、Ni−Crターゲットを用い、
ガス圧0.7PaのArスパッタガス雰囲気で、電力密
度1.3W/cm2により基板を加熱しない条件で行う。
次に、焦電体膜103および抵抗体膜106の側部に、
基板にまで到るArガスのスパッタエッチングによりエ
ッチングホール108を複数個設け(図3(h))、最
後に、エッチングホール108より燐酸(80℃に加
熱)などのエッチング液を用いて焦電体膜103および
抵抗体膜106直下の基板部分に、ウエットエッチング
により空隙部109を形成する(図3(i))。
スパッタ法により、酸化バナジウムVOx(x=約2)
からなる抵抗体薄膜106を厚み200nm形成する
(図3(f))。この場合もメタルマスク等を用いて選
択的に成膜する。抵抗膜106の形成には、バナジウム
金属ターゲットを用い、基板温度を350℃、ガス圧
0.8Pa(ガス比Ar:O2=1:1の混合スパッタガ
ス)、RF電力密度1.9W/cm2の成膜条件で行われ
る。次に、フォトニース等の感光性ポリイミド樹脂膜1
07を厚み2μm形成し、引き続き、上部電極104と
してNi−Cr膜を選択的にエッチングで残存させた焦
電体膜103上に、メタルマスク等を用いて所望の位置
にDCスパッタ法により厚み10nm形成する(図3
(g))。樹脂膜107の形成は、感光性ポリイミドを
スピンコーターにより塗布し、フォトリソグラフィによ
り所望の形状に加工した後、硬化させる。上部電極膜1
04の形成は、例えば、Ni−Crターゲットを用い、
ガス圧0.7PaのArスパッタガス雰囲気で、電力密
度1.3W/cm2により基板を加熱しない条件で行う。
次に、焦電体膜103および抵抗体膜106の側部に、
基板にまで到るArガスのスパッタエッチングによりエ
ッチングホール108を複数個設け(図3(h))、最
後に、エッチングホール108より燐酸(80℃に加
熱)などのエッチング液を用いて焦電体膜103および
抵抗体膜106直下の基板部分に、ウエットエッチング
により空隙部109を形成する(図3(i))。
【0014】このように形成した赤外線検知素子100
は、PLT焦電体膜103、VO2抵抗体膜106とも
に結晶性の良好な配向膜が得られており、結果として、
焦電型検知部120、抵抗変化型検知部130ともに赤
外線検出器としての良好な電気的特性が得られた。ここ
で、基板101として(100)面に配向したMgO、
NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を積層し
た基板(例えば結晶化ガラス基板)を用いても焦電体膜
および抵抗体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果
が得られた。また、基板101としてSi半導体基板を
用いた場合も、(100)面に配向したMgO、Ni
O、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を緩衝層とし
てSi基板上に配置することにより、焦電体膜および抵
抗体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果が得られ
た。特に、基板としてSiを用いた場合、熱拡散防止用
の空隙層109の形成についてSiマイクロマシニング
技術が応用できるとともに、焦電型検知部や抵抗変化型
検知部で発生する電気信号の読み出し回路をあらかじめ
形成しておくことにより、信号処理部との一体化が図
れ、さらなる小型化、低コスト化が可能となる。
は、PLT焦電体膜103、VO2抵抗体膜106とも
に結晶性の良好な配向膜が得られており、結果として、
焦電型検知部120、抵抗変化型検知部130ともに赤
外線検出器としての良好な電気的特性が得られた。ここ
で、基板101として(100)面に配向したMgO、
NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を積層し
た基板(例えば結晶化ガラス基板)を用いても焦電体膜
および抵抗体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果
が得られた。また、基板101としてSi半導体基板を
用いた場合も、(100)面に配向したMgO、Ni
O、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を緩衝層とし
てSi基板上に配置することにより、焦電体膜および抵
抗体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果が得られ
た。特に、基板としてSiを用いた場合、熱拡散防止用
の空隙層109の形成についてSiマイクロマシニング
技術が応用できるとともに、焦電型検知部や抵抗変化型
検知部で発生する電気信号の読み出し回路をあらかじめ
形成しておくことにより、信号処理部との一体化が図
れ、さらなる小型化、低コスト化が可能となる。
【0015】また、下部電極102として、Pd、I
r、Au、RuO2あるいは(La,Sr)CoO3を用
いても焦電体薄膜103の特性を損なうことなく、同様
の結果が得られた。また、焦電体材料としてビスマス系
強誘電体、例えば、SrBi2Ta2O9薄膜を用いた場
合も鉛系強誘電体材料の焦電特性よりは少し感度は落ち
るものの、同様に使用するには十分な結果が得られた。
また、抵抗体材料として多結晶SiあるいはTiを用い
た場合もVO2と比較して感度は少し落ちるものの、同
様に使用するには十分な結果が得られた。従って、本発
明の赤外線検知素子の構成およびそれを実現しうる製造
方法を用いることにより、従来の素子に比べ、感度特性
で劣ることなく、小型・コンパクト化が実現できるとと
もに、製造工程の簡略化、製造時間の短縮化が図れ、低
コストの素子を提供することができる。
r、Au、RuO2あるいは(La,Sr)CoO3を用
いても焦電体薄膜103の特性を損なうことなく、同様
の結果が得られた。また、焦電体材料としてビスマス系
強誘電体、例えば、SrBi2Ta2O9薄膜を用いた場
合も鉛系強誘電体材料の焦電特性よりは少し感度は落ち
るものの、同様に使用するには十分な結果が得られた。
また、抵抗体材料として多結晶SiあるいはTiを用い
た場合もVO2と比較して感度は少し落ちるものの、同
様に使用するには十分な結果が得られた。従って、本発
明の赤外線検知素子の構成およびそれを実現しうる製造
方法を用いることにより、従来の素子に比べ、感度特性
で劣ることなく、小型・コンパクト化が実現できるとと
もに、製造工程の簡略化、製造時間の短縮化が図れ、低
コストの素子を提供することができる。
【0016】《実施の形態2》次に、本発明の第二の赤
外線検知素子について図4を用いて説明する。赤外線検
知素子200は、基板201として(100)面のMg
O単結晶基板を用い、その上に焦電型検知部220と誘
電率変化型検知部230の二種の素子が配置された構成
を有する。焦電型検知部220においては、共通の下部
電極202を介して焦電体膜203としてPb0.9La
0.1Ti0.975O3(PLT10)膜を配置し、焦電体膜
203上に上部電極204のNi−Cr膜が配置されて
いる。また、誘電率変化型検知部230においては、基
板201上に共通の下部電極202を介して誘電体膜2
05として例えばPb0.75La0.25Ti0.9375O3(P
LT25)膜が配置されている。各検知部220、23
0の直下の基板部分には、熱拡散防止を目的とする空隙
部209を配置している。また、実施の形態1と同様
に、ポリイミドなどの樹脂膜207を配置し、機械的強
度を保つ構成としている。
外線検知素子について図4を用いて説明する。赤外線検
知素子200は、基板201として(100)面のMg
O単結晶基板を用い、その上に焦電型検知部220と誘
電率変化型検知部230の二種の素子が配置された構成
を有する。焦電型検知部220においては、共通の下部
電極202を介して焦電体膜203としてPb0.9La
0.1Ti0.975O3(PLT10)膜を配置し、焦電体膜
203上に上部電極204のNi−Cr膜が配置されて
いる。また、誘電率変化型検知部230においては、基
板201上に共通の下部電極202を介して誘電体膜2
05として例えばPb0.75La0.25Ti0.9375O3(P
LT25)膜が配置されている。各検知部220、23
0の直下の基板部分には、熱拡散防止を目的とする空隙
部209を配置している。また、実施の形態1と同様
に、ポリイミドなどの樹脂膜207を配置し、機械的強
度を保つ構成としている。
【0017】以上のように構成された赤外線検知素子2
00の製造方法について図5および図6を用いて説明す
る。まず、MgO単結晶基板201上にRFマグネトロ
ンスパッタ法により、下部電極となる厚み200nmの
Pt薄膜202を形成する(図5(a))。Pt膜20
2の形成は、実施の形態1と同様の成膜条件で行われ
る。次に、Pt下部電極膜202上にRFマグネトロン
スパッタ法により、厚み3μmのPLT10焦電体薄膜
203を形成する(図5(b))。PLT10膜203
の形成についても実施の形態1と同様の成膜条件で行わ
れる。次に、焦電膜203のパターニングを行う(図5
(c))。レジストをスピンコートし、フォトリソグラ
フィによりレジストを加工し、フッ硝酸を用いたウエッ
トエッチングにより膜203の一部をエッチング除去
し、Pt膜202面を一部露出させ、レジストを除去す
る。次に、露出させたPt膜202面上にRFマグネト
ロンスパッタ法により、例えばメタルマスク等を用い
て、所定の位置に選択的に誘電体膜としてPLT25膜
205を厚み3μm程度形成する(図5(d))。誘電
体膜205の形成は、例えば、PLT25焼結体ターゲ
ット(上記した膜組成にPbOを20mol%添加した
組成の焼結体)を用い、基板温度を550℃、ガス比A
r:O2=20:1の混合ガスをスパッタガスとし、ガ
ス圧0.4Pa、RF電力密度2.3W/cm2の成膜条
件で行われる。
00の製造方法について図5および図6を用いて説明す
る。まず、MgO単結晶基板201上にRFマグネトロ
ンスパッタ法により、下部電極となる厚み200nmの
Pt薄膜202を形成する(図5(a))。Pt膜20
2の形成は、実施の形態1と同様の成膜条件で行われ
る。次に、Pt下部電極膜202上にRFマグネトロン
スパッタ法により、厚み3μmのPLT10焦電体薄膜
203を形成する(図5(b))。PLT10膜203
の形成についても実施の形態1と同様の成膜条件で行わ
れる。次に、焦電膜203のパターニングを行う(図5
(c))。レジストをスピンコートし、フォトリソグラ
フィによりレジストを加工し、フッ硝酸を用いたウエッ
トエッチングにより膜203の一部をエッチング除去
し、Pt膜202面を一部露出させ、レジストを除去す
る。次に、露出させたPt膜202面上にRFマグネト
ロンスパッタ法により、例えばメタルマスク等を用い
て、所定の位置に選択的に誘電体膜としてPLT25膜
205を厚み3μm程度形成する(図5(d))。誘電
体膜205の形成は、例えば、PLT25焼結体ターゲ
ット(上記した膜組成にPbOを20mol%添加した
組成の焼結体)を用い、基板温度を550℃、ガス比A
r:O2=20:1の混合ガスをスパッタガスとし、ガ
ス圧0.4Pa、RF電力密度2.3W/cm2の成膜条
件で行われる。
【0018】次に、フォトニース等のポリイミド樹脂膜
207を厚み2μm形成する(図6(e))。樹脂膜2
07の形成は、実施の形態1と同様にフォトニース等の
感光性ポリイミドのスピンコート、フォトリソ加工によ
り行う。引き続いて、上部電極204としてNi−Cr
膜を選択的にエッチングで残存させた焦電体膜203お
よび誘電体膜205上に、メタルマスク等を用いて所望
の位置にDCスパッタ法により厚み10nm形成する
(図6(f))。上部電極204膜の形成についても、
実施の形態1と同様の条件で行う。次に、焦電体膜20
3および誘電体膜205の側部に、基板にまで到るAr
ガスのスパッタエッチングによりエッチングホール20
8を複数個設け(図6(g))、最後に、エッチングホ
ール208より燐酸などのエッチャントを用いて、実施
の形態1と同様に焦電体膜203、誘電体膜205直下
の基板部分に、ウエットエッチングにより空隙部209
を形成する(図6(h))。
207を厚み2μm形成する(図6(e))。樹脂膜2
07の形成は、実施の形態1と同様にフォトニース等の
感光性ポリイミドのスピンコート、フォトリソ加工によ
り行う。引き続いて、上部電極204としてNi−Cr
膜を選択的にエッチングで残存させた焦電体膜203お
よび誘電体膜205上に、メタルマスク等を用いて所望
の位置にDCスパッタ法により厚み10nm形成する
(図6(f))。上部電極204膜の形成についても、
実施の形態1と同様の条件で行う。次に、焦電体膜20
3および誘電体膜205の側部に、基板にまで到るAr
ガスのスパッタエッチングによりエッチングホール20
8を複数個設け(図6(g))、最後に、エッチングホ
ール208より燐酸などのエッチャントを用いて、実施
の形態1と同様に焦電体膜203、誘電体膜205直下
の基板部分に、ウエットエッチングにより空隙部209
を形成する(図6(h))。
【0019】このように形成した赤外線検知素子200
は、PLT10焦電体膜203、PLT25誘電体膜2
05ともに結晶性の良好な配向膜が得られており、結果
として、焦電型検知部220、誘電率変化型検知部23
0ともに赤外線検出器としての良好な電気的特性が得ら
れた。ここで、基板201として(100)面に配向し
たMgO、NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物
膜を積層した基板(例えば結晶化ガラス基板)を用いて
も焦電体膜および誘電体膜の膜特性を損なうことなく、
同様の結果が得られた。また、基板201としてSi半
導体基板を用いた場合も、(100)面に配向したMg
O、NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を緩
衝層としてSi基板上に配置することにより、焦電体膜
および誘電体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果
が得られた。実施の形態1と同様、基板としてSiを用
いた場合、Siマイクロマシニング技術が応用できると
ともに、信号処理素子との一体化が図れ、さらなる小型
化、低コスト化が可能となる。
は、PLT10焦電体膜203、PLT25誘電体膜2
05ともに結晶性の良好な配向膜が得られており、結果
として、焦電型検知部220、誘電率変化型検知部23
0ともに赤外線検出器としての良好な電気的特性が得ら
れた。ここで、基板201として(100)面に配向し
たMgO、NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物
膜を積層した基板(例えば結晶化ガラス基板)を用いて
も焦電体膜および誘電体膜の膜特性を損なうことなく、
同様の結果が得られた。また、基板201としてSi半
導体基板を用いた場合も、(100)面に配向したMg
O、NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を緩
衝層としてSi基板上に配置することにより、焦電体膜
および誘電体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果
が得られた。実施の形態1と同様、基板としてSiを用
いた場合、Siマイクロマシニング技術が応用できると
ともに、信号処理素子との一体化が図れ、さらなる小型
化、低コスト化が可能となる。
【0020】また、下部電極202として、Pd、I
r、Au、RuO2あるいは(La,Sr)CoO3を用
いても焦電体薄膜203および誘電体薄膜205の特性
を損なうことなく、同様の結果が得られた。また、焦電
体材料としてビスマス系強誘電体、例えば、SrBi2
Ta2O9薄膜を用いた場合も鉛系強誘電体材料の焦電特
性よりは少し感度は落ちるものの、同様に使用するには
十分な結果が得られた。また、誘電体材料としてチタン
酸バリウムストロンチウム系薄膜材料(BST)も考え
られるが、先だって形成するPLT10膜203の成膜
温度を上回る(650℃程度)ため、本発明の第二の製
造方法では採用できない。本発明の赤外線検知素子の構
成およびそれを実現しうる製造方法を用いることによ
り、実施の形態1と同じく、従来の素子に比べ、感度特
性で劣ることなく、小型・コンパクト化が実現できると
ともに、製造工程の簡略化、製造時間の短縮化が図れ、
低コストの素子を提供することができる。
r、Au、RuO2あるいは(La,Sr)CoO3を用
いても焦電体薄膜203および誘電体薄膜205の特性
を損なうことなく、同様の結果が得られた。また、焦電
体材料としてビスマス系強誘電体、例えば、SrBi2
Ta2O9薄膜を用いた場合も鉛系強誘電体材料の焦電特
性よりは少し感度は落ちるものの、同様に使用するには
十分な結果が得られた。また、誘電体材料としてチタン
酸バリウムストロンチウム系薄膜材料(BST)も考え
られるが、先だって形成するPLT10膜203の成膜
温度を上回る(650℃程度)ため、本発明の第二の製
造方法では採用できない。本発明の赤外線検知素子の構
成およびそれを実現しうる製造方法を用いることによ
り、実施の形態1と同じく、従来の素子に比べ、感度特
性で劣ることなく、小型・コンパクト化が実現できると
ともに、製造工程の簡略化、製造時間の短縮化が図れ、
低コストの素子を提供することができる。
【0021】《実施の形態3》次に、本発明の第三の赤
外線検知素子について図8(h)を用いて説明する。赤
外線検知素子300は、基板301として(100)面
のMgO単結晶基板を用い、その上に誘電率変化型検知
部と焦電型検知部の二種の素子が配置された構成を有す
る。誘電率変化型検知部においては、共通の下部電極3
02を介して誘電体膜303としてBa0.65Sr0.35T
iO3(BST)膜を配置し、誘電体膜303上に上部
電極304のNi−Cr膜が配置されている。また、焦
電型検知部330においては、基板301上に共通の下
部電極302を介して焦電体膜305として例えばPb
0.9La0.1Ti0.975O3(PLT)膜が配置されてい
る。各検知部直下の基板部分には、熱拡散防止を目的と
する空隙部309を配置している。また、実施の形態
1、2と同様に、ポリイミドなどの樹脂膜307を配置
し機械的強度を保つ構成としている。
外線検知素子について図8(h)を用いて説明する。赤
外線検知素子300は、基板301として(100)面
のMgO単結晶基板を用い、その上に誘電率変化型検知
部と焦電型検知部の二種の素子が配置された構成を有す
る。誘電率変化型検知部においては、共通の下部電極3
02を介して誘電体膜303としてBa0.65Sr0.35T
iO3(BST)膜を配置し、誘電体膜303上に上部
電極304のNi−Cr膜が配置されている。また、焦
電型検知部330においては、基板301上に共通の下
部電極302を介して焦電体膜305として例えばPb
0.9La0.1Ti0.975O3(PLT)膜が配置されてい
る。各検知部直下の基板部分には、熱拡散防止を目的と
する空隙部309を配置している。また、実施の形態
1、2と同様に、ポリイミドなどの樹脂膜307を配置
し機械的強度を保つ構成としている。
【0022】以上のように構成された赤外線検知素子3
00の製造方法について図7および図8を用いて説明す
る。まず、MgO単結晶基板301上にRFマグネトロ
ンスパッタ法により、下部電極となる厚み200nmの
Pt薄膜302を形成する(図7(a))。Pt膜30
2の形成は、実施の形態1と同様の成膜条件で行われ
る。次に、Pt下部電極膜302上にRFマグネトロン
スパッタ法により、厚み3μmのBST誘電体薄膜30
3を形成する(図7(b))。BST膜303の形成
は、例えば、所望の膜組成と同じ組成のBST焼結体タ
ーゲットを用い、基板温度を650℃、ガス比Ar:O
2=10:1の混合ガスをスパッタガスとし、ガス圧0.
4Pa、RF電力密度2.3W/cm2の成膜条件で行わ
れる。次に、BST膜303のパターニングを行う(図
7(c))。レジストをスピンコートし、フォトリソグ
ラフィによりレジストを加工し、フッ硝酸を用いたウエ
ットエッチングにより膜303の一部をエッチング除去
し、Pt膜302を一部露出させ、レジストを除去す
る。
00の製造方法について図7および図8を用いて説明す
る。まず、MgO単結晶基板301上にRFマグネトロ
ンスパッタ法により、下部電極となる厚み200nmの
Pt薄膜302を形成する(図7(a))。Pt膜30
2の形成は、実施の形態1と同様の成膜条件で行われ
る。次に、Pt下部電極膜302上にRFマグネトロン
スパッタ法により、厚み3μmのBST誘電体薄膜30
3を形成する(図7(b))。BST膜303の形成
は、例えば、所望の膜組成と同じ組成のBST焼結体タ
ーゲットを用い、基板温度を650℃、ガス比Ar:O
2=10:1の混合ガスをスパッタガスとし、ガス圧0.
4Pa、RF電力密度2.3W/cm2の成膜条件で行わ
れる。次に、BST膜303のパターニングを行う(図
7(c))。レジストをスピンコートし、フォトリソグ
ラフィによりレジストを加工し、フッ硝酸を用いたウエ
ットエッチングにより膜303の一部をエッチング除去
し、Pt膜302を一部露出させ、レジストを除去す
る。
【0023】次に、露出させたPt膜302面上にRF
マグネトロンスパッタ法により、例えばメタルマスク等
を用いて、所定の位置に選択的に焦電体膜としてPLT
膜305を厚み3μm程度形成する(図7(d))。P
LT膜305の形成は実施の形態1と同様の成膜条件で
行われる。次に、フォトニース等のポリイミド樹脂膜3
07を厚み2μm形成する(図8(e))。樹脂膜30
7の形成は、実施の形態1、2と同様にフォトニース等
の感光性ポリイミドのスピンコート、フォトリソ加工に
より行う。引き続いて、上部電極304としてNi−C
r膜を選択的にエッチングで残存させた誘電体膜303
および焦電体膜305上に、メタルマスク等を用いて所
望の位置にDCスパッタ法により厚み10nm形成する
(図8(f))。上部電極304膜の形成についても、
実施の形態1、2と同様の条件で行う。次に、誘電体膜
303および焦電膜305の側部に、基板にまで到るA
rガスのスパッタエッチングによりエッチングホール3
08を複数個設け(図8(g))、最後に、エッチング
ホール308より燐酸などのエッチャントを用いて、実
施の形態1、2と同様に誘電体膜303および焦電膜3
05直下の基板部分に、ウエットエッチングにより空隙
部309を形成する(図8(h))。
マグネトロンスパッタ法により、例えばメタルマスク等
を用いて、所定の位置に選択的に焦電体膜としてPLT
膜305を厚み3μm程度形成する(図7(d))。P
LT膜305の形成は実施の形態1と同様の成膜条件で
行われる。次に、フォトニース等のポリイミド樹脂膜3
07を厚み2μm形成する(図8(e))。樹脂膜30
7の形成は、実施の形態1、2と同様にフォトニース等
の感光性ポリイミドのスピンコート、フォトリソ加工に
より行う。引き続いて、上部電極304としてNi−C
r膜を選択的にエッチングで残存させた誘電体膜303
および焦電体膜305上に、メタルマスク等を用いて所
望の位置にDCスパッタ法により厚み10nm形成する
(図8(f))。上部電極304膜の形成についても、
実施の形態1、2と同様の条件で行う。次に、誘電体膜
303および焦電膜305の側部に、基板にまで到るA
rガスのスパッタエッチングによりエッチングホール3
08を複数個設け(図8(g))、最後に、エッチング
ホール308より燐酸などのエッチャントを用いて、実
施の形態1、2と同様に誘電体膜303および焦電膜3
05直下の基板部分に、ウエットエッチングにより空隙
部309を形成する(図8(h))。
【0024】このように形成した赤外線検知素子300
は、BST誘電体膜303、PLT焦電膜305ともに
結晶性の良好な配向膜が得られており、結果として、誘
電率変化型検知部320、焦電型検知部330ともに赤
外線検出器としての良好な電気的特性が得られた。ここ
で、基板301として(100)面に配向したMgO、
NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を積層し
た基板(例えば結晶化ガラス基板)を用いても誘電体膜
および焦電体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果
が得られた。また、基板301としてSi半導体基板を
用いた場合も、(100)面に配向したMgO、Ni
O、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を緩衝層とし
てSi基板上に配置することにより、誘電体膜および焦
電体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果が得られ
た。実施の形態1、2と同様、基板としてSiを用いた
場合、Siマイクロマシニング技術が応用できるととも
に、信号処理素子との一体化が図れ、さらなる小型化、
低コスト化が可能となる。
は、BST誘電体膜303、PLT焦電膜305ともに
結晶性の良好な配向膜が得られており、結果として、誘
電率変化型検知部320、焦電型検知部330ともに赤
外線検出器としての良好な電気的特性が得られた。ここ
で、基板301として(100)面に配向したMgO、
NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を積層し
た基板(例えば結晶化ガラス基板)を用いても誘電体膜
および焦電体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果
が得られた。また、基板301としてSi半導体基板を
用いた場合も、(100)面に配向したMgO、Ni
O、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を緩衝層とし
てSi基板上に配置することにより、誘電体膜および焦
電体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果が得られ
た。実施の形態1、2と同様、基板としてSiを用いた
場合、Siマイクロマシニング技術が応用できるととも
に、信号処理素子との一体化が図れ、さらなる小型化、
低コスト化が可能となる。
【0025】また、下部電極302として、Pd、I
r、Au、RuO2あるいは(La,Sr)CoO3を用
いても誘電体薄膜303および焦電体薄膜305の特性
を損なうことなく、同様の結果が得られた。また、誘電
体材料としてチタン酸鉛ランタン系薄膜材料Pb0.75L
a0.25Ti0.9375O3を用いた場合も感度特性で遜色な
く同様に使用するには十分な結果が得られた。また、焦
電体薄膜材料としてビスマス系強誘電体、例えば、Sr
Bi2Ta2O9薄膜も考えられるが、先だって形成する
BST膜303の成膜温度を上回る(800℃程度)た
め、本発明の第三の製造方法では採用できない。本発明
の赤外線検知素子の構成およびそれを実現しうる製造方
法を用いることにより、実施の形態1、2と同じく、従
来の素子に比べ、感度特性で劣ることなく、小型・コン
パクト化が実現できるとともに、製造工程の簡略化、製
造時間の短縮化が図れ、低コストの素子を提供すること
ができる。
r、Au、RuO2あるいは(La,Sr)CoO3を用
いても誘電体薄膜303および焦電体薄膜305の特性
を損なうことなく、同様の結果が得られた。また、誘電
体材料としてチタン酸鉛ランタン系薄膜材料Pb0.75L
a0.25Ti0.9375O3を用いた場合も感度特性で遜色な
く同様に使用するには十分な結果が得られた。また、焦
電体薄膜材料としてビスマス系強誘電体、例えば、Sr
Bi2Ta2O9薄膜も考えられるが、先だって形成する
BST膜303の成膜温度を上回る(800℃程度)た
め、本発明の第三の製造方法では採用できない。本発明
の赤外線検知素子の構成およびそれを実現しうる製造方
法を用いることにより、実施の形態1、2と同じく、従
来の素子に比べ、感度特性で劣ることなく、小型・コン
パクト化が実現できるとともに、製造工程の簡略化、製
造時間の短縮化が図れ、低コストの素子を提供すること
ができる。
【0026】《実施の形態4》次に、本発明の第四の赤
外線検知素子について図9を用いて説明する。赤外線検
知素子400は、基板401として(100)面を有す
るMgO単結晶基板を用い、その上に誘電率変化型検知
部420と抵抗変化型検知部430の二種の素子が配置
された構成を有する。誘電率変化型検知部420におい
ては、下部電極のPt膜402を介して誘電体膜403
としてBa0.65Sr0.35TiO3(BST)膜を配置
し、誘電体膜403上に上部電極404のNi−Cr膜
が配置されている。また、抵抗変化型検知部430にお
いては、基板401上に熱的絶縁膜405を介して抵抗
体膜406が配置されている。絶縁膜405としては、
実施の形態1と同様にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜
の積層構成を用いている。各検知部420および430
の直下の基板部分には、熱拡散防止を目的とする空隙部
409を同様に配置している。また、実施の形態1〜3
と同様の理由で、ポリイミドなどの樹脂膜407を配置
し、機械的強度を保つ構成としている。
外線検知素子について図9を用いて説明する。赤外線検
知素子400は、基板401として(100)面を有す
るMgO単結晶基板を用い、その上に誘電率変化型検知
部420と抵抗変化型検知部430の二種の素子が配置
された構成を有する。誘電率変化型検知部420におい
ては、下部電極のPt膜402を介して誘電体膜403
としてBa0.65Sr0.35TiO3(BST)膜を配置
し、誘電体膜403上に上部電極404のNi−Cr膜
が配置されている。また、抵抗変化型検知部430にお
いては、基板401上に熱的絶縁膜405を介して抵抗
体膜406が配置されている。絶縁膜405としては、
実施の形態1と同様にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜
の積層構成を用いている。各検知部420および430
の直下の基板部分には、熱拡散防止を目的とする空隙部
409を同様に配置している。また、実施の形態1〜3
と同様の理由で、ポリイミドなどの樹脂膜407を配置
し、機械的強度を保つ構成としている。
【0027】以上のように構成された赤外線検知素子4
00の形成方法について図10および図11を用いて説
明する。まず、MgO単結晶基板401上にRFマグネ
トロンスパッタ法により、下部電極となる厚み200n
mのPt薄膜402を形成する(図10(a))。下部
電極Pt膜402の形成は、実施の形態1と同様の条件
で行われる。次に、Pt下部電極膜402上にRFマグ
ネトロンスパッタ法により、厚み3μmのBST誘電体
薄膜403を形成する(図10(b))。BST膜40
3の形成は、実施の形態3と同様の条件で行われる。次
に、BST膜403のパターニングを行う(図10
(c))。レジストをスピンコートし、フォトリソグラ
フィによりレジストを加工し、実施の形態3と同様にフ
ッ硝酸を用いたウエットエッチングにより膜403の一
部をエッチング除去し、Pt膜402面を一部露出さ
せ、レジストを除去する。次に、露出させたPt402
面のパターニングを行う(図10(d))。実施の形態
1と同様にフォトリソグラフィとArガスを用いたスパ
ッタエッチングにより露出Pt膜402の一部を除去
し、基板401面を露出させる。次に、基板401の露
出面上にRFマグネトロンスパッタ法により実施の形態
1と同様の方法で、SiO2(100nm)/SiN
(200nm)/SiO2(100nm)の三層構成の
熱絶縁膜405を形成する(図10(e))。
00の形成方法について図10および図11を用いて説
明する。まず、MgO単結晶基板401上にRFマグネ
トロンスパッタ法により、下部電極となる厚み200n
mのPt薄膜402を形成する(図10(a))。下部
電極Pt膜402の形成は、実施の形態1と同様の条件
で行われる。次に、Pt下部電極膜402上にRFマグ
ネトロンスパッタ法により、厚み3μmのBST誘電体
薄膜403を形成する(図10(b))。BST膜40
3の形成は、実施の形態3と同様の条件で行われる。次
に、BST膜403のパターニングを行う(図10
(c))。レジストをスピンコートし、フォトリソグラ
フィによりレジストを加工し、実施の形態3と同様にフ
ッ硝酸を用いたウエットエッチングにより膜403の一
部をエッチング除去し、Pt膜402面を一部露出さ
せ、レジストを除去する。次に、露出させたPt402
面のパターニングを行う(図10(d))。実施の形態
1と同様にフォトリソグラフィとArガスを用いたスパ
ッタエッチングにより露出Pt膜402の一部を除去
し、基板401面を露出させる。次に、基板401の露
出面上にRFマグネトロンスパッタ法により実施の形態
1と同様の方法で、SiO2(100nm)/SiN
(200nm)/SiO2(100nm)の三層構成の
熱絶縁膜405を形成する(図10(e))。
【0028】次に、熱絶縁膜405上にRFマグネトロ
ンスパッタ法により、VOx(x=約2)からなる抵抗
体薄膜406をメタルマスク等を用いて選択的に、厚み
200nm形成する(図11(f))。抵抗体膜406
の形成も実施の形態1と同様の条件で行われる。次に、
ポリイミド樹脂膜407を厚み2μm形成し、引き続
き、上部電極404としてNi−Cr膜を選択的に残し
た誘電体膜403上に、メタルマスク等を用いて所望の
位置にDCスパッタ法により厚み10nm形成する(図
11(g))。樹脂膜407の形成および上部電極40
4膜の形成は、実施の形態1と同様の条件で行う。次
に、誘電体膜403および抵抗体膜406の側部に、実
施の形態1〜3と同様にエッチングホー408を複数個
設け(図11(h))、最後に、エッチングホール40
8よりウエットエッチングにより誘電体膜403、抵抗
体膜406直下の基板部分に空隙部409を形成する
(図11(i))。
ンスパッタ法により、VOx(x=約2)からなる抵抗
体薄膜406をメタルマスク等を用いて選択的に、厚み
200nm形成する(図11(f))。抵抗体膜406
の形成も実施の形態1と同様の条件で行われる。次に、
ポリイミド樹脂膜407を厚み2μm形成し、引き続
き、上部電極404としてNi−Cr膜を選択的に残し
た誘電体膜403上に、メタルマスク等を用いて所望の
位置にDCスパッタ法により厚み10nm形成する(図
11(g))。樹脂膜407の形成および上部電極40
4膜の形成は、実施の形態1と同様の条件で行う。次
に、誘電体膜403および抵抗体膜406の側部に、実
施の形態1〜3と同様にエッチングホー408を複数個
設け(図11(h))、最後に、エッチングホール40
8よりウエットエッチングにより誘電体膜403、抵抗
体膜406直下の基板部分に空隙部409を形成する
(図11(i))。
【0029】このように形成した赤外線検知素子400
は、BST誘電体膜403、VO2抵抗膜406ともに
結晶性の良好な配向膜が得られており、結果として、誘
電率変化型検知部420、抵抗変化型検知部430とも
に赤外線検出器としての良好な電気的特性が得られた。
ここで、基板401として(100)面に配向したMg
O、NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を積
層した基板(例えば結晶化ガラス基板)を用いても焦電
体膜および抵抗体膜の膜特性を損なうことなく、同様の
結果が得られた。また、基板401としてSi半導体基
板を用いた場合も、(100)面に配向したMgO、N
iO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を緩衝層と
してSi基板上に配置することにより、焦電体膜および
抵抗体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果が得ら
れた。実施の形態1〜3と同様、基板としてSiを用い
た場合、Siマイクロマシニング技術が応用できるとと
もに、信号処理素子との一体化が図れ、さらなる小型
化、低コスト化が可能となる。
は、BST誘電体膜403、VO2抵抗膜406ともに
結晶性の良好な配向膜が得られており、結果として、誘
電率変化型検知部420、抵抗変化型検知部430とも
に赤外線検出器としての良好な電気的特性が得られた。
ここで、基板401として(100)面に配向したMg
O、NiO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を積
層した基板(例えば結晶化ガラス基板)を用いても焦電
体膜および抵抗体膜の膜特性を損なうことなく、同様の
結果が得られた。また、基板401としてSi半導体基
板を用いた場合も、(100)面に配向したMgO、N
iO、CoO等の岩塩型結晶構造の酸化物膜を緩衝層と
してSi基板上に配置することにより、焦電体膜および
抵抗体膜の膜特性を損なうことなく、同様の結果が得ら
れた。実施の形態1〜3と同様、基板としてSiを用い
た場合、Siマイクロマシニング技術が応用できるとと
もに、信号処理素子との一体化が図れ、さらなる小型
化、低コスト化が可能となる。
【0030】また、下部電極402として、Pd、I
r、Au、RuO2あるいは(La,Sr)CoO3を用
いても誘電体薄膜403の特性を損なうことなく、同様
の結果が得られた。また、誘電体材料としてチタン酸鉛
ランタン系薄膜材料Pb0.75La0.25Ti0.9375O3を
用いた場合も感度特性で遜色なく同様に使用するには十
分な結果が得られた。また、抵抗体材料として多結晶S
iあるいはTiを用いた場合もVO2と比較して感度は
少し落ちるものの、同様に使用するには十分な結果が得
られた。従って、本発明の赤外線検知素子の構成および
それを実現しうる製造方法を用いることにより、実施の
形態1〜3と同様に、従来の素子に比べ、感度特性で劣
ることなく、小型・コンパクト化が実現できるととも
に、製造工程の簡略化、製造時間の短縮化が図れ、低コ
ストの素子を提供することができる。
r、Au、RuO2あるいは(La,Sr)CoO3を用
いても誘電体薄膜403の特性を損なうことなく、同様
の結果が得られた。また、誘電体材料としてチタン酸鉛
ランタン系薄膜材料Pb0.75La0.25Ti0.9375O3を
用いた場合も感度特性で遜色なく同様に使用するには十
分な結果が得られた。また、抵抗体材料として多結晶S
iあるいはTiを用いた場合もVO2と比較して感度は
少し落ちるものの、同様に使用するには十分な結果が得
られた。従って、本発明の赤外線検知素子の構成および
それを実現しうる製造方法を用いることにより、実施の
形態1〜3と同様に、従来の素子に比べ、感度特性で劣
ることなく、小型・コンパクト化が実現できるととも
に、製造工程の簡略化、製造時間の短縮化が図れ、低コ
ストの素子を提供することができる。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明の構成によれば、デ
バイス構造の小型・集積化ができるので、それを用いた
赤外線検知素子が従来に比べて低コストでしかも容易に
製造できることになる。従って、赤外線センシング技術
利用の分野でより広い範囲に応用できることになり、実
用面で極めて有効である。
バイス構造の小型・集積化ができるので、それを用いた
赤外線検知素子が従来に比べて低コストでしかも容易に
製造できることになる。従って、赤外線センシング技術
利用の分野でより広い範囲に応用できることになり、実
用面で極めて有効である。
【図1】本発明の一実施例の赤外線検知素子の縦断面図
である。
である。
【図2】同赤外線検知素子の製造工程を示す図である。
【図3】同赤外線検知素子の製造工程を示す図である。
【図4】本発明の他の実施例の赤外線検知素子の縦断面
図である。
図である。
【図5】同赤外線検知素子の製造工程を示す図である。
【図6】同赤外線検知素子の製造工程を示す図である。
【図7】本発明のさらに他の実施例の赤外線検知素子の
製造工程を示す図である。
製造工程を示す図である。
【図8】同赤外線検知素子の製造工程を示す図である。
【図9】本発明の他の実施例の赤外線検知素子の縦断面
図である。
図である。
【図10】同赤外線検知素子の製造工程を示す図であ
る。
る。
【図11】同赤外線検知素子の製造工程を示す図であ
る。
る。
100 赤外線検知素子(第一) 101 基板(MgO単結晶) 102 下部電極(Pt膜) 103 焦電体膜(PLT膜) 104 上部電極(Ni−Cr膜) 105 熱的絶縁膜(SiO2/SiN/SiO2積層
膜) 106 抵抗体膜(VOx膜) 107 樹脂膜(ポリイミド) 108 エッチングホール 109 空隙部 120 焦電型検知部 130 抵抗変化型検知部
膜) 106 抵抗体膜(VOx膜) 107 樹脂膜(ポリイミド) 108 エッチングホール 109 空隙部 120 焦電型検知部 130 抵抗変化型検知部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 友澤 淳 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 神野 伊策 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 (8)
- 【請求項1】 同一基板上に焦電型検知部と抵抗変化型
検知部とを配置した赤外線検知素子。 - 【請求項2】 同一基板上に焦電型検知部と誘電率変化
型検知部とを配置した赤外線検知素子。 - 【請求項3】 同一基板上に抵抗変化型検知部と誘電率
変化型検知部とを配置した赤外線検知素子。 - 【請求項4】 各検知部の直下の基板部分に空隙部を有
する請求項1、2または3に記載の赤外線検知素子。 - 【請求項5】 基板上に下部電極および焦電体膜を順次
形成する工程、前記下部電極および前記焦電体膜を選択
的にパターン加工する工程、パターン加工により露出し
た基板上に選択的に抵抗体膜を形成する工程、および前
記パターン加工後に残存する焦電体膜上に選択的に上部
電極を形成する工程を有する赤外線検知素子の製造方
法。 - 【請求項6】 基板上に下部電極を形成する工程、前記
下部電極上に焦電体膜を形成する工程、前記焦電体膜を
選択的にパターン加工する工程、パターン加工により露
出した下部電極上に選択的に誘電体膜を形成する工程、
および前記パターン加工後に残存する焦電体膜および誘
電体膜上に選択的に上部電極を形成する工程を有する赤
外線検知素子の製造方法。 - 【請求項7】 基板上に下部電極を形成する工程、前記
下部電極上に誘電体膜を形成する工程、前記誘電体膜を
選択的にパターン加工する工程、パターン加工により露
出した下部電極上に選択的に焦電体膜を形成する工程、
前記パターン加工後に残存する誘電体膜および焦電体膜
上に選択的に上部電極を形成する工程を有する赤外線検
知素子の製造方法。 - 【請求項8】 基板上に下部電極を形成する工程、前記
下部電極上に誘電体膜を形成する工程、前記下部電極お
よび前記誘電体膜を選択的にパターン加工する工程、前
記パターン加工後に露出した基板上に選択的に抵抗体膜
を形成する工程、および前記パターン加工後に残存する
誘電体膜上に選択的に上部電極を形成する工程を有する
赤外線検知素子の製造方法。
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- 1999-06-01 US US09/323,730 patent/US6326621B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-06-01 CN CN99107154A patent/CN1105905C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1999-06-02 KR KR1019990020169A patent/KR100324794B1/ko not_active IP Right Cessation
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