JP3555052B2

JP3555052B2 - 焦電型赤外線薄膜素子

Info

Publication number: JP3555052B2
Application number: JP16529796A
Authority: JP
Inventors: 秀次高田; 浩二富永
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH09325077A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、焦電体薄膜と、その上面および下面にそれぞれ設けられる上部電極および下部電極とからなる赤外線検出部が表層部に凹部を有する基板の前記凹部の上部に形成されている赤外線検出用の焦電型赤外線薄膜素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記焦電型赤外線薄膜素子の一つに、特開平７−５５５７７号公報に示されるものがある。この焦電型赤外線薄膜素子は、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、基板５１としてＭｇＯ（１００）単結晶基板を用い、その上層に、Ｐｔ薄膜よりなる下部電極５２、焦電体薄膜５３およびＮｉＣｒ薄膜よりなる上部電極５４をこの順で設け、焦電体薄膜５３および上、下電極５４，５２の重なり合う赤外線検出部５５を有機系保持膜５６によって保持した後、赤外線検出部５５の下方の基板５１の表層部をエッチングして微小空洞５７を形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の焦電型赤外線薄膜素子によれば、下部電極５２、焦電体薄膜５３および上部電極５４が互いに重なり合うところの赤外線検出部５６の下部に微小空洞５５が形成されているので、基板５１の熱容量が小さくなり、熱応答性に優れるといった効果があるものの、次のような欠点がある。
【０００４】
すなわち、前記図８（Ａ）から理解されるように、下部電極５２の細い引出し部５２ａが赤外線検出部５５と基板５１との間に赤外線検出部５５を中心にして対称的に設けられており、基板エッチング後の赤外線検出部５５の強度を持たせようとしているが、この引出し部５２ａはＰｔよりなる。
【０００５】
しかしながら、上記Ｐｔは延性や展性が小さく、また、その熱膨張率が有機系保持膜のそれと大きな差があるため、機械的ストレスを受けて断線が生じやすい。
【０００６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、下部電極と下部引出し電極との接続において可及的に機械的ストレスの少ない構造を採用することにより、堅牢な焦電型赤外線薄膜素子を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、焦電体薄膜と、その上面および下面にそれぞれ設けられる上部電極および下部電極とからなる赤外線検出部が表層部に凹部を有する基板の前記凹部の上部に形成されている焦電型赤外線薄膜素子において、前記下部電極をＰｔで形成するとともに、この下部電極に接続される下部引出し電極を金系材料より形成し、さらに、下部電極の下部引出し電極との接続部位である引出し用突起部を前記凹部のエッジよりも越えないように位置させ、また、引出し用突起部と下部引出し電極とを、それらの間に介装される絶縁体薄膜に形成した孔を介して電気的に接続させている。
【０００８】
上記構成の焦電型赤外線薄膜素子においては、Ｐｔよりなる下部電極の引出し用突起部が短く、この下部電極に接続される下部引出し電極が延性および展性に富む金系材料（純金または金を主体とする金合金）よりなるので、下部電極の引出し構成を機械的ストレスの可及的に小さいものとすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。
【００１０】
図１〜図３は、この発明の焦電型赤外線薄膜素子Ｓの一例を示し、図１は、焦電型赤外線薄膜素子Ｓの平面形状を示す図であり、図２は、図１におけるＩ−Ｉ線断面形状を拡大図とともに示す断面図であり、図３は、焦電型赤外線薄膜素子Ｓの分解斜視図である。
【００１１】
図１〜図３において、１はＭｇＯ（酸化マグネシウム）よりなる単結晶基板で、２はこの基板１の表層部にエッチングによって形成される微小な凹部である。３は焦電体薄膜で、例えばＰＺＴ系強誘電体薄膜またはＰＬＺＴ強誘電体薄膜からなる。この焦電体薄膜３の上下両面には、例えばＰｔ（白金）よりなる上部電極４と下部電極５とが互いに対応するように設けられている。４ａは上部電極４に形成されるエッチング用の複数の孔、５ａは下部電極５に形成された引出し用突起部である。なお、矢印Ａ方向に見て、両電極４，５および焦電体薄膜３が互いに重なり合う部分を赤外線検出部６というものとする。
【００１２】
７は赤外線検出部６の受光電極としての上部電極４の上面を被覆するように設けられる赤外線吸収膜で、フォトリソグラフが可能な感光性有機薄膜にカーボンブラックのような赤外線吸収材料を適宜混入してなるものである。８は赤外線検出部６の周辺に形成され、赤外線検出部６を基板１に対して保持させる絶縁体薄膜で、ポリイミド系樹脂薄膜のような有機絶縁体薄膜またはＳｉＯ₂薄膜のような無機絶縁体薄膜よりなる。８ａは絶縁体薄膜８に開設されるエッチング用の孔で、上部電極４の孔４ａに対応して設けられるもののほか、赤外線検出部６を囲むようにして設けられている。また、８ｂは絶縁体薄膜８上であって、下部電極５の引出し用突起部５ａに対応する位置に設けられる貫通孔である。９，１０は上部電極４、下部電極５とそれぞれ電気的に接続される上部引出し電極、下部引出し電極である。
【００１３】
上記焦電型赤外線薄膜素子Ｓの形成方法について、図４〜図７を参照しながら説明する。なお、図５〜図７においては、それぞれ断面形状を概略的に示す図と、平面形状を概略的に示す図を並列的に示している。また、最終形状前の各部材に対応する部分を表す符号には’（ダッシュ）を付している。
【００１４】
（１）適宜厚さ（例えば５００μｍ）のＭｇＯ（１００）単結晶基板１を用意する（図４（Ａ）参照）。
【００１５】
（２）前記基板１の上面に、例えばスパッタリングによって、下部電極５’としてＰｔを０．２μｍの厚みに成膜する（図４（Ｂ）参照）。
【００１６】
（３）前記下部電極５’の上面に、例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）によって、焦電体薄膜３’としてＰＺＴ系強誘電体薄膜（またはＰＬＺＴ強誘電体薄膜）を約２μｍの厚みに成膜する（図４（Ｃ）参照）。
【００１７】
（４）前記焦電体薄膜３’の上面に、スパッタリングによって、上部電極４’としてＰｔを０．２μｍの厚みに成膜する（図４（Ｄ）および図５（Ａ），（Ｂ）参照）。
【００１８】
（５）前記上部電極４’にレジストを塗布し、フォトリソグラフでレジストをパターニングする。その後、エッチングにより上部電極４をパターニングした後、レジストを除去し、複数の孔４ａを有する形状に形成する（図５（Ｃ），（Ｄ）参照）。
【００１９】
（６）次いで、焦電体薄膜３’にレジストを塗布し、フォトリソグラフでレジストをパターニングする。その後、エッチングにより焦電体薄膜３をパターニングした後、レジストを除去し、上部電極４の孔４ａに対応した位置に複数の孔を有する形状に形成する（図５（Ｅ），（Ｆ）参照）。なお、この実施例では、焦電体薄膜３は上部電極４よりもやや大径に形成されている。
【００２０】
（７）次いで、下部電極５’にレジストを塗布し、フォトリソグラフでレジストをパターニングする。その後、エッチングにより下部電極５’をパターニングした後、レジストを除去し、下部電極５およびこれに連なる引出し用突起部５ａを形成する（図６（Ａ），（Ｂ）参照）。この場合、引出し用突起部５ａは、可及的に短く形成される（これについては、後述する）。なお、この実施例では、下部電極５は焦電体薄膜３と同径に形成されているが、これよりやや大径にしてもよい。
【００２１】
（８）赤外線検出部６周辺および基板１の上面にわたって、金属より小さい熱伝導率を有する絶縁体薄膜８を形成する（図６（Ｃ），（Ｄ）参照）。絶縁体薄膜８は、有機絶縁体薄膜、無機絶縁体薄膜のいずれでもよく、有機絶縁体薄膜としてはポリイミド系樹脂薄膜が、また、無機絶縁体薄膜としてはＳｉＯ₂薄膜が好適である。
【００２２】
（９）例えばスパッタリングによってＡｕよりなる上部電極引出し部９および下部引出し部１０を形成する（図６（Ｅ），（Ｆ）参照）。このとき、Ａｕの一部が絶縁体薄膜８に形成した貫通孔８ｂにも流れ込むようにする。
【００２３】
（１０）そして、例えばネガレジスト材料のような感光性有機薄膜に３ｗｔ％程度のカーボンブラックのような赤外線吸収材料を混入したものを、赤外線検出部６の上部電極４の上面に適宜厚さ塗布した後、パターニングすることにより、上部電極４の上面を赤外線吸収膜７によって被覆する（図７（Ａ），（Ｂ）参照）。
【００２４】
絶縁体薄膜８の孔８ａから所定濃度のリン酸液をエッチング液として注入して、赤外線検出部６の直下の基板１をエッチングにより除去し、凹部（微小空洞）２を形成する（図７（Ｃ），（Ｄ）参照）。この場合、凹部２は、赤外線検出部６よりも大きくなるように形成されるが、赤外線検出部６の周囲および基板１の上面にわたって絶縁体薄膜８が形成されているので、赤外線検出部６は絶縁体薄膜８によって凹部２の上面に浮揚した状態で保持される。つまり、図１〜図３および図７（Ｃ），（Ｄ）に示すような焦電型赤外線薄膜素子Ｓが得られる。
【００２５】
ここで、下部電極５と下部引出し電極１０との接続構造について説明すると、下部電極５はＰｔよりなるが、これに形成される引出し用突起部５ａはかなり短く形成され、図１および図２に示すように、その先端部がエッチングによって基板１に形成される凹部２を越えない程度に形成されている。また、引出し用突起部５ａに接続される下部引出し電極１０は、延性および展性に富む純金または金合金などの金系材料より構成される。
【００２６】
そして、下部電極５と下部引出し電極１０の位置関係は、図２および図３から理解されるように、下部電極５の上方に絶縁体薄膜８が位置し、この絶縁体薄膜８の上方に下部引出し電極１０が位置している。つまり、下部電極５に連なる引出し用突起部５ａと下部引出し電極１０との間に絶縁体薄膜８が介在している。そこで、この実施例においては、図２および図３に示すように、引出し用突起部５ａに対応するようにして絶縁体薄膜８に形成された貫通孔８ｂを介して引出し用突起部５ａと下部引出し電極１０とが電気的接続されるようにしている。つまり、下部引出し電極１０の形成時にＡｕの一部が絶縁体薄膜８に形成された貫通孔８ｂに流れ込むようにし、下部引出し電極１０と引出し用突起部５ａとを電気的に接続するのである。
【００２７】
なお、下部引出し電極１０の構成材料は、純金でもよいが、金を主体とする金合金であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、以上のような形態で実施され、以下のような効果を奏する。
【００２９】
Ｐｔよりなる下部電極の引出し用突起部が短く、この下部電極に接続される下部引出し電極が延性および展性に富む金系材料よりなるので、下部電極の引出し構成を機械的ストレスの可及的に小さいものとすることができる。したがって、堅牢な焦電型赤外線薄膜素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の焦電型赤外線薄膜素子の一例を示す平面図である。
【図２】図１におけるＩ−Ｉ線断面形状図とその部分拡大図である。
【図３】前記焦電型赤外線薄膜素子Ｓの分解斜視図である。
【図４】図５〜図７とともに前記焦電型赤外線薄膜素子の製造工程を示し、このうちの始めの部分を示している。
【図５】図４に続く製造工程を示す図である。
【図６】図５に続く製造工程を示す図である。
【図７】図６に続く製造工程を示す図である。
【図８】従来技術を説明するための図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…凹部、３…焦電体薄膜、４…上部電極、５…下部電極、５ａ…引出し用突起部、６…赤外線検出部、７…赤外線吸収膜、８…絶縁体薄膜、８ｂ…孔、１０…下部引出し電極、Ｓ…焦電型赤外線薄膜素子。

Claims

焦電体薄膜と、その上面および下面にそれぞれ設けられる上部電極および下部電極とからなる赤外線検出部が表層部に凹部を有する基板の前記凹部の上部に形成されている焦電型赤外線薄膜素子において、前記下部電極をＰｔで形成するとともに、この下部電極に接続される下部引出し電極を金系材料より形成し、さらに、下部電極の下部引出し電極との接続部位である引出し用突起部を前記凹部のエッジよりも越えないように位置させ、また、引出し用突起部と下部引出し電極とを、それらの間に介装される絶縁体薄膜に形成した孔を介して電気的に接続させたことを特徴とする焦電型赤外線薄膜素子。