(57)【要約】【課題】センサ部から電荷転送素子部への熱拡散を最小限に抑える。【解決手段】焦電センサのセンサ部１０Ｂと電荷転送素子部２０とを、それらの間にシリコン犠牲層１６を挟み込んで一体とした状態で、センサ部１０Ｂを画素単位でパターニング加工し、センサ部１０Ｂの電極層１３と電荷転送素子部２０の入力電極２２とを接続する引き出し電極３０等を形成したのち、最終工程でシリコン犠牲層１６を除去して、センサ部１０Ｂと電荷転送素子部２０との間に空隙層を形成して熱的に分離する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦電センサと、基材の表面に上記焦電センサからの出力信号が入力される入力電極が複数形成されている電荷転送素子部とを備える焦電型赤外線撮像素子の製造方法において、
センサ基板の一方の面に絶縁層を介して第１電極層，強誘電体層および第２電極層をこの順序で積層してなる上記焦電センサのマザーセンサ部を形成し、上記マザーセンサ部の上記第２電極層上にシリコン犠牲層および接着剤層を順次形成して積層体を作成する第１工程と、
上記接着剤を介して上記積層体と上記電荷転送素子部とを接合する第２工程と、
上記積層体から上記センサ基板と上記絶縁層とを除去して上記マザーセンサ部の上記第１電極層を露出させる第３工程と、
上記マザーセンサ部を上記焦電センサに含まれる画素単位のセンサ部に分割する第４工程と、
電気絶縁性の保護樹脂にて上記各センサ部の表面を覆い、かつ、上記各センサ部間の隙間を埋める第５工程と、
上記各センサ部ごとに、上記保護樹脂の表面から上記第１電極層に至る第１コンタクトホールと、上記保護樹脂の表面から上記センサ部間の上記保護樹脂，上記シリコン犠牲層および上記接着剤層を貫通して上記電荷転送素子部の上記入力電極に至る第２コンタクトホールとを形成する第６工程と、
上記第１コンタクトホールおよび上記第２コンタクトホールを介して上記第１電極層と上記入力電極とを電気的に導通する引き出し電極を形成する第７工程と、
上記シリコン犠牲層を除去して、上記各センサ部と上記電荷転送素子部との間に空隙を設ける第８工程とを行い、
上記各センサ部と上記電荷転送素子部とを、それらの間に上記空隙を存在させた状態で上記引き出し電極を介して電気的に接続することを特徴とする焦電型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項２】
上記第２工程の前工程で、あらかじめ上記電荷転送素子部の上記各入力電極の周りに電気絶縁性の保護膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の焦電型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項３】
上記第３工程において、上記センサ基板と上記絶縁層の除去を研磨，ガスエッチングまたはアルカリ液エッチングのいずれかの方法で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の焦電型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項４】
上記第８工程において、上記シリコン犠牲層の除去をガスエッチングまたはアルカリ液エッチングのいずれかの方法で行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の焦電型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項５】
上記引き出し電極をアルミニウム材より形成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の焦電型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項６】
上記センサ基板および上記電荷転送素子部の基材をともにシリコン材で形成することを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載の焦電型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の焦電型赤外線撮像素子の製造方法によって製造された焦電型赤外線撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦電センサおよび電荷転送素子部より構成される焦電型赤外線撮像素子の製造方法に関し、さらに詳しく言えば、焦電センサから電荷転送素子部への熱拡散を可及的に小さく抑えて感度を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焦電型赤外線撮像素子は、基本的な構成として、受光素子としての焦電センサと、焦電センサからの出力信号が入力される電荷転送素子部とを備え、例えば人体等を検出する侵入警戒器や電子レンジの調理モニタ等、多くの分野に利用されている。
【０００３】
焦電センサのセンサ部には、強誘電体の両面に第１電極層と第２電極層とを配置してなる積層体が用いられる。電荷転送素子部は、例えばシリコン基材の表面にダイオードからなる複数の入力電極を備え、その各入力電極に上記いずれか一方の電極層が電気的に接続される。
【０００４】
被測定対象から第１電極層に赤外線が照射されると、強誘電体は分極して第１電極層と第２電極層との間に電圧を発生させる。発生した電圧（出力信号）は、電荷転送素子部の入力電極に与えられ、電荷転送素子部から制御部等に転送されて所定に処理される。これにより、被測定対象の温度情報を非接触で検出することができる。  
【０００５】
例えば、特許文献１に記載されている焦電型赤外線撮像素子においては、図１０に示すように、強誘電体である焦電薄膜２を、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）もしくはＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）等のセラミック系の金属材製とし、焦電薄膜２の受光面側にＮｉＣｒよりなる受光電極薄膜１３を形成するとともに、焦電薄膜２の他方の面に同じくＮｉＣｒよりなる第１電極薄膜群３を２次元的に形成している。
【０００６】
そして、焦電薄膜２の第１電極薄膜群３側に有機薄膜４を積層して、有機薄膜４上に第１電極薄膜群３に対応するＮｉＣｒよりなる第２電極薄膜群６を形成したのち、有機薄膜４にコンタクトホール５を設け、コンタクトホール５内に取り出し電極７を形成して、第１電極薄膜群３と第２電極薄膜群６とを導通させる。
【０００７】
このようにして、焦電センサのセンサ部を構成したのち、電荷転送素子部９を焦電センサの上に配置し、電荷転送素子部９に設けられている入力電極としての入力ダイオード１０と第２電極薄膜群６とを金（Ａｕ）バンプ８にて電気的に接続するようにしている。
【０００８】
これによれば、焦電センサと電荷転送素子部との間に空隙が存在するため、焦電センサから電荷転送素子部に熱がある程度伝わりにくくなるが、なおも解決すべき問題点が残されている。
【０００９】
すなわち、電気接続導体として用いられている金バンプは熱伝導率が高いため、金バンプを介して電荷転送素子部に熱が伝わりやすい。また、金バンプは製造上高さを高くできないため、それによって形成される空隙も薄層でしかなく、依然として焦電センサから電荷転送素子部への熱拡散が生じ、これが原因で感度が低下する。
【００１０】
また、焦電センサのセンサ部の基材と電荷転送素子部の基材は、異種材料としていることから、特に製造プロセスにおいて、その熱膨張率の違いによる接合不良やクラックが発生する等の問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平２−２１２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の課題は、焦電センサから電荷転送素子部への熱拡散を可及的に小さく抑えて感度の向上に寄与するとともに、製造プロセスでの歩留まりをよくして生産性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、焦電センサと、基材の表面に上記焦電センサからの出力信号が入力される入力電極が複数形成されている電荷転送素子部とを備える焦電型赤外線撮像素子の製造方法において、センサ基板の一方の面に絶縁層を介して第１電極層，強誘電体層および第２電極層をこの順序で積層してなる上記焦電センサのマザーセンサ部を形成し、上記マザーセンサ部の上記第２電極層上にシリコン犠牲層および接着剤層を順次形成して積層体を作成する第１工程と、上記接着剤を介して上記積層体と上記電荷転送素子部とを接合する第２工程と、上記積層体から上記センサ基板と上記絶縁層とを除去して上記マザーセンサ部の上記第１電極層を露出させる第３工程と、上記マザーセンサ部を上記焦電センサに含まれる画素単位のセンサ部に分割する第４工程と、電気絶縁性の保護樹脂にて上記各センサ部の表面を覆い、かつ、上記各センサ部間の隙間を埋める第５工程と、上記各センサ部ごとに、上記保護樹脂の表面から上記第１電極層に至る第１コンタクトホールと、上記保護樹脂の表面から上記センサ部間の上記保護樹脂，上記シリコン犠牲層および上記接着剤層を貫通して上記電荷転送素子部の上記入力電極に至る第２コンタクトホールとを形成する第６工程と、上記第１コンタクトホールおよび上記第２コンタクトホールを介して上記第１電極層と上記入力電極とを電気的に導通する引き出し電極を形成する第７工程と、上記シリコン犠牲層を除去して、上記各センサ部と上記電荷転送素子部との間に空隙を設ける第８工程とを行い、上記各センサ部と上記電荷転送素子部とを、それらの間に上記空隙を存在させた状態で上記引き出し電極を介して電気的に接続することを特徴としている。
【００１４】
上記第２工程の前工程で、あらかじめ上記電荷転送素子部の上記各入力電極の周りに電気絶縁性の保護膜を形成することが好ましい。
【００１５】
上記第３工程において、上記センサ基板と上記絶縁層の除去を研磨，ガスエッチングまたはアルカリ液エッチングのいずれかの方法で行うことができる。
【００１６】
上記第８工程において、上記シリコン犠牲層の除去をガスエッチングまたはアルカリ液エッチングのいずれかの方法で行うことができる。
【００１７】
上記引き出し電極は、好ましくはアルミニウム材より形成される。また、上記センサ基板および上記電荷転送素子部の基材をともにシリコン材で形成することが好ましい。
【００１８】
本発明には、上記焦電型赤外線撮像素子の製造方法によって製造された焦電型赤外線撮像素子も含まれる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、シリコン犠牲層を除去することにより、焦電センサと電荷転送素子部との間に空隙が形成されるため、その空隙幅をより大きくすることができ、また、引き出し電極の経路長も長くとれるため、焦電センサから電荷転送素子部への熱拡散を可及的に小さく抑えることができる。
【００２０】
また、製造プロセスの最終段階までシリコン犠牲層が存在し、その間は中空構造が形成されないため、中間製品（仕掛かり品）は十分な機械的強度を有する状態で加工が行われることから、製品歩留まり率を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１工程を説明するための模式図。
【図２】本発明の第２工程を説明するための模式図。
【図３】図２と同様の模式図。
【図４】本発明の第３工程を説明するための模式図。
【図５】本発明の第４工程を説明するための模式図。
【図６】本発明の第５工程を説明するための模式図。
【図７】本発明の第６工程を説明するための模式図。
【図８】本発明の第７工程を説明するための模式図。
【図９】本発明の第８工程を説明するための模式図。
【図１０】従来技術による焦電型赤外線撮像素子を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、図１〜図９を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
図１を参照して、まず、シリコンまたは酸化マグネシウム等（好ましくはシリコン）からなるセンサ基板１１の一方の面に、絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２は酸化皮膜であってよい。
【００２４】
そして、絶縁膜１２の上にスパッタリング蒸着法等により、第１電極層１３，強誘電体層１４および第２電極層１５をこの順序で積層して焦電センサのマザーセンサ部１０Ａを形成する。なお、この実施形態において、最終的には第１電極層１３が受光面側となる。
【００２５】
次に、第２電極層１５上にシリコン犠牲層１６を形成し、さらにシリコン犠牲層１６上にスピンナー等で接着剤層１７を形成して、焦電センサ側部品としての積層体１Ａを作成する（第１工程）。
【００２６】
なお、強誘電体層１４には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）またはＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）等のセラミック系の金属材が好ましく用いられる。また、第１電極層１３と第２電極層１５には、強誘電体層１４と反応して共晶を形成しにくい白金，アルミニウム，酸化マグネシウム，酸化アルミニウム，ＳＲＯ（ストロンチウムルテニウムオキサイド）等の金属材が好ましく用いられる。
【００２７】
次に、図２および図３に示すように、積層体１Ａと電荷転送素子部２０とを接合して積層体１Ｂを得る。電荷転送素子部２０は、例えばシリコン基材２１の表面にダイオードからなる複数の入力電極２２が２次元的に形成されたＬＳＩである。接合は、積層体１Ａの接着剤層１７を電荷転送素子部２０の入力電極形成面に対向させてプレスで熱圧着することにより行う（第２工程）。
【００２８】
なお、第２工程で電荷転送素子部２０に積層体１Ａを接合する前に、入力電極２２を保護するため、各入力電極２２の周りに例えば窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等の保護膜２３を形成することが好ましい。
【００２９】
次に、図４に示すように、積層体１Ｂからセンサ基板１１と絶縁膜１２とを完全に除去して、第１電極層１３が露出した積層体１Ｃを得る（第３工程）。除去方法は、研磨，ガスエッチングもしくはアルカリ液エッチング等のいずれかであってよい。
【００３０】
次に、図５に示すように、マザーセンサ部１０Ａを例えばフォトリソグラフィ手法等により独立した画素単位ごとのセンサ部１０Ｂに分割する（第４工程）。なお、詳しくは図示しないが、各センサ部１０Ｂの第２電極層１５同士は電気的に接続されている。
【００３１】
次に、図６に示すように、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）等の電気絶縁性の保護樹脂１８により、各センサ部１０Ｂの表面を覆うとともに、各センサ部１０Ｂ間の隙間を埋める（第５工程）。
【００３２】
その後、図７に示すように、保護樹脂１８の表面から第１電極層１３に至る第１コンタクトホール１９ａと、保護樹脂１８の表面から各センサ部１０Ｂ間の保護樹脂１８，シリコン犠牲層１６および接着剤１７を介して入力電極２２に至る第２コンタクトホール１９ｂとを各センサ部１０Ｂごとに形成する（第６工程）。
【００３３】
次に、図８に示すように、第１コンタクトホール１９ａおよび第２コンタクトホール１９ｂを介して第１電極層１３と入力電極２２とを電気的に導通する引き出し電極３０を形成する（第７工程）。引き出し電極３０には、アルミニウム材が好ましく採用される。各センサ部１０Ｂの第２電極層１５は、図示しないリード配線により電荷電送素子部２０のグランドに接続される。
【００３４】
そして、必要に応じて、ダイシングにより所定の画素数を含む大きさにチップ化したのち、図９に示すように、シリコン犠牲層１６をガスエッチングまたはアルカリ液エッチングのいずれかの方法により全面除去して、センサ部１０Ｂと電荷転送素子部２０との間に空隙層を形成する（第８工程）。その後、好ましくは接着剤１７を除去する。
【００３５】
本発明によれば、焦電センサのセンサ部１０Ｂと電荷転送素子部２０との間に、シリコン犠牲層１６の層厚に相当する空隙が形成されるため、その空隙幅を従来のバンプ材によるものと比べてより大きくすることができ、これにより焦電センサのセンサ部１０Ｂと電荷転送素子部２０とを良好に熱的に分離することができる。
【００３６】
また、引き出し電極３０の経路長も長くとれるため、引き出し電極３０を伝わって熱が移動する間で熱の多くが放散されるため、焦電センサのセンサ部１０Ｂから電荷転送素子部２０への熱伝導をより小さく抑えることができる。
【００３７】
加えて、引き出し電極３０を比較的熱伝導率の低いアルミニウム材とすることにより、焦電センサのセンサ部１０Ｂから電荷転送素子部２０への熱伝導をより効果的に小さくすることができる。
【００３８】
また、従来のバンプ方式よりも画素パターンを微細化することができるため、焦電センサのセンサ部１０Ｂをより高密度にすることが可能となる。
【００３９】
また、センサ基板１１と電荷転送素子部の基材２１を同じ材質（好ましくはシリコン基材）とすることにより、例えば２工程での熱圧着時において、熱膨張率の差に起因する接合不良やクラックの発生を効果的に抑えることができる。
【００４０】
また、製造プロセスの最終段階までシリコン犠牲層１６が存在し、その間は中空構造が形成されないため、中間製品（仕掛かり品）は十分な機械的強度を有する状態で加工が行われることから、製品歩留まり率を大幅に高めることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０Ａ  マザーセンサ部
１０Ｂ  センサ部
１１  基板
１２  絶縁膜
１３  第１電極層
１４  強誘電体層
１５  第２電極層
１６  シリコン犠牲層
１７  接着剤
１８  保護樹脂
１９ａ  第１コンタクトホール
１９ｂ  第２コンタクトホール
２０  電荷転送素子部
２１  基材 
２２  入力電極
２３  保護膜
３０  引き出し電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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