(57)【要約】  【課題】ＭｇＯ基板のエッチング時のサイドエッチング角をできるだけ大きくとれるようにし、生産性の高い赤外線検出素子の製造方法を提供すること。  【解決手段】  基板１（１’）の表面１ａ側に下部電極２および上部電極３に挟まれる状態で薄膜の焦電体４が設けられ、絶縁膜５を介して上部電極３上に赤外線吸収膜６が設けられ、マスク１２を用いて基板１（１’）のエッチングを裏面１ｂ側から行うことにより焦電体４に対応する基板領域Ｒに空洞部１５を設ける赤外線検出素子Ｄの製造方法において、基板１（１’）に対して密着性の良い材料よりなるマスク１２を用いることを特徴としている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面側に下部電極および上部電極に挟まれる状態で薄膜の焦電体が設けられ、絶縁膜を介して上部電極上に赤外線吸収膜が設けられ、マスクを用いて基板のエッチングを裏面側から行うことにより焦電体に対応する基板領域に空洞部を設ける赤外線検出素子の製造方法において、基板に対して密着性の良い材料よりなるマスクを用いることを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。  
【請求項２】
基板がＭｇＯあるいはサファイアであり、マスク材がＣｒあるいはＴｉである請求項１に記載の赤外線検出素子の製造方法。  
【請求項３】
マスクとして金属スパッタ膜を使用している請求項１または請求項２に記載の赤外線検出素子の製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、赤外線検出素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焦電型赤外線検出素子の製造時において、基板の表面側に薄膜の焦電体を形成した後、マスクを用いて基板のエッチングを基板裏面側から行う方法が用いられている。例えば、図４（Ａ）に示すように、ＭｇＯ基板１の表面１ａ側に下部電極２および上部電極３に挟まれる状態で薄膜の焦電体４が設けられ、絶縁膜５を介して上部電極３上に赤外線吸収膜６が設けられ、マスク７を用いてＭｇＯ基板１のエッチングを基板裏面（パイロセンサ受光部面とは反対の面）１ｂ側から行うことにより焦電体４に対応する基板領域Ｒに感度等向上のため空洞部（ダイアフラム）８を設けて焦電型赤外線検出素子が構成されている。空洞部８は、ＭｇＯ基板１の裏面を所定形状になるようにマスク７を用いてエッチングにより除去して形成される。そして、例えば縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ３００μｍのウエハ状のＭｇＯ基板１’をダイシングして、個々のセンサチップ９〔図４（Ｂ）参照〕に分割することにより焦電型赤外線検出素子となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来では、マスク材としてポリイミドを使用してウエハ状のＭｇＯ基板１’を基板裏面からエッチングしていた。しかし、この方法だと、基板エッチング端面１ｃの角度θ1 （以下、サイドエッチング角と呼ぶ）が緩やかになり、個々のセンサチップ９が大きくなり各センサチップ９に対するセンサ薄膜部（平面視円形で直径１．０ｍｍのmembrane）の占める割合が小さくなる。すなわち、縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ３００μｍのウエハ状のＭｇＯ基板１’を用意し、この４０ｍｍ四方のウエハ状のＭｇＯ基板１’から生産されるセンサチップ９の取り数が低下してしまうという欠点があった。
【０００４】
例えば、ダイシング後の一つのセンサチップ９において、厚さｄが３００μｍのＭｇＯ基板１上に平面視円形で直径１．０ｍｍのセンサ薄膜部（membrane）を得ようとした場合（ＭｇＯ基板のエッチング条件、燐酸  １０％：８０℃）、ポリイミド膜７をエッチングマスクに使用した場合ＭｇＯ基板１の水平方向に対し３０°のサイドエッチング角θ1 でサイドエッチングが進み、平面視正方形形状のセンサチップ９に求められる最小必要サイズｂ1 は２．０４ｍｍ必要となる。
【０００５】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、ＭｇＯ基板のエッチング時のサイドエッチング角をできるだけ大きくとれるようにし、生産性の高い赤外線検出素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の赤外線検出素子の製造方法は、基板の表面側に下部電極および上部電極に挟まれる状態で薄膜の焦電体が設けられ、絶縁膜を介して上部電極上に赤外線吸収膜が設けられ、マスクを用いて基板のエッチングを裏面側から行うことにより焦電体に対応する基板領域に空洞部を設ける赤外線検出素子の製造方法において、基板に対して密着性の良い材料よりなるマスクを用いることを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
この発明では基板がＭｇＯあるいはサファイアであり、マスク材がＣｒあるいはＴｉであるのが好ましい（請求項２）。
【０００８】
この発明ではマスクとして金属スパッタ膜を使用するのが好ましい（請求項３）。
【０００９】
この発明では、図２（Ａ）に示すように、例えば、厚さｄが３００μｍで４０ｍｍ四方のウエハ状のＭｇＯ基板１’上に従来と同じエッチング条件（ＭｇＯ基板のエッチング条件、燐酸  １０％：８０℃）にて、図４（Ｂ）に示したのと同一構成の直径が１．０ｍｍのセンサ薄膜部（membrane）を得ようとした場合〔図２（Ｂ）参照〕、例えばＣｒの金属スパッタ膜をマスクとして使用するとＣｒ膜はＭｇＯ基板に対して密着性が良いことから、サイドエッチング角が４５°までとれることが判明したので、個々のセンサチップ１９に求められる最小必要サイズｂ2 は１．６ｍｍになる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明では、エッチング時のマスクとして、基板に対して密着性の良い材料よりなるものを用いることにより、基板エッチング時のサイドエッチングを抑えることができると考えられ、その結果、センサチップに求められる最小必要サイズを従来に比べて小さくでき、その分、赤外線検出素子の各基板サイズを小さくできてチップサイズに対する受光部面積を大きくとることができ、従来用いたのと同じ基板でのセンサチップの取り数を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を、図を参照しながら説明する。なお、それによってこの発明は限定されるものではない。
【００１２】
図１〜図３はこの発明の一実施の形態を示す。図１はこの発明によって得られる焦電型赤外線検出素子を示し、図２はセンサチップに求められる最小必要サイズを示し、図３は焦電型赤外線検出素子の製造工程を示している。なお、図１〜図３において、図４に示した符号と同一のものは、同一または相当物である。
【００１３】
この発明では、マスクとして、基板に対して密着性の良い材料よりなるものを用いることにより、センサチップに求められる最小必要サイズ（焦電体に対応する基板領域）を従来に比べて小さくできる点を特徴的構成としており、焦電型赤外線検出素子のその他の構成は図４に示した従来例と同一構成である。
【００１４】
図１において、焦電型赤外線検出素子Ｄは、ＭｇＯ基板１の表面１ａ側に薄膜の下部電極２および上部電極３に挟まれる状態で薄膜の焦電体４が設けられ、薄膜の絶縁膜５を介して上部電極２上に例えば金ブラックよりなる赤外線吸収膜６が設けられており、さらに、後述するマスク１２を用いてＭｇＯ基板１のエッチングを裏面１ｂ側から行うことにより焦電体４に対応する基板領域Ｒ〔図２（Ａ）参照〕に空洞部１５を設けてある。焦電体４は強誘電体の例えばＰＺＴ〔チタン酸ジルコン酸鉛〕よりなる（以下、焦電体４をＰＺＴという）。絶縁膜５は例えばポリイミドよりなり、厚さ１．０〜５．０μｍ程度の薄膜である。下部電極２および上部電極３はそれぞれ例えば白金の薄膜よりなり、０．１〜０．５μｍ程度の厚みを有する。ＰＺＴ４は１．０〜５．０μｍ程度の厚みである。赤外線吸収膜６は例えば金ブラックを真空蒸着することにより得られる薄膜よりなる。
【００１５】
上記焦電型赤外線検出素子Ｄの形成方法について、図３を参照しながら説明する。なお、以下は、一つの焦電型赤外線検出素子Ｄを製作する場合を示している。
【００１６】
（１）複数の焦電型赤外線検出素子Ｄを同時に得るために、例えば縦４０ｍｍ×横４０ｍｍで厚さｄが３００μｍのウエハ状のＭｇＯ基板１’を用意する。図３（Ａ）は、一つの焦電型赤外線検出素子ＤにおけるＭｇＯ基板１を示している。図３（Ｂ）において、まず、前記ＭｇＯ基板１の表面１ａに、適宜のマスクを用いて下部電極２をパターン形成する。このときの下部電極２の厚みは、０．１〜０．５μｍ程度である。次に、下部電極２表面に、減圧ＣＶＤ法によって、焦電体として、その組成がＰｂx Ｌａy Ｔｉz Ｚｒw Ｏ3 として表される薄膜のＰＺＴ４をエピタキシャル成長させて所定形状のＰＺＴ４を得る。このとき、適宜のマスクを用いて、ＰＺＴ４を、図３（Ｂ）に示すような形状にする。ＰＺＴ４の厚さは１．０〜５．０μｍ程度である。続いて、ＰＺＴ４の表面に、適宜のマスクを用いて上部電極３をパターン形成し、下部電極２および上部電極３に挟まれる状態でＰＺＴ４が設けられる。このときの上部電極３の厚みは、０．１〜０．５μｍ程度である。
【００１７】
（２）続いて、図３（Ｃ）に示すように、下部電極２、ＰＺＴ４および上部電極３を含むＭｇＯ基板１の表面１ａに絶縁膜５をパターン形成する。この絶縁膜５は、適宜のマスクを用いて上部電極３およびＰＺＴ４を覆うとともに、下部電極２およびＭｇＯ基板１の表面１ａのそれぞれ一部を覆うように形成されている。絶縁膜５を形成した後、図３（Ｃ）に示すように、絶縁膜５にコンタクトホール５ａを形成して上部電極３の表面を露出させる。
【００１８】
（３）続いて、図３（Ｄ）に示すように、前記コンタクトホール５ａを介して上部電極３に接続する引き出し電極１１を形成する。引き出し電極１１は例えばＡｕ−Ｃｒの材料よりなり、適宜のマスクを用いて絶縁膜５の一部およびＭｇＯ基板１の表面１ａの一部を覆うように形成されている。
【００１９】
（４）続いて、図３（Ｅ）に示すように、ＭｇＯ基板１の裏面１ｂに、等方性エッチングの際のマスクとなる薄膜のＣｒ膜１２をスパッタ法によって形成するとともに、開口部１３を形成する。Ｃｒ膜１２および開口部１３は適宜のマスクを用いて形成される。
【００２０】
（５）続いて、図３（Ｆ）に示すように、絶縁膜５を介して上部電極３上に赤外線吸収膜６を形成する。この赤外線吸収膜６は上部電極３上の絶縁膜５とコンタクトホール５ａを覆う引き出し電極１１の部分とを覆うように設けられている。その後、図３（Ｆ）に示すように、ウエハ状のＭｇＯ基板１’における主表面側（パイロセンサ受光部側）にエッチング保護膜１４を全面に形成する。エッチング保護膜１４としては有機樹脂材（レジスト材）が用いられる。この状態で、ウエハ状のＭｇＯ基板１’における裏面（パイロセンサ受光部面とは反対の面）１ｂからＣｒ膜１２をマスクとして開口部１３を通して等方性エッチングを行ってＭｇＯ基板１’を貫通し下部電極２の裏面２ｂにまで達する空洞部１５を形成する。例えば、ウエハ状のＭｇＯ基板１’における裏面１ｂを、８０℃で、１０％の燐酸のエッチング液にて等方性エッチングにより掘り込み、図１に示すような空洞部１５を形成する。
【００２１】
（６）続いて、図３（Ｇ）に示すように、エッチング保護膜１４を除去するとともに、Ｃｒ膜１２を除去する。
【００２２】
上述のようにして、一つのウエハ状のＭｇＯ基板１’上に複数の焦電型赤外線検出素子Ｄが得られる。これをダイシングすることにより、個々のセンサチップ１９に分割し図１に示したような各焦電型赤外線検出素子Ｄとなる。
【００２３】
上述のようにして形成された焦電型赤外線検出素子Ｄは以下のような効果を奏する。
すなわち、従来では、ポリイミドをマスク材としてＭｇＯ基板１（１’）のエッチングを行っていたが、ＭｇＯ基板１（１’）の水平方向に対し３０°の角度でサイドエッチングが進んでしまっていたため、例えば厚さｄが３００μｍのＭｇＯ基板１（１’）に直径が１．０ｍｍのセンサ薄膜部を形成する場合、最低２．０４ｍｍ四方（センサ薄膜部を１．０ｍｍとした場合、サイドエッチングの縦横の長さが０．５２×２ｍｍ必要）のセンサチップ面積が必要であった。しかし、この発明のように、マスクとしてＣｒ膜１２を用いると、Ｃｒ膜１２はＭｇＯ基板１（１’）に対して密着性が良いことから、４５°の角度のサイドエッチングに抑えられるため、直径が１．０ｍｍのセンサ薄膜部を形成するためには、１．６ｍｍ四方のセンサチップ面積で焦電型赤外線検出素子Ｄを形成することが可能となる。すなわち、焦電型赤外線検出素子作成時の最小面積比が、４５°：３０°＝１：１．６３となり、従来用いたのと同じ縦４０ｍｍ×横４０ｍｍで厚さｄが３００μｍのウエハ状のＭｇＯ基板１’の面積内に１．６３倍の焦電型赤外線検出素子Ｄを得ることができ、生産性の向上を図ることができる。
【００２４】
また、ポリイミドをマスク材としたことによりＭｇＯ基板裏面からのみのエッチングではチップサイズが大きくなるため、ＭｇＯ基板両面からエッチングを実施していた比較例において生ずる問題点も解消できる。すなわち、ＭｇＯ基板両面からエッチングを行う場合、ＭｇＯ基板の表面と裏面の両方のパターニングが必要であり、工程の複雑化及びＭｇＯ基板表面からと裏面からとのエッチングのバラツキがあるため、空洞部サイズ（エッチングホールサイズ）のバラツキが大きかった。しかし、この発明では、Ｃｒ膜１２をマスクとして適応することにより、ＭｇＯ基板表面１ａのみのパターニングで済むようになり、空洞部サイズ（エッチングホールサイズ）のバラツキも小さくなり、工数削減及びセンサ歩留りの向上に貢献できる。
【００２５】
さらに、ポリイミドをＭｇＯ基板裏面に設ける際、ポリイミド樹脂を塗布した後乾燥のためベークする必要があり、これに要する時間は約半日にも及んでいたが、この発明では、マスク１２として金属スパッタ膜を使用しているので、スパッタ法によるマスク１２の形成は１時間程度ですみ製造に要する時間を短縮できる利点を有する。また、ＣｒあるいはＴｉのマスク材を蒸着法で形成するのに比べて、この発明で用いたスパッタ法の方がＭｇＯあるいはサファイア基板に対して密着性が良いという利点もこの発明は有する。
【００２６】
また、この発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、例えば、強誘電体薄膜としての焦電体４は、前記ＰＺＴに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施の形態によって得られた赤外線検出素子を示す構成説明図である。
【図２】（Ａ）は、上記実施の形態における製造途中を示す構成説明図である。（Ｂ）は、上記実施の形態においてセンサチップの大きさを示す図である。
【図３】上記実施の形態を示す製造工程説明図である。
【図４】（Ａ）は、従来例における製造途中を示す構成説明図である。（Ｂ）は、従来例においてセンサチップの大きさを示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１（１’）          基板
１ａ                基板表面
１ｂ                基板裏面
２                  下部電極
２ｂ                下部電極裏面  
３                  上部電極
４                  焦電体
５                  絶縁膜
６                  赤外線吸収膜
１２                マスク
１５                空洞部
Ｒ                  基板領域
Ｄ                  赤外線検出素子    
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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