(57)【要約】【課題】反応性に優れた有機焦電体の微細パターン化を可能にして、検出感度を向上させた焦電型赤外線検出素子の製造方法を提供するものである。【解決手段】基板１の上に第一の電極３を形成し、この上に焦電体８を介して、第二の電極５を形成する焦電型赤外線検出素子７の製造方法において、前記焦電体８を有機焦電体薄膜８ａで形成し、この上にフォトレジスト１１を設けて、これを任意形状にパターン化し、パターン化したフォトレジスト１１を用いて第二の電極５をエッチングにより任意形状にパターン化した後、このパターン化したフォトレジスト１１を残したまま、これと前記第二の電極５をエッチングマスクとして、酸素イオンエッチングによりフォトレジスト１１と有機焦電体薄膜８ａとを同時にエッチング除去して、有機焦電体８を任意形状にパターン化することを特徴とするものである。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第一の電極を形成し、この上に焦電体を介して、第二の電極を形成する焦電型赤外線検出素子の製造方法において、前記焦電体を有機焦電体薄膜で形成し、この上にフォトレジストを設けて、これを任意形状にパターン化し、パターン化したフォトレジストを用いて第二の電極をエッチングにより任意形状にパターン化した後、このパターン化したフォトレジストを残したまま、これと前記第二の電極をエッチングマスクとして、酸素イオンエッチングによりフォトレジストと有機焦電体薄膜とを同時にエッチング除去して、有機焦電体を任意形状にパターン化することを特徴とする焦電型赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２】
フォトレジストを用いて第二の電極をエッチングにより任意形状にパターン化する工程で、サイドエッチング効果を利用して、第二の電極をフォトレジストのパターンよりも小さく形成することを特徴とする請求項１記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法。
【請求項３】
第二の電極の上に任意形状にパターン化したフォトレジストの厚さを、有機焦電体薄膜の厚さより厚く形成して、酸素イオンエッチングすることを特徴とする請求項１記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法。
【請求項４】
有機焦電体としてポリ尿素薄膜やポリフッ化ビニリデン膜またはポリテトラフルオロエチレン膜を用いることを特徴とする請求項１記載の焦電型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】
本発明は、有機焦電体を用いて赤外線の検出が可能な焦電型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は、強誘電体の焦電効果を利用して赤外線による熱を電気信号に変換するセンサ−であり、一様に分極した焦電体に赤外線を入射することにより一様な分極が変化し、それにより焦電体表面に発生した電荷量が変化することにより変化の差分の電荷を電流として検出する素子である。この素子の一般的名構造は、焦電体を第一の電極と第二の電極で挟んだ構造をなし、構造が単純であり比較的安価に作成でき、更に室温付近での感度が高いという特徴を有するものである。
【０００３】
従来の焦電型赤外線検出素子の製造方法としては例えば図５に示す方法が行なわれている（特許文献１）。これは図５（Ａ）に示すようにシリコン結晶板で形成された基板１の表面に熱酸化膜２を形成する。この後、底面の熱酸化膜２を方形に除去する。次に同図（Ｂ）に示すようにめっき、もしくは真空蒸着法、もしくはスパッタ法により第一の電極３を形成し、有機系フォトレジストとエッチング液により第一の電極３をパターン化する。次いで有機系フォトレジストを除去後に、同図（Ｃ）に示すように、焦電体４を真空蒸着法やスパッタ法などにより成膜した後、焦電体４を任意形状にパターン化する。
【０００４】
この後、同図（Ｄ）に示すように、焦電体４の上に第二の電極５を形成してパターン化する。最後に同図（Ｅ）に示すように、底面の方形に除去した熱酸化膜２をマスクとして保持基板１をエッチングしてダイヤフラム６を形成して焦電型赤外線検出素子を製造していた。
【０００５】
従来の焦電型赤外線検出素子は、焦電体４としてＰｂＴｉＯ３ やＬｉＮｂ０３ などの無機材料を使用していたが、近年、有機材料を使用することにより低温での形成が可能で、赤外線に対する反応速度が速い、有機焦電体の研究が進められている。この有機焦電体を用いた焦電型赤外線検出素子の製造において、有機焦電体の分極配向処理後に、この有機焦電体を任意形状にパターン化する必要がある。
【０００６】
有機薄膜の除去方法としては、有機溶剤等によるウェットエッチング法と酸素イオンを用いたイオンエッチング法が一般に知られている。しかしほとんどの有機焦電体は溶剤に不溶であるため、ウェットエッチング法による有機焦電薄膜のパターン化は不可能であった。
【０００７】
一方、イオンエッチング法は、エッチングマスクとしてフォトリソグラフィによりパターン化された金属薄膜が必要となる。この方法では、有機焦電体薄膜をパターニング後にエッチング液によりマスクとなる金属薄膜の除去工程が必要となるが、この時に金属エッチング液に、有機焦電体薄膜表面が浸漬されるため、有機焦電体の性能劣化や第二の電極との密着性低下といった問題が生じる欠点があり、有機焦電体を０．１ミリメートル以下の間隔で多数配置した微細パターン化は困難であった。
【特許文献１】特公昭６２−１２４５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題を改善し、有機焦電体の微細パターン化を可能にして、検出感度を向上させると共に耐久性を向上させた焦電型赤外線検出素子の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法は、基板上に第一の電極を形成し、この上に焦電体を介して、第二の電極を形成する焦電型赤外線検出素子の製造方法において、前記焦電体を有機焦電体薄膜で形成し、この上にフォトレジストを設けて、これを任意形状にパターン化し、パターン化したフォトレジストを用いて第二の電極をエッチングにより任意形状にパターン化した後、このパターン化したフォトレジストを残したまま、これと前記第二の電極をエッチングマスクとして、酸素イオンエッチングによりフォトレジストと有機焦電体薄膜とを同時にエッチング除去して、有機焦電体を任意形状にパターン化することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項２記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法は、フォトレジストを用いて第二の電極をエッチングにより任意形状にパターン化する工程で、サイドエッチング効果を利用して、第二の電極をフォトレジストのパターンよりも小さく形成することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項３記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法は、第二の電極の上に任意形状にパターン化したフォトレジストの厚さを、有機焦電体薄膜の厚さより厚く形成して、酸素イオンエッチングすることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項４記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法は、有機焦電体としてポリ尿素薄膜やポリフッ化ビニリデン膜またはポリテトラフルオロエチレン膜を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る請求項１記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法によれば、第二の電極をパターン化するフォトレジストを除去液で溶解除去せずに、これを酸素イオンエッチングにおける有機焦電体のエッチングマスクとしても利用し、フォトレジストと有機焦電体を同時に除去することにより、有機焦電体を微細パターン化して、微細な有機焦電体赤外線画像素子を得ることができる。この結果、隣接する素子間の熱影響によるクロストークが少くなり、反応速度が速く応答性に優れ、しかも耐久性にも優れた赤外線画像素子の製造が可能となった。
【００１４】
また請求項２記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法によれば、フォトレジストを用いて第二の電極をエッチングにより任意形状にパターン化する工程で、サイドエッチング効果を利用して、第二の電極をフォトレジストのパターンよりも小さく形成することにより、フォトレジストを残したまま酸素イオンエッチングすることにより有機焦電体の幅を第二の電極より広く形成して、第一の電極と第二の電極の電気的な短絡を防止することができる。
【００１５】
また請求項３記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法によれば、第二の電極の上に任意形状にパターン化したフォトレジストの厚さを、有機焦電体薄膜の厚さより厚く形成することにより、酸素イオンエッチングによりフォトレジストが除去される前までに、これでマスクされていない部分の有機焦電体薄膜は完全に除去され、更にフォトレジストが完全に除去された後は、第二の電極がマスクとなって有機焦電体薄膜を一部エッチングしてパターン化することができる。
【００１６】
また請求項４記載の焦電型赤外線検出素子の製造方法によれば、有機焦電体としてポリ尿素薄膜やポリフッ化ビニリデン膜またはポリテトラフルオロエチレン膜を用いることにより、低温での形成が可能で、反応性に優れた検出素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
反応性に優れた有機焦電体の微細パターン化を可能にして、検出感度を向上させた赤外線画像素子として有効な焦電型赤外線検出素子の製造方法を実現した。
【実施例１】
【００１８】
以下本発明の実施例を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。図１は焦電型赤外線検出素子７を示すもので、ダイヤフラム６を形成した基板１の上面に熱酸化膜２を形成し、この上に第一の電極３が形成され、この上にパターン化された有機焦電体８を介して第二の電極５を形成したもので、その平面は図２に示すように形成されている。本発明の製造方法を図３の断面図および図４の工程図に示した。
【００１９】
この焦電型赤外線検出素子７の製造方法は、図３（Ａ）に示すように、まず、基板１として素子形成面の結晶方位が（１００）面のシリコン単結晶板の両面に1 μm 程度の厚さに熱酸化膜２を形成して、上面の熱酸化膜２の表面に第一の電極膜３ａを形成する。この第一の電極膜３ａは例えば１００ｎｍ程度の膜厚のクロムやニッケル、ニッケルクロム合金などの金属薄膜をスパッタ法により堆積させる。次に第一の電極膜３ａをフォトリソグラフィにより、所定の形状にパターン化して同図（Ｂ）に示すように、第一の電極３を形成する。
【００２０】
次に同図（Ｃ）に示すように、第一の電極３の上に有機焦電体薄膜８ａとしてポリ尿素薄膜やポリフッ化ビニリデン膜、ポリテトラフルオロエチレン膜などを蒸着法により、例えば１μｍ程度成膜する。次に前記有機焦電体薄膜８ａの上方の空中に針１０を配置して、その針１０と第一の電極３と間に１０００Ｖ以上の高電圧を印加しながら基板１を加熱するいわゆるコロナ放電配向処理により有機焦電体の分極配向処理を行う。
【００２１】
次に同図（Ｄ）に示すように、第二の電極膜５ａとして例えばクロムやニッケル、ニッケルクロム合金などの金属薄膜をスパッタ法により、１００ｎｍ程度の厚さに成膜する。次に同図（Ｅ）に示すように基板１の素子形成面と反対の面の熱酸化膜２を、フォトリソグラフィにより方形状に除去し、アルカリ水溶液によりシリコンダイヤフラム６を形成する。
【００２２】
次に同図（Ｆ）に示すように、第二の電極薄膜５ａにフォトレジスト１１をスピンコート法により３μｍほど塗布した後、このフォトレジスト１１をパターン化する。次にパターン化したフォトレジスト１１をエッチングマスクとして同図（Ｇ）に示すように、フォトリソグラフィにより第二の電極薄５を所定の形状にパターン化する。この時、サイドエッチング効果を利用して、第二の電極５をフォトレジスト１１のパターンよりも小さく形成する。
【００２３】
最後に前記のフォトレジスト１１が残った状態で、フォトレジスト上方よりイオンエッチング装置を用いて酸素イオンを照射する。このようなエッチング法としては、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）式イオンエッチング法や電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）式イオンエッチング法などがある。
【００２４】
この酸素イオンを照射すると、有機物であるフォトレジスト１１と有機焦電体薄膜８ａは水と炭酸ガスに同時に分解されて、同図（Ｈ）に示すように次第に薄くなっていく。このイオンエッチング過程で、前記有機焦電体薄膜８ａはフォトレジスト１１に比べて薄いため、フォトレジスト１１が除去される前までに、これでマスクされていない部分の有機焦電体薄膜８ａは完全に除去される。つまり、フォトレジスト自身も分解されていくが、これが完全に除去されるまでの間は有機焦電体薄膜８ａのエッチングマスクとして作用して、有機焦電体薄膜８ａはパターン化される。
【００２５】
この酸素イオンエッチング過程で、サイドエッチング効果により先に形成されたフォトレジスト１１の下の第二の電極５がない部分があるが、フォトレジスト１１でマスクされているので、この部分はフォトレジスト１１が完全に除去されるまで残っている。
【００２６】
更にフォトレジスト１１が完全に除去されると、今度は第二の電極５がエッチングマスクとしての作用をなし、第二の電極５でマスクされていない部分の有機焦電体薄膜８ａが一部除去された時点でイオンエッチングを停止して有機焦電体８をパターン化する。
【００２７】
この結果、同図（Ｉ）に示すように、有機焦電体８は第二の電極５よりも寸法が大きくなり、第一の電極３と第二の電極５が電気的に短絡する危険性を減少させることができる。このように本発明の製造方法を用いることにより、有機焦電体８の大きさが50μｍ角程度の微細パターンの有機焦電型赤外線検出素子を製造することが可能になった。
【００２８】
なお上記説明ではダイヤフラム６を第二の電極膜５ａを設けた後に、形成する場合について示したが、表面に熱酸化膜２を形成した基板１の状態で、ダイヤフラム６を形成しても良く、またイオンエッチングを行なった後の最終工程で形成する方法でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の焦電型赤外線検出素子は、赤外線画像素子の他、測温用素子などにも広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例による焦電型赤外線検出素子の断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の実施例による焦電型赤外線検出素子の製造工程に従って示す断面図である。
【図４】本発明の実施例による焦電型赤外線検出素子の製造工程を説明した工程図である。
【図５】従来の有機焦電型赤外線検出素子の製造工程に従って示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    基板                                                  
２    熱酸化膜                                              
３    第一の電極                                            
３ａ  第一の電極膜                                          
４    焦電体                                                
４ａ  第二の電極膜                                          
５    第二の電極                                            
５ａ  第二の電極膜                                          
６    ダイヤフラム                                          
７    焦電型赤外線検出素子                                  
８    有機焦電体                                            
８ａ  有機焦電体薄膜                                        
１０  針                                                    
１１  フォトレジスト                                        
【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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