(57)【要約】本発明は、複数の画素（１２Ａ）を備えるピロ電気センサに関するもので、画素のそれぞれは、ピロ電気薄膜（２０Ａ）ならびに前記膜の両側に配列された第１および第２電極（１４、２８）から成る。下部電極（２８）は構造化されている。すなわち、下部電極は、画素間の熱クロストークを低減するために、画素に属する電極を形成するように微細機械加工される。ピロ電気薄膜は多孔性である。本発明の好ましい実施形態において、多孔性ピロ電気薄膜は、センサ基板上に連続かつ一様に堆積される。多孔性膜は、低減された熱伝導性を示し、それによって、良好な分解能を有し、画素間でのピロ電気薄膜の微細機械加工を必要としないセンサを得ることを可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（４）上に配列された複数の画素（１２Ａ；１２Ｂ）を備えるピロ電気センサであって、前記複数の画素のそれぞれは、ピロ電気薄膜（２０Ａ）と、前記薄膜の一方の面に配列される第１電極（１４；８Ａ）と、また他の面に配列される第２電極（２８）とで形成され、第２電極は、複数の内の他の第２電極と互いに金属接続部を有していないか、または比較的小さな断面の金属経路によってのみ前記他の第２電極に接続されているピロ電気センサにおいて、前記ピロ電気薄膜は、同じセンサの画素の間で多孔性でかつ連続していることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記ピロ電気薄膜は、少なくとも前記複数の画素によって区画される領域において、前記基板を一様に覆うことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記基板は、微小機械加工されておらず、画素を有すると共にエーロゲルから成る中間膜（３２）を有し、前記中間膜が前記画素と前記基板の間の熱絶縁となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記中間膜は平坦化層で覆われていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ。
【請求項５】
前記多孔性ピロ電気薄膜は、原液に溶解可能なポリマーを導入して、ゾルゲル法によって堆積され、前記ポリマーが膜の堆積後に少なくとも１つの熱処理によって除去されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のセンサ。
【請求項６】
前記溶液はアルコキシド液であり、前記ポリマーは、その分子量が１０００と４６０００の間であるジヒドロキシポリエチレン酸化物であることを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
ピロ電気薄膜の単位体積あたりの孔の体積はほぼ１５と３５％の間にあることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、基板上に配列された複数の画素を含むピロ電気センサに関し、それぞれの画素がピロ電気薄膜で形成され、第２電極と画素を幾何学的に区画する第１電極ととを備え、これらの第１および第２電極は、それぞれピロ電気薄膜の両側に配列されるピロ電気センサに関する。
【０００２】
半導体技術の方法と同じ方法によって堆積させたピロ電気薄膜を用いて、特にシリコンでできた基板上にピロ電気センサをバッチで製造する技術は比較的最近のものである。こうした技術は、工業的に大量に製造できる比較的安いピロ電気センサを得ることを可能にする。これらセンサは、特に、気体分光測定法または熱画像化に使用することができる。
【０００３】
これらセンサの最初の開発において、当業者は、製造されたセンサが高品質であることを保証しながら、生産コストを最小にしようとした。センサの効率に影響を与える一因子は、画素間、特に隣接画素間の熱クロストークに関する。上述の２つの目的を達成するために、図１および２に示すようなセンサが、最初、出願人によって作られた。図１は、図２の平面図に示すような画素の線状ネットワーク（ｌｉｎｅａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ）から成るセンサの２つの画素を断面で示す。
【０００４】
センサ２は、厚みの薄い上部膜６とシリコン・ベース・プレート８を有する基板４から成り、シリコン・ベース・プレートは、少なくとも上部電極１４によって形成される画素１２の下に凹所１０が微細加工される。膜６上には接着膜１６が形成され、接着膜の上には全画素に共通の下部電極１８が堆積されている。導電膜１８に微細加工する工程を回避するために、下部電極はセンサ２の全面にわたって連続している。共通電極１８と単独の電極１４の間には、ピロ電気薄膜２０が堆積される。この薄膜２０は画素が熱的に互いに絶縁されるように加工される。したがって、線状ネットワークの画素間に凹所２２が形成される。これら凹所は上から見ると矩形輪郭を有する。電極１４は基本的な電気信号が供給される接触パッド２４に接続されていることに注目されたい。
【０００５】
本発明の第１の目的は、画素間の熱クロストークを低減することである。本発明の第２の目的は、ピロ電気センサの薄膜の生産コストを低減することである。本発明の第３の目的は、上述の２つの目的の間に最適法を見つけること、すなわち画素に関する高水準の分解能および比較的低い製造コストを有するセンサを得ることにある。
【０００６】
上述した目的は、請求項１による主題によって達成される。
【０００７】
本発明が説明され、添付図面を参照して行われる以下の説明を用いて、以下で述べられる本発明の利点が制限しない例によって示される。
【０００８】
発明者らは、図１および２に示すセンサ２の全画素に共通の下部電極１８が、厚みが薄いが無視できない熱クロストークを発生することを観察した。発明者らの研究によって明らかにされた欠点を取り除くために、発明者らは、下部電極を構造化することによって、すなわち画素共通でなく各画素に属する下部電極を形成することによって図１および２で述べるセンサを改良した。好ましくは、これらの下部電極は、他の画素の下部電極と金属接続部を全く有しないか、または、以下で説明する図４に示すセンサの場合がそうであるが、比較的小さな断面を有し、かつ好ましくは比較的長い金属経路によってのみ他の下部電極と接続される。「比較的小さな断面」とは、図２および４に示すような画素の行によって規定される長手方向に垂直な方向に沿った画素の電極の断面よりかなり小さな断面を意味する。
【０００９】
発明者らの研究の範囲において、発明者らは、画素の誘電率を低減し、したがって画素の効率を上げる目的で多孔性のピロ電気薄膜を堆積した。この分析の結果は、以下の２つの論文、すなわち、
「Ｈｉｇｈ　ｆｉｇｕｒｅ−ｏｆ−ｍｅｒｉｔ　ｐｏｒｏｕｓ　Ｐｂ１−ｘＣａｘＴｉＯ３　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍｓ　ｆｏｒ　ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ａ．Ｓｉｅｆｅｒｔ　＆　ａｌｌ、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．７２、Ｎｏ．１９、Ｍａｙ　１９９８、
「Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｎｓｅ　ａｎｄ　ｐｏｒｅｓ　ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｂ１−ｘＣａｘＴｉＯ３　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍｓ」、Ａ．Ｓｅｉｆｅｒｔ　＆　ａｌｌ、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ、ｖｏｌ．１４、Ｎｏ．５、Ｍａｙ　１９９９
において詳細に公表された。
【００１０】
これらの論文に述べる成長方法は多孔性膜の特定成長堆積にある。こうした堆積はゆっくりで、したがって比較的費用がかかる。さらに、これらの堆積は、こうした方法で多孔性の形態で堆積できる制限された数の材料に限定される。
【００１１】
したがって、ピロ電気薄膜に対するこの多孔性膜の使用は、それによって製造されるセンサの性能にとって特に有利であることが証明された。本発明の範囲において、この多孔性膜は、前の堆積した厚い膜に比べて熱伝導率を制限されたことが観察された。一方、こうした多孔性膜のエッチングが難しい場合には、こうした膜の微細加工は難しい作業となる。多孔性ピロ電気薄膜に結びつく研究の範囲において、発明者らは、図３および４に示すようなセンサの挙動を分析してきた。そのセンサは、連続した一様な多孔性ピロ電気薄膜を有する。すなわち、図２に示すように凹所を得るために微細加工されることはない。行われたテストの結果によれば、この種のセンサが画素に関して高水準の分解能を有すること、すなわち、画素間の熱クロストークが比較的低いことが示された。この熱クロストークのレベルは、下部および上部電極が構造化されると、十分に適切な値に保持される。
【００１２】
構造化されていないピロ電気薄膜をセンサに使うと、いくつかの製造工程、特に行うのが難しい上述の工程をなくすことで、センサのコスト価格を低減することができる。図３および４に示すセンサは、上述したように微細加工されたキャビティや逃がし部がないシリコン基板から成る。基板の上面にはエーロゲル膜３２が形成される。エーロゲル膜が所定の粗さを有すると、エーロゲル膜上に平坦化層３４が形成される。下部電極２８は膜３４上に形成される。次に、センサは、連続している多孔性ピロ電気薄膜２０Ａ、すなわち、全画素に共通で、かつ画素間で微細加工されない膜を備える。最後に、上部電極１４がこの薄膜２０Ａ上に形成される。図３および４の実施形態は、センサが、本質的に、特定の微細加工を全く必要としない連続した膜から成るため、特に有利である。実際、導電経路および接触パッドが備わった状態で、下部および上部電極のみが構造化され、したがってフォトリソグラフィおよび従来のウェットまたはドライ・エッチング工程によって微細加工することを必要とする。エーロゲル膜は、基板８Ａの熱絶縁画素１２Ａの特性を有する。こうしたエーロゲル膜の使用は、米国特許第５，９４９，０７１号に詳細に記載されている。
【００１３】
上部電極１４は個々の接触パッドに接続され、接触パッドは、画素の行の両側に交互に配列される。下部電極２８は、図４の破線で示す導電経路３８によって互いに接続される。これらの経路は、比較的小さな断面を有し、配列されても実質的に画素間の熱クロストークを有さない。
【００１４】
最後に、本明細書で述べる研究および開発の範囲において、発明者らは、使用できる材料が限定された膜をゆっくりとかつ費用をかけて成長させることによって堆積が行われる、上述の論文に記載されている方法よりもさらにより有利な多孔性ピロ電気薄膜の堆積方法を使用した。それは、発明者らが考案した、原液に溶解可能な少なくとも１種類のポリマーを取り入れた液相化学堆積によって多孔性ピロ電気薄膜を堆積させる方法である。以下に述べるこうした堆積方法は、センサのコスト価格を大幅に低減することができる。ピロ電気センサに対する用途に使用される液相化学堆積方法は、別の実施形態において、以下の工程、すなわち、
約０．４のモル濃度で、ゾルゲル液をアルコキシド塩基と合成する工程と、
アルコキシド液内でジヒドロキシポリエチレン酸化物ポリマーを、具体的には、１．５と１０％重量単位の間で溶解させる工程と、
基板および下部電極上に、具体的には３０００回転／分で約４０秒間のスピン・コーティングによって溶解したポリマーを含有するアルコキシド液から膜を堆積させる工程と、
アルコキシド液の有機物含量を分解して、ポリマーを除去するために、約３５０℃で第１の熱処理を行う工程と、
熱分解したアルコキシド膜をピロ電気セラミック材料中で変換して、ポリマーを除去することによって以前に得られた多孔度、すなわち、膜の単位堆積当たりの孔の堆積を増すように、約６５０℃と７００℃の間で第２の熱処理を行う工程と、
を含む。
【００１５】
最後の２つの工程は何回か繰り返されて、より厚い膜を得ることができる。原液に溶解したポリマーの分子量は所望の多孔度を得るために１０００と４６００の間であるようになっている。したがって、ポリマーを除去することによって、第１の熱処理によって、第２の熱処理中に増す可能性がある多孔度が得られる。堆積単位当たりの多孔度は約１５と３５％の間にある。
【００１６】
製造されているウェハ上への堆積は、遠心分離だけでなく、当業者に知られている他の技法、特に、ディップ・コーティングまたはスプレー・コーティングによっても行うことができる。したがって、基板および下部電極を一様に覆う多孔性ピロ電気薄膜が、少なくとも本発明によるセンサを形成する複数の画素によって形成される領域において得られる。
【００１７】
本明細書で示した教示に基づいて、当業者は、本明細書で説明した結果と等価なまたは同様な結果を得るために、他の原液および他のポリマーを用いて同様の堆積方法を考案することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
出願人によってはじめに開発されたピロ電気センサの実施形態の部分断面図である。
【図２】
出願人によってはじめに開発されたピロ電気センサの実施形態の部分平面図である。
【図３】
本発明によるピロ電気センサの実施形態の部分断面図である。
【図４】
本発明によるピロ電気センサの実施形態の部分平面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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