JP2011237282A - Method of manufacturing detector - Google Patents

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幸夫 山内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method manufacturing a detector by which the warpage and the cutting of a supporting member supporting a detection element above a cavity part can be suppressed.SOLUTION: In a manufacturing method for a detector, a cavity part 102 is formed in a fixing part 100, external force EF is imparted to the fixing part 100 in the same direction as the direction of stress generated in a supporting member formed before formation of a sacrificial layer 150 in the cavity part 102, the supporting member 210 is formed in the sacrificial layer 150 formed in the cavity part 102 and the external force EF is released before removal of the sacrificial layer 150.

Description

本発明は、検出器の製造方法等に関する。   The present invention relates to a detector manufacturing method and the like.

熱型光検出装置として、焦電型またはボロメーター型の赤外線検出装置が知られている。赤外線検出装置は、受光した赤外線の光量(温度)によって焦電体材料の自発分極量が変化すること(焦電効果またはパイロ電子効果)を利用して焦電体の両端に起電力(分極による電荷)を生じさせるか(焦電型)、または温度によって抵抗値を変化させて(ボロメーター型)、赤外線を検出している。焦電型赤外線検出装置は、ボロメーター型赤外線検出装置と比較して、製造工程が複雑である反面、検出感度が優れるという利点がある。   As a thermal photodetection device, a pyroelectric or bolometer type infrared detection device is known. Infrared detectors use the fact that the amount of spontaneous polarization of the pyroelectric material changes (pyroelectric effect or pyroelectronic effect) depending on the amount of light (temperature) of the received infrared light (electromotive force (due to polarization) at both ends of the pyroelectric material). Infrared light is detected by generating a charge) (pyroelectric type) or changing a resistance value according to temperature (bolometer type). The pyroelectric infrared detection device has an advantage in that the detection sensitivity is excellent while the manufacturing process is complicated as compared with the bolometer infrared detection device.

熱型光検出素子(広義には熱型検出素子、より広義には検出素子)は冷却装置をもたない構造であるのが通常である。よって、素子を気密パッケージに収容する等して、素子を減圧環境下に置き、さらに基板や周辺膜と熱分離して、受光した光(赤外線等)によって生じる熱が周囲へ極力拡散しない構造とする必要がある。熱の基板への散逸を防いで熱型光検出素子の検出特性の低下を抑制するためには、例えば、基板と熱型光検出素子との間に、熱分離用の空洞部を設ける構造を採用することが有効である(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。特許文献1には、熱分離用の空洞部を有する熱型赤外線アレイセンサーが示され、特許文献2には、熱分離用の空洞部を有する焦電型赤外線検出素子が示されている。   A thermal type photodetection element (a thermal type detection element in a broad sense, a detection element in a broader sense) usually has a structure without a cooling device. Therefore, by placing the device in an airtight package, placing the device in a reduced pressure environment, and further thermally separating it from the substrate and the peripheral film, the heat generated by the received light (infrared rays, etc.) is not diffused to the surroundings as much as possible. There is a need to. In order to prevent the dissipation of heat to the substrate and suppress the deterioration of the detection characteristics of the thermal detection element, for example, a structure in which a cavity for thermal separation is provided between the substrate and the thermal detection element. Employing is effective (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Patent Document 1 shows a thermal infrared array sensor having a cavity for heat separation, and Patent Document 2 shows a pyroelectric infrared detection element having a cavity for heat separation.

特開2000−205944号公報JP 2000-205944 A 特開2002−214038号公報JP 2002-214038 A

熱型光検出素子(広義には検出素子)は、基板に支持されたメンブレンに搭載される。熱型光検出素子と対向する領域では、メンブレンと基板との間に空洞部が形成される。製造過程では、基板の空洞部に犠牲層が埋め込み形成され、その犠牲層の上にメンブレンが形成され、さらにメンブレンの上に熱型光検出素子が形成される。   A thermal photodetection element (detection element in a broad sense) is mounted on a membrane supported by a substrate. In a region facing the thermal detection element, a cavity is formed between the membrane and the substrate. In the manufacturing process, a sacrificial layer is embedded in the cavity of the substrate, a membrane is formed on the sacrificial layer, and a thermal photodetecting element is further formed on the membrane.

検出素子の範囲は、熱型光検出素子の他、例えば超音波検出素子、加速度検出素子等を含む。検出素子も、熱型光検出素子(広義には熱型検出素子)と同様な構造を有することができる。   The range of the detection element includes, for example, an ultrasonic detection element and an acceleration detection element in addition to the thermal detection element. The detection element can also have the same structure as the thermal detection element (thermal detection element in a broad sense).

この製造過程では、犠牲層が平坦である限りメンブレンも平坦性を有するが、最終工程にて犠牲層を等方性エッチングで除去すると、メンブレンに反りが発生するという課題が見出された。場合によっては、メンブレンが切断されるという課題も見出された。   In this manufacturing process, as long as the sacrificial layer is flat, the membrane also has flatness. However, when the sacrificial layer is removed by isotropic etching in the final process, a problem has been found that the membrane is warped. In some cases, a problem that the membrane is cut was also found.

本発明の幾つかの態様では、検出素子を支持する部材に生ずる反りや切断を抑制できる検出器の製造方法を提供することにある。   In some aspects of the present invention, there is provided a method for manufacturing a detector that can suppress warping and cutting that occur in a member that supports a detection element.

(1)本発明の一態様に係る検出器の製造方法は、
固定部に空洞部を形成し、
前記空洞部に犠牲層を形成する前に、形成される支持部材に生ずる応力方向と同じ方向に外力を前記固定部に付与し、
前記空洞部に形成された前記犠牲層に前記支持部材を形成し、
前記犠牲層を除去する前に、前記外力を解除することを特徴とする。
(1) A method for manufacturing a detector according to an aspect of the present invention includes:
Forming a cavity in the fixed part,
Before forming the sacrificial layer in the cavity, an external force is applied to the fixed portion in the same direction as the stress direction generated in the formed support member,
Forming the support member on the sacrificial layer formed in the cavity,
The external force is released before the sacrificial layer is removed.

本発明の一態様によれば、外力を固定部に付与し後に支持部材を形成し、犠牲層を除去する前に、外力を解除することで、支持部材の反りや切断を抑制することができる。   According to one embodiment of the present invention, warping and cutting of the support member can be suppressed by releasing the external force before applying the external force to the fixed portion and then forming the support member and removing the sacrificial layer. .

(2)本発明の一態様では、前記犠牲層と対向する前記固定部の面に前記支持部材と同種の部材を形成して前記外力を前記固定部に付与することができる。   (2) In one aspect of the present invention, the external force can be applied to the fixed portion by forming a member of the same type as the support member on the surface of the fixed portion facing the sacrificial layer.

こうすると、固定部に同種の部材を形成することで、外力を発生させることができる。   If it carries out like this, external force can be generated by forming the same kind of member in a fixed part.

(3)本発明の他の態様に係る検出器の製造方法は、
支持部材冗長長さ形成用の少なくとも1つの凹部又は凸部を犠牲層に形成し、
前記少なくとも1つの凹部又は凸部に沿って支持部材を形成し、
その後前記犠牲層を除去することを特徴とする。
(3) A method for manufacturing a detector according to another aspect of the present invention includes:
Forming at least one recess or protrusion for forming the support member redundant length in the sacrificial layer;
Forming a support member along the at least one recess or projection;
Thereafter, the sacrificial layer is removed.

本発明の他の態様によれば、支持部材に冗長部分が付加されているので、支持部材の引張残留応力に起因して支持部材が伸びても支持部材の切断を抑制することができる。   According to another aspect of the present invention, since the redundant portion is added to the support member, even if the support member is extended due to the tensile residual stress of the support member, cutting of the support member can be suppressed.

(4)本発明の他の態様では、前記犠牲層を化学的機械的研磨することにより、前記少なくとも1つの凹部又は凸部を形成することができる。   (4) In another aspect of the present invention, the at least one concave portion or convex portion can be formed by subjecting the sacrificial layer to chemical mechanical polishing.

こうすると、化学的機械的研磨で少なくとも1つの凹部又は凸部を形成することができる。   In this way, at least one concave portion or convex portion can be formed by chemical mechanical polishing.

(5)本発明の他の態様では、前記犠牲層をエッチングすることにより、前記少なくとも1つの凹部又は凸部を形成することができる。   (5) In another aspect of the present invention, the at least one concave portion or convex portion can be formed by etching the sacrificial layer.

こうすると、エッチングで少なくとも1つの凹部又は凸部を形成することができる。   If it carries out like this, at least 1 recessed part or convex part can be formed by an etching.

(6)本発明の他の態様では、前記少なくとも1つの凹部又は凸部の深さをhとし、曲率半径をRとすると、前記少なくとも1つの凹部又は凸部は、前記曲率半径で定義される仮想的な円に接し、σを前記支持部材に生ずる引張残留応力とし、Eを前記支持部材の固定部のヤング率とし、Tを前記固定部の厚さとし、νを前記支持部材のポアソン比とし、tfを前記支持部材の厚さ、dを前記固定部の空洞部の厚さとすると、hとRは、以下の関係式を満たすことができる。   (6) In another aspect of the present invention, when the depth of the at least one concave portion or convex portion is h and the radius of curvature is R, the at least one concave portion or convex portion is defined by the radius of curvature. It is in contact with a virtual circle, σ is the tensile residual stress generated in the support member, E is the Young's modulus of the fixed part of the support member, T is the thickness of the fixed part, and ν is the Poisson's ratio of the support member , Tf is the thickness of the support member, and d is the thickness of the cavity of the fixed portion, h and R can satisfy the following relational expression.

Figure 2011237282
Figure 2011237282

こうすると、支持部材の冗長部分を仮想的な円で形成することができる。   If it carries out like this, the redundant part of a supporting member can be formed in a virtual circle.

(7)本発明の他の態様では、検出器の製造方法は、前記支持部材に生ずる引張残留応力の応力方向と応力値と実質的に同じ外力を前記支持部材の固定部に付与して前記支持部材を形成し、
その後前記外力を解除した状態で、前記固定部から前記犠牲層を除去し、前記固定部に空洞部を形成することができる。
(7) In another aspect of the present invention, the method for manufacturing a detector includes applying an external force substantially the same as the stress direction and the stress value of the tensile residual stress generated in the support member to the fixing portion of the support member. Forming a support member;
Thereafter, with the external force released, the sacrificial layer can be removed from the fixed portion to form a cavity in the fixed portion.

こうすると、2つの解決方法を組み合わせて、支持部材の切断を抑制することができる。   If it carries out like this, the cutting | disconnection of a support member can be suppressed combining two solution methods.

図1(A)〜図1(D)は本発明の実施形態に係る熱型検出素子(広義には検出素子)を搭載する支持部材の反りや切断の発生とその解消のメカニズムを説明するための概略説明図である。1 (A) to 1 (D) are diagrams for explaining the occurrence of warping or cutting of a support member on which a thermal detection element (detection element in a broad sense) according to an embodiment of the present invention is mounted, and a mechanism for eliminating it. It is a schematic explanatory drawing. 本発明の実施形態に係る焦電型赤外線検出装置(広義には検出装置)の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a pyroelectric infrared detection device (detection device in a broad sense) according to an embodiment of the present invention. 図2に示す焦電型赤外線検出装置の1セル分の焦電型検出器(広義には検出器)の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of a pyroelectric detector (detector in a broad sense) for one cell of the pyroelectric infrared detector shown in FIG. 2. 犠牲層上に形成される支持部材及び赤外線検出素子(広義には検出素子)を示す製造工程の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the manufacturing process which shows the supporting member and infrared rays detection element (detection element in a broad sense) formed on a sacrificial layer. 図5(A)〜図5(D)は本発明の実施形態に係る焦電型検出器(広義には検出器)の製造方法の概略説明図。FIG. 5A to FIG. 5D are schematic explanatory views of a method for manufacturing a pyroelectric detector (detector in a broad sense) according to an embodiment of the present invention. 図6(A)〜図6(D)は図5(A)〜図5(D)の製造方法の変形例。6 (A) to 6 (D) are modified examples of the manufacturing method of FIGS. 5 (A) to 5 (D). 図7(A)〜図7(C)は本発明の実施形態に係る焦電型検出器(広義には検出器)の他の製造方法の概略説明図。FIG. 7A to FIG. 7C are schematic explanatory diagrams of another manufacturing method of the pyroelectric detector (detector in a broad sense) according to the embodiment of the present invention. 図8(A)〜図8(C)は図7(A)〜図7(C)の製造方法の変形例。8 (A) to 8 (C) are modified examples of the manufacturing method of FIGS. 7 (A) to 7 (C). 図9(A)〜図9(C)は図7(A)〜図7(C)の製造方法の他の変形例。9 (A) to 9 (C) show another modification of the manufacturing method of FIGS. 7 (A) to 7 (C). 本発明の実施形態に係る焦電型赤外線検出器(広義には検出器)のキャパシター構造を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the capacitor structure of the pyroelectric infrared detector (detector in a broad sense) which concerns on embodiment of this invention. 配線プラグ付近の還元ガスバリア性を強化した変形例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the modification which strengthened the reducing gas barrier property of wiring plug vicinity. 熱型光検出器(広義には検出器)または熱型光検出装置(広義には検出装置)を含む電子機器のブロック図である。1 is a block diagram of an electronic apparatus including a thermal photodetector (detector in a broad sense) or a thermal photodetector (detector in a broad sense). 図13(A)、図13(B)は焦電型光検出器(広義には検出器)を二次元配置した焦電型光検出装置(広義には検出装置)の構成例を示す図である。FIGS. 13A and 13B are diagrams showing a configuration example of a pyroelectric detection device (detection device in a broad sense) in which pyroelectric detectors (detectors in a broad sense) are two-dimensionally arranged. is there.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not always.

1.熱型赤外線検出装置(広義には検出装置)
後述するように図1(A)〜図1(C)に示すように発生する反りや切断を図1(D)に示すようにした解消した支持部材及びそれに搭載される焦電型光検出素子(広義には熱型光検出素子、より広義には検出素子)を各セルがそれぞれ備えた複数セルの焦電型赤外線検出器(広義には熱型光検出器、より広義には検出器)が、直交二軸方向に配列された焦電型赤外線検出装置(広義には熱型光検出装置、より広義には検出装置)を、図2に示す。なお、複数セルの一部が図1(D)に示される焦電型光検出素子(広義には、熱型検出素子、より広義には検出素子)を備えても良い。また、1セル分のみの焦電型赤外線検出器にて焦電型赤外線検出装置が構成されても良い。図2において、基部(固定部ともいう)100から複数のポスト104が立設され、例えば2本のポスト104に支持された1セル分の焦電型赤外線検出器200が、直交二軸方向に配列されている。1セル分の焦電型赤外線検出器200が占める領域は、例えば30×30μmである。
1. Thermal infrared detector (detector in a broad sense)
As will be described later, the support member in which the warping and cutting that occur as shown in FIGS. 1A to 1C are eliminated as shown in FIG. 1D, and the pyroelectric detection element mounted thereon A multi-cell pyroelectric infrared detector (a thermal detector in a broad sense, a detector in a broader sense) in which each cell has a thermal detector (in a broad sense, a detector in a broader sense). However, FIG. 2 shows a pyroelectric infrared detection device (a thermal detection device in a broad sense, a detection device in a broader sense) arranged in two orthogonal axes. Note that some of the plurality of cells may include a pyroelectric detection element (a thermal detection element in a broad sense, a detection element in a broader sense) illustrated in FIG. In addition, the pyroelectric infrared detector may be configured with a pyroelectric infrared detector for only one cell. In FIG. 2, a plurality of posts 104 are erected from a base (also referred to as a fixed portion) 100. For example, a pyroelectric infrared detector 200 for one cell supported by two posts 104 is arranged in two orthogonal axes. It is arranged. The area occupied by the pyroelectric infrared detector 200 for one cell is, for example, 30 × 30 μm.

以下に、検出素子の例として、赤外線検出素子(広義には熱型光検出素子)220を用いて説明する。支持部材(メンブレン)210の反りや切断を抑制する焦電型赤外線検出器200の構造は、反りや切断が発生し得る支持部材を有する超音波検出素子、加速度検出素子等を含む検出器に適用できる。   Hereinafter, an infrared detection element (thermal photodetection element in a broad sense) 220 will be described as an example of the detection element. The structure of the pyroelectric infrared detector 200 that suppresses warping and cutting of the support member (membrane) 210 is applied to a detector including an ultrasonic detection element, an acceleration detection element, and the like having a support member that can be warped or cut. it can.

図2に示すように、焦電型赤外線検出器200は、2本のポスト104に連結された支持部材(メンブレン)210と、赤外線検出素子(広義には熱型光検出素子)220と、を含んでいる。1セル分の焦電型赤外線検出素子220が占める領域は、例えば10×10μmである。   As shown in FIG. 2, the pyroelectric infrared detector 200 includes a support member (membrane) 210 connected to two posts 104 and an infrared detection element (thermal detection element in a broad sense) 220. Contains. The area occupied by the pyroelectric infrared detection element 220 for one cell is, for example, 10 × 10 μm.

1セル分の焦電型赤外線検出器200は、2本のポスト104と接続される以外は非接触とされ、焦電型赤外線検出器200の下方には空洞部102(図3参照)が形成され、平面視で焦電型赤外線検出器200の周囲には、空洞部102に連通する開口部102Aが配置される。これにより、1セル分の焦電型赤外線検出器200は、基部100や他のセルの焦電型赤外線検出器200から熱的に分離されている。   The pyroelectric infrared detector 200 for one cell is not contacted except for being connected to the two posts 104, and a cavity 102 (see FIG. 3) is formed below the pyroelectric infrared detector 200. In addition, an opening 102A communicating with the cavity 102 is disposed around the pyroelectric infrared detector 200 in plan view. Thereby, the pyroelectric infrared detector 200 for one cell is thermally separated from the pyroelectric infrared detectors 200 of the base 100 and other cells.

支持部材210は、赤外線検出素子220を搭載して支持する搭載部210Aと、搭載部210Aに連結された2本のアーム210Bとを有し、2本のアーム210Bの自由端部がポスト104に連結されている。2本のアーム210Bは、赤外線検出素子220を熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成される。   The support member 210 includes a mounting portion 210A for mounting and supporting the infrared detection element 220, and two arms 210B connected to the mounting portion 210A. The free ends of the two arms 210B are attached to the post 104. It is connected. The two arms 210 </ b> B are narrow and redundantly formed so as to thermally separate the infrared detection element 220.

図2は、上部電極に接続される配線層より上方の部材を省略した平面図であり、図2には赤外線検出素子220に接続された第1電極(下部電極)配線層222及び第2電極(上部電極)配線層224が示されている。第1,第2電極配線層222,224の各々は、アーム210Bに沿って延在され、ポスト104を介して基部100内の回路に接続される。第1,第2電極配線層222,224も、赤外線検出素子220を熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成される。   FIG. 2 is a plan view in which members above the wiring layer connected to the upper electrode are omitted. FIG. 2 shows a first electrode (lower electrode) wiring layer 222 and a second electrode connected to the infrared detecting element 220. A (upper electrode) wiring layer 224 is shown. Each of the first and second electrode wiring layers 222 and 224 extends along the arm 210 </ b> B and is connected to a circuit in the base portion 100 via the post 104. The first and second electrode wiring layers 222 and 224 are also formed to extend narrowly and redundantly in order to thermally separate the infrared detection element 220.

2.焦電型赤外線検出器(広義には検出器)の概要
図3は、図2に示す焦電型赤外線検出器200の断面図である。また、図4は、製造工程途中の焦電型赤外線検出器200の部分断面図である。図4では、図3の空洞部102が犠牲層150により埋め込まれている。この犠牲層150は、支持部材210及び焦電型赤外線検出素子220の形成工程前から形成工程後まで存在しており、焦電型赤外線検出素子220の形成工程後に等方性エッチングにより除去されるものである。
2. Outline of Pyroelectric Infrared Detector (Detector in a Broad Definition) FIG. 3 is a cross-sectional view of the pyroelectric infrared detector 200 shown in FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the pyroelectric infrared detector 200 during the manufacturing process. In FIG. 4, the cavity 102 of FIG. 3 is filled with a sacrificial layer 150. The sacrificial layer 150 exists from before the formation process of the support member 210 and the pyroelectric infrared detection element 220 to after the formation process, and is removed by isotropic etching after the formation process of the pyroelectric infrared detection element 220. Is.

図3に示すように、基部100は、基板例えばシリコン基板110と、シリコン基板110上の層間絶縁膜にて形成されるスペーサー層120とを含んでいる。ポスト104は、スペーサー層120をエッチングすることで形成されている。ポスト104には、第1,第2電極配線層222,224の一方に接続されるプラグ106を配置することができる。このプラグ106は、シリコン基板110に設けられる行選択回路(行ドライバー)か、または列線を介して光検出器からのデータを読み出す読み出し回路に接続される。空洞部102は、スペーサー層120をエッチングすることで、ポスト104と同時に形成される。図2に示す開口部102Aは、支持部材210をパターンエッチングすることで形成される。   As shown in FIG. 3, the base 100 includes a substrate, for example, a silicon substrate 110 and a spacer layer 120 formed of an interlayer insulating film on the silicon substrate 110. The post 104 is formed by etching the spacer layer 120. A plug 106 connected to one of the first and second electrode wiring layers 222 and 224 can be disposed on the post 104. The plug 106 is connected to a row selection circuit (row driver) provided on the silicon substrate 110 or a readout circuit that reads data from the photodetector via a column line. The cavity 102 is formed simultaneously with the post 104 by etching the spacer layer 120. The opening 102A shown in FIG. 2 is formed by pattern-etching the support member 210.

支持部材210上に搭載される赤外線検出素子220は、キャパシター230を含んでいる。キャパシター230は、焦電体232と、焦電体232の下面に接続される第1電極(下部電極)234と、焦電体232の上面に接続される第2電極(上部電極)236とを含んでいる。第1電極234は、支持部材210の第1層部材(例えばSiO)との密着性を高める密着層234Dを含むことができる。 The infrared detection element 220 mounted on the support member 210 includes a capacitor 230. The capacitor 230 includes a pyroelectric body 232, a first electrode (lower electrode) 234 connected to the lower surface of the pyroelectric body 232, and a second electrode (upper electrode) 236 connected to the upper surface of the pyroelectric body 232. Contains. The first electrode 234 can include an adhesion layer 234D that enhances adhesion between the support member 210 and a first layer member (eg, SiO 2 ).

キャパシター230は、キャパシター230の形成後の工程で還元ガス(水素、水蒸気、OH基、メチル基など)がキャパシター230に侵入することを抑制する還元ガスバリア層240に覆われている。キャパシター230の焦電体(例えばPZT等)232は酸化物であり、酸化物が還元されると酸素欠損を生じて、焦電効果が損なわれるからである。   The capacitor 230 is covered with a reducing gas barrier layer 240 that suppresses the entry of reducing gas (hydrogen, water vapor, OH group, methyl group, etc.) into the capacitor 230 in the process after the capacitor 230 is formed. This is because the pyroelectric body (such as PZT) 232 of the capacitor 230 is an oxide, and when the oxide is reduced, oxygen vacancies are generated and the pyroelectric effect is impaired.

還元ガスバリア層240は、図4に示すように、第1バリア層242と第2バリア層244とを含む。第1バリア層242は、例えば酸化アルミニウムAlをスパッタ法により成膜して形成することができる。スパッタ法では還元ガスが用いられないので、キャパシター230が還元されることはない。第2水素バリア層244は、例えば酸化アルミニウムAlを例えば原子層化学気相成長(ALCVD:Atomic Layer Chemical Vapor Deposition)法により成膜して形成すことができる。通常のCVD(Chemical Vapor Deposition)法は還元ガスを用いるが、第1層バリア層242によりキャパシター230は還元ガスから隔離される。 As shown in FIG. 4, the reducing gas barrier layer 240 includes a first barrier layer 242 and a second barrier layer 244. The first barrier layer 242 can be formed, for example, by depositing aluminum oxide Al 2 O 3 by sputtering. Since no reducing gas is used in the sputtering method, the capacitor 230 is not reduced. The second hydrogen barrier layer 244 can be formed, for example, by depositing aluminum oxide Al 2 O 3 by, for example, atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD). A normal CVD (Chemical Vapor Deposition) method uses a reducing gas, but the capacitor 230 is isolated from the reducing gas by the first barrier layer 242.

ここで、還元ガスバリア層240のトータル膜厚は50〜70nm、例えば60nmとする。このとき、CVD法で形成される第1バリア層242の膜厚は原子層化学気相成長(ALCVD)法により形成される第2バリア層244よりも厚く、薄くても35〜65nm例えば40nmとなる。これに対して、原子層化学気相成長(ALCVD)法により形成される第2バリア層244の膜厚は薄くでき、例えば酸化アルミニウムAlを5〜30nm例えば20nmで成膜して形成される。原子層化学気相成長(ALCVD)法は、スパッタ法等と比較して、優れた埋め込み特性を有するため、微細化に対応することが可能となり、第1,第2バリア層242,244にて還元ガスバリア性を高めることができる。また、スパッタ法で成膜される第1バリア層242は第2バリア層244に比べて緻密ではないが、それが効を奏して伝熱率を下げる要因となるので、キャパシター230からの熱の散逸を防止できる。 Here, the total film thickness of the reducing gas barrier layer 240 is 50 to 70 nm, for example, 60 nm. At this time, the film thickness of the first barrier layer 242 formed by the CVD method is thicker than the second barrier layer 244 formed by the atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) method, and is 35 to 65 nm, for example, 40 nm even if it is thin. Become. On the other hand, the thickness of the second barrier layer 244 formed by atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) can be reduced. For example, aluminum oxide Al 2 O 3 is formed to a thickness of 5 to 30 nm, for example, 20 nm. Is done. The atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) method has excellent embedding characteristics as compared with the sputtering method and the like, and therefore can cope with miniaturization. In the first and second barrier layers 242 and 244, The reducing gas barrier property can be enhanced. In addition, the first barrier layer 242 formed by sputtering is less dense than the second barrier layer 244, but it is effective and lowers the heat transfer rate. Dissipation can be prevented.

還元ガスバリア層240上には層間絶縁膜250が形成されている。一般に、層間絶縁膜250の原料ガス(TEOS)が化学反応する際には、水素ガスや水蒸気等の還元ガスが発生する。キャパシター230の周囲に設けた還元ガスバリア層240は、この層間絶縁膜250の形成中に発生する還元ガスからキャパシター230を保護するものである。   An interlayer insulating film 250 is formed on the reducing gas barrier layer 240. In general, when the source gas (TEOS) of the interlayer insulating film 250 chemically reacts, a reducing gas such as hydrogen gas or water vapor is generated. The reducing gas barrier layer 240 provided around the capacitor 230 protects the capacitor 230 from the reducing gas generated during the formation of the interlayer insulating film 250.

層間絶縁膜250上に、図2にも示した第1電極(下部電極)配線層222と第2電極(上部電極)配線層224とが配置される。層間絶縁膜250には、電極配線形成前に予め、第1コンタクトホール252と第2コンタクトホール254が形成される。その際、還元ガスバリア層240にも同様にコンタクトホールが形成される。第1コンタクトホール252に埋め込まれた第1プラグ226により、第1電極(下部電極)234と第1電極配線層222とが導通される。同様に第2コンタクトホール254に埋め込まれた第2プラグ228により、第2電極(上部電極)236と第2電極配線層224とが導通される。   On the interlayer insulating film 250, the first electrode (lower electrode) wiring layer 222 and the second electrode (upper electrode) wiring layer 224 shown in FIG. A first contact hole 252 and a second contact hole 254 are formed in the interlayer insulating film 250 in advance before the electrode wiring is formed. At that time, contact holes are similarly formed in the reducing gas barrier layer 240. The first electrode (lower electrode) 234 and the first electrode wiring layer 222 are electrically connected by the first plug 226 embedded in the first contact hole 252. Similarly, the second electrode (upper electrode) 236 and the second electrode wiring layer 224 are electrically connected by the second plug 228 embedded in the second contact hole 254.

ここで、層間絶縁膜250が存在しないと、第1電極(下部電極)配線層222と第2電極(上部電極)配線層224をパターンエッチングする際に、その下層の還元ガスバリア層240の第2バリア層244がエッチングされて、バリア性が低下してしまう。層間絶縁膜250は、還元ガスバリア層240のバリア性を担保する上で必要である。   Here, when the interlayer insulating film 250 is not present, when the first electrode (lower electrode) wiring layer 222 and the second electrode (upper electrode) wiring layer 224 are subjected to pattern etching, the second reducing gas barrier layer 240 below the second insulating gas barrier layer 240 is subjected to pattern etching. The barrier layer 244 is etched and the barrier property is lowered. The interlayer insulating film 250 is necessary for ensuring the barrier property of the reducing gas barrier layer 240.

ここで、層間絶縁膜250は水素含有率が低いことが好ましい。そこで、層間絶縁膜250はアニーリングにより脱ガス処理される。こうして、層間絶縁膜250の水素含有率は、第1,第2電極配線層222,224を覆うパッシベーション膜260よりも低くされる。   Here, the interlayer insulating film 250 preferably has a low hydrogen content. Therefore, the interlayer insulating film 250 is degassed by annealing. Thus, the hydrogen content of the interlayer insulating film 250 is made lower than that of the passivation film 260 that covers the first and second electrode wiring layers 222 and 224.

なお、キャパシター230の天面の還元ガスバリア層240は、層間絶縁膜250の形成時にはコンタクトホールがなく閉じているので、層間絶縁膜250の形成中の還元ガスがキャパシター230に侵入することはない。しかし、還元ガスバリア層240にコンタクトホールが形成された後は、バリア性が劣化する。これを防止する一例として、例えば図4に示すように第1,第2プラグ226,228を複数層228A,228B(図4では第2プラグ228のみ図示)とし、その第1層228Aにバリアメタル層を採用している。第1層228Aのバリアメタルにより還元ガスバリア性が担保される。第1層228Aのバリアメタルは、チタンTiのように拡散性の高いものは好ましくなく、拡散性が少なくかつ還元ガスバリア性の高いチタン・アルミ・ナイトライドTiAlNを採用できる。なお、コンタクトホールからの還元ガスの侵入を絶つ方法として、図5に示すように、少なくとも第2プラグ228を包囲して還元性ガスバリア層290を増設しても良い。この還元性ガスバリア層290は、第2プラグ228のバリアメタル228Aを併用しても良いし、バリアメタル228Aを排除しても良い。なお、還元性ガスバリア層290は、第1プラグ226を被覆しても良い。   Since the reducing gas barrier layer 240 on the top surface of the capacitor 230 is closed without a contact hole when the interlayer insulating film 250 is formed, the reducing gas during the formation of the interlayer insulating film 250 does not enter the capacitor 230. However, after contact holes are formed in the reducing gas barrier layer 240, the barrier properties deteriorate. As an example for preventing this, for example, as shown in FIG. 4, the first and second plugs 226 and 228 are made of a plurality of layers 228A and 228B (only the second plug 228 is shown in FIG. 4), and the barrier metal is formed on the first layer 228A. Adopt layer. The reducing gas barrier property is secured by the barrier metal of the first layer 228A. The barrier metal of the first layer 228A is not preferably highly diffusible like titanium Ti, and titanium, aluminum, nitride TiAlN having low diffusibility and high reducing gas barrier property can be employed. As a method for cutting off the intrusion of the reducing gas from the contact hole, the reducing gas barrier layer 290 may be additionally provided so as to surround at least the second plug 228 as shown in FIG. The reducing gas barrier layer 290 may be used in combination with the barrier metal 228A of the second plug 228 or may exclude the barrier metal 228A. Note that the reducing gas barrier layer 290 may cover the first plug 226.

第1,第2電極配線層222,224を覆って、SiOまたはSiNのパッシベーション膜260が設けられている。少なくともキャパシター230の上方には、パッシベーション膜260上に赤外線吸収体(広義には光吸収部材)270が設けられている。パッシベーション膜260もSiOまたはSiNにて形成されるが、赤外線吸収体270のパターンエッチングの必要上、下層のパッシベーション膜260とはエッチング選択比が大きい異種材料とすることが好ましい。この赤外線吸収体270に赤外線が図2の矢印方向から入射され、赤外線吸収体270は吸収した赤外線量に応じて発熱する。その熱が焦電体232に伝熱されることで、キャパシター230の自発分極量が熱によって変化し、自発分極による電荷を検出することで赤外線を検出できる。なお、赤外線吸収体270はキャパシター230と別個に設けるものに限らず、キャパシター230内に赤外線吸収体270が存在する場合には不要となる。 A SiO 2 or SiN passivation film 260 is provided to cover the first and second electrode wiring layers 222 and 224. An infrared absorber (light absorbing member in a broad sense) 270 is provided on the passivation film 260 at least above the capacitor 230. Although the passivation film 260 is also formed of SiO 2 or SiN, it is preferable to use a dissimilar material having a high etching selectivity with respect to the lower passivation film 260 in view of the necessity of pattern etching of the infrared absorber 270. Infrared rays are incident on the infrared absorber 270 from the direction of the arrow in FIG. 2, and the infrared absorber 270 generates heat according to the amount of absorbed infrared rays. When the heat is transferred to the pyroelectric body 232, the amount of spontaneous polarization of the capacitor 230 changes due to the heat, and infrared rays can be detected by detecting the charge due to the spontaneous polarization. The infrared absorber 270 is not limited to the one provided separately from the capacitor 230, and is not necessary when the infrared absorber 270 exists in the capacitor 230.

パッシベーション膜260や赤外線吸収体270のCVD形成時に還元ガスが発生しても、キャパシター230は還元ガスバリア層240及び第1,第2プラグ226,228中のバリアメタルにより保護される。   Even if reducing gas is generated during the CVD formation of the passivation film 260 and the infrared absorber 270, the capacitor 230 is protected by the barrier metal in the reducing gas barrier layer 240 and the first and second plugs 226 and 228.

この赤外線吸収体270を含む赤外線検出器200の外表面を覆って、還元ガスバリア層280が設けられている。この還元ガスバリア層280は、赤外線吸収体270に入射する赤外線(波長帯域は8〜14μm)の透過率を高くするために、例えば還元ガスバリア層240よりも薄肉に形成される必要がある。このために、原子の大きさレベルで膜厚が調整できる原子層化学気相成長(ALCVD)法が採用される。通常のCVD法では厚すぎて赤外線透過率が悪化してしまうからである。本実施形態では、例えば酸化アルミニウムAlを10〜50nm、例えば20nmの厚さで成膜して形成される。上述の通り、原子層化学気相成長(ALCVD)法は、スパッタ法等と比較して、優れた埋め込み特性を有するため、微細化に対応して原子レベルで緻密な膜を形成することが可能となり、薄くても還元ガスバリア性を高めることができる。 A reducing gas barrier layer 280 is provided so as to cover the outer surface of the infrared detector 200 including the infrared absorber 270. The reducing gas barrier layer 280 needs to be formed thinner than, for example, the reducing gas barrier layer 240 in order to increase the transmittance of infrared rays (wavelength band: 8 to 14 μm) incident on the infrared absorber 270. For this purpose, an atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) method capable of adjusting the film thickness at the atomic size level is employed. This is because the ordinary CVD method is too thick and the infrared transmittance deteriorates. In the present embodiment, for example, aluminum oxide Al 2 O 3 is formed to a thickness of 10 to 50 nm, for example, 20 nm. As described above, the atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) method has excellent embedding characteristics as compared with the sputtering method and the like, so that it is possible to form a dense film at the atomic level corresponding to miniaturization. Therefore, even if it is thin, the reducing gas barrier property can be enhanced.

また、基部100側では、空洞部102を規定する壁部、つまり空洞部を規定する底壁110Aと側壁104Aには、焦電型赤外線検出器200を製造する過程で空洞部102に埋め込まれていた犠牲層150(図4参照)を等方性エッチングする時のエッチングストップ膜130が形成されている。同様に、支持部材210の下面(犠牲層150の上面)にもエッチングストップ膜140が形成されている。本実施形態では、エッチングストップ膜130,140と同一材料により還元ガスバリア膜280を形成している。つまり、エッチングストップ膜130,140も還元ガスバリア性を有することになる。このエッチングストップ膜130,140も、酸化アルミニウムAlが原子層化学気相成長(ALCVD)法により膜厚20〜50nmで成膜されて形成される。 On the base 100 side, the walls defining the cavity 102, that is, the bottom wall 110A and the sidewall 104A defining the cavity are embedded in the cavity 102 in the process of manufacturing the pyroelectric infrared detector 200. An etching stop film 130 is formed when the sacrificial layer 150 (see FIG. 4) is isotropically etched. Similarly, an etching stop film 140 is also formed on the lower surface of the support member 210 (the upper surface of the sacrificial layer 150). In this embodiment, the reducing gas barrier film 280 is formed of the same material as the etching stop films 130 and 140. That is, the etching stop films 130 and 140 also have a reducing gas barrier property. The etching stop films 130 and 140 are also formed by depositing aluminum oxide Al 2 O 3 to a film thickness of 20 to 50 nm by atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD).

エッチングストップ膜130が還元ガスバリア性を有することで、犠牲層150をフッ酸により還元雰囲気で等方性エッチングしたとき、支持部材210を透過してキャパシター230に還元ガスが侵入することを抑制できる。また、基部100を覆うエッチングストップ膜140が還元ガスバリア性を有することで、基部100内に配置される回路のトランジスタや配線が還元されて劣化することを抑制できる。   Since the etching stop film 130 has a reducing gas barrier property, when the sacrificial layer 150 is isotropically etched with hydrofluoric acid in a reducing atmosphere, it is possible to prevent the reducing gas from penetrating the support member 210 and entering the capacitor 230. In addition, since the etching stop film 140 covering the base portion 100 has a reducing gas barrier property, it is possible to prevent the transistors and wirings of the circuit disposed in the base portion 100 from being reduced and deteriorated.

3.支持部材の反りや切断
3.1.支持部材の構造
図1(A)〜図1(D)は本発明の実施形態に係る熱型検出素子を搭載する支持部材の反りや切断の発生とその解消のメカニズムを説明するための概略説明図である。図1(A)に示すように、基部100の空洞部102に犠牲層150が埋め込まれた状態で、支持部材210はその両端が基部100に接合されるように形成され、その後焦電型赤外線検出素子(広義には検出素子)220が形成される。この状態では、犠牲層150は空洞部102に埋め込み形成された後に、CMP(化学的機械的研磨)等により上面が平坦化される。よって、犠牲層150の上面が平坦化されている限り、支持部材210も平坦性を有する。
3. Warping and cutting of support member 3.1. Structure of Support Member FIGS. 1A to 1D are schematic explanations for explaining the mechanism of warping and cutting of the support member on which the thermal detection element according to the embodiment of the present invention is mounted and the elimination mechanism thereof. FIG. As shown in FIG. 1A, in a state where the sacrificial layer 150 is embedded in the cavity 102 of the base 100, the support member 210 is formed so that both ends thereof are joined to the base 100, and then the pyroelectric infrared is used. A detection element (detection element in a broad sense) 220 is formed. In this state, the sacrificial layer 150 is buried in the cavity 102 and then the upper surface is flattened by CMP (chemical mechanical polishing) or the like. Therefore, as long as the upper surface of the sacrificial layer 150 is flattened, the support member 210 also has flatness.

その後、犠牲層150が等方性エッチングにより除去される。犠牲層150が除去された瞬間に、支持部材210に残留応力が存在する限り、支持部材210は圧縮により撓んで反りが生ずるか、あるいは支持部材210は引張りにより緊張状態となる。   Thereafter, the sacrificial layer 150 is removed by isotropic etching. At the moment when the sacrificial layer 150 is removed, as long as there is a residual stress in the support member 210, the support member 210 is bent by compression and warped, or the support member 210 is in tension by being pulled.

図1(B)では、支持部材210に圧縮残留応力CS(第1方向に向かう残留応力)が存在すると、支持部材210の両端に曲げモーメントM1が作用する。図1(B)の例では、支持部材210は圧縮残留応力CSに従って縮み、その際に、支持部材210の両端が曲げモーメントM1により内側に倒れるヒンジとして機能して、支持部材210には下向き凸となるような反りが生ずる。仮に、下向き凸となるように沿った支持部材110が、基部100の底面に接触することになると、赤外線検出器200の熱が支持部材210と基部100との固体熱伝導経路に沿って逃げる。こうなると、焦電型赤外線検出器の外線検出精度が劣化する。
あるいは、仮に、図1(B)の曲げモーメントM1とは逆方向の外力モーメントが作用する場合、縮んだ支持部材210は上向き凸となるように反る。支持部材210が下向きまたは上向きに凸となるように湾曲すると、赤外線検出器200中の焦電体232が圧電素子として機能し、撓みに応じて電気信号を生成するので、焦電効果に基づく検出精度が劣化する。
In FIG. 1B, when compressive residual stress CS (residual stress in the first direction) is present on the support member 210, a bending moment M1 acts on both ends of the support member 210. In the example of FIG. 1B, the support member 210 contracts according to the compressive residual stress CS, and at that time, both ends of the support member 210 function as hinges that fall inward by the bending moment M1, and the support member 210 has a downward convexity. The warp which becomes becomes. If the support member 110 along the downward convex comes into contact with the bottom surface of the base 100, the heat of the infrared detector 200 escapes along the solid heat conduction path between the support member 210 and the base 100. In this case, the outside line detection accuracy of the pyroelectric infrared detector deteriorates.
Alternatively, if an external force moment in the direction opposite to the bending moment M1 in FIG. 1B is applied, the contracted support member 210 warps to be upwardly convex. When the support member 210 is bent so as to be convex downward or upward, the pyroelectric body 232 in the infrared detector 200 functions as a piezoelectric element and generates an electrical signal in response to the bending, so detection based on the pyroelectric effect Accuracy deteriorates.

一方、図1(C)では、支持部材210に引張残留応力TS(第1方向とは逆向きの第2方向に向かう残留応力)が存在すると、支持部材210は、引張残留応力TSに従って伸びる。支持部材210の両端は基部100に固定されているので、支持部材210は緊張状態となる。最悪の場合、図1(C)に示すように、支持部材210は、引張残留応力TSによって切断されてしまう。   On the other hand, in FIG. 1C, when the tensile residual stress TS (residual stress in the second direction opposite to the first direction) exists in the support member 210, the support member 210 extends according to the tensile residual stress TS. Since both ends of the support member 210 are fixed to the base 100, the support member 210 is in a tension state. In the worst case, as shown in FIG. 1C, the support member 210 is cut by the tensile residual stress TS.

図1(B)(C)に示すように、支持部材210は、その形成材料に生ずる残留応力に起因して上向き凸または下向き凸となる反りや緊張状態が生じてしまう。図1(A)のように犠牲層150が存在する製造過程では、基部100は犠牲層150により剛体とみなされるので、残留応力に釣り合う反力が作用して反りや切断は生じないが、犠牲層150が除去された瞬間に支持部材210は反るか緊張状態となる。   As shown in FIGS. 1B and 1C, the support member 210 is warped or tensed upwardly or downwardly due to residual stress generated in the forming material. In the manufacturing process in which the sacrificial layer 150 is present as shown in FIG. 1A, the base 100 is regarded as a rigid body by the sacrificial layer 150, and thus a reaction force that balances the residual stress acts and no warping or cutting occurs. As soon as the layer 150 is removed, the support member 210 is warped or tensioned.

本実施形態では、空洞部102の犠牲層150を除去する際に、支持部材210の縮みや伸びを予め考慮し、その縮みや伸びを打ち消す。つまり、例えば圧縮残留応力CSと同じである外力EFを基部100に付与し、支持部材210を形成し(図1(D)参照)、その後、外力EFを解除した状態で空洞部102を形成する。その結果、圧縮残留応力CSに起因する支持部材210の縮みが抑制され、支持部材210の反りが打ち消される。外力EFの外力方向は、圧縮残留応力CSの応力方向と実質的に等しいことが好ましく、外力EFの外力値は、圧縮残留応力CSが作用する断面積と圧縮残留応力CSの応力値とを乗算した値と実質的に等しいことが好ましい。   In this embodiment, when removing the sacrificial layer 150 in the cavity 102, the shrinkage and elongation of the support member 210 are taken into consideration in advance, and the shrinkage and elongation are canceled out. That is, for example, an external force EF that is the same as the compressive residual stress CS is applied to the base 100 to form the support member 210 (see FIG. 1D), and then the cavity 102 is formed with the external force EF released. . As a result, the shrinkage of the support member 210 due to the compressive residual stress CS is suppressed, and the warp of the support member 210 is canceled. The external force direction of the external force EF is preferably substantially equal to the stress direction of the compressive residual stress CS, and the external force value of the external force EF is multiplied by the cross-sectional area on which the compressive residual stress CS acts and the stress value of the compressive residual stress CS. Preferably, it is substantially equal to the measured value.

なお、図1(C)に示すように引張残留応力TSが存在する場合、図1(D)に示す外力EFは、逆向きに変更する。即ち、引張残留応力TSを仮定すると、その引張残留応力TSと同じである外力(図1(D)に示す外力EFとは逆向き)を基部100に付与し、支持部材210の切断を抑制することができる。   In addition, when the tensile residual stress TS exists as shown in FIG. 1 (C), the external force EF shown in FIG. 1 (D) is changed in the opposite direction. That is, assuming the tensile residual stress TS, an external force (in the opposite direction to the external force EF shown in FIG. 1D) that is the same as the tensile residual stress TS is applied to the base 100 to suppress the cutting of the support member 210. be able to.

図1(D)に示すような基部100への外力EFの具体的な付与方法については、後述する。引張残留応力TSが存在する場合、基部100への外力EFを付与方法とは異なる解決方法で、支持部材210の切断を抑制して良く、その具体的な解決方法についても、後述する。   A specific method for applying the external force EF to the base 100 as shown in FIG. 1D will be described later. When the tensile residual stress TS exists, the cutting of the support member 210 may be suppressed by a solution different from the method of applying the external force EF to the base 100, and the specific solution will be described later.

図4に示す実施形態では、キャパシター230が搭載される支持部材210は、一層で形成されている。しかしながら、複数層で支持部材210を形成しても良く、この場合、支持部材210全体としての残留応力を考慮すれば良い。   In the embodiment shown in FIG. 4, the support member 210 on which the capacitor 230 is mounted is formed of a single layer. However, the support member 210 may be formed of a plurality of layers. In this case, the residual stress of the support member 210 as a whole may be considered.

支持部材210は、酸化膜(例えばSiO)や窒化膜(例えばSi)等で構成することができる。なお、窒化膜(例えばSi)は還元ガスバリア性を有するので、支持部材210でもキャパシター230の焦電体232に支持部材210側から侵入する還元性阻害要因をブロックする機能がある。これについては後述する。 The support member 210 can be composed of an oxide film (for example, SiO 2 ), a nitride film (for example, Si 3 N 4 ), or the like. Note that since the nitride film (for example, Si 3 N 4 ) has a reducing gas barrier property, the supporting member 210 also has a function of blocking a reducing inhibition factor that enters the pyroelectric body 232 of the capacitor 230 from the supporting member 210 side. This will be described later.

3.2.外力EFの付与方法
図5(A)〜図5(D)は本発明の実施形態に係る焦電型検出器(広義には検出素子)の製造方法の概略説明図を示す。なお本実施形態の製造方法は図5(A)〜図5(D)の概略工程に限定されず、詳細な工程を追加しても良く、この概略工程を変形しても良い。複数の検出素子を製造する場合、検出素子の製造方法は、検出装置の製造方法と呼ぶこともできる。
3.2. Method for Applying External Force EF FIGS. 5A to 5D are schematic explanatory views of a method for manufacturing a pyroelectric detector (detecting element in a broad sense) according to an embodiment of the present invention. In addition, the manufacturing method of this embodiment is not limited to the schematic process of FIG. 5 (A)-FIG. 5 (D), A detailed process may be added and this schematic process may be changed. When a plurality of detection elements are manufactured, the detection element manufacturing method can also be referred to as a detection device manufacturing method.

図5(A)に示すように、基部100の裏面に支持部材210と同種の部材300を形成する。図1(A)の例では、基部100の裏面に図5(A)中の部材300は、形成されていない。図5(A)の例において、基部100の裏面(固定部の面)は、その後に形成される犠牲層(図5(B))と対向する。また、同種の部材300の厚さは、その後に形成される支持部材210(図5(C))の厚さと同じである。支持部材210に圧縮残留応力CSが存在する場合、同種の部材300にも圧縮残留応力CSが存在する。なお、図1(D)の外力EFの外力値(大きさ)として、同種の部材300の圧縮残留応力CSが作用する断面積と同種の部材300の圧縮残留応力CSの応力値とを乗算した値を用いることができる。   As shown in FIG. 5A, a member 300 of the same type as the support member 210 is formed on the back surface of the base portion 100. In the example of FIG. 1A, the member 300 in FIG. 5A is not formed on the back surface of the base portion 100. In the example of FIG. 5A, the back surface (surface of the fixed portion) of the base portion 100 faces a sacrificial layer (FIG. 5B) formed thereafter. Moreover, the thickness of the same kind of member 300 is the same as the thickness of the support member 210 (FIG. 5C) formed thereafter. When the compressive residual stress CS exists in the support member 210, the compressive residual stress CS also exists in the same type of member 300. In addition, as the external force value (magnitude) of the external force EF in FIG. 1D, the cross-sectional area on which the compressive residual stress CS of the same kind of member 300 acts is multiplied by the stress value of the compressive residual stress CS of the same kind of member 300. A value can be used.

基部100の裏面に支持部材210と同種の部材300を形成した後、基部100に空洞部(トレンチ)102を形成する。空洞部102を有しない基部100は剛体とみなされるので、残留応力に釣り合う反力が作用して基部100は縮まないが、空洞部102が形成された瞬間に基部100は残留応力の方向に縮む。続いて、空洞部102に犠牲層150を形成する。犠牲層150は、CMP等により上面が平坦化されている(図5(B)参照)。その後、犠牲層150に支持部材210を形成し、続いて、支持部材210に熱型検出素子(広義には検出素子)220を形成する。図5(C)の例では、支持部材210に圧縮残留応力CSが存在する。   After forming a member 300 of the same type as the support member 210 on the back surface of the base 100, a cavity (trench) 102 is formed in the base 100. Since the base 100 without the cavity 102 is regarded as a rigid body, a reaction force that balances the residual stress acts and the base 100 does not shrink, but at the moment the cavity 102 is formed, the base 100 shrinks in the direction of the residual stress. . Subsequently, a sacrificial layer 150 is formed in the cavity 102. The upper surface of the sacrificial layer 150 is planarized by CMP or the like (see FIG. 5B). Thereafter, the support member 210 is formed on the sacrificial layer 150, and then the thermal detection element (detection element in a broad sense) 220 is formed on the support member 210. In the example of FIG. 5C, a compressive residual stress CS exists in the support member 210.

図5(D)に示すように、同種の部材300を基部100の裏面から除去すると、図1(D)の外力EFが解除される。外力EFが解除される状態で、犠牲層150を除去すると、支持部材210の反りを抑制できる(図1(D)参照)。具体的には、犠牲層150を有する基部100は剛体とみなされるので、同種の部材300を除去しても基部100は伸びない。言い換えれば、同種の部材300の除去により、縮められた基部100は伸びようとするが、犠牲層150を有する基部100は伸びない。しかしながら、犠牲層150の除去により空洞部102が形成された瞬間に、基部100は伸びようとする。この時、支持部材210の圧縮残留応力CSは緩和され、支持部材210の反りが抑制される。   As shown in FIG. 5D, when the same type of member 300 is removed from the back surface of the base 100, the external force EF in FIG. 1D is released. When the sacrificial layer 150 is removed in a state where the external force EF is released, warping of the support member 210 can be suppressed (see FIG. 1D). Specifically, since the base 100 having the sacrificial layer 150 is regarded as a rigid body, the base 100 does not extend even if the same type of member 300 is removed. In other words, by removing the member 300 of the same type, the contracted base 100 tries to expand, but the base 100 having the sacrificial layer 150 does not extend. However, at the instant when the cavity 102 is formed by the removal of the sacrificial layer 150, the base 100 tends to stretch. At this time, the compressive residual stress CS of the support member 210 is relaxed, and the warp of the support member 210 is suppressed.

図5(D)に示すように、犠牲層150を除去する前に、外力EFに対応する同種の部材300の圧縮残留応力CSを解除することが重要である。仮に、同種の部材300を基部100の裏面に形成した状態で犠牲層150を除去しても、支持部材210の反りが発生する(図1(B)参照)。   As shown in FIG. 5D, it is important to release the compressive residual stress CS of the same type of member 300 corresponding to the external force EF before removing the sacrificial layer 150. Even if the sacrificial layer 150 is removed in a state where the same type of member 300 is formed on the back surface of the base portion 100, the support member 210 is warped (see FIG. 1B).

同種の部材300を完全に除去することが好ましいが、同種の部材300の一部だけを除去しても良い。同種の部材300内の圧縮残留応力CSが支持部材210内の圧縮残留応力CSと等しい場合、同種の部材300の圧縮残留応力CSが完全に解除されるが、同種の部材300の一部除去でも支持部材210の反りを低減することができる。   Although it is preferable to completely remove the same kind of member 300, only a part of the same kind of member 300 may be removed. When the compressive residual stress CS in the same kind of member 300 is equal to the compressive residual stress CS in the support member 210, the compressive residual stress CS of the same kind of member 300 is completely released. Warpage of the support member 210 can be reduced.

図5(A)の例では、同種の部材300に圧縮残留応力CSが存在するが、仮に、支持部材210に引張残留応力が存在する場合、同種の部材300にも引張残留応力を発生させることが重要である(図6(A)〜図6(D)参照)。言い換えれば、支持部材210内の残留応力と同じ方向に向かう残留応力が発生する材料で、同種の部材(狭義には同種の膜)300を構成することが重要である。   In the example of FIG. 5A, the compressive residual stress CS is present in the same type of member 300. However, if there is a tensile residual stress in the support member 210, the tensile residual stress is also generated in the same type of member 300. Is important (see FIGS. 6A to 6D). In other words, it is important to form the same kind of member (same kind of film in a narrow sense) 300 with a material that generates a residual stress in the same direction as the residual stress in the support member 210.

図6(A)〜図6(D)は図5(A)〜図5(D)の製造方法の変形例を示し、支持部材210に引張残留応力TSが存在する場合、同種の部材300にも引張残留応力TSを発生させる。図5(A)〜図5(D)や図6(A)〜図6(D)に示すように、検出器の製造方法は、以下の工程を有する。第1に、固定部100に空洞部102を形成する。第2に、空洞部102に犠牲層150を形成する前に、形成される支持部材210に生ずる応力方向と同じ方向に外力EFを固定部100に付与する。第3に、空洞部102に形成された犠牲層150に支持部材210を形成する。第4に、犠牲層150を除去する前に、外力EFを解除する。図5(A)〜図5(D)や図6(A)〜図6(D)では、犠牲層150と対向する固定部100の面に支持部材210と同種の部材300を形成して外力EFを固定部100に付与することができる。図5(A)や図6(A)では、固定部100に空洞部102が形成される前に同種の部材300が固定部100に付加されるが、犠牲層150が固定部100に付加される前であれば、空洞部102を有する固定部100に同種の部材300を付加しても良い。   6 (A) to 6 (D) show a modification of the manufacturing method of FIGS. 5 (A) to 5 (D). When tensile residual stress TS exists in the supporting member 210, the same kind of member 300 is used. Also generates a tensile residual stress TS. As shown in FIGS. 5A to 5D and FIGS. 6A to 6D, the detector manufacturing method includes the following steps. First, the cavity 102 is formed in the fixed part 100. Second, before forming the sacrificial layer 150 in the cavity portion 102, an external force EF is applied to the fixed portion 100 in the same direction as the stress direction generated in the formed support member 210. Third, the support member 210 is formed on the sacrificial layer 150 formed in the cavity 102. Fourth, the external force EF is released before the sacrificial layer 150 is removed. In FIGS. 5A to 5D and FIGS. 6A to 6D, an external force is formed by forming a member 300 of the same type as the support member 210 on the surface of the fixed portion 100 facing the sacrificial layer 150. EF can be applied to the fixed portion 100. 5A and 6A, the same type of member 300 is added to the fixing unit 100 before the cavity 102 is formed in the fixing unit 100, but the sacrificial layer 150 is added to the fixing unit 100. If it is before, the same kind of member 300 may be added to the fixed part 100 having the cavity 102.

3.3.他の解決方法
図7(A)〜図7(C)は本発明の実施形態に係る焦電型検出器(広義には検出素子)の他の製造方法の概略説明図を示す。なお本実施形態の製造方法は図7(A)〜図7(C)の概略工程に限定されず、詳細な工程を追加しても良く、この概略工程を変形しても良い。
3.3. Other Solutions FIG. 7A to FIG. 7C are schematic explanatory diagrams of another manufacturing method of the pyroelectric detector (detecting element in a broad sense) according to the embodiment of the present invention. In addition, the manufacturing method of this embodiment is not limited to the schematic process of FIG. 7 (A)-FIG.7 (C), A detailed process may be added and this schematic process may be changed.

基部100に空洞部(トレンチ)102を形成し、続いて、空洞部102に犠牲層150を形成する。犠牲層150は、CMP、エッチング等により上面が凹部152を有する(図7(A)参照)。図1(A)の例では、犠牲層150の上面は、平坦化されている。なお、図1(A)に示すように犠牲層150の上面を一旦、平坦化し、その後、凹部152を形成しても良い。また、図7(A)の例では、基部100の裏面に図5(A)中の部材300は、形成されていないが、変形例を後述するように、部材300を形成しても良い。   A cavity (trench) 102 is formed in the base 100, and then a sacrificial layer 150 is formed in the cavity 102. The sacrificial layer 150 has a recess 152 on the top surface by CMP, etching, or the like (see FIG. 7A). In the example of FIG. 1A, the upper surface of the sacrificial layer 150 is planarized. Note that as shown in FIG. 1A, the upper surface of the sacrificial layer 150 may be once planarized, and then the recess 152 may be formed. Further, in the example of FIG. 7A, the member 300 in FIG. 5A is not formed on the back surface of the base 100, but the member 300 may be formed as will be described later.

犠牲層150に凹部152を形成した状態で、犠牲層150に支持部材210を形成し、続いて、支持部材210に熱型検出素子(広義には検出素子)220を形成する。図7(B)の例では、支持部材210に引張残留応力TSが存在する。   A support member 210 is formed on the sacrificial layer 150 with the recess 152 formed in the sacrificial layer 150, and then a thermal detection element (detection element in a broad sense) 220 is formed on the support member 210. In the example of FIG. 7B, the tensile residual stress TS exists in the support member 210.

図7(A)の例では、凹部152の深さをhとし、曲率半径をRとすると、凹部152は、曲率半径Rで定義される仮想的な円に接する。σを残留応力(引張残留応力TS)とし、Eを基部100のヤング率とし、Tを基部100の厚さとし、νを支持部材210のポアソン比とし、tfを支持部材210の厚さ、dを空洞部102の厚さとすると、hとRは、以下の関係式を満たすことが好ましい。   In the example of FIG. 7A, assuming that the depth of the concave portion 152 is h and the radius of curvature is R, the concave portion 152 contacts a virtual circle defined by the radius of curvature R. σ is the residual stress (tensile residual stress TS), E is the Young's modulus of the base 100, T is the thickness of the base 100, ν is the Poisson's ratio of the support member 210, tf is the thickness of the support member 210, and d is Assuming the thickness of the cavity 102, h and R preferably satisfy the following relational expression.

Figure 2011237282
Figure 2011237282

例えば、σが400[MPa]であり、Eが(100)面方位で130.8[GPa]であり、Tが72.6[μm]であり、νが(100)面方位で0.361[MPa]であり、tfが800[Å]である場合、Rは、約5.62[μm]となる。例えば、dが1.5[μm]であり、Rが約5.62[μm]である場合、hは、約500[Å]となる。   For example, σ is 400 [MPa], E is 130.8 [GPa] in the (100) plane orientation, T is 72.6 [μm], and ν is 0.361 in the (100) plane orientation. When it is [MPa] and tf is 800 [Å], R is about 5.62 [μm]. For example, when d is 1.5 [μm] and R is about 5.62 [μm], h is about 500 [Å].

なお、図7(A)〜図7(C)において、各寸法は、実際の寸法を正確に表すものではない。即ち、図7(A)〜図7(C)において、各寸法は、以下の説明を理解し易くするために、拡大又は縮小されている。図7(A)〜図7(C)以外の他の図面も、同様に、必ずしも正確な寸法を表すものではない。また、各形状は、図7(A)〜図7(C)に限定されるものではなく、変更することができる。   7A to 7C, each dimension does not accurately represent an actual dimension. That is, in FIGS. 7A to 7C, each dimension is enlarged or reduced for easy understanding of the following description. Similarly, drawings other than FIGS. 7A to 7C do not necessarily represent accurate dimensions. Moreover, each shape is not limited to FIG. 7 (A)-FIG.7 (C), It can change.

支持部材210に冗長部分が付加されていたので(図7(B))、図7(C)に示すように、犠牲層150を空洞部102から除去しても、支持部材210は切断されない。このように、支持部材210が下向き凸を示すような反りは、引張残留応力TSに起因して支持部材210が伸びることで、抑制される。   Since the redundant portion is added to the support member 210 (FIG. 7B), the support member 210 is not cut even if the sacrificial layer 150 is removed from the cavity 102 as shown in FIG. 7C. Thus, the warp that the support member 210 exhibits a downward convexity is suppressed by the extension of the support member 210 due to the tensile residual stress TS.

図7(A)に示すように、犠牲層150に凹部152を形成した状態で、その凹部152に沿って支持部材210を形成し、支持部材210に冗長部分を付加することが重要である。犠牲層150は、1つの凹部152を有することが好ましいが、複数の凹部を形成しても良い。   As shown in FIG. 7A, it is important to form a support member 210 along the recess 152 in a state where the recess 152 is formed in the sacrificial layer 150 and add a redundant portion to the support member 210. The sacrificial layer 150 preferably has one recess 152, but a plurality of recesses may be formed.

図8(A)〜図8(C)は図7(A)〜図7(C)の製造方法の変形例を示し、犠牲層150は、3つの凹部152を有する(図8(A))。3つの凹部152に沿って支持部材210が形成されるので(図8(B))、犠牲層150を除去しても、図8(C)に示すように、支持部材210の切断は、抑制される。言い換えれば、3つの凹部152を有する犠牲層150に支持部材210を形成すると、図1(B)に示すような支持部材210の冗長部分を発生させることができる。   8A to 8C show a modification of the manufacturing method of FIGS. 7A to 7C, and the sacrificial layer 150 has three recesses 152 (FIG. 8A). . Since the supporting member 210 is formed along the three concave portions 152 (FIG. 8B), even if the sacrificial layer 150 is removed, the cutting of the supporting member 210 is suppressed as shown in FIG. 8C. Is done. In other words, when the support member 210 is formed on the sacrificial layer 150 having the three recesses 152, a redundant portion of the support member 210 as shown in FIG. 1B can be generated.

図9(A)〜図9(C)は図7(A)〜図7(C)の製造方法の他の変形例を示し、支持部材210に引張残留応力TSが存在する場合、犠牲層150は、CMP、エッチング等により上面が凸部154を有しても良い(図9(A)参照)。図7(A)〜図7(C)や図8(A)〜図8(C)や図9(A)〜図9(C)に示すように、検出器の製造方法は、以下の工程を有しても良い。第1に、支持部材冗長長さ形成用の少なくとも1つの凹部152又は凸部154を犠牲層150に形成する。第2に、少なくとも1つの凹部152又は凸部154に沿って支持部材210を形成する。第3に、その後犠牲層150を除去する。   9A to 9C show another modification of the manufacturing method shown in FIGS. 7A to 7C. When the tensile residual stress TS is present on the support member 210, the sacrificial layer 150 is used. The upper surface may have a convex portion 154 by CMP, etching, or the like (see FIG. 9A). As shown in FIG. 7A to FIG. 7C, FIG. 8A to FIG. 8C, and FIG. 9A to FIG. 9C, the detector manufacturing method includes the following steps: You may have. First, at least one concave portion 152 or convex portion 154 for forming a support member redundant length is formed in the sacrificial layer 150. Second, the support member 210 is formed along at least one recess 152 or protrusion 154. Third, the sacrificial layer 150 is then removed.

加えて、例えば図7(A)〜図7(C)の工程と図6(A)〜図6(C)の工程とを組み合わせることができる。図7(A)の例を変形して、例えば、支持部材210の厚さtfの半分の値を用いて、凹部152の深さh及び曲率半径Rを算出する。さらに、基部100の裏面(固定部の面)に、図6(A)に示すような同種の部材300を形成する。但し、同種の部材300の厚さは、その後に形成される支持部材210(図7(B))の厚さtfの半分である。   In addition, for example, the steps of FIGS. 7A to 7C and the steps of FIGS. 6A to 6C can be combined. By modifying the example of FIG. 7A, for example, the depth h and the radius of curvature R of the recess 152 are calculated using a value half the thickness tf of the support member 210. Further, the same type of member 300 as shown in FIG. 6A is formed on the back surface (surface of the fixed portion) of the base portion 100. However, the thickness of the same kind of member 300 is half of the thickness tf of the support member 210 (FIG. 7B) formed thereafter.

4.キャパシターの構造
4.1.熱コンダクタンス
図10は、本実施形態の要部を説明するための概略断面図である。上述した通り、キャパシター230は、第1電極(下部電極)234と第2電極(上部電極)236との間に焦電体232を含む。このキャパシター230は、支持部材210が空洞部102と面する第1面(図10の下面)と対向する第2面(図10の上面)に搭載して支持される。そして、入射された赤外線の光量(温度)によって焦電体232の自発分極量が変化すること(焦電効果またはパイロ電子効果)を利用して赤外線を検出できる。本実施形態では、入射された赤外線が赤外線吸収体270にて吸収されて赤外線吸収体270が発熱し、赤外線吸収体270と焦電体232との間にある固体熱伝導路を介して、赤外線吸収体270の発熱が伝達される。
4). Capacitor structure 4.1. Thermal Conductance FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining a main part of the present embodiment. As described above, the capacitor 230 includes the pyroelectric body 232 between the first electrode (lower electrode) 234 and the second electrode (upper electrode) 236. The capacitor 230 is mounted and supported on a second surface (upper surface in FIG. 10) where the support member 210 faces the first surface (lower surface in FIG. 10) facing the cavity 102. Then, infrared rays can be detected by utilizing the fact that the amount of spontaneous polarization of the pyroelectric body 232 changes depending on the amount of incident infrared light (temperature) (pyroelectric effect or pyroelectronic effect). In the present embodiment, incident infrared rays are absorbed by the infrared absorber 270 and the infrared absorber 270 generates heat, and the infrared rays are transmitted via the solid heat conduction path between the infrared absorber 270 and the pyroelectric body 232. Heat generated by the absorber 270 is transmitted.

本実施形態のキャパシター230では、支持部材210と接する第1電極(下部電極)234の熱コンダクタンスG1を、第2電極(上部電極)236の熱コンダクタンスG2よりも小さくしている。こうすると、キャパシター230は、赤外線に起因した熱が第2電極(上部電極)236を介して焦電体232に伝達されやすく、しかも、焦電体232の熱が第1電極(下部電極)234を介して支持部材210に逃げ難くなり、赤外線検出素子220の信号感度が向上する。   In the capacitor 230 of the present embodiment, the thermal conductance G1 of the first electrode (lower electrode) 234 in contact with the support member 210 is made smaller than the thermal conductance G2 of the second electrode (upper electrode) 236. In this way, the capacitor 230 can easily transfer the heat caused by the infrared rays to the pyroelectric body 232 via the second electrode (upper electrode) 236, and the heat of the pyroelectric body 232 can be transmitted to the first electrode (lower electrode) 234. This makes it difficult to escape to the support member 210 via the, thereby improving the signal sensitivity of the infrared detection element 220.

上述した特性を有するキャパシター230の構造を、図10を参照してさらに詳細に説明する。先ず、第1電極(下部電極)234の厚さT1は、第2電極(上部電極)236よりも厚い(T1>T2)である。第1電極(下部電極)234の熱伝導率をλ1とすると、第1電極(下部電極)234の熱コンダクタンスG1は、G1=λ1/T1となる。第2電極(上部電極)236の熱伝導率をλ2としたとき、第2電極(上部電極)236の熱コンダクタンスG2は、G2=λ2/T2となる。   The structure of the capacitor 230 having the above-described characteristics will be described in more detail with reference to FIG. First, the thickness T1 of the first electrode (lower electrode) 234 is thicker than the second electrode (upper electrode) 236 (T1> T2). When the thermal conductivity of the first electrode (lower electrode) 234 is λ1, the thermal conductance G1 of the first electrode (lower electrode) 234 is G1 = λ1 / T1. When the thermal conductivity of the second electrode (upper electrode) 236 is λ2, the thermal conductance G2 of the second electrode (upper electrode) 236 is G2 = λ2 / T2.

熱コンダクタンスの関係をG1<G2とするためには、例えば第1,第2電極234,236の材質を例えば共に白金PtまたはイリジウムIr等の同一の単一材料とすれば、λ1=λ2となり、図10からT1>T2であるのでG1<G2の関係を満足できる。   In order to make the relationship of thermal conductance G1 <G2, for example, if the materials of the first and second electrodes 234 and 236 are both the same single material such as platinum Pt or iridium Ir, λ1 = λ2. Since T1> T2 from FIG. 10, the relationship G1 <G2 can be satisfied.

そこで先ず、第1,第2電極234,236の各々を、それぞれ同一材料にて形成することについて考察する。キャパシター230は、焦電体232の結晶方向を揃えるために、焦電体232が形成される下層の第1電極234との界面の結晶格子レベルを整合させる必要がある。つまり、第1電極234は結晶のシード層としての機能を有するが、白金Ptは自己配向性が強いので、第1電極234として好ましい。イリジウムIrもシード層材料として好適である。   First, consider that each of the first and second electrodes 234 and 236 is formed of the same material. In order for the capacitor 230 to align the crystal direction of the pyroelectric body 232, it is necessary to match the crystal lattice level of the interface with the first electrode 234 in the lower layer where the pyroelectric body 232 is formed. That is, the first electrode 234 functions as a crystal seed layer, but platinum Pt is preferable as the first electrode 234 because of its strong self-orientation. Iridium Ir is also suitable as a seed layer material.

また、第2電極(上部電極)236は、焦電体232の結晶性を崩さずに、第1電極234、焦電体232から第2電極236に至るまで結晶配向が連続的につながることが好ましい。そのため、第2電極236は第1電極234と同一材料にて形成することが好ましい。   Further, the crystal orientation of the second electrode (upper electrode) 236 may be continuously connected from the first electrode 234 and the pyroelectric body 232 to the second electrode 236 without destroying the crystallinity of the pyroelectric body 232. preferable. Therefore, the second electrode 236 is preferably formed using the same material as the first electrode 234.

このように、第2電極236を第1電極234と同一材料例えばPtまたはIr等の金属にて形成すると、第2電極236の上面を反射面とすることができる。この場合、図10に示すように、赤外線吸収体270の頂面から第2電極236の頂面までの距離Lをλ/4(λは赤外線の検出波長)とすると良い。こうすると、赤外線吸収体270の頂面と第2電極236の頂面との間で、検出波長λの赤外線が多重反射されるので、検出波長λの赤外線を赤外線吸収体270にて効率よく吸収できる。   Thus, when the second electrode 236 is formed of the same material as the first electrode 234, for example, a metal such as Pt or Ir, the upper surface of the second electrode 236 can be used as a reflective surface. In this case, as shown in FIG. 10, the distance L from the top surface of the infrared absorber 270 to the top surface of the second electrode 236 is preferably λ / 4 (λ is the infrared detection wavelength). In this way, since infrared light having a detection wavelength λ is multiply reflected between the top surface of the infrared absorber 270 and the top surface of the second electrode 236, the infrared light having the detection wavelength λ is efficiently absorbed by the infrared absorber 270. it can.

4.2.電極多層構造
次に、図10に示す本実施形態のキャパシター230の構造について説明する。図10に示すキャパシター230は、焦電体232、第1電極234及び第2電極236の結晶配向は、その優先配向方位が例えば(111)面方位で揃えられている。(111)面方位に優先配向されることで、他の面方位に(111)配向の配向率が例えば90%以上に制御される。焦電係数を大きくするには(111)配向よりもむしろ(100)配向などが好ましいが、印加電界方向に対して分極を制御しやくするために(111)配向としている。ただし、優先配向方位はこれに限定されない。
4.2. Next, the structure of the capacitor 230 of this embodiment shown in FIG. 10 will be described. In the capacitor 230 shown in FIG. 10, the crystal orientations of the pyroelectric body 232, the first electrode 234, and the second electrode 236 are aligned such that the preferred orientation direction is, for example, the (111) plane orientation. By being preferentially oriented in the (111) plane orientation, the orientation ratio of the (111) orientation in the other plane orientation is controlled to 90% or more, for example. In order to increase the pyroelectric coefficient, the (100) orientation rather than the (111) orientation is preferable, but the (111) orientation is used in order to easily control the polarization with respect to the applied electric field direction. However, the preferred orientation direction is not limited to this.

第1電極234は、支持部材210から順に、第1電極234を例えば(111)面に優先配向するように配向制御する配向制御層(例えばIr)234Aと、第1還元ガスバリア層(例えばIrOx)234Bと、優先配向のシード層(例えばPt)234Cとを含むことができる。   The first electrode 234 includes, in order from the support member 210, an orientation control layer (eg, Ir) 234A that controls the orientation of the first electrode 234 so as to preferentially orient the (111) plane, for example, and a first reducing gas barrier layer (eg, IrOx). 234B and a preferentially oriented seed layer (eg, Pt) 234C.

第2電極236は、焦電体232側から順に、焦電体232と結晶配向が整合する配向整合層(例えばPt)236Aと、第2還元ガスバリア層(例えばIrOx)236Bと、第2電極236に接続される第2プラグ228との接合面を低抵抗化する低抵抗化層(例えばIr)236Cとを含むことができる。   The second electrode 236 includes, in order from the pyroelectric body 232 side, an alignment layer (for example, Pt) 236A in which crystal orientation is aligned with the pyroelectric body 232, a second reducing gas barrier layer (for example, IrOx) 236B, and the second electrode 236. And a low resistance layer (for example, Ir) 236C for reducing the resistance of the joint surface with the second plug 228 connected to the second plug 228.

本実施形態にてキャパシター230の第1,第2電極234,236を多層構造とした理由は、熱容量の小さい赤外線検出素子220でありながら、能力を低めずに低ダメージで加工して界面での結晶格子レベルを整合させ、しかも、キャパシター230の周囲が製造時または使用時に還元雰囲気となっても焦電体(酸化物)232を還元ガスから隔離することにある。   In this embodiment, the reason why the first and second electrodes 234 and 236 of the capacitor 230 have a multi-layer structure is that the infrared detection element 220 with a small heat capacity is processed with low damage without reducing its capability. The crystal lattice level is matched, and the pyroelectric material (oxide) 232 is isolated from the reducing gas even when the periphery of the capacitor 230 is in a reducing atmosphere during manufacturing or use.

焦電体232は例えばPZT(Pb(Zr,Ti)O3の総称:チタン酸ジルコン酸鉛)またはPZTN(PZTにNbを添加したものの総称)等を例えば(111)方位で優先配向させて結晶成長させている。PZTNを用いると、薄膜になっても還元されにくく酸化欠損を抑制できる点で好ましい。焦電体232を配向結晶化させるために、焦電体232の下層の第1電極234の形成段階から配向結晶化させている。   For example, the pyroelectric material 232 is crystal grown by preferentially orienting, for example, PZT (Pb (Zr, Ti) O3: generic name: lead zirconate titanate) or PZTN (general name of PZT added with Nb) in the (111) orientation. I am letting. Use of PZTN is preferable in that it is difficult to be reduced even when a thin film is formed, and oxidation deficiency can be suppressed. In order to crystallize the pyroelectric material 232, it is crystallized from the formation stage of the first electrode 234 under the pyroelectric material 232.

このために、下部電極234には配向制御層として機能するIr層234Aがスパッタ法で形成される。なお、図10に示すように、配向制御層234Aの下に密着層234Dとしてたとえばチタン・アルミ・ナイトライド(TiAlN)層または窒化チタン(TiN)層を形成すると良い。支持部材210の材質によっては密着性が確保しにくいからである。また、密着層234Dの下層に位置する支持部材210をSiO2で形成するとき、支持部材210はポリシリコンよりもグレインが小さい材料またはアモルファス材料にて形成することが好ましい。こうすると、支持部材210がキャパシター230を搭載する表面の平坦性を確保できるからである。もし、配向制御層234Aが形成される面が粗面であると、結晶成長中に粗面の凹凸が反映されてしまうから好ましくない。   For this purpose, an Ir layer 234A that functions as an orientation control layer is formed on the lower electrode 234 by sputtering. As shown in FIG. 10, for example, a titanium / aluminum / nitride (TiAlN) layer or a titanium nitride (TiN) layer may be formed as the adhesion layer 234D under the orientation control layer 234A. This is because, depending on the material of the support member 210, it is difficult to ensure adhesion. Further, when the support member 210 located under the adhesion layer 234D is formed of SiO2, the support member 210 is preferably formed of a material having a grain smaller than that of polysilicon or an amorphous material. This is because the flatness of the surface on which the support member 210 mounts the capacitor 230 can be ensured. If the surface on which the orientation control layer 234A is formed is a rough surface, the rough surface unevenness is reflected during crystal growth, which is not preferable.

第1電極234中にて還元ガスバリア層として機能するIrOx層234Bは、キャパシター230の下方からの還元性の阻害因子から焦電体232を隔離するために、還元ガスバリア性を呈する支持部材210(例えばSi)及び支持部材210のエッチングストップ膜(例えばAl)140と共に用いられる。例えば焦電体(セラミック)232の焼成時や他のアニール工程での基部100からの脱ガスや、犠牲層150の等方性エッチング工程に用いる還元ガスが、還元性阻害因子となる。 The IrOx layer 234B functioning as a reducing gas barrier layer in the first electrode 234 has a support member 210 (for example, a reducing gas barrier property) to isolate the pyroelectric material 232 from reducing inhibitors from below the capacitor 230. Si 3 N 4 ) and an etching stop film (for example, Al 2 O 3 ) 140 of the support member 210. For example, degassing from the base 100 during firing of the pyroelectric material (ceramic) 232 or other annealing process, or a reducing gas used in the isotropic etching process of the sacrificial layer 150 becomes a reducing inhibitor.

また、IrOx層234Bは、それ自体の結晶性は少ないが、Ir層234Aとは金属−金属酸化物の関係となって相性が良いので、Ir層234Aと同一の優先配向方位を持つことができる。   In addition, the IrOx layer 234B has little crystallinity per se, but since it has a good compatibility with the Ir layer 234A in a metal-metal oxide relationship, it can have the same preferred orientation direction as the Ir layer 234A. .

第1電極234中にてシード層として機能するPt層234Cが、焦電体232の優先配向のシード層となり、(111)配向される。本実施形態では、Pt層234Cは二層構造となっている。第1層目のPt層で(111)配向の基礎をつくり、第2層目のPt層で表面にマイクロラフネスを形成して、焦電体232の優先配向のシード層として機能させる。焦電体232は、シード層234Cにならつて(111)配向される。   The Pt layer 234C functioning as a seed layer in the first electrode 234 serves as a seed layer of the preferential orientation of the pyroelectric body 232 and is (111) oriented. In the present embodiment, the Pt layer 234C has a two-layer structure. The first Pt layer forms the basis of the (111) orientation, and the second Pt layer forms microroughness on the surface so that the pyroelectric body 232 functions as a preferentially oriented seed layer. The pyroelectric material 232 is (111) oriented following the seed layer 234C.

第2電極236では、スパッタ法で成膜されるとは物理的に界面が荒れ、トラップサイトが生じて特性が劣化する虞があるので、第1電極234、焦電体232、第2電極236の結晶配向が連続的につながるように、結晶レベル格子整合の再構築を行なっている。   When the second electrode 236 is formed by sputtering, the interface is physically rough, trap sites are generated, and the characteristics may be deteriorated. Therefore, the first electrode 234, the pyroelectric body 232, and the second electrode 236 may be used. The crystal-level lattice matching is reconstructed so that the crystal orientations are continuously connected.

第2電極236中のPt層236Aはスパッタ法で形成されるが、スパッタ直後で界面の結晶方向は不連続となる。そこで、その後にアニール処理してPt層236Aを再結晶化させている。つまり、Pt層236Aは、焦電体232と結晶配向が整合する配向整合層として機能する。   The Pt layer 236A in the second electrode 236 is formed by sputtering, but the crystal direction of the interface becomes discontinuous immediately after sputtering. Therefore, after that, annealing treatment is performed to recrystallize the Pt layer 236A. That is, the Pt layer 236A functions as an orientation matching layer in which the crystal orientation of the pyroelectric material 232 is matched.

第2電極236中のIrOx層236Bは、キャパシター230の上方からの還元性劣化因子のバリアとして機能する。また、第2電極236中のIr層236Cは、IrOx層236Bの抵抗値が大きいので、第2プラグ228との間の抵抗値を低抵抗化させるために用いられる。Ir層236Cは、IrOx層236Bと金属酸化物−金属の関係で相性がよく、IrOx層236Bと同一の優先配向方位を持つことができる。   The IrOx layer 236B in the second electrode 236 functions as a barrier for reducing deterioration factors from above the capacitor 230. Further, the Ir layer 236C in the second electrode 236 is used to reduce the resistance value between the IrOx layer 236B and the second plug 228 because the resistance value of the IrOx layer 236B is large. The Ir layer 236C is compatible with the IrOx layer 236B in the metal oxide-metal relationship, and can have the same preferred orientation direction as the IrOx layer 236B.

このように、本実施形態では、第1,第2電極234,236は、焦電体232側から順に、Pt、IrOx、Irと多層に配置され、焦電体232を中心として、形成材料が対称配置されている。   As described above, in the present embodiment, the first and second electrodes 234 and 236 are arranged in multiple layers of Pt, IrOx, and Ir in order from the pyroelectric body 232 side, and the forming material is centered on the pyroelectric body 232. Symmetrical arrangement.

ただし、第1,第2電極234,236を形成する多層構造の各層の厚さは、焦電体232を中心として非対称となっている。先ず、第1電極234のトータル厚さT1と、第2電極236のトータル厚さT2とは、上述したよりも関係(T1>T2)を満足している。ここで、第1電極234のIr層234A、IrOx層234B、Pt層234Cの各熱伝導率をλ1、λ2、λ3とし、各厚さをT11、T12、T13とする。第2電極のIr層236C、IrOx層236B、Pt層236Aの各熱伝導率は第1電極232と同じくλ1、λ2、λ3となり、その各厚さをT21、T22、T23とする。   However, the thickness of each layer of the multilayer structure forming the first and second electrodes 234 and 236 is asymmetric about the pyroelectric body 232. First, the total thickness T1 of the first electrode 234 and the total thickness T2 of the second electrode 236 satisfy the relationship (T1> T2) as described above. Here, the thermal conductivities of the Ir layer 234A, IrOx layer 234B, and Pt layer 234C of the first electrode 234 are λ1, λ2, and λ3, and the thicknesses are T11, T12, and T13. The thermal conductivities of the second electrode Ir layer 236C, IrOx layer 236B, and Pt layer 236A are λ1, λ2, and λ3 as in the first electrode 232, and the thicknesses thereof are T21, T22, and T23.

また、第1電極234のIr層234A、IrOx層234B、Pt層234Cの各熱コンダクタンスをG11、G12、G13とすると、G11=λ1/T11、G12=λ2/T12、G13=λ3/C13となる。第2電極236のIr層236C、IrOx層236B、Pt層236Aの各熱コンダクタンスをG21、G22、G23とすると、G21=λ1/T21、G22=λ2/T22、G13=λ3/T23となる。   Further, assuming that the thermal conductances of the Ir layer 234A, IrOx layer 234B, and Pt layer 234C of the first electrode 234 are G11, G12, and G13, G11 = λ1 / T11, G12 = λ2 / T12, and G13 = λ3 / C13. . When the thermal conductances of the Ir layer 236C, IrOx layer 236B, and Pt layer 236A of the second electrode 236 are G21, G22, and G23, G21 = λ1 / T21, G22 = λ2 / T22, and G13 = λ3 / T23.

第1電極234のトータル熱コンダクタンスG1は、1/G1=(1/G11)+(1/G12)+(1/G13)で表わされるので、
G1=(G11×G12×G13)/(G11+G12+G13)…(1)
同様に、第2電極236のトータル熱コンダクタンスG2は、1/G2=(1/G21)+(1/G22)+(1/G23)で表わされるので、
G2=(G21×G22×G23)/(G21+G22+G23)…(2)
となる。
Since the total thermal conductance G1 of the first electrode 234 is expressed by 1 / G1 = (1 / G11) + (1 / G12) + (1 / G13),
G1 = (G11 × G12 × G13) / (G11 + G12 + G13) (1)
Similarly, the total thermal conductance G2 of the second electrode 236 is expressed by 1 / G2 = (1 / G21) + (1 / G22) + (1 / G23).
G2 = (G21 × G22 × G23) / (G21 + G22 + G23) (2)
It becomes.

次に、第1,第2電極234,236を形成する多層構造の各層の厚さは、T11+T12+T13=T1>T2=T21+T22+T23を満たす条件下でほぼ次の通りの関係である。   Next, the thickness of each layer of the multilayer structure forming the first and second electrodes 234 and 236 is substantially as follows under the condition satisfying T11 + T12 + T13 = T1> T2 = T21 + T22 + T23.

Ir層234A,236C T11:T21=1:0.7
IrOx層234B,236B T12:T22=0.3:1
Pt層234C,236A T13:T23=3:1
このような膜厚関係とした理由は以下の通りである。まず、Ir層234A,236Cについて言えば、第1電極234中のIr層234Aは配向制御層として機能するから、配向性を有するには所定の膜厚が必要であるのに対して、第2電極236CのIr層の目的は低抵抗化にあり、薄くするほど低抵抗化を実現できる。
Ir layer 234A, 236C T11: T21 = 1: 0.7
IrOx layers 234B, 236B T12: T22 = 0.3: 1
Pt layer 234C, 236A T13: T23 = 3: 1
The reason for this film thickness relationship is as follows. First, regarding the Ir layers 234A and 236C, the Ir layer 234A in the first electrode 234 functions as an orientation control layer. The purpose of the Ir layer of the electrode 236C is to lower the resistance, and the lower the resistance, the lower the resistance.

次に、IrOx層234B,236Bについて言えば、キャパシター230の下方及び上方からの還元性阻害因子のバリア性は他のバリア膜(還元性ガスバリア層240、エッチングストップ膜兼還元性ガスバリア層140,280)を併用しており、第1電極234のIrOx層234Bは薄くしているが、第2電極236のIrOx層236Bは第2プラグ228でのバリア性が低いことに備えて厚くしている。   Next, regarding the IrOx layers 234B and 236B, the barrier property of the reducing inhibitor from the lower side and the upper side of the capacitor 230 is that other barrier films (reducing gas barrier layer 240, etching stop film / reducing gas barrier layer 140, 280). ), The IrOx layer 234B of the first electrode 234 is thinned, but the IrOx layer 236B of the second electrode 236 is thickened in preparation for the low barrier property of the second plug 228.

最後に、Pt層234C,236Aに関して言えば、第1電極234中のPt層234Cは焦電体232の優先配向を決定付けるシード層として機能するから所定の膜厚が必要であるのに対して、第2電極236のPt層236Aの目的は焦電体232の配向と整合する配向整合層として機能するので、第1電極234中のPt層234Cよりも薄く形成しても良い。   Finally, with regard to the Pt layers 234C and 236A, the Pt layer 234C in the first electrode 234 functions as a seed layer that determines the preferred orientation of the pyroelectric body 232, whereas a predetermined thickness is required. Since the purpose of the Pt layer 236A of the second electrode 236 functions as an alignment matching layer that matches the alignment of the pyroelectric body 232, it may be formed thinner than the Pt layer 234C in the first electrode 234.

また、第1電極234のIr層234A、IrOx層234B、Pt層234Cの肉厚比は、例えばT11:T12:T13=10:3:15とし、第2電極236のIr層236C、IrOx層236B、Pt層236Aの肉厚比は、例えばT21:T22:T23=7:10:5とした。   The thickness ratio of the Ir layer 234A, IrOx layer 234B, and Pt layer 234C of the first electrode 234 is, for example, T11: T12: T13 = 10: 3: 15, and the Ir layer 236C and IrOx layer 236B of the second electrode 236 are set. The thickness ratio of the Pt layer 236A is, for example, T21: T22: T23 = 7: 10: 5.

ここで、Ptの熱伝達率λ3=71.6(W/m・K)であり、Irの熱伝達率λ1は、λ1=147(W/m・K)とPtの熱伝達率λ3のほぼ2倍である。IrOxの熱伝導率λ2は熱度や酸素/金属比(O/M)によって変化するが、Irの熱伝達率λ1を超えることはない。上述した膜厚の関係と熱伝達率の関係を式(1)(2)に代入してG1,G2の大小関係を求めると、G1<G2が成立することが分かる。このように、本実施形態のように第1,第2電極234,236を多層構造にしても、熱伝達率と膜厚の関係からG1<G2が満足される。   Here, the heat transfer coefficient λ3 of Pt is 71.6 (W / m · K), and the heat transfer coefficient λ1 of Ir is approximately λ1 = 147 (W / m · K), which is approximately the heat transfer coefficient λ3 of Pt. 2 times. The thermal conductivity λ2 of IrOx varies depending on the heat degree and the oxygen / metal ratio (O / M), but does not exceed the thermal conductivity λ1 of Ir. Substituting the relationship between the film thickness and the heat transfer coefficient into the equations (1) and (2) to obtain the magnitude relationship between G1 and G2, it can be seen that G1 <G2. Thus, even if the first and second electrodes 234 and 236 are formed in a multilayer structure as in this embodiment, G1 <G2 is satisfied from the relationship between the heat transfer coefficient and the film thickness.

また、上述した通り、第1電極234が支持部材210との接合面に密着層234Dを有する場合には、第1電極234の熱コンダクタンスC1はより小さくなるので、G1<G2の関係を満足し易くなる。   Further, as described above, when the first electrode 234 has the adhesion layer 234D on the joint surface with the support member 210, the thermal conductance C1 of the first electrode 234 becomes smaller, and therefore the relationship of G1 <G2 is satisfied. It becomes easy.

なお、キャパシター230のエッチングマスクはエッチングの進行に従い劣化するので、多層構造とするほどキャパシター230の側壁は、図10に示すように上側ほど狭く下側ほど広いテーパ形状となる。しかし、水平面に対するテーパ角は80度程なので、キャパシター230の全高がナノメートルオーダーであることを考慮すれば、第2電極236に対する第1電極234の面積拡大は小さい。よって、第1,第2電極234,236の熱コンダクタンスの関係から、第1電極234での熱伝達量を第2電極236での熱伝達量よりも小さくできる。   Since the etching mask of the capacitor 230 deteriorates as the etching progresses, the sidewall of the capacitor 230 becomes narrower toward the upper side and wider toward the lower side as shown in FIG. However, since the taper angle with respect to the horizontal plane is about 80 degrees, the area expansion of the first electrode 234 relative to the second electrode 236 is small considering that the total height of the capacitor 230 is on the order of nanometers. Therefore, the heat transfer amount at the first electrode 234 can be made smaller than the heat transfer amount at the second electrode 236 due to the thermal conductance relationship between the first and second electrodes 234 and 236.

4.3.キャパシター構造の変形例
以上の通り、キャパシター230の第1,第2電極234,236の各々について、単層構造及び多層構造を説明したが、キャパシター230の機能を維持しながら、熱コンダクタンスの関係をG1<G2とする他の種々の組み合わせが考えられる。
4.3. Modification of Capacitor Structure As described above, the single-layer structure and the multilayer structure have been described for each of the first and second electrodes 234 and 236 of the capacitor 230. Various other combinations with G1 <G2 are possible.

先ず、第2電極236のIr層236Cを削除することができる。この場合、第2プラグ228の材料に例えばIrを用いれば、同様に低抵抗化の目的は達成されるからである。こうすると、第2電極236の熱コンダクタンスG2は図10の場合よりも大きくなるので、G1<G2の関係を満足させ易くなる。また、この場合には、図10に示すL=λ/4を規定する反射面は、第2電極236のPt層236Aに代わるが、同様に多重反射面を担保できる。   First, the Ir layer 236C of the second electrode 236 can be deleted. In this case, if, for example, Ir is used as the material of the second plug 228, the purpose of reducing the resistance can be achieved. In this case, the thermal conductance G2 of the second electrode 236 becomes larger than that in the case of FIG. 10, and thus it is easy to satisfy the relationship of G1 <G2. In this case, the reflection surface defining L = λ / 4 shown in FIG. 10 is replaced with the Pt layer 236A of the second electrode 236, but the multiple reflection surface can be secured similarly.

次に、図10の第2電極236中のIrOx層236Bの厚さを、第1電極234中のIrOx層234Bと同一厚さ以下とすることができる。上述の通り、キャパシター230の下方及び上方からの還元性阻害因子のバリア性は他のバリア膜(還元性ガスバリア層240、エッチングストップ膜兼還元性ガスバリア層140,280)を併用しているからで、第2プラグ228での還元ガスバリア性が例えば図11のようにして高められれば、第2電極236中のIrOx層236Bの厚さを第1電極234中のIrOx層234Bより厚くする必要はない。こうすると、第2電極236の熱コンダクタンスG2はより大きくなり、よりG1<G2の関係を成立がし易くなる。   Next, the thickness of the IrOx layer 236B in the second electrode 236 of FIG. 10 can be made equal to or less than the thickness of the IrOx layer 234B in the first electrode 234. As described above, the barrier property of the reducing inhibitor from the lower side and the upper side of the capacitor 230 is that other barrier films (reducing gas barrier layer 240, etching stop film / reducing gas barrier layer 140, 280) are used in combination. If the reducing gas barrier property of the second plug 228 is enhanced as shown in FIG. 11, for example, the thickness of the IrOx layer 236B in the second electrode 236 does not need to be thicker than the IrOx layer 234B in the first electrode 234. . As a result, the thermal conductance G2 of the second electrode 236 becomes larger, and the relationship of G1 <G2 is more easily established.

次に、図10の第1電極234中のIrOx層234Bを削除することができる。IrOx層234Bを削除しても、Ir層234AとPt層234Cとの結晶の連続性は妨げられないので、結晶配向に関して何ら問題はない。IrOx層234Bを削除することで、キャパシター230はその下方からの還元性阻害因子に対してバリア膜を持たないことになる。ただし、支持部材210の下面にはエッチングストップ膜140が存在し、エッチングストップ膜140が還元ガスバリア性を有する膜で形成されれば、キャパシター230はその下方からの還元性阻害因子に対するバリア性を担保できる。   Next, the IrOx layer 234B in the first electrode 234 of FIG. 10 can be deleted. Even if the IrOx layer 234B is deleted, the crystal continuity between the Ir layer 234A and the Pt layer 234C is not hindered, so there is no problem with respect to the crystal orientation. By deleting the IrOx layer 234B, the capacitor 230 does not have a barrier film against the reducing inhibitor from below. However, if the etching stop film 140 is present on the lower surface of the support member 210 and the etching stop film 140 is formed of a film having a reducing gas barrier property, the capacitor 230 ensures a barrier property against the reducing inhibitory factor from below. it can.

ここで、第1電極234中のIrOx層234Bを削除すると、第1電極234の熱コンダクタンスG1は大きくなる。よって、G1<G2の関係を成立させるには、第2電極236の熱コンダクタンスG2も大きくする必要が生ずるかもしれない。その場合、例えば第2電極236中のIrOx層236Bを削除することが考えられる。IrOx層236Bを削除できれば、Ir層236Cもまた不要となる。Ir層236Cに代えてPt層236Aが低抵抗層として機能するからである。キャパシター230の上方からの還元性阻害因子についてのバリア性は、上述した還元性ガスバリア膜240や、図4に示すバリアメタル228Aや、あるいは図11の還元性ガスバリア層290により担保できる。   Here, when the IrOx layer 234B in the first electrode 234 is deleted, the thermal conductance G1 of the first electrode 234 increases. Therefore, it may be necessary to increase the thermal conductance G2 of the second electrode 236 in order to establish the relationship of G1 <G2. In that case, for example, it is conceivable to delete the IrOx layer 236B in the second electrode 236. If the IrOx layer 236B can be deleted, the Ir layer 236C is also unnecessary. This is because the Pt layer 236A functions as a low resistance layer instead of the Ir layer 236C. The barrier property of the reducing inhibitor from above the capacitor 230 can be secured by the reducing gas barrier film 240 described above, the barrier metal 228A shown in FIG. 4, or the reducing gas barrier layer 290 shown in FIG.

図10の第2電極234は上述した通りPt層236Aのみで形成したとき、第1電極234は、Pt層234Cの単層か、Ir層234A及びPt層234Cの二層か、あるいは図10の通りIr層234A、IrOx層234B及びPt層234Cの三層とすることができる。これらの場合のいずれでも、例えば第1電極234のPt層234Aの厚さT11を第2電極236のPt層236Cの厚さT21よりも厚くすれば(T11>T21)、G1<G2の関係を容易に成立させることができる。   When the second electrode 234 of FIG. 10 is formed of only the Pt layer 236A as described above, the first electrode 234 is a single layer of the Pt layer 234C, two layers of the Ir layer 234A and the Pt layer 234C, or FIG. A three-layer structure including an Ir layer 234A, an IrOx layer 234B, and a Pt layer 234C can be used. In any of these cases, for example, if the thickness T11 of the Pt layer 234A of the first electrode 234 is larger than the thickness T21 of the Pt layer 236C of the second electrode 236 (T11> T21), the relationship of G1 <G2 is established. It can be easily established.

5.電子機器
図12に本実施形態の熱型光検出器または熱型光検出装置を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、光学系400、センサーデバイス(熱型光検出装置)410、画像処理部420、処理部430、記憶部440、操作部450、表示部460を含む。なお本実施形態の電子機器は図12の構成に限定されず、その構成要素の一部(例えば光学系、操作部、表示部等)を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
5). Electronic Device FIG. 12 shows a configuration example of an electronic device including the thermal detector or thermal detector of the present embodiment. The electronic apparatus includes an optical system 400, a sensor device (thermal detection device) 410, an image processing unit 420, a processing unit 430, a storage unit 440, an operation unit 450, and a display unit 460. Note that the electronic apparatus of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 12, and various components such as omitting some of the components (for example, an optical system, an operation unit, a display unit, etc.) or adding other components. Can be implemented.

光学系400は、例えば1又は複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス410への物体像の結像などを行う。また必要であればフォーカス調整なども行う。   The optical system 400 includes, for example, one or a plurality of lenses and a driving unit that drives these lenses. Then, an object image is formed on the sensor device 410. If necessary, focus adjustment is also performed.

センサーデバイス410は、上述した本実施形態の熱型光検出器200を二次元配列させて構成され、複数の行線(ワード線、走査線)と複数の列線(データ線)が設けられる。センサーデバイス410は、二次元配列された光検出器に加えて、行選択回路(行ドライバー)と、列線を介して光検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、A/D変換部等を含むことができる。二次元配列された各光検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。   The sensor device 410 is configured by two-dimensionally arranging the thermal detectors 200 of the present embodiment described above, and is provided with a plurality of row lines (word lines, scanning lines) and a plurality of column lines (data lines). In addition to the two-dimensionally arranged photodetectors, the sensor device 410 includes a row selection circuit (row driver), a readout circuit that reads data from the photodetectors via column lines, an A / D converter, and the like. Can be included. By sequentially reading out data from each of the two-dimensionally arranged photodetectors, an object image can be captured.

画像処理部420は、センサーデバイス410からのデジタルの画像データ(画素データ)に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。   The image processing unit 420 performs various image processing such as image correction processing based on digital image data (pixel data) from the sensor device 410.

処理部430は、電子機器の全体の制御を行ったり、電子機器内の各ブロックの制御を行う。この処理部430は、例えばCPU等により実現される。記憶部440は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部430や画像処理部420のワーク領域として機能する。操作部450は、ユーザが電子機器を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやGUI(Graphical User Interface)画面などにより実現される。表示部460は、例えばセンサーデバイス410により取得された画像やGUI画面などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどの各種のディスプレイにより実現される。   The processing unit 430 controls the entire electronic device and controls each block in the electronic device. The processing unit 430 is realized by a CPU or the like, for example. The storage unit 440 stores various types of information, and functions as a work area for the processing unit 430 and the image processing unit 420, for example. The operation unit 450 serves as an interface for the user to operate the electronic device, and is realized by various buttons or a GUI (Graphical User Interface) screen, for example. The display unit 460 displays, for example, an image acquired by the sensor device 410, a GUI screen, and the like, and is realized by various displays such as a liquid crystal display and an organic EL display.

このように、1セル分の熱型光検出器を赤外線センサー等のセンサーとして用いる他、1セル分の熱型光検出器を直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス410を構成することができ、こうすると熱(光)分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス410を用いて、サーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラなどの電子機器を構成することができる。   As described above, the sensor device 410 is configured by two-dimensionally arranging the thermal detectors for one cell in two orthogonal directions, in addition to using the thermal detector for one cell as a sensor such as an infrared sensor. This can provide a heat (light) distribution image. The sensor device 410 can be used to configure an electronic device such as a thermography, an in-vehicle night vision, or a surveillance camera.

もちろん、1セル分または複数セルの熱型光検出器をセンサーとして用いることで物体の物理情報の解析(測定)を行う解析機器(測定機器)、火や発熱を検知するセキュリティー機器、工場などに設けられるFA(Factory Automation)機器などの各種の電子機器を構成することもできる。   Of course, it can be used in analysis equipment (measuring equipment) that analyzes (measures) physical information of objects by using a single-cell or multiple-cell thermal detector as a sensor, security equipment that detects fire and heat, factories, etc. Various electronic devices such as FA (Factory Automation) devices provided can also be configured.

図13(A)に図12のセンサーデバイス410の構成例を示す。このセンサーデバイスは、センサーアレイ500と、行選択回路(行ドライバー)510と、読み出し回路520を含む。またA/D変換部530、制御回路550を含むことができる。このセンサーデバイスを用いることで、例えばナイトビジョン機器などに用いられる赤外線カメラなどを実現できる。   FIG. 13A shows a configuration example of the sensor device 410 of FIG. The sensor device includes a sensor array 500, a row selection circuit (row driver) 510, and a readout circuit 520. An A / D converter 530 and a control circuit 550 can be included. By using this sensor device, for example, an infrared camera used in a night vision device or the like can be realized.

センサーアレイ500には、例えば図2に示すように二軸方向に複数のセンサーセルが配列(配置)される。また複数の行線(ワード線、走査線)と複数の列線(データ線)が設けられる。なお行線及び列線の一方の本数が1本であってもよい。例えば行線が1本である場合には、図13(A)において行線に沿った方向(横方向)に複数のセンサーセルが配列される。一方、列線が1本である場合には、列線に沿った方向(縦方向)に複数のセンサーセルが配列される。   In the sensor array 500, for example, as shown in FIG. 2, a plurality of sensor cells are arranged (arranged) in the biaxial direction. A plurality of row lines (word lines, scanning lines) and a plurality of column lines (data lines) are provided. One of the row lines and the column lines may be one. For example, when there is one row line, a plurality of sensor cells are arranged in a direction (lateral direction) along the row line in FIG. On the other hand, when there is one column line, a plurality of sensor cells are arranged in a direction (vertical direction) along the column line.

図13(B)に示すように、センサーアレイ500の各センサーセルは、各行線と各列線の交差位置に対応する場所に配置(形成)される。例えば図13(B)のセンサーセルは、行線WL1と列線DL1の交差位置に対応する場所に配置されている。他のセンサーセルも同様である。 行選択回路510は、1又は複数の行線に接続される。そして各行線の選択動作を行う。例えば図13(B)のようなQVGA(320×240画素)のセンサーアレイ500(焦点面アレイ)を例にとれば、行線WL0、WL1、WL2・・・・WL239を順次選択(走査)する動作を行う。即ちこれらの行線を選択する信号(ワード選択信号)をセンサーアレイ500に出力する。   As shown in FIG. 13B, each sensor cell of the sensor array 500 is arranged (formed) at a location corresponding to the intersection position of each row line and each column line. For example, the sensor cell in FIG. 13B is arranged at a location corresponding to the intersection position of the row line WL1 and the column line DL1. The same applies to other sensor cells. The row selection circuit 510 is connected to one or more row lines. Then, each row line is selected. For example, when a sensor array 500 (focal plane array) of QVGA (320 × 240 pixels) as shown in FIG. 13B is taken as an example, row lines WL0, WL1, WL2,... WL239 are sequentially selected (scanned). Perform the action. That is, a signal (word selection signal) for selecting these row lines is output to the sensor array 500.

読み出し回路520は、1又は複数の列線に接続される。そして各列線の読み出し動作を行う。QVGAのセンサーアレイ500を例にとれば、列線DL0、DL1、DL2・・・・DL319からの検出信号(検出電流、検出電荷)を読み出す動作を行う。   The read circuit 520 is connected to one or more column lines. Then, a read operation for each column line is performed. Taking the QVGA sensor array 500 as an example, an operation of reading detection signals (detection current, detection charge) from the column lines DL0, DL1, DL2,.

A/D変換部530は、読み出し回路520において取得された検出電圧(測定電圧、到達電圧)をデジタルデータにA/D変換する処理を行う。そしてA/D変換後のデジタルデータDOUTを出力する。具体的には、A/D変換部530には、複数の列線の各列線に対応して各A/D変換器が設けられる。そして、各A/D変換器は、対応する列線において読み出し回路520により取得された検出電圧のA/D変換処理を行う。なお、複数の列線に対応して1つのA/D変換器を設け、この1つのA/D変換器を用いて、複数の列線の検出電圧を時分割にA/D変換してもよい。   The A / D conversion unit 530 performs a process of A / D converting the detection voltage (measurement voltage, ultimate voltage) acquired in the reading circuit 520 into digital data. Then, the digital data DOUT after A / D conversion is output. Specifically, the A / D converter 530 is provided with each A / D converter corresponding to each of the plurality of column lines. Each A / D converter performs A / D conversion processing of the detection voltage acquired by the reading circuit 520 in the corresponding column line. Note that one A / D converter is provided corresponding to a plurality of column lines, and the detection voltage of the plurality of column lines can be A / D converted in a time division manner using this one A / D converter. Good.

制御回路550(タイミング生成回路)は、各種の制御信号を生成して、行選択回路510、読み出し回路520、A/D変換部530に出力する。例えば充電や放電(リセット)の制御信号を生成して出力する。或いは、各回路のタイミングを制御する信号を生成して出力する。   The control circuit 550 (timing generation circuit) generates various control signals and outputs them to the row selection circuit 510, the read circuit 520, and the A / D conversion unit 530. For example, a charge or discharge (reset) control signal is generated and output. Alternatively, a signal for controlling the timing of each circuit is generated and output.

以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。   Although several embodiments have been described above, it is easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings.

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、熱型光検出素子を支持する支持部材の反りを低減できる。この効果を奏することができる以上、本発明は、種々の熱型光検出器(例えば、熱伝対型素子(サーモパイル)、焦電型素子、ボロメーター等)に広く適用することができる。検出する光の波長は問わない。   According to at least one embodiment of the present invention, for example, warpage of a support member that supports a thermal detection element can be reduced. As long as this effect can be achieved, the present invention can be widely applied to various thermal detectors (for example, thermocouple elements (thermopiles), pyroelectric elements, bolometers, etc.). The wavelength of the light to detect is not ask | required.

100 基部(固定部)、102 空洞部、
130,140 還元ガスバリア層(エッチングストップ膜)、
150 犠牲層、152 凹部、154 凸部、200 熱型光検出器、
210 支持部材、220 赤外線検出素子、222,224 第1,第2電極配線層、
226,228 第1,第2プラグ、228A バリアメタル、230 キャパシター、
232 焦電体、234 第1電極、234A 配向制御層、
234B 第1還元ガスバリア層、234C シード層、234D 密着層、
236 第2電極、236A 配向整合層、236B 第2還元ガスバリア層、
236C 低抵抗化層、240 還元ガスバリア層、250 層間絶縁膜、
260 パッシベーション膜、270 光吸収部材(赤外線吸収体)、
280 還元ガスバリア層(エッチングストップ膜)、290 還元ガスバリア層、
300 部材(支持部材と同種)
100 base (fixed part), 102 cavity,
130,140 reducing gas barrier layer (etching stop film),
150 sacrificial layer, 152 concave portion, 154 convex portion, 200 thermal detector,
210 supporting member, 220 infrared detecting element, 222, 224 first and second electrode wiring layers,
226, 228 first and second plugs, 228A barrier metal, 230 capacitor,
232 pyroelectric material, 234 first electrode, 234A orientation control layer,
234B first reducing gas barrier layer, 234C seed layer, 234D adhesion layer,
236 second electrode, 236A orientation matching layer, 236B second reducing gas barrier layer,
236C low resistance layer, 240 reducing gas barrier layer, 250 interlayer insulating film,
260 passivation film, 270 light absorbing member (infrared absorber),
280 reducing gas barrier layer (etching stop film), 290 reducing gas barrier layer,
300 members (same type as support members)

Claims (7)

固定部に空洞部を形成し、
前記空洞部に犠牲層を形成する前に、形成される支持部材に生ずる応力方向と同じ方向に外力を前記固定部に付与し、
前記空洞部に形成された前記犠牲層に前記支持部材を形成し、
前記犠牲層を除去する前に、前記外力を解除することを特徴とする検出器の製造方法。
Forming a cavity in the fixed part,
Before forming the sacrificial layer in the cavity, an external force is applied to the fixed portion in the same direction as the stress direction generated in the formed support member,
Forming the support member on the sacrificial layer formed in the cavity,
The method for manufacturing a detector, wherein the external force is released before the sacrificial layer is removed.
請求項1において、
前記犠牲層と対向する前記固定部の面に前記支持部材と同種の部材を形成して前記外力を前記固定部に付与することを特徴とする検出器の製造方法。
In claim 1,
A method for manufacturing a detector, comprising: forming a member of the same type as the support member on a surface of the fixed portion facing the sacrificial layer, and applying the external force to the fixed portion.
支持部材冗長長さ形成用の少なくとも1つの凹部又は凸部を犠牲層に形成し、
前記少なくとも1つの凹部又は凸部に沿って支持部材を形成し、
その後前記犠牲層を除去することを特徴とする検出器の製造方法。
Forming at least one recess or protrusion for forming the support member redundant length in the sacrificial layer;
Forming a support member along the at least one recess or projection;
Thereafter, the sacrificial layer is removed.
請求項3において、
前記犠牲層を化学的機械的研磨することにより、前記少なくとも1つの凹部又は凸部を形成することを特徴とする検出器の製造方法。
In claim 3,
A method of manufacturing a detector, wherein the at least one concave portion or convex portion is formed by chemical mechanical polishing the sacrificial layer.
請求項3において、
前記犠牲層をエッチングすることにより、前記少なくとも1つの凹部又は凸部を形成することを特徴とする検出器の製造方法。
In claim 3,
Etching the sacrificial layer to form the at least one concave portion or convex portion.
請求項3乃至5のいずれかにおいて、
前記少なくとも1つの凹部又は凸部の深さをhとし、曲率半径をRとすると、前記少なくとも1つの凹部又は凸部は、前記曲率半径で定義される仮想的な円に接し、
σを前記支持部材に生ずる引張残留応力とし、Eを前記支持部材の固定部のヤング率とし、Tを前記固定部の厚さとし、νを前記支持部材のポアソン比とし、tfを前記支持部材の厚さ、dを前記固定部の空洞部の厚さとすると、hとRは、以下の関係式を満たすことを特徴とする検出器の製造方法。
Figure 2011237282
In any of claims 3 to 5,
When the depth of the at least one concave portion or convex portion is h and the curvature radius is R, the at least one concave portion or convex portion is in contact with a virtual circle defined by the curvature radius,
σ is the tensile residual stress generated in the support member, E is the Young's modulus of the fixed portion of the support member, T is the thickness of the fixed portion, ν is the Poisson's ratio of the support member, and tf is the thickness of the support member. A method for manufacturing a detector, wherein h and R satisfy the following relational expression, where thickness d is the thickness of the cavity of the fixed part.
Figure 2011237282
請求項3乃至5のいずれかにおいて、
前記支持部材に生ずる引張残留応力の応力方向と応力値と実質的に同じ外力を前記支持部材の固定部に付与して前記支持部材を形成し、
その後前記外力を解除した状態で、前記固定部から前記犠牲層を除去し、前記固定部に空洞部を形成することを特徴とする検出器の製造方法。
In any of claims 3 to 5,
Applying substantially the same external force as the stress direction and the stress value of the tensile residual stress generated in the support member to the fixing portion of the support member to form the support member,
Thereafter, the sacrificial layer is removed from the fixed part in a state where the external force is released, and a cavity is formed in the fixed part.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013134079A (en) * 2011-12-26 2013-07-08 Seiko Epson Corp Terahertz camera and electronic apparatus

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