JP2012026861A - 熱型検出器、熱型検出装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 光吸収体に直接入射されない光も、光検出に寄与させて検出精度を向上できる焦電型検出器、焦電型検出装置及び電子機器を提供すること。
【解決手段】 焦電型検出器２００は、焦電型検出素子２２０と、光吸収体２７０と、支持部材２１０と、支持部１００，１０４と、反射体１６０とを有する。支持部材２１０に支持される焦電型検出素子２２０は、温度に基づいて分極量が変化するキャパシター２３０を含む。光吸収体２７０は、焦電型検出素子の頂部を覆い、平面視にてキャパシターの面積よりも広い面積を有する。反射体１６０は、焦電型検出素子の周囲に配置され、入射された光を光吸収体に向けて反射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱型検出器、熱型検出装置及び電子機器等に関する。

焦電型検出装置として、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。

焦電型赤外線検出装置のセルは、上部電極と下部電極とに接続された焦電体を含むキャパシターを有し、電極や焦電体の材料に関して、各種の提案がなされている（特許文献１）。

また、上部電極と下部電極とに接続された強誘電体を含むキャパシターは強誘電体メモリに用いられており、強誘電体メモリに適した電極や強誘電体の材料に関しても、各種の提案がなされている（特許文献２，３）。ボロメーター型赤外線検出器として、特許文献４には赤外線を吸収する構造が開示されている。

特開２００８−２３２８９６号公報 特開２００９−７１２４２号公報 特開２００９−１２９９７２号公報 特許第３５７４３６８号

焦電型でもボロメーター型でも、赤外線検出装置では入射された赤外線を効率よく吸収して得た熱を検出素子に効率よく伝達することが、測定精度の向上につながる。ボロメーター型赤外線検出装置を開示した特許文献４の図２１及び図２２では、ボロメーター薄膜を含む検出部の裏面側にて空洞部を介して反射膜が配置され、検出部と反射膜との距離をλ／４（λは入射波長）として光学的共振構造としている。また、特許文献の図１等では、検出部よりも赤外線入射側に平板状の赤外線吸収部を設け、検出部と赤外線吸収部とを接合柱にて連結している。

特許文献４の技術を焦電型赤外線検出器に応用すると、焦電型検出素子は２つの電極間に焦電材料を挟んだキャパシター構造を有するので、キャパシターの裏側の反射膜に赤外線はほとんど到達せず、むしろキャパシター中の電極で反射されてしまう。

また、検出部と赤外線吸収部とを接合柱にて連結すると、垂直に起立する接合柱は赤外線の吸収にほとんど寄与せず、しかも赤外線吸収部と検出部との間の唯一の伝熱経路である接合柱の横断面積が小さいために伝熱性も劣り、伝熱損失が生ずる。しかも、赤外線吸収膜に直接入射されない赤外線は、検出に寄与させることができない。

本発明の幾つかの態様では、焦電型検出素子よりも光入射方向の上流側に配置され光吸収体に直接入射されない光も、光検出に寄与させて検出精度を向上できる焦電型検出器、焦電型検出装置及び電子機器を提供することにある。

本発明の一態様に係る焦電型検出器は、
第１電極と、第２電極と、前記第１，第２電極間に配置された焦電材料とから成り、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターを含む焦電型検出素子と、
前記焦電型検出素子の頂部を覆い、かつ、前記焦電型検出素子の頂部より外側に張り出して平板状に形成され、平面視にて前記キャパシターの面積よりも広い面積を有する光吸収体と、
第１面と、前記第１面に対向する第２面とを含み、前記第２面が空洞部に臨んで配置され、前記第１面が前記第１電極と接して前記焦電型検出素子を搭載する支持部材と、
前記支持部材の前記第２面の一部を支持する支持部と、
前記焦電型検出素子の周囲に配置され、入射された光を前記光吸収体に向けて反射させる反射体と、
を有することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、焦電型検出素子よりも光入射方向の上流側に配置された光吸収体に光が入射されることで、光吸収体が発熱し、その熱が光吸収体よりキャパシターに伝熱され、焦電効果により受光量に応じた電気信号を取り出すことができる。光吸収体に直接入射されない光も、焦電型検出素子の周囲に配置された反射体により反射されて光吸収体に入射されるので、受光量を増大させることができ、それにより信号検出精度が向上する。

本発明の一態様では、前記支持部材は、前記焦電型検出素子が搭載される搭載部と、前記搭載部と前記支持部とを連結するアーム部と、を含み、前記支持部は、前記搭載部の周囲に配置される隔壁部を含み、前記反射体は、前記隔壁部上に配置することができる。

焦電型検出素子が搭載される搭載部を囲んで隔壁部を配置することで、焦電型検出素子の周囲に反射体を配置することができ、反射体を介して光吸収体に導かれる光量を増大できる。

本発明の一態様では、前記反射体は、斜面を有するコア部材と、前記コア部材に被覆される反射層と、を含むことができる。こうすると、コア部材に形成した斜面に反射膜を形成することができるので、反射角度を付与できると共に反射膜を薄膜で形成できる。

本発明の他の態様に係る焦電型検出装置は、上述した焦電型検出器を１セルとし、複数セルを少なくとも一軸方向に沿って一次元配置することができ、あるいは二軸方向好ましくは直交二軸に沿って二次元配置することができる。

この場合、前記隔壁部は平面視で矩形リング状に形成され、前記少なくとも一軸方向にて隣り合う２つのセルは、前記２つのセルの間に位置する前記隔壁の一辺が共有され、前記隔壁の一辺上に形成される前記反射体は、前記隔壁側を底辺とする縦断面が三角形状に形成され、前記２つのセルの間に入射された光を、前記２つのセルの各々の前記光吸収体に向けて反射させることができる。こうすると、２セルで一つの隔壁を共用することでセル集積度を上げることができる。

本発明のさらに他の態様に係る電子機器は、上述した焦電型検出器または焦電型検出装置を有し、１セル分または複数セルの焦電型検出器をセンサーとして用いることで、光（温度）分布画像を出力するサーモグラフィー、車載用ナイトビジョンまたは監視カメラの他、物体の物理情報の解析（測定）を行う物体の解析機器（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）機器などに最適である。

本発明の一実施形態に係る焦電型赤外線検出装置の断面図である。 図１に示す焦電型赤外線検出装置の平面図である。 焦電型検出器の具体的構造を示す断面図であり、第２電極（上部電極）への配線を含む断面を示している。 焦電型検出器の図３とは異なる断面で図あり、反射体を含む断面を示している。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、図３に示す赤外線検出器の製造工程の前半部を示す概略断面図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、図１に示す赤外線検出器の製造工程の後半部を示す概略断面図である。 図４に示す反射体の第１製造工程を示す断面図である。 図４に示す反射体の第２製造工程を示す断面図である。 図４に示す反射体の第３製造工程を示す断面図である。 図４に示す反射体の第４製造工程を示す断面図である。 焦電型検出器または焦電型検出装置を含む電子機器のブロック図である。 図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は焦電型検出器を二次元配置した焦電型検出装置の構成例を示す図である。

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。

１．赤外線検出器の概要
図１は本実施形態に係る焦電型赤外線検出装置の断面図であり、図１には一軸方向にて隣り合う２セル分の赤外線検出器１０が模式的に示されている。図１において、２セル分の赤外線検出器１０の各々は、基部である支持部１００を共通に有する。基部（支持部）１００には、空洞部１０２上に掛け渡される支持部材２１０を支持するポスト（広義には支持部の一部）１０４が突出形成されている。２セル分の赤外線検出器１０の各々は、支持部材２１０上に、キャパシター２３０（図３参照）を含む焦電型赤外線検出素子２２０を搭載している。

２セル分の赤外線検出器１０の各々は、焦電型赤外線検出素子２２０の頂部を覆い、かつ、焦電型赤外線検出素子２２０の頂部より外側に張り出して平板状に形成され、平面視にてキャパシター２３０の面積よりも広い面積を有する赤外線吸収体（広義には光吸収体）２７０が設けられている。なお、図１では、光吸収体２７０は接合柱部２７２を介して焦電型赤外線検出素子２２０の頂部に連結されている。ただし、接合柱部２７２に代えて、赤外線吸収体２７０を焦電型赤外線検出素子２２０の頂部に直接固定することができる（図３参照）。

２セル分の焦電型赤外線検出素子２２０の周囲には、入射された光を赤外線吸収体２７０に向けて反射させる反射体１６０が設けられている。反射体１６０は、ポスト１０４側を底辺とする縦断面が三角形状に形成されている。

図１に示すように、赤外線吸収体２７０に直接入射されず、セル間に入射される赤外線を、反射体１６０に入射させることができる。この入射赤外線は反射体１６０にて反射されて、赤外線吸収体２７０の裏面側に導かれて赤外線吸収体２７０に吸収される。よって、赤外線吸収体２７の表面側から入射される赤外線に加えて、赤外線吸収体２７０の裏面側から入射される赤外線が増量されるので、信号成分が大きくなって検出精度が向上する。

しかも、縦断面が三角形状の反射体１６０は、セル間を越えて光を誤誘導することがないので、セル間でのクロストークは防止される。

図２は、図１の焦電型赤外線検出装置の平面図であり、右側のセルは赤外線吸収体２７０を取り除いた状態で描かれている。図２において、１セル分の焦電型赤外線検出器２００が占める領域は、例えば一辺が数十μｍの矩形である。また、１セル分の焦電型赤外線検出素子２２０が占める領域は、例えば一辺の長さが１０μｍ程度の矩形である。

図１に示すポスト１０４は、図２に示す平面視にて２つのセルの各周囲にて連続する、平面視で矩形リング状の隔壁として形成されている。

図２の左側のセルに示すように、焦電型赤外線検出素子２２０を支持する支持部材２１０は、焦電型赤外線検出素子２２０を搭載する搭載部２１０Ａと、搭載部２１０Ａをポスト１０４に連結する例えば２本のアーム２１０Ｂとを有する。平面視にて支持部材２１０と隔壁状のポスト１０４との間には、図１に示す空洞部に連通する開口部１０２Ａが形成される。

焦電型赤外線検出素子２２０は後述するキャパシター２３０（図３参照）を含み、第１電極（下部電極）２３４と第２電極（上部電極）２３６との間に焦電材料２３４を有する。このため、図２に示すように、第１電極（下部電極）２３４に接続される配線層２２２と、第２電極（上部電極）２３６に接続される配線層２２４とが、焦電型赤外線検出素子２２０に設けられている。配線層２２２，２２４は共に、ポスト１０４に形成したプラグ１０６を介して、基部１００に内蔵される駆動回路に接続される。

従って、隔壁状のポスト１０４は、図２に示すように、例えばプラグ１０６が形成される領域を除いて、上述した反射体１６０を設置することができる。なお、プラグ１０６が形成される領域の上に反射体１６０を形成することは可能であり、それにより１セルの焦電型赤外線検出器２００の全周に反射体１６０を配置することができる。あるいは、プラグ１０６が形成されるポストとは別個に、焦電型赤外線検出器２００の全周に反射体１６０を配置するポストを設けても良い。

図２では、隔壁状のポスト１０４は平面視で矩形リング状に形成され、一軸方向で隣り合う２つのセルは、２つのセルの間に位置する隔壁状のポスト１０４の一辺が共有されている。この場合、図２に示すように、共有されるポスト１０４の一辺には、その一辺を挟んで隣り合う２つのセルに接続される配線２２２，２２４のための２つのプラグ１０６が
形成される。これにより、隣り合う２つのセル間に各セル専用の２つのポスト１０４を配置する必要がないので、セル集積密度を高めることができる。なお、複数のセルを二軸例えば直交二軸方向に沿って二次元配置することができる。その場合には、二軸方向でそれぞれ隣り合う各２つのセルは、各２つのセルの間に位置する隔壁状のポスト１０４の一辺を共有することができる。

２．赤外線検出器の具体的構造
図３は、図１及び図２に示す焦電型赤外線検出器２００の断面図であり、配線層２２２，２２４を含む位置での断面を示している。図４は、図３とは異なる位置での焦電型赤外線検出器２００の断面図であり、反射体１６０を含む位置での断面を示している。なお、製造工程途中の焦電型赤外線検出器２００では、図３及び図４の空洞部１０２が第１犠牲層１５０（図５（Ａ）参照）により埋め込まれている。この第１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。

図３及び図４に示すように、基部（支持部）１００は、基板例えばシリコン基板１１０と、シリコン基板１１０上の絶縁膜（例えばＳｉＯ_２）にて形成されるスペーサー層１２０とを含んでいる。図１及び図２のポスト（支持部）１０４は、スペーサー層１２０をエッチングすることで形成され、例えばＳｉＯ_２にて形成されている。ポスト（支持部）１０４には、第１，第２電極配線層２２２，２２４に接続されるプラグ１０６（図２参照）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のうちの第１犠牲層１５０（図６（Ｂ）等参照）を等方性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。また、図２に示す開口部１０２ａＡからエッチャントを供給して第１犠牲層１５０（図６（Ｂ）等参照）を等方性エッチングする。このエッチングのために、図３に示すように、空洞部１０２の露出面にはエッチングストップ膜１３０，１４０が残存している。

支持部材２１０の第１面２１１Ａ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、例えば複数層で形成される支持部材２１０の第１層部材（例えば絶縁層であるＳｉＯ_２）との密着性を高める密着層を含むことができる。支持部材２１０の第２面２１１Ｂは空洞部１０２に面している。

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第１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。

第１還元ガスバリア層２４０は、キャパシター２３０に接する第１バリア層と、第１バリア層に積層される第２バリア層とを含むことができる。第１バリア層は、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３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水素バリア層は、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３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層バリア層によりキャパシター２３０は還元ガスから隔離される。

ここで、第１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バリア層の膜厚は薄くでき、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３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バリア層は第２バリア層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。

第１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の周囲に設けた第１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。なお、第１還元ガスバリア層２４０及び層間絶縁膜２５０は、キャパシター２３０を保護する保護膜と呼ぶことができる。あるいは、層間絶縁膜２５０がキャパシター２３０を保護する保護膜と称される場合には、保護膜２５０とキャパシター２３０との間に第１還元ガスバリア層２４０を介在配置することができる。

図３に示すように、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、第１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。

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、その下層の第１還元ガスバリア層２４０の第２バリア層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、第１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。

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。

なお、キャパシター２３０の天面の第１還元ガスバリア層２４０は、層間絶縁膜２５０の形成時には第２コンタクトホール２５４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、第１還元ガスバリア層２４０に第２コンタクトホール２５４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、第２プラグ２２８はバリアメタル層を含むことができる。バリアメタル層は、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。

図３及び図４に示すように、層間絶縁膜２５０及び第１，第２電極配線層２２２，２２４を覆って、第２還元ガスバリア層２６０を設けることができる。この第２還元ガスバリア層２６０は、赤外線吸収体２７０を製造する過程で、アンダーカット状の赤外線吸収膜２７０の下層に埋め込まれていた第２犠牲層２８０（図６（Ｂ）等参照）を等方性エッチングする時のエッチングストップ膜としても機能する。第２還元ガスバリア層２６０は、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３を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。

第２還元ガスバリア層２６０は、図６（Ｂ）等に示す第２犠牲層２８０をフッ酸等により還元雰囲気で等方性エッチングしたとき、第１還元ガスバリア層２４０と共に、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。

図３及び図４に示すように、焦電型検出素子２２０よりも、赤外線入射方向の上流側に赤外線吸収体（広義には集熱体）２７０が配置されている。赤外線吸収体２７０は、吸収した赤外線量に応じて発熱する材料にて形成され、例えばＳｉＯ_２またはＳｉＮにて形成される。赤外線を吸収することで集熱される熱が、赤外線吸収体２７０より焦電体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。

赤外線吸収体２７０は、赤外線検出素子２２０の頂部に位置する第２電極（上部電極）２３６と連結されて、赤外線検出素子２２０の頂部を覆い、かつ、赤外線検出素子２２０の頂部より外側に張り出して平板状に形成され、平面視にてキャパシター２３０の面積（本実施形態では最大面積を有する第１電極２３２の面積）よりも広い面積を有する。赤外線吸収体２７０は、図２に示すように１セルの赤外線検出器２００が一軸に沿って配置される時には、１セル領域の占有面積を超えない範囲で、各セル間で赤外線吸収体２７０の面積を実質的に等しく設定される。

本実施形態では、赤外線吸収体２７０は、第２プラグ２２８及び配線層２２４Ａを介して第２電極（上部電極）２３６に連結されている。なお、図３及び図４では、赤外線吸収体２７０の下面には、後述する第２犠牲層２８０（図６（Ｂ）等参照）を等方性エッチングする時に必要なエッチングストップ膜（例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３膜）２９０が残存している。この場合、赤外線吸収体２７０と配線層２２４Ａとの間にもエッチングストップ膜２９０が介在する。ただし、赤外線吸収体２７０の材料が第２犠牲層２８０をエッチングするエッチャントに対して選択比が小さければ、エッチングストップ膜２９０は不要となる。なお、エッチングストップ膜２９０は導電性の高い金属膜とすることができる。さらに、金属膜２９０を所定の厚さに形成すれば、金属膜２９０は赤外線吸収体２７０の支持層として機能し、赤外線吸収膜２７０の剛性を高めることができる他、赤外線反射膜として機能させることもできる。なお、図４では、支持部材２１０をパターンエッチングした後に形成される開口１０２Ａに臨む面にエッチングストップ膜（例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３膜）２９２が形成されている。

ここで、一般に、第２プラグ２２８が配線層２２４と第２電極との電気的コンタクトのみに用いられるときには、第２コンタクトホール２５４は比較的小径に形成される。しかし、本実施形態では、第２プラグ２２８は導電性と共に伝熱性が最重要視される。このため、第２プラグ２２８は伝熱性を有する必要がある。そこで、第２プラグ２２８は、平面視にて、第２電極２３６の面積中の５０％以上、好ましくは６０％、さらに好ましくは８０％以上の領域とコンタクトされる。こうして、第２プラグ２２８は導電性と共に伝熱性が確保される。

また、図４に示すように、ポスト１０４上には反射体１６０が形成されている。この反射体１６０は、例えば縦断面が三角形状のコア部材１６２と、コア部材の表面に形成される反射膜１６２とを含むことができる。よって、図１に示すように、赤外線吸収体２７０に直接入射されない赤外線を反射させて、赤外線吸収体２７０の裏面側から入射させることができる。

本実施形態の赤外線検出器２００によれば、焦電型赤外線検出素子２２０よりも赤外線入射方向にて上流側に、平面視でのキャパシター２３０の面積よりも広い面積の赤外線吸収体２７０を有し、しかもその周囲には反射体１６０を有するので、各セルの焦電型赤外線検出器２００にて効率よく入射赤外線を熱に変換できる。しかも、赤外線吸収体２７０は焦電型赤外線検出素子２２０の頂部にて支持されるので、図１や特許文献４に示す接合柱２７２は不要となり、支持が安定する上に、伝熱面積も拡大する。

赤外線吸収体２７０は、伝熱性を有する第２プラグ２２８を介してキャパシター２３０の第２電極（上部電極）２３６に連結されているので、赤外線を吸収することで集熱された熱を、赤外線吸収体（広義には集熱体）２７０から伝熱性の第２プラグ２２８を介して効率よくキャパシター２３０に伝熱することができる。こうして、赤外線検出に基づく信号強度を高めて、赤外線検出精度を向上することができる。

また、赤外線吸収体２７０の厚さは、入射赤外線の波長λに対して（２ｍ＋１）λ／４（ｍ＝０，１，２，…）に設定することができる。こうすると、赤外線吸収体２７０で吸収されなかった赤外線は、配線層２２４Ａまたは金属の支持層２９０を下部反射層とし、赤外線吸収体２７０の最上面（界面）を上部反射層とする光学的共振構造にて共振される。それにより、赤外線吸収体２７０での赤外線吸収効率を高めることができる。

３．赤外線検出器の製造方法
次に、赤外線検出器２００の製造方法について、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）及び図７〜図１０を参照して説明する。

３．１．赤外線吸収体を含む焦電型赤外線検出器の製造方法
先ず、赤外線吸収体２７０を含む焦電型赤外線検出器２００の製造方法について、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）及び図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照して説明する。図５（Ａ）に示すように、図１の完成品では空洞部１０２となる領域に第１犠牲層１５０が埋め込まれ、第１犠牲層１５０上にエッチングストップ膜１４０が形成される。支持部材２１０及び赤外線検出素子２２０は、第１犠牲層１５０及びその上のエッチングストップ膜１４０上に形成される。なお、この状態では支持部材２１０はパターニングされてなく、全面に形成されている。

図５（Ａ）では、エッチングストップ膜１４０上に、支持部材２１０、キャパシター２３０、第１還元ガスバリア層２４０、層間絶縁膜２５０、第１，第２コンタクトホール２５２，２５４、第１，第２プラグ２２６，２２８、配線層２２２，２２４が形成された状態を示している。

次に、図５（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）の状態にて支持部材２１０上にて露出している全面を覆って、エッチングストップ膜（例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３膜）としても機能する第２還元ガスバリア層２６０を例えば原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法により形成する。なお、後述する反射体１６０の製造工程は、例えば図５（Ｂ）の工程に続いて実施される。ここでは、反射体１６０の製造工程後に実施される赤外線吸収体２７０の製造工程を引き続き説明する。

図５（Ｃ）に示すように、第２還元ガスバリア層２６０を覆って、第２犠牲層（例えばＳｉＯ_２）２８０を、例えばＣＶＤ法等によって全面に形成する。このとき、第２犠牲層２８０は下地層の凹凸に沿って形成される。

次に、図６（Ａ）に示すように、第２犠牲層２８０を例えばＣＭＰ等により平坦化して、第２犠牲層２８０と頂部の配線層２２４Ａとが面一とされる。これによって、赤外線吸収体２７０を形成するための平面が形成される。図６（Ａ）では、第２プラグ２２８及び配線層２２４Ａ上の第２還元ガスバリア層２６０の一部もエッチングされて、頂面に配線層２２４Ａが露出される。

次に、図６（Ｂ）に示すように、全面にエッチングストップ膜（例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３膜または金属膜）２９０を例えば原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法にて形成し、その上に赤外線吸収体（例えばＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ膜）２７０をＣＶＤ等により形成する。その後、エッチングストップ膜２９０及び赤外線吸収体２７０をフォトリソグラフィ法によりパターニングする。これにより、各セルにて、平面視でキャパシター２３０の面積よりも広い面積を有する赤外線吸収体２７０がパターニング形成される。

その後、図６（Ｃ）に示すように、第２犠牲層２８０が例えばフッ酸等を用いた等方性エッチングにより除去される。このとき、赤外線吸収体２７０はエッチングストップ膜２９０により保護され、赤外線検出素子２２０もエッチングストップ膜（第２還元ガスバリア層）２６０により保護される。なお、赤外線吸収体２７０の側面にもエッチングストップ膜を形成しておくことが好ましい。これにより、赤外線吸収体２７０の下面は、赤外線検出素子２２０の頂部と接する面を除いて非接触面となり、アンダーカット形状となって熱分離される。このように、赤外線吸収体２７０は、赤外線検出素子２２０の頂部と接する面を除いて非接触面を有するので、集熱された熱は固体熱伝導によりキャパシター２３０へ伝熱される。

以降は、支持部材２１０をパターニングし、それにより形成された開口部１０２Ａ（図２参照）を用いて、支持部材２１０の下層の第１犠牲層１５０をフッ酸等による等方性エッチングによって除去することで、図１に示す赤外線検出器２００が完成する。

３．２．反射体の製造方法
反射体の製造方法の一例について、図７〜図１０を参照して説明する。図７〜図１０に示す反射体１６０の製造方法は、例えば図５（Ｂ）〜図５（Ｃ）の間に実施される。図７に示すように、第１，第２還元ガスバリア層（エッチングストップ膜）２４０，２６０で覆われている全面に、第３犠牲層３００を形成して平坦化する。さらに、第３犠牲層３００上に、トレンチエッチング用のマスク３０２を形成する。

図８は、図７に示すマスク３０２を用いて第３犠牲層３００をエッチングした時に形成される縦断面が三角形状のコア部材１６２を示している。マスク３０２に形成されたリング状の孔３０４は、エッチングの進行と共にエッジが後退するので、マスク孔３０４の形状とエッチングレートとの関係で、三角形状のコア部材１６２を形成することができる。

次に、図９に示すように、第３犠牲層３００及び反射体１６０上に金属膜（反射膜）３１０を例えばスパッタにより形成し、金属膜３１０をパターニングすることで、コア部材１６２上に反射膜１６４が形成される反射体１６０が完成する。

４．電子機器
図１１に本実施形態の焦電型検出器または焦電型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（焦電型検出装置）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１１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。

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。

センサーデバイス４１０は、上述した本実施形態の焦電型検出器２００Ａ（２００Ｂ，２００Ｃ）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。

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。

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。

このように、１セル分の焦電型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セル分の焦電型検出器を二軸方向例えば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。

もちろん、１セル分または複数セルの焦電型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。

図１２（Ａ）に図１１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。

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１２（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。

図１２（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１２（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１２（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。

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。

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。

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。

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。

本発明は、種々の焦電型検出器（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。

１００ 基部（支持部）、１０２ 空洞部、１０４ 支持部（ポスト）、１３０，１４０ エッチングストップ膜、１５０ 第１犠牲層、１６０ 反射体、１６２ コア部材、１６４ 反射膜、２００ 焦電型検出器、２１０ 支持部材、２１１Ａ 第１面、２１１Ｂ 第２面、２２０ 赤外線検出素子（焦電型検出素子）、２２２，２２４ 第１，第２電極配線層、２２６，２２８ 第１，第２プラグ、２３０ キャパシター、２３２ 焦電体、２３４ 第１電極、２３６ 第２電極、２４０ 第１還元ガスバリア層、２５０ 層間絶縁膜、２６０ 第２還元ガスバリア層、２７０ 赤外線吸収体、２８０ 第２犠牲層、２９０ エッチングストップ膜（支持層、反射膜）、２９２ エッチングストップ膜、３００ 第３犠牲層、３０２ マスク、３０４ マスク孔、３１０ 反射膜（金属層）

Claims (7)

1. 第１電極と、第２電極と、前記第１，第２電極間に配置された焦電材料とから成り、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターを含む焦電型検出素子と、
   前記焦電型検出素子の頂部を覆い、かつ、前記焦電型検出素子の頂部より外側に張り出して平板状に形成され、平面視にて前記キャパシターの面積よりも広い面積を有する光吸収体と、
   第１面と、前記第１面に対向する第２面とを含み、前記第２面が空洞部に臨んで配置され、前記第１面が前記第１電極と接して前記焦電型検出素子を搭載する支持部材と、
   前記支持部材の前記第２面の一部を支持する支持部と、
   前記焦電型検出素子の周囲に配置され、入射された光を前記光吸収体に向けて反射させる反射体と、
   を有することを特徴とする焦電型検出器。
2. 請求項１において、
   前記支持部材は、前記焦電型検出素子が搭載される搭載部と、前記搭載部と前記支持部とを連結するアーム部と、を含み、
   前記支持部は、前記搭載部の周囲に配置される隔壁部を含み、
   前記反射体は、前記隔壁部上に配置されることを特徴とする焦電型検出器。
3. 請求項１または２において、
   前記反射体は、斜面を有するコア部材と、前記コア部材に被覆される反射層と、を含むことを特徴とする焦電型検出器。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の焦電型検出器を１セルとし、複数セルが少なくとも一軸方向に沿って配置されることを特徴とする焦電型検出装置。
5. 請求項２に記載の焦電型検出器を１セルとし、複数セルが少なくとも一軸方向に沿って配置される焦電型検出装置であって、
   前記隔壁部は平面視で矩形リング状に形成され、前記少なくとも一軸方向にて隣り合う２つのセルは、前記２つのセルの間に位置する前記隔壁の一辺が共有され、
   前記隔壁の一辺上に形成される前記反射体は、前記隔壁側を底辺とする縦断面が三角形状に形成され、前記２つのセルの間に入射された光を、前記２つのセルの各々の前記光吸収体に向けて反射させることを特徴とする焦電型検出装置。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の焦電型検出器を有することを特徴とする電子機器。
7. 請求項４または５に記載の焦電型検出装置を有することを特徴とする電子機器。

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