JP2012037407A - 焦電型検出器、焦電型検出装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 焦電型検出素子の焦電体での焦電効果を高めて、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２００Ａ〜２００Ｃは、第１電極２３４と、第２電極２３６と、それら電極間に配置された焦電体２３２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２３０を含む焦電型検出素子２２０Ａ〜２２０Ｃを有する。焦電型検出素子を搭載する支持部材２１０は、第１面２１１Ａと、第１面に対向する第２面２１１Ｂとを含み、第２面が空洞部１０２に臨んで配置され、第１面が第１電極２３４と接する。支持部１１０は、支持部材の第２面の一部を支持する。焦電型検出素子が光吸収体（２３２，２３６または２９０）を含み、光の入射経路Ａ，Ｃにて光吸収体よりも上流側に配置される導電部材（２２４，２２８または２３４または２３６）が、光を透過する光透過性導電材料にて形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、焦電型検出器、焦電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。

本発明の幾つかの態様では、焦電型検出素子の焦電体での焦電効果を高めて、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。

（１）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体とから成り、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、
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、
を有し、
前記焦電型検出素子が光吸収体を含み、
光の入射経路にて前記光吸収体よりも上流側に配置される導電部材が、前記光を透過する光透過性導電材料にて形成されていることを特徴とする。

本発明の一態様では、赤光入射方向にて光吸収体よりも上流側に配置され、絶縁部材よりも光透過特性が悪い導電部材を光透過性とすることで、光吸収体への光入射効率を高めることができる。しかも、電極または配線として利用される導電部材の導電性も確保できる。こうして、キャパシターの焦電体への伝熱効率が高なるので、キャパシター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光を検出する時の検出効率を高めることができる。

（２）本発明の一態様では、前記焦電型検出素子の前記第２電極側から前記光が入射され、前記第２電極が前記光吸収体を含み、前記第２電極に接続される配線層を前記光透過性導電材料にて形成することができる。

こうすると、キャパシターの焦電体に接する第２電極が光吸収体となり、その光吸収体に効率よく光を導くことができ、焦電体への伝熱効率がさらに高まる。

（３）本発明の一態様では、前記焦電型検出素子の前記第２電極側から前記光が入射され、前記焦電体が前記光吸収体を含み、前記第２電極と、前記第２電極に接続される配線層とを、前記光透過性導電材料にて形成することができる。

こうすると、キャパシターの焦電体が光吸収体となり、その光吸収体に効率よく光を導くことができ、焦電体への伝熱効率がさらに高まる。

（４）本発明の一態様では、前記空洞部を規定する前記支持部の底面には反射膜が形成され、前記反射膜で反射された光が前記空洞部を介して前記第１電極側から入射され、前記第１電極は、前記第２電極よりも広い面積を有し、前記光吸収体が、前記キャパシターを覆って設けられ、前記第２電極を前記光透過性導電材料にて形成することができる。

こうすると、キャパシターを覆う広い範囲に光吸収体を配置して光吸収面積が拡大されることに加え、その光吸収体及び第１電極を透過した光を、反射膜により反射して再度光吸収体に導くことができる。

（５）本発明の一態様では、（３）の構造に加えて、前記空洞部を規定する前記支持部の底面には反射膜が形成され、前記反射膜で反射された光が前記空洞部を介して前記第２電極側からも入射され、前記焦電体が前記光吸収体を含み、前記第２電極を、前記光透過性導電材料にて形成することができる。

こうすると、焦電体にて吸収されずに透過した光を、反射膜により反射して再度、光吸収体である焦電体に導くことができる。

（６）本発明の一態様ではす、前記光透過性導電材料は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を含むことができる。ＩＴＯは透明電極の代表例であり、電極としての使用実績があり信頼性が高い。

（７）本発明の一態様では、前記光透過性導電材料は、前記ＩＴＯの下層にモリブデン系合金をさらに含むことができる。Ｍｏ系合金は光透過性があり、しかもＩＴＯと併用することで導電性を高めることできる。

（８）本発明の一態様では、（２）または（４）において、前記光吸収体は第１のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）にて形成され、前記光透過性導電材料は、第２のＩＴＯにて形成され、前記第１のＩＴＯは前記第２のＩＴＯよりも光吸収率が高く、前記第２のＩＴＯは前記第１のＩＴＯよりも電気抵抗値を低くすることができる。

このように、光吸収率が低くても良い光透過性導電部材（第２のＩＴＯ）は電気抵抗値も低くなり、配線としての機能を担保できる。一方、光吸収体（第１のＩＴＯ）として機能させるためには、電気抵抗値は高くても電極としての機能を有すれば良い。

（９）本発明の一態様では、（８）において、前記光吸収体は、前記第１のＩＴＯの下層にモリブデン系合金をさらに含み、前記光透過性導電材料は、前記第２のＩＴＯの下層にモリブデン系合金をさらに含むことができる。

こうすると、光透過性導電部材を透過した光であって、光吸収体で吸収されなかった光は、光吸収体のＭｏ系合金にて反射され、さらに光透過性導電部材のＭｏ系合金にてさらに反射されて、光吸収体に繰り返し入射される。こうして光吸収効率が高められる。

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が二軸方向に沿って二次元配置して構成される。この焦電型検出装置は、各セルの焦電型検出器にて検出感度が高められるので、明瞭な光（温度）分布画像を提供できる。

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。

本発明の第１実施形態に係る焦電型赤外線検出装置の１セル分の焦電型検出器の概略断面図及び概略平面図である。 本発明の実施形態に係る焦電型赤外線検出装置の概略平面図である。 本発明の第１実施形態での光の入射経路を示す概略断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例での光の入射経路を示す概略断面図である。 本発明の第１実施形態での光透過性導電部材と光吸収体との関係の一例を示す模式図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、ＩＴＯ膜の特性図である。 本発明の第１実施形態での光透過性導電部材と光吸収体との関係の他の例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態での光透過性導電部材と光吸収体との関係のさらに他の例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る検出器の製造途中の工程を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態での光の入射経路を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態での光の入射経路を示す概略断面図である。 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１３（Ａ）、図１３（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．第１実施形態
１．１．焦電型赤外線検出装置
図１に示す支持部材２１０及びそれに搭載される焦電型検出素子２２０Ａ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２００Ａが、二軸方向例えば直交二軸方向に配列された焦電型赤外線検出装置（広義には焦電型検出装置）を、図２に示す。なお、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（支持部）１０４に支持された１セル分の焦電型赤外線検出器２００Ａ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２００Ａが占める領域（図２中で破線で区画される領域）は、例えば一辺が数十μｍの矩形である。

図２に示すように、焦電型赤外線検出器２００Ａは、２本のポスト（支持部）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（広義には焦電型検出素子）２２０Ａと、を含んでいる。１セル分の焦電型赤外線検出素子２２０Ａ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。

１セル分の焦電型赤外線検出器２００Ａ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２００Ａの下方には空洞部１０２（図１参照）が形成され、平面視で焦電型赤外線検出器２００Ａ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２００Ａは、基部１００や他のセルの焦電型赤外線検出器２００Ａから熱的に分離されている。

支持部材２１０は、赤外線検出素子２２０Ａ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、図２では簡略化して図示されているが、赤外線検出素子２２０Ａを熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成することができる。

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２２０Ａ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２電極配線層２２４は、第２電極（上部電極）２３６上に形成される配線層２２４Ａと、それに接続される配線層２２４Ｂを含む。第１，第２電極配線層２２２，２２４の各々は、搭載部２１０Ａからアーム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２２０Ａを熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成することができる。

１．２．焦電型赤外線検出器
図１は、図２に示す焦電型赤外線検出器２００Ａの断面図及び平面図である。なお、製造工程途中の焦電型赤外線検出器２００Ａでは、図１の空洞部１０２が犠牲層１５０（図９参照）により埋め込まれている。図９に示す犠牲層１５０は、支持部材２１０及び焦電型赤外線検出素子２２０Ａ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２２０Ａ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１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１０２Ａからエッチャントを供給して犠牲層１５０（図９参照）を等方性エッチングする。このエッチングのために、図１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層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２２０Ａ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。

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。

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２８０を設けることができる。この第２還元ガスバリア層２８０は、犠牲層１５０（図９参照）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、かつ、その時のエッチャントである例えばフッ素等に起因する還元ガスから赤外線検出素子２２０Ａを保護する。第２還元ガスバリア層２８０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。

１．３．赤外線吸収体と光透過性導電部材
本実施形態では、赤外線検出素子２００Ａ、例えばキャパシター２３０が赤外線吸収体（広義には光吸収体）を含む。さらに、光の入射経路にて赤外線吸収体よりも上流側に配置される導電部材を、光を透過する光透過性導電材料にて形成している。

つまり、キャパシター２３０に配置した赤外線吸収体に入射される光を妨げる上流側の導電部材を光透過性とし、赤外線吸収体への光入射効率を高めている。しかも、赤外線吸収体はキャパシター２３０内に配置されるので、キャパシター２３０中の焦電体２３２への伝熱効率が高なる。こうして、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する時の検出効率を高めることができる。

本実施形態では、図３に示すように、赤外線検出素子２２０Ａの第２電極２３６側から入射経路Ａに沿って赤外線が入射される。そして、例えば第２電極２３６が赤外線吸収体を含んでいる。この場合、第２電極２３６よりも入射経路Ａの上流側に配置される配線層が赤外線透過性導電材料にて形成される。具体的には第２プラグ２２８及び配線層２２４が赤外線透過性導電材料にて形成される。

第２プラグ２２８及び配線層２２４は一般には金属で形成されるが、金属は絶縁膜である第２還元ガスバリア層２８０よりも赤外線に対する反射率が高い。よって、配線層を金属材料とすると赤外線吸収体である第２電極２３６へ向う赤外線の多くを反射してしまうが、本実施形態では赤外線吸収体である第２電極２３６への赤外線入射量を多く確保できる。

一般に、第２プラグ２２８が配線層２２４と第２電極２３６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は図４に示すように比較的小径に形成される。本実施形態は図４の構造にも適用できるが、図３のように比較的広い面積の第２プラグ２２８及びその第２プラグ２２８を覆う比較的広い面積の配線層２２４Ａを形成する場合にも適用できる。第２プラグ２２８及び配線層２２４が赤外線透過性導電材料にて形成されるからであり、赤外線の通過を妨げることが抑制できるかららである。

ここで、赤外線吸収体である第２電極２３６と、赤外線透過性導電材料である第２プラグ２２８及び配線層２２４とは、それぞれ特性の異なるＩＴＯ(Indium Tin Oxide）で形成することができる。ＩＴＯは透明電極の代表例である。一般に、物質の透明性（光の透過性）を阻害するのは吸収と反射であるから、透明性を向上するためには吸収と反射を減少させる必要がある。逆に透明性を劣化させて、光吸収性を向上させることができる。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、赤外線吸収体である第２電極２３６は、赤外線に対する透明性を劣化させて、赤外線吸収性を向上させた第１のＩＴＯにて形成している。赤外線透過性導電材料である第２プラグ２２８及び配線層２２４は、透明性を向上するためには吸収と反射を減少させた第２のＩＴＯにて形成している。第２のＩＴＯにより形成される配線層２２４Ａや第２プラグ２２８のための膜は、例えば１００ｎｍ程度の膜厚にて形成することで、赤外線透過性導電部材として利用することができる。赤外線吸収体としての第１のＩＴＯ膜は、第２のＩＴＯ膜よりも厚く形成することができる。

例えば酸素雰囲気でＩＴＯ膜を反応性蒸着させる時のＲＦパワー、圧力、Ｏ₂ガスの成膜パラメータを選定することで、ＩＴＯ膜の透過率を調整することができる。事実、キャリア密度の異なる２種類のＩＴＯ膜は、透過スペクトル強度が異なることが知られている。よって、赤外線吸収体である第２電極２３６と、赤外線透過性導電材料である第２プラグ２２８及び配線層２２４とは、それぞれ特性の異なるＩＴＯ膜にて形成することができる。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、ＩＴＯ膜の特性図である。図６（Ｂ）（Ｃ）に示すように、特性の異なるＩＴＯ膜は、例えば酸素（Ｏ_２）含有量（％）を異ならせることで得られる。図６（Ｂ）に示すように、波長４００〜８００ｎｍの入射光に対するＩＴＯ膜の平均透過率は、ＩＴＯ膜の酸素（Ｏ_２）含有量（％）の最適量でピークとなる。よって、ＩＴＯ膜の光透過率を上げるためには、例えば、酸素添加量を最適値に近づければよい。逆に、ＩＴＯ膜の光透過率を下げるためには、例えば、酸素添加量を最適量から少なく、もしくは多く添加すればよい。

図６（Ｃ）に示すように、ＩＴＯ膜の比抵抗（Μωｃｍ）は、ＩＴＯ膜の酸素（Ｏ_２）含有量（％）の最適量で最小値となる。よって、上記と同様に酸素（Ｏ_２）含有量（％）の最適量に対して酸素含有量を調整することで、ＩＴＯ膜の比抵抗を調整できる。

図６（Ａ）に示すように、ＩＴＯ膜の光透過率は、ＩＴＯ膜の比抵抗（または電気抵抗値）とも相関がある。図６（Ａ）に示すように、波長４００〜８００ｎｍの入射光に対するＩＴＯ膜の光透過率が低いと、比抵抗が大きくなる。

このことは、本実施形態にとって有利に作用する。つまり、赤外線吸収率が低い第２プラグ２２８及び配線層２２４は、電気抵抗値も低くなり、第２電極２３６の配線としての機能を担保できるからである。一方、第２電極２３６は赤外線吸収体として機能させるために、電気抵抗値は高くても電極としての機能を有すれば良いからである。

１．４．赤外線吸収体及び赤外線透過性導電部材の二層構造
図７は、赤外線吸収体である第２電極２３６と、赤外線透過性導電部材である配線層２４４Ａとを、それぞれ二層構造とした例を示している。第２電極２３６は、下層の第１層部材２３６−１と上層の第２層部材２３６−２にて形成されている。配線層２２４Ａは、下層の第１層部材２２４Ａ−１と上層の第２層部材２２４Ａ−２にて形成されている。

第２電極２３６の第２層部材２３６−２は上述した第１のＩＴＯにより例えば膜厚１００ｎｍにて形成でき、配線層２２４Ａの第２層部材２２４Ａ−２は上述した第２のＩＴＯにより例えば膜厚１００ｎｍにて形成できる。

一方、第２電極２３６の第１層部材２３６−１と、配線層２２４Ａの第１層部材２２４Ａ−１とは、Ｍｏ（モリブデン）系合金にて形成することができる。Ｍｏ系合金として、Ｍｏシリサイド、Ｍｏナイトライド（窒化膜）、Ｍｏオキサイド（酸化膜）を挙げることができる。Ｍｏ系合金は光透過性を確保することができ、光透過性導電部材として利用できる他、ＩＴＯだけでは足りない場合の導電性を増強することができる。配線層２２４Ａの第１層部材２２４Ａ−１は、透明性を考慮してＭｏ系合金を例えば膜厚５０ｎｍにて形成でき、第２電極２３６の第１層部材２３６−２は、透明性が求められないことからＭｏ系合金を例えば膜厚１００ｎｍにてより厚膜に形成できる。

本実施形態では、図７に示すように、Ｍｏ系合金で形成された第２層部材２３６−１，２２４Ａ−１が、光反射膜としても機能させている。図７に示すように、赤外線透過性導電部材である配線層２２４Ａ及び第２プラグ２２８を透過した赤外線であって、第２電極２３６で吸収されなかった赤外線は、第２電極２３６の第１層部材２３６−１（Ｍｏ系合金）にて反射され、さらに配線層２２４の第１層部材２２４Ａ−１（Ｍｏ系合金）にてさらに反射されて、第２電極２３６に繰り返し入射される。こうして、赤外線吸収体を含む第２電極２３６での赤外線吸収効率が高められる。なお、この意味では、第２電極２３６の第１層部材２３６−１は光透過性が求められないためにＭｏ系合金でなくても良く、導電性があってかつ反射機能があれば、例えば金属にて形成しても良い。

この第１実施形態の変形例として、図８に示すように、焦電体２３２が赤外線吸収体を含み、第２電極２３６と、この第２電極２３６に接続される配線層２２４Ａ及び第２プラグ２２８とが、赤外線性導電材料（例えばＩＴＯ）にて形成されてもよい。このようにしても、赤外線の入射経路にて光吸収体（焦電体２３２）よりも上流側に配置される導電部材であるが第２電極２３６、配線層２２４Ａ及び第２プラグ２２８を、赤外線を透過する光透過性導電材料にて形成することができる。

２．第２実施形態
図１０は、本発明の第２実施形態に係る赤外線検出器２００Ｂの断面図である。なお、図１０において、第１実施形態と実質的な同一機能を有する部材については、第１実施形態に示す部材と同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。ただし、図１０では、図５及び図７に示す構造は採用されていない。

図１０に赤外線検出素子２２０Ｂは、層間絶縁膜２５０、配線層２２２，２２４を覆って、例えばＳｉＮまたはＳｉＯ２等にて形成することができる赤外線吸収体２９０を有する。第２還元ガスバリア層２８０は、赤外線吸収体２９０を覆って配置されている。

図に赤外線検出素子２２０Ｂでは、第２電極２３６は赤外線吸収体でなく、ＰｔやＩｒ等の電極材料にて形成される。配線層２２４や第２プラグ２２８も、一般の配線材料である金属にて形成することができる。つまり、赤外線吸収体２９０と焦電体２３２との間の部材は、伝熱機能を有すれば良い。

本実施形態での赤外線透過性導電材料は、第１電極２３４に採用される。つまり、第１電極２３４がＩＴＯにて形成されている・
さらに、空洞部１０２を規定する基体１００の少なくとも凹部底面には、反射膜３００が形成されている。この反射膜３００は赤外線を反射できる材料にて形成され、例えばＴｉやＴｉＮにて形成される。

この第２実施形態では、キャパシター２３０の直上の赤外線入射経路Ａに沿って入射される赤外線は、赤外線吸収体２９０にて吸収される。赤外線吸収体２９０が赤外線を吸収することで得た熱は、配線層２２４Ａ、第２プラグ２２８及び第２電極２３６から成る固体熱伝導路を経由して焦電体２３２に伝熱される。それにより、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。

この第２実施形態では、入射経路Ａ以外の赤外線も検出している。つまり、第１電極２３４は第２電極２３６よりも広い面積を有するので、第２電極２３６に向う赤外線以外は、図１０の入射経路Ｂに沿って入射される。その際、赤外線吸収体２９０を透過した光は、例えばＩＴＯにて形成された第２電極２３６をも透過し、空洞部１０２に至る。空洞部１０２の底面には反射膜３００が配置されているので、入射経路Ｂの光の一部は反射膜３００で入射経路Ｃに向けて反射される。

この入射経路Ｃにおいて、赤外線吸収体２９０よりも上流側に、赤外線透過性導電材料（ＩＴＯまたはＩＴＯ＋Ｍｏ系合金）で形成された第２電極２３６が配置されている。従って、入射経路Ｃに沿った赤外線は、再び赤外線吸収体２９０にて吸収される機会が付与される。

このように、キャパシター２３０を覆う赤外線吸収体２９０は、１セル内の広い範囲に配置されて赤外線を吸収できる。さらに加えて、空洞部１０２まで透過した赤外線を再度赤外線吸収体２９０に導くことができるので、検出できる赤外線量を増大させて、検出精度を向上させることができる。

ここで、入射赤外線の波長λとし、赤外線吸収体２９０から反射膜３００までの距離Ｌを、Ｌ＝（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２９０で吸収されなかった赤外線は、反射膜３００を下部反射膜とし、赤外線吸収体２９０の界面を上部反射膜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２９０での赤外線吸収効率を高めることができる。

３．第３実施形態
図１１、本発明の第２実施形態に係る赤外線検出器２００Ｂの断面図である。なお、図１１において、第１実施形態と実質的な同一機能を有する部材については、第１実施形態に示す部材と同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この第３実施形態では、焦電体２３２を赤外線吸収体とすることができる。この第３実施形態でも、第１実施形態にて説明した図８に示す構造が採用される。つまり、図１１に示すように、入射方向Ａに対して、赤外線吸収体（焦電体２３２）よりも上流側に配置される導電部材である第２電極２３６、配線層２２４Ａ及び第２プラグ２２８を、赤外線を透過する光透過性導電材料（例えばＩＴＯ）にて形成している。こうすると、入射方向Ａの赤外線は焦電体２３２に直接入射され、焦電効果を奏することができる。

第３実施形態では、焦電体２３２にて吸収しされなかった赤外線を、図１１に示す矢印Ｂ方向に沿って空洞部１０２まで導いている。このために、第１電極２３４が第２実施形態と同様に光透過性導電材料（例えばＩＴＯ）にて形成される。

さらに第３実施形態では、第２実施形態と同様に、空洞部１０２の底面には反射膜３００が配置されているので、入射経路Ｂの光の一部は反射膜３００で入射経路Ｃに向けて反射される。

この入射経路Ｃにおいて、赤外線吸収体（焦電体２３２）よりも上流側に、赤外線透過性導電材料（例えばＩＴＯ）で形成された第２電極２３６が配置されている。従って、入射経路Ｃに沿った赤外線は、再び赤外線吸収体（焦電体２３２）にて吸収される機会が付与される。

４．電子機器
図１２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。

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。

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。

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。

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（固定部）、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、２００Ａ〜２００Ｃ 焦電型検出器、２１０ 支持部材、２１１Ａ 第１面、２１１Ｂ 第２面、２２０Ａ〜２２０Ｃ 赤外線検出素子（焦電型検出素子）、２２２ 第１電極配線層、２２４ 第２電極配線層（光透過性導電部材）、２２４Ａ−１ Ｍｏ系合金、２２４Ａ−２ 第２のＩＴＯ、２２６ 第１２プラグ、２２８ 第２プラグ（光透過性導電部材）、２３０ キャパシター、２３２ 焦電体（光吸収体）、２３４ 第１電極（光透過性導電部材）、２３６ 第２電極（光透過性導電部材、光吸収体）、２３６−１ Ｍｏ系合金、２３６−２ 第１のＩＴＯ、２４０ 第１還元ガスバリア層、２５０ 層間絶縁膜、２８０ 第２還元ガスバリア層（エッチングストップ膜）、２９０ 光吸収体、３００ 反射膜

Claims (12)

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体とから成り、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、
   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、
   を有し、
   前記焦電型検出素子が光吸収体を含み、
   光の入射経路にて前記光吸収体よりも上流側に配置される導電部材が、前記光を透過する光透過性導電材料にて形成されていることを特徴とする焦電型検出器。
2. 請求項１において、
   前記焦電型検出素子の前記第２電極側から前記光が入射され、
   前記第２電極が前記光吸収体を含み、
   前記第２電極に接続される配線層が前記光透過性導電材料にて形成されていることを特徴とする焦電型検出器。
3. 請求項１において、
   前記焦電型検出素子の前記第２電極側から前記光が入射され、
   前記焦電体が前記光吸収体を含み、
   前記第２電極と、前記第２電極に接続される配線層とが、前記光透過性導電材料にて形成されていることを特徴とする焦電型検出器。
4. 請求項１において、
   前記空洞部を規定する前記支持部の底面には反射膜が形成され、
   前記反射膜で反射された光が前記空洞部を介して前記第１電極側から入射され、
   前記第１電極は、前記第２電極よりも広い面積を有し、
   前記光吸収体が、前記キャパシターを覆って設けられ、
   前記第２電極が前記光透過性導電材料にて形成されていることを特徴とする焦電型検出器。
5. 請求項３において、
   前記空洞部を規定する前記支持部の底面には反射膜が形成され、
   前記反射膜で反射された光が前記空洞部を介して前記第１電極側からも入射され、
   前記焦電体が前記光吸収体を含み、
   前記第１電極が、前記光透過性導電材料にて形成されていることを特徴とする焦電型検出器。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記光透過性導電材料は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を含むことを特徴とする焦電型検出器。
7. 請求項６において、
   前記光透過性導電材料は、前記ＩＴＯの下層にモリブデン系合金をさらに含むことを特徴とする焦電型検出器。
8. 請求項２または４において、
   前記光吸収体は第１のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）にて形成され、前記光透過性導電材料は、第２のＩＴＯにて形成され、
   前記第１のＩＴＯは前記第２のＩＴＯよりも光吸収率が高く、前記第２のＩＴＯは前記第１のＩＴＯよりも電気抵抗値が低いことを特徴とする焦電型検出器。
9. 請求項８において、
   前記光吸収体は、前記第１のＩＴＯの下層にモリブデン系合金をさらに含み、
   前記光透過性導電材料は、前記第２のＩＴＯの下層にモリブデン系合金をさらに含むことを特徴とする焦電型検出器。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の焦電型検出器が二軸方向に沿って二次元配置されることを特徴とする焦電型検出装置。
11. 請求項１乃至９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。
12. 請求項１０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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