JP2012173187A - 熱型検出器、熱型検出装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 熱型検出器は、基体100と、基体100より突出するスペーサー部材104と、スペーサー部材104に支持される支持部材210と、支持部材に支持される熱型検出素子220と、基体内に配置されて熱型検出素子と接続される検出回路510,520と、熱型検出素子と検出回路とを接続する配線部と、を有する。配線部は、基体内に配置された少なくとも一層の第1導電層LIA,LIBと、スペーサー部材内に配置された少なくとも一層の第2導電層LIC,LIDと、支持部材に支持された第3導電層214,238と、第1,第2及び第3導電層の隣接層同士を接続する複数のプラグHLA〜HLDとを含む。
【選択図】 図1
Description
図1に示す支持部材210及びそれに搭載される熱型検出素子例えば焦電型検出素子220を1セル分備えた複数セルの焦電型赤外線検出器200が、交差する二つの直線向例えば直交二軸方向に複数配列された焦電型赤外線検出装置(広義には熱型検出装置)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、基体100から複数のポスト104が立設され、例えば2本のポスト(スペーサー部材)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。
図1は、図2に示す焦電型赤外線検出器200の断面図である。なお、製造工程途中の焦電型赤外線検出器200では、図1の空洞部102が犠牲層(図示せず)により埋め込まれている。この犠牲層は、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。
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。
キャパシター230の天面の第1還元ガスバリア層240は、層間絶縁層250の形成時にはホールがなく閉じているので、層間絶縁層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、好ましくは第1還元ガスバリア層240を包囲して第2還元性ガスバリア層260を増設しても良い。この第2還元性ガスバリア層260は、ホール252の形成により第1還元ガスバリア層240が欠如することによるバリア性の劣化を補償するものである。よって、第2還元性ガスバリア層260は少なくともホール252に充填されるプラグ226を覆って形成されれば良いが、還元ガスの回り込みを抑止するためには第1還元ガスバリア層240を覆って形成されるのが良い。
この赤外線吸収体280を含む赤外線検出器200の外表面を覆って、第3還元ガスバリア層290が設けられている。この第3還元ガスバリア層290は、赤外線吸収体280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、例えば第1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、原子層化学気相成長(ALCVD)法が採用される。ただし、第3還元ガスバリア層290は後述する通りエッチングストップ層として機能させるために、第2還元ガスバリア層260よりも厚く形成している。本実施形態では、例えば酸化アルミニウムAl2O3を40〜50nm、例えば45nmの厚さで成膜して形成される。
図1に示すように、下層から上層に向う方向に沿って、基体100上に、ポスト104、支持部材210及び焦電型赤外線検出素子220が積層されている。支持部材210は、第1面211A側に焦電型赤外線検出素子220を搭載し、第2面211B側は空洞部102に面している。
4.1.第1電極(下部電極)への配線構造
本実施形態では、図1に示すように、第1電極234が、焦電体232が積層形成される第1領域234−1と、第1領域234−1より延在形成された第2領域234−2とを含んでいる。
210は平坦性が維持されるので、支持部材210の形状加工性は良好である。
本実施形態では上述した通り、支持部材210の第1面211A上に、第2電極236に接続された中継導電層238を設けることができる。この場合、支持部材210は、第1層部材(絶縁層)212よりも第2面211B側に配置された第2配線層217と、中継導電層238及び第2配線層217とそれぞれ対面する位置にて第1層部材(絶縁層)212に貫通形成された第2ホール218と、第2ホール218に埋め込まれた第2プラグ219と、をさらに含むことができる。
図1の基体100及びポスト104の配線構造について考察する。図1では、シリコン基板110より上方にある金属配線層は三層であり、第1金属層LIA、第2金属層LIBおよび第3金属層LICを有する。そして、第1金属層LIA及び第2金属層LIBは空洞部102より下方の基体100の絶縁層120中に配置され、第3金属層LICがポスト104内の唯一の金属層である。
次に、本実施形態のキャパシター230の構造について図4を参照して説明する。図4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。
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、優先配向したシード層(例えばPt)234Cとを含むことができる。
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。
7.1.第1変形例
図5に示すように、第1ホール215は、第1電極234及び第1配線層214とそれぞれ対面する位置であって、キャパシター230と対向する位置にて第1層部材212に貫通形成してもよい。キャパシター230と対向する位置に形成された第1ホール215に、第1プラグ216が埋め込まれる。
図6では、図1及び図5とは異なり、第1,第2電極234,236にそれぞれ接続される第1,第2配線層214,217が支持部材210に設けられていない。代わりに、第1,第2電極234,236にそれぞれ接続される第1,第2電極配線層222,224が層間絶縁層250上に設けられている。
図6の例では、第3導電層として定義される中継導電層238が支持部材210に埋没されずに、第1面211Aに露出される。この場合には、図6に示すように、シリコン基板110上の金属配線層を四層とし、二層の金属層LIC,LIDを、ポスト104内の第2導電層に割り当てる。こうすることで、空洞部102の深さDを2μm前後確保できる。
8.1.赤外線カメラ
図7に本実施形態の熱型検出器または熱型検出装置を含む電子機器として赤外線カメラ400Aの構成例を示す。この赤外線カメラ400Aは、光学系400、センサーデバイス(熱型検出装置)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。なお本実施形態の赤外線カメラ400Aは図7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、あるいは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。
図8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例として、運転支援装置600の構成例を示す。この運転支援装置600は、運転支援装置600を制御するCPUを備えた処理ユニット610と、車両外部の所定撮像領域に対して赤外線を検出可能な赤外線カメラ620と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサー630と、車両の走行速度を検出する車速センサー640と、運転者のブレーキ操作の有無を検出するブレーキセンサー650と、スピーカー660と、表示装置670とを備えて構成されている。
図10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例として、セキュリティー機器700の構成例を示す。
図12および図13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例として、前述のセンサーデバイス410を用いたコントローラー820を含むゲーム機器800の構成例を示す。
図14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例として、体温測定装置900の構成例を示す。
図15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例として、前述のセンサーデバイス410の焦電型検出器の光吸収材の吸収波長をテラヘルツ域としたセンサーデバイスをテラヘルツ光センサーデバイスとして用い、テラヘルツ光照射ユニットと組み合わせて特定物質探知装置1000を構成した例を示す。
図16(A)に図7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。行選択回路(行ドライバー)510と読み出し回路520を駆動回路と称する。このセンサーデバイスを用いることで、図7に示す、たと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。
Claims (10)
- 基体と、
第1面と、前記第1面に対向する第2面とを含む支持部材と、
前記基体に接続して設けられ、前記基体と前記支持部材の前記第2面との間に空洞部が形成されるように前記支持部材を支持するスペーサー部材と、
前記支持部材の前記第1面上に支持される熱型検出素子と、
前記基体に配置され、前記熱型検出素子と接続される検出回路と、
前記熱型検出素子と前記検出回路とを接続する配線部と、
を有し、
前記配線部は、
前記基体内に配置された少なくとも一層の第1導電層と、
前記スペーサー部材内に配置された少なくとも一層の第2導電層と、
前記支持部材に支持された第3導電層と、
前記少なくとも一層の第1導電層、前記少なくとも一層の第2導電層及び前記第3導電層のうちの基板厚み方向における隣接層同士を接続する複数のプラグと、
を有することを特徴とする熱型検出器。 - 請求項1において、
前記第3導電層は、前記支持部材の前記第1面に露出しない位置に配置されていることを特徴とする熱型検出器。 - 請求項2において、
前記第2導電層は、一層のみであることを特徴とする熱型検出器。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記第1導電層及び前記第2導電層の各々の熱伝導率は、前記複数のプラグの各々の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする熱型検出器。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記熱型検出素子は、前記支持部材に搭載される第1電極と、前記第1電極と対向する第2電極と、前記第1,第2電極間に配置された焦電体とを含み、前記第1電極は、前記焦電体が積層されている第1領域と、前記第1領域より延在している第2領域とを含み、
前記支持部材は、絶縁層と、前記絶縁層よりも前記第2面側に配置された前記第3導電層と、平面視で前記第1電極の前記第2領域及び前記第3導電層が重なる位置にて前記絶縁層を貫通して前記第1電極の前記第2領域と前記第3導電層とを接続する第1プラグと、を含むことを特徴とする熱型検出器。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記熱型検出素子は、前記支持部材に搭載される第1電極と、前記第1電極と対向する第2電極と、前記第1,第2電極間に配置された焦電体とを含み、
前記支持部材は、絶縁層と、前記絶縁層よりも前記第2面側に配置された前記第3導電層と、平面視で前記焦電体及び前記第1配線層が重なる位置にて前記絶縁層を貫通して前記第1電極と前記第3導電層とを接続する第1プラグと、を含むことを特徴とする熱型検出器。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記熱型検出素子は、温度によって抵抗値が変化するボロメーターであることを特徴とする熱型検出器。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の熱型検出器を交差する二つの直線方向に沿って二次元配置したことを特徴とする熱型検出装置。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の熱型検出器を有することを特徴とする電子機器。
- 請求項8に記載の熱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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