JP2013134079A - Terahertz camera and electronic apparatus - Google Patents

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JP2013134079A JP2011282916A JP2011282916A JP2013134079A JP 2013134079 A JP2013134079 A JP 2013134079A JP 2011282916 A JP2011282916 A JP 2011282916A JP 2011282916 A JP2011282916 A JP 2011282916A JP 2013134079 A JP2013134079 A JP 2013134079A
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Takashi Noda
貴史 野田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a terahertz camera suppressing heat dissipation from a pyroelectric element.SOLUTION: A pyroelectric detector comprises a pyroelectric detection element, a support member 210 and a support part. The pyroelectric detection element includes a first electrode, a second electrode 236 and a pyroelectric material 232. The first electrode includes a capacitor 230 having a first region 233A and a second region 233B. The pyroelectric detection element further includes a layer insulating film 260 covering the capacitor, a first contact hole 252 formed in the layer insulating film and communicated to the second region of the first electrode, a first plug 226 buried in the first contact hole, a second contact hole 254 formed in the layer insulating film 260 and communicated to the second electrode, a second plug 228 buried in the second contact hole, a first electrode wiring layer 222 connected to the first plug, and a second electrode wiring layer 224 connected to the second plug. Heat conductivity of the second electrode wiring layer is lower than that of a material of the second electrode in a portion connected with the second plug.

Description

本発明は、テラヘルツカメラ、及び当該テラヘルツカメラを用いた電子機器に関する。   The present invention relates to a terahertz camera and an electronic apparatus using the terahertz camera.

テラヘルツ波は、赤外線と電波の中間に位置する電磁波である。このテラヘルツ波を用いた画像計測技術は各種方面への活用が研究されている。例えば、テラヘルツカメラによる特定物質探知装置、偽造紙幣の判定、封筒内の薬品検出、建造物の非破壊検査等がある。
一方、赤外線カメラとしては、焦電型検出器を用いるカメラがある。出願人は、テラヘルツ波の波長が赤外線に近いことから、テラヘルツカメラに焦電型検出器を用いる技術を発明した。
Terahertz waves are electromagnetic waves located between infrared and radio waves. The image measurement technology using terahertz waves has been studied for use in various fields. For example, there are a specific substance detection device using a terahertz camera, determination of counterfeit bills, detection of chemicals in envelopes, non-destructive inspection of buildings, and the like.
On the other hand, as an infrared camera, there is a camera using a pyroelectric detector. The applicant has invented a technique of using a pyroelectric detector in a terahertz camera because the wavelength of the terahertz wave is close to infrared.

焦電型検出器のセルは、上部電極と下部電極とに接続された焦電体から成るキャパシターを含む検出素子を有し、電極や焦電体の材料や電極配線構造に関して、各種の提案がなされている(特許文献1,2)。   The pyroelectric detector cell has a detection element including a capacitor composed of a pyroelectric body connected to the upper electrode and the lower electrode, and various proposals have been made regarding the material of the electrode and the pyroelectric body and the electrode wiring structure. (Patent Documents 1 and 2).

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ーに用いられており、強誘電体メモリー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3,4)。   Capacitors including ferroelectrics connected to the upper and lower electrodes are used in ferroelectric memories, and various proposals have been made regarding electrodes suitable for ferroelectric memories and ferroelectric materials. (Patent Documents 3 and 4).

特開平10−104062号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-104062 特開2008−232896号公報JP 2008-232896 A 特開2009−71242号公報JP 2009-71242 A 特開2009−129972号公報JP 2009-129972 A

特許文献1は、下部電極自体が引き回されて下部電極配線として兼用され、かつ、上部電極自体が引き回されて上部電極配線層として兼用されている。キャパシターの下部電極及び上部電極は、求められる電気的特性上から電気抵抗が低い材料(例えばPtまたはIr等)が用いられ、熱伝導率性も高い(Ptは71.6W/mK、Irは147W/mK)。よって、特許文献1の技術では、検出素子の熱が下部電極配線または上部電極配線を介して外部に伝熱されてしまう。よって、温度に基づいて焦電体材料の分極量が変化する検出原理の焦電型検出器として高い特性を担保できない。   In Patent Document 1, the lower electrode itself is routed and also used as a lower electrode wiring, and the upper electrode itself is routed and also used as an upper electrode wiring layer. The lower electrode and the upper electrode of the capacitor are made of a material having low electric resistance (for example, Pt or Ir) in view of required electric characteristics, and also have high thermal conductivity (Pt is 71.6 W / mK, Ir is 147 W). / MK). Therefore, in the technique of Patent Document 1, the heat of the detection element is transferred to the outside through the lower electrode wiring or the upper electrode wiring. Therefore, high characteristics cannot be secured as a pyroelectric detector based on a detection principle in which the amount of polarization of the pyroelectric material changes based on temperature.

特許文献1の技術の変形として、下部電極の下面に下部電極配線層を接続し、上部電極の上面に上部電極配線したスタック型は、強誘電体メモリーに用いられている。   As a modification of the technique of Patent Document 1, a stack type in which a lower electrode wiring layer is connected to a lower surface of a lower electrode and an upper electrode wiring is connected to an upper surface of the upper electrode is used for a ferroelectric memory.

特許文献2は、特許文献1とは異なるプレーナー型のキャパシターを開示している。特許文献2は、単結晶半導体基板(4)上に形成される結晶性を有するAl203薄膜(6)上に下部金属薄膜である下部プラチナ膜(8)を形成し、下部金属薄膜(8)の上面の一部分上のみに強誘電体薄膜(10)を積層し、強誘電体薄膜(8)の上面の一部分上のみに上部金属薄膜である上部プラチナ膜(12)を積層している(図2,3及び請求項1)。下部金属薄膜(8)及び上部金属薄膜(12)の上面には、絶縁膜(14)に覆われない露出部に、金属薄膜にて形成される配線(16)が接続されている(段落0033)。   Patent Document 2 discloses a planar type capacitor different from Patent Document 1. In Patent Document 2, a lower platinum film (8) as a lower metal thin film is formed on an Al203 thin film (6) having crystallinity formed on a single crystal semiconductor substrate (4), and the lower metal thin film (8) is formed. A ferroelectric thin film (10) is laminated only on a part of the upper surface, and an upper platinum film (12), which is an upper metal thin film, is laminated only on a part of the upper surface of the ferroelectric thin film (8) (FIG. 2). , 3 and claim 1). On the upper surfaces of the lower metal thin film (8) and the upper metal thin film (12), the wiring (16) formed of the metal thin film is connected to the exposed portion not covered with the insulating film (14) (paragraph 0033). ).

しかし、特許文献2は下部金属薄膜(8)、強誘電体薄膜(10)及び上部金属薄膜(129)の結晶性に専ら関心があり、配線(16)からの熱の散逸については無関心である。   However, Patent Document 2 is exclusively interested in the crystallinity of the lower metal thin film (8), the ferroelectric thin film (10), and the upper metal thin film (129), and is indifferent to the heat dissipation from the wiring (16). .

本発明の幾つかの態様によれば、温度に基づいて焦電体材料の分極量が変化する検出原理に鑑み、焦電型検出素子から配線を辿って熱が散逸することを抑制して高い検出特性を実現できる焦電型検出器を用いたテラヘルツカメラを提供することができる。   According to some aspects of the present invention, in view of the detection principle in which the amount of polarization of the pyroelectric material changes based on the temperature, the heat is prevented from being dissipated through the wiring from the pyroelectric detection element. A terahertz camera using a pyroelectric detector that can realize detection characteristics can be provided.

本発明の一態様に係るテラヘルツカメラは、
波長が100μm以上、1000μm以下のテラヘルツ波を検出する焦電型検出素子と、
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面に前記焦電型検出素子を搭載した支持部材と、
前記支持部材の一部を支持する支持部と、
を有し、
前記焦電型検出素子は、
前記支持部材に搭載される第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を含み、前記第1電極が、前記焦電材料が積層形成される第1領域と、前記第1領域より延在形成された第2領域とを含み、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターと、
前記キャパシターの表面を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記第1電極の前記第2領域に通ずる第1コンタクトホールと、
前記第1コンタクトホールに埋め込まれた第1プラグと、
前記層間絶縁膜に形成され、前記第2電極に通ずる第2コンタクトホールと、
前記第2コンタクトホールに埋め込まれた第2プラグと、
前記層間絶縁膜及び前記支持部材の上に形成され、前記第1プラグに接続される第1電極配線層と、
前記層間絶縁膜及び前記支持部材の上に形成され、前記第2プラグに接続される第2電極配線層と、
を含み、
前記第2電極配線層を形成する材料の熱伝導率は、前記第2プラグと接続される部分の前記第2電極を形成する材料の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。
A terahertz camera according to one embodiment of the present invention is provided.
A pyroelectric detection element for detecting a terahertz wave having a wavelength of 100 μm or more and 1000 μm or less;
A support member including a first surface and a second surface facing the first surface, the second surface facing the cavity, and mounting the pyroelectric detection element on the first surface;
A support part for supporting a part of the support member;
Have
The pyroelectric detection element is
A first electrode mounted on the support member; a second electrode; and a pyroelectric material disposed between the first and second electrodes, wherein the first electrode is formed by laminating the pyroelectric material. A capacitor that includes a first region and a second region that extends from the first region, the polarization amount of the capacitor changing based on temperature,
An interlayer insulating film covering the surface of the capacitor;
A first contact hole formed in the interlayer insulating film and leading to the second region of the first electrode;
A first plug embedded in the first contact hole;
A second contact hole formed in the interlayer insulating film and communicating with the second electrode;
A second plug embedded in the second contact hole;
A first electrode wiring layer formed on the interlayer insulating film and the support member and connected to the first plug;
A second electrode wiring layer formed on the interlayer insulating film and the support member and connected to the second plug;
Including
The material for forming the second electrode wiring layer has a thermal conductivity lower than that of a material for forming the second electrode in a portion connected to the second plug.

本発明の一態様によれば、プレーナー型キャパシター構造とすることで、スタック型キャパシター構造の問題を解消してセンサー特性を向上させることができる。また、焦電材料と第2プラグ及び第2電極を介して接続される第2電極配線層は、キャパシターの駆動に不可欠ではあるが、その第2電極配線層は同時に放熱路としても機能する。本発明の一態様では、第2電極配線層の熱伝導率を第2電極よりも下げることで、焦電体から熱が放熱されることを抑制でき、焦電型検出素子の熱分離性が向上する。   According to one embodiment of the present invention, the planar capacitor structure can solve the problem of the stacked capacitor structure and improve the sensor characteristics. Further, the second electrode wiring layer connected to the pyroelectric material via the second plug and the second electrode is indispensable for driving the capacitor, but the second electrode wiring layer also functions as a heat dissipation path at the same time. In one embodiment of the present invention, the heat conductivity of the pyroelectric detection element can be suppressed by lowering the thermal conductivity of the second electrode wiring layer than that of the second electrode, so that heat is radiated from the pyroelectric body. improves.

本発明の一態様では、前記第1電極配線層を形成する材料の熱伝導率は、前記第1プラグと接続される部分の前記第1電極を形成する材料の熱伝導率よりも低くすることができる。   In one aspect of the present invention, the thermal conductivity of the material forming the first electrode wiring layer is lower than the thermal conductivity of the material forming the first electrode in a portion connected to the first plug. Can do.

焦電材料と第1プラグ及び第1電極を介して接続される第1電極配線層もまた、キャパシターの駆動に不可欠ではあるが、その第1電極配線層は同時に放熱路としても機能する。本発明の一態様では、第1電極配線層の熱伝導率を第1電極よりも下げることで、焦電体から熱が放熱されることを抑制でき、焦電型検出素子の熱分離性が向上する。   The first electrode wiring layer connected to the pyroelectric material via the first plug and the first electrode is also indispensable for driving the capacitor, but the first electrode wiring layer also functions as a heat dissipation path at the same time. In one embodiment of the present invention, by reducing the thermal conductivity of the first electrode wiring layer below that of the first electrode, it is possible to suppress the heat from being radiated from the pyroelectric body, and the thermal separability of the pyroelectric detection element is improved. improves.

本発明の一態様では、前記第1電極配線層及び前記第2電極配線層の少なくとも一方は、窒化チタンまたはチタン・アルミ・ナイトライドにて形成することができる。   In one embodiment of the present invention, at least one of the first electrode wiring layer and the second electrode wiring layer can be formed of titanium nitride or titanium / aluminum / nitride.

窒化チタンまたはチタン・アルミ・ナイトライドは、第1電極材料,第2電極材料として好適な金属例えばプラチナやイリジウムの熱伝導率よりも充分に小さい。   Titanium nitride or titanium / aluminum / nitride is sufficiently smaller than the thermal conductivity of metals such as platinum and iridium suitable as the first electrode material and the second electrode material.

本発明の一態様では、前記第2電極の熱コンダクタンスを前記第1電極の熱コンダクタンスよりも大きくすることができる。   In one aspect of the present invention, the thermal conductance of the second electrode can be made larger than the thermal conductance of the first electrode.

第1電極は支持部材と直接接触して固体伝導により熱拡散するので、第1電極の熱コンダクタンスは低いほうが良い。一方、第2電極は支持部材等と直接接触しないので、第2電極の熱コンダクタンスは第1電極よりも大きくしても構わない。この場合でも、第2電極配線層の熱伝導率を低くしておけば、第2電極側からの熱の散逸を抑制できる。   Since the first electrode is in direct contact with the support member and thermally diffuses by solid conduction, the first electrode should have a low thermal conductance. On the other hand, since the second electrode is not in direct contact with the support member or the like, the thermal conductance of the second electrode may be larger than that of the first electrode. Even in this case, if the thermal conductivity of the second electrode wiring layer is lowered, heat dissipation from the second electrode side can be suppressed.

本発明の一態様では、前記焦電型検出素子は、電磁波入射方向にて前記第2電極及び前記第2電極配線層よりも上流側となる領域に形成された電磁波吸収部材をさらに含むことができる。   In one aspect of the present invention, the pyroelectric detection element may further include an electromagnetic wave absorbing member formed in a region upstream of the second electrode and the second electrode wiring layer in the electromagnetic wave incident direction. it can.

このように、キャパシターよりも電磁波入射方向の上流側に電磁波吸収部材が配置されると、電磁波照射による熱は、電磁波吸収部材から焦電体に伝達される。この熱伝達経路に第2電極が存在するため、その第2電極に接続される第2電極配線層からの放熱を抑制することは、電磁波吸収部材から焦電材料への伝熱効率を高めることに寄与する。よって、第2電極配線層の熱伝達率を第2電極よりも低くするだけでも、焦電型検出素子の熱分離性を向上させることができる。   As described above, when the electromagnetic wave absorbing member is disposed upstream of the capacitor in the electromagnetic wave incident direction, heat generated by the electromagnetic wave irradiation is transferred from the electromagnetic wave absorbing member to the pyroelectric body. Since the second electrode exists in this heat transfer path, suppressing heat dissipation from the second electrode wiring layer connected to the second electrode increases the heat transfer efficiency from the electromagnetic wave absorbing member to the pyroelectric material. Contribute. Therefore, the thermal separability of the pyroelectric detection element can be improved only by making the heat transfer coefficient of the second electrode wiring layer lower than that of the second electrode.

本発明の一態様では、前記電磁波吸収部材は、前記電磁波入射方向から見た平面視で前記第2電極の全面を覆って形成され、前記第2電極は、前記焦電材料が前記第1電極と接する面と対向する面の全面を覆って形成することができる。   In one aspect of the present invention, the electromagnetic wave absorbing member is formed so as to cover the entire surface of the second electrode in a plan view as viewed from the electromagnetic wave incident direction, and the pyroelectric material is the first electrode. Can be formed so as to cover the entire surface facing the surface in contact with the surface.

こうすると、第2電極の全面を電磁波反射面とすることができ、電磁波吸収部材を透過した電磁波を電磁波吸収部材に戻すことで、電磁波吸収効率が改善される。   If it carries out like this, the whole surface of a 2nd electrode can be made into an electromagnetic wave reflective surface, and electromagnetic wave absorption efficiency will be improved by returning the electromagnetic wave which permeate | transmitted the electromagnetic wave absorption member to the electromagnetic wave absorption member.

本発明の一態様では、前記電磁波吸収部材は、平面視で、前記第1電極の前記第1領域と、前記第1電極の前記第2領域の少なくとも一部と、それぞれ重なる位置に形成することができる。   In one aspect of the present invention, the electromagnetic wave absorbing member is formed in a position overlapping each of the first region of the first electrode and at least a part of the second region of the first electrode in plan view. Can do.

こうすると、電磁波吸収部材の体積が増大して電磁波吸収量が増大することに加え、第1電極も電磁波反射面とすることができ、電磁波吸収部材を透過した電磁波を電磁波吸収部材に戻すことで、電磁波吸収効率がさらに改善される。   In this way, in addition to increasing the volume of the electromagnetic wave absorbing member and increasing the electromagnetic wave absorption amount, the first electrode can also be an electromagnetic wave reflecting surface, and by returning the electromagnetic wave transmitted through the electromagnetic wave absorbing member to the electromagnetic wave absorbing member, The electromagnetic wave absorption efficiency is further improved.

本発明の一態様では、前記第1電極配線層は、前記第1プラグに接続される第1接続部と、前記第1接続部から引き出され、前記第1接続部よりも細幅の第1引き出し配線部と、を含み、前記第2電極配線層は、前記第2プラグに接続される第2接続部と、前記第2接続部から引き出され、前記第2接続部よりも細幅の第2引き出し配線部と、を含み、前記第2引き出し配線部の幅を、前記第2コンタクトホールの横断面の最大長さよりも狭くすることができる。   In one aspect of the present invention, the first electrode wiring layer includes a first connection portion connected to the first plug and a first connection portion that is drawn from the first connection portion and has a narrower width than the first connection portion. The second electrode wiring layer is connected to the second plug, and the second electrode wiring layer is drawn from the second connection portion and has a width narrower than that of the second connection portion. And a width of the second lead-out wiring portion can be made narrower than a maximum length of a cross section of the second contact hole.

こうすると、第2引き出し配線部の熱抵抗が増大して焦電型検出素子の熱分離特性が向上する上、第2引き出し配線部での電磁波反射量を低減して第2電極での電磁波反射量を多くすることもでき、電磁波吸収効率が高まる。   This increases the thermal resistance of the second lead-out wiring portion and improves the thermal separation characteristics of the pyroelectric detection element, and reduces the amount of electromagnetic wave reflection at the second lead-out wiring portion to reduce the electromagnetic wave reflection at the second electrode. The amount can be increased, and the electromagnetic wave absorption efficiency is increased.

本発明の一態様では、前記第1引き出し配線部の幅を、前記第1コンタクトホールの横断面の最大長さよりも狭くすることができる。   In one aspect of the present invention, the width of the first lead wiring portion can be made narrower than the maximum length of the cross section of the first contact hole.

こうすると、第1引き出し配線部の熱抵抗が増大して焦電型検出素子の熱分離特性が向上する上、第1引き出し配線部での電磁波反射量を低減して第1電極での電磁波反射量を多くすることもでき、電磁波吸収効率が高まる。   This increases the thermal resistance of the first lead-out wiring part and improves the thermal separation characteristics of the pyroelectric detection element, and also reduces the amount of electromagnetic wave reflection at the first lead-out wiring part to reduce the electromagnetic wave reflection at the first electrode. The amount can be increased, and the electromagnetic wave absorption efficiency is increased.

本発明の一態様では、前記層間絶縁膜と前記キャパシターとの間に、還元ガスバリア膜をさらに有することができる。   In one embodiment of the present invention, a reducing gas barrier film may be further provided between the interlayer insulating film and the capacitor.

キャパシターは製造時または実使用時に還元ガスによる酸素欠損が生ずると特性が劣化するので、還元ガスバリア層によりキャパシターを保護できる。   Since the characteristics of the capacitor deteriorate when oxygen deficiency due to the reducing gas occurs during manufacturing or actual use, the capacitor can be protected by the reducing gas barrier layer.

本発明の他の態様に係るテラヘルツカメラは、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、明瞭なエネルギー分布画像を提供できる。
A terahertz camera according to another aspect of the present invention is configured by two-dimensionally arranging the above-described pyroelectric detectors along two axial directions.
This pyroelectric detection device can provide a clear energy distribution image because the detection sensitivity is enhanced by the pyroelectric detector of each cell.

本発明の他の態様に係る電子機器は、上述したテラヘルツカメラを有することを特徴とする電子機器   An electronic apparatus according to another aspect of the present invention includes the terahertz camera described above.

本発明の実施形態に係るプレーナー型キャパシターの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a planar capacitor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る焦電型検出装置の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a pyroelectric detection device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る焦電型検出装置の1セル分の焦電型検出器の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the pyroelectric detector for 1 cell of the pyroelectric detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 犠牲層上に形成される支持部材及び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 detection element which are formed on a sacrificial layer. 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. 焦電型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 a pyroelectric detector. 電磁波吸収膜の配置領域を変更した焦電型検出器の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the pyroelectric detector which changed the arrangement | positioning area | region of an electromagnetic wave absorption film. 焦電型検出器を含む電子機器のブロック図である。It is a block diagram of the electronic device containing a pyroelectric detector. 図9(A)、図9(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。FIG. 9A and FIG. 9B are diagrams showing a configuration example of a pyroelectric detection device in which pyroelectric detectors are two-dimensionally arranged. 比較例であるスタック型キャパシターの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the stack type capacitor which is a comparative example. 比較例であるスタック型キャパシターの他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the stack type capacitor which is a comparative example. 本願発明の実施形態に係るテラヘルツカメラを示す図である。It is a figure which shows the terahertz camera which concerns on embodiment of this invention.

1.焦電型検出装置
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としての検出素子220を各セルがそれぞれ備えた複数セルの焦電型検出器200が、二軸方向例えば直交二軸方向に配列された焦電型検出装置を、図2に示す。なお、1セル分のみの焦電型検出器にて焦電型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セル分の焦電型検出器200が占める領域は、例えば100×100μmである。
1. Pyroelectric detection device A plurality of cell pyroelectric detectors 200 each having a support member 210 shown in FIG. 1 and a detection element 220 as a pyroelectric detection element mounted thereon are arranged in two axial directions, for example, orthogonal FIG. 2 shows a pyroelectric detection device arranged in the biaxial direction. Note that the pyroelectric detector may be composed of a pyroelectric detector for only one cell. In FIG. 2, a plurality of posts 104 are erected from a base (also referred to as a fixed part) 100. For example, a pyroelectric detector 200 for one cell supported by two posts (supports) 104 is arranged in two orthogonal directions. It is arranged in the axial direction. The area occupied by the pyroelectric detector 200 for one cell is, for example, 100 × 100 μm.

図2に示すように、焦電型検出器200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、検出素子220と、を含んでいる。1セル分の検出素子220が占める領域は、例えば80×80μmである。   As shown in FIG. 2, the pyroelectric detector 200 includes a support member (membrane) 210 connected to two posts (support portions) 104 and a detection element 220. An area occupied by the detection element 220 for one cell is, for example, 80 × 80 μm.

1セル分の焦電型検出器200は、2本のポスト104と接続される以外は非接触とされ、焦電型検出器200の下方には空洞部102(図2参照)が形成され、平面視で焦電型検出器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セル分の焦電型検出器200は、基部100や他のセルの焦電型検出器200から熱的に分離されている。   The pyroelectric detector 200 for one cell is not contacted except for being connected to the two posts 104, and a cavity 102 (see FIG. 2) is formed below the pyroelectric detector 200. An opening 102 </ b> A communicating with the cavity 102 is disposed around the pyroelectric detector 200 in plan view. Thus, the pyroelectric detector 200 for one cell is thermally separated from the pyroelectric detectors 200 of the base 100 and other cells.

支持部材210は、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、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 has a mounting part 210A for mounting and supporting the detection element 220, and two arms 210B connected to the mounting part 210A, and the free ends of the two arms 210B are connected to the post 104. Has been. The two arms 210 </ b> B are thin and redundantly extended so as to thermally separate the 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、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 ( An 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 isolate the detection element 220.

2.プレーナー型とスタック型
2.1.プレーナー型
図1は、本実施形態の焦電型検出器に採用されたプレーナー型のキャパシター2340を示している。比較例として、図10及び図11にスタック型のキャパシターを示す。
2. Planar type and stack type 2.1. Planar Type FIG. 1 shows a planar type capacitor 2340 employed in the pyroelectric detector of this embodiment. As a comparative example, FIGS. 10 and 11 show a stack type capacitor.

図1において、焦電型検出器は、検出素子220と、第1面211Aと、第1面211Aに対向する第2面211Bとを含み、第1面211Aに検出素子220を搭載した支持部材210と、を有している。支持部材210の第2面211Bが空洞部102に臨んで配置され、支持部材210の一部が図2に示すポスト(支持部)104に支持されている。   In FIG. 1, the pyroelectric detector includes a detection element 220, a first surface 211A, and a second surface 211B opposite to the first surface 211A, and a support member on which the detection element 220 is mounted on the first surface 211A. 210. The second surface 211B of the support member 210 is disposed facing the cavity 102, and a part of the support member 210 is supported by the post (support portion) 104 shown in FIG.

検出素子220は、第1電極(下部電極)234と、第2電極(上部電極)236と、第1,第2電極234,236間に配置された焦電材料としての焦電体232を含み、温度に基づいて分極量が変化するキャパシター230を有する。第1電極234は、焦電体232が積層形成される第1領域233Aと、第1領域233Aより延在形成された第2領域233Bとを含む。キャパシター230は、第1電極234が支持部材210に搭載されることで支持されている。   The detection element 220 includes a first electrode (lower electrode) 234, a second electrode (upper electrode) 236, and a pyroelectric body 232 as a pyroelectric material disposed between the first and second electrodes 234 and 236. The capacitor 230 has a polarization amount that changes based on temperature. The first electrode 234 includes a first region 233A in which the pyroelectric body 232 is stacked and a second region 233B formed to extend from the first region 233A. The capacitor 230 is supported by mounting the first electrode 234 on the support member 210.

キャパシター230の表面を覆って層間絶縁膜(パッシベーション膜)260が形成されている。層間絶縁膜260には、第1電極234の第2領域233Bに通ずる第1コンタクトホール252と、第2電極236に通ずる第2コンタクトホール254とが形成されている。   An interlayer insulating film (passivation film) 260 is formed so as to cover the surface of the capacitor 230. In the interlayer insulating film 260, a first contact hole 252 that communicates with the second region 233B of the first electrode 234 and a second contact hole 254 that communicates with the second electrode 236 are formed.

第1コンタクトホール252には第1プラグ226が埋め込み形成される。層間絶縁膜260及び支持部材210の上には、第1プラグ226に接続される第1電極配線層222が形成されている。同様に、第2コンタクトホール254には第2プラグ228が埋め込み形成される。層間絶縁膜260及び支持部材210上には、第2プラグ228に接続される第2電極配線層224が形成されている。   A first plug 226 is embedded in the first contact hole 252. A first electrode wiring layer 222 connected to the first plug 226 is formed on the interlayer insulating film 260 and the support member 210. Similarly, a second plug 228 is embedded in the second contact hole 254. A second electrode wiring layer 224 connected to the second plug 228 is formed on the interlayer insulating film 260 and the support member 210.

2.2.スタック型
本実施形態のプレーナー型と対比されるスタック型キャパシターを図10及び図11に示す。図10及び図11に示すスタック型キャパシターは、第1電極(下部電極)234に対する配線構造が、図1に示すプレーナー型キャパシターと異なる。
2.2. Stack Type A stack type capacitor compared with the planar type of the present embodiment is shown in FIGS. The stack type capacitors shown in FIGS. 10 and 11 are different from the planar type capacitor shown in FIG. 1 in the wiring structure for the first electrode (lower electrode) 234.

図10では、支持部材210の第1面211Aに開口するコンタクトホール600が形成され、第1電極配線層602が支持部材210の層内に形成され、コンタクトホール600に充填されたプラグ604により第1電極234と第1電極配線層602とが接続される。   In FIG. 10, a contact hole 600 is formed in the first surface 211 </ b> A of the support member 210, and a first electrode wiring layer 602 is formed in the layer of the support member 210. One electrode 234 and the first electrode wiring layer 602 are connected.

この場合、支持部材210の下面に形成されるエッチング保護膜606(図1では省略している)上に第1電極配線層602を形成し、次いで支持部材210を積層する。エッチング保護膜606は、詳細を後述する通り、犠牲層上に積層される支持部材210等を形成した後に犠牲層を等方性エッチングして空洞部102を形成する際に、支持部材210をエッチャントから保護するための膜である。   In this case, the first electrode wiring layer 602 is formed on the etching protection film 606 (not shown in FIG. 1) formed on the lower surface of the support member 210, and then the support member 210 is laminated. As will be described in detail later, the etching protective film 606 etches the support member 210 when forming the cavity 102 by isotropically etching the sacrificial layer after forming the support member 210 and the like laminated on the sacrificial layer. It is a film for protecting from.

ここで、エッチング保護膜606上に第1電極配線層602を形成した後に、第1電極配線層602はパターニングのためにエッチンングされる。その際、図10のB部拡大図に示すように、第1電極配線層602と共にエッチング保護膜606もエッチングされて、膜厚が薄い部分が生ずる。エッチング保護膜606が薄くなると、保護膜性能の低下を招く。薄膜現象を加味してエッチング保護膜606を予め厚く形成しておくと、検出素子220からの熱がエッチング保護膜606を介して拡散しやすくなり、検出素子220の熱分離特性が劣化してしまう。   Here, after the first electrode wiring layer 602 is formed on the etching protection film 606, the first electrode wiring layer 602 is etched for patterning. At that time, as shown in the enlarged view of part B of FIG. 10, the etching protective film 606 is also etched together with the first electrode wiring layer 602, and a thin film portion is generated. When the etching protective film 606 is thinned, the performance of the protective film is deteriorated. If the etching protection film 606 is formed thick in advance in consideration of the thin film phenomenon, the heat from the detection element 220 is easily diffused through the etching protection film 606, and the thermal separation characteristic of the detection element 220 is deteriorated. .

一方、図11に示すスタック型キャパシターでは、支持部材210の最上層に、第1電極234と接触する第1電極配線層608が形成される。その際、支持部材210の全面上に第1電極配線層608を形成した後、第1電極配線層608をパターニングする。この状態だと段差が生ずるので、さらに支持部材210を追加積層した後に、第1電極配線層608と面一になるように支持部材210の表層を平坦化する。その後、第1電極234、焦電体232及び第2電極236を積層した後にキャパシター230の形状になるようにパターニングされる。そのキャパシター230のパターニングの際に、図11のC部拡大図に示すように、第1電極234の直下領域以外の領域の第1電極配線層608がエッチングされて薄膜化され、あるいは断線が生じてしまう。この現象を加味して、第1電極配線層608を厚く形成したとしても、エッチングによって第1電極配線層608の膜厚がばらつき、熱分離特性もばらつくので、センサー特性を劣化させる。   On the other hand, in the stacked capacitor shown in FIG. 11, the first electrode wiring layer 608 that contacts the first electrode 234 is formed on the uppermost layer of the support member 210. In that case, after forming the 1st electrode wiring layer 608 on the whole surface of the supporting member 210, the 1st electrode wiring layer 608 is patterned. Since a step is generated in this state, the surface layer of the support member 210 is flattened so as to be flush with the first electrode wiring layer 608 after the support member 210 is additionally laminated. Thereafter, the first electrode 234, the pyroelectric body 232, and the second electrode 236 are stacked and then patterned to have the shape of the capacitor 230. During the patterning of the capacitor 230, as shown in the enlarged view of part C of FIG. 11, the first electrode wiring layer 608 in the region other than the region directly under the first electrode 234 is etched to be thinned or a disconnection occurs. End up. In consideration of this phenomenon, even if the first electrode wiring layer 608 is formed thick, the film thickness of the first electrode wiring layer 608 varies due to etching and the thermal separation characteristics vary, so that the sensor characteristics are deteriorated.

2.3.熱分離された焦電型検出器の課題とその対策
以上の通り、熱分離された検出素子のセンサー特性上の観点から言えば、プレーナー型キャパシターはスタック型キャパシターよりも優れている。ただし、プレーナー型キャパシター及びスタック型キャパシターの共通の課題として、第1,第2電極配線層が熱伝導路として機能してしまう課題がある。
2.3. Problems of Thermally Isolated Pyroelectric Detector and Countermeasures As described above, the planar capacitor is superior to the stacked capacitor from the viewpoint of sensor characteristics of the thermally separated detection element. However, there is a problem that the first and second electrode wiring layers function as a heat conduction path as a problem common to the planar type capacitor and the stack type capacitor.

つまり、焦電型キャパシター230を駆動するには第1,第2電極配線層222,224は不可欠である一方で、キャパシター230の熱が第1,第2電極配線層222,224から放熱されてしまう。   In other words, the first and second electrode wiring layers 222 and 224 are indispensable for driving the pyroelectric capacitor 230, while the heat of the capacitor 230 is dissipated from the first and second electrode wiring layers 222 and 224. End up.

そこで、本実施形態では、第1,第2電極配線層222,224を形成する材料の熱伝導率を、第1,第2プラグ226,228と接続される部分の第1,第2電極234,236を形成する材料(単層であればその単層電極材料であり、複数層であれば最上層の電極材料)の熱伝導率よりも低くしている。   Therefore, in the present embodiment, the thermal conductivity of the material forming the first and second electrode wiring layers 222 and 224 is set to be the first and second electrodes 234 in the portion connected to the first and second plugs 226 and 228. , 236 is made lower than the thermal conductivity of the material (if it is a single layer, it is that single layer electrode material, and if it is a plurality of layers, it is the uppermost layer electrode material).

第1,第2電極234,236の材料の熱伝導率は、例えばプラチナ(Pt)は71.6W/mKであり、イリジウム(Ir)は147W/mKである。一方、一般の配線材料であるアルミニウム(Al)は237W/mK、銅(Cu)は403W/mKと、熱伝導率が第1,第2電極234,236高くなるのが通常である。   The thermal conductivity of the material of the first and second electrodes 234 and 236 is, for example, 71.6 W / mK for platinum (Pt) and 147 W / mK for iridium (Ir). On the other hand, aluminum (Al), which is a general wiring material, is 237 W / mK, and copper (Cu) is 403 W / mK, and the thermal conductivity is usually high in the first and second electrodes 234 and 236.

本実施形態では、第1,第2電極234,236の電極材料として好適な金属材料、例えばプラチナ(Pt)やイリジウム(Ir)よりも熱伝導率の低い材料として、例えば窒化チタン(TiN)またはチタン・アルミ・ナイトライド(TiAlN)により、第1,第2電極配線層222,224を形成している。例えば窒化チタン(TiN)の熱伝導率は29W/mKであり、チタン・アルミ・ナイトライド(TiAlN)の熱伝導率は5〜10W/mKであり、第1,第2電極234,236の電極材料として好適な金属材料である例えばプラチナ(Pt)やイリジウム(Ir)よりも熱伝導率が充分に低い。   In the present embodiment, a metal material suitable as an electrode material for the first and second electrodes 234 and 236, for example, a material having lower thermal conductivity than platinum (Pt) or iridium (Ir), for example, titanium nitride (TiN) or The first and second electrode wiring layers 222 and 224 are formed of titanium / aluminum / nitride (TiAlN). For example, the thermal conductivity of titanium nitride (TiN) is 29 W / mK, the thermal conductivity of titanium-aluminum nitride (TiAlN) is 5 to 10 W / mK, and the electrodes of the first and second electrodes 234 and 236 Thermal conductivity is sufficiently lower than, for example, platinum (Pt) and iridium (Ir) which are metal materials suitable as materials.

こうすると、キャパシター230の駆動に不可欠な第1,第2電極配線層222,224を介して、焦電体232の熱が放熱されることを抑制でき、検出素子220の熱分離性が向上する。   In this way, it is possible to suppress the heat of the pyroelectric body 232 from being dissipated through the first and second electrode wiring layers 222 and 224 that are indispensable for driving the capacitor 230, and the heat separation property of the detection element 220 is improved. .

なお、後述する通り、キャパシター230の上方には電磁波吸収体が配置され、電磁波照射による熱は、電磁波吸収体から焦電体232に伝達される。この熱伝達経路に第2電極(上部電極)236が存在するため、その第2電極236に接続される第2電極配線層224からの放熱を抑制することは、電磁波吸収体から焦電体232への伝熱効率を高めることに寄与する。よって、第2電極配線層224の熱伝達率を第2電極236よりも低くするだけでも、検出素子220の熱分離性を向上させることができる。   As will be described later, an electromagnetic wave absorber is disposed above the capacitor 230, and heat generated by the electromagnetic wave irradiation is transmitted from the electromagnetic wave absorber to the pyroelectric body 232. Since the second electrode (upper electrode) 236 is present in this heat transfer path, suppressing heat dissipation from the second electrode wiring layer 224 connected to the second electrode 236 is effective from the electromagnetic wave absorber to the pyroelectric body 232. Contributes to improving the heat transfer efficiency to. Therefore, the thermal separability of the detection element 220 can be improved only by making the heat transfer coefficient of the second electrode wiring layer 224 lower than that of the second electrode 236.

特に、後述する通り、電磁波吸収体から焦電体232への伝熱効率を高めるために、第2電極(上部電極)236の熱コンダクタンスを第1電極(下部電極)234の熱コンダクタンスよりも大きくする場合には、第2電極配線層224の熱伝達率を第2電極236よりも低くするだけでも、効果的に検出素子220の熱分離性を向上させることができる。ただし、加えて第1電極配線層222の熱伝達率を第1電極234よりも低くすることで、焦電体232の熱が第1電極234及び第1電極配線層222を介して放熱されることがさらに低減されるので、検出素子220は熱分離性がより向上する。   In particular, as will be described later, in order to increase the heat transfer efficiency from the electromagnetic wave absorber to the pyroelectric body 232, the thermal conductance of the second electrode (upper electrode) 236 is made larger than the thermal conductance of the first electrode (lower electrode) 234. In such a case, the thermal separability of the detection element 220 can be effectively improved only by making the heat transfer coefficient of the second electrode wiring layer 224 lower than that of the second electrode 236. However, by making the heat transfer coefficient of the first electrode wiring layer 222 lower than that of the first electrode 234, the heat of the pyroelectric body 232 is dissipated through the first electrode 234 and the first electrode wiring layer 222. Therefore, the thermal isolation of the detection element 220 is further improved.

ここで、第1電極配線層222は、図1及び図2に示すように、第1プラグ226に接続される第1接続部222Aと、第1接続部222Aから引き出され、第1接続部222Aよりも細幅の第1引き出し配線部222Bとを含むことができる。同様に、第2電極配線層224は、第2プラグ228に接続される第2接続部224Aと、第2接続部224Aから引き出され、第2接続部224Aよりも細幅の第2引き出し配線部224Bとを含むことができる。   Here, as shown in FIGS. 1 and 2, the first electrode wiring layer 222 is pulled out from the first connection portion 222A connected to the first plug 226 and the first connection portion 222A, and the first connection portion 222A. The first lead-out wiring part 222B having a narrower width can be included. Similarly, the second electrode wiring layer 224 includes a second connection portion 224A connected to the second plug 228 and a second lead-out wiring portion that is drawn from the second connection portion 224A and narrower than the second connection portion 224A. 224B.

そして、本実施形態では、図2に示すように、第2引き出し配線部224Bの幅W22は、第2コンタクトホール254の横断面の最大長さW21よりも狭くしている。第2コンタクトホール254の横断面の最大長さW21とは、コンタクトホールの外形が矩形であれば対角線長さであり、円形であれば直径である。本実施形態では、特許文献2とは異なり、第2コンタクトホール254内に電磁波吸収膜を配置する必要は無いので、第2コンタクトホール254の大きさを設計上で最小値に設定できる。第2引き出し配線部224Bの幅W22は第2コンタクトホール254の横断面での最大長さW21よりも狭いので、断面積に比例させて熱伝達特性を悪化させることができる。これによっても検出素子220の熱分離性を向上させることができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the width W22 of the second lead-out wiring portion 224B is narrower than the maximum length W21 of the cross section of the second contact hole 254. The maximum cross-sectional length W21 of the second contact hole 254 is a diagonal length if the outer shape of the contact hole is rectangular, and a diameter if the outer shape is circular. In this embodiment, unlike Patent Document 2, there is no need to dispose an electromagnetic wave absorbing film in the second contact hole 254, so the size of the second contact hole 254 can be set to a minimum value in design. Since the width W22 of the second lead wiring part 224B is narrower than the maximum length W21 in the cross section of the second contact hole 254, the heat transfer characteristics can be deteriorated in proportion to the cross-sectional area. This can also improve the thermal separation property of the detection element 220.

上記構成に追加して、図2に示すように、第1引き出し配線部222Bの幅W12は、第1コンタクトホール252の横断面の最大長さW11よりも狭くすることができる。こうすると、第1引き出し配線部222Bの熱伝達特性も悪化するので、検出素子220の熱分離性をさらに向上させることができる。   In addition to the above configuration, as shown in FIG. 2, the width W12 of the first lead-out wiring portion 222B can be made narrower than the maximum length W11 of the cross section of the first contact hole 252. As a result, the heat transfer characteristics of the first lead-out wiring portion 222B are also deteriorated, so that the heat separability of the detection element 220 can be further improved.

第1,第2引き出し配線部222B,224Bの幅W12,W22を狭くする他の技術的意義は、電磁波吸収膜での吸収効率を向上させる点にあるが、この点については後述する。   Another technical significance of narrowing the widths W12 and W22 of the first and second lead-out wiring portions 222B and 224B is to improve the absorption efficiency in the electromagnetic wave absorption film, which will be described later.

3.焦電型検出器の概要
図3は、図12に示す焦電型検出器200の全体を示す断面図である。また、図4は、製造工程途中の焦電型検出器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、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。
3. Outline of Pyroelectric Detector FIG. 3 is a cross-sectional view showing the entire pyroelectric detector 200 shown in FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the pyroelectric 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 detection element 220 to after the formation process, and is removed by isotropic etching after the formation process of the detection element 220.

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上の絶縁膜(例えばSiO2)にて形成されるスペーサー層120とを含んでいる。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SiO2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上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 insulating film (for example, SiO 2 ) on the silicon substrate 110. The post (support portion) 104 is formed by etching the spacer layer 120, and is formed of, for example, SiO 2 . A plug 106 connected to one of the first and second electrode wiring layers 222 and 224 can be disposed on the post (support portion) 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 detector 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の第1面211A上に搭載される検出素子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SiO2支持層)212(図4参照)との密着性を高める密着層234Dを含むことができる。 The detection element 220 mounted on the first surface 211 </ b> A of 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 may include an adhesion layer 234D that improves adhesion between the support member 210 and a first layer member (for example, a SiO 2 support layer) 212 (see FIG. 4).

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Al23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バリア層244は、例えば酸化アルミニウムAl23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 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Al23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1及び図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, which are also shown in FIGS. 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(図4では第2プラグ228のみ図示)を複数層(第1層228A,第2層228B)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の第1層228Aを併用しても良いし、第1層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 (only the second plug 228 is shown in FIG. 4) are formed into a plurality of layers (first layer 228A and second layer 228B). A barrier metal layer is adopted as the first layer 228A. 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 first layer 228A of the second plug 228 or may exclude the first layer 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、SiO2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上に電磁波吸収体270が設けられている。パッシベーション膜260もSiO2またはSiNにて形成されるが、電磁波吸収体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。この電磁波吸収体270に電磁波が図3の矢印方向から入射され、電磁波吸収体270は吸収した電磁波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電磁波を検出できる。 A SiO 2 or SiN passivation film 260 is provided to cover the first and second electrode wiring layers 222 and 224. An electromagnetic wave absorber 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 different material having a high etching selectivity with respect to the lower passivation film 260 in view of the necessity of pattern etching of the electromagnetic wave absorber 270. An electromagnetic wave is incident on the electromagnetic wave absorber 270 from the direction of the arrow in FIG. 3, and the electromagnetic wave absorber 270 generates heat according to the amount of electromagnetic wave absorbed. When the heat is transferred to the pyroelectric body 232, the amount of spontaneous polarization of the capacitor 230 is changed by the heat, and the electromagnetic wave can be detected by detecting the charge due to the spontaneous polarization.

パッシベーション膜260や電磁波吸収体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 electromagnetic wave 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.

この電磁波吸収体270を含む焦電型検出器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、電磁波吸収体270に入射する電磁波(テラヘルツ波)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法では厚すぎてテラヘルツ波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Al23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 pyroelectric detector 200 including the electromagnetic wave absorber 270. The reducing gas barrier layer 280 needs to be formed thinner than the reducing gas barrier layer 240, for example, in order to increase the transmittance of electromagnetic waves (terahertz waves) incident on the electromagnetic wave 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 terahertz wave 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102を規定する底壁110Aと側壁104Aには、焦電型検出器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層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Al23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。 Further, on the base 100 side, the walls defining the cavity 102, that is, the bottom wall 110 </ b> A and the side wall 104 </ b> A defining the cavity 102 are embedded in the cavity 102 in the process of manufacturing the pyroelectric 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 layer 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 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ー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.

4.支持部材の構造
図3に示すように、下層から上層に向う第1方向D1に沿って、基部100上に、ポスト(支持部)104、支持部材210及び検出素子220が積層されている。支持部材210は、第1面211A側に密着層234Dを介して検出素子220を搭載し、第2面211B側は空洞部102に面している。なお、密着層234Dは、検出素子220の一部(最下層)である。
4). Structure of Support Member As shown in FIG. 3, a post (support part) 104, a support member 210, and a detection element 220 are stacked on the base 100 along a first direction D <b> 1 from the lower layer to the upper layer. The support member 210 mounts the detection element 220 on the first surface 211A side via the adhesion layer 234D, and the second surface 211B side faces the cavity 102. The adhesion layer 234 </ b> D is a part (lowermost layer) of the detection element 220.

支持部材210は、図5に示すように、少なくとも密着層234Dと接する第1面側の第1層部材212を絶縁層、例えばSiO2支持層としている。このSiO2支持層(第1層部材)212は、図3に示す第1方向D1とは逆方向を第2方向D2としたとき、SiO2支持層(第1層部材)212よりも第2方向D2に位置する他のSiO2層である例えばポスト(支持部)104より水素含有率が小さい。これはCVD膜成膜時にO2流量を通常の層間絶縁膜CVD時よりも多くして水素や水分の膜中含有量を低減することにより得られる。こうして、SiO2支持層(第1層部材)212は、水素含有率が他のSiO2層である例えばポスト(支持部)104よりも低い低水分膜となる。 As shown in FIG. 5, in the support member 210, at least the first layer member 212 on the first surface side in contact with the adhesion layer 234D is an insulating layer, for example, a SiO 2 support layer. This SiO 2 support layer (first layer member) 212 is second than the SiO 2 support layer (first layer member) 212 when the direction opposite to the first direction D1 shown in FIG. The hydrogen content is smaller than that of, for example, the post (supporting portion) 104 which is another SiO 2 layer positioned in the direction D2. This can be obtained by reducing the content of hydrogen or moisture in the film by increasing the O 2 flow rate at the time of CVD film formation as compared with that at the time of normal interlayer insulating film CVD. Thus, the SiO 2 support layer (first layer member) 212 becomes a low moisture film having a hydrogen content lower than that of, for example, the post (support portion) 104 which is another SiO 2 layer.

密着層234Dと接する支持部材210の最上層のSiO2支持層(第1層部材)212の含水量が少ないと、焦電体232の形成後に熱処理により高温に晒されても、SiO2支持層(第1層部材)212自体から還元ガス(水素、水蒸気)が発生することを抑制できる。こうして、キャパシター230中の焦電体232に対して、そのキャパシター230の直下の下方(支持部材210側)から侵入する還元種を抑制することができ、焦電体232が酸素欠損することを抑制できる。 When the water content of the uppermost SiO 2 support layer (first layer member) 212 of the support member 210 in contact with the adhesion layer 234D is small, the SiO 2 support layer even if exposed to a high temperature by heat treatment after the pyroelectric 232 is formed. (First layer member) The generation of reducing gas (hydrogen, water vapor) from 212 itself can be suppressed. In this way, it is possible to suppress the reducing species that enter the pyroelectric body 232 in the capacitor 230 from directly below the support 230 (on the support member 210 side), and to suppress oxygen deficiency in the pyroelectric body 232. it can.

SiO2支持層(第1層部材)212よりも第2方向D2に位置する他のSiO2層である例えばポスト(支持部)104の水分も還元種となり得るが、キャパシター230から離れているので、SiO2支持層(第1層部材)212よりも影響度は少ない。ただし、ポスト(支持部)104の水分も還元種となり得るので、SiO2支持層(第1層部材)212よりも第2方向D2に位置する支持部材210中に、還元ガスバリア性のある膜を形成しておくことが好ましい。この点も含め、支持部材210のより具体的構造について以下に説明する。 For example, moisture in the post (support) 104, which is another SiO 2 layer positioned in the second direction D2 than the SiO 2 support layer (first layer member) 212, can also be a reducing species, but is away from the capacitor 230. The influence is less than that of the SiO 2 support layer (first layer member) 212. However, since the moisture in the post (support part) 104 can also be a reducing species, a film having a reducing gas barrier property is provided in the support member 210 located in the second direction D2 rather than the SiO 2 support layer (first layer member) 212. It is preferable to form it. A more specific structure of the support member 210 including this point will be described below.

支持部材210は、図3に示す第2方向D2に沿って、図4に示すように、上述したSiO2支持層(第1層部材)212と、中間層(第2層部材)214と、他のSiO2層(第3層部材)216とを積層して形成することができる。 As shown in FIG. 4, the support member 210 is along the second direction D2 shown in FIG. 3, and the SiO 2 support layer (first layer member) 212, the intermediate layer (second layer member) 214 described above, Another SiO 2 layer (third layer member) 216 can be laminated and formed.

つまり、本実施形態では、単一材料では反りが生じてしまう支持部材210を、複数の異種材料を積層することで形成している。具体的には、第1層部材212,第3層部材216を酸化膜(SiO2)とし、中間層である第2層部材214を窒化膜(例えばSi34)で形成することができる。 That is, in this embodiment, the support member 210 that is warped with a single material is formed by stacking a plurality of different materials. Specifically, the first layer member 212 and the third layer member 216 can be formed of an oxide film (SiO 2 ), and the second layer member 214 as an intermediate layer can be formed of a nitride film (for example, Si 3 N 4 ). .

例えば、第1層部材212及び第3層部材216に生ずる例えば圧縮残留応力と、第2層部材214に生ずる引張残留応力とを互いに相殺する方向に作用させる。これにより、支持部材210全体としての残留応力をさらに低減するか消滅させることができる。特に、第2層部材214の窒化膜が有する強い残留応力を、上下2層の酸化膜である第1層部材212,第3層部材216の逆向きの残留応力にて相殺するように作用させて、支持部材210に反りを生じさせる応力を低減できる。支持部材210を、密着層234Dと接する酸化膜(SiO2)と、窒化膜(例えばSi34)との二層で形成しても、反りを抑制する効果がある。なお、支持部材210を、例えば特願2010−109035号に開示された方法により形成すれば反りの発生を防止できるので、支持部材210は必ずしも積層構造でなくてもよく、SiO2層の単層にて形成しても良い。 For example, the compressive residual stress generated in the first layer member 212 and the third layer member 216 and the tensile residual stress generated in the second layer member 214 are caused to cancel each other. Thereby, the residual stress as the whole support member 210 can be further reduced or eliminated. In particular, the strong residual stress of the nitride film of the second layer member 214 is caused to cancel out by the reverse residual stresses of the first layer member 212 and the third layer member 216 which are two upper and lower oxide films. Thus, the stress that causes the support member 210 to warp can be reduced. Even if the support member 210 is formed of two layers of an oxide film (SiO 2 ) in contact with the adhesion layer 234D and a nitride film (eg, Si 3 N 4 ), there is an effect of suppressing warpage. Note that if the support member 210 is formed by, for example, the method disclosed in Japanese Patent Application No. 2010-109035, the occurrence of warpage can be prevented. Therefore, the support member 210 does not necessarily have a laminated structure, and a single layer of SiO 2 layer. It may be formed by.

ここで、第2層部材214を形成する窒化膜(例えばSi34)は、還元ガスバリア性を有する。これにより、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を、支持部材210自体に持たせることができる。このため、第2層部材214よりも、図3の第2方向D2に位置する第3層部材216が、SiO2支持層(第1層部材)212よりも含水量が多い他のSiO2層であっても、第3層部材216中の還元種(水素、水蒸気)が焦電体232に侵入することを、還元ガスバリア性を有する第2層部材214により抑制することができる。 Here, the nitride film (for example, Si 3 N 4 ) forming the second layer member 214 has a reducing gas barrier property. Accordingly, the support member 210 itself can be provided with a function of blocking a reducing inhibition factor that enters the pyroelectric body 232 of the capacitor 230 from the support member 210 side. Therefore, than the second layer member 214, the third layer member 216 located in the second direction D2 in FIG. 3, another SiO 2 layer is large water content than SiO 2 support layer (first layer member) 212 Even so, the second layer member 214 having a reducing gas barrier property can prevent the reducing species (hydrogen, water vapor) in the third layer member 216 from entering the pyroelectric body 232.

5.キャパシターの構造
5.1.熱コンダクタンス
図6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、入射された電磁波の大きさが熱に変換されて、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)を利用して電磁波を検出できる。本実施形態では、入射された電磁波が電磁波吸収体270にて吸収されて電磁波吸収体270が発熱し、電磁波吸収体270と焦電体232との間にある固体熱伝導路を介して、電磁波吸収体270の発熱が伝達される。
5. Capacitor structure 5.1. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the main part of this 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 can detect the electromagnetic wave by utilizing the fact that the magnitude of the incident electromagnetic wave is converted into heat and the spontaneous polarization amount of the pyroelectric body 232 changes (pyroelectric effect or pyroelectronic effect). In the present embodiment, the incident electromagnetic wave is absorbed by the electromagnetic wave absorber 270 and the electromagnetic wave absorber 270 generates heat, and the electromagnetic wave passes through the solid heat conduction path between the electromagnetic wave 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、電磁波に起因した熱が第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、検出素子220の信号感度が向上する。しかも、第2電極236に電気的に接続される第2電極配線層224の熱伝導率も上述のように低いので、焦電型検出器200の熱分離特性は向上する。   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 heat due to electromagnetic waves 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 detection element 220. Moreover, since the thermal conductivity of the second electrode wiring layer 224 electrically connected to the second electrode 236 is also low as described above, the thermal separation characteristics of the pyroelectric detector 200 are improved.

上述した特性を有するキャパシター230の構造を、図6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 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6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. 6, the relationship of 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6に示すように、電磁波吸収体270の頂面から第2電極236の頂面までの距離Lをλ/4(λは電磁波の検出波長)とすると良い。こうすると、電磁波吸収体270の頂面と第2電極236の頂面との間で、検出波長λの電磁波が多重反射されるので、検出波長λの電磁波を電磁波吸収体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. 6, the distance L from the top surface of the electromagnetic wave absorber 270 to the top surface of the second electrode 236 is preferably λ / 4 (λ is the detection wavelength of the electromagnetic wave). As a result, the electromagnetic wave having the detection wavelength λ is multiple-reflected between the top surface of the electromagnetic wave absorber 270 and the top surface of the second electrode 236, so that the electromagnetic wave absorber 270 efficiently absorbs the electromagnetic wave having the detection wavelength λ. it can.

5.2.電極多層構造
次に、図6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6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。
5.2. Next, the structure of the capacitor 230 of this embodiment shown in FIG. 6 will be described. In the capacitor 230 shown in FIG. 6, the crystal orientations of the pyroelectric body 232, the first electrode 234, and the second electrode 236 are arranged such that the preferential orientation direction is, for example, the (111) plane direction. 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層)234Aと、第1還元ガスバリア層(例えばIrOx層)234Bと、優先配向のシード層(例えばPt層)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, an Ir layer) 234A that controls the orientation of the first electrode 234 so that the first electrode 234 is preferentially oriented to, for example, the (111) plane; Layer) 234B and a preferentially oriented seed layer (eg, Pt layer) 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層)236Aと、第2還元ガスバリア層(例えばIrOx層)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層)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, a Pt layer) 236A whose crystal orientation is aligned with that of the pyroelectric body 232, a second reducing gas barrier layer (for example, an IrOx layer) 236B, A resistance-reducing layer (for example, an Ir layer) 236C that lowers the resistance of the joint surface with the second plug 228 connected to the electrode 236 can be included.

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 detection element 220 having a small heat capacity is processed with low damage without reducing its capability, and crystal at the interface. The lattice level is matched, and the pyroelectric (oxide) 232 is isolated from the reducing gas even if the periphery of the capacitor 230 becomes a reducing atmosphere at the time of manufacture 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。 The pyroelectric material 232 is crystallized by preferentially orienting, for example, PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 generic name: lead zirconate titanate) or PZTN (PZT added with Nb) or the like in the (111) orientation Growing up. 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、第1電極234には配向制御層として機能する配向制御層(Ir層)234Aがスパッタ法で形成される。なお、図6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の最上層であるSiO2支持層212とSiO2との密着性を確保できるからである。この種の密着層234Dとしてチタン(Ti)も適用可能であるが、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)または窒化チタン(TiN)の方が好ましい。 For this purpose, an alignment control layer (Ir layer) 234A that functions as an alignment control layer is formed on the first electrode 234 by sputtering. As shown in FIG. 6, 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 the adhesion between the SiO 2 support layer 212 and the SiO 2 which is the uppermost layer can be secured in the support members 210. Titanium (Ti) can also be applied as this type of adhesion layer 234D, but titanium (Ti), such as titanium (Ti), which has high diffusivity is not preferred, and titanium, aluminum, nitride having low diffusibility and high reducing gas barrier properties. (TiAlN) or titanium nitride (TiN) is preferred.

また、密着層234Dの下層に位置する支持部材210の第1層部材212をSiO2で形成するとき、該SiO2層の前記第1電極と接する密着層側の表面ラフネスRaは30nm未満と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れば、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。 In addition, when the first layer member 212 of the support member 210 located below the adhesion layer 234D is formed of SiO 2 , the surface roughness Ra on the adhesion layer side of the SiO 2 layer in contact with the first electrode is less than 30 nm. It is preferable. 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.

この密着層234Dは、還元ガスバリア性を有することができる。チタン・アルミ・ナイトライド(TiAlN)または窒化チタン(TiN)は、還元ガスバリア性を有する。よって、支持部材のSiO2支持層から還元性ガスが漏れたとしても、還元ガスバリア性の密着層234Dによって還元性ガスがキャパシター230に侵入することを阻止できる。 The adhesion layer 234D can have a reducing gas barrier property. Titanium / aluminum / nitride (TiAlN) or titanium nitride (TiN) has a reducing gas barrier property. Therefore, even if the reducing gas leaks from the SiO 2 support layer of the support member, the reducing gas barrier adhesion layer 234D can prevent the reducing gas from entering the capacitor 230.

密着層234Dの熱伝導率は第1電極234を形成する金属材料の熱伝導率よりも小さくすることができる。こうすると、キャパシター230の熱が密着層234Dを介して支持部材210側に逃げにくくなり、焦電体232での温度変化に基づく信号精度を高めることができる。上述の通り、SiO2支持層212との密着性が良好な密着層234Dはチタン(Ti)系とすることができ、チタン(Ti)の熱伝導率は21.9(W/mK)と、第1電極234に好適な金属例えば白金(Pt)の熱伝導率71.6(W/m・K)やイリジウム(Ir)の熱伝達率147(W/m・K)よりも格段に小さく、チタンの窒化物であるチタン・アルミ・ナイトライド(TiAlN)または窒化チタン(TiN)の熱伝導率は、窒素/チタンの混合率に応じてさらに低くなる。 The thermal conductivity of the adhesion layer 234 </ b> D can be made smaller than the thermal conductivity of the metal material forming the first electrode 234. This makes it difficult for the heat of the capacitor 230 to escape to the support member 210 side through the adhesion layer 234D, and the signal accuracy based on the temperature change in the pyroelectric body 232 can be improved. As described above, the adhesion layer 234D having good adhesion to the SiO 2 support layer 212 can be made of titanium (Ti), and the thermal conductivity of titanium (Ti) is 21.9 (W / mK). The metal suitable for the first electrode 234, for example, platinum (Pt) thermal conductivity 71.6 (W / m · K) and iridium (Ir) heat conductivity 147 (W / m · K) is significantly smaller, The thermal conductivity of titanium / aluminum / nitride (TiAlN) or titanium nitride (TiN), which is a nitride of titanium, is further reduced depending on the nitrogen / titanium mixing ratio.

密着層234Dの水分触媒活性度は、第1電極234の他の材料の水分触媒活性度よりも低いことが好ましい。密着層234Dが、水分と反応して水素を発生させる水分触媒活性度が低ければ、下層の層間絶縁膜中や表面のOH基や吸着水との反応によって還元ガスが発生することを抑制できる。   The moisture catalyst activity of the adhesion layer 234D is preferably lower than the moisture catalyst activity of other materials of the first electrode 234. If the adhesive layer 234D has a low water catalytic activity for generating hydrogen by reacting with moisture, it is possible to suppress the generation of reducing gas due to reaction with OH groups or adsorbed water in the lower interlayer insulating film or on the surface.

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の第2層部材(例えばSi34)及び支持部材210のエッチングストップ膜(例えばAl23)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 the first support member 210 exhibiting a reducing gas barrier property in order to isolate the pyroelectric body 232 from reducing inhibitors from below the capacitor 230. It is used together with a two-layer member (eg, Si 3 N 4 ) and an etching stop film (eg, 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.

なお、焦電体232の焼成工程中など、高温処理時にはキャパシター230内部で蒸発気体が生成されることがあるが、その蒸発気体の逃げ道が、支持部材210の第1層部材212にて確保される。つまり、キャパシター230内部で発生する蒸発気体を逃がすには、第1層部材212にはガスバリア性を備えず、第2層部材214にガスバリア性を備える方が良い。   It should be noted that evaporative gas may be generated inside the capacitor 230 during high-temperature processing, such as during the pyroelectric body 232 firing step, but the escape path for the evaporative gas is secured by the first layer member 212 of the support member 210. The In other words, in order to escape the evaporated gas generated inside the capacitor 230, it is preferable that the first layer member 212 is not provided with a gas barrier property and the second layer member 214 is provided with a gas barrier property.

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234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 234, 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236のIr層236C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 236C of the electrode 236 is to reduce 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(第2層部材214、還元ガスバリア層240、エッチングストップ膜140兼還元性ガスバリア層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 (second layer member 214, reducing gas barrier layer 240, etching stop film 140 and reduction). The IrOx layer 234B of the first electrode 234 is thin, but the IrOx layer 236B of the second electrode 236 is thick in preparation for the low barrier property at the second plug 228. doing.

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6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.

5.3.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。
5.3. 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6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6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. 6, so that the relationship G1 <G2 can be easily satisfied. In this case, the reflection surface defining L = λ / 4 shown in FIG. 6 is replaced with the Pt layer 236A of the second electrode 236, but the multiple reflection surface can be secured in the same manner.

次に、図6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(第2層部材214、還元ガスバリア層240、エッチングストップ膜140兼還元性ガスバリア層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5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. 6 can be made equal to or less than the thickness of the IrOx layer 234B in the first electrode 234. As described above, other barrier films (second layer member 214, reducing gas barrier layer 240, etching stop film 140 and reducing gas barrier layer 280) are used in combination with the barrier property of the reducing inhibitor from below and above the capacitor 230. Therefore, if the reducing gas barrier property in the second plug 228 is enhanced as shown in FIG. 5, for example, the thickness of the IrOx layer 236B in the second electrode 236 is thicker than the IrOx layer 234B in the first electrode 234. do not have to. 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6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、キャパシター230を支持する支持部材210にて第2層部材214が、支持部材210の下面にはエッチングストップ膜140が、それぞれ存在し、第2層部材214及び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. 6 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, the second layer member 214 is present on the support member 210 that supports the capacitor 230, and the etching stop film 140 is present on the lower surface of the support member 210. The second layer member 214 and the etching stop film 140 are provided with a reducing gas barrier property. If the capacitor 230 is formed, a capacitor 230 can secure a barrier property against a reducing inhibitor from below.

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、上述した還元ガスバリア層240や、図4に示す第1層228Aや、あるいは図5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 layer 240 described above, the first layer 228A shown in FIG. 4, or the reducing gas barrier layer 290 shown in FIG.

図6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6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234Cの厚さT11を第2電極236のPt層236A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. 6 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 234C of the first electrode 234 is larger than the thickness T21 of the Pt layer 236A of the second electrode 236 (T11> T21), the relationship of G1 <G2 is established. It can be easily established.

以上の通り、本実施形態では、第1,第2プラグ226,228と接続される部分の第1,第2電極234,236を形成する材料(単層であればその単層電極材料であり、複数層であれば最上層の電極材料)として、プラチナ(Pt)またはイリジウム(Ir)を採用している。いずれの場合であって、第1,第2電極配線層222,224として例えば窒化チタン(TiN)またはチタン・アルミ・ナイトライド(TiAlN)を用いることで、第1,第2電極配線層222,224の熱伝導率を第1,第2電極234,236の熱伝導率の低くでき、焦電型検出器200の熱分離特性を改善できる。   As described above, in the present embodiment, the material for forming the first and second electrodes 234 and 236 in the portion connected to the first and second plugs 226 and 228 (in the case of a single layer, the single-layer electrode material is used. Platinum (Pt) or iridium (Ir) is employed as the uppermost electrode material in the case of a plurality of layers. In either case, by using, for example, titanium nitride (TiN) or titanium-aluminum-nitride (TiAlN) as the first and second electrode wiring layers 222 and 224, the first and second electrode wiring layers 222, 224 The thermal conductivity of the first and second electrodes 234 and 236 can be lowered and the thermal separation characteristics of the pyroelectric detector 200 can be improved.

6.電極面での反射による電磁波吸収効率の向上
図7は、図3の電磁波吸収体270の配置領域を拡大した変形例の断面図である。図7を用いて、図3及び図7の各実施形態において、電極面での反射による電磁波吸収効率の向上について説明する。
6). Improvement of Electromagnetic Wave Absorption Efficiency by Reflection on Electrode Surface FIG. 7 is a cross-sectional view of a modified example in which the arrangement region of the electromagnetic wave absorber 270 of FIG. 3 is enlarged. The improvement of electromagnetic wave absorption efficiency due to reflection on the electrode surface will be described with reference to FIG.

図7の矢印方向から入射された電磁波の一部は電磁波吸収体270にて吸収されて熱に変換され、他の一部は透過する。この際、図3及び図7の各実施形態において、透過電磁波は第2電極(上部電極)236の面上にて反射されて電磁波吸収体270の中心側に戻される(図7のR1)。こうして、透過電磁波は反射により再度、電磁波吸収体270にて吸収される機会が付与されるので、電磁波吸収効率は高まる。   A part of the electromagnetic wave incident from the arrow direction in FIG. 7 is absorbed by the electromagnetic wave absorber 270 and converted into heat, and the other part is transmitted. At this time, in each embodiment of FIGS. 3 and 7, the transmitted electromagnetic wave is reflected on the surface of the second electrode (upper electrode) 236 and returned to the center side of the electromagnetic wave absorber 270 (R1 in FIG. 7). In this way, since the transmitted electromagnetic wave is given an opportunity to be absorbed again by the electromagnetic wave absorber 270 by reflection, the electromagnetic wave absorption efficiency is increased.

ここで、電磁波の反射は、第2電極(上部電極)236上ばかりでなく、第2電極配線層224上でも生ずる(図7のR1’)。しかし、第2電極(上部電極)236上で反射された電磁波と、第2電極配線層224上で反射された電磁波とは、電磁波吸収体270の層内での吸収極大となる高さポイントが異なる。そのため、電磁波吸収効率は低下する。第2電極配線層224が存在しなければ、第2電極(上部電極)236上で反射された電磁波の吸収極大となる高さポイントは一定となるが、第2電極配線層224必要である。   Here, the reflection of the electromagnetic wave occurs not only on the second electrode (upper electrode) 236 but also on the second electrode wiring layer 224 (R1 'in FIG. 7). However, the electromagnetic wave reflected on the second electrode (upper electrode) 236 and the electromagnetic wave reflected on the second electrode wiring layer 224 have a height point at which the absorption maximum in the layer of the electromagnetic wave absorber 270 is obtained. Different. Therefore, the electromagnetic wave absorption efficiency decreases. If the second electrode wiring layer 224 is not present, the height point at which the absorption maximum of the electromagnetic wave reflected on the second electrode (upper electrode) 236 is constant is constant, but the second electrode wiring layer 224 is necessary.

そこで、上述した通り第2電極配線層224の幅W22を狭くすることで、電磁波吸収効率の低下を抑制することができる。   Therefore, by reducing the width W22 of the second electrode wiring layer 224 as described above, it is possible to suppress a decrease in electromagnetic wave absorption efficiency.

図7の実施形態では、第1電極(下部電極)364が拡大された第2領域233Bと対向する位置にも、電磁波吸収体270が配置されている。こうすると、電磁波吸収体270の体積が増大するので吸収される熱量が多くなるばかりか、第1電極(下部電極)234上でも電磁波を反射することができるので(図7のR2)、電磁波吸収体270での吸収熱量はより増大される。   In the embodiment of FIG. 7, the electromagnetic wave absorber 270 is also disposed at a position facing the second region 233B where the first electrode (lower electrode) 364 is enlarged. Thus, the volume of the electromagnetic wave absorber 270 increases, so that not only the amount of heat absorbed is increased, but also the electromagnetic wave can be reflected on the first electrode (lower electrode) 234 (R2 in FIG. 7). The amount of heat absorbed by the body 270 is further increased.

なお、第1電極(下部電極)234上での電磁波の反射と同時に、第1電極配線層222(図7では省略)でも反射され、第2電極と同様な問題が生ずるが、上述した通り第1電極配線層222の幅W12を狭くすることで、電磁波吸収効率の低下を抑制することができる。   In addition, simultaneously with the reflection of the electromagnetic wave on the first electrode (lower electrode) 234, it is also reflected on the first electrode wiring layer 222 (not shown in FIG. 7), causing the same problem as the second electrode. By reducing the width W12 of the one-electrode wiring layer 222, it is possible to suppress a decrease in electromagnetic wave absorption efficiency.

7.電子機器
図8に本実施形態の焦電型検出器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(焦電型検出器)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8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したりするなどの種々の変形実施が可能である。
7). Electronic Device FIG. 8 shows a configuration example of an electronic device including the pyroelectric detector according to the present embodiment. This electronic apparatus includes an optical system 400, a sensor device (pyroelectric detector) 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. 8, and some of the components (for example, an optical system, an operation unit, a display unit, etc.) are omitted, or other components are added. Various modifications of the above are possible.

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焦電型検出器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。   The sensor device 410 is configured by two-dimensionally arranging the pyroelectric 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). The sensor device 410 includes a row selection circuit (row driver), a readout circuit that reads data from the detector via a column line, an A / D conversion unit, and the like, in addition to the two-dimensionally arranged detectors. Can do. By sequentially reading data from each detector arranged two-dimensionally, it is possible to perform imaging processing of an object image.

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ったりする。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、ユーザーが電子機器を操作するためのインターフェイ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 or 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セル分の焦電型検出器を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、こうすると電磁波に起因する熱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、特定物質探知装置、偽造紙幣の判定、封筒内の薬品検出、建造物の非破壊検査などのテラヘルツカメラを用いる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 using the pyroelectric detector for one cell as a sensor and arranging the pyroelectric detector for one cell in two dimensions, for example, in two orthogonal directions. In this way, a heat distribution image resulting from electromagnetic waves can be provided. Using this sensor device 410, an electronic device using a terahertz camera such as a specific substance detection device, determination of a counterfeit bill, detection of medicine in an envelope, and nondestructive inspection of a building can be configured.

図9(A)に図8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、高性能なテラヘルツカメラを実現できる。   FIG. 9A shows a configuration example of the sensor device 410 in 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, a high-performance terahertz camera 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9(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9(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9(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9(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. 9B, 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 of FIG. 9B is disposed 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, taking a QVGA (320 × 240 pixel) sensor array 500 (focal plane array) as shown in FIG. 9B 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.

図12に本実施形態の焦電型検出器を含むテラヘルツカメラの例を示す。前述のセンサーデバイス410の電磁波吸収材は、その吸収波長がテラヘルツ波で最適になるように設定されており、テラヘルツ光照射ユニットと組み合わせてテラヘルツカメラ1000を構成した例を示す。   FIG. 12 shows an example of a terahertz camera including the pyroelectric detector according to the present embodiment. The electromagnetic wave absorbing material of the above-described sensor device 410 is set so that the absorption wavelength is optimized by the terahertz wave, and an example in which the terahertz camera 1000 is configured in combination with the terahertz light irradiation unit is shown.

テラヘルツカメラ1000は、制御ユニット1010と、照射光ユニット1020と、光学フィルター1030と、撮像ユニット1040と、表示部1050とを備えて構成されている。撮像ユニット1040は、図示しないレンズなどの光学系と前述の焦電型検出器の電磁波吸収材の吸収波長をテラヘルツ域で最適化したセンサーデバイスを含んで構成されている。   The terahertz camera 1000 includes a control unit 1010, an irradiation light unit 1020, an optical filter 1030, an imaging unit 1040, and a display unit 1050. The imaging unit 1040 includes an optical system such as a lens (not shown) and a sensor device that optimizes the absorption wavelength of the electromagnetic wave absorber of the pyroelectric detector described above in the terahertz range.

制御ユニット1010は、本装置全体を制御するシステムコントローラーを含み、該システムコントローラーは制御ユニットに含まれる光源駆動部および画像処理ユニットを制御する。照射光ユニット1020は、テラヘルツ光(波長が100μm〜1000μmの範囲にある電磁波を指す。)出射するレーザー装置と光学系を含み、テラヘルツ光を検査対象の人物1060に照射する。人物1060からの反射テラヘルツ光は、探知対象である特定物質1070の分光スペクトルのみを通過させる光学フィルター1030を介して撮像ユニット1040に受光される。撮像ユニット1040で生成された画像信号は、制御ユニット1010の画像処理ユニットで所定の画像処理が施され、その画像信号が表示部1050へ出力される。そして人物1060の衣服内等に特定物質1070が存在するか否かにより受光信号の強度が異なるので特定物質1070の存在が判別できる。   The control unit 1010 includes a system controller that controls the entire apparatus, and the system controller controls the light source driving unit and the image processing unit included in the control unit. The irradiation light unit 1020 includes a laser device that emits terahertz light (an electromagnetic wave having a wavelength in the range of 100 μm to 1000 μm) and an optical system, and irradiates the person 1060 to be inspected with terahertz light. The reflected terahertz light from the person 1060 is received by the imaging unit 1040 through the optical filter 1030 that allows only the spectral spectrum of the specific substance 1070 to be detected to pass. The image signal generated by the imaging unit 1040 is subjected to predetermined image processing by the image processing unit of the control unit 1010, and the image signal is output to the display unit 1050. The presence of the specific substance 1070 can be determined because the intensity of the received light signal varies depending on whether or not the specific substance 1070 is present in the clothes of the person 1060.

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.

本発明は、種々の焦電型検出器に広く適用することができる。なお、検出する電磁波の波長は、特にテラヘルツ波である場合に有効な技術である。   The present invention can be widely applied to various pyroelectric detectors. Note that the wavelength of the electromagnetic wave to be detected is an effective technique particularly when the wavelength is a terahertz wave.

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(還元ガスバリア層)、200 焦電型検出器、210 支持部材、211A 第1面、211B 第2面、212 第1層部材、214 第2層部材、216 第3層部材、220 検出素子、222 第1電極配線層、224 第2電極配線層、222A 第1接続部、224A 第2接続部、222B 第1引き出し配線部、224B 第2引き出し配線部、226 第1プラグ、228 第2プラグ、228A 第1層(バリアメタル層)、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 層間絶縁膜(パッシベーション膜)、270 電磁波吸収体(テラヘルツ波吸収体)、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、D1 第1方向、D2 第2方向、1000 テラヘルツカメラ、1020 照射光ユニット、1040 撮像ユニット。   100 base part (fixed part), 102 cavity part, 104 support part (post), 130, 140 etching stop film (reducing gas barrier layer), 200 pyroelectric detector, 210 support member, 211A first surface, 211B second surface , 212 1st layer member, 214 2nd layer member, 216 3rd layer member, 220 sensing element, 222 1st electrode wiring layer, 224 2nd electrode wiring layer, 222A 1st connection part, 224A 2nd connection part, 222B First lead wiring portion, 224B Second lead wiring portion, 226 First plug, 228 Second plug, 228A First layer (barrier metal layer), 230 capacitor, 232 pyroelectric body, 234 first electrode, 234A orientation control layer 234B First reducing gas barrier layer, 234C seed layer, 234D adhesion layer, 236 second electrode, 236A orientation Composite layer, 236B Second reducing gas barrier layer, 236C Low resistance layer, 240 reducing gas barrier layer, 250 interlayer insulating film, 260 interlayer insulating film (passivation film), 270 electromagnetic wave absorber (terahertz wave absorber), 280 reducing gas barrier layer (Etching stop film), 290 Reduction gas barrier layer, D1 first direction, D2 second direction, 1000 terahertz camera, 1020 irradiation light unit, 1040 imaging unit.

Claims (12)

波長が100μm以上、1000μm以下のテラヘルツ波を検出する焦電型検出素子と、
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面に前記焦電型検出素子を搭載した支持部材と、
前記支持部材の一部を支持する支持部と、
を有し、
前記焦電型検出素子は、
前記支持部材に搭載される第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を含み、前記第1電極が、前記焦電材料が積層形成される第1領域と、前記第1領域より延在形成された第2領域とを含み、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターと、
前記キャパシターの表面を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記第1電極の前記第2領域に通ずる第1コンタクトホールと、
前記第1コンタクトホールに埋め込まれた第1プラグと、
前記層間絶縁膜に形成され、前記第2電極に通ずる第2コンタクトホールと、
前記第2コンタクトホールに埋め込まれた第2プラグと、
前記層間絶縁膜及び前記支持部材の上に形成され、前記第1プラグに接続される第1電極配線層と、
前記層間絶縁膜及び前記支持部材の上に形成され、前記第2プラグに接続される第2電極配線層と、
を含み、
前記第2電極配線層を形成する材料の熱伝導率は、前記第2プラグと接続される部分の前記第2電極を形成する材料の熱伝導率よりも低いことを特徴とするテラヘルツカメラ。
A pyroelectric detection element for detecting a terahertz wave having a wavelength of 100 μm or more and 1000 μm or less;
A support member including a first surface and a second surface facing the first surface, the second surface facing the cavity, and mounting the pyroelectric detection element on the first surface;
A support part for supporting a part of the support member;
Have
The pyroelectric detection element is
A first electrode mounted on the support member; a second electrode; and a pyroelectric material disposed between the first and second electrodes, wherein the first electrode is formed by laminating the pyroelectric material. A capacitor that includes a first region and a second region that extends from the first region, the polarization amount of the capacitor changing based on temperature,
An interlayer insulating film covering the surface of the capacitor;
A first contact hole formed in the interlayer insulating film and leading to the second region of the first electrode;
A first plug embedded in the first contact hole;
A second contact hole formed in the interlayer insulating film and communicating with the second electrode;
A second plug embedded in the second contact hole;
A first electrode wiring layer formed on the interlayer insulating film and the support member and connected to the first plug;
A second electrode wiring layer formed on the interlayer insulating film and the support member and connected to the second plug;
Including
The terahertz camera characterized in that the thermal conductivity of the material forming the second electrode wiring layer is lower than the thermal conductivity of the material forming the second electrode in a portion connected to the second plug.
請求項1において、
前記第1電極配線層を形成する材料の熱伝導率は、前記第1プラグと接続される部分の前記第1電極を形成する材料の熱伝導率よりも低いことを特徴とするテラヘルツカメラ。
In claim 1,
A terahertz camera, wherein a material forming the first electrode wiring layer has a thermal conductivity lower than that of a material forming the first electrode in a portion connected to the first plug.
請求項1または2において、
前記第1電極配線層及び前記第2電極配線層の少なくとも一方は、窒化チタンまたはチタン・アルミ・ナイトライドにて形成されていることを特徴とするテラヘルツカメラ。
In claim 1 or 2,
At least one of the first electrode wiring layer and the second electrode wiring layer is formed of titanium nitride or titanium / aluminum / nitride.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記第2電極の熱コンダクタンスが前記第1電極の熱コンダクタンスよりも大きいことを特徴とするテラヘルツカメラ。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A terahertz camera, wherein the thermal conductance of the second electrode is larger than the thermal conductance of the first electrode.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記焦電型検出素子は、電磁波入射方向にて前記第2電極及び前記第2電極配線層よりも上流側となる領域に形成された電磁波吸収部材をさらに含むことを特徴とするテラヘルツカメラ。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The pyroelectric detection element further includes an electromagnetic wave absorbing member formed in a region upstream of the second electrode and the second electrode wiring layer in the electromagnetic wave incident direction.
請求項5において、
前記電磁波吸収部材は、前記電磁波入射方向から見た平面視で前記第2電極の全面を覆って形成され、
前記第2電極は、前記焦電材料が前記第1電極と接する面と対向する面の全面を覆って形成されていることを特徴とするテラヘルツカメラ。
In claim 5,
The electromagnetic wave absorbing member is formed to cover the entire surface of the second electrode in a plan view as viewed from the electromagnetic wave incident direction,
The terahertz camera, wherein the second electrode is formed so as to cover an entire surface of the pyroelectric material facing a surface in contact with the first electrode.
請求項5または6において、
前記電磁波吸収部材は、平面視で、前記第1電極の前記第1領域と、前記第1電極の前記第2領域の少なくとも一部と、それぞれ重なる位置に形成されていることを特徴とするテラヘルツカメラ。
In claim 5 or 6,
The terahertz, wherein the electromagnetic wave absorbing member is formed in a position overlapping each of the first region of the first electrode and at least a part of the second region of the first electrode in plan view. camera.
請求項5乃至7のいずれかにおいて、
前記第1電極配線層は、前記第1プラグに接続される第1接続部と、前記第1接続部から引き出され、前記第1接続部よりも細幅の第1引き出し配線部と、を含み、
前記第2電極配線層は、前記第2プラグに接続される第2接続部と、前記第2接続部から引き出され、前記第2接続部よりも細幅の第2引き出し配線部と、を含み、
前記第2引き出し配線部の幅は、前記第2コンタクトホールの横断面の最大長さよりも狭いことを特徴とするテラヘルツカメラ。
In any of claims 5 to 7,
The first electrode wiring layer includes a first connection portion connected to the first plug, and a first lead-out wiring portion that is drawn from the first connection portion and is narrower than the first connection portion. ,
The second electrode wiring layer includes a second connection portion connected to the second plug, and a second lead-out wiring portion drawn out from the second connection portion and narrower than the second connection portion. ,
2. The terahertz camera according to claim 1, wherein a width of the second lead wiring portion is narrower than a maximum length of a cross section of the second contact hole.
請求項8において、
前記第1引き出し配線部の幅は、前記第1コンタクトホールの横断面の最大長さよりも狭いことを特徴とするテラヘルツカメラ。
In claim 8,
A terahertz camera, wherein the width of the first lead wiring portion is narrower than the maximum length of the cross section of the first contact hole.
請求項1乃至9のいずれかにおいて、
前記層間絶縁膜と前記キャパシターとの間に、還元ガスバリア膜をさらに有することを特徴とするテラヘルツカメラ。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
A terahertz camera, further comprising a reducing gas barrier film between the interlayer insulating film and the capacitor.
請求項1乃至10のいずれかに記載の焦電型検出器を二軸方向に沿って二次元配置したことを特徴とするテラヘルツカメラ。   A terahertz camera, wherein the pyroelectric detector according to any one of claims 1 to 10 is two-dimensionally arranged along two axial directions. 請求項1乃至11のいずれかに記載のテラヘルツカメラを有することを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the terahertz camera according to claim 1.
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