JP5218460B2

JP5218460B2 - 焦電型光検出器、焦電型光検出装置及び電子機器

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Publication number: JP5218460B2
Application number: JP2010072080A
Authority: JP
Inventors: 貴史野田; 順瀧澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: EP2372327B1; CN102235912B; EP2372327A2; KR20110108282A; CN102235912A; US9140610B2; US8581192B2; JP2011203168A; US8907285B2; US20140034832A1; US20110233408A1; US20150060672A1; EP2372327A3

Description

本発明は、焦電型光検出器、焦電型光検出装置及び電子機器等に関する。

熱型光検出装置として、焦電型またはボロメーター型の赤外線検出装置が知られている。赤外線検出装置は、受光した赤外線の光量（温度）によって焦電体材料の自発分極量が変化すること（焦電効果またはパイロ電子効果）を利用して焦電体の両端に起電力（分極による電荷）を生じさせるか（焦電型）、または温度によって抵抗値を変化させて（ボロメーター型）、赤外線を検出している。焦電型赤外線検出装置は、ボロメーター型赤外線検出装置と比較して、製造工程が複雑である反面、検出感度が優れるという利点がある。

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

また、上部電極と下部電極とに接続された強誘電体を含むキャパシターは強誘電体メモリに用いられており、強誘電体メモリに適した電極や強誘電体の材料に関しても、各種の提案がなされている（特許文献２，３）

特開２００８−２３２８９６号公報特開２００９−７１２４２号公報特開２００９−１２９９７２号公報

焦電型赤外線検出装置が強誘電体メモリと異なる顕著な点は、焦電体材料の自発分極量が温度によって変化すること（焦電効果）を利用することから、キャパシターから熱が逃げ難い構造とすることにある。焦電型光検出素子は、基板に支持されたメンブレムに搭載される。焦電型光検出素子と対向する領域では、メンブレムと基板との間に空洞部が形成される。

また、焦電型赤外線検出器では、キャパシターの焦電体は還元ガスにより酸素欠損が生じると、特性が劣化してしまう。

本発明の幾つかの態様では、焦電型光検出素子に光は入射する一方で還元ガスが侵入し難くした構造を有する焦電型光検出器、焦電型光検出装置及び電子機器を提供することにある。

（１）本発明の一態様に係る焦電型光検出器は、
焦電型光検出素子と、
第１面と、前記第１面と対向する第２面とを含み、前記第１面が空洞部と面し、前記第２面に前記焦電型光検出素子を搭載して支持し、前記焦電型光検出素子側から見た平面視にて前記空洞部と連通する開口部が周囲に形成され支持部材と、
前記支持部材を支持する固定部と、
前記支持部材の前記第１面と、前記開口部に臨む前記支持部材の側面と、前記焦電型光検出素子側から見て露出する前記焦電型光検出素子及び前記支持部材の外表面とを覆う第１還元ガスバリア層と、
を設けたことを特徴とする。

焦電型光検出器では、焦電型光検出素子に含まれる焦電体は還元ガス（Ｈ_２、ＯＨ基等）により酸素欠損が生じると、特性が劣化してしまう。その上、支持部材及び焦電型検出素子が完成した後の工程で、還元性のエッチャント例えばフッ酸等により犠牲層をエッチングするので、焦電型光検出器にて還元ガスバリア性を担保することが極めて重要である。

本発明の一実施形態では、支持部材と焦電型検出素子とは、その全ての露出面が第１還元ガスバリア層にて覆われている。よって、支持部材及び焦電型検出素子を形成するために空洞部に埋め込まれていた犠牲層を、支持部材及び焦電型検出素子の形成後にエッチング除去する際や、支持部材及び焦電型光検出素子が完成した後の使用環境にて、焦電型赤外線検出器が還元ガス雰囲気に晒されても、還元ガスによって焦電体に酸素欠損が生じることを抑制できる。また、第１還元ガスバリア層のうち、支持部材が空洞部に臨む第１面に形成されたバリア層は、支持部材上に焦電型検出素子を形成する製造途中の高温処理時（脱ガス処理時または焦電体の焼成時など）時に、支持部材の下方からの還元性阻害要因をブロックすることもできる。さらに、第１還元ガスバリア層は、焦電型光検出器の製造途中にあっては、犠牲層をエッチングする際のエッチングストップ膜を兼ねることができる。

（２）本発明の一態様では、前記焦電型光検出素子は、第１電極と第２電極との間に焦電体を含み、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターと、前記焦電型光検出素子の前記外表面側に配置され、光を吸収して熱に変換する光吸収部材を含み、前記第１還元ガスバリア層は、前記光吸収部材を覆って形成することができる。

よって、光吸収部材側からの還元性阻害要因を、第１還元ガスバリア層にてブロックできる。また、第１還元ガスバリア層は、犠牲層をエッチングする際に、光吸収部材がエッチングされることを阻止するエッチングストップ膜を兼ねることができる。

（３）本発明の一態様では、前記キャパシターは前記第１電極が前記支持部材上に配置され、前記第２電極に接続されるプラグが設けられ、前記光吸収部材は前記プラグを覆って形成することができる。

本発明の一態様は、光吸収部材がプラグを覆って形成するものに限らず、光吸収部材がアンブレラ型と称されるように薄膜部材により傘型に形成されるものにも適用できるが、光吸収部材がプラグを覆って形成される場合には、プラグから侵入する還元性阻害要因を、第１還元ガスバリア層にてブロックできる。なお、第２電極よりも支持部材側に位置する第１電極は、支持部材の第１面に直接載置されても良いし、他の層を介在させて載置されても良い。

（４）本発明の一態様では、前記キャパシターの少なくとも側面を被覆する第２還元ガスバリア層をさらに有し、前記第１還元ガスバリア層のうち、前記焦電型光検出素子及び前記支持部材の前記外表面を覆う還元性ガスバリア層の膜厚は、前記第２還元ガスバリア層の膜厚よりも薄く形成できる。

こうすると、光入射途中に設けられる第１還元ガスバリア層の薄膜化により、光透過特性を損なうことが低減される。

（５）本発明の一態様では、第２還元ガスバリア層を覆って形成され、前記プラグが充填されるコンタクトホールを有する電気絶縁層と、前記第２還元ガスバリア層を覆電気絶縁層と、前記電気絶縁層上に形成されて前記プラグに接続される電極配線層と、前記電気絶縁層及び電極配線層よりも上層に形成されたパッシベーション膜と、がさらに設けられ、がさらに設けられ、前記電気絶縁層は前記パッシベーション膜よりも還元ガスの成分量を少なくすることができる。

こうすると、第２還元ガスバリア層に接する電気絶縁層が脱ガス要因となることが低減される。それにより、電気絶縁膜の形成工程以降にアニーリングしても、電気絶縁層からの脱ガスは低減されるので第２還元ガスバリア層のバリア性を維持できる。なお、電気絶縁膜は、膜形成後に例えば脱ガス処理することで、還元ガスの成分量が少なくすることができる。

（６）本発明の一態様では、前記電気絶縁膜及び前記電極配線層と前記パッシベーション膜との間に形成される第３還元ガスバリア層と、をさらに設けることができる。

こうすると、第２還元ガスバリア層にコンタクトホールが形成されてバリア性が失われても、その還元ガス通過ルートを第３還元ガスバリア層により塞ぐことができる。

（７）本発明の他の態様に係る焦電型光検出装置は、上述した焦電型光検出器を二軸方向に沿って二次元配置して構成される。この焦電型光検出装置は、各セルの焦電型光検出器にて検出感度が高められるので、明瞭な光（温度）分布画像を提供できる。

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

（９）本発明の更に他の態様に係る焦電型光検出器の製造方法は、
焦電型光検出素子と、
第１面と、前記第１面と対向する第２面とを含み、前記第１面が空洞部と面し、前記第２面に前記焦電型光検出素子を搭載して支持し、前記焦電型光検出素子側から見た平面視にて前記空洞部と連通する開口部が周囲に形成された支持部材と、
前記支持部材を支持する固定部と、
を有する焦電型光検出器の製造方法であって、
前記空洞部を規定する壁部に第１エッチングストップ膜を形成する工程と、
前記空洞部に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に第２エッチングストップ膜を形成する工程と、
前記第２エッチングストップ膜上に前記支持部材及び前記焦電型光検出素子を形成し、前記支持部材をパターンエッチングして、前記第２エッチングストップ膜が部分的に除去されて、前記焦電型光検出素子側から見た平面視にて前記支持部材の周囲に前記開口部を形成する工程と、
前記開口部に臨む前記支持部材の側面と、前記焦電型光検出素子側から見て露出する前記焦電型光検出素子及び前記支持部材の外表面と、前記支持部材の前記第１面とを覆う第３エッチングストップ膜を形成する工程と、
前記開口部を介してエッチャントを導入して、前記犠牲層をエッチングする工程と、
を有し、
前記第２，第３エッチングストップ膜が還元ガスバリア性を有することを特徴とする。

本発明のさらに他の態様に用いられる第２，第３エッチングストップ膜は、エッチングストップ膜として機能する他、焦電型熱型検出器に残存されて、本発明の一態様に係る焦電型熱型検出器の第１還元ガスバリア膜として使用することができる。

本発明の実施形態に係る焦電型赤外線検出器の還元ガスバリア層を説明するための概略断面図である。本発明の実施形態に係る焦電型赤外線検出装置の概略平面図である。図２に示す焦電型赤外線検出装置の１セル分の焦電型検出器の概略断面図である。犠牲層上に形成される支持部材及び赤外線検出素子を示す製造工程の概略断面図である。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。本発明の実施形態に係る焦電型赤外線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。空洞部及び第１エッチングストップ膜の形成工程を示す概略断面図である。犠牲層の形成工程を示す概略断面図である。第２エッチングストップ膜の形成工程を示す概略断面図である。第３エッチングストップ膜の形成工程を示す概略断面図である。犠牲層の等方性エッチング工程を示す概略断面図である。焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む電子機器のブロック図である。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は焦電型光検出器を二次元配置した焦電型光検出装置の構成例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．焦電型赤外線検出装置
図１に示す第１還元ガスバリア膜１４０，２８０を各セルがそれぞれ備えた複数セルの焦電型赤外線検出器（広義には焦電型光検出器）２００が直交二軸方向に配列された焦電型赤外線検出装置（広義には焦電型光検出装置）を、図２に示す。なお、１セル分のみの焦電型赤外線検出器にて焦電型赤外線検出装置が構成されても良い。図２において、基部（固定部ともいう）１００から複数のポスト１０４が立設され、例えば２本のポスト１０４に支持された１セル分の焦電型赤外線検出器２００が、直交二軸方向に配列されている。１セル分の焦電型赤外線検出器２００が占める領域は、例えば３０×３０μｍである。

図２に示すように、焦電型赤外線検出器２００は、２本のポスト１０４に連結された支持部材（メンブレム）２１０と、赤外線検出素子（広義には焦電型光検出素子）２２０と、を含んでいる。１セル分の焦電型赤外線検出素子２２０が占める領域は、例えば１０×１０μｍである。

１セル分の焦電型赤外線検出器２００は、２本のポスト１０４と接続される以外は非接触とされ、焦電型赤外線検出器２００の下方には空洞部１０２（図３参照）が形成され、平面視で焦電型赤外線検出器２００の周囲には、空洞部１０２に連通する開口部１０２Ａが配置される。これにより、１セル分の焦電型赤外線検出器２００は、基部１００や他のセルの焦電型赤外線検出器２００から熱的に分離されている。

支持部材２１０は、赤外線検出素子２２０を搭載して支持する搭載部２１０Ａと、搭載部２１０Ａに連結された２本のアーム２１０Ｂとを有し、２本のアーム２１０Ｂの自由端部がポスト１０４に連結されている。２本のアーム２１０Ｂは、赤外線検出素子２２０を熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成される。

図２は、上部電極に接続される配線層より上方の部材を省略した平面図であり、図２には赤外線検出素子２２０に接続された第１電極（下部電極）配線層２２２及び第２電極（上部電極）配線層２２４が示されている。第１，第２電極配線層２２２，２２４の各々は、アーム２１０Ｂに沿って延在され、ポスト１０４を介して基部１００内の回路に接続される。第１，第２電極配線層２２２，２２４も、赤外線検出素子２２０を熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成される。

２．焦電型赤外線検出器の概要
図３は、図２に示す焦電型赤外線検出器２００の断面図である。また、図４は、製造工程途中の焦電型赤外線検出器２００の部分断面図である。図４では、図３の空洞部１０２が犠牲層１５０により埋め込まれている。この犠牲層１５０は、支持部材２１０及び焦電型赤外線検出素子２２０の形成工程前から形成工程後まで存在しており、焦電型赤外線検出素子２２０の形成工程後に等方性エッチングにより除去されるものである。

図３に示すように、基部１００は、基板例えばシリコン基板１１０と、シリコン基板１１０上の層間絶縁膜にて形成されるスペーサー層１２０とを含んでいる。ポスト１０４は、スペーサー層１２０をエッチングすることで形成されている。ポスト１０４には、第１，第２電極配線層２２２，２２４の一方に接続されるプラグ１０６を配置することができる。このプラグ１０６は、シリコン基板１１０に設けられる行選択回路（行ドライバー）か、または列線を介して光検出器からのデータを読み出す読み出し回路に接続される。空洞部１０２は、スペーサー層１２０をエッチングすることで、ポスト１０４と同時に形成される。図２に示す開口部１０２Ａは、支持部材２１０をパターンエッチングすることで形成される。

支持部材２１０上に搭載される赤外線検出素子２２０は、キャパシター２３０を含んでいる。キャパシター２３０は、焦電体２３２と、焦電体２３２の下面に接続される第１電極（下部電極）２３４と、焦電体２３２の上面に接続される第２電極（上部電極）２３６とを含んでいる。第１電極２３４は、支持部材２１０の第１層部材（例えばＳｉＯ_２）２１２との密着性を高める密着層２３４Ｄを含むことができる。

キャパシター２３０は、キャパシター２３０の形成後の工程で還元ガス（水素、水蒸気、ＯＨ基、メチル基など）がキャパシター２３０に侵入することを抑制する還元ガスバリア層（第２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。

還元ガスバリア層２４０は、図４に示すように、第１バリア層２４２と第２バリア層２４４とを含む。第１バリア層２４２は、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３をスパッタ法により成膜して形成することができる。スパッタ法では還元ガスが用いられないので、キャパシター２３０が還元されることはない第２水素バリア層２４４は、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３を例えば原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ：Atomic Layer Chemical Vapor Deposition）法により成膜して形成すことができる。通常のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法は還元ガスを用いるが、第１層バリア層２４２によりキャパシター２３０は還元ガスから隔離される。

ここで、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、３５〜６５ｎｍ例えば４０ｎｍとなる。これに対して、原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法により形成される第２バリア層２４４の膜厚は薄くでき、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３を５〜３０ｎｍ例えば２０ｎｍで成膜して形成される。原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法は、スパッタ法等と比較して、優れた埋め込み特性を有するため、微細化に対応することが可能となり、第１，第２バリア層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。

還元ガスバリア層２４０上には層間絶縁膜（広義には電気絶縁層）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。

層間絶縁膜２５０上に、図２にも示した第１電極（下部電極）配線層２２２と第２電極（上部電極）配線層２２４とが配置される。層間絶縁膜２５０には、電極配線形成前に予め、第１コンタクトホール２５２と第２コンタクトホール２５４が形成される。その際、還元ガスバリア層２４０にも同様にコンタクトホールが形成される。第１コンタクトホール２５２に埋め込まれた第１プラグ２２６により、第１電極（下部電極）２３４と第１電極配線層２２２とが導通される。同様に第２コンタクトホール２５４に埋め込まれた第２プラグ２２８により、第２電極（上部電極）２３６と第２電極配線層２２４とが導通される。

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。

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。

なお、キャパシター２３０の天面の還元ガスバリア層２４０は、層間絶縁膜２５０の形成時にはコンタクトホールがなく閉じているので、層間絶縁膜２５０の形成中の還元ガスがキャパシター２３０に侵入することはない。しかし、還元ガスバリア層２４０にコンタクトホールが形成された後は、バリア性が劣化する。これを防止する一例として、例えば図４に示すように第１，第２プラグ２２６，２２８を複数層２２８Ａ，２２８Ｂ（図４では第２プラグ２２８のみ図示）とし、その第１層２２８Ａにバリアメタル層を採用している。第１層２２８Ａのバリアメタルにより還元ガスバリア性が担保される。第１層２２８Ａのバリアメタルは、チタンＴｉのように拡散性の高いものは好ましくなく、拡散性が少なくかつ還元ガスバリア性の高いチタン・アルミ・ナイトライドＴｉＡｌＮを採用できる。なお、コンタクトホールからの還元ガスの侵入を絶つ方法として、図５に示すように、少なくとも第２プラグ２２８を包囲して還元性ガスバリア層（第３還元ガスバリア層）２９０を増設しても良い。この還元性ガスバリア層２９０は、第２プラグ２２８のバリアメタル２２８Ａを併用しても良いし、バリアメタル２２８Ａを排除しても良い。なお、還元性ガスバリア層２９０は、第１プラグ２２６を被覆しても良い。この還元性ガスバリア層２９０は、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３を原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法により、膜厚２０〜５０ｎｍで成膜することができる。

第１，第２電極配線層２２２，２２４を覆って、ＳｉＯ_２またはＳｉＮのパッシベーション膜２６０が設けられている。少なくともキャパシター２３０の上方には、パッシベーション膜２６０上に赤外線吸収体（広義には光吸収部材）２７０が設けられている。パッシベーション膜２６０もＳｉＯ２またはＳｉＮにて形成されるが、赤外線吸収体２７０のパターンエッチングの必要上、下層のパッシベーション膜２６０とはエッチング選択比が大きい異種材料とすることが好ましい。この赤外線吸収体２７０に赤外線が図２の矢印方向から入射され、赤外線吸収体２７０は吸収した赤外線量に応じて発熱する。その熱が焦電体２３２に伝熱されることで、キャパシター２３０の自発分極量が熱によって変化し、自発分極による電荷を検出することで赤外線を検出できる。なお、赤外線吸収体２７０はキャパシター２３０と別個に設けるものに限らず、キャパシター２３０内に赤外線吸収体２７０が存在する場合には不要となる。

パッシベーション膜２６０や赤外線吸収体２７０のＣＶＤ形成時に還元ガスが発生しても、キャパシター２３０は還元ガスバリア層２４０及び第１，第２プラグ２２６，２２８中のバリアメタルにより保護される。

この赤外線吸収体２７０を含む赤外線検出器２００の外表面を覆って、還元ガスバリア層２８０が設けられている。この還元ガスバリア層２８０は、赤外線吸収体２７０に入射する赤外線（波長帯域は８〜１４μｍ）の透過率を高くするために、例えば他の還元ガスバリア層、例えば還元ガスバリア層２４０よりも薄肉に形成される必要がある。このために、原子の大きさレベルで膜厚が調整できる原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法が採用される。通常のＣＶＤ法では厚すぎて赤外線透過率が悪化してしまうからである。本実施形態では、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３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。

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１００Ａと側壁１０４Ａには、焦電型赤外線検出器２００を製造する過程で空洞部１０２に埋め込まれていた犠牲層１５０（図４参照）を等方性エッチングするときのエッチングストップ膜１３０が形成されている。同様に、支持部材２１０の下面（犠牲層１５０の上面）にもエッチングストップ膜１４０が形成されている。本実施形態では、エッチングストップ膜１３０，１４０と同一材料により還元ガスバリア膜２８０を形成している。つまり、エッチングストップ膜１３０，１４０も還元ガスバリア性を有することになる。このエッチングストップ膜１３０，１４０は、例えば酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３を原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法により、膜厚２０〜５０ｎｍで成膜することができる。よって、このエッチングストップ膜１３０，１４０もまた還元ガスバリア性を有することができる。

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、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１３０が還元ガスバリア性を有することで、基部１００内に配置される回路のトランジスタや配線が還元されて劣化することを抑制できる。

３．焦電型赤外線検出器の特徴的構造
３．１．還元ガスバリア性
本実施形態の焦電型赤外線検出器２００の還元ガスバリア性について、図１及び図６を参照して説明する。上述した通り、焦電型赤外線検出器２００では、キャパシター２３０の焦電体２３２は還元ガス（Ｈ_２、ＯＨ基等）により酸素欠損が生じると、特性が劣化してしまう。その上、支持部材２１０及び赤外線検出素子２２０が完成した後の工程で、還元性のエッチャント例えばフッ酸等により犠牲層１５０をエッチングするので、焦電型赤外線検出器２００にて還元ガスバリア性を担保することが極めて重要である。

先ず、第１還元ガスバリア層１４０，２８０について説明する。第１還元ガスバリア層１４０，２８０は、犠牲層１５０を等方性エッチングするときに、支持部材２１０及び赤外線検出素子２２０がエッチングされることを阻止するエッチングストップ膜として兼用される。

第１還元ガスバリア層１４０，２８０は、図１に示すように、支持部材２１０の第１面（裏面または下面）２１１Ｂと、開口部１０２Ａに臨む支持部材２１０の側面２１１Ｃと、焦電型光検出素子２２０側（図１の上方側）から見て露出する焦電型光検出素子２２０及び支持部材２１０の外表面２２０Ａとを覆っており、つまり、支持部材２１０及び赤外線検出素子２２０がエッチャントと接触する全露出面を覆っている。エッチングストップ膜１４０，２８０は、エッチング後はその機能を失うが、本実施形態ではエッチング後にエッチングストップ膜１４０，２８０が除去されずに残存され、第１還元ガスバリア層として機能させている。

第１還元ガスバリア層１４０，２８０のうちの還元ガスバリア層１４０は、支持部材２１０の第１面（裏面または下面）２１１Ｂを覆うことから、キャパシター２３０の下方からの還元性阻害要因をブロックできる。キャパシター２３０の下方からの還元性阻害要因とは、例えば犠牲層１５０の等方性エッチング時に用いられるフッ酸から生成される水素ガスであり、あるいは例えば４００℃以上の高温処理、例えば焦電体２３２の焼成時や層間絶縁膜２３０の脱ガス処理時に、支持部材２１０の下方のスペーサー層（ＳｉＯ_２）２１０の含有水分からの還元性の脱ガス（Ｈ_２、ＯＨ基等）などである。

第１還元ガスバリア層１４０，２８０のうちの還元ガスバリア層２８０は、キャパシター２３０を上方から覆っていることから、キャパシター２３０の上方からの還元性阻害要因をブロックできる。キャパシター２３０の上方からの還元性阻害要因とは、例えば犠牲層１５０の等方性エッチング時に用いられるフッ酸から生成される水素ガスである。

次に、本実施形態では、焦電型赤外線素子２００は、図３〜図５に示すように、第１電極２３４と第２電極２３６との間に焦電体２３２を含み、入射された光による熱量（温度）に基づいて分極量が変化するキャパシター２３０と、赤外線検出素子２００の外表面２２０Ａ側に配置され、赤外線（広義には光）を吸収して熱に変換する赤外線吸収体（広義には光吸収部材）２７０を含み、第１還元ガスバリア層１４０，２８０のうちのバリア層２８０は、赤外線吸収体２７０を覆って形成することができる。

こうすると、赤外線吸収体２７０側からの還元性阻害要因を、還元ガスバリア層２８０にてブロックできる。また、還元ガスバリア層２８０は、犠牲層１５０をエッチングする際に、赤外線吸収体２７０がエッチングされることを阻止するエッチングストップ膜を兼ねることができる。

ここで、キャパシター２３０は図３〜図５に示すように、第１電極２３４が支持部材２１０に搭載され、第２電極２３６に接続される第２プラグ２２８が設けられ、赤外線吸収体２７０は第２プラグ２２８を覆って形成することができる。

なお、赤外線吸収体２７０は、第２プラグ２２８を覆って形成される場合には、第２プラグ２２８から侵入する還元性阻害要因を、還元ガスバリア層２８０にてブロックできる。なお、図３〜図５とは異なり、赤外線吸収体２７０は第１プラグ２２６も覆って形成することができる。こうすると、第１プラグ２２６から侵入する還元性阻害要因を、還元ガスバリア層２８０にてブロックできる。ただし、赤外線吸収体２７０は、プラグ２２６，２２８を覆って形成するものに限らず、アンブレラ型と称されるように薄膜部材により傘型に形成されるものにも適用できる。この場合にも、還元ガスバリア層２８０にアンブレラ型の赤外線吸収部材を覆うことができるが、犠牲層１５０をエッチングする際に、アンブレラ型の赤外線吸収部材がエッチングされることを阻止するエッチングストップ膜としてのみ機能させることができる。

さらに、本実施形態ではキャパシター２３０の少なくとも側面を被覆する第２還元ガスバリア層２４０をさらに有することができる。このとき、第１還元ガスバリア層１４０，２８０のうち、支持部材２１０及び赤外線検出素子２２０の外表面２２０Ａを覆う還元性ガスバリア層２８０の膜厚は、第２還元ガスバリア層２４０の膜厚よりも薄く形成できる。こうすると、赤外線入射途中に設けられる還元ガスバリア層２８０の薄膜化により、赤外線透過特性を損なうことが低減される。

本実施形態では、図３〜図５に示すように、第２還元ガスバリア層２４０を覆う電気絶縁層（層間絶縁層）２５０が設けられ、電気絶縁層２５０は４００℃以上の高温にてアニーリングして脱ガス処理することができる。こうすると、第２還元ガスバリア層２４０に接する電気絶縁層２５０が脱ガス要因となることが低減される。それにより、電気絶縁膜２５０の形成工程以降にアニーリングしても、電気絶縁層からの脱ガスは低減されるので第２還元ガスバリア層２４０のバリア性を維持できる。

本実施形態では、図５に示すように、第２プラグ２２８は、第２還元ガスバリア層２４０及び電気絶縁層２５０に貫通形成されたコンタクトホールに充填され、電気絶縁層２５０上に形成されて第２プラグ２２８に接続される第２電極配線層２２４と、電気絶縁膜及び電極配線層２５０上に形成される第３還元ガスバリア層２９０と、をさらに設けることができる。

こうすると、第２還元ガスバリア層２４０にコンタクトホールが形成されてバリア性が失われても、その還元ガス通過ルートを第３還元ガスバリア層２９０により塞ぐことができる。

キャパシター２３０が搭載される本実施形態の支持部材２１０は、図４に示すように、単層では残留応力によって反りが生じるので、引張及び圧縮の双方の残留応力に反りを発生させる応力を相殺させるように、複数層例えば三層で形成されている。

キャパシター２３０側から順に、第１層部材２１２は酸化膜（例えばＳｉＯ_２）、第２層部材２１４は窒化膜（例えばＳｉ_３Ｎ_４）、第３層部材２１６は酸化膜（例えば第１層部材２１２と同一材料でＳｉＯ_２）としている。酸化膜と窒化膜の応力方向が逆なので、支持部材に反りを生じさせる応力を相殺できる。

ここで、窒化膜（例えばＳｉ_３Ｎ_４）は還元ガスバリア性を有するので、支持部材２１０の第２層部材２１４でもキャパシター２３０の焦電体２３２に支持部材２１０側から侵入する還元性阻害要因をブロックする機能がある。

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、図４の矢印Ａに示すように、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。

この他、本実施形態ではキャパシター２３０の焦電体２３２に接する第１，第２電極２３４，２３６の各々は、複数種の膜の積層構造で形成され、その一層２３４Ｂ，２３６Ｂを還元性ガスバリア層として形成しているが、その点については後述する。

３．２．第１還元性ガスバリア膜のエッチングストップ膜としての兼用
以下、焦電型赤外線検出器２００の主要製造工程を説明しながら、第１還元性ガスバリア膜１４０，２８０をエッチングストップ膜として兼用する点について、図７〜図１１を参照して説明する。

先ず、図７に示すように、シリコン基板１１０上に形成されたスペーサー層（ＳｉＯ_２）１２０をエッチングして形成した空洞部１０２及びポスト１０４を形成する。その後、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１００Ａと、ポスト１０４の側壁１０４Ａには、第１エッチングストップ膜１３０が形成される。この第１エッチングストップ膜１３０は、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３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。

次に、図８に示すように、空洞部１０２内に犠牲層１５０が、例えばＳｉＯ_２をＣＶＤ等によって堆積することで形成される。犠牲層１５０は、ポスト１０４上の第１エッチングストップ膜１３０と面一になるようにＣＭＰによって平坦化される。

次に、図９に示すように、犠牲層１５０と、ボスと１０４の頂面の第１エッチング膜１３０上に、第２エッチングストップ膜１４０が全面形成される。この第２エッチングストップ膜１４０も、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３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。

次に、図１０に示すように、第２エッチングストップ膜１４０の全面に支持部材２１０を、さらに支持部材２１０上に赤外線検出素子２２０を形成する。例えば、赤外線吸収体２７０が形成された後に、全面にレジスト材を塗布し、露光した後、犠牲層１５０の全面に形成されていた支持部材２１０をパターンエッチングして、図２に示す支持部材２１０の輪郭に沿って開口部１０２Ａを形成する。このとき、開口部１０２Ａでは、第２エッチングストップ膜１４０が除去されて、犠牲層１５０が露出する。

レジスト材を除去した後に、図１０に示すように、全面に第３エッチングストップ膜２８０を形成する。この第３エッチングストップ膜２８０は、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３が原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法により成膜されて、例えば膜厚２０ｎｍ程度の薄膜で形成される。

このとき、第３エッチングストップ膜２８０は、開口部１０２Ａに臨む支持部材２１０の側面２１１Ｃと、平面視にて露出する赤外線検出素子２２２０及び支持部材２１０の外表面２００Ａとを覆う他、開口部１０２Ａ内の犠牲層１５０上にも重ねて堆積される。

その後、図１１に示すように開口部１０２Ａ内の第３エッチングストップ膜２８０がエッチングで除去された後に、フッ酸等により犠牲層１５０が等方性エッチングされて除去される。この際、エッチャントは図２及び図１１に示す開口部１０２Ａより侵入して犠牲層と接触し、支持部材２１０の裏側（下方）に回り込みながら等方性エッチングが進行する。それにより、図１に示すように犠牲層１０２が除去されて空洞部１０２が形成される。

この等方性エッチング時には、第１エッチングストップ膜１３０、第２エッチングストップ膜１４０及び第３エッチングストップ膜２８０が、それぞれ基部１００と、支持部材２１０の下面（第１面）２１１と、支持部２１０及び赤外線検出素子２２０の外表面２００Ａを保護する。同時に、第２エッチングストップ膜１４０及び第３エッチングストップ膜２８０は、犠牲膜１５０のエッチング時を含む製造工程中や製品完成後も、第１還元性ガスバリア膜として機能させることができる。

３．３．熱コンダクタンス
図６は、本実施形態のキャパシター２３０の構造をより詳細に説明するための概略断面図である。上述した通り、キャパシター２３０は、第１電極（下部電極）２３４と第２電極（上部電極）２３６との間に焦電体２３２を含む。このキャパシター２３０は、支持部材２１０が空洞部１０２と面する第１面（図１、図３及び図６の上面）２１１Ｂと対向する第２面（図１、図３及び図６の下面）２１１Ａに搭載して支持される。そして、入射された赤外線の光量（温度）によって焦電体２３２の自発分極量が変化すること（焦電効果またはパイロ電子効果）を利用して赤外線を検出できる。本実施形態では、赤外線が赤外線吸収体２７０にて吸収されて赤外線吸収体２７０が発熱し、赤外線吸収体２７０と焦電体２３２との間にある固体熱伝導路を介して、赤外線吸収体２７０の発熱が伝達される。

本実施形態のキャパシター２３０では、支持部材２１０と接する第１電極（下部電極）２３４の熱コンダクタンスＧ１を、第２電極（上部電極）２３６の熱コンダクタンスＧ２よりも小さくしている。こうすると、キャパシター２３０は、赤外線に起因した熱が第２電極（上部電極）２３６を介して焦電体２３２に伝達されやすく、しかも、焦電体２３２の熱が第１電極（下部電極）２３４を介して支持部材２１０に逃げ難くなり、赤外線検出素子２２０の信号感度が向上する。

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。

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。

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。

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。

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、赤外線吸収体２７０の頂面から第２電極２３６の頂面までの距離Ｌをλ／４（λは赤外線の検出波長）とすると良い。こうすると、赤外線吸収体２７０の頂面と第２電極２３６の頂面との間で、検出波長λの赤外線が多重反射されるので、検出波長λの赤外線を赤外線吸収体２７０にて効率よく吸収できる。

３．４．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の優先配向方位が、例えば（１１１）面方位で揃えられている。（１１１）面方位に優先配向されることで、他の面方位に（１１１）配向の配向率が例えば９０％以上に制御される。焦電係数を大きくするには（１１１）配向よりもむしろ（１００）配向などが好ましいが、印加電界方向に対して分極を制御しやくするために（１１１）配向としている。ただし、優先配向方位はこれに限定されない。

第１電極２３４は、支持部材２１０から順に、第１電極２３４を例えば（１１１）面に優先配向するように配向制御する配向制御層（例えばＩｒ）２３４Ａと、第１還元ガスバリア層（例えばＩｒＯｘ）２３４Ｂと、優先配向のシード層（例えばＰｔ）２３４Ｃとを含むことができる。

第２電極２３６は、焦電体２３２側から順に、焦電体２３２と結晶配向が整合する配向整合層（例えばＰｔ）２３６Ａと、第２還元ガスバリア層（例えばＩｒＯｘ）２３６Ｂと、第２電極２３６に接続される第２プラグ２２８との接合面を低抵抗化する低抵抗化層（例えばＩｒ）２３６Ｃとを含むことができる。

本実施形態にてキャパシター２３０の第１，第２電極２３４，２３６を多層構造とした理由は、熱容量の小さい赤外線検出素子２２０でありながら、能力を低めずに低ダメージで加工して界面での結晶格子レベルを整合させ、しかも、キャパシター２３０の周囲が製造時または使用時に還元雰囲気となっても焦電体（酸化物）２３２を還元ガスから隔離することにある。

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）面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難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。

このために、下部電極２３４には配向制御層として機能するＩｒ層２３４Ａがスパッタ法で形成される。なお、図６に示すように、配向制御層２３４Ａの下に密着層２３４Ｄとして例えばチタン・アルミ・ナイトライド（ＴｉＡｌＯｘ）層または窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成すると良い。支持部材２１０の材質によっては密着性が確保しにくいからである。また、密着層２３４Ｄの下層に位置する支持部材２１０の第１層部材２１２をＳｉＯ２で形成するとき、第１層部材２１２はポリシリコンよりもグレインが小さい材料またはアモルファス材料にて形成することが好ましい。こうすると、支持部材２１０がキャパシター２３０を搭載する表面の平滑性を確保できるからである。もし、配向制御層２３４Ａが形成される面が粗面であると、結晶成長中に粗面の凹凸が反映されてしまうから好ましくない。

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Ｓｉ_３Ｎ_４）及び支持部材２１０のエッチングストップ膜（例えばＡｌ_２Ｏ_３）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。

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。

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。

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っている。

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。

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。

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。

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。

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／Ｇ１３となる。第２電極の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／Ｇ２３となる。

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。

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を満たす条件化でほぼ次の通りの関係である。

Ｉｒ層２３４Ａ，２３６ＣＴ１１：Ｔ２１＝１：０．７
ＩｒＯｘ層２３４Ｂ，２３６ＢＴ１２：Ｔ２２＝０．３：１
Ｐｔ層２３４Ｃ，２３６ＡＴ１３：Ｔ２３１＝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。先ず、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。

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、還元性ガスバリア層２４０、エッチングストップ膜兼還元性ガスバリア層１４０，２８０）を併用しており、第１電極２３４のＩｒＯｘ層２３４Ｂは薄くしているが、第２電極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。

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。

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。

ここで、Ｐｔの熱伝導率λ３＝７１．６（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｉｒの熱伝導率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導率の関係を式（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、熱伝導率と膜厚の関係からＧ１＜Ｇ２が満足される。

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Ｇ１はより小さくなるので、Ｇ１＜Ｇ２の関係を満足し易くなる。

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。

３．５．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。

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。

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、還元性ガスバリア層２４０、エッチングストップ膜兼還元性ガスバリア層１４０，２８０）を併用しているからで、第２プラグ２２８での還元ガスバリア性が例えば図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。

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層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それれば、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。

ここで、第１電極２３４中のＩｒＯｘ層２３４Ｂを削除すると、第１電極２３４の熱コンダクタンスＧ１は大きくなる。よって、Ｇ１＜Ｇ２の関係を成立させるには、第２電極２３６の熱コンダクタンスＧ２も大きくする必要が生ずるかもしれない。その場合、例えば第２電極２３６中のＩｒＯｘ層２３６Ｂを削除することが考えられる。ＩｒＯｘ層２３６Ｂを削除できれば、Ｉｒ層２３６Ｃもまた不要となる。Ｉｒ層２３６Ｃに代えてＰｔ層２３６Ａが低抵抗層として機能するからである。キャパシター２３０の上方からの還元性阻害因子についてのバリア性は、上述した還元性ガスバリア膜２４０や、図４に示すバリアメタル２２８Ａや、あるいは図５の還元性ガスバリア層２９０により担保できる。

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２３４Ａの厚さＴ１１を第２電極２３６のＰｔ層２３６Ｃの厚さＴ２１よりも厚くすれば（Ｔ１１＞Ｔ２１）、Ｇ１＜Ｇ２の関係を容易に成立させることができる。

４．電子機器
図１２に本実施形態の焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、光学系４００、センサーデバイス（焦電型光検出装置）４１０、画像処理部４２０、処理部４３０、記憶部４４０、操作部４５０、表示部４６０を含む。なお本実施形態の電子機器は図１２の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば光学系、操作部、表示部等）を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

光学系４００は、例えば１または複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス４１０への物体像の結像などを行う。また必要であればフォーカス調整なども行う。

センサーデバイス４１０は、上述した本実施形態の焦電型光検出器２００を二次元配列させて構成され、複数の行線（ワード線、走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。センサーデバイス４１０は、二次元配列された光検出器に加えて、行選択回路（行ドライバー）と、列線を介して光検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、Ａ／Ｄ変換部等を含むことができる。二次元配列された各光検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。

画像処理部４２０は、センサーデバイス４１０からのデジタルの画像データ（画素データ）に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。

処理部４３０は、電子機器の全体の制御を行ったり、電子機器内の各ブロックの制御を行う。この処理部４３０は、例えばＣＰＵ等により実現される。記憶部４４０は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部４３０や画像処理部４２０のワーク領域として機能する。操作部４５０は、ユーザが電子機器を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）画面などにより実現される。表示部４６０は、例えばセンサーデバイス４１０により取得された画像やＧＵＩ画面などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの各種のディスプレイにより実現される。

このように、１セル分の焦電型光検出器を赤外線センサー等のセンサーとして用いる他、１セル分の焦電型光検出器を二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス４１０を構成することができ、こうすると熱（光）分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス４１０を用いて、サーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラなどの電子機器を構成することができる。

もちろん、１セル分または複数セルの焦電型光検出器をセンサーとして用いることで物体の物理情報の解析（測定）を行う解析機器（測定機器）、火や発熱を検知するセキュリティー機器、工場などに設けられるＦＡ（Factory Automation）機器などの各種の電子機器を構成することもできる。

図１３（Ａ）に図１２のセンサーデバイス４１０の構成例を示す。このセンサーデバイスは、センサーアレイ５００と、行選択回路（行ドライバー）５１０と、読み出し回路５２０を含む。またＡ／Ｄ変換部５３０、制御回路５５０を含むことができる。このセンサーデバイスを用いることで、例えばナイトビジョン機器などに用いられる赤外線カメラなどを実現できる。

センサーアレイ５００には、例えば図２に示すように二軸方向に複数のセンサーセルが配列（配置）される。また複数の行線（ワード線、走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。なお行線及び列線の一方の本数が１本であってもよい。例えば行線が１本である場合には、図１３（Ａ）において行線に沿った方向（横方向）に複数のセンサーセルが配列される。一方、列線が１本である場合には、列線に沿った方向（縦方向）に複数のセンサーセルが配列される。

図１３（Ｂ）に示すように、センサーアレイ５００の各センサーセルは、各行線と各列線の交差位置に対応する場所に配置（形成）される。例えば図１３（Ｂ）のセンサーセルは、行線ＷＬ１と列線ＤＬ１の交差位置に対応する場所に配置されている。他のセンサーセルも同様である。行選択回路５１０は、１または複数の行線に接続される。そして各行線の選択動作を行う。例えば図１３（Ｂ）のようなＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）のセンサーアレイ５００（焦点面アレイ）を例にとれば、行線ＷＬ０、ＷＬ１、ＷＬ２・・・・ＷＬ２３９を順次選択（走査）する動作を行う。即ちこれらの行線を選択する信号（ワード選択信号）をセンサーアレイ５００に出力する。

読み出し回路５２０は、１または複数の列線に接続される。そして各列線の読み出し動作を行う。ＱＶＧＡのセンサーアレイ５００を例にとれば、列線ＤＬ０、ＤＬ１、ＤＬ２・・・・ＤＬ３１９からの検出信号（検出電流、検出電荷）を読み出す動作を行う。

Ａ／Ｄ変換部５３０は、読み出し回路５２０において取得された検出電圧（測定電圧、到達電圧）をデジタルデータにＡ／Ｄ変換する処理を行う。そしてＡ／Ｄ変換後のデジタルデータＤＯＵＴを出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換部５３０には、複数の列線の各列線に対応して各Ａ／Ｄ変換器が設けられる。そして、各Ａ／Ｄ変換器は、対応する列線において読み出し回路５２０により取得された検出電圧のＡ／Ｄ変換処理を行う。なお、複数の列線に対応して１つのＡ／Ｄ変換器を設け、この１つのＡ／Ｄ変換器を用いて、複数の列線の検出電圧を時分割にＡ／Ｄ変換してもよい。

制御回路５５０（タイミング生成回路）は、各種の制御信号を生成して、行選択回路５１０、読み出し回路５２０、Ａ／Ｄ変換部５３０に出力する。例えば充電や放電（リセット）の制御信号を生成して出力する。あるいは、各回路のタイミングを制御する信号を生成して出力する。

以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項及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全て本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書または図面において、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、明細書また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。

１００基部（固定部）、１０２空洞部、１３０還元ガスバリア層（第１エッチングストップ膜）、１４０，２８０第１還元ガスバリア層（第２，第３エッチングストップ膜）、２００焦電型光検出器、２１０支持部材、２１１Ａ第２面、２１１Ｂ第１面、２２０赤外線検出素子、２２２，２２４第１，第２電極配線層、２２６，２２８第１，第２プラグ、２２８Ａバリアメタル、２３０キャパシター、２３２焦電体、２３４第１電極、２３４Ａ配向制御層、２３４Ｂ第１還元ガスバリア層、２３４Ｃシード層、２３４Ｄ密着層、２３６第２電極、２３６Ａ配向整合層、２３６Ｂ第２還元ガスバリア層、２３６Ｃ低抵抗化層、２４０第２還元ガスバリア層、２５０層間絶縁膜、２６０パッシベーション膜、２７０光吸収部材（赤外線吸収体）、２９０第３還元ガスバリア層

Claims

焦電型光検出素子と、
第１面と、前記第１面と対向する第２面とを含み、前記第１面が空洞部と面し、前記第２面に前記焦電型光検出素子を搭載して支持し、前記焦電型光検出素子側から見た平面視にて前記空洞部と連通する開口部が周囲に形成された支持部材と、
前記支持部材を支持する固定部と、
前記支持部材の前記第１面と、前記開口部に臨む前記支持部材の側面と、前記焦電型光検出素子側から見て露出する前記焦電型光検出素子及び前記支持部材の外表面とを覆う、酸化アルミニウムで形成された第１還元ガスバリア層と、
を有し、
前記焦電型光検出素子は、
前記支持部材上に配置される第１電極と前記第１電極と対向する第２電極との間に焦電体を含み、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少なくとも側面を被覆する第２還元ガスバリア層と、
前記第２還元ガスバリア層を覆って形成され、コンタクトホールを有する電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上に形成されて、前記コンタクトホールに充填されるプラグを介して前記第２電極に接続される電極配線層と、
前記電気絶縁層及び前記電極配線層よりも上層に形成されたパッシベーション膜と、
前記焦電型光検出素子の前記外表面側に配置され、光を吸収して熱に変換する光吸収部材と、
を含み、
前記第１還元ガスバリア層は前記光吸収部材を覆って形成され、前記光吸収部材は前記プラグを覆って形成され
前記第１還元ガスバリア層のうち、前記焦電型光検出素子及び前記支持部材の前記外表面を覆う還元性ガスバリア層の膜厚は前記第２還元ガスバリア層の膜厚よりも薄く、
前記電気絶縁層は前記パッシベーション膜よりも還元ガスの成分量が少ないことを特徴とする焦電型光検出器。
請求項１において、
前記電気絶縁膜及び前記電極配線層と前記パッシベーション膜との間に形成される第３還元ガスバリア層をさらに設けたことを特徴とする焦電型光検出器。
請求項１または２に記載の焦電型光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焦電型光検出装置。
請求項１または２に記載の焦電型光検出器を有することを特徴とする電子機器。
請求項３に記載の焦電型光検出装置を有することを特徴とする電子機器。