JP5707930B2 - 熱型光検出器、熱型光検出装置、電子機器および熱型光検出器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱型光検出器、熱型光検出装置、電子機器および熱型光検出器の製造方法等に関する。

光センサーとして、熱型光検出器が知られている。熱型光検出器は、物体から放射された光を光吸収層によって吸収し、光を熱に変換し、温度の変化を熱検出素子によって測定する。熱型光検出器には、光吸収にともなう温度上昇を直接検出するサーモパイル、電気分極の変化として検出する焦電型素子、温度上昇を抵抗変化として検出するボロメータ等がある。熱型光検出器は、測定できる波長帯域が広い特徴がある。近年、半導体製造技術（ＭＥＭＳ技術等）を利用して、より小型の熱型光検出器を製造する試みがなされている。

熱型光検出器の検出感度の向上、ならびに応答性の改善のためには、光吸収層で発生した熱を、効率的に熱検出素子に伝達することが重要である。

熱伝達を効率化するための熱検出素子の構造は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載される赤外線検出素子（ここではサーモパイル型の赤外線検出素子）は、赤外線感知部と赤外線吸収層との間に設けられた高熱伝導層を有している。具体的には、空洞部上にメンブレンが形成され、メンブレンは、四隅に設けられた突出する梁によって、周囲の基板に支持されている。中央のメンブレン部分には、赤外線吸収層層と高熱伝導層とが設けられており、また、梁の部分には、サーモパイル素子が設けられている。また、高熱伝導層は、アルミニウム、金などの赤外線反射性に優れる材料で構成されている。

特許３３３９２７６号公報 再表９９／３１４７１号公報

また、特許文献１に記載される赤外線検出素子では、光吸収層の下に高熱伝達部材が設けられているが、熱検出素子は、光吸収層ならびに高熱伝達部材の下には設けられていない。光赤外線吸収層は、赤外線感知部熱検出素子から離れた位置にあることから、光赤外線吸収層で発生した熱を直接的に熱検出素子赤外線感知部に供給することはできない。

特許文献２に記載される赤外線固体撮像素子では、赤外線吸収部を構成する絶縁層は、温度検出器から離れた位置にあることから、赤外線吸収部の絶縁層で発生した熱を直接的に温度検出器に供給することができない。

本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、熱型光検出器の検出感度を向上させることができる。

（１）本発明の熱型光検出器の一態様は、基板と、前記基板に対して空洞部を介して支持される支持部材と、前記支持部材に支持される熱検出素子と、前記熱検出素子と接続部によって接続され、平面視で前記接続部よりも広い面積を有し、かつ前記熱検出素子上に形成されている集熱部を備える熱伝達部材と、前記熱伝達部材と前記支持部材との間において、前記熱伝達部材に接して形成されている第１光吸収層と、前記熱伝達部材上において、前記熱伝達部材と接して形成されている第２光吸収層と、を有する。

本態様の熱型光検出器は、熱伝導性の材料で構成される熱伝達部材を有する。熱伝達部材は、熱検出素子に接続される接続部と、平面視で接続部よりも広い面積を有し、かつ熱検出素子上に形成されている集熱部を備える。「熱検出素子上」は、「熱検出素子の直上」ならびに「熱検出素子の上部（熱検出素子と集熱部との間に層間絶縁層等が介在している場合）」を含めて広義に解釈する。熱伝達部材の集熱部は、例えば、下層の第１光吸収層と上層の第２光吸収層との間に(つまり、二つの吸収層に挟まれる態様にて)設けることができる。

熱伝達部材の集熱部は、例えば、広範囲な領域において発生した熱を集熱して、熱検出素子に伝達する役割を果たす。なお、集熱部は、例えば、平坦化された第１光吸収層上において、平坦面を有する態様にて形成される場合があり、この場合には、「集熱部」は、「平板部あるいは平坦部」と言い換えることができる。この場合、集熱部は、支持部材に平行に設けることができる。つまり、集熱部の主面（上面または下面）と支持部材の主面（上面または下面）とを平行に配置することができる。

また、熱伝達部材は、例えば、熱型光検出器が検出感度を有する波長帯域の少なくとも一部の波長域の光に対して光透過性（半透過性を含む）を有することができる。この場合、熱伝達部材としては、例えば、熱伝導が良好で、かつ光の半透過性を有する金属化合物（例えばＡｌＮやＡｌＯｘ）を使用することができる。また、熱伝達部材は、金属（例えばアルミニウム）のような光を反射する材料によって構成することもできる。

熱伝達部材が光透過性を有する場合は、例えば、熱型光検出器に入射した光（例えば赤外線）、すなわち平面視で、支持部材（メンブレン）の領域に入射する入射光の一部は、まず第２光吸収層で吸収され、その他は吸収されずに熱伝達部材に到達する。熱伝達部材に到達した光の一部は反射され、その他の光は熱伝達部材を透過する。熱伝達部材で反射された光は、第２光吸収層で吸収される。

熱伝達部材を透過した光の一部は、第１光吸収層で吸収され、その他は、支持部材の表面（第１光吸収層と支持部材との界面）ならびに支持部材上に載置されている熱検出素子に到達する。支持部材の表面（第１光吸収層と支持部材との界面）に到達した光の一部は、反射されて第１光吸収層に吸収される。反射光のうち、第１光吸収層を透過した光は第２光吸収層に達し、第２光吸収層によって吸収される。

また、熱伝達部材が金属のような光反射特性を有する材料で構成される場合には、集熱部の下にある第１光吸収層には入射光は、基本的には進入しない。つまり、熱型光検出器に入射した光（例えば赤外線）の一部は、まず第２光吸収層で吸収され、その他は吸収されずに熱伝達部材に到達する。熱伝達部材に到達した光は、その表面で反射され、反射された光は第２光吸収層で吸収される。

熱伝達部材が光透過性を有する材料で構成する場合における、第１光吸収層および第２光吸収層における熱の発生、ならびに、発生した熱の、熱検出素子への伝達は、例えば、以下のように行われる。すなわち、熱型光検出器に入射した光の一部が、まず第２光吸収層で吸収され、第２光吸収層にて熱が発生する。また、熱伝達部材で反射した光は、第２光吸収層で吸収され、これによって第２光吸収層にて熱が発生する。

また、熱伝達部材を透過（通過）した光の一部は、第１光吸収層にて吸収されて熱が発生する。また、支持部材の表面（第１光吸収層と支持部材との界面）で反射した光は、第１光吸収層で吸収される。また、支持部材の表面で反射した光のうち、第１光吸収層を通過（透過）した光は、第２光吸収層に進み、第２光吸収層にて吸収される。すなわち、支持部材の表面で反射した反射光は、第１光吸収層および第２光吸収層の少なくとも一方に吸収され、これによって、第１光吸収層あるいは第２光吸収層にて熱が発生する。

そして、第２光吸収層で発生した熱は、熱伝達部材を介して効率的に熱検出素子に伝達され、また、第１光吸収層で発生した熱は、直接的に、あるいは熱伝達部材を介して熱検出素子に効率的に伝達される。すなわち、熱伝達部材の集熱部は、熱検出素子上を広く覆うように形成されており、よって、第１光吸収層ならびに第２光吸収層の発生した熱の多くを、その発生場所を問わずに、効率的に熱検出素子に伝達することができる。例えば、熱検出素子から離れた箇所で発生した熱であっても、熱伝導率が高い熱伝達部材を経由して、熱検出素子に効率的に伝達することができる。

また、熱伝達部材の集熱部と、熱検出素子とは、熱伝達部材の接続部によって接続されていることから、熱伝達部材の集熱部を経由して伝達される熱を、接続部を介して、熱検出素子に直接的に伝達することができる。また、熱伝達部材の下に熱検出素子が位置する（平面視で重なる位置に設けられている）ことから、例えば、平面視における熱伝達部材の中央部と、熱検出素子とを最短で接続することが可能である。よって、熱伝達に伴うロスを減らすことができ、また、専有面積の増大を抑制することができる。

また、熱伝達部材が金属のような光反射特性を有する材料で構成される場合においては、上述のとおり、集熱部の下にある第１光吸収層には入射光は進入しないことから、基本的には、熱は、第２光吸収層で発生し、その熱が熱伝達部材を経由して、効率的に熱検出素子に伝達されることになる。この場合であっても、熱検出素子から遠い地点において発生した熱を、効率的に集熱するという効果が得られる。但し、集熱部の平面視における面積が、第１光吸収層の平面視における面積よりも小さい場合は、焦熱部が設けられていない領域（隙間領域）を経由して、入射光が支持部材側に進入することができる。この場合には、第１光吸収層においても、光の吸収による熱が発生し、その熱を、集熱部を経由して熱検出素子に効率的に伝達することができる。

本態様の熱型光検出器によれば、２層（複数層）の光吸収層における広範囲で発生した熱を、熱検出素子に効率的に伝達することができ、よって、小型の熱型光検出器の光検出感度を大幅に向上させることができる。また、熱の伝達に要する時間が短縮されるため、熱型光検出器の応答速度を高めることができる。

また、本態様では、２層の光吸収膜によって熱を発生することから吸収効率が高まる。また、第１光吸収層を介して熱を直接的に熱検出素子に伝達することができる。よって、特許文献１に記載される赤外線検出素子ならびに特許文献２に記載される赤外線固体撮像素子と比較して、熱型光検出器の検出感度をより向上させることができる。また、本態様では、熱検出素子は熱伝達部材に接続されている。よって、応答速度は、特許文献１に記載される赤外線検出素子と同等に高い。また、本態様では、熱伝達部材が直接に熱検出素子に接続されているため、特許文献２に記載される赤外線固体撮像素子と比較して、より高い応答速度が得られる。

（２）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記第１光吸収層および前記第２光吸収層は、前記支持部材上であって前記熱検出素子の周囲に形成されている。

本態様では、第１光吸収層および第２光吸収層は、熱検出素子の周囲に形成される。例えば、第１光吸収層および第２光吸収層は、熱検出素子の全周囲に形成することができる（但し、これに限定されるものではない）。これによって、第１光吸収層および第２光吸収層の広範囲で発生した熱は、熱検出素子に、直接的に、あるいは熱伝達部材を経由して間接的に、効率的に伝達される。よって、熱型光検出器の光検出感度をさらに高めることができる。また、熱型光検出器の応答速度も、より向上する。

（３）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記支持部材の、前記熱検出素子が載置される表面と前記第２光吸収層の上面との間で、第１波長に対する第１光共振器が構成されており、前記第２光吸収層の下面と、前記第２光吸収層の上面との間で、前記第１の波長とは異なる第２の波長に対する第２光共振器が構成されている。

本態様では、各光吸収層の膜厚を調整して、異なる共振波長をもつ２個の光共振器を構成する。上述のとおり、第１波長に対する第１光共振器は、支持部材の表面と第２光吸収層の上面との間において形成される。上述のとおり、支持部材の表面（第１光吸収層と支持部材との界面）で反射した光は、第１光吸収層および第２光吸収層の少なくとも一方に吸収されるが、このとき、第１光共振器を構成することによって、各光吸収層における実効吸収率を高めることができる。

なお、本態様では、集熱部は、支持部材に平行に設けるのが好ましい。つまり、集熱部の主面（上面または下面）と支持部材の主面（上面または下面）とを平行に配置するのが好ましい。

第１光共振器は、例えば、いわゆるλ／４光共振器とすることができる。すなわち、第１波長をλ１としたとき、支持部材の、熱検出素子が載置される表面と第２光吸収層の上面との間の距離（つまり、第１光吸収層および第２光吸収層の合計の膜厚）が、ｎ・（λ１／４）（ｎは１以上の整数）の関係を満足するように、第１光吸収層および第２光吸収層の膜厚を調整すればよい。これによって、入射した波長λ1の光と、支持部材の表面で反射した波長λ1の光とが相互干渉よって打ち消され、第１光吸収層ならびに第２光吸収層における実効吸収率が高まる。

また、上述のとおり、熱伝達部材で反射した光は、第２光吸収層で吸収されるが、このとき、第２光共振器を構成することによって、第２光吸収層における実効吸収率を高めることができる。第２光共振器は、例えば、いわゆるλ／４光共振器とすることができる。

すなわち、第２波長をλ２としたとき、第２光吸収層の下面と第２光吸収層の上面との間の距離（すなわち、第２光吸収層の膜厚）を、ｎ・（λ２／４）に設定することによって、第２光共振器を構成することができる。これによって、入射した波長λ２の光と、第２光吸収層の下面（第１光吸収層と第２光吸収層との界面）で反射した波長λ２の光とが相互干渉よって打ち消され、第２光吸収層における実効吸収率を高めることができる。

また、本態様によれば、異なる２つの波長において共振ピークが生じることから、熱型光検出器が検出可能な光の波長帯域（波長幅）を広げることができる。

（４）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記熱伝達部材は、前記熱検出素子を他の素子に接続する配線を兼ねる。

熱伝達部材は、上述のとおり、例えば、ＡｌＮやＡｌＯｘ等の金属化合物で構成することができるが、金属を主成分とする材料は電気伝導も良好であることから、熱伝達部材は、熱検出素子を他の素子に接続する配線（配線の一部を含む）としても利用することができる。熱伝達部材を、配線としても利用することによって、配線を別途、設ける必要がなくなり、製造工程の簡素化を図ることができる。

（５）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記熱検出素子は、焦電キャパシター素子であり、前記第１波長をλ１、前記第２波長をλ２としたとき、前記支持部材の、前記熱検出素子が載置される表面と前記第２光吸収層の上面との間の距離は、ｎ・（λ１／４）（ｎは１以上の整数）に設定され、前記第１光吸収層の下面と前記第２光吸収層の上面との間の距離は、ｎ・（λ２／４）に設定されており、前記熱伝達部材は、窒化アルミニウムあるいは酸化アルミニウムで構成される。

本態様では、熱検出素子が焦電キャパシター（例えば、焦電材料層を第１電極ならびに第２電極で挟み込んだ構造を有する）である点、第１波長λ１に共振する第１光共振器（λ１／４光共振器）が構成される点、第２波長λ２に共振する第２光共振器（λ２／４光共振器）が構成される点、ならびに、熱伝達部材の材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）が使用される点を明確化した。

（６）本発明の熱型光検出器の一態様では、上記いずれかに記載の熱型光検出器が複数、２次元配置されている。

これによって、複数の熱型光検出器（熱型光検出素子）が２次元に配置された（例えば、直交２軸の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）が実現される。

（７）本発明の電子機器の一態様は、上記いずれかに記載の熱型光検出器と、前記熱型光検出器の出力を処理する制御部と、を有する。

上記いずれかの熱型光検出器は、光の検出感度が高い。よって、この熱型光検出器を搭載する電子機器の性能が高まる。電子機器としては、例えば、赤外線センサー装置、サーモグラフィー装置、車載用夜間カメラや監視カメラ等が挙げられる。なお、制御部は、例えば、画像処理部やＣＰＵで構成することができる。

（８）本発明の熱型光検出器の製造方法の一態様は、基板の主面上に絶縁層を含む構造体を形成し、前記絶縁層を含む構造体上に犠牲層を形成し、前記犠牲層上に支持部材を形成する工程と、前記支持部材上に熱検出素子を形成する工程と、前記熱検出素子を覆うように第１光吸収層を形成し、前記第１光吸収層を平坦化する工程と、前記第１光吸収層の一部にコンタクトホールを形成した後、熱伝導性を有する材料層を形成し、前記材料層をパターニングすることによって、前記熱検出素子に接続する接続部と、平面視で前記接続部よりも広い面積を有する集熱部とを備える熱伝達部材を形成する工程と、前記第１光吸収層上に第２光吸収層を形成する工程と、前記第１光吸収層および前記第２光吸収層をパターニングする工程と、前記支持部材をパターニングする工程と、前記犠牲層をエッチングにより除去して、前記基板の主面上に形成された絶縁層を含む構造体と、前記支持部材との間に空洞部を形成する工程と、を含む。

本態様では、基板の主面に、層間絶縁層を含む多層構造、犠牲層、支持部材を積層形成し、また、支持部材上に、熱検出素子、第１光吸収層、熱伝達部材ならびに第２光吸収層を積層形成する。第１光吸収層の上面は、平坦化処理によって平坦化される。また、第１光吸収層にはコンタクトホールが設けられ、このコンタクトホールに、熱伝達部材の接続部が埋め込まれる。第１光吸収層上に設けられる、熱伝達部材の集熱部は、接続部を介して熱検出素子（例えば、焦電キャパシターの上側電極）に接続される。本態様によれば、半導体製造技術（例えばＭＥＭＳ技術）を用いて、小型かつ検出感度が高い熱型光検出器を実現することができる。

このように、本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、熱型光検出器の検出感度を、格段に向上させることができる。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、熱型光検出器の一例の平面図ならびに断面図 図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、アルミナ板の、遠赤外線の波長域における分光特性（光反射特性ならびに光透過特性）の一例を示す図、ならびに２つの光共振器が構成される場合における、熱型光検出器の検出感度の一例を示す図 図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、熱型光検出器の製造方法における、第１光吸収層を形成するまでの主要な工程を示す図 図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、熱型光検出器の製造方法における、第１光吸収層ならびに第２光吸収層をパターニングするまでの主要な工程を示す図 図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、熱型光検出器の製造方法における、熱型光検出器が完成するまでの主要な工程を示す図 熱型光検出器の他の例を示す図 熱型光検出装置（熱型光検出アレイ）の回路構成の一例を示す回路図 電子機器の構成の一例を示す図 電子機器の構成の他の例を示す図

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。

（第１の実施形態）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、熱型光検出器の一例の平面図ならびに断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示される熱型光検出器のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図１（Ａ）および図１（Ｂ）では、単独の熱型光検出器を示しているが、複数の熱型光検出器を、例えばマトリクス状に配置して、熱型光検出器アレイ（すなわち熱型検出装置）を構成することもできる。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示される熱型光検出器は、焦電型赤外線検出器（光センサーの一種）２００である（但し、一例であり、これに限定されるものではない）。この焦電型赤外線検出器２００は、２層の光吸収膜２７０，２７２における光吸収によって発生する熱を、熱伝導が良好な熱伝達部材２６０を経由して、熱検出素子（ここでは焦電キャパシター２３０）に、効率的に伝達することができる。

熱伝達部材２６０は、例えば、高い熱伝導率を有すると共に、熱型光検出器が検出感度を有する波長帯域（波長幅）の光の少なくとも一部の波長域の光に対して、光透過性（例えば半透過性）を有する材料（例えば、ＡｌＮやＡｌＯｘ等の金属化合物）によって構成することができる。また、熱伝達部材は、金属（例えばアルミニウム）のような光を反射する材料によって構成することもできる。なお、熱伝達部材２６０における光透過性については、図２を参照して後述する。

熱検出素子としての焦電キャパシター２３０は、熱を電気信号に変換する。これによって、受光した光の強度に対応する検出信号（例えば電流信号）が得られる。以下、具体的に説明する。

（熱型光検出器としての焦電型赤外線検出器の構造の一例）
まず、図１（Ｂ）を参照して、断面構造について説明する。

（断面構造）
熱型光検出器としての焦電型赤外線検出器２００は、基板（シリコン基板）１０上に形成された多層の構造体によって構成されている。すなわち、熱型光検出器２００としての焦電型赤外線検出器は、基板（ここではシリコン基板とする）１０と、基板１０の第１主面（ここでは表面とする）上に形成された、絶縁層を含む構造体１００（例えば、層間絶縁層を含む多層構造：多層構造の具体例については図６を参照）と、絶縁層を含む構造体１００の表面に形成されたエッチングストッパー膜１３０ａと、熱分離用の空洞部（熱分離空洞）１０２と、載置部２１０およびアーム部２１２ａ，２１２ｂとで構成される支持部材（メンブレン）２１５と、支持部材（メンブレン）２１５上に形成された焦電キャパシター２３０と、焦電キャパシターの表面を覆う絶縁層２５０と、第１光吸収層（例えばＳｉＯ_２層）２７０と、熱伝達部材２６０（接続部ＣＮおよび集熱部ＦＬを有する）と、第２光吸収層（例えばＳｉＯ_２層）２７２と、を有する。第１光吸収層２７０は、熱伝達部材２６０と支持部材（メンブレン）２１５との間において、熱伝達部材２６０に接して形成されている。第２光吸収層２７２は、熱伝達部材２６０上において、熱伝達部材２６０と接して形成されている。

なお、基板１０および多層構造１００によって、基部（ベース）が構成される。この基部（ベース）は、空洞部１０２において、支持部材２１５や焦電キャパシター２３０を含む素子構造体１６０を支持する。また、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板１０の、平面視で熱検出素子（焦電キャパシター２３０）と重なる領域には、トランジスターや抵抗等の半導体素子を形成することができる（例えば、図６の例を参照）。

基板１０上に形成される多層構造体１００の表面には、上述したとおり、エッチングストッパー膜（例えばＳｉ_３Ｎ_４膜）１３０ａが設けられており、また、支持部材（メンブレン）２１５の裏面には、エッチングストッパー膜（例えばＳｉ_３Ｎ_４膜）１３０ｂ〜１３０ｄが設けられている。このエッチングストッパー膜１３０ａ〜１３０ｄは、空洞部１０２を形成するために犠牲層（図１では不図示，図３の参照符号１０１）を除去する工程において、エッチングの対象外の層が除去されるのを防止する役割を果たす。但し、エッチングストッパー膜は、支持部材（メンブレン）２１５を構成する材料によっては不要の場合がある。

また、素子構造体１６０に含まれる焦電キャパシター２３０は、同じく素子構造体１６０の構成要素である支持部材（メンブレン）２１５によって、空洞部１０２上において支持されている。

ここで、支持部材（メンブレン）２１５は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ）／窒化シリコン膜（ＳｉＮ）／酸化シリコン膜（ＳｉＯ）の３層の積層膜をパターニングすることによって形成することができる（但し、一例であり、これに限定されるものではない）。支持部材（メンブレン）２１５は、焦電キャパシター２３０を安定的に支持する必要があり、よって、支持部材（メンブレン）２１５のトータルの厚みは、必要な機械強度を満足する厚みを有する。

支持部材（メンブレン）２１５の表面上には、配向膜（不図示）が形成されており、この配向膜上に、焦電キャパシター２３０が形成されている。焦電キャパシター２３０は、下部電極（第１電極）２３４と、下部電極上に形成される焦電材料層（例えば焦電体としてのＰＺＴ層：チタン酸ジルコン酸鉛層）２３２と、焦電材料層２３２上に形成される上部電極（第２電極）２３６と、を含む。

下部電極（第１電極）２３４ならびに上部電極（第２電極）２３６は共に、例えば、３層の金属膜を積層することによって形成することができる。例えば、焦電材料層（ＰＺＴ層）２３２から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）及びプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。また、焦電材料層２３２としては、上述のとおり、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ_３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いることができる。

焦電材料層（焦電体）に熱が伝達されると、その結果、焦電効果（パイロ電子効果）によって、焦電材料層２３２に電気分極量の変化が生じる。この電気分極量の変化に伴う電流を検出することによって、入射した光の強度を検出することができる。

この焦電材料層２３２は、例えば、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等で成膜することができる。下部電極（第１電極）２３４および上部電極（第２電極）２３６の膜厚は、例えば０．４μｍ程度であり、焦電材料層２３２の膜厚は、例えば０．１μｍ程度である。

焦電キャパシター２３０は、絶縁層２５０ならびに第１光吸収層２７０によって覆われている。絶縁層２５０には、第１コンタクトホール２５２が設けられている。第１コンタクトホール２５２は、上部電極（第２電極）２３６用の電極２２６を、上部電極（第２電極）２３６に接続するために使用される。

また、第１光吸収層２７０（および絶縁層２５０）には、第２コンタクトホール２５４が設けられている。第２コンタクトホール２５４は、第１光吸収層２７０および絶縁層２５０を貫通して設けられている。この第２コンタクトホール２５４は、熱伝達部材２６０を、焦電キャパシター２３０の上部電極２３６に接続するために使用される。すなわち、熱伝達部材２６０を構成する材料（例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等）が、第２コンタクトホール２５４内に充填されており（充填部分は、図中、参照符号２２８で示されている）、これによって、熱伝達部材２６０における接続部ＣＮが構成される。

熱伝達部材２６０は、表面が平坦化されている第１光吸収層２７０上に延在する部分である集熱部ＦＬと、この集熱部ＦＬを、焦電キャパシター２３０における上部電極（第２電極）２３６に接続する部分である接続部ＣＮと、を有している。

ここで、熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬは、熱検出素子２３０上に形成されている。「熱検出素子２３０上」は、「熱検出素子２３０の直上」ならびに「熱検出素子２３０の上部（熱検出素子２３０と集熱部ＦＬとの間に層間絶縁層等が介在している場合）」を含めて広義に解釈する。熱伝達部材の集熱部は、例えば、下層の第１光吸収層２７０と上層の第２光吸収層２７２との間に(つまり、二つの吸収層に挟まれる形態にて)設けられている。集熱部ＦＬは、例えば、広範囲な領域において発生した熱を集熱して、熱検出素子である焦電キャパシター２３０に伝達する役割を果たす。なお、集熱部ＦＬは、例えば、平坦化された第１光吸収層２７０上において、平坦面を有する態様にて形成される場合があり、この場合には、「集熱部」は、「平板部あるいは平坦部」と言い換えることができる。

上述のとおり、熱伝達部材２３０は、例えば、熱伝導率が高く、かつ所望の波長帯域の光に対して光透過性（例えば半透過性）を有する材料で構成することができ、この場合、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等で構成することができる。

熱伝達部材２３０を、光透過性（半透過性または全透過性）を有する材料で構成すると、入射光の一部は、熱伝達部材２３０を透過（通過）して、支持部材２１５側に進入することができる。これによって、上側の第２光吸収層２７２のみならず、下側の第１吸収層２７０においても光の吸収によって熱が発生する。集熱部ＦＬは、第１光吸収層２７０と第２光吸収層２７２とに挟まれている。つまり、集熱部ＦＬは、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の各々に接している。よって、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の各々で発生した熱は、焦熱部ＦＬに迅速に伝わり、熱伝導性が良好な集熱部ＦＬを経由して、熱検出素子２３０に効率的に伝達される。

また、熱伝達部材２６０が金属のような光反射特性を有する材料で構成される場合においては、入射光は集熱部ＦＬの表面で反射され、集熱部ＦＬの下にある第１光吸収層には進入しない。よって、基本的には、熱は、第２光吸収層２７２で発生し、その熱が熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬを経由して、効率的に熱検出素子２３０に伝達されることになる。この場合であっても、熱検出素子２３０から遠い地点において発生した熱を、効率的に集熱するという効果が得られる。

但し、熱伝達部材２６０が金属等で構成される場合であっても、例えば、集熱部ＦＬの平面視における面積が、第１光吸収層２７０の平面視における面積よりも小さい場合は、焦熱部ＦＬが設けられていない領域（隙間領域）を経由して、入射光が支持部材２１５側に進入することができる。この場合には、第１光吸収層２７０においても、光の吸収によって熱が発生し、その熱を、集熱部ＦＬを経由して熱検出素子２３０に効率的に伝達することができる。

なお、集熱部ＦＬにおける材料と、接続部ＣＮにおける材料２２８（例えばコンタクトホール２５４に埋め込まれるコンタクトプラグの材料）とを異ならせることも可能である。

また、図１（Ｂ）に示すように、接続部ＣＮの横幅をＷ０とし、焦電キャパシター２３０の横幅（ここでは、最も横幅が広い下部電極（第１電極）２３４の横幅）をＷ１とし、熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬの横幅をＷ２としたとき、Ｗ０＜Ｗ１＜Ｗ２の関係が成立する。

また、図１（Ｂ）に示されるように、第１波長をλ１、第２波長をλ２としたとき、支持部材２１５の、焦電キャパシター２３０が載置される表面と、第２光吸収層２７２の上面との間の距離Ｈ１（つまり、第１光吸収層２７０の膜厚Ｈ２と第２光吸収層２７２の膜厚Ｈ３の合計の膜厚Ｈ１）は、ｎ・（λ１／４）（ｎは１以上の整数）に設定されている。これによって、支持部材２１５の、焦電キャパシター２３０が載置される表面と、第２光吸収層２７２の上面との間で、第１光共振器（λ１／４光共振器）が構成される。

また、第２光吸収層２７２の下面と、第２光吸収層２７２の上面との間の距離Ｈ３（すなわち、第２光吸収層２７２の膜厚Ｈ３）は、ｎ・（λ２／４）に設定されている。これによって、第２光吸収層２７２の下面と、第２光吸収層２７２の上面との間で第２光共振器（λ２／４光共振器）が構成されている。ここで、熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬは、支持部材（メンブレン）２１５に平行に設けるのが好ましい。つまり、集熱部ＦＬの主面（上面または下面）と支持部材（メンブレン）２１５の主面（上面または下面）とを平行に配置するのが好ましい。第１光共振器および第２光共振器が構成されることの効果については後述する。

（レイアウト構成）
次に、図１（Ａ）を参照して、レイアウト構成について説明する。図１（Ａ）に示すように、支持部材（メンブレン）２１５は、焦電キャパシター２３０を載置する載置部２１０と、この載置部２１０を、空洞部（熱分離空洞部）２１２上にて保持する２本のアーム、すなわち第１アーム部２１２ａと第２アーム部２１２ｂと、を有している。焦電キャパシター２３０は、支持部材（メンブレン）２１５における載置部２１０上に形成されている。また、上述のとおり、支持部材（メンブレン）２１５、焦電キャパシター２３０、第１光吸収層２７０、熱伝達部材２６０ならびに第２光吸収層２７２を含めて、素子構造体１６０が構成される。

第１アーム部２１２ａならびに第２アーム部２１２ｂは、上述したように、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ）／窒化シリコン膜（ＳｉＮ）／酸化シリコン膜（ＳｉＯ）の３層の積層膜をパターニングして、細長い形状に加工することによって形成することができる。細長い形状とするのは、熱抵抗を大きくして、焦電キャパシター２３０からの放熱（熱の逃げ）を抑制するためである。

第１アーム部２１２ａにおける幅広の先端部２３２ａは、第１ポスト１０４ａ（図１（Ａ）において破線で示される、平面視で円形の部材）によって、空洞部１０２上において支持されている。また、第１アーム部２１２ａ上には、一端（参照符号２２８）が、焦電キャパシター２３０の下部電極（第１電極）２３４に接続され、他端２３１ａが、第１ポスト１０４ａに接続される配線２２９ａが形成されている。

第１ポスト１０４ａは、例えば、図１（Ｂ）に示される絶縁層を含む構造体１００と、第１アーム部２１２ａの先端部２３２ａとの間に設けられる。この第１ポスト１０４ａは、例えば、空洞部１０２に選択的に形成される、柱状に加工された多層配線構造（層間絶縁層と、焦電キャパシター２３０と下地のシリコン基板１０に設けられたトランジスター等の素子とを接続するための配線を構成する導電層とからなる）によって構成することができる。

同様に、第２アーム部２１２ｂは、第２ポスト１０４ｂ（図１（Ａ）において、破線で示される、平面視で円形の部材）によって、空洞部１０２上において支持されている。第２アーム部２１２ｂにおける幅広の先端部２３２ｂは、第２ポスト１０４ｂ（図１（Ａ）において破線で示される、平面視で円形の部材）によって、空洞部１０２上において支持されている。また、第２アーム部２１２ｂ上には、一端（参照符号２２６）が、焦電キャパシター２３０の上部電極（第２電極）２３６に接続され、他端２３１ｂが、第２ポスト１０４ｂに接続される配線２２９ｂが形成されている。

第２ポスト１０４ｂは、図１（Ｂ）に示される絶縁層を含む構造体１００と、第２アーム部２１２ｂの先端部２３２ｂとの間に設けられる。また、第２ポスト１０４ｂは、例えば、空洞部１０２に選択的に形成される、柱状に加工された多層配線構造（層間絶縁層と、焦電キャパシター２３０と下地のシリコン基板１０に設けられたトランジスター等の素子とを接続するための配線を構成する導電層とからなる）によって構成することができる。

図１（Ａ）に示される例では、第１ポスト１０４ａならびに第２ポスト１０４ｂを用いて、支持部材２１５や焦電キャパシター２３０を含む素子構造体１６０を、空洞部１０２において保持している。この構成は、共通の空洞部１０２において、熱検出素子としての焦電キャパシター２３０を複数、高密度に配置する際（つまり、熱検出素子のアレイを形成する際）に有効である。但し、この構成は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、図６に示される例のように、一つの熱検出素子２３０毎に一つの空洞１０２を形成し、支持部材（メンブレン）２１５を、空洞部１０２の周囲の、絶縁層を含む構造体１００にて支持するようにしてもよい。

また、図１（Ａ）において、焦電キャパシター２３０は、支持部材２１５における載置部２１０の中央領域に配置されており、焦電キャパシター２３０は、平面視で、略正方形の形状を有する。また、図１（Ａ）に示すように、熱伝達部材２６９の接続部ＣＮにおける横幅をＷ０とし、焦電キャパシター２３０の横幅（ここでは、最も横幅が広い下部電極（第１電極）２３４の横幅）をＷ１とし、熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬの横幅をＷ２としたとき、Ｗ０＜Ｗ１＜Ｗ２の関係が成立する。

したがって、平面視（基板１０の表面に対して垂直な方向からみた平面視、より具体的には、垂直上側方向からみた平面視）における熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬの面積は、接続部ＣＮの面積よりも大きい。また、平面視における熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬの面積は、焦電キャパシター２３０の面積よりも大きい。

また、図１（Ａ）に示されるように、第１光吸収層２７０ならびに第２光吸収層２７２は、平面視で、支持部材２１５上であって、熱検出素子である焦電キャパシター２３０の周囲に形成されている。例えば、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２は、熱検出素子２３０の全周囲に形成することができる（但し、これに限定されるものではない）。したがって、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の広範囲で発生した熱は、焦電キャパシター２３０に、直接的に、あるいは、広範囲をカバーする広い面積をもつ熱伝達部材２６０を経由して間接的に、効率的に伝達される。つまり、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の広範囲で発生した熱は、焦電キャパシター２３０に、あらゆる方向（つまり、四方八方から）集まってくる。ここで、焦電キャパシター２３０は、平面視で、略正方形の熱伝達部材２６０の中央の下に位置している。よって、あらゆる方向から、熱伝達部材２６０を経由して集まってくる熱は、接続部ＣＮを経由して、最短距離で、焦電キャパシター２３０の上部電極（第２電極）２３６に伝達される。よって、広範囲から、多くの熱を効率的に集約し、かつ、それらの熱を、最短距離で、ロスを最小限に抑制しつつ、焦電キャパシター２３０の上部電極（第２電極）２３６に伝達することができる。よって、熱型光検出器２００の光検出感度をさらに高めることができる。また、熱型光検出器の応答速度も、より向上する。

（熱型光検出器の動作等について）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示される本実施形態にかかる熱型光検出器（熱型光検出器）２００は、以下のように動作する。

例えば、熱伝達部材２６０が光透過性を有する場合は、熱型光検出器２００に入射した光（例えば赤外線）、すなわち、平面視で、支持部材（メンブレン）２１５の領域に入射する入射光の一部は、まず第２光吸収層２７２で吸収され、その他は吸収されずに熱伝達部材２６０に到達する。熱伝達部材２６０は、熱型光検出器２００が検出感度を有する波長帯域の光の少なくとも一部に対して光透過性を有しており、例えば、赤外線に対して半透過性を有する。熱伝達部材２６０では、例えば、到達した光の一部は反射し、その他は熱伝達部材２６０を透過する。熱伝達部材２６０で反射した光は第２光吸収層によって吸収され、熱に変換される。熱伝達部材２６０を透過した光の一部は、第１光吸収層２７０で吸収され、その他は、支持部材（メンブレン）２１５の表面（第１光吸収層２７０と、支持部材２１５における載置部２１０との界面）、ならびに支持部材２１５に載置されている熱検出素子としての焦電キャパシター２３０に到達する。

支持部材２１５の表面（第１光吸収層２７０と、支持部材２１５における載置部２１０との界面）に到達した光の大部分は、支持部材（メンブレン）２１５の表面で反射される。例えば、第１光吸収層２７０がＳｉＯ_２層（屈折率：１．４５）で構成され、支持部材（メンブレン）２１５が、ＳｉＮ膜（屈折率２．０）で構成される場合、第１光吸収層２７０の屈折率よりも、支持部材（メンブレン）２１５を構成する膜の屈折率（つまり、支持部材２１５の屈折率）の方が大きいことから、支持部材（メンブレン）２１５に到達した光のほとんどは、支持部材（メンブレン）２１５の表面で反射されることになる。

また、支持部材（メンブレン）２１５の構成要素として、例えばチタン（Ｔｉ）膜等の金属膜を設けて（特に、光が反射する表面に設けるのが好ましい）、支持部材（メンブレン）２１５の表面における光の反射率を高めることも有効である。

支持部材（メンブレン）２１５の表面で反射された光は、第１光吸収層２７０に吸収される。反射光のうち、第１光吸収層２７０を透過した光は第２光吸収層２７２に達し、第２光吸収層２７２によって吸収される。

また、熱伝達部材２６０が金属のような光反射特性を有する材料で構成される場合には、集熱部ＦＬの下にある第１光吸収層２７０には入射光は、基本的には進入しない。つまり、熱型光検出器に入射した光（例えば赤外線）、すなわち、平面視で、支持部材（メンブレン）２１５の領域に入射する入射光の一部は、まず第２光吸収層２７２で吸収され、その他は吸収されずに熱伝達部材２６０（の集熱部ＦＬ）に到達する。熱伝達部材２６０（の集熱部ＦＬ）に到達した光は、その表面で反射され、反射された光は第２光吸収層２７２で吸収される。

但し、上述のとおり、熱伝達部材２６０が金属等で構成される場合であっても、例えば、集熱部ＦＬの平面視における面積が、第１光吸収層２７０の平面視における面積よりも小さいような場合には、焦熱部ＦＬが設けられていない領域（隙間領域）を経由して、入射光が支持部材２１５側に進入することができる。この場合には、第１光吸収層２７０においても、光の吸収によって熱が発生し、その熱を、集熱部ＦＬを経由して熱検出素子２３０に効率的に伝達することができる。

熱伝達部材が光透過性を有する材料で構成する場合における、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２における熱の発生、ならびに、発生した熱の、熱検出素子である焦電キャパシター２３０への伝達は、例えば、以下のように行われる。すなわち、熱型光検出器２００に入射した光の一部が、まず第２光吸収層２７２で吸収され、第２光吸収層２７２にて熱が発生する。また、熱伝達部材２６０で反射した光は、第２光吸収層２７２で吸収され、これによって第２光吸収層２７２にて熱が発生する。

また、熱伝達部材２６０を透過（通過）した光の一部は、第１光吸収層２７０にて吸収されて熱が発生する。また、支持部材２１５の表面（第１光吸収層２７０と、支持部材における載置部２１０との界面）で反射した光の一部は、第１光吸収層２７０で吸収されて熱が発生する。また、反射光のうちの、第１光吸収層２７０を透過した光は、第２光吸収層２７２で吸収されて熱が発生する。すなわち、支持部材（メンブレン）２１５の表面で反射した光は、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の少なくとも一方に吸収され、これによって、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２にて熱が発生する。

そして、第２光吸収層２７２で発生した熱は、熱伝達部材２６０を介して効率的に熱検出素子である焦電キャパシター２３０に伝達され、また、第１光吸収層２７０で発生した熱は、直接的に、あるいは熱伝達部材２６０を介して焦電キャパシター２３０に効率的に伝達される。

すなわち、熱伝達部材２６０の集熱部は、熱検出素子（焦電キャパシター）２３０上を広く覆うように形成されており、よって、第１光吸収層２７０ならびに第２光吸収層２７２で発生した熱の多くを、その発生場所を問わずに、効率的に熱検出素子（焦電キャパシター）２３０に伝達することができる。例えば、熱検出素子２３０から離れた箇所で発生した熱であっても、熱伝導率が高い熱伝達部材２６０を経由して、熱検出素子（焦電キャパシター）２３０に効率的に伝達することができる。

また、熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬと、焦電キャパシター２３０とは、熱伝達部材２６０の接続部ＣＮによって接続されていることから、熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬを経由して伝達される熱を、接続部ＣＮを介して、焦電キャパシター２３０に直接的に伝達することができる。また、熱伝達部材２６０の下（直下）に熱検出素子としての焦電キャパシター２３０が位置する（平面視で重なる位置に設けられている）ことから、例えば、平面視における熱伝達部材２６０の中央部と、焦電キャパシター２３０とを最短で接続することが可能である。よって、熱伝達に伴うロスを減らすことができ、また、専有面積の増大を抑制することができる。

このように、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に記載される熱型光検出器（ここでは焦電型赤外線検出器）によれば、２層（複数層）の光吸収層２７０，２７２における広範囲で発生した熱を、熱検出素子である焦電キャパシター２３０に効率的に伝達することができ、よって、小型の熱型光検出器（焦電型赤外線検出器）の光検出感度を大幅に向上させることができる。また、熱の伝達に要する時間が短縮されるため、熱型光検出器（焦電型赤外線検出器）の応答速度を高めることができる。

また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に記載される熱型光検出器（焦電型赤外線検出器）では、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２は、支持部材２１５（の載置部２１０）上において、平面視で、熱検出素子である焦電キャパシター２３０の周囲に形成されている。これによって、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の広範囲で発生した熱は、熱検出素子である焦電キャパシター２３０に、直接的に、あるいは熱伝達部材２６０を経由して間接的に、きわめて効率的に伝達される。よって、熱型光検出器（焦電型赤外線検出器）の光検出感度をさらに高めることができる。また、熱型光検出器（焦電型赤外線検出器）の応答速度も、より向上する。

また、本実施形態では、２層の光吸収膜２７０，２７２によって熱を発生することから吸収効率が高まる。また、第１光吸収層２７０を介して熱を直接的に熱検出素子２３０に伝達することができる。よって、特許文献１に記載される赤外線検出素子ならびに特許文献２に記載される赤外線固体撮像素子と比較して、熱型光検出器の検出感度をより向上させることができる。また、本実施形態では、熱検出素子２３０は熱伝達部材２６０に接続されている。よって、応答速度は、特許文献１に記載される赤外線検出素子と同等に高い。また、本実施形態では、熱伝達部材２６０が直接に熱検出素子２３０に接続されているため、特許文献２に記載される赤外線固体撮像素子と比較して、より高い応答速度が得られる。

また、上述のとおり、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に記載される熱型光検出器（焦電型赤外線検出器）では、支持部材２１５の、焦電キャパシター２３０が載置される表面と第２光吸収層２７２の上面との間で、第１波長λ１に対する第１光共振器が構成されており、また、第２光吸収層２７２の下面と、第２光吸収層２７２の上面との間で、第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２に対する第２光共振器が構成されている。すなわち、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の膜厚を調整することによって、異なる共振波長をもつ２個の光共振器が構成されている。

上述したように、支持部材２１５の表面（第１光吸収層２７０と、支持部材２１５における載置部２１０との界面）で反射した光は、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の少なくとも一方に吸収されるが、このとき、第１光共振器を構成することによって、各光吸収層における実効吸収率を高めることができる。

第１光共振器は、例えば、いわゆるλ／４光共振器とすることができる。すなわち、第１波長をλ１としたとき、支持部材２１５の、焦電キャパシター２３０が載置される表面と第２光吸収層２７２の上面との間の距離（つまり、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の合計の膜厚）が、ｎ・（λ１／４）（ｎは１以上の整数）の関係を満足するように、第１光吸収層２７０および第２光吸収層２７２の膜厚が調整されている。これによって、入射した波長λ1の光と、支持部材２１５の表面で反射した波長λ1の光とが相互干渉よって打ち消され、第１光吸収層２７０ならびに第２光吸収層２７２における実効吸収率が高まる。

また、上述のとおり、熱伝達部材２６０で反射した光は、第２光吸収層２７２で吸収されるが、このとき、第２光共振器を構成することによって、第２光吸収層２７２における実効吸収率を高めることができる。第２光共振器は、例えば、いわゆるλ／４光共振器とすることができる。

すなわち、第２波長をλ２としたとき、第２光吸収層２７２の下面と第２光吸収層２７２の上面との間の距離（すなわち、第２光吸収層の膜厚）を、ｎ・（λ２／４）に設定することによって、第２光共振器を構成することができる。これによって、入射した波長λ２の光と、第２光吸収層の下面（第１光吸収層２７０と第２光吸収層２７２との界面）で反射した波長λ２の光とが相互干渉よって打ち消され、第２光吸収層２７２における実効吸収率を高めることができる。

また、２個の光共振器を構成することによって、異なる２つの波長において共振ピークが生じることから、ピーク同士が合成されて、熱型光検出器が検出感度を有する波長帯域が拡大される。つまり、熱型光検出器が検出可能な光の波長帯域（波長幅）を広げることができる。

（熱伝達部材の好ましい例について）
次に、熱伝達部材（熱伝達層）の好ましい例について説明する。上述のとおり、本実施形態の熱型光検出器２００では、熱伝達部材２６０における集熱部ＦＬを、第１光吸収層２７０と第２光吸収層２７２とによって挟む構造が採用されており、かつ、熱伝達部材２６０の集熱部ＦＬは、熱検出素子である焦電キャパシター２３０から遠い位置で発生した熱も集熱できるようにするため、平面視で、広い面積を有するのが好ましい。この状況下で、熱型光検出器２００の上方から入射する光を、第１光吸収層２７０と第２光吸収層２７２の双方で吸収させるためには、熱伝達部材２６０を、所望の波長帯域のうちの、少なくとも一部の波長域の光を透過させる光透過性を有する材料にて構成するのが好ましい。

すなわち、熱伝達部材２６０は、熱伝達良好な熱伝導性と光透過性とを有する材料にて構成するのが好ましい。熱伝達部材２６０は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）にて構成することができる。酸化アルミニウムは、アルミナとも呼ばれ、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３を使用することができる。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、アルミナ板の、遠赤外線の波長域における分光特性（光反射特性ならびに光透過特性）の一例を示す図、ならびに、２つの光共振器が構成される場合における、熱型光検出器の検出感度の一例を示す図である。

なお、遠赤外線の波長域については、特に厳密な定義があるわけではないが、一般には、遠赤外線の波長域は４μｍ〜１０００μｍ程度である。赤外線は物体からは必ず放射されており、高い温度の物体ほど赤外線を強く放射する。また、放射のピークの波長は温度に反比例し、例えば、室温２０℃の物体が放射する赤外線のピーク波長は、１０μｍ程度である。

図２（Ａ）には、アルミナ板の、４μｍ〜２４μｍの波長域における反射率と透過率が示されている。横軸は波長（μｍ）であり、縦軸は相対強度（arbitray unit:a.u.）である。図２において、透過率を示す特性線Ｑ１は一点鎖線で示されており、反射率を示す特性線Ｑ２は実線で示されており、透過率と反射率を加算した結果を示す特性線Ｑ３は点線で示されている。

図２（Ａ）に示されるように、反射率は、波長に応じて、かなり大きく変動する。一方、透過率は、６μｍ以上の波長域では、ほとんどゼロに近くなる。

ここで、波長４μｍの光に対する透過率と反射率に着目する。透過率０．２（つまり２０％）であり、反射率は０．５（つまり５０％）である。また、波長１２μｍの光に対する透過率と反射率に着目する。透過率はほぼ０（０％）であり、反射率は０．４３（４３％）程度である。

このような分光特性を考慮すると、例えば、上述の第１波長λ１を４μｍに設定し、第２波長λ２を１２μｍに設定することができる。この場合、第１光吸収膜２７０の膜厚は例えば３μｍとすればよく、また、第２光吸収膜２７２の膜厚は例えば１μｍとすればよい。

図２（Ａ）に示される分光特性を有するアルミナを、熱熱伝達部材２６０の材料として使用した場合、入射光に含まれる第１波長λ１（＝４μｍ）の波長をもつ光の５０％程度は、アルミナで構成される熱伝達部材２６０で反射し、また、入射光に含まれる第１波長λ１（＝４μｍ）の波長をもつ光の２０％程度は、熱伝達部材２６０を透過する。

熱伝達部材２６０を透過した波長λ１の光は、支持部材（メンブレン）２１５に到達し、その表面で反射して、再び、第２光吸収層２７２に向かって上昇し、その上昇する光の一部は、第２光吸収層２７２の上面（大気と第２光吸収層２７２の界面）にて反射して、再び、下方に向かう。このようにして、第１光共振器において波長λ１における共振を生じさせることができる。

また、入射光に含まれる波長λ２（＝１２μｍ）の光の４３％程度は、熱伝達部材２６０で反射し（透過光はほとんど生じない）、反射した光は、第２光吸収層２７２内を上昇し、その上昇する光の一部は、第２光吸収層２７２の上面（大気と第２光吸収層２７２との界面）にて反射して、再び、下方に向かう。このようにして、第２光共振器において波長λ２における共振を生じさせることができる。

上述したように、光共振を生じさせることによって、第１光吸収層２７０ならびに第２光吸収層２７２における、光の実効吸収率を高めることができる。

また、図２（Ｂ）に示すように、熱型光検出器の検出感度を有する波長帯域を広げることができる。図２（Ｂ）は、２つの光共振器が構成される場合における、熱型光検出器の検出感度の一例を示す図である。図２（Ｂ）に示される例では、第１光共振器による共振ピークＰ１が波長λ１（例えばλ１＝４μｍ）に出現し、第２光共振器による共振ピークＰ２が波長λ２（例えばλ２＝１２μｍ）に出現している。これらのピーク特性が合成されることによって、熱型光検出器２００の検出感度Ｐ３が広がる。つまり、広い波長域において検出感度をもつ熱型光検出器２００が実現される。なお、熱伝達部材２６０の材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いた場合においても、同様の効果を得ることができる。

このように、本実施形態の熱型光検出器によれば、熱検出素子から遠い箇所で発生した熱を、熱伝達部材（熱伝達層）２６０の集熱部ＦＬを経由して、熱検出素子である焦電キャパシター２３０に高速かつ効率的に集めることができる。また、光の波長の相互干渉を利用する（光の共振を利用する）ことによって、第１光吸収層２７０ならびに第２光吸収層２７２における光の実効的な吸収効率を高めることができ、また、熱型光検出器が検出感度を有する波長帯域を広げることができる。

（熱型光検出器の製造方法について）
以下、図３〜図５を参照して、熱型光検出器の製造方法について説明する。まず、図３（Ａ）〜図３（Ｅ）を参照する。図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、熱型光検出器の製造方法における、第１光吸収層を形成するまでの主要な工程を示す図である。

図３（Ａ）に示される工程では、シリコン基板（トランジスター等の素子を有してもよい）を用意し、このシリコン基板１０上に、絶縁層を含む構造体（例えば、多層配線構造体）１００を形成する。絶縁層を含む構造体１００上に、エッチングストッパー膜１３０ａを形成し、さらに、犠牲層（例えば、ＳｉＯ_２層）１０１を形成する。

図３（Ｂ）の工程では、犠牲層１０１上にエッチングストッパー膜１３０ｂを形成する。次に、支持部材（メンブレン）２１５となる厚膜（例えば、３層の積層膜で構成される厚膜）を形成する。

図３（Ｃ）の工程では、支持部材（メンブレン）２１５に、下部電極（第１電極）２３４、焦電材料層（ＰＺＴ層）２３２ならびに上部電極（第２電極）２３６を積層形成して、熱検出素子としての焦電キャパシター２３０を形成する。焦電キャパシター２３０の形成方法として、例えば、アトミックレイヤーＣＶＤ法を用いることができる。次に、焦電キャパシター２３０を覆うように絶縁層２５０を形成する。絶縁層２５０は、例えばＣＶＤ法によって形成することができる。続いて、絶縁層２５０をパターニングする。

図３（Ｅ）の工程では、焦電キャパシター２３０を覆う絶縁層２５０において、第１コンタクトホール２５２を形成し、続いて、金属材料層を堆積し、次に、その金属材料層をパターニングすることによって、上部電極（第２電極）２３６に接続される電極（ならびに配線）２２６を形成する。なお、図３（Ｅ）の工程では、併せて、下部電極（第１電極）に接続される電極ならびに配線（不図示）も形成される。

図３（Ｅ）の工程では、ＣＶＤ法によって第１光吸収層（ＳｉＯ_２層等）２７０を形成する。次に、その表面を、例えば、ＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシング）によって平坦化する。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、熱型光検出器の製造方法における、第１光吸収層ならびに第２光吸収層をパターニングするまでの主要な工程を示す図である。図４（Ａ）の工程では、第１光吸収層２７０に、第２コンタクトホール２５４を形成する。続いて、酸化アルミニウム（アルミナ：ＡｌＯｘ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の、高い熱伝導率と、例えば光透過性とを有する材料を堆積し、パターニングすることによって、熱伝達部材（熱伝達層）２６０を形成する。熱伝達部材２６０は、集熱部ＦＬおよび接続部ＣＮを有する。第２コンタクトホール２５４内には、アルミナ等の材料が充填される。アルミナ等の材料が充填された部分２３８によって接続部ＣＮが構成される。

図４（Ｂ）の工程では、第１光吸収層２７０上に、第２光吸収層となる材料層（ＳｉＯ_２層等）を堆積した後、パターニングする。これによって、第２光吸収層２７２が形成される。図４（Ｃ）の工程では、第１光吸収層２７０をパターニングする。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、熱型光検出器の製造方法における、熱型光検出器が完成するまでの主要な工程を示す図である。図５（Ａ）の工程では、支持部材（メンブレン）２１５をパターニングする。これによって、載置部２１０、第１アーム部２１２ａならびに第２アーム部２１２ｂが形成される。図５（Ａ）において、パターニングによって除去された部分（開口部）には参照符号ＯＰを付してある。

図５（Ｂ）の工程では、例えば、ウエットエッチングによって犠牲層１０１を選択的に除去する。これによって、空洞部（熱分離空洞部）１０２が形成される。支持部材２１５の載置部２１０は、空洞部１０２によって、基部（基板１０、絶縁層を含む構造体１００ならびにエッチングストッパー膜１３０ａからなる）から分離される。したがって、支持部材２１５を経由した放熱が抑制される。このようにして、熱型光検出器が完成する。

（第２の実施形態）
図６は、熱型光検出器の他の例を示す図である。図６に示される熱型光検出器２００では、一つの熱検出素子毎に空洞部１０２が形成され、支持部材（メンブレン）２１５は、空洞部１０２の周囲の構造体（基部の一部）によって支持される。また、基板の、平面視で、熱検出素子に重なる領域には、回路構成要素（ここではＭＯＳトランジスター）が形成されており、このＭＯＳトランジスターは、多層配線を経由して、熱検出素子である焦電キャパシター２３０に接続される。また、図６の例では、熱伝達部材２６０が、配線としても利用されている。

すなわち、基板（シリコン基板）１０には、ソース層（Ｓ）ならびにドレイン（Ｄ）層が形成され、また、基板１０上に、ゲート絶縁膜ＩＮＳとゲート電極（例えばポリシリコンゲート電極）Ｇが形成されており、これらによって、回路構成要素であるＭＯＳトランジスターが形成されている。

基板１０上には、絶縁層を含む構造体１００が形成されている。基板１０ならびに絶縁層を含む構造体１００によって基部（ベース）が構成される。

絶縁層を含む構造体１００は、多層構造体で構成され、より具体的には、多層配線構造体で構成される。多層配線構造体は、第１絶縁層１００ａと、第２絶縁層１００ｂと、第３絶縁層１００ｃと、第１コンタクトプラグＣＰ１と、第１層目配線Ｍ１と、第２コンタクトプラグＣＰ２と、第２層目配線Ｍ２と、第３コンタクトプラグＣＰ３と、を含む。第３絶縁層１００ｃの一部が、選択的に除去されることによって、空洞部（熱分離空洞部）１０２が形成される。

支持部材（メンブレン）２１５の載置部２１０上には、熱検出素子としての焦電キャパシター２３０が形成されている。また、熱伝達部材２６０は、第１光吸収層２７０と第２光吸収層２７２とによって挟まれて形成されている。

支持部材（メンブレン）２１５と、焦電キャパシター２３０と、第１光吸収層２７０と第２光吸収層２７２と、熱伝達部材２６０と、第４コンタクトプラグＣＰ４と、第３層目配線Ｍ３と、第５コンタクトプラグＣＰ５と、によって素子構造体１６０が構成される。上述したとおり、熱伝達部材２６０は、熱検出素子である焦電キャパシター２３０を他の素子（ここでは、基板１０に形成されたＣＭＯＳトランジスター）に接続する配線の一部を兼ねている。

すなわち、熱伝達部材２６０は、上述のとおり、例えば、ＡｌＮやＡｌＯｘ等の金属化合物で構成することができるが、金属を主成分とする材料は電気伝導も良好であることから、熱伝達部材２６０は、熱検出素子を他の素子に接続する配線（配線の一部を含む）としても利用することが可能である。熱伝達部材２６０を、配線としても利用することによって、配線を別途、設ける必要がなくなり、製造工程の簡素化を図ることができる。また、平面視で、熱検出素子２３０と重なる領域にトランジスター等の素子を配置することによって、熱型光検出器の全体の専有面積の増大を抑制することができる。

（第３実施形態）
図７は、熱型光検出装置（熱型光検出アレイ）の回路構成の一例を示す回路図である。図７の例では、複数の光検出セル（すなわち、熱型光検出器２００ａ〜２００ｄ等）が、２次元的に配置されている。複数の光検出セル（熱型光検出器２００ａ〜２００ｄ等）の中から一つの光検出セルを選択するために、走査線（Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ等）と、データ線（Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ等）が設けられている。

第１の光検出セルとしての熱型光検出器２００ａは、熱形光検出素子５としての圧電コンデンサーＺＣと、素子選択トランジスターＭ１ａと、を有する。圧電コンデンサーＺＣの両極の電位関係は、ＰＤｒ１に印加する電位を切り換えることによって反転することができる（この電位反転によって、機械的なチョッパーを設ける必要がなくなる）。なお、他の光検出セルも同様の構成である。

データ線Ｄ１ａの電位は、リセットトランジスターＭ２をオンすることによって初期化することができる。検出信号の読み出し時には、読み出しトランジスターＭ３がオンする。焦電効果によって生じる電流は、Ｉ／Ｖ変換回路５１０によって電圧に変換され、アンプ６００によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器７００によってデジタルデータに変換される。

本実施形態では、複数の熱型光検出器が２次元的に配置された（例えば、直交２軸（Ｘ軸およびＹ軸）の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）が実現される。

（第４実施形態）
図８は、電子機器の構成の一例を示す図である。電子機器としては、例えば、赤外線センサー装置、サーモグラフィー装置、車載用夜間カメラや監視カメラ等が挙げられる。

図８に示されるように、電子機器は、光学系４００と、センサーデバイス４１０（前掲の実施形態における熱型光検出器２００に相当する）と、画像処理部４２０と、処理部４３０と、記憶部４４０と、操作部４５０と、表示部４６０と、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等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光検出器を二次元配列させて構成され、複数の行線（走査線（あるいはワード線））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。画像処理部４２０は、センサーデバイス４１０（熱型光検出器２００）の出力を処理する制御部に相当する。処理部４３０は、電子機器の全体の制御や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セル分の熱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セル分の熱型光検出器を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（熱型光検出装置）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、車載用の夜間視認カメラ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。

先に説明したように、本発明にかかる熱型光検出器は、光の検出感度が高い。よって、この熱型光検出器を搭載する電子機器の性能が高まる。

図９は、電子機器の構成の他の例を示す図である。図９の電子機器８００は、熱型光検出器２００と、加速度検出素子５００と、を搭載したセンサーユニット６００を有する。センサーユニット６００には、さらにジャイロセンサー等を搭載することもできる。センサーユニット６００によって、異なる種類の物理量を測定することが可能である。センサーユニット６００から出力される各検出信号は、ＣＰＵ７００によって処理される。ＣＰＵ７００は、熱型光検出器２００の出力を処理する制御部に相当する。

以上説明したように、本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、熱型光検出器の検出感度を、格段に向上させることができる。

以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

また、上述の実施形態では、熱検出素子として、焦電キャパシターが用いられているが、これに代えて、サーモパイル素子やボロメータ素子を用いることもできる。

１０ 基板（例えばシリコン基板）、
１００ 絶縁層を含む構造体（例えば、少なくとも１層の層間絶縁層を含む多層構造体）、１０２ 空洞部（熱分離空洞部）、
１０４ａ，１０４ｂ 第１ポストならびに第２ポスト、
１３０ａ〜１３０ｄ エッチングストッパー膜
２００ 熱型光検出器、２１０ 支持部材の載置部、
２１２（２１２ａ，２１２ｂ） 支持部材のアーム部（第１アーム部，第２アーム部）、２１５ 支持部材（メンブレン）、
２２９ａ，２２９ｂ 配線（アーム部上に形成される配線）、
２２６ 電極（配線）、
２２８ 熱伝達部材を構成する材料の、第２コンタクトホールに充填されている部分、
２３０ 熱検出素子としての焦電キャパシター、
２３２ａ，２３２ｂ アーム部の端部、
２３４ 下部電極（第１電極）、２３６ 焦電材料層（ＰＺＴ層等）、
２３６ 上部電極（第２電極）、２５０ 絶縁層、
２５２、２５４ 第１コンタクトホールおよび第２コンタクトホール、
２６０ 熱伝達部材、
２７０ 第１光吸収層、２７２ 第２光吸収層、
ＦＬ 熱伝達部材の集熱部、ＣＮ 熱伝達部材の接続部、

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板に対して空洞部を介して支持される支持部材と、
   前記支持部材に支持される熱検出素子と、
   前記熱検出素子と接続部によって接続され、平面視で前記接続部よりも広い面積を有し、かつ前記熱検出素子上に形成されている集熱部を備える熱伝達部材と、
   前記熱伝達部材と前記支持部材との間において、前記熱伝達部材及び前記熱検出素子に接するように形成されている第１光吸収層と、
   前記熱伝達部材上において、前記熱伝達部材と接するように形成されている第２光吸収層と、
   を有することを特徴とする熱型光検出器。
2. 請求項１記載の熱型光検出器であって、
   前記第１光吸収層および前記第２光吸収層は、前記支持部材上であって前記熱検出素子の周囲に形成されていることを特徴とする熱型光検出器。
3. 請求項２記載の熱型光検出器であって、
   前記支持部材の、前記熱検出素子が載置される表面と前記第２光吸収層の上面との間で、第１波長に対する第１光共振器が構成されており、
   前記第２光吸収層の下面と、前記第２光吸収層の上面との間で、前記第１波長とは異なる第２波長に対する第２光共振器が構成されていることを特徴とする熱型光検出器。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱型光検出器であって、
   前記熱伝達部材は、前記熱検出素子を他の素子に接続する配線を兼ねることを特徴とする熱型光検出器。
5. 請求項３記載の熱型光検出器であって、
   前記熱検出素子は、焦電キャパシター素子であり、
   前記第１波長をλ１、前記第２波長をλ２としたとき、前記支持部材の、前記熱検出素子が載置される表面と前記第２光吸収層の上面との間の距離は、ｎ・（λ１／４）（ｎは１以上の整数）に設定され、前記第２光吸収層の下面と前記第２光吸収層の上面との間の距離は、ｎ・（λ２／４）に設定されており、
   前記熱伝達部材は、窒化アルミニウムあるいは酸化アルミニウムで構成されることを特徴とする熱型光検出器。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の熱型光検出器が複数、２次元配置されていることを特徴とする熱型光検出装置。
7. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の熱型光検出器と、前記熱型光検出器の出力を処理する制御部と、を有することを特徴とする電子機器。
8. 基板の主面上に絶縁層を含む構造体を形成し、前記絶縁層を含む構造体上に犠牲層を形成し、前記犠牲層上に支持部材を形成する工程と、
   前記支持部材上に熱検出素子を形成する工程と、
   前記熱検出素子を覆うように第１光吸収層を形成し、前記第１光吸収層を平坦化する工程と、
   前記第１光吸収層の一部にコンタクトホールを形成した後、熱伝導性を有する材料層を形成し、前記材料層をパターニングすることによって、前記熱検出素子に接続する接続部と、平面視で前記接続部よりも広い面積を有する集熱部とを備える熱伝達部材を形成する工程と、
   前記第１光吸収層上に第２光吸収層を形成する工程と、
   前記第１光吸収層および前記第２光吸収層をパターニングする工程と、
   前記支持部材をパターニングする工程と、
   前記犠牲層をエッチングにより除去して、前記基板の主面上に形成された絶縁層を含む構造体と、前記支持部材との間に空洞部を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする熱型光検出器の製造方法。

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