JP5915716B2 - Thermal photodetector, thermal photodetector, and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器等に関する。 The present invention relates to a thermal photodetector, a thermal photodetector, an electronic device, and the like.
赤外線検出装置として、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。 As an infrared detector, a pyroelectric or bolometer-type infrared detector is known. Infrared detectors use the fact that the amount of spontaneous polarization of the pyroelectric material changes (pyroelectric effect or pyroelectronic effect) depending on the amount of light (temperature) of the received infrared light (electromotive force (due to polarization) at both ends of the pyroelectric material). Infrared light is detected by generating a charge) (pyroelectric type) or changing a resistance value according to temperature (bolometer type). The pyroelectric infrared detection device has an advantage in that the detection sensitivity is excellent while the manufacturing process is complicated as compared with the bolometer infrared detection device.
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）。 A cell of a pyroelectric infrared detection device has a capacitor including a pyroelectric body connected to an upper electrode and a lower electrode, and various proposals have been made regarding materials of the electrode and the pyroelectric body (Patent Document 1). ).
また、上部電極と下部電極とに接続された強誘電体を含むキャパシターは強誘電体メモリに用いられており、強誘電体メモリに適した電極や強誘電体の材料に関しても、各種の提案がなされている（特許文献２，３）。ボロメーター型赤外線検出器として、特許文献４には赤外線を吸収する構造が開示されている。 Capacitors including ferroelectrics connected to upper and lower electrodes are used in ferroelectric memories, and various proposals have been made regarding electrodes and ferroelectric materials suitable for ferroelectric memories. (Patent Documents 2 and 3). As a bolometer-type infrared detector, Patent Document 4 discloses a structure that absorbs infrared rays.
焦電型でもボロメーター型でも、赤外線検出装置では入射された赤外線を効率よく吸収して得た熱を検出素子に効率よく伝達することが、測定精度の向上につながる。ボロメーター型赤外線検出装置を開示した特許文献４の図２１及び図２２では、ボロメーター薄膜を含む検出部の裏面側にて空洞部を介して反射膜が配置され、検出部と反射膜との距離をλ／４（λは入射波長）として光学的共振構造としている。また、特許文献４の図１等では、検出部よりも赤外線入射側に平板状の赤外線吸収部を設け、検出部と赤外線吸収部とを接合柱にて連結している。 In both the pyroelectric type and the bolometer type, the infrared detection device efficiently absorbs incident infrared rays and efficiently transfers the heat obtained to the detection elements, thereby improving the measurement accuracy. In FIG. 21 and FIG. 22 of Patent Document 4 that discloses a bolometer-type infrared detection device, a reflective film is disposed on the back side of the detection unit including the bolometer thin film via a cavity, and the detection unit and the reflection film are separated from each other. The distance is λ / 4 (λ is an incident wavelength), and an optical resonant structure is formed. Moreover, in FIG. 1 etc. of patent document 4, the flat infrared absorption part is provided in the infrared incident side rather than the detection part, and the detection part and the infrared absorption part are connected with the joining pillar.
特許文献４の技術を焦電型赤外線検出器に応用すると、焦電型検出素子は２つの電極間に焦電材料を挟んだキャパシター構造を有するので、キャパシターの裏側の反射膜に赤外線はほとんど到達せず、むしろキャパシター中の電極で反射されてしまう。 When the technology of Patent Document 4 is applied to a pyroelectric infrared detector, the pyroelectric detection element has a capacitor structure in which a pyroelectric material is sandwiched between two electrodes, so that infrared rays almost reach the reflective film on the back side of the capacitor. Rather, it is reflected by the electrodes in the capacitor.
また、検出部と赤外線吸収部とを接合柱にて連結すると、垂直に起立する接合柱は赤外線の吸収にほとんど寄与せず、しかも赤外線吸収部と検出部との間の唯一の伝熱経路である接合柱の横断面積が小さいために伝熱性も劣り、伝熱損失が生ずる。 In addition, when the detector and the infrared absorber are connected by a junction column, the junction column standing upright hardly contributes to infrared absorption, and is the only heat transfer path between the infrared absorber and the detector. Since the cross-sectional area of a certain connecting column is small, the heat transfer property is inferior and heat transfer loss occurs.
本発明の幾つかの態様では、効率よく集熱された熱を熱型光検出素子に効率よく伝達して、検出感度を向上できる熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器を提供することにある。 Some aspects of the present invention provide a thermal photodetector, a thermal photodetector, and an electronic device that can efficiently transmit the collected heat to the thermal photodetector to improve detection sensitivity. There is to do.
本発明の一態様に係る熱型光検出器は、
温度に基づいて物理特性が変化する熱型光検出素子と、
集熱すると共に集熱される熱を前記熱型光検出素子に伝達する集熱体と、
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面に前記熱型光検出素子を搭載する支持部材と、
前記支持部材の前記第２面の一部を支持する支持部と、を有し、
前記集熱体は、前記熱型光検出素子の頂部と連結され、かつ、前記熱型光検出素子の頂部より外側に張り出して平板状に形成されていることを特徴とする。
A thermal detector according to one embodiment of the present invention is provided.
A thermal detection element whose physical characteristics change based on temperature; and
A heat collector for collecting heat and collecting the collected heat to the thermal detection element;
Including a first surface and a second surface opposite to the first surface, the second surface facing the cavity, and a support member on which the thermal detection element is mounted on the first surface;
A support part for supporting a part of the second surface of the support member,
The heat collector is connected to the top of the thermal detection element, and is formed in a flat plate shape so as to protrude outward from the top of the thermal detection element.
本発明の一態様によれば、熱型光検出素子の頂部側（光検出の場合には光入射方向にて上流側）に、熱型光検出素子の頂部より外側に張り出して平板状に形成されている集熱体を、熱型光検出素子の頂部と連結させているので、集熱体にて光を熱に変換して効率よく集熱した熱を、集熱体から熱型光検出素子に伝熱することができる。よって、伝熱損失が少なく、温度に基づいて物理特性が変化することで得られる信号強度を高めることで、検出感度が高まる。しかも、集熱体は熱型光検出素子の頂部にて支持されるので、特許文献４の接合柱は不要となり、支持が安定する上に、伝熱面積も拡大する。 According to one aspect of the present invention, a plate is formed on the top side of the thermal detection element (in the case of light detection, on the upstream side in the light incident direction) so as to protrude outward from the top of the thermal detection element. Since the heat collector is connected to the top of the thermal detector, the heat collected by converting the light into heat is efficiently detected from the collector. Heat can be transferred to the element. Therefore, there is little heat transfer loss, and the detection sensitivity is enhanced by increasing the signal intensity obtained by changing the physical characteristics based on temperature. In addition, since the heat collector is supported at the top of the thermal photodetecting element, the joining column of Patent Document 4 is not required, the support is stabilized, and the heat transfer area is expanded.
本発明の一態様では、前記熱型光検出素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１，第２電極間に配置された焦電材料とから成り、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターを含む焦電型検出素子とすることができる。この場合、前記集熱体は、平面視にて前記焦電型検出素子のキャパシターの面積よりも広い面積を有することができる。 In one aspect of the present invention, the thermal detection element includes a first electrode, a second electrode, and a pyroelectric material disposed between the first and second electrodes, and a polarization amount based on temperature. It can be set as the pyroelectric detection element containing the capacitor from which changes. In this case, the heat collector can have an area larger than the area of the capacitor of the pyroelectric detection element in plan view.
本発明の一態様では、前記焦電型検出素子は、前記キャパシターの外表面を覆う保護膜と、前記第２電極に臨んで前記保護膜に形成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホールに充填される導電性かつ伝熱性のプラグと、前記保護膜及び前記プラグ上にパターン形成される配線層と、をさらに含み、前記集熱体は、前記プラグ及び前記配線層を介して前記第２電極に連結することができる。 In one aspect of the present invention, the pyroelectric detection element is filled with the protective film covering the outer surface of the capacitor, the contact hole formed in the protective film facing the second electrode, and the contact hole. A conductive and heat conductive plug, and a wiring layer patterned on the protective film and the plug, and the heat collector is connected to the second electrode through the plug and the wiring layer. Can be linked.
こうすると、集熱体は、伝熱性を有するプラグを介してキャパシターの第２電極に連結されているので、光を吸収することで集熱された熱を、集熱体から伝熱性のプラグを介して効率よくキャパシターに伝熱することができる。こうして、信号強度を高めて検出感度を向上することができる。 In this way, the heat collector is connected to the second electrode of the capacitor through the plug having heat conductivity, so that the heat collected by absorbing light is transferred from the heat collector to the heat conductive plug. Heat can be efficiently transferred to the capacitor. Thus, the signal intensity can be increased and the detection sensitivity can be improved.
本発明の一態様では、平面視にて、前記プラグは前記第２電極の面積中の５０％以上の領域とコンタクトさせることができる。 In one aspect of the present invention, the plug can be in contact with a region of 50% or more of the area of the second electrode in plan view.
一般に、プラグが配線層と第２電極との電気的コンタクトのみに用いられるときには、コンタクトホール２５４は比較的小径に形成される。しかし、本発明の一態様では、プラグは導電性と共に伝熱性が最重要視される。プラグの伝熱性を確保するためには、平面視にて、第２電極の面積中の少なくとも５０％以上、好ましくは６０％、さらに好ましくは８０％以上の領域とコンタクトされる。こうして、プラグは導電性と共に伝熱性が確保される。 Generally, when the plug is used only for electrical contact between the wiring layer and the second electrode, the contact hole 254 is formed with a relatively small diameter. However, in one embodiment of the present invention, heat conductivity as well as conductivity is regarded as the most important. In order to ensure the heat conductivity of the plug, it is in contact with at least 50% or more, preferably 60%, more preferably 80% or more of the area of the second electrode in plan view. In this way, the plug is ensured heat conductivity as well as conductivity.
本発明の一態様では、前記集熱体は、前記熱型光検出素子の頂部を覆い、かつ、前記熱型光検出素子の頂部より外側に張り出して平板状に形成されている支持層と、前記支持層上に形成された集熱膜と、を有することができる。 In one aspect of the present invention, the heat collector covers a top portion of the thermal detection element, and extends outward from the top of the thermal detection element, and is formed in a flat plate shape; And a heat collecting film formed on the support layer.
こうすると、支持層と集熱膜との二層から成る集熱体は、比較的広い面積でかつアンダーカット形状の集熱膜を支持層で支持することができ、集熱体が破損することを低減できる。また、支持層と集熱膜との二層から成る集熱体は、比較的広い面積の集熱膜での熱を、集熱膜よりも伝熱性の高い支持層により効率よく熱型光検出素子に伝熱することができ、検出感度を高めることができる。 In this way, the heat collecting body consisting of the two layers of the support layer and the heat collecting film can support the heat collecting film having a relatively large area and an undercut shape with the support layer, and the heat collecting body is damaged. Can be reduced. In addition, the heat collector consisting of two layers, a support layer and a heat collection film, efficiently detects heat from the heat collection film over a relatively large area by using a support layer with higher heat transfer than the heat collection film. Heat can be transferred to the element, and detection sensitivity can be increased.
本発明の一態様では、前記熱型光検出素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１，第２電極間に配置された焦電材料とから成り、温度に基づいて分極量が変化するキャパシターを含む焦電型検出素子とすることができる。この場合、前記集熱体は、前記第２電極の頂部を覆い、かつ、前記第２電極の頂部より外側に張り出して平板状に形成され、平面視にて前記キャパシターの面積よりも広い面積を有する支持層と、前記支持層上に形成された集熱膜と、を有することができる。 In one aspect of the present invention, the thermal detection element includes a first electrode, a second electrode, and a pyroelectric material disposed between the first and second electrodes, and a polarization amount based on temperature. It can be set as the pyroelectric detection element containing the capacitor from which changes. In this case, the heat collector covers the top of the second electrode and is formed in a flat plate shape so as to protrude outward from the top of the second electrode, and has a larger area than the capacitor in plan view. And a heat collecting film formed on the support layer.
本発明の一態様では、前記焦電型検出素子は、前記キャパシターの側面を覆う保護膜と、前記保護膜上にパターン形成されて、前記支持層と接続される配線層と、をさらに含み、前記配線層は、前記支持層を介して前記第２電極に電気的に接続されてもよい。 In one aspect of the present invention, the pyroelectric detection element further includes a protective film that covers a side surface of the capacitor, and a wiring layer that is patterned on the protective film and connected to the support layer, The wiring layer may be electrically connected to the second electrode through the support layer.
このように、第２電極と配線層との電気的接続を、支持層を介して行なうことができ、上述したプラグを不要することができる。このため、集熱体から第２電極に直接に熱を伝導することができ、伝熱効率が向上する。 Thus, the electrical connection between the second electrode and the wiring layer can be performed via the support layer, and the above-described plug can be dispensed with. For this reason, heat can be directly conducted from the heat collector to the second electrode, and the heat transfer efficiency is improved.
本発明の一態様では、前記焦電型検出素子は、前記キャパシターの外表面と前記保護膜との間に形成される第１還元ガスバリア層と、前記保護膜及び前記配線層を覆って形成される第２還元ガスバリア層と、をさらに有することができる。 In one aspect of the present invention, the pyroelectric detection element is formed to cover the first reducing gas barrier layer formed between the outer surface of the capacitor and the protective film, and the protective film and the wiring layer. And a second reducing gas barrier layer.
こうすると、第１還元ガスバリア層は保護膜形成過程での還元ガスからキャパシターを保護することができ、第１，第２還元ガスバリア層は実使用時に二重のバリア層として還元ガスからキャパシターを保護することができる。なお、第２還元ガスバリア層は、集熱体を製造する過程で必要となる犠牲層を、集熱体の製造後にエッチング除去する際に、エッチャントから焦電型検出素子を保護するエッチングストップ膜として兼用できる。 Thus, the first reducing gas barrier layer can protect the capacitor from the reducing gas in the process of forming the protective film, and the first and second reducing gas barrier layers protect the capacitor from the reducing gas as a double barrier layer in actual use. can do. The second reducing gas barrier layer serves as an etching stop film that protects the pyroelectric detection element from the etchant when the sacrificial layer required in the process of manufacturing the heat collector is removed by etching after the heat collector is manufactured. Can be combined.
本発明の一態様では、前記焦電型検出素子は、前記キャパシターの側面と、前記キャパシターの頂部の一部を覆う保護膜と、前記キャパシターの頂部の一部を覆う前記保護膜に形成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホールに充填される導電性のプラグと、 前記保護膜及び前記プラグ上にパターン形成される配線層と、をさらに含み、前記集熱体は、平面視にて、前記プラグ及び前記プラグを覆う前記配線層が形成される配線コンタクト領域を除く領域にて、前記キャパシターを覆って形成することができる。 In one aspect of the present invention, the pyroelectric detection element is formed on a side surface of the capacitor, a protective film that covers a part of the top of the capacitor, and the protective film that covers a part of the top of the capacitor. A contact hole; a conductive plug filled in the contact hole; and a wiring layer patterned on the protective film and the plug, wherein the heat collector is the plug in a plan view. In addition, the capacitor can be formed so as to cover the region except for the wiring contact region where the wiring layer covering the plug is formed.
こうすると、プラグを介在せずに集熱体を第２電極に連結できる上に、第２電極への配線はコンタクトホールに充填されたプラグを介して配線層に接続できるので、配線の信頼性も確保される。 In this way, the heat collector can be connected to the second electrode without interposing a plug, and the wiring to the second electrode can be connected to the wiring layer via the plug filled in the contact hole. Is also secured.
本発明の他の態様に係る熱型光検出装置は、上述した熱型光検出器が二軸方向に沿って二次元配置して構成される。この熱型光検出装置は、各セルの熱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。 A thermal detection device according to another aspect of the present invention is configured by two-dimensionally arranging the thermal detection detectors described above along two axial directions. In this thermal detection device, the detection sensitivity is enhanced by the thermal detector of each cell, so that a clear light (temperature) distribution image can be provided.
本発明のさらに他の態様に係る電子機器は、上述した熱型光検出器または熱型光検出装置を有し、１セル分または複数セルの熱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、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。 According to still another aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus including the above-described thermal detector or thermal detector, and using one or a plurality of thermal detectors as a sensor. In addition to thermography, night vision or surveillance cameras that output (temperature) distribution images, object analysis equipment (measuring equipment) that analyzes (measures) physical information of objects, security equipment that detects fire and heat generation, factories, etc. Most suitable for factory automation (FA) equipment.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not always.
１．第１実施形態
１．１．焦電型赤外線検出装置
図１に示す支持部材２１０及びそれに搭載される焦電型検出素子（広義には熱型光検出素子）２２０Ａを各セルがそれぞれ備えた複数セルの焦電型赤外線検出器（広義には熱型光検出器）２００Ａが、二軸方向例えば直交二軸方向に配列された焦電型赤外線検出装置（広義には熱型光検出装置）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（支持部）１０４に支持された１セル分の焦電型赤外線検出器２００Ａが、直交二軸方向に配列されている。１セル分の焦電型赤外線検出器２００Ａが占める領域は、例えば一辺が数十μｍの矩形である。
1. 1. First embodiment 1.1. Pyroelectric Infrared Detector A multi-cell pyroelectric infrared detector in which each cell includes a support member 210 shown in FIG. 1 and a pyroelectric detector 220A (thermal photodetector in a broad sense) mounted thereon. FIG. 2 shows a pyroelectric infrared detector (thermal detector in a broad sense) in which 200A (thermal detector in a broad sense) 200A is arranged in two axial directions, for example, orthogonal biaxial directions. The pyroelectric infrared detector may be composed of a pyroelectric infrared detector for only one cell. In FIG. 2, a plurality of posts 104 are erected from a base (also referred to as a fixed portion) 100. For example, a pyroelectric infrared detector 200A for one cell supported by two posts (supports) 104 is orthogonal. It is arranged in the biaxial direction. The area occupied by the pyroelectric infrared detector 200A for one cell is, for example, a rectangle with a side of several tens of μm.
図２に示すように、焦電型赤外線検出器２００Ａは、２本のポスト（支持部）１０４に連結された支持部材（メンブレン）２１０と、赤外線検出素子（広義には熱型光検出素子）２２０Ａと、を含んでいる。１セル分の焦電型赤外線検出素子２２０Ａが占める領域は、例えば一辺の長さが１０μｍ程度の矩形である。 As shown in FIG. 2, the pyroelectric infrared detector 200 </ b> A includes a support member (membrane) 210 connected to two posts (support portions) 104, and an infrared detection element (a thermal detection element in a broad sense). 220A. The area occupied by the pyroelectric infrared detection element 220A for one cell is, for example, a rectangle having a side length of about 10 μm.
１セル分の焦電型赤外線検出器２００Ａは、２本のポスト１０４と接続される以外は非接触とされ、焦電型赤外線検出器２００Ａの下方には空洞部１０２（図１参照）が形成され、平面視で焦電型赤外線検出器２００Ａの周囲には、空洞部１０２に連通する開口部１０２Ａが配置される。これにより、１セル分の焦電型赤外線検出器２００Ａは、基部１００や他のセルの焦電型赤外線検出器２００Ａから熱的に分離されている。 The pyroelectric infrared detector 200A for one cell is not contacted except for being connected to the two posts 104, and a cavity 102 (see FIG. 1) is formed below the pyroelectric infrared detector 200A. An opening 102A communicating with the cavity 102 is disposed around the pyroelectric infrared detector 200A in plan view. Thereby, the pyroelectric infrared detector 200A for one cell is thermally separated from the pyroelectric infrared detector 200A of the base 100 and other cells.
支持部材２１０は、赤外線検出素子２２０Ａを搭載して支持する搭載部２１０Ａと、搭載部２１０Ａに連結された２本のアーム２１０Ｂとを有し、２本のアーム２１０Ｂの自由端部がポスト１０４に連結されている。２本のアーム２１０Ｂは、図２では簡略化して図示されているが、赤外線検出素子２２０Ａを熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成することができる。 The support member 210 has a mounting portion 210A for mounting and supporting the infrared detection element 220A, and two arms 210B connected to the mounting portion 210A, and the free ends of the two arms 210B are attached to the post 104. It is connected. Although the two arms 210B are illustrated in a simplified manner in FIG. 2, the two arms 210B can be formed to extend narrowly and redundantly in order to thermally separate the infrared detection element 220A.
図２は、上部電極に接続される配線層より上方の部材を省略した平面図であり、図２には赤外線検出素子２２０Ａに接続された第１電極（下部電極）配線層２２２及び第２電極（上部電極）配線層２２４が示されている。第２電極配線層２２４は、第２電極（上部電極）２３６上に形成される配線層２２４Ａと、それに接続される配線層２２４Ｂを含む。第１，第２電極配線層２２２，２２４の各々は、搭載部２１０Ａからアーム２１０Ｂに沿って延在され、ポスト１０４を介して基部１００内の回路に接続される。第１，第２電極配線層２２２，２２４も、赤外線検出素子２２０Ａを熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成することができる。 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 connected to the infrared detection element 220A. A (upper electrode) wiring layer 224 is shown. The second electrode wiring layer 224 includes a wiring layer 224A formed on the second electrode (upper electrode) 236 and a wiring layer 224B connected thereto. Each of the first and second electrode wiring layers 222 and 224 extends from the mounting portion 210 </ b> A along the arm 210 </ b> B and is connected to a circuit in the base portion 100 through the post 104. The first and second electrode wiring layers 222 and 224 may also be formed to extend narrowly and redundantly in order to thermally separate the infrared detection element 220A.
１．２．焦電型赤外線検出器
図１は、図２に示す焦電型赤外線検出器２００Ａの断面図及び平面図である。なお、製造工程途中の焦電型赤外線検出器２００Ａでは、図１の空洞部１０２が第１犠牲層１５０（図３（Ａ）参照）により埋め込まれている。この第１犠牲層１５０は、支持部材２１０及び焦電型赤外線検出素子２２０Ａの形成工程前から形成工程後まで存在しており、焦電型赤外線検出素子２２０Ａの形成工程後に等方性エッチングにより除去されるものである。
1.2. Pyroelectric Infrared Detector FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view of the pyroelectric infrared detector 200A shown in FIG. In the pyroelectric infrared detector 200A in the middle of the manufacturing process, the cavity 102 in FIG. 1 is embedded with the first sacrificial layer 150 (see FIG. 3A). The first sacrificial layer 150 exists from before the formation process of the support member 210 and the pyroelectric infrared detection element 220A to after the formation process, and is removed by isotropic etching after the formation process of the pyroelectric infrared detection element 220A. It is what is done.
図１に示すように、基部１００は、基板例えばシリコン基板１１０と、シリコン基板１１０上の絶縁膜（例えばＳｉＯ2）にて形成されるスペーサー層１２０とを含んでいる。図２のポスト（支持部）１０４は、スペーサー層１２０をエッチングすることで形成され、例えば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に接続されるプラグ１０６（図２参照）を配置することができる。このプラグ１０６は、シリコン基板１１０に設けられる行選択回路（行ドライバー）か、または列線を介して検出器からのデータを読み出す読み出し回路に接続される。空洞部１０２は、スペーサー層１２０のうちの第１犠牲層１５０（図４（Ｂ）等参照）を等方性エッチングすることで、ポスト１０４と同時に形成される。図２に示す開口部１０２Ａは、支持部材２１０をパターンエッチングすることで形成される。また、図２に示す開口部１０２Ａからエッチャントを供給して第１犠牲層１５０（図４（Ｂ）等参照）を等方性エッチングする。このエッチングのために、図１に示すように、空洞部１０２の露出面にはエッチングストップ層１３０，１４０が残存している。 As shown in FIG. 1, the base 100 includes a substrate such as 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 in FIG. 2 is formed by etching the spacer layer 120, and is formed of, for example, SiO 2 . A plug 106 (see FIG. 2) connected to 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 through a column line. The cavity 102 is formed simultaneously with the post 104 by isotropic etching of the first sacrificial layer 150 (see FIG. 4B and the like) in the spacer layer 120. The opening 102A shown in FIG. 2 is formed by pattern-etching the support member 210. Further, an etchant is supplied from the opening 102A shown in FIG. 2, and the first sacrificial layer 150 (see FIG. 4B) is isotropically etched. Due to this etching, as shown in FIG. 1, etching stop layers 130 and 140 remain on the exposed surface of the cavity 102.
支持部材２１０の第１面２１１Ａ上に搭載される赤外線検出素子２２０Ａは、キャパシター２３０を含んでいる。キャパシター２３０は、焦電体２３２と、焦電体２３２の下面に接続される第１電極（下部電極）２３４と、焦電体２３２の上面に接続される第２電極（上部電極）２３６とを含んでいる。第１電極２３４は、例えば複数層で形成される支持部材２１０の第１層部材（例えば絶縁層であるＳｉＯ2）との密着性を高める密着層を含むことができる。支持部材２１０の第２面２１１Ｂは空洞部１０２に面している。 The infrared detection element 220 </ b> A 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 can include, for example, an adhesion layer that improves adhesion between the support member 210 formed of a plurality of layers and a first layer member (for example, SiO 2 that is an insulating layer). The second surface 211B of the support member 210 faces the cavity 102.
キャパシター２３０は、キャパシター２３０の形成後の工程で還元ガス（水素、水蒸気、ＯＨ基、メチル基など）がキャパシター２３０に侵入することを抑制する第１還元ガスバリア層２４０に覆われている。キャパシター２３０の焦電体（例えばＰＺＴ等）２３２は酸化物であり、酸化物が還元されると酸素欠損を生じて、焦電効果が損なわれるからである。 The capacitor 230 is covered with a first reducing gas barrier layer 240 that suppresses a reducing gas (hydrogen, water vapor, OH group, methyl group, etc.) from entering the capacitor 230 in a step after the formation of the capacitor 230. 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.
第１還元ガスバリア層２４０は、キャパシター２３０に接する第１バリア層と、第１バリア層に積層される第２バリア層とを含むことができる。第１バリア層は、例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3をスパッタ法により成膜して形成することができる。スパッタ法では還元ガスが用いられないので、キャパシター２３０が還元されることはない。第２水素バリア層は、例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3を例えば原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ:Atomic Layer Chemical Vapor Deposition）法により成膜して形成すことができる。通常のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法は還元ガスを用いるが、第１層バリア層によりキャパシター２３０は還元ガスから隔離される。 The first reducing gas barrier layer 240 may include a first barrier layer in contact with the capacitor 230 and a second barrier layer stacked on the first barrier layer. The first barrier layer 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 hydrogen barrier layer can be formed, for example, by depositing aluminum oxide Al 2 O 3 by, for example, an atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) method. 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.
ここで、第１還元ガスバリア層２４０のトータル膜厚は５０〜７０ｎｍ、例えば６０ｎｍとする。このとき、ＣＶＤ法で形成される第１バリア層の膜厚は原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法により形成される第２バリア層よりも厚く、薄くても３５〜６５ｎｍ例えば４０ｎｍとなる。これに対して、原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法により形成される第２バリア層の膜厚は薄くでき、例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3を５〜３０ｎｍ例えば２０ｎｍで成膜して形成される。原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法は、スパッタ法等と比較して、優れた埋め込み特性を有するため、微細化に対応することが可能となり、第１，第２バリアにて還元ガスバリア性を高めることができる。また、スパッタ法で成膜される第１バリア層は第２バリア層に比べて緻密ではないが、それが効を奏して伝熱率を下げる要因となるので、キャパシター２３０からの熱の散逸を防止できる。 Here, the total film thickness of the first 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 formed by the CVD method is thicker than the second barrier layer 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. In contrast, the thickness of the second barrier layer formed by atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) can be reduced, for example, by forming aluminum oxide Al 2 O 3 at a thickness of 5 to 30 nm, for example, 20 nm. The The atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) method has excellent embedding characteristics as compared with the sputtering method and the like, so it can cope with miniaturization, and the first and second barriers have a reducing gas barrier property. Can be increased. In addition, the first barrier layer formed by sputtering is not dense compared to the second barrier layer, but it is effective in reducing the heat transfer rate, so that the heat dissipation from the capacitor 230 is reduced. Can be prevented.
第１還元ガスバリア層２４０上には層間絶縁膜２５０が形成されている。一般に、層間絶縁膜２５０の原料ガス（ＴＥＯＳ）が化学反応する際には、水素ガスや水蒸気等の還元ガスが発生する。キャパシター２３０の周囲に設けた第１還元ガスバリア層２４０は、この層間絶縁膜２５０の形成中に発生する還元ガスからキャパシター２３０を保護するものである。なお、第１還元ガスバリア層２４０及び層間絶縁膜２５０は、キャパシター２３０を保護する保護膜と呼ぶことができる。あるいは、層間絶縁膜２５０がキャパシター２３０を保護する保護膜と称される場合には、保護膜２５０とキャパシター２３０との間に第１還元ガスバリア層２４０を介在配置することができる。 An interlayer insulating film 250 is formed on the first 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 first 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. The first reducing gas barrier layer 240 and the interlayer insulating film 250 can be called protective films that protect the capacitor 230. Alternatively, when the interlayer insulating film 250 is called a protective film that protects the capacitor 230, the first reducing gas barrier layer 240 can be interposed between the protective film 250 and the capacitor 230.
層間絶縁膜２５０上に、図２にも示した第１電極（下部電極）配線層２２２と第２電極（上部電極）配線層２２４とが配置される。層間絶縁膜２５０には、電極配線形成前に予め、第１コンタクトホール２５２と第２コンタクトホール２５４が形成される。その際、第１還元ガスバリア層２４０にも同様にコンタクトホールが形成される。第１コンタクトホール２５２に埋め込まれた第１プラグ２２６により、第１電極（下部電極）２３４と第１電極配線層２２２とが導通される。同様に第２コンタクトホール２５４に埋め込まれた第２プラグ２２８により、第２電極（上部電極）２３６と第２電極配線層２２４とが導通される。 On the interlayer insulating film 250, the first electrode (lower electrode) wiring layer 222 and the second electrode (upper electrode) wiring layer 224 shown in FIG. 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, a contact hole is similarly formed in the first 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、その下層の第１還元ガスバリア層２４０の第２バリア層がエッチングされて、バリア性が低下してしまう。層間絶縁膜２５０は、第１還元ガスバリア層２４０のバリア性を担保する上で必要である。 Here, when the interlayer insulating film 250 does not exist, when the first electrode (lower electrode) wiring layer 222 and the second electrode (upper electrode) wiring layer 224 are subjected to pattern etching, the lower layer of the first reducing gas barrier layer 240 is formed. The second barrier layer is etched and the barrier property is lowered. The interlayer insulating film 250 is necessary for ensuring the barrier property of the first reducing gas barrier layer 240.
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。 The interlayer insulating film 250 preferably has a low hydrogen content. Therefore, the interlayer insulating film 250 is degassed by annealing.
なお、キャパシター２３０の天面の第１還元ガスバリア層２４０は、層間絶縁膜２５０の形成時には第２コンタクトホール２５４がなく閉じているので、層間絶縁膜２５０の形成中の還元ガスがキャパシター２３０に侵入することはない。しかし、第１還元ガスバリア層２４０に第２コンタクトホール２５４が形成された後は、バリア性が劣化する。これを防止する一例として、第２プラグ２２８はバリアメタル層を含むことができる。バリアメタル層は、チタンＴｉのように拡散性の高いものは好ましくなく、拡散性が少なくかつ還元ガスバリア性の高いチタン・アルミ・ナイトライドＴｉＡｌＮを採用できる。 Note that the first reducing gas barrier layer 240 on the top surface of the capacitor 230 is closed without the second contact hole 254 when the interlayer insulating film 250 is formed, so that the reducing gas in the formation of the interlayer insulating film 250 enters the capacitor 230. Never do. However, the barrier property deteriorates after the second contact hole 254 is formed in the first reducing gas barrier layer 240. As an example for preventing this, the second plug 228 may include a barrier metal layer. The barrier metal layer is not preferably a highly diffusive material such as titanium Ti, and titanium / aluminum / nitride TiAlN having a low diffusibility and a high reducing gas barrier property can be employed.
層間絶縁膜２５０及び第１，第２電極配線層２２２，２２４を覆って、第２還元ガスバリア層２６０を設けることができる。この第２還元ガスバリア層２６０は、赤外線吸収体２７０を製造する過程で、アンダーカット状の赤外線吸収膜２７０の下層に埋め込まれていた第２犠牲層２８０（図４（Ｂ）等参照）を等方性エッチングする時のエッチングストップ膜としても機能する。第２還元ガスバリア層２６０は、例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3を原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法により膜厚２０〜５０ｎｍで成膜されて形成される。 A second reducing gas barrier layer 260 may be provided to cover the interlayer insulating film 250 and the first and second electrode wiring layers 222 and 224. The second reducing gas barrier layer 260 is formed by, for example, the second sacrificial layer 280 (see FIG. 4B) embedded in the lower layer of the undercut infrared absorbing film 270 in the process of manufacturing the infrared absorber 270. It also functions as an etching stop film when performing isotropic etching. The second reducing gas barrier layer 260 is formed, for example, by depositing aluminum oxide Al 2 O 3 to a thickness of 20 to 50 nm by atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD).
第２還元ガスバリア層２６０は、図４（Ｂ）等に示す第２犠牲層２８０をフッ酸等により還元雰囲気で等方性エッチングしたとき、第１還元ガスバリア層２４０と共に、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。 When the second sacrificial layer 280 shown in FIG. 4B or the like is isotropically etched in a reducing atmosphere with hydrofluoric acid or the like, the second reducing gas barrier layer 260 contains the reducing gas in the capacitor 230 together with the first reducing gas barrier layer 240. Intrusion can be suppressed.
焦電型検出素子２２０Ａよりも、赤外線入射方向の上流側に赤外線吸収体（広義には集熱体）２７０が配置されている。赤外線吸収体２７０は、吸収した赤外線量に応じて発熱する材料にて形成され、例えばＳｉＯ2またはＳｉＮにて形成される。赤外線を吸収することで集熱される熱が、赤外線吸収体２７０より焦電体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。 An infrared absorber (heat collector in a broad sense) 270 is disposed upstream of the pyroelectric detection element 220A in the infrared incident direction. The infrared absorber 270 is made of a material that generates heat according to the amount of infrared rays absorbed, and is made of, for example, SiO 2 or SiN. The heat collected by absorbing the infrared rays is transferred from the infrared absorber 270 to the pyroelectric body 232, so that the amount of spontaneous polarization of the capacitor 230 changes due to the heat, and the infrared rays are detected by detecting the charge due to the spontaneous polarization. Can be detected.
赤外線吸収体２７０は、赤外線検出素子２２０Ａの頂部に位置する第２電極（上部電極）２３６と連結されて、赤外線検出素子２２０Ａの頂部を覆い、かつ、赤外線検出素子２２０Ａの頂部より外側に張り出して平板状に形成され、平面視にてキャパシター２３０の面積（本実施形態では最大面積を有する第１電極２３２の面積）よりも広い面積を有する（図１の平面図参照）。赤外線吸収体２７０は、図２に示すように１セルの赤外線検出器２００Ａが直交二軸に沿って二次元配置される時には、１セル領域の占有面積を超えない範囲で、各セル間で赤外線吸収体２７０の面積を実質的に等しく設定される。 The infrared absorber 270 is connected to the second electrode (upper electrode) 236 located at the top of the infrared detection element 220A, covers the top of the infrared detection element 220A, and projects outward from the top of the infrared detection element 220A. It is formed in a flat plate shape and has an area larger than the area of the capacitor 230 (in this embodiment, the area of the first electrode 232 having the maximum area) in plan view (see the plan view of FIG. 1). As shown in FIG. 2, when the infrared detector 200A of one cell is two-dimensionally arranged along two orthogonal axes as shown in FIG. The area of the absorber 270 is set to be substantially equal.
本実施形態では、赤外線吸収体２７０は、第２プラグ２２８及び配線層２２４Ａを介して第２電極（上部電極）２３６に連結されている（図１の断面図参照）。なお、図１では、赤外線吸収体２７０の下面には、後述する第２犠牲層２８０（図４（Ｂ）等参照）を等方性エッチングする時に必要なエッチングストップ膜（例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3膜）２９０が残存している。この場合、赤外線吸収体２７０と配線層２２４Ａとの間にもエッチングストップ膜２９０が介在する。ただし、赤外線吸収体２７０の材料が第２犠牲層２８０をエッチングするエッチャントに対して選択比が大きければ、エッチングストップ膜２９０は不要となる。 In the present embodiment, the infrared absorber 270 is connected to the second electrode (upper electrode) 236 via the second plug 228 and the wiring layer 224A (see the cross-sectional view of FIG. 1). In FIG. 1, on the lower surface of the infrared absorber 270, an etching stop film (for example, aluminum oxide Al 2 O) required for isotropic etching of a second sacrificial layer 280 (see FIG. 4B), which will be described later, is formed. 3 films) 290 remains. In this case, the etching stop film 290 is also interposed between the infrared absorber 270 and the wiring layer 224A. However, if the material of the infrared absorber 270 has a high selectivity with respect to the etchant that etches the second sacrificial layer 280, the etching stop film 290 is not necessary.
一般に、第２プラグ２２８が配線層２２４と第２電極との電気的コンタクトのみに用いられるときには、第２コンタクトホール２５４は比較的小径に形成される。しかし、本実施形態では、第２プラグ２２８は導電性と共に伝熱性が最重要視される。このため、第２プラグ２２８は伝熱性を有する必要がある。そこで、第２プラグ２２８は、平面視にて、第２電極２３６の面積中の５０％以上、好ましくは６０％、さらに好ましくは８０％以上の領域とコンタクトされる。こうして、第２プラグ２２８は導電性と共に伝熱性が確保される。 Generally, when the second plug 228 is used only for electrical contact between the wiring layer 224 and the second electrode, the second contact hole 254 is formed with a relatively small diameter. However, in the present embodiment, the second plug 228 places top priority on conductivity as well as heat conductivity. For this reason, the second plug 228 needs to have heat conductivity. Therefore, the second plug 228 is in contact with a region of 50% or more, preferably 60%, more preferably 80% or more of the area of the second electrode 236 in plan view. Thus, the second plug 228 is ensured with conductivity as well as heat conductivity.
本実施形態の赤外線検出器２００Ａによれば、焦電型赤外線検出素子２２０Ａよりも赤外線入射方向にて上流側に、平面視でのキャパシター２３０の面積よりも広い面積の赤外線吸収体２７０を有するので、各セルの焦電型赤外線検出器２００Ａにて効率よく入射赤外線を熱に変換できる。しかも、赤外線吸収体２７０は焦電型赤外線検出素子２２０Ａの頂部にて支持されるので、特許文献４の接合柱は不要となり、支持が安定する上に、伝熱面積も拡大する。 According to the infrared detector 200A of the present embodiment, the infrared absorber 270 having an area larger than the area of the capacitor 230 in a plan view is provided on the upstream side in the infrared incident direction from the pyroelectric infrared detection element 220A. The incident infrared rays can be efficiently converted into heat by the pyroelectric infrared detector 200A of each cell. In addition, since the infrared absorber 270 is supported at the top of the pyroelectric infrared detection element 220A, the joint pillars of Patent Document 4 are not required, the support is stabilized, and the heat transfer area is expanded.
赤外線吸収体２７０は、伝熱性を有する第２プラグ２２８を介してキャパシター２３０の第２電極（上部電極）２３６に連結されているので、赤外線を吸収することで集熱された熱を、赤外線吸収体（広義には集熱体）２７０から伝熱性の第２プラグ２２８を介して効率よくキャパシター２３０に伝熱することができる。こうして、赤外線検出に基づく信号強度を高めて、赤外線検出感度を向上することができる。 Since the infrared absorber 270 is connected to the second electrode (upper electrode) 236 of the capacitor 230 via the second plug 228 having heat conductivity, the infrared rays are absorbed by the heat collected by absorbing the infrared rays. Heat can be efficiently transferred from the body (heat collecting body in a broad sense) 270 to the capacitor 230 via the heat conductive second plug 228. Thus, the signal intensity based on infrared detection can be increased and the infrared detection sensitivity can be improved.
また、赤外線吸収体２７０の厚さは、入射赤外線の波長λに対して（２ｍ＋１）λ／４（ｍ＝０，１，２，…）に設定することができる。こうすると、赤外線吸収体２７０で吸収されなかった赤外線は、配線層２２４Ａを下部反射層とし、赤外線吸収体２７０の最上面（界面）を上部反射層とする光学的共振構造にて共振される。それにより、赤外線吸収体２７０での赤外線吸収効率を高めることができる。 Further, the thickness of the infrared absorber 270 can be set to (2m + 1) λ / 4 (m = 0, 1, 2,...) With respect to the wavelength λ of incident infrared rays. In this way, the infrared rays that have not been absorbed by the infrared absorber 270 are resonated in an optical resonance structure in which the wiring layer 224A is the lower reflective layer and the uppermost surface (interface) of the infrared absorber 270 is the upper reflective layer. Thereby, the infrared absorption efficiency in the infrared absorber 270 can be increased.
１．３．赤外線検出器の製造方法
次に、図１に示す赤外線検出器２００Ａの製造方法について、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）及び図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して説明する。図３（Ａ）に示すように、図１の完成品では空洞部１０２となる領域に第１犠牲層１５０が埋め込まれ、第１犠牲層１５０上にエッチングストップ膜１４０が形成される。支持部材２１０及び赤外線検出素子２２０Ａは、第１犠牲層１５０及びその上のエッチングストップ膜１４０上に形成される。なお、この状態では支持部材２１０はパターニングされてなく、全面に形成されている。
1.3. Manufacturing Method of Infrared Detector Next, a manufacturing method of the infrared detector 200A shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3 (A) to 3 (C) and FIGS. 4 (A) to 4 (C). To do. As shown in FIG. 3A, the first sacrificial layer 150 is embedded in a region to be the cavity 102 in the finished product of FIG. 1, and an etching stop film 140 is formed on the first sacrificial layer 150. The support member 210 and the infrared detection element 220A are formed on the first sacrificial layer 150 and the etching stop film 140 thereon. In this state, the support member 210 is not patterned and is formed on the entire surface.
図３（Ａ）では、エッチングストップ膜１４０上に、支持部材２１０、キャパシター２３０、第１還元ガスバリア層２４０、層間絶縁膜２５０、第１，第２コンタクトホール２５２，２５４、第１，第２プラグ２２６，２２８、配線層２２２，２２４が形成された状態を示している。 In FIG. 3A, the support member 210, the capacitor 230, the first reducing gas barrier layer 240, the interlayer insulating film 250, the first and second contact holes 252 and 254, the first and second plugs are formed on the etching stop film 140. 226 and 228 and wiring layers 222 and 224 are formed.
次に、図３（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）の状態にて支持部材２１０上にて露出している全面を覆って、エッチングストップ膜（例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3膜）としても機能する第２還元ガスバリア層２６０を例えば原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法により形成する。さらに、図３（Ｃ）に示すように、第２還元ガスバリア層２６０を覆って、第２犠牲層（例えばＳｉＯ2）２８０を、例えばＣＶＤ法等によって全面に形成する。このとき、第２犠牲層２８０は下地層の凹凸に沿って形成される。 Next, as shown in FIG. 3B, an etching stop film (for example, an aluminum oxide Al 2 O 3 film) is formed so as to cover the entire surface exposed on the support member 210 in the state of FIG. The second reducing gas barrier layer 260 that functions also as an atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) method, for example. Further, as shown in FIG. 3C, a second sacrificial layer (eg, SiO 2 ) 280 is formed on the entire surface by, for example, a CVD method so as to cover the second reducing gas barrier layer 260. At this time, the second sacrificial layer 280 is formed along the unevenness of the underlayer.
次に、図４（Ａ）に示すように、第２犠牲層２８０を例えばＣＭＰ等により平坦化して、第２犠牲層２８０と頂部の配線層２２４Ａとが面一とされる。これによって、赤外線吸収体２７０を形成するための平面が形成される。図４（Ａ）では、第２プラグ２２８及び配線層２２４Ａ上の第２還元ガスバリア層２６０の一部もエッチングされて、頂面に配線層２２４Ａが露出される。 Next, as shown in FIG. 4A, the second sacrificial layer 280 is planarized by, for example, CMP, so that the second sacrificial layer 280 and the top wiring layer 224A are flush with each other. Thereby, a plane for forming the infrared absorber 270 is formed. In FIG. 4A, the second plug 228 and a part of the second reducing gas barrier layer 260 on the wiring layer 224A are also etched to expose the wiring layer 224A on the top surface.
次に、図４（Ｂ）に示すように、全面にエッチングストップ膜（例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3膜）２９０を例えば原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法にて形成し、その上に赤外線吸収体（例えばＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜）２７０をＣＶＤ等により形成する。その後、エッチングストップ膜２９０及び赤外線吸収体２７０をフォトリソグラフィ法によりパターニングする。これにより、各セルにて、平面視でキャパシター２３０の面積よりも広い面積を有する赤外線吸収体２７０がパターニング形成される。 Next, as shown in FIG. 4B, an etching stop film (eg, aluminum oxide Al 2 O 3 film) 290 is formed on the entire surface by, eg, atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD), and an infrared ray is formed thereon. Absorber (for example, SiO 2 film or SiN film) 270 is formed by CVD or the like. Thereafter, the etching stop film 290 and the infrared absorber 270 are patterned by photolithography. Thereby, in each cell, the infrared absorber 270 having an area larger than the area of the capacitor 230 in a plan view is formed by patterning.
その後、図４（Ｃ）に示すように、第２犠牲層２８０が例えばフッ酸等を用いた等方性エッチングにより除去される。このとき、赤外線吸収体２７０はエッチングストップ膜２９０により保護され、赤外線検出素子２２０Ａもエッチングストップ膜（第２還元ガスバリア層）２６０により保護される。なお、赤外線吸収体２７０の側面にもエッチングストップ膜を形成しておくことが好ましい。これにより、赤外線吸収体２７０の下面は、赤外線検出素子２２０Ａの頂部と接する面を除いて非接触面となり、アンダーカット形状となって熱分離される。このように、赤外線吸収体２７０は、赤外線検出素子２２０Ａの頂部と接する面を除いて非接触面を有するので、集熱された熱は固体熱伝導によりキャパシター２３０へ伝熱される。 Thereafter, as shown in FIG. 4C, the second sacrificial layer 280 is removed by isotropic etching using, for example, hydrofluoric acid. At this time, the infrared absorber 270 is protected by the etching stop film 290, and the infrared detection element 220A is also protected by the etching stop film (second reducing gas barrier layer) 260. Note that an etching stop film is also preferably formed on the side surface of the infrared absorber 270. Thereby, the lower surface of the infrared absorber 270 becomes a non-contact surface except the surface in contact with the top of the infrared detection element 220A, and is thermally separated into an undercut shape. As described above, since the infrared absorber 270 has a non-contact surface except for the surface in contact with the top of the infrared detection element 220A, the collected heat is transferred to the capacitor 230 by solid heat conduction.
以降は、支持部材２１０をパターニングし、それにより形成された開口部１０２Ａ（図２参照）を用いて、支持部材２１０の下層の第１犠牲層１５０をフッ酸等による等方性エッチングによって除去することで、図１に示す赤外線検出器２００Ａが完成する。 Thereafter, the support member 210 is patterned, and the first sacrificial layer 150 under the support member 210 is removed by isotropic etching using hydrofluoric acid or the like using the opening 102A (see FIG. 2) formed thereby. Thus, the infrared detector 200A shown in FIG. 1 is completed.
２．第２実施形態
２．１．赤外線吸収体の構造
図５は、第２実施形態に係る赤外線検出器２００Ｂを示している。なお、図５に示す部材のうち図１と同一機能を有する部材について図１と同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
2. Second Embodiment 2.1. Structure of Infrared Absorber FIG. 5 shows an infrared detector 200B according to the second embodiment. 5, members having the same functions as those in FIG. 1 are given the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed descriptions thereof are omitted.
図５に示す赤外線検出器２００Ｂが図１に示す赤外線検出器２００Ａと相違する点は、赤外線吸収体（広義には集熱体）３００及びその連結構造である。赤外線吸収体３００は、第２電極２３６の頂部を覆い、かつ、第２電極２３６の頂部より外側に張り出して平板状に形成され、平面視にてキャパシター２３０の面積よりも広い面積を有する支持層３１０と、支持層３１０上に形成された赤外線吸収膜３２０とを有する。 The infrared detector 200B shown in FIG. 5 is different from the infrared detector 200A shown in FIG. 1 in an infrared absorber (heat collector in a broad sense) 300 and a connection structure thereof. The infrared absorber 300 covers the top of the second electrode 236, and extends outward from the top of the second electrode 236 so as to form a flat plate. The support layer has an area larger than the area of the capacitor 230 in plan view. 310 and an infrared absorption film 320 formed on the support layer 310.
図５に示す赤外線検出素子２２０Ｂもまた、図１に示す赤外線検出素子２２０Ａと同様に、キャパシター２３０の周囲に第１還元ガスバリア層２４０、層間絶縁層２５０及び第２還元ガスバリア層２６０を有することができる。ただし、図５に示す赤外線検出素子２２０Ｂでは、図１に示す第２コンタクトホール２５４や第２プラグ２２８は不要である。代わりに、第１還元ガスバリア層２４０、層間絶縁層２５０及び第２還元ガスバリア層２６０の最上部は平坦化され、第２電極２３６が支持層３１０と接触している。なお、支持層３１０は、上述したエッチングストップ膜２９０その最下層に有することができる。 The infrared detection element 220B shown in FIG. 5 also has a first reducing gas barrier layer 240, an interlayer insulating layer 250, and a second reducing gas barrier layer 260 around the capacitor 230, similarly to the infrared detection element 220A shown in FIG. it can. However, in the infrared detection element 220B shown in FIG. 5, the second contact hole 254 and the second plug 228 shown in FIG. 1 are unnecessary. Instead, the tops of the first reducing gas barrier layer 240, the interlayer insulating layer 250, and the second reducing gas barrier layer 260 are planarized, and the second electrode 236 is in contact with the support layer 310. Note that the support layer 310 can be included in the lowermost layer of the etching stop film 290 described above.
支持層３１０は、赤外線吸収膜３２０を支持して補強する機能（剛性）と、伝熱機能と、導電機能と、赤外線反射機能等とを有することができる。このため、支持層３１０は金属を用いることが好ましい。 The support layer 310 can have a function (rigidity) for supporting and reinforcing the infrared absorption film 320, a heat transfer function, a conductive function, an infrared reflection function, and the like. For this reason, it is preferable to use a metal for the support layer 310.
支持層３１０と赤外線吸収膜３２０との二層から成る赤外線吸収体３００は、比較的広い面積でかつアンダーカット形状の赤外線吸収膜３２０を支持層３１０で支持することができ、赤外線吸収体３００が破損することを低減できる。また、支持層３１０と赤外線吸収膜３２０との二層から成る赤外線吸収体３００は、比較的広い面積の赤外線吸収膜３２０での熱を、支持層３１０により効率よく第２電極２３６に伝熱することができ、検出感度を高めることができる。 The infrared absorber 300 including two layers of the support layer 310 and the infrared absorption film 320 can support the infrared absorption film 320 having a relatively large area and an undercut shape with the support layer 310. It is possible to reduce damage. In addition, the infrared absorber 300 including two layers of the support layer 310 and the infrared absorption film 320 efficiently transfers heat from the infrared absorption film 320 having a relatively large area to the second electrode 236 by the support layer 310. And detection sensitivity can be increased.
特に、本実施形態では、第２電極２３６と配線層２２４との電気的接続を、支持層３１０を介して行なうことができ、図１の第２プラグ２２８を不要することができる。このため、赤外線吸収体３００から第２電極２３６に直接に熱を伝導することができ、伝熱効率が向上する。 In particular, in the present embodiment, the second electrode 236 and the wiring layer 224 can be electrically connected via the support layer 310, and the second plug 228 in FIG. 1 can be dispensed with. For this reason, heat can be directly conducted from the infrared absorber 300 to the second electrode 236, and the heat transfer efficiency is improved.
また、本実施形態では赤外線吸収膜３２０の厚さを、入射赤外線の波長λに対して（２ｍ＋１）λ／４（ｍ＝０，１，２，…）に設定することができる。こうすると、赤外線吸収膜３２０で吸収されなかった赤外線は、支持層３１０を下部反射層とし、赤外線吸収膜３２０の最上面（界面）を上部反射層とする光学的共振構造にて共振される。それにより、図１の第２プラグ２２８よりも広い面積の支持層３１０を下部反射膜として利用できるので、赤外線吸収膜３２０での赤外線吸収効率をさらに高めることができる。 In the present embodiment, the thickness of the infrared absorption film 320 can be set to (2m + 1) λ / 4 (m = 0, 1, 2,...) With respect to the wavelength λ of incident infrared rays. In this way, infrared rays that are not absorbed by the infrared absorption film 320 are resonated in an optical resonance structure in which the support layer 310 is the lower reflection layer and the uppermost surface (interface) of the infrared absorption film 320 is the upper reflection layer. Accordingly, since the support layer 310 having a larger area than the second plug 228 of FIG. 1 can be used as the lower reflection film, the infrared absorption efficiency in the infrared absorption film 320 can be further increased.
２．２．赤外線検出器の製造方法
図５に示す赤外線検出器２００Ｂを単一セルとする赤外線検出装置、あるいは図５に示す赤外線検出器２００Ｂを図２に示すように二次元配置した赤外線検出装置は、例えば図３（Ａ）〜図３（Ｃ）の工程に続いて、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）の工程を経ることで製造できる。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）の工程は第１実施形態にて説明した通りであり、説明を省略する。
2.2. Infrared detector manufacturing method in which the infrared detector 200B shown in FIG. 5 is a single cell, or the infrared detector 200B shown in FIG. 5 is two-dimensionally arranged as shown in FIG. It can manufacture by passing through the process of Drawing 6 (A)-Drawing 6 (C) following the process of Drawing 3 (A)-Drawing 3 (C). The processes in FIGS. 3A to 3C are the same as those described in the first embodiment, and a description thereof is omitted.
図６（Ａ）では、図３（Ｃ）に示す第２犠牲層２８０、配線層２２４、第２プラグ２２８、層間絶縁層２５０及び第１，第２還元ガスバリア層２４０，２６０をＣＭＰ等により平坦化している。これによって、赤外線吸収体３００を形成するための平面が形成される。 6A, the second sacrificial layer 280, the wiring layer 224, the second plug 228, the interlayer insulating layer 250, and the first and second reducing gas barrier layers 240 and 260 shown in FIG. 3C are flattened by CMP or the like. It has become. Thereby, a plane for forming the infrared absorber 300 is formed.
次に、図６（Ｂ）に示すように、全面に例えば金属から成る支持層３１０を例えばスパッタ法にて形成し、その上に赤外線吸収膜（例えばＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜）３２０をＣＶＤ等により形成する。その後、支持層３１０及び赤外線吸収膜３２０をフォトリソグラフィ法によりパターニングする。これにより、各セルにて、平面視でキャパシター２３０の面積よりも広い面積を有する赤外線吸収体３００がパターニング形成される。 Next, as shown in FIG. 6B, a support layer 310 made of, for example, metal is formed on the entire surface by, eg, sputtering, and an infrared absorption film (eg, SiO 2 film or SiN film) 320 is formed thereon by CVD or the like. To form. Thereafter, the support layer 310 and the infrared absorption film 320 are patterned by photolithography. Thereby, in each cell, the infrared absorber 300 having an area larger than the area of the capacitor 230 in a plan view is formed by patterning.
その後、図６（Ｃ）に示すように、第２犠牲層２８０が例えばフッ酸等を用いた等方性エッチングにより除去される。このとき、赤外線吸収体３００は支持層３１０がエッチングストップ膜として機能することで保護され、赤外線検出素子２２０Ｂもエッチングストップ膜（第２還元ガスバリア層）２６０により保護される。これにより、赤外線吸収体３００の下面は、赤外線検出素子２２０Ｂの頂部と接する面を除いて非接触面となり、アンダーカット形状となって熱分離される。このように、赤外線吸収体３００は、赤外線検出素子２２０Ｂの頂部と接する面を除いて非接触面を有するので、集熱された熱は固体熱伝導によりキャパシター２３０へ伝熱される。 Thereafter, as shown in FIG. 6C, the second sacrificial layer 280 is removed by isotropic etching using, for example, hydrofluoric acid. At this time, the infrared absorber 300 is protected by the support layer 310 functioning as an etching stop film, and the infrared detection element 220B is also protected by the etching stop film (second reducing gas barrier layer) 260. Thereby, the lower surface of the infrared absorber 300 becomes a non-contact surface except for a surface in contact with the top of the infrared detection element 220B, and is thermally separated into an undercut shape. As described above, since the infrared absorber 300 has a non-contact surface except for the surface in contact with the top of the infrared detection element 220B, the collected heat is transferred to the capacitor 230 by solid heat conduction.
以降は、支持部材２１０をパターニングし、それにより形成された開口部１０２Ａ（図２参照）を用いて、支持部材２１０の下層の第１犠牲層１５０をフッ酸等による等方性エッチングによって除去することで、図５に示す赤外線検出器２００Ｂが完成する。 Thereafter, the support member 210 is patterned, and the first sacrificial layer 150 under the support member 210 is removed by isotropic etching using hydrofluoric acid or the like using the opening 102A (see FIG. 2) formed thereby. Thus, the infrared detector 200B shown in FIG. 5 is completed.
３．第３実施形態
３．１．赤外線吸収体の構造
図７は、第３実施形態に係る赤外線検出器２００Ｃを示している。なお、図５に示す部材のうち図１と同一機能を有する部材について図１と同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
3. Third Embodiment 3.1. Structure of Infrared Absorber FIG. 7 shows an infrared detector 200C according to the third embodiment. 5, members having the same functions as those in FIG. 1 are given the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed descriptions thereof are omitted.
図７に示す赤外線検出器２００Ｃが図１に示す赤外線検出器２００Ａと相違する点は、赤外線吸収体（広義には集熱体）３３０及びその連結構造である。先ず、層間絶縁膜２５０に形成される第２コンタクトホール２５４及びそれに充填される第２プラグ２２８にて形成されるコンタクト領域は、平面視にて、第２電極２３６の中心位置を避けた位置に配置されることが好ましい。 The infrared detector 200C shown in FIG. 7 is different from the infrared detector 200A shown in FIG. 1 in an infrared absorber (heat collector in a broad sense) 330 and a connection structure thereof. First, the contact region formed by the second contact hole 254 formed in the interlayer insulating film 250 and the second plug 228 filled in the second contact hole 254 is at a position avoiding the center position of the second electrode 236 in plan view. Preferably they are arranged.
赤外線吸収体３３０は、平面視にて、第２プラグ２２８及び第２プラグ２２８を覆う配線層２２４Ａが形成される配線コンタクト領域を除く領域にて、キャパシター２３０を覆って形成されている。換言すれば、第２コンタクトホール２５４及びそれに充填される第２プラグ２２８にて形成されるコンタクト領域の上方領域は赤外線吸収体３３０が存在しない中空部３４０となっている。よって、赤外線吸収体３３０は中空部３４０を有する平板リング形状である。 The infrared absorber 330 is formed so as to cover the capacitor 230 in a region excluding the second plug 228 and the wiring contact region where the wiring layer 224A covering the second plug 228 is formed in plan view. In other words, the region above the contact region formed by the second contact hole 254 and the second plug 228 filled therein is the hollow portion 340 where the infrared absorber 330 does not exist. Therefore, the infrared absorber 330 has a flat ring shape having the hollow portion 340.
図７に示す赤外線検出素子２２０Ｃもまた、図１に示す赤外線検出素子２２０Ａと同様に、キャパシター２３０の周囲に第１還元ガスバリア層２４０、層間絶縁層２５０及び第２還元ガスバリア層２６０を有することができる。ただし、層間絶縁膜２５０は、キャパシター２３０の側面と、キャパシター２３０の頂部の一部とを覆い、第２電極２３６の一部は層間絶縁膜２５０により覆われていない。そして、その露出した第２電極２３６と赤外線吸収体３３０とが連結されている。 The infrared detection element 220C illustrated in FIG. 7 also includes the first reducing gas barrier layer 240, the interlayer insulating layer 250, and the second reducing gas barrier layer 260 around the capacitor 230, similarly to the infrared detection element 220A illustrated in FIG. it can. However, the interlayer insulating film 250 covers the side surface of the capacitor 230 and a part of the top of the capacitor 230, and a part of the second electrode 236 is not covered with the interlayer insulating film 250. The exposed second electrode 236 and the infrared absorber 330 are connected.
製造上では、中空部３４０を有する赤外線吸収体３３０の内外側面と底面は、エッチングストップ膜３３２で覆われることがある。もちろん、赤外線吸収体３３０自体が第２犠牲層２８０のエッチャントに対して選択性が高ければエッチングストップ膜３３２は不要である。本実施形態では、エッチングストップ膜３３２を例えば酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3膜で形成することで、エッチングストップ膜３３２を第３還元ガスバリア層として用いている。この第３還元ガスバリア層３３２は、層間絶縁膜２５０で覆われない領域の第２電極２３６の頂面と、赤外線吸収体３３０との間にも形成される。よって、層間絶縁膜２５０で覆われない領域の第２電極２３６の頂面を第３還元ガスバリア層３３２で覆うことで、キャパシター２３０の上方からの還元ガス侵入経路を絶つことができる。 In manufacturing, the inner and outer surfaces and the bottom surface of the infrared absorber 330 having the hollow portion 340 may be covered with an etching stop film 332. Of course, if the infrared absorber 330 itself is highly selective with respect to the etchant of the second sacrificial layer 280, the etching stop film 332 is unnecessary. In the present embodiment, the etching stop film 332 is formed of an aluminum oxide Al 2 O 3 film, for example, so that the etching stop film 332 is used as the third reducing gas barrier layer. The third reducing gas barrier layer 332 is also formed between the top surface of the second electrode 236 in a region not covered with the interlayer insulating film 250 and the infrared absorber 330. Therefore, by covering the top surface of the second electrode 236 in a region not covered with the interlayer insulating film 250 with the third reducing gas barrier layer 332, the reducing gas intrusion path from above the capacitor 230 can be cut off.
図７に示す赤外線検出器２２０Ｃによれば、図５と同様に第２プラグ２２８を介在せずに、赤外線吸収体３３０を第２電極２３６に連結できる上、第２電極２３６への配線は、第２コンタクトホール２５４に充填された第２プラグ２２８を介して配線層２２４に接続できるので、配線の信頼性が確保される。 According to the infrared detector 220C shown in FIG. 7, the infrared absorber 330 can be connected to the second electrode 236 without the second plug 228 as in FIG. 5, and the wiring to the second electrode 236 is Since it can be connected to the wiring layer 224 through the second plug 228 filled in the second contact hole 254, the reliability of the wiring is ensured.
３．２．赤外線検出器の製造方法
図７に示す赤外線検出器の製造方法を、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）及び図９（Ａ）〜図９（Ｄ）を参照して説明する。図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に対応する製造ステップを示している。図８（Ａ）〜図８（Ｃ）が図３（Ａ）〜図３（Ｃ）と相違する点は、層間絶縁膜２５０に形成される第２コンタクトホール２５４及びそれに充填される第２プラグ２２８にて形成されるコンタクト領域が、平面視にて、第２電極２３６の中心位置を避けた位置に配置されることだけである。
3.2. Manufacturing Method of Infrared Detector A manufacturing method of the infrared detector shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 8 (A) to 8 (C) and FIGS. 9 (A) to 9 (D). 8A to 8C show manufacturing steps corresponding to FIGS. 3A to 3C. 8A to 8C are different from FIGS. 3A to 3C in that the second contact hole 254 formed in the interlayer insulating film 250 and the second plug filled therein are used. The contact region formed at 228 is merely disposed at a position avoiding the center position of the second electrode 236 in plan view.
図９（Ａ）に示す第２犠牲層２８０の平坦化工程では、図４（Ａ）及び図６（Ａ）とは異なり、第２犠牲層２８０よりも赤外線検出素子２２０Ｃは露出せず、平坦面の全面が第２犠牲層２８０のみで形成される。 In the planarization process of the second sacrificial layer 280 shown in FIG. 9A, the infrared detection element 220C is not exposed and flattened as compared with the second sacrificial layer 280, unlike FIGS. 4A and 6A. The entire surface is formed only by the second sacrificial layer 280.
次に、図９（Ｂ）に示すように、第２犠牲層２８０の一部と、第１，第２還元ガスバリア層２４０，２６０及び層間絶縁膜２５０の一部とがパターンニングされた後に異方性エッチングされる。島状の非エッチング領域２８０Ｂ及び周囲の非エッチング領域２８０Ｃで囲まれるエッチング領域２８０Ａは、図７に示す赤外線吸収体３３０の形状に相応する。なお、島状の非エッチング領域２８０Ｂの形状は図７の中空部３４０に相応する。 Next, as shown in FIG. 9B, a part of the second sacrificial layer 280 and a part of the first and second reducing gas barrier layers 240 and 260 and the interlayer insulating film 250 are patterned and then different. Isotropically etched. An etching region 280A surrounded by the island-like non-etching region 280B and the surrounding non-etching region 280C corresponds to the shape of the infrared absorber 330 shown in FIG. The shape of the island-shaped non-etched region 280B corresponds to the hollow portion 340 in FIG.
その後、図９（Ｃ）に示すように、全面にエッチングストップ膜３３２が形成され、非エッチング領域２８０Ｂ，２８０Ｃ上のエッチングストップ膜３３２は除去されて、エッチング領域２８０Ａ内にのみエッチングストップ膜３３２が残存される。その後、全面に赤外線吸収体３３０を形成し、非エッチング領域２８０Ｂ，２８０Ｃ上の赤外線吸収体３３０が除去されて平坦化される。 Thereafter, as shown in FIG. 9C, an etching stop film 332 is formed on the entire surface, the etching stop film 332 on the non-etched regions 280B and 280C is removed, and an etching stop film 332 is formed only in the etched region 280A. Remain. Thereafter, an infrared absorber 330 is formed on the entire surface, and the infrared absorber 330 on the non-etched regions 280B and 280C is removed and planarized.
その後、図９（Ｄ）に示すように、第２犠牲層２８０が例えばフッ酸等を用いた等方性エッチングにより除去される。このとき、赤外線吸収体３３０はエッチングストップ膜３３２により保護され、赤外線検出素子２２０Ｃもエッチングストップ膜（第２還元ガスバリア層）２６０により保護される。これにより、中空部３４０が形成されると共に、赤外線吸収体３００及びエッチングストップ膜３３２の下面は、赤外線検出素子２２０Ｃの頂部と接する面を除いて非接触面となり、アンダーカット形状となって熱分離される。このように、赤外線吸収体３３０及びエッチングストップ膜３３２は、赤外線検出素子２２０Ｂの頂部と接する面を除いて非接触面を有するので、集熱された熱は固体熱伝導によりキャパシター２３０へ伝熱される。 Thereafter, as shown in FIG. 9D, the second sacrificial layer 280 is removed by isotropic etching using, for example, hydrofluoric acid. At this time, the infrared absorber 330 is protected by the etching stop film 332, and the infrared detection element 220C is also protected by the etching stop film (second reducing gas barrier layer) 260. As a result, the hollow portion 340 is formed, and the lower surfaces of the infrared absorber 300 and the etching stop film 332 are non-contact surfaces except for the surface in contact with the top portion of the infrared detection element 220C, thereby forming an undercut shape and heat separation. Is done. As described above, since the infrared absorber 330 and the etching stop film 332 have non-contact surfaces except for the surface in contact with the top of the infrared detection element 220B, the collected heat is transferred to the capacitor 230 by solid heat conduction. .
以降は、支持部材２１０をパターニングし、それにより形成された開口部１０２Ａ（図２参照）を用いて、支持部材２１０の下層の第１犠牲層１５０をフッ酸等による等方性エッチングによって除去することで、図７に示す赤外線検出器２００Ｃが完成する。 Thereafter, the support member 210 is patterned, and the first sacrificial layer 150 under the support member 210 is removed by isotropic etching using hydrofluoric acid or the like using the opening 102A (see FIG. 2) formed thereby. Thus, the infrared detector 200C shown in FIG. 7 is completed.
４．電子機器
図１０に本実施形態の熱型光検出器または熱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（熱型光検出装置）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１０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。
4). Electronic Device FIG. 10 shows a configuration example of an electronic device including the thermal detector or thermal detector of the present embodiment. The electronic apparatus includes an optical system 400, a sensor device (thermal detection device) 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 according to the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. Can be implemented.
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熱型光検出器２００Ａ（２００Ｂ，２００Ｃ）を二次元配列させて構成され、複数の行線（ワード線、走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。センサーデバイス４１０は、二次元配列された検出器に加えて、行選択回路（行ドライバー）と、列線を介して検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、Ａ／Ｄ変換部等を含むことができる。二次元配列された各検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。 The sensor device 410 is configured by two-dimensionally arranging the thermal detectors 200A (200B, 200C) of the present embodiment described above, and includes a plurality of row lines (word lines, scanning lines) and a plurality of column lines (data lines). ) Is provided. 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。 The processing unit 430 controls the entire electronic device and 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二軸方向例えば直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス４１０を構成することができ、こうすると熱（光）分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス４１０を用いて、サーモグラフィー、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。 Thus, in addition to using a pyroelectric detector for one cell as a sensor such as an infrared sensor, a sensor device is provided by two-dimensionally arranging a thermal detector for one cell in a biaxial direction, for example, an orthogonal biaxial direction. 410 can be configured to provide a heat (light) distribution image. Using the sensor device 410, an electronic device such as a thermography, a night vision, or a surveillance camera can be configured.
もちろん、１セル分または複数セルの熱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。 Of course, it can be used in analysis equipment (measuring equipment) that analyzes (measures) physical information of objects by using a single-cell or multiple-cell thermal detector as a sensor, security equipment that detects fire and heat, factories, etc. Various electronic devices such as FA (Factory Automation) devices provided can also be configured.
図１１（Ａ）に図１０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。 FIG. 11A 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, for example, an infrared camera used in a night vision device or the like 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１１（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 the direction along the row line (lateral direction) 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１１（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１１（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。 As shown in FIG. 11B, 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 in FIG. 11B is arranged 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.
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１１（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。 The row selection circuit 510 is connected to one or more row lines. Then, each row line is selected. For example, when a sensor array 500 (focal plane array) of QVGA (320 × 240 pixels) as shown in FIG. 11B is taken 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.
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、温度に基づいて物理特性が変化する種々の熱型光検出器（例えば、熱電対型素子（サーモパイル）、焦電型素子、ボロメーター等）に広く適用することができる。検出する光の波長は問わない。集熱体の光（電磁波）に対する吸収および熱変換効率の波長依存性を利用して、所望の波長域の光のみ（例えば遠赤外光、THz光）を検出するように調整することもできる。 The present invention can be widely applied to various thermal detectors whose physical characteristics change based on temperature (for example, thermocouple elements (thermopile), pyroelectric elements, bolometers, etc.). The wavelength of the light to detect is not ask | required. It can be adjusted to detect only light in a desired wavelength region (for example, far-infrared light, THz light) by utilizing the wavelength dependency of absorption (heat wave) of the heat collector and heat conversion efficiency. .
１００ 基部（固定部）、１０２ 空洞部、１０４ 支持部（ポスト）、１３０，１４０ エッチングストップ膜、１５０ 第１犠牲層、２００Ａ〜２００Ｃ 焦電型検出器（熱型光検出器）、２１０ 支持部材、２１１Ａ 第１面、２１１Ｂ 第２面、２２０Ａ〜２２０Ｃ 赤外線検出素子（熱型光検出素子）、２２２，２２４ 第１，第２電極配線層、２２６，２２８ 第１，第２プラグ、２３０ キャパシター、２３２ 焦電体、２３４ 第１電極、２３６ 第２電極、２４０ 第１還元ガスバリア層、２５０ 層間絶縁膜、２６０ 第２還元ガスバリア層（エッチングストップ膜）、２７０ 赤外線吸収体（集熱体）、２８０ 第２犠牲層、２９０ エッチングストップ膜、３００ 赤外線吸収体（集熱体）、３１０ 支持層、３２０ 赤外線吸収膜、３３０ 赤外線吸収体（集熱体）、３３２ 第３還元ガスバリア層（エッチングストップ膜）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Base part (fixed part), 102 Cavity part, 104 Support part (post), 130,140 Etching stop film, 150 1st sacrificial layer, 200A-200C Pyroelectric detector (thermal type photodetector), 210 Support member , 211A first surface, 211B second surface, 220A to 220C infrared detection element (thermal type light detection element), 222, 224 first and second electrode wiring layers, 226, 228 first and second plug, 230 capacitor, 232 Pyroelectric body, 234 First electrode, 236 Second electrode, 240 First reducing gas barrier layer, 250 interlayer insulating film, 260 Second reducing gas barrier layer (etching stop film), 270 Infrared absorber (heat collector), 280 Second sacrificial layer, 290 Etching stop film, 300 Infrared absorber (heat collector), 310 Support layer, 320 Infrared absorber film 330 Infrared absorber (Atsumarinetsutai), 332 third reducing gas barrier layer (etching stop layer).
Claims (11)
集熱すると共に熱を前記熱型光検出素子に伝達する集熱体と、を有し、
前記集熱体は、前記熱型光検出素子の頂部と連結されて、かつ、前記熱型光検出素子の頂部より外側に張り出し、
前記熱型光検出素子は、
前記キャパシターの外表面を覆う保護膜と、
前記第２電極に臨んで前記保護膜に形成されたコンタクトホールと、
前記コンタクトホールに充填されたプラグと、
前記プラグ上にパターン形成された配線層と、をさらに含み、
前記集熱体は、前記プラグ及び前記配線層を介して前記第２電極に連結され、
平面視にて、前記プラグは前記第２電極の面積中の５０％以上の領域とコンタクトされていることを特徴とする熱型光検出器。 A thermal detection element including a first electrode, a second electrode, and a pyroelectric material disposed between the first and second electrodes, including a capacitor whose polarization amount changes based on temperature;
A heat collector that collects heat and transfers heat to the thermal detection element,
The heat collector is connected to the top of the thermal detection element and projects outward from the top of the thermal detection element.
The thermal detection element is
A protective film covering the outer surface of the capacitor;
A contact hole formed in the protective film facing the second electrode;
A plug filled in the contact hole;
A wiring layer patterned on the plug, and
The heat collector is connected to the second electrode through the plug and the wiring layer,
The planar detector is a thermal detector, wherein the plug is in contact with a region of 50% or more of the area of the second electrode.
前記熱型光検出器は、
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面に前記熱型光検出素子を搭載する支持部材と、
前記支持部材の前記第２面の一部を支持する支持部と、を有することを特徴とする熱型光検出器。 In claim 1,
The thermal detector is
Including a first surface and a second surface opposite to the first surface, the second surface facing the cavity, and a support member on which the thermal detection element is mounted on the first surface;
And a support portion that supports a part of the second surface of the support member.
前記集熱体は、
前記熱型光検出素子の頂部を覆い、かつ、前記熱型光検出素子の頂部より外側に張り出して平板状に形成された支持層と、
前記支持層上に形成された集熱膜と、を有することを特徴とする熱型光検出器。 In claim 1 or 2,
The heat collector is
A support layer that covers the top of the thermal detection element, and that is formed in a flat plate shape and projects outward from the top of the thermal detection element;
And a heat collecting film formed on the support layer.
前記支持層は金属で形成され、
前記集熱体の厚さは、入射光の波長をλとしたとき、（２ｍ＋１）λ／４（ｍ＝０，１，２…）に設定されていることを特徴とする熱型光検出器。 In claim 3,
The support layer is made of metal;
The thermal collector is characterized in that the thickness of the heat collector is set to (2m + 1) λ / 4 (m = 0, 1, 2,...), Where λ is the wavelength of incident light. .
前記キャパシターの外表面と前記保護膜との間に形成された第１還元ガスバリア層と、
前記保護膜および前記配線層を覆って形成された第２還元ガスバリア層と、を更に有することを特徴とする熱型光検出器。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
A first reducing gas barrier layer formed between the outer surface and the protective film before Symbol capacitor,
And a second reducing gas barrier layer formed to cover the protective film and the wiring layer.
集熱すると共に熱を前記熱型光検出素子に伝達する集熱体と、を有し、
前記集熱体は、前記熱型光検出素子の頂部と連結されて、かつ、前記熱型光検出素子の頂部より外側に張り出し、
前記熱型光検出素子は、
前記キャパシターの側面と、前記キャパシターの頂部の一部を覆う保護膜と、
前記キャパシターの頂部の一部を覆う前記保護膜に形成されたコンタクトホールと、
前記コンタクトホールに充填された導電性のプラグと、
前記プラグ上にパターン形成された配線層と、をさらに含み、
前記集熱体は、平面視にて、前記プラグ及び前記プラグを覆う前記配線層が形成される配線コンタクト領域を除く領域にて、前記キャパシターを覆って形成されたことを特徴とする熱型光検出器。 A thermal detection element including a first electrode, a second electrode, and a pyroelectric material disposed between the first and second electrodes, including a capacitor whose polarization amount changes based on temperature;
A heat collector that collects heat and transfers heat to the thermal detection element,
The heat collector is connected to the top of the thermal detection element and projects outward from the top of the thermal detection element.
The thermal detection element is
A protective film covering a side surface of the capacitor and a part of a top portion of the capacitor;
A contact hole formed in the protective film covering a part of the top of the capacitor;
A conductive plug filled in the contact hole;
A wiring layer patterned on the plug, and
The heat collector is formed so as to cover the capacitor in a region excluding a wiring contact region where the plug and the wiring layer covering the plug are formed in a plan view. Detector.
前記熱型光検出器は、
前記キャパシターの外表面と前記保護膜との間に形成された第１還元ガスバリア層と、
前記保護膜および前記配線層を覆って形成された第２還元ガスバリア層と、
前記保護膜で覆われない領域の前記第２電極の頂面と、前記集熱体との間に形成される第３還元ガスバリア層と、をさらに有することを特徴とする熱型光検出器。 In claim 6,
The thermal detector is
A first reducing gas barrier layer formed between an outer surface of the capacitor and the protective film;
A second reducing gas barrier layer formed to cover the protective film and the wiring layer;
The thermal detector, further comprising a third reducing gas barrier layer formed between a top surface of the second electrode in a region not covered with the protective film and the heat collector.
前記配線コンタクト領域は、平面視にて、前記第２電極の中心位置を避けた位置に配置されていることを特徴とする熱型光検出器。 In claim 6,
The thermal detector according to claim 1, wherein the wiring contact region is disposed at a position avoiding a center position of the second electrode in plan view.
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