JP6823256B2

JP6823256B2 - 赤外線検知器及び撮像装置

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Publication number: JP6823256B2
Application number: JP2017000615A
Authority: JP
Inventors: 浩司角田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2037-01-05
Also published as: JP2018110194A

Description

本発明は、赤外線検知器及び撮像装置に関する。

量子型赤外線検知器には、受光素子アレイ及び読み出し回路アレイ（readout integrated circuit：ＲＯＩＣ）が含まれる。受光素子アレイでは、基板上に複数の受光素子が配列しており、読み出し回路アレイでは、室温において各受光素子の電極に正対するようにして、読み出し回路の複数の電極が基板上に配列している。そして、受光素子アレイが読み出し回路アレイにフリップチップボンディング（flip chip bonding：ＦＣＢ）によってハイブリッド接合されて焦点面アレイ（focal plane array：ＦＰＡ）が構成されている。受光素子の電極と読み出し回路の電極との間の電気的接続には、インジウム（Ｉｎ）等の軟質の金属からなるバンプが用いられ、受光素子アレイと読み出し回路アレイとの間には、機械的強度を保つために樹脂等のアンダーフィル材料が注入されている。

量子型赤外線検知器は熱雑音の影響を受けやすいため、低温まで冷却して使用される。冷却により暗電流が減少し、ノイズが低減されるため、信号とノイズとの比（Ｓ／Ｎ比）が向上する。冷却温度は受光素子の種類と対象波長帯によるが、例えば、中赤外線及び遠赤外線に対応した量子井戸型赤外線検知器（quantum well infrared photodetector：ＱＷＩＰ）及び量子ドット型赤外線検知器（quantum dot infrared photodetector：ＱＤＩＰ)は通常７０Ｋ〜８０Ｋ程度の温度まで冷却される。一方、中赤外線に対応したtype-II超格子型赤外線検出器（type-II superlattice infrared photodetector: Ｔ２ＳＬ）は通常８０Ｋ〜１５０Ｋ程度の温度まで冷却される。遠赤外線に対応したＴ２ＳＬの冷却温度はＱＷＩＰやＱＤＩＰと同じで約８０Ｋである。使用後には、量子型赤外線検知器の温度は室温に戻される。

従来、受光素子アレイの基板には、ＧａＡｓ、ＩｎＰ及びＧａＳｂ等の化合物半導体基板が用いられ、読み出し回路アレイの基板には、Ｓｉ基板が用いられており、化合物半導体基板の熱膨張係数はＳｉ基板の熱膨張係数より著しく大きい。例えば、Ｓｉの熱膨張係数は３．３４×１０^-6（Ｋ^-1）程度であり、ＧａＡｓの熱膨張係数は７．７４×１０^-6（Ｋ^-1）程度である。このような熱膨張係数の大きな相違があるため、冷却されると、相対的に、受光素子アレイの基板が読み出し回路アレイの基板よりも大きく収縮し、室温では正対していた受光素子の電極と読み出し回路の電極との間に位置ずれが生じる。例えば、ＧａＡｓ基板及びＳｉ基板が用いられ、３００Ｋ（室温）から８０Ｋまで冷却されると、概ね、約０．１％の位置ずれが生じる。例えば、２０４８画素が一方向に並んでいる場合、中央ではほとんど位置ずれが生じていないと仮定すると、そこから１０２４画素ずれた両端では、１画素分もの位置ずれが生じる。このような位置ずれに起因するストレスが受光素子アレイと読み出し回路アレイとの間のバンプに作用する。室温に戻される際にもバンプにストレスが作用する。このように、従来の赤外線検知器では、バンプにストレスが繰り返し作用している。

近年、ＦＰＡの多画素化がすすめられているが、画素数が多くなるほど、位置ずれ及びストレスが大きくなる。ストレスが大きくなると、バンプと電極との間の剥がれ、バンプの切断、バンプ間の短絡等の電気的接続不良が発生しやすい。このため、従来の赤外線検知器では、多画素化に伴ってＦＰＡの動作率（オペラビリティ）が低下しやすい。

特開２０１５−１８５７７１号公報特開２０１２−７９５２５号公報米国特許第５７６１１１５号明細書米国特許第６４１８０４９号明細書米国特許第６４８７１０６号明細書米国特許第７１３２６７５号明細書米国特許第７３７２０６５号明細書米国特許第７７２８３２２号明細書

APL 90, 113501 (2007) IEEE Trans. On Electron Devices 59, p. 3574 (2012)

本発明の目的は、受光素子アレイと読み出し回路アレイとの間の熱膨張係数の相違に起因する電気的接続不良を抑制することができる赤外線検知器及び撮像装置を提供することにある。

赤外線検知器の一態様には、読み出し回路アレイと、前記読み出し回路アレイに実装された受光素子アレイと、前記読み出し回路アレイと前記受光素子アレイとの間の固体電解質と、が含まれる。画素ごとに、前記固体電解質を間に挟むようにして、第１の電極が前記受光素子アレイに設けられ、第２の電極が前記読み出し回路アレイに設けられている。前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの一方が活性電極であり、他方が不活性電極である。前記読み出し回路アレイは、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して前記固体電解質中の金属架橋の生成を制御する駆動回路を有しており、前記受光素子アレイが印加電圧の極性に依存した整流性が小さい受光素子アレイである場合、読み出し時に印加する電圧の極性及び前記金属架橋を生成する際に印加する電圧の極性は、互いに同じで、前記受光素子アレイが印加電圧の極性に依存した整流性が大きい受光素子アレイである場合、読み出し時に印加する電圧の極性及び前記金属架橋を生成させる際に印加する電圧の極性は、互いに逆である。

撮像装置の一態様には、上記の赤外線検知器と、前記赤外線検知器を冷却する冷却装置と、が含まれる。

上記の赤外線検知器等によれば、固体電解質、第１の電極及び第２の電極の作用により、受光素子アレイ及び読み出し回路アレイの熱膨張係数に関係なく、適切な電流経路が得られるため、熱膨張係数の相違に起因する電気的接続不良を抑制することができる。

第１の実施形態に係る赤外線検知器を示す斜視図である。第１の実施形態に係る赤外線検知器を示す断面図である。受光素子のＩ−Ｖ特性の例を示す図である。第１の実施形態に係る赤外線検知器の使用時の変化の例を示す図である。第１の実施形態に係る赤外線検知器の使用時の変化の他の例を示す図である。第１の実施形態に係る赤外線検知器の回路構成の例を示す図である。第１の実施形態に係る赤外線検知器の製造方法を示す断面図である。同じく、第１の実施形態に係る赤外線検知器の製造方法を示す断面図である。同じく、第１の実施形態に係る赤外線検知器の製造方法を示す断面図である。第２の実施形態に係る撮像装置を示す図である。

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は量子型赤外線検知器の一例に関する。図１は、第１の実施形態に係る赤外線検知器を示す斜視図であり、図２は、第１の実施形態に係る赤外線検知器を示す断面図である。

第１の実施形態に係る赤外線検知器１００には、図１及び図２に示すように、読み出し回路アレイ１２０、読み出し回路アレイ１２０に実装された受光素子アレイ１１０、及び読み出し回路アレイ１２０と受光素子アレイ１１０との間の固体電解質１３０と、が含まれる。

受光素子アレイ１１０には、基板１１１、基板１１１上に配列した複数の受光素子１１２、各受光素子１１２に設けられた電極１１３、並びに受光素子１１２及び電極１１３の間の絶縁膜１１４が含まれる。基板１１１は、例えばＧａＡｓ、ＩｎＰ及びＧａＳｂ等の化合物半導体基板であり、受光素子１１２の赤外線吸収層には、量子井戸を構成する複数の化合物半導体層、又は量子ドットを含む複数の化合物半導体層が含まれる。受光素子１１２の赤外線吸収層に水銀カドミウムテルル（ＨｇＣｄＴｅ）又はアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等のバルク材料が含まれてもよい。これらの場合、例えば基板材料としてはＧｄ（Ｚｎ）Ｔｅ又はＩｎＳｂが用いられる。

読み出し回路アレイ１２０には、読み出し回路を構成するトランジスタが形成された基板１２１、基板１２１上の絶縁膜１２２、及び絶縁膜１２２の表面に配列した複数の電極１２３が含まれる。基板１２１は、例えばＳｉ基板である。図２（ｂ）に示すように、例えば、絶縁膜１２２には、絶縁膜１２５及び１２６が含まれ、電極１２３は、絶縁膜１２６内の金属膜１２８（最上層の金属膜）の一部である。例えば、金属膜１２７及び金属膜１２８はＡｌを含み、ドライエッチング法で形成されているか、又は、Ｃｕを含み、デュアルダマシン法により形成されている。

例えば、受光素子１１２及び電極１１３は一定のピッチ（第１のピッチ）でマトリクス状に配列し、電極１２３は、一つの電極１１３に一つの電極１２３が対応するように一定のピッチ（第２のピッチ）でマトリクス状に配列している。例えば、第１のピッチ及び第２のピッチは室温では互いに相違しており、赤外線検知器１００の使用温度、例えば７０Ｋ以上１５０Ｋ以下の温度において、第１のピッチ及び第２のピッチが互いに実質的に一致する。例えば、基板１１１がＧａＡｓ基板であり、基板１２１がＳｉ基板であり、赤外線検知器１００が使用時に８０Ｋまで冷却される場合は、３００Ｋの室温程度の温度で第１のピッチは第２のピッチよりも約０．１％大きい。このように、画素１０１ごとに、固体電解質１３０を間に挟むようにして、電極１１３が受光素子アレイ１１０に設けられ、電極１２３が読み出し回路アレイ１２０に設けられている。電極１１３及び電極１２３のうちの一方が活性電極であり、他方が不活性電極である。例えば、活性電極はＣｕ、Ａｇ又はＡｌを含み、不活性電極はＰｄ、Ｐｔ又はＲｕを含む。

固体電解質１３０としては、例えば、金属拡散による金属架橋の生成及び消滅をメカニズムに持つプログラム可能金属化セル（programmable metallization cell：ＰＭＣ）に適した材料を用いることができる。ＰＭＣは、例えば特許文献３〜８に記載されている。ＰＭＣは、導電性ブリッジメモリ（conductive bridging random access memory：ＣＢＲＡＭ）又は原子スイッチ（atom switch）ともよばれる。金属架橋の生成及び消滅は電気化学的な酸化還元反応によるため、撮像が行われる温度（使用温度）においても発現する。このメカニズムによる抵抗の切り替えが非常に小さい活性化エネルギーで生じること、すなわち低温でも低電圧で動作可能なことが非特許文献１に記載されている。固体電解質１３０として、ポリマー固体電解質が例示される。ポリマー固体分解質は、例えば非特許文献２に記載されている。

次に、赤外線検知器１００の使用方法について説明する。赤外線検知器１００の使用方法は、受光素子１１２の構成に依存する。すなわち、受光素子１１２が印加電圧の極性に依存した整流性が小さい構成を備えている場合と、印加電圧の極性に依存した整流性が大きい構成を備えている場合とで、使用方法が相違する。図３（ａ）に、印加電圧の極性に依存した整流性が小さい受光素子のＩ−Ｖ特性の例を示し、図３（ｂ）に、印加電圧の極性に依存した整流性が大きい受光素子のＩ−Ｖ特性の例を示す。例えば、赤外線吸収層が量子ドットを含む受光素子１１２の整流性は小さく、赤外線吸収層がＨｇＣｄＴｅ又はＩｎＳｂ等のバルク材料やＴ２ＳＬを用いたＰＩＮダイオードを含む受光素子１１２の整流性は大きい。図３（ａ）では、読み出しの際に印加される電圧を正の電圧、図３（ｂ）では、読み出しの際に印可される電圧を負の電圧としている。図４に、受光素子１１２が印加電圧の極性に依存した整流性が小さい構成を備えている場合の赤外線検知器１００の使用時の変化を示し、図５に、受光素子１１２が印加電圧の極性に依存した整流性が大きい構成を備えている場合の赤外線検知器１００の使用時の変化を示す。

受光素子１１２が印加電圧の極性に依存した整流性が小さい構成を備えている場合、室温（例えば３００Ｋ）で動作していなければ、図４（ａ）に示すように、一部の画素では、電極１１３と電極１２３とが正対し、一部の画素では、電極１１３と電極１２３とが正対していない。これは、３００Ｋにおいて第１のピッチ及び第２のピッチが相違しているからである。また、固体電解質１３０は電極１１３と電極１２３とを互いに電気的に絶縁している。

赤外線検知器１００による撮像を行うべく、赤外線検知器１００を使用温度、例えば８０Ｋまで冷却すると、受光素子アレイ１１０が読み出し回路アレイ１２０よりも大きく収縮し、図４（ｂ）に示すように、各画素において、電極１１３と電極１２３とが実質的に正対する。固体電解質１３０は電極１１３と電極１２３とを互いに電気的に絶縁したままである。

その後、電極１１３と電極１２３との間に、電極１１３に対して電極１２３側が正となる電圧を印加し、図４（ｃ）に示すように、各画素において、電極１１３と電極１２３との間で固体電解質１３０に金属架橋１３１を生成する（図３（ａ）参照）。この結果、各画素において、電極１１３と電極１２３とが互いに電気的に接続される。そして、この状態で撮像を行う。読み出しの際には、電極１１３と電極１２３との間に、金属架橋１３１を生成する際の電圧より低い正の電圧を印加する（図３（ａ）参照）。

撮像後、電極１１３と電極１２３との間に、電極１１３に対して電極１２３側が負となる電圧を印加し、図４（ｂ）に示すように、金属架橋１３１を消滅させる（図３（ａ）参照）。この結果、固体電解質１３０により、電極１１３と電極１２３とが互いに電気的に絶縁される。

その後、赤外線検知器１００の冷却を停止し、赤外線検知器１００の温度を３００Ｋまで戻す。この結果、図４（ａ）に示すように、受光素子アレイ１１０が読み出し回路アレイ１２０よりも大きく膨張する。

受光素子１１２が印加電圧の極性に依存した整流性が小さい構成を備えている場合、動作時のディスターブを避けるため、読み出し時に印加する電圧及び金属架橋１３１を生成する際に印加する電圧の極性は互いに同じであることが好ましい。このため、活性電極及び不活性電極は所定の組み合わせで配置されていることが好ましい。例えば、読み出し時及び金属架橋１３１の生成時に電極１１３に対して電極１２３側が正となる電圧が印加される構成の場合、読み出し回路アレイ１２０側に活性電極が、受光素子アレイ１１０側に不活性電極が配置されていることが好ましい。特に読み出し回路アレイ１２０の金属配線材料にＣｕが用いられる場合、Ｃｕは活性電極材料としても機能するため、このような配置が適している。

受光素子１１２が印加電圧の極性に依存した整流性が大きい構成を備えている場合も、室温で動作していなければ、図５（ａ）に示すように、一部の画素では、電極１１３と電極１２３とが正対し、一部の画素では、電極１１３と電極１２３とが正対していない。これは、３００Ｋ付近の温度において第１のピッチ及び第２のピッチが相違しているからである。また、固体電解質１３０は電極１１３と電極１２３とを互いに電気的に絶縁している。

赤外線検知器１００による撮像を行うべく、赤外線検知器１００を使用温度、例えば８０Ｋまで冷却すると、受光素子アレイ１１０が読み出し回路アレイ１２０よりも大きく収縮し、図５（ｂ）に示すように、各画素において、電極１１３と電極１２３とが実質的に正対する。固体電解質１３０は電極１１３と電極１２３とを互いに電気的に絶縁したままである。

その後、電極１１３と電極１２３との間に、電極１１３に対して電極１２３側が正となる電圧を印加し、図５（ｃ）に示すように、各画素において、電極１１３と電極１２３との間で固体電解質１３０に金属架橋１３１を生成する（図３（ｂ）参照）。この結果、各画素において、電極１１３と電極１２３とが互いに電気的に接続される。そして、この状態で撮像を行う。読み出しの際には、電極１１３と電極１２３との間に、金属架橋１３１を生成する際の電圧より絶対値が低い負の電圧を印加する（図３（ｂ）参照）。

撮影後、赤外線検知器１００の冷却を停止し、赤外線検知器１００の温度を室温に近づける。使用温度と室温との間の中間温度、例えば１９０Ｋでは、図５（ｄ）に示すように、受光素子アレイ１１０が読み出し回路アレイ１２０よりも若干大きく膨張する。一方、暗電流の増加によって負の電圧を印可する場合でも素子に大きな電流が流れる。この中間温度にて、電極１１３と電極１２３との間に負の電圧を印加し、図５（ｅ）に示すように、金属架橋１３１を消滅させる（図３（ｂ）参照）。この結果、固体電解質１３０により、電極１１３と電極１２３とが互いに電気的に絶縁される。中間温度の設定は例として１９０Ｋとしたが、ストレスの影響を低減するため、金属架橋１３１を消滅させるのに必要な電流が流れる範囲で、可能な限り低温にする。

その後、赤外線検知器１００の温度を室温まで戻す。この結果、図５（ａ）に示すように、受光素子アレイ１１０が読み出し回路アレイ１２０よりも更に大きく膨張する。

受光素子１１２が印加電圧の極性に依存した整流性が大きい構成を備えている場合、受光素子としての読み出し動作は電流の小さい逆バイアスで行われる。低温で多くの電流を流して金属架橋の生成を行うためには、読み出し時に印加する電圧及び金属架橋１３１を生成させる際に印加する電圧の極性は互いに逆であることが好ましい。このため、活性電極及び不活性電極は所定の組み合わせで配置されていることが好ましい。例えば、読み出し時及び金属架橋１３１の消滅時に電極１１３に対して電極１２３側が負となる電圧が印加される構成の場合、読み出し回路アレイ１２０側に活性電極が、受光素子アレイ１１０側に不活性電極が配置されていれば、ディスターブを回避できる。特に読み出し回路アレイ１２０の金属配線材料にＣｕが用いられる場合、Ｃｕは活性電極材料としても機能するため、このような配置が適している。

図６に、上記の使用方法に適した回路構成の例を示す。この例では、読み出し回路アレイ１２０に、金属架橋１３１の生成及び消滅の切り替えのためのバイポーラ型の駆動回路が含まれる。受光素子アレイ１１０には、画素１０１毎に１つの受光素子１１２が含まれる。読み出し回路アレイ１２０には、画素１０１毎に、１つのシャッタトランジスタＴ、リセットトランジスタＲＳ、トランジスタＷＤ１、蓄積容量素子Ｃ及びソースフォロアアンプＡが含まれる。そして、受光素子１１２の上部電極とトランジスタＷＤ１及びシャッタトランジスタＴとの間にスイッチＳＷが接続されている。スイッチＳＷは固体電解質１３０に相当し、金属架橋１３１が生成するとオンし、消滅するとオフする。読み出し回路アレイ１２０には、複数の画素に共通の、ライトドライバ２２１、行選択トランジスタＴ１、列選択トランジスタＴ２、負荷トランジスタＴ３、トランジスタＷＤ２及びトランジスタＲＤも含まれる。トランジスタＷＤ２及びトランジスタＲＤは、金属バンプ等の導電体を介して受光素子１１２の下部電極に接続される。

読み出しの際には、トランジスタＷＤ１及びＷＤ２をオフに、トランジスタＲＤをオンにすることで、バイポーラ型のライトドライバ２２１を画素１０１から切り離す。そして、リセットトランジスタＲＳで蓄積容量素子Ｃをリセットし、その後にシャッタトランジスタＴを開くことで入射赤外線量に対応した電子が受光素子１１２を通ってキャパシタに蓄えられる。蓄積後はソースフォロアアンプＡによって電荷を電圧に変換して出力する。書き込みの際には、トランジスタＲＤ及びＴをオフにし、所望の極性に合わせてライトドライバ２２１を駆動し、トランジスタＷＤ１及びＷＤ２をオンすることで、スイッチＳＷのオン／オフを切り替える。ライトドライバ２２１、トランジスタＷＤ１及びトランジスタＷＤ２がバイポーラ型の駆動回路に含まれる。この駆動回路は、例えば、７０Ｋ以上１５０Ｋ以下の第１の温度にて金属架橋を生成する電圧を印加し、２７３Ｋ以上の第２の温度にて金属架橋が消滅しているように電圧を印加する。

このように、固体電解質１３０に印加する電圧を制御することで、適切に金属架橋１３１の生成及び消滅を制御することができる。そして、金属架橋１３１は、使用温度において電極１１３と電極１２３との間に生成すれば、室温での待機時には消滅させておけるため、電極１１３と電極１２３との間の電流経路たる金属架橋１３１への熱応力の作用を排除することができる。従って、受光素子アレイ１１０と読み出し回路アレイ１２０との間に大きな熱膨張係数の相違があったとしても、ストレスに起因する電気的接続不良の発生を著しく抑制し、焦点面アレイの動作率を高く維持することができる。更に、金属架橋１３１は電極１１３と電極１２３との間に自己整合的に生成するため、金属架橋１３１と電極１１３との間の電気的接続、並びに、金属架橋１３１と電極１２３との間の電気的接続の信頼性が極めて高い。

また、電極１１３と電極１２３との間の接続にＩｎバンプ等のバンプを用いる場合、多画素化及び狭ピッチ化がバンプのサイズにより制限されるが、本実施形態では、バンプが不要である。このため、容易に多画素化及び狭ピッチ化を実現することができる。例えば、Ｉｎバンプを用いる場合は画素ピッチを５μｍ以下とすることが困難であるが、本実施形態では、画素ピッチを容易に５μｍ以下とすることができる。

固体電解質１３０のヤング率は１０ＧＰａ以下であることが好ましい。ヤング率が１０ＧＰａ超では、受光素子アレイ１１０及び読み出し回路アレイ１２０の熱収縮及び熱膨張に固体電解質１３０が追従できずに、受光素子１１２又は読み出し回路に過度の応力が作用して特性が変化することがある。また、受光素子アレイ１１０又は読み出し回路アレイ１２０にクラックが発生したりすることもある。ポリマー固体電解質のヤング率は１０ＧＰａ以下であり、固体電解質１３０に極めて好適である。

固体電解質１３０の厚さは５０ｎｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。厚さが５０ｎｍ未満では、十分な絶縁性が得られなかったり、十分に応力を吸収できなかったりすることがある。厚さが５μｍ超では、金属架橋１３１の生成及び消滅の速度が低下したり、金属架橋１３１の生成及び消滅に要する電圧が高くなったりする。

次に、第１の実施形態に係る赤外線検知器１００の製造方法について説明する。図７乃至図９は、第１の実施形態に係る赤外線検知器の製造方法を示す断面図である。

先ず、図７（ａ）に示すように、受光素子アレイ１１０を準備し、図８（ａ）に示すように、読み出し回路アレイ１２０を準備する。次いで、図７（ｂ）に示すように、絶縁膜１１４上に固体電解質１３６を形成し、図８（ｂ）に示すように、絶縁膜１２２上に固体電解質１３７を形成する。

受光素子アレイ１１０は、例えば次のようにして準備することができる。先ず、化合物半導体基板等の基板上に分子線エピタキシ（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法により受光素子１１２の化合物半導体層を形成する。次いで、リソグラフィ法及び反応性イオンエッチング（reactive ion etching：ＲＩＥ）法により各画素をメサ形状に画定し、化学気相成長（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）法により各画素の側面及び上面を覆う絶縁膜、例えば層間絶縁膜を形成する。その後、絶縁膜に上部電極用の開口部及び下部電極用の開口部を形成し、スパッタ法及びＲＩＥ法により、上部電極用の開口部内に上部電極を、下部電極用の開口部内に下部電極を形成する。上部電極は電極１１３の一例である。下部電極についても、ダミーのメサ上部に引き出すことで、上部電極と下部電極との間で上面の高さを揃えておくことが好ましい。電極１１３として不活性電極を形成する場合、例えば、密着層としてＴｉ膜を形成した後に、不活性電極としてＲｕ膜を形成することが好ましい。このようにして、受光素子アレイ１１０を準備することができる。固体電解質１３６の形成では、例えば、ポリマー固体電解質を溶媒と共に塗布し、２００℃で３０分間の熱処理によって安定化させる。

読み出し回路アレイ１２０は、例えばいわゆるＣＭＯＳプロセスにより準備することができる。読み出し回路アレイ１２０の電極１２３は、例えばＣｕを用いたデュアルダマシン法により形成する。最上層のＣｕ配線を電極１２３（活性電極）として用いることができる。このようにして、読み出し回路アレイ１２０を準備することができる。固体電解質１３７の形成では、例えば、ポリマー固体電解質を溶媒と共に塗布し、２００℃で３０分間の熱処理によって安定化させる。

ポリマー固体電解質の塗布方法は特に限定されず、スピンコート法、ディップコート法、ニーダーコート法、カーテンコート法、及びブレードコート法が例示される。これらのうち、塗布効率等の点からスピンコート法が特に好ましい。固体電解質１３６及び固体電解質１３７の厚さは、例えば合計で５０ｎｍ以上５μｍ以下とする。

固体電解質１３６及び固体電解質１３７の形成後、図９（ａ）に示すように、受光素子アレイ１１０と読み出し回路アレイ１２０とを、固体電解質１３６と固体電解質１３７とが接するように互いに貼り合せる。固体電解質１３６及び固体電解質１３７が固体電解質１３０に含まれる。

その後、図９（ｂ）に示すように、基板１１１を薄化する。薄化では、例えば、予め基板１１１にエッチングストッパ層を形成しておき、このエッチングストッパ層が露出するまでエッチングを行う。このエッチング開始前に、バックグラインド等の基板研削方法を用いて予め基板を薄化しておいてもよい。受光素子アレイ１１０と読み出し回路アレイ１２０の間は固体電解質１３０が均一に形成されているため、基板研削を行う場合でもアンダーフィル等の処理は不要である。

このようにして、赤外線検知器１００を製造することができる。

この製造方法では、電極１１３と電極１２３との電気的接続のためにバンプを形成する必要がない。このため、従来の赤外線検知器を製造する場合と比較して、プロセスコストを低減することができ、また、熱負荷（サーマルバジェット）を低減して受光素子１１２の特性劣化を抑制することができる。リフトオフ法により微小なバンプを形成する場合、歩留まりが低下することがあるが、このような歩留まりの低下を回避することができるため、ピッチ５μｍ以下の微細化への対応が容易である。更に、金属架橋１３１が電極１１３と電極１２３との間に自己整合的に生成するため、バンプを用いる構成と比較して、電極１１３と電極１２３との間の位置ずれの許容範囲が広く、高い歩留まりが得やすい。

本実施形態に係る赤外線検知器１００では、上述のように、画素内で電極１１３と電極１２３との間に金属架橋１３１が生成して導通が確保されるため、電極１１３と電極１２３とが室温及び使用温度において厳密に正対している必要はない。ただし、使用温度において画素内の電極１１３と電極１２３とのずれが大きい場合、隣り合う画素間で金属架橋１３１が生成する可能性がある。このため、大きなずれが生じないように、貼り合せ（図９（ａ））に互いに正対する位置合わせマークを用いたり、貼り合せ後に互いに正対する導通チェックパターンを用いて位置合わせの確認を行ったりすることが好ましい。これらのマークやチェックパターンは使用温度付近の低温ではなく、貼り合わせや導通チェックを行う温度で正対するように設計することが望ましい。

赤外線検知器１００の製造に際して、所定の厚さの固体電解質１３０が得られる場合、固体電解質１３６又は固体電解質１３７を省略してもよい。この場合、活性電極の変質を防ぐため、不活性電極を覆う固体電解質を省略することが好ましい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は赤外線検知器を含む撮像装置の一例に関する。図１０は、第２の実施形態に係る撮像装置を示す図である。

第７の実施形態に係る撮像装置４００には、図１０に示すように、略円筒状の容器４１３が含まれ、容器４１３内に冷却ヘッド４１１が配置されている。冷却ヘッド４１１には、赤外線検知器１００が搭載されている。冷却ヘッド４１１は、例えば冷凍機又はペルチェ素子等の冷却装置にコールドフィンガ４１２を介して熱的に接続されており、冷却装置により冷却される。容器４１３の端部に赤外線透過窓４１４が設けられており、赤外線透過窓４１４を介して容器４１３内に赤外線が入射し、受光素子アレイ１１０に受光される。冷却ヘッド４１１の赤外線検知器１００等が搭載された面は、コールドシールド４１５により覆われている。撮像装置４００は、レンズ４２１の後方に配置して使用される。

このような冷却型の撮像装置４００では、室温と８０Ｋ〜１５０Ｋ程度の低温との間で降温と昇温とが繰り返される。受光素子アレイ１１０と読み出し回路アレイ１２０との間に熱膨張係数の大きな相違があるが、固体電解質１３０に適切な電圧を印加することで、熱膨張係数の相違に伴う電気的接続不良の発生を抑制することができる。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
読み出し回路アレイと、
前記読み出し回路アレイに実装された受光素子アレイと、
前記読み出し回路アレイと前記受光素子アレイとの間の固体電解質と、
を有し、
画素ごとに、前記固体電解質を間に挟むようにして、第１の電極が前記受光素子アレイに設けられ、第２の電極が前記読み出し回路アレイに設けられており、
前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの一方が活性電極であり、他方が不活性電極であることを特徴とする赤外線検知器。

（付記２）
前記固体電解質はポリマー固体電解質であることを特徴とする付記１に記載の赤外線検知器。

（付記３）
前記第１の電極が不活性電極であり、第２の電極が活性電極であることを特徴とする付記１又は２に記載の赤外線検知器。

（付記４）
前記読み出し回路アレイは、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して前記固体電解質中の金属架橋の生成及び消滅を制御するバイポーラ型の駆動回路を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の赤外線検知器。

（付記５）
前記駆動回路は、７０Ｋ以上１５０Ｋ以下の第１の温度にて前記金属架橋を生成する電圧を印加することを特徴とする付記４に記載の赤外線検知器。

（付記６）
前記駆動回路は、前記金属架橋を生成する際に、読み出し時と同じ極性の電圧を印加することを特徴とする付記５に記載の赤外線検知器。

（付記７）
前記駆動回路は、２７３Ｋ以上の第２の温度にて前記金属架橋が消滅しているように電圧を印加することを特徴とする付記４に記載の赤外線検知器。

（付記８）
前記駆動回路は、前記金属架橋を消滅する際に、読み出し時と同じ極性の電圧を印加することを特徴とする付記７に記載の赤外線検知器。

（付記９）
前記第１の電極のピッチと前記第２の電極のピッチとが、７０Ｋ以上１５０Ｋ以下の第１の温度にて実質的に一致することを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項に記載の赤外線検知器。

（付記１０）
前記活性電極はＣｕ、Ａｇ又はＡｌを含み、前記不活性電極はＰｄ、Ｐｔ又はＲｕを含むことを特徴とする付記１乃至９のいずれか１項に記載の赤外線検知器。
（付記１１）
付記１乃至９のいずれか１項に記載の赤外線検知器と、
前記赤外線検知器を冷却する冷却装置と、
を有することを特徴とする撮像装置。

１００：赤外線検知器
１１０：受光素子アレイ
１１１：基板
１１２：受光素子
１１３：電極
１２０：読み出し回路アレイ
１２１：基板
１２３：電極
１３０、１３６、１３７：固体電解質
１３１：金属架橋
４００：撮像装置

Claims

読み出し回路アレイと、
前記読み出し回路アレイに実装された受光素子アレイと、
前記読み出し回路アレイと前記受光素子アレイとの間の固体電解質と、
を有し、
画素ごとに、前記固体電解質を間に挟むようにして、第１の電極が前記受光素子アレイに設けられ、第２の電極が前記読み出し回路アレイに設けられており、
前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの一方が活性電極であり、他方が不活性電極であり、
前記読み出し回路アレイは、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して前記固体電解質中の金属架橋の生成を制御する駆動回路を有し、
前記受光素子アレイが印加電圧の極性に依存した整流性が小さい受光素子アレイである場合、読み出し時に印加する電圧の極性及び前記金属架橋を生成する際に印加する電圧の極性は、互いに同じで、前記受光素子アレイが印加電圧の極性に依存した整流性が大きい受光素子アレイである場合、読み出し時に印加する電圧の極性及び前記金属架橋を生成させる際に印加する電圧の極性は、互いに逆である、
ことを特徴とする赤外線検知器。
前記固体電解質はポリマー固体電解質であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検知器。
前記第１の電極が不活性電極であり、第２の電極が活性電極であることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検知器。
前記第１の電極のピッチと前記第２の電極のピッチとが、７０Ｋ以上１５０Ｋ以下の第１の温度にて実質的に一致することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の赤外線検知器。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の赤外線検知器と、
前記赤外線検知器を冷却する冷却装置と、
を有することを特徴とする撮像装置。