JP5691502B2 - 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
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(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、前記支持部材上に形成され、下部電極と上部電極によって焦電材料層を挟んだ構造を有する熱検出素子と、前記熱検出素子上に形成されている光吸収層と、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、少なくとも一部の波長域の光に対して光透過性を有し、かつ前記光吸収層の内部に形成されている集熱部を備える熱伝達部材と、を含み、前記下部電極は、平面視で、前記焦電材料層の周囲に延在する延在部分を有し、前記延在部分は、前記熱伝達部材の前記集熱部を透過した光のうちの少なくとも一部を反射する光反射特性を有する。
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。
まず、図1(B)を参照して、断面構造について説明する。
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、熱検出素子としての焦電キャパシター230と、焦電キャパシター230の表面を覆う絶縁層250と、第1光吸収層(例えばSiO2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SiO2層)272と、を有する。
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)102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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
232 焦電材料層(PZT層等)、
232a,232b アーム部の端部、
234 下部電極(第1電極)、
RX 下部電極(第1電極)の延在部分(張り出し部分あるいは拡張部分)、
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)
- 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、
前記支持部材上に形成され、下部電極と上部電極によって焦電材料層を挟んだ構造を有する熱検出素子と、
前記熱検出素子上に形成されている光吸収層と、
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、少なくとも一部の波長域の光に対して光透過性を有し、かつ前記光吸収層の内部に形成されている集熱部を備える熱伝達部材と、を含み、
前記下部電極は、平面視で、前記焦電材料層の周囲を囲むように延在する延在部分を有し、前記延在部分は、前記熱伝達部材の前記集熱部を透過した光のうちの少なくとも一部を反射する光反射特性を有することを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1記載の熱型光検出器であって、
前記光吸収層は、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。 - 請求項2記載の熱型光検出器であって、
前記光吸収層は、
前記熱伝達部材と前記熱検出素子の前記下部電極における前記延在部分との間において、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、
を有することを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項3に記載の熱型光検出器であって、
前記下部電極の延在部分の表面と前記第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ことを特徴とする熱型光検出器。 - 請求項1〜請求項4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。 - 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。
- 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。
- 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、下部電極と上部電極によって焦電材料層を挟んだ構造を有し、かつ、前記下部電極が、平面視で、前記焦電材料層の周囲を囲むように延在する延在部分を有すると共に、前記延在部分が、到来する光を反射する光反射特性を有する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、熱伝導性と、少なくとも一部の波長域の光に対する光透過性と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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