(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
光吸収膜を含む熱型光検出素子と、
前記基板との間に空洞部を形成して前記熱型光検出素子を支持すると共に、前記基板に支持されている支持部材と、
前記基板から前記支持部材に向けて突出して前記支持部材を支持する複数の支柱と、
前記基板から前記支持部材に向けて突出する少なくとも一本の補助支柱と、
を含み、
前記支持部材は、前記熱型光検出素子を搭載する搭載部と、一端が前記搭載部に連結され、他端が前記基板に支持され、第１方向に沿って逆向きに延びる部分を含む第１アームおよび第２アームと、を有し、
前記搭載部、前記第１アームおよび前記第２アームの各々は、
前記基板側に設けられる、横断面の形状の横幅が第１幅に設定されている第１部材と、
前記熱型光検出素子側において前記第１部材に対向して設けられ、横断面の形状の横幅が前記第１幅に設定されている第２部材と、
前記第１部材と第２部材とを連結すると共に、横断面の形状の高さが所定高さに設定され、かつ前記横断面の形状の横幅が前記第１幅よりも小さい第２幅に設定されている第３部材と、
を有し、
前記第１部材と、前記第２部材と、前記第３部材とで構成される立体構造の横断面は、Ｈ型断面であり、
前記搭載部における前記第３部材は、
前記第１アームにおける前記第３部材に連接すると共に、前記第１方向に延出する第１部分と、
前記第２アームにおける前記第３部材に連接すると共に、前記第１方向に延出する第２部分と、
前記第１部分および前記第２部分の各々に接続されると共に、前記第１方向と垂直な方向である第２方向に延出する第３部分と、
を有し、
前記支持部材は、前記空洞部に臨む面に、前記少なくとも一本の補助支柱の頂面と対向する面を底面とする凹部を有し、
前記少なくとも一本の補助支柱の突出全長は、前記基板と、前記支持部材に設けられた前記凹部の前記底面と、の間の最大距離よりも短く、前記複数の支柱の突出全長と等しく設定されていることを特徴とする熱型光検出器。
【請求項２】
請求項１記載の熱型光検出器であって、
前記搭載部における前記第３部材は、
前記第１部分および前記第２部分と平行に設けられる複数の第４部分をさらに有することを特徴とする熱型光検出器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱型光検出器であって、
前記熱型光検出素子は、赤外線検出素子であることを特徴とする熱型光検出器。
【請求項４】
請求項１または２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５】
請求項１または２に記載の熱型光検出器を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項４に記載の熱型光検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項１に記載された熱型光検出器の製造方法であって、
第１犠牲層を、前記空洞部となるべき空間を埋めるように前記基板上に形成する工程と、
前記少なくとも一本の補助支柱が第１補助支柱を含むとした場合に、前記第１犠牲層をパターニングして、前記複数の支柱および前記第１補助支柱が形成される領域にそれぞれ開口部を形成する工程と、
前記開口部に、前記第１犠牲層とは異なる材料を埋め込んで支柱層および第１補助支柱層を形成する工程と、
前記第１犠牲層上に、第２犠牲層と第３犠牲層とを有する前記支持部材を形成する工程と、
前記支持部材上に、前記熱型光検出素子を形成する工程と、
前記第１犠牲層を除去する工程と、
前記第２犠牲層および前記第３犠牲層を除去する工程と、
を含み、
前記第２犠牲層は、前記第１部材と、前記第２部材と、前記第３部材と、前記第３部材に隣接する、前記第１幅と前記第２幅との差に対応する空間を埋めるように設けられる、前記第１犠牲層の構成材料とは異なる材料で構成され、
前記第３犠牲層は、前記第１補助支柱層に連接し、前記支柱層、前記第１補助支柱層および前記第１犠牲層の各々の構成材料とは異なる材料からなり、前記第２犠牲層と同じ材料からなり、かつ、前記凹部の深さに相当する膜厚が設定されることを特徴とする熱型光検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型光検出器、熱型光検出装置、電子機器および熱型光検出器の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱型光検出器としては、熱電対型素子（サーモパイル）、焦電型素子あるいはボロメーター等がある。熱電対型素子（サーモパイル）は、光吸収に伴う光吸収膜の温度上昇を、熱伝対によって直接的に検出する。
【０００３】
焦電型素子は、光吸収に伴う光吸収膜の温度上昇を、強磁性体の焦電効果（パイロ電子効果）を利用して検出する。例えば、強誘電体(ＰＺＴ:チタン酸ジルコン酸鉛)やタンタル酸リチウム等の誘電率の大きな結晶体は、加熱したり冷却したりすると電気分極量の変化を生じる。すなわち、温度変化があると自発分極量に変化が生じて表面電荷量に変化が生じ、温度変化がないと表面電荷は中和する。分極状態が変化するのに伴い、強誘電体結晶の両端に接続される各電極間に表面電荷量の変化により生じた焦電流が流れる。焦電流（または分極量変化に伴う誘電率、分極量）を検出することによって、照射された光（赤外線等）の光量を検出することができる。
【０００４】
また、ボロメーターは、光吸収に伴う温度上昇を、例えば感熱抵抗素子の抵抗値の変化として検出する。
【０００５】
熱型光検出素子は冷却装置をもたない構造であるのが通常である。よって、素子を気密パッケージに収容する等して、素子を減圧環境下に置き、さらに基板や周辺膜と熱分離して、受光した光（赤外線等）によって生じる熱が周囲へ極力拡散しない構造とする必要がある。熱の基板への散逸を防いで熱型光検出素子の検出特性の低下を抑制するためには、例えば、基板と熱型光検出素子との間に、熱分離用の空洞部を設ける構造を採用することが有効である（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。特許文献１には、熱分離用の空洞部を有する熱型赤外線アレイセンサーが示され、特許文献２には、熱分離用の空洞部を有する焦電型赤外線検出素子が示されている。
【０００６】
また、素子を支持する支持部材におけるアーム部の断面形状を、支持強度の向上のためにＵ字状等にする例は、例えば特許文献３および特許文献４に記載されている。特許文献３では、アームの断面形状は「Ｕ字，Ｌ字，Ｔ字」に限定されている。また、特許文献４では、アーム断面形状は「Ｕ字，Ｌ字」に限定されている。
【０００７】
また、熱型光検出素子の一つである赤外線検出素子は、小規模素子分野では、例えば人感センサーに応用され、大規模アレイ分野では、例えば赤外線カメラ装置に応用されている。かつては軍事技術として開発されたが、近年は民生品へ応用が進みはじめており、今後赤外線検出による様々な応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２０５９４４号公報
【特許文献２】特開２００２−２１４０３８号公報
【特許文献３】特開２００６−１９４８９４号公報
【特許文献４】特開平８−２８５６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
熱の基板への散逸を防いで熱型光検出素子の検出特性の低下を抑制するためには、素子を支持する支持部材におけるアーム部の熱容量を小さくすることが有効である。例えば、アーム部の断面積を小さくすると、支持部材の熱容量は小さくなる。しかし単に、アーム部の断面積を小さくすると（例えば、アーム部を構成する材料層の厚みを単に薄くすると）、アーム部の機械強度が確保できない。
【００１０】
本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、熱型光検出器における支持部材の熱容量の低減と、機械的強度の確保とを両立することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明の熱型光検出器の一態様では、基板と、光吸収膜を含む熱型光検出素子と、前記熱型光検出素子を支持すると共に、前記基板に支持されている支持部材と、を含み、前記支持部材は、前記熱型光検出素子を搭載する搭載部と、一端が前記搭載部に連結され、他端が前記基板に支持された少なくとも一本のアーム部と、を有し、前記搭載部および前記少なくとも一本のアーム部に含まれる第１アーム、の少なくとも一方は、前記基板側に設けられる、横断面の形状の横幅が第１幅に設定されている第１部材と、前記熱型光検出素子側において前記第１部材に対向して設けられ、かつ横断面の形状の横幅が前記第１幅に設定されている第２部材と、前記第１部材と第２部材とを連結すると共に、少なくとも一つの横断面の形状の高さが所定高さに設定され、前記横断面の形状の横幅が前記第１幅よりも小さい第２幅に設定されている第３部材とを有する。
【００１２】
支持部材を構成するアーム部および載置部（素子載置部）の少なくとも一方は、第１部材、第２部材および第３部材で構成されるが、第３部材の体積が削減されていることから、熱容量および熱コンダクタンスを小さくすることができる。すなわち、互いに対向する第１部材および第２部材と、第１部材と第２部材とを連結する第３部材とによって、支持部材の少なくとも一部が構成される。第３部材の横断面の形状の横幅（第２幅）は、第１部材および第２部材の横断面の形状の横幅（共に第１幅）よりも小さく設定される。第１幅と第２幅との差分に対応した空間の容積分だけ、第３部材の体積が減じられ、よって支持部材の熱容量および熱コンダクタンスが低減される。
【００１３】
（２）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記第１部材と、前記第２部材と、一つの前記第３部材とで構成される立体構造の横断面は、Ｈ型断面である。
【００１４】
第１部材と、第２部材と、一つの第３部材とで構成される立体構造は、例えば、Ｈ型構造（第１部材と第２部材とを、両者に直交する第３部材で連結する構造）とすることができる。これによって、支持部材に要求される力学的強度を確保することができる。すなわち、建築材の組み立てに応用されるＨ型断面（あるいはＨ字型断面）をもつ立体構造を、支持部材の構造として採用することによって、支持部材の縦横方向の機械的強度を、十分にかつ無理なく確保することができる。
【００１５】
（３）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記少なくとも一本のアーム部は、一端が前記搭載部の一端に連結され、他端が前記基板に支持される前記第１アームと、一端が前記搭載部の他端に連結され、他端が前記基板に支持され、延在方向が前記第１アームと同じ方向である第２アームと、を有しており、かつ、前記第１アーム、前記第２アームならびに前記搭載部の各々は、前記第１部材、前記第２部材および前記第３部材によって構成されており、前記搭載部における前記第３部材は、前記第１アームにおける前記第３部材に連接すると共に、前記第１アームの延在方向である第１方向に延出する第１部分と、前記第２アームにおける前記第３部材に連接すると共に、前記第２アームの延在方向である前記第１方向に延出する第２部分と、前記第１部分および前記第２部分の各々に接続されると共に、前記第１方向と垂直な方向である第２方向に延出する第３部分と、を有する。
【００１６】
載置部は熱型光検出素子を搭載する部材であることから、平面視の面積は、アーム部よりも広い。そこで、本態様では、搭載部における第３部材の平面視における形状を、十字形状を有する形状とする。この十字形状は、複数箇所、設けることができる。これによって、搭載部における幅広の第２部材（素子側の部材）を安定に支持することができる。
【００１７】
つまり、搭載部における第３部材は、例えば平面視で、第１アームに連接し、かつ第１アームの延在方向である第１方向に延出する第１部分と、第２アームに連接し、かつ第２アームの延在方向である第１方向に延出する第２部分と、第１部分および第２部分に接続され、かつ第１方向と垂直な方向である第２方向に延出する第３部分と、を有している。第１部分と第２部分は、十字の形状の横棒の部分に相当し、第３部分は十字形状の縦棒の部分に相当する。
【００１８】
これによって、体積が減じられた第３部材であっても、搭載部における幅広の第２部材を、安定に支持することができる。
【００１９】
（４）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記基板および前記支持部材の少なくとも一方から他方に向けて突出する少なくとも一本の補助支柱をさらに含み、前記少なくとも一本の補助支柱の突出全長は、前記基板と前記支持部材との間の最大距離よりも小さく設定されている。
【００２０】
本態様では、上記の、支持部材自体の熱容量を低減する構造に加えて、製造工程における支持部材の撓み等を低減して、スティッキング等の問題を抑制するために、支持支柱を利用する。熱容量を低減するために支持部材の厚みを薄くすると、製造工程において、例えば、熱熱分離用の空洞の形成のためにウエットエッチングを使用した場合には、スティッキング（基板と支持部材との貼り付き（固着））が生じ易くなる。スティッキングは、例えば、ウエットエッチング後の乾燥工程において、液体の表面張力によって生じる。
【００２１】
スティッキングを抑制するためには、補助支柱を設けて、製造工程において支持部材を安定に支えるのが好ましいが、単純に補助支柱を設けると、熱伝達の経路となることから、熱容量や熱コンダクタンスが増えてしまう。
【００２２】
そこで、製造時には、補助支柱で支持部材を安定に支え、問題となる工程が終了すると、補助支柱を支持部材から切り離して、熱が逃げるのを防止するのが好ましい。例えば、補助支柱の全突出長をＬ０とし、基板と支持部材間の最大距離をＬ１（Ｌ１＞Ｌ０）とし、Ｌ１とＬ０の差分に相当する部分には犠牲層を形成しておく。そして、問題となる製造工程が終了した後に、犠牲層を除去すれば、補助支柱と支持部材とを分離することができる。
【００２３】
（５）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記熱型光検出素子は、赤外線検出素子である。
【００２４】
本態様によれば、熱容量が小さく（つまり熱感応性が高く）、熱コンダクタンス小さい赤外線検出素子を得ることができる。また、歩留まりよく（つまり、製造工程において、スティッキング等による不良が生じにくい）赤外線検出器を製造することもできる。
【００２５】
（６）本発明の熱型光検出装置の一態様では、上記いずれか記載の熱型光検出器が複数、２次元配置されている。
【００２６】
これによって、複数の熱型光検出器（熱型光検出素子）が２次元に配置された（例えば、直交２軸の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）が実現される。
【００２７】
（７）本発明の電子機器の一態様は、上記いずれかの熱型光検出器を含む。
【００２８】
上記いずれかの熱型光検出器は、熱容量が小さいために熱に対する感応性が高く、かつ製造時の歩留まりが高いことから、製造コストの低減も可能である。この熱型光検出器を有する電子機器も、同様の効果を享受することができる。例えば、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ができる。
【００２９】
（８）本発明の電子機器の一態様は、上記の熱型光検出装置を含む。
【００３０】
上記の熱型光検出装置は、熱容量が小さいために熱に対する感応性が高く、かつ製造時の歩留まりが高いことから、製造コストの低減も可能である。この熱型光検出装置を有する電子機器も、同様の効果を享受することができる。電子機器の好適な例としては、例えば、光（温度）分布画像を出力するサーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラ等があげられる。
【００３１】
（９）本発明の熱型光検出器の製造方法の一態様は、基板と、光吸収膜を含む熱型光検出素子と、前記熱型光検出素子を支持すると共に、前記基板に支持されている支持部材と、を含み、前記支持部材は、前記熱型光検出素子を搭載する搭載部と、一端が前記搭載部に連結され、他端が前記基板に支持された少なくとも一本のアーム部と、を有し、前記搭載部および前記少なくとも一本のアーム部に含まれる第１アーム、の少なくとも一方は、前記基板側に設けられる、横断面形状の横幅が第１幅に設定されている第１部材と、前記熱型光検出素子側において前記第１部材に対向して設けられ、横断面形状の横幅が前記第１幅に設定されている第２部材と、前記第１部材と第２部材とを連結すると共に、少なくとも一つの横断面の形状の高さが所定高さに設定され、その横幅が前記第１幅よりも小さい第２幅に設定されている第３部材と、を有する熱型光検出器の製造方法であって、第１犠牲層を、前記基板と前記支持部材との間の空洞部となるべき空間を埋めるように前記基板上に形成する工程と、前記第１犠牲層上に、前記第１部材と、前記第２部材と、前記第３部材と、前記第３部材に隣接する、前記第１幅と前記第２幅との差に対応する空間を埋めるように設けられる、前記第１犠牲層の構成材料とは異なる材料で構成される第２犠牲層と、を有する前記支持部材を形成する工程と、前記支持部材上に、前記熱型光検出素子を形成する工程と、前記第１犠牲層を除去する工程と、前記第２犠牲層を除去する工程と、を含む。
【００３２】
本態様では、基板と支持部材との間の空洞部の形成のために第１犠牲層を利用し、また、体積が減じられた第３部材（支持部材の構成要素の一つ）を形成するために第２犠牲層を使用する。第１犠牲層と第２犠牲層は、異なる材料で構成される。
【００３３】
第１犠牲層は、空洞部となるべき空間を埋めるように基板上に形成される。第２犠牲層は、第３部材に隣接する、第１幅と第２幅との差に対応する空間を埋めるように設けられる。第１犠牲層を除去することによって、熱分離用の空洞部が形成される。また、第２犠牲層を除去することによって、体積が減じられた第３部材が得られる。
【００３４】
（１０）本発明の熱型光検出器の製造方法の他の態様では、前記熱型光検出器は、前記基板および前記支持部材の少なくとも一方から他方に向けて突出する少なくとも一本の補助支柱をさらに含み、前記少なくとも一本の補助支柱が第１補助支柱を含むとした場合に、前記第１補助支柱としての補助支柱層を形成する工程と、前記第１補助支柱層に連接し、前記補助支柱層および前記第１犠牲層の各々の構成材料とは異なる材料からなり、前記第２犠牲層と同じ材料からなり、かつ、前記第１補助支柱層の突出長と前記第１犠牲層の膜厚に相当する突出長とを合計した合計突出長が、前記基板と前記支持部材との間の前記最大距離となるように、前記膜厚が設定された第３犠牲層を形成する工程と、を含む。
【００３５】
本態様は、補助支柱を形成する工程と、補助支柱を支持部材から切り離す工程と、をさらに含む。補助支柱と支持部材との間の空隙の形成のために第３犠牲層が設けられる。第３犠牲層の材料としては、第２犠牲層の材料と同じものを用いることができる。
【００３６】
つまり、補助支柱に連接して第３犠牲層（第３犠牲層が柱状にパターニングされる場合には犠牲支柱あるいは犠牲スペーサーということができる）を形成しておく。第２犠牲層上に、支持部材を形成すれば、補助支柱および第３犠牲層（犠牲支柱）によって、支持部材を安定に支持することができ、これによって、実質的に、支持部材の機械的強度が向上したことになる。
【００３７】
例えば、支持部材が形成された後（例えば、熱型光検出素子の少なくとも一部が形成された後）に、第１犠牲層を選択的に除去し、これによって、熱分離用の空洞部を形成する。このとき、支持部材は、補助支柱および犠牲層（犠牲支柱）によって、基板（センサー基部）上に支持されていることから、変位や変形が抑制され、ウエットエッチングによって第１犠牲層を除去した場合であっても、スティッキング（液体の表面張力によって支持部材の一部と基板とが固着する現象）の発生が抑制される。
【００３８】
この後、第３犠牲層を除去すれば、補助支柱と支持部材との間に空隙が形成される。熱型光検出素子が、例えば気密封止パッケージの減圧環境におかれることによって、空隙による熱分離機能が高まる。空隙の形成によって、補助支柱を経由する放熱経路が遮断される。よって、補助支柱の存在は、支持部材の熱容量や熱コンダクタンスには影響を与えない。
【００３９】
このように、本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、熱型光検出器における支持部材の熱容量の低減と、機械的強度の確保とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、熱型光検出器における支持部材（メンブレン）の平面形状および断面構造について説明するための図
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、熱型光検出器の製造方法の一例の概要を説明するための図
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、熱型光検出器の製造方法の他の例の概要を説明するための図
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｉ）は、熱型光検出器の製造方法の具体例の一例を説明するための図
【図５】支持部材の横断面形状の変形例を示す図
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、補助支柱を有する熱型光検出器の一例（ここでは、焦電型赤外線検出器とする）の構成を説明するための図
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、補助支柱を有し、かつ、支持部材の熱容量が低減された熱型光検出器の立体構造の一例を示す図
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、補助支柱を有し、かつ、支持部材の熱容量が低減された熱型光検出器の立体構造の製造方法の一例を示す図
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、補助支柱を有し、かつ、支持部材の熱容量が低減された熱型光検出器の立体構造の製造方法の一例を示す図
【図１０】図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、補助支柱を有し、かつ、支持部材の熱容量が低減された熱型光検出器の立体構造の製造方法の一例を示す図
【図１１】図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、補助支柱を有し、かつ、支持部材の熱容量が低減された熱型光検出器の立体構造の製造方法の一例を示す図
【図１２】熱型光検出器の他の例（基板上にトランジスター等の回路素子が形成された例）を示す図
【図１３】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
【図１４】図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、補助支柱を有するボロメーターの例を示す図
【図１５】熱型光検出器や熱型光検出装置を含む電子機器の構成の一例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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。
【００４２】
（第１の実施形態）
まず、支持部材の平面形状ならびに横断面の立体構造について説明する。
【００４３】
（支持部材の平面形状ならびに横断面の立体構造）
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、熱型光検出器における支持部材（メンブレン）の平面形状および断面構造について説明するための図である。図１（Ａ）は、熱型光検出器における支持部材（メンブレン）の平面視における形状（一部、透視図）を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図（第１アームの横断面図）であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｃ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図（搭載部の横断面図）である。
【００４４】
支持部材（メンブレン）５０は、例えば複数の薄膜を重ね合わせて形成され、横断面の形状は立体構造を有する。この支持部材５０は、熱型光検出素子（図１では不図示）を、熱分離用の空洞部（図１では不図示）上で支持する。
【００４５】
図１（Ａ）に示すように、支持部材（メンブレン）５０は、熱型光検出素子が搭載される搭載部５１と、一端が搭載部５１に連結され、他端が基板に支持された少なくとも一本のアーム部５２（５２ａ，５２ｂ）と、を有する。図１（Ａ）では、アーム部５２を支持する基板は不図示である。なお、基板はセンサーの土台となる基部であり、広義に解釈することができる。つまり、狭義の基板上に形成される各種の膜や層（層間絶縁膜、層間絶縁層、導体膜、導体層等）も、基板（広義の基板）の一部と考えることができる。
【００４６】
少なくとも一本のアーム部５２は、一端が搭載部５１の一端に連結され、他端が基板の一方の側（図中、左側）に支持される第１アーム５２ａと、一端が搭載部５１の他端に連結され、他端が基板の他方の側（図中、右側）に支持され、延在方向が第１アームと同じ方向である第２アーム５２ｂと、を有している。
【００４７】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示されるように、搭載部５１、第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂの少なくとも一方（図１の例では、搭載部５１、第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂの双方）は、その横断面の形状がＨ型（Ｈ型断面）である。つまり、第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂの少なくとも一方の、横断面の立体構造は、Ｈ型構造（Ｈ字型構造）である。
【００４８】
このＨ型構造は、互いに対向して設けられる第１部材４１および第２部材４５と、第１部材と第２部材とを連結する第３部材４３と、を有している。第１部材４１は基板側（すなわち下側）に設けられ、第２部材４５は熱型光検出素子側（すなわち上側）に設けられる。また、第３部材４３は、第２部材４５を支える部材とみることもできる。第３部材４３は、第２部材４５を中央で支えている。第３部材４３の高さはＨである。
【００４９】
第１部材４１、第２部材４５および第３部材４３の構成材料は特に問わないが、例えばいずれの部材もシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）で構成することができる。
【００５０】
第１部材４１は、第１方向ＤＲ１に沿う軸（例えばＸ軸）と第２方向ＤＲ２に沿う軸（例えばＹ軸）によって規定されるＸＹ平面に平行に設けられている。第２部材４５も、ＸＹ平面に平行に存在するが、第１部材４１と第２部材４５とは距離Ｈだけ離間している。
【００５１】
また、図１（Ｂ）に示すように、第１アーム５２ａの横断面の立体構造に関して、第１部材４１の横断面の形状の横幅はＷ１であり、同じく、第２部材４５の横断面の形状の横幅はＷ１である。一方、第３部材４３の横断面の横幅はＷ２（Ｗ２＜Ｗ１）である。第３部材４３の両側には空隙Ｇが形成されており、その空隙Ｇの空間の容積の分だけ、第３部材４３の体積が減じられている。第３部材４３の両側に設けられた空隙Ｇの各々は、第１凹部９００ａ，第２凹部９００ｂとみることができる。Ｗ１を第１幅とし、Ｗ２を第２幅とすると、第１幅Ｗ１＞第２幅Ｗ２が成立する。
【００５２】
また、図１（Ｃ）に示されるように、搭載部５１の横断面の立体構造に関して、第１部材４１の横断面の形状の横幅はＷ３であり、同じく、第２部材４５の横断面の形状の横幅はＷ３である。一方、一本の第３部材４３の横断面の横幅はＷ２（Ｗ２＜Ｗ３）である。
【００５３】
第３部材４３は、搭載部５１においては、図１（Ａ）において点線で示されるように、平面視で、魚の骨のような形状を有している。これに伴い、搭載部５１の横断面の立体構造に関して、図１（Ｃ）に示されるように、複数の空隙Ｇが形成されている。その空隙Ｇの空間の容積の分だけ、第３部材４３の体積が減じられている。Ｗ３を第１幅とし、Ｗ２を第２幅とすると、第１幅Ｗ３＞第２幅Ｗ２が成立する。図１（Ｃ）においては、３カ所（点線で囲まれて示されるＺ１〜Ｚ３の各々）において、Ｈ型構造が採用されている。
【００５４】
このように、第１幅（Ｗ１またはＷ３）と第２幅（Ｗ２）との差分に対応した空間（空隙Ｇ）の容積分だけ、第３部材４３の体積が減じられ、よって支持部材５０の全体の熱容量が低減され、また、断面積が低下して熱が逃げにくくなることから、熱コンダクタンスも低減される。
【００５５】
一方、立体構造として、例えば、Ｈ型構造（第１部材４１と第２部材４５とを、両者に直交する第３部材４３で連結する構造）を採用することによって、立体構造の、必要な力学的強度を確保することができる。すなわち、建築材の組み立てに応用されるＨ型構造（あるいはＨ字型構造）を採用することによって、支持部材５０の縦横方向の機械的強度を、無理なく確保することができる。
【００５６】
Ｈ型構造によれば、例えば、支持部材５０に上（素子側）からの加重が加わった場合でも、第３部材４３がその加重を受け止めることから、縦方向の機械的強度は高い。Ｈ型構造は、左右のバランスに優れていることから、支持部材５０に、横方向（アーム部５２の延在方向）の加重が加わった場合でも各部の変位が抑制され、横方向にも安定している。
【００５７】
また、図１（Ａ）に示されるように、搭載部５１は、熱型光検出素子を搭載する部材であることから、平面視の面積は、アーム部よりも広い。搭載部５１を安定的に支持するために、図１（Ａ）の例では、搭載部５１における第３部材４３の平面視における形状を、十字形状を有する形状とし、この十字形状（十字形状は複数箇所、設けることができる）によって、搭載部５１における幅広の第２部材４５を安定に支持している。
【００５８】
図１（Ａ）に示されるように、搭載部５１における第３部材４３は、平面視で魚の骨のような形状を有し、３カ所において十字形状が用いられている。例えば、図１（Ａ）において、第３部材４３は、一点鎖線で囲んで示される第１部分４３ａおよび第２部分４３ｂと、二点鎖線で囲まれて示される第３部分４３ｄと、を有している。
【００５９】
つまり、搭載部５１における第３部材４３は、平面視で、第１アーム５２ａに連接し、かつ第１アーム５２ａの延在方向である第１方向ＤＲ１に延出する第１部分４３ｃと、第２アーム５２ｂに連接し、かつ第２アーム５２ｂの延在方向である第１方向ＤＲ１に延出する第２部分４３ｄと、第１部分４３ｃおよび第２部分４３ｄに接続され、かつ第１方向ＤＲ１と垂直な方向である第２方向ＤＲ２に延出する第３部分４３ｅと、を有している。第１部分４３ｃと第２部分４３ｄは、十字の形状の横棒の部分に相当し、第３部分４３ｅは十字形状の縦棒の部分に相当する。
【００６０】
これによって、体積が減じられた第３部材４３（つまり、魚の骨のような形状の第３部材４３）であっても、搭載部５１における幅広の第２部材４５を安定に支持することができる（図１（Ｃ）参照）。
【００６１】
このように、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示される支持部材の立体構造を使用することによって、熱型光検出器における支持部材５０の熱容量の低減と、機械的強度の確保とを両立させることができる。
【００６２】
（熱型光検出器の製造方法の概要）
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、熱型光検出器の製造方法の一例の概要を説明するための図である。図２の例では、アーム部５２においてのみ、第３部材４３の体積を低減する加工を実施するものとする。
【００６３】
図２（Ａ）の工程では、シリコン基板（材質はシリコンに限定されるものではない）１１上に、例えば、第１犠牲層（例えばＳｉＯ２層）７０と、ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４膜／ＴｉＮ膜の重ね膜５４とが、互いに隣接して形成される（具体的な膜構成の一例は、図１２に示される）。ＴｉＮ膜は、第１犠牲層７０の除去の際のエッチングストッパー、ならびに支持部材５０のパターニングの際のエッチングストッパーとして機能する。第１犠牲層（例えばＳｉＯ２層）７０は、熱分離用の空洞部の形成のために使用される。
【００６４】
ここで、「基板」という用語は、狭義にはシリコン基板１１の意味で使用することができ、また、広義には（特に、製造工程の説明においては）、シリコン基板１１上に形成されるＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４膜／ＴｉＮ膜５５を含めた構造体（支持部材５０を支える土台となる基部：センサー基部）を基板ということもできる。図２の例では、シリコン基板１１上に形成されるＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４膜／ＴｉＮ膜を含めた構造体を基板ＢＳ（広義の基板）と呼んでいる。
【００６５】
基板ＢＳ上には、支持部材５０（メンブレン）が形成される。支持部材５０は、例えばＳｉ３Ｎ４膜で構成される第１部材４１，第２部材４５および第３部材４３と、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）で構成される第２犠牲層８０と、を含んでいる。また、支持部材５０は、上述のとおり、第１アーム５２ａと、第２アーム５２ｂと、搭載部５１とを含む。ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）で構成される第２犠牲層８０は、第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂにおいてのみ設けられる。また、搭載部５１上には、赤外線検出素子５が形成される（図２では、光吸収膜となる層は省略されている）。
【００６６】
図２（Ｂ）の工程では、第１犠牲層（ＳｉＯ２層）７０を、例えば弗酸系のエッチング液を用いて除去する。これによって、支持部材５０と基板ＢＳとの間に空洞部１０が形成される。空洞部１０は、支持部材５０を基板ＢＳから熱的に分離する機能を有する。
【００６７】
図２（Ｃ）の工程では、第２犠牲層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）８０を、例えばドライエッチングによって除去する。これによって、第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂの立体構造において、空隙Ｇが形成され、体積が減じられた第３部材４３が得られる。よって、アーム部５２（第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂ）の熱容量および熱コンダクタンスが低減される。
【００６８】
次に、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照する。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、熱型光検出器の製造方法の他の例の概要を説明するための図である。図３の例では、図１（Ａ）で示したように、アーム部５２および搭載部５１の双方において、第３部材４３の体積を低減する加工を実施する。
【００６９】
図３（Ａ）の工程では、シリコン基板（材質はシリコンに限定されるものではない）１１上に、例えば、第１犠牲層（例えばＳｉＯ２層）７０と、ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４膜／ＴｉＮ膜の重ね膜５４とが、互いに隣接して形成される。ＴｉＮ膜は、第１犠牲層７０の除去の際のエッチングストッパー、ならびに支持部材５０のパターニングの際のエッチングストッパーとして機能する。第１犠牲層（例えばＳｉＯ２層）７０は、空洞部（熱分離用の空洞部）の形成のために使用される。
【００７０】
基板ＢＳ上には、支持部材５０（メンブレン）が形成される。支持部材５０は、例えばＳｉ３Ｎ４膜で構成される第１部材４１，第２部材４５および第３部材４３と、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）で構成される第２犠牲層８０と、を含んでいる。また、支持部材５０は、上述のとおり、第１アーム５２ａと、第２アーム５２ｂと、搭載部５１とを含む。第２犠牲層８０は、第１アーム５２ａ、第２アーム５２ｂおよび搭載部５１の各々において設けられる。また、搭載部５１上には、赤外線検出素子５が形成される（図３では、光吸収膜となる層は省略されている）。
【００７１】
図３（Ｂ）の工程では、第１犠牲層（ＳｉＯ２層）７０を、例えば弗酸系のエッチング液を用いて除去する。これによって、支持部材５０と基板ＢＳとの間に空洞部１０が形成される。空洞部１０は、支持部材５０を基板ＢＳから熱的に分離する機能を有する。
【００７２】
図３（Ｃ）の工程では、第２犠牲層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）８０を、例えばドライエッチングによって除去する。これによって、第１アーム５２ａ、第２アーム５２ｂならびに搭載部５１の各々の立体構造において空隙Ｇが形成され、これによって、体積が減じられた第３部材４３が得られる。よって、支持部材５０（第１アーム５２ａ、第２アーム５２ｂならびに搭載部５１の各々）における熱容量および熱コンダクタンスが低減される。
【００７３】
（具体的な製造方法の一例）
図４（Ａ）〜図４（Ｉ）は、熱型光検出器の製造方法の具体例の一例を説明するための図である。図４（Ａ）の工程では、図２（Ａ）の工程で説明したように、シリコン基板１１上に、例えば、第１犠牲層（例えばＳｉＯ２層）７０と、ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４膜／ＴｉＮ膜の重ね膜５４とが、互いに隣接して形成される。なお、図４（Ａ）では、第１犠牲層（例えばＳｉＯ２層）７０は図示されていない。
【００７４】
図４（Ｂ）の工程では、Ｓｉ３Ｎ４層４１および第２犠牲層（ポリシリコン層）８０を形成する。Ｓｉ３Ｎ４層４１は、支持部材５０の立体構造を形成する第１部材となる層である。
【００７５】
図４（Ｃ）の工程では、第２犠牲層（ポリシリコン層）８０に開口部ＯＰを形成する。図４（Ｄ）の工程では、第２犠牲層（ポリシリコン層）８０に形成された開口部ＯＰに、Ｓｉ３Ｎ４層４３を埋め込む。Ｓｉ３Ｎ４層４３は、支持部材５０の立体構造を形成する第３部材となる層である。図４（Ｅ）の工程では、Ｓｉ３Ｎ４層４５を形成する。Ｓｉ３Ｎ４層４５は、支持部材５０の立体構造を形成する第２部材となる層である。図４（Ｆ）では、支持部材５０をパターニングして、例えば、図２（Ａ）に示されるような形状に加工する。
【００７６】
図４（Ｇ）の工程では、熱型光検出素子（ここでは焦電型の赤外線検出素子とする）５を形成する。熱型光検出素子（焦電型の赤外線検出素子）５は、下部電極１と、今日誘電体層（ＰＺＴ層）２と、上部電極３と、光（赤外線を含む）吸収層４と、を有する。
【００７７】
この後、図２（Ｂ）に示したように、第１犠牲層（ＳｉＯ２層）７０を除去して、空洞部１０を形成する（図４ではこの工程は図示されない）。次に、図４（Ｈ）（ならびに図２（Ｃ））に示すように、第２犠牲層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）８０を、例えばドライエッチングによって除去する。これによって、第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂの立体構造において、空隙Ｇが形成され、体積が減じられた第３部材４３が得られる。したがって、アーム部５２（第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂ）の熱容量および熱コンダクタンスが低減される。
【００７８】
図４（Ｉ）には、アーム部５２（第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂ）における横断面の形状の、好ましい寸法の一例が示される。アーム５２は、縦寸法および横寸法が共に３μｍである。第１部材４１の厚みは０．５μｍであり、第２部材４５の厚みも０．５μｍである。第３部材４３の高さは２μｍであり、横幅は１μｍである。第３部材４３は、第１部材４１および第２部材４５の中央部分に連接しており、上下左右にバランスのとれた立体構造となっている。よって、機械的強度が向上する。
【００７９】
（第２実施形態）
図５は、支持部材の横断面形状の変形例を示す図である。図５の例では、支持部材５０の横断面の立体形状において、第２犠牲層が完全に除去されずに残存している。図５では、この第２犠牲層の残存部には、参照符号８０’を付している。第２犠牲層８０’は、補強部材として機能する。第２犠牲層８０’が残存することによって、例えば、第３部材４５を支持する部分の面積が増大し、Ｈ型構造の機械的強度が向上する。
【００８０】
（第３実施形態）
本実施形態では、上記の、支持部材５０自体の熱容量を低減する構造に加えて、製造工程における支持部材５０の撓み等を低減して、スティッキング等の問題を抑制するために、支持支柱を利用する。熱容量を低減するために支持部材５０の厚みを薄くすると、製造工程において、例えば、熱熱分離用の空洞の形成のためにウエットエッチングを使用した場合には、スティッキング（基板と支持部材との貼り付き（固着））が生じ易くなる。スティッキングは、例えば、ウエットエッチング後の乾燥工程において、液体の表面張力によって生じる。
【００８１】
スティッキングを抑制するためには、補助支柱を設けて、製造工程において支持部材を安定に支えるのが好ましいが、単純に補助支柱を設けると、熱伝達の経路となることから、熱容量や熱コンダクタンスが増えてしまう。
【００８２】
そこで、製造時には、補助支柱で支持部材を安定に支え、問題となる工程が終了すると、補助支柱を支持部材から切り離して、熱が逃げるのを防止するのが好ましい。例えば、補助支柱の全突出長をＬ０とし、基板と支持部材間の最大距離をＬ１（Ｌ１＞Ｌ０）とし、Ｌ１とＬ０の差分に相当する部分には第３犠牲層を形成しておく。そして、問題となる製造工程が終了した後に、犠牲層を除去すれば、補助支柱と支持部材５０とを分離することができる。
【００８３】
この第３犠牲層としては、例えば、支持部材５０の熱容量を低減するために形成される第２犠牲層８０の構成材料と同じ材料（ポリシリコン等）を用いることができる。この場合、第１犠牲層７０を除去して空洞部１０を形成した後、例えば、第２犠牲層および第３犠牲層を同一工程にて除去することによって、支持部材５０の熱容量の低減と、補助支柱と基板（の底部）との熱分離とを同時に実現することができる。
【００８４】
以下、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）を参照して説明する。図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、補助支柱を有する熱型光検出器の一例（ここでは、焦電型赤外線検出器とする）の構成を説明するための図である。図６（Ａ）は、熱型光検出器の要部の平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図６（Ｃ）〜図６（Ｅ）の各々は、補助支柱の構成例を示す図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示される熱型光検出器は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術（半導体製造技術）を使用して基板上に形成される立体構造を有する、焦電型赤外線検出器（焦電型赤外線センサー）である。基板ＢＳの表面には、エッチングストッパー膜ＥＳ（ＴｉＮ膜）が設けられている。
【００８５】
熱型光検出素子としての焦電型赤外線検出素子（焦電型光検出素子）５は、下部電極１と、焦電膜（強誘電体膜）２と、上部電極３と、光吸収膜としての赤外線吸収膜４と、を有する。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３は、例えば、３層の金属膜を積層することによって形成される。例えば、焦電膜（強誘電体膜）２から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）及びプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。また、焦電膜（強誘電体膜）２としては、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いることができる。焦電膜（強誘電体膜）２は、例えば、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等で成膜することができる。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３の膜厚は、例えば０．４μｍ程度であり、焦電膜（強誘電体膜）２の膜厚は、例えば０．１μｍ程度である。
【００８６】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示されるように、本実施形態では、メイン支柱（主支柱、主ポストあるいは主支持部）５５ａ，５５ｂに加えて、製造時における支持部材５０の変位や変形を抑制するため（製造時における機械的強度の補強のため）に、補助支柱（補助ポストあるいは補助支持部）５７ａ，５７ｂが設けられる。
【００８７】
図６（Ａ）に示されるように、平面視で、支持部材５０における第１アーム５２ａと重なる位置に、メイン支柱５５ａと補助支柱５７ａが設けられており、同様に、平面視で、第２アーム５２ｂに重なる位置に、メイン支柱５５ｂと補助支柱５７ｂが設けられている。合計で４つの支柱（ポスト）が設けられており、赤外線検出素子５からより遠い位置にある２つの支柱５５ａ，５５ｂをメイン支柱と呼び、赤外線検出素子５からより近い位置にある２つの支柱５７ａ，５７ｂを補助支柱と呼んでいる。
【００８８】
図６（Ｂ）に示されるように、メイン支柱５５ａ，５５ｂは、基板ＢＳと、支持部材５０の第１アーム５２ａまたは第２アーム５２ｂとの間に設けられる。メイン支柱５５ａ，５５ｂの各上面は、第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂの各底面に接触し、支持部材５０（つまり第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂ）を支持して、支持部材５０（特に、搭載部５１）の基板方向への撓み等を抑制している。
【００８９】
一方、補助支柱５７ａ，５７ｂは、製造工程中（の一期間）において、支持部材５０を支持して撓み等の発生を抑制するために使用される。そして、問題となる製造工程（スティッキングの発生が生じやすい、空洞部１０の形成のためのウエットエッチング工程等）が終了した後は、空隙Ｇａ，Ｇｂによって、支持部材５０から切り離される（分断された状態となる）。つまり、補助支柱５７ａ，５７ｂの各々は、支持部材５０から熱的に分離された状態となる。
【００９０】
例えば、補助支柱５７ａ，５７ｂに連接して犠牲膜からなる犠牲層（犠牲層が柱状にパターニングされる場合には犠牲支柱（犠牲スペーサー）ということもできる）を形成しておけば、補助支柱（５７ａ，５７ｂ）および犠牲層（犠牲支柱）によって支持部材５０を支持することができる。これによって、実質的に、支持部材５０の機械的強度が向上したことになる。よって、例えば、ウエットエッチング工程の乾燥処理時等におけるスティッキングの発生を抑制することができる。
【００９１】
そして、問題となる工程が終了した後に、必要がなくなった犠牲層（犠牲支柱）を除去することによって、支持部材と補助支柱との間には空隙Ｇａ，Ｇｂが形成される。つまり、熱型光検出器が完成した状態において、支持部材５０と基板ＢＳとの間の最大距離をＬ１とし、補助支柱５７ａ，５７ｂの突出全長をＬ０としたとき、Ｌ１＞Ｌ０が成立する。そして、Ｌ１とＬ０の差に相当する間隔をもつ空隙Ｇａ，Ｇｂが形成され、これによって、支持部材５０と補助支柱５７ａ，５７ｂが熱的に分離される。よって、熱型光検出素子の製造が完了した後は、補助支柱の存在は、支持部材５０を経由した熱の拡散には影響を与えない。したがって、熱型光検出素子を支持する支持部材についての熱容量の低減と、製造工程において必要となる機械的強度の確保と、を両立させることができる。
【００９２】
なお、メイン支柱５５ａ，５５ｂは、必ず設けなくてはならないものではない。例えば、第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂの各々の距離が短い場合には、基板ＢＳ側の固定部Ｑａ，Ｑｂの各々で、第１アーム５２ａおよび第２アーム５２ｂの各々を支持するだけでよい場合もあり得る。
【００９３】
補助支柱の形成態様としては、図６（Ｃ）〜図６（Ｅ）に示され態様が考えられる。図６（Ｃ）の例では、補助支柱５７が、基板ＢＳから支持部材５０に向けて突出しており、空隙（エアギャップ）Ｇは、支持部材５０側に設けられている。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示される構造では、この図６（Ｃ）の態様の補助支柱が使用されている。
【００９４】
また、図６（Ｄ）の例では、補助支柱５７が、支持部材５０から基板ＢＳに向けて突出しており、空隙Ｇは、基板ＢＳ側に設けられている。また、図６（Ｅ）の例では、一対の補助支柱５７が設けられる。一対の補助支柱５７の一方は、支持部材５０から基板ＢＳに向けて突出し、その突出長はＬａであり、他方は、基板ＢＳから支持部材５０に向けて突出し、その突出長はＬｂである。空隙Ｇは、一対の補助支柱５７の各々に挟まれた位置に形成されている。一対の補助支柱５７の全突出長をＬ０（＝Ｌａ+Ｌｂ）とし、基板ＢＳと支持部材５０との間の最大距離をＬ１とすると、Ｌ１＞Ｌ０が成立する。
【００９５】
少なくとも一本の補助支柱（５７ａ，５７ｂ等）は、断面図で視て、支持部材５０の構成要素である搭載部５１と基板ＢＳとの間、および少なくとも一本のアーム部（第１アーム５２ａ，第２アーム５２ｂ）と基板ＢＳとの間の、少なくとも一方に設けることができる。すなわち、補助支柱（５７ａ，５７ｂ等）は、平面視で、搭載部５１と重なりを有する位置（つまり、重なりを有するよう）に設けることができ、また、少なくとも一本のアーム（第１アーム５２ａ，第２アーム５２ｂ）と重なりを有する位置（つまり、重なりを有するよう）に設けることができる。
【００９６】
（補助支柱を有し、かつ、支持部材の熱容量が低減された熱型光検出器の立体構造と、その製造方法の一例について）
以下、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を参照して説明する。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、補助支柱を有し、かつ、支持部材の熱容量が低減された熱型光検出器の立体構造の一例を示す図である。図７（Ａ）は平面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図（一点鎖線で囲まれる部分よりも下に位置する部分の断面構造）と、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図（一点鎖線で囲まれる部分の断面構造）とを組み合わせて示す図である。すなわち、補助支柱の構造と、熱容量を低減するための加工がなされた第３部材の構造の双方を、同じ切断線の断面図で示すことができないため、切断線を異ならせ、各断面図を合成して示すものである。また、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＣ―Ｃ線に沿う断面図である。
【００９７】
図７（Ａ）において、熱容量を小さくするための加工が施された、アーム部５２における第３部材４３の平面形状が、太い一点鎖線で示されている。
【００９８】
また、図７（Ｂ）に示されるように、基板ＢＳと支持部材５０との間には熱分離用の空洞部１０が形成されている。また、補助支柱５７ａ，５７ｂの各々は、空隙Ｇａおよび空隙Ｇｂの各々によって、支持部材５０から切り離されている。また、アーム部５２（第１アーム５２ａ，第２アーム５２ｂ）において、第３部材４３の一部が除去され、第３部材の体積が減じられている。
【００９９】
また、図７（Ｃ）に示されるように、アーム部５２（第１アーム５２ａ，第２アーム５２ｂ）の横断面の立体構造は、Ｈ型構造を有する。
【０１００】
以下、図８（Ａ）〜図８（Ｄ）、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）を参照して、製造方法について説明する。図８（Ａ）〜図８（Ｄ）、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）の各々は、補助支柱を有し、かつ、支持部材の熱容量が低減された熱型光検出器の立体構造の製造方法の一例を示す図である。
【０１０１】
工程１（図８（Ａ））
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示される熱型光検出器を形成する場合には、まず、シリコン基板１１の一部をエッチング加工して凹部を形成し、凹部表面をエッチングストッパー膜ＥＳ（ＴｉＮ）で覆っておく。次に、図８（Ａ）に示すように、空洞部１０となるべき空間を埋める（充填する）ように、基板ＢＳ上に第１犠牲層（ＳｉＯ２層）７０を形成する。次に、第１犠牲層（ＳｉＯ２層）７０をパターニングして、メイン支柱および補助支柱を形成するべき位置に、開口部７１を形成する。
【０１０２】
工程２（図８（Ｂ））
次に、図８（Ｂ）に示すように、開口部７１に、メイン支柱層５５ａ，５５ｂおよび補助支柱層５７ａ，５７ｂとしてのシリコンナイトライド層（Ｓｉ３Ｎ４層）を埋め込む。具体的には、例えば、全面にシリコンナイトライド層（Ｓｉ３Ｎ４層）を形成した後、エッチバック処理によって第１犠牲層７０上のシリコンナイトライド層（Ｓｉ３Ｎ４層）を除去することで、開口部７１に、メイン支柱層および補助支柱層としてのシリコンナイトライド層（Ｓｉ３Ｎ４層）を埋め込むことができる。つまり、第１犠牲層７０に選択的に設けられた開口部７１に補助支柱層を埋め込むことによって補助支柱５７ａ，５７ｂを形成することができる。この方法によれば、半導体の製造方法（フォトリソグラフィー）を利用して、補助支柱５７ａ，５７ｂを無理なく形成することができる。
【０１０３】
工程３，工程４（図８（Ｃ），図８（Ｄ））
次に、図８（Ｃ）に示すように、第３犠牲層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）７９を形成する。次に、図８（Ｄ）に示すように、第３犠牲層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）７９をパターニングして、犠牲支柱（犠牲スペーサー）としての第３犠牲層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）７９ａ，７９ｂを形成する。
【０１０４】
工程５（図９（Ａ））
次に、図９（Ａ）に示すように、支持部材５０の構成膜の一つである、第１部材としてのシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）４１を形成する。
【０１０５】
工程６（図９（Ｂ））
次に、図９（Ｂ）に示すように、第２犠牲層としてのポリシリコン層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）８０を形成した後、パターニングして開口部を形成し、その開口部に、支持部材５０の構成膜の一つである、第３部材としてのシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）４３を埋め込み形成する。
【０１０６】
工程７（図９（Ｃ））
次に、支持部材５０の構成膜の一つである、第２部材としてのシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）４５を形成する。これらの積層膜によって、支持部材（メンブレン）５０が構成される（但し、第２犠牲層としてのポリシリコン層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）８０は後に除去される）。
【０１０７】
工程８（図１０（Ａ））
次に、図１０（Ａ）に示すように、下部電極の構成材料層１’と、強誘電体層（ＰＺＴ層）２’と、上部電極の構成材料層３’とを順次、積層形成する。下部電極構成材料層１’および上部電極構成材料層３’の各々は、例えば、強誘電体層２’から遠い位置から順に、イリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）及びプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。また、強誘電体層２’としては、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いることができる。これらは、例えば、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等で成膜することができる。下部電極構成材料層１’および上部電極構成材料層３’の膜厚は、例えば０．４μｍ程度であり、強誘電体層２’の膜厚は、例えば０．１μｍ程度である。
【０１０８】
工程９（図１０（Ｂ））
次に、図１０（Ｂ）に示すように、下部電極の構成材料層１’、強誘電体層（ＰＺＴ層）２’ならびに上部電極の構成材料層３’の各々をパターニングして、下部電極１、強誘電体膜（ＰＺＴ膜）２ならびに上部電極３を構成する（これによって、積層コンデンサーが形成される）。次に、積層コンデンサー上を電気的絶縁膜６０で覆う。次に、光吸収膜（赤外線吸収膜）４と、引き出し電極層６５と、を形成する。光吸収膜（赤外線吸収膜）４は、例えばＳｉＯ２膜である。
【０１０９】
工程１０（図１１（Ａ））
次に、図１１（Ａ）に示すように、第１犠牲層７０（ＳｉＯ２層）を、例えば弗酸系のエッチング液を用いて除去する。これによって、基板ＢＳ支持部材５０との間に空洞部１０が形成される。この空洞部１０は、支持部材５０を、基板から熱的に分離する機能を有する。このとき、支持部材５０は、メイン支柱５５ａ，５５ｂならびに補助支柱５７ａ，５７ｂによって安定的に支持されるため、変位や変形が抑制され、スティッキングが生じにくい。
【０１１０】
なお、第１犠牲層（ＳｉＯ２層）７０のエッチング除去の際、メイン支柱５５ａ，５５ｂ、補助支柱５７ａ，５７ｂならびに第２犠牲層８０は構成材料が異なることから、除去されずに残存する。また、シリコン基板１１の表面にはエッチングストッパー膜ＥＳ（ＴｉＮ膜）が形成されており、また、支持部材（メンブレン）５０の表裏面はＳｉ３Ｎ４膜であることから、これらもエッチングによって除去されずに残存する。
【０１１１】
工程１１（図１１（Ｂ））
次に、図１１（Ｂ）に示すように、第２犠牲層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉからなる犠牲支柱（犠牲スペーサー））７９ａ，７９ｂ、ならびに、第３犠牲層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）８０を、例えばドライエッチングによって除去する。これによって、補助支柱７９ａ，７９ｂを支持部材５０から切り離すための空隙Ｇａ，Ｇｂが形成され、また、支持部材５０の熱容量を小さくするための空隙Ｇｘ，Ｇｙも同時に形成される。
【０１１２】
ポリシリコン層７９，８０のエッチングは、スティッキング防止のために、ドライエッチング（例えば、ＸｅＦ2系のエッチングガスを用いたプラズマドライエッチング）によって除去するのが好ましい。なお、ウエットエッチングとドライエッチングを併用することも可能であるが、この場合、仕上げのエッチングにはドライエッチングを使用することが好ましい。この方法によれば、半導体の製造方法（フォトリソグラフィー）を利用して、熱分離用の空隙Ｇａ，Ｇｂならびに支持部材５０の熱容量を減らすための空隙Ｇｘ，Ｇｙを無理なく形成することができる。
【０１１３】
熱型光検出素子が、例えば気密封止パッケージの減圧環境におかれることによって、空隙Ｇａ，Ｇｂによる熱分離機能が高まる。空隙Ｇａ，Ｇｂの形成によって、補助支柱５７ａ，５７ｂを経由する放熱経路が遮断される。よって、補助支柱５７ａ，５７ｂの存在は、支持部材の熱容量や熱コンダクタンスには影響を与えない。このようにして、熱型光検出器（赤外線検出器等）が形成される。この熱型光検出器（赤外線検出器等）は、半導体製造技術を用いて製造されることから微細化（小型化）が可能であり、補助支柱（補助ポスト）は空隙によって支持部材から熱分離されていることから素子特性の低下を招かず、かつ、製造工程において、スティッキング等による不良が生じにくいことから、歩留まりよく製造することができる。
【０１１４】
また、空隙Ｇｘ，Ｇｙ（第２犠牲層としてのポリシリコン層８０を除去することによって形成される空隙）の分だけ、支持部材５０の構成膜である、第３部材４３の体積を小さくすることができる。これによって、支持部材５０の熱容量ならびに熱コンダクタンスを小さくすることができる。
【０１１５】
このように、本実施形態によれば、熱容量が小さく（つまり熱感応性が高く）、熱コンダクタンス小さい熱型光検出器（赤外線検出素子等）を得ることができる。また、歩留まりよく（つまり、製造工程において、スティッキング等による不良が生じにくい）熱型光検出器（赤外線検出器等）を製造することもできる。
【０１１６】
（第４実施形態）
図１２は、熱型光検出器の他の例（基板上にトランジスター等の回路素子が形成された例）を示す図である。図１２の上側に熱型光検出器（熱型赤外線検出器）の平面図が示され、下側に断面図が示される。図１２において、前掲の図面と共通する部分には同じ参照符号を付してある。
【０１１７】
図１２において、Ｐ型のシリコン基板１１の表面には、薄い酸化膜（ゲート酸化膜）１５が形成されており、ゲート酸化膜１５上には、ＭＯＳトランジスターのゲート（例えばシリコンゲート）９が形成されている。ゲート９およびＮ型拡散層７ａ，７ｂは、ＭＯＳトランジスターＭ１を構成する。このＭＯＳトランジスターＭ１は、例えば、図１３に記載される光検出セルＣＬ１における、選択トランジスターＭ１として利用することができる。
【０１１８】
シリコン基板１１上には層間絶縁膜１３（ＳｉＯ２層）が形成されている。層間絶縁膜１３上に、先に説明した立体構造が形成されている。本実施形態では、シリコン基板１１と層間絶縁膜１３ならびにＳｉ３Ｎ４膜Ｑａ，Ｑｂを含めた部分が、広義の基板ＢＳ（基部ＢＳ）となる。
【０１１９】
本実施形態では、３本の補助支柱（５７ａ〜５７ｃ）が設けられている。各補助支柱（５７ａ〜５７ｃ）と支持部材５０との間には、空隙Ｇａ〜Ｇｃが形成されている。なお、本実施形態では、メイン支柱は使用されていない。また、図１２の例では、３つのコンタクト部（ＣＸ１〜ＣＸ３）が設けられている。各コンタクト部（ＣＸ１〜ＣＸ３）は、１層目メタル３１と、コンタクトプラグ３２と、２層目メタル３２と、コンタクトプラグ３４と、３層目メタル３５と、コンタクトプラグ３６と、４層目メタル３７と、によって構成される。
【０１２０】
また、支持部材（メンブレン）５０のアーム部５２には、支持部材５０の熱容量を低減するための空隙Ｇｘ，Ｇｙが設けられている。
【０１２１】
（第５実施形態）
図１３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１３の例では、複数の光検出セル（ＣＬ１〜ＣＬ４等）が、２次元的に配置されている。複数の光検出セル（ＣＬ１〜ＣＬ４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。
【０１２２】
光検出セルＣＬ１は、熱形光検出素子５としての圧電コンデンサーＺＣと、素子選択トランジスターＭ１ａと、を有する。圧電コンデンサーＺＣの両極の電位関係は、ＰＤｒ１に印加する電位を切り換えることによって反転することができる（この電位反転によって、機械的なチョッパーを設ける必要がなくなる）。なお、光検出セルＣＬ２も同様の構成である（他の光検出セルも構成は同じである）。
【０１２３】
データ線Ｄ１ａの電位は、リセットトランジスターＭ２をオンすることによって初期化することができる。検出信号の読み出し時には、読み出しトランジスターＭ３がオンする。焦電効果によって生じる電流は、Ｉ／Ｖ変換回路５１０によって電圧に変換され、アンプ６００によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器７００によってデジタルデータに変換される。
【０１２４】
本実施形態では、複数の熱型光検出器（熱型光検出素子）が２次元的に配置された（例えば、直交２軸（Ｘ軸およびＹ軸）の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）が実現される。
【０１２５】
（第６実施形態）
図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、補助支柱を有するボロメーターの例を示す図である。図１４（Ａ）は平面図であり、図１４（Ｂ）はＡ−Ａ線に沿う断面図である。本実施形態のボロメーターは、例えば、感熱抵抗素子を用いたボロメーターである。
【０１２６】
図１４（Ａ），図１４（Ｂ）に示すように、基板ＢＳには、熱分離用の空洞部１０が形成されている。支持部材５０は、空洞部１０を介して基板ＢＳから離間して設けられている。支持部材５０には、４つの搭載部５１ａ〜５１ｄが設けられている。搭載部５１ａ〜５１ｄの各々には、４つの感熱抵抗素子（ＳｉＣ薄膜サーミスター等）５ａ’〜５ｄ’の各々が搭載されている。各感熱抵抗素子５ａ’〜５ｄ’は、例えば、ブリッジ回路を構成するように相互に接続される。
【０１２７】
また、支持部材５０には、空隙Ｇｅ，Ｇｆ，Ｇｇが設けられており、支持部材５０の熱容量が低減されている。
【０１２８】
（第７の実施形態）
図１５に本実施形態の熱型光検出器や熱型光検出装置を含む電子機器の構成例を示す。電子機器は、例えば赤外線カメラである。図示されるように、電子機器は、光学系４００と、センサーデバイス（熱型光検出装置）４１０と、画像処理部４２０と、処理部４３０と、記憶部４４０と、操作部４５０と、表示部４６０とを含む。なお本実施形態の電子機器は図１５の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば光学系、操作部、表示部等）を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。
【０１２９】
光学系４００は、例えば１または複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス（熱型光検出装置）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。
【０１３０】
センサーデバイス４１０は、上述した本実施形態の光検出器を二次元配列させて構成され、複数の行線（走査線（あるいはワード線））と複数の列線（データ線）が設けられる。センサーデバイス４１０は、二次元配列された光検出器に加えて、行選択回路（行ドライバー）と、列線を介して光検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、Ａ／Ｄ変換部等を含むことができる。二次元配列された各光検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。
【０１３１】
画像処理部４２０は、センサーデバイス４１０からのデジタルの画像データ（画素データ）に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。処理部４３０は、電子機器の全体の制御や電子機器内の各ブロックの制御を行う。この処理部４３０は、例えばＣＰＵ等により実現される。記憶部４４０は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部４３０や画像処理部４２０のワーク領域として機能する。操作部４５０は、ユーザが電子機器を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）画面などにより実現される。
【０１３２】
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。
【０１３３】
このように、１セル分の熱型光検出器を赤外線センサー等のセンサーとして用いる他、１セル分の熱型光検出器を、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（熱型光検出装置）４１０を構成することができ、こうすると熱（光）分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス４１０を用いて、サーモグラフィー、車載用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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。例えば、第１犠牲層、第２犠牲層および第３犠牲層の構成材料、それらの除去方法等に関しては種々、変形が可能である。
【０１３６】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、熱型光検出素子を支持する支持部材についての熱容量の低減と、製造工程において必要となる機械的強度の確保と、を両立させることができる。また、スティッキングの問題を抑制して、歩留まりよく熱型光検出器を製造することもできる。
【０１３７】
本発明は、種々の熱型光検出器（例えば、熱伝対型素子（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。
【符号の説明】
【０１３８】
５  熱型光検出素子（光検出素子）としての赤外線検出素子、１０  空洞部、
１１  シリコン基板、４１  支持部材の構成層としての第１部材、
４５  支持部材の構成層としての第２部材、４３  支持部材の構成層としての第３部材、５０  支持部材（メンブレン）、５１  搭載部、Ｇ（Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｘ，Ｇｙ）  空隙、
５２（５２ａ，５２ｂ）  アーム部（第１アーム、第２アーム）、
５５ａ，５５ｂ  メイン支柱、５７ａ，５７ｂ  補助支柱、７０  第１犠牲層、
８０  第２犠牲層、７９  第３犠牲層、ＢＳ  基板（センサー基部）
【図１】
0005644120.tif 000002
【図２】
0005644120.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005644120.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005644120.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005644120.tif 000009
【図９】
0005644120.tif 000010
【図１０】
0005644120.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005644120.tif 000014
【図１４】
0005644120.tif 000015
【図１５】
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