(57)【要約】【課題】  検出素子を空洞部の上方にて支持する支持部材の反りや切断を抑制できる検出器の製造方法を提供することにある。【解決手段】  検出器の製造方法は、固定部１００に空洞部１０２を形成し、前記空洞部１０２に犠牲層１５０を形成する前に、形成される支持部材２１０に生ずる応力方向と同じ方向に外力ＥＦを前記固定部１００に付与し、前記空洞部１０２に形成された前記犠牲層１５０に前記支持部材２１０を形成し、前記犠牲層１５０を除去する前に、前記外力ＥＦを解除する。【選択図】  図５
2011237282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に空洞部を形成し、
前記空洞部に犠牲層を形成する前に、形成される支持部材に生ずる応力方向と同じ方向に外力を前記固定部に付与し、
前記空洞部に形成された前記犠牲層に前記支持部材を形成し、
前記犠牲層を除去する前に、前記外力を解除することを特徴とする検出器の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記犠牲層と対向する前記固定部の面に前記支持部材と同種の部材を形成して前記外力を前記固定部に付与することを特徴とする検出器の製造方法。
【請求項３】
支持部材冗長長さ形成用の少なくとも１つの凹部又は凸部を犠牲層に形成し、
前記少なくとも１つの凹部又は凸部に沿って支持部材を形成し、
その後前記犠牲層を除去することを特徴とする検出器の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記犠牲層を化学的機械的研磨することにより、前記少なくとも１つの凹部又は凸部を形成することを特徴とする検出器の製造方法。
【請求項５】
請求項３において、
前記犠牲層をエッチングすることにより、前記少なくとも１つの凹部又は凸部を形成することを特徴とする検出器の製造方法。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかにおいて、
前記少なくとも１つの凹部又は凸部の深さをｈとし、曲率半径をＲとすると、前記少なくとも１つの凹部又は凸部は、前記曲率半径で定義される仮想的な円に接し、
σを前記支持部材に生ずる引張残留応力とし、Ｅを前記支持部材の固定部のヤング率とし、Ｔを前記固定部の厚さとし、νを前記支持部材のポアソン比とし、ｔｆを前記支持部材の厚さ、ｄを前記固定部の空洞部の厚さとすると、ｈとＲは、以下の関係式を満たすことを特徴とする検出器の製造方法。
【数１】
2011237282.tif 000005
【請求項７】
請求項３乃至５のいずれかにおいて、
前記支持部材に生ずる引張残留応力の応力方向と応力値と実質的に同じ外力を前記支持部材の固定部に付与して前記支持部材を形成し、
その後前記外力を解除した状態で、前記固定部から前記犠牲層を除去し、前記固定部に空洞部を形成することを特徴とする検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出器の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱型光検出装置として、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。
【０００３】
熱型光検出素子（広義には熱型検出素子、より広義には検出素子）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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０５９４４号公報
【特許文献２】特開２００２−２１４０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱型光検出素子（広義には検出素子）は、基板に支持されたメンブレンに搭載される。熱型光検出素子と対向する領域では、メンブレンと基板との間に空洞部が形成される。製造過程では、基板の空洞部に犠牲層が埋め込み形成され、その犠牲層の上にメンブレンが形成され、さらにメンブレンの上に熱型光検出素子が形成される。
【０００６】
検出素子の範囲は、熱型光検出素子の他、例えば超音波検出素子、加速度検出素子等を含む。検出素子も、熱型光検出素子（広義には熱型検出素子）と同様な構造を有することができる。
【０００７】
この製造過程では、犠牲層が平坦である限りメンブレンも平坦性を有するが、最終工程にて犠牲層を等方性エッチングで除去すると、メンブレンに反りが発生するという課題が見出された。場合によっては、メンブレンが切断されるという課題も見出された。
【０００８】
本発明の幾つかの態様では、検出素子を支持する部材に生ずる反りや切断を抑制できる検出器の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の一態様に係る検出器の製造方法は、
固定部に空洞部を形成し、
前記空洞部に犠牲層を形成する前に、形成される支持部材に生ずる応力方向と同じ方向に外力を前記固定部に付与し、
前記空洞部に形成された前記犠牲層に前記支持部材を形成し、
前記犠牲層を除去する前に、前記外力を解除することを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様によれば、外力を固定部に付与し後に支持部材を形成し、犠牲層を除去する前に、外力を解除することで、支持部材の反りや切断を抑制することができる。
【００１１】
（２）本発明の一態様では、前記犠牲層と対向する前記固定部の面に前記支持部材と同種の部材を形成して前記外力を前記固定部に付与することができる。
【００１２】
こうすると、固定部に同種の部材を形成することで、外力を発生させることができる。
【００１３】
（３）本発明の他の態様に係る検出器の製造方法は、
支持部材冗長長さ形成用の少なくとも１つの凹部又は凸部を犠牲層に形成し、
前記少なくとも１つの凹部又は凸部に沿って支持部材を形成し、
その後前記犠牲層を除去することを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、支持部材に冗長部分が付加されているので、支持部材の引張残留応力に起因して支持部材が伸びても支持部材の切断を抑制することができる。
【００１５】
（４）本発明の他の態様では、前記犠牲層を化学的機械的研磨することにより、前記少なくとも１つの凹部又は凸部を形成することができる。
【００１６】
こうすると、化学的機械的研磨で少なくとも１つの凹部又は凸部を形成することができる。
【００１７】
（５）本発明の他の態様では、前記犠牲層をエッチングすることにより、前記少なくとも１つの凹部又は凸部を形成することができる。
【００１８】
こうすると、エッチングで少なくとも１つの凹部又は凸部を形成することができる。
【００１９】
（６）本発明の他の態様では、前記少なくとも１つの凹部又は凸部の深さをｈとし、曲率半径をＲとすると、前記少なくとも１つの凹部又は凸部は、前記曲率半径で定義される仮想的な円に接し、σを前記支持部材に生ずる引張残留応力とし、Ｅを前記支持部材の固定部のヤング率とし、Ｔを前記固定部の厚さとし、νを前記支持部材のポアソン比とし、ｔｆを前記支持部材の厚さ、ｄを前記固定部の空洞部の厚さとすると、ｈとＲは、以下の関係式を満たすことができる。
【００２０】
【数１】
2011237282.tif 000003
【００２１】
こうすると、支持部材の冗長部分を仮想的な円で形成することができる。
【００２２】
（７）本発明の他の態様では、検出器の製造方法は、前記支持部材に生ずる引張残留応力の応力方向と応力値と実質的に同じ外力を前記支持部材の固定部に付与して前記支持部材を形成し、
その後前記外力を解除した状態で、前記固定部から前記犠牲層を除去し、前記固定部に空洞部を形成することができる。
【００２３】
こうすると、２つの解決方法を組み合わせて、支持部材の切断を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は本発明の実施形態に係る熱型検出素子（広義には検出素子）を搭載する支持部材の反りや切断の発生とその解消のメカニズムを説明するための概略説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る焦電型赤外線検出装置（広義には検出装置）の概略平面図である。
【図３】図２に示す焦電型赤外線検出装置の１セル分の焦電型検出器（広義には検出器）の概略断面図である。
【図４】犠牲層上に形成される支持部材及び赤外線検出素子（広義には検出素子）を示す製造工程の概略断面図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は本発明の実施形態に係る焦電型検出器（広義には検出器）の製造方法の概略説明図。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は図５（Ａ）〜図５（Ｄ）の製造方法の変形例。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は本発明の実施形態に係る焦電型検出器（広義には検出器）の他の製造方法の概略説明図。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は図７（Ａ）〜図７（Ｃ）の製造方法の変形例。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は図７（Ａ）〜図７（Ｃ）の製造方法の他の変形例。
【図１０】本発明の実施形態に係る焦電型赤外線検出器（広義には検出器）のキャパシター構造を説明するための概略断面図である。
【図１１】配線プラグ付近の還元ガスバリア性を強化した変形例を示す概略断面図である。
【図１２】熱型光検出器（広義には検出器）または熱型光検出装置（広義には検出装置）を含む電子機器のブロック図である。
【図１３】図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は焦電型光検出器（広義には検出器）を二次元配置した焦電型光検出装置（広義には検出装置）の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
１．熱型赤外線検出装置（広義には検出装置）
後述するように図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように発生する反りや切断を図１（Ｄ）に示すようにした解消した支持部材及びそれに搭載される焦電型光検出素子（広義には熱型光検出素子、より広義には検出素子）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、より広義には検出器）が、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、より広義には検出装置）を、図２に示す。なお、複数セルの一部が図１（Ｄ）に示される焦電型光検出素子（広義には、熱型検出素子、より広義には検出素子）を備えても良い。また、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１０４に支持された１セル分の焦電型赤外線検出器２００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２００が占める領域は、例えば３０×３０μｍである。
【００２７】
以下に、検出素子の例として、赤外線検出素子（広義には熱型光検出素子）２２０を用いて説明する。支持部材（メンブレン）２１０の反りや切断を抑制する焦電型赤外線検出器２００の構造は、反りや切断が発生し得る支持部材を有する超音波検出素子、加速度検出素子等を含む検出器に適用できる。
【００２８】
図２に示すように、焦電型赤外線検出器２００は、２本のポスト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）２２０と、を含んでいる。１セル分の焦電型赤外線検出素子２２０が占める領域は、例えば１０×１０μｍである。
【００２９】
１セル分の焦電型赤外線検出器２００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２００の下方には空洞部１０２（図３参照）が形成され、平面視で焦電型赤外線検出器２００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２００は、基部１００や他のセルの焦電型赤外線検出器２００から熱的に分離されている。
【００３０】
支持部材２１０は、赤外線検出素子２２０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、赤外線検出素子２２０を熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成される。
【００３１】
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２２０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１，第２電極配線層２２２，２２４の各々は、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２２０を熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成される。
【００３２】
２．焦電型赤外線検出器（広義には検出器）の概要
図３は、図２に示す焦電型赤外線検出器２００の断面図である。また、図４は、製造工程途中の焦電型赤外線検出器２００の部分断面図である。図４では、図３の空洞部１０２が犠牲層１５０により埋め込まれている。この犠牲層１５０は、支持部材２１０及び焦電型赤外線検出素子２２０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２２０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。
【００３３】
図３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上の層間絶縁膜にて形成されるスペーサー層１２０とを含んでいる。ポスト１０４は、スペーサー層１２０をエッチングすることで形成されている。ポスト１０４には、第１，第２電極配線層２２２，２２４の一方に接続されるプラグ１０６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光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を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。
【００３４】
支持部材２１０上に搭載される赤外線検出素子２２０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、支持部材２１０の第１層部材（例えばＳｉＯ２）との密着性を高める密着層２３４Ｄを含むことができる。
【００３５】
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。
【００３６】
還元ガスバリア層２４０は、図４に示すように、第１バリア層２４２と第２バリア層２４４とを含む。第１バリア層２４２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２４４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２４２によりキャパシター２３０は還元ガスから隔離される。
【００３７】
ここで、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２４２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２４４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２４４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バリア層２４２，２４４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２４２は第２バリア層２４４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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、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。
【００４０】
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、その下層の還元ガスバリア層２４０の第２バリア層２４４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、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。
【００４１】
ここで、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。こうして、層間絶縁膜２５０の水素含有率は、第１，第２電極配線層２２２，２２４を覆うパッシベーション膜２６０よりも低くされる。
【００４２】
なお、キャパシター２３０の天面の還元ガスバリア層２４０は、層間絶縁膜２５０の形成時にはコンタクトホール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、還元ガスバリア層２４０にコンタクトホールが形成された後は、バリア性が劣化する。これを防止する一例として、例えば図４に示すように第１，第２プラグ２２６，２２８を複数層２２８Ａ，２２８Ｂ（図４では第２プラグ２２８のみ図示）とし、その第１層２２８Ａにバリアメタル層を採用している。第１層２２８Ａのバリアメタルにより還元ガスバリア性が担保される。第１層２２８Ａのバリアメタルは、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。なお、コンタクトホールからの還元ガスの侵入を絶つ方法として、図５に示すように、少なくとも第２プラグ２２８を包囲して還元性ガスバリア層２９０を増設しても良い。この還元性ガスバリア層２９０は、第２プラグ２２８のバリアメタル２２８Ａを併用しても良いし、バリアメタル２２８Ａを排除しても良い。なお、還元性ガスバリア層２９０は、第１プラグ２２６を被覆しても良い。
【００４３】
第１，第２電極配線層２２２，２２４を覆って、ＳｉＯ２またはＳｉＮのパッシベーション膜２６０が設けられている。少なくともキャパシター２３０の上方には、パッシベーション膜２６０上に赤外線吸収体（広義には光吸収部材）２７０が設けられている。パッシベーション膜２６０もＳｉＯ２またはＳｉＮにて形成されるが、赤外線吸収体２７０のパターンエッチングの必要上、下層のパッシベーション膜２６０とはエッチング選択比が大きい異種材料とすることが好ましい。この赤外線吸収体２７０に赤外線が図２の矢印方向から入射され、赤外線吸収体２７０は吸収した赤外線量に応じて発熱する。その熱が焦電体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。なお、赤外線吸収体２７０はキャパシター２３０と別個に設けるものに限らず、キャパシター２３０内に赤外線吸収体２７０が存在する場合には不要となる。
【００４４】
パッシベーション膜２６０や赤外線吸収体２７０のＣＶＤ形成時に還元ガスが発生しても、キャパシター２３０は還元ガスバリア層２４０及び第１，第２プラグ２２６，２２８中のバリアメタルにより保護される。
【００４５】
この赤外線吸収体２７０を含む赤外線検出器２００の外表面を覆って、還元ガスバリア層２８０が設けられている。この還元ガスバリア層２８０は、赤外線吸収体２７０に入射する赤外線（波長帯域は８〜１４μｍ）の透過率を高くするために、例えば還元ガスバリア層２４０よりも薄肉に形成される必要がある。このために、原子の大きさレベルで膜厚が調整できる原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法が採用される。通常のＣＶＤ法では厚すぎて赤外線透過率が悪化してしまうからである。本実施形態では、例えば酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３を１０〜５０ｎｍ、例えば２０ｎｍの厚さで成膜して形成される。上述の通り、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、微細化に対応して原子レベルで緻密な膜を形成することが可能となり、薄くても還元ガスバリア性を高めることができる。
【００４６】
また、基部１００側では、空洞部１０２を規定する壁部、つまり空洞部を規定する底壁１１０Ａと側壁１０４Ａには、焦電型赤外線検出器２００を製造する過程で空洞部１０２に埋め込まれていた犠牲層１５０（図４参照）を等方性エッチングする時のエッチングストップ膜１３０が形成されている。同様に、支持部材２１０の下面（犠牲層１５０の上面）にもエッチングストップ膜１４０が形成されている。本実施形態では、エッチングストップ膜１３０，１４０と同一材料により還元ガスバリア膜２８０を形成している。つまり、エッチングストップ膜１３０，１４０も還元ガスバリア性を有することになる。このエッチングストップ膜１３０，１４０も、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３が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。
【００４７】
エッチングストップ膜１３０が還元ガスバリア性を有することで、犠牲層１５０をフッ酸により還元雰囲気で等方性エッチングしたとき、支持部材２１０を透過してキャパシター２３０に還元ガスが侵入することを抑制できる。また、基部１００を覆うエッチングストップ膜１４０が還元ガスバリア性を有することで、基部１００内に配置される回路のトランジスタや配線が還元されて劣化することを抑制できる。
【００４８】
３．支持部材の反りや切断
３．１．支持部材の構造
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は本発明の実施形態に係る熱型検出素子を搭載する支持部材の反りや切断の発生とその解消のメカニズムを説明するための概略説明図である。図１（Ａ）に示すように、基部１００の空洞部１０２に犠牲層１５０が埋め込まれた状態で、支持部材２１０はその両端が基部１００に接合されるように形成され、その後焦電型赤外線検出素子（広義には検出素子）２２０が形成される。この状態では、犠牲層１５０は空洞部１０２に埋め込み形成された後に、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）等により上面が平坦化される。よって、犠牲層１５０の上面が平坦化されている限り、支持部材２１０も平坦性を有する。
【００４９】
その後、犠牲層１５０が等方性エッチングにより除去される。犠牲層１５０が除去された瞬間に、支持部材２１０に残留応力が存在する限り、支持部材２１０は圧縮により撓んで反りが生ずるか、あるいは支持部材２１０は引張りにより緊張状態となる。
【００５０】
図１（Ｂ）では、支持部材２１０に圧縮残留応力ＣＳ（第１方向に向かう残留応力）が存在すると、支持部材２１０の両端に曲げモーメントＭ１が作用する。図１（Ｂ）の例では、支持部材２１０は圧縮残留応力ＣＳに従って縮み、その際に、支持部材２１０の両端が曲げモーメントＭ１により内側に倒れるヒンジとして機能して、支持部材２１０には下向き凸となるような反りが生ずる。仮に、下向き凸となるように沿った支持部材１１０が、基部１００の底面に接触することになると、赤外線検出器２００の熱が支持部材２１０と基部１００との固体熱伝導経路に沿って逃げる。こうなると、焦電型赤外線検出器の外線検出精度が劣化する。
あるいは、仮に、図１（Ｂ）の曲げモーメントＭ１とは逆方向の外力モーメントが作用する場合、縮んだ支持部材２１０は上向き凸となるように反る。支持部材２１０が下向きまたは上向きに凸となるように湾曲すると、赤外線検出器２００中の焦電体２３２が圧電素子として機能し、撓みに応じて電気信号を生成するので、焦電効果に基づく検出精度が劣化する。
【００５１】
一方、図１（Ｃ）では、支持部材２１０に引張残留応力ＴＳ（第１方向とは逆向きの第２方向に向かう残留応力）が存在すると、支持部材２１０は、引張残留応力ＴＳに従って伸びる。支持部材２１０の両端は基部１００に固定されているので、支持部材２１０は緊張状態となる。最悪の場合、図１（Ｃ）に示すように、支持部材２１０は、引張残留応力ＴＳによって切断されてしまう。
【００５２】
図１（Ｂ）（Ｃ）に示すように、支持部材２１０は、その形成材料に生ずる残留応力に起因して上向き凸または下向き凸となる反りや緊張状態が生じてしまう。図１（Ａ）のように犠牲層１５０が存在する製造過程では、基部１００は犠牲層１５０により剛体とみなされるので、残留応力に釣り合う反力が作用して反りや切断は生じないが、犠牲層１５０が除去された瞬間に支持部材２１０は反るか緊張状態となる。
【００５３】
本実施形態では、空洞部１０２の犠牲層１５０を除去する際に、支持部材２１０の縮みや伸びを予め考慮し、その縮みや伸びを打ち消す。つまり、例えば圧縮残留応力ＣＳと同じである外力ＥＦを基部１００に付与し、支持部材２１０を形成し（図１（Ｄ）参照）、その後、外力ＥＦを解除した状態で空洞部１０２を形成する。その結果、圧縮残留応力ＣＳに起因する支持部材２１０の縮みが抑制され、支持部材２１０の反りが打ち消される。外力ＥＦの外力方向は、圧縮残留応力ＣＳの応力方向と実質的に等しいことが好ましく、外力ＥＦの外力値は、圧縮残留応力ＣＳが作用する断面積と圧縮残留応力ＣＳの応力値とを乗算した値と実質的に等しいことが好ましい。
【００５４】
なお、図１（Ｃ）に示すように引張残留応力ＴＳが存在する場合、図１（Ｄ）に示す外力ＥＦは、逆向きに変更する。即ち、引張残留応力ＴＳを仮定すると、その引張残留応力ＴＳと同じである外力（図１（Ｄ）に示す外力ＥＦとは逆向き）を基部１００に付与し、支持部材２１０の切断を抑制することができる。
【００５５】
図１（Ｄ）に示すような基部１００への外力ＥＦの具体的な付与方法については、後述する。引張残留応力ＴＳが存在する場合、基部１００への外力ＥＦを付与方法とは異なる解決方法で、支持部材２１０の切断を抑制して良く、その具体的な解決方法についても、後述する。
【００５６】
図４に示す実施形態では、キャパシター２３０が搭載される支持部材２１０は、一層で形成されている。しかしながら、複数層で支持部材２１０を形成しても良く、この場合、支持部材２１０全体としての残留応力を考慮すれば良い。
【００５７】
支持部材２１０は、酸化膜（例えばＳｉＯ２）や窒化膜（例えばＳｉ３Ｎ４）等で構成することができる。なお、窒化膜（例えばＳｉ３Ｎ４）は還元ガスバリア性を有するので、支持部材２１０でもキャパシター２３０の焦電体２３２に支持部材２１０側から侵入する還元性阻害要因をブロックする機能がある。これについては後述する。
【００５８】
３．２．外力ＥＦの付与方法
図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は本発明の実施形態に係る焦電型検出器（広義には検出素子）の製造方法の概略説明図を示す。なお本実施形態の製造方法は図５（Ａ）〜図５（Ｄ）の概略工程に限定されず、詳細な工程を追加しても良く、この概略工程を変形しても良い。複数の検出素子を製造する場合、検出素子の製造方法は、検出装置の製造方法と呼ぶこともできる。
【００５９】
図５（Ａ）に示すように、基部１００の裏面に支持部材２１０と同種の部材３００を形成する。図１（Ａ）の例では、基部１００の裏面に図５（Ａ）中の部材３００は、形成されていない。図５（Ａ）の例において、基部１００の裏面（固定部の面）は、その後に形成される犠牲層（図５（Ｂ））と対向する。また、同種の部材３００の厚さは、その後に形成される支持部材２１０（図５（Ｃ））の厚さと同じである。支持部材２１０に圧縮残留応力ＣＳが存在する場合、同種の部材３００にも圧縮残留応力ＣＳが存在する。なお、図１（Ｄ）の外力ＥＦの外力値（大きさ）として、同種の部材３００の圧縮残留応力ＣＳが作用する断面積と同種の部材３００の圧縮残留応力ＣＳの応力値とを乗算した値を用いることができる。
【００６０】
基部１００の裏面に支持部材２１０と同種の部材３００を形成した後、基部１００に空洞部（トレンチ）１０２を形成する。空洞部１０２を有しない基部１００は剛体とみなされるので、残留応力に釣り合う反力が作用して基部１００は縮まないが、空洞部１０２が形成された瞬間に基部１００は残留応力の方向に縮む。続いて、空洞部１０２に犠牲層１５０を形成する。犠牲層１５０は、ＣＭＰ等により上面が平坦化されている（図５（Ｂ）参照）。その後、犠牲層１５０に支持部材２１０を形成し、続いて、支持部材２１０に熱型検出素子（広義には検出素子）２２０を形成する。図５（Ｃ）の例では、支持部材２１０に圧縮残留応力ＣＳが存在する。
【００６１】
図５（Ｄ）に示すように、同種の部材３００を基部１００の裏面から除去すると、図１（Ｄ）の外力ＥＦが解除される。外力ＥＦが解除される状態で、犠牲層１５０を除去すると、支持部材２１０の反りを抑制できる（図１（Ｄ）参照）。具体的には、犠牲層１５０を有する基部１００は剛体とみなされるので、同種の部材３００を除去しても基部１００は伸びない。言い換えれば、同種の部材３００の除去により、縮められた基部１００は伸びようとするが、犠牲層１５０を有する基部１００は伸びない。しかしながら、犠牲層１５０の除去により空洞部１０２が形成された瞬間に、基部１００は伸びようとする。この時、支持部材２１０の圧縮残留応力ＣＳは緩和され、支持部材２１０の反りが抑制される。
【００６２】
図５（Ｄ）に示すように、犠牲層１５０を除去する前に、外力ＥＦに対応する同種の部材３００の圧縮残留応力ＣＳを解除することが重要である。仮に、同種の部材３００を基部１００の裏面に形成した状態で犠牲層１５０を除去しても、支持部材２１０の反りが発生する（図１（Ｂ）参照）。
【００６３】
同種の部材３００を完全に除去することが好ましいが、同種の部材３００の一部だけを除去しても良い。同種の部材３００内の圧縮残留応力ＣＳが支持部材２１０内の圧縮残留応力ＣＳと等しい場合、同種の部材３００の圧縮残留応力ＣＳが完全に解除されるが、同種の部材３００の一部除去でも支持部材２１０の反りを低減することができる。
【００６４】
図５（Ａ）の例では、同種の部材３００に圧縮残留応力ＣＳが存在するが、仮に、支持部材２１０に引張残留応力が存在する場合、同種の部材３００にも引張残留応力を発生させることが重要である（図６（Ａ）〜図６（Ｄ）参照）。言い換えれば、支持部材２１０内の残留応力と同じ方向に向かう残留応力が発生する材料で、同種の部材（狭義には同種の膜）３００を構成することが重要である。
【００６５】
図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は図５（Ａ）〜図５（Ｄ）の製造方法の変形例を示し、支持部材２１０に引張残留応力ＴＳが存在する場合、同種の部材３００にも引張残留応力ＴＳを発生させる。図５（Ａ）〜図５（Ｄ）や図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示すように、検出器の製造方法は、以下の工程を有する。第１に、固定部１００に空洞部１０２を形成する。第２に、空洞部１０２に犠牲層１５０を形成する前に、形成される支持部材２１０に生ずる応力方向と同じ方向に外力ＥＦを固定部１００に付与する。第３に、空洞部１０２に形成された犠牲層１５０に支持部材２１０を形成する。第４に、犠牲層１５０を除去する前に、外力ＥＦを解除する。図５（Ａ）〜図５（Ｄ）や図６（Ａ）〜図６（Ｄ）では、犠牲層１５０と対向する固定部１００の面に支持部材２１０と同種の部材３００を形成して外力ＥＦを固定部１００に付与することができる。図５（Ａ）や図６（Ａ）では、固定部１００に空洞部１０２が形成される前に同種の部材３００が固定部１００に付加されるが、犠牲層１５０が固定部１００に付加される前であれば、空洞部１０２を有する固定部１００に同種の部材３００を付加しても良い。
【００６６】
３．３．他の解決方法
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は本発明の実施形態に係る焦電型検出器（広義には検出素子）の他の製造方法の概略説明図を示す。なお本実施形態の製造方法は図７（Ａ）〜図７（Ｃ）の概略工程に限定されず、詳細な工程を追加しても良く、この概略工程を変形しても良い。
【００６７】
基部１００に空洞部（トレンチ）１０２を形成し、続いて、空洞部１０２に犠牲層１５０を形成する。犠牲層１５０は、ＣＭＰ、エッチング等により上面が凹部１５２を有する（図７（Ａ）参照）。図１（Ａ）の例では、犠牲層１５０の上面は、平坦化されている。なお、図１（Ａ）に示すように犠牲層１５０の上面を一旦、平坦化し、その後、凹部１５２を形成しても良い。また、図７（Ａ）の例では、基部１００の裏面に図５（Ａ）中の部材３００は、形成されていないが、変形例を後述するように、部材３００を形成しても良い。
【００６８】
犠牲層１５０に凹部１５２を形成した状態で、犠牲層１５０に支持部材２１０を形成し、続いて、支持部材２１０に熱型検出素子（広義には検出素子）２２０を形成する。図７（Ｂ）の例では、支持部材２１０に引張残留応力ＴＳが存在する。
【００６９】
図７（Ａ）の例では、凹部１５２の深さをｈとし、曲率半径をＲとすると、凹部１５２は、曲率半径Ｒで定義される仮想的な円に接する。σを残留応力（引張残留応力ＴＳ）とし、Ｅを基部１００のヤング率とし、Ｔを基部１００の厚さとし、νを支持部材２１０のポアソン比とし、ｔｆを支持部材２１０の厚さ、ｄを空洞部１０２の厚さとすると、ｈとＲは、以下の関係式を満たすことが好ましい。
【００７０】
【数２】
2011237282.tif 000004
【００７１】
例えば、σが４００［ＭＰａ］であり、Ｅが（１００）面方位で１３０．８［ＧＰａ］であり、Ｔが７２．６［μｍ］であり、νが（１００）面方位で０．３６１［ＭＰａ］であり、ｔｆが８００［Å］である場合、Ｒは、約５．６２［μｍ］となる。例えば、ｄが１．５［μｍ］であり、Ｒが約５．６２［μｍ］である場合、ｈは、約５００［Å］となる。
【００７２】
なお、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）において、各寸法は、実際の寸法を正確に表すものではない。即ち、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）において、各寸法は、以下の説明を理解し易くするために、拡大又は縮小されている。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）以外の他の図面も、同様に、必ずしも正確な寸法を表すものではない。また、各形状は、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に限定されるものではなく、変更することができる。
【００７３】
支持部材２１０に冗長部分が付加されていたので（図７（Ｂ））、図７（Ｃ）に示すように、犠牲層１５０を空洞部１０２から除去しても、支持部材２１０は切断されない。このように、支持部材２１０が下向き凸を示すような反りは、引張残留応力ＴＳに起因して支持部材２１０が伸びることで、抑制される。
【００７４】
図７（Ａ）に示すように、犠牲層１５０に凹部１５２を形成した状態で、その凹部１５２に沿って支持部材２１０を形成し、支持部材２１０に冗長部分を付加することが重要である。犠牲層１５０は、１つの凹部１５２を有することが好ましいが、複数の凹部を形成しても良い。
【００７５】
図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は図７（Ａ）〜図７（Ｃ）の製造方法の変形例を示し、犠牲層１５０は、３つの凹部１５２を有する（図８（Ａ））。３つの凹部１５２に沿って支持部材２１０が形成されるので（図８（Ｂ））、犠牲層１５０を除去しても、図８（Ｃ）に示すように、支持部材２１０の切断は、抑制される。言い換えれば、３つの凹部１５２を有する犠牲層１５０に支持部材２１０を形成すると、図１（Ｂ）に示すような支持部材２１０の冗長部分を発生させることができる。
【００７６】
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は図７（Ａ）〜図７（Ｃ）の製造方法の他の変形例を示し、支持部材２１０に引張残留応力ＴＳが存在する場合、犠牲層１５０は、ＣＭＰ、エッチング等により上面が凸部１５４を有しても良い（図９（Ａ）参照）。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）や図８（Ａ）〜図８（Ｃ）や図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、検出器の製造方法は、以下の工程を有しても良い。第１に、支持部材冗長長さ形成用の少なくとも１つの凹部１５２又は凸部１５４を犠牲層１５０に形成する。第２に、少なくとも１つの凹部１５２又は凸部１５４に沿って支持部材２１０を形成する。第３に、その後犠牲層１５０を除去する。
【００７７】
加えて、例えば図７（Ａ）〜図７（Ｃ）の工程と図６（Ａ）〜図６（Ｃ）の工程とを組み合わせることができる。図７（Ａ）の例を変形して、例えば、支持部材２１０の厚さｔｆの半分の値を用いて、凹部１５２の深さｈ及び曲率半径Ｒを算出する。さらに、基部１００の裏面（固定部の面）に、図６（Ａ）に示すような同種の部材３００を形成する。但し、同種の部材３００の厚さは、その後に形成される支持部材２１０（図７（Ｂ））の厚さｔｆの半分である。
【００７８】
４．キャパシターの構造
４．１．熱コンダクタンス
図１０は、本実施形態の要部を説明するための概略断面図である。上述した通り、キャパシター２３０は、第１電極（下部電極）２３４と第２電極（上部電極）２３６との間に焦電体２３２を含む。このキャパシター２３０は、支持部材２１０が空洞部１０２と面する第１面（図１０の下面）と対向する第２面（図１０の上面）に搭載して支持される。そして、入射された赤外線の光量（温度）によって焦電体２３２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）を利用して赤外線を検出できる。本実施形態では、入射された赤外線が赤外線吸収体２７０にて吸収されて赤外線吸収体２７０が発熱し、赤外線吸収体２７０と焦電体２３２との間にある固体熱伝導路を介して、赤外線吸収体２７０の発熱が伝達される。
【００７９】
本実施形態のキャパシター２３０では、支持部材２１０と接する第１電極（下部電極）２３４の熱コンダクタンスＧ１を、第２電極（上部電極）２３６の熱コンダクタンスＧ２よりも小さくしている。こうすると、キャパシター２３０は、赤外線に起因した熱が第２電極（上部電極）２３６を介して焦電体２３２に伝達されやすく、しかも、焦電体２３２の熱が第１電極（下部電極）２３４を介して支持部材２１０に逃げ難くなり、赤外線検出素子２２０の信号感度が向上する。
【００８０】
上述した特性を有するキャパシター２３０の構造を、図１０を参照してさらに詳細に説明する。先ず、第１電極（下部電極）２３４の厚さＴ１は、第２電極（上部電極）２３６よりも厚い（Ｔ１＞Ｔ２）である。第１電極（下部電極）２３４の熱伝導率をλ１とすると、第１電極（下部電極）２３４の熱コンダクタンスＧ１は、Ｇ１＝λ１／Ｔ１となる。第２電極（上部電極）２３６の熱伝導率をλ２としたとき、第２電極（上部電極）２３６の熱コンダクタンスＧ２は、Ｇ２＝λ２／Ｔ２となる。
【００８１】
熱コンダクタンスの関係をＧ１＜Ｇ２とするためには、例えば第１，第２電極２３４，２３６の材質を例えば共に白金ＰｔまたはイリジウムＩｒ等の同一の単一材料とすれば、λ１＝λ２となり、図１０からＴ１＞Ｔ２であるのでＧ１＜Ｇ２の関係を満足できる。
【００８２】
そこで先ず、第１，第２電極２３４，２３６の各々を、それぞれ同一材料にて形成することについて考察する。キャパシター２３０は、焦電体２３２の結晶方向を揃えるために、焦電体２３２が形成される下層の第１電極２３４との界面の結晶格子レベルを整合させる必要がある。つまり、第１電極２３４は結晶のシード層としての機能を有するが、白金Ｐｔは自己配向性が強いので、第１電極２３４として好ましい。イリジウムＩｒもシード層材料として好適である。
【００８３】
また、第２電極（上部電極）２３６は、焦電体２３２の結晶性を崩さずに、第１電極２３４、焦電体２３２から第２電極２３６に至るまで結晶配向が連続的につながることが好ましい。そのため、第２電極２３６は第１電極２３４と同一材料にて形成することが好ましい。
【００８４】
このように、第２電極２３６を第１電極２３４と同一材料例えばＰｔまたはＩｒ等の金属にて形成すると、第２電極２３６の上面を反射面とすることができる。この場合、図１０に示すように、赤外線吸収体２７０の頂面から第２電極２３６の頂面までの距離Ｌをλ／４（λは赤外線の検出波長）とすると良い。こうすると、赤外線吸収体２７０の頂面と第２電極２３６の頂面との間で、検出波長λの赤外線が多重反射されるので、検出波長λの赤外線を赤外線吸収体２７０にて効率よく吸収できる。
【００８５】
４．２．電極多層構造
次に、図１０に示す本実施形態のキャパシター２３０の構造について説明する。図１０に示すキャパシター２３０は、焦電体２３２、第１電極２３４及び第２電極２３６の結晶配向は、その優先配向方位が例えば（１１１）面方位で揃えられている。（１１１）面方位に優先配向されることで、他の面方位に（１１１）配向の配向率が例えば９０％以上に制御される。焦電係数を大きくするには（１１１）配向よりもむしろ（１００）配向などが好ましいが、印加電界方向に対して分極を制御しやくするために（１１１）配向としている。ただし、優先配向方位はこれに限定されない。
【００８６】
第１電極２３４は、支持部材２１０から順に、第１電極２３４を例えば（１１１）面に優先配向するように配向制御する配向制御層（例えばＩｒ）２３４Ａと、第１還元ガスバリア層（例えばＩｒＯｘ）２３４Ｂと、優先配向のシード層（例えばＰｔ）２３４Ｃとを含むことができる。
【００８７】
第２電極２３６は、焦電体２３２側から順に、焦電体２３２と結晶配向が整合する配向整合層（例えばＰｔ）２３６Ａと、第２還元ガスバリア層（例えばＩｒＯｘ）２３６Ｂと、第２電極２３６に接続される第２プラグ２２８との接合面を低抵抗化する低抵抗化層（例えばＩｒ）２３６Ｃとを含むことができる。
【００８８】
本実施形態にてキャパシター２３０の第１，第２電極２３４，２３６を多層構造とした理由は、熱容量の小さい赤外線検出素子２２０でありながら、能力を低めずに低ダメージで加工して界面での結晶格子レベルを整合させ、しかも、キャパシター２３０の周囲が製造時または使用時に還元雰囲気となっても焦電体（酸化物）２３２を還元ガスから隔離することにある。
【００８９】
焦電体２３２は例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３の総称：チタン酸ジルコン酸鉛）またはＰＺＴＮ（ＰＺＴにＮｂを添加したものの総称）等を例えば（１１１）方位で優先配向させて結晶成長させている。ＰＺＴＮを用いると、薄膜になっても還元されにくく酸化欠損を抑制できる点で好ましい。焦電体２３２を配向結晶化させるために、焦電体２３２の下層の第１電極２３４の形成段階から配向結晶化させている。
【００９０】
このために、下部電極２３４には配向制御層として機能するＩｒ層２３４Ａがスパッタ法で形成される。なお、図１０に示すように、配向制御層２３４Ａの下に密着層２３４Ｄとしてたとえばチタン・アルミ・ナイトライド（ＴｉＡｌＮ）層または窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成すると良い。支持部材２１０の材質によっては密着性が確保しにくいからである。また、密着層２３４Ｄの下層に位置する支持部材２１０をＳｉＯ２で形成するとき、支持部材２１０はポリシリコンよりもグレインが小さい材料またはアモルファス材料にて形成することが好ましい。こうすると、支持部材２１０がキャパシター２３０を搭載する表面の平坦性を確保できるからである。もし、配向制御層２３４Ａが形成される面が粗面であると、結晶成長中に粗面の凹凸が反映されてしまうから好ましくない。
【００９１】
第１電極２３４中にて還元ガスバリア層として機能するＩｒＯｘ層２３４Ｂは、キャパシター２３０の下方からの還元性の阻害因子から焦電体２３２を隔離するために、還元ガスバリア性を呈する支持部材２１０（例えばＳｉ３Ｎ４）及び支持部材２１０のエッチングストップ膜（例えばＡｌ２Ｏ３）１４０と共に用いられる。例えば焦電体（セラミック）２３２の焼成時や他のアニール工程での基部１００からの脱ガスや、犠牲層１５０の等方性エッチング工程に用いる還元ガスが、還元性阻害因子となる。
【００９２】
また、ＩｒＯｘ層２３４Ｂは、それ自体の結晶性は少ないが、Ｉｒ層２３４Ａとは金属−金属酸化物の関係となって相性が良いので、Ｉｒ層２３４Ａと同一の優先配向方位を持つことができる。
【００９３】
第１電極２３４中にてシード層として機能するＰｔ層２３４Ｃが、焦電体２３２の優先配向のシード層となり、（１１１）配向される。本実施形態では、Ｐｔ層２３４Ｃは二層構造となっている。第１層目のＰｔ層で（１１１）配向の基礎をつくり、第２層目のＰｔ層で表面にマイクロラフネスを形成して、焦電体２３２の優先配向のシード層として機能させる。焦電体２３２は、シード層２３４Ｃにならつて（１１１）配向される。
【００９４】
第２電極２３６では、スパッタ法で成膜されるとは物理的に界面が荒れ、トラップサイトが生じて特性が劣化する虞があるので、第１電極２３４、焦電体２３２、第２電極２３６の結晶配向が連続的につながるように、結晶レベル格子整合の再構築を行なっている。
【００９５】
第２電極２３６中のＰｔ層２３６Ａはスパッタ法で形成されるが、スパッタ直後で界面の結晶方向は不連続となる。そこで、その後にアニール処理してＰｔ層２３６Ａを再結晶化させている。つまり、Ｐｔ層２３６Ａは、焦電体２３２と結晶配向が整合する配向整合層として機能する。
【００９６】
第２電極２３６中のＩｒＯｘ層２３６Ｂは、キャパシター２３０の上方からの還元性劣化因子のバリアとして機能する。また、第２電極２３６中のＩｒ層２３６Ｃは、ＩｒＯｘ層２３６Ｂの抵抗値が大きいので、第２プラグ２２８との間の抵抗値を低抵抗化させるために用いられる。Ｉｒ層２３６Ｃは、ＩｒＯｘ層２３６Ｂと金属酸化物−金属の関係で相性がよく、ＩｒＯｘ層２３６Ｂと同一の優先配向方位を持つことができる。
【００９７】
このように、本実施形態では、第１，第２電極２３４，２３６は、焦電体２３２側から順に、Ｐｔ、ＩｒＯｘ、Ｉｒと多層に配置され、焦電体２３２を中心として、形成材料が対称配置されている。
【００９８】
ただし、第１，第２電極２３４，２３６を形成する多層構造の各層の厚さは、焦電体２３２を中心として非対称となっている。先ず、第１電極２３４のトータル厚さＴ１と、第２電極２３６のトータル厚さＴ２とは、上述したよりも関係（Ｔ１＞Ｔ２）を満足している。ここで、第１電極２３４のＩｒ層２３４Ａ、ＩｒＯｘ層２３４Ｂ、Ｐｔ層２３４Ｃの各熱伝導率をλ１、λ２、λ３とし、各厚さをＴ１１、Ｔ１２、Ｔ１３とする。第２電極のＩｒ層２３６Ｃ、ＩｒＯｘ層２３６Ｂ、Ｐｔ層２３６Ａの各熱伝導率は第１電極２３２と同じくλ１、λ２、λ３となり、その各厚さをＴ２１、Ｔ２２、Ｔ２３とする。
【００９９】
また、第１電極２３４のＩｒ層２３４Ａ、ＩｒＯｘ層２３４Ｂ、Ｐｔ層２３４Ｃの各熱コンダクタンスをＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３とすると、Ｇ１１＝λ１／Ｔ１１、Ｇ１２＝λ２／Ｔ１２、Ｇ１３＝λ３／Ｃ１３となる。第２電極２３６のＩｒ層２３６Ｃ、ＩｒＯｘ層２３６Ｂ、Ｐｔ層２３６Ａの各熱コンダクタンスをＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３とすると、Ｇ２１＝λ１／Ｔ２１、Ｇ２２＝λ２／Ｔ２２、Ｇ１３＝λ３／Ｔ２３となる。
【０１００】
第１電極２３４のトータル熱コンダクタンスＧ１は、１／Ｇ１＝（１／Ｇ１１）＋（１／Ｇ１２）＋（１／Ｇ１３）で表わされるので、
Ｇ１＝（Ｇ１１×Ｇ１２×Ｇ１３）／（Ｇ１１＋Ｇ１２＋Ｇ１３）…（１）
同様に、第２電極２３６のトータル熱コンダクタンスＧ２は、１／Ｇ２＝（１／Ｇ２１）＋（１／Ｇ２２）＋（１／Ｇ２３）で表わされるので、
Ｇ２＝（Ｇ２１×Ｇ２２×Ｇ２３）／（Ｇ２１＋Ｇ２２＋Ｇ２３）…（２）
となる。
【０１０１】
次に、第１，第２電極２３４，２３６を形成する多層構造の各層の厚さは、Ｔ１１＋Ｔ１２＋Ｔ１３＝Ｔ１＞Ｔ２＝Ｔ２１＋Ｔ２２＋Ｔ２３を満たす条件下でほぼ次の通りの関係である。
【０１０２】
Ｉｒ層２３４Ａ，２３６Ｃ      Ｔ１１：Ｔ２１＝１：０．７
ＩｒＯｘ層２３４Ｂ，２３６Ｂ  Ｔ１２：Ｔ２２＝０．３：１
Ｐｔ層２３４Ｃ，２３６Ａ    Ｔ１３：Ｔ２３＝３：１
このような膜厚関係とした理由は以下の通りである。まず、Ｉｒ層２３４Ａ，２３６Ｃについて言えば、第１電極２３４中のＩｒ層２３４Ａは配向制御層として機能するから、配向性を有するには所定の膜厚が必要であるのに対して、第２電極２３６ＣのＩｒ層の目的は低抵抗化にあり、薄くするほど低抵抗化を実現できる。
【０１０３】
次に、ＩｒＯｘ層２３４Ｂ，２３６Ｂについて言えば、キャパシター２３０の下方及び上方からの還元性阻害因子のバリア性は他のバリア膜（還元性ガスバリア層２４０、エッチングストップ膜兼還元性ガスバリア層１４０，２８０）を併用しており、第１電極２３４のＩｒＯｘ層２３４Ｂは薄くしているが、第２電極２３６のＩｒＯｘ層２３６Ｂは第２プラグ２２８でのバリア性が低いことに備えて厚くしている。
【０１０４】
最後に、Ｐｔ層２３４Ｃ，２３６Ａに関して言えば、第１電極２３４中のＰｔ層２３４Ｃは焦電体２３２の優先配向を決定付けるシード層として機能するから所定の膜厚が必要であるのに対して、第２電極２３６のＰｔ層２３６Ａの目的は焦電体２３２の配向と整合する配向整合層として機能するので、第１電極２３４中のＰｔ層２３４Ｃよりも薄く形成しても良い。
【０１０５】
また、第１電極２３４のＩｒ層２３４Ａ、ＩｒＯｘ層２３４Ｂ、Ｐｔ層２３４Ｃの肉厚比は、例えばＴ１１：Ｔ１２：Ｔ１３＝１０：３：１５とし、第２電極２３６のＩｒ層２３６Ｃ、ＩｒＯｘ層２３６Ｂ、Ｐｔ層２３６Ａの肉厚比は、例えばＴ２１：Ｔ２２：Ｔ２３＝７：１０：５とした。
【０１０６】
ここで、Ｐｔの熱伝達率λ３＝７１．６（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｉｒの熱伝達率λ１は、λ１＝１４７（Ｗ／ｍ・Ｋ）とＰｔの熱伝達率λ３のほぼ２倍である。ＩｒＯｘの熱伝導率λ２は熱度や酸素／金属比（Ｏ／Ｍ）によって変化するが、Ｉｒの熱伝達率λ１を超えることはない。上述した膜厚の関係と熱伝達率の関係を式（１）（２）に代入してＧ１，Ｇ２の大小関係を求めると、Ｇ１＜Ｇ２が成立することが分かる。このように、本実施形態のように第１，第２電極２３４，２３６を多層構造にしても、熱伝達率と膜厚の関係からＧ１＜Ｇ２が満足される。
【０１０７】
また、上述した通り、第１電極２３４が支持部材２１０との接合面に密着層２３４Ｄを有する場合には、第１電極２３４の熱コンダクタンスＣ１はより小さくなるので、Ｇ１＜Ｇ２の関係を満足し易くなる。
【０１０８】
なお、キャパシター２３０のエッチングマスクはエッチングの進行に従い劣化するので、多層構造とするほどキャパシター２３０の側壁は、図１０に示すように上側ほど狭く下側ほど広いテーパ形状となる。しかし、水平面に対するテーパ角は８０度程なので、キャパシター２３０の全高がナノメートルオーダーであることを考慮すれば、第２電極２３６に対する第１電極２３４の面積拡大は小さい。よって、第１，第２電極２３４，２３６の熱コンダクタンスの関係から、第１電極２３４での熱伝達量を第２電極２３６での熱伝達量よりも小さくできる。
【０１０９】
４．３．キャパシター構造の変形例
以上の通り、キャパシター２３０の第１，第２電極２３４，２３６の各々について、単層構造及び多層構造を説明したが、キャパシター２３０の機能を維持しながら、熱コンダクタンスの関係をＧ１＜Ｇ２とする他の種々の組み合わせが考えられる。
【０１１０】
先ず、第２電極２３６のＩｒ層２３６Ｃを削除することができる。この場合、第２プラグ２２８の材料に例えばＩｒを用いれば、同様に低抵抗化の目的は達成されるからである。こうすると、第２電極２３６の熱コンダクタンスＧ２は図１０の場合よりも大きくなるので、Ｇ１＜Ｇ２の関係を満足させ易くなる。また、この場合には、図１０に示すＬ＝λ／４を規定する反射面は、第２電極２３６のＰｔ層２３６Ａに代わるが、同様に多重反射面を担保できる。
【０１１１】
次に、図１０の第２電極２３６中のＩｒＯｘ層２３６Ｂの厚さを、第１電極２３４中のＩｒＯｘ層２３４Ｂと同一厚さ以下とすることができる。上述の通り、キャパシター２３０の下方及び上方からの還元性阻害因子のバリア性は他のバリア膜（還元性ガスバリア層２４０、エッチングストップ膜兼還元性ガスバリア層１４０，２８０）を併用しているからで、第２プラグ２２８での還元ガスバリア性が例えば図１１のようにして高められれば、第２電極２３６中のＩｒＯｘ層２３６Ｂの厚さを第１電極２３４中のＩｒＯｘ層２３４Ｂより厚くする必要はない。こうすると、第２電極２３６の熱コンダクタンスＧ２はより大きくなり、よりＧ１＜Ｇ２の関係を成立がし易くなる。
【０１１２】
次に、図１０の第１電極２３４中のＩｒＯｘ層２３４Ｂを削除することができる。ＩｒＯｘ層２３４Ｂを削除しても、Ｉｒ層２３４ＡとＰｔ層２３４Ｃとの結晶の連続性は妨げられないので、結晶配向に関して何ら問題はない。ＩｒＯｘ層２３４Ｂを削除することで、キャパシター２３０はその下方からの還元性阻害因子に対してバリア膜を持たないことになる。ただし、支持部材２１０の下面にはエッチングストップ膜１４０が存在し、エッチングストップ膜１４０が還元ガスバリア性を有する膜で形成されれば、キャパシター２３０はその下方からの還元性阻害因子に対するバリア性を担保できる。
【０１１３】
ここで、第１電極２３４中のＩｒＯｘ層２３４Ｂを削除すると、第１電極２３４の熱コンダクタンスＧ１は大きくなる。よって、Ｇ１＜Ｇ２の関係を成立させるには、第２電極２３６の熱コンダクタンスＧ２も大きくする必要が生ずるかもしれない。その場合、例えば第２電極２３６中のＩｒＯｘ層２３６Ｂを削除することが考えられる。ＩｒＯｘ層２３６Ｂを削除できれば、Ｉｒ層２３６Ｃもまた不要となる。Ｉｒ層２３６Ｃに代えてＰｔ層２３６Ａが低抵抗層として機能するからである。キャパシター２３０の上方からの還元性阻害因子についてのバリア性は、上述した還元性ガスバリア膜２４０や、図４に示すバリアメタル２２８Ａや、あるいは図１１の還元性ガスバリア層２９０により担保できる。
【０１１４】
図１０の第２電極２３４は上述した通りＰｔ層２３６Ａのみで形成したとき、第１電極２３４は、Ｐｔ層２３４Ｃの単層か、Ｉｒ層２３４Ａ及びＰｔ層２３４Ｃの二層か、あるいは図１０の通りＩｒ層２３４Ａ、ＩｒＯｘ層２３４Ｂ及びＰｔ層２３４Ｃの三層とすることができる。これらの場合のいずれでも、例えば第１電極２３４のＰｔ層２３４Ａの厚さＴ１１を第２電極２３６のＰｔ層２３６Ｃの厚さＴ２１よりも厚くすれば（Ｔ１１＞Ｔ２１）、Ｇ１＜Ｇ２の関係を容易に成立させることができる。
【０１１５】
５．電子機器
図１２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１２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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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２００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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
このように、１セル分の熱型光検出器を赤外線センサー等のセンサーとして用いる他、１セル分の熱型光検出器を直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
図１３（Ａ）に図１２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。
【０１２３】
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１３（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。
【０１２４】
図１３（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１３（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。  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１３（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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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の反りを低減できる。この効果を奏することができる以上、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】
【０１３０】
１００  基部（固定部）、１０２  空洞部、
１３０，１４０  還元ガスバリア層（エッチングストップ膜）、
１５０  犠牲層、１５２  凹部、１５４  凸部、２００  熱型光検出器、
２１０  支持部材、２２０  赤外線検出素子、２２２，２２４  第１，第２電極配線層、
２２６，２２８  第１，第２プラグ、２２８Ａ  バリアメタル、２３０  キャパシター、
２３２  焦電体、２３４  第１電極、２３４Ａ  配向制御層、
２３４Ｂ  第１還元ガスバリア層、２３４Ｃ  シード層、２３４Ｄ  密着層、
２３６  第２電極、２３６Ａ  配向整合層、２３６Ｂ  第２還元ガスバリア層、
２３６Ｃ  低抵抗化層、２４０  還元ガスバリア層、２５０  層間絶縁膜、
２６０  パッシベーション膜、２７０  光吸収部材（赤外線吸収体）、
２８０  還元ガスバリア層（エッチングストップ膜）、２９０  還元ガスバリア層、
３００  部材（支持部材と同種）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011237282.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
2011237282.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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