(57)【要約】  赤外線検出装置は、基板と、熱型光検出素子とを備える。基板は、凹部と、凹部の周囲に位置する枠部とを有する。熱型光検出素子は、脚部と検出部とを有し、凹部上に検出部が位置するように、脚部が枠部上に接続されている。また、熱型光検出素子は、基板上に設けられた第１電極層と、第１電極層上に設けられた検出層と、検出層上に設けられた第２電極層とを有する。第１電極層の線熱膨張係数は、基板の線熱膨張係数より大きく、基板の線熱膨張係数は、検出層の線熱膨張係数より大きい。
2014080577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部と、前記凹部の周囲に位置する枠部とを有する基板と、
脚部と検出部とを有し、前記凹部上に前記検出部が位置するように、前記脚部が前記枠部上に接続されるとともに、前記基板上に設けられた第１電極層と、前記第１電極層上に設けられた検出層と、前記検出層上に設けられた第２電極層とを有する熱型光検出素子と、を備え、
前記第１電極層の線熱膨張係数は、前記基板の線熱膨張係数より大きく、
前記基板の線熱膨張係数は、前記検出層の線熱膨張係数より大きい
赤外線検出装置。
【請求項２】
前記基板と、前記第１電極層の間の少なくとも一部に第１の中間層をさらに備えた
請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記第１の中間層には、前記基板に含まれる元素が拡散している
請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
前記第１の中間層の前記基板側の線熱膨張係数が、前記第１電極層側の線熱膨張係数より大きい
請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
前記第１の中間層の主成分は、シリコン酸化物である
請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項６】
前記第１電極層の幅方向において、前記第１電極層は、前記検出層で覆われている箇所を有する
請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項７】
前記第１電極層の延出方向に対して垂直な方向の断面が、前記検出層から前記基板に向けて広がる順テーパ形状である
請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項８】
前記第１の中間層と前記検出層との間に第２の中間層をさらに備え、
前記第２の中間層の線熱膨張係数は、前記第１の中間層の線熱膨張係数より大きく、前記検出層の線熱膨張係数より小さい
請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項９】
前記第２の中間層は、チタン酸化物もしくはハフニウム酸化物を含む材料で形成されている
請求項８に記載の赤外線検出装置。
【請求項１０】
前記基板の前記枠部における前記第２電極層の下方において、前記第１電極層が形成されている領域と、前記第１電極層が形成されていない領域とが存在する
請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項１１】
前記第１電極層の一部と前記検出層の一部が、前記第１の中間層の上に形成されている
請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項１２】
前記第１電極層と、前記基板の間に、前記第１電極層よりも電気伝導率が高い第１の電導層をさらに備える
請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項１３】
前記第１電極層と前記検出層との間に、前記第１電極層よりも電気伝導率が高い第２の電導層をさらに備える
請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項１４】
前記第２の電導層が、（１００）面を主配向面とする白金を含む材料で形成されている
請求項１３に記載の赤外線検出装置。
【請求項１５】
前記検出層の、前記第１電極層と反対側の面に、前記検出層より線膨張係数が小さい赤外線吸収層が形成されている
請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項１６】
前記基板は、金属材料で形成されている
請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項１７】
前記凹部が赤外線を反射する材料で形成されている
請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項１８】
前記基板がフェライト系ステンレス材料で形成されており、
前記第１電極層が、ニッケル酸ランタン、コバルト酸ランタンストロンチウム、マンガン酸ランタンストロンチウムのうちのいずれかを主成分とするペロブスカイト構造を有する導電性酸化物材料で形成されており、
前記検出層が、チタン酸鉛を含むペロブスカイト構造を有する焦電性を示す材料で形成されている
請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項１９】
前記第１電極層の一部と前記検出層の一部が、前記基板上に形成されている
請求項１に記載の赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術分野は、赤外線を受光することによる温度上昇に伴い変化する電気的性質を検知する赤外線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触で温度を検出するセンサ装置として、赤外線を利用する熱型の赤外線検出装置が提案されている。熱型の赤外線検出装置としては、焦電型検出装置、抵抗ボロメータ型検出装置、サーモパイル型検出装置等がある。焦電型検出装置では、温度変化によって表面に電荷を生じる焦電体材料を利用している。抵抗ボロメータ型検出装置では、温度変化によって抵抗値が変化する抵抗ボロメータ材料を利用している。サーモパイル型検出装置では温度差で熱起電力が生じるゼーベック効果を利用している。【０００３】
この中で、焦電型検出装置は微分出力特性を有しており、入射する赤外線量の変化で出力が生じる。したがって、焦電型検出装置は、例えば、人や動物などの熱を発する物体の移動を検知するセンサ等として広く利用されている。【０００４】
焦電型検出装置としては、一般的にバルクセラミックスを用いたシングル素子型やデュアル素子型の検出装置が用いられている（例えば、特許文献１）。デュアル素子型検出装置では、２つのシングル素子の受光面電極同士または対向面電極同士を、焦電体基板の温度変化により発生する電荷が逆極性となるように直列接続されている。この構造とすることにより、シングル素子を１つのみを用いた際に生じる外部温度依存性を補正できる。また、出力波形の位相が人体の移動方向によって反転する特徴を利用し、プラス側とマイナス側のどちらの人体検知信号が先に出力されたかによって人体の移動方向の判別が可能となる。【０００５】
しかしながら、従来の焦電型検出装置では、人の二次元的な挙動を詳細にセンシングしたり、空間の温度分布を正確にセンシングしたりすることは困難である。【０００６】
そこで、シリコン基板上に形成した焦電体薄膜を用いて、半導体微細加工プロセスにより焦電体薄膜をアレイ状に加工して、多画素化することが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３）。【０００７】
図１４は、従来の焦電型の赤外線検出装置４０の断面図である。赤外線検出装置４０は、Ｓｉ基板３２の上に、ＳｉＯ２層３３、Ｔｉ層３４、Ｐｔ層３５、ＰＬＺＴ層３６及びＩｒＯ２層３７が順次形成されている。ＰＬＺＴ層３６は、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３で形成されている。Ｔｉ層３４、Ｐｔ層３５、ＰＬＺＴ層３６及びＩｒＯ２層３７の厚さは、夫々、２０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ程度である。【０００８】
Ｔｉ層３４は、下部電極であるＰｔ層３５と、Ｓｉ基板３２上のＳｉＯ２層３３とを接着する接着層として設けられている。Ｔｉ層３４は、実質的には、下部電極としても機能する。ＰＬＺＴ層３６は焦電体層であり、例えばゾル−ゲル法、ＲＦスパッタリング法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法等により形成されている。そして、ＩｒＯ２層３７は上部電極として機能する。ＩｒＯ２層３７は、例えば反応性スパッタリング法により形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１１／００１５８５号
【特許文献２】国際公開第２００４／０７９３１１号
【特許文献３】特表２０１０−５４０９１５号公報
【発明の概要】
【００１０】
赤外線検出装置は、基板と、熱型光検出素子とを備える。基板は、凹部と、凹部の周囲に位置する枠部とを有する。熱型光検出素子は、脚部と検出部とを有し、凹部上に検出部が位置するように、脚部が枠部上に接続されている。また、熱型光検出素子は、基板上に設けられた第１電極層と、第１電極層上に設けられた検出層と、検出層上に設けられた第２電極層とを有する。第１電極層の線熱膨張係数は、基板の線熱膨張係数より大きく、基板の線熱膨張係数は、検出層の線熱膨張係数より大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、本実施の形態１における赤外線検出装置の上面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本実施の形態１における他の赤外線検出装置の上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示す線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本実施の形態１におけるさらに他の赤外線検出装置の上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示す線３Ｂ−３Ｂにおける断面図である。
【図４】図４は、本実施の形態１における検出層のＸ線回折パターンを示す図である。
【図５】図５は、本実施の形態１における検出層の特性を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本実施の形態２における赤外線検出装置の上面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示す線６Ｂ−６Ｂにおける断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａに示す線６Ｃ−６Ｃにおける断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６Ａに示す線６Ｄ−６Ｄにおける断面図である。
【図７】図７は、本実施の形態２における他の赤外線検出装置の断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本実施の形態３における赤外線検出装置の上面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示す線８Ｂ−８Ｂにおける断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本実施の形態３における他の赤外線検出装置の上面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示す線９Ｂ−９Ｂにおける断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ａに示す線９Ｃ−９Ｃにおける断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９Ａに示す線９Ｄ−９Ｄにおける断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本実施の形態４における赤外線検出装置の上面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａに示す線１０Ｂ−１０Ｂにおける赤外線検出装置の断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本実施の形態４における他の赤外線検出装置の上面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａに示す線１１Ｂ−１１Ｂにおける断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ａに示す線１１Ｃ−１１Ｃにおける断面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、図１１Ａに示す線１１Ｄ−１１Ｄにおける断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本実施の形態５における赤外線検出装置の上面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａに示す線１２Ｂ−１２Ｂにおける断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本実施の形態５における他の赤外線検出装置の上面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａに示す線１３Ｂ−１３Ｂにおける断面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図１３Ａに示す線１３Ｃ−１３Ｃにおける断面図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、図１３Ａに示す線１３Ｄ−１３Ｄにおける断面図である。
【図１４】図１４は、従来の赤外線検出装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１４に示した焦電型の赤外線検出装置４０は、線熱膨張係数の小さいＳｉ基板３２の上方に、線熱膨張係数の大きいＰＬＺＴ層３６を形成している。そのため、Ｓｉ基板３２とＰＬＺＴ層３６との線熱膨張係数の差に起因する応力により、ＰＬＺＴ層３６に引張り応力が生じる。その結果、ＰＬＺＴ層３６は、分極軸ではない（１００）面に優先配向し、焦電特性が低くなる場合がある。
【００１３】
（実施の形態１）
図１Ａは、本実施の形態１における赤外線検出装置１００の上面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。図２Ａは、本実施の形態１における赤外線検出装置１１０の上面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。図３Ａは、本実施の形態１における赤外線検出装置１２０の上面図である。図３Ｂは、図３Ａに示す線３Ｂ−３Ｂにおける断面図である。
【００１４】
赤外線検出装置１００は、基板８と、熱型光検出素子１とを有する。基板８は、凹部７と、凹部７の周囲に位置する枠部６とを有する。熱型光検出素子１は脚部５と検出部５０とを有し、凹部７上に検出部５０が位置するように、脚部５が枠部６上に接続されている。脚部５は脚部５Ａと脚部５Ｂで構成されている。熱型光検出素子１は、基板８上および凹部７の上方に設けられた第１の中間層９と、第１の中間層９の上に設けられた第２の中間層１０とを有する。さらに、熱型光検出素子１は、第２の中間層１０の上に設けられた第１電極層１１と、第１電極層１１の上に設けられた検出層１２と、検出層１２の上に設けられた第２電極層１３とを有する。
【００１５】
次に、各構成について詳細に説明する。基板８は、少なくとも一方の主面に凹部７を有する。脚部５Ａ、５Ｂは、凹部７の上に、凹部７を囲む基板８の主面（枠部６）から延伸している。検出部５０は、脚部５Ａ、５Ｂを介して凹部７の上に懸架、支持されている。凹部７により、熱型光検出素子１は、枠部６に対して熱的な絶縁性が高い構造となっている。なお、凹部７は内部に空隙７Ａを有している。凹部７は、熱型光検出素子１を基板８上に脚部５で中空に支持する深さを有するように設ければよい。空隙７Ａが、基板８を貫通していてもよく、また図１Ｂに示すように有底の凹部７が設けられていてもよい。
【００１６】
検出部５０は、第１電極層１１の一部である第１の電極パッド４と電気的に接続されている。第１の電極パッド４の下には、基板８の主面から近い順に、第１の中間層９、第２の中間層１０が積層されている。第１の電極パッド４においては、第１電極層１１の上に検出層１２、第２電極層１３は形成されていない。
【００１７】
さらに検出部５０は、脚部５の上に形成された電気配線３を介して、第２の電極パッド２と電気的に接続されている。第２の電極パッド２の下は、基板８の主面から近い順に、第１の中間層９、第２の中間層１０、検出層１２が積層されている。
【００１８】
基板８は、検出層１２よりも線熱膨張係数が大きい。基板８として鉄やクロムを主成分とするフェライト系ステンレス、チタン、アルミニウム、マグネシウム等の金属材料や、ホウケイ酸ガラス等のガラス系材料、酸化マグネシウムやフッ化カルシウム等の単結晶材料、チタニア、ジルコニア等のセラミック系材料等を用いることができる。言いかえれば、基板８として検出層１２よりも線熱膨張係数の大きい材料を用いることができる。特に、赤外線を反射する材料を用いた場合は、凹部７に照射された赤外線を、熱型光検出素子１の方向に反射できるので、赤外線検出能が高められる。また金属材料を用いることにより、赤外線を強く反射できる。また金属材料は、シリコン基板より安価である。
【００１９】
また、基板８の材料として、圧延加工された金属鋼帯（圧延鋼板）を用いても良い。
【００２０】
基板８は、第１の中間層９、第２の中間層１０、第１電極層１１よりも厚い。そのため、検出層１２の残留応力は、基板８の線熱膨張係数の影響をより大きく受ける。
【００２１】
第１の中間層９には、シリコン酸化物もしくはシリコン酸化物を含む化合物材料を用いる。例えば、第１の中間層９としてシリコン酸化物や、シリコン酸化物を窒化したシリコン窒化膜（ＳｉＯＮ）等を用いることができる。
【００２２】
第１の中間層９には、基板８に含まれる元素が拡散しているのが好ましい。さらには、第１の中間層９には、基板８に含まれる少なくとも二種類の元素が拡散しているのがより好ましい。これら二種類の元素は基板８側から第１電極層１１側に向かってその拡散量（濃度）が傾斜、すなわち減少する。例えばステンレスを基板８として用いる場合、鉄およびクロムが第１の中間層９に拡散する。この場合、拡散係数の大きいクロムの方が拡散係数の小さい鉄よりも、第１の中間層９内に拡散される。すなわち、第１の中間層９内において、基板８に含まれる二種以上の元素の拡散量の勾配が各々異なる。したがって第１の中間層９の内部では、鉄とクロムの拡散量の比率は同じにはならない。その結果、基板８側では鉄の比率が大きいため、線熱膨張係数が大きくなる。そして、基板８側から第１電極層１１側に向かうにつれて線熱膨張係数は小さくなる。このようにすることで、基板８と第１の中間層９の線熱膨張係数の差に起因する熱応力による基板８や第１の中間層９の反りを抑制できる。
【００２３】
なお、第１の中間層９に拡散する元素として、鉄、クロム以外の元素を用いる場合は、線熱膨張係数と拡散係数を考慮して材料を選択すればよい。線熱膨張係数が大きくて拡散しやすい元素と、線熱膨張係数が小さくかつ拡散しにくい元素を組み合わせるのが好ましい。
【００２４】
第２の中間層１０には、ハフニウム酸化物を主成分とする材料を用いている。第２の中間層１０の線熱膨張係数は、第１の中間層９の線熱膨張係数よりも大きく、検出層１２の線熱膨張係数よりも小さい。第１の中間層９の上に、検出層１２を直接形成した場合は、線熱膨張係数の差により、選択する材料によっては、検出層１２にクラックや剥離が生じる場合がある。クラックや剥離を抑制するために、第１の中間層９と検出層１２との間に第２の中間層１０を形成するのが好ましい。なお、第１電極層１１が形成される箇所においては、第１の中間層９と第１電極層１１との間に第２の中間層１０を形成するのが好ましい。
【００２５】
なお、第２の中間層１０の材料は、ハフニウム酸化物に限るものではない。線熱膨張係数が第１の中間層９よりも大きく、検出層１２よりも小さい材料であれば良く、例えば、チタン酸化物やアルミニウム酸化物等を用いても良い。
【００２６】
なお、第１の中間層９、第２の中間層１０は必須の構成要素ではなく、図２Ａ、図２Ｂに示すように、第１の中間層９と第２の中間層１０を設けなくてもよい。また、図３Ａ、図３Ｂに示すように、第２の中間層１０を設けず、第１の中間層９だけでも良い。
【００２７】
図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂに示すような形態でも、図１Ａ、１Ｂと同様に、検出層１２より基板８の線熱膨張係数を大きくすることで、検出層１２に圧縮応力を印加できる。また第１電極層１１の線熱膨張係数を基板８よりも大きくすることで、空隙７Ａを形成して検出層１２と第１電極層１１の残留応力が開放される際、応力の開放方向が逆向きとなり、応力がキャンセルされる。したがって、検出層１２の反りや破壊を抑制できる。
【００２８】
さらに、第１の中間層９を設けることにより、配向性の高い第１電極層１１を形成でき、検出層１２の配向性をより高めることができる。また第２の中間層１０を設けることにより、第１の中間層９と検出層１２との間の線熱膨張係数の差を緩やかに変化させることができ、基板８の反りをより低減できる。
【００２９】
第１電極層１１はニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３、以降「ＬＮＯ」と記す）で形成されている。ＬＮＯはＲ−３ｃの空間群を持ち、菱面体に歪んだペロブスカイト型構造（菱面体晶系：ａ０＝０．５４６１ｎｍ（ａ０＝ａｐ）、α＝６０°、擬立方晶系：ａ０＝０．３８４ｎｍ）を有する。ＬＮＯは、１×１０−３（Ω・ｃｍ、３００Ｋ）の抵抗率を有し、金属的電気伝導性を有する酸化物である。しかも、温度を変化させても金属と絶縁体間の転移が起こらない。
【００３０】
第１電極層１１の線熱膨張係数は、基板８の線熱膨張係数より大きい。また、検出層１２の線熱膨張係数は、基板８の線熱膨張係数より小さい。これにより、第１電極層１１は、成膜時に基板８から受ける熱応力は引張り方向となり、検出層１２は、成膜時に基板８から受ける熱応力は圧縮方向となる。したがって、第１電極層１１の残留応力と、検出層１２の残留応力は、それぞれをキャンセルする方向となる。そのために、基板８の表面に凹部７を形成し、残留応力が開放される際に、熱型光検出素子１および脚部５の反りやクラックによる破壊を抑制できる。その結果、高い熱絶縁性を有する赤外線検出装置が得られる。
【００３１】
検出層１２は、チタン酸鉛を含むペロブスカイト構造を有し、菱面体晶系または正方晶系の（００１）面配向のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されていることが望ましい。ＰＺＴの組成は、正方晶系の組成Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０付近が望ましいが、正方晶系と菱面体晶系との相境界（モルフォトロピック相境界）付近の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）や、ＰｂＴｉＯ３を用いてもよく、Ｚｒ／Ｔｉ＝０／１００〜７０／３０であればよい。また、検出層１２の構成材料は、ＰＺＴにＬａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ａｌ等の添加物を少なくとも１つ含有したもの等、ＰＺＴを主成分とするペロブスカイト型酸化物強誘電体であってもよい。すなわち、ＰＭＮ−ＰＴ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）やＰＺＮ−ＰＴ（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）であってもよい。また、検出層１２は、（Ｎａ，Ｋ）ＮｂＯ３等の鉛非含有の酸化物強誘電体材料でも良い。
【００３２】
本実施の形態で用いた正方晶系のＰＺＴは、バルクセラミックスの値でａ＝ｂ＝０．４０３６ｎｍ、ｃ＝０．４１４６ｎｍの格子定数を有する材料である。したがって、ａ＝０．３８４ｎｍの格子定数を有する擬立方晶構造のＬＮＯは、ＰＺＴの（００１）面および（１００）面との格子マッチングが良好である。すなわち、第１電極層１１は、検出層１２との格子マッチングが良好である。
【００３３】
格子マッチングとは、２つの材料の格子の整合性のことをいう。一般に、ある種の結晶面が表面に露出している場合、その結晶格子と、その上に成膜する膜の結晶格子とがマッチングしようとする力が働き、界面でエピタキシャルな結晶核を形成しやすい。
【００３４】
なお、検出層１２の（００１）面および（１００）面と第１電極層１１の主配向面との格子定数のずれ（格子不整合度）が絶対値でおおよそ１０％以内であれば、検出層１２の（００１）面もしくは（１００）面のいずれかの面の配向性を高くできる。すなわち、第１電極層１１の主配向面の格子定数と検出層１２の主配向面の格子定数との差の検出層１２の主配向面の格子定数に対する比率が±１０％以内であることが好ましい。
【００３５】
表１は、第１電極層１１に種々の材料を用いた場合の、第１電極層１１の優先配向面および格子定数と、検出層１２の優先配向面および検出層１２の（００１）面および（１００）面と第１電極層１１の主配向面との格子定数のずれ（格子不整合度）を示している。
【００３６】
格子不整合度は、第１電極層１１の格子定数を基準に、検出層１２に用いたＰＺＴ薄膜のｃ面の格子定数のずれを％表示で表している。この結果からも、格子マッチングの良好な第１電極層１１を用いることで、検出層１２の優先配向面を（００１）／（１００）面とすることができることがわかる。
【００３７】
【表１】
2014080577.tif 000003
【００３８】
なお、格子マッチングによる配向制御において、（００１）面もしくは（１００）面のいずれかに選択的に配向した検出層１２の膜を作製することは困難である。ただし、後述する検出層１２の形成工程において、検出層１２に圧縮方向の応力を印加することにより、検出層１２を（００１）面に選択的に配向できる。
【００３９】
後述する製造方法により、ＬＮＯは、種々の基材の上に（１００）面に優先配向する。したがって、ＬＮＯは、第１電極層１１としての働きだけではなく、検出層１２の配向制御層としての機能も有する。このことから（１００）面に配向したＬＮＯの表面（格子定数：０．３８４ｎｍ）と格子マッチングのよい、ＰＺＴ（格子定数：ａ＝０．４０３６ｎｍ、ｃ＝０．４１４６ｎｍ）の（００１）面または（１００）面が選択的に生成できる。
【００４０】
なお、本実施の形態においては、第１電極層１１としてＬＮＯを用いたが、ニッケル酸ランタン中のニッケルの一部を他の金属で置換した材料を用いてもよい。例えば鉄で置換したＬａＮｉＯ３−ＬａＦｅＯ３系材料、アルミニウムで置換したＬａＮｉＯ３−ＬａＡｌＯ３系材料、マンガンで置換したＬａＮｉＯ３−ＬａＭｎＯ３系材料、コバルトで置換したＬａＮｉＯ３−ＬａＣｏＯ３系材料等を用いてもよい。また、必要に応じて、二種以上の金属で置換した材料を用いてもよい。
【００４１】
さらに、第１電極層１１として、導電性酸化物結晶体を用いてもよい。例えば擬立方晶系の、（１００）面に優先配向したルテニウム酸ストロンチウム、ランタン−ストロンチウム−コバルト酸化物、ランタン−ストロンチウム−マンガン酸化物等を主成分とするペロブスカイト型酸化物を用いてもよい。言い換えれば、コバルト酸ランタンストロンチウム（（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３）、マンガン酸ランタンストロンチウム（（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３）などを主成分とするペロブスカイト型酸化物を用いることができる。これらの材料を用いた場合も、第１電極層１１の格子定数に対し、検出層１２のｃ面の格子定数のずれは１０％以内にできる。そのため、検出層１２の（００１）面および（１００）面の配向性が高まる。
【００４２】
第２電極層１３は、ニッケルとクロムを主体とする合金で形成され、導電性を有するとともに、金属系材料の中では、高い赤外線吸収能を有する。第２電極層１３の厚みは２０ｎｍ程度である。第２電極層１３の材料はニッケルとクロムの合金に限らず、導電性を有し、かつ赤外線吸収能を有する材料であればよい。例えば、チタンやチタン合金の他、酸化イリジウム、酸化ルテニウム等の貴金属酸化物や、ニッケル酸ランタンや酸化ルテニウム、ルテニウム酸ストロンチウム等の導電性酸化物を用いても良い。また、白金や金の結晶粒径を制御して、赤外線吸収能を付与した、いわゆる、白金黒膜、金黒膜と呼ばれるような、金属黒膜を用いても良い。
【００４３】
なお、前述のように、基板８の線熱膨張係数は、検出層１２の線熱膨張係数よりも大きい。後述する検出層１２の成膜過程において、成膜時にアニール工程が必要となるが、ＰＺＴは高温で結晶化再配列することから、室温までの冷却時に、基板８との線熱膨張係数の差により応力が残留する。例えば、基板８としてＳＵＳ４３０を用いた場合、ＳＵＳ４３０の線熱膨張係数が１０．５ｐｐｍ／Ｋであるのに対して、ＰＺＴの線熱膨張係数は７．９ｐｐｍ／Ｋである。このように、ＳＵＳ４３０の線熱膨張係数がＰＺＴより大きい。そのため、ＰＺＴには圧縮方向の応力が印加される。これにより、検出層１２は分極軸方向であるｃ軸方向に高い選択配向性を有する。なお、ＳＵＳ４３０とは、国際規格ＩＳＯ１５５１０において、ＩＳＯナンバー４０１６−４３０−００−Ｉ、記号Ｘ６Ｃｒ１７に相当し、鉄を主成分とし、クロムを１６重量％以上、１８重量％以下含む材料である。
【００４４】
検出層１２の赤外線検出能は、その焦電係数に比例することが知られており、焦電係数は結晶の分極軸方向に配向した膜で高い値を示すことが知られている。上述のように、検出層１２は線熱膨張係数の大きい基板８上に形成され、成膜過程で膜に熱応力による圧縮応力が印加されている。その結果、分極軸であるｃ軸方向に配向していることから、高い赤外線検出能を有する。
【００４５】
加えて、基板８からの熱応力により、検出層１２に圧縮応力を印加することで、検出層１２のキュリー点を向上できる。例えば、検出層１２をＳｉ基板上に形成した場合、キュリー点は３２０℃程度である。これに対して、検出層１２をＳＵＳ４３０基板上に形成した場合、キュリー点は３８０℃程度となり、キュリー点は大幅に向上する。このように、検出層１２のキュリー点を大幅に向上することで、高い耐熱性と、熱に対する高い信頼性を実現できる。そのため、表面実装等に必須の鉛フリー半田を用いたリフロー工程にも対応できる。
【００４６】
脚部５Ａは、第１の中間層９と、第１の中間層９の上に形成された第２の中間層１０と、第２の中間層１０の上に形成された検出層１２と、検出層１２の上に第２電極層１３とを有している。脚部５Ｂは、第１の中間層９と、第１の中間層９の上に形成された第２の中間層１０と、第２の中間層１０の上に形成された第１電極層１１と、第１電極層１１の上に形成された検出層１２とを有している。検出部５０は、第１の中間層９と、第１の中間層９の上に形成された第２の中間層１０と、第２の中間層１０の上に形成された第１電極層１１と、第１電極層１１の上に形成された検出層１２と、検出層１２の上に第２電極層１３とを有している。
【００４７】
次に、本実施の形態による赤外線検出装置１００の製造方法について説明する。シリコン酸化物前駆体溶液を凹部７を形成する前の平板状の基板８の主面にスピンコート法により塗布し、シリコン酸化物前駆体膜を形成する。以降、塗布した膜のうち、結晶化していない状態のものを前駆体膜と称する。ここで、シリコン酸化物前駆体溶液としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）を主成分とする溶液を用いている。しかし、メチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ、ＣＨ３Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）やペルヒドロポリシラザン（ＰＨＰＳ、ＳｉＨ２ＮＨ）等を主成分とする前駆体溶液を用いてもよい。
【００４８】
次に、１００℃以上、３００℃以下で乾燥を行い、その後、温度を上げて加熱することにより、残留有機物を熱分解し、前駆体膜を緻密化する。シリコン酸化物前駆体溶液を基板８の上に塗布してから前駆体膜を緻密化するまでの一連の操作を、前駆体膜が所望の膜厚になるまで複数回繰り返すことにより、第１の中間層９を形成する。
【００４９】
なお、加熱する際に、基板８の構成元素である鉄、クロムが第１の中間層９に拡散する。鉄とクロムの線熱膨張係数は、第１の中間層９の構成材料であるシリコン酸化物の線熱膨張係数よりも大きい。すなわち、鉄とクロムが拡散した領域の線熱膨張係数は、シリコン酸化物単体の線熱膨張係数よりも大きい。第１の中間層９における鉄とクロムの拡散量は、基板８側から第１電極層１１の方向に向かうにつれて小さくなる。さらに、拡散係数の大きいクロムの方が拡散係数の小さい鉄よりも、第１の中間層９内に拡散される。そのため、第１の中間層９において、基板８側から第１電極層１１側に傾斜的に線熱膨張係数が小さくなる。
【００５０】
なお、本実施の形態では第１の中間層９であるシリコン酸化物層をＣＳＤ法により形成している。しかし、第１の中間層９の作製方法はＣＳＤ法に限定されない。シリコン酸化物の前駆体膜を基板８上に形成し、加熱によりシリコン酸化物の緻密化を行う方法であればよい。
【００５１】
第１の中間層９の膜厚は、３００ｎｍ以上、９５０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。膜厚が３００ｎｍより小さい場合は、基板８の構成元素である鉄とクロムの両方が、第１の中間層９の全体に拡散し、第１電極層１１にまで達してしまう可能性がある。鉄やクロムが第１電極層１１に拡散すると、ＬＮＯの結晶性が低下する。膜厚が９５０ｎｍより大きい場合は、第１の中間層９にクラック等が生じる可能性がある。
【００５２】
次に、ハフニウム酸化物前駆体溶液を第１の中間層９の上にスピンコート法により塗布し、ハフニウム酸化物前駆体膜を形成する。ハフニウム酸化物前駆体溶液は、ハフニウムアルコキシドを主成分とする溶液を用いている。ハフニウムアルコキシドとしては、ハフニウムテトラメトキシド（Ｈｆ（ＯＣＨ３）４）、ハフニウムテトライソプロポキシド（Ｈｆ（ＯＣＨ（ＣＨ３）２）４）等が用いられる。
【００５３】
次に、１００℃以上、３００℃以下で乾燥を行い、その後、温度を上げて加熱する。これにより、残留有機物を熱分解し、膜が緻密化される。ハフニウム酸化物前駆体溶液を基板８上に塗布してから緻密化までの一連の操作を、前駆体膜が所望の膜厚になるまで複数回繰り返すことにより、第２の中間層１０を形成する。
【００５４】
次に、第１電極層１１を形成するためのＬＮＯ前駆体溶液を、上述した第１の中間層９の上に塗布する。
【００５５】
ＬＮＯ前駆体溶液の原料としては、硝酸ランタン六水和物（Ｌａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ）、酢酸ニッケル四水和物（（ＣＨ３ＣＯＯ）２Ｎｉ・４Ｈ２Ｏ）を用い、溶媒として２−メトキシエタノールと２−アミノエタノールを用いている。
【００５６】
次に、基板８の一面に塗布したＬＮＯ前駆体溶液を１００℃以上、３００℃以下で乾燥を行い、その後温度を上げて熱処理し、残留有機成分を熱分解する。ＬＮＯ前駆体溶液を、第１の中間層９の上に塗布してから熱分解するまでの一連の操作を、ＬＮＯ前駆体が所望の厚みになるまで複数回繰り返す。そしてＬＮＯ前駆体膜が所望の厚みになった時点で、急速加熱炉（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ、以降「ＲＴＡ炉」と記す）を用いて急速加熱し、ＬＮＯを生成させるとともに結晶化させる。結晶化の条件は、第１の中間層９や第２の中間層１０の緻密化処理、およびＬＮＯ前駆体溶液の熱処理よりさらに温度を上げて６００℃以上で数分間加熱する。昇温速度は毎分１００℃以上、３００℃以下である。
【００５７】
以上の手順で第１電極層１１を形成することにより、（１００）面方向に配向したＬＮＯが作製できる。第１電極層１１を所望の膜厚にするために、複数回の塗布から熱分解を繰り返した後に一括して結晶化を行う替わりに、毎回塗布から結晶化までの工程を繰り返しても良い。
【００５８】
第１電極層１１を形成後、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスにより、第１電極層１１を加工する。第１電極層１１の上にレジスト（図示せず）を成膜し、所定のパターンを形成したクロムマスクなどを用いて、レジストに紫外線を露光する。その後、現像液を用いてレジストの未露光部分を除去して、レジストのパターンを形成した後に、ドライエッチングにより第１電極層１１をパターニングする。なお、第１電極層１１のパターニングにはドライエッチング以外に、ウェットエッチング等の種々の方法を用いることができる。
【００５９】
次に、検出層１２の製造方法について説明する。まず、ＰＺＴ前駆体溶液を調製し、調製したＰＺＴ前駆体溶液を第１電極層１１上に、塗布する。
【００６０】
ＰＺＴ前駆体溶液は、原料として、酢酸鉛（ＩＩ）三水和物（Ｐｂ（ＯＣＯＣＨ３）２・３Ｈ２Ｏ）、チタンイソプロポキシド（Ｔｉ（ＯＣＨ（ＣＨ３）２）４）、ジルコニウムノルマルプロポキシド（Ｚｒ（ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）４）を用いる。これらにエタノールを加えて溶解し、還流することで、ＰＺＴ前駆体溶液を調製する。Ｔｉ／Ｚｒ比はｍｏｌ比でＴｉ／Ｚｒ＝７０／３０としている。
【００６１】
なお、塗布方法として、本実施の形態ではスピンコート法を用いたが、ディップコート法、スプレーコート法等の種々の塗布方法を用いることができる。
【００６２】
塗布が完了すると、ＰＺＴ前駆体溶液は、溶媒の蒸発と加水分解により、湿潤したＰＺＴ前駆体膜を形成する。このＰＺＴ前駆体膜に含まれる水分、残留溶媒を取り除くために、乾燥炉で乾燥する。次に、乾燥炉よりさらに温度を上げた電気炉で仮焼成を行う。本実施の形態では、ＰＺＴ前駆体溶液の塗布から仮焼成工程までを数回繰り返して、ＰＺＴ前駆体膜を形成している。その後、ＰＺＴ前駆体膜を結晶化させるために、ＰＺＴ前駆体膜を、ＲＴＡ炉を用いて、急速に加熱する。結晶化のための加熱条件は仮焼成よりも更に温度を上げて６００℃以上数分程度とし、昇温速度は毎分１００℃以上、３００℃以下としている。
【００６３】
上記の工程で形成された検出層１２の厚みは５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下程度である。それ以上の厚みが必要な場合には、本工程を複数回繰り返す。なお所望の厚みを得るために、ＰＺＴ前駆体溶液を塗布してＰＺＴ前駆体膜を形成し、乾燥する工程を複数回繰り返し、所望の厚みにＰＺＴ前駆体膜を形成した後に一括して結晶化工程を行っても良い。
【００６４】
図４は検出層１２の結晶性を、Ｘ線回折法を用いて評価した結果である。説明を容易にするため、主な強度のピークのみを示している。図４より、検出層１２（ＰＺＴ薄膜）は、（００１）面に優先配向していることがわかる。
【００６５】
また、本実施の形態により作製した検出層１２の特性（Ｐ−Ｅヒステリシスループ）を測定した結果を図５に示す。検出層１２の特性は角型性の良好なループを示しており、残留分極値Ｐｒも大きいことがわかる。検出層１２の焦電係数は、温度による残留分極値Ｐｒの変化から求められる係数である。焦電係数を大きくするためには、分極値が大きいことが重要となる。検出層１２を用いた赤外線検出装置１００は、従来と比較して大きな赤外線検出能を実現できる。
【００６６】
上記の製造方法により形成した検出層１２の上に、真空蒸着法等の成膜方法により、ニッケルとクロムを主体とする材料からなる第２電極層１３を形成する。
【００６７】
第２電極層１３の成膜において、蒸着法のような、残留応力の少ない成膜方法を用いることにより、残留応力による脚部５の破壊を抑制できる。また、スパッタ法を用いる場合でも、基板へのバイアス印加等を行うことで残留応力を制御することにより、応力による脚部５の破壊を抑制できる。
【００６８】
以上のようにして、凹部７を形成していない基板８の上に、基板８の主面側から順に、第１の中間層９、第２の中間層１０、第１電極層１１、検出層１２、第２電極層１３を形成した積層膜を作製する。
【００６９】
次に、ドライエッチングによるパターニングで、第２電極層１３および第２の電極パッド２を形成する。その後、ドライエッチングによるパターニングで、検出層１２、第１電極層１１、第２の中間層１０、第１の中間層９を順次、加工する。加工プロセスは、第１電極層１１の加工プロセスと同様のため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７０】
その後、上面視で基板８の表面が露出した部分から、ウェットエッチングを行うことにより、凹部７を形成する。ウェットエッチングは、熱型光検出素子１および脚部５に形成された第１の中間層９の裏面が、基板８の表面から離間するまで行う。これにより、赤外線検出装置１００の熱絶縁性が向上する。
【００７１】
また、本実施の形態によれば、第１の中間層９、第２の中間層１０、第１電極層１１および検出層１２はＣＳＤ法により作製している。そのため、スパッタ法等の気相成長法で必要となる真空プロセスが不要であり、コストを低減できる。さらに第１電極層１１に用いるＬＮＯは、本実施の形態の製造方法により形成することで、（１００）面に自己配向させることができる。そのため、配向方向は基板８の材料には依存しにくい。したがって、基板８の材料が制限されにくい。
【００７２】
例えば、基板８にステンレス材等の赤外線を反射する金属材料を用いることで、熱型光検出素子１を透過してきた赤外線を反射し、再度、熱型光検出素子１に赤外線を入射させることができる。そのため、入射赤外線の熱への変換量を大きくすることができ、赤外線検出能を高めることができる。さらに、シリコン基板と比較してステンレス材料は非常に安価であり、基板コストを安価にできる。
【００７３】
基板８をエッチングする際にウェットエッチングを用いていることから、基板８の表面から等方的にエッチングが進行する。したがって、凹部７の加工形状は断面方向から見ると図１Ｂに示すように、円弧状となる。そのため、熱型光検出素子１を透過した赤外線に対して、エッチングされた底面が凹面鏡のように作用し、第２電極層１３の上方からだけでなく、裏面側である第１の中間層９の下方からも効率よく熱型光検出素子１に集光できる。
【００７４】
さらに、基板８のステンレス材として、圧延加工されたステンレス鋼帯（圧延鋼板）を用い、このステンレス鋼帯が検出層１２を構成する材料の直径よりも小さい直径の金属粒（金属組織）の集合体で構成されていることが好ましい。このような材料を基板８に用いることで、ウェットエッチングのエッチング液が、金属粒（金属組織）の粒界から浸透する。その結果、図１Ｂの断面図に示す検出層１２の下の位置において、この断面に垂直な方向からの基板８のエッチングが促進される。そのため、基板８のエッチング加工の速度を上げることが可能となり、赤外線検出装置の製造工程を短縮できる。
【００７５】
なお、基板８にステンレス材を用いた場合、エッチング液に塩化鉄溶液や混酸溶液等を用いることができる。
【００７６】
また、基板８をエッチングする際に、基板８の表面の露出部が少ない場合には、熱型光検出素子１の内部に、第１の中間層９、第２の中間層１０、第１電極層１１、検出層１２および第２電極層１３を貫通するように形成したエッチングホール（図示せず）を形成しても良い。これにより、熱型光検出素子１の内部からもウェットエッチングを行うことが可能となり、エッチング時間が短縮される。
【００７７】
なお、本実施の形態の第１電極層１１および検出層１２の結晶化工程に用いる加熱炉としては、ＲＴＡ炉に限るものではなく、電気炉、ホットプレート、ＩＨ加熱炉、レーザアニール等を用いても良い。
【００７８】
（実施の形態２）
図６Ａは、本実施の形態２における赤外線検出装置１２５の上面図である。図６Ｂは、図６Ａに示す線６Ｂ−６Ｂにおける断面図である。図６Ｃは、図６Ａに示す線６Ｃ−６Ｃにおける断面図である。図６Ｄは、図６Ａに示す線６Ｄ−６Ｄにおける断面図である。図６Ｂに示すように、上部に第２電極層１３が形成されていない検出層１２の下に形成されている第１電極層１１を、第１電極層１１の基部１１ａとする。また、上部全てが第２電極層１３で覆われた検出層１２の下に形成されている第１電極層１１を、第１電極層１１の主部１１ｂとする。また、上部の一部が第２電極層１３で覆われた検出層１２の下に形成されている第１電極層１１を、第１電極層１１の延伸部１１ｃとする。
【００７９】
本実施の形態の赤外線検出装置１２５は、実施の形態１の赤外線検出装置１００と比較して、第１電極層１１の延伸部１１ｃが存在する点が異なる。すなわち、本実施の形態では、上部の一部が第２電極層１３で覆われた検出層１２の下にも第１電極層１１が存在する。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一の番号を記してその説明を省略する。また、本実施の形態の製造方法は、実施の形態１と同様である。
【００８０】
図６Ｃに示すように、第１電極層１１の主部１１ｂの幅は、検出層１２の幅よりも狭い方が好ましい。また、図６Ｄに示すように、第１電極層１１の基部１１ａの幅は、検出層１２の幅よりも狭い方が好ましい。また、第１電極層１１の延伸部１１ｃも同様である。すなわち、第１電極層１１の幅は、検出層１２の幅よりも狭い方が好ましい。言い換えれば、第１電極層１１の幅方向において、第１電極層１１が、検出層１２で覆われている。すなわち、第１電極層１１は検出層１２で覆われている箇所を有する。第１電極層１１は、電気信号が引き出される箇所である第１の電極パッド４以外は、検出層１２で覆われていることが好ましい。ここで、幅とは、図６Ａにおける線６Ｃ−６Ｃの方向、すなわち線６Ｄ−６Ｄの方向である。第１電極層１１は、検出層１２の端面から露出していない方が好ましい。凹部７は、塩化鉄や混酸により基板８を溶解する工程（ウェットエッチングなど）により形成される。一方、第１電極層１１に用いる、ＬＮＯ等の導電性酸化物材料は、酸により溶解する。そのため、検出層１２の端面に、第１電極層１１が露出していると、塩化鉄や混酸により基板８を溶解する際に、第１電極層１１も溶解してしまう場合がある。したがって、第１電極層１１の幅を、検出層１２の幅より狭くし、熱型光検出素子１の端面に、第１電極層１１が露出しないようにする方が好ましい。これにより、第１電極層１１の溶解を抑制できる。その結果、赤外線検出能の高い赤外線検出装置１２５が得られる。
【００８１】
言い換えれば、第１電極層１１は、検出層１２で覆われている方が好ましい。第１電極層１１が第２の中間層１０と接する面以外を、検出層１２で覆うことにより、第１電極層１１を、熱型光検出素子１の端面に露出しないようにするのが好ましい。そのために、第１電極層１１の延出方向に対して垂直な方向の断面形状を、検出層１２から第２の中間層１０に向けて広がる順テーパ形状とするのが好ましい。第１電極層１１の断面形状を順テーパ形状とすることにより、第１電極層１１の上にＰＺＴ薄膜の前駆体溶液をスピンコートする際に、テーパ面に沿って溶液が塗布される。そのために、第１電極層１１を、検出層１２で確実に覆うことができる。ドライエッチングの条件を変えることなどにより、第１電極層１１を順テーパ形状にできる。
【００８２】
基板８の枠部６おける第２電極層１３の下方において、第１電極層１１が形成されている形成領域と、第１電極層１１が形成されていない非形成領域とが存在している。第２の電極パッド２の下層は、第１電極層１１の延伸部１１ｃが形成されていない非形成領域とすることが好ましい。この非形成領域において第２の中間層１０と検出層１２の延伸部１２ｃとが接合する。これにより、第２の電極パッド２を形成した部分でキャパシタ構造が形成されることを抑制することができる。上記の構造にすることにより、寄生容量が生じないため、赤外線検出装置１２５の感度が向上する。
【００８３】
なお、脚部５Ａにおいて、第１電極層１１の延伸部１１ｃと第２電極層１３が、基板８の垂直断面において、同一平面上に並ばないようにするのが好ましい。すなわち、第１電極層１１の延伸部１１ｃと第２電極層１３が上面視においてずれていることが好ましい。こうすることにより、配線間の寄生容量を低減でき、赤外線検出装置１２５のセンサ感度をさらに高められる。
【００８４】
また、第１電極層１１の延伸部１１ｃを第２電極層１３の幅よりも狭くすることで、第２電極層１３との間に生じる寄生容量を低減できる。その結果、赤外線検出装置１２５のセンサ感度が向上する。
【００８５】
なお、第１電極層１１の基部１１ａ、主部１１ｂ、延伸部１１ｃは、基板８より線熱膨張係数が大きければ異なる材料により形成しても良い。ただし、第１電極層１１の基部１１ａ、主部１１ｂ、延伸部１１ｃを同じ材料で形成することにより、一括成形でき、生産性が高められる。同じ材料を用いることで、第１電極層１１のすべての箇所での線熱膨張係数は、基板８の線熱膨張係数より大きくなる。これにより、第１電極層１１は、すべての箇所で成膜時に基板８から受ける熱応力は引張り方向となり、検出層１２の延伸部１１ｃは、成膜時に基板８から受ける熱応力は圧縮方向となる。したがって、第１電極層１１の残留応力と、検出層１２の残留応力は、それぞれをキャンセルする方向となる。そのため、基板８の表面に凹部７を形成し、残留応力が開放される際においても、脚部５Ａ、５Ｂの反りやクラックによる破壊を抑制できる。その結果、高い熱絶縁性を有する赤外線検出装置を実現できる。
【００８６】
また、上部に第２電極層１３が形成されていない検出層１２を、検出層１２の基部１２ａとする。また、上部全てが第２電極層１３で覆われた検出層１２を、検出層１２の主部１２ｂとする。また、上部の一部が第２電極層１３で覆われた検出層１２を、検出層１２の延伸部１２ｃとする。検出層１２の基部１２ａ、主部１２ｂ、延伸部１２ｃは、基板８よりも線熱膨張係数が小さければ異なる材料で形成しても良い。ただし、基部１２ａ、主部１２ｂ、延伸部１２ｃを同じ材料で形成することにより、一括成形でき、生産性が高まる。また、検出層１２の延伸部１２ｃに、検出層１２の主部１２ｂよりも比誘電率の小さい材料を用いることで、脚部５Ａにおいて、第１電極層１１の延伸部１１ｃと第２電極層１３との間の寄生容量を低減できる。その結果、赤外線検出装置のセンサ感度が高まる。例えば、検出層１２の主部１２ｂとして、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い、検出層１２の延伸部１２ｃとして、アルミナ酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物等を用いるのが好ましい。
【００８７】
図７は、本実施の形態２における赤外線検出装置１２７の断面図である。図７に示すように、第２の中間層１０は、設けなくても良い。
【００８８】
（実施の形態３）
以下、本実施の形態における赤外線検出装置１３０に関して、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１、２と同様の構成を有するものについては、同一の番号を記してその説明を省略する。
【００８９】
図８Ａは、本実施の形態３における赤外線検出装置１３０の上面図である。図８Ｂは、図８Ａに示す線８Ｂ−８Ｂにおける断面図である。  本実施の形態の赤外線検出装置１３０は、実施の形態１の赤外線検出装置１００と比較して、第１電極層１１と第２の中間層１０との間に、第１の電導層２１が形成されている点が異なる。
【００９０】
第１の電導層２１は、第１電極層１１よりも電気伝導率が高く、赤外線を反射する材料が望ましい。本実施の形態では白金（Ｐｔ）を主成分とする材料を用いている。なお、第１の電導層２１の材料は白金に限るものではなく、白金−イリジウム合金等の合金材料や、金、金合金等でもよい。
【００９１】
第１の電導層２１に用いるＰｔ薄膜は、通常＜１１１＞方向に配向しやすい材料である。したがって、この上に直接ＰＺＴからなる検出層１２を形成すると、Ｐｔ（１１１）面と格子マッチングの良好な、ＰＺＴ（１１１）面に優先配向した膜が形成される。そのため、赤外線の検出能が低下する。しかし、本実施の形態においては、第１の電導層２１の上に第１電極層１１としてのＬＮＯ薄膜を形成しているので、Ｐｔ（１１１）面の上方でもＬＮＯ（１００）面に優先配向した膜を作製できる。したがって、第１電極層１１の上の検出層１２もＰＺＴ（１００）面に優先配向した膜となり、高い赤外線検出能が実現できる。
【００９２】
また、第１の電導層２１を形成することで、第１電極層１１だけの場合と比較して、電気伝導度が高くなるため、検出層１２の電気特性が向上する。特に、誘電体特性で重要な誘電正接（ｔａｎδ）の値を小さくできる。そのために、赤外線検出装置のノイズが大幅に抑制される。その結果、赤外線検出能が向上する。
【００９３】
また、第１電極層１１の膜厚をｄＬ１、屈折率をｎＬ１、検出層１２の膜厚をｄＰ１、屈折率をｎＰ１、検出対象の赤外線の波長をλＰ１とする。そして、ｄＬ１とｄＰ１が以下の（式１）を満たすことにより、入射した赤外線と、第１の電導層２１で反射した赤外線が干渉して、より高い赤外線吸収能を実現できる。そのために、赤外線検出能が向上する。
【００９４】
【数１】
2014080577.tif 000004
【００９５】
なお、第１の電導層２１と第２の中間層１０との密着性を向上するために、第１の電導層２１と第２の中間層１０との間に、ＴｉあるいはＴｉＯ２等などにより形成された密着層（図示せず）を形成しても良い。
【００９６】
本実施の形態の赤外線検出装置１３０を用いることで、高い赤外線検出能を有する赤外線センサ等のデバイスが得られる。
【００９７】
なお、本実施の形態では、第１の中間層９、第２の中間層１０を設けたが、第１の中間層９、第２の中間層１０は省略してもよい。
【００９８】
図９Ａは、本実施の形態３における赤外線検出装置１３５の上面図である。図９Ｂは、図９Ａに示す線９Ｂ−９Ｂにおける断面図である。図９Ｃは、図９Ａに示す線９Ｃ−９Ｃにおける断面図である。図９Ｄは、図９Ａに示す線９Ｄ−９Ｄにおける断面図である。図９Ｂに示すように、赤外線検出装置１３５は、第１電極層１１の延伸部１１ｃを有していてもよい。すなわち、上部の一部が第２電極層１３で覆われた検出層１２の下に、第１電極層１１が存在していてもよい。本実施の形態の赤外線検出装置１３５は、実施の形態２の赤外線検出装置１２５と比較して、第１電極層１１と第２の中間層１０との間に、第１の電導層２１が形成されている点が異なる。
【００９９】
第１電極層１１の基部１１ａ、主部１１ｂ、延伸部１１ｃは、同じ材料でもよく、異なる材料でもよい。また、図９Ｃ、図９Ｄに示すように、第１電極層１１は、検出層１２の端面から露出していない方が好ましい。さらに、第１電極層１１は検出層１２で覆われている方が好ましい。そのために、第１電極層１１の延出方向に対して垂直な方向の断面形状が、検出層１２から第２の中間層１０に向けて広がる順テーパ形状であるのが好ましい。
【０１００】
（実施の形態４）
以下、本実施の形態における赤外線検出装置１４０に関して、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１、２と同様の構成を有するものについては、同一の番号を記してその説明を省略する。
【０１０１】
図１０Ａは、本実施の形態４における赤外線検出装置１４０の上面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す線１０Ｂ−１０Ｂにおける断面図である。
【０１０２】
本実施の形態の赤外線検出装置１４０は、実施の形態１の赤外線検出装置１００と比較して、第１電極層１１と検出層１２との間に、第２の電導層２２が形成されている点が異なる。
【０１０３】
第２の電導層２２は、第１電極層１１よりも電気伝導率が高く、赤外線を反射する材料が望ましい。本実施の形態では白金を主成分とする材料を用いている。なお、第２の電導層２２の材料は白金に限るものではなく、白金−イリジウム合金等の合金材料や、金、金合金等でもよい。
【０１０４】
第２の電導層２２に用いるＰｔ薄膜は、通常＜１１１＞方向に配向しやすい材料である。したがって、この上に直接ＰＺＴからなる検出層１２を形成すると、Ｐｔ（１１１）面と格子マッチングの良好な、ＰＺＴ（１１１）面に優先配向した膜が形成されるため、赤外線検出能が低下する。
【０１０５】
一方、本実施の形態においては、＜１００＞方向に高い配向度を有するＬＮＯ薄膜からなる第１電極層１１の上に、Ｐｔ薄膜を作製している。そのために、スパッタ成膜条件をコントロールすることで、ＬＮＯ（１００）面と格子マッチングの良好な、Ｐｔ（１００）面に優先配向した第２の電導層２２を形成できる。これにより、第２の電導層２２の上に形成した検出層１２は、Ｐｔ（１００）面と格子マッチングが良好なＰＺＴ（００１）面に優先配向した膜となり、高い赤外線検出能を実現できる。
【０１０６】
第２の電導層２２を形成することで、第１電極層１１だけの場合と比較して、電気伝導度が高くなる。そのため、検出層１２の電気特性を向上できる。特に、誘電体特性で重要な誘電正接（ｔａｎδ）の値を小さくできる。そのために、赤外線検出装置のノイズが大幅に抑制される。その結果、赤外線検出能が向上する。
【０１０７】
また、検出層１２の膜厚をｄＰ２、屈折率をｎＰ２、検出対象の赤外線の波長をλＰ２とする。ｄＰ２が以下の（式２）を満たすことにより、入射した赤外線と、第２の電導層２２で反射した赤外線が干渉して、より高い赤外線吸収能を実現できる。そのために、より高い赤外線検出能を実現できる。
【０１０８】
【数２】
2014080577.tif 000005
【０１０９】
本実施の形態の赤外線検出装置１４０を用いることで、高い赤外線検出能を有する赤外線センサ等のデバイスが得られる。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、第１の中間層９、第２の中間層１０を設けたが、第１の中間層９、第２の中間層１０は、省略してもよい。
【０１１１】
図１１Ａは、本実施の形態４における赤外線検出装置１４５の上面図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示す線１１Ｂ−１１Ｂにおける断面図である。図１１Ｃは、図１１Ａに示す線１１Ｃ−１１Ｃにおける断面図である。図１１Ｄは、図１１Ａに示す線１１Ｄ−１１Ｄにおける断面図である。図１１Ｂに示すように、赤外線検出装置１４５は、第１電極層１１の延伸部１１ｃを有していてもよい。すなわち、上部の一部が第２電極層１３で覆われた検出層１２の下に、第１電極層１１が存在していてもよい。本実施の形態の赤外線検出装置１４５は、実施の形態２の赤外線検出装置１２５と比較して、第１電極層１１と検出層１２との間に、第２の電導層２２が形成されている点が異なる。
【０１１２】
第１電極層１１の基部１１ａ、主部１１ｂ、延伸部１１ｃは、同じ材料でもよく、異なる材料でもよい。また、図１１Ｃ、図１１Ｄに示すように、第１電極層１１は、検出層１２の端面から露出していない方が好ましい。さらに、第１電極層１１は検出層１２で覆われている方が好ましい。そのために、第１電極層１１の延出方向に対して垂直な方向の断面形状が、検出層１２から第２の中間層１０に向けて広がる順テーパ形状であるのが好ましい。
【０１１３】
なお、本実施の形態４では、第２の電導層２２を第１の電極パッド４として用いている。
【０１１４】
（実施の形態５）
以下、本実施の形態５における赤外線検出装置１５０に関して、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１、２と同様の構成を有するものについては、同一の番号を記してその説明を省略する。
【０１１５】
図１２Ａは、本実施の形態５における赤外線検出装置１５０の上面図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示す線１２Ｂ−１２Ｂにおける断面図である。
【０１１６】
本実施の形態の赤外線検出装置１５０は、実施の形態１の赤外線検出装置１００と比較して検出層１２および第２電極層１３の上に赤外線吸収層２３が形成されている点が異なる。
【０１１７】
赤外線吸収層２３は、検出層１２よりも線熱膨張係数が小さく、赤外線を吸収する材料で構成することが望ましい。本実施の形態ではシリコン酸化物を主成分とする材料を用いている。なお、赤外線吸収層２３の材料はシリコン酸化物に限るものではなく、検出層１２よりも線熱膨張係数が低く、赤外線を吸収する材料であれば良い。例えば、シリコン酸化物を窒化したシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等でもよい。
【０１１８】
赤外線吸収層２３を形成することで、基板８の表面からウェットエッチングを行い、凹部７が形成されて、検出層１２が基板８から離間される際に、検出層１２に印加された圧縮応力の解放を抑制できる。赤外線吸収層２３は、検出層１２よりも線熱膨張係数が小さいことから、赤外線吸収層２３は検出層１２と比較して、相対的に引っ張り方向の応力を受けている。すなわち、検出層１２が基板８から離間する際に、圧縮方向の応力を受けている検出層１２が、応力が解放される引っ張り方向の力を受けるのに対して、その上に形成された赤外線吸収層２３は、検出層１２と比較して相対的に逆方向の圧縮方向の力を受ける。そのために、検出層１２の応力の解放が抑制される。これにより、検出層１２の高い分極特性が維持されると共に、圧縮応力により向上したキュリー点の低下も抑制できる。
【０１１９】
さらに、赤外線吸収層２３は赤外線吸収能を有することから、受光した赤外線を効率よく熱に変換することができ、高い赤外線検出能を実現できる。さらに、第２電極層１３を、赤外線を反射する材料、例えば、金や白金とすることで、一旦、赤外線吸収層２３を透過した赤外線も、第２電極層１３で反射して、再度、赤外線吸収層２３で吸収されることから、より高い赤外線吸収能を実現することができる。その結果、より高い赤外線検出能を実現できる。
【０１２０】
また、赤外線吸収層２３の膜厚をｄｓ、屈折率をｎｓ、検出対象の赤外線の波長をλｓとして、ｄｓが（式３）を満たすことが好ましい。ここでｍは０または自然数である。この場合、入射した赤外線と、第２電極層１３で反射した赤外線が干渉して、より高い赤外線吸収能を実現できる。そのため、赤外線検出能が向上する。
【０１２１】
【数３】
2014080577.tif 000006
【０１２２】
本実施の形態の赤外線検出装置１５０を用いることで、高い赤外線検出能を有する赤外線センサ等のデバイスが得られる。
【０１２３】
なお、本実施の形態では、第１の中間層９、第２の中間層１０を設けたが、第１の中間層９、第２の中間層１０は省略してもよい。
【０１２４】
図１３Ａは、本実施の形態５における赤外線検出装置１５５の上面図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示す線１３Ｂ−１３Ｂにおける断面図である。図１３Ｃは、図１３Ａに示す線１３Ｃ−１３Ｃにおける断面図である。図１３Ｄは、図１３Ａに示す線１３Ｄ−１３Ｄにおける断面図である。図１３Ｂに示すように、赤外線検出装置１５５は、第１電極層１１の延伸部１１ｃを有していてもよい。すなわち、上部の一部が第２電極層１３で覆われた検出層１２の下に、第１電極層１１が存在していてもよい。本実施の形態の赤外線検出装置１５５は、実施の形態２の赤外線検出装置１２５と比較して、検出層１２および第２電極層１３の上に赤外線吸収層２３が形成されている点が異なる。
【０１２５】
第１電極層１１の基部１１ａ、主部１１ｂ、延伸部１１ｃは、同じ材料でもよく、異なる材料でもよい。また、図１３Ｃ、図１３Ｄに示すように、第１電極層１１は、検出層１２の端面から露出していない方が好ましい。さらに、第１電極層１１は検出層１２で覆われている方が好ましい。そのために、第１電極層１１の延出方向に対して垂直な方向の断面形状が、検出層１２から第２の中間層１０に向けて広がる順テーパ形状であるのが好ましい。
【０１２６】
以上のように本実施の形態によれば、検出層１２よりも線熱膨張係数の大きい基板８を用いている。そのため、熱応力により検出層１２に圧縮応力を印加することができる。その結果、高い赤外線検出能を実現できる。
【０１２７】
さらに、第１電極層１１の線熱膨張係数が、基板８の線熱膨張係数より大きいので、第１電極層１１と検出層１２の応力がキャンセルし合う。したがって検出層１２を細い脚部で支える熱絶縁性が高い構造の赤外線検出装置においても、検出層１２の反りや破壊を抑制することができる。その結果、高い赤外線検出能を有する赤外線検出装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本実施の形態の赤外線検出装置は、焦電特性が高く、熱絶縁性が高い。そのため、赤外線検出能の大きい優れたセンサ特性を実現できる。本実施の形態の赤外線検出装置を各種電子機器に用いることにより、人感センサや温度センサ等の各種センサ、焦電発電デバイス等の発電デバイスとして有用である。
【符号の説明】
【０１２９】
１  熱型光検出素子
２  第２の電極パッド
３  電気配線
４  第１の電極パッド
５，５Ａ，５Ｂ  脚部
６  枠部
７  凹部
７Ａ  空隙
８  基板
９  第１の中間層
１０  第２の中間層
１１  第１電極層
１１ａ，１２ａ  基部
１１ｂ，１２ｂ  主部
１１ｃ，１２ｃ  延伸部
１２  検出層
１３  第２電極層
２１  第１の電導層
２２  第２の電導層
２３  赤外線吸収層
５０  検出部
１００，１１０，１２０，１２５，１２７，１３０，１３５，１４０，１４５，１５０，１５５  赤外線検出装置
【図１Ａ】
2014080577.tif 000007
【図１Ｂ】
2014080577.tif 000008
【図２Ａ】
2014080577.tif 000009
【図２Ｂ】
2014080577.tif 000010
【図３Ａ】
2014080577.tif 000011
【図３Ｂ】
2014080577.tif 000012
【図４】
2014080577.tif 000013
【図５】
2014080577.tif 000014
【図６Ａ】
2014080577.tif 000015
【図６Ｂ】
2014080577.tif 000016
【図６Ｃ】
2014080577.tif 000017
【図６Ｄ】
2014080577.tif 000018
【図７】
2014080577.tif 000019
【図８Ａ】
2014080577.tif 000020
【図８Ｂ】
2014080577.tif 000021
【図９Ａ】
2014080577.tif 000022
【図９Ｂ】
2014080577.tif 000023
【図９Ｃ】
2014080577.tif 000024
【図９Ｄ】
2014080577.tif 000025
【図１０Ａ】
2014080577.tif 000026
【図１０Ｂ】
2014080577.tif 000027
【図１１Ａ】
2014080577.tif 000028
【図１１Ｂ】
2014080577.tif 000029
【図１１Ｃ】
2014080577.tif 000030
【図１１Ｄ】
2014080577.tif 000031
【図１２Ａ】
2014080577.tif 000032
【図１２Ｂ】
2014080577.tif 000033
【図１３Ａ】
2014080577.tif 000034
【図１３Ｂ】
2014080577.tif 000035
【図１３Ｃ】
2014080577.tif 000036
【図１３Ｄ】
2014080577.tif 000037
【図１４】
2014080577.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月11日(2015.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
次に、１００℃以上、３００℃以下で乾燥を行い、その後、温度を上げて加熱する。これにより、残留有機物を熱分解し、膜が緻密化される。ハフニウム酸化物前駆体溶液を第１の中間層９上に塗布してから緻密化までの一連の操作を、前駆体膜が所望の膜厚になるまで複数回繰り返すことにより、第２の中間層１０を形成する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
前記検出層の、前記第１電極層と反対側の面に、前記検出層より線熱膨張係数が小さい赤外線吸収層が形成されている請求項１に記載の赤外線検出装置。
【国際調査報告】
2014080577.tif 000039
2014080577.tif 000040
2014080577.tif 000041
2014080577.tif 000042
2014080577.tif 000043
2014080577.tif 000044
2014080577.tif 000045
2014080577.tif 000046