(57)【要約】本発明の電子デバイスは、第１コンタクト部（２４）を有し、赤外線の照射を受けて物理特性が変化する少なくとも１つの感熱部（１３）と、第２コンタクト部（４２）を有し、感熱部１３の物理特性の変化を検知する検出回路部と、第１コンタクト部（２４）と第２コンタクト部（４２）とを接触させて電気的に接続する第１状態と、第１コンタクト部（２４）と第２コンタクト部（４２）とを離間させて電気的に切断した第２状態とを交互に切り替えることができる駆動部（１１２）とを備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コンタクト部を有し、赤外線の照射を受けて物理特性が変化する少なくとも１つの感熱部と、
第２コンタクト部を有し、前記感熱部の物理特性の変化を検知する検出回路部と、
前記第１コンタクト部と前記第２コンタクト部とを接触させて電気的に接続する第１状態と、前記第１コンタクト部と前記第２コンタクト部とを離間させて電気的に切断した第２状態とを交互に切り替えることができる駆動部と、
を備える電子デバイス。
【請求項２】
前記感熱部を内部に含む空洞を形成する空洞壁部と、
前記空洞壁部を支持する基板部と、
を備え、
前記駆動部は、前記空洞の内部における前記感熱部の配置を変化させる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記検出回路部の少なくとも一部を含む基板部を備え、
前記検出回路部は、前記基板部に固定されたコンタクト支持部を含み、
前記第２コンタクト部は、前記コンタクト支持部の表面に設けられており、
前記第１状態においては前記コンタクト支持部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記コンタクト支持部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記第２コンタクト部は、前記空洞壁部の内壁に設けられており、前記第１状態においては前記空洞壁部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記空洞壁部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記検出回路部の少なくとも一部を含む基板部を備え、
前記第２コンタクト部は、前記基板部の表面に設けられており、
前記第１状態においては前記基板部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記基板部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記第１状態と前記第２状態との間で、前記コンタクト支持部の少なくとも一部の位置が変化する請求項３に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記第１状態と前記第２状態との間で、前記感熱部の少なくとも一部の位置が変化する請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記第２状態にあるとき、前記駆動部は、前記感熱部が電子デバイスの他の部分に接触しない位置に前記感熱部を移動させている請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記第２の状態において、前記感熱部は前記空洞内を浮遊している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
基板部を備え、
前記感熱部は、感熱支持部を有しており、前記第１状態および前記第２状態のいずれの状態にあるときも、前記感熱部は前記感熱支持部によって前記基板部と接続されている請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記感熱支持部には、前記感熱部と前記検出回路部とを電気的に接続する配線部が設けられておらず、
前記第１コンタクト部は、前記感熱部の表面に設けられた複数のコンタクトを有している、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
前記第２コンタクト部は、前記基板部の表面に設けられた複数のコンタクトを有しており、
前記第１状態においては前記基板部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記基板部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記基板部に設けられたコンタクト支持部を備え、
前記第２コンタクト部は、前記コンタクト支持部の表面に設けられた複数のコンタクトを有しており、
前記第１状態においては前記コンタクト支持部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記コンタクト支持部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記基板部に支持され、前記感熱部を内部に含む空洞を形成する空洞壁部を備え、
前記第２コンタクト部は、前記空洞壁部の内壁に設けられた複数のコンタクトを有しており、
前記第１状態においては前記空洞壁部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記空洞壁部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記感熱部は、電気抵抗値が温度依存性を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
前記検出回路部は、前記感熱部における前記赤外線検出部が前記検出回路部に電気的に接続しているとき、前記赤外線検出部の電気抵抗値に基づいて赤外線照射量を検知する、請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
前記感熱部は、熱電効果を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記感熱部は、焦電効果を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
前記感熱部は、温度によって誘電率が変化する材料から形成されている赤外線検出部を有している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項２０】
前記駆動部は、前記基板部または前記空洞壁部または前記コンタクト支持部に形成された電極またはコイルを有しており、前記感熱部に対して非接触力を及ぼすことができる、請求項３に記載の電子デバイス。
【請求項２１】
前記非接触力は静電気力である請求項２０に記載の電子デバイス。
【請求項２２】
静電誘導によって前記感熱部に電荷を発生させる手段を備える請求項２１に記載の電子デバイス。
【請求項２３】
前記感熱部は電荷を蓄積する電荷蓄積部を備える請求項２１に記載の電子デバイス。
【請求項２４】
前記駆動部は、負に帯電した前記感熱部を反発力によって駆動する請求項２３に記載の電子デバイス。
【請求項２５】
前記感熱部は強誘電体を含み、前記基板または前記空洞壁部または前記コンタクト支持部に発生した電荷と前記強誘電体に発生した分極電荷との間の静電気力が前記非接触力である請求項２１に記載の電子デバイス。
【請求項２６】
前記非接触力は電磁力である請求項２０に記載の電子デバイス。
【請求項２７】
前記感熱部と前記基板との間には、前記第１状態でも隙間が存在している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項２８】
前記感熱部の周囲は大気から遮断され、真空または減圧された状態にある請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項２９】
基板を用意する工程と、
赤外線の照射を受けて物理特性が変化する感熱部を犠牲層で覆った状態で前記基板上に形成する工程と、
前記犠牲層を介して前記感熱部を囲む空洞壁を前記基板上に形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングすることにより、前記感熱部を前記空洞壁から分離する工程と、
を包含する電子デバイスの製造方法。
【請求項３０】
請求項１に記載の電子デバイスを駆動する方法であって、
前記感熱部に赤外線を照射するステップ（Ａ）と、
前記第１状態で前記感熱部を前記検出回路部に接続して前記感熱部の物理特性の変化を検知するステップ（Ｂ）と、
前記感熱部の配置を変化させ、前記第１状態から前記第２状態に切り替えるステップ（Ｃ）と、
を含む電子デバイスの駆動方法。
【請求項３１】
前記ステップ（Ａ）、ステップ（Ｂ）、およびステップ（Ｃ）を周期的に繰り返す請求項３０に記載の駆動方法。
【請求項３２】
前記感熱部は行および列上に配列されており、
前記ステップ（Ａ）、ステップ（Ｂ）、およびステップ（Ｃ）を行または列ごとに異なるタイミングで実行する、請求項３０に記載の駆動方法。
【請求項３３】
前記第１状態で前記感熱部を前記検出回路部に接続する時間を、１μｓｅｃ以上１０ｍｓｅｃ以下の範囲に設定している、請求項３０に記載の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電子デバイスおよびその製造方法に関し、特に、熱型赤外線センサや熱型赤外線イメージセンサに関している。
【背景技術】
【０００２】  波長が３μｍ以上１０μｍ以下の範囲にある電磁波（赤外線）を検出する赤外線センサは、熱を感知するセンサとして防犯、計測、リモートセンシングなど様々な分野で利用されている。センサを２次元アレイ状に配置した赤外線イメージセンサでは熱画像としてさらに多くの情報を取得することができ、上記分野へ広く利用されている。【０００３】  赤外線センサは、量子型センサと熱型センサの２種類に大別される。量子型センサは、バンド間遷移を利用する化合物半導体系のセンサである。この量子型センサは、熱型センサに比べ、感度および応答速度が高いという長所を有するが、動作温度が低いため、冷却機構を必要とする。このため、装置の小型化や低コスト化が難しく、車載や防犯や民生品への応用が難しい。【０００４】  一方、熱型センサは、量子型センサに比べて感度が低いが、冷却機構を必要としない。このため、小型化および低価格化が比較的容易であり、民生品への応用が盛んである。熱型センサは、サーモパイル型、ボロメータ型、焦電型などに分けられる。【０００５】  サーモパイル型は、多数の熱電対を直列に接続した部分を熱検出部分として備える。電気抵抗値の温度依存性が大きな材料から形成された抵抗素子を備え、この抵抗素子を流れる電流の大きさの変化を検知することにより、温度を測定することができる。焦電型は、温度変化に応じて電気石などの結晶表面に発生する電荷を検出することにより、温度変化を測定することができる。【０００６】  熱型センサは、いずれのタイプでも、赤外線検出部から熱が逃げないようにする断熱構造を備えており、それによってセンサの感度を保持している。このような赤外線センサの断熱構造の一例が特許文献１に開示されている。【０００７】  以下、図２７を参照しながら、特許文献１に記載されている熱型赤外線センサの構造を説明する。図２７（ｂ）は、この赤外線センサの主要部を示す平面図、図２７（ａ）の２７ｂ−２７ｂ線断面図である。【０００８】  図示される赤外線センサは、シリコンなどから形成された基板２４０と、基板２４０に支持される受光部２４１とを備えている。受光部２４１は、電気抵抗値が温度依存性を有するボロメータ部２４２と、ボロメータ部２４２の電気抵抗値を測定するための配線２４３とを含んでおり、赤外線センサの感熱部として機能する。【０００９】  ボロメータ部２４２に対抗する基板２４０の上面には、受光部２４１との間に隙間を形成するように、凹部が形成されている。このような凹部は、ウエットエッチングやドライエッチングによって基板２４０の所定領域を選択的に除去することにより形成される。【００１０】  受光部２４１は、接触部分２４５で基板２４０と接触している。接触部分２４５の上方には、配線２４３の両端部２４４が延びており、不図示の読み出し回路に接続される。【００１１】  以下、図２７に示す赤外線センサの動作を説明する。【００１２】  受光部２４１が赤外線を吸収すると、ボロメータ部２４２の温度が上昇する。温度上昇により、ボロメータ部２４２の抵抗値が変化する。このとき、配線２４３を通じてボロメータ部２４２に電流を供給し、抵抗変化によって生じる電圧の変化を検知する。この電圧変化に基づいて、受光���２４１に入射した赤外線のエネルギを算出することができる。【００１３】  受光部２４１は、赤外線の照射によって発生した熱エネルギを外部に逃がさない構造を有していることが好ましい。図示されている例では、受光部２４１の本体と基板２４０との間の接触面積を極力低減し、断熱性を向上させている。また、配線２４３の両端部分２４４が形成されている部分は、受光部２４１の本体部分から細長く延びており、基板２４０に対する熱の伝播を抑制している。【００１４】  このように赤外線センサでは、断熱性を高めることにより、入射赤外線による温度上昇量を高め、赤外線検出感度を向上させることが求められている。【００１５】  なお、受光部と赤外線検出回路との間にトランジスタなどの電気的スイッチが配置された装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示されている赤外線センサでは、二次元アレイ状に配列された複数の画素（感熱部）と、これらの画素を駆動して赤外線イメージセンシングを行うための水平／垂直走査回路などの回路（検出回路部）とが同一半導体基板上に集積されている。【００１６】  このような赤外線センサでは、感熱部における複数の画素を順次選択するための電気的スイッチが半導体基板上に設けられ、それらの電気的スイッチの開閉動作により、感熱部と検出回路部との間の電気接続／非接続が切り換えられる。
【特許文献１】特開２００３−１０６８９６号公報
【特許文献２】特開２００２−１４８１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】  図２７に示す赤外線センサでは、受光部２４１と基板２４０との間には、接触部分２４５を存在しているため、どうしても、この接触部分２４５を介して受光部２４１から基板２４０へ多量の熱が逃げてしまう。なお、接触部分２４５を更に小さくすると、受光部２４５を支持するために必要な剛性を確保できず、破壊が生じる恐れが強くなる。【００１８】  また、特許文献２に記載されている赤外線センサでは、電気的スイッチにより、感熱部と検出回路部との間の接続／非接続が行われているが、これは電気的に行われるため、熱伝導という観点では両者は常に接続状態にある。このため、電気的スイッチによっては、感熱部と検出回路部との間で熱の移動を遮断することはできない。【００１９】  本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、断熱特性を向上させた電子デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】  本発明の電子デバイスは、第１コンタクト部を有し、赤外線の照射を受けて物理特性が変化する少なくとも１つの感熱部と、第２コンタクト部を有し、前記感熱部の物理特性の変化を検知する検出回路部と、前記第１コンタクト部と前記第２コンタクト部とを接触させて電気的に接続する第１状態と、前記第１コンタクト部と前記第２コンタクト部とを離間させて電気的に切断した第２状態とを交互に切り替えることができる駆動部とを備える。【００２１】  好ましい実施形態において、前記感熱部を内部に含む空洞を形成する空洞壁部と、前記空洞壁部を支持する基板部とを備え、前記駆動部は、前記空洞の内部における前記感熱部の配置を変化させる。【００２２】  好ましい実施形態において、前記検出回路部の少なくとも一部を含む基板部を備え、前記検出回路部は、前記基板部に固定されたコンタクト支持部を含み、前記第２コンタクト部は、前記コンタクト支持部の表面に設けられており、前記第１状態においては前記コンタクト支持部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記コンタクト支持部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している。【００２３】  好ましい実施形態において、前記第２コンタクト部は、前記空洞壁部の内壁に設けられており、前記第１状態においては前記空洞壁部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記空洞壁部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している。【００２４】  好ましい実施形態において、前記検出回路部の少なくとも一部を含む基板部を備え、前記第２コンタクト部は、前記基板部の表面に設けられており、前記第１状態においては前記基板部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記基板部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している。【００２５】  好ましい実施形態において、前記第１状態と前記第２状態との間で、前記コンタクト支持部の少なくとも一部の位置が変化する。【００２６】  好ましい実施形態において、前記第１状態と前記第２状態との間で、前記感熱部の少なくとも一部の位置が変化する。【００２７】  好ましい実施形態において、前記第２状態にあるとき、前記駆動部は、前記感熱部が電子デバイスの他の部分に接触しない位置に前記感熱部を移動させている。【００２８】  好ましい実施形態において、前記第２の状態において、前記感熱部は前記空洞内を浮遊している。【００２９】  好ましい実施形態において、基板部を備え、前記感熱部は、感熱支持部を有しており、前記第１状態および前記第２状態のいずれの状態にあるときも、前記感熱部は前記感熱支持部によって前記基板部と接続されている。【００３０】  好ましい実施形態において、前記感熱支持部には、前記感熱部と前記検出回路部とを電気的に接続する配線部が設けられておらず、前記第１コンタクト部は、前記感熱部の表面に設けられた複数のコンタクトを有している。【００３１】  好ましい実施形態において、前記第２コンタクト部は、前記基板部の表面に設けられた複数のコンタクトを有しており、前記第１状態においては前記基板部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記基板部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している。【００３２】  好ましい実施形態において、前記基板部に設けられたコンタクト支持部を備え、前記第２コンタクト部は、前記コンタクト支持部の表面に設けられた複数のコンタクトを有しており、前記第１状態においては前記コンタクト支持部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記コンタクト支持部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している。【００３３】  好ましい実施形態において、前記基板部に支持され、前記感熱部を内部に含む空洞を形成する空洞壁部を備え、前記第２コンタクト部は、前記空洞壁部の内壁に設けられた複数のコンタクトを有しており、前記第１状態においては前記空洞壁部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記空洞壁部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している。【００３４】  好ましい実施形態において、前記感熱部は、電気抵抗値が温度依存性を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している。【００３５】  好ましい実施形態において、前記検出回路部は、前記感熱部における前記赤外線検出部が前記検出回路部に電気的に接続しているとき、前記赤外線検出部の電気抵抗値に基づいて赤外線照射量を検知する。【００３６】  好ましい実施形態において、前記感熱部は、熱電効果を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している。【００３７】  好ましい実施形態において、前記感熱部は、焦電効果を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している。【００３８】  好ましい実施形態において、前記感熱部は、温度によって誘電率が変化する材料から形成されている赤外線検出部を有している。【００３９】  好ましい実施形態において、前記駆動部は、前記基板部または前記空洞壁部または前記コンタクト支持部に形成された電極またはコイルを有しており、前記感熱部に対して非接触力を及ぼすことができる。【００４０】  好ましい実施形態において、前記非接触力は静電気力である。【００４１】  好ましい実施形態において、静電誘導によって前記感熱部に電荷を発生させる手段を備える。【００４２】  好ましい実施形態において、前記感熱部は電荷を蓄積する電荷蓄積部を備える。【００４３】  好ましい実施形態において、前記駆動部は、負に帯電した前記感熱部を反発力によって駆動する。【００４４】  好ましい実施形態において、前記感熱部は強誘電体を含み、前記基板または前記空洞壁部または前記コンタクト支持部に発生した電荷と前記強誘電体に発生した分極電荷との間の静電気力が前記非接触力である。【００４５】  好ましい実施形態において、前記非接触力は電磁力である。【００４６】  好ましい実施形態において、前記感熱部と前記基板との間には、前記第１状態でも隙間が存在している。【００４７】  好ましい実施形態において、前記感熱部の周囲は大���から遮断され、真空または減圧された状態にある。【００４８】  電子デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、赤外線の照射を受けて物理特性が変化する感熱部を犠牲層で覆った状態で前記基板上に形成する工程と、前記犠牲層を介して前記感熱部を囲む空洞壁を前記基板上に形成する工程と、前記犠牲層をエッチングすることにより、前記感熱部を前記空洞壁から分離する工程とを包含する。【００４９】  電子デバイスの駆動方法は、上記いずれかの電子デバイスを駆動する方法であって、前記感熱部に赤外線を照射するステップ（Ａ）と、前記第１状態で前記感熱部を前記検出回路部に接続して前記感熱部の物理特性の変化を検知するステップ（Ｂ）と、前記感熱部の配置を変化させ、前記第１状態から前記第２状態に切り替えるステップ（Ｃ）とを含む。【００５０】  好ましい実施形態において、前記ステップ（Ａ）、ステップ（Ｂ）、およびステップ（Ｃ）を周期的に繰り返す。【００５１】  好ましい実施形態において、前記感熱部は行および列上に配列されており、前記ステップ（Ａ）、ステップ（Ｂ）、およびステップ（Ｃ）を行または列ごとに異なるタイミングで実行する。【００５２】  好ましい実施形態において、前記第１状態で前記感熱部を前記検出回路部に接続する時間を、１μｓｅｃ以上１０ｍｓｅｃ以下の範囲に設定している。
【発明の効果】
【００５３】  本発明の電子デバイスでは、感熱部の有する第１コンタクト部と検出回路部が有する第２コンタクト部とを接触させたり、離間させたりすることにより、感熱部を必要なときだけ検出回路部に接続することができる。従来の赤外線センサのように、感熱部が常に検出回路部と接続された状態にあれば、感熱部からの熱の逃げを抑制できないが、本発明によれば、そのような熱の逃げを抑制することができる。【００５４】  本発明では、感熱部の断熱性が向上するため、感熱部から外部への熱の逃げが小さくなり、赤外線入射による感熱部の温度変化の量が大きくなる。このため、本発明では、赤外線検出感度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】本発明による電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図１Ｂ】本発明による電子デバイスの他の構成を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態１の感熱部の構成を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態１の感熱部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１の電荷蓄積部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１の空洞壁部の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１の基板部の構成を示す図である。
【図６】本発明の、感熱部、空洞壁部、基板部の構成をまとめて示した図である。
【図７】本発明の電気回路の構成を示す図である。
【図８Ａ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｃ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｄ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｅ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｆ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図９】本発明と従来方法において、時間と感熱部温度との関係を示す図である。
【図１０】本発明の感熱部の位置検出方法を示す図である。
【図１１】本発明の上部位置検出電極部と上部位置検出対向電極部からなる電気回路を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｂ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｄ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｅ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｆ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｇ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｈ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｉ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｊ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｋ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】本発明の実施形態２における感熱部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態２における空洞壁部の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態２における基板部の構成を示す図である
【図１６】本発明の実施形態３における感熱部の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態３における空洞部の構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態３における基板部の構成を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態４における電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態４における感熱部の構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態４における空洞壁部の構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態４における基板部の構成を示す図である。
【図２３】本発明の実施形態４における感熱部の変形動作を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態５における感熱部の構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態５における空洞壁部の構成を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態５における基板部の構成を示す図である。
【図２７】従来の赤外線センサを示す図である。
【図２８】本発明の実施形態６における電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図２９】本発明の実施形態６における感熱部の構成を示す図である。
【図３０】本発明の実施形態６における空洞壁部の構成を示す図である。
【図３１】本発明の実施形態６における基板部の構成を示す図である。
【図３２】本発明の実施形態７における電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図３３】本発明の実施形態７における感熱部およびコンタクト支持部の構成を示す図である。
【図３４】本発明の実施形態８における電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図３５】多層構造を有する感熱部の構成を示す図である。
【図３６】本発明の他の実施形態の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】１１  基板部
１２  空洞壁部
１３  感熱部
２１、２４２  ボロメータ部
２２  ボロメータ保護膜
２３  電荷蓄積部
２４  ボロメータコンタクト部
２５  静電誘導電極部
２６  ソースコンタクト部
２７  ドレインコンタクト部
２８  ゲートコンタクト部
２９、３１０  チャネルコンタクト部
３１  電荷蓄積素子
３２  ソース部
３３  チャネル部
３４  ドレイン部
３５  浮遊ゲート部
３６  制御ゲート部
３７  ドレインコンタクト部
３８  ソースコンタクト部
３９  ゲートコンタクト部
４１  上部浮上電極部
４２  ボロメータ配線コンタクト部
４３  ソース配線コンタクト部
４４  ドレイン配線コンタクト部
４５  ゲート配線コンタクト部
４６  チャネル配線コンタクト部
４８  空洞壁シリコン部
４９  空洞壁保護膜
５１  シリコン基板部
５２  下部浮上電極部
５３  基板保護部
１０１  犠牲層
１１１  上部静電誘導電極部
１１２  下部静電誘導電極部
１２１  上部静電誘導対向電極部
１３１  下部静電誘導対向電極部
１４１  磁性体部
１５１  上部コイル部
１６１  下部コイル部
２２１  強誘電体部
２４０  シリコン基板
２４１  受光部
２４３  配線部
２４４  配線部分の長い足
２４５  接触部分
２６１  上部位置検出電極部
２６２  下部位置検出電極部
２６３  上部位置検出対向電極部
２６４  下部位置検出対向電極部
２６５  高周波電源
２６６  電流測定部
４１０  静電誘導対向電極部
９０１  シリコン基板
９０３  基板保護膜（シリコン酸化膜）
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】  （実施形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明による電子デバイスの第１の実施形態を説明する。本実施形態の電子デバイスは、抵抗変化型の赤外線センサであるが、本発明はこれに限定されず、焦電型赤外線センサやサーモパイル型赤外線センサなどの他のタイプの電子デバイスにも適用可能である。他の実施形態についても同様である。【００５８】  まず、図１Ａを参照して、本実施形態における電子デバイスの概略構成を説明する。図１Ａの（ａ）は、本実施形態の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の１ｂ−１ｂ線断面図である。【００５９】  本実施形態の電子デバイスは、図１Ａに示されるように、基板部１１と、基板部１１の上面に設けられた空洞壁部１２と、空洞壁部１２の内部に位置する感熱部１３とを備えている。基板部１１および／または空洞壁部１２は、感熱部１３を駆動するための電極や、検出回路部の一部（電気配線）を有している。本発明における駆動部は、感熱部１３の位置を制御し、赤外線検出回路は感熱部１３における物理的変化（例えば電気抵抗値の変化）を検知する。駆動部は、感熱部１３に対して非接触力を及ぼすために、基板部１１および／または空洞壁部１２に設けられる電極やコイルなどの電気／磁気的回路素子を構成要素として備えている。【００６０】  なお、本明細書における「感熱部」とは、本発明の電子デバイスに赤外線が入射したときに、この赤外線を吸収して温度が変化する部分と定義される。本発明では、「感熱部」の温度変化に基づいて赤外線の入射量を検出することができる。「感熱部」の温度変化の例は、後に詳しく説明する。また、「感熱部」のうち、赤外線の入射によって感熱部の温度が変化したときに物理特性が変化する部分を特に「赤外線検出部」と称することにする。【００６１】  本実施形態における感熱部１３は、図１Ａの（ｂ）に示されるように、空洞壁部１２が形成する空洞の内部で浮遊することができる。感熱部１３の浮遊状態は、静電気力などを用いて実現することができる。感熱部１３が空洞壁部１２や基板部１１から離間した状態にあるとき、感熱部１３の断熱性は極めて高い。この断熱性を更に高めるためには、空洞の内部を減圧または真空状態にすればよい。【００６２】  本実施形態では、感熱部１３を常に浮遊状態に置くのではなく、感熱部１３において赤外線検出部として機能する部分の物理特性の変化を検知する必要があるとき、感熱部１３を移動させ、空洞壁部１２に設けた電気的コンタクト部に接触させる。この接触により、赤外線検出回路によるデータ読み出し（電気的測定）が可能になる。【００６３】  赤外線検出部の材料の例としては、電気抵抗値が温度依存性を有する材料が考えられる。電気抵抗値が温度依存性を有する材料としては、例えばシリコンなどの半導体が考えられる。また、赤外線検出部の材料の他の例としては、熱電効果を有する材料が考えられる。熱電効果を有する材料としては、例えばＢａＴｅや、ＰｂＴｅなどが考えられる。また、赤外線検出部の材料の他の例としては、焦電効果を有する材料が考えられる。焦電効果を有する材料としては、例えば、電気石（ほう素を含むシクロ珪酸塩鉱物）が古くから知られているが、その他チタン酸鉛、タンタル酸リチウムなどの無機材料、三硫化グリシン（ＴＧＳ）、ポリビニリデンジフロライド（ＰＶＤＦ）などの有機材料が考えられる。また、赤外線検出部の材料の他の例としては、温度によって誘電率が変化する材料が考えられる。温度によって誘電率が変化する材料としては、例えば、ＢＴＺすなわちＢａ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３などが考えられる。【００６４】  感熱部１３は、図１Ａにおいて単純化され、単に平板なプレートであるかのように記載されているが、現実の構成は、後に詳しく説明するように赤外線検出部として機能するボロメータ部やコンタクト部を備えている。【００６５】  感熱部１３の形状は、数ｍｍ×数ｍｍの矩形範囲に収まる平面サイズを有していることが好ましく、例えば３０μｍ×３０μｍの矩形形状を有している。感熱部１３の厚さは、例えば１ｍｍ以下であり、本実施形態では２μｍ程度に設定されている。静電気力などの非接触力によって感熱部１３の位置を高速で移動させるには、感熱部１３の重量を低減することが好ましい。【００６６】  例えば、厚さ２μｍ、縦３０μｍ×横３０μｍの薄板形状を有する小型の感熱部１３を用いる場合でも、適当なレンズを使用することにより、十分な量の赤外線を上方から感熱部１３に入射させることができる。感熱部１３を浮上させたときの感熱部１３と基板部１１との距離や感熱部１３と空洞壁部１２との距離は、０．５〜５μｍの範囲内の値、例えば２μｍ程度に設定され得る。この程度の隙間が形成されると、感熱部１３を浮上させたときに感熱部１３は外部から十分に断熱されるため、赤外線検出感度が向上する。【００６７】  図１Ｂは、同一の基板部１１上に複数の空洞を設け、各空洞に図１Ａに示すような感熱部１３を配置した電子デバイスの断面を模式的に示している。【００６８】  図１Ｂの（ａ）に示す例では、図１Ａに示すような基本構成を１つのセルとし、複数のセルの１次元または二次元的な配列（セルアレイ）を同一基板部１１上に形成している。このようなセルアレイを有することにより、赤外線のイメージセンサを構成することができる。基板部１１上には、トランジスタなどの回路素子を構成要素として含む周辺回路が形成されている。この周辺回路は、赤外線検出回路（データ読み出し回路）や感熱部１３の駆動を制御する駆動回路などを含んでいる。感熱部１３と周辺回路との電気的接続は、空洞壁部１２に設けたコンタクト部（図１Ａにおいて不図示）を介して行われる。コンタクト部は、不図示の電気配線を通じて周辺回路に接続されている。【００６９】  上記のセルが行および列からなるマトリクス状に配列されている場合、周辺回路は、行または列単位でセルからデータの読み出しを行う。例えば、行単位でデータの読み出しをおこなう場合、Ｎ行目（Ｎは自然数）のセルアレイからデータの逐次読み出しを行った後、Ｎ＋１行目のセルアレイから同様にデータの逐次読み出しを行う。この動作を繰り返すことにより、２次元的な配列されたセルアレイからのデータを得て、赤外線のイメージを形成することができる。【００７０】  なお、図１Ｂの（ｂ）は、空洞壁部１２がセルごとに分離されてない例を示している。また、図１Ｂの（ｃ）は、大きな空洞内に複数の感熱部１３が配列されている例を示している。このように、個々の感熱部１３（画素に相当）は、セル単位で分離されているが、空洞部１２は、セル単位で分離されている必要は無い。【００７１】  次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照しつつ、感熱部１３の構成を詳しく説明する。【００７２】  まず、図２Ａを参照する。図２Ａは、感熱部１３におけるボロメータ部２１の平面レイアウトを示す図である。ボロメータ部２１は、抵抗率の温度依存性が大きな材料（例えばポリシリコン、チタン、酸化バナジウムなど）から形成され、蛇行している。ボロメータ部２１の両端は、後に説明するボロメータコンタクト部２４に接続されている。【００７３】  ボロメータ部２１が赤外線の照射によって昇温すると、その電気抵抗値が変化する。この変化は、不図示の「読み出し回路部（赤外線検出回路）」によって検知される。より具体的には、読み出し回路の電気配線がボロメータコンタクト部２４を介してボロメータ部２１と電気的に接続され、ボロメータ部２１の抵抗値の変化を電気的に検出する。これにより、ボロメータ部２１の赤外線照射量が求められる。同一基板部１１上に複数の感熱部１３が行および列状に配列され、個々の感熱部１３が有するボロメータ部２１の電気抵抗値の変化を独立して検出すれば、赤外線照射強度の面内分布を検知することができるため、赤外線のイメージを得ることができる。【００７４】  感熱部１３は、ボロメータ部２１を保護するボロメータ保護膜２２を備えており、ボロメータ保護膜２２はシリコン酸化膜などの絶縁材料から形成されている。また、本実施形態の感熱部１３は、内部に電荷を蓄積する電荷蓄積部２３を備えている。電荷蓄積部２３が電荷を蓄積すると、負に帯電するため、基板部１１および空洞壁部１２の内部に配置した電極との間で、静電気力を発生させることができる。後に詳しく説明するように、本実施形態では、この静電気力により感熱部１３の位置を制御する。【００７５】  上記の静電気力により、感熱部１３の位置が制御され、感熱部１３を読み出し回路部に接触させる第１状態と、感熱部１３を読み出し回路部から離す第２状態とを交互に切り替えることができる。【００７６】  感熱部１３と電子デバイスの他の部分との間での可能な限りの断熱を達成するためには、感熱部１３を読み出し回路部から離す第２状態において、感熱部１３を電子デバイスの他の部分に接触しない位置に移動させることが好ましい。【００７７】  感熱部１３のボロメータコンタクト部２４は、ボロメータ部２１に電流を供給するときに空洞壁部１２の電気配線に対する接触点として機能する。後に説明するように、空洞壁部１２の上部には、ボロメータコンタクト部２４と接触するボロメータ配線コンタクト部４２が設けられている。感熱部１３の移動に従って、そのボロメータコンタクト部２４が空洞壁１２のボロメータ配線コンタクト部４２と接触することにより、空洞壁部１２からボロメータ部２１に電流を供給することが可能になる。【００７８】  次に、図２Ｂを参照する。図２Ｂの（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線に沿って感熱部１３を切断した断面の詳細な構成を示しており、図２Ｂの（ｂ）は、感熱部１３の上面を示している。図２Ｂの（ｂ）にも、参考のため、１ｂ−１ｂ線に対応する２ａ−２ａ線を記載している。【００７９��  図２Ｂの（ａ）に示されるように、ボロメータ部２１はボロメータ保護膜２２によって被覆されている。ボロメータ保護膜２２の上面および下面は略平坦化され、全体としては概略的に薄板の形状を有している。ボロメータ保護膜２２の上面側には、図２Ｂの（ｂ）に示されるように、８個に分離された上部位置検出電極部２６１と、ソースコンタクト部２６、ドレインコンタクト部２７、ゲートコンタクト部２８、チャネルコンタクト部２９が設けられている。各コンタクト部２６〜１９は、電荷蓄積部２３の動作に関係しており、詳細は後述する。【００８０】  ボロメータ保護膜２２の上面に近い位置には、静電誘導電極部２５が設けられている。静電誘導電極部２５は、図２Ｂの（ｂ）に示されるように、電荷蓄積部２３が配置されている中央部を帯状に取り囲むように形成されている。静電誘導電極部２５は、例えば高濃度に不純物イオンが注入されたポリシリコンから形成されている。【００８１】  ボロメータ保護膜２２の下面には、図２Ｂ（ａ）に示すように、下部位置検出電極部２６２が設けられている。下部位置検出電極部２６２の構造および配置は、上部位置検出電極部２６１に対応している。【００８２】  感熱部１３の平面形状は、概略的には矩形であるが、ボロメータコンタクト部２４は、感熱部１３の本体部分から細長く延びた分枝部分に設けられている。このような分枝構造を形成している理由は、熱伝導性を低下させることにより、ボロメータコンタクト部２４が空洞壁部１２と接触しているとき、感熱部１３から空洞壁部１２へ熱が流出することを極力抑制するためである。ただし、このような分枝構造を設けることは不可欠ではない。【００８３】  次に、図３を参照して、感熱部１３における電荷蓄積部２３の詳細を説明する。図３（ａ）は、電荷蓄積部２３の一部を拡大した上面図、図３（ｂ）は、電化蓄積部２３に含まれる多数の電荷蓄積素子３１の一部を更に拡大した上面図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の３ｃ−３ｃ線断面図である。【００８４】  本実施形態の電荷蓄積部２３は、図３（ａ）に示されるように、複数の電荷蓄積素子３１が行および列状（マトリクスアレイ状）に配置された構成を有している。各電荷蓄積素子３１は、図３（ｂ）に示されるように、ＭＯＳ構造を有しており、例えばポリシリコン膜からなる半導体層中に形成されたソース部３２、ドレイン部３４、チャネル部３３を備えている。チャネル部３３は、例えばＢ（ホウ素）などのイオンが相対的に低い濃度でドープされた不純物領域であり、ソース部３２およびドレイン部３４は、例えばＡｓ（砒素）などのイオンが相対的に高い濃度でドープされた不純物領域である。【００８５】  電荷蓄積部２３は、ゲート絶縁膜を介してチャネル部３３を覆うように形成された浮遊ゲート部３５と、浮遊ゲート部３５上に絶縁膜を介して積層された制御ゲート部３６とを備えている。【００８６】  浮遊ゲート部３５は、例えばポリシリコンから形成されており、例えばＡｓ（砒素）などのイオンが高い濃度でドープされている。浮遊ゲート部３５は、他の部分から電気的に絶縁され、ＥＰＲＯＭの書き込み動作と同様の方法で、内部に電荷を蓄積する。【００８７】  電荷蓄積部２３は、ドレイン部３４および��ース部２３にそれぞれ接続されたドレインコンタクト部３７およびソースコンタクト部３８と、チャネル部３３に接続されたチャネルコンタクト部３１０と、制御ゲート部３９に接続されたゲートコンタクト部３９とを更に備えている。【００８８】  ドレインコンタクト部３７と、ソースコンタクト部３８と、ゲートコンタクト部３９と、チャネルコンタクト部３１０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）から形成され、それぞれ、ドレイン部３４、ソース部３２、制御ゲート部３６、チャネル部３３を外部の回路と電気的に接続する端子として機能する。【００８９】  次に、浮遊ゲート部３５における電荷蓄積を説明する。【００９０】  浮遊ゲート部３５に電荷を蓄積する際には、ソースコンタクト部３８およびチャネルコンタクト部３１０を電気的に接地し、ドレインコンタクト部３７、ドレインコンタクト部３７、およびゲートコンタクト部３９に高電圧（例えば１０ボルト）を加える（書き込み動作）。このとき、チャネル部３３をソース部３２からドレイン部３４に向かって電子が移動し、ドレイン部３４の近傍で高い運動エネルギを獲得してホットエレクトロンになり、その一部が浮遊ゲート部３５の周辺の絶縁膜を飛び越えて浮遊ゲート部３５に注入される。浮遊ゲート部３５に注入された電子は、浮遊ゲート部３５の内部に保持され、浮遊ゲート部３５を負に帯電させる。【００９１】  上記の書き込み動作を実行する場合、後に説明するように、感熱部１３を上方に移動させ、感熱部１３の上面側に配置されている各コンタクト部３７、３８、３９、３１０を空洞壁部１２において対応するコンタクト部にそれぞれ接触するようにする。【００９２】  次に、図４（ａ）および（ｂ）を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図４（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線に沿って空洞壁１２を切断した断面の詳細な構成を示しており、図４（ｂ）は、図４（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図である。図４では、感熱部１３や基板部１１の構成を簡略化して記載している。【００９３】  本実施形態の空洞壁部１２は、感熱部１３における各種コンタクト部と接触し得る位置に、対応するコンタクト部を備えている。具体的には、ボロメータ配線コンタクト部４２、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６を備えている。ボロメータ配線コンタクト部４２、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６は、それぞれ、図２Ｂに示す感熱部１３のボロメータコンタクト部２４、ソースコンタクト部２６、ドレインコンタクト部２７、ゲートコンタクト部２８、チャネルコンタクト部と接触し、それによってボロメータ部２１、ソース部３２、ドレイン部３４、制御ゲート部３６、およびチャネル部３３を空洞壁部１２の内部に設けられた電気配線に接続することができる。【００９４】  上記コンタクト部４２〜４６は、いずれも、例えばパターニングされたアルミニウム膜から好適に形成され、空洞壁１２の内部に設けられた電気配線に接続されている。なお、図４では、簡単のため、電気配線の記載を一部省略しているが、これらの電気配線も例えばパターニングされたアルミニウム膜から好適に形成される。空洞壁部１２の電気配線は、上記コンタクト部４２〜４６を読み出し回路などに電気的に接続する働きを有している。【００９５】  空洞壁部１２は、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、静電誘導対向電極部４１０、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。【００９６】  空洞壁シリコン部４８は、空洞壁部１２の各部分を支持する。空洞壁シリコン部４８は、例えばポリシリコンから形成され、赤外線を透過する。空洞壁保護膜４９は、例えばシリコン酸化膜から形成され、空洞壁部１２の各部分を保護する。【００９７】  上部浮上電極部４１は、例えば不純物イオンが高濃度にドープされたポリシリコンから形成され、前述した電気配線と電気的に接続されている。上部浮上電極部４１に電圧を印加すると、感熱部１３における電荷蓄積部２３に蓄積されているホットエレクトロンとの間に斥力または引力の静電気力が生じる。これらの力を調節することにより、感熱部１３の位置を制御することが可能である。【００９８】  なお、後に説明するように、電荷蓄積部２３にホットエレクトロンが蓄積されている場合、基板部１１の下部浮上電極部５２に電圧を加えることにより、下部浮上電極部５２と感熱部１３の電荷蓄積部２３との間に斥力または引力の静電気力が生じる。これらの力をあわせて調整することにより、感熱部１３の位置制御を行うことが可能である。これらの力の大きさに応じて、上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２に発生する電荷の大きさが変化する。このため、上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２に出入りする電流値を検出することにより、上記の力の大きさを検出することが可能であり、これらの検出値を用いて、感熱部１３の位置を制御することが可能である。【００９９】  静電誘導対向電極部４１０は、例えば不純物イオンが高濃度にドープされたポリシリコンから形成されており、空洞壁１２の内部に設けられた電気配線に接続されている。静電誘導対向電極部４１０に負の電圧を印加すると、静電誘導電極部４１０の上部表面に静電誘導による電荷が生じる。このため、上部浮上電極部４１と静電誘導電極部４１０との間に引力が生じる。この引力を用いることによって、感熱部１３を上部に移動させることが可能である。【０１００】  次に、図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、基板部１１の構成を説明する。図５（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線に沿って基板部１１を切断した断面の詳細な構成を示しており、図５（ｂ）は、図５（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図である。図５では、空洞壁１２や感熱部１３の内部構成を簡略化して記載している。【０１０１】  基板部１１は、シリコン基板部５１と、シリコン基板部５１に支持された下部浮上電極部５２および下部位置検出対向電極部２６４とを備えている。下部浮上電極部５２および検出対向下部位置電極部２６４は、図５（ｂ）に示されるレイアウトを有するようにパターニングされている。下部浮上電極部５２および検出対向下部位置電極部２６４は、例えばシリコン酸化膜からなる基板保護膜５３によって覆われている。【０１０２】  下部浮上電極部５２は、例えば高濃度に不純物イオンがドープされたポリシリ��ンから形成され、基板部１１上または基板部１１の内部に設けられた電気配線に接続されている。この電気配線は、一般の半導体素子の製造方法によって形成され、例えば、高濃度にイオンがドープされたポリシリコン、アルミニウム合金、またはシリコン基板のうち高濃度にイオンが注入された不純物領域から構成され得る。【０１０３】  感熱部１２における電荷蓄積部２３にホットエレクトロンが蓄積されている場合、下部浮上電極部５２に負電圧を印加すると、感熱部１３の電荷蓄積部２３と下部電極部との間に斥力が生じるので、この斥力を調整することにより、感熱部１３の位置制御を行うことが可能である。【０１０４】  図６は、以上説明してきた感熱部１３、空洞壁部１２、基板部１１の全体的な構成を示す断面図である。【０１０５】  次に、図７を参照して、各電極やコンタクト部に与えられる電位を説明する。【０１０６】  図７では、上部浮上電極部４１は、電極Ｆ１〜Ｆ４によって示され、下部浮上電極部５２は、電極Ｆ５〜Ｆ８によって示されている。電極Ｆ１〜Ｆ８には、可変電源Ｖ１〜Ｖ８が接続されている。上部浮上電極部４１と下部浮上電極部５２との間に、感熱部１３が位置している。【０１０７】  図７に示されるように、静電誘導対向電極部４１０には可変電源（Ｖ９）が接続されている。また、ソース配線コンタクト部４３およびチャネル配線コンタクト部４６は接地されている。一方、ドレイン配線コンタクト部４４は可変電源Ｖｄに接続され、ゲート配線コンタクト部４５は可変電源Ｖｇに接続される。【０１０８】  次に、図８Ａ〜図８Ｆおよび図９を参照して、本実施形態の動作を説明する。【０１０９】  図８Ａ〜図８Ｆは、各電極の電位と感熱部１３の移動の様子を示す断面図である。Ａ−Ａ’面は、図７におけるＡ−Ａ’線に沿った断面を示し、Ｂ−Ｂ’面は、図７におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面を示している。【０１１０】  なお、図９は、図９は、本実施形態の赤外線センサおよび比較例（従来構造）について、異なる赤外線入射量１〜３の各場合における感熱部１３の温度変化と、各時刻における電気回路のスイッチや可変電圧の動作を示している。可変電圧の動作は、電圧値のおおよその変化を模式的に示している。可変電圧は、実際には下に説明するように感熱部１３の位置を調整するため電圧値が常に小さく変化するがその変化は無視して示している。【０１１１】  まず図８Ａを参照して、初期状態を説明する。【０１１２】  初期状態では電荷蓄積部２３にホットエレクトロンは蓄積されていない。この状態にある時刻ｔ０において、可変電源Ｖ９の電圧値を負のある値に設定することにより、静電誘導対向電極部４１０に負の電圧を加えると、先に説明したように静電誘導対向電極部４１０と静電誘導電極部２５との間に引力が発生する。その結果、感熱部１３が上方に移動し、時刻ｔ１では、図８Ａに示すように、ソースコンタクト部３８、ドレインコンタクト部３７、ゲートコンタクト部３９、およびチャネルコンタクト部３１０が、それぞれ、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６に接触する。【０１１３】  その結果、図８Ａに示す状態では、ソー���コンタクト部３８およびチャネルコンタクト部３１０が接地される一方、ドレインコンタクト部３７は可変電源Ｖｄに接続され、ゲートコンタクト部３９は可変電源Ｖｇに接続される（図７参照）。【０１１４】  時刻ｔ１において、電圧ＶｄおよびＶｇを高電圧に設定することにより、ドレインコンタクト部３７およびゲートコンタクト部３９に高電圧を印加すると、先に説明したように、電荷蓄積部２３にホットエレクトロンからなる負電荷が蓄積される。図８Ｂは、電荷蓄積部２３に電化が蓄積された状態を示している。【０１１５】  前述の通り、上部浮上電極部４１（電極Ｆ１〜Ｆ４）、および浮上電極部５２下部（電極Ｆ５〜Ｆ８）には、可変電源Ｖ１〜Ｖ８が接続されている。図８Ｂの状態にある時刻ｔ２において、静電誘導対向電極部４１０に接続された可変電源Ｖ９の負電圧印加を停止し、電圧Ｖ９の値を０に設定する。さらに、可変電源Ｖ１〜Ｖ８に電圧を負に設定すると、上部浮上電極部４１と感熱部１３における電荷蓄積部２３との間、および下部浮上電極部５２と電荷蓄積部２３との間に斥力が発生する。その結果、図８Ｃに示すように、感熱部１３は基板部１１および空洞壁部１２に接触しない位置に浮上する。【０１１６】  本実施形態では、後に詳しく説明する方法により、感熱部１３の位置を検出することができる。この検出値に基づくフィードバックを行うことにより、上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２に印加する電圧の大きさを調整し、感熱部１３の位置を適切に制御すれば、感熱部１３を継続的に浮上させることが可能である。【０１１７】  これまでの状態においては、感熱部１３には赤外線が入射していない。そこで、図８Ｃの状態にある時刻ｔ３において、赤外線の感熱部１３への入射が開始するものとする。従来の赤外線センサ（比較例：図９の「従来構造」）についても、同様の時刻に赤外線の入射が開始するとして、図９のグラフを作成している。【０１１８】  図８Ｃに示す状態にある時刻ｔ４において、可変電源Ｖ１、Ｖ３に大きな正の電圧を、可変電源Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８に負の電圧を、可変電源Ｖ２、Ｖ４に小さい負の電圧を加える。すると、上部浮上電極部４１のうちの電極Ｆ１、Ｆ３と、感熱部１３における電荷蓄積部２３との間に強い引力が働く一方、下部浮上電極部５２の可変電極Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８と、感熱部１３における電荷蓄積部２３との間に斥力が働く。このため、感熱部１３は上方に移動する。【０１１９】  後に詳しく説明する方法によって感熱部１３の位置を検出すると、この検出結果によるフィードバック制御を行うことにより、図８Ｄに示すように、ボロメータコンタクト部２４がボロメータ配線コンタクト部４２と接触するように感熱部１３の位置を調整できる。【０１２０】  なお、図８Ｄに示す状態においては、可変電源Ｖ２、Ｖ４に小さい負の電圧を加えているので、電極Ｆ２、Ｆ４と電荷蓄積部２３との間には弱い斥力が発生する。このため、この部分で感熱部１３と空洞壁部１２とが接触することはない。その結果として、感熱部１３および空洞壁部１２は、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２との間でのみ接触することになる。【０１２１】  図８Ｄの状態における感熱部１３の位置は、図８Ａの状態および図８Ｂの状態における感熱部１３の位置に比べて水平横方向にシフトしている。図８Ｄの状態では、ソースコンタクト部３８、ドレインコンタクト部３７、ゲートコンタクト部３９、およびチャネルコンタクト部３１０が、それぞれ、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６には接触しない。【０１２２】  ボロメータ配線コンタクト部４２には読出し回路および電源Ｖ０が接続されている（図７参照）。図７に示すように、読出し回路は、積分回路と、積分回路をリセットするためのスイッチＳＷＲとを有し、ボロメータ配線コンタクト部４２と積分回路との間には、スイッチＳＷ１が配置されている。初期状態では、スイッチＳＷ１がオフ状態、スイッチＳＷＲがオン状態に設定されている。図８Ｄの状態ｉ３．時刻ｔ５においては、スイッチＳＷ１をオン状態に切り替え、スイッチＳＷＲをオフ状態に切り替える。【０１２３】  このことにより、図８Ｅに示すようにボロメータ部２１へ周辺回路から電流が供給され始める。電流の量は積分回路で積分される。ボロメータ部２１は、温度によって抵抗が大きく変化する材料から形成されているために、ボロメータ部２１を流れる電流の量を測定することにより、ボロメータの温度を測定することができる。また、ボロメータ部２１の温度は、赤外線入射量によって変化するため、赤外線入射量を検出することができる。図９に示す比較例の赤外線センサでも、時刻ｔ５において、ボロメータ部への通電と積分回路での積分が開始するものと仮定する。【０１２４】  図８Ｅに示す状態にある時刻ｔ６において、スイッチＳＷ１をオフ状態にし、スイッチＳＷＲをオン状態にすると、図８Ｆに示すように、ボロメータ部２１への通電が終了し、積分回路がリセットされる。比較例の赤外線センサにおいても、時刻ｔ６において、ボロメータ部２１への通電を終了するものと仮定する。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間においてボロメータ部２１の電流量は積分されて、その積分量が外部に出力される。図には示していないが、時刻ｔ６の直前に読出し回路の出力値をサンプルホールドして、その値から赤外線入射量が計算される。【０１２５】  次に、あらためて図９を参照しながら、感熱部１３の温度変化を説明する。【０１２６】  時刻ｔ０から時刻ｔ３までの期間は、赤外線が入射されておらず、感熱部１３の温度は外部温度と同じ温度に保たれている。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、感熱部１３の温度は、赤外線の入射によって上昇する。ただし、本実施形態では、感熱部１３は、空洞壁部１２および基板部１１と接触していないため、感熱部１３からの熱の逃げは、輻射熱および気体を通じて行われる。このため、比較例に比べ、温度上昇が非常に大きく、赤外線入射量の違いによって感熱部温度が大きく異なる。【０１２７】  時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間においては、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２が接触するため、熱の逃げが大きくなる。その結果、感熱部１３の温度は低下する。比較例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの状態と変わらず、感熱部１３の温度はゆっくりと上昇を続ける。【０１２８】  時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間では、ボロメータ部２１に通電が行われるために、そのジュール熱によって感熱部１３の温度は急激に上昇する。赤外線入射量に依存して感熱部１３の温度変化が異なり、ボロメータ部２１に流れる電流量は感熱部１３の温度に依存して決まる。このため、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間におけるボロメータ電流量の積分値は、赤外線入射量によって変化する。時刻ｔ５から時刻ｔ６までのボロメータ電流量の積分値の変化量を、赤外線入射量を示す信号値として利用する。【０１２９】  本実施形態では、ボロメータ部２１に通電する前に感熱部１３を浮上させておくことにより、感熱部１３の温度変化を大きくしている。その結果、赤外線入射量を示す信号値も大きくなり、赤外線検出感度を高くすることができる。【０１３０】  すなわち、ボロメータ部２１に通電する前にボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが離間した状態になることにより、感熱部１３から外部への熱の逃げを小さくできる。また、ボロメータ部２１に通電するときにボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２が接触した状態になることにより、信号の読み出しを行う。【０１３１】  以上の動作を行うことにより、赤外線入射による感熱部１３の温度変化の量が大きくなり、赤外線検出感度を向上することが可能である。【０１３２】  なお、特許文献２に開示された方法によれば、複数の電気的なスイッチが感熱部と外部回路との間で電気的なオン・オフの切り替えの動作を行うが、本発明におけるコンタクト部のように、離間と接触とを繰り返す動作は行わない。このため、特許文献２に開示されている電気的なスイッチには、感熱部から外部への熱の逃げを小さくして赤外線検出感度を向上する効果はない。【０１３３】  時刻ｔ６以降において、ボロメータ部２１の通電が終了する。ため感熱部１３の温度は低下して、感熱部１３の温度変化は、ほとんど生じなくなる。この後、感熱部１３を再び浮上させて時刻ｔ３以降の動作を繰り返す。なお、図９では、時刻ｔ６以降の感熱部温度変化に加え、時刻ｔ６以降もボロメータへの通電および積分を継続させた場合の感熱部温度変化を細線で示している。【０１３４】  時刻ｔ５からｔ６までの積分時間は、以下のように設定することができる。積分中の感熱部１３から外部への熱コンダクタンスが例えば５×１０−７Ｗ／Ｋであり、感熱部１３の熱容量が例えば２．５×１０−９Ｊ／Ｋである場合を考える。この場合、熱時定数が５ｍｓｅｃであるため、積分時間を５ｍｓｅｃ以上に大きくしても、感熱部１３の温度はおよそ一定値に落ち着き、積分時間増加による感度向上の効果が小さい。これに対して、赤外線検出の応答時間を短くするためには積分時間を短くすることが好ましいので、積分時間は、例えば５ｍｓｅｃに設定することができる。【０１３５】  感熱部１３の大きさや赤外線検出部の種類によって、感熱部１３が空洞壁部１２のコンタクト部に接触し、回路に接続される期間は異なるが、例えば１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの範囲内に設定される。【０１３６】  次に、感熱部１３の位置を検出する方法について説明する。感熱部１３の位置は、感熱部１３に形成された上部位置検出電極部２６１および下部位置検出電極部２６２と、空洞壁部１２に形成された上部位置検出対向電極部２６３と、基板部１１に形成された下部位置検出対向電極部２６４とによって検出される。【０１３７】  次に、図１０を参照して、上部位置検出電極部２６１および下部位置検出電極部２６２の構成と機能を説明する。【０１３８】  上部位置検出電極部２６１は、図１０に示すように、合計８個の電極から構成されており、それぞれの電極は、例えば高濃度にイオンがドープされたポリシリコンから形成され得る。近接した２個の電極は、相互に電気配線で接続され、等しい電位を有している。なお、下部位置検出電極部２６２は、上部位置検出電極部２６１と同様の構成を有している。【０１３９】  空洞壁部１２の上部位置検出対向電極部２６３は、図４（ｂ）に示すように合計８個の電極から構成され、それぞれの電極は、例えば高濃度にイオンがドープされたポリシリコンから形成されている。上部位置検出対向電極部２６３は、図１０に示すように、近接した２個の電極がそれぞれ高周波電源および電流測定部を介して電気配線で接続されている。また、上部位置検出対向電極部２６３の各電極は、上部位置検出電極部２６１の各電極と対向する位置に配置されており、全体としてコンデンサを形成する。【０１４０】  上部位置検出電極部２６１の一対の電極、上部位置検出対向電極部２６３の一対の電極、高周波電源、および電流検出部は、図１１に示す電気回路を形成する。上部位置検出電極部２６１および上部位置検出対向電極部２６３のうち、対向する電極と間には、コンデンサＣａ、Ｃｂが形成される。コンデンサＣａおよびコンデンサＣｂを直列に配列して得られる静電容量Ｃ１は、この回路に高周波電圧を加えたときに流れる電流の大きさを測定することによって求められる。【０１４１】  再び、図１０を参照する。上部位置検出電極部２６１の電極と上部位置検出対向電極部２６３の電極との間に形成されるコンデンサにより、上記静電容量Ｃ１と同様に、静電容量Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が定義され、上記方法により、その値を測定することができる。【０１４２】  下部位置検出対向電極部２６４は、上部位置検出対向電極部２６３と同様の構成を有しており、下部位置検出電極部２６２の電極と下部位置検出対向電極部２６４の電極との間に形成されるコンデンサにより、静電容量Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８が定義され、その値を測定することができる（図１１参照）。【０１４３】  静電容量Ｃ１〜Ｃ８は、感熱部１３の位置によって変化する。すなわち、静電容量Ｃ１〜Ｃ８は、感熱部の変位および回転角を表す合計６個の変数の関数として表される。あらかじめ、これらの関数を求めておくと、静電容量Ｃ１〜Ｃ８の値を検出することにより、感熱部１３の位置を検知することが可能である。【０１４４】  上部位置検出対向電極部２６３および下部位置検出対向電極部２６４に加える電圧を、ある一定値以上の高周波にすることにより、この電圧変化による感熱部１３の位置変化を無視できるほどに小さくすることも可能である。【０１４５】  なお、本実施形態では、感熱部１３におけるボロメータコンタクト部２４をボロメータ配線コンタクト部４２に接触させるとき（図８Ｄ）、感熱部１３は他の部分と接触しておらず、接触点の面積が最小限になるように設計されている。【０１４６】  図２Ａに示すように、感熱部１３のうちボロメータコンタクト部２４に近い部分は、感熱部１３の本体部分から延びる細長い形状を有している。このため、ボロメータ部２１に電流を供給するときの熱の逃げを最小限に抑えることでき、赤外線検出感度の向上効果が増大する。【０１４７】  本実施形態では、赤外線の残像生成を防止するため、通電が終了してから充分な時間が経過し、感熱部１３の温度がほぼ定常状態に低下した後、再び感熱部１３を浮上させる動作を行っている。【０１４８】  時刻ｔ６以降に感熱部１３の姿勢を制御し、感熱部１３と空洞壁部１２または基板部１１との間の接触面積を増加させると、感熱部１３の温度が定常状態に達するまでの時間を短縮することが可能である。可変電源Ｖ２に正の電圧を印加することにより、電極Ｆ２と電荷蓄積部２３の間に引力を発生させ、電極Ｆ２の部分で感熱部１３と空洞壁部１２とを接触させることができる。他の方法として、可変電源Ｖ１〜Ｖ４に負の電圧を、可変電源Ｖ５〜Ｖ８に正の電圧を加えることにより、感熱部１３を基板部１１に広い面積で接触させても、上記の時間を短縮することができる。【０１４９】  （製造方法）
以下、図１２Ａから図１２Ｋを参照しながら、本発明による電子デバイスの製造方法の実施形態を説明する。【０１５０】  まず、図１２Ａに示す基板部１１を形成する。具体的には、まず、シリコン基板９０１を用意し、シリコン基板９０１上にシリコン酸化膜から形成された基板保護膜９０３を堆積する。基板保護膜９０３は、例えばＣＶＤ法によって堆積され得る。【０１５１】  次に、下部浮上電極部５２および下部位置検出対向電極部２６４を形成する。例えば、ポリシリコン膜を堆積した後、フォトリソグラフィおよびエッチングの技術を用いてポリシリコン膜をパターニングすることにより、これらの電極部５２、２６４を形成することができる。下部浮上電極部５２および下部位置検出対向電極部２６４の平面レイアウトは、図５（ｂ）に示すとおりである。【０１５２】  次に、下部浮上電極部５２および下部位置検出対向電極部２６４を覆うシリコン酸化膜をシリコン基板９０１上に堆積した後、シリコン酸化膜の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって平坦化する。平坦化されたシリコン酸化膜は、電極部５２、２３４の下方に位置するシリコン酸化膜とともに基板保護膜９０３を構成する。こうして、図１２Ａに示す基板部１１を得ることができる。【０１５３】  次に、図１２Ｂに示すように、ポリシリコンからなる犠牲層１０１を基板部１１の上に形成する。この後、図１２Ｃに示すように、シリコン酸化膜からなるボロメータ保護膜２２を犠牲層１０１上に堆積する。下部位置検出電極部２６２を形成した後、シリコン酸化膜を堆積して被覆する。その後、ボロメータ部２１および電荷蓄積部２３を形成する。ボロメータ部２１および電荷蓄積部２３は、図２Ａに示す平面形状を有している。【０１５４】  図１２Ｄに示すように、これらをシリコン酸化膜で被覆した後、その上に静電誘導電極部２５および上部位置検出電極部２６１を形成し、これらをシリコン酸化膜で被覆する。静電誘導電極部２５および検出電極部上部位置２６１は、図２Ｂの（ｂ）に示す平面形状を有している。その後、図１２Ｄに示すように、ボロメータコンタクト部２４、ソースコンタクト部２６、ドレインコンタクト部２７、ゲートコンタクト部２８、およびチャネルコンタクト部２９を形成する。これらのコンタクト部は、図２Ｂの（ｂ）に示す位置に形成される。【０１５５】  次に、シリコン酸化膜をパターニングすることにより、図１２Ｅに示す構成を得る。図では、１つの感熱部１３を形成する方法を説明しているが、１つの基板部１１上に多数の感熱部１３を配列し、個々の感熱部１３の周囲を空洞壁部１２で囲んでもよい。その場合、図面に示されていない領域に図１２Ｅに示す構造と同様の構造が形成される。【０１５６】  この後、これらの構成を被覆するようにポリシリコン犠牲層を堆積し、この犠牲層をパターニングすることにより、図１２Ｆに示す構成を得る。これまでの工程で、被覆した膜の表面を平坦化するＣＭＰの工程を随時行なっても良い。【０１５７】  次に、図１２Ｇに示す犠牲層１０１を覆う空洞壁部１２を形成するため、まず、シリコン酸化膜からなる空洞壁保護膜４９を堆積する。その後、静電誘導対向電極部４１０．上部浮上���極部４１、上部位置検出対向電極部２６３、ボロメータ配線コンタクト部４２、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６を形成する。これらの電極およびコンタクト部は、感熱部１２における電極およびコンタクト部の配置に整合するように設計される。【０１５８】  次に、上記の構造を図１２Ｈに示すようにシリコン酸化膜で被覆する。シリコン酸化膜の上にポリシリコン膜を堆積した後、そのポリシリコン膜をパターニングすることにより、図１２Ｉに示す空洞壁シリコン部４８を形成する。更にシリコン酸化膜で被覆した後、シリコン酸化膜をパターニングすることにより、図１２Ｊに示す構成を得る。これまでの工程で、被覆した膜の表面を平坦化するＣＭＰの工程を随時行なっても良い。【０１５９】  最後に、図１２Ｋに示すように犠牲層１０１を除去する。犠牲層１０１の除去は、例えばＸｅＦなどのガスを用いる等方性エッチングによって行うことが可能である。犠牲層１０１のエッチングにより、感熱部１３は基板部１１および空洞壁部１２から分離される。【０１６０】  上記製造方法は、半導体プロセスの一般的な技術および装置を用いて実施することが可能である。【０１６１】  以上、感熱部１３が１つからなる電子デバイスの製造方法を説明してきたが、上記の方法は、セルアレイを有するラインセンサまたはイメージセンサを製造する方法に容易に適用できる。【０１６２】  上記センサの全体または各空洞を真空パッケージ内に封止することも可能である。この場合、感熱部１３からの気体を介した熱の逃げが小さくなるため、感度をさらに向上することが可能である。【０１６３】  基板部１１に垂直な方向から電荷蓄積素子３１を観察すると、電荷蓄積素子３１は、静電誘導電極部２５およびボロメータ部２１と重なっていない位置に配置される。電荷蓄積素子３１と静電誘導電極部２５またはボロメータ部２１とが重なっていると、電荷蓄積素子３１に蓄積された負電荷により、静電誘導電極部２５またはボロメータ部２１の表面に静電誘導による正電荷が発生する。この場合、これらの正電荷から出る電気力線の多くが電荷蓄積素子３１の負電荷に入り込むために、電荷蓄積素子３１と上部浮上電極部４１または下部浮上電極部５２との静電気力が小さくなり、感熱部１３の位置制御が難しくなる。これを避けるため、本実施形態では、基板に垂直な方向から見たときに、電荷蓄積素子３１が静電誘導電極部２５およびボロメータ部２１とは重ならない位置に配置される。【０１６４】  各電気配線およびコンタクト部は、好適には金属から形成されるが、感熱部１３と空洞壁１２の周辺に配置されるため、金属による赤外線の遮光が少なく、赤外線検出感度を高く保つことができる。【０１６５】  上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２に電圧を加えて感熱部１３を移動させるときに、外部の電圧の変化によって感熱部１３の位置が変化しないように、上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２の周辺に電極を配置して、この周辺電極の電圧を常に０に保つことにより外部の電圧の変化の影響を軽減する方法も考えられる。【０１６６】  本実施形態では、感熱部１３の位置を検出す���ための電極と、感熱部１３の位置を移動させるための電極とを別に設けているが、ひとつの電極が両方の機能を発揮する構成を採用することも可能である。この場合、ひとつの電極に、感熱部１３の位置を検出するための高周波電圧源と、感熱部１３の位置を移動させるための直流電源とに接続する。【０１６７】  感熱部１３を浮上させるための静電気力の大きさは、例えば１×１０−８（Ｎ）程度に設定することができる。感熱部１３の質量が例えば１×１０−１２（ｋｇ）であるとすると、１００Ｇ（重力加速度の１００倍）の大きさの加速度がデバイスに生じたときに感熱部１３に生じる慣性力は、約１×１０−９（Ｎ）である。このような大きさの慣性力のもとでは、感熱部１３を安定して保持することができる。【０１６８】  本実施形態では、感熱部１３を浮上させるときに静電気力の反発力を用いているが、この反発力は距離が小さくなるほど大きくなる。このため、デバイスに加速度が加わるなどの原因により、感熱部１３がつりあいの位置から移動したときには感熱部１３がつりあいの位置にもどるような力（復元力）が働く。このため、比較的簡単な制御方法により、感熱部１３を安定して浮上させることができる。【０１６９】  （実施形態２）
以下、本発明による電子デバイスの第２の実施形態（赤外線センサ）を説明する。本実施形態では、静電誘導によって感熱部１３に発生する電荷による静電気力を用い、感熱部１３の位置制御を行う。【０１７０】  本実施形態における赤外線センサの全体構成は、図１に示されるとおりである。【０１７１】  まず、図１３を参照しながら、本実施形態における感熱部１３の構成を説明する。図１３（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の１３ｂ−１３ｂ線断面図、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の１３ｃ−１３ｃ線断面図である。【０１７２】  図１３に示すように、本実施形態の感熱部１３は、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、および下部位置検出電極部２６２を備えている。ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、およびボロメータコンタクト部２４の構成および機能は、実施形態１におけるボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、およびボロメータコンタクト部２４と同様である。【０１７３】  次に図１４を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図１４（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の１４ｂ−１４ｂ線断面図である。【０１７４】  空洞壁部１２は、上部浮上電極部４１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線（不図示）、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部静電誘導対向電極部１２１、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９は、実施形態１と同様である。【０１７５】  次に、図１５を参照しながら基板部１１の構成を説明する。図１５（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示す１５ｂ−１５ｂ線断面図である。【０１７６】  基板部１１は、シリコン基板部５１、下部静電誘導対向電極部１３１、基板保護膜５３、下部位置検出対向電極部２６４とを備えている。シリコン基板部５１と基板保護部５３は、実施形態１と同様である。【０１７７】  上部静電誘導対向電極部１２１に正の電圧を加え、下部静電誘導対向電極部２６４に負の電圧を加えると、静電誘導によって上部静電誘導電極部１１１に負電荷が発生し、下部静電誘導電極部１１２に正電荷が発生する。そして、上部静電誘導電極部１１１と上部静電誘導対向電極部１２１の間と下部静電誘導電極部１１２と下部静電誘導対向電極部２４６の間に引力が生じる。この引力の大きさを調整することによって感熱部１３の位置を制御することができる。【０１７８】  実施形態１の方法と同様にして、感熱部１３の浮上、空洞壁部１２との接触、およびボロメータへの通電を繰り返すことにより、各時刻の赤外線入射量を検出できる。【０１７９】  感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６���を用い、実施形態１と同様の方法で実行することができる。【０１８０】  （実施形態３）
以下、本発明による電子デバイスの第３の実施形態を説明する。【０１８１】  本実施形態では、空洞壁部１２に形成されたコイルによって発生する磁界と、感熱部に存在する磁性体との間に発生する電磁力を用い、感熱部１３の位置制御を行う。【０１８２】  本実施形態でも、全体構成は図１と同様であり、感熱部１３と空洞壁部１２と基板部１１から構成される。【０１８３】  図１６を参照しつつ感熱部１３の構成を説明する。図１６（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の１６ｂ−１６ｂ線断面図であり、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）の１６ｃ−１６ｃ線断面図である。【０１８４】  図１６に示すように、本実施形態の感熱部１３は、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４、磁性体部１４１、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４は、実施形態１と同様である。磁性体部１４１は、強磁性体から形成されており、所定方向に磁化されている。【０１８５】  次に図１７を参照しながら空洞壁部１２の構成を説明する。図１７（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、空洞壁部１２の構成を詳しく示している。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の１７ｂ−１７ｂ線断面図である。【０１８６】  空洞壁部１２は、上部浮上電極部４１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部コイル部１５１、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９は、実施形態１と同様である。【０１８７】  次に図１８を参照しつつ、基板部１１の構成を説明する。図１８（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の１８ｂ−１８ｂ線断面図である。【０１８８】  基板部１１は、シリコン基板部５１、下部コイル部１６１、基板保護膜５３、下部位置検出対向電極部２６４を備えている。シリコン基板部５１および基板保護部５３は実施形態１と同様である。【０１８９】  図１７に示す上部コイル部１５１および図１８に示す下部コイル部１６１に電流を流すことにより、上部コイル部１５１と、感熱部１３における磁性体部１４１との間に斥力となる電磁力を発生させることができる。同様に、下部コイル部１６１と磁性体部１４１との間にも斥力となる電磁力を発生させる。コイル部１５１、１６１を流れる電流を調整して電磁力の大きさを変化させることにより、感熱部１３の位置を制御できる。【０１９０】  実施形態１の方法と同様にして、感熱部１３の浮上、空洞壁部１２との接触、およびボロメータへの通電を繰り返すことにより、各時刻の赤外線入射量を検出できる。【０１９１】  感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６４を用い、実施形態１と同様の方法で実行する��とができる。【０１９２】  （実施形態４）
以下、本発明による電子デバイスの第４の実施形態を説明する。【０１９３】  図１９に示すように、本実施形態の電子デバイスは、基板部１１と、その表面に形成された空洞壁部１２と、感熱部１３とを備えている。図１９（ａ）は、電子デバイスの斜視図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の１９ｂ−１９ｂ線断面図である。本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が常に基板部１１と接触・固定されている。感熱部１３は変形可能な弾性を有しており、感熱部１３の自由端は、空洞壁部１２に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返す。すなわち、静電誘導によって感熱部１３に電荷を発生させ、この電荷に加わる静電気力を用いて感熱部１３を変形させ、上記接触及び切断の繰り返しを行う。【０１９４】  本願明細書では、感熱部１３の一部が変形することも、「感熱部の配置を変化させる」ことに含めて解釈するものとする。【０１９５】  以下、本実施形態における感熱部１３、基板部１１、空洞壁部１２の構成を説明する。まず、図２０を参照する。図２０（ａ）は、図１９（ａ）の１９ｂ−１９ｂ線断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の２０ｂ−２０ｂ線断面図、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）の２０ｃ−２０ｃ線断面図である。【０１９６】  感熱部１３は、実施形態２と同様に、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、電荷蓄積部２３、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。実施形態２と大きく異なる点は、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が基板部１１に固定され、感熱部１３が片持ち梁のように動作することである。感熱部１３の自由端側が固定端側を軸として傾斜（チルト）する。このため、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２は、いずれも、図２０（ｃ）に示すように、感熱部１３の自由端側に設けられている。また、感熱部１３の一部であり感熱部１３の固定端側に位置する感熱支持部１９１には配線部２４３が形成されており、この配線部２４３によって基板部１１の内部に形成された検出回路部とボロメータ部２１とを電気的に接続している。【０１９７】  次に、図２１を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図２１（ａ）は、図１９（ａ）の１９ｂ−１９ｂ線断面図であり、空洞壁部１２の構成を詳しく示している。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の２１ｂ−２１ｂ線断面図である。【０１９８】  空洞壁部１２は、感熱部１３の自由端に対応する位置に形成されており、上部静電誘導対向電極部１２１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。【０１９９】  次に、図２２を参照しながら、基板部１１の構成を説明する。図２２（ａ）は、図１９（ａ）の１９ｂ−１９ｂ線断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）の２２ｂ−２２ｂ線断面図である。【０２００】  基板部１１は、シリコン基板部５１、下��静電誘導対向電極部１３１、基板保護膜５３、下部位置検出対向電極部２６４を備えている。実施形態２と異なる点は、感熱部１３の自由端に対応する位置に下部静電誘導対向電極部１３１および下部位置検出対向電極部２６４が形成されていることにある。【０２０１】  以下、図２３を参照しつつ、本実施形態の電子デバイスの動作を説明する。【０２０２】  本実施形態の電子デバイスは、実施形態２における電子デバイスとほぼ同様の動作を行う。ただし、本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が基板部１１に固定されているため、感熱部１３の全体的な位置が変化する代わりに、感熱部１３の一部が弾性的に変形する。感熱部１３が片もち梁のように変形することにより、図２３（ａ）に示す状態と図２３（ｂ）に示す状態との間で切り替えが行われ、感熱部１３の一端付近に配置されたボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２との接触および切断が実行される。【０２０３】  感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６４を用い、実施形態１と同様の方法で実行することができる。【０２０４】  （実施形態５）
以下、本発明による電子デバイスの第５の実施形態を説明する。【０２０５】  本実施形態では、強誘電体の分極によって発生する電荷に加わる静電気力を用いて感熱部１３の位置制御を行う。本実施形態の全体構成は、図１に示す構成と同様であり、感熱部１３、空洞壁部１２、基板部１１とを備えている。【０２０６】  図２４（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）の２４ｂ−２４ｂ線断面図であり、図２６（ｃ）は、図２６（ａ）の２４ｃ−２４ｃ線断面図である。【０２０７】  図２４に示すように、感熱部１３は、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４、強誘電体部２２１、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４は実施形態１と同様である。他の実施形態と異なる点は、感熱部１３が電荷蓄積部２３の代わりに強誘電体部２２１を有していることにある。【０２０８】  次に、図２５を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図２５（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線に相当する線に沿った断面図であり、空洞壁部１２の構成を詳しく示している。図２５（ｂ）は、図２５（ａ）の２５ｂ−２５ｂ線断面図である。【０２０９】  空洞壁部１２は、上部浮上電極部４１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線（不図示）、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部位置検出対向電極部２６３とを備えている。ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９は、実施形態１と同様である。【０２１０】  次に、図２６を参照しながら、基板部１１の構成を説明する。図２６（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図２６（ｂ）は、図２６（ａ）の２６ｂ−２６ｂ線断面図である。【０２１１】  基板部１１は、シリコン基板部５１、下部浮上電極部５２、基板保護膜５３、下部位置検出対向電極部２６４を備えている。シリコン基板部５１および基板保護部５３は、実施形態１と同様である。【０２１２】  強誘電体部２２１は、強誘電体材料から形成されており、あらかじめ分極されている。例えば、強誘電体部２２１が基板裏面から基板表面への方向に分極している場合、上部浮上電極部４１に正電圧を、下部浮上電極部５２に負電圧を加えることにより、上部浮上電極部４１と強誘電体部２２１との間、および下部浮上電極部５２と強誘電体部２２１との間に斥力となる静電気力を発生させることができる。上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２の電圧を調整して静電気力の大きさを変化させることにより、感熱部１３の位置を制御できる。【０２１３】  実施形態１の方法と同様にして、感熱部１３の浮上、空洞壁部１２との接触、およびボロメータへの通電を繰り返すことにより、各時刻の赤外線入射量を検出できる。【０２１４】  感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６４を用い、実施形態１と同様の���法で実行することができる。【０２１５】  （実施形態６）
以下、本発明による電子デバイスの第６の実施形態を説明する。【０２１６】  図２８に示すように、本実施形態の電子デバイスは、基板部１１と、その表面に形成された空洞壁部１２と、感熱部１３とを備えている。図２８（ａ）は、電子デバイスの斜視図であり、図２８（ｂ）は、図２８（ａ）の２８ｂ−２８ｂ線断面図である。本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が常に基板部１１と接触・固定されている。感熱部１３は変形可能な弾性を有しており、感熱部１３の自由端は、空洞壁部１２に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返す。すなわち、静電誘導によって感熱部１３に電荷を発生させ、この電荷に加わる静電気力を用いて感熱部１３を変形させ、上記接触及び切断の繰り返しを行う。【０２１７】  以下、本実施形態における感熱部１３、基板部１１、空洞壁部１２の構成を説明する。まず、図２９を参照する。図２９（ａ）は、図２８（ａ）の２８ｂ−２８ｂ線断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図２９（ｂ）は、図２９（ａ）の２９ｂ−２９ｂ線断面図、図２９（ｃ）は、図２９（ａ）の２９ｃ−２９ｃ線断面図である。【０２１８】  感熱部１３は、実施形態２と同様に、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、電荷蓄積部２３、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。実施形態４と同様に、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が基板部１１に固定され、感熱部１３が片持ち梁のように動作する。すなわち、感熱部１３の自由端側が固定端側を軸として傾斜（チルト）する。このため、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２は、いずれも、図２９（ｃ）に示すように、感熱部１３の自由端側に設けられている。【０２１９】  実施形態４との主な違いは、ボロメータコンタクト部２４が自由端側に２個配置されているという点と、感熱支持部１９１に配線部がないという点である。【０２２０】  次に、図３０を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図３０（ａ）は、図２８（ａ）の２８ｂ−２８ｂ線断面図であり、空洞壁部１２の構成を詳しく示している。図３０（ｂ）は、図３０（ａ）の３０ｂ−３０ｂ線断面図である。【０２２１】  空洞壁部１２は、感熱部１３の自由端に対応する位置に形成されており、上部静電誘導対向電極部１２１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。実施形態４と異なる点は、空洞壁部１２にボロメータ配線コンタクト部４２が２個配置されている点である。【０２２２】  次に、図３１を参照しながら、基板部１１の構成を説明する。基板部１１は、実施形態４と同様の構成である。図３１（ａ）は、図２８（ａ）の２８ｂ−２８ｂ線断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図３１（ｂ）は、図３１（ａ）の３１ｂ−３１ｂ線断面図である。【０２２３】  基板部１１は、シリコン基板部５１、下部静電誘導対向電極部１３１、基板保護膜５３、下部位置��出対向電極部２６４を備えている。実施形態４と同様に、感熱部１３の自由端に対応する位置に下部静電誘導対向電極部１３１および下部位置検出対向電極部２６４が形成されている。【０２２４】  以下、本実施形態の電子デバイスの動作を説明する。【０２２５】  本実施形態の電子デバイスは、実施形態４における電子デバイスとほぼ同様の動作を行う。すなわち、本実施形態では、感熱部１３の一部が基板部１１に固定されているため、感熱部１３の全体的な位置が変化する代わりに、感熱部１３の一部が弾性的に変形する。感熱部１３が片もち梁のように変形することにより、図２３（ａ）に示す状態と図２３（ｂ）に示す状態との間で切り替えが行われ、感熱部１３の一端付近に配置されたボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２との接触および切断が実行される。【０２２６】  感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６４を用い、実施形態４と同様の方法で実行することができる。【０２２７】  本実施形態においては、実施形態４と同様に、感熱部１３の一端が固定され、片もち梁のように変形するので、感熱部１３の動作の安定性に優れ、簡易に位置の制御を行うことが可能である。【０２２８】  次に、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げについて考える。この熱の逃げは、感熱部１３からの輻射による熱の逃げと、感熱部１３の周辺の気体の対流による熱の逃げと、感熱支持部１９１における伝導による熱の逃げとに分けられる。【０２２９】  一般的な赤外線センサでは、感熱部１３の周囲を大気から遮断して真空または減圧された状態とすることにより、感熱部１３の周辺の気体の対流による熱の逃げを小さくしている。また、感熱部１３の温度がある一定値より高くならないように設計されるため、感熱部１３からの輻射による熱の逃げは、感熱支持部１９１における伝導による熱の逃げに比べて大きくない。このため、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されているとき、感熱部１３から基板部１１への熱の逃げを小さくして赤外線センサの感度を向上するためには、感熱支持部１９１における伝導による熱の逃げを小さくする必要がある。【０２３０】  ここで、配線部が例えばアルミニウムで形成されている場合を考える。アルミニウムの熱伝導度は約１．３２Ｗ／ｃｍ・Ｋである。これに対して、配線部以外の部分の代表的な材料であるＳｉＯ２（酸化シリコン）の熱伝導度は約０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋである。このことから明らかなように、配線部における熱伝導は、他の部分における熱伝導よりも大きい。このため、感熱部１３と検出回路部とを電気的に接続する配線部が感熱支持部１９１の内部に形成されている場合、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において、感熱部１３から基板部１１への配線部を介した熱の逃げが大きくなる。【０２３１】  これに対して、本実施形態では、感熱部１３の自由端側にボロメータ���ンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２が配置されており、感熱部１３の固定端側、すなわち感熱支持部１９１には、配線部がない。その結果、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において、感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが小さくなる。このため、赤外線の検出感度を向上することができる。【０２３２】  次に、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げについて考える。この熱の逃げは、感熱部１３からの輻射による熱の逃げと、感熱部１３の周辺の気体の対流による熱の逃げと、感熱支持部１９１における伝導による熱の逃げとに分けられる。上記と同様の理由から、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げを小さくして赤外線センサの感度を向上するためには、感熱部１３と空洞壁部１２との接触部分を介した伝導による熱の逃げを小さくする必要がある。【０２３３】  上記のように、配線部における熱伝導は他の部分における熱伝導に比べて大きいので、感熱部１３と空洞壁部１２との接触部分に形成される配線部は、できる限り少ない方が望ましい。ところが、抵抗変化型や焦電型赤外線センサやサーモパイル型赤外線センサにおいて、感熱部の温度変化に依存する赤外線検出部の物理特性の変化を検出するためには、赤外線検出部と検出回路部を電気的に接続する必要がある。電気的な接続には、交流的な接続と直流的な接続があるが、検出を簡易に安定して行うためには、直流的な接続が望ましい。直流的な接続を行う場合、配線部で電気的に接続する必要があるが、感熱部１３と検出回路部との間で電気回路を形成するためには感熱部１３と検出回路部との間に最低２本の電気配線が必要である。【０２３４】  以上の議論から、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げを小さくするためには、感熱部１３と検出回路部を複数（好ましくは２本）の配線で電気的に接続することが望ましい。【０２３５】  本実施形態では、上述のように、感熱部１３の自由端側にボロメータコンタクト部２４が２個配置されており、空洞壁部１２にボロメータ配線コンタクト部４２が２個配置されている。ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態において、感熱部１３と検出回路部が２本の配線部で接続されているため、この状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが最小限となり赤外線の検出感度を高くすることができる。【０２３６】  このように、本実施形態によれば、実施形態４と同様に、感熱部の一端が固定されて片もち梁のように変形するので安定性がよく簡易に位置の制御を行うことが可能である。また、本実施形態においては、感熱部の自由端側にボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２が配置されており、感熱部１３の固定端側すなわち感熱支持部１９１に配線部がないので、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが小さくなり赤外線の検出感度を向上することができる。更に、本実施形態では、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態において感熱部１３と検出回路部が２本の配線部で接続されるため、この状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが最小限となり赤外線の検出感度を高くすることができる。【０２３７】  （実施形態７）
以下、本発明による電子デバイスの第７の実施形態を説明する。【０２３８】  図３２に示すように、本実施形態の電子デバイスは、基板部１１と、感熱部１３と、基板部１１の表面から感熱部１３の上部にわたる位置に形成されたコンタクト支持部１４と、を備えている。図３２（ａ）は、電子デバイスの斜視図であり、図３２（ｂ）は、図３２（ａ）の３２ｂ−３２ｂ線断面図である。本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が常に基板部１１と接触・固定されている。また、コンタクト支持部１４の一部が常に基板部１１と接触・固定されている。コンタクト支持部１４は変形可能な弾性を有しており、コンタクト指示部１４の自由端は、感熱部１３に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返す。すなわち、静電誘導によってコンタクト支持部１４に電荷を発生させ、この電荷に加わる静電気力を用いてコンタクト支持部１４を変形させ、上記接触及び切断の繰り返しを行う。【０２３９】  本願明細書では、コンタクト支持部１４の一部が変形することも、「コンタクト支持部の配置を変化させる」ことに含めて解釈するものとする。【０２４０】  以下、本実施形態における感熱部１３、基板部１１、コンタクト支持部１４の構成を説明する。図３３を参照する。図３３（ａ）は、図３２（ａ）の３２ｂ−３２ｂ線断面図であり、感熱部１３およびコンタクト支持部１４の構成を詳しく示している。図３３（ｂ）は、図３３（ａ）の３３ｂ−３３ｂ線断面図、図３３（ｃ）は、図３３（ａ）の３３ｃ−３３ｃ線断面図である。【０２４１】  感熱部１３は、実施形態６と同様に、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、電荷蓄積部２３、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。コンタクト支持部１４はその一部が基板部１１に固定されており、片持ち梁のように動作する。コンタクト支持部１４の自由端側が固定端側を軸として傾斜（チルト）する。感熱部１３の一部である感熱支持部１９１は基板部１１に固定されている。感熱部１３が弾性をもつ材料で形成されている場合、感熱部１３は片持ち梁のように動作して、その自由端側が固定端側を軸として傾斜（チルト）する。また感熱部１３が高い剛性をもつ材料で形成されている場合、感熱部１３の形状はほぼ一定に保たれる。【０２４２】  ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２は、いずれも、図３３（ｃ）に示すように、感熱部１３の自由端側に設けられている。実施形態６と同様に、ボロメータコンタクト部２４が自由端側に２個配置されている。また、実施形態６と同様に、感熱部１３の一部であり感熱部１３の固定端側に位置する感熱支持部１９１には配線部はない。【０２４３】  本実施形態においては、実施形態４および実施形態６と同様に、感熱部１３の一端が固定されて片もち梁のように変形するので安定性がよく簡易に位置の制御を行うことが可能である。【０２４４】  また、本実施形態においては、感熱部１３の自由端側にボロメータコンタクト部２４が配置され、コンタクト支持���１４の自由端側にボロメータ配線コンタクト部４２が配置されており、実施形態６と同様に感熱部の固定端側に配線部がない。このため、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において感熱部から基板への熱の逃げが小さくなり赤外線の検出感度を向上することができる。更に、本実施形態では、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態において感熱部１３と検出回路部が２本の配線部で接続されているため、この状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが最小限となり赤外線の検出感度を高くすることができる。【０２４５】  本実施形態では、コンタクト指示部１４の自由端が感熱部１３に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返すとき、コンタクト支持部１４が変形するため、感熱部１３の変形量が小さくてすむ。このために、感熱部１３の変形によるボロメータ部２１の抵抗変化などによる検出誤差を小さくすることができる。さらに、本実施形態では、感熱部１３よりも質量が小さいコンタクト支持部１４を変形させるために、高速で状態遷移を行うことができる。このため、多数のセルの１次元または二次元的な配列（セルアレイ）を同一基板部上に形成して用いる場合に、セルアレイからデータの逐次読み出しを行う操作を高速に行うことができる。【０２４６】  なお、以上の各実施形態では、感熱部１３とコンタクト支持部１４とが上下に配置されているが、感熱部１３とコンタクト支持部１４とが他の位置関係にあってもよい。図３６に示す例では、感熱部１３とコンタクト支持部１４が互いに水平の位置関係に配置されている。この場合、コンタクト支持部１４の自由端が、水平方向に動くことによって、感熱部１３に対して接触および非接触の状態遷移を繰り返す。【０２４７】  （実施形態８）
以下、本発明による電子デバイスの第８の実施形態を説明する。【０２４８】  図３４に示すように、本実施形態の電子デバイスは、基板部１１と、感熱部１３と、基板部１１の表面に形成されたボロメータ配線コンタクト部４２と、感熱部１３の下部表面に形成されたボロメータコンタクト部２４とを備えている。図３４（ａ）は、電子デバイスの斜視図であり、図３４（ｂ）は、図３４（ａ）の３４ｂ−３４ｂ線断面図である。本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が常に基板部１１と接触・固定されている。感熱部１３は変形可能な弾性を有しており、感熱部１３の自由端の下部表面に形成されているボロメータコンタクト部２４は、基板部１１の表面に形成されたボロメータ配線コンタクト部４２に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返す。すなわち、静電誘導によって感熱部１３に電荷を発生させ、この電荷に加わる静電気力を用いて感熱部１３を変形させ、上記接触及び切断の繰り返しを行う。【０２４９】  本実施形態においては、実施形態４、実施形態６および実施形態７と同様に、感熱部１３の一端が固定されて片もち梁のように変形するので安定性がよく簡易に位置の制御を行うことが可能である。【０２５０】  また、感熱部１３の自由端側にボロメータコンタクト部２４が配置されており、基板部１１にボロメータ配線コンタクト部４２が配置されており、実施形態６および実施形態７と同様に感熱部の固定端側に配線部がない。このため、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが小さくなり赤外線の検出感度を向上することができる。更に、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態において感熱部１３と検出回路部が２本の配線部で接続されるため、この状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが最小限となり赤外線の検出感度を高くすることができる。【０２５１】  本実施形態では、ボロメータ配線コンタクト部４２が基板部１１に形成されているために、構造が簡単であり、簡易に作製することができる。また、感熱部１３の上部に空洞壁部やコンタクト支持部がないために、入射した赤外線がさえぎられることがないために、高感度に赤外線を検出することができる。【０２５２】  なお、上記の実施形態では、いずれも、感熱部１３が一層の構造を有しているが、図３５に示すように、感熱部１３は複数の層構造（図の例では２層構造）を有していてもよい。図３５に示す例では、感熱部１３の上側の層の部分で赤外線を吸収し、感熱部１３の下側の層で赤外線吸収による温度変化を検出する。【０２５３】  一般的に感熱部１３の平面形状は、上記のように概略的には矩形であるが、ボロメータコンタクト部２４は、感熱部１３の本体部分から細長く延びた分枝部分に設けられている。このような分枝構造を形成している理由は、熱伝導性を低下させることにより、感熱部１３から空洞壁部１２もしくはコンタクト支持部１４もしくは基板部１３へ熱が流出することを極力抑制するためである。上記のように感熱部を２層にすることにより、例えば感熱部１３の分岐部の横の隙間の部分などに入射した赤外線も吸収することができるので、赤外線検出感度を向上することができる。【０２５４】  以上、各種実施形態について説明してきたように、本発明の電子デバイスによれば、感熱部の断熱性を向上させ、赤外線照射による感熱部の温度変化を高めることができ、その結果、赤外線検出感度を高くすることが可能になる。また、感熱部から信号を読み出す前に感熱部全体を移動させることにより、電子デバイスの他の部分から感熱部を完全に離間させると、従来の赤外線センサに比べて桁違いに断熱性を向上させることができ、感度を大幅に高めることができる。このため、センサ部分をより小型化にすることができ、赤外線イメージセンサの画素数をより多く増やすことも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０２５５】  本発明の電子デバイスは、感度の高い赤外線イメージセンサとして好適に利用され得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2006132155.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2006132155.tif 000005
【図３】
2006132155.tif 000006
【図４】
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【図５】
2006132155.tif 000008
【図６】
2006132155.tif 000009
【図７】
2006132155.tif 000010
【図８Ａ】
2006132155.tif 000011
【図８Ｂ】
2006132155.tif 000012
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006132155.tif 000019
【図１２Ａ】
2006132155.tif 000020
【図１２Ｂ】
2006132155.tif 000021
【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１２Ｉ】
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【図１２Ｊ】
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【図１２Ｋ】
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【図１３】
2006132155.tif 000031
【図１４】
2006132155.tif 000032
【図１５】
2006132155.tif 000033
【図１６】
2006132155.tif 000034
【図１７】
2006132155.tif 000035
【図１８】
2006132155.tif 000036
【図１９】
2006132155.tif 000037
【図２０】
2006132155.tif 000038
【図２１】
2006132155.tif 000039
【図２２】
2006132155.tif 000040
【図２３】
2006132155.tif 000041
【図２４】
2006132155.tif 000042
【図２５】
2006132155.tif 000043
【図２６】
2006132155.tif 000044
【図２７】
2006132155.tif 000045
【図２８】
2006132155.tif 000046
【図２９】
2006132155.tif 000047
【図３０】
2006132155.tif 000048
【図３１】
2006132155.tif 000049
【図３２】
2006132155.tif 000050
【図３３】
2006132155.tif 000051
【図３４】
2006132155.tif 000052
【図３５】
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【図３６】
2006132155.tif 000054
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月20日(2007.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コンタクト部を有し、赤外線の照射を受けて物理特性が変化する少なくとも１つの感熱部と、
第２コンタクト部を有し、前記感熱部の物理特性の変化を検知する検出回路部と、
前記第１コンタクト部と前記第２コンタクト部とを接触させて電気的に接続する第１状態と、前記第１コンタクト部と前記第２コンタクト部とを離間させて電気的に切断した第２状態とを交互に切り替えることができる駆動部と、
を備える電子デバイス。
【請求項２】
前記感熱部を内部に含む空洞を形成する空洞壁部と、
前記空洞壁部を支持する基板部と、
を備え、
前記駆動部は、前記空洞の内部における前記感熱部の配置を変化させる、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記検出回路部の少なくとも一部を含む基板部を備え、
前記検出回路部は、前記基板部に固定されたコンタクト支持部を含み、
前記第２コンタクト部は、前記コンタクト支持部の表面に設けられており、
前記第１状態においては前記コンタクト支持部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記コンタクト支持部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記第２コンタクト部は、前記空洞壁部の内壁に設けられており、前記第１状態においては前記空洞壁部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記空洞壁部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記検出回路部の少なくとも一部を含む基板部を備え、
前記第２コンタクト部は、前記基板部の表面に設けられており、
前記第１状態においては前記基板部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記基板部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記第１状態と前記第２状態との間で、前記コンタクト支持部の少なくとも一部の位置が変化する請求項３に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記第１状態と前記第２状態との間で、前記感熱部の少なくとも一部の位置が変化する請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記第２状態にあるとき、前記駆動部は、前記感熱部が電子デバイスの他の部分に接触しない位置に前記感熱部を移動させている請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記第２の状態において、前記感熱部は前記空洞内を浮遊している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
基板部を備え、
前記感熱部は、感熱支持部を有しており、前記第１状態および前記第２状態のいずれの状態にあるときも、前記感熱部は前記感熱支持部によって前記基板部と接続されている請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記感熱支持部には、前記感熱部と前記検出回路部とを電気的に接続する配線部が設けられておらず、
前記第１コンタクト部は、前記感熱部の表面に設けられた複数のコンタクトを有している、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
前記第２コンタクト部は、前記基板部の表面に設けられた複数のコンタクトを有しており、
前記第１状態においては前記基板部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記基板部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記基板部に設けられたコンタクト支持部を備え、
前記第２コンタクト部は、前記コンタクト支持部の表面に設けられた複数のコンタクトを有しており、
前記第１状態においては前記コンタクト支持部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記コンタクト支持部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記基板部に支持され、前記感熱部を内部に含む空洞を形成する空洞壁部を備え、
前記第２コンタクト部は、前記空洞壁部の内壁に設けられた複数のコンタクトを有しており、
前記第１状態においては前記空洞壁部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記空洞壁部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記感熱部は、電気抵抗値が温度依存性を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
前記検出回路部は、前記感熱部における前記赤外線検出部が前記検出回路部に電気的に接続しているとき、前記赤外線検出部の電気抵抗値に基づいて赤外線照射量を検知する、請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
前記感熱部は、熱電効果を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記感熱部は、焦電効果を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
前記感熱部は、温度によって誘電率が変化する材料から形成されている赤外線検出部を有している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項２０】
前記駆動部は、前記基板部または前記空洞壁部または前記コンタクト支持部に形成された電極またはコイルを有しており、前記感熱部に対して非接触力を及ぼすことができる、請求項３に記載の電子デバイス。
【請求項２１】
前記非接触力は静電気力である請求項２０に記載の電子デバイス。
【請求項２２】
静電誘導によって前記感熱部に電荷を発生させる手段を備える請求項２１に記載の電子デバイス。
【請求項２３】
前記感熱部は電荷を蓄積する電荷蓄積部を備える請求項２１に記載の電子デバイス。
【請求項２４】
前記駆動部は、負に帯電した前記感熱部を反発力によって駆動する請求項２３に記載の電子デバイス。
【請求項２５】
前記感熱部は強誘電体を含み、前記基板または前記空洞壁部または前記コンタクト支持部に発生した電荷と前記強誘電体に発生した分極電荷との間の静電気力が前記非接触力である請求項２１に記載の電子デバイス。
【請求項２６】
前記非接触力は電磁力である請求項２０に記載の電子デバイス。
【請求項２７】
前記感熱部と前記基板との間には、前記第１状態でも隙間が存在している請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項２８】
前記感熱部の周囲は大気から遮断され、真空または減圧された状態にある請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項２９】
基板を用意する工程と、
赤外線の照射を受けて物理特性が変化する感熱部を犠牲層で覆った状態で前記基板上に形成する工程と、
前記犠牲層を介して前記感熱部を囲む空洞壁を前記基板上に形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングすることにより、前記感熱部を前記空洞壁から分離する工程と、
を包含する電子デバイスの製造方法。
【請求項３０】
請求項１に記載の電子デバイスを駆動する方法であって、
前記感熱部に赤外線を照射するステップ（Ａ）と、
前記第１状態で前記感熱部を前記検出回路部に接続して前記感熱部の物理特性の変化を検知するステップ（Ｂ）と、
前記感熱部の配置を変化させ、前記第１状態から前記第２状態に切り替えるステップ（Ｃ）と、
を含む電子デバイスの駆動方法。
【請求項３１】
前記ステップ（Ａ）、ステップ（Ｂ）、およびステップ（Ｃ）を周期的に繰り返す請求項３０に記載の駆動方法。
【請求項３２】
前記感熱部は行および列上に配列されており、
前記ステップ（Ａ）、ステップ（Ｂ）、およびステップ（Ｃ）を行または列ごとに異なるタイミングで実行する、請求項３０に記載の駆動方法。
【請求項３３】
前記第１状態で前記感熱部を前記検出回路部に接続する時間を、１μｓｅｃ以上１０ｍｓｅｃ以下の範囲に設定している、請求項３０に記載の駆動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスおよびその製造方法に関し、特に、熱型赤外線センサや熱型赤外線イメージセンサに関している。
【背景技術】
【０００２】
波長が３μｍ以上１０μｍ以下の範囲にある電磁波（赤外線）を検出する赤外線センサは、熱を感知するセンサとして防犯、計測、リモートセンシングなど様々な分野で利用されている。センサを２次元アレイ状に配置した赤外線イメージセンサでは熱画像としてさらに多くの情報を取得することができ、上記分野へ広く利用されている。
【０００３】
赤外線センサは、量子型センサと熱型センサの２種類に大別される。量子型センサは、バンド間遷移を利用する化合物半導体系のセンサである。この量子型センサは、熱型センサに比べ、感度および応答速度が高いという長所を有するが、動作温度が低いため、冷却機構を必要とする。このため、装置の小型化や低コスト化が難しく、車載や防犯や民生品への応用が難しい。
【０００４】
一方、熱型センサは、量子型センサに比べて感度が低いが、冷却機構を必要としない。このため、小型化および低価格化が比較的容易であり、民生品への応用が盛んである。熱型センサは、サーモパイル型、ボロメータ型、焦電型などに分けられる。
【０００５】
サーモパイル型は、多数の熱電対を直列に接続した部分を熱検出部分として備える。電気抵抗値の温度依存性が大きな材料から形成された抵抗素子を備え、この抵抗素子を流れる電流の大きさの変化を検知することにより、温度を測定することができる。焦電型は、温度変化に応じて電気石などの結晶表面に発生する電荷を検出することにより、温度変化を測定することができる。
【０００６】
熱型センサは、いずれのタイプでも、赤外線検出部から熱が逃げないようにする断熱構造を備えており、それによってセンサの感度を保持している。このような赤外線センサの断熱構造の一例が特許文献１に開示されている。
【０００７】
以下、図２７を参照しながら、特許文献１に記載されている熱型赤外線センサの構造を説明する。図２７（ｂ）は、この赤外線センサの主要部を示す平面図、図２７（ａ）の２７ｂ−２７ｂ線断面図である。
【０００８】
図示される赤外線センサは、シリコンなどから形成された基板２４０と、基板２４０に支持される受光部２４１とを備えている。受光部２４１は、電気抵抗値が温度依存性を有するボロメータ部２４２と、ボロメータ部２４２の電気抵抗値を測定するための配線２４３とを含んでおり、赤外線センサの感熱部として機能する。
【０００９】
ボロメータ部２４２に対抗する基板２４０の上面には、受光部２４１との間に隙間を形成するように、凹部が形成されている。このような凹部は、ウエットエッチングやドライエッチングによって基板２４０の所定領域を選択的に除去することにより形成される。
【００１０】
受光部２４１は、接触部分２４５で基板２４０と接触している。接触部分２４５の上方には、配線２４３の両端部２４４が延びており、不図示の読み出し回路に接続される。
【００１１】
以下、図２７に示す赤外線センサの動作を説明する。
【００１２】
受光部２４１が赤外線を吸収すると、ボロメータ部２４２の温度が上昇する。温度上昇により、ボロメータ部２４２の抵抗値が変化する。このとき、配線２４３を通じてボロメータ部２４２に電流を供給し、抵抗変化によって生じる電圧の変化を検知する。この電圧変化に基づいて、受光部２４１に入射した赤外線のエネルギを算出することができる。
【００１３】
受光部２４１は、赤外線の照射によって発生した熱エネルギを外部に逃がさない構造を有していることが好ましい。図示されている例では、受光部２４１の本体と基板２４０との間の接触面積を極力低減し、断熱性を向上させている。また、配線２４３の両端部分２４４が形成されている部分は、受光部２４１の本体部分から細長く延びており、基板２４０に対する熱の伝播を抑制している。
【００１４】
このように赤外線センサでは、断熱性を高めることにより、入射赤外線による温度上昇量を高め、赤外線検出感度を向上させることが求められている。
【００１５】
なお、受光部と赤外線検出回路との間にトランジスタなどの電気的スイッチが配置された装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示されている赤外線センサでは、二次元アレイ状に配列された複数の画素（感熱部）と、これらの画素を駆動して赤外線イメージセンシングを行うための水平／垂直走査回路などの回路（検出回路部）とが同一半導体基板上に集積されている。
【００１６】
このような赤外線センサでは、感熱部における複数の画素を順次選択するための電気的スイッチが半導体基板上に設けられ、それらの電気的スイッチの開閉動作により、感熱部と検出回路部との間の電気接続／非接続が切り換えられる。
【特許文献１】特開２００３−１０６８９６号公報
【特許文献２】特開２００２−１４８１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図２７に示す赤外線センサでは、受光部２４１と基板２４０との間には、接触部分２４５を存在しているため、どうしても、この接触部分２４５を介して受光部２４１から基板２４０へ多量の熱が逃げてしまう。なお、接触部分２４５を更に小さくすると、受光部２４５を支持するために必要な剛性を確保できず、破壊が生じる恐れが強くなる。
【００１８】
また、特許文献２に記載されている赤外線センサでは、電気的スイッチにより、感熱部と検出回路部との間の接続／非接続が行われているが、これは電気的に行われるため、熱伝導という観点では両者は常に接続状態にある。このため、電気的スイッチによっては、感熱部と検出回路部との間で熱の移動を遮断することはできない。
【００１９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、断熱特性を向上させた電子デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の電子デバイスは、第１コンタクト部を有し、赤外線の照射を受けて物理特性が変化する少なくとも１つの感熱部と、第２コンタクト部を有し、前記感熱部の物理特性の変化を検知する検出回路部と、前記第１コンタクト部と前記第２コンタクト部とを接触させて電気的に接続する第１状態と、前記第１コンタクト部と前記第２コンタクト部とを離間させて電気的に切断した第２状態とを交互に切り替えることができる駆動部とを備える。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記感熱部を内部に含む空洞を形成する空洞壁部と、前記空洞壁部を支持する基板部とを備え、前記駆動部は、前記空洞の内部における前記感熱部の配置を変化させる。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記検出回路部の少なくとも一部を含む基板部を備え、前記検出回路部は、前記基板部に固定されたコンタクト支持部を含み、前記第２コンタクト部は、前記コンタクト支持部の表面に設けられており、前記第１状態においては前記コンタクト支持部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記コンタクト支持部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している。
【００２３】
好ましい実施形態において、前記第２コンタクト部は、前記空洞壁部の内壁に設けられており、前記第１状態においては前記空洞壁部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記空洞壁部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記検出回路部の少なくとも一部を含む基板部を備え、前記第２コンタクト部は、前記基板部の表面に設けられており、前記第１状態においては前記基板部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が接触しており、前記第２状態においては前記基板部の前記第２コンタクト部と前記感熱部の前記第１コンタクト部が離間している。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記第１状態と前記第２状態との間で、前記コンタクト支持部の少なくとも一部の位置が変化する。
【００２６】
好ましい実施形態において、前記第１状態と前記第２状態との間で、前記感熱部の少なくとも一部の位置が変化する。
【００２７】
好ましい実施形態において、前記第２状態にあるとき、前記駆動部は、前記感熱部が電子デバイスの他の部分に接触しない位置に前記感熱部を移動させている。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記第２の状態において、前記感熱部は前記空洞内を浮遊している。
【００２９】
好ましい実施形態において、基板部を備え、前記感熱部は、感熱支持部を有しており、前記第１状態および前記第２状態のいずれの状態にあるときも、前記感熱部は前記感熱支持部によって前記基板部と接続されている。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記感熱支持部には、前記感熱部と前記検出回路部とを電気的に接続する配線部が設けられておらず、前記第１コンタクト部は、前記感熱部の表面に設けられた複数のコンタクトを有している。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記第２コンタクト部は、前記基板部の表面に設けられた複数のコンタクトを有しており、前記第１状態においては前記基板部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記基板部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している。
【００３２】
好ましい実施形態において、前記基板部に設けられたコンタクト支持部を備え、前記第２コンタクト部は、前記コンタクト支持部の表面に設けられた複数のコンタクトを有しており、前記第１状態においては前記コンタクト支持部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記コンタクト支持部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している。
【００３３】
好ましい実施形態において、前記基板部に支持され、前記感熱部を内部に含む空洞を形成する空洞壁部を備え、前記第２コンタクト部は、前記空洞壁部の内壁に設けられた複数のコンタクトを有しており、前記第１状態においては前記空洞壁部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが接触し、前記第２状態においては前記空洞壁部の前記複数のコンタクトと前記感熱部の前記複数のコンタクトが離間している。
【００３４】
好ましい実施形態において、前記感熱部は、電気抵抗値が温度依存性を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している。
【００３５】
好ましい実施形態において、前記検出回路部は、前記感熱部における前記赤外線検出部が前記検出回路部に電気的に接続しているとき、前記赤外線検出部の電気抵抗値に基づいて赤外線照射量を検知する。
【００３６】
好ましい実施形態において、前記感熱部は、熱電効果を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している。
【００３７】
好ましい実施形態において、前記感熱部は、焦電効果を有する材料から形成されている赤外線検出部を有している。
【００３８】
好ましい実施形態において、前記感熱部は、温度によって誘電率が変化する材料から形成されている赤外線検出部を有している。
【００３９】
好ましい実施形態において、前記駆動部は、前記基板部または前記空洞壁部または前記コンタクト支持部に形成された電極またはコイルを有しており、前記感熱部に対して非接触力を及ぼすことができる。
【００４０】
好ましい実施形態において、前記非接触力は静電気力である。
【００４１】
好ましい実施形態において、静電誘導によって前記感熱部に電荷を発生させる手段を備える。
【００４２】
好ましい実施形態において、前記感熱部は電荷を蓄積する電荷蓄積部を備える。
【００４３】
好ましい実施形態において、前記駆動部は、負に帯電した前記感熱部を反発力によって駆動する。
【００４４】
好ましい実施形態において、前記感熱部は強誘電体を含み、前記基板または前記空洞壁部または前記コンタクト支持部に発生した電荷と前記強誘電体に発生した分極電荷との間の静電気力が前記非接触力である。
【００４５】
好ましい実施形態において、前記非接触力は電磁力である。
【００４６】
好ましい実施形態において、前記感熱部と前記基板との間には、前記第１状態でも隙間が存在している。
【００４７】
好ましい実施形態において、前記感熱部の周囲は大気から遮断され、真空または減圧された状態にある。
【００４８】
電子デバイスの製造方法は、基板を用意する工程と、赤外線の照射を受けて物理特性が変化する感熱部を犠牲層で覆った状態で前記基板上に形成する工程と、前記犠牲層を介して前記感熱部を囲む空洞壁を前記基板上に形成する工程と、前記犠牲層をエッチングすることにより、前記感熱部を前記空洞壁から分離する工程とを包含する。
【００４９】
電子デバイスの駆動方法は、上記いずれかの電子デバイスを駆動する方法であって、前記感熱部に赤外線を照射するステップ（Ａ）と、前記第１状態で前記感熱部を前記検出回路部に接続して前記感熱部の物理特性の変化を検知するステップ（Ｂ）と、前記感熱部の配置を変化させ、前記第１状態から前記第２状態に切り替えるステップ（Ｃ）とを含む。
【００５０】
好ましい実施形態において、前記ステップ（Ａ）、ステップ（Ｂ）、およびステップ（Ｃ）を周期的に繰り返す。
【００５１】
好ましい実施形態において、前記感熱部は行および列上に配列されており、前記ステップ（Ａ）、ステップ（Ｂ）、およびステップ（Ｃ）を行または列ごとに異なるタイミングで実行する。
【００５２】
好ましい実施形態において、前記第１状態で前記感熱部を前記検出回路部に接続する時間を、１μｓｅｃ以上１０ｍｓｅｃ以下の範囲に設定している。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の電子デバイスでは、感熱部の有する第１コンタクト部と検出回路部が有する第２コンタクト部とを接触させたり、離間させたりすることにより、感熱部を必要なときだけ検出回路部に接続することができる。従来の赤外線センサのように、感熱部が常に検出回路部と接続された状態にあれば、感熱部からの熱の逃げを抑制できないが、本発明によれば、そのような熱の逃げを抑制することができる。
【００５４】
本発明では、感熱部の断熱性が向上するため、感熱部から外部への熱の逃げが小さくなり、赤外線入射による感熱部の温度変化の量が大きくなる。このため、本発明では、赤外線検出感度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
（実施形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明による電子デバイスの第１の実施形態を説明する。本実施形態の電子デバイスは、抵抗変化型の赤外線センサであるが、本発明はこれに限定されず、焦電型赤外線センサやサーモパイル型赤外線センサなどの他のタイプの電子デバイスにも適用可能である。他の実施形態についても同様である。
【００５６】
まず、図１Ａを参照して、本実施形態における電子デバイスの概略構成を説明する。図１Ａの（ａ）は、本実施形態の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の１ｂ−１ｂ線断面図である。
【００５７】
本実施形態の電子デバイスは、図１Ａに示されるように、基板部１１と、基板部１１の上面に設けられた空洞壁部１２と、空洞壁部１２の内部に位置する感熱部１３とを備えている。基板部１１および／または空洞壁部１２は、感熱部１３を駆動するための電極や、検出回路部の一部（電気配線）を有している。本発明における駆動部は、感熱部１３の位置を制御し、赤外線検出回路は感熱部１３における物理的変化（例えば電気抵抗値の変化）を検知する。駆動部は、感熱部１３に対して非接触力を及ぼすために、基板部１１および／または空洞壁部１２に設けられる電極やコイルなどの電気／磁気的回路素子を構成要素として備えている。
【００５８】
なお、本明細書における「感熱部」とは、本発明の電子デバイスに赤外線が入射したときに、この赤外線を吸収して温度が変化する部分と定義される。本発明では、「感熱部」の温度変化に基づいて赤外線の入射量を検出することができる。「感熱部」の温度変化の例は、後に詳しく説明する。また、「感熱部」のうち、赤外線の入射によって感熱部の温度が変化したときに物理特性が変化する部分を特に「赤外線検出部」と称することにする。
【００５９】
本実施形態における感熱部１３は、図１Ａの（ｂ）に示されるように、空洞壁部１２が形成する空洞の内部で浮遊することができる。感熱部１３の浮遊状態は、静電気力などを用いて実現することができる。感熱部１３が空洞壁部１２や基板部１１から離間した状態にあるとき、感熱部１３の断熱性は極めて高い。この断熱性を更に高めるためには、空洞の内部を減圧または真空状態にすればよい。
【００６０】
本実施形態では、感熱部１３を常に浮遊状態に置くのではなく、感熱部１３において赤外線検出部として機能する部分の物理特性の変化を検知する必要があるとき、感熱部１３を移動させ、空洞壁部１２に設けた電気的コンタクト部に接触させる。この接触により、赤外線検出回路によるデータ読み出し（電気的測定）が可能になる。
【００６１】
赤外線検出部の材料の例としては、電気抵抗値が温度依存性を有する材料が考えられる。電気抵抗値が温度依存性を有する材料としては、例えばシリコンなどの半導体が考えられる。また、赤外線検出部の材料の他の例としては、熱電効果を有する材料が考えられる。熱電効果を有する材料としては、例えばＢａＴｅや、ＰｂＴｅなどが考えられる。また、赤外線検出部の材料の他の例としては、焦電効果を有する材料が考えられる。焦電効果を有する材料としては、例えば、電気石（ほう素を含むシクロ珪酸塩鉱物）が古くから知られているが、その他チタン酸鉛、タンタル酸リチウムなどの無機材料、三硫化グリシン（ＴＧＳ）、ポリビニリデンジフロライド（ＰＶＤＦ）などの有機材料が考えられる。また、赤外線検出部の材料の他の例としては、温度によって誘電率が変化する材料が考えられる。温度によって誘電率が変化する材料としては、例えば、ＢＴＺすなわちＢａ(Ｔｉ，Ｚｒ)Ｏ3などが考えられる。
【００６２】
感熱部１３は、図１Ａにおいて単純化され、単に平板なプレートであるかのように記載されているが、現実の構成は、後に詳しく説明するように赤外線検出部として機能するボロメータ部やコンタクト部を備えている。
【００６３】
感熱部１３の形状は、数ｍｍ×数ｍｍの矩形範囲に収まる平面サイズを有していることが好ましく、例えば３０μｍ×３０μｍの矩形形状を有している。感熱部１３の厚さは、例えば１ｍｍ以下であり、本実施形態では２μｍ程度に設定されている。静電気力などの非接触力によって感熱部１３の位置を高速で移動させるには、感熱部１３の重量を低減することが好ましい。
【００６４】
例えば、厚さ２μｍ、縦３０μｍ×横３０μｍの薄板形状を有する小型の感熱部１３を用いる場合でも、適当なレンズを使用することにより、十分な量の赤外線を上方から感熱部１３に入射させることができる。感熱部１３を浮上させたときの感熱部１３と基板部１１との距離や感熱部１３と空洞壁部１２との距離は、０.５〜５μｍの範囲内の値、例えば２μｍ程度に設定され得る。この程度の隙間が形成されると、感熱部１３を浮上させたときに感熱部１３は外部から十分に断熱されるため、赤外線検出感度が向上する。
【００６５】
図１Ｂは、同一の基板部１１上に複数の空洞を設け、各空洞に図１Ａに示すような感熱部１３を配置した電子デバイスの断面を模式的に示している。
【００６６】
図１Ｂの（ａ）に示す例では、図１Ａに示すような基本構成を１つのセルとし、複数のセルの１次元または二次元的な配列（セルアレイ）を同一基板部１１上に形成している。このようなセルアレイを有することにより、赤外線のイメージセンサを構成することができる。基板部１１上には、トランジスタなどの回路素子を構成要素として含む周辺回路が形成されている。この周辺回路は、赤外線検出回路（データ読み出し回路）や感熱部１３の駆動を制御する駆動回路などを含んでいる。感熱部１３と周辺回路との電気的接続は、空洞壁部１２に設けたコンタクト部（図１Ａにおいて不図示）を介して行われる。コンタクト部は、不図示の電気配線を通じて周辺回路に接続されている。
【００６７】
上記のセルが行および列からなるマトリクス状に配列されている場合、周辺回路は、行または列単位でセルからデータの読み出しを行う。例えば、行単位でデータの読み出しをおこなう場合、Ｎ行目（Ｎは自然数）のセルアレイからデータの逐次読み出しを行った後、Ｎ＋１行目のセルアレイから同様にデータの逐次読み出しを行う。この動作を繰り返すことにより、２次元的な配列されたセルアレイからのデータを得て、赤外線のイメージを形成することができる。
【００６８】
なお、図１Ｂの（ｂ）は、空洞壁部１２がセルごとに分離されてない例を示している。また、図１Ｂの（ｃ）は、大きな空洞内に複数の感熱部１３が配列されている例を示している。このように、個々の感熱部１３（画素に相当）は、セル単位で分離されているが、空洞部１２は、セル単位で分離されている必要は無い。
【００６９】
次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照しつつ、感熱部１３の構成を詳しく説明する。
【００７０】
まず、図２Ａを参照する。図２Ａは、感熱部１３におけるボロメータ部２１の平面レイアウトを示す図である。ボロメータ部２１は、抵抗率の温度依存性が大きな材料（例えばポリシリコン、チタン、酸化バナジウムなど）から形成され、蛇行している。ボロメータ部２１の両端は、後に説明するボロメータコンタクト部２４に接続されている。
【００７１】
ボロメータ部２１が赤外線の照射によって昇温すると、その電気抵抗値が変化する。この変化は、不図示の「読み出し回路部（赤外線検出回路）」によって検知される。より具体的には、読み出し回路の電気配線がボロメータコンタクト部２４を介してボロメータ部２１と電気的に接続され、ボロメータ部２１の抵抗値の変化を電気的に検出する。これにより、ボロメータ部２１の赤外線照射量が求められる。同一基板部１１上に複数の感熱部１３が行および列状に配列され、個々の感熱部１３が有するボロメータ部２１の電気抵抗値の変化を独立して検出すれば、赤外線照射強度の面内分布を検知することができるため、赤外線のイメージを得ることができる。
【００７２】
感熱部１３は、ボロメータ部２１を保護するボロメータ保護膜２２を備えており、ボロメータ保護膜２２はシリコン酸化膜などの絶縁材料から形成されている。また、本実施形態の感熱部１３は、内部に電荷を蓄積する電荷蓄積部２３を備えている。電荷蓄積部２３が電荷を蓄積すると、負に帯電するため、基板部１１および空洞壁部１２の内部に配置した電極との間で、静電気力を発生させることができる。後に詳しく説明するように、本実施形態では、この静電気力により感熱部１３の位置を制御する。
【００７３】
上記の静電気力により、感熱部１３の位置が制御され、感熱部１３を読み出し回路部に接触させる第１状態と、感熱部１３を読み出し回路部から離す第２状態とを交互に切り替えることができる。
【００７４】
感熱部１３と電子デバイスの他の部分との間での可能な限りの断熱を達成するためには、感熱部１３を読み出し回路部から離す第２状態において、感熱部１３を電子デバイスの他の部分に接触しない位置に移動させることが好ましい。
【００７５】
感熱部１３のボロメータコンタクト部２４は、ボロメータ部２１に電流を供給するときに空洞壁部１２の電気配線に対する接触点として機能する。後に説明するように、空洞壁部１２の上部には、ボロメータコンタクト部２４と接触するボロメータ配線コンタクト部４２が設けられている。感熱部１３の移動に従って、そのボロメータコンタクト部２４が空洞壁１２のボロメータ配線コンタクト部４２と接触することにより、空洞壁部１２からボロメータ部２１に電流を供給することが可能になる。
【００７６】
次に、図２Ｂを参照する。図２Ｂの(ａ)は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線に沿って感熱部１３を切断した断面の詳細な構成を示しており、図２Ｂの（ｂ）は、感熱部１３の上面を示している。図２Ｂの（ｂ）にも、参考のため、１ｂ−１ｂ線に対応する２ａ−２ａ線を記載している。
【００７７】
図２Ｂの（ａ）に示されるように、ボロメータ部２１はボロメータ保護膜２２によって被覆されている。ボロメータ保護膜２２の上面および下面は略平坦化され、全体としては概略的に薄板の形状を有している。ボロメータ保護膜２２の上面側には、図２Ｂの（ｂ）に示されるように、８個に分離された上部位置検出電極部２６１と、ソースコンタクト部２６、ドレインコンタクト部２７、ゲートコンタクト部２８、チャネルコンタクト部２９が設けられている。各コンタクト部２６〜１９は、電荷蓄積部２３の動作に関係しており、詳細は後述する。
【００７８】
ボロメータ保護膜２２の上面に近い位置には、静電誘導電極部２５が設けられている。静電誘導電極部２５は、図２Ｂの（ｂ）に示されるように、電荷蓄積部２３が配置されている中央部を帯状に取り囲むように形成されている。静電誘導電極部２５は、例えば高濃度に不純物イオンが注入されたポリシリコンから形成されている。
【００７９】
ボロメータ保護膜２２の下面には、図２Ｂ（ａ）に示すように、下部位置検出電極部２６２が設けられている。下部位置検出電極部２６２の構造および配置は、上部位置検出電極部２６１に対応している。
【００８０】
感熱部１３の平面形状は、概略的には矩形であるが、ボロメータコンタクト部２４は、感熱部１３の本体部分から細長く延びた分枝部分に設けられている。このような分枝構造を形成している理由は、熱伝導性を低下させることにより、ボロメータコンタクト部２４が空洞壁部１２と接触しているとき、感熱部１３から空洞壁部１２へ熱が流出することを極力抑制するためである。ただし、このような分枝構造を設けることは不可欠ではない。
【００８１】
次に、図３を参照して、感熱部１３における電荷蓄積部２３の詳細を説明する。図３（ａ）は、電荷蓄積部２３の一部を拡大した上面図、図３（ｂ）は、電化蓄積部２３に含まれる多数の電荷蓄積素子３１の一部を更に拡大した上面図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の３ｃ−３ｃ線断面図である。
【００８２】
本実施形態の電荷蓄積部２３は、図３（ａ）に示されるように、複数の電荷蓄積素子３１が行および列状（マトリクスアレイ状）に配置された構成を有している。各電荷蓄積素子３１は、図３（ｂ）に示されるように、ＭＯＳ構造を有しており、例えばポリシリコン膜からなる半導体層中に形成されたソース部３２、ドレイン部３４、チャネル部３３を備えている。チャネル部３３は、例えばＢ（ホウ素）などのイオンが相対的に低い濃度でドープされた不純物領域であり、ソース部３２およびドレイン部３４は、例えばＡｓ（砒素）などのイオンが相対的に高い濃度でドープされた不純物領域である。
【００８３】
電荷蓄積部２３は、ゲート絶縁膜を介してチャネル部３３を覆うように形成された浮遊ゲート部３５と、浮遊ゲート部３５上に絶縁膜を介して積層された制御ゲート部３６とを備えている。
【００８４】
浮遊ゲート部３５は、例えばポリシリコンから形成されており、例えばＡｓ（砒素）などのイオンが高い濃度でドープされている。浮遊ゲート部３５は、他の部分から電気的に絶縁され、ＥＰＲＯＭの書き込み動作と同様の方法で、内部に電荷を蓄積する。
【００８５】
電荷蓄積部２３は、ドレイン部３４およびソース部２３にそれぞれ接続されたドレインコンタクト部３７およびソースコンタクト部３８と、チャネル部３３に接続されたチャネルコンタクト部３１０と、制御ゲート部３９に接続されたゲートコンタクト部３９とを更に備えている。
【００８６】
ドレインコンタクト部３７と、ソースコンタクト部３８と、ゲートコンタクト部３９と、チャネルコンタクト部３１０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）から形成され、それぞれ、ドレイン部３４、ソース部３２、制御ゲート部３６、チャネル部３３を外部の回路と電気的に接続する端子として機能する。
【００８７】
次に、浮遊ゲート部３５における電荷蓄積を説明する。
【００８８】
浮遊ゲート部３５に電荷を蓄積する際には、ソースコンタクト部３８およびチャネルコンタクト部３１０を電気的に接地し、ドレインコンタクト部３７、ドレインコンタクト部３７、およびゲートコンタクト部３９に高電圧（例えば１０ボルト）を加える（書き込み動作）。このとき、チャネル部３３をソース部３２からドレイン部３４に向かって電子が移動し、ドレイン部３４の近傍で高い運動エネルギを獲得してホットエレクトロンになり、その一部が浮遊ゲート部３５の周辺の絶縁膜を飛び越えて浮遊ゲート部３５に注入される。浮遊ゲート部３５に注入された電子は、浮遊ゲート部３５の内部に保持され、浮遊ゲート部３５を負に帯電させる。
【００８９】
上記の書き込み動作を実行する場合、後に説明するように、感熱部１３を上方に移動させ、感熱部１３の上面側に配置されている各コンタクト部３７、３８、３９、３１０を空洞壁部１２において対応するコンタクト部にそれぞれ接触するようにする。
【００９０】
次に、図４（ａ）および（ｂ）を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図４（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線に沿って空洞壁１２を切断した断面の詳細な構成を示しており、図４（ｂ）は、図４（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図である。図４では、感熱部１３や基板部１１の構成を簡略化して記載している。
【００９１】
本実施形態の空洞壁部１２は、感熱部１３における各種コンタクト部と接触し得る位置に、対応するコンタクト部を備えている。具体的には、ボロメータ配線コンタクト部４２、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６を備えている。ボロメータ配線コンタクト部４２、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６は、それぞれ、図２Ｂに示す感熱部１３のボロメータコンタクト部２４、ソースコンタクト部２６、ドレインコンタクト部２７、ゲートコンタクト部２８、チャネルコンタクト部と接触し、それによってボロメータ部２１、ソース部３２、ドレイン部３４、制御ゲート部３６、およびチャネル部３３を空洞壁部１２の内部に設けられた電気配線に接続することができる。
【００９２】
上記コンタクト部４２〜４６は、いずれも、例えばパターニングされたアルミニウム膜から好適に形成され、空洞壁１２の内部に設けられた電気配線に接続されている。なお、図４では、簡単のため、電気配線の記載を一部省略しているが、これらの電気配線も例えばパターニングされたアルミニウム膜から好適に形成される。空洞壁部１２の電気配線は、上記コンタクト部４２〜４６を読み出し回路などに電気的に接続する働きを有している。
【００９３】
空洞壁部１２は、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、静電誘導対向電極部４１０、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。
【００９４】
空洞壁シリコン部４８は、空洞壁部１２の各部分を支持する。空洞壁シリコン部４８は、例えばポリシリコンから形成され、赤外線を透過する。空洞壁保護膜４９は、例えばシリコン酸化膜から形成され、空洞壁部１２の各部分を保護する。
【００９５】
上部浮上電極部４１は、例えば不純物イオンが高濃度にドープされたポリシリコンから形成され、前述した電気配線と電気的に接続されている。上部浮上電極部４１に電圧を印加すると、感熱部１３における電荷蓄積部２３に蓄積されているホットエレクトロンとの間に斥力または引力の静電気力が生じる。これらの力を調節することにより、感熱部１３の位置を制御することが可能である。
【００９６】
なお、後に説明するように、電荷蓄積部２３にホットエレクトロンが蓄積されている場合、基板部１１の下部浮上電極部５２に電圧を加えることにより、下部浮上電極部５２と感熱部１３の電荷蓄積部２３との間に斥力または引力の静電気力が生じる。これらの力をあわせて調整することにより、感熱部１３の位置制御を行うことが可能である。これらの力の大きさに応じて、上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２に発生する電荷の大きさが変化する。このため、上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２に出入りする電流値を検出することにより、上記の力の大きさを検出することが可能であり、これらの検出値を用いて、感熱部１３の位置を制御することが可能である。
【００９７】
静電誘導対向電極部４１０は、例えば不純物イオンが高濃度にドープされたポリシリコンから形成されており、空洞壁１２の内部に設けられた電気配線に接続されている。静電誘導対向電極部４１０に負の電圧を印加すると、静電誘導電極部４１０の上部表面に静電誘導による電荷が生じる。このため、上部浮上電極部４１と静電誘導電極部４１０との間に引力が生じる。この引力を用いることによって、感熱部１３を上部に移動させることが可能である。
【００９８】
次に、図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、基板部１１の構成を説明する。図５（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線に沿って基板部１１を切断した断面の詳細な構成を示しており、図５（ｂ）は、図５（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図である。図５では、空洞壁１２や感熱部１３の内部構成を簡略化して記載している。
【００９９】
基板部１１は、シリコン基板部５１と、シリコン基板部５１に支持された下部浮上電極部５２および下部位置検出対向電極部２６４とを備えている。下部浮上電極部５２および検出対向下部位置電極部２６４は、図５（ｂ）に示されるレイアウトを有するようにパターニングされている。下部浮上電極部５２および検出対向下部位置電極部２６４は、例えばシリコン酸化膜からなる基板保護膜５３によって覆われている。
【０１００】
下部浮上電極部５２は、例えば高濃度に不純物イオンがドープされたポリシリコンから形成され、基板部１１上または基板部１１の内部に設けられた電気配線に接続されている。この電気配線は、一般の半導体素子の製造方法によって形成され、例えば、高濃度にイオンがドープされたポリシリコン、アルミニウム合金、またはシリコン基板のうち高濃度にイオンが注入された不純物領域から構成され得る。
【０１０１】
感熱部１２における電荷蓄積部２３にホットエレクトロンが蓄積されている場合、下部浮上電極部５２に負電圧を印加すると、感熱部１３の電荷蓄積部２３と下部電極部との間に斥力が生じるので、この斥力を調整することにより、感熱部１３の位置制御を行うことが可能である。
【０１０２】
図６は、以上説明してきた感熱部１３、空洞壁部１２、基板部１１の全体的な構成を示す断面図である。
【０１０３】
次に、図７を参照して、各電極やコンタクト部に与えられる電位を説明する。
【０１０４】
図７では、上部浮上電極部４１は、電極Ｆ１〜Ｆ４によって示され、下部浮上電極部５２は、電極Ｆ５〜Ｆ８によって示されている。電極Ｆ１〜Ｆ８には、可変電源Ｖ１〜Ｖ８が接続されている。上部浮上電極部４１と下部浮上電極部５２との間に、感熱部１３が位置している。
【０１０５】
図７に示されるように、静電誘導対向電極部４１０には可変電源（Ｖ９）が接続されている。また、ソース配線コンタクト部４３およびチャネル配線コンタクト部４６は接地されている。一方、ドレイン配線コンタクト部４４は可変電源Ｖｄに接続され、ゲート配線コンタクト部４５は可変電源Ｖｇに接続される。
【０１０６】
次に、図８Ａ〜図８Ｆおよび図９を参照して、本実施形態の動作を説明する。
【０１０７】
図８Ａ〜図８Ｆは、各電極の電位と感熱部１３の移動の様子を示す断面図である。Ａ−Ａ’面は、図７におけるＡ−Ａ’線に沿った断面を示し、Ｂ−Ｂ’面は、図７におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面を示している。
【０１０８】
なお、図９は、本実施形態の赤外線センサおよび比較例（従来構造）について、異なる赤外線入射量１〜３の各場合における感熱部１３の温度変化と、各時刻における電気回路のスイッチや可変電圧の動作を示している。可変電圧の動作は、電圧値のおおよその変化を模式的に示している。可変電圧は、実際には下に説明するように感熱部１３の位置を調整するため電圧値が常に小さく変化するがその変化は無視して示している。
【０１０９】
まず図８Ａを参照して、初期状態を説明する。
【０１１０】
初期状態では電荷蓄積部２３にホットエレクトロンは蓄積されていない。この状態にある時刻ｔ０において、可変電源Ｖ９の電圧値を負のある値に設定することにより、静電誘導対向電極部４１０に負の電圧を加えると、先に説明したように静電誘導対向電極部４１０と静電誘導電極部２５との間に引力が発生する。その結果、感熱部１３が上方に移動し、時刻ｔ１では、図８Ａに示すように、ソースコンタクト部３８、ドレインコンタクト部３７、ゲートコンタクト部３９、およびチャネルコンタクト部３１０が、それぞれ、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６に接触する。
【０１１１】
その結果、図８Ａに示す状態では、ソースコンタクト部３８およびチャネルコンタクト部３１０が接地される一方、ドレインコンタクト部３７は可変電源Ｖｄに接続され、ゲートコンタクト部３９は可変電源Ｖｇに接続される（図７参照）。
【０１１２】
時刻ｔ１において、電圧ＶｄおよびＶgを高電圧に設定することにより、ドレインコン
タクト部３７およびゲートコンタクト部３９に高電圧を印加すると、先に説明したように、電荷蓄積部２３にホットエレクトロンからなる負電荷が蓄積される。図８Ｂは、電荷蓄積部２３に電化が蓄積された状態を示している。
【０１１３】
前述の通り、上部浮上電極部４１（電極Ｆ１〜Ｆ４）、および浮上電極部５２下部（電極Ｆ５〜Ｆ８）には、可変電源Ｖ１〜Ｖ８が接続されている。図８Ｂの状態にある時刻ｔ２において、静電誘導対向電極部４１０に接続された可変電源Ｖ９の負電圧印加を停止し、電圧Ｖ９の値を０に設定する。さらに、可変電源Ｖ１〜Ｖ８に電圧を負に設定すると、上部浮上電極部４１と感熱部１３における電荷蓄積部２３との間、および下部浮上電極部５２と電荷蓄積部２３との間に斥力が発生する。その結果、図８Ｃに示すように、感熱部１３は基板部１１および空洞壁部１２に接触しない位置に浮上する。
【０１１４】
本実施形態では、後に詳しく説明する方法により、感熱部１３の位置を検出することができる。この検出値に基づくフィードバックを行うことにより、上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２に印加する電圧の大きさを調整し、感熱部１３の位置を適切に制御すれば、感熱部１３を継続的に浮上させることが可能である。
【０１１５】
これまでの状態においては、感熱部１３には赤外線が入射していない。そこで、図８Ｃの状態にある時刻ｔ３において、赤外線の感熱部１３への入射が開始するものとする。従来の赤外線センサ（比較例：図９の「従来構造」）についても、同様の時刻に赤外線の入射が開始するとして、図９のグラフを作成している。
【０１１６】
図８Ｃに示す状態にある時刻ｔ４において、可変電源Ｖ１、Ｖ３に大きな正の電圧を、可変電源Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８に負の電圧を、可変電源Ｖ２、Ｖ４に小さい負の電圧を加える。すると、上部浮上電極部４１のうちの電極Ｆ１、Ｆ３と、感熱部１３における電荷蓄積部２３との間に強い引力が働く一方、下部浮上電極部５２の可変電極Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８と、感熱部１３における電荷蓄積部２３との間に斥力が働く。このため、感熱部１３は上方に移動する。
【０１１７】
後に詳しく説明する方法によって感熱部１３の位置を検出すると、この検出結果によるフィードバック制御を行うことにより、図８Ｄに示すように、ボロメータコンタクト部２４がボロメータ配線コンタクト部４２と接触するように感熱部１３の位置を調整できる。
【０１１８】
なお、図８Ｄに示す状態においては、可変電源Ｖ２、Ｖ４に小さい負の電圧を加えているので、電極Ｆ２、Ｆ４と電荷蓄積部２３との間には弱い斥力が発生する。このため、この部分で感熱部１３と空洞壁部１２とが接触することはない。その結果として、感熱部１３および空洞壁部１２は、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２との間でのみ接触することになる。
【０１１９】
図８Ｄの状態における感熱部１３の位置は、図８Ａの状態および図８Ｂの状態における感熱部１３の位置に比べて水平横方向にシフトしている。図８Ｄの状態では、ソースコンタクト部３８、ドレインコンタクト部３７、ゲートコンタクト部３９、およびチャネルコンタクト部３１０が、それぞれ、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６には接触しない。
【０１２０】
ボロメータ配線コンタクト部４２には読出し回路および電源Ｖ０が接続されている（図７参照）。図７に示すように、読出し回路は、積分回路と、積分回路をリセットするためのスイッチＳＷRとを有し、ボロメータ配線コンタクト部４２と積分回路との間には、スイッチＳＷ1が配置されている。初期状態では、スイッチＳＷ1がオフ状態、スイッチＳＷRがオン状態に設定されている。図８Ｄの状態ｉ３．時刻ｔ５においては、スイッチＳＷ1をオン状態に切り替え、スイッチＳＷRをオフ状態に切り替える。
【０１２１】
このことにより、図８Ｅに示すようにボロメータ部２１へ周辺回路から電流が供給され始める。電流の量は積分回路で積分される。ボロメータ部２１は、温度によって抵抗が大きく変化する材料から形成されているために、ボロメータ部２１を流れる電流の量を測定することにより、ボロメータの温度を測定することができる。また、ボロメータ部２１の温度は、赤外線入射量によって変化するため、赤外線入射量を検出することができる。図９に示す比較例の赤外線センサでも、時刻ｔ５において、ボロメータ部への通電と積分回路での積分が開始するものと仮定する。
【０１２２】
図８Ｅに示す状態にある時刻ｔ６において、スイッチＳＷ1をオフ状態にし、スイッチＳＷRをオン状態にすると、図８Ｆに示すように、ボロメータ部２１への通電が終了し、積分回路がリセットされる。比較例の赤外線センサにおいても、時刻ｔ６において、ボロメータ部２１への通電を終了するものと仮定する。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間においてボロメータ部２１の電流量は積分されて、その積分量が外部に出力される。図には示していないが、時刻ｔ６の直前に読出し回路の出力値をサンプルホールドして、その値から赤外線入射量が計算される。
【０１２３】
次に、あらためて図９を参照しながら、感熱部１３の温度変化を説明する。
【０１２４】
時刻ｔ０から時刻ｔ３までの期間は、赤外線が入射されておらず、感熱部１３の温度は外部温度と同じ温度に保たれている。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、感熱部１３の温度は、赤外線の入射によって上昇する。ただし、本実施形態では、感熱部１３は、空洞壁部１２および基板部１１と接触していないため、感熱部１３からの熱の逃げは、輻射熱および気体を通じて行われる。このため、比較例に比べ、温度上昇が非常に大きく、赤外線入射量の違いによって感熱部温度が大きく異なる。
【０１２５】
時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間においては、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２が接触するため、熱の逃げが大きくなる。その結果、感熱部１３の温度は低下する。比較例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの状態と変わらず、感熱部１３の温度はゆっくりと上昇を続ける。
【０１２６】
時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間では、ボロメータ部２１に通電が行われるために、そのジュール熱によって感熱部１３の温度は急激に上昇する。赤外線入射量に依存して感熱部１３の温度変化が異なり、ボロメータ部２１に流れる電流量は感熱部１３の温度に依存して決まる。このため、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間におけるボロメータ電流量の積分値は、赤外線入射量によって変化する。時刻ｔ５から時刻ｔ６までのボロメータ電流量の積分値の変化量を、赤外線入射量を示す信号値として利用する。
【０１２７】
本実施形態では、ボロメータ部２１に通電する前に感熱部１３を浮上させておくことにより、感熱部１３の温度変化を大きくしている。その結果、赤外線入射量を示す信号値も大きくなり、赤外線検出感度を高くすることができる。
【０１２８】
すなわち、ボロメータ部２１に通電する前にボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが離間した状態になることにより、感熱部１３から外部への熱の逃げを小さくできる。また、ボロメータ部２１に通電するときにボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２が接触した状態になることにより、信号の読み出しを行う。
【０１２９】
以上の動作を行うことにより、赤外線入射による感熱部１３の温度変化の量が大きくなり、赤外線検出感度を向上することが可能である。
【０１３０】
なお、特許文献２に開示された方法によれば、複数の電気的なスイッチが感熱部と外部回路との間で電気的なオン・オフの切り替えの動作を行うが、本発明におけるコンタクト部のように、離間と接触とを繰り返す動作は行わない。このため、特許文献２に開示されている電気的なスイッチには、感熱部から外部への熱の逃げを小さくして赤外線検出感度を向上する効果はない。
【０１３１】
時刻ｔ６以降において、ボロメータ部２１の通電が終了する。ため感熱部１３の温度は低下して、感熱部１３の温度変化は、ほとんど生じなくなる。この後、感熱部１３を再び浮上させて時刻ｔ３以降の動作を繰り返す。なお、図９では、時刻ｔ６以降の感熱部温度変化に加え、時刻ｔ６以降もボロメータへの通電および積分を継続させた場合の感熱部温度変化を細線で示している。
【０１３２】
時刻ｔ５からｔ６までの積分時間は、以下のように設定することができる。積分中の感熱部１３から外部への熱コンダクタンスが例えば５×１０-7Ｗ／Ｋであり、感熱部１３の熱容量が例えば２．５×１０-9Ｊ／Ｋである場合を考える。この場合、熱時定数が５ｍｓｅｃであるため、積分時間を５ｍｓｅｃ以上に大きくしても、感熱部１３の温度はおよそ一定値に落ち着き、積分時間増加による感度向上の効果が小さい。これに対して、赤外線検出の応答時間を短くするためには積分時間を短くすることが好ましいので、積分時間は、例えば５ｍｓｅｃに設定することができる。
【０１３３】
感熱部１３の大きさや赤外線検出部の種類によって、感熱部１３が空洞壁部１２のコンタクト部に接触し、回路に接続される期間は異なるが、例えば１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの範囲内に設定される。
【０１３４】
次に、感熱部１３の位置を検出する方法について説明する。感熱部１３の位置は、感熱部１３に形成された上部位置検出電極部２６１および下部位置検出電極部２６２と、空洞壁部１２に形成された上部位置検出対向電極部２６３と、基板部１１に形成された下部位置検出対向電極部２６４とによって検出される。
【０１３５】
次に、図１０を参照して、上部位置検出電極部２６１および下部位置検出電極部２６２の構成と機能を説明する。
【０１３６】
上部位置検出電極部２６１は、図１０に示すように、合計８個の電極から構成されており、それぞれの電極は、例えば高濃度にイオンがドープされたポリシリコンから形成され得る。近接した２個の電極は、相互に電気配線で接続され、等しい電位を有している。なお、下部位置検出電極部２６２は、上部位置検出電極部２６１と同様の構成を有している。
【０１３７】
空洞壁部１２の上部位置検出対向電極部２６３は、図４（ｂ）に示すように合計８個の電極から構成され、それぞれの電極は、例えば高濃度にイオンがドープされたポリシリコンから形成されている。上部位置検出対向電極部２６３は、図１０に示すように、近接した２個の電極がそれぞれ高周波電源および電流測定部を介して電気配線で接続されている。また、上部位置検出対向電極部２６３の各電極は、上部位置検出電極部２６１の各電極と対向する位置に配置されており、全体としてコンデンサを形成する。
【０１３８】
上部位置検出電極部２６１の一対の電極、上部位置検出対向電極部２６３の一対の電極、高周波電源、および電流検出部は、図１１に示す電気回路を形成する。上部位置検出電極部２６１および上部位置検出対向電極部２６３のうち、対向する電極と間には、コンデンサＣａ、Ｃｂが形成される。コンデンサＣａおよびコンデンサＣｂを直列に配列して得られる静電容量Ｃ１は、この回路に高周波電圧を加えたときに流れる電流の大きさを測定することによって求められる。
【０１３９】
再び、図１０を参照する。上部位置検出電極部２６１の電極と上部位置検出対向電極部２６３の電極との間に形成されるコンデンサにより、上記静電容量Ｃ１と同様に、静電容量Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が定義され、上記方法により、その値を測定することができる。
【０１４０】
下部位置検出対向電極部２６４は、上部位置検出対向電極部２６３と同様の構成を有しており、下部位置検出電極部２６２の電極と下部位置検出対向電極部２６４の電極との間に形成されるコンデンサにより、静電容量Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８が定義され、その値を測定することができる（図１１参照）。
【０１４１】
静電容量Ｃ１〜Ｃ８は、感熱部１３の位置によって変化する。すなわち、静電容量Ｃ１〜Ｃ８は、感熱部の変位および回転角を表す合計６個の変数の関数として表される。あらかじめ、これらの関数を求めておくと、静電容量Ｃ１〜Ｃ８の値を検出することにより、感熱部１３の位置を検知することが可能である。
【０１４２】
上部位置検出対向電極部２６３および下部位置検出対向電極部２６４に加える電圧を、ある一定値以上の高周波にすることにより、この電圧変化による感熱部１３の位置変化を無視できるほどに小さくすることも可能である。
【０１４３】
なお、本実施形態では、感熱部１３におけるボロメータコンタクト部２４をボロメータ配線コンタクト部４２に接触させるとき（図８Ｄ）、感熱部１３は他の部分と接触しておらず、接触点の面積が最小限になるように設計されている。
【０１４４】
図２Ａに示すように、感熱部１３のうちボロメータコンタクト部２４に近い部分は、感熱部１３の本体部分から延びる細長い形状を有している。このため、ボロメータ部２１に電流を供給するときの熱の逃げを最小限に抑えることでき、赤外線検出感度の向上効果が増大する。
【０１４５】
本実施形態では、赤外線の残像生成を防止するため、通電が終了してから充分な時間が経過し、感熱部１３の温度がほぼ定常状態に低下した後、再び感熱部１３を浮上させる動作を行っている。
【０１４６】
時刻ｔ６以降に感熱部１３の姿勢を制御し、感熱部１３と空洞壁部１２または基板部１１との間の接触面積を増加させると、感熱部１３の温度が定常状態に達するまでの時間を短縮することが可能である。可変電源Ｖ２に正の電圧を印加することにより、電極Ｆ２と電荷蓄積部２３の間に引力を発生させ、電極Ｆ２の部分で感熱部１３と空洞壁部１２とを接触させることができる。他の方法として、可変電源Ｖ１〜Ｖ４に負の電圧を、可変電源Ｖ５〜Ｖ８に正の電圧を加えることにより、感熱部１３を基板部１１に広い面積で接触させても、上記の時間を短縮することができる。
【０１４７】
（製造方法）
以下、図１２Ａから図１２Ｋを参照しながら、本発明による電子デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【０１４８】
まず、図１２Ａに示す基板部１１を形成する。具体的には、まず、シリコン基板９０１を用意し、シリコン基板９０１上にシリコン酸化膜から形成された基板保護膜９０３を堆積する。基板保護膜９０３は、例えばＣＶＤ法によって堆積され得る。
【０１４９】
次に、下部浮上電極部５２および下部位置検出対向電極部２６４を形成する。例えば、ポリシリコン膜を堆積した後、フォトリソグラフィおよびエッチングの技術を用いてポリシリコン膜をパターニングすることにより、これらの電極部５２、２６４を形成することができる。下部浮上電極部５２および下部位置検出対向電極部２６４の平面レイアウトは、図５（ｂ）に示すとおりである。
【０１５０】
次に、下部浮上電極部５２および下部位置検出対向電極部２６４を覆うシリコン酸化膜をシリコン基板９０１上に堆積した後、シリコン酸化膜の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって平坦化する。平坦化されたシリコン酸化膜は、電極部５２、２３４の下方に位置するシリコン酸化膜とともに基板保護膜９０３を構成する。こうして、図１２Ａに示す基板部１１を得ることができる。
【０１５１】
次に、図１２Ｂに示すように、ポリシリコンからなる犠牲層１０１を基板部１１の上に形成する。この後、図１２Ｃに示すように、シリコン酸化膜からなるボロメータ保護膜２２を犠牲層１０１上に堆積する。下部位置検出電極部２６２を形成した後、シリコン酸化膜を堆積して被覆する。その後、ボロメータ部２１および電荷蓄積部２３を形成する。ボロメータ部２１および電荷蓄積部２３は、図２Ａに示す平面形状を有している。
【０１５２】
図１２Ｄに示すように、これらをシリコン酸化膜で被覆した後、その上に静電誘導電極部２５および上部位置検出電極部２６１を形成し、これらをシリコン酸化膜で被覆する。静電誘導電極部２５および検出電極部上部位置２６１は、図２Ｂの（ｂ）に示す平面形状を有している。その後、図１２Ｄに示すように、ボロメータコンタクト部２４、ソースコンタクト部２６、ドレインコンタクト部２７、ゲートコンタクト部２８、およびチャネルコンタクト部２９を形成する。これらのコンタクト部は、図２Ｂの（ｂ）に示す位置に形成される。
【０１５３】
次に、シリコン酸化膜をパターニングすることにより、図１２Ｅに示す構成を得る。図では、１つの感熱部１３を形成する方法を説明しているが、１つの基板部１１上に多数の感熱部１３を配列し、個々の感熱部１３の周囲を空洞壁部１２で囲んでもよい。その場合、図面に示されていない領域に図１２Ｅに示す構造と同様の構造が形成される。
【０１５４】
この後、これらの構成を被覆するようにポリシリコン犠牲層を堆積し、この犠牲層をパターニングすることにより、図１２Ｆに示す構成を得る。これまでの工程で、被覆した膜の表面を平坦化するＣＭＰの工程を随時行なっても良い。
【０１５５】
次に、図１２Ｇに示す犠牲層１０１を覆う空洞壁部１２を形成するため、まず、シリコン酸化膜からなる空洞壁保護膜４９を堆積する。その後、静電誘導対向電極部４１０．上部浮上電極部４１、上部位置検出対向電極部２６３、ボロメータ配線コンタクト部４２、ソース配線コンタクト部４３、ドレイン配線コンタクト部４４、ゲート配線コンタクト部４５、およびチャネル配線コンタクト部４６を形成する。これらの電極およびコンタクト部は、感熱部１２における電極およびコンタクト部の配置に整合するように設計される。
【０１５６】
次に、上記の構造を図１２Ｈに示すようにシリコン酸化膜で被覆する。シリコン酸化膜の上にポリシリコン膜を堆積した後、そのポリシリコン膜をパターニングすることにより、図１２Ｉに示す空洞壁シリコン部４８を形成する。更にシリコン酸化膜で被覆した後、シリコン酸化膜をパターニングすることにより、図１２Ｊに示す構成を得る。これまでの工程で、被覆した膜の表面を平坦化するＣＭＰの工程を随時行なっても良い。
【０１５７】
最後に、図１２Ｋに示すように犠牲層１０１を除去する。犠牲層１０１の除去は、例えばＸｅＦなどのガスを用いる等方性エッチングによって行うことが可能である。犠牲層１０１のエッチングにより、感熱部１３は基板部１１および空洞壁部１２から分離される。
【０１５８】
上記製造方法は、半導体プロセスの一般的な技術および装置を用いて実施することが可能である。
【０１５９】
以上、感熱部１３が１つからなる電子デバイスの製造方法を説明してきたが、上記の方法は、セルアレイを有するラインセンサまたはイメージセンサを製造する方法に容易に適用できる。
【０１６０】
上記センサの全体または各空洞を真空パッケージ内に封止することも可能である。この場合、感熱部１３からの気体を介した熱の逃げが小さくなるため、感度をさらに向上することが可能である。
【０１６１】
基板部１１に垂直な方向から電荷蓄積素子３１を観察すると、電荷蓄積素子３１は、静電誘導電極部２５およびボロメータ部２１と重なっていない位置に配置される。電荷蓄積素子３１と静電誘導電極部２５またはボロメータ部２１とが重なっていると、電荷蓄積素子３１に蓄積された負電荷により、静電誘導電極部２５またはボロメータ部２１の表面に静電誘導による正電荷が発生する。この場合、これらの正電荷から出る電気力線の多くが電荷蓄積素子３１の負電荷に入り込むために、電荷蓄積素子３１と上部浮上電極部４１または下部浮上電極部５２との静電気力が小さくなり、感熱部１３の位置制御が難しくなる。これを避けるため、本実施形態では、基板に垂直な方向から見たときに、電荷蓄積素子３１が静電誘導電極部２５およびボロメータ部２１とは重ならない位置に配置される。
【０１６２】
各電気配線およびコンタクト部は、好適には金属から形成されるが、感熱部１３と空洞壁１２の周辺に配置されるため、金属による赤外線の遮光が少なく、赤外線検出感度を高く保つことができる。
【０１６３】
上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２に電圧を加えて感熱部１３を移動させるときに、外部の電圧の変化によって感熱部１３の位置が変化しないように、上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２の周辺に電極を配置して、この周辺電極の電圧を常に０に保つことにより外部の電圧の変化の影響を軽減する方法も考えられる。
【０１６４】
本実施形態では、感熱部１３の位置を検出するための電極と、感熱部１３の位置を移動させるための電極とを別に設けているが、ひとつの電極が両方の機能を発揮する構成を採用することも可能である。この場合、ひとつの電極に、感熱部１３の位置を検出するための高周波電圧源と、感熱部１３の位置を移動させるための直流電源とに接続する。
【０１６５】
感熱部１３を浮上させるための静電気力の大きさは、例えば１×１０-8（Ｎ）程度に設定することができる。感熱部１３の質量が例えば１×１０-12（ｋｇ）であるとすると、１００Ｇ（重力加速度の１００倍）の大きさの加速度がデバイスに生じたときに感熱部１３に生じる慣性力は、約１×１０-9（Ｎ）である。このような大きさの慣性力のもとでは、感熱部１３を安定して保持することができる。
【０１６６】
本実施形態では、感熱部１３を浮上させるときに静電気力の反発力を用いているが、この反発力は距離が小さくなるほど大きくなる。このため、デバイスに加速度が加わるなどの原因により、感熱部１３がつりあいの位置から移動したときには感熱部１３がつりあいの位置にもどるような力（復元力）が働く。このため、比較的簡単な制御方法により、感熱部１３を安定して浮上させることができる。
【０１６７】
（実施形態２）
以下、本発明による電子デバイスの第２の実施形態（赤外線センサ）を説明する。本実施形態では、静電誘導によって感熱部１３に発生する電荷による静電気力を用い、感熱部１３の位置制御を行う。
【０１６８】
本実施形態における赤外線センサの全体構成は、図１に示されるとおりである。
【０１６９】
まず、図１３を参照しながら、本実施形態における感熱部１３の構成を説明する。図１３（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の１３ｂ−１３ｂ線断面図、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の１３ｃ−１３ｃ線断面図である。
【０１７０】
図１３に示すように、本実施形態の感熱部１３は、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、および下部位置検出電極部２６２を備えている。ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、およびボロメータコンタクト部２４の構成および機能は、実施形態１におけるボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、およびボロメータコンタクト部２４と同様である。
【０１７１】
次に図１４を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図１４（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の１４ｂ−１４ｂ線断面図である。
【０１７２】
空洞壁部１２は、上部浮上電極部４１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線（不図示）、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部静電誘導対向電極部１２１、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９は、実施形態１と同様である。
【０１７３】
次に、図１５を参照しながら基板部１１の構成を説明する。図１５（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示す１５ｂ−１５ｂ線断面図である。
【０１７４】
基板部１１は、シリコン基板部５１、下部静電誘導対向電極部１３１、基板保護膜５３、下部位置検出対向電極部２６４とを備えている。シリコン基板部５１と基板保護部５３は、実施形態１と同様である。
【０１７５】
上部静電誘導対向電極部１２１に正の電圧を加え、下部静電誘導対向電極部２６４に負の電圧を加えると、静電誘導によって上部静電誘導電極部１１１に負電荷が発生し、下部静電誘導電極部１１２に正電荷が発生する。そして、上部静電誘導電極部１１１と上部静電誘導対向電極部１２１の間と下部静電誘導電極部１１２と下部静電誘導対向電極部２４６の間に引力が生じる。この引力の大きさを調整することによって感熱部１３の位置を制御することができる。
【０１７６】
実施形態１の方法と同様にして、感熱部１３の浮上、空洞壁部１２との接触、およびボロメータへの通電を繰り返すことにより、各時刻の赤外線入射量を検出できる。
【０１７７】
感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６４を用い、実施形態１と同様の方法で実行することができる。
【０１７８】
（実施形態３）
以下、本発明による電子デバイスの第３の実施形態を説明する。
【０１７９】
本実施形態では、空洞壁部１２に形成されたコイルによって発生する磁界と、感熱部に存在する磁性体との間に発生する電磁力を用い、感熱部１３の位置制御を行う。
【０１８０】
本実施形態でも、全体構成は図１と同様であり、感熱部１３と空洞壁部１２と基板部１１から構成される。
【０１８１】
図１６を参照しつつ感熱部１３の構成を説明する。図１６（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の１６ｂ−１６ｂ線断面図であり、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）の１６ｃ−１６ｃ線断面図である。
【０１８２】
図１６に示すように、本実施形態の感熱部１３は、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４、磁性体部１４１、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４は、実施形態１と同様である。磁性体部１４１は、強磁性体から形成されており、所定方向に磁化されている。
【０１８３】
次に図１７を参照しながら空洞壁部１２の構成を説明する。図１７（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、空洞壁部１２の構成を詳しく示している。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の１７ｂ−１７ｂ線断面図である。
【０１８４】
空洞壁部１２は、上部浮上電極部４１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部コイル部１５１、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９は、実施形態１と同様である。
【０１８５】
次に図１８を参照しつつ、基板部１１の構成を説明する。図１８（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の１８ｂ−１８ｂ線断面図である。
【０１８６】
基板部１１は、シリコン基板部５１、下部コイル部１６１、基板保護膜５３、下部位置検出対向電極部２６４を備えている。シリコン基板部５１および基板保護部５３は実施形態１と同様である。
【０１８７】
図１７に示す上部コイル部１５１および図１８に示す下部コイル部１６１に電流を流すことにより、上部コイル部１５１と、感熱部１３における磁性体部１４１との間に斥力となる電磁力を発生させることができる。同様に、下部コイル部１６１と磁性体部１４１との間にも斥力となる電磁力を発生させる。コイル部１５１、１６１を流れる電流を調整して電磁力の大きさを変化させることにより、感熱部１３の位置を制御できる。
【０１８８】
実施形態１の方法と同様にして、感熱部１３の浮上、空洞壁部１２との接触、およびボロメータへの通電を繰り返すことにより、各時刻の赤外線入射量を検出できる。
【０１８９】
感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６４を用い、実施形態１と同様の方法で実行することができる。
【０１９０】
（実施形態４）
以下、本発明による電子デバイスの第４の実施形態を説明する。
【０１９１】
図１９に示すように、本実施形態の電子デバイスは、基板部１１と、その表面に形成された空洞壁部１２と、感熱部１３とを備えている。図１９（ａ）は、電子デバイスの斜視図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の１９ｂ−１９ｂ線断面図である。本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が常に基板部１１と接触・固定されている。感熱部１３は変形可能な弾性を有しており、感熱部１３の自由端は、空洞壁部１２に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返す。すなわち、静電誘導によって感熱部１３に電荷を発生させ、この電荷に加わる静電気力を用いて感熱部１３を変形させ、上記接触及び切断の繰り返しを行う。
【０１９２】
本願明細書では、感熱部１３の一部が変形することも、「感熱部の配置を変化させる」ことに含めて解釈するものとする。
【０１９３】
以下、本実施形態における感熱部１３、基板部１１、空洞壁部１２の構成を説明する。まず、図２０を参照する。図２０（ａ）は、図１９（ａ）の１９ｂ−１９ｂ線断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の２０ｂ−２０ｂ線断面図、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）の２０ｃ−２０ｃ線断面図である。
【０１９４】
感熱部１３は、実施形態２と同様に、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、電荷蓄積部２３、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。実施形態２と大きく異なる点は、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が基板部１１に固定され、感熱部１３が片持ち梁のように動作することである。感熱部１３の自由端側が固定端側を軸として傾斜（チルト）する。このため、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２は、いずれも、図２０（ｃ）に示すように、感熱部１３の自由端側に設けられている。また、感熱部１３の一部であり感熱部１３の固定端側に位置する感熱支持部１９１には配線部２４３が形成されており、この配線部２４３によって基板部１１の内部に形成された検出回路部とボロメータ部２１とを電気的に接続している。
【０１９５】
次に、図２１を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図２１（ａ）は、図１９（ａ）の１９ｂ−１９ｂ線断面図であり、空洞壁部１２の構成を詳しく示している。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の２１ｂ−２１ｂ線断面図である。
【０１９６】
空洞壁部１２は、感熱部１３の自由端に対応する位置に形成されており、上部静電誘導対向電極部１２１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。
【０１９７】
次に、図２２を参照しながら、基板部１１の構成を説明する。図２２（ａ）は、図１９（ａ）の１９ｂ−１９ｂ線断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）の２２ｂ−２２ｂ線断面図である。
【０１９８】
基板部１１は、シリコン基板部５１、下部静電誘導対向電極部１３１、基板保護膜５３、下部位置検出対向電極部２６４を備えている。実施形態２と異なる点は、感熱部１３の自由端に対応する位置に下部静電誘導対向電極部１３１および下部位置検出対向電極部２６４が形成されていることにある。
【０１９９】
以下、図２３を参照しつつ、本実施形態の電子デバイスの動作を説明する。
【０２００】
本実施形態の電子デバイスは、実施形態２における電子デバイスとほぼ同様の動作を行う。ただし、本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が基板部１１に固定されているため、感熱部１３の全体的な位置が変化する代わりに、感熱部１３の一部が弾性的に変形する。感熱部１３が片もち梁のように変形することにより、図２３（ａ）に示す状態と図２３（ｂ）に示す状態との間で切り替えが行われ、感熱部１３の一端付近に配置されたボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２との接触および切断が実行される。
【０２０１】
感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６４を用い、実施形態１と同様の方法で実行することができる。
【０２０２】
（実施形態５）
以下、本発明による電子デバイスの第５の実施形態を説明する。
【０２０３】
本実施形態では、強誘電体の分極によって発生する電荷に加わる静電気力を用いて感熱部１３の位置制御を行う。本実施形態の全体構成は、図１に示す構成と同様であり、感熱部１３、空洞壁部１２、基板部１１とを備えている。
【０２０４】
図２４（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図に相当する断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）の２４ｂ−２４ｂ線断面図である。
【０２０５】
図２４に示すように、感熱部１３は、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４、強誘電体部２２１、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、ボロメータコンタクト部２４は実施形態１と同様である。他の実施形態と異なる点は、感熱部１３が電荷蓄積部２３の代わりに強誘電体部２２１を有していることにある。
【０２０６】
次に、図２５を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図２５（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線に相当する線に沿った断面図であり、空洞壁部１２の構成を詳しく示している。図２５（ｂ）は、図２５（ａ）の２５ｂ−２５ｂ線断面図である。
【０２０７】
空洞壁部１２は、上部浮上電極部４１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線（不図示）、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部位置検出対向電極部２６３とを備えている。ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９は、実施形態１と同様である。
【０２０８】
次に、図２６を参照しながら、基板部１１の構成を説明する。図２６（ａ）は、図１Ａの１ｂ−１ｂ線断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図２６（ｂ）は、図２６（ａ）の２６ｂ−２６ｂ線断面図である。
【０２０９】
基板部１１は、シリコン基板部５１、下部浮上電極部５２、基板保護膜５３、下部位置検出対向電極部２６４を備えている。シリコン基板部５１および基板保護部５３は、実施形態１と同様である。
【０２１０】
強誘電体部２２１は、強誘電体材料から形成されており、あらかじめ分極されている。例えば、強誘電体部２２１が基板裏面から基板表面への方向に分極している場合、上部浮上電極部４１に正電圧を、下部浮上電極部５２に負電圧を加えることにより、上部浮上電極部４１と強誘電体部２２１との間、および下部浮上電極部５２と強誘電体部２２１との間に斥力となる静電気力を発生させることができる。上部浮上電極部４１および下部浮上電極部５２の電圧を調整して静電気力の大きさを変化させることにより、感熱部１３の位置を制御できる。
【０２１１】
実施形態１の方法と同様にして、感熱部１３の浮上、空洞壁部１２との接触、およびボロメータへの通電を繰り返すことにより、各時刻の赤外線入射量を検出できる。
【０２１２】
感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６４を用い、実施形態１と同様の方法で実行することができる。
【０２１３】
（実施形態６）
以下、本発明による電子デバイスの第６の実施形態を説明する。
【０２１４】
図２８に示すように、本実施形態の電子デバイスは、基板部１１と、その表面に形成された空洞壁部１２と、感熱部１３とを備えている。図２８（ａ）は、電子デバイスの斜視図であり、図２８（ｂ）は、図２８（ａ）の２８ｂ−２８ｂ線断面図である。本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が常に基板部１１と接触・固定されている。  感熱部１３は変形可能な弾性を有しており、感熱部１３の自由端は、空洞壁部１２に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返す。すなわち、静電誘導によって感熱部１３に電荷を発生させ、この電荷に加わる静電気力を用いて感熱部１３を変形させ、上記接触及び切断の繰り返しを行う。
【０２１５】
以下、本実施形態における感熱部１３、基板部１１、空洞壁部１２の構成を説明する。まず、図２９を参照する。図２９（ａ）は、図２８（ａ）の２８ｂ−２８ｂ線断面図であり、感熱部１３の構成を詳しく示している。図２９（ｂ）は、図２９（ａ）の２９ｂ−２９ｂ線断面図、図２９（ｃ）は、図２９（ａ）の２９ｃ−２９ｃ線断面図である。
【０２１６】
感熱部１３は、実施形態２と同様に、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、電荷蓄積部２３、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。実施形態４と同様に、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が基板部１１に固定され、感熱部１３が片持ち梁のように動作する。すなわち、感熱部１３の自由端側が固定端側を軸として傾斜（チルト）する。このため、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２は、いずれも、図２９（ｃ）に示すように、感熱部１３の自由端側に設けられている。
【０２１７】
実施形態４との主な違いは、ボロメータコンタクト部２４が自由端側に２個配置されているという点と、感熱支持部１９１に配線部がないという点である。
【０２１８】
次に、図３０を参照しながら、空洞壁部１２の構成を説明する。図３０（ａ）は、図２８（ａ）の２８ｂ−２８ｂ線断面図であり、空洞壁部１２の構成を詳しく示している。図３０（ｂ）は、図３０（ａ）の３０ｂ−３０ｂ線断面図である。
【０２１９】
空洞壁部１２は、感熱部１３の自由端に対応する位置に形成されており、上部静電誘導対向電極部１２１、ボロメータ配線コンタクト部４２、電気配線、空洞壁シリコン部４８、空洞壁保護膜４９、上部位置検出対向電極部２６３を備えている。実施形態４と異なる点は、空洞壁部１２にボロメータ配線コンタクト部４２が２個配置されている点である。
【０２２０】
次に、図３１を参照しながら、基板部１１の構成を説明する。基板部１１は、実施形態４と同様の構成である。図３１（ａ）は、図２８（ａ）の２８ｂ−２８ｂ線断面図であり、基板部１１の構成を詳しく示している。図３１（ｂ）は、図３１（ａ）の３１ｂ−３１ｂ線断面図である。
【０２２１】
基板部１１は、シリコン基板部５１、下部静電誘導対向電極部１３１、基板保護膜５３、下部位置検出対向電極部２６４を備えている。実施形態４と同様に、感熱部１３の自由端に対応する位置に下部静電誘導対向電極部１３１および下部位置検出対向電極部２６４が形成されている。
【０２２２】
以下、本実施形態の電子デバイスの動作を説明する。
【０２２３】
本実施形態の電子デバイスは、実施形態４における電子デバイスとほぼ同様の動作を行う。すなわち、本実施形態では、感熱部１３の一部が基板部１１に固定されているため、感熱部１３の全体的な位置が変化する代わりに、感熱部１３の一部が弾性的に変形する。感熱部１３が片もち梁のように変形することにより、図２３（ａ）に示す状態と図２３（ｂ）に示す状態との間で切り替えが行われ、感熱部１３の一端付近に配置されたボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２との接触および切断が実行される。
【０２２４】
感熱部１３の位置を制御する際に必要となる感熱部１３の位置の検出は、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２、上部位置検出対向電極部２６３、下部位置検出対向電極部２６４を用い、実施形態４と同様の方法で実行することができる。
【０２２５】
本実施形態においては、実施形態４と同様に、感熱部１３の一端が固定され、片もち梁のように変形するので、感熱部１３の動作の安定性に優れ、簡易に位置の制御を行うことが可能である。
【０２２６】
次に、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げについて考える。この熱の逃げは、感熱部１３からの輻射による熱の逃げと、感熱部１３の周辺の気体の対流による熱の逃げと、感熱支持部１９１における伝導による熱の逃げとに分けられる。
【０２２７】
一般的な赤外線センサでは、感熱部１３の周囲を大気から遮断して真空または減圧された状態とすることにより、感熱部１３の周辺の気体の対流による熱の逃げを小さくしている。また、感熱部１３の温度がある一定値より高くならないように設計されるため、感熱部１３からの輻射による熱の逃げは、感熱支持部１９１における伝導による熱の逃げに比べて大きくない。このため、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されているとき、感熱部１３から基板部１１への熱の逃げを小さくして赤外線センサの感度を向上するためには、感熱支持部１９１における伝導による熱の逃げを小さくする必要がある。
【０２２８】
ここで、配線部が例えばアルミニウムで形成されている場合を考える。アルミニウムの熱伝導度は約１．３２Ｗ／ｃｍ・Ｋである。これに対して、配線部以外の部分の代表的な材料であるＳｉＯ２（酸化シリコン）の熱伝導度は約０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋである。このことから明らかなように、配線部における熱伝導は、他の部分における熱伝導よりも大きい。このため、感熱部１３と検出回路部とを電気的に接続する配線部が感熱支持部１９１の内部に形成されている場合、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において、感熱部１３から基板部１１への配線部を介した熱の逃げが大きくなる。
【０２２９】
これに対して、本実施形態では、感熱部１３の自由端側にボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２が配置されており、感熱部１３の固定端側、すなわち感熱支持部１９１には、配線部がない。その結果、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において、感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが小さくなる。このため、赤外線の検出感度を向上することができる。
【０２３０】
次に、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げについて考える。この熱の逃げは、感熱部１３からの輻射による熱の逃げと、感熱部１３の周辺の気体の対流による熱の逃げと、感熱支持部１９１における伝導による熱の逃げとに分けられる。上記と同様の理由から、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げを小さくして赤外線センサの感度を向上するためには、感熱部１３と空洞壁部１２との接触部分を介した伝導による熱の逃げを小さくする必要がある。
【０２３１】
上記のように、配線部における熱伝導は他の部分における熱伝導に比べて大きいので、感熱部１３と空洞壁部１２との接触部分に形成される配線部は、できる限り少ない方が望ましい。ところが、抵抗変化型や焦電型赤外線センサやサーモパイル型赤外線センサにおいて、感熱部の温度変化に依存する赤外線検出部の物理特性の変化を検出するためには、赤外線検出部と検出回路部を電気的に接続する必要がある。電気的な接続には、交流的な接続と直流的な接続があるが、検出を簡易に安定して行うためには、直流的な接続が望ましい。直流的な接続を行う場合、配線部で電気的に接続する必要があるが、感熱部１３と検出回路部との間で電気回路を形成するためには感熱部１３と検出回路部との間に最低２本の電気配線が必要である。
【０２３２】
以上の議論から、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げを小さくするためには、感熱部１３と検出回路部を複数（好ましくは２本）の配線で電気的に接続することが望ましい。
【０２３３】
本実施形態では、上述のように、感熱部１３の自由端側にボロメータコンタクト部２４が２個配置されており、空洞壁部１２にボロメータ配線コンタクト部４２が２個配置されている。ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態において、感熱部１３と検出回路部が２本の配線部で接続されているため、この状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが最小限となり赤外線の検出感度を高くすることができる。
【０２３４】
このように、本実施形態によれば、実施形態４と同様に、感熱部の一端が固定されて片もち梁のように変形するので安定性がよく簡易に位置の制御を行うことが可能である。また、本実施形態においては、感熱部の自由端側にボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２が配置されており、感熱部１３の固定端側すなわち感熱支持部１９１に配線部がないので、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが小さくなり赤外線の検出感度を向上することができる。更に、本実施形態では、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態において感熱部１３と検出回路部が２本の配線部で接続されるため、この状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが最小限となり赤外線の検出感度を高くすることができる。
【０２３５】
（実施形態７）
以下、本発明による電子デバイスの第７の実施形態を説明する。
【０２３６】
図３２に示すように、本実施形態の電子デバイスは、基板部１１と、感熱部１３と、基板部１１の表面から感熱部１３の上部にわたる位置に形成されたコンタクト支持部１４と、を備えている。図３２（ａ）は、電子デバイスの斜視図であり、図３２（ｂ）は、図３２（ａ）の３２ｂ−３２ｂ線断面図である。本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が常に基板部１１と接触・固定されている。また、コンタクト支持部１４の一部が常に基板部１１と接触・固定されている。コンタクト支持部１４は変形可能な弾性を有しており、コンタクト指示部１４の自由端は、感熱部１３に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返す。すなわち、静電誘導によってコンタクト支持部１４に電荷を発生させ、この電荷に加わる静電気力を用いてコンタクト支持部１４を変形させ、上記接触及び切断の繰り返しを行う。
【０２３７】
本願明細書では、コンタクト支持部１４の一部が変形することも、「コンタクト支持部の配置を変化させる」ことに含めて解釈するものとする。
【０２３８】
以下、本実施形態における感熱部１３、基板部１１、コンタクト支持部１４の構成を説明する。図３３を参照する。図３３（ａ）は、図３２（ａ）の３２ｂ−３２ｂ線断面図であり、感熱部１３およびコンタクト支持部１４の構成を詳しく示している。図３３（ｂ）は、図３３（ａ）の３３ｂ−３３ｂ線断面図、図３３（ｃ）は、図３３（ａ）の３３ｃ−３３ｃ線断面図である。
【０２３９】
感熱部１３は、実施形態６と同様に、ボロメータ部２１、ボロメータ保護膜２２、電荷蓄積部２３、ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２を備えている。コンタクト支持部１４はその一部が基板部１１に固定されており、片持ち梁のように動作する。コンタクト支持部１４の自由端側が固定端側を軸として傾斜（チルト）する。感熱部１３の一部である感熱支持部１９１は基板部１１に固定されている。感熱部１３が弾性をもつ材料で形成されている場合、感熱部１３は片持ち梁のように動作して、その自由端側が固定端側を軸として傾斜（チルト）する。また感熱部１３が高い剛性をもつ材料で形成されている場合、感熱部１３の形状はほぼ一定に保たれる。
【０２４０】
ボロメータコンタクト部２４、上部静電誘導電極部１１１、下部静電誘導電極部１１２、上部位置検出電極部２６１、下部位置検出電極部２６２は、いずれも、図３３（ｃ）に示すように、感熱部１３の自由端側に設けられている。実施形態６と同様に、ボロメータコンタクト部２４が自由端側に２個配置されている。また、実施形態６と同様に、感熱部１３の一部であり感熱部１３の固定端側に位置する感熱支持部１９１には配線部はない。
【０２４１】
本実施形態においては、実施形態４および実施形態６と同様に、感熱部１３の一端が固定されて片もち梁のように変形するので安定性がよく簡易に位置の制御を行うことが可能である。
【０２４２】
また、本実施形態においては、感熱部１３の自由端側にボロメータコンタクト部２４が配置され、コンタクト支持部１４の自由端側にボロメータ配線コンタクト部４２が配置されており、実施形態６と同様に感熱部の固定端側に配線部がない。このため、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において感熱部から基板への熱の逃げが小さくなり赤外線の検出感度を向上することができる。更に、本実施形態では、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態において感熱部１３と検出回路部が２本の配線部で接続されているため、この状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが最小限となり赤外線の検出感度を高くすることができる。
【０２４３】
本実施形態では、コンタクト指示部１４の自由端が感熱部１３に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返すとき、コンタクト支持部１４が変形するため、感熱部１３の変形量が小さくてすむ。このために、感熱部１３の変形によるボロメータ部２１の抵抗変化などによる検出誤差を小さくすることができる。さらに、本実施形態では、感熱部１３よりも質量が小さいコンタクト支持部１４を変形させるために、高速で状態遷移を行うことができる。このため、多数のセルの１次元または二次元的な配列（セルアレイ）を同一基板部上に形成して用いる場合に、セルアレイからデータの逐次読み出しを行う操作を高速に行うことができる。
【０２４４】
なお、以上の各実施形態では、感熱部１３とコンタクト支持部１４とが上下に配置されているが、感熱部１３とコンタクト支持部１４とが他の位置関係にあってもよい。図３６に示す例では、感熱部１３とコンタクト支持部１４が互いに水平の位置関係に配置されている。この場合、コンタクト支持部１４の自由端が、水平方向に動くことによって、感熱部１３に対して接触および非接触の状態遷移を繰り返す。
【０２４５】
（実施形態８）
以下、本発明による電子デバイスの第８の実施形態を説明する。
【０２４６】
図３４に示すように、本実施形態の電子デバイスは、基板部１１と、感熱部１３と、基板部１１の表面に形成されたボロメータ配線コンタクト部４２と、感熱部１３の下部表面に形成されたボロメータコンタクト部２４とを備えている。図３４（ａ）は、電子デバイスの斜視図であり、図３４（ｂ）は、図３４（ａ）の３４ｂ−３４ｂ線断面図である。本実施形態では、感熱部１３の一部である感熱支持部１９１が常に基板部１１と接触・固定されている。感熱部１３は変形可能な弾性を有しており、感熱部１３の自由端の下部表面に形成されているボロメータコンタクト部２４は、基板部１１の表面に形成されたボロメータ配線コンタクト部４２に対して「接触」および「非接触」の状態遷移を繰り返す。すなわち、静電誘導によって感熱部１３に電荷を発生させ、この電荷に加わる静電気力を用いて感熱部１３を変形させ、上記接触及び切断の繰り返しを行う。
【０２４７】
本実施形態においては、実施形態４、実施形態６および実施形態７と同様に、感熱部１３の一端が固定されて片もち梁のように変形するので安定性がよく簡易に位置の制御を行うことが可能である。
【０２４８】
また、感熱部１３の自由端側にボロメータコンタクト部２４が配置されており、基板部１１にボロメータ配線コンタクト部４２が配置されており、実施形態６および実施形態７と同様に感熱部の固定端側に配線部がない。このため、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが切断されている状態において感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが小さくなり赤外線の検出感度を向上することができる。更に、ボロメータコンタクト部２４とボロメータ配線コンタクト部４２とが接続されている状態において感熱部１３と検出回路部が２本の配線部で接続されるため、この状態における感熱部１３から基板部１１への熱の逃げが最小限となり赤外線の検出感度を高くすることができる。
【０２４９】
本実施形態では、ボロメータ配線コンタクト部４２が基板部１１に形成されているために、構造が簡単であり、簡易に作製することができる。また、感熱部１３の上部に空洞壁部やコンタクト支持部がないために、入射した赤外線がさえぎられることがないために、高感度に赤外線を検出することができる。
【０２５０】
なお、上記の実施形態では、いずれも、感熱部１３が一層の構造を有しているが、図３５に示すように、感熱部１３は複数の層構造（図の例では２層構造）を有していてもよい。図３５に示す例では、感熱部１３の上側の層の部分で赤外線を吸収し、感熱部１３の下側の層で赤外線吸収による温度変化を検出する。
【０２５１】
一般的に感熱部１３の平面形状は、上記のように概略的には矩形であるが、ボロメータコンタクト部２４は、感熱部１３の本体部分から細長く延びた分枝部分に設けられている。このような分枝構造を形成している理由は、熱伝導性を低下させることにより、感熱部１３から空洞壁部１２もしくはコンタクト支持部１４もしくは基板部１３へ熱が流出することを極力抑制するためである。上記のように感熱部を２層にすることにより、例えば感熱部１３の分岐部の横の隙間の部分などに入射した赤外線も吸収することができるので、赤外線検出感度を向上することができる。
【０２５２】
以上、各種実施形態について説明してきたように、本発明の電子デバイスによれば、感熱部の断熱性を向上させ、赤外線照射による感熱部の温度変化を高めることができ、その結果、赤外線検出感度を高くすることが可能になる。また、感熱部から信号を読み出す前に感熱部全体を移動させることにより、電子デバイスの他の部分から感熱部を完全に離間させると、従来の赤外線センサに比べて桁違いに断熱性を向上させることができ、感度を大幅に高めることができる。このため、センサ部分をより小型化にすることができ、赤外線イメージセンサの画素数をより多く増やすことも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０２５３】
本発明の電子デバイスは、感度の高い赤外線イメージセンサとして好適に利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０２５４】
【図１Ａ】本発明による電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図１Ｂ】本発明による電子デバイスの他の構成を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態１の感熱部の構成を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態１の感熱部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１の電荷蓄積部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１の空洞壁部の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１の基板部の構成を示す図である。
【図６】本発明の、感熱部、空洞壁部、基板部の構成をまとめて示した図である。
【図７】本発明の電気回路の構成を示す図である。
【図８Ａ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｃ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｄ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｅ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図８Ｆ】本発明の電気回路の動作と感熱部の移動の様子を示す図である。
【図９】本発明と従来方法において、時間と感熱部温度との関係を示す図である。
【図１０】本発明の感熱部の位置検出方法を示す図である。
【図１１】本発明の上部位置検出電極部と上部位置検出対向電極部からなる電気回路を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｂ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｄ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｅ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｆ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｇ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｈ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｉ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｊ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１２Ｋ】本発明の電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】本発明の実施形態２における感熱部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態２における空洞壁部の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態２における基板部の構成を示す図である
【図１６】本発明の実施形態３における感熱部の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態３における空洞部の構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態３における基板部の構成を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態４における電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態４における感熱部の構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態４における空洞壁部の構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態４における基板部の構成を示す図である。
【図２３】本発明の実施形態４における感熱部の変形動作を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態５における感熱部の構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態５における空洞壁部の構成を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態５における基板部の構成を示す図である。
【図２７】従来の赤外線センサを示す図である。
【図２８】本発明の実施形態６における電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図２９】本発明の実施形態６における感熱部の構成を示す図である。
【図３０】本発明の実施形態６における空洞壁部の構成を示す図である。
【図３１】本発明の実施形態６における基板部の構成を示す図である。
【図３２】本発明の実施形態７における電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図３３】本発明の実施形態７における感熱部およびコンタクト支持部の構成を示す図である。
【図３４】本発明の実施形態８における電子デバイスの概略構成を示す図である。
【図３５】多層構造を有する感熱部の構成を示す図である。
【図３６】本発明の他の実施形態の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０２５５】
１１  基板部
１２  空洞壁部
１３  感熱部
２１、２４２  ボロメータ部
２２  ボロメータ保護膜
２３  電荷蓄積部
２４  ボロメータコンタクト部
２５  静電誘導電極部
２６  ソースコンタクト部
２７  ドレインコンタクト部
２８  ゲートコンタクト部
２９、３１０  チャネルコンタクト部
３１  電荷蓄積素子
３２  ソース部
３３  チャネル部
３４  ドレイン部
３５  浮遊ゲート部
３６  制御ゲート部
３７  ドレインコンタクト部
３８  ソースコンタクト部
３９  ゲートコンタクト部
４１  上部浮上電極部
４２  ボロメータ配線コンタクト部
４３  ソース配線コンタクト部
４４  ドレイン配線コンタクト部
４５  ゲート配線コンタクト部
４６  チャネル配線コンタクト部
４８  空洞壁シリコン部
４９  空洞壁保護膜
５１  シリコン基板部
５２  下部浮上電極部
５３  基板保護部
１０１  犠牲層
１１１  上部静電誘導電極部
１１２  下部静電誘導電極部
１２１  上部静電誘導対向電極部
１３１  下部静電誘導対向電極部
１４１  磁性体部
１５１  上部コイル部
１６１  下部コイル部
２２１  強誘電体部
２４０  シリコン基板
２４１  受光部
２４３  配線部
２４４  配線部分の長い足
２４５  接触部分
２６１  上部位置検出電極部
２６２  下部位置検出電極部
２６３  上部位置検出対向電極部
２６４  下部位置検出対向電極部
２６５  高周波電源
２６６  電流測定部
４１０  静電誘導対向電極部
９０１  シリコン基板
９０３  基板保護膜（シリコン酸化膜）
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2006132155.tif 000056
【図２Ａ】
2006132155.tif 000057
【図２Ｂ】
2006132155.tif 000058
【図３】
2006132155.tif 000059
【図４】
2006132155.tif 000060
【図５】
2006132155.tif 000061
【図６】
2006132155.tif 000062
【図７】
2006132155.tif 000063
【図８Ａ】
2006132155.tif 000064
【図８Ｂ】
2006132155.tif 000065
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１２Ｉ】
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【図１２Ｊ】
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【図１２Ｋ】
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【図１３】
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【図１４】
2006132155.tif 000085
【図１５】
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【図１６】
2006132155.tif 000087
【図１７】
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【図１８】
2006132155.tif 000089
【図１９】
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【図２０】
2006132155.tif 000091
【図２１】
2006132155.tif 000092
【図２２】
2006132155.tif 000093
【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
2006132155.tif 000099
【図３０】
2006132155.tif 000100
【図３１】
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【図３２】
2006132155.tif 000102
【図３３】
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【図３４】
2006132155.tif 000104
【図３５】
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【図３６】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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