专利名称：热式光检测器、热式光检测装置及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及热式光检测 器、热式光检测装置及电子设备等。
背景技术：
作为热式光检测装置，已知的有热电型或测辐射热计型红外线检测装置。红外线检测装置利用热电材料的自发极化量随接收的红外线光量(温度)而变化这一现象(热电效应或热电子效应)来检测热电体两端是否产生电动势(极化产生的电荷)(热电型)，或根据温度来改变电阻(测辐射热计型)，从而检测红外线。热电型红外线检测装置与测辐射热计型红外线检测装置相比，虽然制造工序复杂，但具有检测灵敏度高的优点。热式光检测元件的结构通常不具备冷却装置。因此，需要一种将元件容纳于气密包装中等将元件置于减压环境下，并将该元件与基板或外周膜(peripheral films)进行热分离，使接收的光(红外线等)产生的热量尽量不向周围扩散的结构。为了防止热量向基板逸散以抑制热式光检测元件的检测性能降低，例如在基板和热式光检测元件之间设置用于热分离的空腔部的结构是有效的(例如参见专利文献1和专利文献2)。专利文献1中公开了具有热分离用空腔部的热式红外形阵列传感器，专利文献2中公开了具有热分离用空腔部的热电型红外线检测元件。在先技术文献专利文献专利文献1 日本特开2000-205944号公报专利文献2 日本特开2002-214038号公报
发明内容
热式光检测元件安装在支撑于基板上的薄膜上。在薄膜与基板之间与热式光检测元件相对的区域上形成空腔部。在制造过程中，在基板的空腔部中埋入形成牺牲层，在该牺牲层上形成薄膜，并在薄膜上形成热式光检测元件。在该制造过程中，只要牺牲层平坦，薄膜也会具有平坦性，但如果在最终工序中用各向同性蚀刻除去牺牲层，则会出现薄膜发生弯曲的问题。在本发明的几种实施方式中，提供了能够抑制支撑热式检测元件的部件发生弯曲的热式光检测器、热式光检测装置及电子设备。(1)本发明的一个方面涉及的热式光检测器具有热式检测元件；支撑部件，包括第一面和与上述第一面相对的第二面，上述第一面面向空腔部，上述热式检测元件安装并支撑在上述第二面上；以及固定部，支撑上述支撑部件，其中，上述支撑部件具有第一层部件，配置在上述第二面侧，并具有朝向第一方向的残留应力；以及
第二层部件，在上述第一面侧层叠到上述第一层部件上，并具有朝向与上述第一方向相反的第二方向的残留应力，上述第一层部件的热导小于上述第二层部件的热导。 根据本发明的一个方面，由于支撑部件中第一层部件例如产生压缩残留应力，第二层部件产生拉伸残留应力，因此彼此反向的应力作用在相互抵消的方向上，使支撑部件整体的残留应力减少或消除。从而，能够抑制支撑部件的弯曲。而且，由异种部件形成的支撑部件中与热式光检测元件相接触的第一层部件的热导小于第二层部件，从而还能够降低热量从热式检测元件中逸散。(2)在本发明的一个方面中，上述支撑部件可以还具有第三层部件，上述第三层部件在与上述第二层部件层叠到上述第一层部件的面相反的面处层叠在上述第二层部件上， 上述第三层部件具有朝向上述第一方向的残留应力。这样，仅通过两层部件还不能完全抑制的残留应力可以通过第三层部件进一步抑制，从而能够使支撑部件整体的残留应力进一步减少或消除。(3)在本发明的一个方面中，上述第一层部件和上述第二层部件中的一个可以由氧化膜形成，另一个可以由氮化膜形成。这样，由于氧化膜和氮化膜的应力方向相反，因此能够减少使支撑部件发生弯曲的应力。(4)在本发明的一个方面中，上述第一层部件和上述第三层部件可以由相同材料构成。所作用的氮化膜的强残留应力被两层氧化膜的反向残留应力抵消，从而能够减少使支撑部件发生弯曲的应力。(5)在本发明的一个方面中，上述热式检测元件可以包括电容器，上述电容器在第一电极和第二电极之间含有热电体，并且上述电容器的极化量随温度而变化。即定义了本发明的一个方面适用于热电型光检测器。(6)在本发明的一个方面中，上述第一层部件和上述第二层部件中的一个可以具有还原气体阻隔性。在热电型光检测器中，电容器的热电体受还原气体影响发生氧化缺损时，其特性会劣化。由于构成支撑部件的第一层部件和第二层部件中的一个具有还原气体阻隔性，因此能够使用配置在支撑部件内的还原气体阻隔层对来自支撑部件侧的还原性阻碍因素进行阻隔。(7)在本发明的一个方面中，上述热式光检测器可以还具有至少覆盖上述电容器的侧面的还原气体阻隔层，上述第二层部件具有还原气体阻隔性。在热电体的烧成工序中等高温处理时电容器内部可能会产生蒸发气体，但该蒸发气体的逸出通道可以由支撑部件的第一层部件确保。(8)在本发明的一个方面中，上述第一电极可以包括控制上述热电体的取向性的取向控制层以及比上述取向控制层更靠近上述支撑部件一侧、用于提高与上述支撑部件的上述第一层部件之间的密合性的密合层。由于取向控制层与基底层之间有凹凸或者空隙时取向控制层的取向控制性会劣化，因此通过设置密合层来确保取向控制性。(9)在本发明的一个方面中，上述支撑部件可以形成在蚀刻停止膜上，上述蚀刻停止膜形成在配置在上述空腔部中的牺牲层上，通过去除上述牺牲层，上述支撑部件在上述第二面侧的最外层具有上述蚀刻停止膜。支撑部件的材质相对于牺牲层的材质蚀刻的非选择性高时，需要使用蚀刻停止膜。该蚀刻停止膜也有助于缓和支撑部件的应力。即，蚀刻停止膜可以兼用为第二层部件或第三层部件，也可以增加为第四层部件。(10)在本发明的一个方面中，上述蚀刻停止膜可以具有还原气体阻隔性。即，在蚀刻停止膜兼用为支撑部件的第二层部件或第三层部件以缓和应力的情况下，或者在蚀刻停止膜作为第四层部件增加的情况下，该蚀刻停止膜也能发挥还原气体阻隔性。因此，能够作为来自电容器的支撑部件侧的还原性阻碍因素的阻隔层进行强化或增加。
(11)本发明的另一方面涉及的热式光检测装置由上述热式光检测器沿着两轴方向二维配置而构成。该热式光检测装置由于各个单元的热式光检测器的检测灵敏度提高， 因此能够提供清晰的光(温度)分布图像。(12)本发明的又一方面涉及的电子设备具有上述热式光检测器或热式光检测装置，通过将一个单元或多个单元的热式光检测器用作传感器，除了输出光(温度)分布图像的热成像装置、车载夜视仪或监控摄像机以外，还适用于对物体的物理信息进行分析(测量)的分析设备(测量设备)、检测火或发热的安全设备、设置在工厂等地的FA(Factory Automation，工厂自动化)设备等。
图1的(A) ⑶是用于说明安装了本发明的实施方式所涉及的热式检测元件的支撑部件发生弯曲及消除该问题的机理的概略说明图。图2是本发明的实施方式所涉及的热电型红外线检测装置的概略俯视图。图3是图2所示的热电型红外线检测装置的一个单元热电型检测器的概略截面图。图4是示出形成在牺牲层上的支撑部件及红外线检测元件的制造工序的概略截面图。图5是强化接线插塞(wiring plug)附近的还原气体阻隔性的变形例的概略截面图。图6是用于说明本发明的实施方式涉及的热电型红外线检测器的电容器构造的概略截面图。图7是包括热式光检测器或热式光检测装置的电子设备的框图。图8的(A)和(B)是二维配置热电型光检测器的热电型光检测装置的结构示例图。
具体实施例方式下面对本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，以下所述的本实施方式并不对权利要求书中记载的技术方案进行不合理的限定，而且并不是本实施方式中所述的所有结构都是本发明的解决手段所必要的。1.热式红外线检测装置图2显示了将多个单元热电型红外线检测器(广义称为热式光检测器)沿正交的两轴方向排列的热电型红外线检测装置(广义称为热式光检测装置)，各个单元热电型红外线检测器分别具有如图I(D)所示消除了后述如图I(A) 图I(C)所示发生的弯曲的支撑部件以及安装在该支撑部件上的热电型光检测元件(广义称为热式光检测元件)。另外， 热电型红外线检测装置也可以仅由一个单元热电型红外线检测器构成。在图2中，从基部 (也称固定部)100竖直设立了多个支柱104，例如由两根支柱104支撑的一个单元热电型红外线检测器200沿正交的两轴方向排列。一个单元热电型红外线检测器200所占的区域例如为 30 μ mX 30 μ m。如图2所示，热电型红外线检测器200包括与两根支柱104连接的支撑部件(薄膜)210和红外线检测元件(广义称为热式光检测元件)220。一个单元热电型红外线检测元件220所占的区域例如为ΙΟμπιΧΙΟμπι。一个单元热电型红外线检测器200除 了与两根支柱104连接以外不和其他部分接触，在热电型红外线检测器200的下方形成空腔部102 (参见图3)，俯视时，热电型红外线检测器200的周围配置了连通空腔部102的开口部102Α。这样，一个单元热电型红外线检测器200与基部100及其他单元热电型红外线检测器200热分离。支撑部件210具有安装并支撑红外线检测元件220的安装部210Α以及与安装部 210Α连接的两根臂210Β，两根臂210Β的自由端与支柱104连接。两根臂210Β以宽度窄且冗长的方式延伸形成，以将红外线检测元件220热分离。图2是省略了与上部电极连接的布线层上方的部件的平面图，图2中显示了与红外线检测元件220连接的第一电极(下部电极)布线层222及第二电极(上部电极)布线层224。第一电极布线层222和第二电极布线层224各自沿着臂2IOB延伸，并通过支柱104 与基部100内的电路相连接。第一电极布线层222和第二电极布线层224也以宽度窄且冗长的方式延伸形成，以将红外线检测元件220热分离。2.热电型红外线检测器的概述图3是图2所示的热电型红外线检测器200的截面图。图4是制造过程中的热电型红外线检测器200的部分截面图。在图4中，图3中的空腔部102通过牺牲层150埋入。 该牺牲层150在支撑部件210及热电型红外线检测元件220的形成工序之前到形成工序后都存在，在热电型红外线检测元件220的形成工序之后通过各向同性蚀刻去除该牺牲层 150。如图3所示，基部100包括基板(如硅基板)110以及由硅基板110上的层间绝缘膜形成的隔离层120。支柱104通过蚀刻隔离层120而形成。可以在支柱104上配置与第一电极布线层222和第二电极布线层224中的一个相连接的插塞106。该插塞106与设置在硅基板110上的行选择电路(行驱动器)相连接，或者与通过列线从光检测器中读取数据的读取电路相连接。通过蚀刻隔离层120，空腔部102与支柱104同时形成。通过对支撑部件210进行图形蚀刻形成图2所示的开口部102Α。安装在支撑部件210上的红外线检测元件220包括电容器230。电容器230包括热电体232、与热电体232的下表面连接的第一电极(下部电极)234以及与热电体232的上表面连接的第二电极(上部电极)236。第一电极234可以包括用于提高与支撑部件210 的第一层部件(例如SiO2)之间的密合性的密合层234D。电容器230被还原气体阻隔层240覆盖，还原气体阻隔层240用于抑制在电容器230形成后的工序中还原气体(氢、水蒸气、OH基、甲基等)侵入电容器230。这是因为电容器230的热电体(例如PZT等)232是氧化物，氧化物被还原后会发生氧短缺，导致热电效果受损。 如图4所示，还原气体阻隔层240包括第一阻隔层242和第二阻隔层244。第一阻隔层242例如可以通过溅射法使氧化铝(Al2O3)成膜而形成。由于在溅射法中不使用还原气体，因此不会还原电容器230。第二阻隔层244例如可以通过原子层化学气相沉积法 (ALCVD =Atomic Layer Chemical Vapor Deposition)使例如氧化铝(Al2O3)成膜而形成。 虽然普通的CVD (Chemical Vapor D印osition，化学气相沉积)法使用还原气体，但是通过第一阻隔层242可以将电容器230与还原气体隔离。在此，还原气体阻隔层240的总膜厚为50 70nm之间，例如为60nm。此时，通过 CVD法形成的第一阻隔层242的膜厚比通过原子层化学气相沉积法(ALCVD)形成的第二阻隔层244更厚，厚度至少在35 65nm之间，例如40nm。而通过原子层化学气相沉积法 (ALCVD)形成的第二阻隔层244的膜厚可以较薄，例如使氧化铝(Al2O3)成膜形成至5nm 30nm之间，例如20nm。原子层化学气相沉积法(ALCVD)与溅射法等方法相比具有更好的埋入性能，因而能实现微细化，并能够提高第一阻隔层242和第二阻隔层244的还原气体阻隔性。此外，通过溅射法成膜的第一阻隔层242与第二阻隔层244相比不够致密，这一点发挥效用使热导率下降，因此能够防止热量从电容器230中逸散出去。在还原气体阻隔层240上形成层间绝缘膜250。一般，层间绝缘膜250的原料气体 (TEOS)发生化学反应时，会产生氢气或水蒸气等还原气体。设置在电容器230周围的还原气体阻隔层240用于保护电容器230不受该层间绝缘膜250的形成过程中产生的还原气体的影响。在层间绝缘膜250上配置了图2中也显示的第一电极(下部电极)布线层222和第二电极(上部电极)布线层224。在形成电极布线前预先在层间绝缘膜250上形成第一接触孔252和第二接触孔254。此时，在还原气体阻隔层240上也同样形成接触孔。通过埋入于第一接触孔252的第一插塞226使第一电极(下部电极)与第一电极布线层222导通。同样地，通过埋入于第二接触孔254的第二插塞228使第二电极(上部电极)236与第二电极布线层224导通。在此，如果没有层间绝缘膜250，则在对第一电极(下部电极)布线层222和第二电极(上部电极)布线层224进行图形蚀刻时，其下层的还原气体阻隔层240的第二阻隔层244会被蚀刻，阻隔性将降低。层间绝缘膜250确保了还原气体阻隔层240的阻隔性，因此是必要的。在此，优选层间绝缘膜250的含氢率较低。因此，通过退火对层间绝缘膜250进行脱气处理。这样，层间绝缘膜250的含氢率比覆盖第一电极布线层222和第二电极布线层 224的钝化膜260更低。此外，电容器230顶面上的还原气体阻隔层240由于在层间绝缘膜250形成时没有接触孔而封闭，因此在层间绝缘膜250的形成过程中还原气体不会侵入电容器230。但是，还原气体阻隔层240上形成了接触孔后，还原气体阻隔层240的阻隔性会劣化。作为防止这种情况发生的一个示例，例如如图4所示，将第一插塞226和第二插塞228做成多层 228A、228B (图4中仅标示了第二插塞228)，并且其第一层228A采用阻隔金属层。通过第一层228A的阻隔金属确保还原气体阻隔性。第一层228A的阻隔金属不优选金属Ti这样的扩散性高的金属，可以采用扩散性低且还原气体阻隔性高的氮化铝钛(TiAlN)。此外，作为杜绝还原气体从接触孔侵入的方法，如图5所示，可以增设至少包围第二插塞228的还原性气体阻隔层290。该还原性气体阻隔层290既可以与第二插塞228的阻隔金属228A并用，也可以排除阻隔金属228A来使用。此外，还原性气体阻隔层290也可以覆盖第一插塞 226。以覆盖第一电极布线层222和第二电极布线层224的方式设置了 SiO2或SiN的钝化膜260。至少在电容器230的上方且在钝化膜260上设置了红外线吸收体(广义称为光吸收部件)270。虽然钝化膜260也由SiO2或SiN形成，但是出于红外线吸收体270图形蚀刻的需要，优选采用与下层的钝化膜260的蚀刻选择比(etching selection ratio)大的不同种的材料。红外线从图2中的箭头方向入射到该红外线吸收体270上，红外线吸收体270根据吸收的红外线的量发热。通过将该热量传递到热电体232上，电容器230的自发极化量根据热量发生变化，通过检测自发极化产生的电荷可以检测红外线。此外，红外线吸收体270不限于与电容器230分开设置，当电容器230内部存在红外线吸收体270时，无需再设置红外线吸收体270。即使在通过CVD形成钝化膜260或红外线吸 收体270时产生还原气体，也可以通过还原气体阻隔层240以及第一插塞226、第二插塞228中的阻隔金属来保护电容器230。以覆盖包括该红外线吸收体270的红外线检测器200的外表面的方式设置了还原气体阻隔层280。为了提高入射至红外线吸收体270的红外线(波长范围为8μπι 14μπι) 的透过率，该还原气体阻隔层280需要比还原气体阻隔层240形成得更薄。因此，采用能够以原子大小级调整膜厚的原子层化学气相沉积法(ALCVD)。这是因为普通的CVD法形成的膜厚过厚会使红外线透过率恶化。在本实施方式中，例如将氧化铝(Al2O3)成膜形成 IOnm 50nm，如20nm的厚度。如上所述，原子层化学气相沉积法(ALCVD)与溅射法等方法相比由于具有更好的埋入性能，因而能够实现微细化，能以原子级形成致密的膜，不仅薄而且能够提高还原气体阻隔性。此外，对于基部100侧，在限定空腔部102的壁部即限定空腔部102的底壁100A 和侧壁104A上形成在制造热电型红外线检测器200的过程中对埋入到空腔部102中的牺牲层150(参照图4)进行各向同性蚀刻时的蚀刻停止膜130。同样地，在支撑部件210的下表面(牺牲层150的上表面)也形成蚀刻停止膜140。在本实施方式中，使用与蚀刻停止膜 130、140相同的材料形成还原气体阻隔膜280。即，蚀刻停止膜130、140也具有还原气体阻隔性。该蚀刻停止膜130、140也通过原子层化学气相沉积法(ALCVD)将氧化铝(Al2O3)成膜至膜厚20nm 50nm而形成。由于蚀刻停止膜130具有还原气体阻隔性，因此在使用氢氟酸在还原气氛中对牺牲层150进行各向同性蚀刻时，能够抑制还原气体透过支撑部件210侵入到电容器230。此夕卜，由于覆盖基部100的蚀刻停止膜140具有还原气体阻隔性，因此能够抑制基部100内配置的电路的晶体管及布线被还原而劣化。3.支撑部件的结构图1 (A) 图1 (D)是用于说明安装了本发明的实施方式所涉及的热式检测元件的支撑部件发生弯曲及消除该问题的机理的概略说明图。如图I(A)中所示，在基部100的空腔部102中埋入牺牲层150的状态下形成支撑部件210使其两端与基部100接合，然后形成热电型红外线检测元件220。在该状态下，牺牲层150埋入形成在空腔部102中之后，通过CMP等使其顶面平坦化。因此，只要牺牲层150的顶面被平坦化，支撑部件210也具有平坦性。然后，通过各向同性蚀刻去除牺牲层150。在去除牺牲层150的瞬间，只要支撑部件210中存在残留应力，支撑部件210就会发生弯曲。在图1 (B)中，如果支撑部件210中存在压缩残留应力CS，弯矩Ml将作用在支撑部件210的两端。这样，支撑部件210将产生向下凸的弯曲。另一方面，在图I(C)中，如果支撑部件210中存在拉伸残留应力TS，弯矩M2将作用在支撑部件210的两端。这样，支撑部件210将产生向上凸的弯曲。 如图1⑶和(C)所示，支撑部件210受其形成材料中产生的残留应力的影响将发生向上凸或向下凸的弯曲。虽然如图I(A)所示存在牺牲层150的制造过程中不会发生弯曲，但在最终工序中支撑部件210将会弯曲。在本实施方式中，对使用单一材料会发生弯曲的支撑部件使用多种不同材料的第一层部件212和第二层部件214层叠形成。即，虽然第一层部件212单体具有例如图I(B) 中的特性，第二层部件214单体具有例如图I(C)中的特性，但是通过将这些部件层叠，如图 KD)所示，可以抑制支撑部件210的弯曲。这是由于第一层部件212中产生的例如压缩残留应力CS与第二层部件214中产生的拉伸残留应力TS在彼此抵消的方向上作用的结果。具体地说，第一层部件212及第二层部件214中的一个可以由氧化膜形成，另一个可以由氮化膜形成。这样，由于氧化膜和氮化膜的应力方向相反，因此能够降低使支撑部件 210发生弯曲的应力。而且，通过使由不同种类部件形成的支撑部件210中的与热电型光检测元件220相接触的第一层部件212的热导比第二层部件214低，能够减少热量从热电型检测元件220中逸散。在图4所示的实施方式中，如图6及图4所示，安装了电容器230的支撑部件210 由于在单层情况下会因残留应力而发生弯曲，因此例如由三层形成，以使拉伸及压缩残留应力与发生弯曲的应力相互抵消。从电容器230侧开始依次为第一层部件212由氧化膜(例如SiO2)形成，第二层部件214由氮化膜(例如Si3N4)形成，第三层部件216由氧化膜(例如与第一层部件212 相同材料的SiO2)形成。这样，仅由图I(D)中所示的两层部件212、214不能完全抑制的残留应力可以通过第三层部件216进一步抑制，从而能够进一步减少或消除支撑部件210整体的残留应力。特别是，通过上下两层的氧化膜即第一层部件212和第三层部件216的反向残留应力对第二层部件214的氮化膜具有的强残留应力的抵消作用，能够减少使支撑部件210发生弯曲的应力。此外，由于氮化膜(例如Si3N4)具有还原气体阻隔性，因此支撑部件210也具有阻隔从支撑部件210侧侵入电容器230的热电体232的还原性阻碍要素的功能。关于这点将在后文描述。4.电容器的结构4. 1 热导(thermal conductance)图6是用于说明本实施方式的主要部分的概略截面图。如上所述，电容器230在第一电极(下部电极)234与第二电极(上部电极)236之间包括热电体232。该电容器230 安装并支撑在与支撑部件210面向空腔部102的第一面(图6中的下表面)相对的第二面 (图6中的上表面)上。并且，能够利用热电体232的自发极化量随着入射的红外线的光量 (温度)变化这一现象(热电效应或热电子效应)来检测红外线。在本实施方式中，入射的红外线被红外线吸收体270吸收后，红外线吸收体270发热，通过位于红外线吸收体270与热电体232之间的固体热传导路径来传递红外线吸收体270的发热。在本实施方式中的电容器230中，与支撑部件210相接触的第一电极(下部电极)234的热导Gl比第二电极(上部电极)236的热导G2小。这样，电容器230能容易地将红外线引起的热量通过第二电极(上部电极)236传递至热电体232，并且热电体232的热量不易通过第一电极(下部电极)234逸散到支撑部件210中，从而提高了红外线检测元件220的信号灵敏度。下面，参考图6对具有上述特性 的电容器230的结构进一步详细说明。首先，第一电极(下部电极)234的厚度Tl比第二电极(上部电极)236的厚度T2厚(Tl > T2)。 如果将第一电极(下部电极)234的热导率设为λ 1，则第一电极(下部电极)234的热导 Gl为Gl = λΙ/Tl。将第二电极(上部电极)236的热导率设为λ2时，第二电极(上部电极)236的热导G2为G2 = λ 2/Τ2。为了使热导的关系满足Gl < G2，例如只要第一电极234和第二电极236的材质都使用诸如钼金Pt或铱Ir等同种单一材料，则有λ = λ 2，由图6可知Tl >Τ2，所以能够满足Gl <G2的关系。因此，首先对第一电极234和第二电极236各自使用同一材料形成的情况进行考察。为了对齐热电体232的结晶方向，需要使电容器230中热电体232与形成有热电体232 的下层第一电极234之间的界面的晶格层级(level)对准(align，整合)。即，第一电极234 具有作为结晶种子层的功能，由于钼金Pt的自取向性较高，因此优选用作第一电极234。铱 Ir作为种子层的材料也是优选的。此外，对于第二电极(上部电极)236，优选不破坏热电体232的结晶性地从第一电极234、热电体232到第二电极236使结晶取向连续相接。因此，第二电极236优选与第一电极234使用同一材料形成。这样，如果第二电极236与第一电极234使用同一材料例如Pt或Ir等金属形成， 可以将第二电极236的顶面作为反射面。在此情况下，如图6所示，可以将红外线吸收体 270的顶面到第二电极236的顶面的距离L设为λ/4(λ是红外线的检测波长)。这样，检测波长为λ的红外线在红外线吸收体270的顶面与第二电极236的顶面之间被多重反射， 因此红外线吸收体270能够有效地吸收检测波长为λ的红外线。4. 2电极多层结构下面对图6所示的本实施方式中的电容器230的结构进行说明。图6所示的电容器230中，热电体232、第一电极234及第二电极236的结晶取向的优先取向方位例如以 (111)晶面方位对齐。通过在(111)晶面方位优先取向，相对于其他晶面方位，(111)取向的取向率可以控制在例如90%以上。为了增大热电系数，相比于(111)取向更优选(100) 取向等，但是为了便于相对外加电场方向来控制极化，采用(111)取向。但优先取向方位不限于此。
第一电极234从支撑部件210开始可以依次包括对第一电极234进行取向控制以将其优先取向于(111)晶面的取向控制层(例如Ir)234A、第一还原气体阻隔层(例如 IrOx) 234B及优先取向的种子层(例如Pt)234C。 第二电极236从热电体232侧开始可以依次包括结晶取向与热电体232对准的取向对准层(例如Pt) 236A、第二还原气体阻隔层(例如IrOx) 236B、以及将第二电极236与连接于第二电极236的第二插塞228的接合面低电阻化的低电阻化层(例如Ir)236C。在本实施方式中，将电容器230的第一电极234和第二电极236形成多层结构是为了形成热容量小的红外线检测元件220同时以不降低其能力且低损害的方式进行加工使界面上的晶格层级对准，并且在制造或使用时即使电容器230的周围为还原气氛也能将热电体(酸化物)232与还原气体隔离。热电体232例如将PZT (Pb (Zr，Ti) O3的总称锆钛酸铅)或PZTN(在PZT中添加 Nb所得物质的总称)等在例如(111)方位优先取向并进行结晶成长。如果使用pztnjph 为薄膜也不易被还原从而能够抑制氧化缺损，因而优选。为了使热电体232取向结晶化，从热电体232下层的第一电极234的形成阶段开始进行取向结晶化。为此，通过溅射法在下部电极234中形成用作取向控制层的Ir层234A。此外，如图6所示，可以在取向控制层234A的下方形成作为密合层234D的例如氮化铝钛(TiAlN) 层或氮化钛(TiN)层。这是因为根据支撑部件210的材质有时难以确保密合性。此外，使用SiO2形成位于密合层234D下层的支撑部件210的第一层部件212时，第一层部件212优选使用颗粒比多晶硅更小的材料或者非晶材料形成。这是因为这样支撑部件210能够确保安装电容器230的表面的平坦性。如果取向控制层234A的形成面为粗糙面，在结晶成長中粗糙面的凹凸会反映出来，因而不优选。为了将热电体232与电容器230下方的还原性阻碍因素隔离，第一电极234中用作还原气体阻隔层的IrOx层234B可以与具有还原气体阻隔性的支撑部件210的第二层部件(例如Si3N4)以及支撑部件210的蚀刻停止膜(例如Al2O3) 140同时使用。例如在热电体(陶瓷)232的烧成时或其他退火工序中从基部100脱离的气体以及牺牲层150的各向同性蚀刻工序中使用的还原气体成为还原性阻碍因素。此外，虽然在热电体232的烧成工序中等高温处理时电容器230内部可能会产生蒸发气体，但该蒸发气体的逸散通道可以由支撑部件210的第一层部件212确保。即，为了放掉电容器230内部产生的蒸发气体，优选使第一层部件212不具备气体阻隔性，使第二层部件214具备气体阻隔性。此外，IrOx层234B虽然其自身的结晶性较低，但由于其与Ir层234A为金属与金属氧化物的关系，兼容性较好，因此能够具有与Ir层234A相同的优先取向方位。在第一电极234中用作种子层的Pt层234C成为热电体232的优先取向种子层，具有(111)取向。在本实施方式中，Pt层234C具有两层结构。以第一层的Pt层作为(111) 取向的基础，在第二层的Pt层表面形成微粗糙度，从而Pt层234C用作热电体232的优先取向种子层。热电体232可以依照种子层234C进行(111)取向。在第二电极236中，由于通过溅射法成膜会使界面存在物理上的粗糙，产生凹陷点(trap site)从而可能导致性能劣化，因此进行晶格级别对准的重建，以使第一电极 234、热电体232及第二电极236的结晶取向连续相接。
第二电极236中的Pt层236A通过溅射法形成，但刚刚溅射后界面的结晶方向将变得不连续。因此，其后进行退火处理使Pt层236A再结晶。S卩，Pt层236A用作结晶取向与热电体232对准的取向对准层(orientation alignment layer)。第二电极236中的IrOx层236B用作电容器230上方的还原性劣化因素的阻隔层。 此外，由于IrOx层236B的电阻值较大，因此第二电极236中的Ir层236C用于降低第二电极236与第二插塞228之间的电阻值。Ir层236C与IrOx层236B是金属氧化物与金属的关系所以兼容性很好，能够具有与IrOx层236B相同的优先取向方位。这样，在本实施方式中，第一电极234和第二电极236从热电体232侧开始依次按照Pt、IrOx, Ir多层配置，其形成材料以热电体232为中心对称配置。但是，形成第一电极234和第二电极236的多层结构的各层的厚度并不以热电体 232为中心对称。首先，第一电极234的总厚度Tl与第二电极236的总厚度T2如上所述满足Tl > T2的关系。在此，第一电极234的Ir层 234A、Ir0x层234B、Pt层234C各自的热导率以λ 、λ 2、人3表示，各自的厚度以111、112、113表示。第二电极的Ir层236C、 IrOx层236B、Pt层236Α各自的热导率与第一电极232同样以λ 1、λ 2、λ 3表示，其各自的厚度以Τ21、Τ22、Τ23表示。此外，第一电极234的Ir层234Α、IrOx层234Β、Pt层234C各自的热导以G11、 G12、G13 表示，则 Gll = λ 1/T11,G12 = λ 2/T12,G13 = λ 3/C13。第二电极 236 的 Ir 层 236C、Ir0x 层 236B.Pt 层 236A 各自的热导以 G21、G22、G23 表示，贝丨J G21 = λ 1/T21,G22 = λ2/Τ22, G13 = λ3/Τ23。由于第一电极234的总热导Gl由1/G1 = (1/G11) + (1/G12) + (1/G13)表示，因此Gl = (G11+G12+G13)/(G11XG12+G12XG13+G11XG13) · · · (1)同样，第二电极236的总热导G2由1/G2 = (1/G21) + (1/G22) + (1/G23)表示，因此G2 = (G21+G22+G23)/(G21XG22+G22XG23+G21XG23) ...⑵。其次，形成第一电极234和第二电极236的多层结构的各层的厚度在满足 T11+T12+T13 = Tl > T2 = T21+T22+T23的条件下大致具有下面的关系。Ir 层 234A、236C Tll T21 = 1 0. 7IrOx 层 234B、236B T12 T22 = 0. 3 1Pt 层 234C、236A T13 T23 = 3 1膜厚具有上述关系的原因如下。首先，就Ir层234A、236C而言，由于第一电极234 中的Ir层234A用作取向控制层，因此对于具有取向性，需要规定的膜厚，而第二电极236C 的Ir层的目的在于低电阻化，越薄越能实现低电阻化。其次，就IrOx层234B、236B而言，对电容器230下方及上方的还原性阻碍因素的阻隔性与其他的阻隔膜(第二层部件214、还原性气体阻隔层240、蚀刻停止膜兼还原性气体阻隔层140、280)并用，并且第一电极234的IrOx层234B较薄，第二电极236的IrOx层 236B较厚以防第二插塞228的阻隔性低。最后，就Pt层234C、236A而言，第一电极234中的Pt层234C由于用作确定热电体232的优先取向的种子层，因此需要规定的膜厚，而由于第二电极236的Pt层236A的目的是用作取向与热电体232的取向对准的取向对准层，因此可以比第一电极234中的Pt层 234C更薄地形成。
此外，第一电极234的Ir层234A、IrOx层234B、Pt层234C的厚度比例如为 Tll T12 T13 = 10 3 15，第二电极 236 的 Ir 层 236C、Ir0x 层 236B、Pt 层 236A 的厚度比例如为 T21 T22 T23 = 7 10 5。在此，Pt的热导率 A3 = 71.6(ff/m. K), Ir 的热导率 λ 1 = 147 (W/m. K)，约为 Pt 的热导率λ 3的两倍。IrOx的热导率λ 2随着热度或氧元素与金属之比(0/Μ)而发生变化，但是不会超过Ir的热导率λ 1。将上述膜厚关系以及热导率的关系代入式(1)、(2)中， 求出G1、G2的大小关系，可知Gl < G2成立。这样，即使如本实施方式所述将第一电极234 和第二电极236形成多层结构，也可以由热导率和膜厚的关系满足Gl < G2。此外，如上所述，在第一电极234与支撑部件210的接合面上具有密合层234D的情况下，由于第一电极234的热导Gl变得更小，因而更容易满足Gl < G2的关系。此外，由于电容器230的蚀刻掩模随着蚀刻的进行而劣化，因此越是多层结构，电容器230的侧壁越会变成如图6所示的上窄下宽的锥形。但是，由于相对于水平面的锥角为80度左右，因此考虑到电容器230的总高度 为纳米级，第一电极234相对第二电极236的面积扩大较小。因此，从第一电极234与第二电极236的热导关系可以使第一电极234的热传递量比第二电极236的热传递量小。4. 3电容器结构的变形例如上所述，分别对电容器230的第一电极234和第二电极236的单层结构及多层结构进行了说明，但是在维持电容器230的功能的同时，可以考虑使热导的关系满足Gl < G2的其他各种组合。首先，可以去掉第二电极236的Ir层236C。这是因为这种情况下只要第二插塞 228的材料使用例如Ir，同样可以达到低电阻化的目的。这样，由于第二电极236的热导G2 比图6中的情况更大，因此更容易满足Gl < G2的关系。此外，在这种情况下，图6所示限定为L = λ /4的反射面由第二电极236的Pt层236Α代替，同样能够确保多重反射面。其次，图6的第二电极236中的IrOx层236Β的厚度可以在第一电极234中的IrOx 层234Β的厚度以下。如上所述，由于对电容器230下方及上方的还原性阻碍因素的阻隔性并用其他的阻隔膜(第二层部件214、还原性气体阻隔层240、蚀刻停止膜兼还原性气体阻隔层140、280)，因此只要如图5所示提高第二插塞228的还原气体阻隔性，第二电极236中的IrOx层236Β的厚度就无需比第一电极234中的IrOx层234Β厚。这样，第二电极236 的热导G2变得更大，更容易满足Gl <G2的关系。其次，可以去除图6中的第一电极234中的IrOx层234B。即使去除IrOx层234B， 也不会妨碍Ir层234A与Pt层234C的结晶连续性，因此在结晶取向方面不会有任何问题。 通过去除IrOx层234B，电容器230将不具有对其下方的还原性阻碍因素的阻隔膜。但是， 只要支撑电容器230的支撑部件210中存在第二层部件214，支撑部件210的底面上存在蚀刻停止膜140，并且第二层部件214及蚀刻停止膜140由具有还原气体阻隔性的膜形成，电容器230就能够确保对其下方的还原性阻碍因素的阻隔性。在此，如果去除第一电极234中的IrOx层234B，第一电极234的热导Gl将变大。 因此，为了使Gl < G2的关系成立，第二电极236的热导G2可能也需要变大。这种情况下， 可以考虑例如去除第二电极236中的IrOx层236B。如果能够去除IrOx层236B，则Ir层 236C也不需要。这是因为Pt层236A代替Ir层236C作为低电阻层起作用。对电容器230上方的还原性阻碍因子的阻隔性由上述还原性气体阻隔膜240、图4所示的阻隔金属228A 或图5中的还原性气体阻隔层290确保。图6中的第二电极236如上所述仅由Pt层236A形成时，第一电极234可以是Pt 层234C的单层、Ir层234A及Pt层234C的两层、或者图6所示的Ir层234A、Ir0x层234B 及Pt层234C的三层结构。无论以上哪种情况，只要例如使第一电极234的Pt层234A的厚度Tll比第二电极236的Pt层236A的厚度T21更厚(Til > T21)，就可以容易地使Gl < G2的关系成立。5.电子设备 图7显示了包括本实施方式的热式光检测器或热式光检测装置的电子设备的结构例。该电子设备包括光学系统400、传感器装置(热式光检测装置)410、图像处理部420、 处理部430、存储部440、操作部450以及显示部460。此外，本实施方式的电子设备不限于图7中的结构，可以省略其中一部分结构要素(例如光学系统、操作部、显示部等)或增加其他结构要素等进行各种变形。光学系统400例如包括一个或多个透镜以及驱动这些透镜的驱动部等。光学系统 400进行将物体图像成像在传感器装置410上等的处理。而且如有必要还可以进行焦距调整等。传感器装置410由上述本实施方式的热式光检测器200 二维排列构成，设置有多条行线(字线、扫描线)和多条列线(数据线)。除了二维排列的光检测器，传感器装置410 还可以包括行选择电路(行驱动器)、通过列线从光检测器中读取数据的读取电路以及A/ D转换部等。通过从二维排列的各光检测器中依次读出数据，能够对物体图像进行摄像处理。图像处理部420基于来自传感器装置410的数字图像数据(像素数据)进行图像校正处理等各种图像处理。处理部430对电子设备整体进行控制，或控制电子设备内的各个模块。该处理部 430例如通过CPU等实现。存储部440用于存储各种信息，例如用作处理部430或者图像处理部420的工作区。操作部450为用于使用户操作电子设备的接口，例如通过各种按钮或 ⑶I (Graphical User Interface,图形用户界面)画面等实现。显示部460用于显示例如传感器装置410获取的图像或GUI界面等，可以通过液晶显示器或有机EL显示器等各种显示器实现。这样，除了将1单元(cell)热式光检测器用作红外线传感器等传感器，还可以通过将1单元热式光检测器沿正交的两轴方向进行二维配置来构成传感器装置410，这样能够提供热(光)分布图像。使用该传感器装置410可以构成热成像装置、车载夜视仪或监控摄像机等电子设备。当然，通过使用一单元或多单元的热式光检测器作为传感器，还可以构成对物体的物理信息进行分析(测量)的分析设备(测量设备)、检测火或发热的安全设备以及设置在工厂等地的FA(Factory Automation，工厂自动化)设备等各种电子设备。图8(A)显示了图7中的传感器装置410的结构例。该传感器装置包括传感器阵列500、行选择电路(行驱动器)510以及读取电路520。还可以包括A/D转换部530和控制电路550。通过使用该传感器装置，能够实现例如夜视设备等中使用的红外摄像机等。
在传感器阵列500中，例如图2所示在两轴方向上排列(配置)了多个传感器单元。还设置有多条行线(字线、扫描线)和多条列线(数据线)。此外，行线及列线中一者的条数可以为一条。例如在行线为一条的情况下，在图8(A)中在沿着行线的方向(横向) 上排列多个传感器单元。而在列线为一条的情况下，在沿着列线的方向(纵向)上排列多个传感器单元。如图8(B)所示，传感器阵列500中的各传感器单元配置(形成)在各行线与各列线的交叉位置所对应的地方。例如图8(B)中的传感器单元配置在行线WLl与列线DLl的交叉位置所对应的地方。其他的传感器单元也同样如此。行选择电路510与一条或多条行线连接。并进行对各行线的选择操作。例如以图8(B)中的QVGA(320X240像素)的传感器阵列500(焦平面阵列)为例，进行依次选择(扫描)行线WL0、WL1、WL2……WL239的操作。也就是说，将选择这些行线的信号(字选择信号)输出至传感器阵列500。 读取电路520与一条或多条列线相连接。并进行对各列线的读取操作。以QVGA 的传感器阵列500为例，进行从列线DLO、DLU DL2….DL319中读取检测信号(检测电流、 检测电荷)的操作。A/D转换部530进行将读取电路520获取的检测电压(测定电压、达到的电压)A/ D转换成数字数据的处理。然后输出A/D转换后的数字数据D0UT。具体来说，A/D转换部 530中对应多条列线中的各条列线设置了 A/D转换器。并且，各A/D转换器对读取电路520 在相应列线中获取的检测电压进行A/D转换处理。此外，也可以对应多条列线设置一个A/ D转换器，使用该A/D转换器对多条列线的检测电压进行时分A/D转换。控制电路550 (定时生成电路)生成各种控制信号，并将该控制信号输出至行选择电路510、读取电路520和A/D转换部530。例如生成并输出充电或放电(复位)的控制信号。或者，生成并输出控制各个电路的定时的信号。以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但本领域技术人员应能容易理解在实质不脱离本发明的新内容及效果的范围内可以进行多种变形。因此，这样的变形例均包含在本发明的范围之内。例如，在说明书或附图中至少一次与更广义或同义的不同术语同时记载的术语在说明书或附图中的任何位置都可以被替换为该不同术语。根据本发明的至少一个实施方式，例如能够减少支撑热式光检测元件的支撑部件的弯曲。由于能够发挥这个效果，本发明能够广泛适用于各种热式光检测器(例如热电偶元件(热电堆)、热电元件、测辐射热计等)。所检测的光的波长不限。符号说明100基部(固定部)；102空腔部130、140还原气体阻隔层(蚀刻停止膜)；200热式光检测器210支撑部件；220红外线检测元件222、224第一、第二电极布线层；226、228第一、第二插塞；228A 阻隔金属；230电容器232热电体；234第一电极；234A取向控制层234B第一还原气体阻隔层；234C种子层；234D密合层236第二电极；236A取向匹配层；236B第二还原气体阻隔层236C低电阻化层；240还原气体阻隔层；250层间绝缘膜
260钝化膜；270光吸收部件(红外线吸收体)
280还原气体阻隔层(蚀刻停止膜)；290还原气体阻隔层。
权利要求
1.一种热式光检测器，其特征在于，具有 热式检测元件；支撑部件，包括第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第一面面向空腔部，所述热式检测元件安装并支撑在所述第二面上；以及固定部，支撑所述支撑部件， 其中，所述支撑部件具有第一层部件，配置在所述第二面侧，并具有朝向第一方向的残留应力；以及第二层部件，在所述第一面侧层叠到所述第一层部件上，并具有朝向与所述第一方向相反的第二方向的残留应力，所述第一层部件的热导小于所述第二层部件的热导。
2.根据权利要求1所述的热式光检测器，其特征在于，所述支撑部件还具有第三层部件，所述第三层部件在与所述第二层部件层叠到所述第一层部件的面相反的面处层叠在所述第二层部件上，所述第三层部件具有朝向所述第一方向的残留应力。
3.根据权利要求1或2所述的热式光检测器，其特征在于，所述第一层部件和所述第二层部件中的一个由氧化膜形成，另一个由氮化膜形成。
4.根据权利要求3所述的热式光检测器，其特征在于， 所述第一层部件和所述第三层部件由相同材料构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热式光检测器，其特征在于，所述热式检测元件包括电容器，所述电容器在第一电极和第二电极之间含有热电体， 并且所述电容器的极化量随温度而变化。
6.根据权利要求5所述的热式光检测器，其特征在于，所述第一层部件和所述第二层部件中的一个具有还原气体阻隔性。
7.根据权利要求5所述的热式光检测器，其特征在于，所述热式光检测器还具有至少覆盖所述电容器的侧面的还原气体阻隔层， 所述第二层部件具有还原气体阻隔性。
8.根据权利要求6所述的热式光检测器，其特征在于， 所述第一电极包括控制所述热电体的取向性的取向控制层；以及比所述取向控制层更靠近所述支撑部件一侧、用于提高与所述支撑部件的所述第一层部件之间的密合性的密合层。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热式光检测器，其特征在于，所述支撑部件形成在蚀刻停止膜上，所述蚀刻停止膜形成在配置在所述空腔部中的牺牲层上，通过去除所述牺牲层，所述支撑部件在所述第二面侧的最外层具有所述蚀刻停止膜。
10.根据权利要求9所述的热式光检测器，其特征在于， 所述蚀刻停止膜具有还原气体阻隔性。
11.一种热式光检测装置，其特征在于，沿正交的两轴方向二维配置权利要求1至10中任一项所述的热式光检测器。
12.一种电子设备，其特征在于，具有权利要求1至10中任一项所述的热式光检测器。
13.一种电子设备，其特征在于，具有权利要求11所述的热式光检测装置。
全文摘要
本发明提供了一种热式光检测器、热式光检测装置及电子设备。热式光检测器具有热式检测元件；支撑部件，热式检测元件安装并支撑在支撑部件的与面向空腔部的第一面相对的第二面上；以及固定部，支撑该支撑部件。支撑部件具有第一层部件，配置在第二面侧，并具有朝向第一方向的残留应力；以及第二层部件，在第一面侧层叠到第一层部件上，并具有朝向与第一方向相反的第二方向的残留应力。第一层部件的热导小于第二层部件的热导。
文档编号G01J5/10GK102221411SQ201110074618
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月25日 优先权日2010年3月26日
发明者泷泽顺, 野田贵史 申请人:精工爱普生株式会社