热电体、热电元件、热电转换元件及其制造方法_3

文档序号:9827307阅读:来源:国知局
过检测该电极化强度变 化时所伴随的电流,能够检测所入射的光的强度。
[0156] 由于本发明的热电体在较大的温度范围内具有稳定的高热电系数(灵敏度),因 此热检测元件40、热式光检测器1的可靠性高。
[0157] 在本实施方式的热检测元件(热电元件)40中,根据厚度和形成材料不同,与支承 构件30接触的第一电极42的热阻大于第二电极43的热阻。根据该构成,热容易通过第二 电极43传递至热电体44,并且,热电体44的热难以通过第一电极42散至支承构件30,热 检测元件40的灵敏度提高。
[0158] 热检测元件40被保护膜45a覆盖。另外,在热检测元件40中,保护膜45a的外侧 被绝缘层46覆盖。一般而言,绝缘层46的原料气体(TEOS)进行化学反应时会产生氢气、 水蒸气等还原性气体。保护膜45a保护热检测元件40免受该绝缘层46形成过程中所产生 的还原性气体的影响。该保护膜45a例如由Al 2O3等形成。此外,支承构件30的一部分、配 线层41和光吸收层50也被与保护膜45a具有相同构成的保护膜45b覆盖。
[0159] 配线层41 (41a、41b)配置在绝缘层46上。接触孔47 (47a、47b)形成在绝缘层46 上。如图2所示,接触孔47也同样贯通形成在保护膜45a上。配线层41a通过接触孔47a 与第一电极42导通。另外,配线层41b通过接触孔47b与第二电极43导通。
[0160] 光吸收层50形成在被绝缘层46覆盖的热检测元件40上。光吸收层50通过吸收 所入射的光而发热,例如由SiO 2等形成。如果使用Pt等金属来形成第二电极43,则可将第 二电极43的上表面作为反射面。在这种情况下,通过将从光吸收层50的上表面到第二电 极43的上表面的距离L设为λ/4 (λ是入射光的波长),则能够构成多重反射波长为λ的 光的光谐振器(λ/4光谐振器)。由此,光吸收层50能够高效吸收波长为λ的光。
[0161] 在上述构成的热式光检测器1中,热检测元件(热电元件)40在第一电极42和第 二电极43之间具有热电体44,并以与基座构件10之间存在空洞部60的方式支承在支承构 件30上。于是,当光入射到光吸收层50上后,通过光谐振等使光吸收层50发热,热传递至 热电体44。在热电体44中,通过热电效应(pyroelectric effect)电极化强度发生变化, 该电极化强度变化时所伴随的电流经由配线层41 (41a、41b)流入基板11的电路,通过检测 该电流,能够检测所入射的光的强度。
[0162] 于是,由热检测元件(热电元件)40、绝缘层46、以及光吸收层50构成热电转换元 件。
[0163] 如上所述,在热式光检测器1中,支承构件30具有残余应力。如图1所示,当主体 部31通过该残余应力产生翘曲时,卷取并拉伸臂部33的平面方向上的旋转应力发生作用。 由于臂部33在性质上形成为细长状,因此,根据该旋转应力S的大小,存在臂部33产生裂 缝或者热检测元件40的配线层41断线的情况。
[0164] 因而,如图1所示,热式光检测器1具有部分宽幅状形成支承构件30的臂部33的 第一宽幅部70和第二宽幅部80。
[0165] 第一宽幅部(宽幅部)70在臂部33连结于主体部31的第一连结部(连结部)33A 中,部分宽幅状形成臂部33。第一宽幅部70具有部分扩张臂部33的扩张部71a、71b。扩 张部71a、71b跨主体部31和臂部33之间而一体形成,由与支承构件30相同的材料形成, 并形成为与支承构件30相同的厚度。本实施方式的扩张部71a、71b在俯视下形成为矩形 形状。通过该扩张部71a、71b,第一连结部33A的宽度大于臂部33的中间部分的宽度。
[0166] 臂部33具有沿主体部31弯曲的弯曲部33C。即,臂部33从在俯视下形成为矩形 形状的主体部31沿与其任意一边平行的方向延伸后,弯曲成直角,然后沿与主体部31的该 一边邻接的另一边平行的方向延伸而连接至连接部32。这样,在俯视下形成为L字形的臂 部33a、33b相对于主体部31的中心以点对称形成。
[0167] 第一宽幅部70的扩张部71a在第一连结部33A中,部分宽幅状形成与弯曲部33C 的外侧33C1对应的臂部33在宽度方向上的其中一侧。另外,第一宽幅部70的扩张部71b 在第一连结部33A中,部分宽幅状形成与弯曲部33C的内侧33C2对应的臂部33在宽度方向 上的另一侧。这样,在本实施方式中,第一宽幅部70形成以下构成:在第一连结部33A中, 部分宽幅状形成与弯曲部33C的内侧33C2和外侧33C1对应的臂部33在宽度方向上的两 侧。
[0168] 第二宽幅部80在臂部33连结于连接部32的第二连结部33B中,部分宽幅状形成 臂部33。第二宽幅部80具有部分扩张臂部33的扩张部81a、81b。扩张部81a、81b跨连接 部32和臂部33之间而一体形成,由与支承构件30相同的材料形成,并形成为与支承构件 30相同的厚度。本实施方式的扩张部81a、81b在俯视下形成为矩形形状。通过该扩张部 81a、81b,第二连结部33B的宽度大于臂部33的中间部分的宽度。
[0169] 第二宽幅部80的扩张部81a在第二连结部33B中,部分宽幅状形成与弯曲部33C 的外侧33C1对应的臂部33在宽度方向上的其中一侧。另外,第二宽幅部80的扩张部81b 在第二连结部33B中,部分宽幅状形成与弯曲部33C的内侧33C2对应的臂部33在宽度方向 上的另一侧。这样,在本实施方式中,第二宽幅部80形成以下构成:在第二连结部33B中, 部分宽幅状形成与弯曲部33C的内侧33C2和外侧33C1对应的臂部33在宽度方向上的两 侧。
[0170] 接着,参照图3~6说明具有上述构成的热式光检测器1的制造方法。
[0171] 图3~6是随时间变化示出本发明的第一实施方式中的热式光检测器的制造方法 的主要工序的图。
[0172] 首先,如图3的(a)所示,在基板11上形成衬垫层12。然后,在衬垫层12上形 成蚀刻终止膜(第一蚀刻终止膜)13a,接着,形成牺牲层14、蚀刻终止膜(第二蚀刻终止 膜)13b (基座构件形成工序)。作为蚀刻终止膜13a、13b的形成方法,例如可使用原子层化 学气相沉积(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition,ALCVD)法,能将膜厚调整为原子 大小程度。
[0173] 接着,如图3的(b)所示,在蚀刻终止膜13b上形成作为支承构件30的三层层叠 膜(膜片形成工序)。
[0174] 接着,如图4的(a)所示,在支承构件30上层叠形成第一电极42、热电体44、第二 电极43,从而形成热检测元件(热电元件)40,同时形成保护膜(第一保护膜)45a和绝缘 层46 (热电元件形成工序)。作为保护膜45a的形成方法,例如可使用原子层化学气相沉 积(ALCVD)法。另外,作为绝缘层46的形成方法,例如可使用通常的CVD(化学气相沉积: Chemical Vapor Deposition)法。
[0175] 接着,在热检测元件40的第一电极42和第二电极43上分别形成接触孔47 (47a、 47b),并形成配线层41 (41a、41b)(配线层形成工序)。当在绝缘层46上形成接触孔47时, 保护膜45a防止还原性气体渗入热检测元件40。
[0176] 接着,如图5的(a)所示,形成光吸收层50,并进行图案化(光吸收层形成工序)。 作为光吸收层50的形成方法,例如可使用通常的CVD法。另外,例如也可通过CMP (Chemical Mechanical Polishing:化学机械抛光)来平整光吸收层50的表面。
[0177] 接着,将支承构件30图案化,形成主体部31、连接部32、臂部33 (膜片加工工序)。 在该工序中,还通过图案化来同时形成第一宽幅部70的扩张部71a、71b和第二宽幅部80 的扩张部81a、8lb。
[0178] 接着,如图6的(a)所示,形成蚀刻牺牲层14时的保护膜(第二保护膜)45b,对牺 牲层14进行湿法蚀刻(牺牲层蚀刻工序)。对牺牲层14进行湿法蚀刻时,蚀刻终止膜13a 保护衬垫层12,蚀刻终止膜13b保护支承构件30。
[0179] 最后,如图6的(b)所示,通过湿法蚀刻除去牺牲层14,从而形成空洞部60(空洞 加工工序)。另外,还通过选择性除去牺牲层14,来与空洞部60同时形成支柱20。通过空 洞部60,支承构件30与基座构件10分离,抑制经由支承构件30的散热。由此,制造热式光 检测器1。
[0180] 由于上述那样的热式光检测器1、热电元件40在较大的温度范围内具有稳定的高 热电系数(灵敏度),因此可靠性高。
[0181] 尤其是,具有如图1所示的构成的热式光检测器1具有第一宽幅部70,用于在臂部 33连结于主体部31的第一连结部33A中,部分宽幅状形成臂部33。根据该构成,由于连结 于主体部31的臂部33的第一连结部33A部分宽幅状形成在支承构件30中,因此能够提高 臂部33在第一连结部33A中的刚性,并能够抑制支承构件30在上述制造工序中所产生的 残余应力带来的破坏。另外,宽幅状形成臂部33时,虽然热阻变大,但由于热阻是由臂部33 的最小宽度决定的,因此,通过部分形成臂部33的宽幅部分,能够抑制热通过臂部33传递 至基座构件10,并能够防止热检测元件40的检测特性降低。
[0182] 另外,第一宽幅部70形成以下构成:在第一连结部33A中,部分宽幅状形成与弯 曲部33C的内侧33C2和外侧33C1对应的臂部33在宽度方向上的两侧。像本实施方式这 样,在臂部33具有沿主体部31弯曲的弯曲部33C的情况下,当主体部31卷取并拉伸臂部 33的平面方向上的旋转应力S发生作用时,拉应力作用于弯曲部33C的外侧33C1,并且压 应力作用于弯曲部33C的内侧33C2。因而,在第一连结部33A中,通过宽幅状形成与弯曲 部33C的内侧33C2和外侧33C1对应的臂部33的两侧,能够更加提高臂部33在第一连结 部33A中的刚性。
[0183] 进而,热式光检测器1具有第二宽幅部80,用于在臂部33连结于连接部32的第二 连结部33B中,部分宽幅状形成臂部33。根据该构成,与上述第一连结部33A相同,能够提 高臂部33在第二连结部33B中的刚性,并能够抑制残余应力带来的破坏。
[0184] 另外,第二宽幅部80形成以下构成:在第二连结部33B中,部分宽幅状形成与弯曲 部33C的内侧33C2和外侧33C1对应的臂部33在宽度方向上的两侧,从而能够应对由于存 在弯曲部33C而导致的拉应力和压应力,并能够更加提高臂部33在第二连结部33B中的刚 性。
[0185] 因此,根据上述本实施方式,能够得到一种热式光检测器1,具有:基座构件10 ;支 柱20,竖立设置在基座构件10上;支承构件30,支承于支柱20 ;热检测元件40,以与基座构 件10之间存在空洞部60的方式支承在支承构件30上;以及光吸收层50,形成在热检测元 件40上,其中,支承构件30具有:主体部31,支承热检测元件40和光吸收层50 ;连接部32, 连接于支柱20 ;以及臂部33,连结主体部31和连接部32之间,并且热式光检测器1通过采 用以下构成:具有第一宽幅部70,用于在臂部33连结于主体部31的第一连结部33A中,部 分宽幅状形成臂部33,从而能够有
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