CN102607716A - 热式光检测器及其制造方法、热式光检测装置、电子仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热式光检测器及其制造方法、热式光检测装置、电子仪器。该热式光检测器包括:基板;支撑部件,以在所述支撑部件与基板之间形成有空腔部的方式被支撑;热检测元件,被支撑部件支撑;热传递部件,设置在热检测元件上并具备集热部和连接部,集热部由对入射的光具有光反射特性的材料构成且俯视时具有能够使向支撑部件的区域入射的光的一部分进入支撑部件侧的图案,连接部连接集热部和热检测元件;第一光吸收层,在热传递部件与热传递部件接触地形成和支撑部件之间;以及第二光吸收层,在热传递部件上与热传递部件接触地形成。
Description
技术领域
本发明涉及热式光检测器、热式光检测装置、电子仪器以及热式光检测器的制造方法等。
背景技术
作为光传感器,众所周知有热式光检测器。热式光检测器通过光吸收层吸收从物体放射的光,将光转换成热,用热检测元件测量温度的变化。热式光检测器包括直接检测随着光吸收而温度上升的热电堆、检测电极化(electrical polarity)变化的热电元件以及以电阻变化检测温度上升的辐射热测量器。热式光检测器的特征是可以检测的波段宽。近年来,利用半导体制造技术(MEMS技术等)尝试制造更小型的热式光检测器。
为了提高热式光检测器的检测灵敏度以及改善反应性,将光吸收层产生的热高效率地传递至热检测元件是非常重要的。
用于进行高效率导热的热检测元件的结构例如专利文献1所述。专利文献1记载的红外线检测元件(这里是热电堆红外线检测元件)具有设置于红外线感应部和红外线吸收层之间的高导热层。具体是在空腔部上形成薄膜,薄膜通过设置在四个角的突出的梁被支撑在周围的基板上。在薄膜的中间部分上设置红外线吸收层和高导热层,另外,在梁的部分上设置热电堆元件。另外,高导热层由铝、金等红外线反射性好的材料构成。
专利文献1:特许3339276号公报
专利文献2:再表99/31471号公报
在专利文献1记载的红外线检测元件中,由于红外线吸收层位于远离红外线感应部的位置,因此不能直接向红外线感应部供给红外线吸收层产生的热。
专利文献2所述的红外线固态成像元件由于构成红外线吸收部的绝缘层在远离温度检测器的位置,因此不能直接向温度检测器供给在红外线吸收部的绝缘层产生的热。
根据本发明的至少一个方式,例如可以提高热式光检测器的检测灵敏度。
发明内容
(1)本发明的热式光检测器的一个方式包括:基板;支撑部件,以在上述支撑部件与上述基板之间形成有空腔部的方式被支撑;热检测元件,被上述支撑部件支撑;热传递部件,设置在上述热检测元件上并具备集热部和连接部,上述集热部由对入射的光具有光反射特性的材料构成且俯视时具有能够使向上述支撑部件的区域入射的光的一部分进入上述支撑部件侧的图案,上述连接部连接上述集热部和上述热检测元件;第一光吸收层,在上述热传递部件和上述支撑部件之间与上述热传递部件接触地形成;以及第二光吸收层,在上述热传递部件上与上述热传递部件接触地形成。
本方式的热式光检测器具有第一光吸收层、第二光吸收层、被支撑在支撑部件(薄膜)上的热检测元件以及设置在热检测元件上的热传递部件。热传递部件具有集热部和将集热部与热检测元件(具体例如是热检测元件的上部电极)连接的连接部。热传递部件对入射的光具有光反射特性且可以由导热性好的材料构成。例如可以使用Al等金属材料。导热性好且具有光反射特性的金属材料有很多种,可以考虑制造工艺等适当地选择特性好的材料。因此容易进行热传递部件的设计。
另外,热传递部件的集热部具有俯视时可使向支撑部件的区域入射的光的一部分进入支撑部件侧的图案。这里的“图案”的术语广义地解释为“具有面积的平面图形”。在以下的说明中这点也是一样的。
集热部的图案可以是俯视时例如具有许多从连接部向着支撑部件的外边缘的方向延伸的延伸部的十字状或放射状等的图案。另外,还可以是 例如俯视时具有环状形状(包括圆形或多角形)的环状部的结构。另外,还可以是俯视时由闭合形状的外周确定的区域内包至少一个切口部(洞部)的图案(形状)。另外,也可以形成例如具有多个独立图案的图案。但不限于这些图案。
如果采用这样的图案,即使在热检测元件的上方设置包括具有光反射特性的材料的集热部,俯视时也不能完全覆盖例如支撑部件的放置部(可放置热检测元件的区域)的整个区域,即,覆盖一部分,因此,入射光的一部分可以经由不存在集热部的区域进入支撑部件侧(热检测元件侧)。
另外,第一光吸收层在热传递部件与支撑部件之间与热传递部件接触地形成。另外,第二光吸收层在热传递部件上与热传递部件接触地形成。
已入射的光在具有上述动作的情况下,如下所述地进行第一光吸收层以及第二光吸收层的热的产生以及所产生的热向热检测元件的传递。即,入射到热式光检测器200的光的一部分首先被第二光吸收层吸收,在第二光吸收层产生热。另外,在热传递部件反射的光被第二光吸收层吸收,从而在第二光吸收层产生热。
另外,通过了不存在集热部的区域的光的一部分被第一光吸收层吸收产生热。另外,在支撑部件的表面(第一光吸收层与支撑部件的界面)反射的光也被第一光吸收层和第二光吸收层的至少一方吸收,从而在第一光吸收层或第二光吸收层产生热。
并且,在第二光吸收层产生的热经由热传递部件被高效率地传递至热检测元件,另外在第一光吸收层产生的热直接或经由热传递部件被高效率地传递至热检测元件。在以广泛覆盖热检测元件的方式形成热传递部件的集热部的情况下,在第一光吸收层和第二光吸收层产生的热无论在何处产生大多可以高效率地传递至热检测元件。因此,例如,即使是在远离热检测元件的部位产生的热,也可以经由导热率高的热传递部件高效率地传递至热检测元件。
另外,由于热传递部件的集热部与热检测元件是通过热传递部件的连接部连接,因此经由热传递部件的集热部传递的热可以通过连接部直接传 递至热检测元件。另外,由于热检测元件位于热传递部件之下(设置在俯视时重叠的位置),因此,可以最短地连接俯视图中的热传递部件的中间部和热检测元件。因此,可以降低热传递的损失,另外,可以抑制专有面积增大。
根据本方式的热式光检测器,可以将在两层(多层)的光吸收层的大范围产生的热高效率地传递至热检测元件,因此,可以大幅度地提高小型热式光检测器的光检测灵敏度。另外,可以缩短热传递所需时间,可以提高热式光检测器的响应速度。
在本方式中,由于通过两层光吸收膜产生热,因此吸收效率提高。另外,可以通过第一光吸收层直接将热传递至热检测元件。因此,与专利文献1记载的红外线检测元件以及专利文献2记载的红外线固态成像元件相比,可以进一步提高热式光检测器的检测灵敏度。另外,在本方式中,热检测元件与热传递部件连接。因此,响应速度与专利文献1记载的红外线检测元件一样高。另外,在本实施方式中,由于热传递部件直接与热检测元件连接,因此,与专利文献2记载的红外线固态成像元件相比,可以得到更高的响应速度。
(2)在本发明的热式光检测器的其他方式中,上述热传递部件的上述集热部的图案具有具备多个延伸部的形状,俯视时,上述多个延伸部在从上述连接部向上述支撑部件的外边缘的方向延伸。
根据本发明,容易使从上方(即第二光吸收层侧)入射的相当多的光通过支撑部件侧(因此,例如可以使靠近热检测元件的第一光吸收层产生很多热),另一方面,通过增加延伸部的长度,即使是在俯视时远离热检测元件的位置产生的热也可以通过延伸部高效率集中到热检测元件。
(3)在本发明的热式光检测器的其他方式中,上述多个延伸部具有相对于以上述连接部为起点的延伸方向弯曲并延伸的弯曲部或者从上述延伸部的线状部分岔的分支部。
在本方式中,在延伸部还设置弯曲部或分支部(分岔部)。弯曲部相对于以连接部为起点的延伸方向弯曲并延伸。另外,分支部设置为从延伸部的线状部分岔。
因此,即使在俯视时远离热检测元件的位置产生的热也可以通过弯曲部或分支部以及延伸部高效率地集中到热检测元件。另外,通过设置弯曲部或分支部,增加了整个集热部的面积。因此可以将在更大区域产生的热集中到热检测元件。
(4)在本发明的热式光检测器的其他方式中,具备上述多个延伸部的形状是俯视时以上述连接部为中心呈点对称的形状。
在本方式中,集热部具有俯视时以连接部为中心点对称的图案。在热检测元件具有俯视时大致正方形或圆形形状的情况下,热传递部件的连接部(将集热部与热检测元件连接的部分)可以设置在热检测元件的大致正方形或圆的中心附近。集热部的图案可以是相对该连接部旋转180度后与原来的图形重叠的图案。根据本发明,可以高效率且平衡地将在热检测元件(或连接部)的周围(四面八方)产生的热集中到热检测元件。
(5)在本发明的热式光检测器的其他方式中,上述热传递部件的上述集热部的图案具有俯视时以包围上述连接部的方式配设的环状部。
在本方式中,集热部的图案采用俯视时具有闭合形状的环状部的结构。环状部的形状例如可以是多角形(包括四角形等)或圆形。在本方式中,可以通过环状部高效率地对在俯视时在热检测元件的周围区域(尤其是在远离热检测元件的周围区域)产生的热进行集热。
(6)在本发明的热式光检测器的其他方式中,上述热传递部件的上述集热部的图案具有俯视时设置在上述环状部的内侧区域的连接上述环状部的一部分和另一部分的线状部。
通过将连接部与该线状部连接,可以将周边产生的热经由环状部、线状部和连接部传递至热检测元件。另外,在本方式中,环状部还发挥提高线状部的力学强度的加固部件的作用。因此,有效地防止例如线状部的弯 曲或变形。一旦线状部发生弯曲或变形,光在其表面进行反射时容易发生漫反射等。通过环状部来抑制线状部的弯曲或变形,从而不容易发生上述问题。
(7)在本发明的热式光检测器的其他方式中,上述热传递部件的上述集热部的图案具有俯视时从上述环状部的一部分向上述环状部的外侧延伸的环状部用的延伸部。
在本方式中还设置从环状部的一部分向环状部的外侧突出的环状部用的延伸部。因此,即使是在更远离热检测元件的位置产生的热也可以经由环状部用的延伸部以及环状部高效率地集中到热检测元件。另外,通过设置环状部用的延伸部,整个集热部的面积增加。因此,可以将在更大范围产生的热集中到热检测元件。
(8)在本发明的热式光检测器的其他方式中,上述热传递部件的上述集热部的图案俯视时呈由具有闭合形状的外周确定的区域内包至少一个切口部的形状。
在本方式中,热传递部件的集热部具有俯视时由具有闭合形状的外周确定的区域内部内包至少一个切口部的形状(图案)。在本方式中,通过调整集热部的反射光的区域(光反射面)的面积与切口部(孔部)的面积之比,可以确定反射光和透射光的比例。另外,通过调整切口部(孔部)的形状或位置,可以适当地确定在热检测元件上光能够进入支撑部件侧的区域。因此,对于可以将第一光吸收层或第二光吸收层产生的热高效率地传递到热检测元件的集热部的图案,既可以确保设计自由度,又可以比较容易地形成。
(9)在本发明的热式光检测器的其他方式中,上述热传递部件的上述集热部的图案俯视时具有多个独立图案和对各独立图案的每一个设置的上述连接部。
在本方式中,集热部具有俯视时包含多个独立图案的形状。对每个独立图案设置连接部,在各独立图案集中的热经由各连接部传递到热检测元 件。各独立图案可以是通用的图案,也可以是每个独立图案不同的图案。在本方式中,容易使热传递部件上的集热部的图案变化更丰富。另外,如果采用以连接部为中心将独立图案配置在其周围(例如四个角)的布局等,可以将在远离热检测元件的位置的周边区域产生的热平衡地且高效率地传递至热检测元件。
(10)在本发明的热式光检测器的其他方式中,上述第一光吸收层和上述第二光吸收层在上述支撑部件上并形成在上述热检测元件的周围。
在本方式中,第一光吸收层和第二光吸收层形成在热检测元件的周围。优选第二光吸收层能够形成在整个周围。因此,在第一光吸收层和第二光吸收层的大范围产生的热被直接或经由热传递部件间接地高效率地传递至热检测元件。因此,可以进一步提高热式光检测器的光检测灵敏度。另外,热式光检测器的响应速度也进一步提高。另外,第二光吸收层可以与热检测元件和支撑部件双方接触。
(11)在本发明的热式光检测器的其他方式中,其特征在于,在上述支撑部件的放置上述热检测元件的表面与上述第二光吸收层的上表面之间第一波长的光谐振,在上述第二光吸收层的下表面与上述第二光吸收层的上表面之间与上述第一波长不同的第二波长的光谐振。
在本方式中,调整各光吸收层的厚度,构成具有不同谐振波长的两个光谐振器。如上所述,针对第一波长的第一光谐振器形成在支撑部件的表面与第二光吸收层的上表面之间。如上上述,在支撑部件的表面(第一光吸收层与支撑部件的界面)反射的光被第一光吸收层和第二吸收层的至少一方吸收,此时,通过构成第一光谐振器,可以提高各光吸收层上的有效吸收率。
第一光谐振器例如可以形成所谓的λ/4光谐振器。即,在使第一波长为λ1时,可以调整第一吸收层和第二光吸收层的膜厚,以使支撑部件的放置热检测元件的表面与第二光吸收层的上面之间的距离(即第一光吸收层与第二光吸收层的总膜厚)满足n·(λ1/4)(n为1以上的整数)的关系。 因此,已入射的波长λ1的光和在支撑部件表面反射的波长λ1的光因相互干涉而抵消,第一光吸收层和第二光吸收层的有效吸收率提高。
如上上述,虽然在热传递部件反射的光被第二光吸收层吸收,但此时通过构成第二光谐振器,可以提高第二光吸收层上的有效吸收率。第二光谐振器例如可以是所谓的λ/4光谐振器。
即,在使第二波长为λ2时,通过将第一光吸收层的下表面与第二光吸收层的上表面之间的距离(即,第二光吸收层的膜厚)设定成n·(λ2/4),可以构成第二光谐振器。因此,已入射的波长λ2的光和在第二光吸收层的下表面(第一光吸收层与第二光吸收层的界面)反射的波长λ2的光因相互干涉而抵消,可以提高第二光吸收层的有效吸收率。
另外,根据本方式,由于在两个不同的波长上产生谐振峰,因此可以扩大热式光检测器可检测的光的波段(波长宽度)。
另外,在本方式中,优选与支撑部件平行地设置集热部。即,优选平行地配置集热部的主面(上表面或下表面)和支撑部件的主面(上表面或下表面)。
(12)本发明的热式光检测装置二维配置有多个上述任一项的热式光检测器。
因此,可以形成二维地配置多个热式光检测器(热式光检测元件)(例如分别沿着直交的两个轴配置成阵列形)的热式光检测装置(热式光学传感器阵列)。
(13)本发明的电子仪器具有上述任一项的热式光检测器和处理上述热式光检测器的输出的控制部。
上述任一项的热式光检测器的光的检测灵敏度都很高。因此,安装该热式光检测器的电子仪器的性能提高。电子仪器例如是红外线感应装置、温度记录器、车载夜间摄像机或监控摄像机等。
(14)本发明的电子仪器具有上述的热式光检测装置和处理上述热式光检测装置的输出的控制部。
上述热式光检测装置的光的检测灵敏度很高。因此,安装了该热式光检测装置的电子仪器的性能提高。电子仪器例如是红外线感应装置、温度记录器、车载夜间摄像机或监控摄像机等。
(15)本发明的热式光检测器的制造方法的一个方式包括以下步骤:在基板的主面上形成包含绝缘层的结构体,在包含上述绝缘层的结构体上形成牺牲层,并在上述牺牲层上形成支撑部件;在上述支撑部件上形成热检测元件;以覆盖上述热检测元件的方式形成第一光吸收层,并使上述第一光吸收层平坦化;在上述第一光吸收层的一部分形成接触孔后,形成具备集热部和连接部的热传递部件,上述集热部由对向上述支撑部件的区域入射的光具有光反射特性的材料构成且俯视时具有能够使向上述支撑部件的区域入射的光的一部分进入上述支撑部件侧的图案,上述连接部埋入上述连接孔而形成并连接上述集热部和上述热检测元件;在上述第一光吸收层上形成第二光吸收层;对上述第一光吸收层和上述第二光吸收层进行图案化;对上述支撑部件进行图案化;以及通过蚀刻除去上述牺牲层,在形成在上述基板的主面上的包含绝缘层的结构体与上述支撑部件之间形成空腔部。
在本方式中,在基板的主面层压形成包含层间绝缘层的多层结构、牺牲层、支撑部件,而且,在支撑部件上层压形成热检测元件、第一光吸收层、热传递部件和第二光吸收层。第一光吸收层的上表面通过平坦化处理成为平坦状态。另外,在第一光吸收层上设置连接孔,在该连接孔中埋入热传递部件的连接部。设置在第一光吸收层上的热传递部件的集热部通过连接部与热检测元件(例如热电电容器的上侧电极)连接。根据本方式,利用半导体制造技术(例如MEMS技术)可以实现小型且检测灵敏度高的热式光检测器。
如上上述,根据本发明的至少一个方式,例如可以明显提高热式光检测器的检测灵敏度。
附图说明
图1的(A)和(B)是热式光检测器的一个例子的俯视图和截面图。
图2是表示构成两个光谐振器的情况下的热式光检测器的检测灵敏度的一个例子。
图3的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的一个例子。
图4的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的另一个例子。
图5的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的另一个例子。
图6的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的另一个例子。
图7的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的另一个例子。
图8的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的另一个例子。
图9的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的另一个例子。
图10的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的另一个例子。
图11的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的另一个例子。
图12的(A)和(B)是表示热传递部件的图案的另一个例子。
图13的(A)~(E)是表示热式光检测器的制造方法中的到形成第一光吸收层为止的主要步骤图。
图14的(A)~(C)是表示热式光检测器的制造方法中的到图案化第一光吸收层和第二光吸收层为止的主要步骤图。
图15的(A)和(B)是表示热式光检测器的制造方法中的到完成热式光检测器为止的主要步骤图。
图16是表示热式光检测器的其他例子。
图17是表示热式光检测装置(热式光检测阵列)的电路结构的一个例子的电路图。
图18是表示具有热电检测器或热电检测装置的红外线摄像机(电子仪器)的框图。
图19是表示具有红外线摄像机的驾驶辅助装置(电子仪器)图。
图20是表示前部安装了红外线摄像机的车辆示意图。
图21是表示具有红外线摄像机的安全仪器(电子仪器)图。
图22是表示安全仪器的红外线摄像机和人感传感器的检测区域图。
图23是表示具有传感设备的游戏机用遥控器。
图24是表示具有遥控器的游戏机。
图25是表示具有红外线摄像机的体温测量装置(电子仪器)。
图26是表示将传感设备用作太赫兹传感设备并与太赫兹照射单元组合构成特定物质探测装置(电子仪器)的一个例子。
图27的(A)和(B)是表示二维配置了热电检测器的热电检测装置的构成例的图。
具体实施方式
以下就本发明的优选实施方式进行具体说明。以下说明的本实施方式并不用于限制权利要求中记载的本发明的内容,本实施方式中说明的结构并不全部必须作为本发明的解决手段。
第一实施方式
图1(A)和图1(B)是热式光检测器的一个例子的俯视图和截面图。图1(B)是沿着图1(A)所示的热式光检测器的A-A’线的截面图。虽然在图1(A)和图1(B)中示出了单个热式光检测器,也可以将多个热式光检测器例如配置成矩阵形,构成热式光检测器阵列(即热式检测装置)。
图1(A)和图1(B)所示的热式光检测器是热电红外线检测器(光传感器的一种)200(但只是一个例子,本发明并限于此)。该热电红外线检测器200可以将两层光吸收膜270、272中通过光吸收而产生的热经由导热性好的热传递部件260高效率地传递至热检测元件(这里是热电电容器230)。
热传递部件260例如可以由具有高导热率的同时,具有反射入射光(具体是热式光检测器具有检测灵敏度的波段的光)的特性的材料(例如 Al等金属或合金、金属化合物等)构成。导热性好且具有光反射特性的金属材料有很多种,可以根据制造工艺等适当地选择特性好的材料。因此,容易进行热传递部件260的设计。
作为热检测元件的热电电容器230将热转换成电信号。通过这样得到与接收到的光的强度对应的检测信号(例如电流信号)。以下进行具体说明。
作为热式光检测器的热电红外检测元件的结构的一个例子
首先,参照图1(B)就截面结构进行说明。
截面结构
作为热式光检测器的热电红外线检测器200由已形成在基板(硅基板)10上的多层结构体构成。即,作为热式光检测器200的热电红外线检测器具有基板(在此形成硅基板)10、形成在基板10的第一主面(在此作为表面)上的包含绝缘层的结构体100(例如包括层间绝缘层的多层结构:多层结构的具体例子参考图16)、形成在包含绝缘层的结构体100的表面的蚀刻挡膜130a、热分离用的空腔部(热分离空腔)102、由放置部210和臂部212a、212b构成的支撑部件(薄膜)215、形成在支撑部件(薄膜)215上的作为热检测元件的热电电容器230、覆盖热电电容器230表面的绝缘层250、与热传递部件260(的集热部FL)接触地形成在热传递部件260与支撑部件(薄膜(membrane))215之间的第一光吸收层(例如SiO2层)270、热传递部件260(具有连接部CN和集热部FL)以及第二光吸收层(例如SiO2层)272。第二光吸收层272与热传递部件260(的集热部FL)连接地形成在热传递部件260(的集热部FL)上。
由基板10和多层结构体100构成基部(基座)。该基部(基座)在空腔部102上支撑包含支撑部件215和热电电容器230的元件结构体160。另外,可以在硅(Si)基板10的俯视时与作为热检测元件的热电电容器230重叠的区域形成晶体管或电阻等半导体元件(例如参照图16的例子)。
如上所述,在形成于基板10上的多层结构体100的表面上设置蚀刻挡膜(例如Si3N4膜)130a,另外,在支撑部件(薄膜)215的背面设置蚀刻挡膜(例如Si3N4膜)130b~130d。该蚀刻挡膜130b~130d在为形成空腔部102而除去牺牲层(在图1中未图示,图13的标号101)的步骤中发挥防止除去蚀刻对象以外的层的作用。根据构成支撑部件(薄膜)215的材料,有时不需要蚀刻挡膜。
另外,元件结构体160中包含的热电电容器230通过同样作为元件结构体160的构成要素的支撑部件(薄膜)215被支撑在空腔部102上。
这里,支撑部件(薄膜)215例如可以通过将氧化硅膜(SiO)/氮化硅膜(SiN)/氧化硅膜(SiO)的三层层压膜图案化来形成(这只是一个例子,不限于此)。支撑部件(薄膜)215必须稳定地支撑热电电容器230,因此,支撑部件(薄膜)215的总厚度是满足必要的机械强度的厚度。
在支撑部件(薄膜)215的表面上形成取向膜(未图示),在该取向膜上形成有热电电容器230。热电电容器230包括:下部电极(第一电极)234、形成在下部电极上的热电材料层(例如作为热电体的PZT层:锆钛酸铅层)232以及形成在热电材料层232上的上部电极(第二电极)236。
下部电极(第一电极)234和上部电极(第二电极)236都可以例如通过层压三层金属膜而形成。例如,可以是从远离热电材料层(PZT层)232的位置起依次溅射形成的铱(Ir)、铱氧化物(IrOx)以及铂(Pt)的三层结构。另外,如上所述,热电材料层232也可以使用例如PZT(Pb(Zi,Ti)O3:锆钛酸铅)。
一旦向热电材料层(热电体)传递热,则通过热电效应(焦电效应)在热电材料层232上发生电极化量的变化。检测随着该电极化量变化而变化的电流,从而可以检测入射的光强度。
该热电材料层232例如可以通过溅射法或MOCVD法等成膜。下部电极(第一电极)234和上部电极(第二电极)236的膜厚例如为0.4μm左右,热电材料层232的膜厚例如为0.1μm左右。
热电电容器230被绝缘层250和第一光吸收层270覆盖。在绝缘层250上设置第一连接孔252。第一连接孔252用于将上部电极(第二电极)236用的电极226与上部电极(第二电极)236连接。
另外,在第一光吸收层270(以及绝缘层250)上形成第二连接孔254。第二连接孔254贯通第一光吸收层270和绝缘层250。该第二连接孔254用于将热传递部件260与热电电容器230的上部电极236连接。即,将构成热传递部件260的材料(例如铝等金属)填充到第二连接孔254内(在图中填充部分用标号228表示),从而构成热传递部件260的连接部CN。
热传递部件260具有在表面平坦的第一光吸收层270上延伸的部分即集热部FL和将该集热部FL与热电电容器230的上部电极(第二电极)236连接的部分即连接部CN。
热传递部件260的集热部FL在此发挥例如对大范围区域产生的热进行集热并传递到热检测元件即热电电容器230的作用。集热部FL存在例如在平坦的第一光吸收层270上以具有平坦面的方式形成的情况,这种情况下,“集热部”可以称为“平板部或平坦部”。
如上所述,热传递部件260可以由导热率高且对入射光具有光反射特性的材料(例如金属材料)构成。也可以使用氮化铝或氧化铝那样的对热式光检测器具有灵敏度的波段中的至少一部分波段的光具有光透射性的材料。另外,也可以使集热部FL的材料与连接部CN的材料228(例如埋入连接孔254中的连接塞的材料)不同。另外,热传递部件260的集热部FL具有俯视时入射的光的一部分能够进入支撑部件(薄膜)215侧的图案(关于这点参考图1(A)在后面说明)。
另外,如图1(B)所示,在使连接部CN的横宽为W0、热电电容器230的横宽(这里是横宽最大的下部电极(第一电极)234的横宽)为W1、热传递部件260的集热部FL的横宽为W2、第二光吸收层272的上表面的横宽为W3、第一光吸收层270的下表面(底面)的横宽为W4时,形成W0<W1<W2<W3<W4的关系。
另外,第一光吸收层270和第二光吸收层272形成在支撑部件215上且作为热检测元件的热电电容器230的周围(优选形成在整个周围)。因此,在第一光吸收层270和第二光吸收层272的大范围产生的热被直接或经由热传递部件260间接地高效率地传递至热检测元件。因此,可以进一步提高作为热式光检测器的热电红外线检测器200的光检测灵敏度。另外,热电红外线检测器200的响应速度也进一步提高。
另外,如图1(B)所示,使第一波长为λ1、第二波长为λ2时,将支撑部件215的放置热电电容器230的表面与第二光吸收层272的上表面之间的距离H1(即第一光吸收层270的膜厚H2与第二光吸收层272的膜厚H3的总膜厚H1)设定为n·(λ1/4)(n为1以上的整数)。从而在支撑部件215的放置热电电容器230的表面与第二光吸收层272的上表面之间构成第一光谐振器(λ1/4光谐振器)。
另外,将第二光吸收层272的下表面与第二光吸收层272的上表面之间的距离H3(即第二光吸收层272的膜厚H3)设定为n·(λ2/4)。从而在第二光吸收层272的下表面与第二光吸收层272的上表面之间构成第二光谐振器(λ2/4光谐振器)。这里热传递部件260的集热部FL优选与支撑部件(薄膜)215平行设置。即,优选平行配置集热部FL的主面(上表面或下表面)与支撑部件(薄膜)215的主面(上表面或下表面)。关于构成第一光谐振器和第二光谐振器的效果将在后面说明。
布局结构
以下参考图1(A)就布局结构进行说明。如图1(A)所示,支撑部件(薄膜)215具有放置热电电容器230的放置部210和将该放置部210保持在空腔部(热分离空腔部)102上的两根臂、即第一臂部212a和第二臂部212b。热电电容器230形成在支撑部件(薄膜)215的放置部210上。另外,如上所述,包括支撑部件(薄膜)215、热电电容器230、第一光吸收层270、热传递部件260以及第二光吸收层272构成元件结构体160。
如上所述,第一臂部212a和第二臂部212b例如可以通过图案化氧化硅膜(SiO)/氮化硅膜(SiN)/氧化硅膜(SiO)的三层层压膜并加工成细 长形状来形成。细长形状是为了增大热电阻,抑制从作为热检测元件的热电电容器230散热(热的逸失)。
第一臂部212a的宽幅的前端部232a通过第一支柱104a(在图1(A)中用虚线表示,俯视时为圆形的部件)被支撑在空腔部102上。另外,在第一臂部212a上形成一端(标号228)与热电电容器230的下部电极(第一电极)234连接,另一端231a与第一支柱104a连接的配线229a。
第一支柱104a例如设置在图1(B)所示的包含绝缘层的结构体100与第一臂部212a的前端部232a之间。该第一支柱104a可以通过选择性地形成在空腔部102的加工成柱形的多层配线结构(包括层间绝缘层和导电层,该导电层构成用于连接热电电容器230和设置于底层的硅基板10上的晶体管等元件的配线)来构成。
同样,第二臂部212b通过第二支柱104b(在图1(A)中用虚线表示,俯视时为圆形的部件)被支撑在空腔部102上。第二臂部212b的宽幅的前端部232b通过第二支柱104b(在图1(A)中用虚线表示,俯视时为圆形的部件)被支撑在空腔部102上。另外,在第二臂部212b上形成一端(标号226)与热电电容器230的上部电极(第二电极)236连接,另一端231b与第二支柱104b连接的配线229b。
第二支柱104b设置在图1(B)所示的包含绝缘层的结构体100和第二臂部212b的前端部232b之间。另外,第二支柱104b例如可以通过选择性地形成在空腔部102的加工成柱形的多层配线结构(包括层间绝缘层和导电层,该导电层构成用于连接热电电容器230和设置于底层的硅基板10上的晶体管等元件的配线)来构成。
在图1(A)所示的例子中,利用第一支柱104a和第二支柱104b将包括支撑部件215和热电电容器230的元件结构体160保持在空腔部102。该结构在通用的空腔部102高密度地配置多个作为热检测元件的热电电容器230时(即在形成热检测元件的阵列时)有效。但该结构只是一个例子,并不限于此。如图16所示的例子,也可以对每一个热检测元件230形成 一个空腔102,并用空腔部102周围的包含绝缘层的结构体100支撑支撑部件(薄膜)215。
另外,在图1(A)中,热电电容器230配置在支撑部件215的放置部210的中间区域,热电电容器230俯视时具有大致正方形的形状。
另外,热传递部件260的连接部CN在俯视时位于热电电容器的形状(大致正方形)的中心。并且如上所述地形成W0<W1<W2<W3<W4的关系。
另外,如上所述,热传递部件260的集热部FL具有俯视时入射的光的一部分能够进入支撑部件(薄膜)215侧的图案(除了图1(A)的例子之外,还包括例如图3~图12所示图案的例子)。
图1(A)的例子采用了放射状的图案,即,在俯视图中,具有以连接部CN为中心从连接部CN向支撑部件(薄膜)215的外边缘的方向延伸的8根延伸部(K1~K8)。但这只是一个例子,不限于该图案。
例如,作为集热部的图案可以是十字形等图案,即在俯视时具有以连接部CN为中心向支撑部件(薄膜)215的外边缘的方向延伸的多个延伸部(例如参照图5(B)的例子),另外,也可以是例如俯视时具有环状形状(包括圆或多角形)的环状部的图案(例如参照图3(B)、图4、图7、图8(B)的例子)。另外,例如可以是俯视时由具有闭合形状的外周确定的区域内包至少一个切口部(洞部、孔部或开口部)的形状(图案)(例如参照图10至图12的例子)。另外,也可以形成具有多个独立图案的图案(例如参照图9的例子)。各图案的特征点等如后所述。
如果采用这样的图案,即使在作为热检测元件的热电电容器230的上方设置了包含具有光反射特性的材料的集热部FL,俯视时也不会完全覆盖例如支撑部件的整个放置部(能够放置热检测元件的区域),即,覆盖一部分。因此,俯视时,入射支撑部件(薄膜)215区域的入射光的一部分可以经由不存在集热部FL的区域,进入支撑部件(薄膜)215侧(也可以称为热检测元件230侧)。
向热电红外线监测器200入射的光的一部分首先被第二光吸收层272吸收,在该第二光吸收层272产生热。另外,通过热传递部件260的集热部FL反射的光被第二光吸收层272吸收,从而在第二光吸收层272产生热。
另外,穿透了不存在集热部FL的区域的光的一部分被第一光吸收层270吸收产生热。另外,在支撑部件(薄膜)215的表面(第一光吸收层270与支撑部件215的界面)反射的光也被第一光吸收层270和第二光吸收层272的至少一方吸收,从而在第一光吸收层270或第二光吸收层272产生热。
并且,在第二光吸收层272上产生的热通过热传递部件260被高效率地传递到热检测元件即热电电容器230,而且,在第一光吸收层270上产生的热直接或通过热传递部件260被高效率地传递到热电电容器230。如果热传递部件260的集热部FL以大范围地覆盖热检测元件230的方式形成(即在图1(A)的例子中),则第一光吸收层270和第二光吸收层272产生的热无论在哪里产生大多可以高效率地传递至热电电容器230。例如,即使是在远离热电电容器230的部位产生的热,也可以经由导热率高的热传递部件260高效率地传递至热电电容器230。
另外,由于热传递部件260的集热部FL与热检测元件即热电电容器230是通过热传递部件260的连接部CN连接,因此经由热传递部件260的集热部FL传递的热可以通过连接部CN直接传递至热检测元件即热电电容器230。另外,由于热检测元件即热电电容器230位于热传递部件260之下(设置在俯视时重叠的位置),因此,可以以最短的方式连接俯视图中的热传递部件260的中间部和热检测元件。因此,可以减少热传递造成的损失,另外,可以抑制专有面积增大。
另外,如图1(A)所示,第一光吸收层270和第二光吸收层272俯视时形成在支撑部件215上且热检测元件即热电电容器230的周围。因此,在第一光吸收层270和第二光吸收层272的大范围产生的热被直接或经由覆盖大范围的具有大面积的热传递部件260间接地高效率地传递至热电电 容器230。即,在第一光吸收层270和第二光吸收层272的大范围产生的热从各个方向(即从四面八方)集中到热电电容器230。此时,热电电容器230俯视时位于大致正方形的热传递部件260中间之下。因此,从各个方向经由热传递部件260集中来的热经由连接部CN被以最短的距离传递至热电电容器230的上部电极(第二电极)236。因此,可以从大范围高效率地集中大部分的热,且将这些热以最短的距离将损失限制到最小地传递至热电电容器230的上部电极(第二电极)236。因此,可以进一步提高热式光检测器200的光检测灵敏度。另外,热式光检测器的响应速度也进一步提高。
在本实施方式中,由于两层光吸收膜270、272产生热,因此吸收效率提高。并且,可以经由第一光吸收层270直接将热传递至热检测元件230。因此,与专利文献1记载的红外线检测元件以及专利文献2记载的红外线固态成像元件相比,可以进一步提高热式光检测器的检测灵敏度。另外,在本实施方式中,热检测元件230与热传递部件260连接。因此响应速度与专利文献1记载的红外线检测元件一样高。另外,在本实施方式中,由于热传递部件260直接与热检测元件230连接,因此,与专利文献2记载的红外线固态成像元件相比,可以得到更高的响应速度。
关于热式光检测器的动作等
图1(A)和图1(B)所示的本实施方式涉及的热式光检测器(热式光检测器)200如下地进行动作。
即,入射到热式光检测器200的光即俯视时向支撑部件(薄膜)215的区域入射的入射光(例如红外线)的一部分首先被第二光吸收层272吸收,其余的不被吸收地到达热传递部件260。由于热传递部件260具有光反射特性,因此光被具有规定图案的集热部FL反射。而在集热部FL未设置图案的区域,光不被反射而进入支撑部件(薄膜)215侧。透过热传递部件260的光的一部分被第一光吸收层270吸收,其余的光到达支撑部件215的表面(第一光吸收层270与支撑部件215的放置部210的界面)以及放置在支撑部件215的作为热检测元件的热电电容器230。
已到达支撑部件215的表面(第一光吸收层270与支撑部件215的放置部210的界面)的大部分光在支撑部件(薄膜)215的表面被反射。例如,在第一光吸收层270由SiO2层(折射率:1.45)构成、支撑部件(薄膜)215由SiN膜(折射率2.0)构成的情况下,由于构成支撑部件(薄膜)215的膜的折射率(即支撑部件215的折射率)大于第一光吸收层270的折射率,因此,到达支撑部件(薄膜)215的几乎所有光在支撑部件(薄膜)215的表面被反射。
另外,作为支撑部件(薄膜)215的构成要素,例如设置钛(Ti)膜等金属膜(特别优选设置在光进行反射的表面)来提高支撑部件(薄膜)215的表面的光反射率也是有效的。在支撑部件(薄膜)215的表面反射的光被第一光吸收层270或第二光吸收层272吸收。
在已入射的光具有上述动作的情况下,如下地进行第一光吸收层270以及第二光吸收层272的热的产生以及向热检测元件即热电电容器230的传递产生的热。即,入射到热式光检测器200的光的一部分首先被第二光吸收层272吸收,在第二光吸收层272产生热。另外,在热传递部件260反射的光被第二光吸收层272吸收,从而在第二光吸收层272产生热。
另外,通过了未设置热传递部件260的区域的光的一部分被第一光吸收层270吸收并产生热。而且,在支撑部件215的表面(第一光吸收层270与支撑部件215的放置部210的界面)反射的光被第一光吸收层270和第二光吸收层272的至少一方吸收,从而在第一光吸收层270或第二光吸收层272产生热。
并且,在第二光吸收层272产生的热通过热传递部件260被高效率地传递至热检测元件即热电电容器230,另外,在第一光吸收层270产生的热直接或经由热传递部件260被高效率地传递至热电电容器230。
即,以广泛覆盖热检测元件(热电电容器)230的方式形成热传递部件260的集热部FL,因此第一光吸收层270和第二光吸收层272产生的热无论在何处产生大多可以高效率地传递至热检测元件(热电电容器) 230。例如,即使是在远离热检测元件230的部位产生的热,也可以经由导热率高的热传递部件260高效率地传递至热检测元件(热电电容器)230。
另外,由于热传递部件260的集热部FL与热电电容器230通过热传递部件260的连接部CN连接,因此,经由热传递部件260的集热部FL传递的热可以通过连接部CN直接传递至热电电容器230。另外,由于作为热检测元件的热电电容器230位于热传递部件260之下(正下方)(设置在俯视时重叠的位置),因此,能够以最短方式连接俯视图中的热传递部件260的中间部和热电电容器230。因此,可以减少热传递造成的损失,另外,可以抑制专有面积增大。
因此,根据图1(A)和图1(B)所述的热式光检测器(这里是热电红外线检测器)可以将在两层(多层)光吸收层270、272的大范围产生的热高效率地传递至热检测元件即热电电容器230,因此,可以大幅度地提高小型热式光检测器(热电红外线检测器)的光检测灵敏度。另外,由于缩短了热传递所需要的时间,因此,可以提高热式光检测器(热电红外线检测器)的响应速度。
另外,在图1(A)和图1(B)所述的热式光检测器(热电红外线检测器)中,第一光吸收层270和第二光吸收层272在支撑部件215(的放置部210)上,俯视时形成在热检测元件即热电电容器230的周围。因此,在第一光吸收层270和第二光吸收层272的大范围产生的热被直接或经由热传递部件260间接地极高效率地传递至热检测元件即热电电容器230。因此,可以进一步提高热式光检测器(热电红外线检测器)的光检测灵敏度。另外,热式光检测器(热电红外线检测器)的响应速度也进一步提高。
另外,如上所述,在图1(A)和图1(B)所述的热式光检测器(热电红外线检测器)中,在支撑部件215的放置热电电容器230的表面与第二光吸收层272的上表面之间构成针对第一波长λ1的第一光谐振器,另外,在第二光吸收层272的下表面与第二光吸收层272的上表面之间构成针对与第一波长λ1不同的第二波长λ2的第二光谐振器。即,构成通过调整第 一光吸收层270和第二光吸收层272的膜厚来具有不同谐振波长的两个光谐振器。
如上所述,在支撑部件215的表面(第一光吸收层270与支撑部件215的放置部210的界面)反射的光被第一光吸收层270和第二光吸收层272的至少一方吸收,此时,通过构成第一光谐振器,可以提高各光吸收层的有效吸收率。
第一光谐振器例如可以是所谓的λ/4光谐振器。即,在使第一波长为λ1时,调整第一吸收层270和第二光吸收层270的膜厚,以使支撑部件215的放置热电电容器230的表面与第二光吸收层272的上表面之间的距离(即,第一光吸收层270和第二光吸收层272的总膜厚)满足n·(λ1/4)(n为1以上的整数)的关系。因此,已入射的波长λ1的光和在支撑部件215的表面反射的波长λ1的光因相互干涉而抵消,第一光吸收层270和第二光吸收层272的有效吸收率提高。
另外,如上所述,热传递部件260反射的光被第二光吸收层272吸收,此时,通过构成第二光谐振器,可以提高第二光吸收层272的有效吸收率。第二光谐振器例如可以是λ/4光谐振器。
即,在使第二波长为λ2时,通过将第二光吸收层272的下表面与第二光吸收层272的上表面之间的距离(即,第二光吸收层的膜厚)设定为n·(λ2/4),可以构成第二光谐振器。因此,已入射的波长λ2的光和在第二光吸收层的下表面(第一光吸收层270与第二光吸收层272的界面)反射的波长λ2的光因相互干涉而抵消,可以提高第二光吸收层272的有效吸收率。
即,如图2所示,可以扩大热式光检测器具有的检测灵敏度的波段。图2是表示构成两个光谐振器的情况下,热式光检测器的检测灵敏度的一个例子。在图2所示的例子中,第一光谐振器的谐振峰P1出现在波长λ1(例如λ1=4μm),第二光谐振器的谐振峰P2出现在波长λ2(例如λ2=12μm)。通过合成这些峰特性,热式光检测器200的检测灵敏度P3扩大。即,实现在宽的波长区域具有检测灵敏度的热式光检测器200。另外,在 使用氮化铝(AlN)作为热传递部件260的材料的情况下,也可以得到相同的效果。
根据本实施方式的热式光检测器,可以将在远离热检测元件的地方产生的热经由热传递部件(导热层)260的集热部FL高速且高效率地集中到热检测元件即热电电容器230。另外,通过利用光的波长的彼此干涉(利用光的谐振),可以提高第一光吸收层270和第二光吸收层272的光的有效吸收效率,另外,可以扩大热式光检测器具有的检测灵敏度的波段。
关于热传递部件的变形
以下参照图3至图12,就热传递部件260的图案的变形进行说明。在图3至图12中与上述附图通用的部分使用相同的标号。另外,在图3至图12中省略了构成热电电容器230的热电层232。
图3的例子
首先,参照图3。图3(A)和图3(B)是示出热传递部件的图案的一个例子的示意图。图3(A)所示的例子与图1(A)所示的例子相同。即,热传递部件260的集热部FL具有放射状图案,即、具有俯视时以连接部CN为中心在从连接部CN向支撑部件(薄膜)215的外边缘的方向(八个方向)延伸的多个延伸部K1~K8。
在延伸部K1~K8中相邻的两个延伸部之间不存在光反射材料。因此,光可以从该区域进入支撑部件(薄膜)215侧。因此,位于第二吸收层272之下的第一热吸收层270也通过光吸收而产生热。另外,各延伸部K1~K8以俯视时超出设置有作为热式检测元件的热电电容器230的区域的方式延伸。因此,即使在远离热电电容器230的位置产生的热也可以经由集热部FL的延伸部K1~K8高效率地传递至热电电容器230。
根据图3(A)的例子,可以使从上方(即第二光吸收层270侧)入射的相当多的光容易穿透支撑部件215侧。因此,可以在靠近作为热检测元件的热电电容器230的第一光吸收层272产生很多的热。另外,通过增加延伸部K1~K8的长度,即使在俯视时远离作为热检测元件的热电电容器230的位置产生的热也可以通过延伸部高效率地集中到热检测元件。
另外,图3(A)所示的具有延伸部K1~K8的形状是俯视时以连接部CN为中心的点对称形状。即,热传递部件260的集热部FL具有俯视时以连接部CN为中心的点对称图案。
作为热检测元件的热电电容器230可以具有俯视时大致正方形或圆形形状,热传递部件260的连接部CN可以设置在热电电容器230的大致正方形或圆的中心附近。并且,集热部FL的图案可以是如果相对该连接部CN旋转180度则与原来的图形重叠的图案(点对称图案)。采用点对称图案可以将在热电电容器230(或连接部CN)周围(四面八方)产生的热高效率且平衡地集中到热电电容器230。
在图3(B)所示的例子中,热传递部件260的集热部FL具有组合了环状图案和十字图案的图案。即,热传递部件260的集热部FL具有俯视时具备以连接部CN为中心在从连接部CN向支撑部件(薄膜)215的外边缘的方向(四方)延伸的多个延伸部K1~K4的十字状图案和以共通地连接延伸部K1~K4的前端部的方式设置的环状部(这里是大致正方形的环状部)CL。该环状部CL被设置成俯视时围住连接部CN。
环状部CL的形状例如可以包括多角形(包括四角形等)和圆。通过设置环状部CL,可以通过环状部CL将在热电电容器230的周围区域、尤其是远离热电电容器230的周围区域产生的热高效率地集中到热电电容器230。
另外,在环状部CL的内侧区域具有连接环状部CL的一部分和另一部分的线状部(包括K1和K3的直线部以及包括K2和K4的直线部)。这些线状部与热传递部件260的连接部CN连接。因此,可以将周边产生的热经由环状部CL、线状部(K1和K2、K3和K4)以及连接部CN高效率地传递至热电电容器230。
而且,环状部CL还发挥提高线状部(K1和K2、K3和K4)的力学强度的加固部件的作用。因此,有效地防止线状部(K1和K2、K3和K4)的弯曲和变形。例如,如果线状部(K1和K2、K3和K4)发生弯曲或变 形,则光在其表面进行反射时容易发生漫反射等。如果利用环状部CL抑制线状部的弯曲或变形,则很难发生上述问题。
图4的例子
图4(A)和图4(B)是示出热传递部件的图案的其他例子的示意图。图4(A)和图4(B)所示的例子与上述的图3(B)的例子相同,热传递部件260的集热部FL具有组合环状图案CL和具有多个延伸部(K1~K4、K1~K8)的图案而形成的图案。
在图4(A)的例子中,通过四根延伸部K1~K4形成×形状。另外,在图4(B)的例子中,通过八根延伸部K1~K8形成放射状的形状。所得到的效果与图3(A)和图3(B)的例子一样。
另外,可以通过改变突起部的数量可以改变热传递部件260的集热部FL的俯视图的面积与未设置热传递部件260的区域的面积之比。如上所述,环状部CL还发挥提高配置在环状部CL的内侧区域的线状部(K1~K4或K1~K8)的力学强度的作用。
图5和图6的例子
图5(A)和图(B)是示出热传递部件的图案的其他例子的示意图。在图5(A)的例子中,在多根延伸部K1~K4的前端设置有包含从各延伸部K1~K4的前端分支的多根支部(这里有三根分支)的分支部G1~G4。分支部也可以称为分岔部。设置分支部G1~G4的地方不限于多个延伸部K1~K4的前端。另外,优选在多个延伸部K1~K4的每一个上设置延伸部K1~K4,但不限于此。分支部可以设置于多个延伸部K1~K4中的至少一个。另外,分支部G1~G4设置成从延伸部K1~K4的线状部分岔。
另外,在图5(B)的例子中,在多个延伸部K1~K4上设置有各延伸部K1~K4的相对于以连接部CN为起点的延伸方向弯曲并延伸的弯曲部(也可以视为分成两叉的分岔部)J1~J4。
在延伸部K1~K4的例如前端进一步连接(设置)分支部G1~G4或弯曲部J1~J4,从而即使在俯视时远离热电电容器230的位置产生的热也可 以通过分支部G1~G4或弯曲部J1~J4以及延伸部K1~K4高效率地将热传递至热电电容器230。另外,通过设置分支部G1~G4或弯曲部J1~J4,增加了热传递部件260的集热部FL的整体面积。因此,可以将在更大区域产生的热集中到热电电容器230。
图6(A)和图6(B)是示出热传递部件的图案的其他例子的示意图。在图6(A)的例子中,在图5(A)所示的集热部FL的图案上进一步追加了环状部CL。另外,在图6(B)的例子中,在多个延伸部K1~K4的每一个前端(只是一个例子,并不限于此)连接有各延伸部K1~K4的相对于以连接部CN为起点的延伸方向弯曲并延伸的弯曲部J5~J8。所得到的效果与图5(A)和图5(B)的例子相同。
图7的例子
图7(A)和图7(B)是示出热传递部件的图案的其他例子的示意图。图7(A)的例子中,采用将图4(A)的例子中的俯视时为四角形的环状部CL替换成俯视时为圆形的环状部CL的图案。图7(B)的例子中,采用在图7(A)的例子的图案上进一步追加了内侧的环状部BL的图案。所得到的效果与上述的例子相同。
图8的例子
图8(A)和图8(B)是示出热传递部件的图案的其他例子的示意图。在图8(A)的例子中,设置了俯视时在从环状部CL的一部分向支撑部件(薄膜)215的外边缘的方向延伸的环状部用的延伸部Q1~Q4。因此,即使是在离热电电容器230更远的位置产生的热,也可以经由环状部用的延伸部Q1~Q4、环状部CL以及四根延伸部K1~K4(以及内侧的环状部BL)高效率地集中到热电电容器230。另外,通过设置环状部用的延伸部Q1~Q4,增加了集热部FL的整体面积。因此,可以将在更大的区域产生的热集中到热电电容器230。
图8(B)是设置环状部用的延伸部Q1~Q4的例子的变形例。在图8(B)的例子中,热传递部件260的集热部FL具有位于中间部的较小面积的圆形的光反射面X1。
该光反射面X1在外周具有闭合形状这点上可以看作是广义的环状部。在图8的例子中,在作为广义的环状部的光反射面X1连接有环状部用的延伸部Q1~Q4。由于光反射面X1的面积小,因此在其周围存在使入射光通过的区域Y1~Y4,入射光的一部分可以经由该区域Y1~Y4进入支撑部件(薄膜)215侧。
通过设置有环状部用的延伸部Q1~Q4,即使在离热电电容器230更远的位置产生的热也可以集中到热电电容器230。另外,通过设置环状部用的延伸部Q1~Q4,可以增加集热部FL的整体面积。
图9的例子
图9(A)和图9(B)是示出热传递部件的图案的其他例子的示意图。在图9(A)和图9(B)所示的例子中,作为热传递部件260的集热部FL的图案,采用的是俯视时具有多个独立图案和对各独立图案的每个设置的连接部的图案。
在图9(A)的例子中,集热部FL具有四个独立图案FLa1、FLb1、FLc1和FLd1。四个独立图案FLa1、FLb1、FLc1和FLd1的每一个都具有从连接部CN1~CN4的每一个二分岔的彼此直交的两根支部的图案。
与独立图案FLa1对应地设置有连接部CN1。独立图案FLa1经由连接部CN1连接到热电电容器230的上部电极(第二电极)236。同样,与独立图案FLb1对应地设置有连接部CN2。独立图案FLb1经由连接部CN2连接到热电电容器230的上部电极(第二电极)236。另外,与独立图案FLc1对应地设置有连接部CN3。独立图案FLc1经由连接部CN3连接到热电电容器230的上部电极(第二电极)236。而且,与独立图案FLd1对应地设置有连接部CN4。独立图案FLd1经由连接部CN4连接到热电电容器230的上部电极(第二电极)236。
而且,在图9(B)的例子中,集热部FL具有四个独立图案FLa2、FLb2、FLc2和FLd2。
在图9(B)的例子中,集热部FL具有四个独立图案FLa2、FLb2、FLc2和FLd2。四个独立图案FLa2、FLb2、FLc2和FLd2的每一个都具有从连接部CN1~CN4的每一个三分岔的三根支部的图案。
与独立图案FLa2对应地设置有连接部CN1。独立图案FLa2经由连接部CN1连接到热电电容器230的上部电极(第二电极)236。同样,与独立图案FLb2对应地设置有连接部CN2。独立图案FLb2经由连接部CN2连接到热电电容器230的上部电极(第二电极)236。另外,与独立图案FLc2对应地设置有连接部CN3。独立图案FLc2经由连接部CN3连接到热电电容器230的上部电极(第二电极)236。而且,与独立图案FLd2对应地设置有连接部CN4。独立图案FLd2经由连接部CN4连接到热电电容器230的上部电极(第二电极)236。
这样,在图9(A)和图9(B)的例子中,对独立图案(FLa1~FLd1、FLa2~FLd2)的每一个设置连接部(CN1~CN4),在各独立图案集中的热经由各连接部传递至热电电容器230。另外,各独立图案可以是通用的图案,也可以是每个独立图案不同的图案。在图9(A)和图9(B)的例子中,容易使热传递部件260的集热部FL的图案变形更丰富。
并且,如果采用以连接部(CN1~CN4)为中心并在其周围(例如四个角)配置独立图案的布局(图9(A)、图9(B)所示的布局),则可以将在远离热电电容器230的位置的周边区域产生的热平衡且高效率地传递至热电电容器230。
图10至图12的例子
在图10至图12所示的例子中,作为热传递部件260的集热部FL的图案采用的是由具有闭合形状的外周确定的区域内包有至少一个切口部的形状(图案)。在该例子中,通过调整反射集热部FL的光的区域(即光反射面)的面积与切口部(孔部)的面积之比,可以确定反射光与透过光的比例。
图10(A)和图10(B)是示出热传递部件的图案的其他例子的示意图。在图10(A)的例子中,在俯视时为大致正方形的光反射面X2上沿热电电容器230四边的每一条边设置四个大致正方形的切口部Y5~Y8。另外,在图10(B)的例子中,在光反射面X2上,俯视时在热电电容器230的四个角上设置四个大致正方形的切口部Y9~Y11。
图11(A)和图11(B)是示出热传递部件的图案的其他例子的示意图。在图11(A)的例子中,俯视时,在光反射面X2上,沿热电电容器230四边及四个角设置八个大致长方形的切口部Y13~Y20。另外,在图11(B)的例子中,俯视时,在光反射面X2上,在热电电容器230的四个角上设置八个大致长方形的切口部Y21~Y28。
图12(A)和图12(B)是示出热传递部件的图案的其他例子的示意图。在图12(A)的例子中,在俯视时大致正方形的光反射面X2上,沿热电电容器230四边设置有四个三角形的切口部Y29~Y32。另外,在图12(B)的例子中,在俯视时为圆形的光反射面X2上,沿热电电容器230的四边设置有四个三角形的切口部Y33~Y36。
在图10至图12的例子中,通过调整反射集热部FL的光的区域(即光反射面X2或X3)的面积和切口部(Y5~Y36)的面积之比,可以确定反射光(入射光中在光反射面反射的光)和透过光(穿过切口部的光)的比例。另外,通过调整切口部(Y5~Y36)的形状或位置,可以适当地确定在热电电容器230上光能够进入支撑部件215侧的区域。因此,对于能够将在第一光吸收层270或第二光吸收层272上产生的热高效率地传递至热电电容器230的集热部FL的图案,既确保设计自由度,又能够比较容易地实现。
第二实施方式
参考图13至图15就热式光检测器的制造方法进行说明。首先,参考图13(A)至图13(E)。图13(A)至图13(E)是表示热式光检测器的制造方法中的到形成第一光吸收层为止的主要步骤。
在图13(A)所示的步骤中,准备硅基板(也可以具有晶体管等元件),在该硅基板10上形成包含绝缘层的结构体(例如多层配线结构体)100。在包含绝缘层的结构体100上形成蚀刻挡膜130a,还形成牺牲层(例如SiO2层)101。
在图13(B)的步骤中,在牺牲层101上形成蚀刻挡膜130b。然后,形成作为支撑部件(薄膜)215的厚膜(例如由三层层压膜构成的厚膜)。
在图13(C)的步骤中,在支撑部件(薄膜)215上层压形成下部电极(第一电极)234、热电材料层(PZT层)232以及上部电极(第二电极)236,形成作为热检测元件的热电电容器230。作为热电电容器230的形成方法例如可以使用原子层CVD法。然后,以覆盖热电电容器230的方式形成绝缘层250。绝缘层250例如可以通过CVD法(化学气相沉积法)形成。然后,将绝缘层250图案化。
在图13(E)的步骤中,在覆盖热电电容器230的绝缘层250上形成第一连接孔252,然后堆积金属材料层,之后通过图案化该金属材料层,从而形成与上部电极(第二电极)236连接的电极(和配线)226。另外,在图13(E)的步骤中也同时形成与下部电极(第一电极)连接的电极和配线(未图示)。
在图13(E)的步骤中,通过CVD法形成第一光吸收层(SiO2层等)270。然后通过例如CMP(化学机械抛光)使其表面平坦。
以下,参照图14(A)至图14(C)。图14(A)至图14(C)是表示在热式光检测器的制造方法中到图案化第一光吸收层和第二光吸收层为止的主要步骤的图。在图14(A)的步骤中,在第一光吸收层270上形成第二连接孔254。然后堆积氧化铝(矾土:AlOx)或氮化铝(AlN)等具有高导热率和光透过性的材料,并进行图案化,从而形成热传递部件(导热层)260。热传递部件260具有集热部FL和连接部CN。在第二连接孔254内填充矾土等材料。由填充有矾土等材料的部分238构成连接部CN。
在图14(B)的步骤中,在第一光吸收层270上堆积了成为第二光吸收层的材料层(SiO2层等)之后,进行图案化。从而形成第二光吸收层272。在图14(C)的步骤中图案化第一光吸收层270。
以下,参照图15(A)和图15(B)。图15(A)和图15(B)是表示在热式光检测器的制造方法中到完成热式光检测器为止的主要步骤的图。在图15(A)的步骤中,图案化支撑部件(薄膜)215。从而形成放置部210、第一臂部212a和第二臂部212b。在图15(A)中,通过图案化而除去的部分(开口部)标注标号OP。
在图15(B)的步骤中,例如通过湿式蚀刻选择性地除去牺牲层101。从而形成空腔部(热分离空腔部)102。支撑部件215的放置部210通过空腔部102与基部(包括基板10、包含绝缘层的结构体100以及蚀刻挡膜130a)分离。因此,可以抑制经由支撑部件215的散热。至此,热式光检测器完成。
第三实施方式
图16是表示热式光检测器的其他例子的图。在图16所示的热式光检测器200中,对每一个热检测元件形成空腔部102,支撑部件(薄膜)215被空腔部102周围的结构体(基部的一部分)支撑。另外,在基板的俯视时与热检测元件重叠的区域形成了电路构成要素(这里是MOS晶体管),该MOS晶体管经由多层配线连接到热检测元件即热电电容器230。另外,在图16的例子中,热传递部件260也用作配线。
即,在基板(硅基板)10上形成源层(S)和漏极(D)层,另外,在基板10上形成栅极绝缘膜INS和栅电极(例如多晶硅栅极)G,通过这些形成电路构成要素即MOS晶体管。
在基板10上形成包含绝缘层的结构体100。通过基板10和包含绝缘层的结构体100构成基部(基座)。
包含绝缘层的结构体100由多层结构体构成,更具体是,由多层配线结构体构成。多层配线结构体包括:第一绝缘层100a、第二绝缘层100b、 第三绝缘层100c、第一连接塞CP1、第一层配线M1、第二连接塞CP2、第二层配线M2以及第三连接塞CP3。通过选择性地除去第三绝缘层100c的一部分来形成空腔部(热分离空腔部)102。
在支撑部件(薄膜)215的放置部210上形成由作为热检测元件的热电电容器230。另外,热传递部件260被第一光吸收层270和第二光吸收层272夹持地形成。
通过支撑部件(薄膜)215、热电电容器230、第一光吸收层270、第二光吸收层272、热传递部件260、第四连接塞CP4、第三层配线M3以及第五连接塞CP5构成元件结构体160。如上所述,热传递部件260兼作为将热检测元件即热电电容器230连接到其他元件(这里是形成在基板10上的CMOS晶体管)的配线的一部分。
即,热传递部件260如上所述例如可以由AlN或AlOx等金属化合物构成,以金属为主要成分的材料导电性也好,因此热传递部件260也可以用作将热检测元件连接到其他元件的配线(包括配线的一部分)。通过将热传递部件260作为配线使用,无需另外设置配线,可以简化制造步骤。
第四实施方式
图17是表示热式光检测装置(热式光检测阵列)的电路结构的一个例子的电路图。在图17的例子中,二维地配置有多个光检测元件(即热式光检测器200a~200d等)。为了从多个光检测元件(热式光检测器200a~200d等)中选择一个光检测单元而设置有扫描线(W1a,W1b等)和数据线(D1a,D1b等)。
作为第一光检测单元的热式光检测器200a具有作为热式光检测元件5的压电电容器ZC和元件选择晶体管M1a。压电电容器ZC的两极的电位关系可以通过切换向PDr1施加的电位进行反转(通过该电位反转,无需设置机械斩波器)。其他光检测单元也是相同的结构。一个光检测单元所占区域的大小例如是20μm×20μm。
数据线D1a的电位可以通过导通复位晶体管M2进行初始化。在读出检测信号时,导通读出晶体管M3。热电效果产生的电流通过I/V转换电路510转换成电压,通过放大器600放大,通过A/D转换器700转换成数字数据。
在本实施方式中,可以实现将多个热式光检测器二维配置(例如沿直交的两个轴(X轴和Y轴)的每一个配置成阵列)的热式光检测装置(热式光学传感器阵列)。
第五实施方式
在本实施方式中就电子仪器进行说明。
红外线摄像机(camera)
在图18中作为本实施方式的具有热电检测器或热电检测装置的电子仪器的例子示出红外线摄像机400A的构成例。该红外线摄像机400A包括:光学系统400、传感设备(热电检测装置)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。
光学系统400例如包括1个或多个透镜和驱动这些透镜的驱动部等。并且对传感设备410进行物体图像的成像等。另外根据需要进行调焦等。
传感设备410通过二维地排列上述的本实施方式的热电检测器200而构成,并设置多条行线(字线、扫描线)和多条列线(数据线)。传感设备410除了二维排列的检测器之外,还可以包括行选择电路(行驱动器)、经由列线读取来自检测器的数据的读出电路以及A/D转换部等。通过依次读取来自二维排列的各检测器的数据,从而可以进行物体图像的成像处理。
图像处理部420根据来自传感设备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控制整个红外线摄像机400A,并控制红外线摄像机400A内的各模块。该处理部430例如通过CPU等实现。存储部440存储各种信息,并发挥例如处理部430或图像处理部420的工作区的作用。操作部 450是用于用户操作红外线摄像机400A的界面(interface),例如由各种按钮或GUI(Graphical User Interface,图形用户界面)页面等实现。显示部460例如显示通过传感设备410获取的图像或GUI页面等,并通过液晶显示器或有机EL显示器等各种显示器实现。
这样,除了将一单元量的热电检测器作为红外线传感器等传感器使用以外,可以通过在两个轴方向例如直交的两个轴方向二维地配置一单元量的热电检测器来构成传感设备410,从而可以提供热(光)分布图像。利用该传感设备410可以构成温度记录器、车载用夜视仪器或监控摄像机等电子仪器。
当然,通过将一单元量或多个单元的热电检测器用作传感器,也可以构成对物体的物理信息进行分析(测量)的分析仪器(测量仪器)、检测火或发热的安全仪器、设置在工厂等的FA(Factory Automation,工厂自动化)仪器等各种电子仪器。
驾驶辅助装置
图19是作为本实施方式的包含热电检测器或热电检测装置的电子仪器的例子,示出驾驶辅助装置600的构成例。该驾驶辅助装置600构成为包括:具有控制驾驶辅助装置600的CPU的处理单元610、可对车辆外部的规定摄像区域进行红外线检测的红外线摄像机620、检测车辆偏航率的偏航率传感器(yaw rate sensor)630、检测车辆行驶速度的车速传感器640、检测驾驶员有无制动操作的制动传感器650、扬声器660以及显示装置670。
该驾驶辅助装置600的处理单元610例如根据红外线摄像机620的拍摄获取的车辆周边的红外线图像以及通过各传感器630~650检测的与车辆的行使状态相关的检测信号,检测存在于车辆前进方向前方的物体和行人等对象物,当判断检测到的对象物有可能与车辆发生接触时,通过扬声器660或显示装置670输出警报。
另外,如图20所示,红外线摄像机620配置在车辆的前部且车宽方向的中心附近。显示装置670构成为包括在前窗的不妨碍驾驶员的前方视野的位置显示各种信息的HUD(抬头显示器)671等。
安全仪器
图21是作为本实施方式的包含热电检测器或热电检测装置的电子仪器,示出安全仪器700的构成例。
安全仪器700构成为至少包括拍摄监控区的红外线摄像机710、检测监控区的侵入者的人感传感器720、处理从红外线摄像机710输出的图像数据以检测侵入了监控区的移动体的运动检测处理部730、进行人感传感器720的检测处理的人感传感器检测处理部740、以规定的方式压缩从红外线摄像机710输出的图像数据的图像压缩部750、发送压缩后的图像数据或侵入者检测信息或接收从外部装置向安全仪器700的各种设定信息等的通讯处理部760、利用CPU对安全仪器700的各处理部进行条件设定、处理命令发送、响应处理的控制部770。
运动检测处理部730包括:未图示的缓冲存储器、输入缓冲存储器的输出的数据块平滑部、输入数据块平滑部的输出的状态变化检测部。如果监控区是静止状态,则即使是动态拍摄的不同帧也形成相同的图像数据,但一旦发生状态变化(移动体的侵入),运动检测处理部730的状态变化检测部则利用帧之间的图像数据产生差异来检测状态变化。
另外,图22是表示从侧面观察例如设置在屋檐下的安全仪器700、装入在安全仪器700的红外线摄像机710的摄像区A1以及人感传感器720的检测区A2。
游戏机
图23和图24是作为本实施方式的包含热电检测器或热电检测装置的电子仪器的例子,示出包含使用了上述传感设备410的控制器820的游戏机800的结构例。
如图23所示,图24的游戏机800所使用的控制器820构成为包括摄像信息运算单元830、操作开关840、加速度传感器850、连接器860、处理器870以及无线模块880。
摄像信息运算单元830具有摄像单元831和用于处理该摄像单元831拍摄的图像数据的图像处理电路835。摄像单元831包括传感设备832(图18的传感设备410),在其前方配置有红外线过滤器(只让红外线通过的过滤器)833以及光学系统(透镜)834。图像处理电路835对从摄像单元831获得的红外线图像数据进行处理,检测高亮度部分,并检测其重心位置和面积,并输出这些数据。
处理器870将来自操作开关840的操作数据、来自加速度传感器850的加速度数据以及高亮度部分数据作为一系列的控制数据输出。无线模块880利用该控制数据调制规定频率的载波,并作为电波信号从天线890输出。
通过设置在控制器820上的连接器860输入的数据也通过处理器870进行与上述数据相同的处理,并作为控制数据经由无线模块880和天线890输出。
如图24所示,游戏机800包括控制器820、游戏机本体810、显示器811、LED模块812A和812B,玩家801可以用一只手握住控制器820玩游戏。并且,如果使控制器820的摄像单元831朝向显示器811的画面813,则摄像单元831检测从设置在显示器811附近的两个LED模块812A和812B输出的红外线,控制器820将两个LED模块812A和812B的位置和面积信息作为高亮度点的信息获取。亮点的位置和大小的数据被从控制器820向游戏机本体810无线发送,游戏机本体810进行接收。一旦玩家801移动控制器820,亮点的位置或大小的数据就发生变化,因此游戏机本体810可以利用这点获取与控制器820的移动对应的操作信号,从而可以进行游戏。
体温测量装置
图25是作为本实施方式的具有热电检测器或热电检测装置的电子仪器的例子示出体温测量装置900的构成例。
如图25所示,体温测量装置900构成为包括红外线摄像机910、体温分析装置920、信息通讯装置930以及电缆940。红外线摄像机910构成为包含未图示的透镜等光学系统和上述传感设备410。
红外线摄像机910拍摄规定的目标区,将所拍摄的对象901的图像信息经由电缆940向体温分析装置920发送。虽然没有图示,但体温分析装置920包括:读取来自红外线摄像机910的热分布图像的图像读取处理单元以及根据来自图像读取处理单元的数据和图像分析设定表创建体温分析表的体温分析处理单元,根据体温分析表向信息通讯装置930发送体温信息发送用数据。该体温信息发送用数据也可以包含与体温异常对应的规定数据。另外,如果判断拍摄区内有多个拍摄对象901,则也可以将拍摄对象901的人数和体温异常者的人数信息包含在体温信息发送用数据中。
特定物质检测装置
图26是作为本实施方式的具有热电检测器或热电检测装置的电子仪器的例子,示出将以上述传感设备410的热电检测器的光吸收材料的吸收波长作为太赫兹波段的传感设备作为太赫兹光传感设备使用、并与太赫兹照射单元组合构成特定物质检测装置1000的例子。
特定物质检测装置1000构成为包括控制单元1010、照射光单元1020、光学过滤器1030、摄像单元1040以及显示部1050。摄像单元1040构成为包含未图示的透镜等光学系统和将上述热电检测器的光吸收材料的吸收波长作为太赫兹波段的传感设备。
控制单元1010包含控制本装置整体的系统控制器,该系统控制器对控制单元中的光源驱动部和图像处理单元进行控制。照射光单元1020包括发射太赫兹光(指波长在100μm~1000μm范围的电磁波)的激光装置和光学系统,并向检查对象的人物1060照射太赫兹光。来自人物1060的反射太赫兹光经由仅使作为检测对象的特定物质1070的分光光谱通过的 光学过滤器1030被摄像单元1040接收。摄像单元1040生成的图像信号由控制单元1010的图像处理单元实施规定的图像处理,并向显示部1050输出该图像信号。根据人物1060的衣服内等是否存在特定物质1070,光接收信号的强度发生变化,从而可以判断是否存在特定物质1070。
以上就几个电子仪器的实施方式进行了说明,但上述实施方式的电子仪器不局限于所说明的结构,可以省略其构成要素的一部分(例如光学系统、操作部、显示部等)或者追加其他构成要素等各种变形。
传感设备
图27(A)是表示图18的传感设备410的构成例。该传感设备包括传感器阵列500、行选择电路(行驱动器)510和读出电路520。还可以包括A/D转换部530和控制电路550。行选择电路(行驱动器)510和读出电路520称为驱动电路。通过使用该传感设备可以实现图5所示的例如用于夜视仪器等的红外线摄像机400A等。
在传感器阵列500上如图17所示地在两个轴方向排列(配置)多个传感器单元。另外,设置多条行线(字线、扫描线)和多条列线(数据线)。行线和列线的一方的数量也可以是一根。如果是一根行线的情况,在图27(A)中沿行线的方向(横向)排列多个传感器单元。相反,如果是一根列线,则沿列线的方向(纵向)排列多个传感器单元。
如图27(B)所示,传感器阵列500的各传感器单元配置(形成)在与各行线和各列线的交叉位置对应的部位。图27(B)所示的传感器单元例如配置在与行线WL1和列线DL1的交叉位置对应的部位。其他传感器单元也一样。
行选择电路510与1根或多根行线连接。然后进行各行线的选择动作。以图27(B)的QVGA(320×240的像素)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的动作。即,向传感器阵列500输出选择这些行线的信号(字选择信号)。
读出电路520与1根或多根列线连接。然后进行各列线的读出动作。以QVGA的传感器阵列500为例,进行读出来自列线DL0、DL1、DL2····DL319的检测信号(检测电流、检测电荷)的动作。
A/D转换部530进行将读出电路520获取的检测电压(测量电压、到达电压)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DOUT。具体是,在A/D转换部530中与多根列线的各列线对应地设置各A/D转换器。然后,各A/D转换器在对应的列线进行通过读出电路520获取的检测电压的A/D转换处理。另外,也可以与对多根列线对应地设置一个A/D转换器,利用该一个A/D转换器对多根列线的检测电压时分地(time-division,按时间划分)进行A/D转换。
控制电路550(定时产生电路(timing generation circuit))生成各种控制信号,并向行选择电路510、读出电路520、A/D转换部530输出。例如生成并输出充电或放电(复位)的控制信号。或者,生成并输出控制各电路的时序的信号。
本发明可以广泛用于各种热电检测器(例如,热电偶型元件(热电堆)、热电元件等)。对所检测的光的波长没有限制。另外,热电检测器或热电检测装置或者具有这些的电子仪器也可以用于在供给的热量与流体带走的热量平衡的条件下检测流体的流量的流量传感器等。可以设置本发明的热电检测器或热电检测装置来代替设置在该流量传感器上的热电偶(thermopile)等,除了光都作为检测对象。
如上所述,根据本发明的至少一个方式,例如可以明显提高热式光检测器的检测灵敏度。
以上针对几个实施方式进行了说明,但本领域的技术人员很容易理解在实质上不偏离本发明的新事项和效果的情况下可以进行各种变形。因此这些变形例都包含在本发明的范围。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一起记载的术语在说明书或附图的任何地方都可以置换成该不同的术语。
符号说明
10基板(例如硅基板)、
100包含绝缘层的结构体(例如至少包含一层层间绝缘层的多层结构体)、
102空腔部(热分离空腔部)、104a、104b第一支柱和第二支柱、
130a~130d蚀刻挡膜、200热式光检测器、210支撑部件的放置部、
212(212a、212b)支撑部件的臂部(第一臂部、第二臂部)、
215支撑部件(薄膜)、229a、229b配线(形成在臂部的配线)、
226电极(配线)、228构成热传递部件的材料的填充到第二连接孔的部分、
230作为热检测元件的热电电容器、232a、232b臂部的端部、
234下部电极(第一电极)、232热电材料层(PZT层等)
236上部电极(第二电极)、250绝缘层、
252 254第一连接孔和第二连接孔、260热传递部件、
270第一光吸收层、272第二光吸收层、FL热传递部件的集热部、
FLa1~FLd1、FLa2~FLd2构成集热部的独立图案、
CN(CN1~CN4)热传递部件的连接部、K1~K8集热部的图案中的延伸部、
G1~G4集热部的图案中的分支部(分岔部)、
J1~J8集热部的图案中的弯曲部、CL集热部的图案中的环状部、
BL内侧的环状部、Q1~Q4环状部用的延伸部、
X2、X3由集热部构成的光反射面(通过外周的闭合形状来确定整体形状的二维面)、
Y5~Y32切口部(洞部、孔部或开口部)。
Claims (15)
1.一种热式光检测器,其特征在于,包括:
基板;
支撑部件,以在所述支撑部件与所述基板之间形成有空腔部的方式被支撑;
热检测元件,被所述支撑部件支撑;
热传递部件,设置在所述热检测元件上并具备集热部和连接部,所述集热部由对入射的光具有光反射特性的材料构成且俯视时具有能够使向所述支撑部件的区域入射的光的一部分进入所述支撑部件侧的图案,所述连接部连接所述集热部和所述热检测元件;
第一光吸收层,在所述热传递部件和所述支撑部件之间与所述热传递部件接触地形成;以及
第二光吸收层,在所述热传递部件上与所述热传递部件接触地形成。
2.根据权利要求1所述的热式光检测器,其特征在于,
所述热传递部件的所述集热部的图案具有具备多个延伸部的形状,俯视时,所述多个延伸部在从所述连接部向所述支撑部件的外边缘的方向延伸。
3.根据权利要求2所述的热式光检测器,其特征在于,
所述多个延伸部具有相对于以所述连接部为起点的延伸方向弯曲并延伸的弯曲部或者从所述延伸部的线状部分岔的分支部。
4.根据权利要求2或3所述的热式光检测器,其特征在于,
具备所述多个延伸部的形状是俯视时以所述连接部为中心呈点对称的形状。
5.根据权利要求1所述的热式光检测器,其特征在于,
所述热传递部件的所述集热部的图案具有俯视时以包围所述连接部的方式配设的环状部。
6.根据权利要求5所述的热式光检测器,其特征在于,
所述热传递部件的所述集热部的图案具有俯视时设置在所述环状部的内侧区域的连接所述环状部的一部分和另一部分的线状部。
7.根据权利要求5或6所述的热式光检测器,其特征在于,
所述热传递部件的所述集热部的图案具有俯视时从所述环状部的一部分向所述环状部的外侧延伸的环状部用的延伸部。
8.根据权利要求1所述的热式光检测器,其特征在于,
所述热传递部件的所述集热部的图案俯视时呈由具有闭合形状的外周确定的区域内包至少一个切口部的形状。
9.根据权利要求1所述的热式光检测器,其特征在于,
所述热传递部件的所述集热部的图案俯视时具有多个独立图案和对各独立图案的每一个设置的所述连接部。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的热式光检测器,其特征在于,
所述第一光吸收层在所述支撑部件上形成在所述热检测元件的周围,
所述第二光吸收层与所述支撑部件和所述热检测元件接触地形成。
11.根据权利要求10所述的热式光检测器,其特征在于,
在所述支撑部件的放置所述热检测元件的表面与所述第二光吸收层的上表面之间第一波长的光谐振,在所述第二光吸收层的下表面与所述第二光吸收层的上表面之间与所述第一波长不同的第二波长的光谐振。
12.一种热式光检测装置,其特征在于,二维配置有多个权利要求1至11中任一项所述的热式光检测器。
13.一种电子仪器,其特征在于,具有权利要求1至11中任一项所述的热式光检测器和处理所述热式光检测器的输出的控制部。
14.一种电子仪器,其特征在于,具有权利要求12所述的热式光检测装置和处理所述热式光检测装置的输出的控制部。
15.一种热式光检测器的制造方法,包括以下步骤:
在基板的主面上形成包含绝缘层的结构体,在包含所述绝缘层的结构体上形成牺牲层,并在所述牺牲层上形成支撑部件;
在所述支撑部件上形成热检测元件;
以覆盖所述热检测元件的方式形成第一光吸收层,并使所述第一光吸收层平坦化;
在所述第一光吸收层的一部分形成接触孔后,形成具备集热部和连接部的热传递部件,所述集热部由对向所述支撑部件的区域入射的光具有光反射特性的材料构成且俯视时具有能够使向所述支撑部件的区域入射的光的一部分进入所述支撑部件侧的图案,所述连接部埋入所述连接孔而形成并连接所述集热部和所述热检测元件;
在所述第一光吸收层上形成第二光吸收层;
对所述第一光吸收层和所述第二光吸收层进行图案化;
对所述支撑部件进行图案化;以及
通过蚀刻除去所述牺牲层,在形成在所述基板的主面上的包含绝缘层的结构体与所述支撑部件之间形成空腔部。
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