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JP2012026860A - Pyroelectric photodetector and electronic equipment - Google Patents

Pyroelectric photodetector and electronic equipment Download PDF

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JP2012026860A
JP2012026860A JP2010165595A JP2010165595A JP2012026860A JP 2012026860 A JP2012026860 A JP 2012026860A JP 2010165595 A JP2010165595 A JP 2010165595A JP 2010165595 A JP2010165595 A JP 2010165595A JP 2012026860 A JP2012026860 A JP 2012026860A
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pyroelectric
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material layer
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JP2010165595A
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Yukio Kitahara
幸男 北原
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】 焦電型光検出器における検出効率を向上させること。
【解決手段】 焦電型光検出器200は、下部電極234と、下部電極上に形成される焦電材料層232と、焦電材料層上に形成される上部電極236と、を含み、上部電極234は、単層の材料層または積層された複数層の材料層によって構成され、単層の材料層または積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、光吸収層を兼ねる。上部電極236は、平面視で、焦電材料層の全領域を覆う領域に設けることができる。また、単層の材料層または積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、焦電材料232を還元する還元ガスに対する還元ガスバリア層を兼ねることができる。還元ガスバリア層は、焦電材料層232の側面に形成することができる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To improve detection efficiency in a pyroelectric detector.
A pyroelectric detector 200 includes a lower electrode 234, a pyroelectric material layer 232 formed on the lower electrode, and an upper electrode 236 formed on the pyroelectric material layer. The electrode 234 includes a single material layer or a plurality of stacked material layers, and at least the uppermost layer of the single material layer or the stacked material layers also serves as a light absorption layer. The upper electrode 236 can be provided in a region covering the entire region of the pyroelectric material layer in plan view. In addition, at least the uppermost layer of the single material layer or the plurality of stacked material layers can also serve as a reducing gas barrier layer against a reducing gas that reduces the pyroelectric material 232. The reducing gas barrier layer can be formed on the side surface of the pyroelectric material layer 232.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、焦電型光検出器および電子機器等に関する。   The present invention relates to a pyroelectric detector, an electronic device, and the like.

熱型光検出器として、焦電型光検出器が知られている。焦電型光検出器は、光吸収に伴う光吸収膜の温度上昇を、例えば、強磁性体の焦電効果(パイロ電子効果)を利用して検出する。強誘電体(PZT:チタン酸ジルコン酸鉛)やタンタル酸リチウム等の誘電率の大きな結晶体は、加熱したり冷却したりすると電気分極量の変化を生じる。すなわち、温度変化があると自発分極量に変化が生じて表面電荷量に変化が生じ、温度変化がないと表面電荷は中和する。分極状態が変化するのに伴い、強誘電体結晶の両端に接続される各電極間に表面電荷量の変化により生じた焦電流が流れる。焦電流(または分極量変化に伴う誘電率、分極量)を検出することによって、照射された光(赤外線等)の光量を検出することができる。   A pyroelectric detector is known as a thermal detector. The pyroelectric detector detects an increase in the temperature of the light absorption film due to light absorption using, for example, a pyroelectric effect (pyroelectronic effect) of a ferromagnetic material. Crystals having a large dielectric constant, such as ferroelectrics (PZT: lead zirconate titanate) and lithium tantalate, change in the amount of electric polarization when heated or cooled. That is, if there is a change in temperature, the amount of spontaneous polarization changes, resulting in a change in the amount of surface charge. If there is no change in temperature, the surface charge is neutralized. As the polarization state changes, a pyroelectric current generated by a change in the surface charge amount flows between the electrodes connected to both ends of the ferroelectric crystal. By detecting the pyroelectric current (or the dielectric constant and the polarization amount accompanying the change in the polarization amount), the amount of the irradiated light (such as infrared rays) can be detected.

熱型光検出素子の一つである赤外線検出素子は、小規模素子分野では、例えば人感センサーに応用され、大規模アレイ分野では、例えば赤外線カメラ装置に応用されている。かつては軍事技術として開発されたが、近年は民生品へ応用が進みはじめており、今後、赤外線検出による様々な応用が期待されている。   An infrared detection element, which is one of the thermal detection elements, is applied to, for example, a human sensor in the small-scale element field, and is applied to, for example, an infrared camera device in the large-scale array field. In the past, it was developed as a military technology, but in recent years it has begun to be applied to consumer products, and various applications using infrared detection are expected in the future.

焦電型光検出器としての薄膜赤外線検出素子は、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載される薄膜赤外線検出素子は、PZT膜(参照符号10)が、上部電極(参照符号12)と下部電極(参照符号8)に挟まれた構造を有し、上部電極上に、赤外線吸収膜(参照符号17)が設けられている。   A thin-film infrared detection element as a pyroelectric detector is described in Patent Document 1, for example. The thin-film infrared detection element described in Patent Document 1 has a structure in which a PZT film (reference numeral 10) is sandwiched between an upper electrode (reference numeral 12) and a lower electrode (reference numeral 8). An infrared absorption film (reference numeral 17) is provided.

特開2008−232896号公報JP 2008-232896 A

特許文献1に記載される薄膜赤外線検出素子では、赤外線吸収膜とPZT膜との間に上部電極が存在している。よって、赤外線吸収膜とPZT膜との間の距離は、必然的に大きくなる。 In the thin-film infrared detection element described in Patent Document 1, an upper electrode exists between the infrared absorption film and the PZT film. Therefore, the distance between the infrared absorption film and the PZT film inevitably increases.

上述したとおり、赤外線吸収膜に生じた熱がPZT膜に伝わり、PZT膜の電気分極量に変化が生じる。赤外線吸収膜に生じた熱を、効率的にPZT膜に伝達するために、赤外線吸収膜とPZT膜との間の距離を小さくすることが望ましい。しかし、特許文献1では、上記のとおり、赤外線吸収膜とPZT膜との間の距離の短縮には限界がある。   As described above, the heat generated in the infrared absorption film is transmitted to the PZT film, and the amount of electric polarization of the PZT film changes. In order to efficiently transfer the heat generated in the infrared absorption film to the PZT film, it is desirable to reduce the distance between the infrared absorption film and the PZT film. However, in Patent Document 1, as described above, there is a limit to shortening the distance between the infrared absorption film and the PZT film.

本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、焦電型光検出器における検出効率を向上させることができる。   According to at least one aspect of the present invention, for example, the detection efficiency in a pyroelectric detector can be improved.

(1)本発明の焦電型光検出器の一態様は、下部電極と、前記下部電極上に形成される焦電材料層と、前記焦電材料層上に形成される上部電極と、を含み、前記上部電極は、単層の材料層または積層された複数層の材料層によって構成され、前記単層の材料層または前記積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、光吸収層を兼ねることを特徴とする焦電型光検出器。   (1) One aspect of the pyroelectric photodetector of the present invention includes a lower electrode, a pyroelectric material layer formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the pyroelectric material layer. The upper electrode includes a single material layer or a plurality of stacked material layers, and at least the uppermost layer of the single material layer or the stacked material layers is a light layer. A pyroelectric detector that also serves as an absorption layer.

本態様では、焦電型光検出器を構成する上部電極の少なくとも一部を、光吸収効率が高い材料層で構成して、上部電極の少なくとも一部を、光吸収層としても機能させる。すなわち、上部電極は、単層の材料層または積層された複数層の材料層によって構成され、単層の材料層または積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、光吸収層を兼ねている。   In this aspect, at least a part of the upper electrode constituting the pyroelectric detector is formed of a material layer having a high light absorption efficiency, and at least a part of the upper electrode also functions as a light absorption layer. That is, the upper electrode is constituted by a single layer material layer or a plurality of laminated material layers, and at least the uppermost layer of the single layer material layer or the laminated plurality of material layers is a light absorption layer. Also serves as.

上部電極は、焦電材料層(焦電体)に接して形成されることから、上部電極の少なくとも一部を構成する光吸収層を、焦電材料層に近接して配置することが可能である。つまり、光吸収層と焦電材料層との間の距離を最小化することができる。したがって、光吸収層に生じた熱を、最も効率的に焦電材料層に伝達することができる。よって、焦電型光検出器における検出効率を向上させることができる。   Since the upper electrode is formed in contact with the pyroelectric material layer (pyroelectric material), it is possible to dispose the light absorption layer constituting at least a part of the upper electrode in the vicinity of the pyroelectric material layer. is there. That is, the distance between the light absorption layer and the pyroelectric material layer can be minimized. Therefore, the heat generated in the light absorption layer can be transferred to the pyroelectric material layer most efficiently. Therefore, the detection efficiency in the pyroelectric detector can be improved.

(2)本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記上部電極は、平面視で、前記焦電材料層の全領域を覆う領域に設けられている。   (2) In another aspect of the pyroelectric detector of the present invention, the upper electrode is provided in a region covering the entire region of the pyroelectric material layer in plan view.

本態様では、上部電極は、平面視で、焦電材料層の全領域を覆うように設けられる。これによって、上部電極と焦電材料層(焦電体)との接触面積が増大することから、熱の伝達経路における熱コンダクタンスが大きくなる(換言すれば、熱抵抗が小さくなる)。よって、上部電極の少なくとも一部を構成する光吸収層で生じた熱を、より効率的に焦電材料層に伝達することができる。また、上部電極と焦電材料層(焦電体)との接触面積が増大すると、接触抵抗(電気的な抵抗)の値が小さくなるため、電気伝導の点でも有利となる。   In this aspect, the upper electrode is provided so as to cover the entire region of the pyroelectric material layer in plan view. As a result, the contact area between the upper electrode and the pyroelectric material layer (pyroelectric body) increases, so that the thermal conductance in the heat transfer path increases (in other words, the thermal resistance decreases). Therefore, the heat generated in the light absorption layer constituting at least a part of the upper electrode can be more efficiently transferred to the pyroelectric material layer. Further, when the contact area between the upper electrode and the pyroelectric material layer (pyroelectric material) increases, the value of contact resistance (electrical resistance) decreases, which is advantageous in terms of electrical conduction.

(3)本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記単層の材料層または前記積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、前記焦電材料を還元する還元ガスに対する還元ガスバリア層を兼ねる。   (3) In another aspect of the pyroelectric detector of the present invention, at least the uppermost layer of the single-layer material layer or the stacked material layers is a reduction that reduces the pyroelectric material. Also serves as a reducing gas barrier layer for gas.

本態様では、上部電極の少なくとも一部を構成する材料層の材料として、さらに、還元ガス(例えば水素ガス)バリア特性も有する材料を使用する。PZT等の酸化物は、還元ガス(水素等)に晒されると特性が劣化し、所望の特性が得られなくなる。そこで、本態様では、上部電極の少なくとも一部を構成する材料層の材料として、還元ガスを阻止するバリア性の高い材料を選び、これによって、焦電材料(焦電体)の特性劣化を防止することができる。   In this embodiment, a material having a reducing gas (for example, hydrogen gas) barrier property is further used as the material of the material layer constituting at least a part of the upper electrode. When an oxide such as PZT is exposed to a reducing gas (hydrogen or the like), the characteristics deteriorate and desired characteristics cannot be obtained. Therefore, in this aspect, a material having a high barrier property that prevents the reducing gas is selected as the material of the material layer constituting at least a part of the upper electrode, thereby preventing deterioration of characteristics of the pyroelectric material (pyroelectric material). can do.

例えば、焦電キャパシターが絶縁層で被覆されていて、その絶縁層の一部にコンタクトホールが開口されて、そのコンタクトホールを介して、上部電極に接続される導電体層(例えば、引き出し電極の一部を構成するタングステンプラグ)が形成される場合を想定する。この場合、例えば、コンタクトホール開口時やタングステンプラグの埋め込み時において、水素ガス(還元ガス、あるいは焦電キャパシターの特性を劣化させる劣化ガス)が侵入する可能性がある。また、タングステンプラグが完成した後も、タングステンプラグは、特に還元ガスバリア能を有さないため、還元ガスがタングステンプラグを通過して、焦電材料層(焦電体)側に侵入する場合もあり得る。   For example, a pyroelectric capacitor is covered with an insulating layer, a contact hole is opened in a part of the insulating layer, and a conductor layer (for example, an extraction electrode) connected to the upper electrode through the contact hole is formed. A case is assumed in which a tungsten plug constituting a part is formed. In this case, for example, when a contact hole is opened or a tungsten plug is buried, hydrogen gas (reducing gas or deteriorated gas that deteriorates the characteristics of the pyroelectric capacitor) may enter. In addition, even after the tungsten plug is completed, the tungsten plug does not particularly have a reducing gas barrier function, so that the reducing gas may pass through the tungsten plug and enter the pyroelectric material layer (pyroelectric body) side. obtain.

しかし、本態様によれば、上部電極の少なくとも最上面には、還元ガスバリア能を有した材料層(材料膜)が存在することから、焦電材料層(焦電体)の特性劣化が確実に防止される。よって、焦電キャパシターの信頼性が向上する。   However, according to this aspect, since the material layer (material film) having the reducing gas barrier ability exists on at least the uppermost surface of the upper electrode, the pyroelectric material layer (pyroelectric material) is reliably deteriorated in characteristics. Is prevented. Therefore, the reliability of the pyroelectric capacitor is improved.

(4)本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記焦電材料層の側面には、還元ガスバリアが形成されている。   (4) In another aspect of the pyroelectric detector of the present invention, a reducing gas barrier is formed on a side surface of the pyroelectric material layer.

上述のとおり、上部電極の少なくとも最上層には、還元ガスバリア能を有した材料層(材料膜)が存在するが、その材料層だけでは、焦電材料層の側面部分からの還元ガスの侵入を阻止することはできない。よって、本態様では、焦電材料層の側面にのみ還元ガスバリア層(少なくとも一層の還元ガスバリア層を有する)を形成する。これによって、焦電キャパシターの側面からの還元ガスの侵入による特性劣化を確実に防止することができる。   As described above, at least the uppermost layer of the upper electrode has a material layer (material film) having a reducing gas barrier capability, but the material layer alone prevents the intrusion of the reducing gas from the side surface portion of the pyroelectric material layer. It cannot be stopped. Therefore, in this embodiment, a reducing gas barrier layer (having at least one reducing gas barrier layer) is formed only on the side surface of the pyroelectric material layer. As a result, it is possible to reliably prevent deterioration of characteristics due to intrusion of reducing gas from the side surface of the pyroelectric capacitor.

(5)本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記単層の材料層または前記積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)を主成分とする層である。   (5) In another aspect of the pyroelectric detector of the present invention, at least the uppermost layer of the single-layer material layer or the stacked multiple-layer material layers is made of silicon carbide (SiC) or aluminum nitride. It is a layer mainly composed of (AlN).

炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)は共に、例えば、波長8μm〜12μm程度の光に対して吸収特性を示す。よって光吸収層として使用することができる。また、共に、60〜320W/m・k程度の熱伝導率を確保することができる。また、共に、還元ガスに対するバリア特性が認められる。また、例えば、SiCの比抵抗(電気抵抗の指標の一つ)として、例えば、0.3〜1.3(Ω・cm)程度を確保することができる。AlNの場合、電気伝導率に関しては、SiCよりも劣るが、導電体としての特性は確保することができる。よって、両材料は、電極層、光吸収層、熱伝達層ならびに還元ガスバリア層としての特性を備えている。   Both silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN) exhibit absorption characteristics with respect to light having a wavelength of about 8 μm to 12 μm, for example. Therefore, it can be used as a light absorption layer. Moreover, both can ensure the heat conductivity of about 60-320 W / m * k. In both cases, barrier properties against reducing gas are observed. Moreover, for example, about 0.3 to 1.3 (Ω · cm) can be secured, for example, as the specific resistance of SiC (one index of electrical resistance). In the case of AlN, the electrical conductivity is inferior to that of SiC, but the characteristics as a conductor can be ensured. Therefore, both materials have characteristics as an electrode layer, a light absorption layer, a heat transfer layer, and a reducing gas barrier layer.

炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)を主成分とする層は、例えば、スパッタ法やCVD法によって成膜することができる。スパッタリングターゲットとして、例えばSiCターゲットを使用したとき、ターゲットには、その他、B,Na,Mg,Al,K,Ca,Ti,Cr,Mn,Fe,Ni,Cu,Zn等の金属が微量に含まれる場合がある。但し、炭化シリコン(SiC)が主成分であれば、必要な特性を確保することができる。AlNについても同様である。   The layer mainly composed of silicon carbide (SiC) or aluminum nitride (AlN) can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method. For example, when a SiC target is used as the sputtering target, the target contains trace amounts of other metals such as B, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, and Zn. May be. However, if silicon carbide (SiC) is the main component, necessary characteristics can be ensured. The same applies to AlN.

また、「炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)を主成分とする」という表現は、その材料層の成膜の際に、それ以外の金属等の材料が積極的に添加されることを排除するものではない。また、Alに関しては、酸化物(AlO)が使用される場合もあり得る。   In addition, the expression “mainly composed of silicon carbide (SiC) or aluminum nitride (AlN)” means that other materials such as metals are positively added when the material layer is formed. It is not excluded. For Al, an oxide (AlO) may be used.

(6)本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記上部電極は、前記積層された複数層の材料層として、第1層および第2層を含み、前記第1層は前記最上層であり、前記第2層は、Pt(白金)またはイリジウム(Ir)を主成分とする、光反射特性を有する層である。   (6) In another aspect of the pyroelectric detector of the present invention, the upper electrode includes a first layer and a second layer as the stacked material layers, and the first layer includes the first layer It is the uppermost layer, and the second layer is a layer having Pt (platinum) or iridium (Ir) as a main component and having light reflection characteristics.

本態様では、上部電極を2層の材料層で構成し、下層をPtやIrを主成分とする材料層で構成する。これによって、光吸収層の直下に、光反射特性をもつ層(光反射層)を形成することができる。本態様では、光反射層の近くに光吸収層(として機能する材料層)があるため、反射光が効率的に光吸収層で吸収されて熱に変換される、という効果が得られる。   In this embodiment, the upper electrode is composed of two material layers, and the lower layer is composed of a material layer mainly composed of Pt or Ir. As a result, a layer having a light reflection characteristic (light reflection layer) can be formed immediately below the light absorption layer. In this aspect, since there is a light absorption layer (a material layer that functions as) in the vicinity of the light reflection layer, there is an effect that the reflected light is efficiently absorbed by the light absorption layer and converted into heat.

(7)本発明の焦電型光検出器の態様では、前記上部電極は、前記単層の材料層で構成され、前記下部電極は、単層の下部電極用の材料層、または積層された複数層の下部電極用の材料層によって構成され、前記単層の下部電極用の材料層、または前記積層された複数層の下部電極用の材料層のうちの少なくとも最上層は、Pt(白金)またはイリジウム(Ir)を主成分とする、光反射特性を有する層である。   (7) In the pyroelectric detector of the present invention, the upper electrode is composed of the single-layer material layer, and the lower electrode is a single-layer lower electrode material layer or laminated. It is composed of a plurality of lower electrode material layers, and at least the uppermost layer of the single layer lower electrode material layer or the stacked multiple layers of lower electrode material layers is Pt (platinum). Alternatively, the light-reflecting layer is mainly composed of iridium (Ir).

本態様では、上部電極を単層の材料層で構成し、一方、下部電極をPtやIrを主成分とする材料層で構成する。この構造の場合、焦電キャパシターの上方から到来した光が、下部電極で反射して、上部電極における光吸収層(として機能する材料層)に入射する場合があり得る。よって、光吸収層で吸収される光量を増やすことができる。また、焦電材料層(焦電体)の厚みを調整して、上部電極と下部電極との間の距離を、検出対象の光の波長λの1/4に設定すると、光の共振によって、光吸収層で吸収される光量を積極的に増やすことができる。   In this embodiment, the upper electrode is composed of a single material layer, while the lower electrode is composed of a material layer mainly composed of Pt or Ir. In the case of this structure, light coming from above the pyroelectric capacitor may be reflected by the lower electrode and incident on the light absorption layer (the material layer functioning as the upper electrode). Therefore, the amount of light absorbed by the light absorption layer can be increased. Further, by adjusting the thickness of the pyroelectric material layer (pyroelectric body) and setting the distance between the upper electrode and the lower electrode to ¼ of the wavelength λ of the light to be detected, due to the resonance of the light, The amount of light absorbed by the light absorption layer can be positively increased.

(8)本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記上部電極上に、絶縁膜が形成され、前記絶縁膜上に導電体層形成され、前記導電体層は、前記絶縁膜の一部に形成されたコンタクトホールを介して前記上部電極に接続されており、前記上部電極における前記単層の材料層または前記積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、前記コンタクトホール形成用のエッチャントに対するエッチング耐性を有する。   (8) In another aspect of the pyroelectric detector of the present invention, an insulating film is formed on the upper electrode, a conductor layer is formed on the insulating film, and the conductor layer is formed of the insulating film. Is connected to the upper electrode through a contact hole formed in a part of the upper electrode, and at least the uppermost layer of the single layer material layer or the stacked material layers of the upper electrode is Etching resistance against etchant for forming contact hole.

本態様では、上部電極の最上面は、コンタクトホール形成時のエッチングストッパーとしても機能する。例えば、焦電キャパシターが絶縁層で被覆されていて、その絶縁層の一部にコンタクトホールが開口されて、そのコンタクトホールを介して、上部電極に接続される導電体層(例えば、引き出し電極の一部を構成するタングステンプラグ)が形成される場合を想定する。焦電キャパシターを覆う絶縁層の一部にコンタクトホールを設ける際のエッチング工程において、上部電極の最上面がエッチングストッパーとして機能することから、オーバーエッチング(必要以上にエッチングが進むこと)が確実に防止され、よって、製造上の負担が軽減される。   In this embodiment, the uppermost surface of the upper electrode also functions as an etching stopper when forming the contact hole. For example, a pyroelectric capacitor is covered with an insulating layer, a contact hole is opened in a part of the insulating layer, and a conductor layer (for example, an extraction electrode) connected to the upper electrode through the contact hole is formed. A case is assumed in which a tungsten plug constituting a part is formed. In the etching process when a contact hole is provided in a part of the insulating layer covering the pyroelectric capacitor, the uppermost surface of the upper electrode functions as an etching stopper, so that over-etching (the etching proceeds more than necessary) is surely prevented. Therefore, the manufacturing burden is reduced.

(9)本発明の焦電型光検出器の他の態様では、前記上部電極の一部は、前記上部電極を他の回路構成要素に接続するための配線を兼ねており、また、前記下部電極、前記焦電材料層ならびに前記上部電極によって構成される焦電キャパシターの少なくとも側面には絶縁膜が形成されており、前記配線は、前記焦電キャパシターの少なくとも側面に形成される前記絶縁膜上に配設されている。   (9) In another aspect of the pyroelectric detector of the present invention, a part of the upper electrode also serves as a wiring for connecting the upper electrode to another circuit component, and the lower electrode An insulating film is formed on at least a side surface of the pyroelectric capacitor constituted by the electrode, the pyroelectric material layer, and the upper electrode, and the wiring is formed on the insulating film formed on at least the side surface of the pyroelectric capacitor. It is arranged.

配線は、例えば、焦電キャパシターの側面上を通過して、焦電キャパシターを搭載している支持部材(例えばメンブレン)にまで到達するように配設される。この場合、配線(金属)を経由して熱が、焦電キャパシターの下方に伝達されて、焦電材料層にもその熱の一部が伝わる。よって、本態様によれば、光吸収層(として機能する材料層)に生じる熱を、より効率的に焦電材料層(焦電体)に伝達することができる。   For example, the wiring is disposed so as to pass on the side surface of the pyroelectric capacitor and reach a support member (for example, a membrane) on which the pyroelectric capacitor is mounted. In this case, heat is transmitted to the lower part of the pyroelectric capacitor via the wiring (metal), and part of the heat is also transmitted to the pyroelectric material layer. Therefore, according to this aspect, the heat generated in the light absorption layer (the material layer that functions as) can be more efficiently transferred to the pyroelectric material layer (pyroelectric body).

(10)本発明の電子機器の一態様は、上記いずれかの焦電型光検出器を有する。   (10) One aspect of the electronic device of the present invention includes any one of the above pyroelectric detectors.

焦電型光検出器の検出効率が高められていることから、その焦電型光検出器を搭載する電子機器の性能も向上する。   Since the detection efficiency of the pyroelectric detector is increased, the performance of an electronic device equipped with the pyroelectric detector is also improved.

図1(A)〜図1(C)は、焦電型光検出器の構造例ならびに比較例の構造例を示す図1A to 1C are diagrams showing a structural example of a pyroelectric detector and a structural example of a comparative example. 図2(A)〜図2(E)は、図1(A)に示される焦電型光検出器の製造方法の一例を示す図2A to 2E are diagrams showing an example of a manufacturing method of the pyroelectric detector shown in FIG. 図3(A)〜図3(E)は、図1(B)に示される焦電型光検出器の製造方法の一例を示す図3 (A) to 3 (E) are diagrams showing an example of a method for manufacturing the pyroelectric detector shown in FIG. 1 (B). 焦電型光検出装置のレイアウト構成を示す平面図Plan view showing layout configuration of pyroelectric detection device 図4に示される焦電型光検出器の構造例を示す断面図Sectional drawing which shows the structural example of the pyroelectric detector shown by FIG. 図6(A)および図6(B)は、空洞部(熱分離空洞)の形成方法の一例を示す図6A and 6B are diagrams illustrating an example of a method for forming a cavity (thermal separation cavity). 電子機器の構成の一例を示す図FIG. 7 illustrates an example of a structure of an electronic device 電子機器の構成の他の例を示す図FIG. 11 is a diagram illustrating another example of a structure of an electronic device

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not always.

(第1の実施形態)
図1(A)〜図1(C)は、焦電型光検出器の構造例ならびに比較例の構造例を示す図である。図1(A),図1(B)が本実施形態にかかる焦電型光検出器の構造例を示し、図1(C)が比較例(本実施形態にかかる焦電型光検出器の構造の特徴を明確化するための比較例であり、従来例ではない)の構造を示す。
(First embodiment)
1A to 1C are diagrams illustrating a structural example of a pyroelectric detector and a structural example of a comparative example. 1A and 1B show an example of the structure of a pyroelectric detector according to this embodiment, and FIG. 1C shows a comparative example (a pyroelectric detector according to this embodiment. This is a comparative example for clarifying the characteristics of the structure, and is not a conventional example.

まず、図1(A)を参照する。図1(A)に示される焦電型光検出器200は支持部材(メンブレン)210上に形成された焦電型光検出素子(例えば、焦電型赤外線検出素子)220を有する。焦電型光検出素子220は、焦電キャパシター230を有する。なお、支持部材(メンブレン)210は、例えば、Si膜/SiO膜/Si膜の3層の積層膜で構成することができる。支持部材(メンブレン)210は、焦電型光検出素子220を安定的に支持する必要があり、よって、支持部材(メンブレン)210のトータルの厚みは、必要な機械強度を満足するように設定されている。 First, reference is made to FIG. A pyroelectric detector 200 shown in FIG. 1A includes a pyroelectric photodetector (for example, a pyroelectric infrared detector) 220 formed on a support member (membrane) 210. The pyroelectric detection element 220 includes a pyroelectric capacitor 230. Note that the support member (membrane) 210 can be constituted by, for example, a laminated film of three layers of Si 3 N 4 film / SiO 2 film / Si 3 N 4 film. The support member (membrane) 210 needs to stably support the pyroelectric detection element 220, and therefore the total thickness of the support member (membrane) 210 is set to satisfy the required mechanical strength. ing.

焦電キャパシター230は、下部電極(第1電極)234と、下部電極上に形成される焦電材料層(焦電体:PZT層)232と、焦電材料層232上に形成される上部電極(第2電極)236と、を含む。図1(A)の例では、上部電極236は、単層の材料層で構成されており、この単層の上部電極236は、光吸収膜かつ還元ガスバリア膜を兼ねる材料層である。   The pyroelectric capacitor 230 includes a lower electrode (first electrode) 234, a pyroelectric material layer (pyroelectric material: PZT layer) 232 formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the pyroelectric material layer 232. (Second electrode) 236. In the example of FIG. 1A, the upper electrode 236 is composed of a single-layer material layer, and the single-layer upper electrode 236 is a material layer that also serves as a light absorption film and a reducing gas barrier film.

また、上部電極236は、平面視で、焦電材料層232の全領域を覆う領域に設けられている(この点は、図1(B)の例でも同様である)。図1(A)では、平面視の図は示されていないが、上部電極236は、焦電キャパシター230を覆うように形成されていることから、上部電極236が、平面視で、焦電材料層232の全領域を覆う領域に設けられていることは明らかである。   Further, the upper electrode 236 is provided in a region covering the entire region of the pyroelectric material layer 232 in plan view (this is the same as in the example of FIG. 1B). In FIG. 1A, a plan view is not shown. However, since the upper electrode 236 is formed so as to cover the pyroelectric capacitor 230, the upper electrode 236 is formed in a pyroelectric material in plan view. Obviously, the layer 232 is provided in a region covering the entire region.

上部電極236は、炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)を主成分とする層で構成することができる。   The upper electrode 236 can be composed of a layer mainly composed of silicon carbide (SiC) or aluminum nitride (AlN).

炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)は共に、例えば、波長8μm〜12μm程度の光に対して吸収特性を示す。よって光吸収層として使用することができる。また、共に、60〜320W/m・k程度の熱伝導率を確保することができる。また、共に、還元ガス(水素ガス等)に対するバリア特性が認められる。また、例えば、SiCの比抵抗(電気抵抗の指標の一つ)として、例えば、0.3〜1.3(Ω・cm)程度を確保することができる。AlNの場合、電気伝導率に関しては、SiCよりも劣るが、導電体としての特性は確保することができる。よって、両材料は、電極層、光吸収層、熱伝達層ならびに還元ガスバリア層としての特性を備えている。   Both silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN) exhibit absorption characteristics with respect to light having a wavelength of about 8 μm to 12 μm, for example. Therefore, it can be used as a light absorption layer. Moreover, both can ensure the heat conductivity of about 60-320 W / m * k. In addition, barrier properties against a reducing gas (hydrogen gas or the like) are recognized. Moreover, for example, about 0.3 to 1.3 (Ω · cm) can be secured, for example, as the specific resistance of SiC (one index of electrical resistance). In the case of AlN, the electrical conductivity is inferior to that of SiC, but the characteristics as a conductor can be ensured. Therefore, both materials have characteristics as an electrode layer, a light absorption layer, a heat transfer layer, and a reducing gas barrier layer.

炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)を主成分とする層は、例えば、スパッタ法やCVD法によって成膜することができる。スパッタリングターゲットとして、例えばSiCターゲットを使用したとき、ターゲットには、その他、B,Na,Mg,Al,K,Ca,Ti,Cr,Mn,Fe,Ni,Cu,Zn等の金属が微量に含まれる場合がある。但し、炭化シリコン(SiC)が主成分であれば、必要な特性を確保することができる。AlNについても同様である。   The layer mainly composed of silicon carbide (SiC) or aluminum nitride (AlN) can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method. For example, when a SiC target is used as the sputtering target, the target contains trace amounts of other metals such as B, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, and Zn. May be. However, if silicon carbide (SiC) is the main component, necessary characteristics can be ensured. The same applies to AlN.

また、「炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)を主成分とする」という表現は、その材料層の成膜の際に、それ以外の金属等の材料が積極的に添加されることを排除するものではない。また、Alに関しては、酸化物(AlO)が使用される場合もあり得る。   In addition, the expression “mainly composed of silicon carbide (SiC) or aluminum nitride (AlN)” means that other materials such as metals are positively added when the material layer is formed. It is not excluded. For Al, an oxide (AlO) may be used.

また、図1(A)の例では、焦電キャパシター230の側面には、サイドウオール層240が形成されている。このサイドウオール層240は、少なくとも一層の還元ガスバリア層(例えば、Al膜)242と、絶縁層(例えば、SiO膜あるいはSi膜)244とを含む。 In the example of FIG. 1A, a sidewall layer 240 is formed on the side surface of the pyroelectric capacitor 230. The sidewall layer 240 includes at least one reducing gas barrier layer (for example, an Al 2 O 3 film) 242 and an insulating layer (for example, an SiO 2 film or an Si 3 N 4 film) 244.

また、焦電キャパシター230は、層間絶縁膜250で覆われている。層間絶縁膜250の一部が開口されて、コンタクトホール254が形成されており、そのコンタクトホール254を介して、引き出し電極228と上部電極236との電気的導通が確保される。引き出し電極228は、コンタクトプラグ(例えば、タングステンプラグ)228aと、電極228bとを含む。   The pyroelectric capacitor 230 is covered with an interlayer insulating film 250. A part of the interlayer insulating film 250 is opened to form a contact hole 254, and electrical conduction between the extraction electrode 228 and the upper electrode 236 is ensured through the contact hole 254. The lead electrode 228 includes a contact plug (for example, a tungsten plug) 228a and an electrode 228b.

また、下部電極(第1電極)234は、例えば、3層の金属膜を積層することによって形成される。例えば、焦電材料層(PZT層)232から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム(Ir)、イリジウム酸化物(IrOx)及びプラチナ(Pt)の三層構造とすることができる。また、焦電材料層232としては、上述のとおり、例えばPZT(Pb(Zi,Ti)O:チタン酸ジルコン酸鉛)を用いることができる。焦電材料層232は、例えば、スパッタリング法やMOCVD法等で成膜することができる。下部電極(第1電極)234および上部電極(第2電極)236の膜厚は、例えば0.4μm程度であり、焦電材料層232の膜厚は、例えば0.1μm程度である。 The lower electrode (first electrode) 234 is formed by laminating, for example, three layers of metal films. For example, a three-layer structure of iridium (Ir), iridium oxide (IrOx), and platinum (Pt) formed by, for example, sputtering in order from a position far from the pyroelectric material layer (PZT layer) 232 can be formed. As the pyroelectric material layer 232, for example, PZT (Pb (Zi, Ti) O 3 : lead zirconate titanate) can be used as described above. The pyroelectric material layer 232 can be formed by, for example, a sputtering method or an MOCVD method. The film thickness of the lower electrode (first electrode) 234 and the upper electrode (second electrode) 236 is, for example, about 0.4 μm, and the film thickness of the pyroelectric material layer 232 is, for example, about 0.1 μm.

焦電キャパシター230の上方から入射する光は、上部電極236(光吸収層としても機能する)によって吸収され、熱に変換される。この熱は、焦電材料層(焦電体)232に伝達され、その結果、焦電効果(パイロ電子効果)によって、焦電材料層(焦電体)232に電気分極量の変化が生じる。この電気分極量の変化に伴う電流を検出することによって、入射した光の強度を検出することができる。   Light incident from above the pyroelectric capacitor 230 is absorbed by the upper electrode 236 (which also functions as a light absorption layer) and converted into heat. This heat is transmitted to the pyroelectric material layer (pyroelectric body) 232, and as a result, a change in the amount of electric polarization occurs in the pyroelectric material layer (pyroelectric body) 232 due to the pyroelectric effect (pyroelectronic effect). By detecting the current accompanying the change in the amount of electric polarization, the intensity of the incident light can be detected.

次に、図1(B)の例について説明する。なお、図1(B)において、図1(A)の例と共通する部分には、同じ参照符号を付してある(この点は、以下の図面でも同様である)。図1(B)の例では、上部電極(第2電極)236’は、下層の材料層235(図1(B)では、上部電極(1)と記載されている)と、上層の材料層236(図1(B)では、上部電極(2)と記載されている)とが積層されて構成されている。他の部分の構成は、図1(A)の例と同様である。   Next, an example of FIG. 1B will be described. Note that, in FIG. 1B, parts that are the same as those in the example of FIG. 1A are denoted by the same reference numerals (this is the same in the following drawings). In the example of FIG. 1B, the upper electrode (second electrode) 236 ′ includes a lower material layer 235 (described as the upper electrode (1) in FIG. 1B) and an upper material layer. 236 (described as an upper electrode (2) in FIG. 1B) is laminated. The structure of other parts is the same as the example of FIG.

図1(B)の例では、上部電極236’は、下層の材料層235と、上層(最上層)の材料層236とを含む。上層の材料層236(上部電極(1))は、例えば、Pt(白金)またはイリジウム(Ir)を主成分とする、光反射特性を有する層である。また、上層の材料層236(上部電極(2))は、先に説明したように、光吸収膜かつ還元ガスバリア膜を兼ねる材料層であり、例えば、炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)を主成分とする層によって構成される。   In the example of FIG. 1B, the upper electrode 236 ′ includes a lower material layer 235 and an upper (uppermost) material layer 236. The upper material layer 236 (upper electrode (1)) is a layer having light reflection characteristics, for example, containing Pt (platinum) or iridium (Ir) as a main component. Further, as described above, the upper material layer 236 (upper electrode (2)) is a material layer that also serves as a light absorption film and a reducing gas barrier film. For example, silicon carbide (SiC) or aluminum nitride (AlN) It is comprised by the layer which has as a main component.

また、図1(C)に示される比較例では、上部電極がPtやIr等の材料層であり、の還元ガスバリア層(例えば、Al膜)242と、絶縁層(例えば、SiO膜あるいはSi膜)244は、焦電キャパシター230’を覆うように形成されている。また、絶縁層250にコンタクトホール255が形成されている。また、図1(C)に示される比較例では、絶縁層301が設けられており、絶縁層301上には光吸収膜(例えば、厚いSiO膜)303が形成されている。 In the comparative example shown in FIG. 1C, the upper electrode is a material layer such as Pt or Ir, a reducing gas barrier layer (for example, an Al 2 O 3 film) 242 and an insulating layer (for example, SiO 2). Film 244 or Si 3 N 4 film) 244 is formed so as to cover pyroelectric capacitor 230 ′. A contact hole 255 is formed in the insulating layer 250. In the comparative example shown in FIG. 1C, an insulating layer 301 is provided, and a light absorption film (for example, a thick SiO 2 film) 303 is formed over the insulating layer 301.

次に、図1(A)および図1(B)に示される、本実施形態にかかる焦電型光検出器の有利な点について、図1(C)の比較例と比較しつつ説明する。   Next, advantages of the pyroelectric detector according to the present embodiment shown in FIGS. 1A and 1B will be described in comparison with the comparative example of FIG.

図1(A)および図1(B)の例では、焦電型光検出器200(焦電型光検出素子220)を構成する上部電極236(あるいは236’)の少なくとも一部を、光吸収効率が高い材料層で構成して、上部電極の少なくとも一部を、光吸収層としても機能させている。すなわち、上部電極は、単層の材料層(図1(A)の例)または積層された複数層の材料層(図1(B)の例)によって構成される。よって、単層の材料層または積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、光吸収層を兼ねていることになる。   In the example of FIGS. 1A and 1B, at least a part of the upper electrode 236 (or 236 ′) constituting the pyroelectric photodetector 200 (pyroelectric detection element 220) is absorbed by light. It is composed of a material layer having high efficiency, and at least a part of the upper electrode also functions as a light absorption layer. That is, the upper electrode is configured by a single material layer (example in FIG. 1A) or a plurality of stacked material layers (example in FIG. 1B). Therefore, at least the uppermost layer of the single-layer material layer or the plurality of stacked material layers also serves as the light absorption layer.

上部電極(236または236’)は、焦電材料層(焦電体)232に接して形成されることから、上部電極の少なくとも一部を構成する光吸収層236を、焦電材料層232に近接して配置することが可能である。つまり、光吸収層236と焦電材料層232との間の距離を最小化することができる。したがって、光吸収層236に生じた熱を、最も効率的に焦電材料層232に伝達することができる。よって、焦電型光検出器200における検出効率を向上させることができる。   Since the upper electrode (236 or 236 ′) is formed in contact with the pyroelectric material layer (pyroelectric body) 232, the light absorption layer 236 constituting at least a part of the upper electrode is formed on the pyroelectric material layer 232. It is possible to arrange them in close proximity. That is, the distance between the light absorption layer 236 and the pyroelectric material layer 232 can be minimized. Therefore, the heat generated in the light absorption layer 236 can be transferred to the pyroelectric material layer 232 most efficiently. Therefore, the detection efficiency in the pyroelectric detector 200 can be improved.

これに対して、図1(C)に示される比較例では、光吸収膜303と焦電材料層232との間には、上部電極231が存在している。よって、光吸収膜303と焦電材料層232との間の距離を短縮することには限界がある。また、図1(C)に示される比較例では、光吸収膜303の分だけ、焦電型光検出素子の高さが高くなるが、図1(A)および図1(B)の例では、光吸収膜303を別途、設ける必要がないことから、その分、焦電型光検出素子の高さを抑制することができる。   In contrast, in the comparative example shown in FIG. 1C, the upper electrode 231 exists between the light absorption film 303 and the pyroelectric material layer 232. Therefore, there is a limit to shortening the distance between the light absorption film 303 and the pyroelectric material layer 232. In the comparative example shown in FIG. 1C, the height of the pyroelectric detection element is increased by the amount of the light absorption film 303, but in the example of FIGS. 1A and 1B, In addition, since it is not necessary to provide the light absorption film 303 separately, the height of the pyroelectric detection element can be suppressed accordingly.

また、図1(A)および図1(B)の例では、上述のとおり、上部電極の少なくとも最上層を構成する材料層236は、平面視で、焦電材料層の全領域を覆う領域に設けられている。これによって、上部電極の少なくとも最上層を構成する材料層236と焦電材料層(焦電体)232との接触面積が増大することから、熱の伝達経路における熱コンダクタンスが大きくなる(換言すれば、熱抵抗が小さくなる)。よって、上部電極の少なくとも最上層を構成する材料層236(光吸収層を兼ねる)で生じた熱を、より効率的に焦電材料層232に伝達することができる。また、上部電極236(236’)と焦電材料層(焦電体)232との接触面積が増大すると、接触抵抗(電気的な抵抗)の値が小さくなるため、電気伝導の点でも有利となる。   In the example of FIGS. 1A and 1B, as described above, the material layer 236 constituting at least the uppermost layer of the upper electrode is a region covering the entire region of the pyroelectric material layer in plan view. Is provided. As a result, the contact area between the material layer 236 constituting at least the uppermost layer of the upper electrode and the pyroelectric material layer (pyroelectric body) 232 is increased, so that the thermal conductance in the heat transfer path is increased (in other words, , Thermal resistance is reduced). Therefore, heat generated in the material layer 236 (also serving as the light absorption layer) constituting at least the uppermost layer of the upper electrode can be more efficiently transferred to the pyroelectric material layer 232. Further, when the contact area between the upper electrode 236 (236 ′) and the pyroelectric material layer (pyroelectric body) 232 increases, the value of contact resistance (electrical resistance) decreases, which is advantageous in terms of electrical conduction. Become.

また、図1(A)および図1(B)の例では、上部電極の少なくとも最上層を構成する材料層236(つまり、単層の材料層236または積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層236)は、焦電材料(PZT等)を還元する還元ガス(水素ガス等)に対する還元ガスバリア層を兼ねている。先に説明したように、PZT等の酸化物は、還元ガス(水素等)に晒されると特性が劣化し、所望の特性が得られなくなる。上部電極の少なくとも最上層を構成する材料層236の材料として、還元ガスを阻止するバリア性の高い材料を選ぶことによって、焦電材料(焦電体)の特性劣化を防止することができる。   In the example of FIGS. 1A and 1B, the material layer 236 constituting at least the uppermost layer of the upper electrode (that is, of the single-layer material layer 236 or a plurality of stacked material layers) At least the uppermost layer 236) also serves as a reducing gas barrier layer for a reducing gas (such as hydrogen gas) that reduces the pyroelectric material (such as PZT). As described above, when an oxide such as PZT is exposed to a reducing gas (hydrogen or the like), the characteristics deteriorate and desired characteristics cannot be obtained. By selecting a material having a high barrier property that inhibits reducing gas as the material of the material layer 236 constituting at least the uppermost layer of the upper electrode, it is possible to prevent deterioration of the characteristics of the pyroelectric material (pyroelectric material).

図1(A)および図1(B)の例では、焦電キャパシター230が絶縁層250で被覆されており、その絶縁層250の一部にコンタクトホール254が開口されて、そのコンタクトホール254を介して、上部電極に接続される導電体層(例えば、引き出し電極の一部を構成するタングステンプラグ228a)が形成されている。コンタクトホール254の開口時や、タングステンプラグ228aの埋め込み時において、水素ガス(還元ガス、あるいは焦電キャパシターの特性を劣化させる劣化ガス)が侵入する可能性がある。また、タングステンプラグ228aが完成した後も、タングステンプラグ228aは、特に還元ガスバリア能を有さないため、還元ガスがタングステンプラグを通過して、焦電材料層(焦電体)側に侵入する場合もあり得る。   In the example of FIGS. 1A and 1B, the pyroelectric capacitor 230 is covered with an insulating layer 250, and a contact hole 254 is opened in a part of the insulating layer 250. Thus, a conductor layer (for example, a tungsten plug 228a constituting a part of the extraction electrode) connected to the upper electrode is formed. When the contact hole 254 is opened or the tungsten plug 228a is buried, hydrogen gas (reducing gas or deteriorated gas that deteriorates the characteristics of the pyroelectric capacitor) may enter. Further, even after the tungsten plug 228a is completed, the tungsten plug 228a does not particularly have a reducing gas barrier function, and therefore, the reducing gas passes through the tungsten plug and enters the pyroelectric material layer (pyroelectric body) side. There is also a possibility.

しかし、図1(A)および図1(B)の例では、上部電極の少なくとも最上面には、還元ガスバリア能を有した材料層(材料膜)236が存在することから、焦電材料層(焦電体)232の特性劣化が確実に防止される。よって、焦電キャパシター230の信頼性が向上する。   However, in the example of FIGS. 1A and 1B, since there is a material layer (material film) 236 having a reducing gas barrier capability on at least the uppermost surface of the upper electrode, the pyroelectric material layer ( The deterioration of the characteristics of the pyroelectric body 232 is reliably prevented. Therefore, the reliability of the pyroelectric capacitor 230 is improved.

また、図1(A)および図1(B)の例では、焦電材料層232の側面には、還元ガスバリア層242が形成されている(つまり、還元ガスバリア層242を含むサイドウオール層240が形成されている)。   In the example of FIGS. 1A and 1B, the reducing gas barrier layer 242 is formed on the side surface of the pyroelectric material layer 232 (that is, the sidewall layer 240 including the reducing gas barrier layer 242 is formed). Formed).

上述のとおり、図1(A)および図1(B)の例では、上部電極の少なくとも最上層には、還元ガスバリア能を有した材料層(材料膜)236が存在するが、その材料層236だけでは、焦電材料層232の側面部分からの還元ガスの侵入を阻止することはできない。よって、図1(A)および図1(B)の例では、焦電材料層232の側面に(側面にのみ)還元ガスバリア層(少なくとも一層の還元ガスバリア層242を有する)が形成されている。これによって、焦電キャパシター230の側面からの還元ガスの侵入による特性劣化を確実に防止することができる。   As described above, in the example of FIGS. 1A and 1B, the material layer (material film) 236 having the reducing gas barrier ability exists in at least the uppermost layer of the upper electrode. It is not possible to prevent the intrusion of the reducing gas from the side surface portion of the pyroelectric material layer 232 alone. Therefore, in the example of FIGS. 1A and 1B, a reducing gas barrier layer (having at least one reducing gas barrier layer 242) is formed on the side surface of the pyroelectric material layer 232 (only on the side surface). Accordingly, it is possible to reliably prevent deterioration of characteristics due to intrusion of the reducing gas from the side surface of the pyroelectric capacitor 230.

また、図1(B)の例では、上部電極は、複数層の材料層が積層されて構成され、最上層の材料層236の直下に、Pt(白金)またはイリジウム(Ir)を主成分とする、光反射特性を有する下層の材料層235が形成されている。したがって、光吸収層236の直下に、光反射特性をもつ層(光反射層)235を形成することができる。つまり、光反射層235の近くに、光吸収層(として機能する材料層)236があるため、反射光が効率的に光吸収層236で吸収されて熱に変換される、という効果が得られる。   In the example of FIG. 1B, the upper electrode is formed by laminating a plurality of material layers, and Pt (platinum) or iridium (Ir) is the main component immediately below the uppermost material layer 236. A lower material layer 235 having light reflection characteristics is formed. Therefore, a layer (light reflection layer) 235 having light reflection characteristics can be formed immediately below the light absorption layer 236. That is, since there is the light absorption layer (a material layer that functions as) 236 in the vicinity of the light reflection layer 235, the effect that the reflected light is efficiently absorbed by the light absorption layer 236 and converted into heat is obtained. .

また、図1(A)の例では、上部電極は、単層の材料層236で構成されている。一方、下部電極234を構成する単層の下部電極用の材料層、または積層された複数層の下部電極用の材料層のうちの少なくとも最上層は、Pt(白金)またはイリジウム(Ir)を主成分とする、光反射特性を有する層で構成されている。   In the example of FIG. 1A, the upper electrode is formed of a single material layer 236. On the other hand, at least the uppermost layer of the single-layer lower electrode material layer constituting the lower electrode 234 or the stacked plural layers of lower electrode material layers is mainly made of Pt (platinum) or iridium (Ir). It is composed of a layer having light reflection characteristics as a component.

この構造の場合、焦電キャパシター230の上方から到来した光が、下部電極234の最上面で反射して、上部電極(つまり光吸収層として機能する材料層)236に入射する場合があり得る。よって、光吸収層236で吸収される光量を増やすことができる。また、焦電材料層(焦電体)232の厚みを調整して、上部電極236と下部電極234との間の距離を、検出対象の光の波長λの1/4に設定すると、光の共振によって、光吸収層236で吸収される光量を積極的に増やすことができる。   In the case of this structure, light coming from above the pyroelectric capacitor 230 may be reflected by the uppermost surface of the lower electrode 234 and enter the upper electrode (that is, the material layer functioning as a light absorption layer) 236. Therefore, the amount of light absorbed by the light absorption layer 236 can be increased. Further, by adjusting the thickness of the pyroelectric material layer (pyroelectric body) 232 and setting the distance between the upper electrode 236 and the lower electrode 234 to ¼ of the wavelength λ of the light to be detected, The amount of light absorbed by the light absorption layer 236 can be positively increased by resonance.

次に、図1(A)および図1(B)の例の製造方法について説明する。図2(A)〜図2(E)は、図1(A)に示される焦電型光検出器の製造方法の一例を示す図である。   Next, the manufacturing method of the example of FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B) is demonstrated. 2A to 2E are diagrams illustrating an example of a manufacturing method of the pyroelectric detector shown in FIG.

図2(A)に示される工程では、支持部材(メンブレン)210上に、下部電極234と、焦電材料層232を順次、積層形成し、さらに、還元ガスバリア層242および絶縁層244を順次、形成する。図2(B)の工程では、還元ガスバリア層242および絶縁層244の一部を、RIE(リアクティブイオンエッチング)等の異方性エッチングによって除去する。この結果、サイドウオール層240が形成される。   In the step shown in FIG. 2A, a lower electrode 234 and a pyroelectric material layer 232 are sequentially stacked on a support member (membrane) 210, and a reducing gas barrier layer 242 and an insulating layer 244 are sequentially stacked. Form. 2B, a part of the reducing gas barrier layer 242 and the insulating layer 244 are removed by anisotropic etching such as RIE (reactive ion etching). As a result, a sidewall layer 240 is formed.

図2(C)の工程では、上部電極(光吸収膜/還元ガスバリア膜兼用層)236が形成される。図2(D)の工程では、絶縁膜250(層間絶縁膜)250が形成され、その一部が開口されてコンタクトホール254が形成される。図2(D)の工程では、引き出し電極228(コンタクトプラグ228aとトップ電極228bとを含む)が形成される。   In the step of FIG. 2C, an upper electrode (light absorption film / reducing gas barrier film combined layer) 236 is formed. In the step of FIG. 2D, an insulating film 250 (interlayer insulating film) 250 is formed, and a part of the insulating film 250 is opened to form a contact hole 254. In the step of FIG. 2D, the extraction electrode 228 (including the contact plug 228a and the top electrode 228b) is formed.

次に、図3に示される製造方法について説明する。図3(A)〜図3(E)は、図1(B)に示される焦電型光検出器の製造方法の一例を示す図である。   Next, the manufacturing method shown in FIG. 3 will be described. FIG. 3A to FIG. 3E are diagrams showing an example of a manufacturing method of the pyroelectric detector shown in FIG.

図3(A)および図3(B)の工程は、先に説明した図2(A)および図2(B)の工程に対応し、同じ工程である。図3(C)の工程では、上部電極(1)(PtやIrを主成分とする層)235と、上部電極(2)(光吸収膜/還元ガスバリア膜兼用層)236が形成される。これによって、上部電極236’が形成される。図3(D)および図3(E)の工程は、先に説明した図2(D)および図2(E)の工程に対応し、同じ工程である。   The processes in FIGS. 3A and 3B correspond to the processes in FIGS. 2A and 2B described above, and are the same processes. In the step of FIG. 3C, an upper electrode (1) (a layer containing Pt or Ir as a main component) 235 and an upper electrode (2) (light absorption film / reducing gas barrier film combined layer) 236 are formed. Thereby, the upper electrode 236 'is formed. The processes of FIGS. 3D and 3E correspond to the processes of FIGS. 2D and 2E described above, and are the same processes.

このように、焦電効果を用いた光センサーを製造する際に、単層の上部電極または複数層で構成される上部電極の最上層として、赤外線等の光に対する吸収特性を有する材料(より好ましくは、熱伝導率が高く、高い導電性を示し、また還元ガスバリア能を有する材料)からなる材料層を用いることによって、焦電型光検出器における、光の検出効率を高めることができる。   Thus, when manufacturing an optical sensor using the pyroelectric effect, a material having absorption characteristics for light such as infrared rays (more preferably, as the uppermost layer of a single layer upper electrode or a plurality of upper electrodes) Can improve the light detection efficiency in the pyroelectric detector by using a material layer made of a material having a high thermal conductivity, high conductivity, and a reducing gas barrier ability.

(第2実施形態)
本実施形態では、焦電型光検出器を2次元状に配置した焦電型光検出装置の構成等について説明する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the configuration and the like of a pyroelectric detection device in which pyroelectric detectors are two-dimensionally arranged will be described.

1.焦電型光検出装置のレイアウト構成
図4は、焦電型光検出装置のレイアウト構成を示す平面図である。図4において、基部(あるいは固定部)100から複数のポスト104が立設され、例えば2本のポスト(一対のポスト)104に支持された焦電型光検出器(例えば焦電型赤外線検出器)200が複数、直交二軸方向に配列されている。これによって、焦電型光検出器アレイが構成される。なお、1セル分の焦電型光検出器200が占める領域の面積は、例えば30μm×30μmである。
1. Layout Configuration of Pyroelectric Photodetector FIG. 4 is a plan view showing the layout configuration of the pyroelectric detector. In FIG. 4, a plurality of posts 104 are erected from a base (or fixed portion) 100 and are supported by, for example, two posts (a pair of posts) 104 (for example, a pyroelectric infrared detector). ) 200 are arranged in a plurality of orthogonal biaxial directions. This constitutes a pyroelectric detector array. The area of the area occupied by the pyroelectric detector 200 for one cell is, for example, 30 μm × 30 μm.

図4に示すように、焦電型光検出器200は、2本のポスト104に連結された支持部材(メンブレン)210と、焦電型光検出素子(例えば焦電型赤外線検出素子)220と、を含んでいる。1セル分の焦電型光検出素子220が占める領域の面積は、例えば10μm×10μmである。   As shown in FIG. 4, the pyroelectric detector 200 includes a support member (membrane) 210 connected to two posts 104, a pyroelectric photodetector (for example, a pyroelectric infrared detector) 220, and the like. , Including. The area of the area occupied by the pyroelectric detection element 220 for one cell is, for example, 10 μm × 10 μm.

1セル分の焦電型光検出器(焦電型赤外線検出器)200は、2本のポスト104と接続される以外は非接触とされ、焦電型光検出器200の下方には空洞部102(図5参照)が形成され、平面視で焦電型光検出器200の周囲には、空洞部102に連通する開口部102Aが配置される。これにより、1セル分の焦電型光検出器200は、基部100や他のセルの焦電型光検出器200から熱的に分離されている。   The pyroelectric photodetector (pyroelectric infrared detector) 200 for one cell is not contacted except that it is connected to the two posts 104, and a hollow portion is provided below the pyroelectric photodetector 200. 102 (see FIG. 5) is formed, and an opening 102A communicating with the cavity 102 is disposed around the pyroelectric detector 200 in plan view. Thereby, the pyroelectric detector 200 for one cell is thermally separated from the pyroelectric detectors 200 of the base 100 and other cells.

また、支持部材(メンブレン)210は、焦電型光検出素子220を搭載して支持する搭載部210Aと、搭載部210Aに連結された2本のアーム210Bとを有し、2本のアーム210Bの自由端部がポスト104に連結されている。2本のアーム210Bは、焦電型光検出素子220を熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成される。   The support member (membrane) 210 has a mounting part 210A for mounting and supporting the pyroelectric light detection element 220, and two arms 210B connected to the mounting part 210A, and the two arms 210B. Is connected to the post 104. The two arms 210 </ b> B are narrow and redundantly extended to thermally separate the pyroelectric detection element 220.

図4は、上部電極に接続される配線層より上方の部材を省略した平面図であり、図4には焦電型光検出素子220に接続された下部電極(第1電極)用の配線層222および上部電極(第2電極)用の配線層224が示されている。各配線層222,224の各々は、アーム210Bに沿って延在され、ポスト104を介して基部100内の回路(不図示)に接続される。各電極配線層222,224も、焦電型光検出素子220を熱分離するために、細幅でかつ冗長に延在形成される。   FIG. 4 is a plan view in which members above the wiring layer connected to the upper electrode are omitted. FIG. 4 shows a wiring layer for the lower electrode (first electrode) connected to the pyroelectric detection element 220. 222 and a wiring layer 224 for the upper electrode (second electrode) are shown. Each of the wiring layers 222 and 224 extends along the arm 210B, and is connected to a circuit (not shown) in the base 100 via the post 104. Each of the electrode wiring layers 222 and 224 is also formed to extend narrowly and redundantly in order to thermally separate the pyroelectric detection element 220.

2.焦電型光検出器の構造例
図5は、図4に示される焦電型光検出器の構造例を示す断面図である。図5に示すように、基部100は、基板例えばシリコン基板110と、シリコン基板110上の層間絶縁膜にて形成されるスペーサー層(例えば、多層配線構造のように複数の層が積層形成されてなる層)120とを含んでいる。ポスト104は、スペーサー層120をエッチングすることで形成されている。ポスト104には、配線層222,224の一方に接続されるプラグ106を配置することができる。このプラグ106は、例えば、シリコン基板110に設けられる行選択回路(行ドライバー:不図示)、または列線を介して光検出器からのデータを読み出す読み出し回路(不図示)に接続される。また、空洞部102は、スペーサー層120をエッチングすることで、ポスト104と同時に形成される。先に図4に示した開口部102Aは、支持部材(メンブレン)210をパターンエッチングすることで形成される。
2. Example Structure of Pyroelectric Detector FIG. 5 is a sectional view showing an example structure of the pyroelectric detector shown in FIG. As shown in FIG. 5, the base 100 includes a substrate, for example, a silicon substrate 110, and a spacer layer formed of an interlayer insulating film on the silicon substrate 110 (for example, a plurality of layers are laminated like a multilayer wiring structure). Layer 120). The post 104 is formed by etching the spacer layer 120. A plug 106 connected to one of the wiring layers 222 and 224 can be disposed on the post 104. The plug 106 is connected to, for example, a row selection circuit (row driver: not shown) provided on the silicon substrate 110 or a readout circuit (not shown) that reads data from the photodetector via a column line. The cavity 102 is formed simultaneously with the post 104 by etching the spacer layer 120. The opening 102A shown in FIG. 4 is formed by pattern-etching the support member (membrane) 210.

支持部材(メンブレン)210上に搭載される焦電型光検出素子220は、焦電キャパシター230を含んでいる。焦電キャパシター230は、焦電体232と、焦電体232の下面に接続される下部電極(第1電極)234と、焦電体232の上面に接続される上部電極(第2電極)236とを含んでいる。   The pyroelectric detection element 220 mounted on the support member (membrane) 210 includes a pyroelectric capacitor 230. The pyroelectric capacitor 230 includes a pyroelectric body 232, a lower electrode (first electrode) 234 connected to the lower surface of the pyroelectric body 232, and an upper electrode (second electrode) 236 connected to the upper surface of the pyroelectric body 232. Including.

焦電キャパシター230の側面には、サイドウオール層240が形成されている。サイドウオール層240には、還元ガスバリア層242および絶縁膜(SiOやSi等)244が含まれる。なお、図5において、還元ガスバリア能をもつ膜が、太い実線で示されている。 A side wall layer 240 is formed on the side surface of the pyroelectric capacitor 230. The sidewall layer 240 includes a reducing gas barrier layer 242 and an insulating film (SiO 2 , Si 3 N 4, etc.) 244. In FIG. 5, the membrane having the reducing gas barrier ability is shown by a thick solid line.

また、焦電キャパシター230上には、層間絶縁膜250が形成されている。一般に、層間絶縁膜250の原料ガス(TEOS)が化学反応する際には、水素ガスや水蒸気等の還元ガスが発生する。上部電極236の少なくとも最上層は、還元ガスバリア能を有しており、また、焦電キャパシター230の側面には、還元ガスバリア能を有するサイドウオール層240が設けられている。よって、焦電キャパシター230には、層間絶縁膜250の形成中に発生する還元ガスによる劣化が生じない。   An interlayer insulating film 250 is formed on the pyroelectric capacitor 230. In general, when the source gas (TEOS) of the interlayer insulating film 250 chemically reacts, a reducing gas such as hydrogen gas or water vapor is generated. At least the uppermost layer of the upper electrode 236 has a reducing gas barrier capability, and a side wall layer 240 having a reducing gas barrier capability is provided on the side surface of the pyroelectric capacitor 230. Therefore, the pyroelectric capacitor 230 is not deteriorated by the reducing gas generated during the formation of the interlayer insulating film 250.

また、層間絶縁膜250上に、下部電極(第1電極)用の配線層222と上部電極(第2電極)用の配線層224とが配設されている。層間絶縁膜250には、電極配線形成前に予め、第1コンタクトホール252と第2コンタクトホール254が形成される。第1コンタクトホール252に埋め込まれた第1コンタクトプラグ226aにより、第1電極(下部電極)234と第1電極配線層222とが導通される。同様に第2コンタクトホール254に埋め込まれた第2コンタクトプラグ228aにより、第2電極(上部電極)236と第2電極配線層224とが導通される。   A wiring layer 222 for a lower electrode (first electrode) and a wiring layer 224 for an upper electrode (second electrode) are disposed on the interlayer insulating film 250. A first contact hole 252 and a second contact hole 254 are formed in the interlayer insulating film 250 in advance before the electrode wiring is formed. The first electrode (lower electrode) 234 and the first electrode wiring layer 222 are electrically connected by the first contact plug 226a embedded in the first contact hole 252. Similarly, the second electrode (upper electrode) 236 and the second electrode wiring layer 224 are electrically connected by the second contact plug 228a embedded in the second contact hole 254.

先に説明したように、上部電極236の最上面は、第2コンタクトホール254形成時のエッチングストッパーとしても機能する。層間絶縁膜250の一部に第2コンタクトホール254を設ける際、エッチング工程において、上部電極236の最上面がエッチングストッパーとして機能することから、オーバーエッチング(必要以上にエッチングが進んで、焦電キャパシター230の一部がエッチングで除去される等)が確実に防止される。よって、製造上の負担が軽減される。   As described above, the uppermost surface of the upper electrode 236 also functions as an etching stopper when the second contact hole 254 is formed. When the second contact hole 254 is provided in a part of the interlayer insulating film 250, the uppermost surface of the upper electrode 236 functions as an etching stopper in the etching process, so that overetching (etching progresses more than necessary and the pyroelectric capacitor For example, part of 230 is removed by etching). Therefore, the manufacturing burden is reduced.

また、図5において、焦電キャパシター230の少なくとも側面には層間絶縁膜250が形成されており、上部電極(第2電極)用の配線層224は、層間絶縁膜250上に配設されている。この配線層224は、図5の例では、焦電キャパシター230の左側の側面上を通過して、焦電キャパシター230を搭載している支持部材(例えばメンブレン)210にまで到達するように配設される。この構造によると、配線層224(金属)を経由して熱が、焦電キャパシター230の下方に伝達され、この結果、焦電材料層(PZT層)232にもその熱の一部が伝わる。よって、上部電極236の、光吸収層として機能する材料層に生じる熱を、より効率的に焦電材料層(PZT層)232に伝達することができる。   In FIG. 5, an interlayer insulating film 250 is formed on at least the side surface of the pyroelectric capacitor 230, and a wiring layer 224 for the upper electrode (second electrode) is disposed on the interlayer insulating film 250. . In the example of FIG. 5, the wiring layer 224 is disposed so as to pass over the left side surface of the pyroelectric capacitor 230 and reach the support member (for example, membrane) 210 on which the pyroelectric capacitor 230 is mounted. Is done. According to this structure, heat is transmitted below the pyroelectric capacitor 230 via the wiring layer 224 (metal), and as a result, part of the heat is also transmitted to the pyroelectric material layer (PZT layer) 232. Therefore, heat generated in the material layer functioning as the light absorption layer of the upper electrode 236 can be more efficiently transferred to the pyroelectric material layer (PZT layer) 232.

なお、図5において、参照符号130は、空洞部(熱分離空洞)102の表面(底面および側面)100A上に設けられるエッチングストップ膜であり、また、参照符号140は、支持部材(メンブレン)210の裏面に設けられるエッチングストップ膜である。   In FIG. 5, reference numeral 130 is an etching stop film provided on the surface (bottom surface and side surface) 100 </ b> A of the cavity (thermal separation cavity) 102, and reference numeral 140 is a support member (membrane) 210. It is an etching stop film | membrane provided in the back surface.

図6(A)および図6(B)は、空洞部(熱分離空洞)の形成方法の一例を示す図である。図6(A)に示すように、焦電型光検出器200の製造過程においては、空洞部(熱分離空洞)102には、犠牲層150が埋め込まれている。この犠牲層150上に支持部材(メンブレン)210が形成され、支持部材(メンブレン)210上に、焦電型光検出素子220が形成される。次に、図6(B)に示されるように、犠牲層150を、等方性エッチングにより除去する。これによって、空洞部(熱分離空洞)102が形成され、焦電型光検出素子220は、基部100から熱的に分離される。   FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating an example of a method for forming a cavity (thermal separation cavity). As shown in FIG. 6A, in the manufacturing process of the pyroelectric detector 200, a sacrificial layer 150 is embedded in the cavity (thermal separation cavity) 102. A support member (membrane) 210 is formed on the sacrificial layer 150, and a pyroelectric detection element 220 is formed on the support member (membrane) 210. Next, as shown in FIG. 6B, the sacrificial layer 150 is removed by isotropic etching. As a result, a cavity (thermal separation cavity) 102 is formed, and the pyroelectric detection element 220 is thermally separated from the base 100.

(第3実施形態)
図7は、電子機器の構成の一例を示す図である。図7の電子機器は、例えば赤外線カメラである。図示されるように、電子機器は、光学系400と、センサーデバイス(熱型光検出器)410(前掲の実施形態では参照符号200)と、画像処理部420と、処理部430と、記憶部440と、操作部450と、表示部460と、を含む。なお本実施形態の電子機器は図7の構成に限定されず、その構成要素の一部(例えば光学系、操作部、表示部等)を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of an electronic device. The electronic device in FIG. 7 is, for example, an infrared camera. As illustrated, the electronic apparatus includes an optical system 400, a sensor device (thermal detector) 410 (reference numeral 200 in the above-described embodiment), an image processing unit 420, a processing unit 430, and a storage unit. 440, an operation unit 450, and a display unit 460. Note that the electronic apparatus according to the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 7, and some of the components (for example, an optical system, an operation unit, a display unit, etc.) are omitted, or other components are added. Various modifications of the above are possible.

光学系400は、例えば1または複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス410への物体像の結像などを行う。また必要であればフォーカス調整なども行う。   The optical system 400 includes, for example, one or a plurality of lenses and a driving unit that drives these lenses. Then, an object image is formed on the sensor device 410. If necessary, focus adjustment is also performed.

センサーデバイス410は、上述した本実施形態の光検出器を二次元配列させて構成され、複数の行線(走査線(あるいはワード線))と複数の列線(データ線)が設けられる。センサーデバイス410は、二次元配列された光検出器に加えて、行選択回路(行ドライバー)と、列線を介して光検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、A/D変換部等を含むことができる。二次元配列された各光検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。   The sensor device 410 is configured by two-dimensionally arranging the photodetectors of the present embodiment described above, and is provided with a plurality of row lines (scanning lines (or word lines)) and a plurality of column lines (data lines). In addition to the two-dimensionally arranged photodetectors, the sensor device 410 includes a row selection circuit (row driver), a readout circuit that reads data from the photodetectors via column lines, an A / D converter, and the like. Can be included. By sequentially reading out data from each of the two-dimensionally arranged photodetectors, an object image can be captured.

画像処理部420は、センサーデバイス410からのデジタルの画像データ(画素データ)に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。処理部430は、電子機器の全体の制御や電子機器内の各ブロックの制御を行う。この処理部430は、例えばCPU等により実現される。記憶部440は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部430や画像処理部420のワーク領域として機能する。操作部450は、ユーザが電子機器を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやGUI(Graphical User Interface)画面などにより実現される。   The image processing unit 420 performs various image processing such as image correction processing based on digital image data (pixel data) from the sensor device 410. The processing unit 430 performs overall control of the electronic device and each block in the electronic device. The processing unit 430 is realized by a CPU or the like, for example. The storage unit 440 stores various types of information, and functions as a work area for the processing unit 430 and the image processing unit 420, for example. The operation unit 450 serves as an interface for the user to operate the electronic device, and is realized by various buttons or a GUI (Graphical User Interface) screen, for example.

表示部460は、例えばセンサーデバイス410により取得された画像やGUI画面などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどの各種のディスプレイにより実現される。   The display unit 460 displays, for example, an image acquired by the sensor device 410, a GUI screen, and the like, and is realized by various displays such as a liquid crystal display and an organic EL display.

このように、1セル分の熱型光検出器を赤外線センサー等のセンサーとして用いる他、1セル分の熱型光検出器を直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス(熱型光検出装置)410を構成することができ、こうすると熱(光)分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス410を用いて、サーモグラフィー、車載用の夜間視認カメラあるいは監視カメラなどの電子機器を構成することができる。   As described above, the thermal detector for one cell is used as a sensor such as an infrared sensor, and the sensor device (thermal optical detector) is arranged by two-dimensionally arranging the thermal detector for one cell in two orthogonal axes. Detection device) 410, which can provide a heat (light) distribution image. The sensor device 410 can be used to configure an electronic device such as a thermography, a vehicle-mounted night vision camera, or a surveillance camera.

先に説明したように、センサーデバイス410(焦電型光検出器200)の検出効率が高められていることから、そのセンサーデバイス410を搭載する電子機器の性能も向上する。   As described above, since the detection efficiency of the sensor device 410 (pyroelectric photodetector 200) is increased, the performance of the electronic device in which the sensor device 410 is mounted is also improved.

図8は、電子機器の構成の他の例を示す図である。図8の電子機器800は、熱型光検出器200と、加速度検出素子500と、を搭載したセンサーユニット600を有する。センサーユニット600には、さらにジャイロセンサー等を搭載することもできる。センサーユニット600によって、異なる種類の物理量を測定することが可能である。センサーユニット600から出力される各検出信号は、CPU700によって処理される。   FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the configuration of the electronic device. An electronic apparatus 800 in FIG. 8 includes a sensor unit 600 on which a thermal detector 200 and an acceleration detection element 500 are mounted. The sensor unit 600 can further be equipped with a gyro sensor or the like. The sensor unit 600 can measure different types of physical quantities. Each detection signal output from the sensor unit 600 is processed by the CPU 700.

以上説明したように、本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、焦電型光検出器における検出効率を向上させることができる。   As described above, according to at least one embodiment of the present invention, for example, detection efficiency in a pyroelectric detector can be improved.

以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。例えば、支持部材(メンブレン)の構成材料や、その形成方法等に関しては種々、変形が可能である。   Although several embodiments have been described above, it is easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. For example, the constituent material of the support member (membrane), the formation method thereof, and the like can be variously modified.

200 焦電型光検出器(熱型光検出器)、210 支持部材(メンブレン)、
220 焦電型光検出素子(赤外線センサー素子等)、
230 焦電キャパシター、234 下部電極、
232 焦電材料層(焦電体:PZT層等)、
236 上部電極(上部電極/光吸収膜/還元ガスバリア膜兼用層)
250 絶縁膜、228a コンタクトプラグ、 228b 電極、
228 引き出し電極(あるいは配線)、
252,254 コンタクトホール(第1コンタクトホール,第2コンタクトホール)
200 pyroelectric detector (thermal detector), 210 support member (membrane),
220 Pyroelectric detection element (infrared sensor element, etc.),
230 Pyroelectric capacitor, 234 Lower electrode,
232 Pyroelectric material layer (pyroelectric material: PZT layer, etc.),
236 Upper electrode (upper electrode / light absorption film / reducing gas barrier film combined layer)
250 insulating film, 228a contact plug, 228b electrode,
228 extraction electrode (or wiring),
252 and 254 contact holes (first contact hole, second contact hole)

Claims (10)

下部電極と、
前記下部電極上に形成される焦電材料層と、
前記焦電材料層上に形成される上部電極と、を含み、
前記上部電極は、単層の材料層または積層された複数層の材料層によって構成され、
前記単層の材料層または前記積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、光吸収層を兼ねることを特徴とする焦電型光検出器。
A lower electrode;
A pyroelectric material layer formed on the lower electrode;
An upper electrode formed on the pyroelectric material layer,
The upper electrode is constituted by a single material layer or a plurality of laminated material layers,
A pyroelectric detector, wherein at least an uppermost layer of the single-layer material layer or the plurality of stacked material layers also serves as a light absorption layer.
請求項1記載の焦電型光検出器であって、
前記上部電極は、平面視で、前記焦電材料層の全領域を覆う領域に設けられていることを特徴とする焦電型光検出器。
The pyroelectric detector according to claim 1,
The pyroelectric detector, wherein the upper electrode is provided in a region covering the entire region of the pyroelectric material layer in plan view.
請求項1または請求項2記載の焦電型光検出器であって、
前記単層の材料層または前記積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、前記焦電材料を還元する還元ガスに対する還元ガスバリア層を兼ねることを特徴とする焦電型光検出器。
The pyroelectric detector according to claim 1 or 2, wherein
At least the uppermost layer of the single-layer material layer or the stacked plural-layer material layers also serves as a reducing gas barrier layer for a reducing gas that reduces the pyroelectric material. .
請求項3記載の焦電型光検出器であって、
前記焦電材料層の側面には、還元ガスバリア層が形成されていることを特徴とする焦電型光検出器。
The pyroelectric detector according to claim 3, wherein
A pyroelectric detector, wherein a reducing gas barrier layer is formed on a side surface of the pyroelectric material layer.
請求項1〜請求項4のいずれかに記載の焦電型光検出器であって、
前記単層の材料層または前記積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、炭化シリコン(SiC)あるいは窒化アルミニュウム(AlN)を主成分とする層であることを特徴とする焦電型光検出器。
The pyroelectric detector according to any one of claims 1 to 4, wherein
The pyroelectric layer characterized in that at least the uppermost layer of the single-layer material layer or the stacked material layers is a layer mainly composed of silicon carbide (SiC) or aluminum nitride (AlN). Type photodetector.
請求項1〜請求項5のいずれかに記載の焦電型光検出器であって、
前記上部電極は、前記積層された複数層の材料層として、第1層および第2層を含み、前記第1層は前記最上層であり、前記第2層は、Pt(白金)またはイリジウム(Ir)を主成分とする、光反射特性を有する層であることを特徴とする焦電型光検出器。
The pyroelectric detector according to any one of claims 1 to 5,
The upper electrode includes a first layer and a second layer as the plurality of stacked material layers, the first layer is the uppermost layer, and the second layer is made of Pt (platinum) or iridium ( A pyroelectric detector characterized by being a layer having Ir as a main component and having light reflection characteristics.
請求項5記載の焦電型光検出器であって、
前記上部電極は、前記単層の材料層で構成され、
前記下部電極は、単層の下部電極用の材料層、または積層された複数層の下部電極用の材料層によって構成され、前記単層の下部電極用の材料層、または前記積層された複数層の下部電極用の材料層のうちの少なくとも最上層は、Pt(白金)またはイリジウム(Ir)を主成分とする、光反射特性を有する層であることを特徴とする焦電型光検出器。
The pyroelectric detector according to claim 5, wherein
The upper electrode is composed of the single material layer,
The lower electrode is composed of a single-layer lower electrode material layer or a plurality of stacked lower electrode material layers, and the single-layer lower electrode material layer or the stacked multiple layers A pyroelectric detector, wherein at least the uppermost layer of the lower electrode material layer is a layer having Pt (platinum) or iridium (Ir) as a main component and having light reflection characteristics.
請求項1〜請求項7のいずれかに記載の焦電型光検出器であって、
前記上部電極上に、絶縁膜が形成され、前記絶縁膜上に導電体層形成され、前記導電体層は、前記絶縁膜の一部に形成されたコンタクトホールを介して前記上部電極に接続されており、前記上部電極における前記単層の材料層または前記積層された複数層の材料層のうちの少なくとも最上層は、前記コンタクトホール形成用のエッチャントに対するエッチング耐性を有することを特徴とする焦電型光検出器。
The pyroelectric detector according to any one of claims 1 to 7,
An insulating film is formed on the upper electrode, a conductor layer is formed on the insulating film, and the conductor layer is connected to the upper electrode through a contact hole formed in a part of the insulating film. And at least an uppermost layer of the single layer material layer or the plurality of stacked material layers in the upper electrode has etching resistance to the etchant for forming the contact hole. Type photodetector.
請求項1〜請求項8のいずれかに記載の焦電型光検出器であって、
前記上部電極の一部は、前記上部電極を他の回路構成要素に接続するための配線を兼ねており、また、前記下部電極、前記焦電材料層ならびに前記上部電極によって構成される焦電キャパシターの少なくとも側面には絶縁膜が形成されており、前記配線は、前記焦電キャパシターの少なくとも側面に形成される前記絶縁膜上に配設されていることを特徴とする焦電型光検出器。
A pyroelectric detector according to any one of claims 1 to 8, comprising:
A part of the upper electrode also serves as a wiring for connecting the upper electrode to other circuit components, and also includes a pyroelectric capacitor constituted by the lower electrode, the pyroelectric material layer, and the upper electrode. An insulating film is formed on at least a side surface of the pyroelectric detector, and the wiring is disposed on the insulating film formed on at least the side surface of the pyroelectric capacitor.
請求項1〜請求項9のいずれかに記載の焦電型光検出器を有することを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the pyroelectric detector according to claim 1.
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