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JP2013044590A - Thermal type photo-detector, thermal type photo-detecting device, electronic apparatus and thermal type photo-detector manufacturing method - Google Patents

Thermal type photo-detector, thermal type photo-detecting device, electronic apparatus and thermal type photo-detector manufacturing method Download PDF

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JP2013044590A
JP2013044590A JP2011181287A JP2011181287A JP2013044590A JP 2013044590 A JP2013044590 A JP 2013044590A JP 2011181287 A JP2011181287 A JP 2011181287A JP 2011181287 A JP2011181287 A JP 2011181287A JP 2013044590 A JP2013044590 A JP 2013044590A
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JP
Japan
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support member
plane
recess
trench
forming
Prior art date
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JP2011181287A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiko Murakami
泰彦 村上
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】測定する波長帯域を広く設定できる熱型光検出器を提供する。
【解決手段】シリコン基板10と、シリコン基板10上に形成され凹部30を有するスペーサー部材20と、スペーサー部材20の凹部30に向き合いスペーサー部材20に支持される支持部材40と、支持部材40上に形成され熱を検出する焦電型の赤外線検出素子60と、を含み、凹部30は、底面にスペーサー部材20の厚み方向に対して交差する方向に形成された第1平面31と、底面と支持部材40との間に、スペーサー部材20の厚み方向に対して交差する方向に形成された第2平面32と、を備え、第1平面31および第2平面32に光を反射する反射膜36が形成されている。
【選択図】図2
A thermal detector capable of setting a wide wavelength band to be measured is provided.
SOLUTION: A silicon substrate 10, a spacer member 20 formed on the silicon substrate 10 and having a recess 30, a support member 40 facing the recess 30 of the spacer member 20 and supported by the spacer member 20, and on the support member 40 And a pyroelectric infrared detection element 60 that detects heat, and the recess 30 has a first plane 31 formed in a direction intersecting the thickness direction of the spacer member 20 on the bottom surface, and the bottom surface and the support. And a reflective film 36 that reflects light to the first plane 31 and the second plane 32, between the member 40 and the second plane 32 formed in a direction intersecting the thickness direction of the spacer member 20. Is formed.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、熱型光検出器、熱型光検出装置、電子機器および熱型光検出器の製造方法に関する。   The present invention relates to a thermal detector, a thermal detector, an electronic device, and a method for manufacturing a thermal detector.

光センサーとして熱型光検出器が知られている。熱型光検出器は、物体から放射された光を熱に変換して温度の変化を熱検出素子により測定する。熱型光検出器には、光吸収にともなう温度上昇を直接検出するサーモパイル、電気分極の変化として検出する焦電型素子、温度上昇を抵抗変化として検出するボロメーター等がある。近年、半導体製造技術(MEMS製造技術等)を利用して、より小型の熱型光検出器を製造する試みがなされている。   A thermal detector is known as an optical sensor. The thermal detector converts light emitted from an object into heat and measures a change in temperature with a heat detection element. Thermal detectors include a thermopile that directly detects a temperature rise accompanying light absorption, a pyroelectric element that detects a change in electrical polarization, and a bolometer that detects a temperature rise as a resistance change. In recent years, attempts have been made to manufacture smaller thermal detectors using semiconductor manufacturing technology (MEMS manufacturing technology, etc.).

特許文献1に記載される赤外線検出素子は、空洞部上にメンブレン(支持部材)が形成され、メンブレンには、赤外線吸収層、高熱伝導層、赤外線検知部が設けられている。この空洞部は素子と基板との熱分離のために設けられている。   In the infrared detection element described in Patent Document 1, a membrane (support member) is formed on a cavity, and the membrane is provided with an infrared absorption layer, a high thermal conduction layer, and an infrared detection unit. This cavity is provided for thermal isolation between the element and the substrate.

特開平9−133578号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-133578

上記の特許文献1の構造において、メンブレンを透過した赤外線が空洞の底面で反射してメンブレンとの間で光学共振を起こさせ、メンブレンで赤外線を吸収させて効率化を図る構造をとることが可能である。この、光学共振する赤外線の波長は空洞部の深さに依存している。
しかしながら、従来の熱型光検出器では、1種類の空洞部の深さに対応する波長の光学共振を利用できるのみであり、測定する波長帯域を広く設定できないという課題がある。
In the structure of the above-mentioned Patent Document 1, it is possible to adopt a structure in which the infrared light transmitted through the membrane is reflected at the bottom surface of the cavity to cause optical resonance with the membrane, and the infrared light is absorbed by the membrane to improve efficiency. It is. The wavelength of infrared light that optically resonates depends on the depth of the cavity.
However, the conventional thermal detector can only use the optical resonance of the wavelength corresponding to the depth of one kind of cavity, and has a problem that the wavelength band to be measured cannot be set widely.

本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]本適用例にかかる熱型光検出器は、基板と、前記基板上に形成され凹部を有するスペーサー部材と、前記スペーサー部材の前記凹部に向き合い前記スペーサー部材に支持される支持部材と、前記支持部材上に形成され熱を検出する熱検出素子と、を含み、前記凹部は、底面に前記スペーサー部材の厚み方向に対して交差する方向に形成された第1平面と、前記底面と前記支持部材との間に、前記スペーサー部材の厚み方向に対して交差する方向に形成された第2平面と、を備え、前記第1平面および前記第2平面に光を反射する反射膜が形成されていることを特徴とする。   Application Example 1 A thermal detector according to this application example includes a substrate, a spacer member formed on the substrate and having a recess, and a support member that faces the recess of the spacer member and is supported by the spacer member And a heat detecting element formed on the support member for detecting heat, wherein the recess is formed on the bottom surface in a direction intersecting the thickness direction of the spacer member, and the bottom surface And a second plane formed in a direction intersecting with the thickness direction of the spacer member, and a reflective film that reflects light on the first plane and the second plane. It is formed.

この構成によれば、スペーサー部材の凹部(空洞部)に第1平面と第2平面とが設けられている。そして、第1平面および第2平面で反射した異なる波長の光を支持部材で吸収させることができる。
このように本適用例の熱型光検出器は、光の波長を広範囲に捉え、測定する波長帯域を広く設定することができる。
ここで、「基板上」、「支持部材上」における「〜上」という表現は、直上であってもよく、あるいは、上部(別の層が介在する場合)であってもよい。他の箇所においても同様に、広義に解釈することができる。
According to this structure, the 1st plane and the 2nd plane are provided in the recessed part (cavity part) of the spacer member. And the light of a different wavelength reflected on the 1st plane and the 2nd plane can be absorbed with a support member.
Thus, the thermal detector of this application example can capture a wide range of wavelengths of light and set a wide wavelength band for measurement.
Here, the expression “˜up” in “on the substrate” and “on the support member” may be directly above or may be an upper part (when another layer is interposed). In other places as well, it can be interpreted broadly.

[適用例2]上記適用例にかかる熱型光検出器において、前記支持部材と前記第1平面の間で第1波長に対する第1光学共振器が形成され、前記支持部材と前記第2平面の間で前記第1波長とは異なる第2波長に対する第2光学共振器が形成されていることが望ましい。   Application Example 2 In the thermal detector according to the application example described above, a first optical resonator for a first wavelength is formed between the support member and the first plane, and the support member and the second plane It is desirable that a second optical resonator for a second wavelength different from the first wavelength is formed.

この構成によれば、複数の光学共振器を有することから光学共振を異なる波長に設定でき、この光学共振を起こした光を効率的に支持部材で吸収させることができる。   According to this configuration, since the plurality of optical resonators are provided, the optical resonance can be set to different wavelengths, and the light causing the optical resonance can be efficiently absorbed by the support member.

[適用例3]上記適用例にかかる熱型光検出器において、前記基板の厚み方向から見た平面視で、前記第1平面と前記支持部材とが重なる面積と、前記第2平面と前記支持部材とが重なる面積とが、同じであることが望ましい。   Application Example 3 In the thermal detector according to the application example described above, an area in which the first plane and the support member overlap in a plan view viewed from the thickness direction of the substrate, the second plane, and the support It is desirable that the area where the member overlaps is the same.

この構成によれば、平面視で第1平面と支持部材とが重なる面積と、第2平面と前記支持部材とが重なる面積とが、同じであることから、それぞれの面における光学共振を同じにすることで両者の測定感度のバランスをとることができる。   According to this configuration, since the area where the first plane and the support member overlap in plan view and the area where the second plane and the support member overlap are the same, the optical resonance on each surface is the same. By doing so, it is possible to balance both measurement sensitivities.

[適用例4]上記適用例にかかる熱型光検出器において、前記凹部の前記第1平面と前記第2平面とを繋ぐ第1側壁および、前記第2平面と前記凹部の開口部とを繋ぐ第2側壁は前記支持部材に向かうに従って開口が大きくなるテーパー状に形成されていることが望ましい。   Application Example 4 In the thermal detector according to the application example described above, a first side wall that connects the first plane and the second plane of the recess, and a connection between the second plane and the opening of the recess. It is desirable that the second side wall be formed in a tapered shape with an opening that increases toward the support member.

この構成によれば、第1側壁および第2側壁が支持部材に向かうに従って開口が大きくなるテーパー状に形成されている。
側壁がテーパー形状であることから、入射する光が遮られる部分が無く、支持部材から透過する光を第1平面および第2平面で充分に受け入れることができる。
According to this configuration, the first side wall and the second side wall are formed in a tapered shape in which the opening becomes larger toward the support member.
Since the side wall has a tapered shape, there is no portion where incident light is blocked, and light transmitted from the support member can be sufficiently received by the first plane and the second plane.

[適用例5]上記適用例にかかる熱型光検出器において、前記第1側壁および前記第2側壁に光を反射する反射膜が形成されていることが望ましい。   Application Example 5 In the thermal detector according to the application example described above, it is preferable that a reflection film that reflects light is formed on the first side wall and the second side wall.

この構成によれば、第1側壁および第2側壁に反射膜が形成されている。このため、支持部材から透過する光を各側壁で反射させ、支持部材に吸収させて効率化を図ることができる。   According to this configuration, the reflective film is formed on the first side wall and the second side wall. For this reason, the light which permeate | transmits from a supporting member can be reflected by each side wall, can be absorbed by a supporting member, and efficiency can be achieved.

[適用例6]本適用例にかかる熱型光検出器は、基板と、前記基板上に形成され第1凹部と第2凹部とを有するスペーサー部材と、前記スペーサー部材の前記第1凹部に向き合い前記スペーサー部材に支持される第1支持部材と、前記スペーサー部材の前記第2凹部に向き合い前記スペーサー部材に支持される第2支持部材と、前記第1支持部材上に形成され熱を検出する第1熱検出素子と、前記第2支持部材上に形成され熱を検出する第2熱検出素子と、を含み、前記第1凹部は底面に前記スペーサー部材の厚み方向に対して交差する方向に形成された第1平面を備え、前記第2凹部は前記第1凹部とは異なる深さの底面に前記スペーサー部材の厚み方向に対して交差する方向に形成された第2平面を備え、前記第1平面および前記第2平面に光を反射する反射膜が形成されていることを特徴とする。   Application Example 6 A thermal detector according to this application example is a substrate, a spacer member formed on the substrate, having a first recess and a second recess, and facing the first recess of the spacer member. A first support member supported by the spacer member; a second support member facing the second recess of the spacer member and supported by the spacer member; and a first support member formed on the first support member for detecting heat. A first heat detection element and a second heat detection element formed on the second support member for detecting heat, wherein the first recess is formed on the bottom surface in a direction intersecting the thickness direction of the spacer member. The second recess has a second plane formed in a direction crossing the thickness direction of the spacer member on a bottom surface having a depth different from that of the first recess. Plane and said second plane Wherein the reflective film that reflects light is formed on.

この構成によれば、スペーサー部材に第1凹部(空洞部)および第2凹部(空洞部)が設けられ、それぞれの底面は異なる深さに形成されている。つまり、第1平面と第2平面で反射した異なる波長の光を各支持部材で吸収させることができる。
このように本適用例の熱型光検出器は、光の波長を広範囲に捉え、測定する波長帯域を広く設定することができる。
According to this configuration, the spacer member is provided with the first concave portion (cavity portion) and the second concave portion (cavity portion), and the respective bottom surfaces are formed at different depths. That is, light of different wavelengths reflected by the first plane and the second plane can be absorbed by each support member.
Thus, the thermal detector of this application example can capture a wide range of wavelengths of light and set a wide wavelength band for measurement.

[適用例7]上記適用例にかかる熱型光検出器において、前記支持部材と前記第1平面の間で第1波長に対する第1光学共振器が形成され、前記支持部材と前記第2平面の間で前記第1波長とは異なる第2波長に対する第2光学共振器が形成されていることが望ましい。   Application Example 7 In the thermal detector according to the application example described above, a first optical resonator for a first wavelength is formed between the support member and the first plane, and the support member and the second plane It is desirable that a second optical resonator for a second wavelength different from the first wavelength is formed.

この構成によれば、複数の光学共振器を有することから光学共振を異なる波長に設定でき、この光学共振を起こした光を効率的に支持部材で吸収させることができる。   According to this configuration, since the plurality of optical resonators are provided, the optical resonance can be set to different wavelengths, and the light causing the optical resonance can be efficiently absorbed by the support member.

[適用例8]上記適用例にかかる熱型光検出器において、前記第1平面と前記第2平面の面積とが同じであることが望ましい。   Application Example 8 In the thermal detector according to the application example, it is preferable that the areas of the first plane and the second plane are the same.

この構成によれば、第1平面と前記第2平面の面積とが同じであることから、それぞれの面における光学共振を同じにすることで両者の測定感度のバランスをとることができる。   According to this configuration, since the areas of the first plane and the second plane are the same, it is possible to balance both measurement sensitivities by making the optical resonances on the respective surfaces the same.

[適用例9]上記適用例にかかる熱型光検出器において、前記第1凹部および前記第2凹部の側壁は、前記第1支持部材または前記第2支持部材に向かうに従って開口が大きくなるテーパー状に形成されていることが望ましい。   Application Example 9 In the thermal detector according to the application example described above, the sidewalls of the first recess and the second recess have a tapered shape in which an opening increases toward the first support member or the second support member. It is desirable that it is formed.

この構成によれば、第1凹部および第2凹部の側壁は支持部材に向かうに従って開口が大きくなるテーパー状に形成されている。
側壁がテーパー形状であることから、入射する光が遮られる部分が無く、支持部材から透過する光を凹部の底面に形成された第1平面および第2平面で充分に受け入れることができる。
According to this configuration, the side walls of the first recess and the second recess are formed in a tapered shape in which the opening becomes larger toward the support member.
Since the side wall is tapered, there is no portion where incident light is blocked, and light transmitted from the support member can be sufficiently received by the first plane and the second plane formed on the bottom surface of the recess.

[適用例10]上記適用例にかかる熱型光検出器において、前記第1凹部および前記第2凹部の前記側壁には光を反射する反射膜が形成されていることが望ましい。   Application Example 10 In the thermal detector according to the application example described above, it is preferable that a reflective film that reflects light is formed on the sidewalls of the first recess and the second recess.

この構成によれば、側壁に反射膜が形成されている。このため、支持部材から透過する光を各側壁で反射させ、支持部材に吸収させて効率化を図ることができる。   According to this configuration, the reflective film is formed on the side wall. For this reason, the light which permeate | transmits from a supporting member can be reflected by each side wall, can be absorbed by a supporting member, and efficiency can be achieved.

[適用例11]本適用例にかかる熱型光検出装置は、上記の熱型光検出器を複数用いて、2次元配置されていることを特徴とする。   Application Example 11 A thermal detection device according to this application example is characterized in that it is two-dimensionally arranged using a plurality of the thermal detection detectors described above.

この構成によれば、熱型光検出器が二軸方向に沿って二次元配置されている。
この熱型光検出装置は、各セルの熱型光検出器が測定する波長帯域が広いことから、広い温度範囲の分布画像を提供できる。
According to this configuration, the thermal detectors are two-dimensionally arranged along the biaxial direction.
This thermal detection device can provide a distribution image in a wide temperature range because the wavelength band measured by the thermal detection detector of each cell is wide.

[適用例12]本適用例にかかる電子機器は、上記の熱型光検出器と、前記熱型光検出器の出力を処理する制御部と、を有することを特徴とする。   Application Example 12 An electronic apparatus according to this application example includes the above-described thermal detector and a control unit that processes an output of the thermal detector.

本適用例に係る電子機器は、上述した熱型光検出器または熱型光検出装置を有し、1セル分または複数セルの熱型光検出器をセンサーとして用いることで、光(温度)分布画像を出力するサーモグラフィー、監視カメラの他、火や発熱を検知するセキュリティー機器、工場などに設けられる工程監視機器などに利用することができる。   An electronic apparatus according to this application example includes the above-described thermal detector or thermal detector, and uses a one-cell or multiple-cell thermal detector as a sensor, thereby distributing light (temperature) distribution. It can be used for thermography that outputs images, surveillance cameras, security equipment that detects fire and heat generation, process monitoring equipment provided in factories, and the like.

[適用例13]本適用例にかかる熱型光検出器の製造方法は、基板上に第1絶縁層を形成し、前記第1絶縁層に第1トレンチを形成する工程と、前記第1トレンチを形成した面に第1反射膜を形成する工程と、前記第1反射膜の上から前記第1トレンチを埋めて第1犠牲層を形成する工程と、前記第1犠牲層の上に第2絶縁層を形成し、前記第2絶縁層に前記第1トレンチよりも開口が大きく、平面視において前記第1トレンチを含む第2トレンチを形成する工程と、前記第2トレンチを形成した面に第2反射膜を形成する工程と、前記第2トレンチにおける底部の一部の第2反射膜を削除する工程と、前記第2トレンチを埋めて第2犠牲層を形成する工程と、前記第2犠牲層上に支持部材を形成する工程と、前記支持部材上に熱検出素子を形成する工程と、前記支持部材の一部を除去する工程と、前記第1犠牲層および前記第2犠牲層を除去する工程と、を含むことを特徴とする。   Application Example 13 A manufacturing method of a thermal detector according to this application example includes a step of forming a first insulating layer on a substrate, forming a first trench in the first insulating layer, and the first trench. Forming a first reflective film on the surface on which the first reflective film is formed, forming a first sacrificial layer by filling the first trench from above the first reflective film, and forming a second sacrificial layer on the first sacrificial layer. Forming an insulating layer, forming a second trench in the second insulating layer having a larger opening than the first trench and including the first trench in plan view; and forming a second trench on the surface where the second trench is formed. A step of forming a second reflection film, a step of removing the second reflection film at a part of the bottom of the second trench, a step of filling the second trench to form a second sacrifice layer, and the second sacrifice Forming a support member on the layer; and a heat detection element on the support member. A step of forming, for removing a portion of the support member, and removing the first sacrificial layer and the second sacrificial layer, comprising a.

この熱型光検出器の製造方法によれば、凹部に底面および底面と開口部の間にもう一つの平面を形成することができる。このように、熱型光検出器において、1つの凹部に2つの平面を形成することができ、それぞれの平面と支持部材の間において支持部材を透過した光の光学共振を利用できる。   According to this method for manufacturing a thermal detector, it is possible to form the bottom surface in the recess and another plane between the bottom surface and the opening. Thus, in the thermal detector, two planes can be formed in one recess, and optical resonance of light transmitted through the support member can be used between each plane and the support member.

[適用例14]本適用例にかかる熱型光検出器の製造方法は、基板上に第1絶縁層を形成し、前記第1絶縁層に複数の第1トレンチを形成する工程と、前記第1トレンチを形成した面に第1反射膜を形成する工程と、前記第1反射膜の上から前記第1トレンチを埋めて第1犠牲層を形成する工程と、前記第1犠牲層の上に第2絶縁層を形成し、前記第2絶縁層に前記第1トレンチよりも開口が大きく、平面視において前記第1トレンチと重なる複数の第2トレンチを形成する工程と、前記第2トレンチを形成した面に第2反射膜を形成する工程と、選択した前記第2トレンチにおける底部の第2反射膜を削除する工程と、前記第2トレンチを埋めて第2犠牲層を形成する工程と、前記第2犠牲層上に支持部材を形成する工程と、前記支持部材上に熱検出素子を形成する工程と、前記支持部材の一部を除去する工程と、前記第2犠牲層を除去する工程と、前記第2トレンチにおける、削除した第2反射膜の下方の前記第1犠牲層を除去する工程と、を含むことを特徴とする。   Application Example 14 A method for manufacturing a thermal detector according to this application example includes forming a first insulating layer on a substrate and forming a plurality of first trenches in the first insulating layer; Forming a first reflective film on a surface on which one trench is formed, filling the first trench from above the first reflective film to form a first sacrificial layer, and on the first sacrificial layer Forming a second insulating layer, forming a plurality of second trenches in the second insulating layer having a larger opening than the first trench and overlapping the first trench in plan view; and forming the second trench Forming a second reflective film on the finished surface, removing the second reflective film at the bottom of the selected second trench, forming a second sacrificial layer by filling the second trench, Forming a support member on the second sacrificial layer, and the support member Forming a heat detecting element on the substrate, removing a part of the support member, removing the second sacrificial layer, and removing the second reflective film in the second trench below the second reflective film. And 1 sacrificial layer removal step.

この熱型光検出器の製造方法によれば、一つの基板に深さの異なる凹部を容易に形成できる。
このように、熱型光検出器の1つの基板に2つの深さの異なる凹部を形成することができ、それぞれの凹部の平面と支持部材の間において支持部材を透過した光の光学共振を利用できる。
According to this method for manufacturing a thermal detector, recesses having different depths can be easily formed on one substrate.
In this manner, two concave portions having different depths can be formed on one substrate of the thermal detector, and the optical resonance of light transmitted through the support member is utilized between the plane of each concave portion and the support member. it can.

第1実施形態における赤外線検出器の構成を示す概略平面図。The schematic plan view which shows the structure of the infrared detector in 1st Embodiment. 第1実施形態における赤外線検出器の構成を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the structure of the infrared detector in 1st Embodiment. 第1実施形態における赤外線検出器の製造工程を示す工程図(その1)。Process drawing which shows the manufacturing process of the infrared detector in 1st Embodiment (the 1). 第1実施形態における赤外線検出器の製造工程を示す工程図(その2)。Process drawing which shows the manufacturing process of the infrared detector in 1st Embodiment (the 2). 第1実施形態における赤外線検出器の製造工程を示す工程図(その3)。Process drawing (the 3) which shows the manufacturing process of the infrared detector in 1st Embodiment. 第1実施形態における赤外線検出器の製造工程を示す工程図(その4)。Process drawing (the 4) which shows the manufacturing process of the infrared detector in 1st Embodiment. 第2実施形態における赤外線検出器の構成を示す概略平面図。The schematic plan view which shows the structure of the infrared detector in 2nd Embodiment. 第2実施形態における赤外線検出器の構成を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the structure of the infrared detector in 2nd Embodiment. 第2実施形態における赤外線検出器の製造工程を示す工程図(その1)。Process drawing which shows the manufacturing process of the infrared detector in 2nd Embodiment (the 1). 第2実施形態における赤外線検出器の製造工程を示す工程図(その2)。Process drawing which shows the manufacturing process of the infrared detector in 2nd Embodiment (the 2). 第2実施形態における赤外線検出器の製造工程を示す工程図(その3)。Process drawing which shows the manufacturing process of the infrared detector in 2nd Embodiment (the 3). 第2実施形態における赤外線検出器の製造工程を示す工程図(その4)。Process drawing which shows the manufacturing process of the infrared detector in 2nd Embodiment (the 4). 熱型光検出装置の回路構成の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of the circuit structure of a thermal type photon detection apparatus. 電子機器としての赤外線カメラの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the infrared camera as an electronic device. 電子機器としての工程監視装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the process monitoring apparatus as an electronic device.

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
(第1実施形態)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings used for the following description, the ratio of dimensions of each member is appropriately changed so that each member has a recognizable size.
(First embodiment)

以下の実施形態では熱型光検出器として、焦電型の赤外線検出器を例にとって説明する。
図1は焦電型の赤外線検出器の構成を示す概略平面図である。図2は焦電型の赤外線検出器の構成を示す概略断面図である。なお、図1は、後述する第2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る。
In the following embodiment, a pyroelectric infrared detector will be described as an example of a thermal photodetector.
FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a pyroelectric infrared detector. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a pyroelectric infrared detector. FIG. 1 is a plan view in which members above the wiring layer connected to the second electrode described later are omitted.

図2に示すように、焦電型の赤外線検出器100は、シリコン基板10と、スペーサー部材20と、支持部材(メンブレン)40と、赤外線検出素子60とを有している。
シリコン基板10上には、第1絶縁層21および第2絶縁層22が順次積層されスペーサー部材20を構成している。第1絶縁層21および第2絶縁層22はSiO2などの絶縁材料にて形成されている。
As shown in FIG. 2, the pyroelectric infrared detector 100 includes a silicon substrate 10, a spacer member 20, a support member (membrane) 40, and an infrared detection element 60.
A first insulating layer 21 and a second insulating layer 22 are sequentially stacked on the silicon substrate 10 to form a spacer member 20. The first insulating layer 21 and the second insulating layer 22 are made of an insulating material such as SiO 2 .

このスペーサー部材20には段付の凹部30が形成されている。凹部30は第1絶縁層21に形成された凹部35aと、第2絶縁層22に形成された第1絶縁層21の凹部35aよりも開口の大きい凹部35bとを重ねた形状である。凹部35aは平面視で支持部材40の面積の半分をカバーするように配置されている(図1参照)。
凹部30の底面にはスペーサー部材20の厚み方向に交差する第1平面31が形成されている。また、第2絶縁層22に形成された凹部35bの底面にはスペーサー部材20の厚み方向に交差する第2平面32が形成されている。
なお、第1平面31および第2平面32は、支持部材40の対する面と平行に配置されていることが望ましい。
また、凹部35aは支持部材40までの距離がD1の凹部であり、凹部35bは支持部材40までの距離がD2の凹部である。
このように、凹部30は支持部材40までの距離がD1とD2となる2つの平面を有する形状となっている。
A stepped recess 30 is formed in the spacer member 20. The recess 30 has a shape in which a recess 35 a formed in the first insulating layer 21 and a recess 35 b having a larger opening than the recess 35 a of the first insulating layer 21 formed in the second insulating layer 22 are overlapped. The recess 35a is disposed so as to cover half of the area of the support member 40 in plan view (see FIG. 1).
A first plane 31 that intersects the thickness direction of the spacer member 20 is formed on the bottom surface of the recess 30. Further, a second flat surface 32 that intersects the thickness direction of the spacer member 20 is formed on the bottom surface of the recess 35 b formed in the second insulating layer 22.
Note that the first plane 31 and the second plane 32 are preferably arranged in parallel to the surface of the support member 40.
The recess 35a is a recess having a distance D1 to the support member 40, and the recess 35b is a recess having a distance D2 to the support member 40.
As described above, the recess 30 has a shape having two planes in which the distance to the support member 40 is D1 and D2.

また、第1平面31と第2平面32とを繋ぐ第1側壁33、および第2平面と凹部30の開口部とを繋ぐ第2側壁34は、凹部30の開口部に向かうに従って開口が大きくなるテーパー状に形成されている。
そして、凹部30の第1平面31、第2平面32、第1側壁33、第2側壁34には赤外線を反射するTi膜などの反射膜36が形成されている。なお反射膜36としては、AlOX膜またはSiN膜の上にTi膜を形成した積層膜であってもよい。
In addition, the first side wall 33 that connects the first plane 31 and the second plane 32 and the second side wall 34 that connects the second plane and the opening of the recess 30 have larger openings toward the opening of the recess 30. It is formed in a taper shape.
A reflective film 36 such as a Ti film that reflects infrared rays is formed on the first plane 31, the second plane 32, the first side wall 33, and the second side wall 34 of the recess 30. The reflective film 36 may be a laminated film in which a Ti film is formed on an AlO x film or a SiN film.

スペーサー部材20の上には凹部30を覆う支持部材40が設けられている。支持部材40はSiN膜またはAlOX膜などで形成されている。
そして、支持部材40の一方の面には赤外線検出素子60が形成され、他方の面は凹部30に向き合って配置されている。
A support member 40 that covers the recess 30 is provided on the spacer member 20. The support member 40 is formed of a SiN film or an AlO x film.
The infrared detection element 60 is formed on one surface of the support member 40, and the other surface is disposed facing the recess 30.

赤外線検出素子60は、キャパシター50と赤外線吸収部材70とを含み構成されている。
キャパシター50は第1電極51と、第2電極52と、焦電体53とを有する。焦電体53は第1、第2電極51,52間に配置され、温度に基づいて分極量が変化するキャパシター50を構成する。そして、キャパシター50は第1電極51が支持部材40に搭載されることで支持されている。
第1電極51および第2電極52の電極材料としては例えばPt,Irなどが用いられる。また、焦電体53の焦電材料としては例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、PZTN(PZTにNbを添加したもの)などが用いられる。
The infrared detecting element 60 includes a capacitor 50 and an infrared absorbing member 70.
The capacitor 50 includes a first electrode 51, a second electrode 52, and a pyroelectric body 53. The pyroelectric body 53 is disposed between the first and second electrodes 51 and 52 and constitutes a capacitor 50 whose polarization amount changes based on temperature. The capacitor 50 is supported by mounting the first electrode 51 on the support member 40.
As the electrode material of the first electrode 51 and the second electrode 52, for example, Pt, Ir or the like is used. As the pyroelectric material of the pyroelectric body 53, for example, PZT (lead zirconate titanate), PZTN (PZT added with Nb), or the like is used.

キャパシター50の表面には保護膜54が形成され、製造工程における還元雰囲気から焦電体53を保護している。さらに、保護膜54を覆って絶縁膜55が形成されている。
保護膜54および絶縁膜55には第1電極51に通ずるコンタクトホール56と、第2電極52に通ずるコンタクトホール57とが形成されている。
A protective film 54 is formed on the surface of the capacitor 50 to protect the pyroelectric body 53 from a reducing atmosphere in the manufacturing process. Further, an insulating film 55 is formed so as to cover the protective film 54.
A contact hole 56 that communicates with the first electrode 51 and a contact hole 57 that communicates with the second electrode 52 are formed in the protective film 54 and the insulating film 55.

コンタクトホール56には第1プラグ61が埋め込み形成される。絶縁膜55および支持部材40の上には、第1プラグ61に接続される第1電極配線層58が形成されている。
同様に、コンタクトホール57には第2プラグ62が埋め込み形成される。絶縁膜55及び支持部材40上には、第2プラグ62に接続される第2電極配線層59が形成されている。
このように、赤外線検出素子60にはプレーナー型のキャパシター50を備えている。
A first plug 61 is embedded in the contact hole 56. A first electrode wiring layer 58 connected to the first plug 61 is formed on the insulating film 55 and the support member 40.
Similarly, a second plug 62 is embedded in the contact hole 57. A second electrode wiring layer 59 connected to the second plug 62 is formed on the insulating film 55 and the support member 40.
As described above, the infrared detection element 60 includes the planar capacitor 50.

第1、第2電極配線層58,59を覆って、SiO2またはSiNのパッシベーション膜63が設けられている。そして、キャパシター50の上方には、パッシベーション膜63上に赤外線吸収部材70が設けられている。この赤外線吸収部材70はSiO2またはSiNにて形成される。 A SiO 2 or SiN passivation film 63 is provided so as to cover the first and second electrode wiring layers 58 and 59. An infrared absorbing member 70 is provided on the passivation film 63 above the capacitor 50. This infrared absorbing member 70 is made of SiO 2 or SiN.

この赤外線吸収部材70を含む赤外線検出器100の外表面を覆って、保護膜71が設けられている。
この保護膜71は、例えばAl23にて形成され、赤外線の透過を阻害しないように10〜50nm、例えば20nmの厚さで成膜して形成される。
A protective film 71 is provided to cover the outer surface of the infrared detector 100 including the infrared absorbing member 70.
The protective film 71 is formed of, for example, Al 2 O 3 and is formed with a thickness of 10 to 50 nm, for example, 20 nm so as not to inhibit infrared transmission.

なお、図1に示すように、支持部材40は赤外線検出素子60を搭載して支持する2本のアーム45を有し、2本のアーム45の自由端部がポスト28に連結されている。2本のアーム45は、赤外線検出素子60を熱分離するために、細幅でかつ長く延びた形状に形成される。   As shown in FIG. 1, the support member 40 has two arms 45 for mounting and supporting the infrared detection element 60, and the free ends of the two arms 45 are connected to the post 28. The two arms 45 are formed in a narrow and long shape in order to thermally separate the infrared detection element 60.

赤外線検出器100は、2本のポスト28と接続される以外は非接触であり、赤外線検出器100の下方には凹部30が形成され、平面視で赤外線検出器100の周囲には、凹部30に連通する開口部65が配置される。これにより、赤外線検出器100は、赤外線検出素子60とシリコン基板10とが熱的に分離されている。   The infrared detector 100 is non-contact except that it is connected to the two posts 28. A recess 30 is formed below the infrared detector 100, and the recess 30 is formed around the infrared detector 100 in plan view. An opening 65 communicating with is disposed. Thereby, in the infrared detector 100, the infrared detection element 60 and the silicon substrate 10 are thermally separated.

(赤外線検出器の動作)
次に赤外線検出器100の動作について説明する。
赤外線検出器100の赤外線検出素子60に入射した光(赤外線)の一部は、赤外線吸収部材70で吸収され、赤外線吸収部材70に熱が発生する。また、支持部材40の表面に到達した光は、支持部材40にて吸収され熱が発生する。
さらに、支持部材40を透過した光は凹部30の第1平面31および第2平面32で反射し、支持部材40にて吸収され熱が発生する。
これらの発生した熱はキャパシター50に伝達され、キャパシター50の自発分極量が熱によって変化し、自発分極による電荷を検出することで赤外線を検出している。
なお、凹部30の第1側壁33、第2側壁34に入射した光も反射し、支持部材40に到達した光は支持部材40に吸収される。
(Infrared detector operation)
Next, the operation of the infrared detector 100 will be described.
A part of the light (infrared rays) incident on the infrared detecting element 60 of the infrared detector 100 is absorbed by the infrared absorbing member 70 and heat is generated in the infrared absorbing member 70. Further, the light reaching the surface of the support member 40 is absorbed by the support member 40 and heat is generated.
Further, the light transmitted through the support member 40 is reflected by the first plane 31 and the second plane 32 of the recess 30 and is absorbed by the support member 40 to generate heat.
The generated heat is transmitted to the capacitor 50, the amount of spontaneous polarization of the capacitor 50 is changed by the heat, and infrared rays are detected by detecting the charge due to the spontaneous polarization.
The light incident on the first side wall 33 and the second side wall 34 of the recess 30 is also reflected, and the light that reaches the support member 40 is absorbed by the support member 40.

ここで、凹部30における光の反射では、支持部材40と凹部の底面との間で光学共振を起こさせることが、支持部材40での赤外線の吸収に有効である。
光学共振を起こさせる波長をλ、光学共振が起こる2平面間の距離をD、2平面間の媒質の屈折率をnとすると、D=λ/4n、という関係が成り立つ。屈折率nは真空中と仮定して、n=1とすると、D=λ/4、と書き表せる。
上の式から、光学共振を起こさせる赤外線の波長を例えば、λ1=10μm、λ2=5μmとすると、2平面間の距離がD1=2.5μm、D2=1.25μmとなる。
図2において、D1=2.5μm、とすると、支持部材40と第1平面31との間で赤外線の波長λ1=10μmに対する光共振器が構成される。
同様に、図2において、D2=1.25μm、とすると、支持部材40と第2平面32との間で赤外線の波長λ2=5μmに対する光共振器が構成される。
このように、支持部材40と凹部30との間に2つの光共振器を形成することができる。
なお、赤外線の波長としてλ1=10μmはおよそ20℃の温度に相当し、λ2=5μmはおよそ300℃の温度に相当する。
Here, in the reflection of light in the concave portion 30, it is effective for the absorption of infrared rays by the support member 40 to cause optical resonance between the support member 40 and the bottom surface of the concave portion.
When the wavelength causing optical resonance is λ, the distance between two planes where optical resonance occurs is D, and the refractive index of the medium between the two planes is n, the relationship D = λ / 4n holds. Assuming that the refractive index n is in a vacuum and n = 1, it can be expressed as D = λ / 4.
From the above formula, if the wavelength of the infrared ray causing optical resonance is λ1 = 10 μm and λ2 = 5 μm, the distance between the two planes is D1 = 2.5 μm and D2 = 1.25 μm.
In FIG. 2, when D1 = 2.5 μm, an optical resonator for the infrared wavelength λ1 = 10 μm is formed between the support member 40 and the first plane 31.
Similarly, in FIG. 2, if D2 = 1.25 μm, an optical resonator for the infrared wavelength λ2 = 5 μm is formed between the support member 40 and the second plane 32.
As described above, two optical resonators can be formed between the support member 40 and the recess 30.
Note that λ1 = 10 μm as an infrared wavelength corresponds to a temperature of approximately 20 ° C., and λ2 = 5 μm corresponds to a temperature of approximately 300 ° C.

このように、赤外線検出器100は、支持部材40と凹部の第1平面と第2平面の間で光学共振器を有することから光学共振を異なる波長に設定でき、この光学共振を起こした光を効率的に支持部材で吸収させることができる。
また、2個の光共振器を構成することによって、異なる2つの波長において共振ピークが生じることから、ピーク同士が合成されて、赤外線検出器100が検出できる波長帯域が拡大される。つまり、赤外線検出器100が検出可能な光の波長帯域(波長幅)を広げることができる。このように、赤外線検出器100は光の波長を広範囲に捉え、測定する波長帯域を広く設定することができる。
As described above, since the infrared detector 100 includes the optical resonator between the first plane and the second plane of the support member 40 and the recess, the optical resonance can be set to different wavelengths, and the light that causes the optical resonance can be set. It can be efficiently absorbed by the support member.
In addition, since the two optical resonators constitute resonance peaks at two different wavelengths, the peaks are combined and the wavelength band that can be detected by the infrared detector 100 is expanded. That is, the wavelength band (wavelength width) of light that can be detected by the infrared detector 100 can be expanded. Thus, the infrared detector 100 can capture a wide range of wavelengths of light and set a wide wavelength band for measurement.

また、シリコン基板10の厚み方向から見た平面視で、第1平面31と支持部材40とが重なる面積と、第2平面32と支持部材40とが重なる面積とが、同じであることが望ましい。
この構成によれば、それぞれの面における光学共振を同じにすることで両者の測定感度のバランスをとることができる。
Moreover, it is desirable that the area where the first plane 31 and the support member 40 overlap is the same as the area where the second plane 32 and the support member 40 overlap in a plan view as viewed from the thickness direction of the silicon substrate 10. .
According to this configuration, it is possible to balance both measurement sensitivities by making the optical resonances on the respective surfaces the same.

(第1実施形態における赤外線検出器の製造方法)
次に、上記赤外線検出器の製造方法について説明する。
図3〜図6は赤外線検出器の製造工程を示す工程図である。
まず、シリコン基板10を用意する(図3(a))。
次に、シリコン基板10の上にSiO2などの第1絶縁層21を形成し、その上からレジスト80を塗布して第1トレンチを形成する部分に開口81を形成する(図3(b))。第1絶縁層21の形成はスパッタリング、CVDなどの手法により成膜する。
続いて、レジスト80の開口81を通してエッチングを行い第1絶縁層21に第1トレンチ82を形成する(図3(c))。エッチングはフッ酸系の溶液を用いて、第1絶縁層21をウェットエッチングする。
そして、レジスト80を除去して、第1絶縁層21の表面に赤外線を反射する反射膜36を形成する(図3(d))。反射膜36としてはTi膜や、AlOX膜またはSiN膜の上にTi膜を形成した積層膜を形成する。この反射膜36は後工程にけるSiO2膜をエッチングする際のバリア膜としても機能する。
(Infrared detector manufacturing method in the first embodiment)
Next, a method for manufacturing the infrared detector will be described.
3 to 6 are process diagrams showing the manufacturing process of the infrared detector.
First, the silicon substrate 10 is prepared (FIG. 3A).
Next, a first insulating layer 21 such as SiO 2 is formed on the silicon substrate 10, and a resist 80 is applied thereon to form an opening 81 in a portion where a first trench is to be formed (FIG. 3B). ). The first insulating layer 21 is formed by a technique such as sputtering or CVD.
Subsequently, etching is performed through the opening 81 of the resist 80 to form a first trench 82 in the first insulating layer 21 (FIG. 3C). Etching is performed by wet etching the first insulating layer 21 using a hydrofluoric acid-based solution.
Then, the resist 80 is removed, and a reflective film 36 that reflects infrared rays is formed on the surface of the first insulating layer 21 (FIG. 3D). As the reflective film 36, a Ti film, or a laminated film in which a Ti film is formed on an AlO x film or SiN film is formed. This reflective film 36 also functions as a barrier film when etching the SiO 2 film in a later process.

次に、反射膜36の上からSiO2など第1犠牲層23を成膜する(図4(a))。この成膜では、第1トレンチ82が埋まる厚みまで行なわれる。
そして、第1犠牲層23を化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)する(図4(b))。研磨は第1トレンチ82に埋め込んだ第1犠牲層23と反射膜36が平坦となるように行なう。
続いて、CMP加工した表面に、SiO2などの第2絶縁層22を成膜し、その上からレジスト80を塗布して第2トレンチを形成する部分に開口83を形成する(図4(c))。ここでの第2トレンチを形成する位置は、平面視において第1トレンチ82を含む位置であり、一方向にずれた位置に形成する。
また、第2絶縁層22の材料は第1絶縁層21の材料と同じ材料が好ましい。
そして、レジスト80の開口83を通してエッチングを行い第2絶縁層22に、第1トレンチ82よりも開口の大きい第2トレンチ84を形成する(図4(d))。エッチングは第1絶縁層21のエッチングと同様に行なう。
Next, a first sacrificial layer 23 such as SiO 2 is formed on the reflective film 36 (FIG. 4A). This film formation is performed until the first trench 82 is buried.
Then, the first sacrificial layer 23 is subjected to chemical mechanical polishing (CMP) (FIG. 4B). Polishing is performed so that the first sacrificial layer 23 and the reflective film 36 embedded in the first trench 82 become flat.
Subsequently, a second insulating layer 22 such as SiO 2 is formed on the CMP processed surface, and a resist 80 is applied thereon to form an opening 83 in a portion where a second trench is to be formed (FIG. 4C). )). The position where the second trench is formed here is a position including the first trench 82 in plan view, and is formed at a position shifted in one direction.
The material of the second insulating layer 22 is preferably the same material as that of the first insulating layer 21.
Then, etching is performed through the opening 83 of the resist 80 to form a second trench 84 having a larger opening than the first trench 82 in the second insulating layer 22 (FIG. 4D). Etching is performed in the same manner as the etching of the first insulating layer 21.

次に、レジスト80を除去して、第2絶縁層22の表面に赤外線を反射する反射膜36を形成する(図5(a))。反射膜36としてはTi膜や、AlOX膜またはSiN膜の上にTi膜を形成した積層膜を形成する。この反射膜36は後工程にけるSiO2膜をエッチングする際のバリア膜としても機能する。
そして、第1犠牲層23の上に形成された反射膜36をパターニングして除去する(図5(b))。このようにして、第1犠牲層23の上に開口85を形成する。
続いて、反射膜36の上からSiO2など第2犠牲層24を成膜する(図5(c))。この成膜では、第2トレンチ84が埋まる厚みまで行なわれる。
そして、第2犠牲層24をCMP加工する(図5(d))。研磨は第2トレンチ84に埋め込んだ第2犠牲層24と反射膜36が平坦となるように行なう。
Next, the resist 80 is removed, and a reflective film 36 that reflects infrared rays is formed on the surface of the second insulating layer 22 (FIG. 5A). As the reflective film 36, a Ti film, or a laminated film in which a Ti film is formed on an AlO x film or SiN film is formed. This reflective film 36 also functions as a barrier film when etching the SiO 2 film in a later process.
Then, the reflective film 36 formed on the first sacrificial layer 23 is removed by patterning (FIG. 5B). In this way, an opening 85 is formed on the first sacrificial layer 23.
Subsequently, a second sacrificial layer 24 such as SiO 2 is formed on the reflective film 36 (FIG. 5C). This film formation is performed until the second trench 84 is filled.
Then, the second sacrificial layer 24 is subjected to CMP processing (FIG. 5D). Polishing is performed so that the second sacrificial layer 24 and the reflective film 36 embedded in the second trench 84 become flat.

次に、CMP加工した表面に支持部材40を形成し、支持部材40の上に赤外線検出素子60および保護膜71を形成する(図6(a))。
赤外線検出素子60の形成は、支持部材40の上にキャパシター50および配線(図示せず)を形成した後に、キャパシター50の上部に赤外線吸収部材70を形成する。
保護膜71は、Al23膜などにより赤外線吸収部材70を含む赤外線検出器の外表面を覆って設ける。
そして、第1、第2犠牲層23,24をエッチングするために、保護膜71、支持部材40に開口86を形成する。また、図示しないが、同時に支持部材40をエッチングしアームを形成する(図6(b))。
続いて、開口86などを通して第2犠牲層24をエッチングし、さらにエッチングを続けて第1犠牲層23をエッチングして凹部30を形成する。これらの犠牲層のエッチングではウェットエッチング、ドライエッチング、気相エッチングなどの手法を利用することができる。
このようにして、赤外線検出器100の凹部30に第1平面31および第2平面32を容易に形成することができる。
(第2実施形態)
Next, the supporting member 40 is formed on the CMP processed surface, and the infrared detecting element 60 and the protective film 71 are formed on the supporting member 40 (FIG. 6A).
The infrared detection element 60 is formed by forming the capacitor 50 and wiring (not shown) on the support member 40 and then forming the infrared absorption member 70 on the capacitor 50.
The protective film 71 is provided so as to cover the outer surface of the infrared detector including the infrared absorbing member 70 with an Al 2 O 3 film or the like.
Then, an opening 86 is formed in the protective film 71 and the support member 40 in order to etch the first and second sacrificial layers 23 and 24. Although not shown, the support member 40 is simultaneously etched to form an arm (FIG. 6B).
Subsequently, the second sacrificial layer 24 is etched through the opening 86 and the like, and further the etching is continued to etch the first sacrificial layer 23 to form the recess 30. In etching these sacrificial layers, techniques such as wet etching, dry etching, and vapor phase etching can be used.
In this way, the first plane 31 and the second plane 32 can be easily formed in the recess 30 of the infrared detector 100.
(Second Embodiment)

次に、赤外線検出器の他の実施形態について説明する。
本実施形態の赤外線検出器では、一つの基板(セル)に深さの異なる複数の凹部を有する点が第1実施形態と異なる。
図7は焦電型の赤外線検出器の構成を示す概略平面図である。図8は焦電型の赤外線検出器の構成を示す概略断面図である。
本実施形態の説明では、第1実施形態と同様な構成については同符号を付し、説明を省略あるいは簡略化する。
Next, another embodiment of the infrared detector will be described.
The infrared detector according to the present embodiment is different from the first embodiment in that a single substrate (cell) has a plurality of recesses having different depths.
FIG. 7 is a schematic plan view showing the configuration of a pyroelectric infrared detector. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a pyroelectric infrared detector.
In the description of this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図8に示すように、焦電型の赤外線検出器200は、第1赤外線検出器200aと第2赤外線検出器200bとを備えている。
第1赤外線検出器200aおよび第2赤外線検出器200bは、シリコン基板10と、スペーサー部材20と、を共通にして、それぞれに支持部材40a,40bと、赤外線検出素子60a、60bとを有している。
As shown in FIG. 8, the pyroelectric infrared detector 200 includes a first infrared detector 200a and a second infrared detector 200b.
The first infrared detector 200a and the second infrared detector 200b share the silicon substrate 10 and the spacer member 20, and have support members 40a and 40b and infrared detection elements 60a and 60b, respectively. Yes.

スペーサー部材20には2つの凹部30a,30bが形成されている。
第1赤外線検出器200aの凹部30aは第2絶縁層22を貫き第1絶縁層21に達し、凹部30aの底部と支持部材40aとの距離がD1に設定されている。
第2赤外線検出器200bの凹部30bは第2絶縁層22を貫いたところで止まり、凹部30bの底部と支持部材40bとの距離がD2に設定されている。
凹部30aの底面にはスペーサー部材20の厚み方向に交差または直交する第1平面31aが形成されている。また、凹部30bの底面にはスペーサー部材20の厚み方向に交差または直交する第2平面32aが形成されている。
このように、赤外線検出器200には2つの凹部30a,30bが形成され、それぞれの凹部は支持部材までの距離がD1とD2となる2つの平面を有する形状となっている。
この第1平面31a、第2平面32aと支持部材までの距離D1,D2は特定波長の光において光学共振が起こる距離に設定され、例えば光学共振を起こさせる赤外線の波長を、λ1=10μm、λ2=5μmとして、D1=2.5μm、D2=1.25μm、に設定されている。
The spacer member 20 is formed with two recesses 30a and 30b.
The concave portion 30a of the first infrared detector 200a passes through the second insulating layer 22 and reaches the first insulating layer 21, and the distance between the bottom of the concave portion 30a and the support member 40a is set to D1.
The recess 30b of the second infrared detector 200b stops when it passes through the second insulating layer 22, and the distance between the bottom of the recess 30b and the support member 40b is set to D2.
A first plane 31a that intersects or is orthogonal to the thickness direction of the spacer member 20 is formed on the bottom surface of the recess 30a. In addition, a second flat surface 32a that intersects or is orthogonal to the thickness direction of the spacer member 20 is formed on the bottom surface of the recess 30b.
As described above, the infrared detector 200 is formed with two concave portions 30a and 30b, and each concave portion has a shape having two planes whose distances to the support member are D1 and D2.
The distances D1 and D2 between the first plane 31a and the second plane 32a and the support member are set to the distances at which optical resonance occurs in light of a specific wavelength. For example, the wavelengths of infrared rays causing optical resonance are λ1 = 10 μm, = 5 μm, D1 = 2.5 μm and D2 = 1.25 μm.

また、凹部30aの第1平面31aと開口部とを繋ぐ側壁37は凹部30aの開口部に向かうに従って開口が大きくなるテーパー状に形成されている。
同様に、凹部30bの第2平面32aと開口部とを繋ぐ側壁38は凹部30bの開口部に向かうに従って開口が大きくなるテーパー状に形成されている。
Further, the side wall 37 connecting the first flat surface 31a of the recess 30a and the opening is formed in a tapered shape in which the opening becomes larger toward the opening of the recess 30a.
Similarly, the side wall 38 that connects the second flat surface 32a of the recess 30b and the opening is formed in a tapered shape in which the opening increases toward the opening of the recess 30b.

凹部30aの上方には支持部材40aが設けられ、凹部30bの上方には支持部材40bが設けられている。
そして、支持部材40aの一方の面には赤外線検出素子60aが形成され、他方の面は凹部30aに向き合って配置されている。同様に、支持部材40bの一方の面には赤外線検出素子60bが形成され、他方の面は凹部30bに向き合って配置されている。
A support member 40a is provided above the recess 30a, and a support member 40b is provided above the recess 30b.
And the infrared detection element 60a is formed in one surface of the supporting member 40a, and the other surface is arrange | positioned facing the recessed part 30a. Similarly, an infrared detection element 60b is formed on one surface of the support member 40b, and the other surface is disposed facing the recess 30b.

赤外線検出素子60a、60bは、それぞれキャパシター50と赤外線吸収部材70とを有し、これらの構成は第1実施形態と同様な構成のためここでは説明を省略する。
そして、赤外線吸収部材70を含む赤外線検出器の外表面を覆って保護膜71が設けられている。
Each of the infrared detecting elements 60a and 60b includes a capacitor 50 and an infrared absorbing member 70. Since these configurations are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
A protective film 71 is provided to cover the outer surface of the infrared detector including the infrared absorbing member 70.

なお、図7に示すように、支持部材40aは赤外線検出素子60aを搭載して支持する2本のアーム45を有し、2本のアーム45の自由端部がポスト28に連結されている。2本のアーム45は、赤外線検出素子60aを熱分離するために、細幅でかつ長く延びた形状に形成される。
同様に、支持部材40bは赤外線検出素子60bを搭載して支持する2本のアーム45を有し、2本のアーム45の自由端部がポスト28に連結されている。2本のアーム45は、赤外線検出素子60bを熱分離するために、細幅でかつ長く延びた形状に形成される。
As shown in FIG. 7, the support member 40 a has two arms 45 for mounting and supporting the infrared detection element 60 a, and the free ends of the two arms 45 are connected to the post 28. The two arms 45 are formed in a narrow and long shape in order to thermally separate the infrared detection element 60a.
Similarly, the support member 40 b has two arms 45 for mounting and supporting the infrared detection element 60 b, and the free ends of the two arms 45 are connected to the post 28. The two arms 45 are formed in a narrow and long shape in order to thermally separate the infrared detection element 60b.

赤外線検出器200において、第1赤外線検出器200aおよび第2赤外線検出器200bは、2本のポスト28と接続される以外は非接触である。そして、第1赤外線検出器200aおよび第2赤外線検出器200bの下方には凹部30a,30bが形成され、平面視で赤外線検出器200の周囲には、凹部30a,30bに連通する開口部65が配置される。これにより、赤外線検出器200は、赤外線検出素子60a,60bとシリコン基板10とが熱的に分離されている。   In the infrared detector 200, the first infrared detector 200 a and the second infrared detector 200 b are non-contact except that they are connected to the two posts 28. And the recessed part 30a, 30b is formed under the 1st infrared detector 200a and the 2nd infrared detector 200b, and the opening part 65 connected to the recessed part 30a, 30b is formed in the circumference | surroundings of the infrared detector 200 by planar view. Be placed. Thereby, in the infrared detector 200, the infrared detection elements 60a and 60b and the silicon substrate 10 are thermally separated.

(赤外線検出器の動作)
次に赤外線検出器の動作について説明する。
第1赤外線検出器200aの赤外線検出素子60aに入射した光(赤外線)の一部は、赤外線吸収部材70で吸収され、赤外線吸収部材70に熱が発生する。また、支持部材40aの表面に到達した光は、支持部材40aにて吸収され熱が発生する。
さらに、支持部材40aを透過した光は光共振器を構成する凹部30aの第1平面31aで反射し、支持部材40aにて吸収され熱が発生する。
これらの発生した熱はキャパシター50に伝達され、キャパシター50の自発分極量が熱によって変化し、自発分極による電荷を検出することで赤外線を検出している。
なお、凹部30aの側壁37に入射した光も反射して支持部材40aに吸収される。
(Infrared detector operation)
Next, the operation of the infrared detector will be described.
Part of the light (infrared rays) incident on the infrared detecting element 60a of the first infrared detector 200a is absorbed by the infrared absorbing member 70, and heat is generated in the infrared absorbing member 70. Further, the light reaching the surface of the support member 40a is absorbed by the support member 40a and heat is generated.
Further, the light transmitted through the support member 40a is reflected by the first plane 31a of the recess 30a constituting the optical resonator, and is absorbed by the support member 40a to generate heat.
The generated heat is transmitted to the capacitor 50, the amount of spontaneous polarization of the capacitor 50 is changed by the heat, and infrared rays are detected by detecting the charge due to the spontaneous polarization.
Note that light incident on the side wall 37 of the recess 30a is also reflected and absorbed by the support member 40a.

また、第2赤外線検出器200bの赤外線検出素子60bに入射した光(赤外線)の一部は、赤外線吸収部材70で吸収され、赤外線吸収部材70に熱が発生する。また、支持部材40bの表面に到達した光は、支持部材40bにて吸収され熱が発生する。
さらに、支持部材40bを透過した光は光共振器を構成する凹部30bの第2平面32aで反射し、支持部材40bにて吸収され熱が発生する。
これらの発生した熱はキャパシター50に伝達され、キャパシター50の自発分極量が熱によって変化し、自発分極による電荷を検出することで赤外線を検出している。
なお、凹部30bの側壁38に入射した光も反射して支持部材40bに吸収される。
このように、支持部材と凹部との間に異なる光の波長に対応する2つの光共振器が形成されている。
赤外線の波長としてλ1=10μmはおよそ20℃の温度に相当し、λ2=5μmはおよそ300℃の温度に相当する。
Further, a part of the light (infrared rays) incident on the infrared detecting element 60 b of the second infrared detector 200 b is absorbed by the infrared absorbing member 70, and heat is generated in the infrared absorbing member 70. The light that reaches the surface of the support member 40b is absorbed by the support member 40b and heat is generated.
Further, the light transmitted through the support member 40b is reflected by the second plane 32a of the recess 30b constituting the optical resonator, and is absorbed by the support member 40b to generate heat.
The generated heat is transmitted to the capacitor 50, the amount of spontaneous polarization of the capacitor 50 is changed by the heat, and infrared rays are detected by detecting the charge due to the spontaneous polarization.
Note that light incident on the side wall 38 of the recess 30b is also reflected and absorbed by the support member 40b.
As described above, two optical resonators corresponding to different wavelengths of light are formed between the support member and the recess.
As an infrared wavelength, λ1 = 10 μm corresponds to a temperature of about 20 ° C., and λ2 = 5 μm corresponds to a temperature of about 300 ° C.

以上のように、赤外線検出器200は、第1赤外線検出器200aと第2赤外線検出器200bとを備えている。そして、2つの深さの異なる凹部30a,30bを有し、支持部材40aと第1平面31aと、支持部材40bと第2平面32aとの間で光学共振器を有することから光学共振を異なる波長に設定でき、この光学共振を起こした光を効率的に支持部材で吸収させることができる。
また、2個の光共振器を構成することによって、異なる2つの波長において共振ピークが生じることから、ピーク同士を合成することで、熱型光検出器が検出感度を有する波長帯域が拡大される。つまり、赤外線検出器200が検出可能な光の波長帯域(波長幅)を広げることができる。このように、赤外線検出器200は光の波長を広範囲に捉え、測定する波長帯域を広く設定することができる。
As described above, the infrared detector 200 includes the first infrared detector 200a and the second infrared detector 200b. And, since it has two concave portions 30a and 30b with different depths, and has an optical resonator between the support member 40a and the first plane 31a, and between the support member 40b and the second plane 32a, the optical resonance is different in wavelength. The light that has caused this optical resonance can be efficiently absorbed by the support member.
In addition, since two optical resonators constitute resonance peaks at two different wavelengths, the wavelength band in which the thermal photodetector has detection sensitivity is expanded by combining the peaks. . That is, the wavelength band (wavelength width) of light that can be detected by the infrared detector 200 can be expanded. Thus, the infrared detector 200 can capture the wavelength of light in a wide range and set a wide wavelength band for measurement.

また、光共振器を構成する第1平面31aと第2平面32aの面積が同じであることが望ましい。第1平面31aと第2平面32aの面積が同じであれば、それぞれの面における光学共振を同じにすることで両者の測定感度のバランスをとることができる。   Moreover, it is desirable that the areas of the first plane 31a and the second plane 32a constituting the optical resonator are the same. If the areas of the first plane 31a and the second plane 32a are the same, it is possible to balance both measurement sensitivities by making the optical resonances of the respective planes the same.

(第2実施形態における赤外線検出器の製造方法)
本実施形態における赤外線検出器の製造は第1実施形態における赤外線検出器と同様の工程にて製造が可能であり、以下に簡単にその製造方法を説明する。
図9〜図12は赤外線検出器の製造工程を示す工程図である。
まず、シリコン基板10を用意する(図9(a))。
次に、シリコン基板10の上にSiO2などの第1絶縁層21を形成し、その上からレジスト90を塗布して複数の第1トレンチを形成する部分に開口91を形成する(図9(b))。
続いて、レジスト90の開口91を通してエッチングを行い第1絶縁層21に第1トレンチ92a,92bを形成する(図9(c))。
そして、レジスト90を除去して、第1絶縁層21の表面に赤外線を反射する反射膜36を形成する(図9(d))。
(Infrared detector manufacturing method in the second embodiment)
The infrared detector in the present embodiment can be manufactured in the same process as the infrared detector in the first embodiment, and the manufacturing method will be briefly described below.
9-12 is process drawing which shows the manufacturing process of an infrared detector.
First, the silicon substrate 10 is prepared (FIG. 9A).
Next, a first insulating layer 21 such as SiO 2 is formed on the silicon substrate 10, and a resist 90 is applied thereon to form openings 91 in portions where a plurality of first trenches are to be formed (FIG. 9 ( b)).
Subsequently, etching is performed through the opening 91 of the resist 90 to form first trenches 92a and 92b in the first insulating layer 21 (FIG. 9C).
Then, the resist 90 is removed, and a reflective film 36 that reflects infrared rays is formed on the surface of the first insulating layer 21 (FIG. 9D).

次に、反射膜36の上からSiO2など第1犠牲層23を成膜する(図10(a))。
そして、第1犠牲層23を化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)する(図10(b))。
続いて、CMPした表面に、SiO2などの第2絶縁層22を成膜し、その上からレジスト90を塗布して複数の第2トレンチを形成する部分に開口93を形成する(図10(c))。
そして、レジスト90の開口93を通してエッチングを行い第2絶縁層22に、第2トレンチ94a,94bを形成する(図10(d))。第2トレンチ94a,94bは、第1トレンチ92a,92bよりも開口が大きく、平面視において第1トレンチ92a,92bと重なる位置に形成する。
Next, a first sacrificial layer 23 such as SiO 2 is formed on the reflective film 36 (FIG. 10A).
Then, the first sacrificial layer 23 is subjected to chemical mechanical polishing (CMP) (FIG. 10B).
Subsequently, a second insulating layer 22 such as SiO 2 is formed on the surface subjected to CMP, and a resist 90 is applied thereon to form openings 93 in portions where a plurality of second trenches are to be formed (FIG. 10 ( c)).
Then, etching is performed through the opening 93 of the resist 90 to form second trenches 94a and 94b in the second insulating layer 22 (FIG. 10D). The second trenches 94a and 94b have openings larger than the first trenches 92a and 92b, and are formed at positions overlapping the first trenches 92a and 92b in plan view.

次に、レジスト90を除去して、第2絶縁層22の表面に赤外線を反射する反射膜36を形成する(図11(a))。
そして、第2トレンチ94aの底面に形成された反射膜36をパターニングして除去する(図11(b))。このようにして、第1犠牲層23の上に開口95を形成する。
続いて、反射膜36の上からSiO2など第2犠牲層24を成膜する(図11(c))。
そして、第2犠牲層24をCMP加工する(図11(d))。
Next, the resist 90 is removed, and a reflective film 36 that reflects infrared rays is formed on the surface of the second insulating layer 22 (FIG. 11A).
Then, the reflective film 36 formed on the bottom surface of the second trench 94a is patterned and removed (FIG. 11B). In this way, an opening 95 is formed on the first sacrificial layer 23.
Subsequently, a second sacrificial layer 24 such as SiO 2 is formed on the reflective film 36 (FIG. 11C).
Then, the second sacrificial layer 24 is subjected to CMP processing (FIG. 11D).

次に、CMP加工した表面に支持部材40a,40bを形成し、支持部材40a,40bの上に赤外線検出素子60a、60bおよび保護膜71を形成する(図12(a))。
赤外線検出素子60a、60bの形成は、支持部材40a,40bの上にキャパシター50および配線(図示せず)を形成した後に、キャパシター50の上部に赤外線吸収部材70を形成する。
保護膜71は、Al23膜などにより赤外線吸収部材70を含む赤外線検出器の外表面を覆って設ける。
そして、第1、第2犠牲層23,24をエッチングするための開口96を形成する。また、図示しないが、同時に支持部材40a,40bをエッチングしアームを形成する(図12(b))。
続いて、開口96などを通して第2トレンチ94bの第2犠牲層24をエッチングして凹部30bを形成する。また、同時に第2トレンチ94aの第2犠牲層24をエッチングする。そして、さらにエッチングを続けて第1トレンチ92aの第1犠牲層23をエッチングして凹部30aを形成する(図12(c))。
このようにして、赤外線検出器200に第1赤外線検出器200aと第2赤外線検出器200bとを形成する。
以上のように、赤外線検出器200に深さの異なる凹部30a,30bを設けることで、それぞれの底面に第1平面31aおよび第2平面32aを容易に形成することができる。
Next, support members 40a and 40b are formed on the CMP processed surface, and infrared detection elements 60a and 60b and a protective film 71 are formed on the support members 40a and 40b (FIG. 12A).
The infrared detection elements 60a and 60b are formed by forming the capacitor 50 and wiring (not shown) on the support members 40a and 40b, and then forming the infrared absorbing member 70 on the capacitor 50.
The protective film 71 is provided so as to cover the outer surface of the infrared detector including the infrared absorbing member 70 with an Al 2 O 3 film or the like.
Then, an opening 96 for etching the first and second sacrificial layers 23 and 24 is formed. Although not shown, the support members 40a and 40b are simultaneously etched to form arms (FIG. 12B).
Subsequently, the recess 30b is formed by etching the second sacrificial layer 24 of the second trench 94b through the opening 96 or the like. At the same time, the second sacrificial layer 24 of the second trench 94a is etched. Etching is then continued to etch the first sacrificial layer 23 of the first trench 92a to form a recess 30a (FIG. 12C).
In this way, the first infrared detector 200a and the second infrared detector 200b are formed in the infrared detector 200.
As described above, by providing the infrared detector 200 with the concave portions 30a and 30b having different depths, the first plane 31a and the second plane 32a can be easily formed on the respective bottom surfaces.

なお、第1実施形態および第2実施形態の赤外線検出器では熱検出素子として焦電型キャパシターを例にとって説明したが、熱型光検出器として焦電型キャパシターに限らず、温度上昇によって抵抗が変化する物質を利用するボロメーターであっても実施が可能である。
また、第1実施形態および第2実施形態の赤外線検出器では、2種類の深さにおいて光共振器を形成する平面を形成したが、3種類以上の深さに平面を形成してもよい。
(第3実施形態)
In the infrared detectors of the first embodiment and the second embodiment, the pyroelectric capacitor has been described as an example of the heat detection element. However, the thermal detector is not limited to the pyroelectric capacitor, and the resistance increases due to a temperature rise. Even a bolometer using a changing substance can be implemented.
Further, in the infrared detectors of the first embodiment and the second embodiment, the plane for forming the optical resonator is formed at two kinds of depths, but the plane may be formed at three or more kinds of depths.
(Third embodiment)

図13は、熱型光検出装置(熱型光検出アレイセンサー)の回路構成の一例を示す回路図である。熱型光検出装置300には、複数の熱型光検出器300a〜300dが2次元的に配置されている。複数の熱型光検出器300a〜300dの中から一つの光検出セルを選択するために、走査線W1a,W1bと、データ線D1a,D1bが設けられている。   FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of a thermal detection device (thermal detection array sensor). In the thermal detection device 300, a plurality of thermal detectors 300a to 300d are two-dimensionally arranged. Scan lines W1a and W1b and data lines D1a and D1b are provided to select one photodetection cell from among the plurality of thermal detectors 300a to 300d.

第1の光検出セルとしての熱型光検出器300aは、熱型光検出素子としての圧電コンデンサーZCと、素子選択トランジスターM1aと、を有する。圧電コンデンサーZCの両極の電位関係は、RDr1に印加する電位を切り換えることによって反転することができる。なお、他の光検出セルも同様の構成である。   The thermal photodetector 300a as the first photodetector cell includes a piezoelectric capacitor ZC as a thermal photodetector element and an element selection transistor M1a. The potential relationship between the two electrodes of the piezoelectric capacitor ZC can be reversed by switching the potential applied to RDr1. The other light detection cells have the same configuration.

データ線D1aの電位は、リセットトランジスターM2をオンすることによって初期化することができる。検出信号の読み出し時には、読み出しトランジスターM3がオンする。焦電効果によって生じる電流は、I/V変換回路310によって電圧に変換され、アンプ320によって増幅され、A/D変換器330によってデジタルデータに変換される。   The potential of the data line D1a can be initialized by turning on the reset transistor M2. When reading the detection signal, the read transistor M3 is turned on. A current generated by the pyroelectric effect is converted into a voltage by the I / V conversion circuit 310, amplified by the amplifier 320, and converted into digital data by the A / D converter 330.

本実施形態では、複数の熱型光検出器が2次元的に配置された熱型光検出装置(熱型光検出アレイセンサー)が実現される。
(第4実施形態)
In the present embodiment, a thermal photodetection device (thermal photodetection array sensor) in which a plurality of thermal detectors are two-dimensionally arranged is realized.
(Fourth embodiment)

次に熱型光検出器または熱型光検出装置を含む電子機器について説明する。
図14に電子機器の一例として赤外線カメラの構成を示す。
赤外線カメラ400は、光学系410、センサーデバイス(熱型光検出装置)420、画像処理部430、処理部440、記憶部450、操作部460、表示部470を含む。
Next, electronic devices including a thermal detector or a thermal photodetector will be described.
FIG. 14 illustrates a configuration of an infrared camera as an example of an electronic device.
The infrared camera 400 includes an optical system 410, a sensor device (thermal detection device) 420, an image processing unit 430, a processing unit 440, a storage unit 450, an operation unit 460, and a display unit 470.

光学系410は、例えば1又は複数のレンズや、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420への物体像の結像などを行う。また必要に応じてフォーカス調整なども行う。   The optical system 410 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 420. Also, focus adjustment is performed as necessary.

センサーデバイス420は、上述した本実施形態の熱型光検出器を二次元配列させて構成され、複数の行線(ワード線、走査線)と複数の列線(データ線)が設けられる。センサーデバイス420は、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 420 is configured by two-dimensionally arranging the thermal detectors of the present embodiment described above, and is provided with a plurality of row lines (word lines, scanning lines) and a plurality of column lines (data lines). In addition to the detector, the sensor device 420 can include a row selection circuit (row driver), a read circuit that reads data from the detector via a column line, an A / D converter, and the like. By sequentially reading data from each detector arranged two-dimensionally, it is possible to perform imaging processing of an object image.

画像処理部430は、センサーデバイス420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。   The image processing unit 430 performs various types of image processing such as image correction processing based on digital image data (pixel data) from the sensor device 420.

処理部440は、赤外線カメラ400の全体の制御を行い、赤外線カメラ400内の各ブロックの制御を行う。この処理部440は、例えばCPU等により実現される。記憶部450は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部440や画像処理部430のワーク領域として機能する。操作部460は、ユーザーが赤外線カメラ400を操作するためのインターフェイ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。表示部470は、例えばセンサーデバイス420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 processing unit 440 controls the entire infrared camera 400 and controls each block in the infrared camera 400. The processing unit 440 is realized by a CPU, for example. The storage unit 450 stores various types of information, and functions as a work area for the processing unit 440 and the image processing unit 430, for example. The operation unit 460 serves as an interface for the user to operate the infrared camera 400, and is realized by, for example, various buttons, a GUI (Graphical User Interface) screen, or the like. The display unit 470 displays, for example, an image acquired by the sensor device 420 or a GUI screen, 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二軸方向例えば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420を構成することができ、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420を用いて、サーモグラフィー、監視カメラなどの電子機器を構成することができる。   Thus, in addition to using a thermal detector for one cell as a sensor such as an infrared sensor, a sensor device can be obtained by two-dimensionally arranging a thermal detector for one cell in a biaxial direction, for example, an orthogonal biaxial direction. 420 can be configured and a heat (light) distribution image can be provided. Using the sensor device 420, an electronic device such as a thermography or a surveillance camera can be configured.

もちろん、1セル分または複数セルの熱型光検出器をセンサーとして用いることで物体の物理情報の解析(測定)を行う解析機器(測定機器)、火や発熱を検知するセキュリティー機器、工場など工程監視機器などの各種の電子機器を構成することもできる。
(第5実施形態)
Of course, analysis equipment (measuring equipment) that analyzes (measures) physical information of an object by using a thermal detector for one cell or multiple cells as a sensor, security equipment that detects fire and heat, processes such as factories Various electronic devices such as monitoring devices can also be configured.
(Fifth embodiment)

図15に本実施形態の熱型光検出器または熱型光検出装置を含む電子機器の一例として工程監視装置の構成を示す。工程監視装置は工場などの装置の温度(発熱)を監視しながら、装置に異常がある場合には人間が近づくのに対して警告などを行なう装置である。   FIG. 15 shows a configuration of a process monitoring apparatus as an example of an electronic apparatus including the thermal photodetector or the thermal photodetector of the present embodiment. The process monitoring device is a device that monitors the temperature (heat generation) of a device such as a factory and warns a person when the device is abnormal when the device is abnormal.

工程監視装置500は図15に示すように、赤外線カメラ510と、温度分析部520と、人検出部530と、制御部540と、情報通知装置550とを備えて構成される。
赤外線カメラ510は、図示しないレンズなどの光学系とセンサーデバイスを含んで構成されている。
As shown in FIG. 15, the process monitoring apparatus 500 includes an infrared camera 510, a temperature analysis unit 520, a person detection unit 530, a control unit 540, and an information notification device 550.
The infrared camera 510 includes an optical system such as a lens (not shown) and a sensor device.

赤外線カメラ510は工程の対象領域を撮影し、撮影された領域の画像情報を温度分析部520に送信する。温度分析部520では、図示しないが赤外線カメラ510からの熱分布画像を読み取る画像読取処理ユニットと、画像読取処理ユニットからのデータと画像分析設定テーブルに基づいて温度分析テーブルを作成する温度分析処理ユニットとを含み、温度分析テーブルに基づいて温度データを制御部540へ送信する。
また、人検出部530では、赤外線カメラ510から情報から対象領域に人間570がいるかどうかを検出する。この検出は人間570の体温と動きから検出を行う。この人検出部530での情報は制御部540へ送られる。
そして制御部540では、温度分析部520から送られたデータに基づき、工程内の装置560に異常が無いかを判断する。装置560が高温になるなどの異常がある場合には、情報通知装置550にデータを送信し、情報通知装置550から異常の通知を行なう。
また、装置560に異常がある場合に、人間570が近づいてきた検出をしたときには、制御部540では、情報通知装置550にデータを送信し、警報などのアラームなどで人間570に通知を行なう。
The infrared camera 510 captures the target area of the process and transmits image information of the captured area to the temperature analysis unit 520. In the temperature analysis unit 520, although not shown, an image reading processing unit that reads a heat distribution image from the infrared camera 510, and a temperature analysis processing unit that creates a temperature analysis table based on data from the image reading processing unit and an image analysis setting table. The temperature data is transmitted to the control unit 540 based on the temperature analysis table.
In addition, the human detection unit 530 detects from the information from the infrared camera 510 whether or not there is a human 570 in the target area. This detection is performed from the body temperature and movement of the human 570. Information in the human detection unit 530 is sent to the control unit 540.
Then, the control unit 540 determines whether there is an abnormality in the device 560 in the process based on the data sent from the temperature analysis unit 520. When there is an abnormality such as a high temperature of the device 560, data is transmitted to the information notification device 550, and the information notification device 550 notifies the abnormality.
In addition, when the device 560 has an abnormality and the human 570 detects that the human 570 is approaching, the control unit 540 transmits data to the information notification device 550 and notifies the human 570 by an alarm such as an alarm.

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更することができる。そして、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有するものにより可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and the specific structure and procedure for carrying out the present invention can be appropriately changed to other structures and the like as long as the object of the present invention can be achieved. it can. Many modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

10…シリコン基板、20…スペーサー部材、21…第1絶縁層、22…第2絶縁層、23…第1犠牲層、24…第2犠牲層、28…ポスト、30…凹部、30a…第1凹部、30b…第2凹部、31…第1平面、31a…第1平面、32…第2平面、32a…第2平面、33…第1側壁、34…第2側壁、35a,35b…凹部、36…反射膜、37…側壁、38…側壁、40…支持部材、40a…第1支持部材、40b…第2支持部材、45…アーム、50…キャパシター、51…第1電極、52…第2電極、53…焦電体、54…保護膜、55…絶縁膜、56,57…コンタクトホール、58…第1電極配線層、59…第2電極配線層、60…赤外線検出素子、60a,60b…赤外線検出素子、61…第1プラグ、62…第2プラグ、63…パッシベーション膜、65…開口部、70…赤外線吸収部材、71…保護膜、82…第1トレンチ、84…第2トレンチ、92a,92b…第1トレンチ、94a,94b…第2トレンチ、100…熱型光検出器としての赤外線検出器、200…熱型光検出器としての赤外線検出器、200a…第1赤外線検出器、200b…第2赤外線検出器、300…熱型光検出装置(熱型光検出アレイセンサー)、400…電子機器としての赤外線カメラ、420…センサーデバイス、500…電子機器としての工程監視装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Silicon substrate, 20 ... Spacer member, 21 ... 1st insulating layer, 22 ... 2nd insulating layer, 23 ... 1st sacrificial layer, 24 ... 2nd sacrificial layer, 28 ... Post, 30 ... Recessed part, 30a ... 1st Recess, 30b ... second recess, 31 ... first plane, 31a ... first plane, 32 ... second plane, 32a ... second plane, 33 ... first side wall, 34 ... second side wall, 35a, 35b ... recess, 36 ... reflective film 37 ... side wall 38 ... side wall 40 ... support member 40a ... first support member 40b ... second support member 45 ... arm 50 ... capacitor 51 ... first electrode 52 ... second Electrode 53 ... Pyroelectric body 54 ... Protective film 55 ... Insulating film 56,57 ... Contact hole 58 ... First electrode wiring layer 59 ... Second electrode wiring layer 60 ... Infrared detecting element 60a, 60b ... Infrared detector, 61 ... first plug, 62 ... second plug 63 ... Passivation film, 65 ... Opening, 70 ... Infrared absorbing member, 71 ... Protective film, 82 ... First trench, 84 ... Second trench, 92a, 92b ... First trench, 94a, 94b ... Second trench, 100 ... an infrared detector as a thermal detector, 200 ... an infrared detector as a thermal detector, 200a ... a first infrared detector, 200b ... a second infrared detector, 300 ... a thermal detector (heat Type optical detection array sensor), 400... Infrared camera as electronic device, 420... Sensor device, 500.

Claims (14)

基板と、
前記基板上に形成され凹部を有するスペーサー部材と、
前記スペーサー部材の前記凹部に向き合い前記スペーサー部材に支持される支持部材と、
前記支持部材上に形成され熱を検出する熱検出素子と、を含み、
前記凹部は、底面に前記スペーサー部材の厚み方向に対して交差する方向に形成された第1平面と、前記底面と前記支持部材との間に、前記スペーサー部材の厚み方向に対して交差する方向に形成された第2平面と、を備え、
前記第1平面および前記第2平面に光を反射する反射膜が形成されている
ことを特徴とする熱型光検出器。
A substrate,
A spacer member formed on the substrate and having a recess;
A support member facing the recess of the spacer member and supported by the spacer member;
A heat detecting element formed on the support member for detecting heat,
The recess has a first plane formed on the bottom surface in a direction intersecting the thickness direction of the spacer member, and a direction intersecting the thickness direction of the spacer member between the bottom surface and the support member. A second plane formed on
A thermal detector, wherein a reflection film that reflects light is formed on the first plane and the second plane.
請求項1に記載の熱型光検出器において、
前記支持部材と前記第1平面の間で第1波長に対する第1光学共振器が形成され、
前記支持部材と前記第2平面の間で前記第1波長とは異なる第2波長に対する第2光学共振器が形成されている
ことを特徴とする熱型光検出器。
The thermal detector according to claim 1, wherein
A first optical resonator for a first wavelength is formed between the support member and the first plane;
A thermal optical detector, wherein a second optical resonator for a second wavelength different from the first wavelength is formed between the support member and the second plane.
請求項1または2に記載の熱型光検出器において、
前記基板の厚み方向から見た平面視で、前記第1平面と前記支持部材とが重なる面積と、前記第2平面と前記支持部材とが重なる面積とが、同じである
ことを特徴とする熱型光検出器。
The thermal detector according to claim 1 or 2,
The area in which the first plane and the support member overlap in the plan view viewed from the thickness direction of the substrate is the same as the area in which the second plane and the support member overlap. Type photodetector.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の熱型光検出器において、
前記凹部の前記第1平面と前記第2平面とを繋ぐ第1側壁および、前記第2平面と前記凹部の開口部とを繋ぐ第2側壁は前記支持部材に向かうに従って開口が大きくなるテーパー状に形成されている
ことを特徴とする熱型光検出器。
The thermal detector according to any one of claims 1 to 3,
The first side wall connecting the first plane and the second plane of the recess and the second side wall connecting the second plane and the opening of the recess are tapered so that the opening increases toward the support member. A thermal detector that is formed.
請求項4に記載の熱型光検出器において、
前記第1側壁および前記第2側壁に光を反射する反射膜が形成されている
ことを特徴とする熱型光検出器。
The thermal detector according to claim 4, wherein
A thermal detector, wherein a reflection film for reflecting light is formed on the first side wall and the second side wall.
基板と、
前記基板上に形成され第1凹部と第2凹部とを有するスペーサー部材と、
前記スペーサー部材の前記第1凹部に向き合い前記スペーサー部材に支持される第1支持部材と、
前記スペーサー部材の前記第2凹部に向き合い前記スペーサー部材に支持される第2支持部材と、
前記第1支持部材上に形成され熱を検出する第1熱検出素子と、
前記第2支持部材上に形成され熱を検出する第2熱検出素子と、を含み、
前記第1凹部は底面に前記スペーサー部材の厚み方向に対して交差する方向に形成された第1平面を備え、
前記第2凹部は前記第1凹部とは異なる深さの底面に前記スペーサー部材の厚み方向に対して交差する方向に形成された第2平面を備え、
前記第1平面および前記第2平面に光を反射する反射膜が形成されている
ことを特徴とする熱型光検出器。
A substrate,
A spacer member formed on the substrate and having a first recess and a second recess;
A first support member facing the first recess of the spacer member and supported by the spacer member;
A second support member that faces the second recess of the spacer member and is supported by the spacer member;
A first heat detection element formed on the first support member for detecting heat;
A second heat detection element formed on the second support member for detecting heat,
The first recess includes a first plane formed on the bottom surface in a direction intersecting the thickness direction of the spacer member,
The second recess includes a second flat surface formed in a direction intersecting the thickness direction of the spacer member on a bottom surface having a depth different from that of the first recess.
A thermal detector, wherein a reflection film that reflects light is formed on the first plane and the second plane.
請求項6に記載の熱型光検出器において、
前記支持部材と前記第1平面の間で第1波長に対する第1光学共振器が形成され、
前記支持部材と前記第2平面の間で前記第1波長とは異なる第2波長に対する第2光学共振器が形成されている
ことを特徴とする熱型光検出器。
The thermal detector according to claim 6, wherein
A first optical resonator for a first wavelength is formed between the support member and the first plane;
A thermal optical detector, wherein a second optical resonator for a second wavelength different from the first wavelength is formed between the support member and the second plane.
請求項6または7に記載の熱型光検出器において、
前記第1平面と前記第2平面の面積とが同じである
ことを特徴とする熱型光検出器。
The thermal detector according to claim 6 or 7,
The thermal detector having the same area as the first plane and the second plane.
請求項6乃至8のいずれか一項に記載の熱型光検出器において、
前記第1凹部および前記第2凹部の側壁は、前記第1支持部材または前記第2支持部材に向かうに従って開口が大きくなるテーパー状に形成されている
ことを特徴とする熱型光検出器。
The thermal detector according to any one of claims 6 to 8,
The thermal detector according to claim 1, wherein sidewalls of the first recess and the second recess are formed in a tapered shape with an opening increasing toward the first support member or the second support member.
請求項9に記載の熱型光検出器において、
前記第1凹部および前記第2凹部の前記側壁には光を反射する反射膜が形成されている
ことを特徴とする熱型光検出器。
The thermal detector according to claim 9, wherein
A thermal detector, wherein a reflective film that reflects light is formed on the side walls of the first recess and the second recess.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の熱型光検出器を複数用いて、2次元配置されていることを特徴とする熱型光検出装置。   A thermal detection device, wherein a plurality of the thermal detectors according to claim 1 are used and two-dimensionally arranged. 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の熱型光検出器と、前記熱型光検出器の出力を処理する制御部と、を有することを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising: the thermal detector according to any one of claims 1 to 10; and a control unit that processes an output of the thermal detector. 基板上に第1絶縁層を形成し、前記第1絶縁層に第1トレンチを形成する工程と、
前記第1トレンチを形成した面に第1反射膜を形成する工程と、
前記第1反射膜の上から前記第1トレンチを埋めて第1犠牲層を形成する工程と、
前記第1犠牲層の上に第2絶縁層を形成し、前記第2絶縁層に前記第1トレンチよりも開口が大きく、平面視において前記第1トレンチを含む第2トレンチを形成する工程と、
前記第2トレンチを形成した面に第2反射膜を形成する工程と、
前記第2トレンチにおける底部の一部の第2反射膜を削除する工程と、
前記第2トレンチを埋めて第2犠牲層を形成する工程と、
前記第2犠牲層上に支持部材を形成する工程と、
前記支持部材上に熱検出素子を形成する工程と、
前記支持部材の一部を除去する工程と、
前記第1犠牲層および前記第2犠牲層を除去する工程と、
を含むことを特徴とする熱型光検出器の製造方法。
Forming a first insulating layer on the substrate and forming a first trench in the first insulating layer;
Forming a first reflective film on the surface on which the first trench is formed;
Filling the first trench from above the first reflective film to form a first sacrificial layer;
Forming a second insulating layer on the first sacrificial layer, and forming a second trench having a larger opening than the first trench in the second insulating layer and including the first trench in plan view;
Forming a second reflective film on the surface on which the second trench is formed;
Removing a part of the second reflective film at the bottom of the second trench;
Forming a second sacrificial layer by filling the second trench;
Forming a support member on the second sacrificial layer;
Forming a heat detection element on the support member;
Removing a part of the support member;
Removing the first sacrificial layer and the second sacrificial layer;
The manufacturing method of the thermal type photodetector characterized by including.
基板上に第1絶縁層を形成し、前記第1絶縁層に複数の第1トレンチを形成する工程と、
前記第1トレンチを形成した面に第1反射膜を形成する工程と、
前記第1反射膜の上から前記第1トレンチを埋めて第1犠牲層を形成する工程と、
前記第1犠牲層の上に第2絶縁層を形成し、前記第2絶縁層に前記第1トレンチよりも開口が大きく、平面視において前記第1トレンチと重なる複数の第2トレンチを形成する工程と、
前記第2トレンチを形成した面に第2反射膜を形成する工程と、
選択した前記第2トレンチにおける底部の第2反射膜を削除する工程と、
前記第2トレンチを埋めて第2犠牲層を形成する工程と、
前記第2犠牲層上に支持部材を形成する工程と、
前記支持部材上に熱検出素子を形成する工程と、
前記支持部材の一部を除去する工程と、
前記第2犠牲層を除去する工程と、
前記第2トレンチにおける、削除した第2反射膜の下方の前記第1犠牲層を除去する工程と、
を含むことを特徴とする熱型光検出器の製造方法。
Forming a first insulating layer on the substrate and forming a plurality of first trenches in the first insulating layer;
Forming a first reflective film on the surface on which the first trench is formed;
Filling the first trench from above the first reflective film to form a first sacrificial layer;
Forming a second insulating layer on the first sacrificial layer, and forming a plurality of second trenches in the second insulating layer having an opening larger than the first trench and overlapping the first trench in plan view; When,
Forming a second reflective film on the surface on which the second trench is formed;
Removing the second reflective film at the bottom of the selected second trench;
Forming a second sacrificial layer by filling the second trench;
Forming a support member on the second sacrificial layer;
Forming a heat detection element on the support member;
Removing a part of the support member;
Removing the second sacrificial layer;
Removing the first sacrificial layer below the deleted second reflective film in the second trench;
The manufacturing method of the thermal type photodetector characterized by including.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017203737A (en) * 2016-05-13 2017-11-16 三菱電機株式会社 Thermal infrared detector and method for manufacturing the thermal infrared detector
WO2018042850A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Image pickup device

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