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专利名称：热式光检测装置、电子设备、热式光检测器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及热式光检测器、热式光检测装置、电子设备及热式光检测器的制造方法等。
背景技术：
作为光传感器，公知有热式光检测器。热式光检测器通过光吸收层吸收从物体放射出的光，并将光转换成热，从而通过热检测元件测定温度的变化。热式光检测器中存在用于直接检测随光吸收而温度上升的热电堆(thermopile)、作为电极化的变化进行检测的热电式元件、以及将温度上升作为电阻变化进行检测的测辐射热计(bolometer)等。热式光检测器具有可以测定的波段宽的特点。近年来，正在利用半导体制造技术(MEMS技术等)， 正尝试制造更小型的热式光检测器。为了提高热式光检测器的检测灵敏度并改进响应性，在光吸收层中高效率地产生热及将在光吸收层中产生的热高效率地传递给热检测元件是非常重要的。在例如专利文献1中记载有热电式红外线传感器的构造的一例。在专利文献1所记载的例子中，在空腔部上形成有安装热电元件的绝缘膜，并在该绝缘膜上形成有热电元件。热电元件具有通过上下电极夹着热电材料的结构。此外，在例如专利文献2中记载有在红外线传感器中构成光谐振器的例子。在专利文献2记载的例子中，在测辐射热计式的红外线传感器中，通过将反射膜和热敏膜之间的距离作为λ/4的整数倍(λ是光的波长)，从而产生光的谐振，并提高热敏膜中的光吸收效率。专利文献1 日本特开2004-279103号公报专利文献2 日本特开2010-127891号公报在专利文献2记载的技术中，只有入射光包括的光中的波长λ附近的波长才能获得光谐振的效果。

发明内容
根据本发明的至少一个实施方式，例如能够通过简单的结构来放大热式光检测器的检测波段。(1)本发明第一方面涉及的热式光检测器包括基板；支撑部件，隔着空腔部被支撑于所述基板；热检测元件，形成在所述支撑部件上；第一光吸收层，在所述热检测元件及所述支撑部件上，与所述热检测元件接触地形成；以及第二光吸收层，在所述第一光吸收层上，与所述第一光吸收层接触地形成，所述第二光吸收层具有比所述第一光吸收层高的折射率，在所述支撑部件的表面和所述第二光吸收层的上表面之间，第一波长谐振，在所述第一光吸收层和所述第二光吸收层接触的界面与所述第二光吸收层的上表面之间，与所述第一波长不同的第二波长谐振。在该方面中，构成具有不同的谐振波长的两个光谐振器。由于在不同的两个波长产生谐振峰值，所以能够扩大热式光检测器可检测的光的波段(波长宽度)。对应于第一波长λ工的第一光谐振器形成在支撑部件的表面和第二光吸收层的上表面之间。俯视时入射支撑部件的区域的一部分入射光被第一光吸收层及第二光吸收层中的至少一方吸收，且一部分光通过第一光吸收层和第二光吸收层之间的界面反射，此外，未被第二光吸收层吸收的一部分光到达支撑部件的表面，到达的一部分光被反射。被支撑部件的表面反射的一部分光被第一光吸收层及第二光吸收层中的至少一方吸收，未被吸收的光被第二光吸收层的上表面反射，再朝向下方。该动作被重复，从而产生第一波长X1的光的谐振。这时，入射的波长λ工的光和被支撑部件的表面反射的波长λ工的光通过相互干扰而抵消，从而使第一光吸收层及第二光吸收层中的实效吸收率得以提高。也就是说，通过构成第一光谐振器，从而能够提高在各光吸收层中的实效吸收率。此外，在将第二波长设为λ 2时，在第一光吸收层和第二光吸收层接触的界面(也可以称为第二光吸收层的下表面)、以及第二光吸收层的上表面之间，构成相对于与第一波长不同的第二波长λ2的第二光谐振器。如上所述，俯视时入射支撑部件的区域的一部分入射光被第一光吸收层和第二光吸收层之间的界面反射。由于第二光吸收层的折射率比第一光吸收层的折射率高，所以在第一光吸收层和第二光吸收层之间的界面可靠地产生反射光。被该界面反射的光被第二光吸收层吸收，未被吸收的光通过第二光吸收层的上表面反射，再朝向下方。该动作被重复， 从而产生第二波长λ2的光的谐振。通过这样，入射的波长λ2的光、和被第一光吸收层和第二光吸收层之间的界面 (第二光吸收层的下表面)反射的波长λ 2的光通过相互干扰而抵消，从而能够提高在第二光吸收层中的实效吸收率。在该方面中，利用支撑部件的表面、第一光吸收层和第二光吸收层接触的界面及第二光吸收层的上表面，构成在不同的波长谐振的两个光谐振器，所以构造简单且热式光检测器的制造容易。此外，如上所述，由于在不同的两个波长产生谐振峰值，所以能够扩大热式光检测器可检测的光的波段(波长宽度)。因此，例如能够通过简单的构成，扩大热式光检测器的检测波段。(2)在本发明第二方面的热式光检测器中，所述支撑部件的表面和所述第二光吸收层的上表面平行且所述第一光吸收层和所述第二光吸收层接触的界面与所述第二光吸收层的上表面平行，在将所述第一波长设为X1时，所述支撑部件的表面和所述第二光吸收层的上表面之间的距离满足m· (λ/4) (m是大于等于1的整数)的关系，在将所述第二波长设为λ 2时，所述第一光吸收层和所述第二光吸收层接触的界面和所述第二光吸收层的上表面之间的距离满足η · ( λ 2/4) (η是大于等于1的整数)的关系。在该方面中，调整第一光吸收层及第二光吸收层的膜厚，构成具有不同的谐振波长的两个光谐振器。在本方面中，采用所谓的λ/4光谐振器作为第一光谐振器及第二光谐振器。在将第一波长设为λ工时，以支撑部件的表面和第二光吸收层的上表面之间的距离满足Hi(X1A) (m是大于等于1的整数)的关系的方式，调整第一光吸收层及第二光吸收层的膜厚。也就是说，将第一光吸收层及第二光吸收层的合计膜厚调整到满足m· (λ^^Οιι是大于等于1的整数)的关系的厚度。此外，在将第二波长设为λ 2时，通过将第二光吸收层的下表面和第二光吸收层的上表面之间的距离(即第二光吸收层的膜厚)设定为η · ( λ 2/4)，以构成第二光谐振器。在该方面中，由于只进行两层的光吸收层的膜厚调整即可，所以热式光检测器的制造容易。在该方面中，支撑部件的表面和第二光吸收层的上表面平行，且第一光吸收层和第二光吸收层接触的界面、以及第二光吸收层的上表面是平行的。利用这些面来构成在不同的两个波长谐振的谐振器。因而，能够用简单的结构来提高在两层的光吸收层中的吸收光效率。(3)在本发明第三方面涉及的热式光检测器中，所述支撑部件的表面是具有比所述第一光吸收层高的折射率的材料层的表面。在该方面中，作为构成支撑部件的表面的材料层，使用具有比第一光吸收层高的折射率的材料层。将具有比第一光吸收层高的折射率的材料层作为支撑部件的构成要素， 并将其材料层的表面用作反射面。既可以通过其材料层构成支撑部件的全部，且其材料层又可以构成在构成支撑部件的层叠的多个材料层中的最上层(第一光吸收层侧的层)。通过这样，能够使在支撑部件的表面上可靠地产生光的反射。因而，容易产生基于第一光谐振器的光谐振。(4)在本发明第四方面涉及的热式光检测器中，所述支撑部件的表面是具有对光进行反射的光反射特性的材料层的表面。在该方面中，将具有对光进行反射的光反射特性的材料层作为支撑部件的构成要素，并将其材料层的表面用作反射面。既可以通过其材料层构成支撑部件的全部，且其材料层又可以构成在构成支撑部件的层叠的多个材料层中的最上层(第一光吸收层侧的层)。通过这样，例如能够使到达支撑部件的表面的大部分光反射。因而，容易产生基于第一光谐振器的光谐振。(5)在本发明第五方面涉及的热型检测器中，与所述热检测元件连接的布线的在所述支撑部件的表面上延伸的部分的至少一部分被所述第一光吸收层覆盖。在该方面中，第一光吸收层覆盖与热检测元件连接的布线的在支撑部件的表面上延伸的部分的至少一部分。虽然布线由金属材料构成，但是金属材料热传导性也卓越。因而，被第一光吸收层覆盖的布线部分(在支撑部件的表面上延伸的部分的至少一部分)发挥如下的作用对在远离热检测元件的位置产生的热进行汇聚(集热)，从而高效率地传递给热检测元件。因而，根据该方面，使热检测元件的热检测灵敏度得以提高。(6)在本发明第六方面涉及的热式光检测器中，所述热检测元件包括热电电容器，具有通过所述支撑部件侧的第一电极及所述第二光吸收层侧的第二电极夹着热电材料层的结构；与所述第一电极连接的第一接触电极；以及与所述第二电极连接的第二接触电极，俯视时的所述第二接触电极的面积比俯视时的所述第二电极的面积大。在该方面中，热检测元件由热电电容器构成。热电电容器具有通过支撑部件侧的第一电极及第二光吸收层侧的第二电极夹着热电材料层的结构。此外，与第二电极连接的第二接触电极的俯视时的面积设定得比第二电极的俯视时的面积大。第二接触电极虽然由金属材料构成，但是金属材料热传导性也卓越。因而，通过使第二接触电极的俯视时的面积比热电电容器的第二电极(上部电极)的俯视时的面积大， 而对在第二光吸收层的宽广范围内产生的热进行汇聚(集热)，从而能够期待高效率地传递给热检测元件的效果。因而，根据该方面，使热检测元件的热检测灵敏度得以提高。(7)在本发明第七方面涉及的热式光检测器中，所述第二光吸收层与所述第二接触电极接触地形成。根据该方面，能够将被第二光吸收层(第二光谐振器)吸收的热损耗少地传递给热检测元件。(8)本发明第八方面涉及的电子设备二维配置有多个上述任一方面的热式光检测
ο通过这样，可以实现二维配置多个热式光检测器(热型光检测元件)的(例如，沿正交两轴的各个轴配置成阵列状的)热式光检测装置(热型光阵列传感器)。(9)本发明第九方面涉及的电子设备包括上述任一方面的热式光检测器；以及控制部，对所述热式光检测器的输出进行处理。上述任一方面的热式光检测器例如检测波段宽且光的检测灵敏度高。因而，使安装了该热式光检测器的电子设备的性能得以提高。作为电子设备，例如列举有红外线传感器装置、红外线热象仪、车载用夜间照相机或监控照相机等。另外，控制部例如可以由图像处理部、CPU构成。(10)本发明第十方面涉及的热式光检测器的制造方法，包括在基板的主面上形成包括绝缘层的构造体，除去所述构造体的至少最上层的一部分以形成凹部，并在所述凹部的内表面上形成了蚀刻阻挡膜后，在所述凹部内形成牺牲层；在包括所述牺牲层的所述构造体上形成支撑部件，在所述支撑部件上形成热检测元件；在所述热检测元件及所述支撑部件上，与所述热检测元件接触地形成第一光吸收层；以及在所述第一光吸收层上与所述第一光吸收层接触地形成具有比所述第一光吸收层高的折射率的第二光吸收层，其中， 将所述第一光吸收层的厚度和所述第二光吸收层的厚度的合计厚度设定为当将第一波长设为入工时满足！!!· (A1/^ (m是大于等于1的整数)的关系的厚度，将所述第二光吸收层的厚度设定为当将第二波长设为λ 2时满足η · ( λ 2/4) (η是大于等于1的整数)的关系的厚度。在该方面中，在基板的主面上形成包括绝缘层的构造体，并在构造体的一部分上形成的凹部中埋入牺牲层后，形成支撑部件，然后在支撑部件上，层叠形成热检测元件及光反射层、第一光吸收层及具有比第一光吸收层高的折射率的第二光吸收层。第一光吸收层的上表面通过平坦化处理被平坦化。通过除去牺牲层形成有空腔部。通过这样，支撑部件相对于基板通过空腔部被支撑。优选支撑部件的表面、第一光吸收层和所述第二光吸收层接触的界面、及第二光吸收层的上表面相互平行。此外，第一光吸收层及第二光吸收层的各膜厚被调整为第一光吸收层的厚度和第二光吸收层的厚度的合计厚度在将第一波长设为入工时满足！!!· (A1/^ (m是大于等于 1的整数)的关系。此外，第二光吸收层的厚度被调整为在将第二波长设为λ2时满足 η · ( λ 2/4) (η是大于等于1的整数)的关系。通过构成在第一波长λ工谐振的第一光谐振器，从而使在第一光吸收层及第二光吸收层中的光的实效吸收率得以提高。此外，通过构成在第二波长λ2谐振的第二光谐振器，从而使在第二光吸收层中的光的实效吸收率得以提高。此外，通过重叠两个波长的谐振峰值，从而能够扩大热式光检测器的检测波段。此外，在该方面中，只用调整第一光吸收层和第二光吸收层的膜厚，就能够构成两个波长谐振器。因而，热式光检测器的构造简单且制造容易。根据该方面，例如使用半导体制造技术(例如MEMS技术)，能够容易地实现小型且检测灵敏度高的热式光检测器。这样，根据本发明的至少一个方面，能够通过例如简单的结构来扩大热式光检测器的检测波段。


图1的(A)至图1的(C)是表示热式光检测器的一例截面结构和第一光吸收层、 第二光吸收层及支撑部件中使用的材料的例子的图。图2的(A)及图2的(B)是表示构成有两个光谐振器时的热式光检测器的检测灵敏度的一例、及基于在支撑部件上延伸的布线部分的集热效果的图。图3的(A)及图3的(B)是表示热式光检测器的制造方法的一例的设备的截面图。图4的(A)及图4的(B)是表示热式光检测器的制造方法的一例的设备的截面图。图5是表示热式光检测器的制造方法的一例的设备的截面图。图6是表示热式光检测器的另一例的图。图7是表示热式光检测装置(热式光检测阵列)的电路结构的一例的电路图。图8是表示电子设备的结构的一例的图。图9是表示电子设备的结构的另一例的图。
具体实施例方式下面，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。另外，以下所说明的本实施方式并不对本发明的保护范围所记载的本发明的内容进行不当的限定，本实施方式所说明的全部结构未必必须是本发明的解决手段。(第一实施方式)图1的(A)至图1的(C)是表示热式光检测器的一例截面构造和第一光吸收层、 第二光吸收层及支撑部件中使用的材料的例子的图。在图1的(A)中，虽然仅示出了单个的热式光检测器，但是也可以例如矩阵状地配置多个热式光检测器，从而构成热式光检测器阵列(即热型检测装置)。图1的(A)所示的热式光检测器是热电式红外线检测器(光传感器的一种)200 (只是一例，并不仅限定于此)。(整体结构)图1的(A)所示的热式光检测器200包括在最上层形成有空腔部(凹部)102的多层构造体150、以及形成在多层构造体150上的元件构造体160。元件构造体160包括相对于基板20通过空腔部102被支撑的支撑部件215、形成在支撑部件(隔膜)215上的热检测元件220、在热检测元件220及支撑部件215上与热检测元件220接触地形成的第一光吸收层270、在第一光吸收层270上与第一光吸收层270 接触地形成且具有比第一光吸收层270高的折射率的第二光吸收层272。在支撑部件215的表面和所述第二光吸收层272的上表面之间，构成有对应于第一波长λ工的第一光谐振器，在第一光吸收层270和第二光吸收层272所接触的界面RL和第二光吸收层272的上表面之间，构成有对应于与第一波长X1不同的第二波长λ2的第二光学谐振器。也就是说，在支撑部件215的表面和第二光吸收层272的上表面之间，第一波长入工谐振。此外，在第一光吸收层270和第二光吸收层272接触的界面RL和第二光吸收层272的上表面之间，与第一波长λ工不同的第二波长λ2谐振。此外，多层构造体150具有基板(这里视为硅基板)20、和形成在基板20的第一主面(这里视为表面)上的多层布线构造129。多层布线构造1 具有第一绝缘层30、第二绝缘层40及第三绝缘层50。在多层布线构造1 中的作为最上层的第三绝缘层50的一部分中形成有空腔部(凹部)102。空腔部102的内表面(底面及侧面)设置有蚀刻阻挡膜(例如Si3N4膜)130a、 130b。该蚀刻阻挡膜130a、130b发挥如下的作用为了形成空腔部102而在除去牺牲层(在图1的(A)中未图示，图4的参照符号135)的工序中，防止除蚀刻的对象外的层被除去。 此外，在多层布线构造129的表面(隔膜215的里面)也可以设置蚀刻阻挡膜130c。该蚀刻阻挡膜130c例如具有在除去牺牲层工序中防止支撑部件(隔膜)215的蚀刻的功能(但是，根据隔膜的材料不同，有不需要的情况)。此外，俯视基板20时，在基板20的与热检测元件220重叠的区域(即基板20的位于热检测元件220的下面的区域)例如形成有构成信号读出用的电路的电路元件(晶体管等)。通过这样，能够减少热式光检测器200的专有面积。也就是说，在基板20中形成有MOS晶体管的源极层21和漏极层22。在基板20的表面上形成有栅极绝缘膜23。在栅极M的两侧设置有侧壁(side wall) 25。栅极M上例如连接有布线26。此外，多层布线构造1 包括由金属构成的插柱(plug)Ml、第二层布线M2、插柱 M3、第三层布线M4及插柱M5。在支撑部件(隔膜)215上设置的接触孔中埋入有由金属构成的插柱M6。作为热检测元件220的构成要素的第一布线222经由插柱M6及插柱M5，与在多层布线构造150中的第三层布线M4连接。此外，热检测元件220具有热电电容器(焦電* ^广〉夕一)230。在支撑部件(隔膜)215上形成有定向膜238，在该定向膜238上形成有热电电容器230。热电电容器230 包括下部电极(第一电极)234、形成在下部电极上的热电材料层(例如，作为热电体的PZT 层锆钛酸铅层)232、形成在热电材料层232上的上部电极(第二电极)236。下部电极(第一电极)234及上部电极(第二电极)236都例如可以通过层叠三层金属膜而形成。例如，可采用从离热电材料层(PZT层)232最远的位置开始依次为例如由溅射形成的铱(Ir)、铱氧化物(IrOx)及钼(Pt)的三层结构。此外，如上所述，作为热电材料层232，可以使用例如PZTOn3 (Zi、Ti) O3 锆钛酸铅)。该热电材料层232例如可以由溅射法、MOCVD法等成膜。下部电极(第一电极)234及上部电极(第二电极)236的膜厚例如是0.4μπι左右，热电材料层232的膜厚例如是0. Iym左右。热电电容器230被绝缘膜250覆盖。在该绝缘膜250中设置有第一接触孔252及第二接触孔254。在第一接触孔252中埋入有第一接触电极2 的一部分，在该第一接触电极2 上连接有第一布线222。此外，在第二接触孔254中埋入有第二接触电极2 的一部分，在该第二接触电极2 上连接有第二布线229。
第一布线222的一部分具有在支撑部件(隔膜)215的表面上延伸的延伸部分Ql。 此外，第二布线2 的一部分具有在支撑部件(隔膜)215的表面上延伸的延伸部分Q2。在延伸部分Ql及延伸部分Q2上存在第一光吸收层270及第二光吸收层272。这里，“ 上” 这样的表达既可以是紧邻的上面、或者也可以是上部(其他层介于其间的情况)。在其他地方也同样可以广义地解释。从热电电容器230的上方入射的光(俯视时入射支撑部件215的区域的入射光) 被第一光吸收层270及第二光吸收层272吸收，转换成热。该热被传递给热电材料层(热电体)232，其结果，通过热电效果(热电子效应)，在热电材料层(热电体)232中产生有电极化量的变化。通过检测随着该电极化量的变化的电流，从而能够检测入射的光的强度。(关于光谐振器)如上所述，在图1的(A)所示的热式光检测器200中构成具有不同的谐振波长的两个光谐振器。由于在不同的两个波长入1、入2产生谐振峰值，所以能够扩大热式光检测器 200能检测的光的波段(波长宽度)。相对于第一波长λ工的第一光谐振器形成在支撑部件215的表面和第二光吸收层 272的上表面之间。此外，在将第二波长设为λ 2时，在第一光吸收层270和第二光吸收层 272接触的界面RL (也可以称为第二光吸收层272的下表面)和第二光吸收层272的上表面之间，构成相对于与第一波长入工不同的第二波长λ 2的第二光谐振器。第一光谐振器及第二光谐振器是所谓的λ/4光谐振器。也就是说，支撑部件215的表面和第二光吸收层272的上表面是平行的，且第一光吸收层270和第二光吸收层272接触的界面RL、以及第二光吸收层272的上表面是平行的。 利用这些面，构成在不同的两个波长谐振的谐振器。因而，能够用简单的结构提高双层光吸收层中的吸收光效率。这里，在将第一波长设为λ工时，支撑部件215的表面和第二光吸收层272的上表面之间的距离满足m· (λ/4) (m是大于等于1的整数)的关系，此外，在将第二波长设为 λ 2时，在第二光吸收层的下表面和第二光吸收层的上表面之间的距离(即第二光吸收层的膜厚)满足η · (λ2/4) (η是大于等于1的整数)的关系。具体地说，在将第一光吸收层270的膜厚设为H2，并将第二光吸收层272的膜厚设为H3时，第一光吸收层270及第二光吸收层272的合计膜厚Hl被调整为满足m · ( λ /4) 的关系的厚度，据此构成第一光谐振器。此外，在将第二波长设为λ 2时，第二光吸收层272 的膜厚Η3被调整为满足η · (λ2/4)的关系的厚度，据此构成第二光谐振器。根据该构成，利用相互平行地配置的支撑部件215的表面、第一光吸收层270和第二光吸收层272接触的界面RL、及第二光吸收层272的上表面，从而可以简单地构成在不同的两个波长λρ λ 2谐振的光谐振器。也就是说，能够使用简单的结构，提高在双层光吸收层270、272中的吸收光效率。由于只调整第一光吸收层270及第二光吸收层272各自的膜厚即可，所以可以不使热式光检测器200的结构复杂化，从而容易制造。俯视时，入射支撑部件215的区域的入射光的一部分被第一光吸收层270及第二光吸收层272中的至少一个光吸收层吸收，且一部分光通过第一光吸收层270及第二光吸收层272之间的界面RL(反射界面)反射，然后未被第二光吸收层272吸收的一部分光到达支撑部件215的表面，到达的一部分光被反射。被支撑部件215的表面反射的一部分光被第一光吸收层270及第二光吸收层272中的至少一个光吸收层吸收，未被吸收的光通过第二光吸收层272的上表面反射，以朝向下方。重复该动作，从而产生第一波长X1的光的谐振。这时，入射的波长A1的光和被支撑部件215的表面反射的波长X1的光因相互干扰而抵消，从而使第一光吸收层270及第二光吸收层272中的实际(实效)吸收率得以提高。也就是说，通过构成第一光谐振器，从而能够提高各光吸收层270、272中的实效吸收率。此外，俯视时入射支撑部件215的区域的一部分入射光被第一光吸收层270和第二光吸收层272之间的界面RL反射。第二光吸收层272的折射率由于比第一光吸收层270 的折射率高，所以在第一光吸收层270和第二光吸收层272之间的界面RL可靠地产生反射光。通过该界面(反射界面)RL反射的光被第二光吸收层272吸收，未被吸收的光被第二光吸收层272的上表面反射而再朝向下方。重复该动作，从而产生第二波长入2的光的谐振。据此，入射的波长λ 2的光、和被第一光吸收层270和第二光吸收层272之间的界面RL(第二光吸收层272的下表面)反射的波长λ 2的光因相互干扰而抵消，从而能够提高第二光吸收层272中的实效吸收率。这样，由于在不同的两个波长产生谐振峰值，所以能够扩大热式光检测器200能检测的光的波段(波长宽度)。因此，通过简单的结构，能够扩大热式光检测器的检测波段。具体地说，可以将第一波长X1设为4 μ m，并将第二波长λ2设为12 μ m。这时， 第一吸收光膜270的膜厚例如只要作为3μπι即可，此外，第二吸收光膜272的膜厚例如是 1 μ m艮口可。(关于第一光吸收层、第二光吸收层及支撑部件使用的材料的例子)在图1的(B)及图1的(C)中示出了第一光吸收层270、第二光吸收层272及支撑部件215使用的材料的例子。在图1的(B)的例子中，支撑部件215由下层的氮化硅膜 (SiN) 211a/氧化硅膜(SiO) 211b/上层的氮化硅膜(SiN) 211c这三层层叠膜构成。此外，第一光吸收层270及第二光吸收层272都由氧化硅膜构成。但是，通过使在对各光吸收层成膜时的成膜条件不同，从而将第一光吸收层270的折射率设定得高于第二光吸收层272的折射率。第二光吸收层272是低折射率层，第一光吸收层270是第一高折射率层。此外，支撑部件215的表面是具有比第一光吸收层270高的折射率的材料层、即 SiN层(第二高折射率层)211c的表面。例如，可以将第二光吸收层(低折射率层)272的折射率设为1.3，并将第一光吸收层(第一高折射率层)270的折射率设为1.2，将SiN层(第二高折射率层)211c的折射率设为2. 0。支撑部件215的表面由于是具有最高的折射率的材料层、即SiN层(第二高折射率层)211c的表面，所以能够在支撑部件215的表面上可靠地产生反射光。因而，易于产生基于第一光谐振器的光谐振(在波长λ工中的谐振)。此外，由于在低折射率的第二光吸收层272(低折射率层)之下，存在具有更高的折射率的第一光吸收层270(第一高折射率层)，所以在第一光吸收层270和第二光吸收层 272接触的界面RL，产生光反射。因而，易于产生基于第二光谐振器的光谐振(在波长入2中的谐振)。图1的⑶的例子只是一例，并不仅限于此。广义上来说，可以将具有反射光的光反射特性的材料层用作支撑部件的构成要素，并将该材料层的表面用作反射面。可以由该材料层构成支撑部件215的全部，此外，该材料层也可以构成在构成支撑部件215的层叠的多个材料层中的最上层(第一光吸收层270侧的层)(图1的(A)的例子)。此外，在图1的(C)的例子中，支撑部件215的表面是具有对光进行反射的光反射特性的材料层213d的表面。作为具有光反射特性的材料层213d，例如可以使用钛(Ti)等对光进行全反射的金属材料。此外，也可以使用具有高折射率的钛氧化物(TiO2)等。此外，在图1的(C)的例子中，由氮化硅膜SiN(高折射率层)构成第一光吸收层 270，且由氧化硅膜SiO(低折射率层)构成第二光吸收层272。例如，可以将第二光吸收层 (低折射率层)272的折射率设为1. 4，将第一光吸收层270 (高折射率层)的折射率设为 2.0，此外，作为提供支撑部件215的表面的材料层213d，可以使用对光进行全反射的金属材料(Ti等)。在图1的(C)的例子中，将具有对光进行反射的光反射特性的材料层用作支撑部件215的构成要素，并将该材料层的表面用作反射面。可以通过该材料层构成支撑部件215 的全部，此外，该材料层也可以构成在构成支撑部件215的层叠的多个材料层中的最上层 (第一光吸收层侧的层)(图1的(C)的例子)。在图1的(C)的例子中，能够可靠地反射到达支撑部件215的表面的光的大部分。 因而，易于产生基于第一光谐振器的光谐振。(关于光吸收特性的例子、基于在支撑部件上延伸的布线部分的集热效果)图2的(A)及图2的(B)是表示在构成两个光谐振器时的热式光检测器的检测灵敏度的一例、及基于在支撑部件上延伸的布线部分的集热效果的图。图2的(A)示出在构成两个光谐振器时的热式光检测器的检测灵敏度的一例。如图2的(A)所示，可以扩大具有热式光检测器的检测灵敏度的波段。在图2的(A)所示的例子中，基于第一光谐振器的谐振峰值Pl出现在波长入乂例如，X1 = 4μπι)，基于第二光谐振器的谐振峰值Ρ2出现在波长λ2(例如，λ2 = 12μπι)。通过合成这些峰值特性，热式光检测器200的检测灵敏度Ρ3扩大。也就是说，在扩大的波段中，可以实现具有检测灵敏度的热式光检测器200。图2的⑶示出基于在支撑部件(隔膜)215上延伸的布线部分Ql、Q2的集热效果。另外，在图2的(B)中示出了图1的(A)所示的热式光检测器200的主要部分。如图2的(B)所示，与热检测元件220连接的布线(第一布线222及第二布线229) 的在支撑部件(隔膜)215的表面上延伸的部分(Q1、Q2)的至少一部分被第一光吸收层270覆盖。第一布线222及第二布线2 例如由铝等金属构成。金属一般热传导性卓越。因而，被第一光吸收层270覆盖的布线部分(在支撑部件的表面上延伸的部分的至少一部分 Q1、Q2)发挥如下的作用对在远离热检测元件220的位置产生的热进行汇聚(集热)，从而高效率地传递给热检测元件220。因而，使热检测元件220的热检测灵敏度得以提高。在图2的(B)中，用粗线的箭头示出了通过第一布线222及第二布线2 汇聚(集热)的热。从图2的(B)可知，第一布线222及第二布线229的通过热检测元件220(热电电容器230)的侧面上的部分也被第一光吸收层270覆盖，因而，在该部分也可以期待集热效果。(关于热式光检测器的制造方法的一例)下面，参照图3至图5，对热式光检测器的制造方法的一例进行说明。图3的(A)及图3的(B)是表示热式光检测器的制造方法的一例的设备的截面图。 在图3的(A)的工序中，在基板20的第一主面上层叠形成作为多层布线构造129的构成要素的第一绝缘层30、第二绝缘膜40a。在基板20上形成MOS晶体管的源极层21和漏极层22。在基板20的表面上形成栅极绝缘膜23。在栅极M的两侧面设置侧壁25。在栅极M上例如连接有布线沈。此外， 在第一绝缘层30的一部分上形成由钨(W)等金属构成的插柱Ml。此外，在第一绝缘层30 上形成由Al等构成的第二层布线M2。在图3的(B)的工序中，通过例如基于CMP (化学机械研磨)的平坦化处理使第二绝缘层40a平坦化。通过这样，可以形成平坦化后的第二绝缘层40。图4的(A)及图4的(B)是表示热式光检测器的制造方法的一例的设备的截面图。 图4的(A)的工序是图3的(B)的工序的后续工序。在图4的㈧的工序中，在第二绝缘层40上形成第三绝缘层50，在第三绝缘层50的表面的一部分上形成凹部102，在凹部102的内表面上形成了蚀刻阻挡膜 (SiN) 130 (130a 130c)后，在凹部102中埋入牺牲层(例如，SiO层)135。接着，如图4的(B)所示，形成支撑部件(隔膜)215、和热检测元件220(包括热电电容器230、第一接触电极226、绝缘层250、第二接触电极228、第一布线222及第二布线 229)，接着，形成成为第一光吸收层的SiO层270。而且，在SiO层270上形成成为第二光吸收层的SiO层272。也可以在使SiO层270的表面平坦化后形成SiO层272。这时，使SiO 层270和SiO层272之间的界面(反射界面)RL的平坦性得以提高。这里，在对SiO层270及SiO层272成膜时，使成膜条件不同，从而使SiO层272 的折射率变得高于SiO层270的折射率。另外，这只是一例，也可以通过使材料不同从而在折射率中产生差异。此外，SiO层270的厚度(高度)是H2，SiO层272的厚度(高度)是H3。SiO层 270的厚度和SiO层272的厚度的合计厚度是HI。如上所述，Hl = m · ( λ/4)的关系成立。此外，Η3 = η · ( λ 2/4)的关系成立。此外，在先说明过的图3的(B)的工序中，由于通过CMP等使第一绝缘层40平坦化，所以层叠形成在第一绝缘层40上的各层的表面也变成平坦的表面。因而，支撑部件215 的表面、SiO层270和SiO层272接触的界面RL及SiO层272的上表面相互平行。图5是表示热式光检测器的制造方法的一例的设备的截面图。图5的工序是图4 的(B)的工序的后续工序。在图5的工序中，对SiO层270及SiO层272形成图案。通过这样，可以形成第一光吸收层270及第二光吸收层272。接着，除去牺牲层135以形成空腔部(热分离空腔)102。通过这样，具有在两波长谐振的谐振器的热式光检测器200完成。如上所述，相对于第一波长X1的第一光谐振器形成在支撑部件215的表面和第二光吸收层272的上表面之间。此外，在第一光吸收层 270和第二光吸收层272接触的界面RL (也可以称为第二光吸收层272的下表面)、以及第二光吸收层272的上表面之间，构成相对于与第一波长X1不同的第二波长λ 2的第二光谐振器。第一光谐振器及第二光谐振器是所谓的λ/4光谐振器。该λ/4光谐振器可以构成为只调整第一光吸收层270及第二光吸收层272的膜厚。因而，不会使热式光检测器200 的构造复杂化，且易于制造热式光检测器200。这样，在基板20的主面上形成包括绝缘层的构造体(多层布线构造体)129，并除去作为构造体129的至少最上层的第三绝缘层50的一部分从而形成凹部102，在凹部102 的内表面上形成蚀刻阻挡膜130a至130c后，在凹部102内形成牺牲层135，接着，在包括牺牲层135的构造体1 上形成支撑部件(隔膜)215，在支撑部件(隔膜)215上形成热检测元件220，接着，在热检测元件220及支撑部件(隔膜)215上与热检测元件220接触地形成第一光吸收层270，并在第一光吸收层270上与第一光吸收层270接触地形成具有比第一光吸收层270高的折射率的第二光吸收层272，从而能够形成热式光检测器200。通过将第一光吸收层270的厚度H2和第二光吸收层272的厚度H3的合计厚度Hl 设为满足m· (A1/^的关系的厚度且将第二光吸收层272的厚度H3设为满足η · ( λ 2/4) 的关系的厚度，从而能够容易地构成两个光谐振器。通过构成在第一波长X1谐振的第一光谐振器，从而使在第一光吸收层及第二光吸收层中的光的实效吸收率得以提高。此外，通过构成在第二波长λ2谐振的第二光谐振器，从而使在第二光吸收层中的光的实效吸收率得以提高。此外，通过重叠两个波长的谐振峰值，从而能够扩大热式光检测器的检测波段。此外，可以通过只调整第一光吸收层270和第二光吸收层272的膜厚来能够构成两波长谐振器。因而，热式光检测器的结构简单，且制造容易。这样，例如，通过使用半导体制造技术(例如MEMS技术)，从而能够容易实现小型且检测灵敏度高的热式光检测器200。(第二实施方式)图6是表示本发明的热式光检测器的其他例的结构的图。图6所示的热式光检测器的基本结构与图1所示的热式光检测器的构造相同。但是，在图6的例子中，俯视时的第二接触电极2 的面积(大小)设定得比构成热电电容器230的第二电极(上部电极)236 的俯视时的面积(大小)大，这点与图1的例子不同。在图6的上侧示出了图1的例子(第一实施方式)中的第二接触电极228的俯视时的形状、和本实施方式(第二实施方式)中的第二接触电极228的俯视时的形状。如上所述，热检测元件220包括热电电容器230，具有通过支撑部件215侧的第一电极234及第二光吸收层272侧的第二电极236夹着热电材料层232的结构；与第一电极234连接的第一接触电极226 ；及与第二电极236连接的第二接触电极228。在图1的例子(第一实施方式)中，第二接触电极228的俯视时的面积比第二电极(上部电极)236的俯视时的面积小。针对于此，在本实施方式(第二实施方式)中，有意图地将第二接触电极228的俯视时的面积设定得比第二电极(上部电极)236的俯视时的面积大。第二接触电极2 虽然由Al等金属材料构成，但是金属材料通常热传导性也卓越。因而，可以期待如下的效果通过使第二接触电极2 的俯视时的面积变得比热电电容器的第二电极(上部电极)236的俯视时的面积大，从而对在第二光吸收层272的广大范围中产生的热进行汇聚(集热)，并高效率地传递给热检测元件220。
在图6中，用粗线箭头示出通过第二接触电极2 汇聚(集热)的热。因而，根据本实施方式，可以使热检测元件220的热检测灵敏度得以提高。此外，在图6的热式光检测器中，第二光吸收层272形成为与第二接触电极2 连接。因而，能够将被第二光吸收层272(第二光谐振器)吸收的热损耗少地传递给热检测元件。此外，优选使第一光吸收层270的高度H2与第二接触电极2 的高度位置一致(即、将第一光吸收层的高度H2设为图中的H2’)，这时，能够将用第二光谐振器(第二光吸收层) 吸收的热损耗少且高效率地传递给热检测元件220。(第三实施方式)图7是表示热式光检测装置(热型光检测阵列)的电路构成的一例的电路图。在图7的例子中，多个光检测单元(即、热式光检测器200a至200d等)被二维配置。为了从多个光检测单元(热式光检测器200a至200d等)中选择一个光检测单元，而设置有扫描线(Wla、Wlb等)和数据线(Dla、Dlb等)。作为第一光检测单元的热式光检测器200a具有作为热式光检测元件5的压电电容器ZC、元件选择晶体管Mia。压电电容器ZC的两极的电位关系能够通过切换施加给PDrl 的电位而反转(通过该电位反转，从而无需设置机械的交流变换器(chopper))。另外，其他光检测单元也是同样的结构。数据线Dla的电位能够通过导通(ON)复位晶体管M2进行初始化。在读出检测信号时，读出晶体管M3导通。通过热电效应产生的电流通过I/V变换电路510转换成电压， 通过放大器601被放大，并通过A/D转换器700转换成数字数据。在本实施方式中，可以实现多个热式光检测器被二维配置(例如，沿正交两轴(X 轴及Y轴)的各个轴配置成阵列状)的热式光检测装置(热型光阵列传感器)。(第四实施方式)图8是电子设备的结构的一例的示意图。作为电子设备，可以列举有例如红外线传感器装置、红外线热象仪、车载用夜视照相机或者监控照相机等。如图8所示，电子设备包括光学系统400、传感器设备410(相当于上述实施方式中的热式光检测装置200)、图像处理部420、处理部430、存储部440、操作部450以及显示部 460。此外，本实施方式的电子设备并不仅限于图8的结构，可以实施省略其构成要素的一部分(例如光学系统、操作部、显示部等)或者追加其他的构成要素等各种变形。光学系统400例如包括一个或者多个透镜、驱动这些透镜的驱动部等。此外，进行向传感器410的物像的成像等。另外，如果需要，也进行焦点调整等。传感器设备410通过将上述本实施方式的光检测器二维排列而构成，并设有多条行线(扫描线(或字线))和多条列线(数据线)。传感器设备410除了二维阵列的光检测器之外，还能够包括行选择电路(行驱动器)、经由列线读出从光检测器发出的数据的读出电路以及A/D转换部等。通过依次读出从二维阵列的各光检测器发出的数据，从而能够进行物像的摄像处理。图像处理部420根据从传感器设备410发出的数字的图像数据(像素数据)，进行图像校正处理等各种图像处理。图像处理部420相当于处理传感器设备410(热式光检测器200)的输出的控制部。处理部430进行电子设备的整体控制或者进行电子设备内的各�？榈目刂�。该处理部430例如由CPU等实现。存储部440用于存储各种信息，例如其作为处理部430、图像处理部420的工作区域而发挥作用。操作部450是用于用户操作电子设备的界面，例如由各种按钮、⑶I (Graphical User hterface，图形用户界面)界面等实现。显示部460用于显示例如由传感器设备410获取到的图像、⑶I界面等，其可以由液晶显示器、有机EL显示器等各种显示器实现。这样，将一个单元的热式光检测器用作红外线传感器等传感器的基础上，可通过将一个单元的热式光检测器沿正交的二轴方向二维配置来构成传感器设备(热式光检测装置)410，从而能够提供热(光)分布图像。使用该传感器设备410，能够构成红外线热象仪、车载用夜视照相机或者监控照相机等电子设备。如上所述，本发明涉及的热式光检测器的光检测灵敏度高。因此，可以提高安装有该热式光检测器的电子设备的性能。图9是电子设备的结构的其他例子的示意图。图9的电子设备800包括安装了热式光检测器200、加速度检测元件503的传感器单元600。传感器单元600上还安装有陀螺传感器等。通过传感器单元600可以测定不同种类的物理量。通过CPU 700处理从传感器单元600输出的各检测信号。CPU 700相当于处理热式光检测器200的输出的控制部。如上所述，根据本发明的至少一个实施方式，例如可以进一步提高热式光检测器的检测灵敏度。以上，虽然就几个实施例对本发明进行了说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包括在本发明的保护范围之内。例如，在说明书或附图中，至少一次与更广义或同义不同的用语同时记载的术语可以在说明书或附图的任何地方替换成其不同的用语。并且，虽然在上述实施方式中可以使用热电电容器作为热检测元件，但是也可以取而代之地使用热电元件或测辐射热计元件。
0147]附图标记说明0148]20基板(例如硅基板)30第一绝缘层0149]40第二绝缘层50第三绝缘层0150]100多层构造体102空腔部(热分离空腔部)0151]129多层布线构造130a至130d蚀刻阻挡膜0152]150多层构造体200热式光检测器0153]215支撑部件(隔膜)222第一布线0154]226第一接触电极228第二接触电极0155]229第二布线230热电电容器0156]232热电材料层(PZT层等) 234第一电极(下部电极)0157]236第二电极(上部电极)250绝缘层0158]252 254第一接触孔及第二—接触孔0159]270第一光吸收层272第二光吸收层0160]Ql第一布线222的在支撑部件的表面上延伸的部分0161]Q2第二布线229的在支撑部件的表面上延伸的部分
权利要求
1.一种热式光检测器，其特征在于，具有 基板；支撑部件，隔着空腔部被支撑于所述基板； 热检测元件，形成在所述支撑部件上；第一光吸收层，在所述热检测元件及所述支撑部件上，与所述热检测元件接触地形成；以及第二光吸收层，在所述第一光吸收层上，与所述第一光吸收层接触地形成，所述第二光吸收层具有比所述第一光吸收层高的折射率，在所述支撑部件的表面和所述第二光吸收层的上表面之间，第一波长谐振， 在所述第一光吸收层和所述第二光吸收层接触的界面与所述第二光吸收层的上表面之间，与所述第一波长不同的第二波长谐振。
2.根据权利要求1所述的热式光检测器，其特征在于，所述支撑部件的表面和所述第二光吸收层的上表面平行且所述第一光吸收层和所述第二光吸收层接触的界面与所述第二光吸收层的上表面平行，在将所述第一波长设为X1时，所述支撑部件的表面和所述第二光吸收层的上表面之间的距离满足m· (A1/^的关系，其中，m是大于等于1的整数，在将所述第二波长设为λ 2时，所述第一光吸收层和所述第二光吸收层接触的界面和所述第二光吸收层的上表面之间的距离满足η · (λ 2/4)的关系，其中，η是大于等于1的整数。
3.根据权利要求1或2所述的热式光检测器，其特征在于，所述支撑部件的表面是具有比所述第一光吸收层高的折射率的材料层的表面。
4.根据权利要求1或2所述的热式光检测器，其特征在于，所述支撑部件的表面是具有对光进行反射的光反射特性的材料层的表面。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的热式光检测器，其特征在于，与所述热检测元件连接的布线的在所述支撑部件的表面上延伸的部分的至少一部分被所述第一光吸收层覆盖。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的热式光检测器，其特征在于，所述热检测元件包括热电电容器，具有通过所述支撑部件侧的第一电极及所述第二光吸收层侧的第二电极夹着热电材料层的结构；与所述第一电极连接的第一接触电极；以及与所述第二电极连接的第二接触电极，俯视时的所述第二接触电极的面积比俯视时的所述第二电极的面积大。
7.根据权利要求6所述的热式光检测器，其特征在于， 所述第二光吸收层与所述第二接触电极接触地形成。
8.一种热式光检测装置，其特征在于，二维配置有多个权利要求1至7中的任一项所述的热式光检测器。
9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至7中的任一项所述的热式光检测器；以及控制部，对所述热式光检测器的输出进行处理。
10.一种热式光检测器的制造方法，其特征在于，包括在基板的主面上形成包括绝缘层的构造体，除去所述构造体的至少最上层的一部分以形成凹部，并在所述凹部的内表面上形成了蚀刻阻挡膜后，在所述凹部内形成牺牲层； 在包括所述牺牲层的所述构造体上形成支撑部件，在所述支撑部件上形成热检测元件；在所述热检测元件及所述支撑部件上，与所述热检测元件接触地形成第一光吸收层；以及在所述第一光吸收层上与所述第一光吸收层接触地形成具有比所述第一光吸收层高的折射率的第二光吸收层，其中，将所述第一光吸收层的厚度和所述第二光吸收层的厚度的合计厚度设定为当将第一波长设为X1时满足m· (A1/^的关系的厚度，其中，m是大于等于1的整数，将所述第二光吸收层的厚度设定为当将第二波长设为λ2时满足η· (λ2/4)的关系的厚度，其中，η是大于等于1的整数。
全文摘要
本发明提供了热式光检测器、热式光检测装置、电子设备及热式光检测器的制造方法，该热式光检测器具有基板；支撑部件，隔着空腔部被支撑于基板；热检测元件，形成在支撑部件上；第一光吸收层，在热检测元件及支撑部件上，与热检测元件接触地形成；以及第二光吸收层，在第一光吸收层上，与第一光吸收层接触地形成，第二光吸收层具有比第一光吸收层高的折射率，在支撑部件的表面和第二光吸收层的上表面之间，第一波长谐振，在第一光吸收层和第二光吸收层接触的界面与第二光吸收层的上表面之间，与第一波长不同的第二波长谐振。
文档编号G01J5/08GK102564601SQ20111041435
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月13日 优先权日2010年12月22日
发明者土屋泰 申请人:精工爱普生株式会社