專利名稱：熱式光檢測器及其制造方法、熱式光檢測裝置、電子儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱式光檢測器、熱式光檢測裝置、電子儀器以及熱式光檢測器的制造
方法等。
背景技術(shù)：
作為光傳感器，眾所周知有熱式光檢測器。熱式光檢測器通過光吸收層吸收從物體放射的光，將光轉(zhuǎn)換成熱，熱檢測元件測量溫度的變化。熱式光檢測器包括直接檢測隨著光吸收而溫度上升的熱電堆、檢測電極化(electrical polarity)變化的熱電元件以及以電阻變化檢測溫度上升的輻射熱測量器。熱式光檢測器的特征是可以檢測的波段寬。近年來，利用半導(dǎo)體制造技術(shù)(MEMS技術(shù)等)嘗試制造更小型的熱式光檢測器。為了提高熱式光檢測器的檢測靈敏度以及改善反應(yīng)性，將光吸收層產(chǎn)生的熱高效率傳導(dǎo)到熱檢測元件是非常重要的。用于進(jìn)行高效率導(dǎo)熱的熱檢測元件的結(jié)構(gòu)例如專利文獻(xiàn)I所述。專利文獻(xiàn)I記載的紅外線檢測元件(這里是熱電堆紅外線檢測元件)具有設(shè)置于紅外線感應(yīng)部和紅外線吸收層之間的高導(dǎo)熱層。具體是在空腔部上形成薄膜，薄膜通過設(shè)置在四個角的突出的梁被支撐在周圍的基板上。在中間的薄膜部分上設(shè)置紅外線吸收層和高導(dǎo)熱層，另外，在梁的部分上設(shè)置熱電堆元件。另外，高導(dǎo)熱層由鋁、金等紅外線反射性好的材料構(gòu)成。專利文獻(xiàn)I :特許3339276號公報專利文獻(xiàn)2 :再表99/31471號公報專利文獻(xiàn)I記載的紅外線檢測元件雖然在光吸收層的下面設(shè)置了高熱傳遞部件， 但在光吸收層和高熱傳遞部件的下面未設(shè)置熱檢測元件。由于紅外線光吸收層在遠(yuǎn)離紅外線感應(yīng)部熱檢測元件的位置，因此不能直接向熱檢測元件紅外線感應(yīng)部供給紅外線光吸收層產(chǎn)生的熱。專利文獻(xiàn)2記載的紅外線固態(tài)成像元件由于構(gòu)成紅外線吸收部的絕緣層在遠(yuǎn)離溫度檢測器的位置，因此不能直接向溫度檢測器供給在紅外線吸收部的絕緣層產(chǎn)生的熱。根據(jù)本發(fā)明的至少一個方式，例如可以提高熱式光檢測器的檢測靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
(I)本發(fā)明的熱式光檢測器的一個方式具有基板；支撐部件，經(jīng)由空腔部支撐在所述基板上；熱檢測元件，形成在所述支撐部件上；光反射層，與所述熱檢測元件分離，形成在所述支撐部件上的所述熱檢測元件的周圍區(qū)域的至少一部分處；光吸收層，形成在所述熱檢測元件和所述光反射層上；以及熱傳遞部件，所述熱傳遞部件具備集熱部，所述集熱部通過連接部與所述熱檢測元件連接，俯視時具有比所述連接部大的面積，并至少對一部分波長區(qū)域的光具有光透過性且形成在所述光吸收層的內(nèi)部的集熱部。在本方式的熱式光檢測器中，例如入射到熱式光檢測器的光(例如紅外線)的一部分首先被第二光吸收層吸收，其余的不被吸收而到達(dá)熱傳遞部件。熱傳遞部件對至少一部分波長區(qū)域的光具有光透過性，例如在紅外線區(qū)域(例如遠(yuǎn)紅外線區(qū)域)可以具有半透過性。熱傳遞部件例如反射到達(dá)的光的一部分，而其余的則透過熱傳遞部件。透過了熱傳遞部件的光的一部分被第一光吸收層吸收，其余的光則到達(dá)熱檢測元件、光反射層的表面以及支撐部件的表面。熱檢測元件形成在支撐部件上。這里“在…上”的表示可以是緊鄰的上方，也可以是上部(有另外的層在中間的情況)。在其他部分同樣也可以廣義地解釋。另外，光反射層由光反射率高的材料(例如金屬材料)構(gòu)成，因此向光反射層的表面入射的光大多被反射，該被反射的光被第一光吸收層或第二光吸收層吸收。因此可以沒有浪費地利用已入射的光，轉(zhuǎn)換成熱。另外，由于光反射層與熱檢測元件分離形成，因此，熱檢測元件上的熱不會經(jīng)由光反射層逸失。另外，也不會發(fā)生熱檢測元件的寄生電容增大的問題。另外，到達(dá)支撐部件的表面的光的一部分也被反射，被第一光吸收層或第二光吸收層吸收，因此，在這點上也可以有效地利用入射光。另外，熱傳遞部件由具有光透過性(例如光的半透過性)的材料構(gòu)成，具有連接部和俯視時具有比連接部大的面積的集熱部，集熱部形成在熱檢測元件上。熱傳遞部件的集熱部例如發(fā)揮收集在大范圍的區(qū)域產(chǎn)生的熱并向熱檢測元件傳導(dǎo)的作用。熱傳遞部件可以使用例如導(dǎo)熱性好且具有光的半透過性的金屬化合物(例如AlN或AlOx)。已入射的光在有上述動作的情況下，如下所述地進(jìn)行在第一光吸收層和第二光吸收層上產(chǎn)生熱以及向熱檢測元件傳導(dǎo)所產(chǎn)生的熱。即，入射到熱式光檢測器的光(在俯視圖中向支撐部件的區(qū)域入射的光)首先被第二光吸收層吸收，在第二光吸收層產(chǎn)生熱。另外，通過熱傳遞部件反射的光被第二光吸收層吸收，從而在第二光吸收層產(chǎn)生熱。另外，透過(通過)了熱傳遞部件的光的一部分被第一光吸收層吸收產(chǎn)生熱。另外，向光反射層入射的光大多(例如大部分)在其表面被反射，被第一光吸收層和第二光吸收層的至少一方吸收，從而在第一光吸收層或第二光吸收層產(chǎn)生熱。另外，在支撐部件表面反射的光也被第一光吸收層和第二光吸收層的至少一方吸收，從而在第一光吸收層或第二光吸收層產(chǎn)生熱。然后，在第二光吸收層產(chǎn)生的熱經(jīng)由熱傳遞部件被高效率地傳遞至熱檢測元件， 另外在第一光吸收層產(chǎn)生的熱直接或經(jīng)由熱傳遞部件被高效率傳遞至熱檢測元件。即，廣泛覆蓋熱檢測元件地形成熱傳遞部件的集熱部，因此在第一光吸收層和第二光吸收層產(chǎn)生的熱無論在何處產(chǎn)生大多可以高效率地傳遞至熱檢測元件。例如，即使是在遠(yuǎn)離熱檢測元件的部位產(chǎn)生的熱，也可以經(jīng)由導(dǎo)熱率高的熱傳遞部件高效率地向熱檢測元件傳導(dǎo)。另外，由于熱傳遞部件的集熱部與熱檢測元件是通過熱傳遞部件的連接部連接， 因此經(jīng)由熱傳遞部件的集熱部傳導(dǎo)的熱可以經(jīng)由連接部直接傳遞至熱檢測元件。另外，由于熱檢測元件位于熱傳遞部件之下(俯視時設(shè)置在重疊的位置)，因此，可以最短地連接俯視圖中的熱傳遞部件的中間部和熱檢測元件。因此可以減少熱傳遞的損失，另外可以抑制專有面積增大。另外，在本方式中，由于通過兩層光吸收膜產(chǎn)生熱，因此吸收效率提高。另外，可以通過第一光吸收層直接向熱檢測元件傳導(dǎo)熱。因此，與專利文獻(xiàn)I記載的紅外線檢測元件以及專利文獻(xiàn)2記載的紅外線固態(tài)成像元件相比，可以進(jìn)一步提高熱式光檢測器的檢測靈敏度。另外，在本方式中，熱檢測元件與熱傳遞部件連接。因此，響應(yīng)速度與專利文獻(xiàn)I記載的紅外線檢測元件一樣高。另外，在本實施方式中，由于熱傳遞部件直接與熱檢測元件連接，因此，與專利文獻(xiàn)2記載的紅外線固態(tài)成像元件相比，可以得到更高的響應(yīng)速度。(2)在本發(fā)明的熱式光檢測器的其他方式中，上述光吸收層形成在上述支撐部件上的上述熱檢測元件的周圍。在本方式中，光吸收層在俯視圖中形成在熱檢測元件的周圍。從而在光吸收層的大范圍產(chǎn)生的熱直接或經(jīng)由熱傳遞部件間接地、高效率地傳遞至熱檢測元件。因此，可以進(jìn)一步提高熱式光檢測器的光檢測靈敏度。另外，熱式光檢測器的響應(yīng)速度也進(jìn)一步提高。(3)本發(fā)明的熱式光檢測器的其他方式是，上述光吸收層具有第一光吸收層，在上述熱傳遞部件與上述光反射層之間與上述熱傳遞部件接觸地形成；以及第二光吸收層， 在上述熱傳遞部件上與上述熱傳遞部件接觸地形成。本方式中，采用以下結(jié)構(gòu)作為光吸收層，設(shè)置第一光吸收層和第二光吸收層，將熱傳遞部件的集熱部夾在該兩層光吸收層之間。在第一光吸收層和第二光吸收層的大范圍產(chǎn)生的熱直接或經(jīng)由熱傳遞部件間接高效率地傳遞至熱檢測元件。另外，可以用上層的第二光吸收層吸收入射光中的通過熱傳遞部件反射的光，并用下層的第一光吸收層吸收透過了熱傳遞部件的光。根據(jù)本方式的熱式光檢測器，可以將在兩層(多層)的光吸收層的大范圍產(chǎn)生的熱高效率地傳遞至熱檢測元件，因此，可以大幅度地提高小型熱式光檢測器的光檢測靈敏度。另外，可以縮短熱傳遞所需時間，可以提高熱式光檢測器的響應(yīng)速度。(4)在本發(fā)明的熱式光檢測器的其他方式中，在上述光反射層的表面與上述第二光吸收層的上表面之間構(gòu)成針對第一波長的第一光諧振器，在上述第二光吸收層的下表面與上述第二光吸收層的上表面之間構(gòu)成針對與上述第一波長不同的第二波長的第二光諧振器。在本方式中，調(diào)整各光吸收層的膜厚，構(gòu)成具有不同諧振波長的兩個光諧振器。針對第一波長的第一光諧振器在形成于支撐部件上的光反射層的表面與第二光吸收層的上表面之間形成。在光反射層的表面反射的光被第一光吸收層和第二吸收層的至少一方吸收，此時通過構(gòu)成第一光諧振器，可以提高各光吸收層的有效吸收率。光反射層由光的反射率高的材料構(gòu)成，因此可以使向光反射層入射的光大多向上方反射。從而容易產(chǎn)生光的諧振。在此，第一光諧振器例如可以形成所謂的λ/4光諧振器。即，在使第一波長為λ I時，為了使支撐部件的光反射層的表面與第二光吸收層的上表面之間的距離滿足 η · (λ 1/4) (η為I以上的整數(shù))的關(guān)系，調(diào)整第一吸收層和第二光吸收層的膜厚即可。如果光反射層的膜厚非常薄，則可以忽略該膜厚，這種情況下，第一光吸收層和第二光吸收層的總膜厚滿足η · ( λ 1/4) (η為I以上的整數(shù))的關(guān)系即可。因此，已入射的波長λ I的光和在支撐部件表面反射的波長λ I的光因相互干涉而抵消，第一光吸收層和第二光吸收層的有效吸收率提聞。另外，如上所述，在熱傳遞部件反射的光被第二光吸收層吸收，此時，通過構(gòu)成第二光諧振器，可以提高第二光吸收層上的有效吸收率。第二光諧振器例如可以形成所謂的入/4光諧振器。
S卩，在使第二波長為λ 2時，通過將第二光吸收層的下表面與第二光吸收層的上表面之間的距離(即，第二光吸收層的膜厚)設(shè)定成η· (λ2/4)，可以構(gòu)成第二光諧振器。 因此，已入射的波長λ2的光與在第二光吸收層的下表面(第一光吸收層與第二光吸收層的界面)反射的波長λ 2的光因相互干涉而抵消，可以提高第二光吸收層的有效吸收率。另外，彼此平行地配置熱傳遞部件的集熱部和光反射層。從而保持光反射層上表面與第二光吸收層上表面的平行。另外，根據(jù)本方式，由于在兩個不同的波長上產(chǎn)生諧振峰，因此可以擴(kuò)大熱式光檢測器可檢測的光的波段(波長寬度)。(5)在本發(fā)明的熱式光檢測器的其他方式中，上述熱傳遞部件兼作為將上述熱檢測元件與其他元件連接的配線。如上所述，熱傳遞部件由例如AlN或AlOx等金屬化合物構(gòu)成，以金屬為主要成分的材料導(dǎo)電性也很好，因此熱傳遞部件也可以作為將熱檢測元件與其他元件連接的配線 (包括配線的一部分)使用。將熱傳遞部件也作為配線使用，從而無需另外設(shè)置配線，可以簡化制造步驟。(6)在本發(fā)明的熱式光檢測器的其他方式中，二維地配置有多個上述任一項所述的熱式光檢測器。因此，可以形成二維地配置了多個熱式光檢測器(熱式光檢測元件)(例如分別沿著直交的兩個軸配置成陣列形)的熱式光檢測裝置(熱式光陣列傳感器(thermal type optical array sensor))。(7)在本發(fā)明的電子儀器的一個方式中，具有上述任一項所述的熱式光檢測器和處理上述熱式光檢測器的輸出的控制部。上述任一個熱式光檢測器的光的檢測靈敏度都很高。因此，安裝該熱式光檢測器的電子儀器的性能提高。電子儀器例如是紅外線感應(yīng)裝置、溫度記錄器、車載夜間攝像機(jī)或監(jiān)控攝像機(jī)等?？刂撇坷缈梢杂蓤D像處理部或CPU構(gòu)成。(8)本發(fā)明的熱式光檢測器的一個方式包括以下步驟在基板的主面上形成包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體；在所述支撐部件上形成熱檢測元件，并與所述熱檢測元件分離地在所述支撐體上的所述熱檢測元件的周圍區(qū)域的至少一部分上形成光反射層；以覆蓋所述熱檢測元件和所述光反射層的方式形成第一光吸收層，使所述第一光吸收層平坦化；在所述第一光吸收層的一部分上形成接觸孔后，形成具有導(dǎo)熱性和至少對一部分波長區(qū)域的光具有光透過性的材料層，通過圖案化所述材料層，從而形成具備與所述熱檢測元件連接的連接部和俯視時具有比所述連接部大的面積的集熱部的熱傳遞部件；在所述第一光吸收層上形成第二光吸收層的步驟；圖案化所述第一光吸收層和所述第二光吸收層；圖案化所述支撐部件；以及通過蝕刻除去所述犧牲層，在形成在所述基板的主面上的包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體與所述支撐部件之間形成空腔部。在本方式中，在基板的主面層壓形成包含層間絕緣層的多層結(jié)構(gòu)、犧牲層、支撐部件，另外，在支撐部件上層壓形成熱檢測元件和光反射層、第一光吸收層、熱傳遞部件和第二光吸收層。第一光吸收層的上面通過平坦化處理進(jìn)行平坦化。另外，在第一光吸收層上設(shè)置連接孔，將熱傳遞部件的連接部埋入該連接孔。設(shè)置在第一光吸收層上的熱傳遞部件的集熱部通過連接部與熱檢測元件(例如熱電電容器的上側(cè)電極)連接。根據(jù)本方式，利用半導(dǎo)體制造技術(shù)(例如MEMS技術(shù))可以實現(xiàn)小型且檢測靈敏度高的熱式光檢測器。另外，優(yōu)選平行配置熱傳遞部件的集熱部和光反射層。從而可以保持光反射層的上表面與第二光吸收層的上表面的平行。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的至少一個方式，例如可以明顯提高熱式光檢測器的檢測
靈敏度。


圖I的(A)和(B)是熱式光檢測器的一個例子的俯視圖和截面圖。圖2的(A)和(B)是表示礬土(氧化鋁)板的遠(yuǎn)紅外線的波長區(qū)域上的分光特性 (光反射特性和光透過特性)的一個例子以及構(gòu)成兩個光諧振器時的熱式光檢測器的檢測靈敏度的一個例子。圖3的(A)至(E)是表示熱式光檢測器的制造方法中的到形成第一光吸收層為止的主要步驟圖。圖4的(A)至(C)是表示熱式光檢測器的制造方法中的到使第一光吸收層和第二光吸收層圖案化為止的主要步驟圖。圖5的(A)和(B)是表示熱式光檢測器的制造方法中的到完成熱式光檢測器為止的主要步驟圖。圖6是表示熱式光檢測器的其他例子。圖7是表示熱式光檢測裝置(熱式光檢測陣列)的電路結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。圖8是表示電子儀器的結(jié)構(gòu)的一個例子。圖9是表示電子儀器的結(jié)構(gòu)的其他例子。
具體實施例方式以下就本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行具體說明。以下說明的本實施方式并不限制權(quán)利要求所述的本發(fā)明的內(nèi)容，本實施方式中說明的結(jié)構(gòu)并不是全部必須作為本發(fā)明的解決手段。第一實施方式圖I (A)和圖I⑶是熱式光檢測器的一個例子的俯視圖和截面圖。圖I⑶是沿著圖UA)所示的熱式光檢測器的A-A’線的截面圖。在圖UA)和圖I(B)中表示了單個的熱式光檢測器，也可以將多個熱式光檢測器例如配置成矩陣形，形成熱式光檢測器陣列(即熱式檢測裝置)。圖I(A)和圖I(B)所示的熱式光檢測器是熱電紅外線檢測器(光傳感器的一種)200 (但只是一個例子，并不受其限制)。該熱電紅外線檢測器200可以將通過兩層光吸收膜270、272的光吸收而產(chǎn)生的熱經(jīng)由導(dǎo)熱性好的熱傳遞部件260高效率地傳遞至熱檢測元件(這里是熱電電容器230)。熱檢測元件230形成在支撐部件215上。這里的“在… 上”的表述可以是緊鄰的上方，也可以是上部(中間有其他層的情況)。在其他地方也同樣可以廣義地解釋。熱傳遞部件260例如由具有高導(dǎo)熱率的同時對熱式光檢測器具有檢測靈敏度的波段(波長寬度)的光的至少一部分波長區(qū)域的光具有光透過性(例如半透過性)的材料 (例如AlN和AlOx等金屬化合物)構(gòu)成。之后將參考圖2就熱傳遞部件260的光透過性進(jìn)行說明。作為熱檢測元件的熱電電容器230將熱轉(zhuǎn)換成電信號。通過這樣得到與接收到的光的強(qiáng)度對應(yīng)的檢測信號(例如電流信號)。以下進(jìn)行具體說明。作為熱式光檢測器的熱電紅外檢測元件的結(jié)構(gòu)的一個例子首先，參照圖I (B)就截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。截面結(jié)構(gòu)作為熱式光檢測器的熱電紅外線檢測器200由形成在基板(硅基板)10上的多層結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。即，作為熱式光檢測器200的熱電紅外線檢測器具有基板(此處為硅基板)10、 形成在基板10的第一主面(此處為表面)上的包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體100 (例如包含層間絕緣層的多層結(jié)構(gòu)多層結(jié)構(gòu)的具體例子參考圖6)、形成在包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體100的表面的蝕刻擋膜(stopper film) 130a、熱分離用的空腔部(熱分離空腔)102、由放置部210和臂部212a、212b構(gòu)成的支撐部件(薄膜(membrane)) 215、形成在支撐部件(薄膜)215上的作為熱檢測元件的熱電電容器230、與作為熱檢測元件的熱電電容器230分離且在支撐部件215上的熱檢測元件的周圍區(qū)域的至少一部分上形成的光反射層235、覆蓋熱電電容器230表面的絕緣層250、第一光吸收層(例如SiO2層)270、熱傳遞部件260 (具有連接部 CN和集熱部FL)以及第二光吸收層(例如SiO2層)272。第一光吸收層270與熱傳遞部件 260連接地形成在熱傳遞部件260和光反射層235之間。另外，第二光吸收層272在熱傳遞部件260上與熱傳遞部件260接觸地形成。由基板10和多層結(jié)構(gòu)體100構(gòu)成基部(基座)。該基部(基座)在空腔部102上支撐包括支撐部件215和熱電電容器230的元件結(jié)構(gòu)體160。另外，可以在硅(Si)基板10 的俯視時與熱檢測元件(熱電電容器230)重疊的區(qū)域上形成晶體管和電阻等半導(dǎo)體元件 (例如參照圖6的例子)。如上所述，在形成于基板10上的多層結(jié)構(gòu)體100的表面上設(shè)置蝕刻擋膜(例如 Si3N4膜)130a，另外，在支撐部件(薄膜)215的背面設(shè)置蝕刻擋膜(例如Si3N4膜)130b 130d。該蝕刻擋膜130a 130d在為了形成空腔部102而除去犧牲層(在圖I中未圖示， 圖3的參考符號101)的步驟中發(fā)揮防止除去蝕刻對象以外的層的作用。而且，根據(jù)構(gòu)成支撐部件(薄膜)215的材料的不同，有時不需要蝕刻擋膜。另外，元件結(jié)構(gòu)體160中包含的熱電電容器230通過同樣作為元件結(jié)構(gòu)體160的構(gòu)成要素的支撐部件(薄膜)215被支撐在空腔部102上。這里，支撐部件(薄膜)215例如可以通過對氧化硅膜(SiO) /氮化硅膜(SiN) /氧化硅膜(SiO)的三層層壓膜圖案化來形成(但，這只是一個例子，本發(fā)明不限于此)。支撐部件(薄膜)215必須穩(wěn)定地支撐熱電電容器230，因此支撐部件(薄膜)215的總厚度具有滿足必要的機(jī)械強(qiáng)度的厚度。在支撐部件(薄膜)215的表面上形成取向膜(未圖示)，在該取向膜上形成熱電電容器230。熱電電容器230包括下部電極(第一電極)234和形成在下部電極234上的熱電材料層(例如作為熱電體的PZT層鋯鈦酸鉛層)232以及形成在熱電材料層232上的上部電極(第二電極)236。
下部電極(第一電極)234和上部電極(第二電極)236都可以例如通過層壓三層金屬膜形成。例如，可以是從遠(yuǎn)離熱電材料層232(PZT層)的位置起依次濺射形成的銥 (Ir)、銥氧化物(IrOx)以及鉬(Pt)的三層結(jié)構(gòu)。另外，如上所述，熱電材料層232也可以使用例如PZT (Pb (Zi，Ti) O3 :鋯鈦酸鉛)。一旦熱傳遞至熱電材料層(熱電體)，其結(jié)果，通過熱電效應(yīng)(焦電效應(yīng))在熱電材料層232上發(fā)生電極化量(electrical polarity)的變化。通過檢測隨著該電極化量變化而變化的電流，可以檢測已入射的光強(qiáng)度。該熱電材料層232例如可以通過濺射法或MOCVD法等成膜。下部電極(第一電極)234和上部電極(第二電極)236的膜厚例如為O. 4μπι左右，熱電材料層232的膜厚例如為O. I μ m左右。熱電電容器230被絕緣層250和第一光吸收層270覆蓋。在絕緣層250上設(shè)置第一連接孔252。第一連接孔252用于將上部電極(第二電極)236用的電極226與上部電極 (第二電極)236連接。另外，光反射層235與作為熱檢測元件的熱電電容器230分離地形成在支撐部件 215上的熱檢測元件的周圍區(qū)域的至少一部分上。為了有效地利用反射光，光反射層235優(yōu)選俯視時設(shè)置在熱電電容器230的周圍。進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)置在整個周圍。該光反射層235可以由光反射率高的材料(例如金屬材料)構(gòu)成。例如可以由與作為熱電電容器230的構(gòu)成要素的下部電極(第一電極)234相同的材料(例如銥(Ir)、銥氧化物(IrOx)以及鉬(Pt)的三層結(jié)構(gòu))構(gòu)成。這種情況下，在支撐部件215的放置部210 上形成以金屬為主要成分的通用的材料，通過圖案化來除去圖I(B)中的區(qū)域SP的材料，從而可以同時形成下部電極(第一電極)234和光反射層235。從而可以減輕制造上的負(fù)擔(dān)。光反射層235由光反射率高的材料(金屬材料等)構(gòu)成，因此，向光反射層235表面入射的光大多被反射，該被反射的光被第一光吸收層270和第二光吸收層272吸收。因此，可以不浪費地利用已入射的光，轉(zhuǎn)換成熱。另外，光反射層235與熱檢測元件分離地形成，因此熱檢測元件中的熱不會經(jīng)由光反射層逸失。另外，不會發(fā)生熱檢測元件的寄生電容增大的情況。另外，在第一光吸收層270 (以及絕緣層250)上形成第二連接孔254。第二連接孔 254設(shè)置為貫通第一光吸收層270和絕緣層250。該第二連接孔254用于將熱傳遞部件260 與熱電電容器230的上部電極236連接。即，將構(gòu)成熱傳遞部件260的材料(例如氮化鋁 (AlN)或氧化鋁(AlOx)等)填充到第二連接孔254內(nèi)(在圖中填充部分用參考符號228表示)，從而構(gòu)成熱傳遞部件260上的連接部CN。熱傳遞部件260具有在表面被平坦化的第一光吸收層270上延伸的部分即集熱部 FL和將該集熱部FL與熱電電容器230上的上部電極(第二電極)236連接的部分即連接部 CN。集熱部FL對熱式光檢測器200具有檢測靈敏度的波段中的至少一部分波長區(qū)域的光具有光透過性且形成在光吸收層(包括第一光吸收層270和第二光吸收層272的廣義的光吸收層)的內(nèi)部。該集熱部FL通過連接部CN與熱檢測元件連接，且在俯視時具有比連接部CN大的面積。熱傳遞部件260的集熱部FL在此發(fā)揮例如收集在大范圍區(qū)域產(chǎn)生的熱，并傳導(dǎo)到熱檢測元件即熱電電容器230的作用。集熱部FL例如在平坦化后的第一光吸收層270上有時以具有平坦面的方式形成，這種情況下，“集熱部”也可以稱為“平板部或平坦部”。如上所述，熱傳遞部件260可以由導(dǎo)熱率高且對所需波段的光具有光透過性(例如半透過性)的材料構(gòu)成，例如可以由氮化鋁(AlN)或氧化鋁(AlOx)等構(gòu)成。也可以使集熱部FL的材料與連接部CN的材料228 (例如嵌入連接孔254中的接觸插塞的材料)不同。另外，如圖I(B)所示，在使連接部CN的橫寬為W0、熱電電容器230的橫寬(這里是橫寬最大的下部電極(第一電極)234的橫寬)為W1、熱傳遞部件260的集熱部FL的橫寬為W2時，形成WO < Wl < W2的關(guān)系。另外，如圖I(B)所示，使第一波長為λ I、第二波長為λ2時，將形成于支撐部件215上的光反射層235的表面與第二光吸收層272的上表面之間的距離Hl設(shè)定為 η · ( λ 1/4) (η為I以上的整數(shù))。從而,在光反射層235的表面與第二光吸收層272的上表面之間構(gòu)成第一光諧振器(λ 1/4光諧振器)。由于光反射層235的膜厚很薄，因此即使忽略不計該膜厚也沒有問題，因此，也可以將第一光吸收層270的膜厚Η2與第二光吸收層272的膜厚Η3的總膜厚當(dāng)作上述的距離 Hl。另外，將第二光吸收層272的下表面與第二光吸收層272的上表面之間的距離 Η3 (即第二光吸收層272的膜厚Η3)設(shè)定為η · ( λ 2/4)。從而在第二光吸收層272的下表面與第二光吸收層272的上表面之間構(gòu)成第二光諧振器(λ 2/4光諧振器)。由于熱傳遞部件260上的集熱部FL的膜厚很薄，因此，即使忽略不計該膜厚也沒有問題，因此，可以將第二光吸收層272的膜厚Η3當(dāng)作第二光諧振器的諧振器長度。關(guān)于構(gòu)成第一光諧振器和第二光諧振器的效果將在后面說明。另外，彼此平行地配置熱傳遞部件260上的集熱部FL和光反射層235。從而可以保持光反射層235的上表面與第二光吸收層272的上表面平行。布局結(jié)構(gòu)以下參考圖I㈧就布局結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖I㈧所示，支撐部件(薄膜)215具有放置熱電電容器230的放置部210和將該放置部210保持在空腔部(熱分離空腔部)102上的兩根臂，即第一臂部212a和第二臂部212b。熱電電容器230形成在支撐部件(薄膜)215 上的放置部210上。另外，如上所述，支撐部件(薄膜)215、熱電電容器230、第一光吸收層 270、熱傳遞部件260以及第二光吸收層272構(gòu)成元件結(jié)構(gòu)體160。如上所述，第一臂部212a和第二臂部212b例如通過可以將氧化硅膜(SiO) /氮化硅膜(SiN)/氧化硅膜(SiO)的三層層壓膜圖案化后制造成細(xì)長形狀來形成。制造成細(xì)長形狀是為了增加熱電阻，抑制熱電電容器230的散熱(熱的逸失)。第一臂部212a的寬幅的前端部232a通過第一支柱104a(在圖I⑷中用虛線表示，俯視時為圓形的部件)被支撐在空腔部102上。另外，在第一臂部212a上形成一端(參考符號228)與熱電電容器230的下部電極(第一電極)234連接、另一端231a與第一支柱 104a連接的配線229a。第一支柱104a例如設(shè)置在圖I (B)所示的包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體100和第一臂部 212a的前端部232a之間。該第一支柱104a可以通過選擇性地形成在空腔部102的被制造成柱形的多層配線結(jié)構(gòu)(由層間絕緣層和導(dǎo)電層組成，該導(dǎo)電層構(gòu)成用于連接熱電電容器 230和設(shè)置于底層的硅基板10上的晶體管等元件的配線)構(gòu)成。第二臂部212b同樣通過第二支柱104b(在圖I(A)中用虛線表示，俯視時為圓形的部件)被支撐在空腔部102上。第二臂部212b的寬幅的前端部232b通過第二支柱 104b(在圖I(A)中用虛線表示，在俯視圖中圓形的部件)被支撐在空腔部102上。另外，在第二臂部212b上形成一端(參考符號226)與熱電電容器230的上部電極(第二電極)236 連接、另一端231b與第二支柱104b連接的配線229b。第二支柱104b設(shè)置在圖I (B)所示的包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體100和第二臂部212b 的前端部232b之間。另外，第二支柱104b例如可以通過選擇性地形成在空腔部102的被制造成柱形的多層配線結(jié)構(gòu)(由層間絕緣層和導(dǎo)電層組成，該導(dǎo)電層構(gòu)成用于連接熱電電容器230和設(shè)置于底層的硅基板10上的晶體管等元件的配線)構(gòu)成。在圖I(A)所示的例子中，利用第一支柱104a和第二支柱104b在空腔部102保持包含支撐部件215和熱電電容器230的元件結(jié)構(gòu)體160。在通用的空腔部102上高密度地配置多個作為熱檢測元件的熱電電容器230時(即在形成熱檢測元件的陣列時)該結(jié)構(gòu)是有效的。但該結(jié)構(gòu)只是一個例子，本發(fā)明不限于此。如圖6所示的例子，也可以每一個熱檢測元件(熱電電容器)230形成一個空腔102，通過空腔部102周圍的包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體 100來支撐支撐部件(薄膜)215。另外，在圖I(A)中，熱電電容器230配置在支撐部件215的放置部210的中間區(qū)域，熱電電容器230具有俯視時大致正方形的形狀。另外，如圖I(A)所示，在使熱傳遞部件 260的連接部CN的橫寬為W0、熱電電容器230的橫寬(這里是橫寬最大的下部電極(第一電極)234的橫寬)為Wl、熱傳遞部件260的集熱部FL的橫寬為W2時，形成WO < Wl < W2 的關(guān)系。因此，俯視圖(從與基板10的表面垂直的方向看的俯視圖，更具體是從垂直上側(cè)的方向看的俯視圖)中的熱傳遞部件260的集熱部FL的面積大于連接部CN的面積。另外， 俯視圖中的熱傳遞部件260的集熱部FL的面積大于熱電電容器230的面積。另外,如圖I(A)所不,俯視時,第一光吸收層270和第二光吸收層272形成在支撐部件215上熱檢測元件即熱電電容器230的周圍。因此，在第一光吸收層270和第二光吸收層272的大范圍產(chǎn)生的熱被直接或經(jīng)由覆蓋大范圍的具有大面積的熱傳遞部件260間接地高效率地傳遞至熱電電容器230。即，在第一光吸收層270和第二光吸收層272的大范圍產(chǎn)生的熱從各個方向(即從四面八方)集中到熱電電容器230。此時，熱電電容器230俯視時位于大致正方形的熱傳遞部件260中間之下。因此，從各個方向經(jīng)由熱傳遞部件260集中來的熱經(jīng)由連接部CN被以最短的距離傳遞至熱電電容器230的上部電極(第二電極)236。 因此，多數(shù)熱可以從大范圍高效率地被集中，且將這些熱以最短的距離將損失限制在最小的方式傳遞至熱電電容器230的上部電極(第二電極)236。因此，可以進(jìn)一步提高熱式光檢測器200的光檢測靈敏度。另外，熱式光檢測器的響應(yīng)速度也進(jìn)一步提高。在本實施方式中，由于兩層光吸收膜270、272產(chǎn)生熱，因此吸收效率提高。并且， 可以通過第一光吸收層270直接將熱傳遞至熱檢測元件230。因此，與專利文獻(xiàn)I記載的紅外線檢測元件以及專利文獻(xiàn)2記載的紅外線固態(tài)成像元件相比，可以進(jìn)一步提高熱式光檢測器的檢測靈敏度。另外，在本實施方式中，熱檢測元件230與熱傳遞部件260連接。因此，響應(yīng)速度與專利文獻(xiàn)I記載的紅外線檢測元件一樣高。另外，在本實施方式中，由于熱傳遞部件260直接與熱檢測元件230連接，因此，與專利文獻(xiàn)2記載的紅外線固態(tài)成像元件相比，可以得到更高的響應(yīng)速度。
關(guān)于熱式光檢測器的動作等圖I(A)和圖I(B)所示的本實施方式涉及的熱式光檢測器(熱式光檢測器)200 如下所述地進(jìn)行動作。S卩，入射到熱式光檢測器200的光即在俯視圖中入射到支撐部件(薄膜)215的區(qū)域的入射光的一部分(例如紅外線)首先被第二光吸收層272吸收，其余的不被吸收地到達(dá)熱傳遞部件260。熱傳遞部件260對熱式光檢測器200具有檢測靈敏度的波段的光具有光透過性，例如對紅外線具有半透過性。在熱傳遞部件260上例如反射到達(dá)的光的一部分， 其余的透過熱傳遞部件260。透過了熱傳遞部件260的光的一部分被第一光吸收層270吸收，其余的光到達(dá)形成于支撐部件(薄膜)215上的光反射層235的表面、作為熱檢測元件的熱電電容器230以及支撐部件(薄膜)215的表面。向光反射層235入射的光大多(例如大部分)被其表面反射,被第一光吸收層270 和第二光吸收層272的至少一方吸收，從而在第一光吸收層270或第二光吸收層272產(chǎn)生熱。即，由于光反射層235的存在，可以減少入射的光通過支撐部件(薄膜)215向下方逸失，因此，可以將更多的入射光轉(zhuǎn)換成熱，實現(xiàn)光的有效利用。另外，在支撐部件(薄膜)215的表面反射的光也被第一光吸收層270和第二光吸收層272的至少一方吸收，從而由第一光吸收層或第二光吸收層產(chǎn)生熱。例如，第一光吸收層270由SiO2層構(gòu)成(折射率1· 45)，支撐部件(薄膜)215由SiN膜(折射率2. O)構(gòu)成的情況下，由于構(gòu)成支撐部件(薄膜)215的膜的折射率(即支撐部件215的折射率)大于第一光吸收層270的折射率，因此，到達(dá)支撐部件(薄膜)215的光幾乎全部被支撐部件(薄膜)215的表面反射。另外，作為支撐部件(薄膜)215的構(gòu)成要素，例如設(shè)置鈦(Ti)膜等金屬膜(優(yōu)選設(shè)置在光進(jìn)行反射的表面)以提高支撐部件(薄膜)215的表面(即未設(shè)置光反射層235 的表面)的光反射率也是有效的。被支撐部件(薄膜)215的表面反射的光被第一光吸收層270或第二光吸收層272吸收。在已入射的光示出上述動作的情況下，第一光吸收層270以及第二光吸收層272 上的熱的產(chǎn)生以及所產(chǎn)生的熱向熱檢測元件即熱電電容器230的傳導(dǎo)例如可以如下進(jìn)行。S卩，入射到熱式光檢測器200的光的一部分首先被第二光吸收層272吸收，在第二光吸收層272產(chǎn)生熱。另外，熱傳遞部件260反射的光被第二光吸收層272吸收，從而在第二光吸收層272產(chǎn)生熱。另外，透過(通過)了熱傳遞部件260的光的一部分被第一光吸收層270吸收并產(chǎn)生熱。其余的光到達(dá)作為熱式檢測元件的熱電電容器230、光反射層235的表面以及支撐部件(薄膜)215的表面。如上所述，光反射層235由光反射率高的材料(例如金屬材料)構(gòu)成，因此向光反射層的表面入射的光大多(例如大部分)被反射，該被反射的光被第一光吸收層270或第二光吸收層272吸收。因此，可以不浪費地利用已入射的光，轉(zhuǎn)換成熱。另外，由于光反射層235與作為熱檢測元件的熱電電容器230分離地形成，因此， 熱電電容器230上的熱不會經(jīng)由光反射層235逸失。另外，也不會發(fā)生熱電電容器230的寄生電容增大的問題。另外，到達(dá)支撐部件(薄膜)215表面的光的一部分也被反射，被第一光吸收層270或第二光吸收層272吸收，因此，在這點上也可以有效地利用入射光。并且，在第二光吸收層272上產(chǎn)生的熱通過熱傳遞部件260被高效率地傳導(dǎo)到熱檢測元件即熱電電容器230，另外，在第一光吸收層270上產(chǎn)生的熱直接或通過熱傳遞部件 260被高效率地傳導(dǎo)到熱電電容器230。S卩，熱傳遞部件260的集熱部大范圍地覆蓋在熱檢測元件230上，因此，第一光吸收層270和第二光吸收層272產(chǎn)生的熱無論在哪里產(chǎn)生大多可以高效率地傳遞至熱檢測元件。例如，即使是在遠(yuǎn)離熱檢測元件230的部位產(chǎn)生的熱，也可以經(jīng)由導(dǎo)熱率高的熱傳遞部件260高效率地傳遞至熱檢測元件即熱電電容器230。另外，由于熱傳遞部件260的集熱部FL與熱電電容器230是通過熱傳遞部件260 的連接部CN連接，因此經(jīng)由熱傳遞部件260的集熱部FL傳導(dǎo)的熱可以通過連接部CN直接向熱電電容器230傳導(dǎo)。另外，由于作為熱檢測元件的熱電電容器230位于熱傳遞部件260 之下(正下方)(俯視時設(shè)置在重疊的位置)，因此，可以最短地連接俯視圖中的熱傳遞部件 260的中間部和熱電電容器230。因此，可以減少熱傳遞造成的損失，另外，可以抑制專有面積增大。因此，根據(jù)圖I (A)和圖I (B)所述的熱式光檢測器(這里是熱電紅外線檢測器)， 可以將在兩層(多層)光吸收層270、272上的大范圍產(chǎn)生的熱高效率地傳遞至熱檢測元件即熱電電容器230，因此，可以大幅度地提高小型熱式光檢測器(熱電紅外線檢測器)的光檢測靈敏度。另外，由于縮短了熱傳遞所需要的時間，因此可以提高熱式光檢測器(熱電紅外線檢測器)的響應(yīng)速度。另外，在圖UA)和圖I(B)所述的熱式光檢測器(熱電紅外線檢測器)中，俯視時第一光吸收層270和第二光吸收層272形成在支撐部件215 (的放置部210)上的熱檢測元件即熱電電容器230的周圍。因此，在第一光吸收層270和第二光吸收層272的大范圍產(chǎn)生的熱被直接或經(jīng)由熱傳遞部件260間接地極高效率地傳遞至熱檢測元件即熱電電容器 230。因此，可以進(jìn)一步提高熱式光檢測器(熱電紅外線檢測器)的光檢測靈敏度。另外， 熱式光檢測器(熱電紅外線檢測器)的響應(yīng)速度也進(jìn)一步提高。另外，如上所述，在圖I(A)和圖I(B)所述的熱式光檢測器(熱電紅外線檢測器) 上，在形成于支撐部件215上的光反射層235的表面和第二光吸收層272的上表面之間構(gòu)成針對第一波長λ I的第一光諧振器，另外，在第二光吸收層272的下表面與第二光吸收層 272的上表面之間構(gòu)成針對與第一波長λ I不同的第二波長λ 2的第二光諧振器。即，通過調(diào)整第一光吸收層270和第二光吸收層272的膜厚構(gòu)成具有不同諧振波長的兩個光諧振器。如上所述,在光反射層235的表面反射的光被第一光吸收層270和第二光吸收層 272的至少一方吸收，此時，通過構(gòu)成第一光諧振器，可以提高各光吸收層上的有效吸收率。第一光諧振器例如可以形成所謂的λ /4光諧振器。即，在使第一波長為λ I時， 為了使光反射層235的表面與第二光吸收層272的上表面之間的距離Hl (如果不計光反射層的膜厚，則第I光吸收層270及第2光吸收層272的合計膜厚Hl)滿足η · ( λ 1/4) (η為 I以上的整數(shù))的關(guān)系，調(diào)整第一吸收層270和第二光吸收層272的膜厚。因此，已入射的波長λ I的光與光反射層235的表面反射的波長λ I的光因相互干涉而抵消，第一光吸收層270和第二光吸收層272的有效吸收率提高。
另外，由于光反射層235由光的反射率高的材料構(gòu)成,從而使向光反射層235入射的光大多向上方反射。從而容易產(chǎn)生光的諧振。另外，支撐部件(薄膜)215表面反射的光與入射光之間也不發(fā)生相互干涉，因此第一光諧振器上容易產(chǎn)生諧振。另外，如上所述，熱傳遞部件260反射的光被第二光吸收層272吸收，此時，由于構(gòu)成第二光諧振器，可以提高第二光吸收層272上的有效吸收率。第二光諧振器例如可以形成λ /4光諧振器。S卩，在使第二波長為λ 2時，通過將第二光吸收層272的下表面與第二光吸收層 272的上表面之間的距離(即，第二光吸收層的膜厚)設(shè)定成η · (λ 2/4)，可以構(gòu)成第二光諧振器。因此，已入射的波長λ 2的光與在第二光吸收層的下表面(第一光吸收層270與第二光吸收層272的界面)反射的波長λ 2的光因相互干涉而抵消，可以提高第二光吸收層的有效吸收率。另外，通過構(gòu)成兩個光諧振器，從而對兩個不同的波長產(chǎn)生諧振峰，因此這些諧振峰被合成一個，擴(kuò)大了熱式光檢測器具有檢測靈敏度的波段。即，可以擴(kuò)大熱式光檢測器可檢測出的光的波段(波長寬度)。關(guān)于熱傳遞部件的優(yōu)選例子以下就熱傳遞部件(導(dǎo)熱層)的優(yōu)選例子進(jìn)行說明。如上所述，本實施方式的熱式光檢測器200采用的是通過第一光吸收層270和第二光吸收層272夾持熱傳遞部件260 的集熱部FL的結(jié)構(gòu)，且為了也可以收集在遠(yuǎn)離熱檢測元件即熱電電容器230的位置產(chǎn)生的熱，因此優(yōu)選熱傳遞部件260的集熱部FL在俯視圖中具有大的面積。這種情況下，為了使第一光吸收層270和第二光吸收層272雙方都吸收從熱式光檢測器200的上方入射的光， 優(yōu)選由具有使所需波段中的至少一部分波長區(qū)域的光透過的光透過性的材料構(gòu)成熱傳遞部件260。S卩，熱傳遞部件260優(yōu)選由具有良好的導(dǎo)熱性和光透過性的材料構(gòu)成。熱傳遞部件260例如可以由氮化鋁(AlN)或氧化鋁(AlOx)等構(gòu)成。氧化鋁也稱為礬土，例如可以使用 Al2O3O圖2㈧和圖2⑶是表示礬土板在遠(yuǎn)紅外線波長區(qū)域上的分光特性(光反射性和光透過特性)的一個例子的圖以及表示構(gòu)成兩個光諧振器的情況下的熱式光檢測器的檢測靈敏度的一個例子的圖。另外，關(guān)于遠(yuǎn)紅外線的波長區(qū)域雖然并沒有很嚴(yán)格的定義，但遠(yuǎn)紅外線的波長區(qū)域一般為4μπι ΙΟΟΟμπι左右。物體必然放出紅外線，溫度越高的物體放射的紅外線越強(qiáng)。另外，放射峰的波長與溫度成反比，例如室溫為20°C的物體放射的紅外線的峰的波長為
10μ m左右。圖2 (A)表示礬土板在4 μ m 24 μ m的波長區(qū)域的反射率和透過率。橫軸是波長 (μ m)，縱軸是相對強(qiáng)度(任意波形單位a.u.)。在圖2中，表示透過率的特性線Ql用點劃線表示，表示反射率的特性線Q2用實線表示，表示透過率和反射率相加結(jié)果的特性線Q3用虛線表示。如圖2(A)所示，反射率根據(jù)波長不同而發(fā)生很大的變化。而在6μπι以上的波長區(qū)域透過率幾乎接近零。
這里關(guān)注對波長4μπι的光的透過率和反射率。透過率為O. 2(即20% )，反射率為O. 5(即50%)。另外，關(guān)注對波長12 μ m的光的透過率和反射率。透過率幾乎為0(即 0% )，反射率為O. 43(43% )左右。如果考慮這樣的分光特性，例如可將上述的第一波長λ I設(shè)定成4 μ m，將第二波長λ 2設(shè)定成12 μ m。這種情況下，第一光吸收膜270的膜厚例如為3μπι即可，另外，第二光吸收膜272的膜厚例如為I μ m即可。如果將圖2(A)所示的具有分光特性的礬土作為熱傳遞部件260的材料使用，則入射光所含有的波長為第一波長λ 1( = 4μπι)的光的50%左右被由礬土構(gòu)成的熱傳遞部件 260反射，另外，入射光所含有的波長為第一波長λ 1( = 4μπι)的光的20%左右透過熱傳遞部件260。透過熱傳遞部件260后的波長λ I的光到達(dá)支撐部件(薄膜)215，在其表面反射后重新向第二光吸收層272上升，該上升的光的一部分在第二光吸收層272的上表面(大氣與第一光吸收層272的界面)反射后再次朝向下方。通過這樣可以在第一光諧振器上產(chǎn)生波長λ I上的諧振。另外，入射光所含有的波長λ 2( = 12μπι)的光的43%左右在熱傳遞部件260上反射(幾乎不產(chǎn)生透射光)，反射后的光在第二光吸收層272內(nèi)上升，該上升的光的一部分在第二光吸收層272的上表面(大氣與第二光吸收層272的界面)反射后再次朝向下方。 通過這樣，可以在第二光諧振器上產(chǎn)生波長λ 2上的諧振。如上所述，通過產(chǎn)生光諧振，可以提高第一光吸收層270和第二光吸收層272中的光的有效吸收率。另外，如圖2(B)所示，可以擴(kuò)大熱式光檢測器具有檢測靈敏度的波段。圖2(B)是表示構(gòu)成兩個光諧振器的情況下的熱式光檢測器的檢測靈敏度的一個例子。在圖2(B)所示的例子中，第一光諧振器產(chǎn)生的諧振峰Pl出現(xiàn)在波長λ I (例如λ I = 4μπι)，第二光諧振器產(chǎn)生的諧振峰Ρ2出現(xiàn)在波長λ2(例如λ2 = 12μπι)。合成這些峰特性使熱式光檢測器200的檢測靈敏度Ρ3擴(kuò)大。即，實現(xiàn)在寬的波長區(qū)域具有檢測靈敏度的熱式光檢測器 200。另外，熱傳遞部件260的材料使用氮化鋁(AlN)的情況下也可以得到相同的效果。根據(jù)本實施方式的熱式光檢測器，可以將在遠(yuǎn)離熱檢測元件的地方產(chǎn)生的熱經(jīng)由熱傳遞部件(導(dǎo)熱層)260的集熱部FL高速且高效率地收集到熱檢測元件即熱電電容器 230。另外，通過利用光的波長的相互干涉(利用光的諧振)，可以提高第一光吸收層270和第二光吸收層272上的光的有效吸收效率，另外，可以擴(kuò)大熱式光檢測器具有檢測靈敏度的波段。熱式光檢測器的制造方法以下參考圖3至圖5就熱式光檢測器的制造方法進(jìn)行說明。首先，參考圖3(A)至圖3(E)。圖3(A)至圖3(E)是表示熱式光檢測器的制造方法中的到形成第一光吸收層為止的主要步驟。在圖3(A)所示的步驟中，準(zhǔn)備硅基板(也可以具有晶體管等元件)，在該硅基板 10上形成含有絕緣層的結(jié)構(gòu)體(例如多層配線結(jié)構(gòu)體)100。在包括絕緣層的結(jié)構(gòu)體100 上形成蝕刻擋膜130a，另外，還形成犧牲層(例如SiO2層)101。在圖3(B)的步驟中，在犧牲層101上形成蝕刻擋膜130b。然后，形成作為支撐部件(薄膜)215的厚膜(例如由三層層壓膜構(gòu)成的厚膜)。在圖3(C)的步驟中，在支撐部件(薄膜)215上層壓形成下部電極(第一電極)234、熱電材料層(PZT層)232以及上部電極(第二電極)236，形成作為熱檢測元件的熱電電容器230。另外，在熱電電容器230的周圍區(qū)域的至少一部分(優(yōu)選周圍區(qū)域)上形成與熱電電容器230分離的光反射層235。光反射層235與作為熱檢測兀件的熱電電容器 230分離，形成在支撐部件215上的熱檢測元件的至少一部分周圍區(qū)域。例如可以由與熱電電容器230的構(gòu)成要素即下部電極(第一電極)234相同的材料(例如銥(Ir)、銥氧化物(IrOx)以及鉬(Pt)的三層結(jié)構(gòu))構(gòu)成。這種情況下，在支撐部件215的放置部210上形成以金屬為主要成分的通用的材料，通過圖案化，可以同時形成下部電極(第一電極)234和光反射層235。熱電電容器230的形成方法例如可以使用原子層化學(xué)氣相沉積法。然后以覆蓋熱電電容器230的方式形成絕緣層250。絕緣層250例如可以通過CVD方法形成。然后，將絕緣層250圖案化。在圖3(E)的步驟中，在覆蓋熱電電容器230的絕緣層250上形成第一連接孔252， 然后堆積金屬材料層，之后通過將該金屬材料層圖案化，從而形成與上部電極(第二電極)236連接的電極(和配線)226。另外，在圖3(E)的步驟中也一并形成與下部電極(第一電極)連接的電極和配線(未圖示)。在圖3(E)的步驟中，通過CVD方法形成第一光吸收層(SiO2層等)270。然后通過例如CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)使其表面平坦。圖4(A)至圖4(C)是表示熱式光檢測器的制造方法中的、到將第一光吸收層和第二光吸收層圖案化為止的主要步驟圖。在圖4(A)的步驟中，在第一光吸收層270上形成第二連接孔254。然后堆積氧化鋁(礬土 A10X)或氮化鋁(AlN)等具有高導(dǎo)熱率和光透過性的材料并進(jìn)行圖案化，從而形成熱傳遞部件(導(dǎo)熱層)260。熱傳遞部件260具有集熱部FL 和連接部CN。在第二連接孔254內(nèi)填充帆土等材料。通過填充了帆土等材料的部分238構(gòu)成連接部CN。相互平行地配置熱傳遞部件260的集熱部FL和連接部CN。在圖4(B)的步驟中，在第一光吸收層270上堆積了成為第二光吸收層的材料層 (SiO2層等)之后進(jìn)行圖案化。從而形成第二光吸收層272。在圖4(C)的步驟中將第一光吸收層270圖案化。圖5(A)和圖5(B)是表示熱式光檢測器的制造方法中的、到完成熱式光檢測器為止的主要步驟圖。在圖5(A)的步驟中，將支撐部件(薄膜)215圖案化。從而形成放置部 210、第一臂部212a和第二臂部212b。在圖5(A)中，通過圖案化除去的部分(開口部)使用參考符號OP。在圖5(B)的步驟中，例如通過濕蝕刻選擇性地除去犧牲層101。從而形成空腔部 (熱分離空腔部)102。支撐部件215的放置部210通過空腔部102與基部(包括基板10、 含有絕緣層的結(jié)構(gòu)體100以及蝕刻擋膜130a)分離。因此，可以抑制經(jīng)由支撐部件215的散熱。通過這樣完成熱式光檢測器。第二實施方式圖6是表示熱式光檢測器的其他例子的圖。在圖6所示的熱式光檢測器200上， 在每一個熱檢測元件上形成空腔部102，支撐部件(薄膜)215被空腔部102周圍的結(jié)構(gòu)體(一部分基部)支撐。另外，在俯視圖中，在基板的與熱檢測元件重疊的區(qū)域形成了電路構(gòu)成要素(這里是MOS晶體管)，該MOS晶體管經(jīng)由多層配線與熱檢測元件即熱電電容器230 連接。另外，在圖6的例子中，熱傳遞部件260也作為配線使用。S卩，在基板(硅基板)10上形成源極層(S)和漏極(D)層，另外，在基板10上形成柵極絕緣膜INS和柵電極(例如多晶硅柵極)G，通過這些形成電路結(jié)構(gòu)要素即MOS晶體管。在基板10上形成包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體100。通過基板10和含有絕緣層的結(jié)構(gòu)體 100構(gòu)成基部(基座部)。含有絕緣層的結(jié)構(gòu)體100由多層結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，更具體是由多層配線結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。 多層配線結(jié)構(gòu)體包括第一絕緣層100a、第二絕緣層100b、第三絕緣層100c、第一接觸插塞 CP1、第一層配線Ml、第二接觸插塞CP2、第二層配線M2以及第三接觸插塞CP3。通過選擇性地除去第三絕緣層IOOc的一部分從而形成空腔部(熱分離空腔部)102。在支撐部件(薄膜)215的放置部210上形成作為熱檢測元件的熱電電容器230。 另外，熱傳遞部件260被第一光吸收層270和第二光吸收層272夾持而形成。由支撐部件(薄膜)215、熱電電容器230、第一光吸收層270、第二光吸收層272、 熱傳遞部件260、第四接觸插塞CP4、第三層配線M3以及第五接觸插塞CP5構(gòu)成元件結(jié)構(gòu)體 160。如上所述，熱傳遞部件260兼作為將熱檢測元件即熱電電容器230與其他元件(這里是形成在基板10上的CMOS晶體管)連接的一部分配線。S卩，熱傳遞部件260如上所述例如可以由AlN或AlOx等金屬化合物構(gòu)成，由于以金屬為主要成分的材料導(dǎo)電性也好，因此熱傳遞部件260也可以作為將熱檢測元件與其他元件連接的配線(包括一部分配線)使用。通過將熱傳遞部件260用作配線，無需另外設(shè)置配線，可以簡化制造步驟。第三實施方式圖7是表示熱式光檢測裝置(熱式光檢測陣列)的一個電路結(jié)構(gòu)例子的電路圖。 在圖7的例子中，二維地配置多個光檢測單元(cell)(即熱式光檢測器200a 200d等)。 為了從多個光檢測元件(即熱式光檢測器200a 200d等)中選擇一個光檢測單元而設(shè)置有掃描線(Wla、Wlb等)和數(shù)據(jù)線(Dla、Dlb等)。作為第一光檢測單兀的熱式光檢測器200a具有作為熱式光檢測兀件5的壓電電容器ZC和元件選擇晶體管Mia。壓電電容器ZC的兩極的電位關(guān)系可以通過切換施加到 TOrl的電位而進(jìn)行反轉(zhuǎn)(通過該電位反轉(zhuǎn)，無需設(shè)置機(jī)械斬波器)。其他光檢測單元也是相同的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)線Dla的電位可以通過接通復(fù)位晶體管M2進(jìn)行初始化。在讀出檢測信號時， 接通讀出晶體管M3。熱電效果產(chǎn)生的電流通過I/V轉(zhuǎn)換電路510轉(zhuǎn)換成電壓，通過放大器 600放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器700轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在本實施方式中，可以實現(xiàn)將多個熱式光檢測器二維配置(例如沿著直交的兩個軸(X軸和Y軸)的每一個配置成陣列)的熱式光檢測裝置(熱式光學(xué)傳感器陣列)。第四實施方式圖8是表示電子儀器的結(jié)構(gòu)的一個例子。電子儀器例如可以是紅外線傳感設(shè)備置、溫度記錄器、車載用夜間攝像機(jī)或監(jiān)控攝像機(jī)等。如圖8所示，電子儀器具有光學(xué)系統(tǒng)400、傳感設(shè)備410(相當(dāng)于上述實施方式中的熱式光檢測器200)、圖像處理部420、處理部430、存儲部440、操作部450以及顯示部460。 但本實施方式的電子儀器不限于圖8的結(jié)構(gòu)，也可以省略其組成元件的一部分(例如光學(xué)系統(tǒng)、操作部、顯示部等)或添加其他構(gòu)成要素等進(jìn)行各種變形。光學(xué)系統(tǒng)400例如包括I個或多個透鏡和驅(qū)動這些透鏡的驅(qū)動部等。并且向傳感設(shè)備410進(jìn)行物體圖像的成像等。另外根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)焦。傳感設(shè)備410通過二維地排列上述本實施方式的光檢測元件而構(gòu)成，設(shè)置有多條行線(掃描線(或字線))和多條列線(數(shù)據(jù)線)。傳感設(shè)備410除了二維排列的光檢測器之外，還可以包括行選擇電路(行驅(qū)動器)和通過列線讀取來自光檢測器的數(shù)據(jù)的讀取電路以及A/D轉(zhuǎn)換部等。通過依次讀取來自二維排列的各光檢測器的數(shù)據(jù)，從而可進(jìn)行物體圖像的成像處理。圖像處理部420基于來自傳感設(shè)備410的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)(圖像數(shù)據(jù))進(jìn)行圖像校正處理等各種圖像處理。圖像處理部420相當(dāng)于對傳感設(shè)備410 (熱式光檢測器200)的輸出進(jìn)行處理的控制部。處理部430進(jìn)行整個電子儀器的控制和電子儀器內(nèi)的各模塊的控制。該處理部430例如通過CPU等實現(xiàn)。存儲部440存儲各種信息，例如發(fā)揮處理部430 或圖像處理部420的工作區(qū)域的作用。操作部450作為用于用戶操作電子儀器的界面，例如由各種按鈕或GUI (圖形用戶界面)畫面等實現(xiàn)。顯示部460例如顯示通過傳感設(shè)備410獲取的圖像或⑶I頁面等，通過液晶顯示器或有機(jī)EL顯示器等各種顯示器實現(xiàn)。這樣，可以通過除了將一個單元量的熱式光檢測器用作紅外線傳感器等傳感器以外將一個單元量的熱式光檢測器二維地配置在直交的兩個軸方向來構(gòu)成傳感設(shè)備(熱式光檢測裝置)410，從而可以提供熱(光)分布圖像。利用該傳感設(shè)備410可以構(gòu)成溫度記錄器、車載用夜間觀察攝像機(jī)或監(jiān)控攝像機(jī)(camera)等電子儀器。如上所述，本發(fā)明涉及的熱式光檢測器的光的檢測靈敏度高。因此，安裝了該熱式光檢測器的電子儀器的性能增強(qiáng)。圖9是電子儀器的結(jié)構(gòu)的其他例子。圖9的電子儀器800具有安裝了熱式光檢測器200和加速度檢測元件503的傳感器單元600。傳感器單元600上還可以安裝陀螺儀傳感器等?？梢岳脗鞲衅鲉卧?00測定不同種類的物理量。從傳感器單元600輸出的各檢測信號通過CPU 700進(jìn)行處理。CPU 700相當(dāng)于處理熱式光檢測器200的輸出的控制部。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方式，可以明顯提高熱式光檢測器的檢測靈敏度。以上就幾個實施方式進(jìn)行了說明，但實質(zhì)上在不偏離本發(fā)明的新事項和效果的情況下可以進(jìn)行各種變形，本領(lǐng)域技術(shù)人員對此容易理解。因此，這些變形例都屬于本發(fā)明的范圍。例如，在說明書或附圖中，至少一次與更廣義或同義的不同術(shù)語一起記載的術(shù)語在說明書或附圖的任何地方都可以置換成該不同術(shù)語。另外，在上述實施方式中，作為熱檢測元件，使用了熱電電容器，也可以使用熱電堆元件或輻射熱計元件代替熱電電容器。符號說明10基板(例如硅基板)、100包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體(例如至少含一層的層間絕緣層的多層結(jié)構(gòu)體)、
102空腔部(熱分離空腔部)、104a、104b第一支柱和第二支柱、130a 130d蝕刻擋膜、200熱式光檢測器、210支撐部件的放置部、212(212a、212b)支撐部件的臂部(第一臂部、第二臂部)、215支撐部件(薄膜)、229a、229b配線(形成在臂部的配線)、226電極(配線)、228構(gòu)成熱傳遞部件的材料的填充到第二連接孔的部分、230作為熱檢測元件的熱電電容器、232熱電材料層(PZT層等)、232a、232b臂部的端部、234下部電極(第一電極)、235光反射層、236上部電極(第二電極)、250絕緣層、252 254第一連接孔和第二連接孔、260熱傳遞部件、270第一光吸收層、272第二光吸收層、FL熱傳遞部件的集熱部、CN熱傳遞部件的連接部
權(quán)利要求
1.一種熱式光檢測器，其特征在于，具有基板；支撐部件，經(jīng)由空腔部支撐在所述基板上；熱檢測元件，形成在所述支撐部件上；光反射層，與所述熱檢測元件分離，形成在所述支撐部件上的所述熱檢測元件的周圍區(qū)域的至少一部分處；光吸收層，形成在所述熱檢測元件和所述光反射層上；以及熱傳遞部件，所述熱傳遞部件具備集熱部，所述集熱部通過連接部與所述熱檢測元件連接，俯視時具有比所述連接部大的面積，并至少對一部分波長區(qū)域的光具有光透過性且形成在所述光吸收層的內(nèi)部的集熱部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱式光檢測器，其特征在于，所述光吸收層在所述支撐部件上形成在所述熱檢測元件的周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱式光檢測器，其特征在于，所述光吸收層具有第一光吸收層，在所述熱傳遞部件與所述光反射層之間與所述熱傳遞部件接觸地形成；以及第二光吸收層，在所述熱傳遞部件上與所述熱傳遞部件接觸地形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的熱式光檢測器，其特征在于，在所述光反射層的表面與所述第二光吸收層的上表面之間構(gòu)成針對第一波長的第一光諧振器，在所述第二光吸收層的下表面與所述第二光吸收層的上表面之間構(gòu)成針對與所述第一波長不同的第二波長的第二光諧振器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的熱式光檢測器，其特征在于，所述熱傳遞部件兼作為將所述熱檢測元件與其他元件連接的配線。
6.一種熱式光檢測裝置，其特征在于，二維地配置有多個權(quán)利要求I至5中任一項所述的熱式光檢測器。
7.一種電子儀器，其特征在于，具有權(quán)利要求I至5中任一項所述的熱式光檢測器和處理所述熱式光檢測器的輸出的控制部。
8.一種熱式光檢測器的制造方法，其特征在于，包括以下步驟在基板的主面上形成包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體；在支撐部件上形成熱檢測元件，并與所述熱檢測元件分離地在所述支撐體上的所述熱檢測元件的周圍區(qū)域的至少一部分上形成光反射層；以覆蓋所述熱檢測元件和所述光反射層的方式形成第一光吸收層，使所述第一光吸收層平坦化；在所述第一光吸收層的一部分上形成接觸孔后，形成具有導(dǎo)熱性和至少對一部分波長區(qū)域的光具有光透過性的材料層，通過圖案化所述材料層，從而形成具備與所述熱檢測元件連接的連接部和俯視時具有比所述連接部大的面積的集熱部的熱傳遞部件；在所述第一光吸收層上形成第二光吸收層；圖案化所述第一光吸收層和所述第二光吸收層；圖案化所述支撐部件；以及通過蝕刻除去所述犧牲層，在形成在所述基板的主面上的包含絕緣層的結(jié)構(gòu)體與所述支撐部件之間形成空腔部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱式光檢測器及其制造方法、熱式光檢測裝置、電子儀器。該熱式光檢測器的特征在于具有基板；支撐部件，經(jīng)由空腔部支撐在基板上；熱檢測元件，形成在支撐部件上；光反射層，與熱檢測元件分離，形成在支撐部件上的熱檢測元件的周圍區(qū)域的至少一部分處；光吸收層，形成在熱檢測元件和光反射層上；以及熱傳遞部件，所述熱傳遞部件具備集熱部，所述集熱部通過連接部與熱檢測元件連接，俯視時具有比連接部大的面積，并至少對一部分波長區(qū)域的光具有光透過性且具有形成在光吸收層的內(nèi)部的集熱部。
文檔編號G01J5/20GK102589712SQ201110436400
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者土屋泰 申請人:精工愛普生株式會社