センサ装置
【課題】電極が本来意図していない方向に湾曲することに起因して、感度がばらつくのを抑制することが可能なセンサ装置を提供する。
【解決手段】このサーモセンサ１００（センサ装置）は、熱膨張率の異なる複数の層を有し、一方端側が絶縁膜２３に支持されているカンチレバー電極２４と、カンチレバー電極２４に対向するように配置される下部電極２２とを含み、カンチレバー電極２４から延びる方向であるＸ方向と交差するＹ方向を軸にして、カンチレバー電極２４が下部電極２２と離間する方向に湾曲することによって熱を測定することにより電子を供給する電荷供給部２８を備え、カンチレバー電極２４の表面上には、カンチレバー電極２４がＹ方向とは異なる方向を軸にして湾曲するのを抑制するための湾曲抑制部材２７が設けられている。
【解決手段】このサーモセンサ１００（センサ装置）は、熱膨張率の異なる複数の層を有し、一方端側が絶縁膜２３に支持されているカンチレバー電極２４と、カンチレバー電極２４に対向するように配置される下部電極２２とを含み、カンチレバー電極２４から延びる方向であるＸ方向と交差するＹ方向を軸にして、カンチレバー電極２４が下部電極２２と離間する方向に湾曲することによって熱を測定することにより電子を供給する電荷供給部２８を備え、カンチレバー電極２４の表面上には、カンチレバー電極２４がＹ方向とは異なる方向を軸にして湾曲するのを抑制するための湾曲抑制部材２７が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置に関し、特に、一対の電極を備えるセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の電極を備えるセンサ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、線膨張係数（熱膨張率）の異なる２種類の金属電極が積層された板状電極と、板状電極と対向するように配置される対向電極と、板状電極を支持する支持部とを備える赤外線センサ（センサ装置）が開示されている。上記特許文献１に開示されたセンサ装置では、板状電極が熱（赤外線）を検知した場合、板状電極の２種類の金属電極の線膨張係数が異なることにより、板状電極が支持部から延びる方向と交差する方向を軸にして、かつ、対向電極から離れる方向に湾曲する。これにより、板状電極と対向電極との間の静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を検知することにより、熱が検知される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２２９９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された赤外線センサでは、板状電極が対向電極から離れる方向に湾曲するのとは別に、たとえば板状電極が支持部から延びる方向を軸にして、本来意図していない方向に湾曲する（反る）場合があると考えられる。このため、赤外線センサが複数の板状電極を有する場合には、板状電極毎に本来意図していない方向への湾曲量が異なって、板状電極毎の感度が異なる場合があるという不都合がある。また、赤外線センサが１つの板状電極を有する場合でも、赤外線センサ毎の板状電極の本来意図していない方向への湾曲量が異なって、赤外線センサ毎の感度が異なる場合があるという不都合がある。このように、電極が本来意図していない方向に湾曲することに起因して、感度がばらつくという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電極が本来意図していない方向に湾曲することに起因して、感度がばらつくのを抑制することが可能なセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるセンサ装置は、熱膨張率の異なる複数の層を有し、一方端側が支持部に支持されている第１電極と、第１電極に対向するように配置される第２電極とを含み、第１電極が支持部から延びる方向である第１の方向と交差する第２の方向を軸にして、第１電極が第２電極と離間する方向に湾曲することによって測定対象を測定することにより信号電荷を供給する電荷供給部を備え、第１電極の表面上には、第１電極が第２の方向とは異なる方向を軸にして湾曲するのを抑制するための湾曲抑制部材が設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成により、電極が本来意図していない方向に湾曲することに起因して、感度がばらつくのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態によるサーモセンサの平面図である。
【図２】図１の２００−２００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるサーモセンサのカンチレバー電極の平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるサーモセンサのカンチレバー電極が湾曲した状態を示す図である。
【図５】比較例によるサーモセンサのカンチレバー電極の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態によるカンチレバー電極の下部電極側への湾曲について行ったシミュレーションの結果を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるカンチレバー電極の静電容量の温度変化について行ったシミュレーションの結果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるサーモセンサのカンチレバー電極の平面図である。
【図９】図８の３００−３００線に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるカンチレバー電極の平面図である。
【図１１】図１０の４００−４００線に沿った断面図である。
【図１２】本発明の第１〜第３実施形態の第１変形例によるカンチレバー電極の平面図である。
【図１３】本発明の第１〜第３実施形態の第２変形例によるカンチレバー電極の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による熱（赤外線）を検知するサーモセンサ１００の構成について説明する。なお、第１実施形態では、本発明のセンサ装置をサーモセンサ１００に適用した例について説明する。
【００１２】
図１に示すように、サーモセンサ１００は、マトリクス状（行列状）に配置された複数のサーモセンサ部１を備えている。また、サーモセンサ１００は、静電容量の変化を測定するための読出し用のトランジスタおよび蓄積した電荷を逃がすためのリセット用のトランジスタを少なくとも有している。たとえば、図２に示すように、サーモセンサ部１では、ｎ型シリコン基板２の表面上に形成されたｐ型ウェル領域３の表面に、各サーモセンサ部１をそれぞれ分離するための素子分離領域４が形成されている。また、ｐ型ウェル領域３の表面には、素子分離領域４に隣接するように、ｎ型の不純物領域からなるｎ型ウェル領域５が形成されている。ｎ型ウェル領域５の表面の後述する接続配線１１と接触する領域には、ｎ型ウェル領域５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ＋拡散層６が形成されている。ｎ＋拡散層６は、ｎ型ウェル領域５と接続配線１１とのコンタクト抵抗を小さくする機能を有する。
【００１３】
ｎ型ウェル領域５の表面には、ｎ＋拡散層６の周囲を取り囲むように、ｐ＋拡散層７が形成されている。ｐ＋拡散層７は、ｎ型シリコン基板２の表面近傍の界面準位において発生した暗電流（ノイズ）を捕獲して、暗電流の発生を抑制する機能を有する。また、ｐ型ウェル領域３の表面には、ｎ型ウェル領域５と所定の間隔を隔ててｎ型不純物領域８が形成されている。
【００１４】
ｎ型シリコン基板２の表面上には、ｎ型シリコン基板２の表面を熱酸化することにより形成されたシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）からなる絶縁膜９が形成されている。絶縁膜９の表面上のｎ型ウェル領域５とｎ型不純物領域８との間に対応する領域には、転送ゲート電極１０が形成されている。そして、ｎ型ウェル領域５、ｎ型不純物領域８および転送ゲート電極１０により、読出し用のｎチャネルトランジスタが形成されている。なお、図示しないリセット用のトランジスタもｎチャネルトランジスタにより形成されている。
【００１５】
ｎ＋拡散層６の表面上には、金属層からなる接続配線１１が形成されている。また、絶縁膜９の表面上には、絶縁膜１２を介して３層の配線層１３が形成されている。また、配線層１３の表面上には、絶縁膜１２を介して金属層からなる遮光層１４が形成されている。
【００１６】
また、遮光層１４（ｎ型シリコン基板２）の表面上の全面を覆うように、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などからなる絶縁膜１５が形成されている。なお、接続配線１１は、絶縁膜１２および絶縁膜１５にそれぞれ設けられるコンタクトホール１２ａおよび１５ａを介して、絶縁膜１５の表面に露出するように形成されている。また、絶縁膜１５の表面上には、接続配線１１と接続するようにパッド層２１が形成されている。また、絶縁膜１５の表面上には、後述する上部電極２５と対向するように、パッド層２１と同一の層からなる下部電極２２が形成されている。なお、パッド層２１と下部電極２２とは、ニッケル（Ｎｉ）などの金属からなる。また、下部電極２２には、電圧が印加されるように構成されている。なお、下部電極２２は、本発明の「第２電極」の一例である。
【００１７】
また、絶縁膜１５およびパッド層２１の表面上には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などからなる絶縁膜２３が形成されている。絶縁膜２３は、約５００ｎｍ（約０．５μｍ）以上約２μｍ以下の厚みを有する。なお、絶縁膜２３は、本発明の「支持部」の一例である。また、絶縁膜２３に形成されるコンタクトホール２３ａを介して、パッド層２１と接続するように、カンチレバー電極２４が形成されている。なお、カンチレバー電極２４は、本発明の「第１電極」の一例である。カンチレバー電極２４は、Ｎｉなどの金属からなる上部電極２５と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などからなる絶縁膜２６とが積層された熱膨張率の異なる２つの層から構成されている。なお、絶縁膜２６の熱膨張率は、上部電極２５の熱膨張率よりも小さい。また、ＳｉＮなどからなる絶縁膜２６は、赤外線を吸収する機能を有する。これにより、外部の熱が絶縁膜２６を介して上部電極２５に伝達されやすくなる。なお、カンチレバー電極２４と下部電極２２とによって、電荷供給部２８が構成されている。
【００１８】
図３に示すように、カンチレバー電極２４は、平面的に見て、ｎ型シリコン基板２の表面に沿った水平方向（Ｘ方向）に延びるように形成される一対の湾曲部２４１と、一対の湾曲部２４１に挟まれるように配置され、平面的に見て略矩形形状を有する受光部２４２とを有する。なお、受光部２４２は、本発明の「センサ部」の一例である。なお、図１および図２に示すように、湾曲部２４１は、隣接する２つのサーモセンサ部１の一方の上方に配置されるとともに、受光部２４２は、他方の上方に配置されている。
【００１９】
また、図２に示すように、湾曲部２４１の上部電極２５の厚みｔ１は、約５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。また、湾曲部２４１の絶縁膜２６の厚みｔ２は、約３０ｎｍ以上約７０ｎｍ以下である。そして、図４に示すように、湾曲部２４１の温度が上昇することにより、湾曲部２４１が絶縁膜２３から延びる方向であるＸ方向に直交する水平面内のＹ方向を軸にして、湾曲部２４１が下部電極２２と離間する方向（矢印Ｚ１方向）に湾曲するように構成されている。なお、Ｘ方向は、本発明の「第１の方向」の一例であるとともに、Ｙ方向は、本発明の「第２の方向」の一例である。
【００２０】
また、図２に示すように、受光部２４２の上部電極２５の厚みｔ３は、湾曲部２４１と同様に約５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。ここで、第１実施形態では、受光部２４２の上部電極２５の表面上には、受光部２４２の絶縁膜２６の厚みｔ４を、湾曲部２４１の絶縁膜２６の厚みｔ２よりも大きい約１μｍにすることにより形成された湾曲抑制部材２７が設けられている。湾曲抑制部材２７は、Ｘ方向（上部電極２５が絶縁膜２３から延びる方向）を軸（直線Ａ：図３参照）にして、受光部２４２が本来意図していない方向（たとえばＺ方向）に湾曲するのを抑制する機能を有する。また、図３に示すように、湾曲抑制部材２７は、平面的に見て、受光部２４２の略全域にわたって形成されている。つまり、湾曲抑制部材２７は、受光部２４２のＹ方向に沿った方向の一方端側（矢印Ｙ１方向側）から他方端側（矢印Ｙ２方向側）にわたって形成されている。
【００２１】
また、図３に示すように、受光部２４２の上部電極２５には、スリット２５ａがＸ方向に延びるように、かつ、複数設けられている。また、受光部２４２の湾曲抑制部材２７（絶縁膜２６）にも、上部電極２５のスリット２５ａに対応する領域にスリット２７ａが設けられている。つまり、受光部２４２には、スリット２５ａおよびスリット２７ａからなる貫通孔が形成されている。
【００２２】
次に、図２および図４を参照して、サーモセンサ部１が熱を検知する動作について説明する。
【００２３】
まず、図２に示す状態において、上部電極２５と下部電極２２との間に、所定の電位差を生じさせる。たとえば、上部電極２５と下部電極２２との間に、約３Ｖの電位差を生じさせる。その結果、上部電極２５には、約３Ｖの電位差に対応する電子が蓄積される。
【００２４】
次に、カンチレバー電極２４が熱を検知する。これにより、カンチレバー電極２４の温度が上昇した場合、図４に示すように、上部電極２５と絶縁膜２６との熱膨張率が異なることに起因して、カンチレバー電極２４が上方（矢印Ｚ１方向）に向かって徐々に湾曲する。その結果、上部電極２５と下部電極２２との間の静電容量が減少する。これにより、上部電極２５に蓄積される電子の量が減少し、余剰となった電子が、上部電極２５から、接続配線１１、ｎ＋拡散層６を介してｎ型ウェル領域５に供給される。そして、転送ゲート電極１０をオン状態にして、ｎ型ウェル領域５に蓄積された電子をｎ型不純物領域８に読み出して、電流値として検出することにより、熱を検知する。
【００２５】
次に、図５〜図７を参照して、受光部２４２の本来意図していない方向への湾曲について行ったシミュレーションについて説明する。
【００２６】
まず、比較例による電荷供給部１２８のカンチレバー電極１２４の構成について説明する。カンチレバー電極１２４は、図５に示すように、上記第１実施形態のカンチレバー電極２４と同様に、Ｎｉなどの金属からなる上部電極２５と、ＳｉＮなどからなる絶縁膜１２６とが積層された熱膨張率の異なる２つの層から構成されている。一方、カンチレバー電極１２４は、上記受光部２４２の表面上に湾曲抑制部材２７が形成されていた第１実施形態と異なり、湾曲抑制部材２７は形成されていない。つまり、湾曲部１４１の絶縁膜１２６の厚みｔ２と、受光部１４２の絶縁膜１２６の厚みｔ５とは等しい。
【００２７】
図６を参照して、第１実施形態によるカンチレバー電極２４の温度を２５℃にした場合についての受光部２４２の先端部２４２ａの湾曲について行ったシミュレーションの結果について説明する。なお、受光部２４２の先端部２４２ａとは、図３に示す受光部２４２の矢印Ｘ１方向側の端辺を意味する。また、図６のｘ軸は、先端部２４２ａのＹ方向に沿った方向の中心点（図３に示すＢ点）からのＹ方向に沿った距離を示しているとともに、ｙ軸は、受光部２４２の湾曲量を示している。
【００２８】
図６に示すように、受光部２４２の湾曲量は、先端部２４２ａのＹ方向に沿った方向の中心点（図３に示すＢ点、図６のｘ軸の０点）から矢印Ｙ１方向および矢印Ｙ２方向に遠ざかるにしたがって大きくなることが判明した。そして、第１実施形態による受光部２４２は、Ｙ方向に沿った方向の中心点に対して最大で約０．０９μｍＺ方向に湾曲することが判明した。一方、比較例による受光部１４２は、Ｙ方向に沿った方向の中心点に対して最大で約０．２１μｍＺ方向に湾曲することが判明した。つまり、湾曲抑制部材２７を設けることにより、本来意図していない方向（カンチレバー電極２４が延びるＸ方向を軸にしたＺ方向）への湾曲量が小さくなることが確認された。
【００２９】
次に、図７を参照して、カンチレバー電極２４（１２４）の温度を変化させた場合の電荷供給部２８（１２８）の静電容量の変化率について行ったシミュレーションについて説明する。なお、図７のｘ軸は、基準温度（２５℃）からの温度の変化量を示すとともに、ｙ軸は、第１実施形態による電荷供給部２８の静電容量の変化率から、比較例による電荷供給部１２８の静電容量の変化率を差分した変化率を示している。
【００３０】
図７に示すように、第１実施形態による電荷供給部２８の静電容量の変化率から比較例による電荷供給部１２８の静電容量の変化率を差分した変化率は、基準温度（２５℃）からカンチレバー電極２４の温度を上昇させた場合、正の値になることが判明した。たとえば、基準温度からカンチレバー電極２４の温度を５℃上昇させた（つまりカンチレバー電極２４の温度を３０℃にした）場合では、比較例による電荷供給部１２８の静電容量の変化率よりも、第１実施形態の電荷供給部２８の静電容量の変化率の方が２％高くなることが判明した。つまり、第１実施形態による電荷供給部２８の静電容量の変化率は、比較例の電荷供給部１２８の静電容量の変化率よりも大きくなることが判明した。すなわち、第１実施形態による電荷供給部２８の感度は、比較例による電荷供給部１２８の感度よりも高くなることが確認された。また、第１実施形態による電荷供給部２８の静電容量の変化率と比較例による電荷供給部１２８の静電容量の変化率との差は、カンチレバー電極２４（１２４）の温度の上昇とともに徐々に増加することが確認された。
【００３１】
第１実施形態によるサーモセンサ１００では、以下の効果を得ることができる。
【００３２】
（１）カンチレバー電極２４の表面上に、カンチレバー電極２４がＹ方向（カンチレバー電極２４が絶縁膜２３から延びる方向であるＸ方向と交差する方向）と異なる方向を軸にして湾曲するのを抑制するための湾曲抑制部材２７を設けた。これにより、サーモセンサ１００が複数のカンチレバー電極２４を有する場合には、カンチレバー電極２４が本来意図していない方向（カンチレバー電極２４がＸ方向を軸にしてＺ方向）に湾曲することに起因して、カンチレバー電極２４毎の感度がばらつくのを抑制することができる。
【００３３】
（２）カンチレバー電極２４が熱を検知することによりＹ方向を軸にして湾曲する方向とは異なる本来意図していない方向（カンチレバー電極２４がＸ方向を軸にしてＺ方向）に湾曲する（反る）ことが抑制されるので、サーモセンサ１００の感度が低下するのを抑制することができる。
【００３４】
（３）湾曲抑制部材２７を、カンチレバー電極２４のＹ方向に沿った方向の一方端側から他方端側にわたって設けた。これにより、湾曲抑制部材２７がカンチレバー電極２４の湾曲（反り）を抑制する梁として機能するので、カンチレバー電極２４が、Ｘ方向を軸にして本来意図していない方向（Ｚ方向）に湾曲するのを抑制することができる。
【００３５】
（４）カンチレバー電極２４が、絶縁膜２３に接続される湾曲部２４１と、湾曲部２４１の絶縁膜２３とは反対側に設けられる受光部２４２とを含み、湾曲抑制部材２７を、受光部２４２に設けた。これにより、カンチレバー電極２４を構成する湾曲部２４１には、湾曲抑制部材２７が設けられていないので、湾曲部２４１は、熱により湾曲する。その結果、受光部２４２と下部電極２２との間の静電容量が変化する。そして、静電容量の変化を検知することにより、熱を検知することができる。また、湾曲抑制部材２７を、受光部２４２に設けることにより、受光部２４２が熱を検知することにより湾曲する方向とは異なる本来意図していない方向（カンチレバー電極２４がＸ方向を軸にしてＺ方向）に湾曲する（反る）ことが抑制されるので、サーモセンサ１００の感度が低下するのを抑制することができる。
【００３６】
（５）湾曲部２４１および受光部２４２は、熱膨張率の異なる複数の層（上部電極２５、絶縁膜２６）を含み、受光部２４２の熱膨張率の小さい層（絶縁膜２６）の厚みｔ４を、湾曲部２４１の熱膨張率の小さい層（絶縁膜２６）の厚みｔ２よりも大きくすることにより湾曲抑制部材２７を形成した。これにより、湾曲抑制部材２７を別途設ける場合と異なり、湾曲抑制部材２７を容易に形成することができる。
【００３７】
（６）受光部２４２の熱膨張率の小さい層（絶縁膜２６）の厚みｔ４を、湾曲部２４１の熱膨張率の小さい層（絶縁膜２６）の厚みｔ２よりも大きくした。これにより、受光部２４２の熱膨張率の小さい層の厚みが湾曲部２４１の熱膨張率の小さい層の厚みと同じ場合と比べて、受光部２４２の熱膨張率の小さい層の厚みが大きい分、熱の吸収が大きくなるので、湾曲部２４１に熱をより伝達することができる。その結果、湾曲部２４１をより湾曲させることができるので、サーモセンサ１００の感度を向上させることができる。
【００３８】
（７）湾曲抑制部材２７を、受光部２４２の略全域にわたって設けた。これにより、受光部２４２が本来意図していない方向に湾曲する（反る）のをより抑制することができるので、カンチレバー電極２４毎の感度のばらつき、および、サーモセンサ１００の感度の低下をより抑制することができる。
【００３９】
（８）湾曲抑制部材２７を、受光部２４２の略全域にわたって設けた。これにより、湾曲抑制部材２７が受光部２４２の一部分に設けられる場合と比べて、受光部２４２の熱膨張率の小さい層の厚みが、湾曲部２４１の熱膨張率の小さい層の厚みよりも大きい領域が広くなるので、湾曲部２４１に熱をさらに伝達することができる。その結果、湾曲部２４１をさらに湾曲させることができるので、サーモセンサ１００の感度をさらに向上させることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、図８および図９を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記湾曲抑制部材２７が受光部２４２の矢印Ｙ１方向側の端部から矢印Ｙ２方向側の端部にわたって形成される第１実施形態と異なり、湾曲抑制部材３７が受光部２４２の矢印Ｙ１方向側の端部近傍から矢印Ｙ２方向側の端部近傍にわたって形成される。
【００４１】
図８および図９に示すように、本発明の第２実施形態によるカンチレバー電極３４では、湾曲抑制部材３７が受光部２４２の略全域に形成されている。また、湾曲抑制部材３７では、絶縁膜２３（図２参照）をエッチングによって除去する際に、ＳｉＮからなる湾曲抑制部材３７の表面も部分的に除去されることにより、湾曲抑制部材３７に形成されるスリット３７ａの面積は、上部電極２５に形成されるスリット２５ａの面積よりも大きくなるように形成されている。これにより、上部電極２５の表面積が大きくなる分、上部電極２５の熱の変化による反応が敏感になる。また、湾曲抑制部材３７は、受光部２４２の矢印Ｙ１方向側の端部の内側から矢印Ｙ２方向側の端部の内側にわたって形成される。なお、第２実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００４２】
（第３実施形態）
次に、図１０および図１１を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、上記湾曲抑制部材２７、３７が受光部２４２の略全域に形成されていた第１および第２実施形態と異なり、湾曲抑制部材４７が受光部２４２に部分的に形成されている。
【００４３】
図１０および図１１に示すように、第３実施形態によるカンチレバー電極３４の湾曲抑制部材４７は、受光部２４２の湾曲部２４１側の辺に沿って設けられている。また、湾曲抑制部材４７は、受光部２４２の絶縁膜２６の厚みｔ６を、湾曲部２４１の絶縁膜２６の厚みｔ２よりも大きくすることにより形成されている。なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００４４】
第３実施形態によるサーモセンサ１００では、以下の効果を得ることができる。
【００４５】
（９）湾曲抑制部材４７を、受光部２４２の湾曲部２４１側に設けた。受光部２４２の静電容量の変化には、受光部２４２の湾曲部２４１と反対側よりも受光部２４２の湾曲部２４１側の方が大きく寄与する。したがって、湾曲抑制部材４７を、受光部２４２の湾曲部２４１側に設けることにより、湾曲抑制部材４７を受光部２４２の湾曲部２４１と反対側に設ける場合と異なり、静電容量の変化に大きく寄与する受光部２４２の湾曲部２４１側の意図しない方向への湾曲を抑制することができる。これにより、カンチレバー電極４７毎の感度のばらつき、および、サーモセンサ１００の感度の低下をより抑制することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態の（１）〜（５）の効果と同様である。
【００４６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４７】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、本発明のセンサ装置をサーモセンサに適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、測定対象を測定することによりカンチレバー電極が湾曲するセンサであれば、サーモセンサ以外のセンサに本発明を適用してもよい。
【００４８】
また、上記第１および第２実施形態では、カンチレバー電極の受光部の略全域にわたって湾曲抑制部材が形成される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１２に示す第１変形例のように、受光部２４２の外周部に沿うように湾曲抑制部材５７を設けてもよい。
【００４９】
また、上記第１〜第３実施形態では、上部電極にスリットが設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１２に示す第１変形例のように、上部電極にスリットを設けなくてもよい。また、本発明では、上部電極および湾曲抑制部材にマトリクス状に複数の貫通孔を設けてもよい。
【００５０】
また、上記第１〜第３実施形態では、受光部の絶縁膜の厚みを湾曲部の絶縁膜の厚みよりも大きくすることにより、湾曲抑制部材を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１３に示す第２変形例のように、受光部２４２および湾曲部２４１における厚みを均一にした絶縁膜２６ａの表面上の受光部２４２に対応する領域に、たとえばＳｉＯ２からなる湾曲抑制部材６７を別途設けてもよい。なお、湾曲抑制部材６７は、赤外線を吸収する材料であることが好ましい。
【００５１】
また、上記第１〜第３実施形態では、カンチレバー電極が熱膨張率の異なる２つの層（上部電極、絶縁膜）を含む例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、カンチレバー電極が３つ以上の層を含んでいてもよい。
【００５２】
また、上記第１〜第３実施形態では、カンチレバー電極がＮｉからなる上部電極と、ＳｉＮからなる絶縁膜とから構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、カンチレバー電極が熱膨張率の異なる複数の金属層から構成されていてもよい。
【００５３】
また、上記第１〜第３実施形態では、電荷供給部から供給される電子が、ｎ型ウェル領域を介してｎ型不純物領域に読み出される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電荷供給部から供給される電子をｎ型ウェル領域に供給した後、高い電圧を印加して衝突電離により電子を増加させてからｎ型不純物領域に読み出してもよい。これにより、サーモセンサの感度をより高くすることができる。
【００５４】
また、上記第１〜第３実施形態では、湾曲抑制部材が、上部電極がＸ方向を軸にして本来意図していない方向に湾曲するのを抑制する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、湾曲抑制部材は、Ｙ方向とは異なる方向であれば、上部電極がＸ方向以外の方向を軸にして上部電極が本来意図しない方向に湾曲するのを抑制するように構成されていればよい。
【００５５】
また、上記第１〜第３実施形態では、サーモセンサが複数のカンチレバー電極を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、サーモセンサが１つのカンチレバー電極を有するように構成してもよい。この場合、カンチレバー電極に湾曲抑制部材を設けることにより、サーモセンサ毎の感度がばらつくのを抑制することができるとともに、サーモセンサの感度が低下するのを抑制することができる。
【符号の説明】
【００５６】
２２ 下部電極（第２電極）
２３ 絶縁膜（支持部）
２４、３４、４４ カンチレバー電極（第１電極）
２７、３７、４７、５７、６７ 湾曲抑制部材
２８ 電荷供給部
２４１ 湾曲部
２４２ 受光部（センサ部）
１００ サーモセンサ（センサ装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置に関し、特に、一対の電極を備えるセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の電極を備えるセンサ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、線膨張係数（熱膨張率）の異なる２種類の金属電極が積層された板状電極と、板状電極と対向するように配置される対向電極と、板状電極を支持する支持部とを備える赤外線センサ（センサ装置）が開示されている。上記特許文献１に開示されたセンサ装置では、板状電極が熱（赤外線）を検知した場合、板状電極の２種類の金属電極の線膨張係数が異なることにより、板状電極が支持部から延びる方向と交差する方向を軸にして、かつ、対向電極から離れる方向に湾曲する。これにより、板状電極と対向電極との間の静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を検知することにより、熱が検知される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２２９９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された赤外線センサでは、板状電極が対向電極から離れる方向に湾曲するのとは別に、たとえば板状電極が支持部から延びる方向を軸にして、本来意図していない方向に湾曲する（反る）場合があると考えられる。このため、赤外線センサが複数の板状電極を有する場合には、板状電極毎に本来意図していない方向への湾曲量が異なって、板状電極毎の感度が異なる場合があるという不都合がある。また、赤外線センサが１つの板状電極を有する場合でも、赤外線センサ毎の板状電極の本来意図していない方向への湾曲量が異なって、赤外線センサ毎の感度が異なる場合があるという不都合がある。このように、電極が本来意図していない方向に湾曲することに起因して、感度がばらつくという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電極が本来意図していない方向に湾曲することに起因して、感度がばらつくのを抑制することが可能なセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるセンサ装置は、熱膨張率の異なる複数の層を有し、一方端側が支持部に支持されている第１電極と、第１電極に対向するように配置される第２電極とを含み、第１電極が支持部から延びる方向である第１の方向と交差する第２の方向を軸にして、第１電極が第２電極と離間する方向に湾曲することによって測定対象を測定することにより信号電荷を供給する電荷供給部を備え、第１電極の表面上には、第１電極が第２の方向とは異なる方向を軸にして湾曲するのを抑制するための湾曲抑制部材が設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成により、電極が本来意図していない方向に湾曲することに起因して、感度がばらつくのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態によるサーモセンサの平面図である。
【図２】図１の２００−２００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるサーモセンサのカンチレバー電極の平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるサーモセンサのカンチレバー電極が湾曲した状態を示す図である。
【図５】比較例によるサーモセンサのカンチレバー電極の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態によるカンチレバー電極の下部電極側への湾曲について行ったシミュレーションの結果を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるカンチレバー電極の静電容量の温度変化について行ったシミュレーションの結果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるサーモセンサのカンチレバー電極の平面図である。
【図９】図８の３００−３００線に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるカンチレバー電極の平面図である。
【図１１】図１０の４００−４００線に沿った断面図である。
【図１２】本発明の第１〜第３実施形態の第１変形例によるカンチレバー電極の平面図である。
【図１３】本発明の第１〜第３実施形態の第２変形例によるカンチレバー電極の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による熱（赤外線）を検知するサーモセンサ１００の構成について説明する。なお、第１実施形態では、本発明のセンサ装置をサーモセンサ１００に適用した例について説明する。
【００１２】
図１に示すように、サーモセンサ１００は、マトリクス状（行列状）に配置された複数のサーモセンサ部１を備えている。また、サーモセンサ１００は、静電容量の変化を測定するための読出し用のトランジスタおよび蓄積した電荷を逃がすためのリセット用のトランジスタを少なくとも有している。たとえば、図２に示すように、サーモセンサ部１では、ｎ型シリコン基板２の表面上に形成されたｐ型ウェル領域３の表面に、各サーモセンサ部１をそれぞれ分離するための素子分離領域４が形成されている。また、ｐ型ウェル領域３の表面には、素子分離領域４に隣接するように、ｎ型の不純物領域からなるｎ型ウェル領域５が形成されている。ｎ型ウェル領域５の表面の後述する接続配線１１と接触する領域には、ｎ型ウェル領域５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ＋拡散層６が形成されている。ｎ＋拡散層６は、ｎ型ウェル領域５と接続配線１１とのコンタクト抵抗を小さくする機能を有する。
【００１３】
ｎ型ウェル領域５の表面には、ｎ＋拡散層６の周囲を取り囲むように、ｐ＋拡散層７が形成されている。ｐ＋拡散層７は、ｎ型シリコン基板２の表面近傍の界面準位において発生した暗電流（ノイズ）を捕獲して、暗電流の発生を抑制する機能を有する。また、ｐ型ウェル領域３の表面には、ｎ型ウェル領域５と所定の間隔を隔ててｎ型不純物領域８が形成されている。
【００１４】
ｎ型シリコン基板２の表面上には、ｎ型シリコン基板２の表面を熱酸化することにより形成されたシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）からなる絶縁膜９が形成されている。絶縁膜９の表面上のｎ型ウェル領域５とｎ型不純物領域８との間に対応する領域には、転送ゲート電極１０が形成されている。そして、ｎ型ウェル領域５、ｎ型不純物領域８および転送ゲート電極１０により、読出し用のｎチャネルトランジスタが形成されている。なお、図示しないリセット用のトランジスタもｎチャネルトランジスタにより形成されている。
【００１５】
ｎ＋拡散層６の表面上には、金属層からなる接続配線１１が形成されている。また、絶縁膜９の表面上には、絶縁膜１２を介して３層の配線層１３が形成されている。また、配線層１３の表面上には、絶縁膜１２を介して金属層からなる遮光層１４が形成されている。
【００１６】
また、遮光層１４（ｎ型シリコン基板２）の表面上の全面を覆うように、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などからなる絶縁膜１５が形成されている。なお、接続配線１１は、絶縁膜１２および絶縁膜１５にそれぞれ設けられるコンタクトホール１２ａおよび１５ａを介して、絶縁膜１５の表面に露出するように形成されている。また、絶縁膜１５の表面上には、接続配線１１と接続するようにパッド層２１が形成されている。また、絶縁膜１５の表面上には、後述する上部電極２５と対向するように、パッド層２１と同一の層からなる下部電極２２が形成されている。なお、パッド層２１と下部電極２２とは、ニッケル（Ｎｉ）などの金属からなる。また、下部電極２２には、電圧が印加されるように構成されている。なお、下部電極２２は、本発明の「第２電極」の一例である。
【００１７】
また、絶縁膜１５およびパッド層２１の表面上には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などからなる絶縁膜２３が形成されている。絶縁膜２３は、約５００ｎｍ（約０．５μｍ）以上約２μｍ以下の厚みを有する。なお、絶縁膜２３は、本発明の「支持部」の一例である。また、絶縁膜２３に形成されるコンタクトホール２３ａを介して、パッド層２１と接続するように、カンチレバー電極２４が形成されている。なお、カンチレバー電極２４は、本発明の「第１電極」の一例である。カンチレバー電極２４は、Ｎｉなどの金属からなる上部電極２５と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などからなる絶縁膜２６とが積層された熱膨張率の異なる２つの層から構成されている。なお、絶縁膜２６の熱膨張率は、上部電極２５の熱膨張率よりも小さい。また、ＳｉＮなどからなる絶縁膜２６は、赤外線を吸収する機能を有する。これにより、外部の熱が絶縁膜２６を介して上部電極２５に伝達されやすくなる。なお、カンチレバー電極２４と下部電極２２とによって、電荷供給部２８が構成されている。
【００１８】
図３に示すように、カンチレバー電極２４は、平面的に見て、ｎ型シリコン基板２の表面に沿った水平方向（Ｘ方向）に延びるように形成される一対の湾曲部２４１と、一対の湾曲部２４１に挟まれるように配置され、平面的に見て略矩形形状を有する受光部２４２とを有する。なお、受光部２４２は、本発明の「センサ部」の一例である。なお、図１および図２に示すように、湾曲部２４１は、隣接する２つのサーモセンサ部１の一方の上方に配置されるとともに、受光部２４２は、他方の上方に配置されている。
【００１９】
また、図２に示すように、湾曲部２４１の上部電極２５の厚みｔ１は、約５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。また、湾曲部２４１の絶縁膜２６の厚みｔ２は、約３０ｎｍ以上約７０ｎｍ以下である。そして、図４に示すように、湾曲部２４１の温度が上昇することにより、湾曲部２４１が絶縁膜２３から延びる方向であるＸ方向に直交する水平面内のＹ方向を軸にして、湾曲部２４１が下部電極２２と離間する方向（矢印Ｚ１方向）に湾曲するように構成されている。なお、Ｘ方向は、本発明の「第１の方向」の一例であるとともに、Ｙ方向は、本発明の「第２の方向」の一例である。
【００２０】
また、図２に示すように、受光部２４２の上部電極２５の厚みｔ３は、湾曲部２４１と同様に約５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。ここで、第１実施形態では、受光部２４２の上部電極２５の表面上には、受光部２４２の絶縁膜２６の厚みｔ４を、湾曲部２４１の絶縁膜２６の厚みｔ２よりも大きい約１μｍにすることにより形成された湾曲抑制部材２７が設けられている。湾曲抑制部材２７は、Ｘ方向（上部電極２５が絶縁膜２３から延びる方向）を軸（直線Ａ：図３参照）にして、受光部２４２が本来意図していない方向（たとえばＺ方向）に湾曲するのを抑制する機能を有する。また、図３に示すように、湾曲抑制部材２７は、平面的に見て、受光部２４２の略全域にわたって形成されている。つまり、湾曲抑制部材２７は、受光部２４２のＹ方向に沿った方向の一方端側（矢印Ｙ１方向側）から他方端側（矢印Ｙ２方向側）にわたって形成されている。
【００２１】
また、図３に示すように、受光部２４２の上部電極２５には、スリット２５ａがＸ方向に延びるように、かつ、複数設けられている。また、受光部２４２の湾曲抑制部材２７（絶縁膜２６）にも、上部電極２５のスリット２５ａに対応する領域にスリット２７ａが設けられている。つまり、受光部２４２には、スリット２５ａおよびスリット２７ａからなる貫通孔が形成されている。
【００２２】
次に、図２および図４を参照して、サーモセンサ部１が熱を検知する動作について説明する。
【００２３】
まず、図２に示す状態において、上部電極２５と下部電極２２との間に、所定の電位差を生じさせる。たとえば、上部電極２５と下部電極２２との間に、約３Ｖの電位差を生じさせる。その結果、上部電極２５には、約３Ｖの電位差に対応する電子が蓄積される。
【００２４】
次に、カンチレバー電極２４が熱を検知する。これにより、カンチレバー電極２４の温度が上昇した場合、図４に示すように、上部電極２５と絶縁膜２６との熱膨張率が異なることに起因して、カンチレバー電極２４が上方（矢印Ｚ１方向）に向かって徐々に湾曲する。その結果、上部電極２５と下部電極２２との間の静電容量が減少する。これにより、上部電極２５に蓄積される電子の量が減少し、余剰となった電子が、上部電極２５から、接続配線１１、ｎ＋拡散層６を介してｎ型ウェル領域５に供給される。そして、転送ゲート電極１０をオン状態にして、ｎ型ウェル領域５に蓄積された電子をｎ型不純物領域８に読み出して、電流値として検出することにより、熱を検知する。
【００２５】
次に、図５〜図７を参照して、受光部２４２の本来意図していない方向への湾曲について行ったシミュレーションについて説明する。
【００２６】
まず、比較例による電荷供給部１２８のカンチレバー電極１２４の構成について説明する。カンチレバー電極１２４は、図５に示すように、上記第１実施形態のカンチレバー電極２４と同様に、Ｎｉなどの金属からなる上部電極２５と、ＳｉＮなどからなる絶縁膜１２６とが積層された熱膨張率の異なる２つの層から構成されている。一方、カンチレバー電極１２４は、上記受光部２４２の表面上に湾曲抑制部材２７が形成されていた第１実施形態と異なり、湾曲抑制部材２７は形成されていない。つまり、湾曲部１４１の絶縁膜１２６の厚みｔ２と、受光部１４２の絶縁膜１２６の厚みｔ５とは等しい。
【００２７】
図６を参照して、第１実施形態によるカンチレバー電極２４の温度を２５℃にした場合についての受光部２４２の先端部２４２ａの湾曲について行ったシミュレーションの結果について説明する。なお、受光部２４２の先端部２４２ａとは、図３に示す受光部２４２の矢印Ｘ１方向側の端辺を意味する。また、図６のｘ軸は、先端部２４２ａのＹ方向に沿った方向の中心点（図３に示すＢ点）からのＹ方向に沿った距離を示しているとともに、ｙ軸は、受光部２４２の湾曲量を示している。
【００２８】
図６に示すように、受光部２４２の湾曲量は、先端部２４２ａのＹ方向に沿った方向の中心点（図３に示すＢ点、図６のｘ軸の０点）から矢印Ｙ１方向および矢印Ｙ２方向に遠ざかるにしたがって大きくなることが判明した。そして、第１実施形態による受光部２４２は、Ｙ方向に沿った方向の中心点に対して最大で約０．０９μｍＺ方向に湾曲することが判明した。一方、比較例による受光部１４２は、Ｙ方向に沿った方向の中心点に対して最大で約０．２１μｍＺ方向に湾曲することが判明した。つまり、湾曲抑制部材２７を設けることにより、本来意図していない方向（カンチレバー電極２４が延びるＸ方向を軸にしたＺ方向）への湾曲量が小さくなることが確認された。
【００２９】
次に、図７を参照して、カンチレバー電極２４（１２４）の温度を変化させた場合の電荷供給部２８（１２８）の静電容量の変化率について行ったシミュレーションについて説明する。なお、図７のｘ軸は、基準温度（２５℃）からの温度の変化量を示すとともに、ｙ軸は、第１実施形態による電荷供給部２８の静電容量の変化率から、比較例による電荷供給部１２８の静電容量の変化率を差分した変化率を示している。
【００３０】
図７に示すように、第１実施形態による電荷供給部２８の静電容量の変化率から比較例による電荷供給部１２８の静電容量の変化率を差分した変化率は、基準温度（２５℃）からカンチレバー電極２４の温度を上昇させた場合、正の値になることが判明した。たとえば、基準温度からカンチレバー電極２４の温度を５℃上昇させた（つまりカンチレバー電極２４の温度を３０℃にした）場合では、比較例による電荷供給部１２８の静電容量の変化率よりも、第１実施形態の電荷供給部２８の静電容量の変化率の方が２％高くなることが判明した。つまり、第１実施形態による電荷供給部２８の静電容量の変化率は、比較例の電荷供給部１２８の静電容量の変化率よりも大きくなることが判明した。すなわち、第１実施形態による電荷供給部２８の感度は、比較例による電荷供給部１２８の感度よりも高くなることが確認された。また、第１実施形態による電荷供給部２８の静電容量の変化率と比較例による電荷供給部１２８の静電容量の変化率との差は、カンチレバー電極２４（１２４）の温度の上昇とともに徐々に増加することが確認された。
【００３１】
第１実施形態によるサーモセンサ１００では、以下の効果を得ることができる。
【００３２】
（１）カンチレバー電極２４の表面上に、カンチレバー電極２４がＹ方向（カンチレバー電極２４が絶縁膜２３から延びる方向であるＸ方向と交差する方向）と異なる方向を軸にして湾曲するのを抑制するための湾曲抑制部材２７を設けた。これにより、サーモセンサ１００が複数のカンチレバー電極２４を有する場合には、カンチレバー電極２４が本来意図していない方向（カンチレバー電極２４がＸ方向を軸にしてＺ方向）に湾曲することに起因して、カンチレバー電極２４毎の感度がばらつくのを抑制することができる。
【００３３】
（２）カンチレバー電極２４が熱を検知することによりＹ方向を軸にして湾曲する方向とは異なる本来意図していない方向（カンチレバー電極２４がＸ方向を軸にしてＺ方向）に湾曲する（反る）ことが抑制されるので、サーモセンサ１００の感度が低下するのを抑制することができる。
【００３４】
（３）湾曲抑制部材２７を、カンチレバー電極２４のＹ方向に沿った方向の一方端側から他方端側にわたって設けた。これにより、湾曲抑制部材２７がカンチレバー電極２４の湾曲（反り）を抑制する梁として機能するので、カンチレバー電極２４が、Ｘ方向を軸にして本来意図していない方向（Ｚ方向）に湾曲するのを抑制することができる。
【００３５】
（４）カンチレバー電極２４が、絶縁膜２３に接続される湾曲部２４１と、湾曲部２４１の絶縁膜２３とは反対側に設けられる受光部２４２とを含み、湾曲抑制部材２７を、受光部２４２に設けた。これにより、カンチレバー電極２４を構成する湾曲部２４１には、湾曲抑制部材２７が設けられていないので、湾曲部２４１は、熱により湾曲する。その結果、受光部２４２と下部電極２２との間の静電容量が変化する。そして、静電容量の変化を検知することにより、熱を検知することができる。また、湾曲抑制部材２７を、受光部２４２に設けることにより、受光部２４２が熱を検知することにより湾曲する方向とは異なる本来意図していない方向（カンチレバー電極２４がＸ方向を軸にしてＺ方向）に湾曲する（反る）ことが抑制されるので、サーモセンサ１００の感度が低下するのを抑制することができる。
【００３６】
（５）湾曲部２４１および受光部２４２は、熱膨張率の異なる複数の層（上部電極２５、絶縁膜２６）を含み、受光部２４２の熱膨張率の小さい層（絶縁膜２６）の厚みｔ４を、湾曲部２４１の熱膨張率の小さい層（絶縁膜２６）の厚みｔ２よりも大きくすることにより湾曲抑制部材２７を形成した。これにより、湾曲抑制部材２７を別途設ける場合と異なり、湾曲抑制部材２７を容易に形成することができる。
【００３７】
（６）受光部２４２の熱膨張率の小さい層（絶縁膜２６）の厚みｔ４を、湾曲部２４１の熱膨張率の小さい層（絶縁膜２６）の厚みｔ２よりも大きくした。これにより、受光部２４２の熱膨張率の小さい層の厚みが湾曲部２４１の熱膨張率の小さい層の厚みと同じ場合と比べて、受光部２４２の熱膨張率の小さい層の厚みが大きい分、熱の吸収が大きくなるので、湾曲部２４１に熱をより伝達することができる。その結果、湾曲部２４１をより湾曲させることができるので、サーモセンサ１００の感度を向上させることができる。
【００３８】
（７）湾曲抑制部材２７を、受光部２４２の略全域にわたって設けた。これにより、受光部２４２が本来意図していない方向に湾曲する（反る）のをより抑制することができるので、カンチレバー電極２４毎の感度のばらつき、および、サーモセンサ１００の感度の低下をより抑制することができる。
【００３９】
（８）湾曲抑制部材２７を、受光部２４２の略全域にわたって設けた。これにより、湾曲抑制部材２７が受光部２４２の一部分に設けられる場合と比べて、受光部２４２の熱膨張率の小さい層の厚みが、湾曲部２４１の熱膨張率の小さい層の厚みよりも大きい領域が広くなるので、湾曲部２４１に熱をさらに伝達することができる。その結果、湾曲部２４１をさらに湾曲させることができるので、サーモセンサ１００の感度をさらに向上させることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、図８および図９を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記湾曲抑制部材２７が受光部２４２の矢印Ｙ１方向側の端部から矢印Ｙ２方向側の端部にわたって形成される第１実施形態と異なり、湾曲抑制部材３７が受光部２４２の矢印Ｙ１方向側の端部近傍から矢印Ｙ２方向側の端部近傍にわたって形成される。
【００４１】
図８および図９に示すように、本発明の第２実施形態によるカンチレバー電極３４では、湾曲抑制部材３７が受光部２４２の略全域に形成されている。また、湾曲抑制部材３７では、絶縁膜２３（図２参照）をエッチングによって除去する際に、ＳｉＮからなる湾曲抑制部材３７の表面も部分的に除去されることにより、湾曲抑制部材３７に形成されるスリット３７ａの面積は、上部電極２５に形成されるスリット２５ａの面積よりも大きくなるように形成されている。これにより、上部電極２５の表面積が大きくなる分、上部電極２５の熱の変化による反応が敏感になる。また、湾曲抑制部材３７は、受光部２４２の矢印Ｙ１方向側の端部の内側から矢印Ｙ２方向側の端部の内側にわたって形成される。なお、第２実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００４２】
（第３実施形態）
次に、図１０および図１１を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、上記湾曲抑制部材２７、３７が受光部２４２の略全域に形成されていた第１および第２実施形態と異なり、湾曲抑制部材４７が受光部２４２に部分的に形成されている。
【００４３】
図１０および図１１に示すように、第３実施形態によるカンチレバー電極３４の湾曲抑制部材４７は、受光部２４２の湾曲部２４１側の辺に沿って設けられている。また、湾曲抑制部材４７は、受光部２４２の絶縁膜２６の厚みｔ６を、湾曲部２４１の絶縁膜２６の厚みｔ２よりも大きくすることにより形成されている。なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００４４】
第３実施形態によるサーモセンサ１００では、以下の効果を得ることができる。
【００４５】
（９）湾曲抑制部材４７を、受光部２４２の湾曲部２４１側に設けた。受光部２４２の静電容量の変化には、受光部２４２の湾曲部２４１と反対側よりも受光部２４２の湾曲部２４１側の方が大きく寄与する。したがって、湾曲抑制部材４７を、受光部２４２の湾曲部２４１側に設けることにより、湾曲抑制部材４７を受光部２４２の湾曲部２４１と反対側に設ける場合と異なり、静電容量の変化に大きく寄与する受光部２４２の湾曲部２４１側の意図しない方向への湾曲を抑制することができる。これにより、カンチレバー電極４７毎の感度のばらつき、および、サーモセンサ１００の感度の低下をより抑制することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態の（１）〜（５）の効果と同様である。
【００４６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４７】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、本発明のセンサ装置をサーモセンサに適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、測定対象を測定することによりカンチレバー電極が湾曲するセンサであれば、サーモセンサ以外のセンサに本発明を適用してもよい。
【００４８】
また、上記第１および第２実施形態では、カンチレバー電極の受光部の略全域にわたって湾曲抑制部材が形成される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１２に示す第１変形例のように、受光部２４２の外周部に沿うように湾曲抑制部材５７を設けてもよい。
【００４９】
また、上記第１〜第３実施形態では、上部電極にスリットが設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１２に示す第１変形例のように、上部電極にスリットを設けなくてもよい。また、本発明では、上部電極および湾曲抑制部材にマトリクス状に複数の貫通孔を設けてもよい。
【００５０】
また、上記第１〜第３実施形態では、受光部の絶縁膜の厚みを湾曲部の絶縁膜の厚みよりも大きくすることにより、湾曲抑制部材を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１３に示す第２変形例のように、受光部２４２および湾曲部２４１における厚みを均一にした絶縁膜２６ａの表面上の受光部２４２に対応する領域に、たとえばＳｉＯ２からなる湾曲抑制部材６７を別途設けてもよい。なお、湾曲抑制部材６７は、赤外線を吸収する材料であることが好ましい。
【００５１】
また、上記第１〜第３実施形態では、カンチレバー電極が熱膨張率の異なる２つの層（上部電極、絶縁膜）を含む例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、カンチレバー電極が３つ以上の層を含んでいてもよい。
【００５２】
また、上記第１〜第３実施形態では、カンチレバー電極がＮｉからなる上部電極と、ＳｉＮからなる絶縁膜とから構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、カンチレバー電極が熱膨張率の異なる複数の金属層から構成されていてもよい。
【００５３】
また、上記第１〜第３実施形態では、電荷供給部から供給される電子が、ｎ型ウェル領域を介してｎ型不純物領域に読み出される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電荷供給部から供給される電子をｎ型ウェル領域に供給した後、高い電圧を印加して衝突電離により電子を増加させてからｎ型不純物領域に読み出してもよい。これにより、サーモセンサの感度をより高くすることができる。
【００５４】
また、上記第１〜第３実施形態では、湾曲抑制部材が、上部電極がＸ方向を軸にして本来意図していない方向に湾曲するのを抑制する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、湾曲抑制部材は、Ｙ方向とは異なる方向であれば、上部電極がＸ方向以外の方向を軸にして上部電極が本来意図しない方向に湾曲するのを抑制するように構成されていればよい。
【００５５】
また、上記第１〜第３実施形態では、サーモセンサが複数のカンチレバー電極を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、サーモセンサが１つのカンチレバー電極を有するように構成してもよい。この場合、カンチレバー電極に湾曲抑制部材を設けることにより、サーモセンサ毎の感度がばらつくのを抑制することができるとともに、サーモセンサの感度が低下するのを抑制することができる。
【符号の説明】
【００５６】
２２ 下部電極（第２電極）
２３ 絶縁膜（支持部）
２４、３４、４４ カンチレバー電極（第１電極）
２７、３７、４７、５７、６７ 湾曲抑制部材
２８ 電荷供給部
２４１ 湾曲部
２４２ 受光部（センサ部）
１００ サーモセンサ（センサ装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱膨張率の異なる複数の層を有し、一方端側が支持部に支持されている第１電極と、前記第１電極に対向するように配置される第２電極とを含み、前記第１電極が前記支持部から延びる方向である第１の方向と交差する第２の方向を軸にして、前記第１電極が前記第２電極と離間する方向に湾曲することによって測定対象を測定することにより信号電荷を供給する電荷供給部を備え、
前記第１電極の表面上には、前記第１電極が前記第２の方向とは異なる方向を軸にして湾曲するのを抑制するための湾曲抑制部材が設けられている、センサ装置。
【請求項２】
前記湾曲抑制部材は、前記第１電極の前記第２の方向に沿った方向の一方端近傍から他方端近傍にわたって設けられている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記第１電極は、前記支持部に接続される湾曲部と、前記湾曲部の前記支持部とは反対側に設けられるセンサ部とを含み、
前記湾曲抑制部材は、前記センサ部に設けられている、請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記湾曲部および前記センサ部は、熱膨張率の異なる複数の層を含み、
前記湾曲抑制部材は、前記センサ部の熱膨張率の小さい層の少なくとも一部の厚みを、前記湾曲部の熱膨張率の小さい層の厚みよりも大きくすることにより形成されている、請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記湾曲抑制部材は、少なくとも、前記センサ部の前記湾曲部側に設けられている、請求項３または４に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記湾曲抑制部材は、前記センサ部の略全域にわたって設けられている、請求項５に記載のセンサ装置。
【請求項１】
熱膨張率の異なる複数の層を有し、一方端側が支持部に支持されている第１電極と、前記第１電極に対向するように配置される第２電極とを含み、前記第１電極が前記支持部から延びる方向である第１の方向と交差する第２の方向を軸にして、前記第１電極が前記第２電極と離間する方向に湾曲することによって測定対象を測定することにより信号電荷を供給する電荷供給部を備え、
前記第１電極の表面上には、前記第１電極が前記第２の方向とは異なる方向を軸にして湾曲するのを抑制するための湾曲抑制部材が設けられている、センサ装置。
【請求項２】
前記湾曲抑制部材は、前記第１電極の前記第２の方向に沿った方向の一方端近傍から他方端近傍にわたって設けられている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記第１電極は、前記支持部に接続される湾曲部と、前記湾曲部の前記支持部とは反対側に設けられるセンサ部とを含み、
前記湾曲抑制部材は、前記センサ部に設けられている、請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記湾曲部および前記センサ部は、熱膨張率の異なる複数の層を含み、
前記湾曲抑制部材は、前記センサ部の熱膨張率の小さい層の少なくとも一部の厚みを、前記湾曲部の熱膨張率の小さい層の厚みよりも大きくすることにより形成されている、請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記湾曲抑制部材は、少なくとも、前記センサ部の前記湾曲部側に設けられている、請求項３または４に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記湾曲抑制部材は、前記センサ部の略全域にわたって設けられている、請求項５に記載のセンサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２０３１５４（Ｐ２０１１−２０３１５４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７１５８０（Ｐ２０１０−７１５８０）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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