熱型光検出器、熱型光検出装置および電子機器
【課題】 熱型光検出器の小型化を、無理なく実現すること。
【解決手段】 熱型光検出器は、基板ＢＳと、光吸収膜５を含む熱型光検出素子９０と、熱型光検出素子を搭載する搭載部５６と、一端が搭載部の一端に連結され、他端が基板の一端に支持される第１アーム部５２と、一端が搭載部の他端に連結され、他端が基板の他端に支持される第２アーム部５４と、を有する支持部材と、を含み、第１アーム部５２には、熱型光検出素子９０に電気的に接続される複数本の配線４３ａ，４３ｂが設けられ、第２アーム部５４には、熱型光検出素子９０に電気的に接続される配線が設けられず、かつ、前記第２アーム部５４の長さは、第１アーム部５２の長さよりも短く設定される。
【解決手段】 熱型光検出器は、基板ＢＳと、光吸収膜５を含む熱型光検出素子９０と、熱型光検出素子を搭載する搭載部５６と、一端が搭載部の一端に連結され、他端が基板の一端に支持される第１アーム部５２と、一端が搭載部の他端に連結され、他端が基板の他端に支持される第２アーム部５４と、を有する支持部材と、を含み、第１アーム部５２には、熱型光検出素子９０に電気的に接続される複数本の配線４３ａ，４３ｂが設けられ、第２アーム部５４には、熱型光検出素子９０に電気的に接続される配線が設けられず、かつ、前記第２アーム部５４の長さは、第１アーム部５２の長さよりも短く設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型光検出器、熱型光検出装置および電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱型光検出器としては、熱電対型素子（サーモパイル）、焦電型素子あるいはボロメーター等がある。熱電対型素子（サーモパイル）は、光吸収に伴う光吸収膜の温度上昇を、熱伝対によって直接的に検出する。
【０００３】
焦電型素子は、光吸収に伴う光吸収膜の温度上昇を、強磁性体の焦電効果（パイロ電子効果）を利用して検出する。例えば、強誘電体(ＰＺＴ:チタン酸ジルコン酸鉛)やタンタル酸リチウム等の誘電率の大きな結晶体は、加熱したり冷却したりすると電気分極量の変化を生じる。すなわち、温度変化があると自発分極量に変化が生じて表面電荷量に変化が生じ、温度変化がないと表面電荷は中和する。分極状態が変化するのに伴い、強誘電体結晶の両端に接続される各電極間に表面電荷量の変化により生じた焦電流が流れる。焦電流（または分極量変化に伴う誘電率、分極量）を検出することによって、照射された光（赤外線等）の光量を検出することができる。また、ボロメーターは、光吸収に伴う温度上昇を、例えば感熱抵抗素子の抵抗値の変化として検出する。
【０００４】
また、熱型光検出素子の一つである赤外線検出素子は、小規模素子分野では、例えば人感センサーに応用され、大規模アレイ分野では、例えば赤外線カメラ装置に応用されている。かつては軍事技術として開発されたが、近年は民生品へ応用が進みはじめており、今後、赤外線検出による様々な応用が期待されている。
【０００５】
熱型検出素子は、例えば薄膜（メンブレン）からなる搭載部上に搭載され、搭載部は、アームによって基板から浮上した状態で支持される。アームには、基板への熱拡散を抑制しつつ、搭載部を安定的に支持する機械的強度が求められる。
【０００６】
熱型光検出器の構造は、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されている。特許文献１に記載される赤外線センサーでは、熱によって抵抗値が変化する抵抗体が支持台座の上に形成されており、その支持台座は、同じ長さの一対（２本）の水平ビームにより基材上に支持されている。各水平ビームには、導電材料からなるリード（配線）が設けられている。
【０００７】
また、特許文献２に記載される赤外線センサー素子では、検出セル部を１本の支持部にて基板上に支持している。１本の支持部の形状としては、熱コンダクタンスを小さくするために、複数の屈曲部を有する形状（九十九折り形状）が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−３０８１号公報
【特許文献２】特開２００９−２２９２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載される構造では、所定長さを有する一対の水平ビームの各々が支持台座の両側に延在することから、熱型光検出器（セル）の面積縮小（ダウンサイジング）が制限される。
【００１０】
また、特許文献２に記載される構造では、検出セル部が一本の支持部のみによって支持される片持ち構造が採用されることから、支持部の機械的安定性に関して不都合が生じる場合があり得る。例えば、検出セルの自重によって支持部が撓むおそれが生じる場合があり、また、片持ち構造であることから、支持部材の応力等によってねじれ等の変形が生じる可能性もある。また、支持部を何回も屈曲させることから、支持部の占有面積が増大する。また、特許文献２には、熱コンダクタンスを考慮して、複数のアームの各々を非対称化するという考え方は一切、示されていない。
【００１１】
本発明の少なくとも一つの態様によれば、熱型光検出器の小型化を無理なく実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明の熱型光検出器の一態様は、基板と、光吸収膜を含む熱型光検出素子と、
【００１３】
前記熱型光検出素子を搭載する搭載部と、一端が前記搭載部に連結され、前記搭載部を前記基板上にて支持する第１アーム部と、一端が前記搭載部の他端に連結され、前記搭載部を前記基板上にて支持する第２アーム部と、を有する支持部材と、を含み、前記第１アーム部には、前記熱型光検出素子に電気的に接続される複数本の配線が設けられ、かつ、前記第２アーム部の長さは、前記第１アーム部の長さよりも短く設定されている。
【００１４】
本態様では、搭載部が、第１アーム部および第２アーム部の各々によって支持される（両持ち構造の採用）。よって、搭載部を、各アーム部によって安定的に支持することができる。各アーム部の支持強度を高く設定することも容易である。
【００１５】
また、第１アーム部には、熱型検出素子に電気的に接続される複数本の配線が設けられる。また、第１アーム部の長さと第２アーム部の長さは同じではなく、第２アーム部の長さが短く設定される（つまり、第１アーム部および第２アーム部は、長さに関して非対称である）。
【００１６】
第１アーム部に複数本の配線が設けられることによって、例えば、第１アーム部の熱的特性（例えば、単位長さあたりの熱抵抗）と第２アーム部の熱的特性とがアンバランスになると（つまり、各アーム部の熱的特性に不均衡が生じた場合には）、素子の熱的設計に際して、第１アーム部の長さと第２アーム部の長さを、必ずしも等しくする（均等な長さとする）必要がなくなる。
【００１７】
このことを利用して、本態様では、第２アーム部のアーム長を短縮する。第２アーム部のアーム長の短縮によって、第２アーム部の専有面積が減少し、これに伴って、熱型光検出器のさらなる小型化が可能となる。
【００１８】
（２）本発明の熱型光検出器の他の態様は、前記第１アーム部の熱コンダクタンスをＧ１とし、前記第２アーム部の熱コンダクタンスをＧ２としたとき、Ｇ１≧Ｇ２が成立する。
【００１９】
第２アーム部の長さは、「第２アーム部の熱コンダクタンスが第１アーム部の熱コンダクタンスよりも小さくならない」という条件の下で、第１アーム部の長さよりも短くすることができる。つまり、第１アーム部の熱コンダクタンスをＧ１とし、第２アーム部の熱コンダクタンスをＧ２としたとき、Ｇ１≧Ｇ２が成立する。この条件を満たす範囲で、第２アーム部を短縮することができる。
【００２０】
例えば、第１アーム部に２本の配線が設けられ、第２アーム部には、例えば配線が設けられない（あるいは、１本の配線（導体層を含む）のみが設けられる）場合を想定する。
【００２１】
第１アーム部に複数本の配線（導電材料（例えば金属）：一般に熱伝導性も高い）が設けられることから、第１アーム部と第２アーム部とが同じ長さであるとすると、第２アーム部の熱コンダクタンスよりも、第１アーム部の熱コンダクタンスの方が大きくなる。したがって、熱コンダクタンスが大きい第１アーム部の放熱が支配的となり、その第１アーム部の放熱特性を基にして熱型光検出素子の設計が行われる。つまり、第１アーム部は、基板への熱拡散を抑制するために、アーム長を長くする必要がある。
【００２２】
一方、第２アーム部は、例えば、電気的絶縁性材料（例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等）のみで構成され、また例えば、１本の配線を有するのみである。したがって、
第２アーム部の熱コンダクタンスは、第１アーム部の熱コンダクタンスに比べて小さく、よって、熱型光検出器における熱的な特性は、熱コンダクタンスが大きな第１アーム部の特性に依存して決定されることになる。
【００２３】
第２アーム部に関しては、第１アーム部の長さと同じ長さを確保して、熱抵抗を必要以上に大きく設定することには意味がない（熱的特性が第１アームによって支配的に決定されているのに、第２アーム部で熱抵抗を確保する意味がない）。よって、第２アーム部の長さは、第１アーム部の長さよりも短くすることができる。短くできる限界の長さは、第２アーム部の熱コンダクタンスが、第１アーム部の熱コンダクタンスに等しくなる長さである（これ以上、第２アーム部の長さを短くすると、今度は、第２アーム部の放熱特性が支配的となってしまい、第１アーム部を中心とした熱的設計ができなくなるからである）。第２アーム部のアーム長の短縮によって、第２アーム部の専有面積が減少し、これに伴って、熱型光検出器のさらなる小型化が可能となる。
【００２４】
なお、第１アーム部と第２アーム部の構成材料や断面積は同じにする方が熱型光検出器の設計上、好ましいが、これに限定されるものではなく、構成材料や断面積に差を設けることもできる。この場合であっても、第２アーム部の長さが第１アーム部の長さよりも短く設定されるという条件が満足されれば、熱型光検出器のダウンサイジングの効果を得ることができる。
【００２５】
（３）本発明の熱型光検出器の他の態様は、前記第１アーム部は、前記基板側に設けられる第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられる、互いに電気的に分離されている第１配線および第２配線と、前記第１配線上および前記第２配線上に設けられる第２絶縁膜と、を有する。
【００２６】
本態様では、複数の配線の各々を、第１アーム部の内部に埋設する。各配線を第１アーム部上に形成した場合、その上にさらに絶縁膜（保護膜）を形成する必要があり、したがって、第１アーム部の熱容量が増大する。複数の配線の各々を、第１アーム部の内部に埋設すれば、第１アーム部を構成する絶縁膜が配線の保護膜を兼ねることになる。よって、配線の保護のための絶縁膜を別途、設ける必要がなく、その分、支持部材（メンブレン）５０の熱容量を小さくすることができる、という利点がある。
【００２７】
（４）本発明の熱型光検出器の他の態様は、前記第１アーム部は、前記搭載部に連結されると共に、平面視で第１方向に延在する第１部分と、前記第１部分に連接し、平面視で前記第１方向に垂直な第２方向に延在する第２部分と、を有し、前記第２アーム部は、前記第１方向に延在する第３部分のみを有する。
【００２８】
本態様では、第１アーム部は、熱拡散を抑制するためにアーム長を長くする必要がある点を考慮して、第１アーム部の形状を、屈曲部を有する形状とする。つまり、第１アーム部は、第１方向に延在する第１部分と、平面視で第１方向に直交する第２方向に延在する第２部分とを含む。これによって、２次元のスペースを有効活用して、第１方向におけるアームの長さを抑制しつつ、第１アーム部の熱コンダクタンスを許容範囲内に収めることができる。一方、第２アーム部は短くてよいため、第１方向に延在する第３部分のみで足りる。本態様の支持部材（搭載部、第１アーム部、第２アーム部を含む）の平面視における形状は、コンパクトで、かつバランスがとれている。よって、この構造を単位（セル）として、熱型光検出器アレイを形成することも容易である。
【００２９】
（５）本発明の熱型光検出器の他の態様は、前記支持部材と前記基板との間に設けられる空洞部と、平面視で前記空洞部と重なる領域の前記基板に設けられる、少なくとも一つの回路構成要素と、を有する。
【００３０】
基板の、平面視で空洞部に重なる領域（つまり、空洞部の下に位置する領域）に、熱型光検出器に関係する回路構成要素（抵抗等の受動素子やトランジタ等の能動素子）を形成することによって、セルの面積を増大させることなく、回路構成要素を基板に集積することができる。この技術は、例えば、大規模アレイを構成する場合に、スケールダウンを図ることに貢献する。
【００３１】
（６）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記熱型光検出素子は、赤外線検出素子である。
【００３２】
本態様によれば、小型であり、かつ、搭載部が両持ちされる構造であることから機械的強度に優れ、信頼性が高い赤外線検出器を実現することができる。
【００３３】
（７）本発明の熱型光検出装置の一態様では、上記いずれかの熱型光検出器が複数、２次元配置されている。
【００３４】
これによって、複数の熱型光検出器（熱型光検出素子）が２次元に配置された（例えば、直交２軸の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）が実現される。
【００３５】
（８）本発明の熱型光検出装置の他の態様は、上記（５）記載の熱型光検出器が複数、共通の前記空洞部上に設けられ、前記共通の空洞部上に設けられる複数の熱型光検出器のうちの、少なくとも一つの熱型光検出器を構成する第１アーム部は、前記共通の空洞部の底部から前記熱型光検出素子側に突出するポストによって支持されており、かつ、前記ポストは、前記第１アーム部に設けられる前記複数の配線のうちの一つと、前記基板の、平面視で前記共通の空洞部と重なる領域に設けられる回路構成要素と、を電気的に接続する導体層を含む。
【００３６】
基板の、共通の空洞部の下に位置する領域に回路構成要素を設けることによって、占有面積を増大させることなく、必要な回路を形成することができる。共通の空洞部を使用することによって製造上の負担が軽減され、また、熱型光検出装置のコンパクト化が実現される。また、ポストを、第１配線や第２配線と回路構成要素とを電気的に接続するためのコンタクト用配線としても利用することによって、コンタクト用配線を別途、設ける必要がなくなり、熱型光検出器のコンパクト化が可能となる。また、製造工程も簡略化することができる。
【００３７】
（９）本発明の他の態様では、上記（８）の態様において、前記複数の熱型光検出器には、第１熱型光検出器および第２熱型光検出器が含まれており、前記第１熱型光検出器の第２アーム部と、前記第２熱型光検出器の第１アーム部とが、共通の前記ポストによって支持されている。
【００３８】
これによって、一つのポストで、２本のアーム部（各アーム部は、異なる熱型光検出器のアーム部である）を支持することができ、ポストの数を減らすことができる。したがって、素子を製造する上での負担が軽減される。また、ポストの数が減少することによって、素子から基板への放熱が、効果的に抑制される。なお、第１熱型光検出器および第２熱型光検出器の各々は、例えば、隣接して配置されるのが好ましい。
【００３９】
（１０）本発明の電子機器の一態様は、上記いずれかに記載の熱型光検出器を含む。
【００４０】
上述のとおり、熱型光検出器は、小型であり、かつ、搭載部が両持ちされる構造であることから機械的強度に優れ、信頼性が高い。よって、この熱型光検出器を有する電子機器も、同様の効果を享受することができる。電子機器の好適な例としては、例えば、光（温度）分布画像を出力するサーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラ等があげられる。
【００４１】
このように、本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、熱型光検出器の小型化を、無理なく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、熱型光検出器の構成の一例を示す図
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｆ）は、第１アーム部の断面構造の一例と、支持部材（メンブレン）の製造方法の一例を示す図
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、基板上に支持部材が形成されるまでの製造工程を示す図
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、支持部材上に、熱分離された熱型光検出素子（焦電型の赤外線検出素子）を形成するまでの工程を示す図
【図５】熱型光検出アレイに適したアーム形状をもつ熱型光検出器の一例を示す平面図
【図６】熱型光検出アレイに適したアーム形状をもつ熱型光検出器の他の例を示す平面図
【図７】図６の例における、基板に設けられる回路の構成例を示す図
【図８】熱型光検出装置（熱型光検出アレイ）の回路構成の一例を示す回路図
【図９】電子機器の構成の一例を示す図
【図１０】電子機器の構成の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００４４】
（第１の実施形態）
本実施形態では、第１アーム部と第２アーム部とを有する支持部材（メンブレン）を使用し、かつ、第１アーム部には複数本（ｎ本：ｎは２以上の自然数）の配線が設けられる。一方、第２アーム部には、ｍ本（０≦ｍ＜ｎ）の配線が設けられる。この構成によって、第１アーム部の熱的特性（例えば、単位長さあたりの熱抵抗）と第２アーム部の熱的特性とがアンバランスになるとすると（つまり、各アーム部の熱的特性に不均衡が生じるとすると）、素子の熱的設計に際して、第１アーム部の長さと第２アーム部の長さを、必ずしも等しくする（均等な長さとする）必要がなくなる。
【００４５】
このことを利用して、本実施形態では、第２アーム部のアーム長を短縮する。第２アーム部のアーム長の短縮によって、第２アーム部の専有面積が減少し、これに伴って、熱型光検出器のさらなる小型化が可能となる。
【００４６】
以下の説明では、第１アーム部に２本の配線が設けられ（ｎ＝２）、かつ、第２アーム部には配線が設けられない（ｍ＝０）場合の構成について説明する（但し、この例は一例であり、この例に限定されるものではない）。
【００４７】
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、熱型光検出器の構成の一例を示す図である。図１（Ａ）は、第１アーム部と第２アーム部との長さが同じ（共にＬ１）に設定されている例を示し、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は、第１アーム部の長さよりも第２アーム部の長さが短い例（Ｌ１＞Ｌ２あるいはＬ１＞Ｌ３）を示す。図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例において、熱型光検出器の小型化（ダウンサイジング）の効果が得られる。図中、Ｇ１は第１アーム部５２の熱コンダクタンスを示し、Ｇ２は第２アーム部５４の熱コンダクタンスを示す。
【００４８】
まず、図１（Ａ）を参照する。図１（Ａ）の最下段の図は、熱型光検出器１００における支持部材（メンブレン）５０および熱型光検出素子（ここでは焦電型の赤外線検出素子とする）９０の平面視の形状を示す図である。図１（Ａ）の上段の図は、最下段の図のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図１（Ａ）の中段の図は、最下段の図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４９】
熱型光検出素子（焦電型赤外線検出素子（焦電型光検出素子））９０は、下部電極１と、焦電膜（強誘電体膜）２と、上部電極３と、絶縁膜（保護膜）４と、光吸収膜としての赤外線吸収膜（例えばシリコン酸化膜）５と、を有する。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３は、例えば、３層の金属膜を積層することによって形成される。例えば、焦電膜（強誘電体膜）２から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）及びプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。また、焦電膜（強誘電体膜）２としては、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いることができる。焦電膜（強誘電体膜）２は、例えば、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等で成膜することができる。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３の膜厚は、例えば０．４μｍ程度であり、焦電膜（強誘電体膜）２の膜厚は、例えば０．１μｍ程度である。
【００５０】
また、下部電極１には、コンタクトホールＣＴ１を経由して、第１引き出し配線６が接続される。また、上部電極３には、コンタクトホールＣＴ３を経由して、第２引き出し配線７が接続される。また、第１引き出し配線６は、コンタクトホールＣＴ２を経由して、第１配線４３ａに接続されている。第２引き出し配線７は、コンタクトホールＣＴ４を経由して、第２配線４３ｂに接続されている。
【００５１】
支持部材（メンブレン）５０は、第１アーム部５２と、第２アーム部５４と、熱型光検出素子９０を搭載する搭載部５６と、を有する。搭載部５６には、熱型光検出素子（焦電型の赤外線検出素子）９０が搭載される。搭載部５６は、第１アーム部５２および第２アーム部５４によって支持される。第１アーム部５２は、一端が搭載部５６に連結され、搭載部５６を基板（図１では不図示）上にて支持する。第２アーム５４は、一端が搭載部５６の他端に連結され、搭載部５６を基板上にて支持する。
【００５２】
第１アーム部５２および第２アーム部５４の各々によって搭載部５６を支持する両持ち構造を採用することによって、各アーム部における撓みやねじれが抑制され、搭載部５６を、より安定的に支持することができる。また、各アーム部の支持強度を高く設定することも容易である。
【００５３】
支持部材（メンブレン）５０は、少なくとも一層の膜により構成することができる。図１（Ａ）の例では、支持部材（メンブレン）５０は、下層の第１絶縁膜（例えばＳｉ３Ｎ４膜）４１および上層の第２絶縁膜（例えばＳｉ３Ｎ４膜）４５を含んで構成される。また、第１アーム部５２には、第１アーム部５２には、熱型光検出素子９０に電気的に接続される複数本の配線（ここでは第１配線４３ａと第２配線４３ｂ）が設けられ、一方、第２アーム部５４には、熱型光検出素子９０に電気的に接続される配線は設けられない。
【００５４】
また、第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂの各々は、第１アーム部５２に埋め込み形成される。つまり、第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂは、第１アーム部５２に埋設された配線である。よって、第１アーム部５２は、基板側（下側）に設けられる第１絶縁膜４１と、第１絶縁膜４１上に設けられる、互いに電気的に分離されている第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂと、第１配線４３ａ上および第２配線４３ｂ上に設けられる第２絶縁膜４５と、を有することになる。
【００５５】
第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂの各々を第１アーム部５２上に形成した場合、その上に、さらに絶縁膜（保護膜）を形成する必要があり、したがって、第１アーム部の熱容量が増大する。第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂの各々を、第１アーム部５２の内部に埋設すれば、第１アーム部５２を構成する絶縁膜４１，４５が、配線の保護膜を兼ねることになる。よって、配線の保護のための絶縁膜を別途、設ける必要がなく、その分、支持部材（メンブレン）５０の熱容量を小さくすることができる。なお、配線４３ａ，４３ｂは、例えば、導体層としての金属（例えばアルミニュウム（Ａｌ）タングステン（Ｗ）等）によって構成することができる。
【００５６】
図１（Ａ）の例では、第１アーム部５２および第２アーム部５４の各々の長さはＬ１に設定されているが、この例では、熱型光検出器１００のダウンサイジングの効果が得られない。第２アーム部５４は絶縁膜のみで構成されており、熱伝達が良好な金属を含む第１アーム部５２に比べて熱コンダクタンスは小さいことから、第２アーム部５４の長さをより短くしても問題は生じない。
【００５７】
つまり、第１アーム部２の長さと第２アーム部５４の長さは同じに設定する必要はなく、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例のように、第２アーム部５４の長さを、第１アーム部５２の長さに比べて短く設定して、熱型光検出器１００の小型化の効果を得ることができる。図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例では、第１アーム部５２および第２アーム部５４は、長さに関して非対称である。以下、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例について、具体的に説明する。
【００５８】
第１アーム部５２のみに配線（導電材料（例えば金属）：一般に熱伝導性も高い）４３ａ，４３ｂが設けられることから、絶縁体４１，４５のみからなる第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２よりも、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１の方が大きくなる。したがって、第１アーム部５２の放熱が支配的となり、その第１アーム部５２の放熱特性（熱コンダクタンスＧ１）を基準にして熱型光検出素子の設計が行われることになる。第１アーム部５２は、基板への熱拡散を抑制して所望の熱コンダクタンスＧ１を実現するために、アーム長Ｌ１をある程度、長く設定する必要がある。
【００５９】
一方、電気的絶縁性材料（例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等）のみで構成される第２アーム部５４の単位長さ当たりの熱コンダクタンスは、第１アーム部５２の単位長さ当たりの熱コンダクタンスよりも小さい。よって、第２アーム部５４に関しては、第１アーム部５２の長さと同じ長さを確保して、熱抵抗を必要以上に大きく設定することには意味がない。つまり、熱的特性が第１アーム部５２によって支配的に決定されているのに、第２アーム部５４で大きな熱抵抗を確保しても、放熱の抑制対策にはならない。よって、第２アーム部５４の長さは、第１アーム部５２の長さＬ１よりも短くすることができる。短くできる限界の長さは、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２が、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１に等しくなる長さＬ３である。つまり、第２アーム部５４の長さをＬ３未満とすると、今度は、第２アーム部５４の放熱特性が支配的となってしまい、第１アーム部５２を中心とした熱的設計ができなくなるからである。
【００６０】
したがって、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２との間には、Ｇ１≧Ｇ２が成立する。つまり、第２アーム部５４の長さは、「第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２が第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１よりも小さくならない」という条件の下で、第１アーム部５２の長さよりも短くすることができる。つまり、Ｇ１≧Ｇ２という条件を満たす範囲で、第２アーム部５４のアーム長を短縮することができる。
【００６１】
図１（Ｂ）の例では、第２アーム部５４の長さはＬ２に設定されている。ここで、第１アーム部５２の長さＬ１と、第２アーム部５４の長さＬ２と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２が、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１に等しくなる長さＬ３との間には、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３が成立する。第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２との間には、Ｇ１＞Ｇ２の関係が成立する。
【００６２】
図１（Ｃ）の例では、第２アーム部５４の長さはＬ３に設定されている。つまり、第２アーム部５４の長さは最も短く設定されている。第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２との間には、Ｇ１＝Ｇ２の関係が成立する。
【００６３】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例では、第２アーム部５４のアーム長の短縮によって、第２アーム部４の専有面積が減少し、これに伴って、熱型光検出器１００をより小型化することができる。図１（Ｂ）の例、図１（Ｃ）の例のいずれを採用するかは、熱以外の設計要因等も考慮して、適宜、決定することができる。
【００６４】
なお、上記の例では、第２アーム部５４には配線（導体層）が設けられていないことから、第２アーム部５４の熱コンダクタンスは十分に小さい。よって、例えば、図１（Ｃ）の例では、第２アーム部５４の長さＬ３を十分に短くすることができる。よって、素子の大幅なダウンサイジングが可能である。
【００６５】
また、第１アーム部５２と第２アーム部５４の構成材料や断面積は同じにする方が熱型光検出器１００の設計上、好ましいが、これに限定されるものではなく、各アーム間で、構成材料や断面積に差を設けることもできる。この場合であっても、第２アーム部５４の長さ（Ｌ２，Ｌ３）が第１アーム部５２の長さ（Ｌ１）よりも短く設定されるという条件が満足されれば、熱型光検出器１００のダウンサイジングの効果を得ることができる。
【００６６】
図２（Ａ）〜図２（Ｆ）は、第１アーム部の断面構造の一例と、支持部材（メンブレン）の製造方法の一例を示す図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示される支持部材５０（図１（Ｃ）に示されるものと同じである）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。つまり、支持部材（メンブレン）５０における第１アーム部５２の断面構造が図２（Ｂ）に示されている。第１アーム部５２は、基板ＢＳ上に形成されている。第１アーム部５２の幅はＷ１であり、高さはＨである。第１アーム部５２に埋設して形成される第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂの幅は共にＷ２（Ｗ１＞Ｗ２）である。
【００６７】
支持部材（メンブレン）５０の製造方法について、図２（Ｃ）〜図２（Ｆ）を用いて説明する。まず、図２（Ｃ）に示すように、基板ＢＳ（広義の基板であり、ここでは、狭義の基板（シリコン基板等）の上に形成される絶縁層等も基板ＢＳに含まれるものとする）上に、第１絶縁膜（例えばＳｉ３Ｎ４膜）４１を形成する。次に、図２（Ｄ）に示すように、第１絶縁膜４１上にアルミニュウム等の金属層を形成した後、パターニングして第１配線（第１配線層）４３ａおよび第２配線（第２配線層）４３ｂを形成する。上述のとおり、第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂは、第１アーム部５２においてのみ設けられる。次に、図２（Ｅ）に示すように、第１配線４３ａ上および第２配線４３ｂ上に、第２絶縁膜（例えばＳｉ３Ｎ４膜）４５を形成する。次に、図２（Ｆ）に示すように、第１絶縁膜４１および第２絶縁膜４５をパターニングする。これによって、図２（Ａ）に示される支持部材（メンブレン）５０（第１アーム部５２、第２アーム部５４ならびに搭載部５６を含む）が形成される。
【００６８】
次に、熱型光検出器全体の製造工程について、図３および図４を用いて説明する。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、基板上に支持部材が形成されるまでの製造工程を示す図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、支持部材上に、熱分離された熱型光検出素子（焦電型の赤外線検出素子）を形成するまでの工程を示す図である。
【００６９】
図３（Ａ）の工程では、シリコン基板１１上に、表面保護膜１５（例えばＳｉＯ２膜）を形成し、続いて、ＣＶＤ法等によって所定厚みを有する絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）１３を形成する。次に、絶縁膜１３上に、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を形成し、そのシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）をパターニングして凹部１７を形成する。この空洞部１５は、支持部材５０における搭載部５６を、基板ＢＳから熱分離するための熱分離空洞として機能する。また、パターニング後に残存するシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）ＱａおよびＱｂは、支持部材５０を直接に支持する支持体として機能する。次に、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）ＱａおよびＱｂ上、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）ＱａおよびＱｂの側面上、ならびに絶縁膜（ＳｉＯ２膜）１３上に、窒化チタン膜（ＴｉＮ）ＥＳを形成する。この窒化チタン膜（ＴｉＮ）ＥＳは、熱分離用の空洞部（図４（Ｂ）の参照符号１７）を形成する際のエッチングストッパー膜として機能する。
【００７０】
図３（Ｂ）の工程では、犠牲層（例えばＳｉＯ２膜）を全面に形成した後、エッチバックあるいはＣＭＰによって、その犠牲層を凹部１７に埋め込む。これによって、凹部１７に埋め込まれた犠牲層１０が形成される。
【００７１】
図３（Ｃ）の工程では、支持部材（メンブレン）５０（第１配線４３ａ、第２配線４３ｂを含む）を形成する。支持部材（メンブレン）５０は、先に示した図２（Ｃ）〜図２（Ｆ）の各工程を経て形成される。
【００７２】
次に、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照する。図４（Ａ）の工程では、支持部材（メンブレン）５０上に、熱型光検出素子としての赤外線検出素子９０ならびに引き出し配線６を形成する。
【００７３】
先に説明したように、焦電型の赤外線検出素子９０は、下部電極１と、焦電膜（強誘電体膜）２と、上部電極３と、絶縁膜（保護膜）４と、光吸収膜としての赤外線吸収膜（例えばシリコン酸化膜）５と、を有する。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３は、例えば、３層の金属膜を積層することによって形成される。例えば、焦電膜（強誘電体膜）２から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）及びプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。また、焦電膜（強誘電体膜）２としては、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いることができる。焦電膜（強誘電体膜）２は、例えば、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等で成膜することができる。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３の膜厚は、例えば０．４μｍ程度であり、焦電膜（強誘電体膜）２の膜厚は、例えば０．１μｍ程度である。
【００７４】
製造方法は以下のとおりである。まず、下部電極１、焦電膜２および上部電極３を順次形成する。次に、絶縁膜（保護膜）４を形成する。次に、絶縁膜（保護膜）４をパターニングしてコンタクトホール（図１（Ａ）〜図１（Ｃ）におけるＣＴ１，ＣＴ３）を形成する。また、第１アーム部５２における第２絶縁膜４５をパターニングしてコンタクトホール（図１（Ａ）〜図１（Ｃ）におけるＣＴ２，ＣＴ４）を形成する。
【００７５】
続いてアルミニュウム等の金属層を形成し、その金属層をパターニングして引き出し配線６（および７）を形成する。次に、全面にＳｉＯ２膜を形成し、そのＳｉＯ２膜をパターニングして、光吸収膜（赤外線吸収膜）５を形成する。
【００７６】
図４（Ｂ）の工程では、犠牲層１０を除去する。これによって、熱分離用の空洞部（凹部）１７が形成される。
【００７７】
本実施形態の熱型光検出器（赤外線検出器）１００は、各アーム部のアーム長が非対称であり、かつ、一方のアーム部のアーム長が短縮されていることから、小型であり、かつ、搭載部が両持ちされる構造であることから機械的強度に優れる。よって、信頼性が高い赤外線検出器等を実現することができる。
【００７８】
（第２実施形態）
本実施形態では、複数の熱型光検出器を２次元的に配置した熱型光検出アレイの集積度の向上（つまり、アレイのダウンサイジング）に寄与するアーム形状の一例について説明する。図５は、熱型光検出アレイに適したアーム形状をもつ熱型光検出器の一例を示す平面図である。図５において、前掲の実施形態と共通する部分には、同じ参照符号を付している。
【００７９】
図５では、Ｘ軸方向（第１方向）に沿って２個の熱型光検出器１００ａ，１００ｂが配置されている。熱型光検出器１００ａと１００ｂの、平面視における形状は同じである。また、図５において、熱型光検出器１００ｂにおける参照符号にはダッシュ記号を付している。また、図５の例では、熱型光検出器１００ａおよび１００ｂの各々に対応して、熱分離用の空洞部１７，１７’が設けられている。
【００８０】
先の第１実施形態では、第１アーム部５２と第２アーム部５４の各々が、搭載部５６から、互いに反対方向に直線的に延出していたが、本実施形態（第２実施形態）では、第１アーム部５２は屈曲形状を有し、一方、第２アーム部５４は直線的な形状である。第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２は、例えば等しく設定される（図１（Ｃ）の例）。
【００８１】
熱型光検出器１００ａにおいて、第１アーム部５２は、搭載部５６に連結されると共に、平面視で第１方向（Ｘ軸方向）に延在する第１部分ａ１と、第１部分ａ１に連接し、平面視で第１方向（Ｘ軸方向）に垂直な第２方向（Ｙ軸方向）に延在する第２部分ａ２と、を有する。一方、第２アーム部５４は、第１方向（Ｘ軸方向）に延在する第３部分ｂ１のみを有する。
【００８２】
図５の左上に、熱型光検出器１００ａにおける各部の、第１方向（Ｘ軸方向）の寸法が示されている。第１アーム部５２の第１方向（Ｘ軸方向）の寸法はＬＡであり、搭載部５６の第１方向（Ｘ軸方向）の寸法はＬＢであり、第２アーム部５４の第１方向（Ｘ軸方向）の寸法はＬＣである。ＬＣ＜ＬＡである。熱型光検出器１００ａの第１方向（Ｘ軸方向）の全体の寸法はＬＤ（＝ＬＡ＋ＬＢ＋ＬＣ）である。
【００８３】
先に説明したように、第１アーム部５２は、基板ＢＳへの熱拡散を抑制するためにアーム長を長くする必要がある。アーム部の熱コンダクタンスは、構成材料の材質で決まる係数と、断面積と、長さとの積で決定され、材質が決まれば係数が一義的に定まり、断面積はアーム部の必要強度やプロセス条件等によって決定されるが、断面積を小さくすることには限界がある。よって、アーム長さを長くして熱抵抗を増大させて、所望の熱コンダクタンスＧ１を実現する必要がある。よって、本実施形態では、第１アーム部５２の形状を屈曲部を有する形状として、第１方向（Ｘ軸方向）の寸法は抑制しつつ、アーム長を長くし、所望の熱コンダクタンスＧ１を実現する。
【００８４】
つまり、第１アーム部５２は、第１方向（Ｘ軸方向）に延在する第１部分ａ１と、平面視で第１方向に直交する第２方向（Ｙ軸方向）に延在する第２部分ａ２とを含んでおり、これによって、２次元のスペースを有効活用して、第１方向（Ｘ軸方向）におけるアームの長さを抑制しつつ、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１を許容範囲内に収めることができる。一方、第２アーム部５４は短くてよいため、第１方向（Ｘ軸方向）に延在する第３部分ｂ１のみで足りる。
【００８５】
本実施形態における支持部材（搭載部５６と、これを支持する第１アーム部５２および第２アーム部５４とを含む）の平面視における形状は、コンパクトで、かつ機械的なバランスがとれており、ねじれや撓み等も抑制される。また、アーム長が長い第１アーム部５２には、剛性が高い金属配線が２本設けられていることから、十分な機械的強度が得られる。一方、第２アーム部５４は絶縁膜のみで構成されるが、アーム長が短いことから、撓み等が生じにくく、よって、機械的強度に問題は生じない。よって、この構造を単位（セル）として、例えば、大規模な熱型光検出器アレイを形成することも容易である。
【００８６】
本実施形態の熱型光検出器を複数、２次元的に配置する（例えば、直交２軸の各々に沿ってアレイ状に配置する）ことによって、高集積度の熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）を実現することができる。
【００８７】
（第３実施形態）
本実施形態では、複数の熱型光検出器を２次元的に配置した熱型光検出アレイの集積度の向上（つまり、アレイのダウンサイジング）に寄与するアーム形状の他の例について説明する。図６は、熱型光検出アレイに適したアーム形状をもつ熱型光検出器の他の例を示す平面図である。図６の上段には、熱型光検出器１００ｃ，１００ｄの平面視における形状が示されている。図６の中段には、図６の上段の図のＡ−Ａ線に沿う断面図が示され、また、図６の下段には、図６の上段の図のＢ―Ｂ線に沿う断面図が示されている。図６において、前掲の実施形態と共通する部分には、同じ参照符号を付している。また、熱型光検出器１００ｄの構成要素には、ダッシュ記号を付している。
【００８８】
図６に示される熱型光検出器１００ｃ，１００ｄにおける、平面視におけるアーム部の形状は、第２実施形態と同じである。但し、引き出し配線を熱型光検出素子の上部電極に接続するためのコンタクトホール（ＣＴ１、ＣＴ３、ＣＴ１’、ＣＴ３’）の位置が、第２実施形態とは若干、異なっている。
【００８９】
また、本実施形態では、共通の空洞部１７上に、熱型光検出器１００ｃ，１００ｄが形成されている（第２実施形態では、各検出器毎に空洞部が形成されていた）。この点は、製造プロセスの簡素化に貢献する。本実施形態では、共通の空洞部１７上において、熱型光検出素子９０，９０’の各々（あるいは搭載部５６，５６’）を基板ＢＳから浮上した状態で保持するために、支持ポストＰＴ１，ＰＴ１’を用いる。この支持ポストＰＴ１，ＰＴ１’は、第１アーム部に設けられる第１配線および第２配線の各々と、基板ＢＳの、空洞部１７の下に位置する領域に設けられる回路構成要素と、を電気的に接続するためのコンタクト用配線（コンタクトプラグ）としても機能する。
【００９０】
つまり、共通の空洞部１７上に設けられる複数の熱型光検出器９０，９０’・・・のうちの、少なくとも一つの熱型光検出器（例えば９０）を構成する第１アーム部５２は、空洞部の底部（底面）から熱型光検出素子９０側（つまり上方）に突出するポストＰＴ１によって支持されている。そして、そのポストＰＴ１は、第１アーム部５２に設けられる複数の配線４３ａ，４３ｂのうちの一つと、基板ＢＳの、平面視で共通の空洞部１７と重なる領域に設けられる回路構成要素（ＮＭＯＳトランジスタＭ１ａ）と、を電気的に接続する導体層（コンタクトプラグＰ１およびコンタクトプラグＰ２）を含む。ポストＰ１’についても同様である。ポストＰＴ１（ＰＴ１’）をコンタクト用配線としても利用することによって、コンタクト用配線を別途、設ける必要がなくなり、熱型光検出器９０（９０’）のコンパクト化が可能であり、また、製造工程も簡略化できる。
【００９１】
また、基板ＢＳの、共通の空洞部１７の下に位置する領域に回路構成要素（Ｍ１ａ，Ｍ２ａ等）を設けることによって、占有面積を増大させることなく、必要な回路を形成することができる。共通の空洞部１７を使用することによって製造上の負担が軽減され、また、熱型光検出装置のコンパクト化も実現される。
【００９２】
また、熱型光検出器９０を第１熱型光検出器とし、熱型光検出器９０’を第２熱型光検出器としたとき、例えば、第１熱型光検出器９０の第２アーム部５４と、第２熱型光検出器９０’の第１アーム部５２’とが、共通のポストＰＴ１’によって支持されている。
【００９３】
これによって、一つのポストで、２本のアーム部（各アーム部は、異なる熱型光検出器のアーム部である）を支持することができ、ポストの数を減らすことができる。したがって、素子を製造する上での負担が軽減される。また、ポストの数が減少することによって、素子から基板への放熱が、効果的に抑制される。図６の例では、第１熱型光検出器９０および第２熱型光検出器９０’の各々は、隣接して配置されている。
【００９４】
以下、図６の下段の図を参照して、具体的なデバイス構造について説明する。支持ポストＰＴ１，ＰＴ１’（点線で囲んで示される）は、多層配線構造を用いて形成されている。支持ポストＰＴ１は、第１配線４３ａに電気的に接続されるコンタクトプラグＰ１と、第２配線４３ｂに電気的に接続されるコンタクトプラグＰ２と、層間絶縁膜Ｉと、を含んで構成される。同様に、支持ポストＰＴ１’は、第１配線４３ａ’に電気的に接続されるコンタクトプラグＰ１’と、第２配線４３ｂ’に電気的に接続されるコンタクトプラグＰ２’と、層間絶縁膜Ｉ’と、を含んで構成される。
【００９５】
また、共通の空洞部１７の下に位置するシリコン基板（狭義の基板）１１には、回路構成要素であるＮ型ＭＯＳトランジスターＭ１ａ，Ｍ２ａが形成されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ１ａは、熱型検出素子９０に対応して設けられる。Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ２ａは、熱型検出素子９０’に対応して設けられる。Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ１ａは、ゲートＧ１（例えばシリコンゲート）と、ソース層（ｎ＋）Ｓ１と、ドレイン層（ｎ＋）Ｄ１と、を有する。同様に、Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ２ａは、ゲートＧ２（例えばシリコンゲート）と、ソース層（ｎ＋）Ｓ２と、ドレイン層（ｎ＋）Ｄ２、を有する。
【００９６】
Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ１ａと熱型検出素子９０とは、多層配線を含む導体層ＭＬ１によって接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ２ａと熱型検出素子９０’とは、多層配線を含む導体層ＭＬ１’によって接続される。
【００９７】
図７は、図６の例における、基板に設けられる回路の構成例を示す図である。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ１ａのゲートＧ１は、走査線Ｗ１ａに接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ１ａのソースＳ１は第１配線４３ａに接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ１ａのドレインＤ１はデータ線Ｄ１ａに接続されている。
【００９８】
Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ２ａのゲートＧ２は、走査線Ｗ１ｂに接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ２ａのソースＳ２は第１配線４３ａ’に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ２ａのドレインＤ２はデータ線Ｄ１ａに接続されている。
【００９９】
また、熱型光検出素子９０の第２配線４３ｂには、所定電圧（電圧レベルをステップ的に変化させることができる電圧）ＰＤｒ１が印可される。また、熱型光検出素子９０’の第２配線４３ｂ’には、所定電圧（電圧レベルをステップ的に変化させることができる電圧）ＰＤｒ２が印可される。
【０１００】
データ線Ｄ１ａは、読み出しトランジスターＭ３の一端に接続される。読み出しトランジスターＭ３の他端はＩ／Ｖ変換回路５１０に接続される。読み出しトランジスターＭ３のオン／オフは、ゲートに印可される制御電圧ＣＧによって制御される。
【０１０１】
図７の例では、基板ＢＳの、平面視で空洞部１７と重なる領域に回路構成要素であるトランジスターＭ１ａ，Ｍ１ｂが形成されており、また、走査線Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの一部、ならびにデータ線Ｄ１ａの一部、が形成されている。なお、基板ＢＳには、回路構成要素としてのダイオードや受動素子（抵抗等）も形成することができる。
【０１０２】
平面視で空洞部１７に重なる領域（つまり、空洞部１７の下に位置する領域）の基板ＢＳには、熱型光検出器に関係する回路構成要素（抵抗等の受動素子やトランジタ等の能動素子）が設けられている。これによって、セルの面積を増大させることなく、回路構成要素を基板に集積することができる。この技術は、例えば、大規模アレイを構成する場合に、スケールダウンを図ることに貢献する。
【０１０３】
（第４実施形態）
図８は、熱型光検出装置（熱型光検出アレイ）の回路構成の一例を示す回路図である。図８の例では、複数の光検出セル（ＣＬ１〜ＣＬ４等）が、２次元的に配置されている。複数の光検出セル（ＣＬ１〜ＣＬ４等）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等）と、データ線（Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ等）が設けられている。なお、セルＣＬ１およびセルＣＬ３の構成として、先に説明した図７に記載される構成を採用することができる。
【０１０４】
光検出セルＣＬ１は、熱型光検出素子９０（圧電コンデンサー）と、素子選択トランジスターＭ１ａと、を有する。熱型光検出素子９０（圧電コンデンサー）の両極の電位関係は、電圧ＰＤｒ１の電圧レベルを切り換えることによって反転することができる（この電圧反転によって、機械的なチョッパーを設ける必要がなくなる）。なお、光検出セルＣＬ２も同様の構成である（他の光検出セルも構成は同じである）。
【０１０５】
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５１０によって電圧に変換され、アンプ６０１によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器７０１によってデジタルデータに変換される。
【０１０６】
本実施形態では、複数の熱型光検出器（熱型光検出素子）が２次元的に配置された（例えば、直交２軸（Ｘ軸およびＹ軸）の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）が実現される。
【０１０７】
（第５実施形態）
図９は、電子機器の構成の一例を示す図である。図９の電子機器は、例えば赤外線カメラである。図示されるように、電子機器は、光学系４００と、センサーデバイス（熱型光検出装置）４１０と、画像処理部４２０と、処理部４３０と、記憶部４４０と、操作部４５０と、表示部４６０とを含む。なお本実施形態の電子機器は図１５の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば光学系、操作部、表示部等）を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。
【０１０８】
光学系４００は、例えば１または複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス４１０への物体像の結像などを行う。また必要であればフォーカス調整なども行う。
【０１０９】
センサーデバイス４１０は、上述した本実施形態の光検出器を二次元配列させて構成され、複数の行線（走査線（あるいはワード線））と複数の列線（データ線）が設けられる。センサーデバイス４１０は、二次元配列された光検出器に加えて、行選択回路（行ドライバー）と、列線を介して光検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、Ａ／Ｄ変換部等を含むことができる。二次元配列された各光検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。
【０１１０】
画像処理部４２０は、センサーデバイス４１０からのデジタルの画像データ（画素データ）に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。処理部４３０は、電子機器の全体の制御や電子機器内の各ブロックの制御を行う。この処理部４３０は、例えばＣＰＵ等により実現される。記憶部４４０は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部４３０や画像処理部４２０のワーク領域として機能する。操作部４５０は、ユーザが電子機器を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）画面などにより実現される。
【０１１１】
表示部４６０は、例えばセンサーデバイス４１０により取得された画像やＧＵＩ画面などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの各種のディスプレイにより実現される。
【０１１２】
このように、１セル分の熱型光検出器を赤外線センサー等のセンサーとして用いる他、１セル分の熱型光検出器を直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス（熱型光検出装置）４１０を構成することができ、こうすると熱（光）分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス４１０を用いて、サーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラなどの電子機器を構成することができる。
【０１１３】
上述のとおり、熱型光検出器は、小型であり、かつ、搭載部が両持ちされる構造であることから機械的強度に優れ、信頼性が高い。よって、この熱型光検出器を有する電子機器も、同様の効果を享受することができる。電子機器の好適な例としては、例えば、光（温度）分布画像を出力するサーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラ等があげられる。
【０１１４】
（第６実施形態）
図１０は、電子機器の構成の他の例を示す図である。図１０の電子機器８００は、熱型光検出器１００と、加速度検出素子５００と、を搭載したセンサーユニット５００を有する。センサーユニット５００には、さらにジャイロセンサー等を搭載することもできる。センサーユニット５００によって、異なる種類の物理量を測定することが可能である。センサーユニット５００から出力される各検出信号は、ＣＰＵ７００によって処理される。
【０１１５】
以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。例えば、支持部材（メンブレン）の構成材料や、その形成方法等に関しては種々、変形が可能である。
【０１１６】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、熱型光検出器の小型化を、無理なく実現することができる。本発明は、種々の熱型光検出器（例えば、熱伝対型素子（サーモパイル）、焦電型素子、ボロメーター等）に広く適用することができる。検出する光の波長は問わない。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 下部電極、２ 焦電膜（ＰＺＴ等）、３ 上部電極、４ 絶縁膜（保護膜）、
５ 光吸収膜（赤外線吸収膜）、１０ 犠牲層、１１ シリコン基板、
１３ ＳｉＯ２膜、１５ 表面保護膜、Ｑａ，Ｑｂ Ｓｉ３Ｎ４膜、ＥＳ ＴｉＮ膜、
１７ 凹部、４１ 支持部材の構成層としての第１絶縁膜（第１部材）、
４５ 支持部材の構成層としての第２絶縁膜（第２部材）、
４３ａ 第１配線、４３ｂ 第２配線、５０ 支持部材（メンブレン）、
５２ 第１アーム部、５４ 第２アーム部、５６ 素子搭載部（搭載部）、
９０ 熱型光検出素子（例えば焦電型の赤外線検出素子）、
１００ 熱型光検出器（例えば、焦電型の赤外線検出器）、
ＢＳ 基板（センサー基部）、ＣＴ１〜ＣＴ４ コンタクトホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型光検出器、熱型光検出装置および電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱型光検出器としては、熱電対型素子（サーモパイル）、焦電型素子あるいはボロメーター等がある。熱電対型素子（サーモパイル）は、光吸収に伴う光吸収膜の温度上昇を、熱伝対によって直接的に検出する。
【０００３】
焦電型素子は、光吸収に伴う光吸収膜の温度上昇を、強磁性体の焦電効果（パイロ電子効果）を利用して検出する。例えば、強誘電体(ＰＺＴ:チタン酸ジルコン酸鉛)やタンタル酸リチウム等の誘電率の大きな結晶体は、加熱したり冷却したりすると電気分極量の変化を生じる。すなわち、温度変化があると自発分極量に変化が生じて表面電荷量に変化が生じ、温度変化がないと表面電荷は中和する。分極状態が変化するのに伴い、強誘電体結晶の両端に接続される各電極間に表面電荷量の変化により生じた焦電流が流れる。焦電流（または分極量変化に伴う誘電率、分極量）を検出することによって、照射された光（赤外線等）の光量を検出することができる。また、ボロメーターは、光吸収に伴う温度上昇を、例えば感熱抵抗素子の抵抗値の変化として検出する。
【０００４】
また、熱型光検出素子の一つである赤外線検出素子は、小規模素子分野では、例えば人感センサーに応用され、大規模アレイ分野では、例えば赤外線カメラ装置に応用されている。かつては軍事技術として開発されたが、近年は民生品へ応用が進みはじめており、今後、赤外線検出による様々な応用が期待されている。
【０００５】
熱型検出素子は、例えば薄膜（メンブレン）からなる搭載部上に搭載され、搭載部は、アームによって基板から浮上した状態で支持される。アームには、基板への熱拡散を抑制しつつ、搭載部を安定的に支持する機械的強度が求められる。
【０００６】
熱型光検出器の構造は、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されている。特許文献１に記載される赤外線センサーでは、熱によって抵抗値が変化する抵抗体が支持台座の上に形成されており、その支持台座は、同じ長さの一対（２本）の水平ビームにより基材上に支持されている。各水平ビームには、導電材料からなるリード（配線）が設けられている。
【０００７】
また、特許文献２に記載される赤外線センサー素子では、検出セル部を１本の支持部にて基板上に支持している。１本の支持部の形状としては、熱コンダクタンスを小さくするために、複数の屈曲部を有する形状（九十九折り形状）が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−３０８１号公報
【特許文献２】特開２００９−２２９２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載される構造では、所定長さを有する一対の水平ビームの各々が支持台座の両側に延在することから、熱型光検出器（セル）の面積縮小（ダウンサイジング）が制限される。
【００１０】
また、特許文献２に記載される構造では、検出セル部が一本の支持部のみによって支持される片持ち構造が採用されることから、支持部の機械的安定性に関して不都合が生じる場合があり得る。例えば、検出セルの自重によって支持部が撓むおそれが生じる場合があり、また、片持ち構造であることから、支持部材の応力等によってねじれ等の変形が生じる可能性もある。また、支持部を何回も屈曲させることから、支持部の占有面積が増大する。また、特許文献２には、熱コンダクタンスを考慮して、複数のアームの各々を非対称化するという考え方は一切、示されていない。
【００１１】
本発明の少なくとも一つの態様によれば、熱型光検出器の小型化を無理なく実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明の熱型光検出器の一態様は、基板と、光吸収膜を含む熱型光検出素子と、
【００１３】
前記熱型光検出素子を搭載する搭載部と、一端が前記搭載部に連結され、前記搭載部を前記基板上にて支持する第１アーム部と、一端が前記搭載部の他端に連結され、前記搭載部を前記基板上にて支持する第２アーム部と、を有する支持部材と、を含み、前記第１アーム部には、前記熱型光検出素子に電気的に接続される複数本の配線が設けられ、かつ、前記第２アーム部の長さは、前記第１アーム部の長さよりも短く設定されている。
【００１４】
本態様では、搭載部が、第１アーム部および第２アーム部の各々によって支持される（両持ち構造の採用）。よって、搭載部を、各アーム部によって安定的に支持することができる。各アーム部の支持強度を高く設定することも容易である。
【００１５】
また、第１アーム部には、熱型検出素子に電気的に接続される複数本の配線が設けられる。また、第１アーム部の長さと第２アーム部の長さは同じではなく、第２アーム部の長さが短く設定される（つまり、第１アーム部および第２アーム部は、長さに関して非対称である）。
【００１６】
第１アーム部に複数本の配線が設けられることによって、例えば、第１アーム部の熱的特性（例えば、単位長さあたりの熱抵抗）と第２アーム部の熱的特性とがアンバランスになると（つまり、各アーム部の熱的特性に不均衡が生じた場合には）、素子の熱的設計に際して、第１アーム部の長さと第２アーム部の長さを、必ずしも等しくする（均等な長さとする）必要がなくなる。
【００１７】
このことを利用して、本態様では、第２アーム部のアーム長を短縮する。第２アーム部のアーム長の短縮によって、第２アーム部の専有面積が減少し、これに伴って、熱型光検出器のさらなる小型化が可能となる。
【００１８】
（２）本発明の熱型光検出器の他の態様は、前記第１アーム部の熱コンダクタンスをＧ１とし、前記第２アーム部の熱コンダクタンスをＧ２としたとき、Ｇ１≧Ｇ２が成立する。
【００１９】
第２アーム部の長さは、「第２アーム部の熱コンダクタンスが第１アーム部の熱コンダクタンスよりも小さくならない」という条件の下で、第１アーム部の長さよりも短くすることができる。つまり、第１アーム部の熱コンダクタンスをＧ１とし、第２アーム部の熱コンダクタンスをＧ２としたとき、Ｇ１≧Ｇ２が成立する。この条件を満たす範囲で、第２アーム部を短縮することができる。
【００２０】
例えば、第１アーム部に２本の配線が設けられ、第２アーム部には、例えば配線が設けられない（あるいは、１本の配線（導体層を含む）のみが設けられる）場合を想定する。
【００２１】
第１アーム部に複数本の配線（導電材料（例えば金属）：一般に熱伝導性も高い）が設けられることから、第１アーム部と第２アーム部とが同じ長さであるとすると、第２アーム部の熱コンダクタンスよりも、第１アーム部の熱コンダクタンスの方が大きくなる。したがって、熱コンダクタンスが大きい第１アーム部の放熱が支配的となり、その第１アーム部の放熱特性を基にして熱型光検出素子の設計が行われる。つまり、第１アーム部は、基板への熱拡散を抑制するために、アーム長を長くする必要がある。
【００２２】
一方、第２アーム部は、例えば、電気的絶縁性材料（例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等）のみで構成され、また例えば、１本の配線を有するのみである。したがって、
第２アーム部の熱コンダクタンスは、第１アーム部の熱コンダクタンスに比べて小さく、よって、熱型光検出器における熱的な特性は、熱コンダクタンスが大きな第１アーム部の特性に依存して決定されることになる。
【００２３】
第２アーム部に関しては、第１アーム部の長さと同じ長さを確保して、熱抵抗を必要以上に大きく設定することには意味がない（熱的特性が第１アームによって支配的に決定されているのに、第２アーム部で熱抵抗を確保する意味がない）。よって、第２アーム部の長さは、第１アーム部の長さよりも短くすることができる。短くできる限界の長さは、第２アーム部の熱コンダクタンスが、第１アーム部の熱コンダクタンスに等しくなる長さである（これ以上、第２アーム部の長さを短くすると、今度は、第２アーム部の放熱特性が支配的となってしまい、第１アーム部を中心とした熱的設計ができなくなるからである）。第２アーム部のアーム長の短縮によって、第２アーム部の専有面積が減少し、これに伴って、熱型光検出器のさらなる小型化が可能となる。
【００２４】
なお、第１アーム部と第２アーム部の構成材料や断面積は同じにする方が熱型光検出器の設計上、好ましいが、これに限定されるものではなく、構成材料や断面積に差を設けることもできる。この場合であっても、第２アーム部の長さが第１アーム部の長さよりも短く設定されるという条件が満足されれば、熱型光検出器のダウンサイジングの効果を得ることができる。
【００２５】
（３）本発明の熱型光検出器の他の態様は、前記第１アーム部は、前記基板側に設けられる第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられる、互いに電気的に分離されている第１配線および第２配線と、前記第１配線上および前記第２配線上に設けられる第２絶縁膜と、を有する。
【００２６】
本態様では、複数の配線の各々を、第１アーム部の内部に埋設する。各配線を第１アーム部上に形成した場合、その上にさらに絶縁膜（保護膜）を形成する必要があり、したがって、第１アーム部の熱容量が増大する。複数の配線の各々を、第１アーム部の内部に埋設すれば、第１アーム部を構成する絶縁膜が配線の保護膜を兼ねることになる。よって、配線の保護のための絶縁膜を別途、設ける必要がなく、その分、支持部材（メンブレン）５０の熱容量を小さくすることができる、という利点がある。
【００２７】
（４）本発明の熱型光検出器の他の態様は、前記第１アーム部は、前記搭載部に連結されると共に、平面視で第１方向に延在する第１部分と、前記第１部分に連接し、平面視で前記第１方向に垂直な第２方向に延在する第２部分と、を有し、前記第２アーム部は、前記第１方向に延在する第３部分のみを有する。
【００２８】
本態様では、第１アーム部は、熱拡散を抑制するためにアーム長を長くする必要がある点を考慮して、第１アーム部の形状を、屈曲部を有する形状とする。つまり、第１アーム部は、第１方向に延在する第１部分と、平面視で第１方向に直交する第２方向に延在する第２部分とを含む。これによって、２次元のスペースを有効活用して、第１方向におけるアームの長さを抑制しつつ、第１アーム部の熱コンダクタンスを許容範囲内に収めることができる。一方、第２アーム部は短くてよいため、第１方向に延在する第３部分のみで足りる。本態様の支持部材（搭載部、第１アーム部、第２アーム部を含む）の平面視における形状は、コンパクトで、かつバランスがとれている。よって、この構造を単位（セル）として、熱型光検出器アレイを形成することも容易である。
【００２９】
（５）本発明の熱型光検出器の他の態様は、前記支持部材と前記基板との間に設けられる空洞部と、平面視で前記空洞部と重なる領域の前記基板に設けられる、少なくとも一つの回路構成要素と、を有する。
【００３０】
基板の、平面視で空洞部に重なる領域（つまり、空洞部の下に位置する領域）に、熱型光検出器に関係する回路構成要素（抵抗等の受動素子やトランジタ等の能動素子）を形成することによって、セルの面積を増大させることなく、回路構成要素を基板に集積することができる。この技術は、例えば、大規模アレイを構成する場合に、スケールダウンを図ることに貢献する。
【００３１】
（６）本発明の熱型光検出器の他の態様では、前記熱型光検出素子は、赤外線検出素子である。
【００３２】
本態様によれば、小型であり、かつ、搭載部が両持ちされる構造であることから機械的強度に優れ、信頼性が高い赤外線検出器を実現することができる。
【００３３】
（７）本発明の熱型光検出装置の一態様では、上記いずれかの熱型光検出器が複数、２次元配置されている。
【００３４】
これによって、複数の熱型光検出器（熱型光検出素子）が２次元に配置された（例えば、直交２軸の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）が実現される。
【００３５】
（８）本発明の熱型光検出装置の他の態様は、上記（５）記載の熱型光検出器が複数、共通の前記空洞部上に設けられ、前記共通の空洞部上に設けられる複数の熱型光検出器のうちの、少なくとも一つの熱型光検出器を構成する第１アーム部は、前記共通の空洞部の底部から前記熱型光検出素子側に突出するポストによって支持されており、かつ、前記ポストは、前記第１アーム部に設けられる前記複数の配線のうちの一つと、前記基板の、平面視で前記共通の空洞部と重なる領域に設けられる回路構成要素と、を電気的に接続する導体層を含む。
【００３６】
基板の、共通の空洞部の下に位置する領域に回路構成要素を設けることによって、占有面積を増大させることなく、必要な回路を形成することができる。共通の空洞部を使用することによって製造上の負担が軽減され、また、熱型光検出装置のコンパクト化が実現される。また、ポストを、第１配線や第２配線と回路構成要素とを電気的に接続するためのコンタクト用配線としても利用することによって、コンタクト用配線を別途、設ける必要がなくなり、熱型光検出器のコンパクト化が可能となる。また、製造工程も簡略化することができる。
【００３７】
（９）本発明の他の態様では、上記（８）の態様において、前記複数の熱型光検出器には、第１熱型光検出器および第２熱型光検出器が含まれており、前記第１熱型光検出器の第２アーム部と、前記第２熱型光検出器の第１アーム部とが、共通の前記ポストによって支持されている。
【００３８】
これによって、一つのポストで、２本のアーム部（各アーム部は、異なる熱型光検出器のアーム部である）を支持することができ、ポストの数を減らすことができる。したがって、素子を製造する上での負担が軽減される。また、ポストの数が減少することによって、素子から基板への放熱が、効果的に抑制される。なお、第１熱型光検出器および第２熱型光検出器の各々は、例えば、隣接して配置されるのが好ましい。
【００３９】
（１０）本発明の電子機器の一態様は、上記いずれかに記載の熱型光検出器を含む。
【００４０】
上述のとおり、熱型光検出器は、小型であり、かつ、搭載部が両持ちされる構造であることから機械的強度に優れ、信頼性が高い。よって、この熱型光検出器を有する電子機器も、同様の効果を享受することができる。電子機器の好適な例としては、例えば、光（温度）分布画像を出力するサーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラ等があげられる。
【００４１】
このように、本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、熱型光検出器の小型化を、無理なく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、熱型光検出器の構成の一例を示す図
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｆ）は、第１アーム部の断面構造の一例と、支持部材（メンブレン）の製造方法の一例を示す図
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、基板上に支持部材が形成されるまでの製造工程を示す図
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、支持部材上に、熱分離された熱型光検出素子（焦電型の赤外線検出素子）を形成するまでの工程を示す図
【図５】熱型光検出アレイに適したアーム形状をもつ熱型光検出器の一例を示す平面図
【図６】熱型光検出アレイに適したアーム形状をもつ熱型光検出器の他の例を示す平面図
【図７】図６の例における、基板に設けられる回路の構成例を示す図
【図８】熱型光検出装置（熱型光検出アレイ）の回路構成の一例を示す回路図
【図９】電子機器の構成の一例を示す図
【図１０】電子機器の構成の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００４４】
（第１の実施形態）
本実施形態では、第１アーム部と第２アーム部とを有する支持部材（メンブレン）を使用し、かつ、第１アーム部には複数本（ｎ本：ｎは２以上の自然数）の配線が設けられる。一方、第２アーム部には、ｍ本（０≦ｍ＜ｎ）の配線が設けられる。この構成によって、第１アーム部の熱的特性（例えば、単位長さあたりの熱抵抗）と第２アーム部の熱的特性とがアンバランスになるとすると（つまり、各アーム部の熱的特性に不均衡が生じるとすると）、素子の熱的設計に際して、第１アーム部の長さと第２アーム部の長さを、必ずしも等しくする（均等な長さとする）必要がなくなる。
【００４５】
このことを利用して、本実施形態では、第２アーム部のアーム長を短縮する。第２アーム部のアーム長の短縮によって、第２アーム部の専有面積が減少し、これに伴って、熱型光検出器のさらなる小型化が可能となる。
【００４６】
以下の説明では、第１アーム部に２本の配線が設けられ（ｎ＝２）、かつ、第２アーム部には配線が設けられない（ｍ＝０）場合の構成について説明する（但し、この例は一例であり、この例に限定されるものではない）。
【００４７】
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、熱型光検出器の構成の一例を示す図である。図１（Ａ）は、第１アーム部と第２アーム部との長さが同じ（共にＬ１）に設定されている例を示し、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は、第１アーム部の長さよりも第２アーム部の長さが短い例（Ｌ１＞Ｌ２あるいはＬ１＞Ｌ３）を示す。図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例において、熱型光検出器の小型化（ダウンサイジング）の効果が得られる。図中、Ｇ１は第１アーム部５２の熱コンダクタンスを示し、Ｇ２は第２アーム部５４の熱コンダクタンスを示す。
【００４８】
まず、図１（Ａ）を参照する。図１（Ａ）の最下段の図は、熱型光検出器１００における支持部材（メンブレン）５０および熱型光検出素子（ここでは焦電型の赤外線検出素子とする）９０の平面視の形状を示す図である。図１（Ａ）の上段の図は、最下段の図のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図１（Ａ）の中段の図は、最下段の図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４９】
熱型光検出素子（焦電型赤外線検出素子（焦電型光検出素子））９０は、下部電極１と、焦電膜（強誘電体膜）２と、上部電極３と、絶縁膜（保護膜）４と、光吸収膜としての赤外線吸収膜（例えばシリコン酸化膜）５と、を有する。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３は、例えば、３層の金属膜を積層することによって形成される。例えば、焦電膜（強誘電体膜）２から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）及びプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。また、焦電膜（強誘電体膜）２としては、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いることができる。焦電膜（強誘電体膜）２は、例えば、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等で成膜することができる。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３の膜厚は、例えば０．４μｍ程度であり、焦電膜（強誘電体膜）２の膜厚は、例えば０．１μｍ程度である。
【００５０】
また、下部電極１には、コンタクトホールＣＴ１を経由して、第１引き出し配線６が接続される。また、上部電極３には、コンタクトホールＣＴ３を経由して、第２引き出し配線７が接続される。また、第１引き出し配線６は、コンタクトホールＣＴ２を経由して、第１配線４３ａに接続されている。第２引き出し配線７は、コンタクトホールＣＴ４を経由して、第２配線４３ｂに接続されている。
【００５１】
支持部材（メンブレン）５０は、第１アーム部５２と、第２アーム部５４と、熱型光検出素子９０を搭載する搭載部５６と、を有する。搭載部５６には、熱型光検出素子（焦電型の赤外線検出素子）９０が搭載される。搭載部５６は、第１アーム部５２および第２アーム部５４によって支持される。第１アーム部５２は、一端が搭載部５６に連結され、搭載部５６を基板（図１では不図示）上にて支持する。第２アーム５４は、一端が搭載部５６の他端に連結され、搭載部５６を基板上にて支持する。
【００５２】
第１アーム部５２および第２アーム部５４の各々によって搭載部５６を支持する両持ち構造を採用することによって、各アーム部における撓みやねじれが抑制され、搭載部５６を、より安定的に支持することができる。また、各アーム部の支持強度を高く設定することも容易である。
【００５３】
支持部材（メンブレン）５０は、少なくとも一層の膜により構成することができる。図１（Ａ）の例では、支持部材（メンブレン）５０は、下層の第１絶縁膜（例えばＳｉ３Ｎ４膜）４１および上層の第２絶縁膜（例えばＳｉ３Ｎ４膜）４５を含んで構成される。また、第１アーム部５２には、第１アーム部５２には、熱型光検出素子９０に電気的に接続される複数本の配線（ここでは第１配線４３ａと第２配線４３ｂ）が設けられ、一方、第２アーム部５４には、熱型光検出素子９０に電気的に接続される配線は設けられない。
【００５４】
また、第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂの各々は、第１アーム部５２に埋め込み形成される。つまり、第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂは、第１アーム部５２に埋設された配線である。よって、第１アーム部５２は、基板側（下側）に設けられる第１絶縁膜４１と、第１絶縁膜４１上に設けられる、互いに電気的に分離されている第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂと、第１配線４３ａ上および第２配線４３ｂ上に設けられる第２絶縁膜４５と、を有することになる。
【００５５】
第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂの各々を第１アーム部５２上に形成した場合、その上に、さらに絶縁膜（保護膜）を形成する必要があり、したがって、第１アーム部の熱容量が増大する。第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂの各々を、第１アーム部５２の内部に埋設すれば、第１アーム部５２を構成する絶縁膜４１，４５が、配線の保護膜を兼ねることになる。よって、配線の保護のための絶縁膜を別途、設ける必要がなく、その分、支持部材（メンブレン）５０の熱容量を小さくすることができる。なお、配線４３ａ，４３ｂは、例えば、導体層としての金属（例えばアルミニュウム（Ａｌ）タングステン（Ｗ）等）によって構成することができる。
【００５６】
図１（Ａ）の例では、第１アーム部５２および第２アーム部５４の各々の長さはＬ１に設定されているが、この例では、熱型光検出器１００のダウンサイジングの効果が得られない。第２アーム部５４は絶縁膜のみで構成されており、熱伝達が良好な金属を含む第１アーム部５２に比べて熱コンダクタンスは小さいことから、第２アーム部５４の長さをより短くしても問題は生じない。
【００５７】
つまり、第１アーム部２の長さと第２アーム部５４の長さは同じに設定する必要はなく、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例のように、第２アーム部５４の長さを、第１アーム部５２の長さに比べて短く設定して、熱型光検出器１００の小型化の効果を得ることができる。図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例では、第１アーム部５２および第２アーム部５４は、長さに関して非対称である。以下、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例について、具体的に説明する。
【００５８】
第１アーム部５２のみに配線（導電材料（例えば金属）：一般に熱伝導性も高い）４３ａ，４３ｂが設けられることから、絶縁体４１，４５のみからなる第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２よりも、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１の方が大きくなる。したがって、第１アーム部５２の放熱が支配的となり、その第１アーム部５２の放熱特性（熱コンダクタンスＧ１）を基準にして熱型光検出素子の設計が行われることになる。第１アーム部５２は、基板への熱拡散を抑制して所望の熱コンダクタンスＧ１を実現するために、アーム長Ｌ１をある程度、長く設定する必要がある。
【００５９】
一方、電気的絶縁性材料（例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等）のみで構成される第２アーム部５４の単位長さ当たりの熱コンダクタンスは、第１アーム部５２の単位長さ当たりの熱コンダクタンスよりも小さい。よって、第２アーム部５４に関しては、第１アーム部５２の長さと同じ長さを確保して、熱抵抗を必要以上に大きく設定することには意味がない。つまり、熱的特性が第１アーム部５２によって支配的に決定されているのに、第２アーム部５４で大きな熱抵抗を確保しても、放熱の抑制対策にはならない。よって、第２アーム部５４の長さは、第１アーム部５２の長さＬ１よりも短くすることができる。短くできる限界の長さは、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２が、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１に等しくなる長さＬ３である。つまり、第２アーム部５４の長さをＬ３未満とすると、今度は、第２アーム部５４の放熱特性が支配的となってしまい、第１アーム部５２を中心とした熱的設計ができなくなるからである。
【００６０】
したがって、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２との間には、Ｇ１≧Ｇ２が成立する。つまり、第２アーム部５４の長さは、「第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２が第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１よりも小さくならない」という条件の下で、第１アーム部５２の長さよりも短くすることができる。つまり、Ｇ１≧Ｇ２という条件を満たす範囲で、第２アーム部５４のアーム長を短縮することができる。
【００６１】
図１（Ｂ）の例では、第２アーム部５４の長さはＬ２に設定されている。ここで、第１アーム部５２の長さＬ１と、第２アーム部５４の長さＬ２と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２が、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１に等しくなる長さＬ３との間には、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３が成立する。第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２との間には、Ｇ１＞Ｇ２の関係が成立する。
【００６２】
図１（Ｃ）の例では、第２アーム部５４の長さはＬ３に設定されている。つまり、第２アーム部５４の長さは最も短く設定されている。第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２との間には、Ｇ１＝Ｇ２の関係が成立する。
【００６３】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の例では、第２アーム部５４のアーム長の短縮によって、第２アーム部４の専有面積が減少し、これに伴って、熱型光検出器１００をより小型化することができる。図１（Ｂ）の例、図１（Ｃ）の例のいずれを採用するかは、熱以外の設計要因等も考慮して、適宜、決定することができる。
【００６４】
なお、上記の例では、第２アーム部５４には配線（導体層）が設けられていないことから、第２アーム部５４の熱コンダクタンスは十分に小さい。よって、例えば、図１（Ｃ）の例では、第２アーム部５４の長さＬ３を十分に短くすることができる。よって、素子の大幅なダウンサイジングが可能である。
【００６５】
また、第１アーム部５２と第２アーム部５４の構成材料や断面積は同じにする方が熱型光検出器１００の設計上、好ましいが、これに限定されるものではなく、各アーム間で、構成材料や断面積に差を設けることもできる。この場合であっても、第２アーム部５４の長さ（Ｌ２，Ｌ３）が第１アーム部５２の長さ（Ｌ１）よりも短く設定されるという条件が満足されれば、熱型光検出器１００のダウンサイジングの効果を得ることができる。
【００６６】
図２（Ａ）〜図２（Ｆ）は、第１アーム部の断面構造の一例と、支持部材（メンブレン）の製造方法の一例を示す図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示される支持部材５０（図１（Ｃ）に示されるものと同じである）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。つまり、支持部材（メンブレン）５０における第１アーム部５２の断面構造が図２（Ｂ）に示されている。第１アーム部５２は、基板ＢＳ上に形成されている。第１アーム部５２の幅はＷ１であり、高さはＨである。第１アーム部５２に埋設して形成される第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂの幅は共にＷ２（Ｗ１＞Ｗ２）である。
【００６７】
支持部材（メンブレン）５０の製造方法について、図２（Ｃ）〜図２（Ｆ）を用いて説明する。まず、図２（Ｃ）に示すように、基板ＢＳ（広義の基板であり、ここでは、狭義の基板（シリコン基板等）の上に形成される絶縁層等も基板ＢＳに含まれるものとする）上に、第１絶縁膜（例えばＳｉ３Ｎ４膜）４１を形成する。次に、図２（Ｄ）に示すように、第１絶縁膜４１上にアルミニュウム等の金属層を形成した後、パターニングして第１配線（第１配線層）４３ａおよび第２配線（第２配線層）４３ｂを形成する。上述のとおり、第１配線４３ａおよび第２配線４３ｂは、第１アーム部５２においてのみ設けられる。次に、図２（Ｅ）に示すように、第１配線４３ａ上および第２配線４３ｂ上に、第２絶縁膜（例えばＳｉ３Ｎ４膜）４５を形成する。次に、図２（Ｆ）に示すように、第１絶縁膜４１および第２絶縁膜４５をパターニングする。これによって、図２（Ａ）に示される支持部材（メンブレン）５０（第１アーム部５２、第２アーム部５４ならびに搭載部５６を含む）が形成される。
【００６８】
次に、熱型光検出器全体の製造工程について、図３および図４を用いて説明する。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、基板上に支持部材が形成されるまでの製造工程を示す図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、支持部材上に、熱分離された熱型光検出素子（焦電型の赤外線検出素子）を形成するまでの工程を示す図である。
【００６９】
図３（Ａ）の工程では、シリコン基板１１上に、表面保護膜１５（例えばＳｉＯ２膜）を形成し、続いて、ＣＶＤ法等によって所定厚みを有する絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）１３を形成する。次に、絶縁膜１３上に、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を形成し、そのシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）をパターニングして凹部１７を形成する。この空洞部１５は、支持部材５０における搭載部５６を、基板ＢＳから熱分離するための熱分離空洞として機能する。また、パターニング後に残存するシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）ＱａおよびＱｂは、支持部材５０を直接に支持する支持体として機能する。次に、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）ＱａおよびＱｂ上、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）ＱａおよびＱｂの側面上、ならびに絶縁膜（ＳｉＯ２膜）１３上に、窒化チタン膜（ＴｉＮ）ＥＳを形成する。この窒化チタン膜（ＴｉＮ）ＥＳは、熱分離用の空洞部（図４（Ｂ）の参照符号１７）を形成する際のエッチングストッパー膜として機能する。
【００７０】
図３（Ｂ）の工程では、犠牲層（例えばＳｉＯ２膜）を全面に形成した後、エッチバックあるいはＣＭＰによって、その犠牲層を凹部１７に埋め込む。これによって、凹部１７に埋め込まれた犠牲層１０が形成される。
【００７１】
図３（Ｃ）の工程では、支持部材（メンブレン）５０（第１配線４３ａ、第２配線４３ｂを含む）を形成する。支持部材（メンブレン）５０は、先に示した図２（Ｃ）〜図２（Ｆ）の各工程を経て形成される。
【００７２】
次に、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照する。図４（Ａ）の工程では、支持部材（メンブレン）５０上に、熱型光検出素子としての赤外線検出素子９０ならびに引き出し配線６を形成する。
【００７３】
先に説明したように、焦電型の赤外線検出素子９０は、下部電極１と、焦電膜（強誘電体膜）２と、上部電極３と、絶縁膜（保護膜）４と、光吸収膜としての赤外線吸収膜（例えばシリコン酸化膜）５と、を有する。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３は、例えば、３層の金属膜を積層することによって形成される。例えば、焦電膜（強誘電体膜）２から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）及びプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。また、焦電膜（強誘電体膜）２としては、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いることができる。焦電膜（強誘電体膜）２は、例えば、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等で成膜することができる。下部電極（第１電極）１および上部電極（第２電極）３の膜厚は、例えば０．４μｍ程度であり、焦電膜（強誘電体膜）２の膜厚は、例えば０．１μｍ程度である。
【００７４】
製造方法は以下のとおりである。まず、下部電極１、焦電膜２および上部電極３を順次形成する。次に、絶縁膜（保護膜）４を形成する。次に、絶縁膜（保護膜）４をパターニングしてコンタクトホール（図１（Ａ）〜図１（Ｃ）におけるＣＴ１，ＣＴ３）を形成する。また、第１アーム部５２における第２絶縁膜４５をパターニングしてコンタクトホール（図１（Ａ）〜図１（Ｃ）におけるＣＴ２，ＣＴ４）を形成する。
【００７５】
続いてアルミニュウム等の金属層を形成し、その金属層をパターニングして引き出し配線６（および７）を形成する。次に、全面にＳｉＯ２膜を形成し、そのＳｉＯ２膜をパターニングして、光吸収膜（赤外線吸収膜）５を形成する。
【００７６】
図４（Ｂ）の工程では、犠牲層１０を除去する。これによって、熱分離用の空洞部（凹部）１７が形成される。
【００７７】
本実施形態の熱型光検出器（赤外線検出器）１００は、各アーム部のアーム長が非対称であり、かつ、一方のアーム部のアーム長が短縮されていることから、小型であり、かつ、搭載部が両持ちされる構造であることから機械的強度に優れる。よって、信頼性が高い赤外線検出器等を実現することができる。
【００７８】
（第２実施形態）
本実施形態では、複数の熱型光検出器を２次元的に配置した熱型光検出アレイの集積度の向上（つまり、アレイのダウンサイジング）に寄与するアーム形状の一例について説明する。図５は、熱型光検出アレイに適したアーム形状をもつ熱型光検出器の一例を示す平面図である。図５において、前掲の実施形態と共通する部分には、同じ参照符号を付している。
【００７９】
図５では、Ｘ軸方向（第１方向）に沿って２個の熱型光検出器１００ａ，１００ｂが配置されている。熱型光検出器１００ａと１００ｂの、平面視における形状は同じである。また、図５において、熱型光検出器１００ｂにおける参照符号にはダッシュ記号を付している。また、図５の例では、熱型光検出器１００ａおよび１００ｂの各々に対応して、熱分離用の空洞部１７，１７’が設けられている。
【００８０】
先の第１実施形態では、第１アーム部５２と第２アーム部５４の各々が、搭載部５６から、互いに反対方向に直線的に延出していたが、本実施形態（第２実施形態）では、第１アーム部５２は屈曲形状を有し、一方、第２アーム部５４は直線的な形状である。第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１と、第２アーム部５４の熱コンダクタンスＧ２は、例えば等しく設定される（図１（Ｃ）の例）。
【００８１】
熱型光検出器１００ａにおいて、第１アーム部５２は、搭載部５６に連結されると共に、平面視で第１方向（Ｘ軸方向）に延在する第１部分ａ１と、第１部分ａ１に連接し、平面視で第１方向（Ｘ軸方向）に垂直な第２方向（Ｙ軸方向）に延在する第２部分ａ２と、を有する。一方、第２アーム部５４は、第１方向（Ｘ軸方向）に延在する第３部分ｂ１のみを有する。
【００８２】
図５の左上に、熱型光検出器１００ａにおける各部の、第１方向（Ｘ軸方向）の寸法が示されている。第１アーム部５２の第１方向（Ｘ軸方向）の寸法はＬＡであり、搭載部５６の第１方向（Ｘ軸方向）の寸法はＬＢであり、第２アーム部５４の第１方向（Ｘ軸方向）の寸法はＬＣである。ＬＣ＜ＬＡである。熱型光検出器１００ａの第１方向（Ｘ軸方向）の全体の寸法はＬＤ（＝ＬＡ＋ＬＢ＋ＬＣ）である。
【００８３】
先に説明したように、第１アーム部５２は、基板ＢＳへの熱拡散を抑制するためにアーム長を長くする必要がある。アーム部の熱コンダクタンスは、構成材料の材質で決まる係数と、断面積と、長さとの積で決定され、材質が決まれば係数が一義的に定まり、断面積はアーム部の必要強度やプロセス条件等によって決定されるが、断面積を小さくすることには限界がある。よって、アーム長さを長くして熱抵抗を増大させて、所望の熱コンダクタンスＧ１を実現する必要がある。よって、本実施形態では、第１アーム部５２の形状を屈曲部を有する形状として、第１方向（Ｘ軸方向）の寸法は抑制しつつ、アーム長を長くし、所望の熱コンダクタンスＧ１を実現する。
【００８４】
つまり、第１アーム部５２は、第１方向（Ｘ軸方向）に延在する第１部分ａ１と、平面視で第１方向に直交する第２方向（Ｙ軸方向）に延在する第２部分ａ２とを含んでおり、これによって、２次元のスペースを有効活用して、第１方向（Ｘ軸方向）におけるアームの長さを抑制しつつ、第１アーム部５２の熱コンダクタンスＧ１を許容範囲内に収めることができる。一方、第２アーム部５４は短くてよいため、第１方向（Ｘ軸方向）に延在する第３部分ｂ１のみで足りる。
【００８５】
本実施形態における支持部材（搭載部５６と、これを支持する第１アーム部５２および第２アーム部５４とを含む）の平面視における形状は、コンパクトで、かつ機械的なバランスがとれており、ねじれや撓み等も抑制される。また、アーム長が長い第１アーム部５２には、剛性が高い金属配線が２本設けられていることから、十分な機械的強度が得られる。一方、第２アーム部５４は絶縁膜のみで構成されるが、アーム長が短いことから、撓み等が生じにくく、よって、機械的強度に問題は生じない。よって、この構造を単位（セル）として、例えば、大規模な熱型光検出器アレイを形成することも容易である。
【００８６】
本実施形態の熱型光検出器を複数、２次元的に配置する（例えば、直交２軸の各々に沿ってアレイ状に配置する）ことによって、高集積度の熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）を実現することができる。
【００８７】
（第３実施形態）
本実施形態では、複数の熱型光検出器を２次元的に配置した熱型光検出アレイの集積度の向上（つまり、アレイのダウンサイジング）に寄与するアーム形状の他の例について説明する。図６は、熱型光検出アレイに適したアーム形状をもつ熱型光検出器の他の例を示す平面図である。図６の上段には、熱型光検出器１００ｃ，１００ｄの平面視における形状が示されている。図６の中段には、図６の上段の図のＡ−Ａ線に沿う断面図が示され、また、図６の下段には、図６の上段の図のＢ―Ｂ線に沿う断面図が示されている。図６において、前掲の実施形態と共通する部分には、同じ参照符号を付している。また、熱型光検出器１００ｄの構成要素には、ダッシュ記号を付している。
【００８８】
図６に示される熱型光検出器１００ｃ，１００ｄにおける、平面視におけるアーム部の形状は、第２実施形態と同じである。但し、引き出し配線を熱型光検出素子の上部電極に接続するためのコンタクトホール（ＣＴ１、ＣＴ３、ＣＴ１’、ＣＴ３’）の位置が、第２実施形態とは若干、異なっている。
【００８９】
また、本実施形態では、共通の空洞部１７上に、熱型光検出器１００ｃ，１００ｄが形成されている（第２実施形態では、各検出器毎に空洞部が形成されていた）。この点は、製造プロセスの簡素化に貢献する。本実施形態では、共通の空洞部１７上において、熱型光検出素子９０，９０’の各々（あるいは搭載部５６，５６’）を基板ＢＳから浮上した状態で保持するために、支持ポストＰＴ１，ＰＴ１’を用いる。この支持ポストＰＴ１，ＰＴ１’は、第１アーム部に設けられる第１配線および第２配線の各々と、基板ＢＳの、空洞部１７の下に位置する領域に設けられる回路構成要素と、を電気的に接続するためのコンタクト用配線（コンタクトプラグ）としても機能する。
【００９０】
つまり、共通の空洞部１７上に設けられる複数の熱型光検出器９０，９０’・・・のうちの、少なくとも一つの熱型光検出器（例えば９０）を構成する第１アーム部５２は、空洞部の底部（底面）から熱型光検出素子９０側（つまり上方）に突出するポストＰＴ１によって支持されている。そして、そのポストＰＴ１は、第１アーム部５２に設けられる複数の配線４３ａ，４３ｂのうちの一つと、基板ＢＳの、平面視で共通の空洞部１７と重なる領域に設けられる回路構成要素（ＮＭＯＳトランジスタＭ１ａ）と、を電気的に接続する導体層（コンタクトプラグＰ１およびコンタクトプラグＰ２）を含む。ポストＰ１’についても同様である。ポストＰＴ１（ＰＴ１’）をコンタクト用配線としても利用することによって、コンタクト用配線を別途、設ける必要がなくなり、熱型光検出器９０（９０’）のコンパクト化が可能であり、また、製造工程も簡略化できる。
【００９１】
また、基板ＢＳの、共通の空洞部１７の下に位置する領域に回路構成要素（Ｍ１ａ，Ｍ２ａ等）を設けることによって、占有面積を増大させることなく、必要な回路を形成することができる。共通の空洞部１７を使用することによって製造上の負担が軽減され、また、熱型光検出装置のコンパクト化も実現される。
【００９２】
また、熱型光検出器９０を第１熱型光検出器とし、熱型光検出器９０’を第２熱型光検出器としたとき、例えば、第１熱型光検出器９０の第２アーム部５４と、第２熱型光検出器９０’の第１アーム部５２’とが、共通のポストＰＴ１’によって支持されている。
【００９３】
これによって、一つのポストで、２本のアーム部（各アーム部は、異なる熱型光検出器のアーム部である）を支持することができ、ポストの数を減らすことができる。したがって、素子を製造する上での負担が軽減される。また、ポストの数が減少することによって、素子から基板への放熱が、効果的に抑制される。図６の例では、第１熱型光検出器９０および第２熱型光検出器９０’の各々は、隣接して配置されている。
【００９４】
以下、図６の下段の図を参照して、具体的なデバイス構造について説明する。支持ポストＰＴ１，ＰＴ１’（点線で囲んで示される）は、多層配線構造を用いて形成されている。支持ポストＰＴ１は、第１配線４３ａに電気的に接続されるコンタクトプラグＰ１と、第２配線４３ｂに電気的に接続されるコンタクトプラグＰ２と、層間絶縁膜Ｉと、を含んで構成される。同様に、支持ポストＰＴ１’は、第１配線４３ａ’に電気的に接続されるコンタクトプラグＰ１’と、第２配線４３ｂ’に電気的に接続されるコンタクトプラグＰ２’と、層間絶縁膜Ｉ’と、を含んで構成される。
【００９５】
また、共通の空洞部１７の下に位置するシリコン基板（狭義の基板）１１には、回路構成要素であるＮ型ＭＯＳトランジスターＭ１ａ，Ｍ２ａが形成されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ１ａは、熱型検出素子９０に対応して設けられる。Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ２ａは、熱型検出素子９０’に対応して設けられる。Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ１ａは、ゲートＧ１（例えばシリコンゲート）と、ソース層（ｎ＋）Ｓ１と、ドレイン層（ｎ＋）Ｄ１と、を有する。同様に、Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ２ａは、ゲートＧ２（例えばシリコンゲート）と、ソース層（ｎ＋）Ｓ２と、ドレイン層（ｎ＋）Ｄ２、を有する。
【００９６】
Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ１ａと熱型検出素子９０とは、多層配線を含む導体層ＭＬ１によって接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスターＭ２ａと熱型検出素子９０’とは、多層配線を含む導体層ＭＬ１’によって接続される。
【００９７】
図７は、図６の例における、基板に設けられる回路の構成例を示す図である。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ１ａのゲートＧ１は、走査線Ｗ１ａに接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ１ａのソースＳ１は第１配線４３ａに接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ１ａのドレインＤ１はデータ線Ｄ１ａに接続されている。
【００９８】
Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ２ａのゲートＧ２は、走査線Ｗ１ｂに接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ２ａのソースＳ２は第１配線４３ａ’に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスター（選択トランジスター）Ｍ２ａのドレインＤ２はデータ線Ｄ１ａに接続されている。
【００９９】
また、熱型光検出素子９０の第２配線４３ｂには、所定電圧（電圧レベルをステップ的に変化させることができる電圧）ＰＤｒ１が印可される。また、熱型光検出素子９０’の第２配線４３ｂ’には、所定電圧（電圧レベルをステップ的に変化させることができる電圧）ＰＤｒ２が印可される。
【０１００】
データ線Ｄ１ａは、読み出しトランジスターＭ３の一端に接続される。読み出しトランジスターＭ３の他端はＩ／Ｖ変換回路５１０に接続される。読み出しトランジスターＭ３のオン／オフは、ゲートに印可される制御電圧ＣＧによって制御される。
【０１０１】
図７の例では、基板ＢＳの、平面視で空洞部１７と重なる領域に回路構成要素であるトランジスターＭ１ａ，Ｍ１ｂが形成されており、また、走査線Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの一部、ならびにデータ線Ｄ１ａの一部、が形成されている。なお、基板ＢＳには、回路構成要素としてのダイオードや受動素子（抵抗等）も形成することができる。
【０１０２】
平面視で空洞部１７に重なる領域（つまり、空洞部１７の下に位置する領域）の基板ＢＳには、熱型光検出器に関係する回路構成要素（抵抗等の受動素子やトランジタ等の能動素子）が設けられている。これによって、セルの面積を増大させることなく、回路構成要素を基板に集積することができる。この技術は、例えば、大規模アレイを構成する場合に、スケールダウンを図ることに貢献する。
【０１０３】
（第４実施形態）
図８は、熱型光検出装置（熱型光検出アレイ）の回路構成の一例を示す回路図である。図８の例では、複数の光検出セル（ＣＬ１〜ＣＬ４等）が、２次元的に配置されている。複数の光検出セル（ＣＬ１〜ＣＬ４等）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等）と、データ線（Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ等）が設けられている。なお、セルＣＬ１およびセルＣＬ３の構成として、先に説明した図７に記載される構成を採用することができる。
【０１０４】
光検出セルＣＬ１は、熱型光検出素子９０（圧電コンデンサー）と、素子選択トランジスターＭ１ａと、を有する。熱型光検出素子９０（圧電コンデンサー）の両極の電位関係は、電圧ＰＤｒ１の電圧レベルを切り換えることによって反転することができる（この電圧反転によって、機械的なチョッパーを設ける必要がなくなる）。なお、光検出セルＣＬ２も同様の構成である（他の光検出セルも構成は同じである）。
【０１０５】
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５１０によって電圧に変換され、アンプ６０１によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器７０１によってデジタルデータに変換される。
【０１０６】
本実施形態では、複数の熱型光検出器（熱型光検出素子）が２次元的に配置された（例えば、直交２軸（Ｘ軸およびＹ軸）の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）が実現される。
【０１０７】
（第５実施形態）
図９は、電子機器の構成の一例を示す図である。図９の電子機器は、例えば赤外線カメラである。図示されるように、電子機器は、光学系４００と、センサーデバイス（熱型光検出装置）４１０と、画像処理部４２０と、処理部４３０と、記憶部４４０と、操作部４５０と、表示部４６０とを含む。なお本実施形態の電子機器は図１５の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば光学系、操作部、表示部等）を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。
【０１０８】
光学系４００は、例えば１または複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス４１０への物体像の結像などを行う。また必要であればフォーカス調整なども行う。
【０１０９】
センサーデバイス４１０は、上述した本実施形態の光検出器を二次元配列させて構成され、複数の行線（走査線（あるいはワード線））と複数の列線（データ線）が設けられる。センサーデバイス４１０は、二次元配列された光検出器に加えて、行選択回路（行ドライバー）と、列線を介して光検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、Ａ／Ｄ変換部等を含むことができる。二次元配列された各光検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。
【０１１０】
画像処理部４２０は、センサーデバイス４１０からのデジタルの画像データ（画素データ）に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。処理部４３０は、電子機器の全体の制御や電子機器内の各ブロックの制御を行う。この処理部４３０は、例えばＣＰＵ等により実現される。記憶部４４０は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部４３０や画像処理部４２０のワーク領域として機能する。操作部４５０は、ユーザが電子機器を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）画面などにより実現される。
【０１１１】
表示部４６０は、例えばセンサーデバイス４１０により取得された画像やＧＵＩ画面などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの各種のディスプレイにより実現される。
【０１１２】
このように、１セル分の熱型光検出器を赤外線センサー等のセンサーとして用いる他、１セル分の熱型光検出器を直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス（熱型光検出装置）４１０を構成することができ、こうすると熱（光）分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス４１０を用いて、サーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラなどの電子機器を構成することができる。
【０１１３】
上述のとおり、熱型光検出器は、小型であり、かつ、搭載部が両持ちされる構造であることから機械的強度に優れ、信頼性が高い。よって、この熱型光検出器を有する電子機器も、同様の効果を享受することができる。電子機器の好適な例としては、例えば、光（温度）分布画像を出力するサーモグラフィー、車載用ナイトビジョンあるいは監視カメラ等があげられる。
【０１１４】
（第６実施形態）
図１０は、電子機器の構成の他の例を示す図である。図１０の電子機器８００は、熱型光検出器１００と、加速度検出素子５００と、を搭載したセンサーユニット５００を有する。センサーユニット５００には、さらにジャイロセンサー等を搭載することもできる。センサーユニット５００によって、異なる種類の物理量を測定することが可能である。センサーユニット５００から出力される各検出信号は、ＣＰＵ７００によって処理される。
【０１１５】
以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。例えば、支持部材（メンブレン）の構成材料や、その形成方法等に関しては種々、変形が可能である。
【０１１６】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、熱型光検出器の小型化を、無理なく実現することができる。本発明は、種々の熱型光検出器（例えば、熱伝対型素子（サーモパイル）、焦電型素子、ボロメーター等）に広く適用することができる。検出する光の波長は問わない。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 下部電極、２ 焦電膜（ＰＺＴ等）、３ 上部電極、４ 絶縁膜（保護膜）、
５ 光吸収膜（赤外線吸収膜）、１０ 犠牲層、１１ シリコン基板、
１３ ＳｉＯ２膜、１５ 表面保護膜、Ｑａ，Ｑｂ Ｓｉ３Ｎ４膜、ＥＳ ＴｉＮ膜、
１７ 凹部、４１ 支持部材の構成層としての第１絶縁膜（第１部材）、
４５ 支持部材の構成層としての第２絶縁膜（第２部材）、
４３ａ 第１配線、４３ｂ 第２配線、５０ 支持部材（メンブレン）、
５２ 第１アーム部、５４ 第２アーム部、５６ 素子搭載部（搭載部）、
９０ 熱型光検出素子（例えば焦電型の赤外線検出素子）、
１００ 熱型光検出器（例えば、焦電型の赤外線検出器）、
ＢＳ 基板（センサー基部）、ＣＴ１〜ＣＴ４ コンタクトホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
光吸収膜を含む熱型光検出素子と、
前記熱型光検出素子を搭載する搭載部と、一端が前記搭載部に連結され、前記搭載部を前記基板上にて支持する第１アーム部と、一端が前記搭載部の他端に連結され、前記搭載部を前記基板上にて支持する第２アーム部と、を有する支持部材と、
を含み、
前記第１アーム部には、前記熱型光検出素子に電気的に接続される複数本の配線が設けられ、かつ、前記第２アーム部の長さは、前記第１アーム部の長さよりも短く設定されていることを特徴とする熱型光検出器。
【請求項２】
請求項１記載の熱型光検出器であって、
前記第１アーム部の熱コンダクタンスをＧ１とし、前記第２アーム部の熱コンダクタンスをＧ２としたとき、Ｇ１≧Ｇ２が成立することを特徴とする熱型光検出器。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱型光検出器であって、
前記第１アーム部は、
前記基板側に設けられる第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に設けられる、互いに電気的に分離されている第１配線および第２配線と、
前記第１配線上および前記第２配線上に設けられる第２絶縁膜と、
を有することを特徴とする熱型光検出器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱型光検出器であって、
前記第１アーム部は、前記搭載部に連結されると共に、平面視で第１方向に延在する第１部分と、前記第１部分に連接し、平面視で前記第１方向に垂直な第２方向に延在する第２部分と、を有し、前記第２アーム部は、前記第１方向に延在する第３部分のみを有することを特徴とする熱型光検出器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱型光検出器であって、
前記支持部材と前記基板との間に設けられる空洞部と、
平面視で前記空洞部と重なる領域の前記基板に設けられる回路構成要素と、
を有することを特徴とする熱型光検出器。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱型光検出器であって、
前記熱型光検出素子は、赤外線検出素子であることを特徴とする熱型光検出器。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の熱型光検出器が複数、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。
【請求項８】
請求項５記載の熱型光検出器が複数、共通の前記空洞部上に設けられ、
前記共通の空洞部上に設けられる複数の熱型光検出器のうちの、少なくとも一つの熱型光検出器を構成する第１アーム部は、前記共通の空洞部の底部から前記熱型光検出素子側に突出するポストによって支持されており、かつ、前記ポストは、前記第１アーム部に設けられる前記複数の配線のうちの一つと、前記基板の、平面視で前記共通の空洞部と重なる領域に設けられる回路構成要素と、を電気的に接続する導体層を含むことを特徴とする熱型光検出装置。
【請求項９】
請求項８記載の熱型光検出装置であって、
前記複数の熱型光検出器には、第１熱型光検出器および第２熱型光検出器が含まれており、
前記第１熱型光検出器の第２アーム部と、前記第２熱型光検出器の第１アーム部とが、共通の前記ポストによって支持されている、
ことを特徴とする熱型光検出装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の熱型光検出器を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
基板と、
光吸収膜を含む熱型光検出素子と、
前記熱型光検出素子を搭載する搭載部と、一端が前記搭載部に連結され、前記搭載部を前記基板上にて支持する第１アーム部と、一端が前記搭載部の他端に連結され、前記搭載部を前記基板上にて支持する第２アーム部と、を有する支持部材と、
を含み、
前記第１アーム部には、前記熱型光検出素子に電気的に接続される複数本の配線が設けられ、かつ、前記第２アーム部の長さは、前記第１アーム部の長さよりも短く設定されていることを特徴とする熱型光検出器。
【請求項２】
請求項１記載の熱型光検出器であって、
前記第１アーム部の熱コンダクタンスをＧ１とし、前記第２アーム部の熱コンダクタンスをＧ２としたとき、Ｇ１≧Ｇ２が成立することを特徴とする熱型光検出器。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱型光検出器であって、
前記第１アーム部は、
前記基板側に設けられる第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に設けられる、互いに電気的に分離されている第１配線および第２配線と、
前記第１配線上および前記第２配線上に設けられる第２絶縁膜と、
を有することを特徴とする熱型光検出器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱型光検出器であって、
前記第１アーム部は、前記搭載部に連結されると共に、平面視で第１方向に延在する第１部分と、前記第１部分に連接し、平面視で前記第１方向に垂直な第２方向に延在する第２部分と、を有し、前記第２アーム部は、前記第１方向に延在する第３部分のみを有することを特徴とする熱型光検出器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱型光検出器であって、
前記支持部材と前記基板との間に設けられる空洞部と、
平面視で前記空洞部と重なる領域の前記基板に設けられる回路構成要素と、
を有することを特徴とする熱型光検出器。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱型光検出器であって、
前記熱型光検出素子は、赤外線検出素子であることを特徴とする熱型光検出器。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の熱型光検出器が複数、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。
【請求項８】
請求項５記載の熱型光検出器が複数、共通の前記空洞部上に設けられ、
前記共通の空洞部上に設けられる複数の熱型光検出器のうちの、少なくとも一つの熱型光検出器を構成する第１アーム部は、前記共通の空洞部の底部から前記熱型光検出素子側に突出するポストによって支持されており、かつ、前記ポストは、前記第１アーム部に設けられる前記複数の配線のうちの一つと、前記基板の、平面視で前記共通の空洞部と重なる領域に設けられる回路構成要素と、を電気的に接続する導体層を含むことを特徴とする熱型光検出装置。
【請求項９】
請求項８記載の熱型光検出装置であって、
前記複数の熱型光検出器には、第１熱型光検出器および第２熱型光検出器が含まれており、
前記第１熱型光検出器の第２アーム部と、前記第２熱型光検出器の第１アーム部とが、共通の前記ポストによって支持されている、
ことを特徴とする熱型光検出装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の熱型光検出器を含むことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２３７２５６（Ｐ２０１１−２３７２５６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０８３７０（Ｐ２０１０−１０８３７０）
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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