特許 6249381 赤外線検出素子及びこれを備える赤外線検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6249381

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】赤外線検出素子及びこれを備える赤外線検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/02 20060101AFI20171211BHJP

   H01L 37/02 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   G01J1/02 C

   H01L37/02

【請求項の数】11

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-509985(P2016-509985)

(86)(22)【出願日】2015年3月13日

(86)【国際出願番号】JP2015001409

(87)【国際公開番号】WO2015146054

(87)【国際公開日】20151001

【審査請求日】2017年1月26日

(31)【優先権主張番号】特願2014-65180(P2014-65180)

(32)【優先日】2014年3月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】飯井 良介

(72)【発明者】

【氏名】野田 俊成

(72)【発明者】

【氏名】上口 洋輝

(72)【発明者】

【氏名】久保 敬

(72)【発明者】

【氏名】指中 伸夫

(72)【発明者】

【氏名】田路 翔一

(72)【発明者】

【氏名】太田 直希

(72)【発明者】

【氏名】小野寺 直利

【審査官】 小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２４１４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１３２８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７１１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１０２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１５５６０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−９００５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ １／００−１／６０

１１／００

Ｈ０１Ｌ ２７／１６

３５／００−３７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空洞を有する基板と、
下部電極層と検出層と上部電極層とが順に積層された赤外線検出部と、
前記空洞の上方に前記赤外線検出部を支持する第１支持部及び第２支持部と、
前記赤外線検出部から出力される電気信号を外部に取り出すための第１外部引出部及び第２外部引出部と、を備え、
前記第１支持部は、順に積層された第１下部配線と第１絶縁層と第１上部配線とを備え、
前記上部電極層は、前記第１上部配線を介して前記第１外部引出部と接続されており、
前記第２支持部は、順に積層された第２下部配線と第２絶縁層と第２上部配線とを備え、
前記下部電極層は、前記第２下部配線を介して前記第２外部引出部と接続されている
赤外線検出素子。

【請求項2】

前記基板は、前記空洞を形成する枠部を有し、
前記第１下部配線において、前記第１下部配線の延在方向における前記赤外線検出部から離れた側の一方の端部は、前記枠部に設けられ、
前記第２上部配線において、前記第２上部配線の延在方向における前記赤外線検出部から離れた側の一方の端部は、前記枠部に設けられる、
請求項１に記載の赤外線検出素子。

【請求項3】

前記赤外線検出素子は、さらに前記第２上部配線の延在方向における前記赤外線検出部から離れた側の一方の端部と前記上部電極層とを電気的に絶縁する上部断線部を有する、
請求項１又は２に記載の赤外線検出素子。

【請求項4】

前記上部断線部は、前記第２上部配線の他方の端部に設けられる、
請求項３に記載の赤外線検出素子。

【請求項5】

前記上部断線部は、前記赤外線検出部に設けられる、
請求項３に記載の赤外線検出素子。

【請求項6】

前記赤外線検出素子は、さらに前記第１下部配線の延在方向における前記赤外線検出部から離れた側の一方の端部と前記下部電極層とを電気的に絶縁する下部断線部を有する、
請求項１〜５の何れか１項に記載の赤外線検出素子。

【請求項7】

前記下部断線部は、前記第１下部配線の他方の端部に設けられる、
請求項６に記載の赤外線検出素子。

【請求項8】

前記下部断線部は、前記赤外線検出部に設けられる、
請求項６に記載の赤外線検出素子。

【請求項9】

前記第１上部配線と前記上部電極層と前記第２上部配線とは、同層に設けられ、
前記第１絶縁層と前記検出層と前記第２絶縁層とは、同層に設けられ、
前記第１下部配線と前記下部電極層と前記第２下部配線とは、同層に設けられる、
請求項１〜８の何れか１項に記載の赤外線検出素子。

【請求項10】

前記第１上部配線と前記上部電極層と前記第２上部配線とは、同じ材料で構成され、
前記第１絶縁層と前記検出層と前記第２絶縁層とは、同じ材料で構成され、
前記第１下部配線と前記下部電極層と前記第２下部配線とは、同じ材料で構成される、
請求項１〜９の何れか１項に記載の赤外線検出素子。

【請求項11】

請求項１〜１０の何れか１項に記載の赤外線検出素子を備える赤外線検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、赤外線を検知する、赤外線検出素子及びこれを備える赤外線検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

赤外線検出素子は、赤外線を受光することにより発熱し、赤外線検出素子の温度が上昇する。赤外線検出素子は、この温度変化に対する電気的性質の変化を検知する。赤外線検出素子としては、例えば、焦電型赤外線検出素子、抵抗ボロメータ型赤外線検出素子又は熱電対（サーモパイル）型赤外線検出素子等がある。焦電体材料が用いられる焦電型赤外線検出素子は、温度変化によって表面に生じる電荷を利用して赤外線を検知する。抵抗ボロメータ材料が用いられる抵抗ボロメータ型赤外線検出素子は、温度変化によって変化する抵抗値を利用して赤外線を検知する。熱電対型赤外線検出素子は、温度差で熱起電力を生じるゼーベック効果を利用して赤外線を検知する。

【0003】

図１１は、従来の赤外線検出素子２００を模式的に示す上面図である。図１２は、図１１における従来の赤外線検出素子２００の１２−１２断面を模式的に示す断面図である。

【0004】

従来の赤外線検出素子２００において、赤外線検出部１２０は、赤外線を受光する検出層１１６と下部電極層１４０と上部電極層１５０とを有する。検出層１１６は、下部電極層１４０と上部電極層１５０との間に挟まれている。赤外線検出部１２０は、２本の対角線上に設けられた４つの支持部を介して基板１１２に固定されている。赤外線検出部１２０は、基板１１２に設けられた空洞１１３の上部に配置されている。

【0005】

一方の対角線上に設けられた２つの支持部１３０、１３１には、赤外線検出部１２０から電気信号を取り出す引出配線１７０、１７１が設けられている。引出配線１７０、１７１は、外部引出部１６０を介して基板１１２を貫通する導電性のビア１４２に接続されている。支持部１３０には、基板１１２上に形成された絶縁膜１１５と、下部電極層１４０に接続される引出配線１７０と、層間絶縁膜１４１とが順次積層されている。また、支持部１３１には、絶縁膜１１５と、層間絶縁膜１４１と、上部電極層１５０に接続される引出配線１７１とが順次積層されている。

【0006】

このように、赤外線検出部１２０を基板１１２から離間した構造は、赤外線検出部１２０の熱が基板１１２に拡散することを抑制できる断熱構造である。そのため、赤外線検出素子２００は、入射された赤外線を吸収して生じる赤外線検出部１２０の熱を、効率良く検知できる。これにより、赤外線検出素子２００は、赤外線検出の感度を高めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７−１７１１７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従来の赤外線検出素子において、支持部１３０と支持部１３１との間で、積層される引出配線、絶縁膜及び層間絶縁膜の順番が異なる。そのため、支持部１３０にかかる応力と支持部１３１にかかる応力とが異なる。支持部１３０と支持部１３１とにかかる応力のバランスが崩れると、赤外線検出部に捩れが生じるという課題がある。赤外線検出部が捩れることにより、赤外線検出部は基板に対して傾斜する。これにより、赤外線検出の感度の低下やばらつきが生じる。その他、赤外線検出部の捩れにより、支持部の破損及び引出配線の断線が生じ、赤外線検出ができなくなる場合がある。

【0009】

本開示は、赤外線検出部の捩れを抑制できる赤外線検出素子及び赤外線検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示に係る赤外線検出素子は、空洞を有する基板と、下部電極層と検出層と上部電極層とが順に積層された赤外線検出部と、空洞の上方に赤外線検出部を支持する第１支持部及び第２支持部と、赤外線検出部から出力される電気信号を外部に取り出すための第１外部引出部及び第２外部引出部と、を備え、第１支持部は、順に積層された第１上部配線と第１絶縁層と第１下部配線とを備え、上部電極層は、第１上部配線を介して第１外部引出部と接続されており、第２支持部は、順に積層された第２上部配線と第２絶縁層と第２下部配線とを備え、下部電極層は、第２下部配線を介して第２外部引出部と接続されている。

【発明の効果】

【0011】

本開示に係る赤外線検出素子及び赤外線検出装置は、赤外線検出部の捩れを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施の形態１における赤外線検出素子を模式的に示す上面図である。

【図2】図２は、図１における赤外線検出素子の２−２断面を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、実施の形態１における赤外線検出素子の下部配線の配設を模式的に示す上面図である。

【図4A】図４Ａは、図１における赤外線検出部の４Ａ−４Ａ断面を模式的に示す断面図である。

【図4B】図４Ｂは、図１における第１支持部の４Ｂ−４Ｂ断面を模式的に示す断面図である。

【図4C】図４Ｃは、図１における第２支持部の４Ｃ−４Ｃ断面を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、実施の形態２における赤外線検出素子を模式的に示す上面図である。

【図6】図６は、図５における赤外線検出素子の６−６断面を模式的に示す断面図である。

【図7】図７は、実施の形態２における他の赤外線検出素子を模式的に示す上面図である。

【図8】図８は、実施の形態２における他の赤外線検出素子を模式的に示す上面図である。

【図9】図９は、実施の形態３における赤外線検出素子を模式的に示す上面図である。

【図10】図１０は、実施の形態４における赤外線検出装置の構成を示すブロック図である。

【図11】図１１は、従来の赤外線検出素子を模式的に示す上面図である。

【図12】図１２は、図１１における従来の赤外線検出素子の１２−１２断面を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下では、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0014】

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化している。

【0015】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における赤外線検出素子２５を模式的に示す上面図である。図２は、図１における赤外線検出素子２５の２−２断面を模式的に示す断面図である。図３は、実施の形態１における赤外線検出素子２５の下部配線の配設を模式的に示す上面図である。

【0016】

赤外線検出素子２５は、基板１１と、赤外線検出部２０と、第１支持部３０Ａと、第２支持部３０Ｂと、第１外部引出部６０Ａと、第２外部引出部６０Ｂとを備える。基板１１は、凹部状に形成された空洞１３を有する。赤外線検出部２０は、入射された赤外線のエネルギーを電気的信号に変換して出力する。出力される電気信号は、第１外部引出部６０Ａ及び第２外部引出部６０Ｂを介して、外部に取り出される。

【0017】

第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂは、基板１１の枠部１４に接続されており、赤外線検出部２０を空洞１３の上方に支持する。

【0018】

基板１１の空洞１３は、基板１１の一主面の中央に設けられている。また、基板１１は、空洞１３を形成する枠部１４を有する。基板１１の枠部１４は、空洞１３の開口部の外周に設けられている。

【0019】

基板１１の上には、絶縁性の中間層１５が基板１１の上に形成されている。中間層１５は、基板１１の主面と略平行に延在されており、第１支持部３０Ａと第２支持部３０Ｂと赤外線検出部２０とのそれぞれの一部を構成している。

【0020】

図４Ａは、図１における赤外線検出部２０の４Ａ−４Ａ断面を模式的に示す断面図である。

【0021】

図４Ａに示すように、赤外線検出部２０には、下部電極層４０と検出層１６と上部電極層５０とが設けられている。赤外線検出部２０の中間層１５は、赤外線検出部２０の全体に設けられている。赤外線検出部２０は、中間層１５の少なくとも一部の上に、下部電極層４０と検出層１６と上部電極層５０とが順に積層された積層構造を有している。また、赤外線検出部２０の上層には、赤外線吸収層１７が設けられる。

【0022】

赤外線検出素子２５は、焦電効果を用いて赤外線を検知する。赤外線検出部２０の検出層１６には焦電体が用いられる。検出層１６において、赤外線により焦電体の温度が上昇すると焦電体表面の分極が変化し、その結果、下部電極層４０と上部電極層５０とに電荷が生じる。赤外線検出素子２５は、この電荷を電気信号として外部に取り出すことにより、赤外線を検知できる。

【0023】

焦電型の赤外線検出素子は、熱型赤外線検出素子の中では信号出力が高く、雑音出力が低いためＳ／Ｎ比が高い。また、焦電型の赤外線検出素子は、低コストで人体検知が可能である。そのため、焦電型の赤外線検出素子は、自動照明や機器の消費電力削減のための自動スイッチとして広く使用されている。

【0024】

なお、赤外線検出部２０は、焦電体に限らず、サーモパイル、サーミスタ又はボロメータ等を用いることができる。

【0025】

空洞１３の開口部に設けられる赤外線検出部２０の平面視形状は、略矩形状である。しかしながら、赤外線検出部２０は、矩形形状に限られない。赤外線検出部２０は、例えば、丸形、多角形等であってもよい。

【0026】

赤外線検出部２０は、第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂを介して、基板１１の枠部１４に接続されている。そして、赤外線検出部２０は、空洞１３によって基板１１の表面から離間して配置されている。このように、赤外線検出部２０は、基板１１に対して接触しないように設けられている。そのため、赤外線検出素子２５は、赤外線検出部２０の熱が基板１１に拡散することを抑制でき、基板１１に対して熱絶縁性が高い構造となっている。

【0027】

第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂは、赤外線検出部２０の中心に対して、互いに点対称な位置に配設されている。なお、第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂは、回転対称な位置又は線対称な位置に配設されていてもよい。

【0028】

第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂの平面視形状は、細長い直線形状である。しかしながら、第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂは、直線形状に限られない。第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂの形状は、例えば、Ｌ字型等の折り曲げられた形状であってもよい。

【0029】

また、第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂの他に、さらに他の支持部を設けてもよい。他の支持部は、赤外線検出部２０の中心に対して、互いに対称な位置に配設されることが好ましい。なお、他の支持部には引出配線を設けないことが好ましい。これにより、赤外線検出部２０の熱絶縁性を高めることができる。

【0030】

図２に示すように、仮想線１Ｃと仮想線２Ｃとの間が赤外線検出部２０である。仮想線１Ｃと仮想線１Ｄとの間が第１支持部３０Ａである。仮想線２Ｃと仮想線２Ｄとの間が第２支持部３０Ｂである。ここで、仮想線１Ｃは、第１支持部３０Ａ側における赤外線吸収層１７の端面を通る線である。仮想線２Ｃは、第２支持部３０Ｂ側における赤外線吸収層１７の端面を通る線である。仮想線１Ｄは、第１支持部３０Ａ側における空洞１３を形成する枠部１４の端面を通る線である。仮想線２Ｄは、第２支持部３０Ｂ側における空洞１３を形成する枠部１４の端面を通る線である。

【0031】

第１支持部３０Ａは、順に積層された導電性の第１下部配線７０Ａと、第１絶縁層１６Ａと、第１上部配線８０Ａとを備える。第１支持部３０Ａは、第１下部配線７０Ａと第１上部配線８０Ａとが第１絶縁層１６Ａを介して積層方向に対向する第１対向部３５Ａを有している。一方、第２支持部３０Ｂは、順に積層された導電性の第２下部配線７０Ｂと、第２絶縁層１６Ｂと、第２上部配線８０Ｂとを備える。第２支持部３０Ｂは、第２下部配線７０Ｂと第２上部配線８０Ｂとが第２絶縁層１６Ｂを介して積層方向に対向する第２対向部３５Ｂを有している。

【0032】

図２に示すように、第１上部配線８０Ａと、上部電極層５０と、第２上部配線８０Ｂとは、同層に設けられる。第１絶縁層１６Ａと、検出層１６と、第２絶縁層１６Ｂとは、同層に設けられる。第１下部配線７０Ａと、下部電極層４０と、第２下部配線７０Ｂとは、同層に設けられる。

【0033】

また、第１下部配線７０Ａと、下部電極層４０と、第２下部配線７０Ｂとは、同じ材料で構成される。第１上部配線８０Ａと、上部電極層５０と、第２上部配線８０Ｂとは、同じ材料で構成される。第１絶縁層１６Ａと、検出層１６と、第２絶縁層１６Ｂとは、同じ材料で構成される。これにより、製造工程を簡略化できる。

【0034】

なお、第１下部配線７０Ａ及び第２下部配線７０Ｂの材料は、下部電極層４０の材料と異なっていてもよい。同様に、第１上部配線８０Ａ及び第２上部配線８０Ｂの材料は、上部電極層５０の材料と異なっていてもよい。第１絶縁層１６Ａ及び第２絶縁層１６Ｂの材料は、検出層１６の材料と異なっていてもよい。この場合、第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂの積層構造は、赤外線検出部２０の中心に対し対称に設けられることが好ましい。

【0035】

つまり、第１上部配線８０Ａと第２上部配線８０Ｂとは、同一の材料であることが好ましい。さらに、第１上部配線８０Ａと第２上部配線８０Ｂとは、同一の断面積を有する配線であることが好ましい。第１上部配線８０Ａと、上部電極層５０と、第２上部配線８０Ｂとは、同層に設けられることが好ましい。また、第１下部配線７０Ａと第２下部配線７０Ｂとは、同一の材料であることが好ましい。第１下部配線７０Ａと第２下部配線７０Ｂは、同一の断面積を有する配線であることが好ましい。第１下部配線７０Ａと、下部電極層４０と、第２下部配線７０Ｂとは、同層に設けられることが好ましい。これにより第１支持部３０Ａと第２支持部３０Ｂの応力バランスが取り易くなる。

【0036】

第１上部配線８０Ａと第２上部配線８０Ｂとの一方が、上部引出配線である。第１下部配線７０Ａと第２下部配線７０Ｂとの一方が、下部引出配線である。また、第１上部配線８０Ａと第２上部配線８０Ｂとの他方が、上部ダミー配線である。第１下部配線７０Ａと第２下部配線７０Ｂとの他方が、下部ダミー配線である。

【0037】

上部引出配線は、上部引出配線の延在方向の一方の端部が第１外部引出部６０Ａに接続され、他方の端部が上部電極層５０に接続される。下部引出配線は、下部引出配線の延在方向の一方の端部が第２外部引出部６０Ｂに接続され、他方の端部が下部電極層４０に接続される。

【0038】

図１及び図２においては、第１支持部３０Ａの第１上部配線８０Ａが上部引出配線である。つまり、上部電極層５０は、第１上部配線８０Ａを介して、第１外部引出部６０Ａと接続される。また、第２下部配線７０Ｂが下部引出配線である。つまり、下部電極層４０は、第２下部配線７０Ｂを介して第２外部引出部６０Ｂと接続される。第１支持部３０Ａの第１下部配線７０Ａは、下部ダミー配線である。第２支持部３０Ｂの第２上部配線８０Ｂは、上部ダミー配線である。

【0039】

第１下部配線７０Ａにおいて、第１下部配線７０Ａの延在方向における赤外線検出部２０から離れた側の一方の端部は、枠部１４に設けられる。第２上部配線８０Ｂにおいて、第２上部配線８０Ｂの延在方向における赤外線検出部２０から離れた側の一方の端部は、枠部１４に設けられる。

【0040】

図１及び図３に示すように、第１外部引出部６０Ａ及び第２外部引出部６０Ｂは、引出配線幅より大きい辺を有する矩形状である。第１外部引出部６０Ａ及び第２外部引出部６０Ｂは、赤外線検出部２０からの電気信号を赤外線検出素子の外部に取り出すための接続端である。第１外部引出部６０Ａ及び第２外部引出部６０Ｂは、例えば、赤外線検出部２０から出力された電気信号を処理する信号処理回路に接続される。

【0041】

第１外部引出部６０Ａ及び第２外部引出部６０Ｂは、第１上部配線８０Ａ又は第２下部配線７０Ｂと同じ材料で構成される。第１外部引出部６０Ａは、第１支持部３０Ａ側の第１絶縁層１６Ａ上に形成される。第２外部引出部６０Ｂは、第２下部配線７０Ｂの上に形成される。

【0042】

図１及び図３に示すように、下部ダミー配線と上部ダミー配線とにおいて、配線の延在方向における赤外線検出部２０から離れた側の一方の端部は、非接続端９０Ａ、９０Ｂである。つまり、下部ダミー配線の非接続端９０Ａ及び上部ダミー配線の非接続端９０Ｂは、第１外部引出部６０Ａ及び第２外部引出部６０Ｂのそれぞれに接続されないように設けられる。赤外線検出素子２５は、非接続端９０Ａ、９０Ｂを介して赤外線検出部２０の電気信号の取り出しを行わない。

【0043】

図２に示すように、下部ダミー配線の非接続端９０Ａは、第１支持部３０Ａの積層方向において、第１外部引出部６０Ａと重ならないように第１外部引出部６０Ａと第１支持部３０Ａとの間に設けられている。また、上部ダミー配線の非接続端９０Ｂは、第１支持部３０Ａの積層方向において、第２外部引出部６０Ｂと重ならないように第２外部引出部６０Ｂと第２支持部３０Ｂとの間に設けられている。これによりダミー配線を短くでき、配線を簡素化することができる。また、下部ダミー配線と第１外部引出部６０Ａとの間の静電容量を小さくすることができる。そのため、赤外線検出部２０周辺の受光量が小さい箇所において、静電容量の寄与を小さくできるため、赤外線検出素子２５の応答性を向上できる。

【0044】

なお、第１下部配線７０Ａは、非接続端９０Ａを有さなくてもよい。この場合、第１下部配線７０Ａは、下部ダミー配線としてではなく、下部引出配線として機能する。第１下部配線７０Ａ及び第２下部配線７０Ｂは、それぞれ第２外部引出部６０Ｂに接続される。

【0045】

同様に、第２上部配線８０Ｂは、非接続端９０Ｂを有さなくてもよい。この場合、第２上部配線８０Ｂは、上部ダミー配線としてではなく、上部引出配線として機能する。第１上部配線８０Ａ及び第２上部配線８０Ｂは、それぞれ第１外部引出部６０Ａに接続される。なお、第１外部引出部６０Ａ及び第２外部引出部６０Ｂは、それぞれ複数設けてもよい。この場合、第１上部配線８０Ａと第２上部配線８０Ｂとは、それぞれ異なる第１外部引出部に接続することができる。また、下部引出配線も同様に、それぞれ異なる第２外部引出部に接続することができる。

【0046】

図４Ｂは、図１における第１支持部３０Ａの４Ｂ−４Ｂ断面を模式的に示す断面図である。図４Ｃは、図１における第２支持部３０Ｂの４Ｃ−４Ｃ断面を模式的に示す断面図である。４Ｂ−４Ｂ断面は、第１支持部３０Ａの延在方向と垂直な面である。４Ｃ−４Ｃ断面は、第２支持部３０Ｂの延在方向と垂直な面である。

【0047】

図４Ｂに示すように、第１支持部３０Ａには、中間層１５の上に、第１下部配線７０Ａ、第１絶縁層１６Ａ及び第１上部配線８０Ａが順次積層されている。第１下部配線７０Ａは、下部ダミー配線である。第１上部配線８０Ａは、上部引出配線である。図４Ｃに示すように、第２支持部３０Ｂには、中間層１５の上に、第２下部配線７０Ｂ、第２絶縁層１６Ｂ、第２上部配線８０Ｂが順次積層されている。第２下部配線７０Ｂは、下部引出配線である。第２上部配線８０Ｂは、上部ダミー配線である。

【0048】

図１〜図３に示すように、第１対向部は、第１支持部３０Ａの延在方向の全体に渡って設けられる。図４Ｂに示すように、第１対向部３５Ａは、第１支持部３０Ａの断面の一部に設けられる。また、第２対向部は、第２支持部３０Ｂの延在方向に全体に渡って設けられる。図４Ｃに示すように、第２対向部３５Ｂは、第２支持部３０Ｂの断面の一部に設けられる。このように、第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂは同じ積層構造を有する。これにより、第１支持部３０Ａと第２支持部３０Ｂとのそれぞれにかかる応力のバランスを取ることができる。

【0049】

下部ダミー配線の一方の端部である非接続端９０Ａ、及び、上部ダミー配線の一方の端部である非接続端９０Ｂは、基板１１の枠部１４に配設されている。また、下部ダミー配線の他方の端部が下部電極層４０に接続される。上部ダミー配線の他方の端部は、上部電極層５０に接続される。

【0050】

基板１１の枠部１４と接続される支持部３０の根元は、比較的大きい応力が付加され易い。このとき、非接続端９０Ａ及び非接続端９０Ｂを基板１１の枠部１４に配設することにより、支持部３０の根元に上部配線と下部配線とが積層方向に設けられる。これにより、支持部３０の根元を補強することができ、破損を抑制することができる。

【0051】

赤外線検出部２０の上層に設けられる赤外線吸収層１７は、赤外線を吸収する。赤外線吸収層１７を設けることにより、赤外線検出の感度を向上できる。図４Ａに示すように、赤外線吸収層１７は赤外線検出部２０の上部全体を被覆している。赤外線吸収層１７の構成材料は、ＳｉＯ_２又は金属黒膜等を用いることができる。金属黒膜は、白金黒膜又は金黒膜と呼ばれる材料である。なお、支持部の上層に赤外線吸収層１７又は保護膜が設けられてもよい。

【0052】

次に、赤外線検出素子２５の構成材料について説明する。

【0053】

検出層１６の焦電体の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とするペロブスカイト型酸化物強誘電体を用いることができる。ペロブスカイト型酸化物強誘電体としては、例えば、ＰＺＴを主成分としてＬａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ又はＡｌ等の元素をＰＺＴの元素の一部と置換したものが挙げられる。

【0054】

ＰＺＴの組成は、例えば、正方晶系の組成Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０付近が望ましい。しかしながら、ＰＺＴの組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝０／１００〜７０／３０であればよい。例えば、ＰＺＴの組成は、正方晶系と菱面体晶系との相境界（モルフォトロピック相境界）付近の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）、又は、ＰｂＴｉＯ_３でもよい。

【0055】

ＰＺＴは、正方晶系の（００１）面に配向したものが好ましい。これにより、赤外線の検出感度を高めることができる。

【0056】

他の焦電体の構成材料としては、ＰＭＮ（化学式Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３）又はＰＺＮ（化学式Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３）などを用いることができる。

【0057】

基板１１の構成材料は、例えば、Ｓｉ等の半導体材料、ステンレス等の金属材料、ＭｇＯ等の金属酸化物を用いることができる。

【0058】

基板１１は、検出層１６より線熱膨張係数が大きいものを用いることが好ましい。これにより、検出層１６の成膜過程において熱収縮による圧縮応力を成膜する膜に付加することができる。この圧縮応力により検出層１６は、分極軸である（００１）方向へ選択的に配向するため、高い焦電係数γが得られる。

【0059】

基板１１の材料は、具体的には鉄又はクロムを主成分とするステンレスを用いている。このようなステンレスは、例えば、ＳＵＳ４３０である。ＳＵＳ４３０の線熱膨張係数は１０．５ｐｐｍ／Ｋである。一方、ＰＺＴの線熱膨張係数は７．９ｐｐｍ／Ｋである。したがって、基板１１の線熱膨張係数は、検出層１６の線熱膨張係数より大きい。

【0060】

検出層１６よりも線熱膨張係数の大きい基板１１の材料としては、ステンレスの他に、例えば、金属材料、単結晶材料、ガラス材料又はセラミック系材料がある。金属材料は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ等である。単結晶材料は、ＭｇＯ、ＣａＦ_２等である。ガラス材料は、ホウケイ酸ガラス等である。セラミック系材料は、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２等である。

【0061】

中間層１５には、ＳｉＯ_２等のシリコン酸化物を主成分とする絶縁性材料を用いている。また、中間層１５として、ＳｉＮやシリコン窒化膜（ＳｉＯＮ）等のシリコン窒化物、又は、ＨｆＯ_２などを用いてもよい。

【0062】

下部電極層４０は、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ_３、以降「ＬＮＯ」と記す）を主成分とする材料が好ましい。

【0063】

ペロブスカイト型構造を有するＬＮＯは、金属的電気伝導性を有する酸化物である。室温での抵抗率は、およそ１×１０^-３（Ω・ｃｍ）である。

【0064】

ＬＮＯを主成分とする材料としては、ニッケルの一部を他の金属で置換した材料等も含まれる。他の金属には、鉄、アルミニウム、マンガン及びコバルトからなる群から選択された少なくとも一種の金属が含まれる。

【0065】

なお、ＬＮＯ系材料からなる下部電極層４０は、スパッタリング法等の気相成長法、又は、水熱合成法等の種々の公知の成膜方法を用いて形成される。

【0066】

上部電極層５０の材料には、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｒ等の金属又はこれらのうち少なくとも１種を含む合金を用いることができる。上部電極層５０は、これらの金属の単層で構成される。又は、上部電極層５０は、これらの金属を含む複数の層が積層した積層体で構成されてもよい。上部電極層５０は、例えば、ＴｉとＡｕとが順次積層された積層体とすることができる。上部電極層５０の膜厚は、５〜５００ｎｍの範囲が好ましい。

【0067】

次に、実施の形態１の赤外線検出素子２５の製造方法について説明する。

【0068】

まず、空洞を形成していない基板１１の上に、積層膜を形成する。積層膜は、中間層１５、下部電極膜、検出膜、上部電極膜、赤外線吸収層１７の順に基板１１の上に積層された膜である。

【0069】

積層膜の製造方法は、基板１１の上にシリコン酸化物前駆体溶液を塗布して、シリコン酸化物前駆膜を形成する。そして、シリコン酸化物前駆膜を加熱により緻密化して、シリコン酸化物の中間層１５を形成する。続いて、中間層１５の上にＬＮＯ前駆体溶液を塗布し、ＬＮＯ前駆体膜を形成する。その後、ＬＮＯ前駆体膜を急速加熱し結晶化させることにより、下部導電膜を形成する。

【0070】

次に、フォトリソグラフィ法などを用いて下部導電膜上に、下部電極層４０、第１下部配線７０Ａ及び第２下部配線７０Ｂに対応するマスクを形成する。そして、ドライエッチング法又はウェットエッチング法などを用いて、下部導電膜をパターニングした後、マスクを除去する。これにより、下部電極層４０、第１下部配線７０Ａ及び第２下部配線７０Ｂが形成される。つまり、下部電極層４０、第１下部配線７０Ａ及び第２下部配線７０Ｂは、同じ厚みを有し、同じ材料で構成され、かつ、同じ層に形成されている。

【0071】

さらに、下部電極層４０、第１下部配線７０Ａ及び第２下部配線７０Ｂを含む基板１１の主面の上にＰＺＴ前駆体溶液を塗布し、ＰＺＴ前駆体膜を形成する。そして、ＰＺＴ前駆体膜を加熱し、ＰＺＴ前駆体膜を結晶化させることにより、ＰＺＴ膜を形成する。ここで、積層膜の検出膜は、ＰＺＴ膜である。ＰＺＴ膜をパターニングすることにより、検出層１６、第１絶縁層１６Ａ及び第２絶縁層１６Ｂが形成される。つまり、検出層１６、第１絶縁層１６Ａ及び第２絶縁層１６Ｂは、同じ厚みを有し、同じ材料で構成され、かつ、同じ層に形成されている。

【0072】

次に、検出層１６、第１絶縁層１６Ａ及び第２絶縁層１６Ｂの上にイオンスパッター等のドライプロセスにより上部導電膜を形成する。上部導電膜をパターニングすることにより、上部電極層５０、第１上部配線８０Ａ、第２上部配線８０Ｂ、第１外部引出部６０Ａ及び第２外部引出部６０Ｂが形成される。つまり、上部電極層５０、第１上部配線８０Ａ及び第２上部配線８０Ｂは、同じ厚みを有し、同じ材料で構成され、かつ、同じ層に形成されている。

【0073】

次に、検出層の上に赤外線吸収層１７をプラズマＣＶＤ法により形成する。このようにして積層膜は形成される。

【0074】

積層膜を形成した後、ウェットエッチングやドライエッチングのエッチング法を用いて、第１外部引出部及び第２外部引出部を露出させる。その後、開口部となる基板の一部を露出させた後、さらに中間層１５の裏面が、基板１１の表面から離間するまでウェットエッチングを行う。これにより、基板１１の主面に空洞１３が形成される。このようにして赤外線検出素子２５を作製する。

【0075】

（実施の形態２）
実施の形態２の赤外線検出素子には、赤外線検出部又は支持部に断線部が設けられている。実施の形態２にかかる赤外線検出素子において、実施の形態１の赤外線検出素子と同一構成には同一符号を用い詳細な説明を省略する。

【0076】

上部断線部は、上部ダミー配線が設けられた支持部及び赤外線検出部の少なくとも何れかに設けられる。ここで、上部ダミー配線は、第１支持部及び第２支持部の何れかの支持部に設けられる。上部断線部により、上部ダミー配線の一方の端部と上部電極層とが電気的に絶縁される。同様に、下部断線部は、下部ダミー配線が設けられた支持部及び赤外線検出部の少なくとも何れかに設けられる。ここで、下部ダミー配線は、第１支持部及び第２支持部の何れかの支持部に設けられる。下部断線部により、下部ダミー配線の一方の端部と下部電極層とが電気的に絶縁される。

【0077】

図５は、実施の形態２における赤外線検出素子２６を模式的に示す上面図である。図６は、図５における赤外線検出素子２６の６−６断面を模式的に示す断面図である。

【0078】

図５及び図６示すように、赤外線検出素子２６において、第１支持部３１Ａに配置される第１上部配線８１Ａは、上部引出配線である。第１下部配線７１Ａは、下部ダミー配線である。第２支持部３１Ｂに配置される第２上部配線８１Ｂは、上部ダミー配線である。第２下部配線７１Ｂは、下部引出配線である。

【0079】

赤外線検出素子２６は、第２上部配線８１Ｂの延在方向における赤外線検出部２１から離れた側の一方の端部と上部電極層５１とを電気的に絶縁する上部断線部１０１Ｂを有する。

【0080】

また、赤外線検出素子２６は、第１下部配線７１Ａの延在方向における赤外線検出部２１から離れた側の一方の端部と下部電極層４１とを電気的に絶縁する下部断線部１０１Ａを有する。

【0081】

上部断線部１０１Ｂは、第２支持部３１Ｂに隣接する赤外線検出部２１に設けられている。上部断線部１０１Ｂにより、上部ダミー配線の端部が上部電極層５１と間隔（仮想線２Ｃと仮想線２Ｅとの間の間隔）を空けて配設される。ここで、仮想線２Ｅは、上部電極層５１の第２支持部３１Ｂ側の端面を通る線である。

【0082】

また、下部断線部１０１Ａは、第１支持部３１Ａに隣接する赤外線検出部２１に設けられている。下部断線部１０１Ａにより、下部ダミー配線の端部が下部電極層４１と間隔（仮想線１Ｃと仮想線１Ｅとの間の間隔）を空けて配設される。ここで、仮想線１Ｅは、上部電極層５１の第１支持部３１Ａ側の端面を通る線である。

【0083】

上部ダミー配線及び下部ダミー配線の他方の端部は、それぞれ第２支持部３１Ｂ及び第１支持部３１Ａの赤外線検出部２１側の根元に設けられる。

【0084】

上部ダミー配線及び下部ダミー配線の一方の端部は、枠部１４に設けられている。なお、上部ダミー配線及び下部ダミー配線の一方の端部は、枠部１４に設けられていなくてもよい。

【0085】

上部断線部１０１Ｂおよび下部断線部１０１Ａの少なくとも一方を設けることにより、赤外線検出部２１で生じる熱が導電性のダミー配線を通じて基板１１に拡散することを抑制することができる。これにより、赤外線検出素子２６において、赤外線の検出感度を向上させることができる。

【0086】

また、上部断線部１０１Ｂと下部断線部１０１Ａとにより、ダミー配線と、積層方向においてダミー配線と対向する配線との間に生じる静電容量は、赤外線検出部２１の静電容量に寄与しない。そのため、赤外線検出部２１周辺の受光量が小さい箇所において、静電容量の寄与を小さくできる。したがって、赤外線検出素子２６における赤外線の検出感度を高めることができる。

【0087】

上部断線部１０１Ｂにおいて、上部電極層５１と第２上部配線８１Ｂ（上部ダミー配線）との間隔は、２μｍ〜１０μｍの範囲とすることが好ましい。下部断線部１０１Ａにおいて、下部電極層４１と第１下部配線７１Ａ（下部ダミー配線）との間隔は、２μｍ〜１０μｍの範囲とすることが好ましい。

【0088】

図７は、他の赤外線検出素子２７を模式的に示す上面図である。

【0089】

第２支持部３２Ｂにおいて、上部断線部１０２Ｂは、第２上部配線８２Ｂの赤外線検出部２０側の他方の端部に設けられる。第２上部配線８２Ｂは、上部ダミー配線である。同様にして、第１支持部３２Ａにおいて、下部断線部（図示せず）は、第１下部配線の赤外線検出部２０側の他方の端部に設けられる。第１支持部３２Ａは下部ダミー配線である。このように、上部ダミー配線及び下部ダミー配線は、上部断線部１０２Ｂ及び下部断線部により分断されている。

【0090】

また、上部断線部１０２Ｂは、第２上部配線８２Ｂの途中に設けられてもよい。同様に、下部断線部は、第１下部配線の途中に設けられてもよい。

【0091】

図８は、さらに他の赤外線検出素子２８を模式的に示す上面図である。

【0092】

上部断線部１０３Ｂは、赤外線検出部２３に設けられる。さらに、上部ダミー配線は、赤外線検出部２３まで延在されている。つまり、上部ダミー配線の他方の端部は、赤外線検出部２３に設けられている。

【0093】

赤外線検出部２３の第２支持部３３Ｂ側には、上部電極層５３の一部が切り欠かれた矩形状の上部切り欠き部１０５Ｂが設けられている。第２上部配線８３Ｂは、赤外線検出部２３まで延長されている。第２上部配線８３Ｂは、上部ダミー配線である。つまり、上部ダミー配線は、第２支持部３３Ｂから赤外線検出部２３の上部切り欠き部１０５Ｂの一部に渡って配設される。上部切り欠き部１０５Ｂの一部において、下部引出配線、焦電体、上部ダミー配線が順次積層されている。

【0094】

上部断線部１０３Ｂと同様にして、下部断線部（図示せず）は、赤外線検出部２３に設けられる。さらに、下部ダミー配線は、赤外線検出部２３まで延在されている。つまり、下部ダミー配線の端部は、赤外線検出部２３に設けられている。赤外線検出部２３の第１支持部３３Ａ側には、下部電極層に下部切り欠き部（図示せず）が設けられている。第１下部配線である下部ダミー配線は、第１支持部３３Ａから赤外線検出部２３の下部切り欠き部の一部に渡って配設される。下部切り欠き部の一部において下部ダミー配線、焦電体、上部引出配線が順次積層されている。

【0095】

このように、第２支持部３３Ｂと赤外線検出部２３との間の接続部において、第２上部配線８３Ｂと下部配線とが積層方向に設けられている。そのため、第２支持部３３Ｂの根元が配線層により補強され、根元の破損を抑制することができる。また、赤外線検出部２３に上部断線部１０３Ｂを設けることにより、赤外線検出部２３から基板１１への熱拡散を抑制することができる。第１支持部３３Ａについても、第２支持部３３Ｂと同様の効果を奏する。

【0096】

なお、上部ダミー配線及び下部ダミー配線を赤外線検出部に設ける場合において、上部切り欠き部及び下部切り欠き部は設けなくてもよい。

【0097】

（実施の形態３）
実施の形態１の赤外線検出素子２５において、上部引出配線及び下部引出配線は、第１支持部３０Ａ及び第２支持部３０Ｂにそれぞれ配設されている。これに対し、実施の形態３の赤外線検出素子は、上部引出配線と下部引出配線とが、第１支持部及び第２支持部のどちらか一方の同じ支持部に配設されたものである。

【0098】

図９は、実施の形態３における赤外線検出素子２９を模式的に示す上面図である。

【0099】

第１外部引出部６１Ａと第２外部引出部６１Ｂとは、第１支持部３０Ａ側の枠部１４に設けられている。第１支持部３０Ａには、第１上部配線８４Ａ及び第１下部配線７４Ａが配設されている。第１上部配線８４Ａは、第１外部引出部６１Ａに接続される。第１下部配線７４Ａは、第２外部引出部６１Ｂに接続される。つまり、第１支持部３０Ａにおいて、第１上部配線８４Ａは、上部引出配線である。第１下部配線７４Ａは、下部引出配線である。

【0100】

第２支持部３０Ｂには、第２上部配線８４Ｂ及び第２下部配線（図示せず）が配設されている。第２上部配線８４Ｂは、上部ダミー配線である。第２下部配線は下部ダミー配線である。上部ダミー配線及び下部ダミー配線には、実施の形態２と同様に、図９に示すように上部断線部１０４Ｂ、下部断線部（図示せず）を配設することが好ましい。この場合、上部断線部１０４Ｂと下部断線部は、積層方向において重なる。なお、上部断線部１０４Ｂと下部断線部は、上面視においてずれていてもよい。上部断線部１０４Ｂと下部断線部とをずらすことにより、第２支持部３０Ｂの強度を上げることができる。

【0101】

（実施の形態４）
図１０は、赤外線検出装置９９の構成を示すブロック図である。図１０に示す赤外線検出装置９９は、赤外線検出素子２５を備える赤外線検出装置の一例であり、これに限定されない。

【0102】

光学系ブロック９２は、入射される赤外線を集光するレンズや赤外線を選択的に透過するフィルタ等の光学部材９３を有する。入射される赤外線９６は、光学系ブロック９２を介して赤外線センサ９４に受光される。赤外線９６は、人体等の対象物に照射した赤外線ビームの反射光、対象物の移動等により遮蔽される赤外線ビーム、人から放出された赤外線等である。

【0103】

赤外線センサ９４は、赤外線検出素子２５を有する。赤外線検出素子２５は、単数であっても、複数であってもよい。複数の赤外線検出素子は、例えば、２次元マトリックス状に配列されている。また、複数の赤外線検出素子は、一列に配列されていてもよい。複数の赤外線検出素子を用いる場合は、それぞれの赤外線検出素子に対応させてレンズアレイを、光学部材９３として用いてもよい。

【0104】

信号処理回路９５は、赤外線検出素子の出力信号を増幅する増幅回路、アナログデジタル変換回路等を有する。信号処理回路９５には、赤外線検出素子の出力信号が入力される。信号処理回路９５は、赤外線検出素子の出力信号を処理することにより、物体検知信号、物体の移動信号や動作信号、画像信号、温度信号等を出力する。

【0105】

赤外線検出装置９９は、入射光がチョッパなどによって変調されている場合には、チョッパを制御する制御回路、同調増幅回路を用いてもよい。また、赤外線検出装置９９は、物体検出を示すランプ、画像信号等を表示するモニター、温度信号等を記録するメモリ等の記録媒体などを有していてもよい。

【0106】

以上、一つ又は複数の態様に係る赤外線検出素子及び赤外線検出装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0107】

本開示の赤外線検出素子は、人感センサ、赤外線カメラ、サーモグラフィー、ナイトビジョン等の電子機器の用途に有用である。

【符号の説明】

【0108】

１１ 基板
１３ 空洞
１４ 枠部
１５ 中間層
１６ 検出層
１６Ａ 第１絶縁層
１６Ｂ 第２絶縁層
１７ 赤外線吸収層
２０、２１、２３ 赤外線検出部
２５、２６、２７、２８、２９ 赤外線検出素子
３０ 支持部
３０Ａ、３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ 第１支持部
３０Ｂ、３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂ 第２支持部
３５Ａ 第１対向部
３５Ｂ 第２対向部
４０、４１ 下部電極層
５０、５１、５３ 上部電極層
６０Ａ、６１Ａ 第１外部引出部
６０Ｂ、６１Ｂ 第２外部引出部
７０Ａ、７１Ａ、７４Ａ 第１下部配線
７０Ｂ、７１Ｂ 第２下部配線
８０Ａ、８１Ａ、８４Ａ 第１上部配線
８０Ｂ、８１Ｂ、８２Ｂ、８３Ｂ、８４Ｂ 第２上部配線
９０Ａ、９０Ｂ 非接続端
９２ 光学系ブロック
９３ 光学部材
９４ 赤外線センサ
９５ 信号処理回路
９６ 赤外線
９９ 赤外線検出装置
１０１Ａ 下部断線部
１０１Ｂ、１０２Ｂ、１０３Ｂ、１０４Ｂ 上部断線部
１０５Ｂ 上部切り欠き部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】