特開 2024-158335 導電性部材とこれを用いたサーミスタ素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158335

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】導電性部材とこれを用いたサーミスタ素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/47 20060101AFI20241031BHJP

   H01C 7/04 20060101ALI20241031BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H01L29/48 F

H01C7/04

G01J1/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073462

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】前川 和也

(72)【発明者】

【氏名】原 晋治

(72)【発明者】

【氏名】太田 尚城

(72)【発明者】

【氏名】青木 進

(72)【発明者】

【氏名】小久保 眞生子

(72)【発明者】

【氏名】中川 貴大

【テーマコード（参考）】

2G065

4M104

5E034

【Ｆターム（参考）】

2G065AB03

2G065BA12

2G065BA34

2G065CA13

4M104BB29

4M104BB30

4M104BB32

4M104DD33

4M104DD34

4M104DD36

4M104DD37

4M104EE05

4M104EE14

4M104EE16

4M104EE17

4M104FF01

4M104FF13

4M104FF18

4M104GG20

4M104HH20

5E034BA09

5E034BB05

5E034BC01

5E034DA07

5E034DC05

5E034DC09

(57)【要約】

【課題】電気抵抗の低下を抑制しつつ熱伝導率を抑制することが可能な導電性部材を提供する。
【解決手段】導電性部材３１は、複数の導電性窒化物層３２と、導電性窒化物と金属とを含む少なくとも一つの窒化物－金属層３３と、を有し、複数の導電性窒化物層３２と少なくとも一つの窒化物－金属層３３は交互に積層されている。窒化物－金属層３３は、金属が導電性窒化物の中に分散した金属分散層３３Ａを含んでいる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の導電性窒化物層と、
導電性窒化物と金属とを含む少なくとも一つの窒化物－金属層と、
を有し、
前記複数の導電性窒化物層と前記少なくとも一つの窒化物－金属層は交互に積層され、
前記窒化物－金属層は、前記金属が前記導電性窒化物の中に分散した金属分散層を含む導電性部材。

【請求項2】

前記少なくとも一つの窒化物－金属層の前記導電性窒化物の少なくとも一部は、各窒化物－金属層の層厚方向において、前記各窒化物－金属層の一方の面から他方の面まで連続して存在している、請求項１に記載の導電性部材。

【請求項3】

前記少なくとも一つの窒化物－金属層は前記金属分散層のみを含む、請求項２に記載の導電性部材。

【請求項4】

前記少なくとも一つの窒化物－金属層は、前記導電性窒化物が前記金属の中に分散した窒化物分散層を含み、前記窒化物分散層は前記金属分散層と前記導電性窒化物層との間に位置する、請求項２に記載の導電性部材。

【請求項5】

前記金属は合金からなる、請求項１に記載の導電性部材。

【請求項6】

前記合金はＣｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも２つの元素からなる、請求項５に記載の導電性部材。

【請求項7】

前記導電性窒化物層は前記窒化物－金属層より層厚が大きい、請求項１に記載の導電性部材。

【請求項8】

前記導電性窒化物層の層厚は３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項７に記載の導電性部材。

【請求項9】

前記窒化物－金属層の層厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ未満である、請求項７に記載の導電性部材。

【請求項10】

前記少なくとも一つの窒化物－金属層は複数の窒化物－金属層を含み、
前記複数の導電性窒化物層の層厚は同一であり、前記複数の窒化物－金属層の層厚は同一である、請求項１に記載の導電性部材。

【請求項11】

前記導電性窒化物層は、窒化チタン、窒化タンタル、窒化クロム及び窒化ジルコニウムからなる群から選択された窒化物、窒化アルミニウムのＡｌの一部をＴｉ、Ｔａ、Ｃｒ及びＺｒからなる群から選択された少なくとも一つの元素で置換した窒化物または窒化ケイ素のＳｉの一部をＧａ、Ｃ及びＢからなる群から選択された少なくとも一つの元素で置換した窒化物からなる、請求項１に記載の導電性部材。

【請求項12】

導電性窒化物層と、前記導電性窒化物層の中に分散した金属と、を有する導電性部材。

【請求項13】

サーミスタ膜と、前記サーミスタ膜の一方の面に接触している電極層と、前記電極層に接する配線層と、を有し、
前記電極層および前記配線層の少なくとも一方は請求項１から１２のいずれか１項に記載の導電性部材で形成されているサーミスタ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は導電性部材とこれを用いたサーミスタ素子に関する。

【背景技術】

【0002】

赤外線センサなどに用いられるサーミスタ素子は、温度に応じて電気抵抗が変化するサーミスタ膜を備えている。特許文献１にはサーミスタ膜の一例が開示されている。サーミスタ膜に電極が接続され、電極はサーミスタ膜を支持するアーム部の導電パターンに接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－８９４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されているように、サーミスタ膜には一般に電極層や配線層が電気的に接続されている。電極層や配線層は導体であるため熱伝導率が高い。一方、サーミスタ膜による検知精度を高めるためにはサーミスタ膜からの放熱を抑えることが望ましく、そのためにはサーミスタ膜に接続される電極層や配線層の熱伝導率を抑えることが望ましい。この様な課題はサーミスタ素子の電極層や配線層に限らず、他の導電性部材に存在することもある。

【0005】

本開示は、電気抵抗の低下を抑制しつつ熱伝導率を抑制することが可能な導電性部材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】

【0006】

本開示によれば、導電性部材は、複数の導電性窒化物層と、導電性窒化物と金属とを含む少なくとも一つの窒化物－金属層と、を有し、複数の導電性窒化物層と少なくとも一つの窒化物－金属層は交互に積層されている。窒化物－金属層は、金属が導電性窒化物の中に分散した金属分散層を含んでいる。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、電気抵抗の低下を抑制しつつ熱伝導率を抑制することが可能な導電性部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る赤外線センサの概略的な分解斜視図である。

【図2】サーミスタ素子の概略斜視図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線に沿ったサーミスタ素子の概略断面図である。

【図4】図３に示す導電性部材の概略断面図である。

【図5】図４に示す導電性部材の形成方法を示す概略断面図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る導電性部材の概略断面図である。

【図7】本発明の第３の実施形態に係る導電性部材の概略断面図である。

【図8】実施例で用いた成膜装置の概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１の実施形態）
以下図面を参照して、本発明の導電性部材とこれを用いたサーミスタ素子の実施形態について説明する。サーミスタ素子は例えば、電磁波センサの一例である赤外線センサに用いられる。赤外線センサは主に、波長が概ね８～１４μｍである長波長赤外線を検知する。検出する電磁波は赤外線に限定されず、例えば波長１００μｍ～１ｍｍのテラヘルツ波であってもよい。

【0010】

（赤外線センサ１の構成）
図１は赤外線センサ１の概略的な部分斜視図を示している。図１では後述する第１及び第２の配線層１０Ａ，１０Ｂの図示を省略している。赤外線センサ１は互いに対向して配置された第１の基板２及び第２の基板３と、第１の基板２と第２の基板３とを接続する側壁（図示せず）と、を有している。第１の基板２と第２の基板３と側壁とによって密閉された内部空間４が形成されている。内部空間４には複数のサーミスタ素子５が設けられている。複数のサーミスタ素子５は第２の基板３に支持され、２次元の格子状のアレイをなしている。内部空間４は負圧ないしは真空にされている。このため、内部空間４での気体の対流が防止または抑制され、サーミスタ素子５への熱的影響を軽減することができる。第１の基板２にはＲＯＩＣ（Ｒｅａｄｏｕｔ ＩＣ）などの素子６が形成されている。第２の基板３には複数のサーミスタ素子５に電気的に接続された複数のリード７が形成されている。第２の基板３のサーミスタ素子５と対向する部位に赤外線入射部３１（図３参照）が形成されている。第１の基板２と第２の基板３は複数の電気接続部材８によって接続されている。

【0011】

（サーミスタ素子５の構成）
図２はサーミスタ素子５の斜視図であり、図３は図２のＡ－Ａ線に沿ったサーミスタ素子５の断面図である。図３では、第１及び第２の導電性支柱９Ａ，９Ｂとその上に配置される第１及び第２の配線層１０Ａ，１０Ｂも併せて示している。便宜上、図２、３は図１と上下を逆にして示している。また、図３ではサーミスタ素子５の厚さ方向の寸法を図２より引き伸ばして表示している。サーミスタ素子５は、サーミスタ膜１２を有する本体部１１と、本体部１１に接続された第１及び第２の配線層１０Ａ，１０Ｂと、第１及び第２の導電性支柱９Ａ，９Ｂと、を有している。第１の配線層１０Ａは第１の導電性支柱９Ａから後述する第１の下部電極層１３Ａまで延びている。第２の配線層１０Ｂは第２の導電性支柱９Ｂから後述する第２の下部電極層１３Ｂまで延びている。第１及び第２の配線層１０Ａ，１０Ｂは導電体からなり、本体部１１の外側では、第１及び第２の導電性支柱９Ａ，９Ｂとの接続部を除き、両面が誘電体層２１で被覆されている。図１に示すように、第１の導電性支柱９Ａと第２の導電性支柱９Ｂはそれぞれ対応するリード７に接続されている。第１及び第２の配線層１０Ａ，１０Ｂの本体部１１の外側の部分は、素子６などからの熱の影響を低減するためミアンダ形状を有しているが、形状は限定されない。

【0012】

図３を参照すると、本体部１１は、サーミスタ膜１２と、サーミスタ膜１２の第２の基板３と対向する面に接する第１及び第２の下部電極層１３Ａ，１３Ｂと、サーミスタ膜１２の第１の基板２と対向する面に接する上部電極層１４と、を有している。第１及び第２の下部電極層１３Ａ，１３Ｂと上部電極層１４は導電体からなる。第１の配線層１０Ａは第１の下部電極層１３Ａと接し、第２の配線層１０Ｂは第２の下部電極層１３Ｂと接している。サーミスタ膜１２、第１及び第２の下部電極層１３Ａ，１３Ｂ、第１及び第２の配線層１０Ａ，１０Ｂの本体部１１の部分のそれぞれの少なくとも一部は誘電体層２２で覆われている。誘電体層２２は窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素などで形成され、電磁波吸収体として機能する。第１の下部電極層１３Ａと第２の下部電極層１３Ｂとの間にはギャップが設けられている。

【0013】

サーミスタ膜１２は、例えば、酸化バナジウム、酸化チタン、非晶質シリコン、多結晶シリコン、マンガンを含むスピネル型結晶構造の酸化物、またはイットリウム－バリウム－銅酸化物の膜である。

【0014】

（赤外線センサ１の作動原理）
このように構成された赤外線センサ１は例えば以下のように作動する。第２の基板３の赤外線入射部３１から入射した赤外線はサーミスタ素子５のアレイに入射する。入射した赤外線が誘電体層２２やサーミスタ膜１２に吸収されることによりサーミスタ膜１２の温度が変化して、サーミスタ膜１２の抵抗が変化する。センス電流が電気接続部材８、第１の導電性支柱９Ａ、第１の配線層１０Ａ、本体部１１、第２の配線層１０Ｂ、第２の導電性支柱９Ｂ、他の電気接続部材８を順次流れる。本体部１１の内部では、センス電流は第１の配線層１０Ａ、第１の下部電極層１３Ａ、サーミスタ膜１２、上部電極層１４、サーミスタ膜１２、第２の下部電極層１３Ｂ、第２の配線層１０Ｂを順に流れる。すなわち、センス電流はサーミスタ膜１２を膜厚方向に流れる。上部電極層１４を省略することによってセンス電流をサーミスタ膜１２の面内方向に流すこともできる。サーミスタ膜１２の抵抗変化は電圧の変化として第１の基板２のＲＯＩＣにより取り出され、ＲＯＩＣはこの電圧信号を輝度温度に変換する。すべてのサーミスタ素子５が走査され、１画面分の撮像データが得られる。

【0015】

（導電性部材３１の構成）
図４は導電性部材３１の概念図であり、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ部拡大図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図を示している。第１及び第２の配線層１０Ａ，１０Ｂ、第１及び第２の下部電極層１３Ａ，１３Ｂ並びに上部電極層１４（以下、これらを総称して導電層という場合がある）の少なくともいずれかは以下に説明する導電性部材３１で形成されている。例えば、第１及び第２の配線層１０Ａ，１０Ｂ、第１及び第２の下部電極層１３Ａ，１３Ｂ並びに上部電極層１４の全てを導電性部材３１で構成してもよいし、これらの一部（例えば、第１及び第２の配線層１０Ａ，１０Ｂのみ、第１及び第２の下部電極層１３Ａ，１３Ｂのみ）を導電性部材３１で構成してもよい。

【0016】

ここで、導電性部材３１の目的について説明する。サーミスタ膜１２に入射した輻射熱エネルギーが導電層を通って放熱すると赤外線センサ１の検知精度の低下につながる。このため、導電層からの放熱を抑制することが望ましい。導電層からの放熱は導電層の熱伝導によって引き起こされる。固体中での熱伝導は原子の振動が担う。特に、金属などの導電性材料における熱伝導では、結晶格子間を伝わる振動（フォノン・格子振動）によるエネルギー伝達と、伝導電子の移動に基づくエネルギー伝達の２つの機構があると考えられている。導電性材料におけるエネルギー伝達では伝導電子の寄与が大きいので、一般に導電性材料は電気の良導体であるとともに熱の良導体でもある（ヴィーデマン＝フランツ則）。従って、導電層は誘電体層２１，２２と比べて容積が小さいにも拘らず、熱の伝達経路として無視できない。しかし、導電層においてもフォノンを介した熱伝導の寄与が一定程度存在するため、フォノンによる熱伝導を低下させることで、導電層からの放熱を抑制することができる。

【0017】

気体分子運動論において、分子や電子などの粒子が散乱源（同じ粒子の場合もあれば、異なる粒子の場合もある）による散乱（衝突）で妨害されることなく進むことのできる距離（自由行程という）の平均値を平均自由行程という。粒子は弾道的な直線運動を行い、散乱源に衝突すると方向を変え、再び弾道的な直線運動を行う。粒子が平均自由行程に等しい距離を運動すると、平均して他の粒子と１回衝突する。フォノンにおいてもこのような考え方を取ることが可能である。フォノンが他の物質と衝突するまでの移動距離は確率的な分布を取り、その平均移動距離（平均自由行程）はフォノンの伝導のしやすさの指標となる。すなわち、フォノンによる熱伝導を低下させることはフォノンの平均自由行程を減少させることと同義である。

【0018】

導電層における電子の平均自由行程は無限媒質を前提にした値よりも小さくなる。しかし、無限媒質を前提にした電子の平均自由行程は数百ｎｍ程度であるため、導電層における電子の平均自由行程は、導電層の構造によらず、無限媒質を前提にした値からあまり小さくならない。導電層におけるフォノンの平均自由行程は無限媒質におけるフォノンの平均自由行程よりも小さくなる。そして、無限媒質を前提にしたフォノンの平均自由行程は数μｍであり無限媒質を前提にした電子の平均自由行程よりも長いため、フォノンの平均自由行程は、電子の平均自由行程と比べて、導電層の構造から影響を受けやすい。従って、フォノンの平均自由行程が短くなる構造を採用することで、導電性の低下（比抵抗の増加）を抑えつつ、熱伝導性が低下した導電層を実現することができる。導電層に用いられる導電性部材３１はこのような基本原理に基づき構成されており、電子の平均自由行程はあまり影響を受けず、フォノンの平均自由行程を短くすることができる。

【0019】

以下の説明において、Ｘ，Ｙ方向を導電性部材３１の面内方向、Ｚ方向を導電性部材３１の厚さ方向とする。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は互いに直交している。導電性部材３１は、導電性窒化物層の中に面内方向（Ｘ－Ｙ面）及び厚さ方向Ｚに分散した金属を有している。換言すれば、導電性部材３１は複数の導電性窒化物層３２と、少なくとも一つの（本実施形態では複数の）窒化物－金属層３３と、を含んでいる。本実施形態の導電性部材３１は複数の導電性窒化物層３２と複数の窒化物－金属層３３とからなるが、他の導電層を含んでいてもよい。複数の導電性窒化物層３２と少なくとも一つの（本実施形態では複数の）窒化物－金属層３３は交互に積層され、積層方向（厚さ方向Ｚと一致するため、以下積層方向Ｚという場合がある）の両端が導電性窒化物層３２となっている。図４（ａ）には５つの導電性窒化物層３２と４つの窒化物－金属層３３を示しているが、導電性窒化物層３２と窒化物－金属層３３の数は限定されない。複数の導電性窒化物層３２の層厚（Ｚ方向寸法）は同一とすることができ、複数の窒化物－金属層３３の層厚（Ｚ方向寸法）も同一とすることができる。これによって製造工程が単純化される。

【0020】

導電性窒化物層３２は例えば、窒化チタン、窒化タンタル、窒化クロム及び窒化ジルコニウムからなる群から選択された窒化物から形成することができる。導電性窒化物層３２は、例えば、窒化アルミニウムのＡｌの一部をＴｉ、Ｔａ、Ｃｒ及びＺｒからなる群から選択された少なくとも一つの元素で置換した窒化物から形成することもできる。窒化アルミニウムは絶縁体であるが、窒化アルミニウムに上記少なくとも一つの元素をドーパントとして混入することで導電性を持たせることができる。導電性窒化物層３２は、例えば、窒化ケイ素のＳｉの一部をＧａ、Ｃ及びＢからなる群から選択された少なくとも一つの元素で置換した窒化物から形成することもできる。窒化ケイ素は絶縁体であるが、窒化ケイ素に上記少なくとも一つの元素をドーパントとして混入することで導電性を持たせることができる。導電性窒化物、またはドーパントによって導電性を付与された窒化物はそれ自体が導電性部材３１の導電部として機能するので、導電性部材３１の比抵抗の増加を抑える点で好ましい。

【0021】

窒化物－金属層３３は導電性窒化物と金属とを含む。具体的には、窒化物－金属層３３は、金属が導電性窒化物の中に分散した金属分散層３３Ａを含む。本実施形態では、窒化物－金属層３３は金属分散層３３Ａのみを含んでいる（金属分散層３３Ａのみで構成されている）。以下の説明で、窒化物－金属層３３における導電性窒化物の部分を窒化物部３４といい、窒化物部３４の中に分散した金属の部分を金属部３５という。窒化物部３４は、導電性窒化物層３２を構成する上記導電性窒化物のいずれかで形成するのが好ましく、製造工程の簡略化の観点からは、導電性窒化物層３２を構成する導電性窒化物と同じであることがさらに好ましい。金属部３５は異なる金属の多層構造であってもよい。

【0022】

金属は単一の元素からなる金属でもよいが、合金からなることが好ましい。合金の例として、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも２つの元素からなる合金が好ましい。

【0023】

図４（ｃ）に示すように、金属分散層３３Ａの厚さ方向Ｚにみたときに、金属分散層３３Ａにおいては、金属分散層３３Ａの厚さ方向Ｚと直交する任意の断面において、複数の金属部３５が互いに離間して島状に分布しており、導電性窒化物（窒化物部３４）は連続的に分布している。換言すれば、金属分散層３３Ａの厚さ方向Ｚにみたときに、金属分散層３３Ａの厚さ方向Ｚと直交する任意の断面において、導電性窒化物（窒化物部３４）は金属部３５によって複数の領域に分断されていない。また、本実施形態では金属分散層３３Ａは窒化物－金属層３３と一致するので、各窒化物－金属層３３の導電性窒化物（窒化物部３４）の少なくとも一部は、各窒化物－金属層３３の厚さ方向Ｚにおいて、各窒化物－金属層３３の一方の面（隣接する一方の導電性窒化物層３２との境界）から他方の面（隣接する他方の導電性窒化物層３２との境界）まで連続して存在する。図４（ａ）では、便宜上金属分散層３３Ａの中に同じ長さの金属部３５が均等な間隔で配列するように示されているが、金属部３５の寸法、平面形状、間隔は互いに異なっていてもよく、各金属分散層３３Ａにおける金属部３５の個数も互いに異なっていてよい。

【0024】

導電性窒化物は金属部３５のバリア層としても機能する。金属が水や酸素と反応して金属酸化物（絶縁体）になると導電性部材３１の比抵抗が増加し、赤外線センサ１の性能が低下し寿命も短くなることがある。本実施形態では、導電性窒化物層３２が導電性部材３１の積層方向Ｚの両端に設けられ、窒化物－金属層３３の面内方向においても窒化物部３４が金属部３５の周囲にあるので、金属部３５の酸化が生じにくい。

【0025】

このように構成された導電性部材３１では、複数の導電性窒化物層３２と複数の窒化物－金属層３３が交互に積層されているため、導電性窒化物層３２と金属部３５との間に異相の境界部３６が多数形成される。境界部３６はフォノン散乱を促進しフォノンの平均自由行程の減少に寄与するため、導電性部材３１の熱伝導率の低減が可能となる。一方、島状に分布する金属部３５によって、各窒化物－金属層３３の面内方向（Ｘ－Ｙ面）においても導電性窒化物（窒化物部３４）と金属部３５との間に異相の境界部３７が多数形成される。境界部３７もフォノン散乱を促進しフォノンの平均自由行程の減少に寄与するため、導電性部材３１の熱伝導率の低減が可能となる。つまり、導電性部材３１は厚さ方向Ｚに伝搬するフォノンと面内方向（Ｘ－Ｙ面）に伝搬するフォノンの両者に対してフォノン散乱を促進することができる。特に窒化物－金属層３３の金属部３５は合金とすることが好ましい。金属部３５が単一の元素からなる金属部３５と比べて、金属部３５自体の熱伝導率が小さくなり、導電性部材３１の熱伝導率を一層低減することができる。

【0026】

窒化物－金属層３３の層厚Ｈ１（Ｚ方向寸法）は１ｎｍ以上１０ｎｍ未満であることが好ましい。本実施形態では窒化物－金属層３３の層厚Ｈ１は金属分散層３３Ａの層厚に等しい。特に窒化物－金属層３３の層厚Ｈ１が１ｎｍ程度であると、窒化物－金属層３３が金属分散層３３Ａのみを含む構成を得ることが容易となる。導電性窒化物層３２の層厚Ｈ２（Ｚ方向寸法）は窒化物－金属層３３の層厚Ｈ１より大きいことが好ましい。導電性窒化物層３２の層厚Ｈ２は３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ程度が特に好ましい。このような導電性部材３１においては、電子の平均自由行程はフォノンの平均自由行程より大きく、例えば、フォノンの平均自由行程が１０ｎｍ程度であり、電子の平均自由行程は４０～５０ｎｍである。このような導電性部材３１においては、電子はフォノンよりも散乱が生じにくいため、導電性の低下を抑えつつ、熱伝導性の低下を促進することができる。

【0027】

（導電性部材３１の作製方法）
図５は導電性部材３１の作製方法を示す概略断面図である。ここでは一組の導電性窒化物層３２と窒化物－金属層３３を作製するステップを示している。図５（ａ）に示すステップに続き図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すステップを繰り返すことで導電性部材３１を形成することができる。図５に示す各ステップは抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー法、イオンプレーティング法、イオンビームデポジション法、スパッタリング法などの物理蒸着法により行うことができる。まず、図５（ａ）に示すように、導電性部材３１を形成する面（図示せず）の上に導電性窒化物層３２を形成する。例えばサーミスタ膜１２の上に導電性部材３１からなる上部電極層１４を作成する場合は、サーミスタ膜１２の上面に導電性窒化物層３２を形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、金属部３５を形成する。後述するように成膜条件を調整することで、図４（ｃ）に示すようなＸ－Ｙ面内で互いに孤立した複数の金属部３５を、導電性窒化物層３２の上に導電性窒化物層３２に接して形成することができる。金属部３５と金属部３５の間は空間３８となっている。次に、図５（ｃ）に示すように、導電性窒化物を成膜する。導電性窒化物の一部は金属部３５と金属部３５の間の空間３８を充填し、窒化物－金属層３３が形成され、さらに成膜を続けることによって、窒化物－金属層３３の上に次の導電性窒化物層３２が形成される。本ステップの終了後、必要に応じて導電性窒化物層３２の上面を平坦化してもよい。

【0028】

（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態における導電性部材３１の構成を示す、図４（ｂ）と同様の断面図である。窒化物－金属層３３は金属分散層３３Ａと金属層３３Ｂとを有している。金属分散層３３Ａの構成は上述の通りである。金属層３３Ｂは金属のみからなり導電性窒化物を含んでいない。金属層３３Ｂは金属分散層３３Ａより先に形成される。本実施形態においても、導電性部材３１は厚さ方向Ｚに伝搬するフォノンと面内方向（Ｘ－Ｙ面）に伝搬するフォノンの両者に対してフォノン散乱を促進することができる。

【0029】

（第３の実施形態）
図７（ａ）は第３の実施形態における導電性部材３１の構成を示す、図４（ｂ）と同様の断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ－Ｃ線に沿った断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＤ－Ｄ線に沿った断面図である。窒化物－金属層３３は金属分散層３３Ａと窒化物分散層３３Ｃとを有している。金属分散層３３Ａの構成は上述の通りである。窒化物分散層３３Ｃは導電性窒化物が金属の中に分散した層で、導電性窒化物と金属の関係が金属分散層３３Ａと逆になっている。窒化物分散層３３Ｃは金属分散層３３Ａと導電性窒化物層３２との間に位置する。窒化物分散層３３Ｃは金属分散層３３Ａより先に形成される。本実施形態では、各窒化物－金属層３３の導電性窒化物（窒化物部３４）の少なくとも一部は、各窒化物－金属層３３の厚さ方向Ｚにおいて、各窒化物－金属層３３の一方の面（隣接する一方の導電性窒化物層３２との境界）から他方の面（隣接する他方の導電性窒化物層３２との境界）まで連続して存在する。本実施形態においても、導電性部材３１は厚さ方向Ｚに伝搬するフォノンと面内方向（Ｘ－Ｙ面）に伝搬するフォノンの両者に対してフォノン散乱を促進することができる。また、窒化物分散層３３Ｃにおける導電性窒化物（窒化物部３４）と金属部３５との間にも境界部３９が多数形成される。境界部３９も厚さ方向Ｚに伝搬するフォノンと面内方向（Ｘ－Ｙ面）に伝搬するフォノンの両者に対してフォノン散乱を促進する。

【0030】

第１～第３の実施形態の導電性部材３１は成膜条件を調整することで作製することができる。スパッタリング法などの物理蒸着法を用いる場合、数ｎｍ程度の薄膜を高速レートで成膜すると金属部３５が島状に成長しやすく、第１の実施形態の導電性部材３１が形成されやすい。また、金属が成膜される導電性窒化物層３２の表面の自由エネルギーが小さい場合や金属が成膜される導電性窒化物層３２の表面温度が低い場合も、金属部３５が島状に成長しやすい。同様の条件で成膜時間を長くして１０ｎｍ程度以上の薄膜を成膜すると、島状部分の金属部３５の下側同士がつながっていくため、第２または第３の実施形態の導電性部材３１が形成されやすい。導電性窒化物層３２上への金属の成膜時間（後述する実施例におけるシャッター４８の開放時間）を長くすると、第３の実施形態のような窒化物分散層３３Ｃの上に金属分散層３３Ａが形成された構成が得られやすく、さらに成膜時間を長くすると、第２の実施形態のような金属層３３Ｂの上に金属分散層３３Ａが形成された構成が得られやすい。

【0031】

（実施例）
導電性部材３１の作製方法を実施例によってさらに詳細に説明する。導電性部材３１は電子ビーム蒸着法を用いて作製した。図８に実施例で用いた成膜装置の概要図を示す。まず、蒸着ハース４１Ａに導電性窒化物の一部となるＺｒをセットし、蒸着ハース４１Ｂに窒化物－金属層３３の一部となるＡｕをセットし、蒸着ハース４１Ｃに窒化物－金属層３３の一部となるＣｕをセットした。真空チャンバー４２内のウエハホルダー４３に基板４４をセットし、真空ポンプ４５を用いて真空チャンバー４２を８×１０^-5（Ｐａ）以下に減圧した。

【0032】

次に、窒化ジルコニウム膜を成膜した。基板４４の温度を９０℃として、ガス供給装置４６からガスノズル４７を通して、真空チャンバー４２に窒素ガスを流量１０ｓｃｃｍで導入した。電子ビーム源ＥＢ１から電子ビームを所定のパワーで照射し、蒸着ハース４１ＡにセットしたＺｒを加熱し、窒化ジルコニウム膜を蒸着レート０．０４ｎｍ／秒で基板４４に蒸着させた。蒸着レートが０．０４ｎｍ／秒に達する前はシャッター４８を閉めておき、蒸着レートが０．０４ｎｍ／秒に達したらシャッター４８を開け、その後シャッター４８を１２５秒間開放して膜厚５ｎｍの窒化ジルコニウム膜を成膜した。シャッター４８の開放時間は窒化ジルコニウム膜の成膜時間に等しい。目的の膜厚に達したら直ちにシャッター４８を閉め、電子ビーム源ＥＢ１による加熱を止め、窒素ガスの導入を停止した。

【0033】

次にＡｕＣｕ合金膜を成膜した。基板４４の温度を２５℃として、電子ビーム源ＥＢ１から電子ビームを所定のパワーで照射し、蒸着ハース４１ＢにセットしたＡｕを加熱した。これと同時に、電子ビーム源ＥＢ２から電子ビームを所定のパワーで照射し、蒸着ハース４１ＣにセットしたＣｕを加熱し、Ａｕを蒸着レート０．３ｎｍ／秒、Ｃｕを蒸着レート０．１ｎｍ／秒で窒化ジルコニウム膜に蒸着させた。蒸着レートがこれらの値に達する前はシャッター４８を閉めておき、これらの値に達したらシャッター４８を開け、その後シャッター４８を５秒間開放して膜厚２ｎｍのＡｕＣｕ合金膜を成膜した。シャッター４８の開放時間はＡｕＣｕ合金膜の成膜時間に等しい。目的の膜厚に達したら直ちにシャッター４８を閉め、電子ビーム源ＥＢ１、ＥＢ２による加熱を止めた。その後、窒化ジルコニウム膜とＡｕＣｕ合金膜の成膜サイクルを１５回繰り返し、最後に窒化ジルコニウム膜の成膜を１回行った。この様にして、図４，５に示すような金属部３５が島状に形成された導電性部材３１を形成することができた。

【0034】

窒化ジルコニウム膜の成膜工程において、基板４４の温度は例えば８０～１００℃の間から選択可能であり、窒素ガスの流量は例えば１～５０ｓｃｃｍから選択可能であり、窒化ジルコニウム膜の蒸着レートは例えば０．０３～０．０５ｎｍ／秒の範囲から選択可能である。ＡｕＣｕ合金膜の成膜工程において、Ａｕの蒸着レートは例えば０．１～０．５ｎｍ／秒の範囲から選択可能であり、Ｃｕの蒸着レートは例えば０．０３～０．５ｎｍ／秒の範囲から選択可能である。

【符号の説明】

【0035】

１ 赤外線センサ
５ サーミスタ素子
１０Ａ，１０Ｂ 第１及び第２の配線層
１２ サーミスタ膜
１３Ａ，１３Ｂ 第１及び第２の下部電極層
１４ 上部電極層
３１ 導電性部材
３２ 導電性窒化物層
３３ 窒化物－金属層
３３Ａ 金属分散層
３３Ｂ 金属層
３３Ｃ 窒化物分散層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】