JP2013024745A - 赤外線センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣチップの発熱に起因した赤外線センサチップの面内でのＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能な赤外線センサを提供する。
【解決手段】赤外線センサは、赤外線センサチップ１００と、ＩＣチップ２００と、パッケージ３００とを備える。パッケージ３００は、赤外線センサチップ１００が一面側に実装されＩＣチップ２００が他面側に実装されるベース基板部３０１と、ベース基板部３０１の上記一面側でベース基板部３０１から突設され赤外線センサチップ１００を囲む第１壁部３０２と、ベース基板部３０１の上記他面側でベース基板部３０１から突設されＩＣチップ２００を囲む第２壁部３０３とを備える。赤外線センサは、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ２００とが、ベース基板部３０１を介して対向している。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線センサに関するものである。

従来から、赤外線センサと、この赤外線センサの出力信号を信号処理する信号処理ＩＣチップと、赤外線センサおよび信号処理ＩＣチップが収納されたパッケージとを備えた赤外線センサモジュールが提案されている（例えば、特許文献１）。

上述の赤外線センサは、例えば、サーモパイルからなる感温部を具備する複数の画素が、ベース基板の一表面側においてアレイ状に配置されている。ここにおいて、ベース基板は、シリコン基板を用いて形成されている。

また、パッケージは、赤外線センサおよび信号処理ＩＣチップが横並びで実装されたパッケージ本体と、このパッケージ本体との間に赤外線センサおよび信号処理ＩＣチップを囲む形でパッケージ本体に覆着されたパッケージ蓋とで構成されている。ここにおいて、パッケージ蓋は、赤外線センサへ赤外線を収束するレンズを備えている。

上述の赤外線センサは、各画素において、感温部を備えた熱型赤外線検出部が、ベース基板の上記一表面側に形成されてベース基板に支持されている。また、赤外線センサは、熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞が形成されている。また、赤外線センサは、感温部を構成しているサーモパイルの温接点が、熱型赤外線検出部において空洞に重なる領域に形成され、冷接点が熱型赤外線検出部において空洞に重ならない領域に形成されている。なお、赤外線センサは、各画素の各々に、上述の熱型赤外線検出部と画素部選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタとを有している。

特許文献１には、赤外線センサの製造方法に関して、空洞を形成する空洞形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行い、空洞形成工程が終了した後、個々の赤外線センサ（つまり、赤外線センサチップ）に分離する分離工程を行う旨が記載されている。

特開２０１０−７８４５１号公報

上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサの各画素それぞれの出力信号（出力電圧）に、信号処理ＩＣチップの発熱に起因したオフセット電圧を含み、しかも、赤外線センサにおいて信号処理ＩＣチップからの距離が異なる画素で温度がばらつき、赤外線センサの面内でＳ／Ｎ比がばらついてしまうことがあった。なお、信号処理ＩＣチップからパッケージ本体を通る経路で赤外線センサのベース基板へ伝わる熱は、主に冷接点の温度を上昇させるのでマイナスのオフセット電圧を発生させる要因となる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＩＣチップの発熱に起因した赤外線センサチップの面内でのＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能な赤外線センサを提供することにある。

本発明の赤外線センサは、赤外線センサチップと、前記赤外線センサチップの出力信号を信号処理するＩＣチップと、パッケージとを備え、前記赤外線センサチップは、複数の熱型赤外線検出部が半導体基板の一表面側においてアレイ状に配置されたものであり、前記パッケージは、前記赤外線センサチップが一面側に実装され前記ＩＣチップが他面側に実装されるベース基板部と、前記ベース基板部の前記一面側で前記ベース基板部から突設され前記赤外線センサチップを囲む第１壁部と、前記ベース基板部の前記他面側で前記ベース基板部から突設され前記ＩＣチップを囲む第２壁部と、前記ベース基板部と前記第１壁部とで構成される第１パッケージ本体部の第１凹所を閉塞する第１パッケージ蓋と、前記ベース基板部と前記第２壁部とで構成される第２パッケージ本体部の第２凹所を閉塞する第２パッケージ蓋とを備え、前記第１パッケージ蓋が、前記赤外線センサチップでの検知対象の赤外線を透過する機能を有し、前記赤外線センサチップと前記ＩＣチップとが、前記ベース基板部を介して対向していることを特徴とする。

この赤外線センサにおいて、前記パッケージは、前記ベース基板部の中央部に、熱絶縁用の空洞部を備えることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記空洞部は、前記ベース基板部の厚み方向に貫通する貫通孔からなることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記第１壁部は、外側から内側への熱伝達を抑制する溝が形成されてなることが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記第１壁部は、内壁面に傾斜面を設けてあり、前記傾斜面は、前記第１パッケージ蓋に臨むように傾斜していることが好ましい。

本発明の赤外線センサにおいては、ＩＣチップの発熱に起因した赤外線センサチップの面内でのＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能となる。

実施形態の赤外線センサの概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの平面レイアウト図である。 実施形態における赤外線センサチップの等価回路図である。 実施形態における赤外線センサチップの要部等価回路図である。 実施形態における赤外線センサチップの画素部の平面レイアウト図である。 実施形態における赤外線センサチップの画素部の概略平面レイアウト図である。 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の平面レイアウト図である。 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の平面レイアウト図である。 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの冷接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの温接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの要部説明図である。 実施形態における赤外線センサチップに関し、（ａ）は要部の平面レイアウト図、（ｂ）は、（ａ）のツェナダイオードの拡大図、（ｃ）はツェナダイオードの概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの他の構成例の要部概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの更に他の構成例の要部概略断面図である。 実施形態における赤外線センサチップの別の構成例の要部概略断面図である。

本実施形態の赤外線センサは、図１に示すように、赤外線センサチップ１００と、赤外線センサチップ１００の出力信号を信号処理するＩＣチップ２００と、パッケージ３００とを備えている。

赤外線センサチップ１００は、後述のように複数の熱型赤外線検出部３（図７、図８など参照）が半導体基板１（図７、図８など参照）の一表面側においてアレイ状に配置されたものである。

パッケージ３００は、赤外線センサチップ１００が一面側に実装されＩＣチップ２００が他面側に実装されるベース基板部３０１を備えている。また、パッケージ３００は、ベース基板部３０１の上記一面側でベース基板部３０１から突設され赤外線センサチップ１００を囲む第１壁部３０２を備えている。また、パッケージ３００は、ベース基板部３０１の上記他面側でベース基板部３０１から突設されＩＣチップ２００を囲む第２壁部３０３とを備えている。

パッケージ３００は、ベース基板部３０１と第１壁部３０２とで構成される第１パッケージ本体部３３２の第１凹所３３４を閉塞する第１パッケージ蓋３０４を備える。また、パッケージ３００は、ベース基板部３０１と第２壁部３０３とで構成される第２パッケージ本体部３３３の第２凹所３３５を閉塞する第２パッケージ蓋３０５とを備えている。

パッケージ３００は、第１パッケージ蓋３０４が、赤外線センサチップ１００での検知対象の赤外線を透過する機能を有している。

本実施形態の赤外線センサは、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ２００とが、ベース基板部３０１を介して対向している。

以下、赤外線センサの各構成要素について詳細に説明する。

まず、赤外線センサチップ１００について図１〜図１７に基づいて説明する。

赤外線センサチップ１００は、図２に示すように、ｉ×ｊ個（図示例では、８×８個）の画素部２が、半導体基板１の一表面側においてｉ行ｊ列（図示例では、８行８列）の２次元アレイ状に配置されている。なお、図示例では、ｉ＝８、ｊ＝８としてあるが、ｉ≧２、ｊ≧２であればよい。

画素部２は、図３〜図８に示すように、赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換部である感温部３０および感温部３０の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタ４を具備している。

上述のＭＯＳトランジスタ４は、図７、図８および図１５に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形のウェル領域４１内で、第２導電形のソース領域４４と第２導電形のドレイン領域４３とが離間して形成されている。本実施形態では、ウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成している。なお、図３には、第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形としてＭＯＳトランジスタ４をｎチャネルＭＯＳトランジスタとした場合の赤外線センサチップ１００の等価回路図を示してある。また、図３の等価回路図では、感温部３０を抵抗の図記号で表してある。

図３、図５および図７から分かるように、赤外線センサチップ１００は、各列のｊ個（８個）の画素部２の感温部３０の一端がＭＯＳトランジスタ４のソース領域４４−ドレイン領域４３を介して各列ごとに共通接続されたｊ個の第１の配線１０１を備えている。

また、赤外線センサチップ１００は、各行の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続されたｉ個（８個）の第２の配線１０２を備えている。また、赤外線センサチップ１００は、各行のＭＯＳトランジスタ４のウェル領域４１が各列ごとに共通接続されたｊ個の第３の配線１０３と、各列のｉ個の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続されたｊ個の第４の配線１０４とを備えている。

また、赤外線センサチップ１００は、第１の配線１０１が各別に接続された出力用のｊ個の第１のパッドＶout1〜Ｖout8と、第２の配線１０２が各別に接続された画素部選択用のｉ個の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8とを備えている。さらに、赤外線センサチップ１００は、各第３の配線１０３が共通接続された第３のパッドＶchと、第４の配線１０４が共通接続された基準バイアス用の第４のパッドＶrefinとを備えている。しかして、赤外線センサチップ１００は、全ての感温部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。赤外線センサでは、ＩＣチップ２００によって、ＭＯＳトランジスタ４が順次、オン状態になるように各画素部２を選択するための第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位を制御することで、ＩＣチップ２００が、各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。なお、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefinそれぞれについて区別する必要がない場合には、説明の便宜上、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefinのいずれも、パッド８０として説明する。

ここで、第１のパッドＶout1〜Ｖout8の電位をＶout、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位をＶs、第３のパッドＶchの電位をＶwell、第４のパッドＶrefinの電位をＶrefとする。また、感温部３０の出力電圧をＶo、チャネル形成用領域であるウェル領域４１とソース領域４４とで構成される第１の寄生ダイオードおよびウェル領域４１とドレイン領域４３とで構成される第２の寄生ダイオードのしきい値電圧をＶthとする。

ＩＣチップ２００は、ＭＯＳトランジスタ４がｎＭＯＳトランジスタである場合、第２の配線１０２に接続されたｉ個のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶonとする。また、ＩＣチップ２００は、第２の配線１０２に接続されたｉ個のＭＯＳトランジスタをオフ状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶoffとする。ＩＣチップ２００は、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶonとしたときに、
−Ｖth＜｛Ｖwell−（Ｖref＋Ｖo）｝＜Ｖth
の関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサチップ１００を制御することが好ましい。

また、ＩＣチップ２００は、ＭＯＳトランジスタ４がｐＭＯＳトランジスタである場合、
−Ｖth＜｛（Ｖref＋Ｖo）−Ｖwell｝＜Ｖth
の関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサチップ１００を制御することが好ましい。

本実施形態では、半導体基板１として第２導電形のシリコン基板を用いており、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードの逆方向のブレークダウン電圧が−１０Ｖ程度になる一方で、Ｖthが０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度となる。したがって、ＩＣチップ２００が、例えば、第４のパッドＶrefの電位Ｖrefを１．２Ｖ、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖ、第２の配線１０２に接続されたｉ個のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶonを５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧（Ｖref＋Ｖo）を読み出すことが可能となる。また、第２の配線１０２に接続されたｉ個のＭＯＳトランジスタ４をオフ状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶoffを０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧は読み出されない。

また、赤外線センサチップ１００は、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止するために、複数のツェナダイオードＺＤ（図３、図４および図１７参照）を備えている。各ツェナダイオードＺＤは、各第２の配線１０２それぞれにカソードが接続されている。ツェナダイオードＺＤは、図１７に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形の第１拡散領域８１内に第２導電形の第２拡散領域８２が形成されたものである。そして、赤外線センサチップ１００は、各ツェナダイオードＺＤの第１拡散領域８１が共通接続された第５のパッドＶzdを備えている。ここで、第５のパッドＶzdの電位をＶhogoとするとき、ＩＣチップ２００は、ＶhogoとＶwellとを異ならせることが好ましい。そして、ＩＣチップ２００は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第５のパッドＶzdの電位Ｖhogoを０Ｖとすることが好ましい。

また、赤外線センサチップ１００は、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶsuを備えている。ここで、第６のパッドＶsuの電位をＶsubとするとき、ＩＣチップ２００は、Ｖwell＝Ｖsubとすることが好ましい。すなわち、ＩＣチップ２００は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第６のパッドＶsuの電位Ｖsubを１．２Ｖとすることが好ましい。なお、図４の等価回路図には、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３、第１拡散領域８１と半導体基板１とで構成される第４の寄生ダイオードＤ４も記載してある。また、第５のパッドＶzdおよび第６のパッドＶsuも、それぞれ、図２におけるパッド８０を構成しているので、説明の便宜上、区別する必要がない場合には、いずれも、パッド８０として説明する。

赤外線センサチップ１００は、感温部３０が埋設された熱型赤外線検出部３とＭＯＳトランジスタ４とを有する複数（ｉ×ｊ個）の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側において２次元アレイ状に配置されている。ここで、半導体基板１の上記一表面は、Ｓｉ（１００）面としてある。感温部３０は、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図５参照）を直列接続することにより構成されている。

各画素部２の熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１（図７、図８参照）に形成されている。また、各画素部２のＭＯＳトランジスタ４は、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２（図７、図８参照）に形成されている。

赤外線センサチップ１００は、図５〜図８に示すように、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の一部の直下に空洞部１１が形成されている。熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、半導体基板１の上記一表面側で平面視において空洞部１１を覆う第１の薄膜構造部３ａとを備えている。第１の薄膜構造部３ａは、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３を備えている。ここで、第１の薄膜構造部３ａは、空洞部１１の周方向に沿って並設され支持部３ｄに支持された複数の第２の薄膜構造部３ａａと、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片３ｃ（図５参照）とを有している。なお、図５における熱型赤外線検出部３では、複数の線状のスリット１３を設けることにより、第１の薄膜構造部３ａが６つの第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。以下では、赤外線吸収部３３（第１の赤外線吸収部３３と称する）のうち第２の薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を第２の赤外線吸収部３３ａと称する。

熱型赤外線検出部３は、第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられている。ここで、サーモパイル３０ａは、温接点Ｔ１が、第２の薄膜構造部３ａａに設けられ、冷接点Ｔ２が、支持部３ｄに設けられている。要するに、温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。

また、熱型赤外線検出部３の感温部３０は、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で、全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されている。図５における感温部３０は、６個のサーモパイル３０ａを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル３０ａの全てを直列接続する接続関係に限らない。例えば、赤外線センサチップ１００は、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続した感温部３０とすれば、６個のサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて、感度を高めることができる。しかも、このような赤外線センサチップ１００は、６個のサーモパイル３０ａの全てが直列接続されている場合の感温部３０に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。

熱型赤外線検出部３では、第２の薄膜構造部３ａａごとに、支持部３ｄと第２の赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが空洞部１１の周方向に離間して形成されている。これにより、赤外線センサチップ１００は、２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し空洞部１１に連通する平面視コ字状のスリット１４が形成されている。熱型赤外線検出部３のうち、平面視において第１の薄膜構造部３ａを囲む部位である支持部３ｄは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、上述の各スリット１３，１４により、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄそれぞれとの連結部位以外の部分が、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄと空間的に分離されている。ここで、第２の薄膜構造部３ａａは、支持部３ｄからの延長方向の寸法を９３μｍ、この延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍとし、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。

第１の薄膜構造部３ａは、半導体基板１の上記一表面側に形成された熱酸化膜１ｂと、熱酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、シリコン窒化膜３２上に形成された感温部３０と、シリコン窒化膜３２の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。層間絶縁膜５０は、ＢＰＳＧ膜により構成してある。パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。

上述の熱型赤外線検出部３では、シリコン窒化膜３２のうち第１の薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が第１の赤外線吸収部３３を構成している。また、支持部３ｄは、熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とで構成されている。

また、赤外線センサチップ１００は、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、半導体基板１の上記一表面側において、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されている。そして、赤外線センサチップ１００は、この積層膜のうち、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図７（ｂ）、図８（ｂ）参照）を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ_２、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎ_２に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ_２＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ）としてある。

また、各画素部２は、空洞部１１の内周形状が矩形状である。各画素部２における連結片３ｃは、図５および図１１（ａ）に示すように、平面視Ｘ字状に形成されており、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。

サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上で第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨って形成されたｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との一端部同士を第２の赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で接続部３６により電気的に接続した複数個（図５に示した例では、９個）の熱電対を有している。接続部３６は、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）により形成されている。また、サーモパイル３０ａは、半導体基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｎ形ポリシリコン層３４の他端部とｐ形ポリシリコン層３５の他端部とが接続部３７により接合され電気的に接続されている。接続部３７は、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）により形成されている。サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記一端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記一端部と接続部３６とで温接点Ｔ１を構成している。また、サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と接続部３７とで冷接点Ｔ２を構成している。なお、赤外線センサチップ１００は、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５の各々において、上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位および半導体基板１の上記一表面側のシリコン窒化膜３２上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。

また、赤外線センサチップ１００は、空洞部１１の形状が、四角錐状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、第１の薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。ここで、図５の上下方向における真ん中の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図５および図９に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してある。これに対し、図５の上下方向における上側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図５および図１０に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。また、図５の上下方向における下側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態の赤外線センサチップ１００では、図５の上下方向における上側、下側の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上させることが可能となる。なお、本実施形態では、空洞部１１の最深部の深さを所定深さｄｐ（図７（ｂ）、図８（ｂ）参照）とするとき、所定深さｄｐを２００μｍに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。

また、第２の薄膜構造部３ａａは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側においてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、赤外線を吸収するｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９が形成されている。この赤外線吸収層３９は、第２の薄膜構造部３ａａの反りを抑制する機能も有している。また、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃには、当該連結片３ｃを補強するｎ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図１１（ｂ）参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、赤外線センサチップ１００では、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止することが可能となり、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。なお、本実施形態では、図１１に示す連結片３ｃの長さ寸法Ｌ１を２４μｍ、幅寸法Ｌ２を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３を１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、半導体基板１としてシリコン基板を用いており、補強層３９ｂがｎ形ポリシリコン層により形成される場合には、空洞部１１の形成時に補強層３９ｂがエッチングされるのを防止するために、補強層３９ｂの幅寸法は、連結片３ｃの幅寸法よりも小さく設定し、平面視において補強層３９ｂの両側縁が連結片３ｃの両側縁よりも内側に位置する必要がある。

また、赤外線センサチップ１００は、図１１および図１６（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と第２の薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、Ｘ字状の連結片３ｃの略直交する側縁間にも面取り部３ｅが形成されている。しかして、赤外線センサチップ１００では、図１１（ａ）に示すように面取り部が形成されていない場合に比べて、連結片３ｃと第２の薄膜構造部３ａａとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、赤外線センサチップ１００は、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図１１に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲ（アール）が３μｍのＲ面取り部としてあるが、Ｒ面取り部に限らず、例えば、Ｃ面取り部としてもよい。

また、赤外線センサチップ１００は、図５、図９および図１０に示すように、各熱型赤外線検出部３に、支持部３ｄと一方のブリッジ部３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと支持部３ｄとに跨るように引き回されたｎ形ポリシリコン層からなる故障診断用配線（故障診断用のヒータ）１３９を設けてある。また、赤外線センサチップ１００は、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、赤外線センサチップ１００のｉ×ｊ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することが可能である。

要するに、赤外線センサチップ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ｉ×ｊ個の故障診断用配線１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや故障診断用配線１３９の断線などを検出することが可能である。また、赤外線センサチップ１００では、上述の検査時や使用時において、ｉ×ｊ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電して各感温部３０の出力を検出することにより、感温部３０の断線の有無や感度のばらつき（感温部３０の出力のばらつき）などを検知することが可能となる。ここにおいて、感度のばらつきに関しては、画素部２ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、第１の薄膜構造部３ａの反りや第１の薄膜構造部３ａの半導体基板１へのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。ここで、赤外線センサチップ１００では、平面視において、故障診断用配線１３９を複数の温接点Ｔ１の群の付近において折り返され蛇行した形状としてある。したがって、この赤外線センサチップ１００では、故障診断用配線１３９へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点Ｔ１を効率良く温めることが可能となる。上述の故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５と同一平面上に同一厚さで形成されている。

上述の赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４と同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態の赤外線センサチップ１００では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。なお、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、ｐ形ポリシリコン層３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてもよい。

ところで、赤外線センサチップ１００は、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９の屈折率をｎ_１、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ_１に設定するようにしている。しかして、赤外線センサチップ１００では、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図ることが可能となる。例えば、ｎ_１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。

また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９それぞれの不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることが可能となる。また、本実施形態における赤外線センサチップ１００では、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９をｎ形ポリシリコン層３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。

また、赤外線センサチップ１００は、図８、図１２および図１３に示すように、感温部３０の接続部３６と接続部３７とが、半導体基板１の上記一表面側において、層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。すなわち、温接点Ｔ１側の接続部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ_１，５０ａ_２を通して、両ポリシリコン層３４，３５の上記各一端部と電気的に接続されている。また、冷接点Ｔ２側の接続部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ_３，５０ａ_４を通して、両ポリシリコン層３４，３５の上記各他端部と電気的に接続されている。

また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。

ＭＯＳトランジスタ４は、図７、図８および図１５に示すように、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ^＋）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、第２導電形であるｎ形（ｎ^＋）のドレイン領域４３と第２導電形であるｎ形（ｎ^＋）のソース領域４４とが離間して形成されている。さらに、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲む第１導電形であるｐ形（ｐ^＋＋）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。

ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形ポリシリコン層からなるゲート電極４６が形成されている。

また、ドレイン領域４３上には、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極４７が形成され、ソース領域４４上には、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極４８が形成されている。

ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。ここで、ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してドレイン領域４３と電気的に接続され、ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してソース領域４４と電気的に接続されている。

赤外線センサチップ１００の各画素部２では、図３、図５に示すように、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が第４の配線１０４に電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が、第１の配線１０１と電気的に接続され、ゲート電極４６が、ｎ形ポリシリコン配線からなる第２の配線１０２と電気的に接続されている。また、各画素部２では、図７、図８に示すように、ＭＯＳトランジスタ４のチャネルストッパ領域４２上に、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる電極４９が形成されている。しかして、ウェル領域４１は、チャネルストッパ領域４２および電極４９を介して、第３の配線１０３と電気的に接続されている。なお、電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してチャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。

また、上述のツェナダイオードＺＤは、図１７に示すように、第１拡散領域８１上にアノード電極８３が形成され、第２拡散領域８２上に２つのカソード電極８４ａ，８４ｂが形成されている。このツェナダイオードＺＤは、アノード電極８３が、第５のパッドＶzdと電気的に接続され、一方のカソード電極８４ａが、１つの第２の配線１０２を介して当該第２の配線１０２に接続されたＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６と電気的に接続され、他方のカソード電極８４ｂが、当該第２の配線１０２に接続された第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の１つと電気的に接続されている。

上述の赤外線センサチップ１００によれば、通電されることにより発生するジュール熱によって温接点Ｔ１を温める故障診断用配線１３９を備えているので、故障診断用配線１３９へ通電してサーモパイル３０ａの出力を測定することにより、サーモパイル３０ａの断線などの故障の有無を判断することが可能となって、信頼性の向上を図れる。しかも、赤外線センサチップ１００は、故障診断用配線１３９が、熱型赤外線検出部３において半導体基板１の空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されているので、故障診断用配線１３９によるサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１の熱容量の増大を防止でき、感度および応答速度の向上を図ることが可能となる。

ここで、赤外線センサチップ１００は、使用時において自己診断を行わない通常時において、故障診断用配線１３９も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図ることが可能となる。なお、赤外線センサチップ１００では、赤外線吸収層３９および補強層３９ｂも外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図ることが可能となる。また、赤外線センサチップ１００の使用時の自己診断は、例えば、ＩＣチップ２００に設けられた自己診断回路により定期的に行うようにすればよいが、必ずしも定期的に行う必要はない。

また、赤外線センサチップ１００は、第１の薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３を設けることによって、空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位である支持部３ｄから内方へ延長された複数の第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。そして、赤外線センサチップ１００は、各第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１が設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されているので、応答速度および感度の向上を図ることが可能となる。また、赤外線センサチップ１００では、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各第２の薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。

また、赤外線センサチップ１００は、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと故障診断用配線１３９とが同一の厚さに設定されているので、第２の薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、第２の薄膜構造部３ａａの反りを抑制することができ、製品ごとの感度のばらつきや、画素部２ごとの感度のばらつきを低減することが可能となる。

また、赤外線センサチップ１００は、故障診断用配線１３９が、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４もしくは第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ材料により形成されているので、故障診断用配線１３９を第１の熱電要素もしくは第２の熱電要素と同時に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化による低コスト化を図れる。

また、赤外線センサチップ１００は、赤外線吸収部３３および故障診断用配線１３９を備えた複数の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側で２次元アレイ状に設けられている。したがって、この赤外線センサチップ１００の構成では、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部２それぞれの故障診断用配線１３９に通電することにより、各画素部２それぞれの感温部３０の感度のばらつきを把握することが可能となる。

上述の赤外線センサチップ１００の外周形状は矩形状（正方形状ないし長方形状）である。

上述の赤外線センサチップ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部１１を四角錐状の形状としてあるが、四角錐状の形状に限らず、四角錐台状の形状でもよい。また、半導体基板１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、半導体基板１として上記一表面が（１１０）面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。

また、半導体基板１の導電形は、ｎ形に限らず、例えば、図１８〜図２０に示すようにｐ形でもよい。図１８は、ｐ形の半導体基板１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ^＋）とする例である。また、図１９は、ｐ形の半導体基板１に形成したｐ形（ｐ^＋）のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ^＋）とする例である。また、図２０は、ｐ形の半導体基板１に形成したｎ形のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｐ形（ｐ^＋）とする例である。

なお、上述の赤外線センサチップ１００において、半導体基板１の空洞部１１は、半導体基板１の厚み方向に貫通する形で形成してもよく、この場合は、空洞部１１を形成する空洞部形成工程において、半導体基板１の上記一表面とは反対の他表面側から、半導体基板１における空洞部１１の形成予定領域を、例えばＩＣＰ型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。また、赤外線センサチップ１００は、熱電変換部である感温部３０を具備する複数の画素部２が半導体基板１の一表面側においてアレイ状に配置されているが、構造は特に限定するものではなく、感温部３０を構成するサーモパイル３０ａの数も複数に限らず、１つでもよい。また、感温部３０は、１ないし複数のサーモパイル３０ａにより構成されるものに限らず、例えば、熱電対でもよいし、抵抗ボロメータでもよいし、焦電素子でもよく、感温部３０の構成に応じて、ＩＣチップ２００の回路構成を適宜変更すればよい。

また、上述の赤外線センサチップ１００では、第１の熱電要素の材料としてｎ形ポリシリコン層、第２の熱電要素の材料としてｐ形ポリシリコンを採用しているが、これらに限らず、例えば、第１の熱電要素の材料としてｎ形シリコンゲルマニウム、第２の熱電要素の材料としてｐ形シリコンゲルマニウムを採用してもよい。

ＩＣチップ２００は、ＡＳＩＣ（：Application Specific ＩＣ）であり、シリコン基板を用いて形成されている。このＩＣチップ２００の外周形状は、矩形状（正方形状ないし長方形状）である。なお、ＩＣチップ２００は、ＡＳＩＣに限定するものではなく、適宜の集積回路が形成されたチップであればよい。

ＩＣチップ２００は、主表面側に、回路部（図示せず）が形成されている。この回路部は、例えば、赤外線センサチップ１００を制御する制御回路を備えている。また、この回路部は、赤外線センサチップ１００の複数の出力用のパッド８０に電気的に接続された複数の入力用のパッドの出力電圧を増幅する増幅回路と、複数の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサとを備えている。ここで、上記増幅回路の出力は、画素部２における温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との温度差に応じた出力である。そして、ＩＣチップ２００は、外部の表示装置に、赤外線画像を表示させることができる。また、回路部は、上述の自己診断回路も備えている。ＩＣチップ２００の回路部の回路構成は、特に限定するものではない。また、赤外線センサは、パッケージ３００のベース基板部３０１の上記一面側にサーミスタ（図示せず）を実装して、このサーミスタとＩＣチップ２００とを電気的に接続し、上記増幅回路の出力とサーミスタの出力とに基づいて各画素部２の温度を求める演算回路を設けるようにしてもよい。

本実施形態の赤外線センサは、パッケージ３００の内部空間（気密空間）を、窒素ガス（ドライ窒素ガス）雰囲気としてあるが、これに限らず、例えば、真空雰囲気としてもよい。

パッケージ３００のベース基板部３０１は、平板状のセラミック基板を用いて形成されており、上記一面側に、赤外線センサチップ１００のパッド８０がワイヤ３８１を介して電気的に接続される第１導体パターン３１２が形成され、上記他面側に、ＩＣチップ２００のパッド２８０がワイヤ３８２を介して電気的に接続される第２導体パターン３１３が形成されている。また、ベース基板部３０１は、赤外線センサチップ１００が接続された第１導体パターン３１２とＩＣチップ２００が接続された第２導体パターン３１３とを接続する貫通配線３１４が適宜形成されている。なお、ベース基板部３０１は、セラミック基板に限らず、例えば、プリント基板を用いて形成したものでもよい。ワイヤ３８１，３８２としては、Ａｌワイヤに比べて耐腐食性の高いＡｕワイヤを用いることが好ましい。

赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ２００は、ベース基板部３０１に対して、ダイボンド剤を用いて実装されている。ダイボンド剤としては、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの絶縁性接着剤、半田（鉛フリー半田、Ａｕ−Ｓｎ半田など）や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いることができる。また、ダイボンド剤を用いずに、例えば、常温接合法や、Ａｕ−Ｓｎ共晶もしくはＡｕ−Ｓｉ共晶を利用した共晶接合法などにより接合してもよい。

また、パッケージ３００は、上述のようにベース基板部３０１から突設され赤外線センサチップ１００を囲む第１壁部３０２と、ベース基板部３０１から突設されＩＣチップ２００を囲む第２壁部３０３とを備えている。第１壁部３０２および第２壁部３０３は、矩形枠状に形成されている。

パッケージ３００は、ベース基板部３０１と第１壁部３０２とで構成される第１パッケージ本体部３３２の第１凹所３３４を閉塞する第１パッケージ蓋３０４を備えている。また、パッケージ３００は、ベース基板部３０１と第２壁部３０３とで構成される第２パッケージ本体部３３３の第２凹所３３５を閉塞する第２パッケージ蓋３０５を備えている。

パッケージ３００は、第１パッケージ蓋３０４が、赤外線センサチップ１００での検知対象の赤外線を透過する機能を有している。そして、パッケージ３００は、第２壁部３０３の先端面と外壁面とに跨って外部接続電極３０６が形成されている。外部接続電極３０６は、配線パターン３１５を介して導体パターン３１３と電気的に接続されている。

第２壁部３０３は、セラミック基板を用いて形成されている。したがって、ベース基板部３０１がセラミック基板を用いて形成されている場合には、ベース基板部３０１と第２壁部３０３とを多層セラミック基板により形成することができる。第１壁部３０２は、例えば、セラミック基板を用いて形成することができ、この場合、ベース基板部３０１と第２壁部３０３と第１壁部３０２を多層セラミック基板により形成することができる。そして、第１壁部３０２とベース基板３０１と第２壁部３０３とに、電磁シールド層を容易に形成することが可能となる。ただし、第１壁部３０２の材料として、樹脂を採用してもよい。この場合、第１壁部３０２の材料としての樹脂は、熱伝導率が低い樹脂が好ましく、また、ポリエチレンのような赤外線を透過する樹脂以外の樹脂を用いる必要がある。また、可視光が透過しない樹脂が好ましい。

第１パッケージ蓋３０４は、平板状の蓋本体３４１と、赤外線センサチップ１００の検知対象の赤外線を透過する機能を有する赤外線透過部材３４３とを有している。ここで、蓋本体３４１は、赤外線センサチップ１００の受光面の前方に開口部３４２を有している。一方、赤外線透過部材３４３は、蓋本体３４１の開口部３４２を閉塞するように蓋本体３４１に接合されている。

第１パッケージ蓋３０４は、蓋本体３４１が金属板により形成される一方で、赤外線透過部材３４３が半導体基板により形成されており、蓋本体３４１と赤外線透過部材３４３とが導電性材料により接合され、全体として導電性を有している。

金属板の材料としては、例えば、コバールなどを採用することができる。また、半導体基板の材料としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどを採用することができる。

第１パッケージ蓋３０４と第１壁部３０２との接合方法は、特に限定するものではなく、例えば、シーム溶接法や、樹脂接合法などを採用することができる。

赤外線透過部材３４３は、レンズにより構成してある。しかして、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線透過部材３４３をレンズにより構成してあるので、赤外線透過部材３４３を平板状の板材とする場合に比べて、赤外線センサチップ１００での受光効率の向上を図れる。また、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ１００の検知エリアを赤外線透過部材３４３により設定することが可能となる。

赤外線透過部材３４３を構成するレンズとしては、平凸型の非球面レンズが好ましい。これにより、赤外線センサは、レンズの薄型化を図りながらも、赤外線センサチップ１００での赤外線の受光効率の向上による高感度化を図ることが可能となる。

上述のレンズにより構成される赤外線透過部材３４３は、赤外線センサチップ１００の半導体基板１とは別の半導体基板を用いて形成されている。更に説明すれば、レンズは、所望のレンズ形状に応じて半導体基板（ここでは、シリコン基板）との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成された半導体レンズ（ここでは、シリコンレンズ）により構成されている。しかして、レンズは、導電性を有している。なお、この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報などに開示されている半導体レンズの製造方法を適用することができる。

本実施形態では、赤外線センサチップ１００の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズにより設定することができ、また、レンズとして、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな半導体レンズを採用することができるから、短焦点化により、パッケージ３００の薄型化を図ることが可能となる。本実施形態の赤外線センサは、赤外線センサチップ１００の検知対象の赤外線として、人体から放射される１０μｍ付近の波長帯（８μｍ〜１３μｍ）の赤外線を想定しており、レンズの材料として、硫化亜鉛や砒化ガリウムなどに比べて環境負荷が少なく且つ、ゲルマニウムに比べて低コスト化が可能であり、しかも、硫化亜鉛に比べて波長分散が小さなシリコンを採用している。

また、赤外線透過部材３４３は、蓋本体３４１における開口部３４２の周部に導電性接着剤（例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど）により固着されている。また、赤外線透過部材３４３は、蓋本体３４１においてベース基板部３０１側の一表面側に配置してあるが、これに限らず、ベース基板部３０１側とは反対の他表面側に配置してもよい。

上述の赤外線透過部材３４３には、赤外線センサチップ１００での検知対象の赤外線の波長を含む所望の波長域の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する光学多層膜（多層干渉フィルタ膜）からなるフィルタ部（図示せず）を設けることが好ましい。このようなフィルタ部を設けることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を抑制することが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。

第２パッケージ蓋３０５は、平板状であり、外周形状が矩形状となっている。第２パッケージ蓋３０５の材料は、赤外線および可視光を遮断する材料が好ましく、コバールなどの金属が好ましい。

第２パッケージ蓋３０５と第２壁部３０３との接合方法は、特に限定するものではなく、例えば、シーム溶接法や、樹脂接合法などを採用することができる。

以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ２００とが、ベース基板部３０１を介して対向している。要するに、赤外線センサは、パッケージ３００内で赤外線センサチップ１００とＩＣチップ２００とがベース基板部３０１の厚み方向において離れて配置されている。しかして、本実施形態の赤外線センサでは、ＩＣチップ２００の発熱に起因した赤外線センサチップ１００の面内でのオフセット電圧のばらつきを抑制できて、赤外線センサチップ１００の面内でのＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能となる。要するに、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ１００の各熱型赤外線検出部３の出力のＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能となる。ここにおいて、赤外線センサは、赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ２００を、赤外線センサチップ１００の厚み方向に沿った中心線とＩＣチップ２００の厚み方向に沿った中心線とが略一致するように配置することが好ましい。図１に示した例では、ＩＣチップ２００のチップサイズが赤外線センサチップ１００のチップサイズよりも大きく設定されており、ＩＣチップ２００および赤外線センサチップ１００が、ＩＣチップ２００の厚み方向への投影領域内に赤外線センサチップ１００の各画素部２が収まるように配置されている。ＩＣチップ２００および赤外線センサチップ１００それぞれのチップサイズは、特に限定するものではない。また、ＩＣチップ２００のチップサイズと赤外線センサチップ１００のチップサイズとの大小関係は、特に限定するものではない。ＩＣチップ２００のチップサイズと赤外線センサチップ１００のチップサイズとは同じでもよい。

また、本実施形態の赤外線センサでは、ＩＣチップ２００をベース基板部３０１に対してフェースアップ構造で実装してある。これにより、赤外線センサは、ＩＣチップ２００をフェースダウン構造で実装する場合に比べて、ＩＣチップ２００の回路部と赤外線センサチップ１００との距離を長くすることが可能となる。

本実施形態の赤外線センサでは、ＩＣチップ２００の厚み方向におけるＩＣチップ２００と赤外線センサチップ１００との距離は、ベース基板部３０１の厚みと、ＩＣチップ２００とベース基板部３０１との接合部３９２の厚み寸法と、赤外線センサチップ１００とベース基板部３０１との接合部３９１の厚み寸法との合計値により規定することができる。したがって、本実施形態の赤外線センサでは、ベース基板部３０１の厚みによって、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ２００との間の距離を調整することが可能となる。

ところで、赤外線センサは、パッケージ３００におけるベース基板部３０１の中央部に、熱絶縁用の空洞部３０１ａを備えることが好ましい。これにより、ＩＣチップ２００から赤外線センサチップ１００への熱伝導を抑制することが可能となる。その結果、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ１００における各画素部２の各々の出力信号（出力電圧）に関して、ＩＣチップ２００の発熱に起因したオフセット電圧を低減することが可能となり、また、オフセット電圧のばらつきを低減することが可能となる。

ここにおいて、ベース基板部３０１の空洞部３０１ａは、ベース基板部３０１の厚み方向に貫通する貫通孔からなることが好ましい。これにより、赤外線センサは、空洞部３０１ａがベース基板部３０１の厚み方向に貫通しない凹溝により構成されている場合に比べて、ＩＣチップ２００から赤外線センサチップ１００への熱伝導を、より抑制することが可能となる。

また、赤外線センサは、第１壁部３０２に、外側から内側への熱伝達を抑制する溝３２２が形成されていることが好ましい。これにより、赤外線センサは、第１壁部３０２の外側に例えば外部熱源４００が存在するような状態で使用される場合でも、外部熱源４００から第１壁部３０２に熱伝導した熱（図１中の白抜きの矢印は、外部熱源４００から第１壁部３０２への熱伝導経路を模式的に示している）の、第１壁部３０２での熱伝導が溝３２２により抑制される。したがって、本実施形態の赤外線センサは、赤外線センサチップ１００の面内での冷接点Ｔ２の温度のばらつきを低減することが可能となり、画素部２ごとのオフセット電圧のばらつきを低減することが可能となる。溝３２２は、第１壁部３０２の周方向の全周に亘って形成してあるが、必ずしも全周に亘って形成する必要はない。

また、本実施形態の赤外線センサは、第１壁部３０２の内壁面に傾斜面３２３を設けてあり、この傾斜面３２３が、第１パッケージ蓋３０４に臨むように傾斜していることが好ましい。要するに、傾斜面３２３の法線が第１パッケージ蓋３０４に交差することが好ましい。これにより、本実施形態の赤外線センサでは、第１壁部３０２の温度上昇に起因して第１壁部３０２の内壁面から放射される赤外線（図１中には矢印で模式的に示してある）が、赤外線センサチップ１００へ入射するのを抑制することが可能となり、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。

１００ 赤外線センサチップ
２００ ＩＣチップ
３００ パッケージ
３０１ ベース基板部
３０１ａ 空洞部（貫通孔）
３０２ 第１壁部
３０３ 第２壁部
３０４ 第１パッケージ蓋
３０５ 第２パッケージ蓋
３２２ 溝
３２３ 傾斜面
３３２ 第１パッケージ本体部
３３４ 第１凹所
３３３ 第２パッケージ本体部
３３５ 第２凹所

Claims (5)

1. 赤外線センサチップと、前記赤外線センサチップの出力信号を信号処理するＩＣチップと、パッケージとを備え、前記赤外線センサチップは、複数の熱型赤外線検出部が半導体基板の一表面側においてアレイ状に配置されたものであり、前記パッケージは、前記赤外線センサチップが一面側に実装され前記ＩＣチップが他面側に実装されるベース基板部と、前記ベース基板部の前記一面側で前記ベース基板部から突設され前記赤外線センサチップを囲む第１壁部と、前記ベース基板部の前記他面側で前記ベース基板部から突設され前記ＩＣチップを囲む第２壁部と、前記ベース基板部と前記第１壁部とで構成される第１パッケージ本体部の第１凹所を閉塞する第１パッケージ蓋と、前記ベース基板部と前記第２壁部とで構成される第２パッケージ本体部の第２凹所を閉塞する第２パッケージ蓋とを備え、前記第１パッケージ蓋が、前記赤外線センサチップでの検知対象の赤外線を透過する機能を有し、前記赤外線センサチップと前記ＩＣチップとが、前記ベース基板部を介して対向していることを特徴とする赤外線センサ。
2. 前記パッケージは、前記ベース基板部の中央部に、熱絶縁用の空洞部を備えることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
3. 前記空洞部は、前記ベース基板部の厚み方向に貫通する貫通孔からなることを特徴とする請求項２記載の赤外線センサ。
4. 前記第１壁部は、外側から内側への熱伝達を抑制する溝が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
5. 前記第１壁部は、内壁面に傾斜面を設けてあり、前記傾斜面は、前記第１パッケージ蓋に臨むように傾斜していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の赤外線センサ。

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