CN102933942A - 红外线传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制因IC芯片的发热引起的红外线传感器芯片的面内的S/N比的不均的红外线传感器。红外线传感器具备：红外线传感器芯片(100)，其在半导体基板(1)的一表面侧呈阵列状地配置有具备由温差电堆(30a)构成的感温部(30)的多个像素部(2)；IC芯片(102)，其对红外线传感器芯片(100)的输出信号进行信号处理。封装体(103)具有：封装体主体(104)，其以横向排列的方式安装有红外线传感器芯片(100)及IC芯片(102)；封装体盖(105)，其具有使红外线透过的透镜(153)且与封装体主体(104)气密接合。在封装体(103)内设置有罩构件(106)，该罩构件(106)具有供朝向红外线传感器芯片(100)的红外线通过的窗孔(108)且使与IC芯片(102)的发热对应的各像素部(2)的温接点(T1)及冷接点(T2)的温度变化量均匀化。

Description

红外线传感器
技术领域
本发明涉及红外线传感器。
背景技术
以往，提出有如下的红外线传感器(红外线传感器模块)，该红外线传感器具备：红外线传感器芯片，其在硅基板的一表面侧呈阵列状地配置有具备由温差电堆构成的感温部的多个像素部；IC芯片，其对该红外线传感器芯片的输出信号进行信号处理；封装体，其收纳红外线传感器芯片及IC芯片(例如，参照日本国专利公开2010-78451号公报)。
上述的封装体由封装体主体和封装体盖构成，所述封装体主体通过将红外线传感器芯片及IC芯片横向排列安装而成，所述封装体盖以与该封装体主体之间包围红外线传感器芯片及IC芯片的方式覆盖在封装体主体上。在此，封装体盖具备对红外线传感器芯片的检测对象的红外线进行汇聚的透镜。总而言之，封装体盖具有使红外线传感器芯片的检测对象的红外线透过的功能。
上述的红外线传感器芯片通过在各像素部具备感温部的热型红外线检测部形成于硅基板的上述一表面侧而被硅基板支承。另外，红外线传感器芯片在硅基板上在热型红外线检测部的一部分的正下方形成有空洞部。另外，在红外线传感器芯片中，构成感温部的温差电堆的温接点在热型红外线检测部形成在与空洞部重叠的区域，冷接点在热型红外线检测部形成在不与空洞部重叠的区域。需要说明的是，红外线传感器芯片在硅基板的上述一表面侧在各像素部分别形成有作为像素部选择用的开关元件的MOS晶体管。
在上述的红外线传感器中，红外线传感器芯片和IC芯片收纳在1个封装体内，能够缩短红外线传感器芯片与IC芯片之间的配线，因此能够降低外来干扰的影响，可以提高耐干扰性。
然而，在该红外线传感器中，在红外线传感器芯片的各像素部各自的输出信号(输出电压)中包含有因IC芯片的发热引起的偏移电压(offsetvoltage)，并且，S/N比在各像素部之间不均。总而言之，S/N比在红外线传感器芯片的面内不均。在此，在从IC芯片通过封装体主体的路径向红外线传感器芯片的硅基板传递的热量主要使冷接点的温度上升，因此成为产生负的偏移电压的主要原因。另一方面，因经由来自IC芯片的封装体内的介质(例如，氮气等)的热传导或热辐射而向红外线传感器芯片传递的热量主要使温接点的温度上升，因此成为产生正的偏移电压的主要原因。
发明内容
本发明是鉴于上述事由而作出的，其目的在于提供一种能够抑制因IC芯片的发热引起的红外线传感器芯片的面内的S/N比不均的红外线传感器。
本发明的红外线传感器的特征在于，具备：红外线传感器芯片，其在半导体基板的一表面侧呈阵列状地配置有多个像素部，所述多个像素部具备由温差电堆构成的感温部；IC芯片，其对所述红外线传感器芯片的输出信号进行信号处理；封装体，其收纳所述红外线传感器芯片及所述IC芯片，
所述封装体具备：封装体主体，其以所述红外线传感器芯片及所述IC芯片横向排列的方式安装有所述红外线传感器芯片及所述IC芯片；封装体盖，其具有使所述红外线传感器芯片的检测对象的红外线透过的功能，且以在与所述封装体主体之间包围所述红外线传感器芯片及所述IC芯片的方式与所述封装体主体气密接合，
在所述封装体内设置有罩构件，该罩构件具有供朝向所述红外线传感器芯片的红外线通过的窗孔，且使与所述IC芯片的发热对应的所述各像素部的温接点及冷接点的温度变化量均匀化。
在该红外线传感器的基础上，优选：所述罩构件包括：前板部，其位于所述红外线传感器芯片的前方且形成有所述窗孔；侧板部，其从所述前板部的外周缘向后方延伸设置且在所述IC芯片与所述红外线传感器芯片之间与所述封装体主体接合。
另外，在该红外线传感器的基础上，优选：所述封装体主体使安装所述IC芯片的第二区域的表面比安装所述红外线传感器芯片的第一区域的表面后退，所述罩构件具备：前板部，该前板部位于所述红外线传感器芯片的前方且形成有所述窗孔；两个侧板部，该两个侧板部从所述前板部的外周缘向后方延伸设置，且位于沿着所述红外线传感器芯片与所述IC芯片的并列设置方向的所述红外线传感器芯片的两侧面各自的侧方，并且与所述封装体主体接合，所述前板部形成为使所述红外线传感器芯片及所述IC芯片收纳在所述前板部的外周线的投影区域内的大小。
在该红外线传感器的基础上，优选：所述罩构件形成为如下方式，即，所述前板部的所述窗孔为矩形状，且在俯视下所述窗孔的所述IC芯片侧的内周线比所述红外线传感器芯片的所述IC芯片侧的外周线靠所述IC芯片侧。
在该红外线传感器的基础上，优选：所述罩构件具备：前板部，其位于所述红外线传感器芯片的前方且形成有所述窗孔；侧板部，其从所述前板部向后方延伸相接且与所述封装体主体接合。
在该红外线传感器的基础上，优选：所述罩构件接近所述红外线传感器芯片与所述IC芯片双方配置。
在该红外线传感器的基础上，优选：所述前板部形成为在该前板部的外周线的投影区域内至少收纳所述红外线传感器芯片的大小。
在该红外线传感器的基础上，优选：所述罩构件由导电性材料形成。
在该红外线传感器的基础上，优选：所述罩构件通过导电性材料与所述封装体主体接合。
在该红外线传感器的基础上，优选：所述封装体主体具备由绝缘材料构成的基体和由金属材料构成的电磁防护层。
本发明能够抑制因IC芯片的发热引起的红外线传感器芯片的面内的S/N比的不均。
附图说明
图1涉及实施方式1的红外线传感器，图1A是局部剖断得到的示意立体图，图1B是取下封装体盖后的状态的示意立体图，图1C是取下封装体盖后的状态的示意侧视图，图1D是示意剖视图，图1E是红外线传感器芯片的主要部分示意剖视图。
图2是同上的红外线传感器芯片的平面布局图。
图3是同上的红外线传感器芯片的像素部的平面布局图。
图4是同上的红外线传感器芯片的像素部的平面布局图。
图5表示同上的红外线传感器芯片的像素部的主要部分，图5A是平面布局图，图5B是与图5A的D-D’剖面对应的示意剖视图。
图6是同上的红外线传感器芯片的像素部的主要部分的平面布局图。
图7是同上的红外线传感器芯片的像素部的主要部分的平面布局图。
图8表示同上的红外线传感器芯片的像素部的主要部分，图8A是平面布局图，图8B是与图8A的D-D’剖面对应的示意剖视图。
图9表示同上的红外线传感器芯片的包括冷接点的主要部分，图9A是平面布局图，图9B是示意剖视图。
图10表示同上的红外线传感器芯片的包括温接点的主要部分，图10A是平面布局图，图10B是示意剖视图。
图11是同上的红外线传感器芯片的像素部的主要部分的示意剖视图。
图12是同上的红外线传感器芯片的像素部的主要部分的示意剖视图。
图13的图13A及图13B是用于说明同上的红外线传感器芯片的主要部分的图。
图14是同上的红外线传感器芯片的等效电路图。
图15的图15A及图15B是用于说明同上的红外线传感器的制造方法的主要工序剖视图。
图16的图16A及图16B是用于说明同上的红外线传感器的制造方法的主要工序剖视图。
图17的图17A及图17B是用于说明同上的红外线传感器的制造方法的主要工序剖视图。
图18的图18A及图18B是用于说明同上的红外线传感器的制造方法的主要工序剖视图。
图19涉及实施方式2的红外线传感器，图19A是局部剖断得到的示意立体图，图19B是取下封装体盖后的状态的示意立体图，图19C是取下封装体盖后的状态的示意侧视图，图19D是示意剖视图，图19E是红外线传感器芯片的主要部分示意剖视图。
图20涉及实施方式3的红外线传感器，图20A是局部剖断得到的示意立体图，图20B是取下封装体盖后的状态的示意立体图，图20C是取下封装体盖后的状态的示意侧视图，图20D是示意剖视图，图20E是红外线传感器芯片的主要部分示意剖视图。
图21涉及实施方式4的红外线传感器，图21A是局部剖断得到的示意立体图，图21B是取下封装体盖后的状态的示意立体图，图21C是取下封装体盖后的状态的示意侧视图，图21D是示意剖视图，图21E是红外线传感器芯片的主要部分示意剖视图。
具体实施方式
(实施方式1)
以下，参照图1～图14说明本实施方式的红外线传感器。
本实施方式的红外线传感器具备：红外线传感器芯片100、对该红外线传感器芯片100的输出信号进行信号处理的IC芯片102、收纳红外线传感器芯片100及IC芯片102的封装体103。另外，红外线传感器在封装体103中还收纳有测定绝对温度的热敏电阻101。
如图1E所示，红外线传感器芯片100在由硅基板构成的半导体基板1的一表面侧(前面侧)形成有具有温差电堆30a的热型红外线检测部3。
封装体103具有：封装体主体104，其安装有红外线传感器芯片100及IC芯片102及热敏电阻101；封装体盖105，其以与封装体主体104之间包围红外线传感器芯片100及IC芯片102及热敏电阻101的方式与封装体主体104气密接合。
封装体主体104横向排列地安装有IC芯片102和红外线传感器芯片100。另外，在封装体主体104中，红外线传感器芯片100和热敏电阻101在与IC芯片102和红外线传感器芯片100的并设方向正交的方向上横向排列地安装。另一方面，封装体盖105具有使红外线传感器芯片100的检测对象的红外线透过的功能及导电性。
封装体盖105包括：覆盖封装体主体104的上述一表面侧(前面侧)的金属帽152、将在金属帽152上形成于与红外线传感器芯片100对应的部位的开口窗152a闭塞的透镜153。在此，透镜153具有使红外线透过的功能，并且具有向红外线传感器芯片100汇聚红外线的功能。
另外，红外线传感器在封装体103内设置有使与IC芯片102的发热对应的各像素部2的温接点T1及冷接点T2的温度变化量均匀化的罩构件106。在此，罩构件106具有供朝向红外线传感器芯片100的红外线通过的窗孔108。即，在各像素部2中，能够因IC芯片102的发热而在温接点T1与冷接点T2之间产生温度差ΔT。在本实施方式中，通过设置罩构件106，能够减小各像素部2之间的上述温度差ΔT(因IC芯片102的发热引起的温接点T1与冷接点T2之间的温度差ΔT)的不均。
需要说明的是，使与IC芯片102的发热对应的各像素部2的温接点T1及冷接点T2的温度变化量均匀化的罩构件106为选择器(option)。如后所述，罩构件106具备位于红外线传感器芯片100的前方且形成有窗孔108的前板部107、从前板部向后方延伸相接且与封装体主体104接合的侧板部109。该罩构件106接近红外线传感器芯片100与IC芯片102双方配置。
以下，进一步说明各构成要件。
在红外线传感器芯片100中，具有热型红外线检测部3和作为像素选择用的开关元件的MOS晶体管4的多个像素部2在半导体基板1的上述一表面侧排列成阵列状(在此，为二维阵列状)(参照图2)。在本实施方式中，在1个半导体基板1的上述一表面侧上形成有m×n个(在图2所示的示例中为8×8个)像素部2，但像素部2的个数和排列没有特别的限定。另外，在本实施方式中，热型红外线检测部3的感温部30通过将多个(在此为6个)温差电堆30a(参照图3)串联连接而构成。在图14中，将热型红外线检测部3中的感温部30的等效电路以与该感温部30的热起电力对应的电压源来表示。
另外，如图3、图5及图14所示，红外线传感器芯片100具备：各列的多个热型红外线检测部3的感温部30的一端经由上述的MOS晶体管4而对应各列共同连接形成的多个垂直读出线7、与各行的热型红外线检测部3的感温部30对应的MOS晶体管4的栅电极46对应各行共同连接形成的多个水平信号线6。另外，红外线传感器芯片100具备：各列的MOS晶体管4的p+形阱区域41对应各列共同连接形成的多个接地线8、各接地线8共同连接形成的共同接地线9。进而，红外线传感器芯片100还具备各列的多个热型红外线检测部3的感温部30的另一端对应各列共同连接形成的多个基准偏压线5。于是，红外线传感器芯片100能够以时间序列读出全部热型红外线检测部3的感温部30的输出。总而言之，红外线传感器芯片100形成有在半导体基板1的上述一表面侧具有热型红外线检测部3和与该热型红外线检测部3并列设置且用于读出该热型红外线检测部3的输出的MOS晶体管4的多个像素部2。
在此，MOS晶体管4的栅电极46与水平信号线6连接，源电极48经由感温部30与基准偏压线5连接，漏电极47与垂直读出线7连接。在此，各水平信号线6分别与各个独立的像素选择用的焊盘(pad)Vsel电连接，各基准偏压线5与共同基准偏压线5a共同连接，各垂直读出线7分别与各个独立的输出用的焊盘Vout电连接。另外，共同接地线9与接地用的焊盘Gnd电连接，共同基准偏压线5a与基准偏压用的焊盘Vref电连接，半导体基板1与基板用的焊盘Vdd电连接。
于是，通过以使MOS晶体管4依次成为点亮(ON)状态的方式控制各像素选择用的焊盘Vsel的电位，从而能够依次读出各像素部2的输出电压。例如，使基准偏压用的焊盘Vref的电位为1.65V、接地用的焊盘Gnd的电位为0V、基板用的焊盘Vdd的电位为5V，若使特定的像素选择用的焊盘Vsel的电位为5V，则对应的MOS晶体管4点亮，从对应的输出用的焊盘Vout读出像素部2的输出电压(1.65V+感温部30的输出电压)。另外，如果使像素选择用的焊盘Vsel的电位为0V，则MOS晶体管4熄灭(OFF)，不会从输出用的焊盘Vout读出像素部2的输出电压。需要说明的是，在图2中，不对图14中的像素选择用的焊盘Vsel、基准偏压用的焊盘Vref、接地用的焊盘Gnd、输出用的焊盘Vout等进行区别，全部作为焊盘80进行图示。
以下，分别对热型红外线检测部3及MOS晶体管4的结构进行说明。需要说明的是，在本实施方式中，作为上述的半导体基板1，使用导电形为n形且上述一表面为(100)面的单晶硅基板。
各像素部2的热型红外线检测部3在半导体基板1的上述一表面侧形成热型红外线检测部3的形成用区域A1(参照图5)。另外，各像素部2的MOS晶体管4在半导体基板1的上述一表面侧形成MOS晶体管4的形成用区域A2(参照图5)。
红外线传感器芯片100在半导体基板1的上述一表面侧在各热型红外线检测部3的一部分的正下方形成有空洞部11。热型红外线检测部3具备：在半导体基板1的上述一表面侧形成于空洞部11的周部的支承部3d、在半导体基板1的上述一表面侧在俯视下覆盖空洞部11的第一薄膜结构部3a。第一薄膜结构部3a具备吸收红外线的红外线吸收部33。在此，第一薄膜结构部3a具有：沿着空洞部11的周向(图3中相对于纸面为水平方向)并列设置且支承于支承部3d的多个第二薄膜结构部3aa、将邻接的第二薄膜结构部3aa彼此连结的连结片3c。需要说明的是，在图3示例的热型红外线检测部3，通过设置多个线状的狭缝13，从而第一薄膜结构部3a分离成6个第二薄膜结构部3aa。以下，将红外线吸收部33(称为第一红外线吸收部33)中的与第二薄膜结构部3aa分别对应地分割出的各部位称为第二红外线吸收部33a。
热型红外线检测部3与第二薄膜结构部3aa对应地设置有温差电堆30a。在此，对于温差电堆30a而言，温接点T1设置于第二薄膜结构部3aa，冷接点T2设置于支承部3d。总而言之，温接点T1形成于在热型红外线检测部3中与空洞部11重叠的第一区域，冷接点T2形成于在热型红外线检测部3中不与空洞部11重叠的第二区域。
总而言之，红外线传感器芯片100具备多个像素部2。像素部2具备形成在半导体基板1的上述一表面侧(前面侧)的热型红外线检测部3。热侧红外线检测部3具备感温部30。在半导体基板1的上述一表面侧与热型红外线检测部3的一部分对应的部位上形成有空洞部11。并且，感温部30的温接点T1形成于在热型红外线检测部3中与空洞部11重叠的第一区域，感温部30的冷接点T2形成于在热型红外线检测部3中不与空洞部11重叠的第二区域。
另外，与对应于各温差电堆30a取出输出的情况相比，热型红外线检测部3的感温部30以相对于温度变化的输出变化变大的连接关系使全部的温差电堆30a电连接。在图3的示例中，感温部30将6个温差电堆30a串联连接。但是，上述的连接关系不局限于将多个温差电堆30a全部串联连接的连接关系。例如，如果将各3个的温差电堆30a的串联电路并联连接，则与将6个温差电堆30a并联连接的情况和对应于各温差电堆30a取出输出的情况相比能够提高灵敏度。另外，与将6个温差电堆30a全部串联连接的情况相比，能够降低感温部30的电阻而减少热杂音，因此S/N比提高。
在此，在热型红外线检测部3，与第二薄膜结构部3aa对应地在空洞部11的周向上分离地形成有将支承部3d和第二红外线吸收部33a连结的两个俯视长条状的桥部3bb、3bb。即，第二薄膜结构部3aa各自具备第二红外线吸收部33a和两个桥部3bb、3bb。由此，形成使两个桥部3bb、3bb和第二红外线吸收部33a在空间上分离且与空洞部11连通的俯视下C字状的狭缝14。热型红外线检测部3中的在俯视下包围第一薄膜结构部3a的部位即支承部3d形成为矩形框状的形状。需要说明的是，桥部3bb通过上述的各狭缝13、14使与第二红外线吸收部33a及支承部3d各自的连结部位以外的部分在空间上与第二红外线吸收部33a及支承部3d分离。在此，第二薄膜结构部3aa将从支承部3d的延长方向的尺寸设定为93μm，将与该延长方向正交的宽度方向的尺寸设定为75μm，将各桥部3bb的宽度尺寸设定为23μm，将各狭缝13、14的宽度设定为5μm，但所述值仅为一例，没有特别的限定。
第一薄膜结构部3a通过将形成在半导体基板1的上述一表面侧上的硅氧化膜1b、形成在该硅氧化膜1b上的硅氮化膜32、形成在该硅氮化膜32上的感温部30、在硅氮化膜32的表面侧形成为覆盖感温部30的层间绝缘膜50、形成在层间绝缘膜50上的钝化膜60的层叠结构部图案化而形成。层间绝缘膜50由BPSG膜构成，钝化膜60由PSG膜与形成在该PSG膜上的NSG膜的层叠膜构成，但不局限于此，例如，也可以由硅氮化膜构成。
在上述的热型红外线检测部3，第一薄膜结构部3a的桥部3bb、3bb以外的部位构成第一红外线吸收部33。另外，支承部3d由硅氧化膜1b、硅氮化膜32、层间绝缘膜50和钝化膜60构成。
另外，在红外线传感器芯片100中，层间绝缘膜50与钝化膜60的层叠膜在半导体基板1的上述一表面侧跨热型红外线检测部3的形成用区域A1和MOS晶体管4的形成用区域A2而形成，该层叠膜中的形成在热型红外线检测部3的形成用区域A1的部分兼用作红外线吸收膜70(参照图5B)。在此，在将红外线吸收膜70的折射率设为n2、检测对象的红外线的中心波长设为λ时，红外线吸收膜70的厚度t2设定为λ/4n2，因此能够提高检测对象的波长(例如，8～12μm)的红外线的吸收效率，实现高灵敏度化。例如，在n2＝1.4、λ＝10μm的情况下，使即可。需要说明的是，在本实施方式中，使层间绝缘膜50的膜厚为0.8μm，使钝化膜60的膜厚为1μm(使PSG膜的膜厚为0.5μm，使NSG膜的膜厚为0.5μm)。
另外，在各像素部2中，空洞部11的内周形状为矩形状，连结片3c形成为俯视下X字状，将在与第二薄膜结构部3aa的延长方向(从支承部3d的延长方向)交叉的斜向上相邻的第二薄膜结构部3aa、3aa彼此、在第二薄膜结构部3aa的延长方向上相邻的第二薄膜结构部3aa、3aa彼此、在与第二薄膜结构部3aa的延长方向正交的方向上相邻的第二薄膜结构部3aa、3aa彼此连结。
温差电堆30a具有多个(在图3所示的示例中，对于各温差电堆30a而言为各9个)的热电偶，所述多个热电偶通过在硅氮化膜32上跨第二薄膜结构部3aa和支承部3d形成的n形多晶硅层34和p形多晶硅层35的一端部彼此在第二红外线吸收部33a的红外线入射面侧利用由金属材料(例如，Al-Si等)构成的连接部(第一连接部)36电连接而形成。即，在本实施方式中，n形多晶硅层34的第一端部和p形多晶硅层35的第一端部通过连接部36电连接。另外，温差电堆30a通过在半导体基板1的上述一表面侧彼此相邻的热电偶的n形多晶硅层34的另一端部(n形多晶硅层34的第二端部)和p形多晶硅层35的另一端部(p形多晶硅层35的第二端部)利用由金属材料(例如，Al-Si等)构成的连接部(第二连接部)37接合而电连接。在此，温差电堆30a由n形多晶硅层34的上述一端部、p形多晶硅层35的上述一端部和连接部36构成温接点T1。另外，通过n形多晶硅层34的上述另一端部、p形多晶硅层35的上述另一端部和连接部37构成冷接点T2。总而言之，温差电堆30a的各温接点T1形成于在热型红外线检测部3中与空洞部11重叠的区域，各冷接点T2形成于在热型红外线检测部3中不与空洞部11重叠的区域。需要说明的是，在本实施方式的红外线传感器芯片100中，在温差电堆30a的各n形多晶硅层34及各p形多晶硅层35中，在形成于上述的桥部3bb、3bb的部位及形成于半导体基板1的上述一表面侧的硅氮化膜32上的部位也能够吸收红外线。
总而言之，感温部30具有具备n形多晶硅层34及p形多晶硅层35的至少1个热电偶。该热电偶的温接点T1形成于在热型红外线检测部3中与空洞部11重叠的第一区域，该热电偶的冷接点T2形成于在热型红外线检测部3不与空洞部11重叠的第二区域。
另外，对于红外线传感器芯片100而言，空洞部11的形状为四角锤状，俯视下的中央部的深度尺寸比周部更大，因此以使温接点T1集中于第一薄膜结构部3a的中央部的方式设计各像素部2的温差电堆30a的平面布局。即，在图3的上下方向上的正中央的两个第二薄膜结构部3aa，如图3及图6所示，温接点T1沿着3个第二薄膜结构部3aa的并列设置方向(图3的上下方向)排列配置，相对于此，在该上下方向上的上侧的两个第二薄膜结构部3aa，如图3及图7所示，温接点T1集中配置在3个第二薄膜结构部3aa的并列设置方向上的接近正中央的第二薄膜结构部3aa的一侧(图3中为下侧)，在该上下方向上的下侧的两个第二薄膜结构部3aa中，如图3所示，温接点T1集中配置在3个第二薄膜结构部3aa的并列设置方向上的接近正中央的第二薄膜结构部3aa的一侧(图3中为上侧)。于是，在本实施方式的红外线传感器芯片100中，与图3的上下方向上的上侧、下侧的第二薄膜结构部3aa的多个温接点T1的配置和正中央的第二薄膜结构部3aa的多个温接点T1的配置相同的情况相比，能够增大温接点T1的温度变化，因此能够提高灵敏度。需要说明的是，在本实施方式中，在使空洞部11的最深部的深度为规定深度dp(参照图5B)时，将规定深度dp设定为200μm，但该值为一例，没有特别的限定。
另外，在第二薄膜结构部3aa，在硅氮化膜32的红外线入射面侧未形成温差电堆30a的区域上形成有抑制第二薄膜结构部3aa的翘曲且吸收红外线的由n形多晶硅层构成的红外线吸收层39(参照图1、图3、图5及图11)。另外，在将相邻的第二薄膜结构部3aa、3aa彼此连结的连结片3c上设置有对该连结片3c进行加强的由n形多晶硅层构成的加强层39b(参照图8)。在此，加强层39b与红外线吸收层39连续一体形成。于是，在红外线传感器芯片100中，由于连结片3c通过加强层39b被加强，因此能够防止因使用中的外部的温度变化或碰撞等产生的应力而导致破损，另外，能够减少制造时的破损，实现制造成品率的提高。需要说明的是，在本实施方式中，将图8所示的连结片3c的长度尺寸L1设定为24μm，将宽度尺寸L2设定为5μm，将加强层39b的宽度尺寸L3设定为1μm，但这些数值仅为一例，没有特别的限定。但是，在如本实施方式这样作为半导体基板1使用硅基板且加强层39b由n形多晶硅层形成的情况下，为了防止空洞部11的形成时加强层39b被蚀刻，需要将加强层39b的宽度尺寸L3设定为比连结片3c的宽度尺寸L2小，且在俯视下加强层39b的两侧缘比连结片3c的两侧缘位于内侧。
另外，如图8及图13B所示，红外线传感器芯片100在连结片3c的两侧缘与第二薄膜结构部3aa的侧缘之间分别形成有倒角部3f、3f，在X字状的连结片3c的大致正交的侧缘间也形成有倒角部3e。于是，在红外线传感器芯片100中，与图13A所示那样未形成倒角部的情况相比，能够缓和连结片3c和第二薄膜结构部3aa的连结部位处的应力集中，在能够减少制造时产生的残留应力且能够降低制造时的破损，实现制造成品率的提高。另外，能够防止因使用中的外部的温度变化或碰撞而产生的应力导致破损。需要说明的是，在图8所示的示例中，将各倒角部3f、3e形成为R(圆角)为3μm的R倒角部，但不局限于R倒角部，例如也可以为C倒角部。
另外，红外线传感器芯片100在各热型红外线检测部3设置有以跨支承部3d、一方的桥部3bb、第二红外线吸收部33a、另一方的桥部3bb、支承部3d的方式绕回且由n形多晶硅层构成的故障诊断用的配线(以下，称为故障诊断用配线或自我诊断用配线)139，并将全部的故障诊断用配线139串联连接。于是，通过向m×n个故障诊断用配线139的串联电路通电，从而能够检测桥部3bb的折损等破损的有无。
总而言之，在制造中途的检查时和使用时，红外线传感器芯片100根据向m×n个故障诊断用配线139的串联电路是否有通电，能够检测桥部3bb的折损或故障诊断用配线139的断线等。另外，在红外线传感器芯片100中，在上述的检查时和使用时，通过向m×n个故障诊断用配线139的串联电路通电而检测各感温部30的输出，从而能够检测感温部30的断线的有无和灵敏度的不均(感温部30的输出不均)等。在此，对于灵敏度的不均而言，能够检测与每个像素部2对应的灵敏度的偏差，例如，能够检测因第一薄膜结构部3a的翘曲或第一薄膜结构部3a向半导体基板1的粘合等引起的灵敏度的不均。在此，在本实施方式的红外线传感器芯片100中，在俯视下，使故障诊断用配线139在多个温接点T1的组的附近折返而形成蛇行的形状。由此，通过向故障诊断用配线139通电而产生的焦耳热能够高效地加热各温接点T1。上述的故障诊断用配线139与n形多晶硅层34及p形多晶硅层35在同一平面上以同一厚度形成。
上述的红外线吸收层39及故障诊断用配线139含有与n形多晶硅层34相同的n形杂质(例如，磷等)，且含有相同的杂质浓度(例如，1018～1020cm-3)，且与n形多晶硅层34同时形成。另外，作为p形多晶硅层35的p形杂质采用例如硼即可，将杂质浓度适当设定在例如1018～1020cm-3左右的范围即可。在本实施方式中，n形多晶硅层34及p形多晶硅层35的杂质浓度分别为1018～1020cm-3，能够降低热电偶的电阻值，实现S/N比的提高。需要说明的是，红外线吸收层39及故障诊断用配线139以相同杂质浓度掺入与n形多晶硅层34相同的n形杂质，但不局限于此，例如，也可以相同杂质浓度掺入与p形多晶硅层35相同的杂质。总而言之，故障诊断用配线(自我诊断用配线)139优选通过与第一热电要件即n形多晶硅层34或第二热电要件即p形多晶硅层35相同的材料形成。
另外，在本实施方式中，在n形多晶硅层34、p形多晶硅层35、红外线吸收层39及故障诊断用配线139的折射率为n1，检测对象的红外线的中心波长为λ时，将n形多晶硅层34、p形多晶硅层35、红外线吸收层39及故障诊断用配线139各自的厚度t1设定为λ/4n1。于是，能够提高检测对象的波长(例如，8～12μm)的红外线的吸收效率，实现高灵敏度化。例如，在n1＝3.6、λ＝10μm的情况下，使
Figure BDA00002506192300131
即可。
另外，在本实施方式中，由于n形多晶硅层34、p形多晶硅层35、红外线吸收层39及故障诊断用配线139各自的杂质浓度为1018～1020cm-3，因此能够提高红外线的吸收率且抑制红外线的反射，能够提高感温部30的输出的S/N比。另外，由于能够将红外线吸收层39及故障诊断用配线139与n形多晶硅层34在同一工序中形成，因此得以实现低成本化。
在此，感温部30的连接部36和连接部37在半导体基板1的上述一表面侧通过层间绝缘膜50绝缘分离。温接点T1侧的连接部36通过形成在层间绝缘膜50上的接触孔50a1、50a2与两多晶硅层34、35的上述各一端部(n形多晶硅层34的第一端部及p形多晶硅层35的第一端部)电连接(参照图10)。另外，冷接点T2侧的连接部37通过形成在层间绝缘膜50上的接触孔50a3、50a4与两多晶硅层34、35的上述各另一端部(n形多晶硅层34的第二端部及p形多晶硅层35的第二端部)电连接(参照图9)。
另外，如上所述，MOS晶体管4在半导体基板1的上述一表面侧形成在MOS晶体管4的形成用区域A2上(参照图5)。
如图5及图12所示，在MOS晶体管4上，在半导体基板1的上述一表面侧(前面侧)形成有p+形阱区域41，在p+形阱区域41内上分离形成有n+形漏区域43和n+形源区域44。进而，在p+形阱区域41内形成有包围n+形漏区域43和n+形源区域44的p++形沟道截断区域42。
在p+形阱区域41中位于n+形漏区域43与n+形源区域44之间的部位上经由由硅氧化膜(热氧化膜)构成的栅绝缘膜45形成有由n形多晶硅层构成的栅电极46。
另外，在n+形漏区域43上形成有由金属材料(例如，Al-Si等)构成的漏电极47，在n+形源区域44上形成有由金属材料(例如，Al-Si等)构成的源电极48。
栅电极46、漏电极47及源电极48通过上述的层间绝缘膜50绝缘分离。在此，漏电极47通过形成于层间绝缘膜50的接触孔50d与n+形漏区域43电连接，源电极48通过形成于层间绝缘膜50上的接触孔50e与n+形源区域44电连接。
在红外线传感器芯片100的各像素部2中，MOS晶体管4的源电极48与感温部30的一端电连接，感温部30的另一端与基准偏压线5电连接。另外，在各像素部2中，MOS晶体管4的漏电极47与垂直读出线7电连接，栅电极46与和该栅电极46连续一体形成的由n形多晶硅配线构成的水平信号线6电连接。另外，在各像素部2中，在MOS晶体管4的p++形沟道截断区域42上形成有由金属材料(例如，Al-Si等)构成的接地用的电极(以下，称为接地用电极)49。该接地用电极49与共同接地线8电连接，该共同接地线8用于使该p++形沟道截断区域42向比n+形漏区域43及n+形源区域44低的低电位偏置而进行元件分离。需要说明的是，接地用电极49通过形成于层间绝缘膜50的接触孔50f与p++形沟道截断区域42电连接。
根据上述的红外线传感器芯片100，由于具备利用通电产生的焦耳热来加热温接点T1的自我诊断用配线139，因此通过向自我诊断用配线139通电而测定温差电堆30a的输出，从而能够判断温差电堆30a的断线等故障的有无，实现可靠性的提高，并且，自我诊断用配线139由于配置成在热型红外线检测部3中与半导体基板1的空洞部11重叠的区域内不与温差电堆30a重叠，因此能够防止自我诊断用配线139导致的温差电堆30a的温接点T1的热容量的增大，实现灵敏度及响应速度的提高。
在此，红外线传感器芯片100在使用时不进行自我诊断，在通常时，自我诊断用配线139也吸收来自外部的红外线，因此实现多个温接点T1的温度的均匀化，实现灵敏度的提高。需要说明的是，在红外线传感器芯片100中，由于红外线吸收层39及加强层39b也吸收来自外部的红外线，因此实现多个温接点T1的温度的均匀化，实现灵敏度的提高。另外，红外线传感器芯片100的使用时的自我诊断通过设置在IC芯片102上的自我诊断电路(未图示)定期进行，但也并非必须定期进行。
另外，对于红外线传感器芯片100而言，第一薄膜结构部3a通过设置多个线状的狭缝13，从而分离为从沿着空洞部11的内周向并列设置且分别在热型红外线检测部3包围空洞部11的部位即支承部3d向内方延长的多个第二薄膜结构部3aa，与对应于各第二薄膜结构部3aa地设置温差电堆30a的温接点T1且对应于各温差电堆30a地取出输出的情况相比，以相对于温度变化的输出变化变大的连接关系将全部的温差电堆30a电连接，因此实现响应速度及灵敏度的提高，并且，由于跨全部的第二薄膜结构部3aa地形成自我诊断用配线139，因此能够一并地对热型红外线检测部3的全部的温差电堆30a进行自我诊断。另外，在红外线传感器芯片100中，通过形成将相邻的第二薄膜结构部3aa、3aa彼此连结的连结片3c，从而能够减少各第二薄膜结构部3aa的翘曲，实现结构稳定性的提高，灵敏度稳定。
另外，对于红外线传感器芯片100而言，由于将n形多晶硅层34、p形多晶硅层35、红外线吸收层39、加强层39b和自我诊断用配线139设定为相同的厚度，因此能够提高第二薄膜结构部3aa的应力平衡的均匀性，抑制第二薄膜结构部3aa的翘曲，能够减少各制品的灵敏度的不均和各像素部2的灵敏度的不均。
另外，对于红外线传感器芯片100而言，自我诊断用配线139由与第一热电要件即n形多晶硅层34或第二热电要件即p形多晶硅层35相同的材料形成，因此可以将自我诊断用配线139与第一热电要件或第二热电要件同时形成，实现基于制造过程简化而达成的低成本化。
另外，对于红外线传感器芯片100而言，由于具备红外线吸收部33及自我诊断用配线139的多个像素部2在半导体基板1的上述一表面侧设置成阵列状，因此通过在制造时或使用时的自我诊断之际对各像素部2各自的自我诊断用配线139通电，从而能够掌握各像素部2各自的感温部30的灵敏度的不均。
另外，红外线传感器芯片100由于对应于各像素部2而具有用于读出感温部30的MOS晶体管4，因此能够减少输出用的焊盘Vout(参照图14)的个数，实现小型化及低成本化。
以下，参照图15～图18说明红外线传感器芯片100的制造方法。
首先，进行在由硅基板构成的半导体基板1的上述一表面侧(前面侧)上形成由第一规定膜厚(例如，0.3μm)的第一硅氧化膜31和第二规定膜厚(例如，0.1μm)的硅氮化膜32的层叠膜构成的绝缘层的绝缘层形成工序。然后，通过进行如下工序而得到图15A所示的结构，该工序为利用光刻技术及蚀刻技术使该绝缘层中的与热型红外线检测部3的形成用区域A1对应的部分的一部分留下而蚀刻除去与MOS晶体管4的形成用区域A2对应的部分的绝缘层图案化工序。在此，第一硅氧化膜31通过以规定温度(例如，1100℃)对半导体基板1进行热氧化形成，硅氮化膜32通过LPCVD法形成。
在上述的绝缘层图案化工序之后，进行在半导体基板1的上述一表面侧形成p+形阱区域41的阱区域形成工序，接着，进行在半导体基板1的上述一表面侧的p+形阱区域41内形成p++形沟道截断区域42的沟道截断区域形成工序，由此得到图15B所示的结构。在此，在阱区域形成工序中，首先，以规定温度对半导体基板1的上述一表面侧的露出部位进行热氧化，由此选择性地形成第二硅氧化膜(热氧化膜)51。然后，利用光刻技术及蚀刻技术使硅氧化膜51图案化，所述光刻技术及蚀刻技术利用了用于形成p+形阱区域41的掩模。接着，在进行p形杂质(例如，硼等)的离子注入之后进行压入(drive in)，由此形成p+形阱区域41。另外，在沟道截断区域形成工序中，通过以规定温度对半导体基板1的上述一表面侧进行热氧化，从而选择性地形成第三硅氧化膜(热氧化膜)52。
然后，利用光刻技术及蚀刻技术使第三硅氧化膜52图案化，所述光刻技术及蚀刻技术利用了用于形成p++形沟道截断区域42的掩模。接着，在进行p形杂质(例如，硼等)的离子注入之后进行压入，由此形成p++形沟道截断区域42。需要说明的是，由第一硅氧化膜31、第二硅氧化膜51和第三硅氧化膜52构成半导体基板1的上述一表面侧的硅氧化膜1b。
在上述的沟道截断区域形成工序之后，进行形成n+形漏区域43及n+形源区域44的源区·漏区形成工序。在该源区·漏区形成工序中，在向p+形阱区域41中的n+形漏区域43及n+形源区域44各自的形成预定区域进行n形杂质(例如，磷等)的离子注入之后进行压入，由此形成n+形漏区域43及n+形源区域44。
在源区·漏区形成工序之后，进行在半导体基板1的上述一表面侧通过热氧化而形成由规定膜厚(例如，
Figure BDA00002506192300171
)的硅氧化膜(热氧化膜)构成的栅绝缘膜45的栅绝缘膜形成工序。接着，进行在半导体基板1的上述一表面侧的整个面上通过LPCVD法形成成为栅电极46、水平信号线6(参照图3)、n形多晶硅层34、p形多晶硅层35、红外线吸收层39及故障诊断用配线139的基础的规定膜厚(例如，0.69μm)的无掺杂多晶硅层的多晶硅层形成工序。然后，进行多晶硅层图案化工序，利用光刻技术及蚀刻技术以使上述无掺杂多晶硅层中的与栅电极46、水平信号线6、n形多晶硅层34、p形多晶硅层35、红外线吸收层39及故障诊断用配线139各自对应的部分留下的方式进行图案化。接着，进行p形多晶硅层形成工序，通过在向上述无掺杂多晶硅层中的与p形多晶硅层35对应的部分进行p形杂质(例如，硼等)的离子注入之后进行压入，从而形成p形多晶硅层35。然后，通过进行n形多晶硅层形成工序而得到图16A所示的结构，在所述n形多晶硅层形成工序中，在对上述无掺杂多晶硅层中的n形多晶硅层34、红外线吸收层39、故障诊断用配线139、栅电极46及水平信号线6对应的部分进行n形杂质(例如，磷等)的离子注入之后进行压入而形成n形多晶硅层34、红外线吸收层39、故障诊断用配线139、栅电极46及水平信号线6。需要说明的是，p形多晶硅层形成工序和n形多晶硅层形成工序的顺序也可以相反。
在上述的p形多晶硅层形成工序及n形多晶硅层形成工序结束后，进行在半导体基板1的上述一表面侧上形成层间绝缘膜50的层间绝缘膜形成工序。接着，通过进行利用光刻技术及蚀刻技术在层间绝缘膜50上形成各接触孔50a1、50a2、50a3、50a4、50d、50e、50f(参照图9、图10、图12)的接触孔形成工序，从而得到图16B所示的结构。在层间绝缘膜形成工序中，在半导体基板1的上述一表面侧通过CVD法堆积规定膜厚(例如，0.8μm)的BPSG膜之后，通过以规定温度(例如，800℃)进行回流而形成平坦化的层间绝缘膜50。
在上述的接触孔形成工序之后，进行在半导体基板1的上述一表面侧的整个面上通过溅射法形成成为连接部36、37、漏电极47、源电极48、基准偏压线5、垂直读出线7、接地线8、共同接地线9及各焊盘Vout、Vsel、Vref、Vdd、Gnd等(参照图14)的基础的规定膜厚(例如，2μm)的金属膜(例如，Al-Si膜)的金属膜形成工序。接着，通过进行金属膜图案化工序而得到图17A所示的结构，在所述金属膜图案化工序中，通过利用光刻技术及蚀刻技术使金属膜图案化，从而形成连接部36、37、漏电极47、源电极48、基准偏压线5、垂直读出线7、接地线8、共同接地线9及各焊盘Vout、Vsel、Vref、Vdd、Gnd等。需要说明的是，金属膜图案化工序中的蚀刻通过RIE进行。另外，通过进行该金属膜图案化工序，从而形成温接点T1及冷接点T2。
在上述的金属膜图案化工序之后，通过进行在半导体基板1的上述一表面侧(即，层间绝缘膜50的表面侧)利用CVD法形成由规定膜厚(例如，0.5μm)的PSG膜和规定膜厚(例如，0.5μm)的NSG膜的层叠膜构成的钝化膜60的钝化膜形成工序，从而得到图17B所示的结构。
在上述的钝化膜形成工序之后，通过进行层叠结构部图案化工序而得到图18A所示的结构，在所述层叠结构部图案化工序中，通过使具备硅氧化膜31、硅氮化膜32、层间绝缘膜50、钝化膜60等且埋设有感温部30等的层叠结构部图案化，从而形成第二薄膜结构部3aa及连结片3c。需要说明的是，在层叠结构部图案化工序中形成了各狭缝13、14。
在上述的层叠结构部图案化工序之后，进行利用光刻技术及蚀刻技术形成使各焊盘Vout、Vsel、Vref、Vdd、Gnd露出的开口部(未图示)的开口部形成工序。接下来，通过进行空洞部形成工序而得到图18B所示的结构的红外线传感器芯片100，在所述空洞部形成工序中，通过将各狭缝13、14作为蚀刻液导入孔而导入蚀刻液并对半导体基板1进行各向异性蚀刻(结晶各向异性蚀刻)，从而在半导体基板1上形成空洞部11。在此，开口部形成工序中的蚀刻通过RIE进行。另外，在空洞部形成工序中，作为蚀刻液使用加热到了规定温度(例如，85℃)的TMAH溶液，但蚀刻液不局限于TMAH溶液，也可以使用其他的碱系溶液(例如，KOH溶液等)。需要说明的是，由于在空洞部形成工序结束前的全部工序以晶片级进行，因此在空洞部形成工序结束后，进行分离成单个的红外线传感器芯片100的分离工序即可。另外，如上述的说明可知的那样，关于MOS晶体管4的制造方法采用了公知的一般的MOS晶体管的制造方法，通过反复进行基于热氧化的热氧化膜的形成、基于光刻技术及蚀刻技术的热氧化膜的图案化、杂质的离子注入、压入(杂质的扩散)的基本工序，从而形成p+形阱区域41、p++形沟道截断区域42、n+形漏区域43和n+形源区域44。
在上述的红外线传感器芯片100中，作为半导体基板1使用上述一表面为(100)面的单结晶的硅基板，使通过利用了蚀刻速度的结晶面方位依存性的各向异性蚀刻而形成的空洞部11形成为四角锤状的形状，但不局限于四角锤状的形状，也可以为四角锤台状的形状。另外，半导体基板1的上述一表面的面方位没有特别的限定，例如，作为半导体基板1也可以使用上述一表面为(110)面的单结晶的硅基板。
IC芯片102为ASIC(：Application Specific IC：专用集成电路)，使用硅基板形成。
IC芯片102例如具备：控制红外线传感器芯片100的控制电路；对与红外线传感器芯片100的多个输出用的焊盘80电连接的多个输入用的焊盘的输出电压进行增幅的增幅电路；择一地向上述增幅电路输入多个输入用的焊盘的输出电压的多路调制器；根据上述增幅电路的输出(与像素部2的温接点T1和冷接点T2的温度差对应的输出)和热敏电阻101的输出(与绝对温度对应的输出，假定为与像素部2的冷接点T2的温度对应的输出)求出温度的演算电路等，能够在外部的显示装置上显示红外线图像。另外，IC芯片102具备上述的自我诊断电路。需要说明的是，IC芯片102的电路结构没有特别的限定。另外，热敏电阻101并非必须设置。
本实施方式的红外线传感器使由封装体主体104和封装体盖105构成的封装体103的内部空间(气密空间)165为氮气(干氮气)气氛，但不局限于此，例如，也可以是真空气氛。
封装体主体104在由绝缘材料构成的基体104a上形成有由金属材料构成的配线图案(未图示)及电磁防护层(未图示)，利用该电磁防护层而具有电磁防护功能。另一方面，在封装体盖105中，透镜153具有导电性，且透镜153通过导电性材料与金属帽152接合，因此封装体盖105具有导电性。并且，封装体盖105与封装体主体104的上述电磁防护层电连接。于是，在本实施方式中，能够使封装体主体104的上述电磁防护层和封装体盖105成为相同电位。其结果是，封装体103具有防止向构成为包括红外线传感器芯片100、IC芯片102、热敏电阻101、上述配线图案、后述的接合导线(未图示)等的传感器电路(未图示)产生外来电磁干扰的电磁防护功能。
封装体主体104由在一表面侧(前面侧)上安装有红外线传感器芯片100、IC芯片102及热敏电阻101的平板状的陶瓷基板构成。总而言之，在封装体主体104中，基体104a由为绝缘材料的陶瓷形成，在配线图案中的形成在基体104a的一表面侧(前面侧)的部位上经由接合导线而适当连接有红外线传感器芯片100及IC芯片102各自的焊盘(未图示)。需要说明的是，在红外线传感器中，红外线传感器芯片100和IC芯片102经由接合导线及封装体主体104的配线图案等电连接。作为各接合导线，优选比Al导线耐腐蚀性高的Au导线。
在本实施方式中，由于作为封装体主体104的绝缘材料采用了陶瓷，因此与作为上述绝缘材料采用环氧树脂等有机材料的情况相比，能够提高封装体主体104的耐湿性及耐热性。在此，作为绝缘材料的陶瓷采用了氧化铝，但不特别局限于氧化铝，也可以采用氮化铝或碳化硅等。需要说明的是，氧化铝的热传导率为14W/m·K左右。
另外，在封装体主体104中，由上述的配线图案的一部分构成的外部连接电极(未图示)跨基体104a的另一表面(后面)和侧面形成。于是，在本实施方式的红外线传感器中，在进行向电路基板等的2次安装后，能够容易地进行与电路基板等接合的接合部的外观检查。
另外，红外线传感器芯片100及IC芯片102使用芯片焊接剂相对于封装体主体104进行安装。作为芯片焊接剂，使用环氧系树脂、硅酮系树脂等绝缘性粘接剂或者焊料(无铅焊料、Au-Sn焊料等)或银膏剂等导电性粘接剂即可。另外，也可以不使用芯片焊接剂，例如通过常温接合法、利用Au-Sn共晶或Au-Si共晶的共晶接合法等来接合。需要说明的是，环氧系树脂的热传导率为0.2W/m·K左右。另外，红外线传感器芯片100及IC芯片102的外周形状为矩形状(正方形状或长方形状)。
封装体盖105包括金属帽152和透镜153，金属帽152形成为封装体主体104侧的一面开放的箱状且在与红外线传感器芯片100对应的部位形成有开口窗152a，透镜153以闭塞金属帽152的开口窗152a的方式与金属帽152接合，封装体盖105以金属帽152的上述一面由封装体主体104闭塞的方式与封装体主体104气密接合。在此，在封装体主体104的上述一表面(前面)的周部遍及整周地形成有沿着封装体主体104的外周形状的框状的金属图案147(参照图1)，封装体盖105和封装体主体104的金属图案147通过缝焊(电阻焊接法)金属接合，能够提高气密性及电磁防护效果。需要说明的是，封装体盖105的金属帽152由科瓦合金形成，并实施了镀Ni。另外，封装体主体104的金属图案147由科瓦合金形成，且实施了镀Ni，进而还实施了镀Au。科瓦合金的热传导率为16.7W/m·K左右。
封装体盖105和封装体主体104的金属图案147的接合方法不局限于缝焊，也可以为其他的焊接(例如，点焊)或通过导电性树脂接合。在此，如果作为导电性树脂使用各向异性导电性粘接剂，则在树脂(粘合剂)中分散的导电粒子的含有量少，通过在接合时进行加热·加压从而能够减薄封装体盖105与封装体主体104的接合部的厚度，因此能够抑制水分和气体(例如，水蒸气，氧气等)从外部向封装体103内侵入。另外，作为导电性树脂，也可以使用混入有氧化钡、氧化钙等干燥剂的物质。
需要说明的是，封装体主体104及封装体盖105的外周形状形成为矩形状，但不局限于矩形状，例如也可以是圆形状。另外，封装体盖105的金属帽152具备从封装体主体104侧的端缘遍及整周地向外方延伸设置的凸缘部152b，凸缘部152b遍及整周地与封装体主体104接合。即，通过将凸缘部152b与金属图案147接合，从而封装体盖105与封装体主体104接合。
透镜153为平凸型的非球面透镜。于是，根据本实施方式的红外线传感器，不仅实现透镜153的薄型化，而且通过红外线传感器芯片100中的红外线的受光效率的提高而实现高灵敏度化。另外，在本实施方式的红外线传感器中，可以通过透镜153设定红外线传感器芯片100的检测区域。透镜153使用与红外线传感器芯片100的半导体基板1不同的半导体基板形成。进一步说明，透镜153由以如下方式形成的半导体透镜(在此为硅透镜)构成，即，将根据期望的透镜形状设计出与半导体基板(在此为硅基板)接触的接触图案后的阳极以在半导体基板的一表面侧与半导体基板的接触为电阻接触的方式形成后，在由对半导体基板的构成元素的氧化物进行蚀刻除去的溶液构成的电解液中对半导体基板的另一表面侧进行阳极氧化而形成成为除去部位的多孔质部，然后除去该多孔质部而形成上述半导体透镜。于是，透镜153具有导电性。需要说明的是，关于应用了这种阳极氧化技术的半导体透镜的制造方法，例如在日本国专利第3897055号公报、日本国专利第3897056号公报等中公开，因此省略说明。
在本实施方式中，可以通过由上述的半导体透镜构成的透镜153设定红外线传感器芯片100的检测区域，另外，作为透镜153，可以采用与球面透镜相比为短焦点且开口径大而象差小的半导体透镜，因此能够通过短焦点化而实现封装体103的薄型化。对于本实施方式的红外线传感器而言，作为红外线传感器芯片100的检测对象的红外线假定为从人体放射出的接近10μm的波长带(8μm～13μm)的红外线，作为透镜153的材料采用了与ZnS和GaAs等相比环境负荷小、与Ge相比能够低成本化并且与ZnS相比波长分散小的Si。
另外，透镜153通过由导电性粘接剂(例如，无铅焊料、银膏剂等)构成的接合部(未图示)固接在金属帽152的开口部152a的周部。通过采用导电性粘接剂作为上述接合部的材料，透镜153经由上述接合部及金属帽152与封装体主体104的上述电磁防护层电连接，因此能够提高对电磁噪声的防护性，能够防止因外来的电磁噪声引起的S/N比的降低。
优选，在上述的透镜153上设置有由使包括红外线传感器芯片100的检测对象的红外线的波长的期望的波长域的红外线透过且反射该波长域以外的红外线的光学多层膜(多层干涉滤光膜)构成的滤光部(未图示)。通过设置这样的滤光部，能够通过滤光部截断期望的波长域以外的不需要的波长域的红外线、可见光，能够抑制因太阳光等产生的干扰，能够实现高灵敏度化。
在此，在本实施方式中，由于如上所述那样采用裸芯片作为IC芯片102，且适当选择金属帽152及透镜153及滤光部的材料以使封装体盖105具有截断可见光的功能，由此能够防止因可见光引起的IC芯片102的起电力导致的误动作。但是，如果在由裸芯片构成的IC芯片102中的至少封装体盖105侧的表面上设置遮挡来自外部的光的树脂部(未图示)，则能够防止因可见光引起的IC芯片102的电动势导致的误动作。
另外，在本实施方式中，由于封装体主体104形成为平板状，因此红外线传感器芯片100及IC芯片102向封装体主体104的安装更容易，且能够实现封装体主体104的低成本化。另外，由于封装体主体104形成为平板状，因此与将封装体主体104形成为一面开放的箱状的形状而由多层陶瓷基板构成且在封装体主体104的内底面安装红外线传感器芯片100的情况相比，能够提高配置在封装体主体104的上述一表面侧的红外线传感器芯片100与透镜153之间的距离的精度，进一步实现高灵敏度化。
罩构件106包括：位于红外线传感器芯片100的前方且形成有窗孔108的前板部107、在从前板部107的外周缘向后方延伸设置且在IC芯片102和红外线传感器芯片100之间与封装体主体104接合的侧板部109。在此，前板部107在透镜153与红外线传感器芯片100之间分别从透镜153及红外线传感器芯片100分离配置。罩构件106以窗孔108位于红外线传感器芯片100与透镜153(在封装体盖105中具有使检测对象的红外线透过的功能的部位)之间的方式配置。另外，罩构件106的前板部107从封装体103分离。侧板部109在IC芯片102与红外线传感器芯片100之间分别从IC芯片102及红外线传感器芯片100分离配置，但优选将侧板部109与IC芯片102的距离设定为比侧板部109与红外线传感器芯片100的距离短。总而言之，优选将侧板部109与IC芯片102接近配置。即，罩构件106接近红外线传感器芯片100和IC芯片102这两方配置。由此，由IC芯片102产生的热既向封装体主体104传递也向罩构件106传递。总而言之，由IC芯片102产生的热经由通过封装体主体104的路径和通过罩构件106的路径向红外线传感器芯片100传递。
作为罩构件106的材料采用了科瓦合金，但不局限于此，例如也可以采用不锈钢、铜、铝等。在本实施方式中，罩构件106由具有导电性的材料形成。若由导电性材料形成罩构件106，则能够对罩构件106赋予电磁防护性。由此，能够减轻从IC芯片102向红外线传感器芯片100的电磁噪声。
在上述的罩构件106中，前板部107的外周形状为矩形状，且以红外线传感器芯片100收纳在前板部107的外周缘的投影区域内的方式设定前板部107的外形尺寸。罩构件106的侧板部109与封装体主体104例如通过粘接剂(例如，环氧树脂等)接合即可，但从将罩构件106与封装体主体104热结合的观点考虑，优选热传导率高的材料，另外，从将罩构件106与封装体主体104的上述防护层电连接而赋予电磁防护性的观点考虑，优选具有导电性的材料，例如，优选采用银膏剂等。另外，前板部107的窗孔108开口成矩形状。在此，窗孔108的开口形状设定为与红外线传感器芯片100的外周形状相似，但并非必须相似。
在以上说明的本实施方式的红外线传感器中，通过在封装体103内设置罩构件106，该罩构件106具有供朝向红外线传感器芯片100的红外线通过的窗孔108且使与IC芯片102的发热对应的各像素部2的温接点T1及冷接点T2的温度变化量均匀化，从而从IC芯片102产生的热量向封装体主体104及罩构件106传递。即，在本实施方式的红外线传感器中，由于因IC芯片102的发热产生的热量经由通过封装体主体104的路径和经由罩构件106的路径向红外线传感器芯片100的像素部2传递，因此能够使朝向红外线传感器芯片100的各像素部2传递的热均匀化，能够抑制因IC芯片102的发热产生的红外线传感器芯片100的面内的偏移电压的不均，能够抑制S/N比的不均。例如，在图1所示的红外线传感器中，与不设置罩构件106的情况相比，能够减小红外线传感器芯片100中的最接近IC芯片102的像素部2的感温部30的偏移电压与最远离IC芯片102的像素部2的感温部30的偏移电压之间的差。
另外，红外线传感器通过在封装体103内设置罩构件106，从而能够阻止因IC芯片102的发热而从IC芯片102放射出的红外线或从封装体盖105的金属帽152放射出的红外线到达红外线传感器芯片100。在此，罩构件106包括：位于红外线传感器芯片100的前方且形成有窗孔108的前板部107、从前板部107的外周缘向后方延伸设置且在IC芯片102和红外线传感器芯片100之间与封装体主体104接合的侧板部109，由此能够防止从IC芯片102放射出的红外线直接到达红外线传感器芯片100。
另外，在本实施方式中，由于封装体主体104形成为平板状，因此罩构件106向封装体主体104的安装也变得容易。
另外，在本实施方式中，前板部107从封装体103分离。因此，前板部107与前板部107和封装体103接触的情况相比更不易受到封装体103的温度变化产生的影响。
另外，在本实施方式的红外线传感器中，由于在红外线传感器芯片100的各像素部2设置有MOS晶体管4，因此能够降低因感温部30与MOS晶体管4之间的配线引起的噪声。
另外，对于本实施方式的红外线传感器而言，在封装体主体104中，将上述的配线图案中的连接有红外线传感器芯片100及IC芯片102各自的接地用的焊盘(未图示)的部位与上述电磁防护层电连接，由此能够降低外来的电磁干扰对由红外线传感器芯片100及IC芯片102等构成的传感器电路的影响，能够抑制因外来的电磁噪声引起的S/N比的降低。需要说明的是，在将红外线传感器向电路基板等2次安装时，通过使电磁防护层与电路基板等的接地图案电连接，从而能够降低外来的电磁干扰对上述的传感器电路的影响，能够减少因外来的电磁干扰引起的S/N比的降低。
(实施方式2)
本实施方式的红外线传感器的基本结构与实施方式1大致相同，如图19所示，罩构件106的形状等不同。需要说明的是，对与实施方式1相同的构成要件标注相同的符号而适当省略说明。
根据本实施方式的红外线传感器，在封装体主体104中，使安装IC芯片102的第二区域142比安装红外线传感器芯片100的第一区域141的表面后退。由此，在第一区域141的表面与第二区域142之间形成台阶。在此，封装体主体104以使台阶的尺寸比IC芯片102的厚度尺寸小的方式设定使第二区域142的表面后退的尺寸。
罩构件106具备：位于红外线传感器芯片100的前方且形成有窗孔108的前板部107、从前板部107的外周缘向后方延伸设置且与封装体主体104接合的两个侧板部109。
在此，前板部107与红外线传感器芯片100之间的距离设定为比实施方式1的红外线传感器长。另外，两个侧板部109位于沿着红外线传感器芯片100和IC芯片102的并列设置方向的红外线传感器芯片100的两侧面各自的侧方。
另外，前板部107形成为使红外线传感器芯片100及IC芯片102收纳在该前板部107的外周线的投影区域内的大小。另外，前板部107从沿着红外线传感器芯片100与IC芯片102的并列设置方向的长度方向的两侧缘向后方延伸设置有突出片107b。该突出片107b从前板部107突出的突出尺寸设定为如下方式，即，从前板部107突出的突出尺寸比侧板部109小，且包括该突出片107b的前端面的平面比红外线传感器芯片100的表面位于前方。
在本实施方式的红外线传感器中，能够抑制因IC芯片102的发热引起的红外线传感器芯片100的面内的S/N比的不均，并且与实施方式1相比能够更加稳定地接合罩构件106，能够防止前板部107相对于红外线传感器芯片100的表面倾斜。另外，在本实施方式的红外线传感器中，由于侧板部109不位于红外线传感器芯片100与IC芯片102之间，因此红外线传感器芯片100与IC芯片102能够仅通过接合导线直接连接。
(实施方式3)
本实施方式的红外线传感器的基本结构与实施方式2大致相同，如图20所示，罩构件106的形状等不同。需要说明的是，对与实施方式2相同的构成要件标注相同的符号而适当省略说明。
本实施方式的红外线传感器未设置实施方式2中说明的突出片107b(参照图19)，如图20所示，前板部107与红外线传感器芯片100之间的距离设定得比实施方式2的红外线传感器短这一点不同。
于是，在本实施方式的红外线传感器中，能够抑制因IC芯片102的发热引起的红外线传感器芯片100的面内的S/N比的不均，并且能够实现前板部107与红外线传感器芯片100之间的距离的缩短化。
(实施方式4)
本实施方式的红外线传感器的基本结构与实施方式2大致相同，如图21所示，罩构件106的形状等不同。需要说明的是，对与实施方式2相同的构成要件标注相同的符号而适当省略说明。
本实施方式中的罩构件106在前板部107的窗孔108为矩形状这一点上与实施方式2相同，但在俯视下窗孔108的IC芯片102侧的内周线(4边中的1边；图21B的左侧的1边)比红外线传感器芯片100的IC芯片102侧的外周线(4边中的1边)靠IC芯片102侧这一点与实施方式2不同。
于是，在本实施方式的红外线传感器中，与实施方式2相比能够减少通过罩构件106向红外线传感器芯片100传递的热量。
此外，在上述各实施方式中，半导体基板1的空洞部11也可以贯通半导体基板1的厚度方向的方式形成，在这种情况下，在形成空洞部11的空洞部形成工序中，从半导体基板1的上述一表面相反的另一表面侧，利用例如使用了感应结合等离子(ICP)型的干式蚀刻装置的各向异性蚀刻技术而形成半导体基板1中的空洞部11的形成预定区域即可。另外，红外线传感器芯片100只要是具备由温差电堆30a构成的感温部30的多个像素部2在半导体基板1的一表面侧配置成阵列状的构造即可，结构没有特别的限定，构成感温部30的温差电堆30a的个数也不局限于多个，也可以是1个。另外，半导体基板1也不局限于硅基板，例如也可以是锗基板或碳化硅基板等。另外，在封装体盖104中，也可以代替透镜153而配置平板状的硅基板从而具有使红外线透过的功能。另外，封装体盖104中的透镜153的配置也没有特别的限定，也可以将透镜153配置在封装体盖104的外侧。
针对几个优选的实施方式对本发明进行了说明，但在不脱离本发明原本的精神及范围、即权利要求书的范围的情况下，本领域技术人员可以进行各种修改及变形。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种红外线传感器，其特征在于，具备：红外线传感器芯片，其在半导体基板的一表面侧呈阵列状地配置有多个像素部，所述多个像素部具备由温差电堆构成的感温部；IC芯片，其对所述红外线传感器芯片的输出信号进行信号处理；封装体，其收纳所述红外线传感器芯片及所述IC芯片，
所述封装体具备：封装体主体，其以所述红外线传感器芯片及所述IC芯片横向排列的方式安装有所述红外线传感器芯片及所述IC芯片；封装体盖，其具有使所述红外线传感器芯片的检测对象的红外线透过的功能，且以在与所述封装体主体之间包围所述红外线传感器芯片及所述IC芯片的方式与所述封装体主体气密接合，
在所述封装体内设置有罩构件，该罩构件具有供朝向所述红外线传感器芯片的红外线通过的窗孔，且使与所述IC芯片的发热对应的所述各像素部的温接点及冷接点的温度变化量均匀化。
2.(修改后)根据权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于，
所述封装体主体设置成安装所述IC芯片的第二区域的表面比安装所述红外线传感器芯片的第一区域的表面后退，
所述罩构件具备：前板部，该前板部位于所述红外线传感器芯片的前方且形成有所述窗孔；两个侧板部，该两个侧板部从所述前板部的外周缘向后方延伸设置，且位于沿着所述红外线传感器芯片与所述IC芯片的并列设置方向的所述红外线传感器芯片的两侧面各自的侧方，并且与所述封装体主体接合，
所述前板部形成为使所述红外线传感器芯片及所述IC芯片收纳在所述前板部的外周线的投影区域内的大小。
3.(修改后)根据权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件包括：前板部，其位于所述红外线传感器芯片的前方且形成有所述窗孔；侧板部，其从所述前板部的外周缘向后方延伸设置并在所述IC芯片与所述红外线传感器芯片之间与所述封装体主体接合。
4.(修改后)根据权利要求2所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件形成为如下方式，即，所述前板部的所述窗孔为矩形状，且在俯视下所述窗孔的所述IC芯片侧的内周线比所述红外线传感器芯片的所述IC芯片侧的外周线靠所述IC芯片侧。
5.根据权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件具备：前板部，其位于所述红外线传感器芯片的前方且形成有所述窗孔；侧板部，其从所述前板部向后方延伸相接并与所述封装体主体接合。
6.根据权利要求5所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件接近所述红外线传感器芯片与所述IC芯片双方配置。
7.根据权利要求5所述的红外线传感器，其特征在于，
所述前板部形成为在该前板部的外周线的投影区域内至少收纳所述红外线传感器芯片的大小。
8.根据权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件由导电性材料形成。
9.根据权利要求8所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件通过导电性材料与所述封装体主体接合。
10.根据权利要求9所述的红外线传感器，其特征在于，
所述封装体主体具备由绝缘材料构成的基体和由金属材料构成的电磁防护层。

Claims (10)

1.一种红外线传感器，其特征在于，具备：红外线传感器芯片，其在半导体基板的一表面侧呈阵列状地配置有多个像素部，所述多个像素部具备由温差电堆构成的感温部；IC芯片，其对所述红外线传感器芯片的输出信号进行信号处理；封装体，其收纳所述红外线传感器芯片及所述IC芯片，
所述封装体具备：封装体主体，其以所述红外线传感器芯片及所述IC芯片横向排列的方式安装有所述红外线传感器芯片及所述IC芯片；封装体盖，其具有使所述红外线传感器芯片的检测对象的红外线透过的功能，且以在与所述封装体主体之间包围所述红外线传感器芯片及所述IC芯片的方式与所述封装体主体气密接合，
在所述封装体内设置有罩构件，该罩构件具有供朝向所述红外线传感器芯片的红外线通过的窗孔，且使与所述IC芯片的发热对应的所述各像素部的温接点及冷接点的温度变化量均匀化。
2.根据权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件包括：前板部，其位于所述红外线传感器芯片的前方且形成有所述窗孔；侧板部，其从所述前板部的外周缘向后方延伸设置并在所述IC芯片与所述红外线传感器芯片之间与所述封装体主体接合。
3.根据权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于，
所述封装体主体设置成安装所述IC芯片的第二区域的表面比安装所述红外线传感器芯片的第一区域的表面后退，
所述罩构件具备：前板部，该前板部位于所述红外线传感器芯片的前方且形成有所述窗孔；两个侧板部，该两个侧板部从所述前板部的外周缘向后方延伸设置，且位于沿着所述红外线传感器芯片与所述IC芯片的并列设置方向的所述红外线传感器芯片的两侧面各自的侧方，并且与所述封装体主体接合，
所述前板部形成为使所述红外线传感器芯片及所述IC芯片收纳在所述前板部的外周线的投影区域内的大小。
4.根据权利要求3所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件形成为如下方式，即，所述前板部的所述窗孔为矩形状，且在俯视下所述窗孔的所述IC芯片侧的内周线比所述红外线传感器芯片的所述IC芯片侧的外周线靠所述IC芯片侧。
5.根据权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件具备：前板部，其位于所述红外线传感器芯片的前方且形成有所述窗孔；侧板部，其从所述前板部向后方延伸相接并与所述封装体主体接合。
6.根据权利要求5所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件接近所述红外线传感器芯片与所述IC芯片双方配置。
7.根据权利要求5所述的红外线传感器，其特征在于，
所述前板部形成为在该前板部的外周线的投影区域内至少收纳所述红外线传感器芯片的大小。
8.根据权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件由导电性材料形成。
9.根据权利要求8所述的红外线传感器，其特征在于，
所述罩构件通过导电性材料与所述封装体主体接合。
10.根据权利要求9所述的红外线传感器，其特征在于，
所述封装体主体具备由绝缘材料构成的基体和由金属材料构成的电磁防护层。
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