CN115917761A - 红外线传感器和红外线传感器的制造方法 - Google Patents

红外线传感器和红外线传感器的制造方法 Download PDF

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Abstract

红外线传感器(100)具备第1半导体基板(1)、第2半导体基板(2)、密封框(3)和第1连接部(4)。第1半导体基板(1)包含第1主面(1a)和红外线检测元件(11)。第2半导体基板(2)包含第2主面(2a)和信号处理电路(21)。密封框(3)与第1主面(1a)、红外线检测元件(11)和第2主面(2a)包围内部空间(IS)。第1连接部(4)将红外线检测元件(11)和信号处理电路(21)电连接。内部空间(IS)通过第1主面(1a)、红外线检测元件(11)、第2主面(2a)和密封框(3)被密封为密闭状态。密封框(3)和第1连接部(4)各自被夹入到第1主面(1a)和第2主面(2a)之间。

Description

红外线传感器和红外线传感器的制造方法
技术领域
本公开涉及红外线传感器和红外线传感器的制造方法。
背景技术
红外线传感器大致区分为量子型(冷却型)和热型(非冷却型)。热型红外线传感器将由红外线吸收体吸收的红外线变换成热。热型红外线传感器将由所变换的热产生的温度变化变换成电信号。红外线引起的温度变化在热型红外线传感器的红外线探测部中产生。通过红外线探测部与热型红外线传感器的基板被热隔离的绝热结构，由于红外线探测部吸收所入射的红外线而产生的红外线探测部的温度变化变大。进一步地，红外线探测部可以保持在绝热结构的成为真空的内部空间内。由此，抑制由于内部空间内的气体引起的热传导和气体的对流而绝热结构的热阻降低，因此绝热性进一步变高。
另外，已知以使红外线传感器基板和信号处理电路基板面对的方式配置的红外线传感器。绝热结构设置在红外线传感器基板和信号处理电路基板之间。绝热结构的内部空间构成为通过密封为密闭状态而绝热。红外线传感器基板具备由包含红外线检测元件的多个像素构成的像素阵列。信号处理电路基板具备处理来自各红外线检测元件的输出信号的信号处理电路。信号处理电路例如是模/数变换电路等。
作为具备上述结构的红外线传感器，例如有国际公开第2006/095834号(专利文献1)所记载的光器件(红外线传感器)。在上述公报所记载的光器件中，光电变换部(红外线检测元件)面向密封为密闭状态的空隙(内部空间)。空隙由形成有光电变换部的基板(第1半导体基板)的第1主面、光电变换部、信号电路处理部(第2半导体基板)的第2主面、密封构件、连接布线(第1连接部)密封为密闭状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2006/095834号
发明内容
发明要解决的课题
在上述公报所记载的光器件中，在通过连接布线将基板和信号处理电路部电连接之后，基板、信号处理电路部和连接布线由密封构件密封为密闭状态。空隙是通过去掉密封构件形成的。因此，在上述公报所记载的光器件中，空隙的密封与基板和信号处理电路部的电连接是单独进行的。因此，红外线传感器的制造成本增加。
本公开是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供能够抑制制造成本的增加的红外线传感器以及红外线传感器的制造方法。
用于解决课题的手段
本公开的红外线传感器具备第1半导体基板、第2半导体基板、密封框和第1连接部。第1半导体基板包含第1主面和红外线检测元件。红外线检测元件配置在第1主面。第2半导体基板包含第2主面和信号处理电路。第2主面面对第1主面。信号处理电路构成为处理红外线检测元件的信号。密封框与第1半导体基板和第2半导体基板连接。密封框与第1主面、红外线检测元件和第2主面包围内部空间。第1连接部将红外线检测元件和信号处理电路电连接。内部空间由第1主面、红外线检测元件、第2主面和密封框密封为密闭状态。密封框和第1连接部各自被夹入到第1主面和第2主面之间。
发明效果
根据本公开的红外线传感器，能够抑制红外线传感器的制造成本的增加。
附图说明
图1是概要地示出实施方式1的红外线传感器的结构的截面图。
图2是概要地示出实施方式1的红外线传感器的结构的俯视图。
图3是概要地示出实施方式1的红外线传感器的结构的立体图。
图4是概要地示出实施方式1的变形例的红外线传感器的结构的截面图。
图5是概要地示出实施方式1的变形例的红外线传感器的结构的俯视图。
图6是概要地示出实施方式1的变形例的红外线传感器的结构的立体图。
图7是概要地示出实施方式1的红外线传感器的其他制造方法的立体图。
图8是概要地示出实施方式1的红外线传感器的结构的电路图。
图9是概要地示出实施方式1的第1半导体基板的结构的电路图。
图10是概要地示出实施方式1的第1半导体基板的电压调整电路的结构的电路图。
图11是概要地示出实施方式2的红外线传感器的结构的截面图。
图12是概要地示出实施方式3的红外线传感器的结构的截面图。
图13是概要地示出实施方式4的红外线传感器的结构的截面图。
图14是概要地示出实施方式5的红外线传感器的结构的截面图。
图15是概要地示出实施方式6的红外线传感器的结构的截面图。
图16是概要地示出实施方式6的红外线传感器的结构的截面图。
(附图符记说明)
1：第1半导体基板；1a：第1主面；2：第2半导体基板；2a：第2主面；3：密封框；4：第1连接部；5：第2连接部；6：防反射膜；11：红外线检测元件；13：第1基板部；21：信号处理电路；22：第2基板部；100：红外线传感器；G：凹部；IR：红外线；IS：内部空间；IT1：第1红外线透射部；IT2：第2红外线透射部；P：第2主面部。
具体实施方式
以下，基于附图说明实施方式。另外，以下，对相同或相当的部分赋予相同的标号，不反复进行重复的说明。
实施方式1.
使用图1和图2，说明实施方式1的红外线传感器100的结构。图1是沿图2的I-I线的截面图。
红外线传感器100是用于检测入射到红外线传感器100的红外线IR的红外线传感器。本实施方式的红外线传感器100是热型红外线传感器。
如图1所示，红外线传感器100包含第1半导体基板1、第2半导体基板2、密封框3和第1连接部4。第1半导体基板1和第2半导体基板2空出间隔地重叠。密封框3和第1连接部4各自被夹入到第1半导体基板1和第2半导体基板2之间。
在本实施方式中，Z轴方向是沿第1半导体基板1和第2半导体基板2重叠的方向的方向。Z轴正方向是沿Z轴方向且从第1半导体基板1朝向第2半导体基板2的方向。Z轴负方向是沿Z轴方向且从第2半导体基板2朝向第1半导体基板1的方向。X轴方向是与Z轴方向正交且沿第1半导体基板1延伸的方向的方向。Y轴方向是与X轴方向和Z轴方向分别正交的方向。第1半导体基板1的面内方向是沿X轴方向和Y轴方向的方向。
在本实施方式中，红外线IR沿Z轴负方向入射到红外线传感器100。红外线传感器100构成为检测沿Z轴负方向入射到红外线传感器100的红外线IR。另外，在本实施方式中，红外线IR沿某个方向入射到红外线传感器100的意思是具有沿该方向的主成分的红外线IR入射到红外线传感器100。因此，红外线IR也可以具有沿与该方向不同的方向的成分。
第1半导体基板1包含第1主面1a、第1背面1b、红外线检测元件11和控制电路12。第1半导体基板1也可以包含多个红外线检测元件11。在本实施方式中，第1半导体基板1包含多个红外线检测元件11。
第1主面1a沿第1半导体基板1的面内方向(X轴方向和Y轴方向)比密封框3向外侧伸出。第1主面1a具有平坦的面。第1背面1b与第1主面1a相向。因此，第1背面1b相对于第1主面1a在与第2半导体基板2相反侧沿第1主面1a的面内方向(X轴方向和Y轴方向)延伸。
红外线检测元件11配置在第1主面1a。红外线检测元件11构成为在红外线IR入射到红外线检测元件11时发生检测信号。由此，第1半导体基板1构成为红外线传感器基板。红外线检测元件11例如是二极管、电阻辐射热计、薄膜铁电体、热电元件等利用了MEMS(MicroElectro Mechanical Systems，微电子机械系统)技术的元件。
在本实施方式中，红外线IR沿Z轴负方向通过第2半导体基板2入射到红外线检测元件11。因此，红外线检测元件11配置为面对第2半导体基板2。红外线传感器100构成为检测通过第2半导体基板2入射到红外线检测元件11的红外线IR。另外，如后述那样，红外线传感器100也可以构成为检测通过第1半导体基板1的第1背面1b入射到红外线检测元件11的红外线IR。
在本实施方式中，将2个红外线检测元件11作为1个单位来构成像素PX。多个像素PX构成像素阵列PXA。控制电路12构成为控制多个红外线检测元件11。控制电路12构成为控制多个像素PX。另外，关于像素PX和控制电路12的详细结构和动作稍后描述。
第1半导体基板1可以进一步包含未图示的支撑脚。支撑脚配置在第1主面1a之上。红外线检测元件11可以通过支撑脚被中空保持在第1主面1a的上方。也就是说，红外线检测元件11可以通过支撑脚从第1主面1a离开地配置。
第2半导体基板2沿第1主面1a的面内方向(X轴方向和Y轴方向)延伸。第2半导体基板2从第1半导体基板1离开地配置。第2半导体基板2与第1半导体基板1面对。第2半导体基板2与第1半导体基板1平行地面对。第1半导体基板1和第2半导体基板2的沿Z轴方向的距离与沿Z轴方向的密封框3和第1连接部4的尺寸是相同的。
第2半导体基板2包含第2主面2a、第2背面2b和信号处理电路21。第2主面2a与第1主面1a面对。第2主面2a从第1主面1a离开并与第1主面1a面对。第2主面2a沿第1主面1a的面内方向(X轴方向和Y轴方向)比密封框3向外侧伸出。第2背面2b与第2主面2a相向。因此，第2背面2b相对于第2主面2a在与第1半导体基板1相反侧沿第2主面2a的面内方向(X轴方向和Y轴方向)延伸。
信号处理电路21构成为处理红外线检测元件11的信号。具体地，信号处理电路21构成为处理从红外线检测元件11发送的检测信号。在本实施方式中，信号处理电路21构成为处理从多个红外线检测元件11的各自发送的检测信号。由此，第2半导体基板2构成为信号处理电路基板。
信号处理电路21包含例如读出电路、放大器、采样保持器、模/数变换器和数字信号处理电路等。读出电路构成为读出从多个红外线检测元件11各自发送的输出信号。放大器构成为对从多个红外线检测元件11各自发送的信号进行放大。另外，关于信号处理电路21的详细结构和动作稍后描述。
在本实施方式中，第2半导体基板2包含第2基板部22和第2红外线透射部IT2。第2基板部22和第2红外线透射部IT2构成为使红外线IR透射。第2红外线透射部IT2构成为比第2基板部22更使红外线IR透射。第2红外线透射部IT2与红外线检测元件11面对。
第2红外线透射部IT2添加有例如磷(P)或硼(B)等杂质。由此，第2红外线透射部IT2具有例如1Ω·cm以上的电阻率。通过第2红外线透射部IT2的红外线IR的吸收与第2红外线透射部IT2的电阻率具有相关关系。因此，第2红外线透射部IT2的电阻率越大，第2红外线透射部IT2越不吸收红外线IR。因此，在第2红外线透射部IT2的电阻率为例如1Ω·cm以上的情况下，抑制红外线IR波长被第2半导体基板2吸收。
如图1和图2所示，密封框3与第1半导体基板1和第2半导体基板2连接。密封框3与第1主面1a、红外线检测元件11和第2主面2a包围内部空间IS。内部空间IS被第1主面1a、红外线检测元件11、第2主面2a和密封框3密封为密闭状态。如图1所示，内部空间IS沿Z轴方向被夹入到第1主面1a以及红外线检测元件11和第2主面2a之间。红外线检测元件11和第2红外线透射部IT2各自面向内部空间IS。第1连接部4、控制电路12和信号处理电路21配置在内部空间IS的外侧的区域。如图2所示，内部空间IS被密封框3绕Z轴包围。
气体无法在内部空间IS和内部空间IS的外侧的区域往返。因此，内部空间IS被绝热。在本实施方式中，内部空间IS以真空状态密封。在本实施方式中，内部空间IS也可以不以完全的真空状态密封。
如图1所示，密封框3沿第1半导体基板1和第2半导体基板2重叠的方向(Z轴方向)，被夹入到第1半导体基板1和第2半导体基板2之间。密封框3的Z轴方向的第1端与第1主面1a接触。密封框3的Z轴方向的第2端与第2主面2a接触。密封框3沿Z轴方向支撑第1半导体基板1和第2半导体基板2。因此，密封框3将第1半导体基板1和第2半导体基板2机械地连接。另外，密封框3不将第1半导体基板1和第2半导体基板2电连接。
密封框3的材料具有导电性。密封框3的材料例如是金属。密封框3的形状为环状。密封框3例如具有中空的棱柱形状。关于密封框3的形状和尺寸，只要包围红外线检测元件11，也可以适当地决定。密封框3例如可以进一步包围控制电路12。
第1连接部4将第1半导体基板1和第2半导体基板2电连接。具体地，第1连接部4将红外线检测元件11和信号处理电路21电连接。第1连接部4的材料具有导电性。第1连接部4例如构成为凸块。
第1连接部4沿第1半导体基板1和第2半导体基板2重叠的方向(Z轴方向)被夹入到第1半导体基板1和第2半导体基板2之间。第1连接部4的Z轴方向的第1端与第1主面1a接触。第1连接部4的Z轴方向的第2端与第2主面2a接触。因此，第1连接部4沿Z轴方向支撑第1半导体基板1和第2半导体基板2。第1连接部4将第1半导体基板1和第2半导体基板2机械地连接。
密封框3和第1连接部4各自被夹入到第1主面1a和第2主面2a之间。密封框3和第1连接部4各自沿第1半导体基板1和第2半导体基板2重叠的方向(Z轴方向)具有彼此相同的尺寸。
在本实施方式中，第1连接部4的材料与密封框3的材料是相同的。因此，第1连接部4的熔点与密封框3的熔点是相同的。
红外线传感器100还包含第2连接部5。第2连接部5被夹入到第1主面1a和第2主面2a之间。第2连接部5的Z轴方向的第1端与第1主面1a接触。第2连接部5的Z轴方向的第2端与第2主面2a接触。因此，第2连接部5沿Z轴方向支撑第1半导体基板1和第2半导体基板2。第2连接部5将第1半导体基板1和第2半导体基板2机械地连接。另外，第2连接部5不将第1半导体基板1和第2半导体基板2电连接。第2连接部5构成为虚设凸块。
在本实施方式中，第2连接部5具有比第1连接部4和密封框3高的熔点。例如，在第1连接部4和密封框3的材料为铟(In)或铟合金的情况下，第2连接部5的材料为镍(Ni)或铜(Cu)。
红外线传感器100还包含防反射膜6。在本实施方式中，防反射膜6配置在相对于第2主面2a与第1半导体基板1相反侧。防反射膜6覆盖第2背面2b。防反射膜6沿Z轴方向与红外线检测元件11重叠。因此，红外线IR通过防反射膜6入射到红外线检测元件11。
防反射膜6构成为防止红外线IR的反射。另外，在本实施方式中，防反射膜6也可以不是完全地防止红外线IR的反射。防反射膜6构成为抑制入射到防反射膜6的红外线IR的反射即可。
防反射膜6例如是类金刚石碳(DLC：Diamond Like Carbon)或硫化锌(ZnS：ZincSulfide)等防反射涂层(AR涂层，AR：Anti Reflection)。
如图2所示，第1连接部4包含多个第1连接部分41。多个第1连接部分41各自将第1半导体基板1和第2半导体基板2电连接。多个第1连接部分41各自例如具有圆柱形状。多个第1连接部分41各自可以具有彼此相同的外径。
第2连接部5包含多个第2连接部分51。多个第2连接部分51的各第2连接部分51不将第1半导体基板1和第2半导体基板2电连接。多个第2连接部分51各自例如具有圆柱形状。多个第2连接部分51各自可以具有彼此相同的外径。
第2红外线透射部IT2沿第1半导体基板1和第2半导体基板2重叠的方向(Z轴方向)与红外线检测元件11重叠。控制电路12和信号处理电路21没有沿第1半导体基板1和第2半导体基板2重叠的方向(Z轴方向)与红外线检测元件11重叠。信号处理电路21沿Y轴方向介于第1连接部4和第2连接部5之间。
如图2和图3所示，第1半导体基板1的面内方向(X轴方向和Y轴方向)的尺寸可以比第2半导体基板2的面内方向(X轴方向和Y轴方向)的尺寸大。在本实施方式中，控制电路12沿Z轴方向与第2半导体基板2重叠地配置。控制电路12也可以配置为没有沿Z轴方向与第2半导体基板2重叠。另外，在图3中，为了说明的方便，适当简化地示出红外线传感器100。
接下来，使用图4～图6，说明实施方式1的变形例的红外线传感器100的结构。图4是沿图5的IV-IV线的截面图。
如图4所示，实施方式1的变形例的控制电路12与第2主面2a面对。具体地，控制电路12与信号处理电路21面对。控制电路12沿Z轴方向与信号处理电路21重叠。
如图5所示，控制电路12包含第1控制电路部12a和第2控制电路部12b。第1控制电路部12a和第2控制电路部12b通过未图示的布线电连接。第1控制电路部12a和信号处理电路21沿Y轴方向介于第1连接部4和第2连接部5之间。如图5和图4所示，第1控制电路部12a与信号处理电路21面对。
如图5和图6所示，第1半导体基板1的沿X轴方向和Y轴方向各自的尺寸可以与第2半导体基板2的沿X轴方向和Y轴方向各自的尺寸是相同的。另外，在图6中，为了说明的方便，适当简化地示出红外线传感器100。
接下来，使用图1和图7，说明实施方式1的红外线传感器100的制造方法。
红外线传感器100的制造方法包含准备的工序S101和电连接的工序S102。
如图1所示，准备第1半导体基板1、第2半导体基板2、密封框3和第1连接部4。在本实施方式中，还准备第2连接部5。
具体地，第1半导体基板1和第2半导体基板2具体地按照以下的工艺准备。首先，通过对成为第1半导体基板1的硅(Si)基板使用晶片工艺，形成像素阵列PXA(参照图1)和控制电路12。
接下来，在成为第1半导体基板1的硅基板的配置密封框3的区域和成为第2半导体基板2的硅基板的配置密封框3的区域的各区域，形成金属化图案。另外，配置密封框3的区域位于比像素阵列更外侧。
具体地，例如，通过溅射法在第1半导体基板1的第1主面1a的整面，依次将钛(Ti)或铬(Cr)和铜(Cu)进行成膜。然后，通过照相制版(光刻技术)形成抗蚀剂图案。接下来，通过电解镀敷法，在第1主面1a依次形成镍(Ni)和金(Au)。然后，去掉抗蚀剂图案。去掉基底膜。由此，在第1半导体基板1形成金属化图案。
在第2半导体基板2，与第1半导体基板1同样地形成金属化图案。第2半导体基板2也可以与第1半导体基板1独立地制造。由此，第2半导体基板2可以通过以往的一般的硅晶片工艺制造。
接下来，通过微机械加工技术，对成为第1半导体基板1的硅基板和成为第2半导体基板2的硅基板的各基板进行硅蚀刻等。由此，制造第1半导体基板1和第2半导体基板2。
接下来，通过密封框3和第1连接部4各自夹入到第1主面1a、红外线检测元件11和第2主面2a之间，由第1主面1a、红外线检测元件11、第2主面2a和密封框3包围内部空间IS，内部空间IS被密封为密闭状态。另外，第2连接部5与密封框3和第1连接部4一起被夹入到第1主面1a和第2主面2a之间。
具体地，密封框3的第1端与第1主面1a接合。第1连接部4的第1端与第1主面1a接合。密封框3的第2端与第2主面2a接合。第1连接部4的第2端与第2主面2a接合。由此，密封内部空间IS。第1半导体基板1和第2半导体基板2经由密封框3、第1连接部4和第2连接部5彼此连接。第1半导体基板1和第2半导体基板2配置成被分开密封框3、第1连接部4和第2连接部5的沿Z轴方向的尺寸。
在本实施方式中，内部空间IS是在真空气氛中通过第1主面1a、红外线检测元件11、第2主面2a和密封框3密封为密闭状态。具体地，在真空气氛中，在第1半导体基板1和第2半导体基板2的温度保持在密封框3的材料的熔点以上的温度的状态下，第1主面1a和第2主面2a与密封框3接合。
通过密封框3和第1连接部4各自夹入到第1主面1a、红外线检测元件11和第2主面2a之间，由第1连接部4将红外线检测元件11和信号处理电路21电连接。具体地，第1连接部4的第1端与红外线检测元件11或连接到红外线检测元件11的未图示的布线电连接。第1连接部4的第2端与信号处理电路21或连接到信号处理电路21的未图示的布线电连接。
如图7所示，在制造时，可以使用成为第1半导体基板1(参照图1)的第1晶片10和成为第2半导体基板2(参照图1)的第2晶片20。可以是通过以晶片形态的状态下进行处理来制造第1半导体基板1(参照图1)和第2半导体基板2(参照图1)。在图7中，密封框3、第1连接部4和第2连接部5分别仅图示各1个，但是准备多个密封框3、第1连接部4和第2连接部5。
根据以上内容，内部空间IS的密封、红外线检测元件11和信号处理电路21的电连接一起进行。
接下来，使用图1，说明实施方式1的红外线传感器100的动作原理和灵敏度。
红外线传感器100构成为将被红外线传感器100吸收的红外线IR变换为热。具体地，红外线检测元件11构成为将被红外线检测元件11吸收的红外线IR变换为热。红外线传感器100构成为将由被变换的热产生的温度变化变换为电信号。因此，红外线传感器100构成为基于红外线检测元件11的温度变化检测红外线IR。
由此，通过抑制由于内部空间IS的温度变化引起的红外线检测元件11的温度变化，红外线传感器100的灵敏度提高。
具体地，如图1所示，红外线检测元件11面向内部空间IS，因此，在内部空间IS的温度变化的情况下，红外线检测元件11的温度也变化。内部空间IS的温度例如根据在内部空间IS中充填的气体的对流和热传导而变化。
在将内部空间IS在真空状态下密封的情况下，抑制气体的对流和热传导。由此，抑制由于内部空间IS的温度变化引起的红外线检测元件11的温度变化。因此，本实施方式的红外线传感器100具有高灵敏度。
接下来，使用图8～图10，说明实施方式1的红外线传感器100的电路结构。
如图8和图9所示，第1半导体基板1包含多个列信号线1C、多个行信号线1L和多个像素PX。多个列信号线1C各自沿Y轴方向(参照图1)延伸。多个列信号线1C各自的一端分别连接有多个输出端子4a。多个输出端子4a的各输出端子4a通过多个第1连接部分41的各第1连接部分41连接到第2半导体基板2。
多个行信号线1L各自沿X轴方向(参照图1)延伸。
多个像素PX沿Y轴方向(参照图1)和X轴方向(参照图2)以二维阵列状配置。由此，形成像素阵列PXA。多个像素PX各自包含彼此连接的2个红外线检测元件11。2个红外线检测元件11的一个与多个列信号线1C之中的1个列信号线1C连接。2个红外线检测元件11的另一个与多个行信号线1L之中的1个行信号线1L连接。
控制电路12包含多个第1开关元件S1、多个第1电流源P1、第1列选择电路106、行选择电路107和电压调整电路108。多个第1开关元件S1的各第1开关元件S1与多个列信号线1C的各列信号线1C连接。
多个第1电流源P1的各第1电流源P1与多个列信号线1C的各列信号线1C连接。多个第1电流源P1各自经由第1开关元件S1与列信号线1C连接。多个第1电流源P1各自通过列信号线1C与多个像素PX连接。
第1列选择电路106构成为将多个第1电流源P1各自经由对应的列信号线1C选择性地连接到红外线检测元件11。第1列选择电路106构成为通过第1开关元件S1将多个第1电流源P1各自选择性地连接到对应的红外线检测元件11。
行选择电路107构成为通过多个行信号线1L对多个红外线检测元件11选择性地施加电压。电压调整电路108构成为经由多个行信号线1L对多个像素PX各自的2个红外线检测元件11施加可变的电压。行选择电路107和电压调整电路108构成为第1电压源。
图10是详细地图示电压调整电路108的结构的电路图。另外，在图8和图9中，电压调整电路108相对于行选择电路107在纸面右侧图示，但是在图10中，电压调整电路108相对于行选择电路107在纸面左侧图示。
如图10所示，电压调整电路108包含多个第2开关元件S2、多个第1放大器A1和多个第2放大器A2。多个第2开关元件S2的各第2开关元件S2、多个第1放大器A1的各第1放大器A1以及多个第2放大器A2的各第2放大器A2分别连接到多个行信号线1L的各行信号线1L。多个第2开关元件S2、第1放大器A1和多个第2放大器A2构成为缓冲电路。缓冲电路的输出电压根据从像素的电源输入的电压值变化。
如以上那样，第1半导体基板1至少具有能够对像素阵列PXA施加电压且使电流在像素阵列PXA中流动的单元。也就是说，如图8所示，作为对像素阵列PXA施加电压且使电流流动的单元，第1半导体基板1具有第1电流源P1、第1列选择电路106、行选择电路107和电压调整电路108。通过第1列选择电路106和行选择电路107，能够逐一地选择以二维阵列状配置的多个像素PX。通过行选择电路107和电压调整电路108，能够对多个像素PX各自的2个红外线检测元件11施加可变的电压。
如图8所示，第2半导体基板2包含多个输入端子4b、多个第3开关元件S3、多个第4开关元件S4、多个第2电流源P2、多个运算放大器OA、第2列选择电路206和第3放大器A3。
信号处理电路21的多个输入端子4b的各输入端子4b通过第1连接部分41分别连接到第1半导体基板1的多个输出端子4a的各输出端子4a。多个第3开关元件S3的各第3开关元件S3、多个第4开关元件S4的各第4开关元件S4、多个第2电流源P2的各第2电流源P2以及多个运算放大器OA的各运算放大器OA分别与多个输入端子4b的各输入端子4b连接。多个输入端子4b各自与运算放大器OA的反转输入端子连接。多个输入端子4b各自通过第3开关元件S3和第2电流源P2与运算放大器OA的非反转输入端子连接。因此，多个第2电流源P2通过多个输入端子4b、多个第1连接部分41、多个输出端子4a和多个列信号线1C与多个像素PX各自的2个红外线检测元件11连接。
对运算放大器OA的非反转输入端子，经由第1外部端子213施加偏置电压。第3开关元件S3根据经由第2外部端子212输入的控制电压，对多个输入端子4b和多个第2电源进行连接或切断。第3开关元件S3在红外线传感器100动作并拍摄时被连接(接通)。第3外部端子214与外部连接。
多个运算放大器OA构成为作为积分电路进行动作。第2列选择电路206构成为通过多个第4开关元件S4，将来自多个运算放大器OA的输出信号选择性地发送给第3放大器A3。第3放大器A3构成为对信号进行放大。第3放大器A3构成为将放大的信号最终从红外线传感器100输出。
在红外线传感器100动作并拍摄时，通过第2半导体基板2的第2列选择电路206和第1半导体基板1的行选择电路107，能够逐一地选择以二维阵列状配置的多个像素PX。在红外线传感器100动作并拍摄时，第2半导体基板2的第2电流源P2与红外线检测元件11连接。另外，在红外线传感器100动作并拍摄时，第1半导体基板1的第1电流源P1不与红外线检测元件11连接。通过行选择电路107和电压调整电路108，对红外线检测元件11施加可变的电压。
对运算放大器OA输入与红外线检测元件11连接的第2电流源P2的两端电压以及与输入端子4b连接的第2电流源P2的两端电压。其结果，第3放大器A3最终输出减去了由于水平方向的布线电阻而引起的电压降分布的信号。
第2半导体基板2构成为对从第1半导体基板1通过多个第1连接部分41输入的多个红外线检测元件11的输出信号，通过运算放大器OA的积分电路进行差动放大并输出。对多个红外线检测元件11的输出信号进行放大并且通过未图示的模/数变换器将输出信号变换为数字数据，由此能够不受后级电路的影响而最终地输出良好的输出信号。
另外，第2半导体基板2也可以在将多个红外线检测元件11的输出信号通过未图示的模/数变换器变换为数字数据之后，在未图示的数字信号处理电路中进行信号处理。数字数据具有高的噪声抗性，因此适合于运算处理。未图示的数字信号处理电路装载于第2半导体基板2。
另外，也可以根据未图示的数字信号处理电路的输出信号，对红外线传感器100的第2半导体基板2进行反馈，以便能够进行进一步最佳的控制。关于未图示的数字信号处理电路的输出信号，可以在通过未图示的数/模变换器变换为模拟的电压信号之后，通过第1连接部分41发送给第1半导体基板1。未图示的数/模变换器可以装载于第1半导体基板1。在第1半导体基板1装载的未图示的数/模变换器能够将信号按数字信号的状态原样地传送。
另外，说明了与第1半导体基板1的多个列信号线1C的各列信号线1C连接的多个输出端子4a的各输出端子4a通过第1连接部分41与第2半导体基板2的输入端子4b连接的情况的结构，但是第1半导体基板1和第2半导体基板2各自的电路结构不限定于此，可以根据用途适当地选择。例如，可以是与第1半导体基板1的多个行信号线1L的各行信号线1L连接的多个输出端子4a的各输出端子4a通过第1连接部分41与第2半导体基板2的输入端子4b连接。
接下来，说明本实施方式的作用效果。
根据本实施方式的红外线传感器100，如图1所示，密封框3和第1连接部4各自被夹入到第1主面1a和第2主面2a之间。因此，能够利用第1主面1a和第2主面2a将密封框3和第1连接部4各自夹入。因此，能够利用第1主面1a和第2主面2a将密封框3和第1连接部4各自一起夹入。因此，能够将内部空间IS的密封和第1半导体基板1与第2半导体基板2的电连接一起进行。因此，能够抑制红外线传感器100的制造成本的增加。
如图1所示，红外线传感器100还包含防反射膜6。防反射膜6构成为防止红外线IR的反射。因此，相比于未设置防反射膜6的情况，能够抑制由于入射的红外线IR的反射光而发生杂散光成分。另外，杂散光成分是由于红外线的不必要的散射而产生的成分。因此，能够抑制红外线传感器100的灵敏度由于杂散光成分而降低。
如图1所示，第2半导体基板2包含第2基板部22和第2红外线透射部IT2。第2红外线透射部IT2构成为比第2基板部22更使红外线IR透射。因此，相比于红外线IR通过第2基板部22入射到红外线检测元件11的情况，能够提高入射到红外线检测元件11的红外线IR的强度。因此，能够提高红外线传感器100的灵敏度。
如图1所示，红外线传感器100还包含第2连接部5。因此，相比于第1主面1a和第2主面2a之间仅夹入有密封框3和第1连接部4的情况，对密封框3和第1连接部4施加的载荷被分散。因此，即使对密封框3和第1连接部4施加载荷，也能够以使第1半导体基板1和第2半导体基板2平行地面对的方式配置第1半导体基板1和第2半导体基板2。
如图1所示，红外线传感器100还包含第2连接部5。因此，相比于第1主面1a和第2主面2a之间仅夹入有密封框3和第1连接部4的情况，能够将第1主面1a和第2主面2a坚固地连接。
第2连接部5具有比第1连接部4高的熔点。因此，能够提高第1半导体基板1和第2半导体基板2的接合的机械强度。
更详细地，第1半导体基板1和第2半导体基板2通过密封框3、第1连接部4和第2连接部5按照下面的过程接合。首先，在第1半导体基板1和第2半导体基板2之间配置密封框3、第1连接部4和第2连接部5。密封框3和第1连接部4通过以比密封框3和第1连接部4的熔点高且比第2连接部5的熔点低的温度加热来熔融。在第1半导体基板1和第2半导体基板2被分开了第2连接部5的尺寸的状态下，第1半导体基板1和第2半导体基板2通过密封框3和第1连接部4机械地连接且电连接。另一方面，在第1连接部4熔融时，第2连接部5不熔融。因此，能够抑制第2连接部5的强度由于第2连接部5的熔融而降低。另外，能够抑制第1半导体基板1和第2半导体基板2的平行性(间隔的均匀性)由于第2连接部5的熔融而降低。因此，能够提高第1半导体基板1和第2半导体基板2的机械强度。另外，能够抑制因第2连接部5熔融而第2连接部5的位置偏离。因此，能够将第1半导体基板1和第2半导体基板2高精度地彼此接合。
密封框3的材料具有导电性。因此，在具有导电性的第1连接部4的材料熔融的温度下，能够使密封框3熔融。因此，能够使密封框3和第1连接部4在相同的温度下熔融。因此，相比于密封框3和第1连接部4分别以不同的温度熔融的情况，能够简化制造工序。
第1连接部4的材料与密封框3的材料是相同的。因此，第1连接部4的熔点与密封框3的熔点是相同的。因此，能够使密封框3和第1连接部4在相同的温度下熔融。因此，相比于密封框3和第1连接部4分别以不同的温度熔融的情况，能够简化制造工序。
如图1所示，内部空间IS在真空状态下被密封。因此，相比于内部空间IS内的压力为大气压的情况，能够抑制在内部空间IS中产生气体引起的热传导和对流。因此，能够抑制内部空间IS的热阻降低。由此，能够抑制热通过热传导从红外线检测元件11向内部空间IS逃逸。因此，能够提高红外线传感器100的灵敏度。
如图1所示，第2连接部5不将第1半导体基板1和第2半导体基板2电连接。因此，第2连接部5不与第1半导体基板1和第2半导体基板2各自的电极材料相接。因此，能够抑制第2连接部5向第1半导体基板1和第2半导体基板2的电极材料扩散。
根据本实施方式的变型例的红外线传感器100，如图4所示，控制电路12与信号处理电路21面对。因此，相比于控制电路12不与信号处理电路21面对的情况，能够减少沿第1半导体基板1的面内方向(X轴方向和Y轴方向)的尺寸。因此，能够减少红外线传感器100沿X轴方向和Y轴方向的尺寸。
根据本实施方式的红外线传感器100的制造方法，如图1所示，通过将密封框3和第1连接部4各自夹入到第1主面1a、红外线检测元件11和第2主面2a之间，由第1主面1a、红外线检测元件11、第2主面2a和密封框3包围内部空间IS，内部空间IS被密封为密闭状态。通过将密封框3和第1连接部4各自夹入到第1主面1a、红外线检测元件11和第2主面2a之间，由第1连接部4将红外线检测元件11和信号处理电路21电连接。因此，能够同时进行内部空间IS的密封和第1半导体基板1与第2半导体基板2的电连接。由此，能够简化红外线传感器100的制造工序。因此，能够抑制红外线传感器100的制造成本的增加。
如图1所示，内部空间IS在真空气氛中通过第1主面1a、红外线检测元件11、第2主面2a和密封框3密封为密闭状态。因此，能够将内部空间IS以真空状态密封。因此，能够提高红外线传感器100的灵敏度。
如图1所示，还准备第2连接部5。第2连接部5与密封框3和第1连接部4一起被夹入到第1主面1a和第2主面2a之间。因此，相比于第1主面1a和第2主面2a仅夹入密封框3和第1连接部4的情况，对密封框3和第1连接部4施加的载荷被分散。因此，能够以使第1半导体基板1和第2半导体基板2平行地面对的方式配置第1半导体基板1和第2半导体基板2。
实施方式2.
接下来，使用图11，说明实施方式2的红外线传感器100的结构。实施方式2只要没有特别说明，就具有与上述的实施方式1的变形例相同的结构、制造方法和作用效果。因此，对与上述的实施方式1的变形例相同的结构赋予相同的标号，不反复进行说明。
如图11所示，本实施方式的第2主面2a包含第2主面部P和凹部G。第2主面部P和凹部G面向内部空间IS。第2主面部P是平坦的面。凹部G设置为在与红外线检测元件11面对的位置处从第2主面部P凹陷。具体地，凹部G设置为在朝向红外线检测元件11的位置处沿第1半导体基板1和第2半导体基板2重叠的方向(Z轴方向)从第2主面部P凹陷。凹部G沿Z轴方向与红外线检测元件11重叠。在本实施方式中，凹部G设置在第2红外线透射部IT2。
接下来，说明本实施方式的作用效果。
根据本实施方式的红外线传感器100，如图11所示，凹部G设置为在与红外线检测元件11面对的位置处从第2主面部P凹陷。因此，内部空间IS的体积比第2主面2a全部平坦的情况大。内部空间IS的体积越大，越能够抑制内部空间IS的温度变化。因此，能够提高红外线传感器100的灵敏度。
另外，内部空间IS的体积越大，来自第1半导体基板1和第2半导体基板2等的脱离气体的温度变化导致的真空度的变动越小。因此，即使在脱离气体侵入到内部空间IS的情况下，也能够抑制真空度由于脱离气体而变动。脱离气体是从构件放出的气体。
如图11所示，凹部G设置为在与红外线检测元件11面对的位置处从第2主面部P凹陷。因此，凹部G中的第2半导体基板2的厚度比未设置凹部G的区域中的第2半导体基板2的厚度薄。也就是说，第2半导体基板2在凹部G中被薄型化。因此，第2半导体基板2在凹部G中具有高透射率。由此，能够提高入射到红外线检测元件11的红外线IR的强度。因此，能够提高红外线传感器100的灵敏度。
实施方式3.
接下来，使用图12，说明实施方式3的红外线传感器100的结构。实施方式3只要没有特别说明，就具有与上述的实施方式1的变形例相同的结构、制造方法和作用效果。因此，对与上述的实施方式1的变形例相同的结构赋予相同的标号，不反复进行说明。
在本实施方式中，红外线IR沿Z轴正方向通过第1背面1b入射到红外线检测元件11。红外线检测元件11构成为检测沿Z轴方向通过第1背面1b入射到红外线检测元件11的红外线IR。
如图12所示，本实施方式的第1半导体基板1包含第1基板部13和第1红外线透射部IT1。第1基板部13和红外线透射部构成为使红外线IR透射。第1红外线透射部IT1构成为比第1基板部13更使红外线IR透射。第1红外线透射部IT1与红外线检测元件11面对。第1红外线透射部IT1配置为在Z轴方向上与红外线检测元件11重叠。
第1红外线透射部IT1例如添加有磷(P)或硼(B)等杂质。由此，第1红外线透射部IT1例如具有1Ω·cm以上的电阻率。
第1红外线透射部IT1导致的红外线IR的吸收与第1红外线透射部IT1的电阻率具有相关关系。因此，第1红外线透射部IT1的电阻率越大，第1红外线透射部IT1越不吸收红外线IR。因此，在第1红外线透射部IT1的电阻率为例如1Ω·cm以上的情况下，抑制红外线IR波长被第1半导体基板1吸收。除了配置第1红外线透射部IT1的位置以外，第1红外线透射部IT1的结构可以与第2红外线透射部IT2的结构相同。
接下来，说明本实施方式的作用效果。
根据本实施方式的红外线传感器100，如图12所示，第1半导体基板1包含第1基板部13和第1红外线透射部IT1。第1红外线透射部IT1构成为比第1基板部13更使红外线IR透射。因此，相比于红外线IR通过第1基板部13入射到红外线检测元件11的情况，能够提高入射到红外线检测元件11的红外线IR的强度。因此，能够提高红外线传感器100的灵敏度。
如图12所示，第1红外线透射部IT1配置为在Z轴方向上与红外线检测元件11重叠。因此，即使在红外线IR从第1半导体基板1的第1背面1b侧入射到第1半导体基板1的情况下，红外线IR也通过第1红外线透射部IT1入射到红外线检测元件11。因此，即使在红外线IR从第1背面1b侧入射到第1半导体基板1的情况下，也能够检测红外线检测元件11。
实施方式4.
接下来，使用图13，说明实施方式4的红外线传感器100的结构。实施方式4只要没有特别说明，就具有与上述的实施方式3相同的结构、制造方法和作用效果。因此，对与上述的实施方式3相同的结构赋予相同的标号，不反复进行说明。
如图13所示，本实施方式的第2主面2a包含第2主面部P和凹部G。第2主面部P和凹部G面向内部空间IS。第2主面部P是平坦的面。凹部G设置为在与红外线检测元件11面对的位置处从第2主面部P凹陷。具体地，凹部G设置为在朝向红外线检测元件11的位置处沿第1半导体基板1和第2半导体基板2重叠的方向(Z轴方向)从第2主面部P凹陷。凹部G沿Z轴方向与红外线检测元件11重叠。凹部G沿Z轴方向至少部分地与红外线检测元件11重叠即可。
接下来，说明本实施方式的作用效果。
根据本实施方式的红外线传感器100，如图13所示，凹部G设置为在朝向红外线检测元件11的位置处从第2主面部P凹陷。因此，能够提高红外线传感器100的灵敏度。
由此，即使在红外线IR通过第1背面1b入射到红外线检测元件11的情况下，也能够提高红外线传感器100的灵敏度。
实施方式5.
接下来，使用图14，说明实施方式5的红外线传感器100的结构。实施方式5只要没有特别说明，就具有与上述的实施方式3相同的结构、制造方法和作用效果。因此，对与上述的实施方式3相同的结构赋予相同的标号，不反复进行说明。。
如图14所示，本实施方式的红外线传感器100还包含防反射膜6。防反射膜6配置在相对于第1主面1a与第2半导体基板2相反侧。防反射膜6覆盖第1背面1b。防反射膜6构成为防止红外线IR的反射。除了配置防反射膜6的位置以外，防反射膜6可以具有与实施方式1记载的防反射膜6的结构相同的结构。
接下来，说明本实施方式的作用效果。
根据本实施方式的红外线传感器100，红外线传感器100还包含防反射膜6。防反射膜6配置在相对于第1主面1a与第2主面2a相反侧。因此，防反射膜6覆盖第1背面1b。因此，即使在红外线IR从第1半导体基板1的第1背面1b侧入射到红外线检测元件11的情况下，也能够抑制由于红外线IR的反射而发生杂散光成分。由此，能够抑制在第1半导体基板1内散射的红外线IR入射到红外线检测元件11。另外，即使在红外线IR从第1半导体基板1的第1背面1b侧入射到红外线检测元件11的情况下，也能够提高红外线传感器100的灵敏度。
实施方式6.
接下来，使用图15和图16，说明实施方式6的红外线传感器100的结构。图15是沿图16的XV-XV线的截面图。实施方式6只要没有特别说明，就具有与上述的实施方式1的变形例相同的结构、制造方法和作用效果。因此，对与上述的实施方式1的变形例相同的结构赋予相同的标号，不反复进行说明。
如图15所示，本实施方式的第2连接部5具有与第1连接部4不同的外径。在本实施方式中，第2连接部5具有比第1连接部4大的外径。如图16所示，第2连接部5的多个第2连接部分51的各第2连接部分51具有与第1连接部4的多个第1连接部4的各第1连接部4不同的外径。第2连接部分51具有比第1连接部分41大的外径。
例如，在第1连接部分41的数目少，例如为10个以上且100个以下的情况下，可以使第2连接部5的外径比第1连接部4的外径大。由此，在第1连接部4与第1半导体基板1和第2半导体基板2接合时，调整对第1连接部4和第2连接部5施加的载荷的分散。另外，在本实施方式中，第2连接部5的外径比第1连接部4的外径大，但是第2连接部5的外径也可以比第1连接部4的外径小。
第2连接部5的多个第2连接部分51的数目可以与第1连接部4的多个第1连接部分41的数目不同。在本实施方式中，多个第2连接部分51的数目比多个第1连接部分41的数目少。
例如，在第1连接部分41的数目少，例如为10个以上且100个以下的情况下，相比于第1连接部分41的数目，第2连接部分51的数目可以更多。由此，对第1连接部4施加的载荷被第2连接部5分散。另外，在本实施方式中，多个第2连接部分51的数目比多个第1连接部分41的数目少，但是多个第2连接部分51的数目也可以比多个第1连接部分41的数目多。
接下来，说明本实施方式的作用效果。
根据本实施方式的红外线传感器100，如图15所示，第2连接部5具有与第1连接部4不同的外径。因此，能够根据内部空间IS的体积、第1连接部4的外径、多个第1连接部分41(参照图16)的数目等，调整第2连接部5的外径。由此，在第1半导体基板1和第2半导体基板2接合时，能够调整对密封框3、第1连接部4和第2连接部5施加的载荷的分散。因此，能够将第1半导体基板1和第2半导体基板2高精度地接合。
如图16所示，多个第2连接部分51的数目与多个第1连接部分41的数目不同。因此，能够根据内部空间IS的体积、第1连接部4的外径、多个第1连接部分41的数目等，调整多个第2连接部分51的数目。在第1半导体基板1(参照图15)和第2半导体基板2接合时，能够调整对密封框3、第1连接部4和第2连接部5施加的载荷的分散。因此，能够将第1半导体基板1(参照图15)和第2半导体基板2高精度地接合。
应当认为，本次公开的实施方式在所有方面均为例示而非制限性的。本公开的范围由权利要求书示出而非上述的说明示出，旨在包含与权利要求书等同的含义和范围内的全部变更。

Claims (15)

1.一种红外线传感器，具备：
第1半导体基板，包含第1主面和配置在所述第1主面的红外线检测元件；
第2半导体基板，包含面对所述第1主面的第2主面和构成为处理所述红外线检测元件的信号的信号处理电路；
密封框，与所述第1半导体基板和所述第2半导体基板连接，并且与所述第1主面、所述红外线检测元件和所述第2主面包围内部空间；以及
第1连接部，将所述红外线检测元件和所述信号处理电路电连接，
所述内部空间通过所述第1主面、所述红外线检测元件、所述第2主面和所述密封框被密封为密闭状态，
所述密封框和所述第1连接部各自被夹入到所述第1主面和所述第2主面之间。
2.如权利要求1所述的红外线传感器，还具备：
防反射膜，配置在相对于所述第1主面而言与所述第2半导体基板相反侧，
所述防反射膜构成为防止红外线的反射。
3.如权利要求1或2所述的红外线传感器，其中，
所述第1半导体基板包含第1基板部和构成为比所述第1基板部更使红外线透射的第1红外线透射部，
所述第1红外线透射部面对所述红外线检测元件。
4.如权利要求1所述的红外线传感器，还具备：
防反射膜，配置在相对于所述第2主面而言与所述第1半导体基板相反侧，
所述防反射膜构成为防止红外线的反射。
5.如权利要求1或4所述的红外线传感器，其中，
所述第2半导体基板包含第2基板部和构成为比所述第2基板部更使红外线透射的第2红外线透射部，
所述第2红外线透射部面对所述红外线检测元件。
6.如权利要求1～5中的任一项所述的红外线传感器，其中，
所述第2主面包含第2主面部和凹部，
所述凹部被设置为在与所述红外线检测元件面对的位置处从所述第2主面部凹陷。
7.如权利要求1～6中的任一项所述的红外线传感器，其中，
还具备第2连接部，
所述第2连接部被夹入到所述第1主面和所述第2主面之间。
8.如权利要求7所述的红外线传感器，其中，
所述第2连接部具有与所述第1连接部不同的外径。
9.如权利要求7或8所述的红外线传感器，其中，
所述第2连接部具有比所述第1连接部和所述密封框更高的熔点。
10.如权利要求1～9中的任一项所述的红外线传感器，其中，
所述第1连接部和所述密封框各自的材料具有导电性。
11.如权利要求1～10中的任一项所述的红外线传感器，其中，
所述第1连接部的材料与所述密封框的材料是相同的。
12.如权利要求1～11中的任一项所述的红外线传感器，其中，
所述内部空间以真空状态被密封。
13.一种红外线传感器的制造方法，具备：
准备包含第1主面和配置在所述第1主面的红外线检测元件的第1半导体基板、包含第2主面和构成为处理所述红外线检测元件的信号的信号处理电路的第2半导体基板、密封框和第1连接部的工序；以及
通过将所述密封框和所述第1连接部各自夹入到所述第1主面、所述红外线检测元件和所述第2主面之间，由所述第1主面、所述红外线检测元件、所述第2主面和所述密封框包围内部空间，所述内部空间被密封为密闭状态并且通过所述第1连接部将所述红外线检测元件和所述信号处理电路电连接的工序。
14.如权利要求13所述的红外线传感器的制造方法，其中，
所述内部空间在真空气氛下通过所述第1主面、所述红外线检测元件、所述第2主面和所述密封框被密封为密闭状态。
15.如权利要求13或14所述的红外线传感器的制造方法，其中，
还准备第2连接部，
所述第2连接部与所述密封框和所述第1连接部一起被夹入到所述第1主面和所述第2主面之间。
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