JP2007171170A - 熱型赤外線検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および低コスト化が可能な熱型赤外線検出装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】第１のウェハ（シリコンウェハ）を用いて形成され一表面側において周囲と熱絶縁された赤外線検出部１３が形成された熱型赤外線検出素子１と、熱型赤外線検出素子１の上記一表面側で赤外線検出部１３を囲む形で封着されたパッケージ２とを備える。パッケージ２は、第２のウェハ（シリコンウェハ）を用いて形成され、熱型赤外線検出素子１に赤外線検出部１３と電気的に接続される貫通孔配線１５ａ，１５ｃが形成され、熱型赤外線検出素子１とパッケージ２との外形サイズが同じであり、パッケージ２に第２のウェハの一部からなる半導体レンズ部２２が一体に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱型赤外線検出装置およびその製造方法に関するものである。

従来から、受光装置などの分野において、導電性基板を用いたマイクロレンズ用金型の製造方法およびそのマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法が提案されている（特許文献１参照）。なお、特許文献１には、マイクロレンズとして合成樹脂レンズが例示されている。

上記特許文献１のマイクロレンズ用金型の製造方法では、例えば、導電性基板たる低抵抗のｐ形シリコン基板の一表面上にシリコン窒化膜を堆積させた後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン窒化膜の所定部位に円形状の開孔部を形成し、その後、シリコン窒化膜をマスク層としてｐ形シリコン基板の上記一表面側の一部を陽極酸化処理にて多孔質化することにより半球状の多孔質シリコン部を形成する。その後、多孔質シリコン部を全体に亘って酸化することにより二酸化シリコン部を形成し、マスク層を除去してから、二酸化シリコン部を除去することによってｐ形シリコン基板の上記一表面に所望の凸レンズの形状に対応する凹部を形成し、続いて、ｐ形シリコン基板の上記一表面側および他表面側それぞれに熱酸化膜を形成している。なお、上述の陽極酸化処理では、陽極酸化用の電解液中でｐ形シリコン基板の上記一表面側に対向配置される陰極と半導体基板の他表面に接する形で配置される陽極板との間に通電することで多孔質シリコン部を形成している。

ところで、上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型の製造方法では、ｐ形シリコン基板として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い低抵抗のものを用いており、陽極酸化処理時にｐ形シリコン基板の多孔質化が等方性エッチングのように等方的に進行するので、上記開孔部の形状を円形状とすることにより、図１２に示すようにｐ形シリコン基板９０の上記一表面に形成される凹部９１の深さ寸法ａ１と凹部９１の円形状の開口面の半径ａ２とが略等しくなり、結果的に、マイクロレンズとして球面レンズを製造することができる。なお、上記特許文献１には、マイクロレンズ用金型の製造時に上記開孔部の形状を長方形状とすることにより、結果的に、マイクロレンズとしてシリンドリカルレンズを製造することができることも開示されている。

しかしながら、上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型の製造方法では、凸曲面の曲率半径が一様な凸レンズからなるマイクロレンズを形成するためのマイクロレンズ用金型しか製造することができず、マイクロレンズとして非球面レンズや凹レンズを形成することはできなかった。また、上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型の製造方法では、製造可能なマイクロレンズのレンズ径（＝２×ａ２）がｐ形シリコン基板９０の厚みで制限されてしまい、より大きなレンズ径のマイクロレンズを製造するには、厚みがより大きなｐ形シリコン基板９０を用いる必要があり、コストが高くなってしまう。

また、上記特許文献１に記載されたｐ形シリコン基板９０への凹部９１の形成方法を利用することで平凹型の半導体レンズを製造することも考えられるが、半導体レンズとして、凹曲面の曲率半径が一様な平凹型の球面レンズやシリンドリカルレンズしか形成することができず、非球面レンズを形成することはできなかった。また、このような半導体レンズの製造方法では、陽極酸化処理時に発生した気泡がマスク層の開孔部を通して脱離することとなるので、開孔部周辺に気泡が集まり、多孔質化の進行速度にばらつきが生じたり、多孔質化が停止したりして、結果的に所望の曲率半径の凹曲面を形成できないことがあった。

また、従来から、半絶縁性のＧａＡｓ基板のような高抵抗（例えば、抵抗率が１０^８Ωｃｍ程度）の半導体基板の一表面側にメサ形状に応じてパターン設計したマスク層を設けることなく陽極酸化技術を利用してメサ形状を形成する方法として、半導体基板の他表面側にメサ形状に応じて形状を設計した陽極（電極）を接触させ、その後、陽極と電解液中において半導体基板の上記一表面に対向配置した陰極との間に通電して酸化膜を形成する陽極酸化工程を行い、続いて、酸化膜をエッチング除去する酸化膜除去工程を行う方法が提案されている（特許文献２参照）。

上記特許文献２に記載されたメサ形状の形成方法では、陽極酸化工程において陽極の形状や酸化膜の厚さなどによって半導体基板に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、メサの側面の勾配が緩く、メサの側面と平坦面とが滑らかに連続したメサ形状を形成することができる。そこで、上記特許文献２に記載の技術を半導体レンズの製造方法に適用することが考えられる。

また、従来から、熱型赤外線検出装置として、図１３に示すようなマイクロレンズ付赤外線検出素子が開示されている（特許文献３参照）。

ここにおいて、図１３に示した構成の熱型赤外線検出装置は、赤外線検出部（赤外線感知部）１０２が一表面側に形成された第１の半導体基板１０１と、赤外線検出部１０２に赤外線を収束するマイクロレンズ部１０５が形成された第２の半導体基板１０４とが、マイクロレンズ部１０５と赤外線検出部１０２との間に空洞１０６が形成される形で接合されている。

また、図１３に示した構成の熱型赤外線検出装置は、第１の半導体基板１０１の上記一表面側にボンディングパッド１０７が形成されており、赤外線検出部１０２とボンディングパッド１０７とが金属配線１０７ａおよび拡散層配線１０７ｂを介して電気的に接続されている。
特開２０００−２６３５５６号公報 特開昭５５−１３９６０号公報 特開平９−１１３３５２号公報

しかしながら、図１３に示した構成の熱型赤外線検出装置では、第１の半導体基板１０１の上記一表面側にボンディングパッド１０７が形成されているので、小型化が難しく低コスト化が難しかった。また、図１３に示した構成の熱型赤外線検出装置では、製造時に、第２の半導体基板１０４の基礎となるシリコンウェハの一表面側にレンズ形成用凹部を形成した後、マイクロレンズ用の赤外線透過材料を加熱してレンズ形成用凹部に充填してマイクロレンズ部１０５を形成し、その後、シリコンウェハの他表面側に凹所１０８を形成することでマイクロレンズ部１０５を露出させる必要があるので、第２の半導体基板１０４のコストが高くなってしまう。

また、上述のように、上記特許文献２に記載の技術を半導体レンズの製造方法に適用して曲率半径が大きな非球面レンズを形成することが考えられるが、陽極酸化工程において、形成された酸化膜の厚さの増加に伴って陽極と陰極との間の電位差が上昇し、例えば、半導体基板として厚さが４００μｍで抵抗率が１０^８ΩｃｍのＧａＡｓ基板を用いた場合には１ｍＡ／ｃｍ^２の定電流で酸化膜を形成した際に酸化膜の厚さが０．６μｍ程度でも上記電位差が４００Ｖもの高い値となってしまうので、陽極酸化工程と酸化膜除去工程とからなる基本工程を繰り返す必要があり、製造プロセスが複雑になるとともに、所望のレンズ形状の半導体レンズを製造するのが難しかった。

また、上記特許文献２に記載の技術では、陽極酸化工程において利用する陽極を高抵抗の半導体基板の上記他表面に押し当てて接触させているだけなので、半導体基板と陽極との接触抵抗が大きく、半導体基板と陽極との接触がショットキ接触となってしまい、電流密度の面内分布の制御性や再現性に問題があった。

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、小型化および低コスト化が可能な熱型赤外線検出装置およびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、第１のウェハを用いて形成され一表面側において周囲と熱絶縁された赤外線検出部が形成された熱型赤外線検出素子と、熱型赤外線検出素子の前記一表面側において赤外線検出部を囲む形で熱型赤外線検出素子に封着されたパッケージとを備え、パッケージが少なくとも第２のウェハを用いて形成され、第２のウェハの材料が半導体材料であり、熱型赤外線検出素子とパッケージとの一方に赤外線検出部と電気的に接続される貫通孔配線が形成され、熱型赤外線検出素子とパッケージとの外形サイズが同じであり、パッケージに第２のウェハの一部からなる半導体レンズ部が一体に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、熱型赤外線検出素子とパッケージとの一方に赤外線検出部と電気的に接続される貫通孔配線が形成され、熱型赤外線検出素子とパッケージとの外形サイズが同じであり、パッケージに第２のウェハの一部からなる半導体レンズ部が一体に形成されているので、小型化および低コスト化が可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記パッケージが前記第２のウェハを用いて形成され、前記パッケージにおける前記熱型赤外線検出素子側の表面に、前記赤外線検出部を熱絶縁する熱絶縁用凹部が形成され、前記パッケージにおける熱絶縁用凹部の周部と前記熱型赤外線検出素子の周部とが接合されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記パッケージを前記第２のウェハ１枚のみを用いて形成することができ、低コスト化を図れる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記パッケージが、前記第２のウェハを用いて形成されて前記半導体レンズ部を一体に有し前記熱型赤外線検出素子の前記一表面から離間して配置されるパッケージ蓋と、第３のウェハを用いて形成され前記熱型赤外線検出素子とパッケージ蓋との間に介在する枠状のスペーサとで構成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、第３のウェハの厚みを適宜調整することにより、前記半導体レンズ部の焦点の位置を前記赤外線検出部の位置に容易に合わせることが可能となり、第２のウェハの厚みによらず、高感度化を図れる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記熱型赤外線検出素子と前記パッケージとで囲まれた空間を真空雰囲気としてあることを特徴とする。

この発明によれば、前記赤外線検出部が真空雰囲気中に配置されているので、高感度化を図れる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記半導体レンズ部の少なくとも一面に、所望の波長域の赤外線を透過し不要な波長域の赤外線を反射する多層干渉フィルタが形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、不要な波長域の赤外線をカットすることができるので、高感度化を図れる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記パッケージは、前記半導体レンズ部の周辺部を通して前記熱型赤外線検出素子の受光面へ入射しようとする赤外線を反射する赤外線反射膜が設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記パッケージにおける前記半導体レンズ部の周辺部を通して赤外線が前記熱型赤外線検出素子の受光面へ入射するのを防止することができ、ノイズを低減できる。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記パッケージは、前記半導体レンズ部の周辺部を通して前記熱型赤外線検出素子の受光面へ入射しようとする赤外線を吸収する赤外線吸収部が設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記パッケージにおける前記半導体レンズ部の周辺部を通して赤外線が前記熱型赤外線検出素子の受光面へ入射するのを防止することができ、ノイズを低減できる。

請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記赤外線吸収部は、前記半導体レンズ部の周辺部に比べて高濃度ドーピングされた高濃度不純物ドーピング層からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記赤外線吸収部が熱的に安定なので、例えば、熱型赤外線検出装置の製造方法として、前記熱型赤外線検出素子と前記パッケージと囲まれる空間内にゲッタを配置しておきゲッタを活性化するための加熱を行うような製造方法を採用する場合に、当該活性化のための加熱時に前記赤外線吸収部の赤外線吸収特性が変化するのを防止することができる。

請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８の発明において、前記熱型赤外線検出素子および前記パッケージの両方が接地されてなることを特徴とする。

この発明によれば、電磁シールド効果を高めることができ、前記赤外線検出部の出力信号への電磁ノイズの影響を防止できる。

請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９の発明において、前記熱型赤外線検出素子は、前記第１のウェハを用いて形成され前記赤外線検出部の出力信号を増幅する増幅回路を含む集積回路からなる信号処理回路が前記一表面側に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記赤外線検出部と増幅回路との間の配線長を短くすることができるとともに、両者を接続する配線から入るノイズを防止でき、しかも、信号処理回路へ外部からの光が入射するのを前記パッケージによって防止することができるので、信号処理回路でのキャリアの光励起によるノイズを防止することができ、高感度化を図れる。また、前記赤外線検出部と前記信号処理回路とが別々にパッケージングされている場合に比べて、信号処理回路を含めた熱型赤外線検出装置の小型化を図れるという利点もある。

請求項１１の発明は、請求項２記載の熱型赤外線検出装置の製造方法であって、熱型赤外線検出素子を複数形成した第１のウェハと、パッケージを複数形成した第２のウェハとをウェハレベルで接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成し、ウェハレベルパッケージ構造体から熱型赤外線検出素子の外形サイズに分割することを特徴とする。

この発明によれば、小型で低コストの熱型赤外線検出装置を提供することができる。

請求項１２の発明は、請求項３記載の熱型赤外線検出装置の製造方法であって、熱型赤外線検出素子を複数形成した第１のウェハとパッケージ蓋を複数形成した第２のウェハとのいずれか一方とスペーサを複数形成した第３のウェハとをウェハレベルで接合した後、他方と第３のウェハとをウェハレベルで接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成し、ウェハレベルパッケージ構造体から熱型赤外線検出素子の外形サイズに分割することを特徴とする。

この発明によれば、小型で低コストの熱型赤外線検出装置を提供することができる。

請求項１３の発明は、請求項１１または請求項１２の発明において、前記半導体レンズ部の形成にあたっては、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を前記第２のウェハの一表面側に形成する陽極形成工程と、電解液中で前記第２のウェハの他表面側に対向配置される陰極と前記陽極との間に通電して前記第２のウェハの他表面側に除去部位となる多孔質部を形成する陽極酸化工程と、当該多孔質部を除去する多孔質部除去工程とを有し、前記陽極形成工程では、前記陽極と前記第２のウェハとの接触がオーミック接触となるように前記陽極を形成し、前記陽極酸化工程では、前記電解液として、前記第２のウェハの構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いることを特徴とする。

この発明によれば、陽極形成工程にて形成する陽極のパターンにより陽極酸化工程において前記第２のウェハに流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部の厚みの面内分布の制御が容易になり、しかも、陽極形成工程では、陽極と前記第２のウェハとの接触がオーミック接触となるように陽極を形成しているので、陽極と前記第２のウェハとの間にショットキ障壁が生じないから、陽極酸化工程での通電時に流れる電流がショットキ障壁により遮られたり所望の電流値が得られなかったりショットキ障壁の不安定さに起因して接触抵抗の面内ばらつきが起こるような不具合の発生を防止でき、さらに、陽極酸化工程では、電解液として、前記第２のウェハの構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いているので、所望の厚さ分布で厚みが連続的に変化した多孔質部を１回の陽極酸化工程で容易に形成することが可能であり、当該多孔質部を多孔質部除去工程にて除去することで所望のレンズ形状の半導体レンズ部が形成されるから、任意形状の半導体レンズ部を容易に形成することが可能になる。

請求項１４の発明は、第１のウェハを用いて形成され一表面側において周囲と熱絶縁された赤外線検出部が形成された熱型赤外線検出素子と、熱型赤外線検出素子の前記一表面側で赤外線検出部を囲む形で封着されたパッケージとを備え、パッケージが少なくとも第２のウェハを用いて形成され、第２のウェハの材料が半導体材料であり、熱型赤外線検出素子とパッケージとの外形サイズが同じであり、パッケージに第２のウェハの一部からなる半導体レンズ部が一体に形成されてなる熱型赤外線検出装置の製造方法であって、半導体レンズ部の形成にあたっては、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を第２のウェハの一表面側に形成する陽極形成工程と、電解液中で第２のウェハの他表面側に対向配置される陰極と前記陽極との間に通電して第２のウェハの他表面側に除去部位となる多孔質部を形成する陽極酸化工程と、当該多孔質部を除去する多孔質部除去工程とを有し、陽極形成工程では、前記陽極と第２のウェハとの接触がオーミック接触となるように前記陽極を形成し、陽極酸化工程では、電解液として、第２のウェハの構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いることを特徴とする。

この発明によれば、陽極形成工程にて形成する陽極のパターンにより陽極酸化工程において前記第２のウェハに流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部の厚みの面内分布の制御が容易になり、しかも、陽極形成工程では、陽極と第２のウェハとの接触がオーミック接触となるように陽極を形成しているので、陽極と第２のウェハとの間にショットキ障壁が生じないから、陽極酸化工程での通電時に流れる電流がショットキ障壁により遮られたり所望の電流値が得られなかったりショットキ障壁の不安定さに起因して接触抵抗の面内ばらつきが起こるような不具合の発生を防止でき、さらに、陽極酸化工程では、電解液として、第２のウェハの構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いているので、所望の厚さ分布で厚みが連続的に変化した多孔質部を１回の陽極酸化工程で容易に形成することが可能であり、当該多孔質部を多孔質部除去工程にて除去することで所望のレンズ形状の半導体レンズ部が形成されるから、任意形状の半導体レンズ部を容易に形成することが可能になり、小型で低コストの熱型赤外線検出装置を提供することが可能になる。

請求項１の発明では、小型化および低コスト化が可能になるという効果がある。

請求項１１，１２，１４の発明では、小型で低コストの熱型赤外線検出装置を提供することが可能になるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の熱型赤外線検出装置は、図１に示すように、第１のシリコンウェハを用いて形成され一表面側において周囲と熱絶縁された赤外線検出部１３が形成された熱型赤外線検出素子１（図２参照）と、第２のシリコンウェハ２０（図３（ａ）参照）を用いて形成され熱型赤外線検出素子１の上記一表面側で赤外線検出部１３を囲む形で封着されたパッケージ２とを備え、熱型赤外線検出素子１とパッケージ２との外形サイズが同じであり、パッケージ２に第２のシリコンウェハ２０の一部からなる半導体レンズ部２２が一体に形成されている。なお、本実施形態では、第１のシリコンウェハが第１のウェハを構成し、第２のシリコンウェハ２０が第２のウェハを構成している。すなわち、第２のウェハの材料は半導体材料である。また、熱型赤外線検出素子１およびパッケージ２の外形は矩形状となっている。

赤外線検出部１３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するサーミスタ型のセンシングエレメントであり、クロム膜からなる下部電極１３ａと、下部電極１３ａ上に形成されたアモルファスシリコン膜からなる抵抗体層１３ｂと、抵抗体層１３ｂ上に形成されたクロム膜からなる上部電極１３ｃとで構成されている。また、本実施形態における熱型赤外線検出素子１では、赤外線検出部１３に赤外線吸収層１７が積層されている。ここにおいて、熱型赤外線検出素子１は、検出対象の赤外線として人体から放射される８μｍ〜１３μｍの波長帯の赤外線を想定しており、赤外線吸収層１７の材料としてＳｉＯＮを採用しているが、赤外線吸収層１７の材料はＳｉＯＮに限らず、例えばＳｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２、金黒などを採用してもよい。なお、赤外線検出部１３は、サーミスタ型のセンシングエレメントに限らず、例えば、サーモパイル型のセンシングエレメント、抵抗ボロメータ型のセンシングエレメント、焦電型のセンシングエレメントなどのように、温度変化を電気信号変化に変換できるものであればよい。また、赤外線検出素子１は、赤外線検出部１３が１つのセンシングエレメントにより構成されたものに限らず、複数のセンシングエレメントがアレイ状に配置されたアレイタイプのものでもよいし、種類の異なる複数のセンシングエレメントを備えた複合タイプのものでもよい。

ところで、熱型赤外線検出素子１は、上述のように第１のシリコンウェハを用いて形成された支持基板１０の一表面（図１における上面）に形成された凹所１０ａの周部の内側に配置された薄膜状のベース部１１ａ上に赤外線検出部１３が形成されている。ベース部１１ａは外周形状が矩形状に形成されており、当該ベース部１１ａの四隅それぞれからベース部１１ａの対角線の方向に沿って連続一体に延長された４つの梁部１１ｂを介して支持基板１０における凹所１０ａの周部に支持されている。ここにおいて、支持基板１０は、一表面上に絶縁層１１が形成されており、上述の各梁部１１ｂは、支持基板１０の絶縁層１１に連続一体に形成されている。要するに、各梁部１１ｂは、支持基板１０における凹所１０ａの周部の内側に配置され且つ一端部がベース部１１ａに連続一体に連結され他端部が凹所１０ａの周部に連続一体に連結されている。なお、絶縁層１１は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜により構成してあるが、当該積層膜に限らず、例えば、いわゆる低応力窒化ケイ素などにより形成してもよい。また、凹所１０ａの内底面とベース部１１ａとの間の距離は、断熱性を考慮して例えば数μｍ程度に設定すればよい。

また、熱型赤外線検出素子１の赤外線検出部１３は、下部電極１３ａおよび上部電極１３ｃそれぞれが互いに異なる梁部１１ｂ，１１ｂに沿って延長された金属配線１４ａ，１４ｃおよび支持基板１０の厚み方向に貫設された貫通孔配線１５ａ，１５ｃを介して支持基板１０の他表面（図１における下面）に形成された外部接続用電極１６ａ，１６ｃと電気的に接続されている（なお、図１では、貫通孔配線１５ａ，１５ｃおよび外部接続用電極１６ａ，１６ｃと支持基板１０との間に介在する絶縁膜の図示を省略してある）。ここで、本実施形態における熱型赤外線検出素子１は、上述の梁部１１ｂを利用したマイクロブリッジ構造となっており、小型化を図りつつも高感度化を図るために、各梁部１１ｂをベース部１１ａの対角線に沿った方向に延長することで各梁部１１ｂの長さ寸法を長くし、梁部１１ｂ，１１ｂ上に形成された金属配線１４ａ，１４ｃの線幅を梁部１１ｂ，１１ｂの幅寸法よりも小さくすることで金属配線１４ａ，１４ｃを通しての熱伝達を抑制できるようにしている。なお、本実施形態では、上述のマイクロブリッジ構造を利用して赤外線検出部１３を周囲と熱絶縁してあるが、赤外線検出部１３を周囲と熱絶縁するための構造はマイクロブリッジ構造に限らず、ダイヤフラム状の膜で形成された断熱構造を利用してもよい。また、図１では、本実施形態の熱型赤外線検出装置をプリント基板からなる回路基板５に実装した例を示してあり、各外部接続用電極１６ａ，１６ｃがバンプ６ａ，６ｃを介して回路基板５の異なる導体パターン（図示せず）と接合されている。

また、上述のパッケージ２は、熱型赤外線検出素子１側の表面に、赤外線検出部１３を熱絶縁する熱絶縁用凹部２１が形成されている。ここにおいて、熱絶縁用凹部２１の深さ寸法は、断熱性を考慮して熱絶縁用凹部２１の内底面と赤外線吸収層１７との間の距離が例えば数μｍ程度になるように設定してある。

また、本実施形態の熱型赤外線検出装置では、熱型赤外線検出素子１の支持基板１０の周部の全周に亘って封止用接合金属層１８が形成されるとともに、パッケージ２における熱型赤外線検出素子１側の周部の全周に亘って封止用接合金属層２８が形成されており、真空中で封止用接合金属層１８，２８同士を接合してあり（つまり、パッケージ２における熱絶縁用凹部２１の周部と熱型赤外線検出素子１の周部とが接合されおり）、熱型赤外線検出素子１とパッケージ２とで囲まれた空間および凹所１０ａの内部空間とが真空雰囲気となっている。ここで、封止用接合金属層１８，２８同士を直接接合するようにすれば製造プロセスが簡単になるが、半田を用いて接合した方が接合信頼性をより向上できる。なお、封止用接合金属層１８，２８同士を直接接合する場合には、両封止用接合金属層１８，２８の材料として同じ金属材料（例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなど）を採用し、常温接合法で適宜荷重をかけて直接接合すればよい。また、封止用接合金属層１８，２８を設けずに、支持基板１０とパッケージ２とを、Ｓｉ−Ｓｉ、Ｓｉ−ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_２−ＳｉＯ_２の群から選択されるいずれか１組の組み合わせで常温接合法により直接接合するようにしてもよい。

ところで、パッケージ２には、上述の第２のシリコンウェハ２０の一部からなる半導体レンズ部（シリコンレンズ部）２２が一体に形成されている。なお、本実施形態における半導体レンズ部２２は、平凸型の非球面レンズを構成しており、赤外線検出部１３側の表面が平面状、赤外線検出部１３とは反対側の表面が凸曲面状に形成されている。

以下、上述の半導体レンズ部２２の形成方法について図３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。

まず、図３（ａ）に示す第２のシリコンウェハ２０を洗浄する洗浄工程、第２のシリコンウェハ２０の一表面（図３（ａ）における下面）にマークを設けるマーキング工程を行ってから、第２のシリコンウェハ２０の上記一表面側に陽極酸化工程で利用する陽極３２（図３（ｃ）参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の金属膜（本実施形態では、Ａｌ膜）からなる導電性層３１を形成する導電性層形成工程を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、導電性層形成工程では、例えばスパッタ法によって第２のシリコンウェハ２０の上記一表面上に導電性層３１を成膜した後、Ｎ_２ガスおよびＨ_２ガス雰囲気中で導電性層３１のシンタ（熱処理）を行うことにより第２のシリコンウェハ２０との接触がオーミック接触をなす導電性層３１を形成する。なお、導電性層３１の成膜方法はスパッタ法に限らず、例えば蒸着法などの他の周知の薄膜形成方法を採用してもよい。また、導電性層３１の材料もＡｌに限定するものではなく、第２の半導体ウェハ２０とのオーミック接触が可能な材料であればよく、例えばＡｌを主成分とするＡｌ−Ｓｉなどを採用してもよい。

導電性層形成工程の後、導電性層３１に円形状の開孔部３３を設けるように導電性層３１をパターニングするパターニング工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を利用して第２のシリコンウェハ２０の上記一表面側に上記開孔部３３に対応する部位が開孔されたレジスト層（図示せず）を形成した後、レジスト層をマスクとして導電性層３１の不要部分を例えばウェットエッチング技術あるいはドライエッチング技術によってエッチング除去して開孔部３３を設けることにより導電性層３１の残りの部分からなる陽極３２を形成し、その後、上記レジスト層を除去する。なお、導電性層３１がＡｌ膜であれば、導電性層３１の不要部分をウェットエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば燐酸系エッチャントを用いればよく、導電性層３１の不要部分をドライエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば反応性イオンエッチング装置などを用いればよい。また、本実施形態では、上述の導電性層形成工程とパターニング工程とで、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極３２を第２のウェハたる第２のシリコンウェハ２０の上記一表面側に形成する陽極形成工程を構成している。

パターニング工程の後、陽極酸化用の電解液中で第２のシリコンウェハ２０の他表面側（図３（ａ）の上面側）に対向配置される陰極と上記陽極３２との間に通電して第２のシリコンウェハ２０の上記他表面側に除去部位となる多孔質部３４を形成する陽極酸化工程（陽極酸化処理）を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、第２のシリコンウェハ２０として、導電形がｐ形のものを用いているので、陽極酸化工程において第２のシリコンウェハ２０の上記他表面側に光を照射する必要はないが、第２のシリコンウェハ２０として導電形がｎ形のものを用いる場合には光を照射する必要がある。また、電解液としては、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合した混合溶液を用いているが、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体もエタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール（ＩＰＡ）などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。

ところで、第２のシリコンウェハ２０の一部を陽極酸化工程において多孔質化する際には、ホールをｈ^＋、電子をｅ⁻とすると、以下の反応が起こっていると考えられる。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｈ^＋→ＳｉＦ_２＋２Ｈ^＋＋ｎｅ⁻
ＳｉＦ_２＋２ＨＦ→ＳｉＦ_４＋Ｈ_２
ＳｉＦ_４＋２ＨＦ→ＳｉＨ_２Ｆ_６
すなわち、第２のシリコンウェハ２０の陽極酸化では、Ｆイオンの供給量とホールｈ^＋の供給量との兼ね合いで多孔質化あるいは電解研磨が起こることが知られており、Ｆイオンの供給量の方がホールの供給量よりも多い場合には多孔質化が起こり、ホールｈ^＋の供給量がＦイオンの供給量よりも多い場合には電解研磨が起こる。したがって、本実施形態のように第２のシリコンウェハ２０として導電形がｐ形のものを用いている場合には、陽極酸化による多孔質化の速度はホールｈ^＋の供給量で決まるから、第２のシリコンウェハ２０中を流れる電流の電流密度で多孔質化の速度が決まり、多孔質部３４の厚みが決まることになる。ここで、第２のシリコンウェハ２０の上記他表面側では、陽極３２の厚み方向に沿った開孔部３３の中心線から離れるほど電流密度が徐々に大きくなるような電流密度の面内分布を有することとなり、第２のシリコンウェハ２０の上記他表面側に形成される多孔質部３４は、陽極３２の開孔部３３の上記中心線に近くなるほど徐々に薄くなっている。

上述の陽極酸化工程の終了後、多孔質部３４を除去する多孔質部除去工程を行う。ここにおいて、多孔質部３４を除去するエッチング液としてアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＮａＯＨなど）やＨＦ系溶液を用いれば、多孔質部３４を除去する多孔質部除去工程において、アルミニウムにより形成されている陽極３２もエッチング除去することができ、図３（ｅ）に示す構造の半導体レンズ部２２を形成することができる。なお、多孔質部３４を除去する多孔質部除去工程と、陽極３２を除去する陽極除去工程とを別々に行ってもよいことは勿論である。

以上説明した半導体レンズ部２２の形成方法によれば、陽極形成工程にて形成する陽極３２のパターンにより陽極酸化工程において第２のシリコンウェハ２０に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部３４の厚みの面内分布を制御することができ、しかも、陽極形成工程では、陽極３２と第２の半導体ウェハ３０との接触がオーミック接触となるように陽極３２を形成しているので、陽極３２と第２の半導体ウェハ３０との間にショットキ障壁が生じないから、陽極酸化工程での通電時に流れる電流がショットキ障壁により遮られたり所望の電流値が得られなかったりショットキ障壁の不安定さに起因して接触抵抗の面内ばらつきが起こるような不具合の発生を防止でき、さらに、陽極酸化工程では、電解液として、第２の半導体ウェハ３０の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いているので、所望の厚さ分布で厚みが連続的に変化した多孔質部３４を１回の陽極酸化工程で容易に形成することが可能であり、当該多孔質部３４を多孔質部除去工程にて除去することで所望のレンズ形状の半導体レンズ部２２が形成されるから、任意形状の半導体レンズ部２２を容易に形成することが可能になる。なお、本実施形態では、半導体レンズ部２２のレンズ径を数ｍｍ程度に設定してあり、機械加工によるシリコンレンズに比べて小型化および低コスト化を図れる一方で、熱画像センサのようなイメージセンサで用いられるマイクロレンズに比べてレンズ径が比較的大きな（サブｍｍ以上）の半導体レンズ部２２を形成することもできる。ここで、半導体レンズ部２２のレンズ径は特に限定するものではなく、半導体レンズ部２２のレンズ径の設計値に基づいて上述の円形状の開孔部３３の半径を適宜設定すればよい。

ところで、上述の半導体レンズ部２２の形成方法においては、陽極酸化工程において第２のシリコンウェハ２０に流れる電流の電流密度の面内分布によってレンズ形状（本実施形態では、平凸型の非球面レンズにおける非球面の曲率半径やレンズ径）が決まるので、第２のシリコンウェハ２０の抵抗率や厚み、陽極酸化工程にて用いる電解液の電気抵抗値や、第２のシリコンウェハ２０と陰極との間の距離、陰極の平面形状（第２のシリコンウェハ２０に対向配置した状態において第２のシリコンウェハ２０に平行な面内での形状）、陽極３２における円形状の開孔部３３の内径などを適宜設定することにより、レンズ形状を制御することができる。ここにおいて、電解液の電気抵抗値は、例えば、フッ化水素水溶液の濃度や、フッ化水素水溶液とエタノールとの混合比などを変えることにより調整することができるので、陽極３２の形状の他に、陽極３２の形状以外の条件（例えば、電解液の電気抵抗値）を適宜設定することによって、半導体レンズ部２２の形状をより制御しやすくなる。なお、上述の半導体レンズ部２２の形成方法では、陽極形成工程において円形状の開孔部３３が設けられた陽極３２を形成しているが、開孔部３３の形状を円形状ではなくて長方形状の形状とすれば、半導体レンズ部２２として、シリンドリカルレンズを形成することも可能である。また、陽極３２を円形状の平面形状とすれば、半導体レンズ部２２として、平凹型の非球面レンズを形成することも可能である。また、上述の半導体レンズ部２２の形成方法は、上述の貫通孔配線１５ａ，１５ｃを設けていない熱型赤外線検出装置の製造方法においても適用できる。

ところで、本実施形態の熱型赤外線検出装置は、上述のように、熱型赤外線検出素子１に赤外線検出部１３と電気的に接続される貫通孔配線１５ａ，１５ｃが形成され、熱型赤外線検出素子１とパッケージ２との外形サイズが同じであり、パッケージ２に第２のシリコンウェハ２０の一部からなる半導体レンズ部２２が一体に形成されているので、図１３に示した従来構成に比べて、小型化および低コスト化が可能になる。なお、従来のキャンパッケージのように、ステム、キャップ、フィルタ、レンズ、赤外線検出素子など多数の部品により構成され、サイズが大きくなっていた熱型赤外線検出装置に比べても、高感度化でありながら小型化を図れる。

また、本実施形態の熱型赤外線検出装置は、パッケージ２が上述の第２のシリコンウェハ２０を用いて形成され、パッケージ２における熱型赤外線検出素子１側の表面に、赤外線検出部１３を熱絶縁する熱絶縁用凹部２１が形成され、パッケージ２における熱絶縁用凹部２１の周部と熱型赤外線検出素子１の周部とが接合されているので、パッケージ２を第２のシリコンウェハ２０のみを用いて形成することができ、結果的に２枚のウェハを用いて熱型赤外線検出装置を形成することができ、低コスト化を図れる。

また、本実施形態の熱型赤外線検出装置では、赤外線検出部１３が真空雰囲気中に配置されているので、高感度化を図れる。ここで、本実施形態の熱型赤外線検出装置は、熱型赤外線検出素子１とパッケージ２との２部品ともにシリコンにより形成されているので、両者で囲まれる空間を真空にした際の各部品からのガス放出を大幅に抑えることが可能であり、従来の真空パッケージで必要とされているゲッタなどを不要とすることも可能となる。

また、本実施形態の熱型赤外線検出装置の製造にあたっては、熱型赤外線検出素子１を複数形成した第１のシリコンウェハと、パッケージ２を複数形成した第２のシリコンウェハ２０とをウェハレベルで接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成し、ウェハレベルパッケージ構造体から熱型赤外線検出素子１の外形サイズに分割するようにしているので、小型で低コストの熱型赤外線検出装置を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態の熱型赤外線検出装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４に示すように、半導体レンズ部２２の両面に、所望の波長域の赤外線を透過し不要な波長域の赤外線を反射する多層干渉フィルタ２３，２４が形成されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、一方の多層干渉フィルタ２３はパッケージ２における熱型赤外線検出素子１とは反対側の表面の全面に亘って形成されている（つまり、半導体レンズ部２２に対応する部位とその周辺部位とに跨って形成されている）のに対して、他方の多層干渉フィルタ２４は、熱絶縁用凹部２１の内底面において半導体レンズ部２２に対応する部位にのみ形成され、半導体レンズ部２２に対応する部位の周辺部位には、赤外線反射膜２５を形成してある。なお、赤外線反射膜２５の材料としては、例えば、Ａｌや、Ａｌを主成分とするＡ−Ｓｉなどを採用すればよく、この場合には、半導体レンズ部２２の形成時に利用する陽極３２（図３（ｄ）参照）を除去せずにそのまま赤外線反射膜２５として利用することが可能となる。

しかして、本実施形態の熱型赤外線検出装置では、半導体レンズ部２２の両面に、所望の波長域の赤外線を透過し不要な波長域の赤外線を反射する多層干渉フィルタ２３，２４が形成されているので、不要な波長域の赤外線をカットすることができ（太陽光によるノイズを除去することができ）、高感度化を図れる。また、パッケージ２における半導体レンズ部２２の周辺部を通して赤外線が熱型赤外線検出素子１の受光面へ入射するのを防止することができ、ノイズを低減できる。

ところで、実施形態１と同様に回路基板５に実装して用いる場合、回路基板５に実装した後に、熱型赤外線検出装置の周囲に樹脂（例えば、エポキシ樹脂など）を塗布して硬化させることで赤外線侵入防止部７を形成すれば、当該熱型赤外線検出装置の側面からの赤外線の侵入を防止することが可能となる。

なお、本実施形態では、半導体レンズ部２２の両面に多層干渉フィルタ２３，２４を形成してあるが、少なくとも一面に形成してあればよい。

（実施形態３）
本実施形態の熱型赤外線検出装置の基本構成は実施形態２と略同じであって、図５に示すように、熱型赤外線検出素子１における支持基板１０およびパッケージ２それぞれの側面にコンタクト電極４，４を設け、赤外線侵入防止部７を導電ペーストまたは半田からなる導電性材料により形成することで、熱型赤外線検出素子１およびパッケージ２を回路基板５のグランドパターン（図示せず）に接地してある点が相違するだけである。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の赤外線検出装置では、熱型赤外線検出素子１およびパッケージ２の両方が接地されているので、電磁シールド効果を高めることができ、赤外線検出部１３の出力信号への電磁ノイズの影響を防止できる。なお、本実施形態では、コンタクト電極４は必要に応じて形成すればよく、例えば、熱型赤外線検出素子１とパッケージ２との間に絶縁体が介在しない場合（例えば、支持基板１０とパッケージ２とが、Ｓｉ−Ｓｉの組み合わせで直接接合されている場合や半田部を介して接合されている場合）には、支持基板１０とパッケージ２との少なくとも一方にコンタクト電極４を設ければよい。また、他の実施形態において、同様のコンタクト電極４を設けてもよいことは勿論である。

ところで、実施形態２，３にて説明したパッケージ２は、半導体レンズ部２２に対応する部位の周辺部位に、赤外線反射膜２５を形成してあるが、赤外線反射膜２５の代わりに、半導体レンズ部２２の周辺部を通して赤外線検出素子１へ入射しようとする赤外線を吸収することで赤外線を阻止する赤外線吸収部を形成してもよい。ここにおいて、赤外線吸収部を例えば薄膜形成技術を利用して形成する場合、赤外線吸収部の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯＮ、セラミック（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣなど）などの非金属（絶縁性材料）や、ＮｉＣｒ、グラファイト、グラファイトライクカーボンなどの反射率の低い金属（導電性材料）や、金属酸化物（例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属酸化物）などを採用すればよい。なお、赤外線吸収部の材料として金属酸化物を採用する場合には、例えば、金属酸化物膜をスパッタ法やＣＶＤ法などにより成膜するようにしてもよいし、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属材料からなる金属膜を成膜した後で当該金属膜の少なくとも一部（例えば、当該金属膜の表面側の部分）を酸化することにより金属酸化物膜を形成するようにしてもよい。また、赤外線吸収部は、薄膜形成技術に限らず、半導体レンズ部２２の周辺部の一部を陽極酸化技術を利用して多孔質化することにより形成した多孔質層（多孔質シリコン層）により構成してもよい。

また、赤外線吸収部は、図６に示すように、半導体レンズ部２２の周辺部において不純物（例えば、ボロンなど）が１×１０^１９ｃｍ^−３以上の濃度で高濃度ドーピングされた高濃度不純物ドーピング層２６により構成してもよく、赤外線吸収部の熱的に安定になるので、例えば、熱型赤外線検出装置の製造方法として、熱型赤外線検出素子１とパッケージ２と囲まれる空間内にゲッタを配置しておき、ゲッタを活性化するための加熱を行うような製造方法を採用する場合に、当該活性化のための加熱時に赤外線吸収部の赤外線吸収特性が変化するのを防止することができる。

ここで、赤外線吸収部を高濃度不純物ドーピング層２６により構成する場合には、高濃度不純物ドーピング層２６を実施形態１にて説明した半導体レンズ部２２の形成方法において陽極酸化工程で用いる陽極３２（図３（ｃ）参照）として利用することが考えられる。以下、この場合の、半導体レンズ部２２の形成方法について図７に基づいて説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。

まず、第２のシリコンウェハ２０に洗浄工程、マーキング工程を行ってから、第２のシリコンウェハ２０の一表面側に高濃度不純物ドーピング層形成用にパターニングされたマスク層３６（例えば、レジスト層、シリコン酸化膜など）を形成するマスク層形成工程を行い、その後、第２のシリコンウェハ２０の上記一表面側から不純物をドーピングすることにより高濃度不純物ドーピング層２６を形成するドーピング工程を行うことによって、図７（ａ）に示す構造を得る。なお、ドーピング工程では、例えば、Ｂ^＋をイオン注入して熱拡散させることにより低抵抗の高濃度不純物ドーピング層２６を形成すればよいが、イオン注入法に限らず、例えば拡散法により形成してもよい。ここで、高濃度不純物ドーピング層２６は、半導体レンズ部２２の形状に応じてパターン設計してあり、上記マスク層３６の開口パターンは、高濃度不純物ドーピング層２６のパターン設計に応じて設計してある。なお、図７の例では、マスク層形成工程とドーピング工程とで陽極形成工程を構成する。

ドーピング工程の後、上記マスク層３６を除去するマスク層除去工程を行うことによって、図７（ｂ）に示す構造を得る（なお、図７（ｂ）では、第２のシリコンウェハ２０の上記一表面側が下側となるように図示してある）。

マスク層除去工程の後、第２のシリコンウェハ２０の上記一表面側に高濃度不純物ドーピング層２６と接触する電流導入用電極（図示せず）を配置し、陽極酸化用の電解液中で第２のシリコンウェハ２０の他表面側（図７（ｂ）の上面側）に対向配置される陰極と高濃度不純物ドーピング層２６からなる陽極との間に上記電流導入用電極を介して通電して第２のシリコンウェハ２０の上記他表面側に除去部位となる多孔質部３４を形成する陽極酸化工程を行うことによって、図７（ｃ）に示す構造を得る。

陽極酸化工程の終了後、多孔質部３４を除去する多孔質部除去工程を行う。ここにおいて、多孔質部３４を除去するエッチング液としてアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＮａＯＨなど）やＨＦ系溶液を用いれば、多孔質部除去工程において、多孔質部３４を選択的に除去することができ、上述の高濃度不純物ドーピング層２６を赤外線吸収部として周辺部分に備えた図７（ｄ）に示す構造の半導体レンズ部２２を形成することができる。

しかして、この半導体レンズ部２２の形成方法によれば、陽極形成工程では、第２のシリコンウェハ２０の上記一表面側から第２のシリコンウェハ２０中へ不純物をドーピングすることで第２のシリコンウェハ２０内に陽極を兼ねる高濃度不純物ドーピング層２６を形成するようにしているので、陽極と第２のシリコンウェハ２０との間にショットキ障壁が生じないから、陽極酸化工程での通電時に流れる電流がショットキ障壁により遮られたり所望の電流値が得られなかったりショットキ障壁の不安定さに起因して接触抵抗の面内ばらつきが起こるような不具合の発生を防止でき、さらに、陽極酸化工程では、電解液として、第２のシリコンウェハ２０の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いているので、所望の厚さ分布で厚みが連続的に変化した多孔質部３４を１回の陽極酸化工程で容易に形成することが可能であり、当該多孔質部３４を多孔質部除去工程にて選択的に除去することで所望の形状の半導体レンズ部２２を形成することができるとともに上記高濃度不純物ドーピング層２６を赤外線吸収部として残すことができるので、赤外線吸収部の位置精度を高めることができる。

（実施形態４）
本実施形態の熱型赤外線検出装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すように、パッケージ２が、第２のシリコンウェハ２０（図３（ａ）参照）を用いて形成されて半導体レンズ部２２を一体に有し熱型赤外線検出素子１の上記一表面から離間して配置されるパッケージ蓋２ａと、第３のウェハたる第３のシリコンウェハを用いて形成され熱型赤外線検出素子１とパッケージ蓋２ａとの間に介在する枠状（ここでは、矩形枠状）のスペーサ２ｂとで構成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。ただし、本実施形態におけるパッケージ蓋２ａは実施形態１におけるパッケージ２と同様の形状に形成してある。

ところで、実施形態１〜３の熱型赤外線検出装置では、より高感度化を図るために、半導体レンズ部２２のレンズ形状により決まる焦点の位置を赤外線検出部１３の位置に合わせようとすると、焦点距離が長くなるにつれて、第２のシリコンウェハ２０の厚みを厚くする必要が生じることがあった。一方、半導体レンズ部２２の加工形状は第２のシリコンウェハ２０の厚みの影響も受けるので、所望のレンズ形状を得ようとする場合、第２のシリコンウェハ２０の厚みに制約があると、形成が難しくなる場合がある。同様に、図１３に示した従来の熱型赤外線検出装置においても、第２の半導体基板１０４の厚みによっては、マイクロレンズ部１０５の焦点の位置を赤外線検出部１０２の位置に合わせることが難しいことがある。

これに対して、本実施形態の熱型赤外線検出装置では、スペーサ２ｂの高さを適宜調整することにより、つまり、第３のシリコンウェハの厚みを適宜設定したり適宜調整することにより、半導体レンズ部２２の焦点の位置を赤外線検出部１３の位置に容易に合わせることが可能となり、第２のシリコンウェハ２０の厚みによらず、高感度化を図れるので、所望のレンズ形状の半導体レンズ部２２を容易に形成することができる。

本実施形態の熱型赤外線検出装置の製造にあたっては、熱型赤外線検出素子１を複数形成した第１のシリコンウェハとパッケージ蓋２ａを複数形成した第２のシリコンウェハ２０とのいずれか一方とスペーサ２ｂを複数形成した第３のシリコンウェハとをウェハレベルで接合した後、他方と第３のシリコンウェハとをウェハレベルで接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成し、ウェハレベルパッケージ構造体から熱型赤外線検出素子１の外形サイズに分割すればよく、このような製造方法を採用することにより、小型で低コストの熱型赤外線検出装置を提供することができる。

（実施形態５）
本実施形態の熱型赤外線検出装置の基本構成は実施形態４と略同じであって、図９に示すように、パッケージ２におけるパッケージ蓋２ａの形状が相違するだけである。すなわち、本実施形態の熱型赤外線検出装置では、パッケージ蓋２ａにおける熱型赤外線検出素子１側の表面が平面状になっている点が相違するだけであり、パッケージ蓋２ａの形成が容易になる。他の構成は実施形態４と同じなので、実施形態４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の熱型赤外線検出装置では、第３のシリコンウェハの厚みのみで赤外線検出部１３と半導体レンズ部２２との間隔を調整するので、第２のシリコンウェハ２０における第１のシリコンウェハ側に熱絶縁用凹部２１（図８参照）を形成する必要がなく、第２のシリコンウェハ２０の厚みの制約が少なくなるとともに、上記熱絶縁用凹部２１の形成により薄くなった部分と当該部分の周辺部分との境界付近への応力集中によるパッケージ蓋２ａの破損を考慮する必要がなくなるから、所望のレンズ形状のみを考慮して第２のシリコンウェハ２０の厚みを設定することが可能となり、しかも、熱型赤外線検出素子１とパッケージ２とで囲まれた空間を真空とした際に外部からの圧力に対して強く、当該圧力によるパッケージ蓋２の破損を防止できて製造歩留まりが高くなり、その上、上記熱絶縁用凹部２１を形成する工程をなくすことにより製造工程を短縮できるから、低コスト化を図れるという利点がある。

（実施形態６）
本実施形態の熱型赤外線検出装置の基本構成は実施形態４と略同じであって、図１０に示すように、半導体レンズ部２２の形状が相違する。なお、実施形態４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態における半導体レンズ部２２は、熱型赤外線検出素子１側の表面が凸曲面状に形成され、熱型赤外線検出素子１側とは反対側の表面が平面状に形成されており、パッケージ２における熱型赤外線検出素子１側とは反対側の表面が平面状となっているので、半導体レンズ部２２に傷がつきにくくなる。

しかして、本実施形態の熱型赤外線検出装置では、半導体レンズ部２２の傷に起因して感度低下が生じるのを抑制することができ、品質および信頼性の向上を図れる。

なお、本実施形態では、赤外線検出部１３と電気的に接続される貫通孔配線１５ａ，１５ｃを熱型赤外線検出素子１に形成してあるが、貫通孔配線１５ａ，１５ｃはパッケージ２に形成するようにしてもよく、回路基板５に実装する際には、回路基板５において半導体レンズ部２２に対応する部位に窓孔を形成すればよい。

（実施形態７）
本実施形態の熱型赤外線検出装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図１１に示すように、熱型赤外線検出素子１の基礎となる上記第１のウェハを用いて形成され赤外線検出部１３の出力信号を増幅する増幅回路を含む集積回路からなる信号処理回路１９が熱型赤外線検出素子１の上記一表面側に形成されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明する。

信号処理回路１９は、上記増幅回路、上記増幅回路の後段のウインドウコンパレータなどが集積化されており、赤外線検出部１３および信号処理回路が貫通孔配線１５を介して外部接続用電極１６と電気的に接続され、外部接続用電極１６がバンプ６を介して回路基板５の導体パターン（図示せず）と接合されている。

しかして、本実施形態の熱型赤外線検出装置では、赤外線検出部１３と増幅回路との間の配線長を短くすることができるとともに、両者を接続する配線から入るノイズを防止でき、しかも、信号処理回路１９へ外部からの光が入射するのをパッケージ２によって防止することができるので、信号処理回路１９でのキャリアの光励起によるノイズを防止することができ、高感度化を図れる。また、赤外線検出部１３と信号処理回路１９とが互いに異なるウェハを用いて形成され別々にパッケージングされている場合に比べて、信号処理回路１９を含めた熱型赤外線検出装置の小型化を図れるという利点もある。

なお、他の実施形態１〜７においても信号処理回路１９を赤外線検出素子１に一体に形成してもよいことは勿論である。また、実施形態４〜７においても、実施形態３にて説明した赤外線反射膜２５（図５参照）や高濃度不純物ドーピング層２６（図６、図７（ｄ）参照）のような赤外線吸収部などを設けてもよい。

ところで、上記各実施形態では、半導体レンズ部２２の基礎となる第２のウェハとしてｐ形のシリコンウェハを採用しているが、第２のウェハの材料はＳｉに限らず、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の材料でもよく、導電形もｐ形に限らず、ｎ形でもよい。ただし、第２のウェハの導電形をｐ形とした場合には、陽極酸化工程にて第２のウェハに光を照射することなく多孔質部３４を形成することができるので、第２のウェハの導電形をｎ形とした場合に比べて陽極酸化工程にて用いる陽極酸化装置を簡略化することができ、低コスト化を図れる。

陽極酸化工程において用いる電解液であって第２のウェハ（半導体基板）の構成元素の酸化物を除去する電解液としては、例えば、下記表１のような電解液を用いればよい。

実施形態１における熱型赤外線検出装置の概略断面図である。 同上の製造方法の説明図である。 同上における半導体レンズ部の形成方法の説明図である。 実施形態２における熱型赤外線検出装置の概略断面図である。 実施形態３における熱型赤外線検出装置の概略断面図である。 同上における半導体レンズ部の他の構成例を示す概略断面図である。 同上における他の構成例の半導体レンズ部の形成方法の説明図である。 実施形態４における熱型赤外線検出装置の概略断面図である。 実施形態５における熱型赤外線検出装置の概略断面図である。 実施形態６における熱型赤外線検出装置の概略断面図である。 実施形態７における熱型赤外線検出装置の概略断面図である。 従来のマイクロレンズ用金型の製造方法の説明図である。 従来の熱型赤外線検出装置の概略断面図である。

符号の説明

１ 熱型赤外線検出素子
２ パッケージ
２ａ パッケージ蓋
２ｂ スペーサ
１０ 支持基板
１１ 絶縁層
１１ａ ベース部
１１ｂ 梁部
１３ 赤外線検出部
１４ａ，１４ｃ 金属配線
１５ａ，１５ｃ 貫通孔配線
１６ａ，１６ｃ 外部接続用電極
１７ 赤外線吸収層
１８ 封止用接合金属層
１９ 信号処理回路
２０ 第２のシリコンウェハ（第２のウェハ）
２１ 熱絶縁用凹部
２２ 半導体レンズ部
２３ 多層干渉フィルタ
２４ 多層干渉フィルタ
２５ 赤外線反射膜
２６ 高濃度不純物ドーピング層（赤外線吸収部）
２８ 封止用接合金属層
３２ 陽極
３４ 多孔質部

Claims (14)

1. 第１のウェハを用いて形成され一表面側において周囲と熱絶縁された赤外線検出部が形成された熱型赤外線検出素子と、熱型赤外線検出素子の前記一表面側において赤外線検出部を囲む形で熱型赤外線検出素子に封着されたパッケージとを備え、パッケージが少なくとも第２のウェハを用いて形成され、第２のウェハの材料が半導体材料であり、熱型赤外線検出素子とパッケージとの一方に赤外線検出部と電気的に接続される貫通孔配線が形成され、熱型赤外線検出素子とパッケージとの外形サイズが同じであり、パッケージに第２のウェハの一部からなる半導体レンズ部が一体に形成されてなることを特徴とする熱型赤外線検出装置。
2. 前記パッケージが前記第２のウェハを用いて形成され、前記パッケージにおける前記熱型赤外線検出素子側の表面に、前記赤外線検出部を熱絶縁する熱絶縁用凹部が形成され、前記パッケージにおける熱絶縁用凹部の周部と前記熱型赤外線検出素子の周部とが接合されてなることを特徴とする請求項１記載の熱型赤外線検出装置。
3. 前記パッケージが、前記第２のウェハを用いて形成されて前記半導体レンズ部を一体に有し前記熱型赤外線検出素子の前記一表面から離間して配置されるパッケージ蓋と、第３のウェハを用いて形成され前記熱型赤外線検出素子とパッケージ蓋との間に介在する枠状のスペーサとで構成されてなることを特徴とする請求項１記載の熱型赤外線検出装置。
4. 前記熱型赤外線検出素子と前記パッケージとで囲まれた空間を真空雰囲気としてあ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項に記載の熱型赤外線検出装置。
5. 前記半導体レンズ部の少なくとも一面に、所望の波長域の赤外線を透過し不要な波長域の赤外線を反射する多層干渉フィルタ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４のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出装置。
6. 前記パッケージは、前記半導体レンズ部の周辺部を通して前記熱型赤外線検出素子の受光面へ入射しようとする赤外線を反射する赤外線反射膜が設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出装置。
7. 前記パッケージは、前記半導体レンズ部の周辺部を通して前記熱型赤外線検出素子の受光面へ入射しようとする赤外線を吸収する赤外線吸収部が設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出装置。
8. 前記赤外線吸収部は、前記半導体レンズ部の周辺部に比べて高濃度ドーピングされた高濃度不純物ドーピング層からなることを特徴とする請求項７記載の熱型赤外線検出装置。
9. 前記熱型赤外線検出素子および前記パッケージの両方が接地されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出装置。
10. 前記熱型赤外線検出素子は、前記第１のウェハを用いて形成され前記赤外線検出部の出力信号を増幅する増幅回路を含む集積回路からなる信号処理回路が前記一表面側に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９のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
11. 請求項２記載の熱型赤外線検出装置の製造方法であって、熱型赤外線検出素子を複数形成した第１のウェハと、パッケージを複数形成した第２のウェハとをウェハレベルで接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成し、ウェハレベルパッケージ構造体から熱型赤外線検出素子の外形サイズに分割することを特徴とする熱型赤外線検出装置の製造方法。
12. 請求項３記載の熱型赤外線検出装置の製造方法であって、熱型赤外線検出素子を複数形成した第１のウェハとパッケージ蓋を複数形成した第２のウェハとのいずれか一方とスペーサを複数形成した第３のウェハとをウェハレベルで接合した後、他方と第３のウェハとをウェハレベルで接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成し、ウェハレベルパッケージ構造体から熱型赤外線検出素子の外形サイズに分割することを特徴とする熱型赤外線検出装置の製造方法。
13. 前記半導体レンズ部の形成にあたっては、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を前記第２のウェハの一表面側に形成する陽極形成工程と、電解液中で前記第２のウェハの他表面側に対向配置される陰極と前記陽極との間に通電して前記第２のウェハの他表面側に除去部位となる多孔質部を形成する陽極酸化工程と、当該多孔質部を除去する多孔質部除去工程とを有し、陽極形成工程では、前記陽極と前記第２のウェハとの接触がオーミック接触となるように前記陽極を形成し、前記陽極酸化工程では、前記電解液として、前記第２のウェハの構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いることを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の熱型赤外線検出装置の製造方法。
14. 第１のウェハを用いて形成され一表面側において周囲と熱絶縁された赤外線検出部が形成された熱型赤外線検出素子と、熱型赤外線検出素子の前記一表面側で赤外線検出部を囲む形で封着されたパッケージとを備え、パッケージが少なくとも第２のウェハを用いて形成され、第２のウェハの材料が半導体材料であり、熱型赤外線検出素子とパッケージとの外形サイズが同じであり、パッケージに第２のウェハの一部からなる半導体レンズ部が一体に形成されてなる熱型赤外線検出装置の製造方法であって、半導体レンズ部の形成にあたっては、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を第２のウェハの一表面側に形成する陽極形成工程と、電解液中で第２のウェハの他表面側に対向配置される陰極と前記陽極との間に通電して第２のウェハの他表面側に除去部位となる多孔質部を形成する陽極酸化工程と、当該多孔質部を除去する多孔質部除去工程とを有し、陽極形成工程では、前記陽極と第２のウェハとの接触がオーミック接触となるように前記陽極を形成し、陽極酸化工程では、電解液として、第２のウェハの構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いることを特徴とする熱型赤外線検出装置の製造方法。

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