JP2013152114A

JP2013152114A - 熱型電磁波検出素子チップおよび熱型電磁波検出器並びに電子機器

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Publication number: JP2013152114A
Application number: JP2012012214A
Authority: JP
Inventors: Takashi Noda; 貴史野田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2013-08-08

Abstract

【課題】製造工程の煩雑化を回避することができる熱型電磁波検出素子チップおよび熱型電磁波検出器は提供される。
【解決手段】光吸収材膜３５は貫通空間２７に接してメンブレンを構成する。メンブレンは単独で熱型光検出素子１８に対して光吸収膜として機能する。貫通空間２７内でメンブレンの表面に改めて光吸収材が積層される必要はない。メンブレンで光は熱エネルギーに変換され、得られた熱エネルギーは直接に熱型光検出素子１８に伝達されることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱型電磁波検出素子チップ、および、それを利用した熱型電磁波検出器、並びに、その熱型電磁波検出器を利用した電子機器等に関する。

熱型電磁波検出器を利用した光センサーは一般に知られる。例えば特許文献１に記載されるように、センサー基板には貫通孔が形成される。センサー基板の表面には貫通孔内の空間に接しつつ絶縁薄膜が形成される。絶縁薄膜の表面には熱型電磁波検出素子すなわち熱電対が形成される。

特開２００６−４７０８５号公報米国特許第５５６６０４６号明細書

特許文献１に記載の熱型電磁波検出素子では貫通孔内でメンブレンの表面に光吸収膜が積層形成される。光は、貫通孔を通過して光吸収膜に吸収される。光吸収膜で光は熱エネルギーに変換される。熱エネルギーはメンブレンを通過して熱電対に伝達される。熱電対は熱エネルギーから電気を生成する。光吸収膜が省略されると、十分な量の熱エネルギーは熱電対まで伝わらない。その一方で、光吸収膜は貫通孔内でメンブレンの表面に形成されることから、製造工程は著しく煩雑化する。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、製造工程の煩雑化を回避することができる熱型光検出素子チップおよび熱型光検出器は提供されることができる。

（１）本発明の一態様は、第１面から前記第１面の裏側の第２面に貫通する貫通空間を有する基体と、裏面で前記貫通空間に接触しつつ前記基体の前記第１面に広がる電磁波吸収材膜と、前記貫通空間に対応して前記電磁波吸収材膜の表面に配置される熱型電磁波検出素子と、前記熱型電磁波検出素子の輪郭よりも外側で前記電磁波吸収材膜の表面に配置されて、前記熱型電磁波検出素子に電気的に接続される導電性の接続端子とを備える熱型電磁波検出素子チップに関する。

電磁波は、貫通空間を通過して電磁波吸収材膜の裏面から電磁波吸収材膜に吸収されることができる。電磁波の熱エネルギーは所定の熱時定数で熱型電磁波検出素子に伝達される。こうして熱型電磁波検出素子チップは、基体の第１面で他の基板に向き合わせられつつ当該他の基板に連結されることができる。連結にあたって接続端子は押し付け力の支持を受け持つことができる。その結果、熱型電磁波検出素子と他の基板との間で直接接触は回避されることができる。熱型電磁波検出素子に押し付け力は作用しないことから、熱型電磁波検出素子の剛性は弱められることができる。熱型電磁波検出素子は剛性の制約を受けずに構成されることができる。熱型電磁波検出素子には様々な構造が提案されることができる。

しかも、電磁波吸収材膜は貫通空間に接してメンブレンを構成する。メンブレンは単独で熱型電磁波検出素子に対して電磁波吸収膜として機能する。貫通空間内でメンブレンの表面に改めて電磁波吸収材が積層される必要はない。メンブレンで電磁波は熱エネルギーに変換され、得られた熱エネルギーは直接に熱型電磁波検出素子に伝達されることができる。加えて、製造工程は簡素化される。

（２）熱型電磁波検出素子チップでは、前記熱型電磁波検出素子は前記貫通空間の前記第１面の開口の輪郭よりも内側に配置されることができる。熱型電磁波検出素子はメンブレン上に配置される。メンブレンの熱エネルギーは確実に熱型電磁波検出素子に伝達される。貫通空間の開口の輪郭よりも外側ではメンブレンは直接に基体に接触することから、メンブレンの熱エネルギーは基体に拡散していく。したがって、熱型電磁波検出素子が貫通空間の開口の輪郭よりも外側にはみ出すと、熱型電磁波検出素子はメンブレンから十分に熱エネルギーを受け取ることができない。

（３）前記電磁波吸収材膜は均一な膜厚を有することができる。こうして電磁波吸収材膜の膜厚が均一であれば、膜厚が不均一な場合に比べて、熱容量や熱伝導は比較的に簡単に特定されることができる。したがって、熱時定数の算出は簡素化されることができる。その結果、熱型電磁波検出素子チップの設計の負担は軽減されることができる。

（４）前記電磁波吸収材膜は異種材の積層膜で構成されることができる。電磁波の吸収率は電磁波の波長に応じて相違する。素材ごとに、高い吸収率の波長は相違する。異種材の積層膜で電磁波吸収材膜が形成されると、素材ごとに特定の波長で高い吸収率が達成されるだけでなく、積層に基づく相乗効果で広い範囲の波長で吸収率が高められることができる。その結果、広い範囲の波長で電磁波は熱エネルギーに変換されることができる。電磁波に対して熱型電磁波検出素子の感度は高められることができる。

（５）前記積層膜は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を有することができる。こうして酸化シリコン層と窒化シリコン層とが重ね合わせられると、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜が単独で用いられる場合に比べて、広い範囲の波長で電磁波は熱エネルギーに変換されることができる。しかも、窒化シリコン層の働きで積層膜の膜剛性は高められることができる。

（６）熱型電磁波検出素子チップは熱型電磁波検出器に組み込まれて利用されることができる。熱型電磁波検出器は、前記接続端子として第１接続パッドを有する熱型電磁波検出素子チップと、前記基体の前記第１面に向き合わせられる表面を有し、集積回路を含み、前記集積回路に接続される導電性の第２接続パッドを前記表面に配置する集積回路基板と、前記第１接続パッドおよび前記第２接続パッドを相互に接合し、前記集積回路基板に前記熱型電磁波検出素子チップを結合する導電材の接合体とを備えることができる。

（７）熱型電磁波検出器では、前記電磁波吸収材膜のうち前記貫通空間に接する部分の膜厚は他の部分の膜厚よりも薄くてもよい。こうして貫通空間に接する部分で電磁波吸収膜の熱時定数は小さくなる。したがって、熱型電磁波検出素子の応答性は向上する。

（８）熱型電磁波検出器は電子機器に組み込まれて利用されることができる。電子機器は、熱型電磁波検出器と、前記熱型電磁波検出器の出力を処理する処理回路とを有することができる。

（９）本発明の他の態様は、第１面から前記第１面の裏側の第２面に貫通する貫通空間を有する基体と、裏面で前記貫通空間に接触しつつ前記基体の前記第１面に広がる電磁波吸収材膜と、前記貫通空間に対応して前記電磁波吸収材膜の表面に配置される熱型電磁波検出素子と、前記熱型電磁波検出素子の輪郭よりも外側で前記電磁波吸収材膜の表面に配置されて、前記熱型電磁波検出素子に電気的に接続される導電性の接続端子と、前記接続端子に接続されて、前記熱型電磁波検出素子の出力を処理する処理回路とを備える電子機器に関する。

（１０）本発明のさらに他の態様は、テラヘルツ帯の電磁波を放射する電磁波源と、第１面から前記第１面の裏側の第２面に貫通する貫通空間を有する基体と、裏面で前記貫通空間に接触しつつ前記基体の前記第１面に広がる電磁波吸収材膜と、前記貫通空間に対応して前記電磁波吸収材膜の表面に配置され、テラヘルツ帯の電磁波を電気に変換する熱型電磁波検出素子と、前記熱型電磁波検出素子の輪郭よりも外側で前記電磁波吸収材膜の表面に配置されて、前記熱型電磁波検出素子に電気的に接続される導電性の接続端子と、前記接続端子に接続されて、前記熱型電磁波検出素子の出力を処理する処理回路とを備えるテラヘルツカメラに関する。こうしたテラヘルツカメラでは、熱型電磁波検出素子の高密度化に応じて画像の高精細化は実現されることができる。

本発明の一実施形態に係る熱型電磁波検出器の一具体例すなわち光検出器パッケージを概略的に示す断面図である。センサー基板の拡大部分平面図である。図２の３−３線に沿った垂直断面図である。センサー基板の拡大部分平面図である。酸化シリコンおよび窒化シリコンに関し光の波長と吸収率との関係を示すグラフである。第１ウエハー基板の側面図である。裏返された第１ウエハー基板の側面図である。第２ウエハー基板に接合されるセンサー基板を概念的に示す側面図である。他の実施形態に係るセンサー基板の拡大部分平面図である。光検出器パッケージを利用した電子機器の一具体例に係るテラヘルツカメラの外観を概略的に示す斜視図である。テラヘルツカメラの構成を概略的に示すブロック図である。光検出器パッケージを利用した電子機器の一具体例に係る赤外線カメラの構成を概略的に示すブロック図である。光検出器パッケージを利用した電子機器の一具体例に係るＦＡ（ファクトリーオートメーション）機器の構成を概略的に示すブロック図である。光検出器パッケージを利用した電子機器の一具体例に係る人感センサーが組み込まれた電気機器（家電機器）の構成を概略的に示すブロック図である。光検出器パッケージを利用した電子機器の一具体例に係る運転支援装置が組み込まれた車両の構成を概略的に示す車両の外観図である。運転支援装置の構成を概略的に示すブロック図である。光検出器パッケージを利用した電子機器の一具体例に係るゲーム機の外観を概略的に示す斜視図である。光検出器パッケージを利用した電子機器の一具体例に係るゲーム機コントローラーの構成を概略的に示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）光検出器パッケージの全体構成
図１は本発明の一実施形態に係る熱型電磁波検出器の一具体例すなわち光検出器パッケージ１１を概略的に示す。光検出器パッケージ１１は箱形の筐体１２を備える。筐体１２は、筐体本体１３と、筐体本体１３の開口１３ａを閉鎖するカバー１４とを有する。筐体本体１３およびカバー１４は密閉された内部空間を区画する。筐体本体１３は例えば絶縁性のセラミックから形成されることができる。カバー１４は特定の波長の電磁波に対して透過性を有する材料から形成されることができる。ここでは、カバーは例えばシリコンから形成される。カバー１４は例えば赤外線に対して透過性を有することができる。内部空間では真空状態が確立されることができる。

筐体１２には集積回路（ＩＣ）基板１５およびセンサー基板（熱型電磁波検出素子チップ）１６が収容される。ＩＣ基板１５は集積回路を含む。集積回路は読み出し回路を構成する。ＩＣ基板１５の裏面は筐体１２の内部空間で筐体本体１３の底板に固定される。ＩＣ基板１５は例えば接着剤で底板に接着されればよい。ＩＣ基板１５はＩＣチップを構成する。センサー基板１６はセンサーチップを構成する。

センサー基板１６はＩＣ基板１５の表面に受け止められる。センサー基板１６の表面はＩＣ基板１５の表面に向き合わせられる。すなわち、センサー基板１６は裏返される。センサー基板１６の表面はＩＣ基板１５の表面に接合される。接合にあたってセンサー基板１６とＩＣ基板１５との間には導電材の接合体１７が挟まれる。接合体１７はＩＣ基板１５内の読み出し回路に電気的にセンサー基板１６を接続する。ここでは、接合体１７はバンプで構成される。バンプには例えば金バンプが用いられることができる。金バンプは金属接合やはんだ材でＩＣ基板１５に接合されることができる。その他、金バンプに代えてはんだバンプが用いられてもよい。センサー基板１６の表面には１以上の熱型電磁波検出素子すなわち熱型光検出素子１８が形成される。

筐体１２の外面には外部端子２１が設置される。外部端子２１は筐体本体１２の底板の外面に配置される。外部端子２１は導電材から形成される。その一方で、筐体１２の内面には中継パッド２２が設置される。中継パッド２２は筐体１２の内部空間で筐体本体１３の底板上に配置される。中継パッド２２は導電材から形成される。中継パッド２２および外部端子２１は中継導体２３で相互に接続される。中継導体２３は筐体本体１３の底板を貫通する。中継導体２３は導電材から形成される。

中継パッド２２は例えばワイヤ配線２４でＩＣ基板１５に電気的に接続される。ワイヤ配線２４は中継パッド２２に読み出し回路を接続する。こうして読み出し回路および外部端子２１の間で信号経路が形成される。こうした光検出器パッケージ１１はソケット（図示されず）にはめ込まれて使用されることができる。外部端子２１はソケットの接続端子に接続される。ソケットは必要に応じて大型のプリント配線基板に実装されることができる。

図２はセンサー基板１６の拡大部分平面図を示す。センサー基板１６は基板本体２６を備える。基板本体２６の表面には複数行複数列の熱型光検出素子１８が配置される。すなわち、熱型光検出素子１８のマトリクスが形成される。個々の熱型光検出素子１８は焦電型光検出素子で例えられる。

基板本体２６の表面には熱型光検出素子１８の輪郭よりも外側で第１接続端子（接続端子および第１接続パッド）２８および第２接続端子２９が配置される。第１接続端子２８は個々の熱型光検出素子１８ごとに割り当てられる。第１接続端子２８はパッド形に形成される。第１接続端子２８は例えば銅といった導電材から形成されることができる。

個々の第１接続端子２８は個別に対応の熱型光検出素子１８に電気的に接続される。接続にあたって個々の熱型光検出素子１８から個別に第１配線３１が引き出される。第１配線３１は導電材から形成される。第１配線３１は１本の直線状のパターン配線から構成されることができる。第１配線３１は熱型光検出素子１８の表面および基板本体２６の表面を這って延びる。個々の第１配線３１は先端で対応の第１接続端子２８に個別に接続される。

第２接続端子２９はマトリクス内で１行の熱型光検出素子１８に共通に１個だけ割り当てられる。第２接続端子２９はパッド形に形成される。第２接続端子２９は例えば銅といった導電材から形成されることができる。第２接続端子２９には対応の熱型光検出素子１８群が共通に接続される。接続にあたって個々の熱型光検出素子１８から第２配線３２が引き出される。第２配線３２は導電材から形成される。第２配線３２は熱型光検出素子１８の輪郭の外側で直角に屈曲するクランク状のパターン配線から構成されることができる。第２配線３２は熱型光検出素子１８の表面および基板本体２６の表面を這って延びる。

１行の熱型光検出素子１８群ごとに第２配線３２は１本の共通配線３３に接続される。共通配線３３は導電材から形成される。共通配線３３は、基板本体２６の表面を這って延びるパターン配線で構成されることができる。個々の共通配線３３の先端は対応の第２接続端子２９に個別に接続される。

図３に示されるように、基板本体２６は基体３４と光吸収材膜（電磁波吸収材膜）３５とを備える。基体３４には貫通空間２７が形成される。貫通空間２７は基体３４の裏面（第１面）から裏面の裏側の表面（第２面）に貫通する。光吸収材膜３５は基体３４の表面に一面に広がる。光吸収材膜３５は裏面で貫通空間２７に接触する。ここでは、光吸収材膜３５は基板本体２６の表面全体にべた膜として形成される。光吸収材膜３５は、基体３４の表面に区画される貫通空間２７の開口を塞ぐ。光吸収材膜３５は、少なくとも貫通空間２７に接触する領域で均一な膜厚を有することができる。しかも、光吸収材膜３５のうち貫通空間２７に接する部分は他の部分の膜厚よりも薄い膜厚を有することができる。貫通空間２７は、基体３４の表面から裏面に向かって徐々に水平断面を拡大させる形状に区画されることができる。ここで、貫通空間２７の水平断面は基体３４の表面に平行に規定される。貫通空間２７は、光吸収材膜３５に必要な光が到達する立体形状に形作られればよい。

光吸収材膜３５は、所望の電磁波（例えば赤外線）を吸収する材料から形成される。材料には例えば絶縁体が用いられる。電磁波の吸収に応じて電磁波のエネルギーは熱エネルギーに変換される。ここでは、光吸収材膜３５は異種材の積層膜で構成される。積層膜は三層構造を有することができる。三層構造は、基板本体２６の表面に積層される第１酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層３６と、第１酸化シリコン層３６の表面に積層される窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）層３７と、窒化シリコン層３７の表面に積層される第２酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層３８とを有する。

熱型光検出素子１８は焦電キャパシター４１を備える。焦電キャパシター４１は焦電体４２を備える。焦電体４２は焦電効果を発揮する誘電体から形成される。誘電体には例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられることができる。焦電体４２は温度変化に応じて電気分極量の変化を生み出す。ここでは、焦電体４２は薄膜に形成される。

焦電キャパシター４１は下部電極４３および上部電極４４を備える。焦電体４２は下部電極４３および上部電極４４に挟み込まれる。下部電極４３は光吸収材膜３５の表面に形成される。下部電極４３は例えば光吸収材膜３５の表面から順番にイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）および白金（Ｐｔ）の三層構造を有することができる。上部電極４４は焦電体４２の表面に形成される。上部電極４４は焦電体４２から順番に白金（Ｐｔ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）およびイリジウム（Ｉｒ）の三層構造を有することができる。焦電体４２の焦電効果に応じて上部電極４４および下部電極４３の間に電圧の変化が生じる。熱型光検出素子１８は貫通空間２７の開口内で光吸収材膜３５に支持される。

焦電キャパシター４１は絶縁膜４５で覆われる。絶縁膜４５には例えば酸化シリコンが用いられることができる。絶縁膜４５の表面に第１配線３１は形成される。第１配線３１は上部電極４４に接続される。この接続にあたって絶縁膜４５にはコンタクトホール４６が形成される。同様に、絶縁膜４５の表面に第２配線３２は形成される。第２配線３２は下部電極４３に接続される。この接続にあたって絶縁膜４５にはコンタクトホール４７が形成される。

ＩＣ基板１５は基体５１と絶縁層の積層体５２とで形成される。基体５１は例えば所定の剛性を有する。基体５１には例えばシリコン基板が用いられることができる。絶縁層の積層体５２は基体５１の表面に積層される。絶縁層は絶縁性材料の薄膜で構成されることができる。絶縁性材料には例えば酸化シリコンが用いられることができる。

基体５１上には読み出し回路が構築される。読み出し回路の構築にあたって基体５１の表面から基体５１の内部に例えば不純物質が拡散する。こうした不純物質の拡散や酸化膜、電極、その他の形成に応じて基体５１の表面には回路構成要素５３が確立されることができる。こうした回路構成要素５３には例えばＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスター）が例示されることができる。

積層体５２の表面には接合体１７ごとに端子パッド５４が形成される。端子パッド５４は導電材料から形成される。ここでは、導電材料には例えば銅といった金属材料が用いられることができる。個々の接合体１７は個別に対応の端子パッド５４に接続される。積層体５２の内部にはパターン配線５５およびビア５６が形成される。パターン配線５５およびビア５６は導電材料から形成される。パターン配線５５およびビア５６は回路構成要素５３に端子パッド５４を連結する。こうして回路構成要素５３と端子パッド５４との間に信号経路が確立される。

積層体５２の表面にはさらに中継パッド５７が形成される。中継パッド５７は導電材料から形成される。ここでは、導電材料には例えば銅といった金属材料が用いられることができる。中継パッド５７はパターン配線５５やビア５６を通じて読み出し回路に接続される。中継パッド５７にはワイヤ配線２４が結合される。

貫通空間２７に接触する領域で、光吸収材膜３５の膜厚は、貫通空間２７を通過して光吸収材膜３５に到達する光の熱エネルギーを所定の熱時定数で熱型光検出素子１８に伝達する大きさに設定される。光吸収材膜３５で光は熱エネルギーに変換され、得られた熱エネルギーは直接に熱型光検出素子１８に伝達されることができる。

図４に示されるように、熱型光検出素子１８は、基体３４の表面で開口する貫通空間２７の当該開口の輪郭２７ａよりも内側に配置される。第１接続端子２８および第２接続端子２９は、貫通空間２７の開口の輪郭２７ａよりも外側に配置される。望ましくは、第１接続端子２８および第２接続端子２９は、基体３４の裏面で開口する貫通空間２７の当該開口の輪郭が基体３４の表面に投影される際に輪郭の投影像よりも外側に配置される。ここで、投影像の形成にあたって、開口の輪郭は基体３４の表面に直交する垂直方向に投影されればよい。

なお、センサー基板１６では光吸収材膜３５内に配線が形成されることができる。こうした配線は導電体で形成されることができる。配線は、基体３４の表面や第１酸化シリコン層３６の表面、窒化シリコン層３７の表面を這って延びるパターン配線で構成されることができる。このとき、第１酸化シリコン層３６、窒化シリコン層３７および第２酸化シリコン層３８は層間絶縁膜として機能することができる。相違する層のパターン配線同士は例えば第１酸化シリコン層３６や窒化シリコン層３７、第２酸化シリコン層３８を貫通する導電材製のビアで相互に接続されることができる。

（２）光検出器パッケージの動作
次に光検出器パッケージ１１の動作を簡単に説明する。光検出器パッケージ１１に電磁波が届くと、特定の波長の光（例えば赤外線）はカバー１４を通過する。光は貫通空間２７を通過して光吸収材膜３５に到達する。光は光吸収材膜３５に吸収され光吸収材膜３５で熱が発生する。光の熱エネルギーは所定の熱時定数で熱型光検出素子１８に伝達される。焦電体４２は金属製の下部電極４３に直接に接触し、下部電極４３は光吸収材膜３５に直接に接触することから、光吸収材膜３５の熱エネルギーは時間遅れなく焦電体４２に伝達されることができる。熱エネルギーに応じて焦電体４２の温度は変化する。温度の変化に応じて電気分極量の変化が生み出される。ソースフォロワー回路による検出をする場合、個々の熱型光検出素子１８から第１接続端子２８および第２接続端子２９を通じて個別に焦電流が流れ電圧に変換され、ＦＥＴゲートに電圧変化が伝達される。電気分極量の変化に応じて電圧は変化する。その結果、個々の熱型光検出素子１８ごとに温度情報が得られることができる。

光吸収材膜３５は貫通空間２７に接してメンブレンを構成する。メンブレンは単独で熱型光検出素子１８に対して光吸収膜として機能する。貫通空間２７内でメンブレンの表面に改めて光吸収材が積層される必要はない。メンブレンで光は熱エネルギーに変換され、得られた熱エネルギーは直接に熱型光検出素子１８に伝達されることができる。

熱型光検出素子１８は、基体３４の表面で開口する貫通空間２７の当該開口の輪郭２７ａよりも内側に配置される。すなわち、熱型光検出素子１８はメンブレン上に配置される。メンブレンの熱エネルギーは確実に熱型光検出素子１８に伝達される。貫通空間２７の開口の輪郭２７ａよりも外側ではメンブレンは直接に基体３４に接触することから、メンブレンの熱エネルギーは基体３４に拡散していく。したがって、熱型光検出素子１８が貫通空間２７の開口の輪郭２７ａよりも外側にはみ出すと、熱型光検出素子１８はメンブレンから十分に熱エネルギーを受け取ることができない。

加えて、光検出器パッケージ１１では光吸収材膜３５は均一な膜厚を有することができる。こうして光吸収材膜３５の膜厚が均一であれば、膜厚が不均一な場合に比べて、熱容量や熱伝導は比較的に簡単に特定されることができる。したがって、熱時定数の算出は簡素化されることができる。その結果、光検出器パッケージ１１の設計の負担は軽減されることができる。

さらに、光の吸収率は光の波長に応じて相違する。素材ごとに、高い吸収率の波長は相違する。異種材の積層膜で光吸収材膜３５が形成されると、素材ごとに特定の波長で高い吸収率が達成されるだけでなく、積層に基づく相乗効果で広い範囲の波長で吸収率が高められることができる。その結果、広い範囲の波長で光は熱エネルギーに変換されることができる。光に対して熱型光検出素子１８の感度は高められることができる。例えば図５に示されるように、酸化シリコンは波長λ＝９．０〜９．５μｍおよび１２．０〜１３．０μｍあたりで吸収率のピークを示す。窒化シリコンは波長λ＝１１．０μｍあたりで吸収率のピークを示す。酸化シリコン層および窒化シリコン層の積層体では波長９．０μｍ以上で高い吸収率が確立されることができる。酸化シリコン膜または窒化シリコン膜が単独で用いられる場合に比べて、光吸収材膜３５では広い範囲の波長で光は熱エネルギーに変換されることができる。しかも、窒化シリコン層３７の働きで光吸収材膜３５の膜剛性は高められることができる。

さらにまた、光吸収材膜３５のうち貫通空間２７に接する部分が他の部分の膜厚よりも薄い膜厚に設定されれば、貫通空間２７に接する部分で光吸収膜３５の熱時定数は縮小されることができる。したがって、光検出器パッケージ１１の応答性は向上する。

（３）光検出器パッケージの製造方法
次に光検出器パッケージ１１の製造方法を簡単に説明する。まず、図６に示されるように、第１ウエハー基板６１が用意される。第１ウエハー基板６１は円盤形の基体６２と絶縁膜６３とで構成される。基体６２には例えばシリコンウエハーが用いられることができる。絶縁膜６３は基体６２の表面に一面に積層される。絶縁膜６３は異種材の積層膜で構成される。積層膜は三層構造を有する。三層構造は、基体６２の表面に積層される第１酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層６４と、第１酸化シリコン層６４の表面に積層される窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）層６５と、窒化シリコン層６５の表面に積層される第２酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層６６とを有する。ここでは、第１酸化シリコン層６４の膜厚は例えば１０００ｎｍ程度に設定され、窒化シリコン層６５の膜厚は例えば３００ｎｍ程度に設定され、第２酸化シリコン層６６の膜厚は例えば６００ｎｍ程度に設定されることができる。絶縁膜６２の表面には熱型光検出素子１８、第１接続端子２８、第２接続端子２９、第１配線３１、第２配線３２および共通配線３３が形成される。形成にあたって真空蒸着やスパッタリング法、めっき法、その他の成膜方法が適宜に利用されることができる。

その後、図７に示されるように、第１ウエハー基板６１の裏側から基体６２に貫通空間２７が形成される。形成にあたって例えばウェットエッチング法やドライエッチング法が用いられることができる。貫通空間２７は基体６２を貫通する。絶縁膜６３は維持される。絶縁膜６３はメンブレンとして機能する。ただし、貫通空間２７の形成にあたって絶縁膜６３の第１酸化シリコン層６４は部分的に取り除かれてもよい。この時点で第１ウエハー基板６１から個々のセンサー基板１６すなわちセンサーチップは切り出されることができる。

その後、図８に示されるように、第２ウエハー基板６７が用意される。第２ウエハー基板６７には特定の領域ごとに読み出し回路（集積回路）が形成される。第２ウエハー基板６７にセンサー基板１６は接合される。接合にあたってセンサー基板１６は第２ウエハー基板６７の表面に基体３４の表面を向き合わせる。センサー基板１６の表面に配置される接合体１７でセンサー基板１６は読み出し回路に電気的に接続される。ここでは、接合にあたってセンサー基板１６は第２ウエハー基板６７に押し付けられる。第１接続端子２８および第２接続端子２９は接合体１７から押し付け力の反力を受ける。こうしてセンサー基板１６の表面では第１接続端子２８および第２接続端子２９は押し付け力の支持を受け持つことができる。熱型光検出素子１８と第２ウエハー基板６７との間で直接接触は回避されることができる。熱型光検出素子１８は構造上の制約を受けずに構成されることができる。熱型光検出素子１８には様々な構造が提案されることができる。なお、貫通空間２７の形成は第２ウエハー基板６７とセンサー基板１６との接合後に実施されてもよい。

その後、第２ウエハー基板６７から個々のＩＣ基板１５は切り出されることができる。ＩＣ基板１５およびＩＣ基板１５に接合されたセンサー基板１６は筐体１２内に封止される。こうして光検出器パッケージ１１は製造される。

（４）他の実施形態
図９に示されるように、メンブレン７１は支持アーム７２で基体３４に連結されてもよい。こうしたメンブレン７１の形成にあたって貫通空間２７の開口の輪郭２７ａに沿って複数本のスリット７３が形成される。スリット７３は開口の輪郭２７ａの内側で輪郭２７ａに沿って延びる。スリット７３同士の間に支持アーム７２は区画される。こうしてメンブレン７１は貫通空間２７上に支持アーム７２で支持されることができる。メンブレン７１と基体３４との間で光吸収材膜３５の熱エネルギーの経路は支持アーム７２に限定されることができる。熱エネルギーの流通は支持アーム７２で制限される。加えて、メンブレン７１および支持アーム７２はべた膜の光吸収材膜３５から一体的に形成されることから、メンブレン７１および支持アーム７２は高い強度で基体３４に連結されることができる。

（５）テラヘルツカメラ
図１０は光検出器パッケージ１１を利用した電子機器の一具体例に係るテラヘルツカメラ１０１の構成を概略的に示す。テラヘルツカメラ１０１は筐体１０２を備える。筐体１０２の正面にはスリット１０３が形成されレンズ１０４が装着される。スリット１０３からテラヘルツ帯の電磁波が対象物に向かって照射される。こうした電磁波にはテラヘルツ波といった電波および赤外線といった光が含まれる。ここでは、テラヘルツ帯には１００ＧＨｚ〜３０ＴＨｚの周波数帯が含まれることができる。レンズ１０４には対象物から反射してくるテラヘルツ帯の電磁波が取り込まれる。

テラヘルツカメラ１０１の構成をさらに詳しく説明すると、図１１に示されるように、テラヘルツカメラ１０１は照射源（電磁波源）１０５を備える。照射源１０５には駆動回路１０６が接続される。駆動回路１０６は照射源１０５に所望の駆動信号を供給する。照射源１０５は駆動信号の受領に応じてテラヘルツ帯の電磁波を放射する。照射源１０５には例えばレーザー光源が用いられることができる。

レンズ１０４は光学系１０７を構成する。光学系１０７はレンズ１０４のほかに光学部品を備えてもよい。レンズ１０４の光軸１０８上に光検出器パッケージ１１が配置される。センサー基板１３の表面は例えば光軸１０８に直交する。光学系１０７は熱型光検出素子１８のマトリクス上に像を結像する。光検出器パッケージ１１にはアナログデジタル変換回路１０９が接続される。アナログデジタル変換回路１０９には光検出器パッケージ１１から熱型光検出素子１８の出力が順番に時系列で供給される。アナログデジタル変換回路１０９は出力のアナログ信号をデジタル信号に変換する。

アナログデジタル変換回路１０９には演算処理回路（処理回路）１１１が接続される。演算処理回路１１１にはアナログデジタル変換回路１０９からデジタルの画像データが供給される。演算処理回路１１１は画像データを処理し表示画面の画素ごとに画素データを生成する。演算処理回路１１１には描画処理回路１１２が接続される。描画処理回路１１２は画素データに基づき描画データを生成する。描画処理回路１１２には表示装置１１３が接続される。表示装置１１３には例えば液晶ディスプレイといったフラットパネルディスプレイが用いられることができる。表示装置１１３は描画データに基づき画面上に画像を表示する。描画データは記憶装置１１４に格納されることができる。紙やプラスチック、繊維その他の物体に対する透過性、および、物質固有の吸収スペクトルに基づきテラヘルツカメラ１０１は検査装置として利用されることができる。

その他、テラヘルツカメラ１０１は物質の定性分析や定量分析に利用されることができる。こうした利用にあたって例えばレンズ１０４の光軸１０８上には特定周波数のフィルターが配置されることができる。フィルターは特定波長以外の電磁波を遮断する。したがって、特定波長の電磁波のみが光検出器パッケージ１１に到達することができる。これによって特定の物質の有無や量は検出されることができる。

（６）赤外線カメラ
図１２は光検出器パッケージ１１を利用した電子機器の一具体例に係る赤外線カメラ１２１の構成を概略的に示す。赤外線カメラ１２１は光学系１２２を備える。光学系１２２の光軸１２３上に光検出器パッケージ１１は配置される。センサー基板１６の裏面は例えば光軸１２３に直交する。光学系１２２は熱型光検出素子１８のマトリクス上に像を結像する。光検出器パッケージ１１にはアナログデジタル変換回路１２４が接続される。アナログデジタル変換回路１２４には光検出器パッケージ１１から熱型光検出素子１８の出力が順番に時系列で供給される。アナログデジタル変換回路１２４は出力のアナログ信号をデジタル信号に変換する。

アナログデジタル変換回路１２４には演算処理回路（処理回路）１２５が接続される。演算処理回路１２５にはアナログデジタル変換回路１２４からデジタルの画像データが供給される。演算処理回路１２５は画像データを処理し表示画面の画素ごとに画素データを生成する。演算処理回路１２５には描画処理回路１２６が接続される。描画処理回路１２６は画素データに基づき描画データを生成する。描画処理回路１２６には表示装置１２７が接続される。表示装置１２７には例えば液晶ディスプレイといったフラットパネルディスプレイが用いられることができる。表示装置１２７は描画データに基づき画面上に画像を表示する。描画データは記憶装置１２８に格納されることができる。

赤外線カメラ１２１はサーモグラフィとして利用されることができる。この場合には赤外線カメラ１２１は表示装置１２７の画面に熱分布画像を映し出すことができる。熱分布画像の生成にあたって演算処理回路１２５では温度帯域ごとに画素の色が設定される。サーモグラフィは人体の温度分布の測定や体温そのものの測定に用いられることができる。その他、サーモグラフィはＦＡ（ファクトリーオートメーション）機器に組み込まれて熱漏れや異常な温度変化の検出に用いられることができる。例えば図１３に示されるように、ＦＡ機器（電子機器）１３１はＦＡ機能ユニット１３２を備える。ＦＡ機能ユニット１３２は特定の機能の実現にあたって動作する。ＦＡ機能ユニット１３２には制御回路（処理回路）１３３が接続される。制御回路１３３は加熱や加圧、機械的処理、化学的処理、その他のＦＡ機能ユニット１３２の動作を制御する。制御回路１３３には赤外線カメラ１２１、表示装置１３４およびスピーカー１３５などが接続される。赤外線カメラ１２１は撮像範囲内でＦＡ機能ユニット１３２を撮像する。制御回路１３３は、撮像範囲内で異常な高温や温度変化を検出すると、ＦＡ機能ユニット１３２に向けて動作停止信号を出力したり、表示装置１３４やスピーカー１３５に向けて警告信号を出力したりすることができる。異常な高温や温度変化の検出にあたって制御回路１３３は例えばメモリ（図示されず）内に基準温度分布データを保持する。基準温度分布データは平常時の撮像範囲内の温度分布を特定する。制御回路１３３は基準温度分布データの熱分布にリアルタイムの熱分布画像を照らし合わせることができる。その他、サーモグラフィは物体と周囲との温度差に基づき物体の検出に用いられることができる。

赤外線カメラ１２１はナイトビジョンすなわち暗視カメラとして利用されることができる。この場合には赤外線カメラ１２１は表示装置１２７に例えば暗闇での画像を映し出すことができる。暗視カメラは、例えばセキュリティ機器の一具体例としての監視カメラや、人感センサー、運転支援装置その他に利用されることができる。人感センサーは、エスカレーターや照明器具、空気調和機、テレビといった電気機器（家電機器）のオンオフ制御、その他の制御に用いられることができる。例えば図１４に示されるように、電気機器１３６は機能ユニット１３７を備える。機能ユニット１３７は特定の機能の実現にあたって機械的動作や電気的動作を実施する。機能ユニット１３７には人感センサー１３８が接続される。人感センサー１３８は赤外線カメラ１２１を備える。赤外線カメラ１２１は監視範囲内で撮像を実施する。赤外線カメラ１２１には判定回路１３９が接続される。判定回路１３９は熱分布画像に基づき人の存在または不存在を判定する。判定にあたって判定回路１３９は画像内で特定温度域（例えば体温の温度域の塊）の動きを検出する。判定回路１３９は人の存在または不存在を特定する判定信号を機能ユニット１３７に供給する。機能ユニット１３７は判定信号の受領に応じてオンオフ制御されることができる。例えば図１５に示されるように、運転支援装置（電子機器）１４１は赤外線カメラ１２１およびヘッドアップディスプレイ１４２を備える。赤外線カメラ１２１は例えば車両１４３のフロントノーズ１４４に取り付けられる。赤外線カメラ１２１は、車両１４３から前方に広がる撮像範囲を撮像する位置に配置される。ヘッドアップディスプレイ１４２は例えばフロントウインドウ１４５の運転席側に配置される。ヘッドアップディスプレイ１４２には赤外線カメラ１２１の画像が映し出されることができる。ヘッドアップディスプレイ１４２の画面では例えば撮像範囲で捕捉される歩行者の像は強調されることができる。図１６に示されるように、赤外線カメラ１２１およびヘッドアップディスプレイ１４２には処理回路１４６が接続される。処理回路１４６には車速センサー１４７、ヨーレートセンサー１４８およびブレーキセンサー１４９が接続される。車速センサー１４７は車両１４３の走行速度を検出する。ヨーレートセンサー１４８は車両１４３のヨーレートを検出する。ブレーキセンサー１４９はブレーキペダルの操作の有無を検出する。処理回路１４６は車両１４３の走行状態に応じて特定の歩行者を選別する。処理回路１４６は車両１４３の走行速度、ヨーレートおよびブレーキの踏み具合に応じて車両１４３の走行状態を特定する。処理回路１４６はスピーカー１５１から例えば音声に基づき運転者の注意を促してもよい。

（７）ゲーム機コントローラー
図１７は光検出器パッケージ１１を利用した電子機器の一具体例に係るゲーム機１５２の構成を概略的に示す。ゲーム機１５２はゲーム機本体１５３、表示装置１５４およびコントローラー（電子機器）１５５を備える。表示装置１５４は例えば有線でゲーム機本体１５３に接続される。ゲーム機本体１５３の動作は表示装置１５４の画面に映し出される。プレーヤーＧはコントローラー１５５を用いてゲーム機本体１５３の動作を操作することができる。こうした操作の実現にあたってコントローラー１５５には例えば１対のＬＥＤモジュール１５６から赤外線が照射される。ＬＥＤモジュール１５６は例えば表示装置１５４の画面の周囲でベゼルに取り付けられることができる。

図１８に示されるように、コントローラー１５５には光検出器パッケージ１１が組み込まれる。光検出器パッケージ１１には赤外線フィルター１５７および光学系（例えばレンズ）１５８が組み合わせられてもよい。光検出器パッケージ１１はＬＥＤモジュール１５６から放射される赤外線を受光することができる。光検出器パッケージ１１には画像処理回路１５９が接続される。画像処理回路１５９は予め決められた画面内でＬＥＤモジュール１５６の赤外線スポットを画像化する。画像処理回路１５９には演算処理回路１６１が接続される。演算処理回路１６１は赤外線スポット情報を生成する。この赤外線スポット情報では、予め決められた画面内で赤外線スポットの位置および大きさが特定される。赤外線スポットの位置はＬＥＤモジュール１５６の位置に対応する。赤外線スポットの大きさはＬＥＤモジュール１５６との距離に対応する。演算処理回路１６１には無線モジュール１６２が接続される。赤外線スポット情報は無線モジュール１６２からゲーム機本体１５３に送り込まれる。ここでは、演算処理回路１６１に操作スイッチ１６３や加速度センサー１６４が接続される。操作スイッチ１６３の操作信号や加速度センサー１６４の加速度情報は無線モジュール１６２からゲーム機本体１５３に供給される。ゲーム機本体１５３は無線モジュール１６５で操作信号や赤外線スポット情報、加速度情報を受信する。ゲーム機本体１５３内のプロセッサー１６６は、操作信号に基づき操作スイッチ１６３の動作を特定し、赤外線スポット情報および加速度情報に基づきコントローラー１５５の動きを特定する。こうして操作スイッチ１６３の動作やコントローラー１５５の動きに応じてゲーム機本体１５３は制御されることができる。ＬＥＤモジュール１５６はプロセッサー１６６に接続されることができる。プロセッサー１６６はＬＥＤモジュールの動作を制御することができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、光検出器パッケージ１１や熱型光検出素子１８、テラヘルツカメラ１０１、赤外線カメラ１２１、ＦＡ機器１３１、電気機器、家電機器、人感センサー１３８、ゲーム機１５２、ゲーム機コントローラー１５５等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１１熱型電磁波検出器（光検出器パッケージ）、１５集積回路（ＩＣ）基板、１６熱型電磁波検出素子チップ（センサー基板）、１７接合体、１８熱型電磁波検出素子（熱型光検出素子）、２７貫通空間、２７ａ輪郭、２８接続端子および第１接続パッド（第１接続端子）、３４基体、３５電磁波吸収材膜（光吸収材膜）、３６酸化シリコン層（第１酸化シリコン層）、３７窒化シリコン層、３８酸化シリコン層（第２酸化シリコン層）、５４第２接続パッド（端子パッド）、１０１電子機器（テラヘルツカメラ）、１１１処理回路（演算処理回路）、１２１電子機器（赤外線カメラ）、１２５処理回路（演算処理回路）、１３１電子機器（ファクトリーオートメーション機器）、１３３処理回路（制御回路）、１３６電子機器（電気機器および家電機器）、１３９処理回路（判定回路）、１４１電子機器（運転支援装置）、１４６処理回路、１５２電子機器（ゲーム機）、１５５電子機器（ゲーム機コントローラー）、１６１処理回路（演算処理回路）。

Claims

第１面から前記第１面の裏側の第２面に貫通する貫通空間を有する基体と、
裏面で前記貫通空間に接触しつつ前記基体の前記第１面に広がる電磁波吸収材膜と、
前記貫通空間に対応して前記電磁波吸収材膜の表面に配置される熱型電磁波検出素子と、
前記熱型電磁波検出素子の輪郭よりも外側で前記電磁波吸収材膜の表面に配置されて、前記熱型電磁波検出素子に電気的に接続される導電性の接続端子と
を備えることを特徴とする熱型電磁波検出素子チップ。
請求項１に記載の熱型電磁波検出素子チップにおいて、前記熱型電磁波検出素子は前記貫通空間の前記第１面の開口の輪郭よりも内側に配置されることを特徴とする熱型電磁波検出素子チップ。
請求項１または２に記載の熱型電磁波検出素子チップにおいて、前記電磁波吸収材膜は均一な膜厚を有することを特徴とする熱型電磁波検出素子チップ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱型電磁波検出素子チップにおいて、前記電磁波吸収材膜は異種材の積層膜で構成されることを特徴とする熱型電磁波検出素子チップ。
請求項４に記載の熱型電磁波検出素子チップにおいて、前記積層膜は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を有することを特徴とする熱型電磁波検出素子チップ。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱型電磁波検出素子チップであって、前記接続端子として第１接続パッドを有する熱型電磁波検出素子チップと、
前記基体の前記第１面に向き合わせられる表面を有し、集積回路を含み、前記集積回路に接続される導電性の第２接続パッドを前記表面に配置する集積回路基板と、
前記第１接続パッドおよび前記第２接続パッドを相互に接合し、前記集積回路基板に前記熱型電磁波検出素子チップを結合する導電材の接合体と
を備えることを特徴とする熱型電磁波検出器。
請求項６に記載の熱型電磁波検出器において、前記電磁波吸収材膜のうち前記貫通空間に接する部分の膜厚は他の部分の膜厚よりも薄いことを特徴とする熱型電磁波検出器。
請求項６または７に記載の熱型電磁波検出器と、前記熱型電磁波検出器の出力を処理する処理回路とを有することを特徴とする電子機器。
第１面から前記第１面の裏側の第２面に貫通する貫通空間を有する基体と、
裏面で前記貫通空間に接触しつつ前記基体の前記第１面に広がる電磁波吸収材膜と、
前記貫通空間に対応して前記電磁波吸収材膜の表面に配置される熱型電磁波検出素子と、
前記熱型電磁波検出素子の輪郭よりも外側で前記電磁波吸収材膜の表面に配置されて、前記熱型電磁波検出素子に電気的に接続される導電性の接続端子と、
前記接続端子に接続されて、前記熱型電磁波検出素子の出力を処理する処理回路と
を備えることを特徴とする電子機器。
テラヘルツ帯の電磁波を放射する電磁波源と、
第１面から前記第１面の裏側の第２面に貫通する貫通空間を有する基体と、
裏面で前記貫通空間に接触しつつ前記基体の前記第１面に広がる電磁波吸収材膜と、
前記貫通空間に対応して前記電磁波吸収材膜の表面に配置され、テラヘルツ帯の電磁波を電気に変換する熱型電磁波検出素子と、
前記熱型電磁波検出素子の輪郭よりも外側で前記電磁波吸収材膜の表面に配置されて、前記熱型電磁波検出素子に電気的に接続される導電性の接続端子と、
前記接続端子に接続されて、前記熱型電磁波検出素子の出力を処理する処理回路と
を備えることを特徴とするテラヘルツカメラ。