JP2013186038A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より低背化が可能な赤外線検出装置を提供する。
【解決手段】赤外線を検知する赤外線センサ１と、赤外線センサ１からの出力信号を信号処理する半導体素子６とを有する赤外線検出装置１０である。赤外線センサ１は、開口部１ｆが一表面１ａａ側に設けられるベース基板１ｂと、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側でベース基板１ｂに支持される薄膜部１ａと、薄膜部１ａに設けられた赤外線検知部１ｈとを備えている。赤外線センサ１は、接合材７により、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側が半導体素子６に実装されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線センサを備えた赤外線検出装置に関する。

従来から、各種の電子機器に内蔵される人感センサなどとして、赤外線検出装置が利用されている。この種の赤外線検出装置として、図９（ａ），（ｂ）に示すように、赤外線センサチップ１００と、赤外線センサチップ１００の出力信号を信号処理するＩＣチップ１０２とをパッケージ１０３内に備えたものが知られている（たとえば、特許文献１）。

パッケージ１０３は、赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２が横並びで実装されたパッケージ本体１０４を有している。また、パッケージ１０３は、開口窓１５２ａを閉塞するレンズ１５３が設けられたパッケージ蓋１０５を有している。パッケージ１０３は、金属パターン１４７を介して、パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４とを気密的に接合されている。

図９に示す赤外線検出装置では、ＩＣチップ１０２の発熱に応じた赤外線センサチップ１００における温度変化量を均一化するカバー部材１０６がパッケージ１０３内に設けられている。なお、カバー部材１０６には、赤外線センサチップ１００への赤外線を通す窓孔１０８が設けられている。

これにより、特許文献１の赤外線検出装置は、ＩＣチップ１０２の発熱に起因した赤外線センサチップ１００の面内でのＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能となる、としている。

ところで、赤外線検出装置は、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ１０２とを横並びさせ、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ１０２との間にカバー部材１０６を設ける場合、平面視において、赤外線検出装置を小型化することが難しくなる場合がある。

また、別の赤外線検出装置である赤外線検出器２００として、図１０に示すように、接着剤２１０にて、赤外線センサ素子２０１が処理回路４００上に固定されたものも知られている（たとえば、特許文献２）。

特許文献２の赤外線検出器２００は、台座３１０とキャップ３２０からなるケース３００内に赤外線センサ素子２０１を配置している。赤外線センサ素子２０１は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、基板２１０と、検出部２２０と、赤外線吸収膜２３０とを備えている。基板２１０には、基板２１０の下面側に空洞部２１１が形成されている。赤外線センサ素子２０１は、空洞部２１１上を含む基板２１０の上面に絶縁膜２１２が形成されている。赤外線センサ素子２０１は、空洞部２１１上に位置する絶縁膜２１２の部分が、基板２１０における薄肉部であるメンブレン２１３を構成している。赤外線センサ素子２０１の検出部２２０は、熱電対であり、メンブレン２１３からメンブレン２１３外の基板２１０の厚肉部位に渡って形成されている。熱電対は、基板２１０の上の異種材料２２０ａ，２２０ｂが交互に複数組直列に接続されてサーモパイルを構成し、一つおきの接合部が温接点２２０ｃと冷接点２２０ｄとをなしている。

なお、赤外線検出器２００は、接着剤４１０により、処理回路４００を台座３１０に固定している。また、赤外線検出器２００は、キャップ３２０の内側表面に赤外線に対する反射率が高い反射膜３３０を備えている。

特開２０１２−８００３号公報 特開２００６−２０８１７７号公報

ところで、赤外線検出装置は、赤外線センサチップ１００や赤外線センサ素子２０１などの赤外線センサを、ＩＣチップ１０２や処理回路４００などを構成する半導体素子上に配置させる場合、平面視において、赤外線検出装置を小型化することが可能となる。また、赤外線検出装置は、赤外線センサを半導体素子上に配置させる場合、半導体素子の発熱に起因した赤外線センサの面内でのＳ／Ｎ比のばらつきなどセンサ特性の劣化を抑制することが可能となる可能性がある。

しかしながら、赤外線検出装置は、赤外線センサを半導体素子上に配置させる場合、赤外線検出装置の厚みを薄くする低背化が難しい傾向にある。特に、赤外線検出装置は、赤外線検出装置が内蔵される電子機器の小型化などに伴い、より低背化したものが求められており、上述の赤外線検出装置の構造だけでは十分ではなく、更なる改良が求められている。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、より低背化が可能な赤外線検出装置を提供する。

本発明の赤外線検出装置は、赤外線を検知する赤外線センサと、該赤外線センサからの出力信号を信号処理する半導体素子とを有する赤外線検出装置であって、上記赤外線センサは、開口部が一表面側に設けられるベース基板と、該ベース基板における他表面側で上記ベース基板に支持される薄膜部と、該薄膜部に設けられる赤外線検知部とを備え、接合材により、上記ベース基板における上記他表面側が上記半導体素子に実装されていることを特徴とする。

この赤外線検出装置において、上記赤外線センサと該赤外線センサが実装される上記半導体素子とは、複数個の上記赤外線センサが形成された赤外線センサウエハと上記赤外線センサの各々に対応する複数個の上記半導体素子が形成された半導体ウエハとが接合された接合ウエハから一体として分離されてなることが好ましい。

この赤外線検出装置において、上記赤外線センサは、複数個の上記赤外線検知部を備えていることが好ましい。

この赤外線検出装置において、上記赤外線センサに赤外線を集光させるレンズ部を備え上記赤外線センサを覆う覆部が設けられていることが好ましい。

この赤外線検出装置において、上記赤外線センサと上記覆部との間には、スペーサが介在していることが好ましい。

この赤外線検出装置において、上記接合材は、上記赤外線センサの上記赤外線検知部を除く部位に配されており、上記赤外線センサと上記半導体素子とを電気的に接続させる第１接合材と、上記赤外線センサと上記半導体素子との間を気密封止する第２接合材とを備えていることが好ましい。

この赤外線検出装置において、上記レンズ部を除いて、少なくとも上記赤外線センサと該赤外線センサが実装された上記半導体素子との側周部を被覆する樹脂部を有することが好ましい。

この赤外線検出装置において、上記赤外線センサと該赤外線センサが実装された上記半導体素子との周囲に電磁ノイズを抑制する電磁シールドを有することが好ましい。

本発明の赤外線検出装置は、より低背化が可能になるという効果がある。

実施形態１の赤外線検出装置を示す略断面図である。 実施形態１の赤外線検出装置に用いられる赤外線センサの略平面図である。 実施形態２の赤外線検出装置を示す略断面図である。 実施形態２の別の赤外線検出装置を示す略断面図である。 実施形態３の赤外線検出装置を示す略断面図である。 実施形態３の別の赤外線検出装置を示す略断面図である。 実施形態４の赤外線検出装置を示す略断面図である。 実施形態４の別の赤外線検出装置を示す略断面図である。 従来の赤外線検出装置に関し、（ａ）は一部破断した概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。 従来の赤外線検出器の概略構成を示す図である。 従来の赤外線検出器に用いられる赤外線センサ素子の概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の赤外線検出装置１０を図１に基づいて説明し、赤外線検出装置１０に用いられる赤外線センサ１について、図２を用いて説明する。なお、図中において同じ部材に対しては、同じ番号を付している。

本実施形態の赤外線検出装置１０は、図１に示すように、赤外線（図１の破線の矢印を参照）を検知する赤外線センサ１と、赤外線センサ１からの出力信号を信号処理する半導体素子６とを有している。赤外線センサ１は、開口部１ｆが一表面１ａａ側に設けられるベース基板１ｂと、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側でベース基板１ｂに支持される薄膜部１ａと、薄膜部１ａに設けられる赤外線検知部１ｈとを備えている。赤外線センサ１は、接合材７により、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側が半導体素子６に実装されている。

なお、本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１が実装された半導体素子６を配置するパッケージ基体２を有している。半導体素子６は、たとえば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの接着剤１４を用いて、パッケージ基体２に接着している。半導体素子６には、赤外線センサ１を透過した赤外線を反射させる赤外線反射膜５を半導体素子６の一表面１ａａ側に設けている。また、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１に赤外線を集光させるレンズ部３を備え赤外線センサ１を覆う覆部４が設けられている。

本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と半導体素子６とをパッケージ基体２上に並置するものと比較して、半導体素子６の発熱に起因する熱により、上記並置した方向における赤外線センサ１の温度むらを抑制することができる。すなわち、赤外線センサ１と半導体素子６とをパッケージ基体２上に並置する赤外線検出装置では、半導体素子６と隣接する赤外線センサ１の側面側が半導体素子６の発熱に起因する熱により加熱される。特に、赤外線検知装置は、半導体素子６の駆動による時間の経過に伴って発熱量が大きくなればなるほど、赤外線センサ１の面内での温度むらが生じ易い傾向にある。これに対し、本実施形態の赤外線検出装置１０は、半導体素子６の発熱に起因する熱を赤外線センサ１の他表面１ａｂ側で受けて均一化させることが可能となり、赤外線センサ１のセンサ特性を安定化させることが可能となる。

また、本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１のセンサ特性への影響を抑制しつつ、ベース基板１ｂの厚みを薄く形成することもできる。赤外線センサ１は、ベース基板１ｂにおける一表面１ａａ側を研磨などすることにより、より低背化に寄与させることができる。本実施形態の赤外線検出装置１０は、研磨したベース基板１ｂ側を半導体素子６に実装させるものと比較して、研磨などによるベース基板１ｂの厚みばらつきに起因するセンサ特性のばらつきを抑制することも可能となる。

すなわち、本実施形態の赤外線検出装置１０は、半導体素子６上に赤外線センサ１のベース基板１ｂ側を実装したものと比較して、より低背化することが可能となる。

以下、本実施形態の赤外線検出装置１０の各構成について、より具体的に詳述する。

赤外線センサ１は、たとえば、薄膜部１ａがシリコン基板を用いたベース基板１ｂに薄膜部１ａ自体で支持されるダイアフラム構造としている。赤外線センサ１は、シリコン基板を用いたベース基板１ｂの他表面１ａｂ側に形成されたシリコン酸化膜１ａ１を備えている。赤外線センサ１は、シリコン酸化膜１ａ１のベース基板１ｂと反対側にシリコン窒化膜１ａ２を備えている。赤外線センサ１は、シリコン酸化膜１ａ１とシリコン窒化膜１ａ２とで薄膜部１ａを構成している。赤外線センサ１は、薄膜部１ａのシリコン窒化膜１ａ２に熱電対９が形成されている。

赤外線センサ１は、平面視において、ベース基板１ｂ側の薄膜部１ａと、開口部１ｆ側の薄膜部１ａとに亘って設けられ赤外線の吸収による温度変化を検知する熱電対９を有している（図２を参照）。本実施形態の赤外線検出装置１０は、複数個の熱電対９を電気的に直列に接続して、サーモパイルを構成している。本実施形態の赤外線検出装置１０は、サーモパイルと、サーモパイルを覆う赤外線吸収部１ｋとで赤外線検知部１ｈを構成している（図１および図２を参照）。なお、図１における赤外線センサ１の断面は、図２のＸＸ断面を図示したものである。

赤外線センサ１は、ダイアフラム構造だけに限られるものではない。赤外線センサ１は、図示していないがベース基板１ｂ側と熱断熱する支持部により、薄膜台座部を支持する断熱ブリッジ構造としてもよい。この場合、赤外線センサ１は、支持部を介して、ベース基板１ｂ側から薄膜台座部にかけて熱電対９を設けてもよい。また、赤外線センサ１は、図示していないが、薄膜部１ａに１個の赤外線検知部１ｈを備えた構成だけでなく、複数個の赤外線検知部１ｈを備えた構成としてもよい。赤外線センサ１は、平面視において、複数個の赤外線検知部１ｈをマトリックス状に配置することで赤外線画像センサとして機能させることが可能となる。本実施形態の赤外線検出装置１０は、複数個の赤外線検知部１ｈを備える場合、半導体素子６の発熱に起因する複数個の赤外線検知部１ｈのセンサ特性のばらつきを、より少なくすることができる。

赤外線センサ１は、熱電対９として、異なる材料からなる一対の熱電対素線９ａ，９ｂを備えている。赤外線センサ１は、一対の熱電対素線９ａ，９ｂを、薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側に並んで配置させてもよいし、薄膜部１ａの厚み方向において絶縁膜（図示していない）を介して配置させてもよい。また、赤外線センサ１は、薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側に赤外線吸収部１ｋを備える構成だけでなく、赤外線センサ１の開口部１ｆ内で薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側に赤外線吸収部（図示していない）を設けてもよい。これにより、赤外線検出装置１０は、レンズ部３で集光され開口部１ｆ内へ照射された赤外線を薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側の赤外線吸収部などで効率よく吸収させることも可能となる。

赤外線センサ１は、薄膜部１ａにおいて熱電対素線９ａと熱電対素線９ｂとが並んで配置されたものを、絶縁材料からなる赤外線吸収部１ｋにより被覆して構成している。赤外線センサ１は、たとえば、シリコン酸化膜１ａ１とシリコン窒化膜１ａ２との積層膜からなる薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側に熱電対９を形成させている。赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｋとして、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜などの絶縁材料の膜を適宜に用いることができる。

また、赤外線センサ１は、図示していないが、赤外線吸収部１ｋを構成するシリコン酸化膜、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜などの絶縁膜上に、ＴｉやＴｉＮなどの金属膜を形成させてもよい。赤外線検出装置１０は、たとえば、上記金属膜と、半導体素子６に設けた赤外線反射膜５との間隔を、赤外線センサ１で検出する赤外線の波長の１／４に設定することができる。赤外線検出装置１０は、上記金属膜を、たとえば、シート抵抗が３７７Ω／□のＴｉＮ膜を用いることができる。赤外線検出装置１０は、たとえば、赤外線反射膜５として、シート抵抗Ｒｒが１０Ω／□よりも小さい金属（たとえば、金やアルミニウムなど）の膜を用いる。これにより、赤外線検出装置１０は、上記金属膜と、赤外線反射膜５との光学的な共振構造とし、より高感度化を図ることも可能となる。

赤外線センサ１は、平面視において、熱電対９の一対の熱電対素線９ａ，９ｂ同士がコンタクトホール１ａ３を介して薄膜部１ａの中央部で、金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部１２により電気的に接続されている。赤外線センサ１は、一対の熱電対素線９ａ，９ｂ同士が電気的に接続される接続部１２側を温接点Ｔ１としている。また、赤外線センサ１は、平面視において、熱電対９が薄膜部１ａのベース基板１ｂ側で金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部１３により電気的に接続されている。赤外線センサ１は、熱電対９が接続される接続部１３側を冷接点Ｔ２としている。赤外線センサ１は、厚み方向において、接続部１２側や接続部１３側と熱電対９側とが層間絶縁膜により絶縁分離されている。赤外線センサ１は、１０個の熱電対９を直列に電気的に接続させて構成している。

また、赤外線センサ１は、外部への出力端子となる第１端子部８ａｃを備えている。赤外線センサ１は、第１端子部８ａｃを複数個の熱電対素線９ａの一つと電気的に接続させている。同様に、赤外線センサ１は、外部への出力端子となる第２端子部８ｂｃを備えている。赤外線センサ１は、第２端子部８ｂｃを複数個の熱電対素線９ｂの一つと電気的に接続させている。熱電対９は、一方がｐ形多結晶シリコンにより形成させた第１の熱電対素線９ａであり、他方がｎ形多結晶シリコンにより形成させた第２の熱電対素線９ｂとしている。なお、熱電対９は、第１の熱電対素線９ａの材料をｎ形多結晶シリコンとし、第２の熱電対素線９ｂの材料をｐ形多結晶シリコンとしてもよい。また、第１および第２の熱電対素線９ａ，９ｂの材料は、多結晶シリコンだけに限られるものではなく、多結晶シリコンゲルマニウム、ビスマステルライド（Ｂｉ_２Ｔｅ_３）、アンチモンテルライド（Ｓｂ_２Ｔｅ_３）などでもよい。第１および第２の熱電対素線９ａ，９ｂの材料は、一方を半導体材料とし、他方を金属材料であるＡｌまたはＡｕとしてもよい。

赤外線センサ１は、薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側のシリコン窒化膜１ａ２に設けられた熱電対９を覆うように絶縁膜を形成している。赤外線センサ１は、熱電対９を覆う絶縁材料としてＢＰＳＧ（Boron Phosphor Silicate Glass）を用いている。薄膜部１ａは、熱電対９を覆うＢＰＳＧ膜で上述の層間絶縁膜を構成している。薄膜部１ａは、層間絶縁膜上にパッシベーション膜を形成している。パッシベーション膜は、ＰＳＧ（Phosphor Silicate Glass）膜とＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ（Nondoped Silicate Glass）膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、たとえば、シリコン窒化膜により構成してもよい。赤外線センサ１は、熱電対９を覆う層間絶縁膜とパッシベーション膜とで赤外線吸収部１ｋを構成している。赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｋを構成する層間絶縁膜およびパッシベーション膜の屈折率および膜厚を調整することにより、赤外線検知部１ｈに赤外線を効率よく吸収させることができる。

赤外線センサ１は、ウエハレベルで各構成の形成を行ってから、個々の赤外線センサ１に分割するダイシンクを行うことで、複数個の赤外線センサ１を量産性よく形成することができる。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と半導体素子６とを、ウエハレベルパッケージ技術で形成させることもできる。

赤外線検出装置１０は、図示していないが、たとえば、複数個の赤外線センサ１が形成された赤外線センサウエハと、赤外線センサ１の各々に対応する複数個の半導体素子６が形成された半導体ウエハとを接合する。赤外線センサ１が形成された赤外線センサウエハと半導体素子６が形成された半導体ウエハとが接合されたものを分割するダイシンクを行うことで、複数個の赤外線検出装置１０を量産性よく形成することができる。言い換えれば、赤外線センサ１と赤外線センサ１が実装される半導体素子６とは、複数個の赤外線センサ１が形成された赤外線センサウエハと赤外線センサ１の各々に対応する複数個の半導体素子６が形成された半導体ウエハとが接合された接合ウエハから一体として分離されている。

本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１として、温度変化によって電荷を生じる焦電効果を利用した焦電型の赤外線センサを用いるものでもよい。なお、赤外線センサ１は、焦電効果特性を示す材料として、複合金属塩を用いることができる。複合金属塩は、たとえば、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰｂＮｂＯ_３、ＰＬＺＴ（(Ｐｂ、Ｌａ)(Ｚｒ、Ｔｒ)Ｏ_３））やＰＺＴ（Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ_３）などが挙げられる。また、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１として、赤外線による熱起電力を利用した赤外線センサ１を例示したが、この他、ボロメータ型赤外線センサなどを用いてもよい。

パッケージ基体２は、種々の材料から形成することができ金属材料でもよいし、半導体材料で構成してもよい。パッケージ基体２は、種々の形状のものを用いることができ、板状であっても有底筒状であってもよい。パッケージ基体２は、たとえば、パッケージ基体２の表面２ａａ側に赤外線センサ１と電気的に接続させる回路パターンを備えたセラミック基板を用いることができる。

レンズ部３は、赤外線検出装置１０の外部からの赤外線を赤外線センサ１に集光可能なものである。レンズ部３は、赤外線センサ１の大きさ、位置など応じて種々の形状とすることができる。レンズ部３は、たとえば、両凸レンズの形状でもよいし、平凸状のレンズ形状でもよい。また、レンズ部３は、フレネルレンズ形状などとすることもできる。レンズ部３の材料は、赤外線を透過可能なものとして、たとえば、ポリエチレン樹脂材料で形成させてもよいし、シリコン、ゲルマニウムや硫化亜鉛などの半導体材料を用いて形成させてもよい。また、レンズ部３は、レンズ部３での赤外線の反射を抑制させるため、反射防止処理を施してもよい。レンズ部３は、レンズ部３での赤外線の反射を抑制させる反射防止膜として、たとえば、ＤＬＣ（Diamond-like carbon）膜などを用いることができる。

覆部４は、赤外線センサ１を覆い赤外線センサ１に赤外線を集光させるレンズ部３を備えたものである。覆部４は、たとえば、レンズ部３を保持する貫設孔が設けられた金属パッケージにより形成することができる。覆部４は、金属パッケージに限られるものではなく、セラミック材料、半導体材料や樹脂材料などで形成することができる。また、赤外線検出装置１０は、必ずしも覆部４とレンズ部３とを別体に形成させる必要もなく、覆部４とレンズ部３とが一体に形成されているものでもよい。

また、本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線吸収部１ｋで吸収されず赤外線吸収部１ｋを透過するレンズ部３側からの赤外線を赤外線吸収部１ｋ側に反射する赤外線反射膜５をパッケージ基体２側に備えている。赤外線検出装置１０は、図１に示すように、赤外線センサ１の薄膜部１ａにおける他表面１ａｂに配された赤外線吸収部１ｋがレンズ部３側からの赤外線を吸収する。本実施形態の赤外線検出装置１０では、赤外線反射膜５がパッケージ基体２側に備えられていることにより、赤外線吸収部１ｋを透過した赤外線を赤外線吸収部１ｋ側に反射させることができる。赤外線検出装置１０は、赤外線反射膜５により反射させた赤外線を赤外線吸収部１ｋに吸収させることで、より高感度化を図ることが可能となる。

また、本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１がベース基板１ｂの他表面１ａｂ側をパッケージ基体２側として配置していることにより、赤外線吸収部１ｋと赤外線反射膜５との間を狭間隙にすることができる。赤外線検出装置１０は、赤外線吸収部１ｋと赤外線反射膜５との距離を、検出する赤外線の波長の１／４とする光学的な共振構造とすることで、更なる高感度化を図ることが可能となる。

半導体素子６は、赤外線センサ１と協働して赤外線センサ１からの出力信号を増幅処理など行う。半導体素子６には、赤外線センサ１からの出力信号を増幅などする信号処理用の回路を内部に形成している。半導体素子６は、たとえば、信号処理用ＩＣチップにより構成することができる。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１からの出力信号を半導体素子６の増幅回路（ＡＭＰ）にて増幅して外部に出力することができる。赤外線検出装置１０は、半導体素子６をパッケージ基体２上に接着剤１４により接着することができる。赤外線検出装置１０は、たとえば、Ａｕバンプなどの接合材７を用いて、赤外線センサ１を半導体素子６上に実装している。赤外線検出装置１０は、半導体素子６の接続端子部６ａ，６ｂ上に予め形成させたＡｕバンプの接合材７と、赤外線センサ１とを接合させる。

赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１の第１端子部８ａｃおよび第２端子部８ｂｃを半導体素子６の接続端子部６ａ，６ｂ上に形成された接合材７，７と接合させることにより電気的に接続している。なお、赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２の外側に外部接続端子２ａ，２ｂを備えている。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１が検出した出力信号を半導体素子６で増幅して出力できるように、パッケージ基体２に貫設された貫通配線（図示していない）を通して、半導体素子６と、外部接続端子２ａ，２ｂとを電気的に接続させている。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１からの出力信号を、外部接続端子２ａ，２ｂから外部に出力することができる。

言い換えれば、本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と半導体素子６とを別体に形成させ、接合材７を介して、赤外線センサ１と協働する信号処理用の半導体素子６上に赤外線センサ１を直接的に実装したスタック構造としている。赤外線検出装置１０は、Ａｕバンプの接合材７を用いて、赤外線センサ１を半導体素子６上に実装している。赤外線センサ１は、複数個の接合材７により、赤外線センサ１の第１端子部８ａｃや第２端子部８ｂｃを、半導体素子６の接続端子部６ａ，６ｂと電気的に接続させている。

赤外線検出装置１０は、接着剤１４を用いて、半導体素子６をパッケージ基体２に接着している。赤外線検出装置１０は、接着剤１４として導電性ペーストを用いる場合、パッケージ基体２に予め形成させた配線パターン（図示していない）と半導体素子６とを接着剤１４により電気的に接続させることもできる。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１が実装された半導体素子６と、パッケージ基体２の配線パターンとをワイヤ１５によりワイヤボンディングしている。赤外線検出装置１０は、ワイヤ１５などを介して、赤外線検出装置１０の外部と赤外線センサ１とを電気的に接続させることができる。赤外線検出装置１０は、ワイヤ１５として、たとえば、金線やアルミニウム線を用いることができる。赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２に貫設された貫通配線（図示していない）を介して配線パターンと、外部接続端子２ａ，２ｂとを電気的に接続させている。

なお、赤外線検出装置１０は、半導体素子６の発熱で生ずる熱に起因して、赤外線センサ１に面内での温度むらが生ずることをできるだけ抑制することが好ましい。そのため、赤外線検出装置１０は、図示していないが、平面視において、赤外線センサ１の第１端子部８ａｃや第２端子部８ｂｃを、半導体素子６側の温度の高い部位を中心に対称に配置させて面内での温度むらを抑制することもできる。また、赤外線検出装置１０は、平面視において、赤外線センサ１の第１端子部８ａｃや第２端子部８ｂｃに加えて、半導体素子６の発熱で生ずる熱に起因して、赤外線センサ１に面内での温度むらが生ずることを抑制するダミー配線パターンを設けてもよい（図示していない）。

本実施形態の赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２を覆部４で封止している。赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２の淵に、低融点ガラスからなる封止接着層（図示していない）を用いて覆部４を接着することができる。赤外線検出装置１０は、封止に用いられる封止接着層の材料として、低融点ガラスの代わりに、ＡｕＳｉ、半田などの無機材料を用いてもよいし、エポキシ樹脂などの有機材料を用いてもよい。

赤外線検出装置１０は、レンズ部３を備えた覆部４とパッケージ基体２とを用いて、赤外線検出装置１０の内部を減圧状態で気密封止することができる。赤外線検出装置１０は、レンズ部３を備えた覆部４とパッケージ基体２とを用いて、赤外線センサ１などに曝しても実質的に影響のないガス等を加圧状態で気密封止してもよい。赤外線検出装置１０は、赤外線検出装置１０の内部を減圧状態や加圧状態で気密封止することで、赤外線検出装置１０の内部が汚染されることを抑制することができる。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１などに実質的に影響のないガスとして、たとえば、Ａｒガスなどの不活性ガスや窒素ガス（Ｎ_２）などが好適に挙げられる。赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２と覆部４とを加圧状態で気密封止することにより、赤外線検出装置１０の内部を揚圧（大気圧より高く）させてもよい。赤外線検出装置１０は、赤外線検出装置１０の内部を揚圧することにより、気密封止された赤外線検出装置１０の内部に、大気からガスが流入することを抑制することができる。これにより、赤外線検出装置１０は、より信頼性の高いものとすることができる。

赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１に赤外線を集光させるレンズ部３を備えることにより、高感度化が可能となる。また、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１がベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側をパッケージ基体２側とすることで、赤外線センサ１の厚み方向において、開口部１ｆをレンズ部３の焦点距離の確保に利用することも可能となる。言い換えれば、赤外線検出装置１０は、ベース基板１ｂにおける一表面１ａａ側をパッケージ基体２側にした赤外線検出装置と比較して、レンズ部３と赤外線センサ１との距離をより近づけて配置できる。

本実施形態の赤外線検出装置１０では、レンズ部３と赤外線センサ１との距離をより近づけて、赤外線検出装置１０全体を低背化も可能となる。すなわち、本実施形態の赤外線検出装置１０は、より低背化が可能となる。

なお、赤外線センサ１は、ベース基板１ｂにおける一表面１ａａ側を研磨などすることにより、より低背化させることに寄与することも可能となる。本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１のベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側が半導体素子６に実装されている。赤外線検出装置１０では、赤外線センサ１のベース基板１ｂにおける一表面１ａａ側が半導体素子６に実装されているものと比較して、研磨によるベース基板１ｂの厚みばらつきに起因するセンサ特性のばらつきを抑制することも可能となる。

（実施形態２）
図３に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、図１に示す赤外線検出装置１０のごとく、覆部４で赤外線センサ１と半導体素子６とを囲む代わりに、樹脂部１７で赤外線センサ１と半導体素子６との側周部１７ａを囲む点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。

本実施形態の赤外線検出装置１０は、図３に示すように、赤外線センサ１のベース基板１ｂにおける一表面１ａａ側と、レンズ部３を一体に形成した覆部４側とを気密封止している。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１のベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側を半導体素子６に実装させている。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と半導体素子６とが電気的に接続されるとともに赤外線センサ１と半導体素子６との間を気密封止している。

赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１において、ベース基板１ｂの一表面１ａａ側に金属パターン層１ｇを形成させている。金属パターン層１ｇは、一表面１ａａ側が開口部１ｆにより矩形枠状となるベース基板１ｂに沿って枠状に形成している。赤外線検出装置１０は、覆部４の他表面１ａｂ側における金属パターン層１ｇと対応する部位に枠状の金属パターン層４ａを形成させている。赤外線検出装置１０は、たとえば、ベース基板１ｂの金属パターン層１ｇと、覆部４の金属パターン層４ａとをＡｕ−Ａｕの常温接合により接合させている。

赤外線検出装置１０は、たとえば、赤外線センサ１における薄膜部１ａ側と半導体素子６とを低融点ガラスからなる接合材７により接合することができる。赤外線センサ１と半導体素子６とは、接合材７として導電性を備えた低融点ガラスからなる第１接合材７ａを用いることにより、赤外線センサ１と半導体素子６とを電気的に接続することができる。第１接合材７ａは、導電性を備えた低融点ガラスだけに限られず半田バンプやＡｕバンプなどを用いることもできる。

また、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１において、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側の外周部に沿って枠状の金属パターン部８ｃｃを形成させている。赤外線検出装置１０は、半導体素子６において、赤外線センサ１の金属パターン部８ｃｃに対応する部位に、枠状の金属パターン部６ｄを形成させている。赤外線検出装置１０は、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側に形成された金属パターン部８ｂｃと、半導体素子６の対応する部位に形成された金属パターン部６ｄとを低融点ガラスからなる接合材７により接合させて気密封止している。枠状に形成される接合材７は、赤外線センサ１と半導体素子６との間を気密封止する第２接合材７ｂとして機能させることができる。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と、半導体素子６とを低融点ガラスで接合させるだけでなく、第１接合材７ａおよび第２接合材７ｂにＡｕを用いて、Ａｕ−Ａｕの常温接合などにより接合することもできる。

言い換えれば、本実施形態の赤外線検出装置１０は、接合材７は、赤外線センサ１の赤外線検知部１ｈを除く部位に配されており、赤外線センサ１と半導体素子６とを電気的に接続させる第１接合材７ａと、赤外線センサ１と半導体素子６との間を気密封止する第２接合材７ｂとを備えている。

また、本実施形態の赤外線検出装置１０は、レンズ部３を除いて、少なくとも赤外線センサ１と赤外線センサ１が実装された半導体素子６との側周部１７ａを被覆する樹脂部１７を有している。赤外線検出装置１０は、樹脂材料（たとえば、エポキシ樹脂）のモールド成形などにより樹脂部１７を形成することができる。赤外線検出装置１０は、半導体素子６に実装させた赤外線センサ１と、レンズ部３を備えた覆部４との側周部１７ａを樹脂部１７で被覆することで、赤外線検出装置１０の機械的強度を高めることが可能となる。

なお、本実施形態の赤外線検出装置１０では、シリコン材料により覆部４を形成させている。赤外線検出装置１０は、シリコン基板の陽極酸化技術を利用して、赤外線検出装置１０の外部に突出するように、覆部４にレンズ部３を構成する凸部３ａを形成している。より具体的には、陽極酸化技術を応用してレンズ部３となる半導体レンズを形成するために、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板（たとえば、シリコン基板）の一表面側に半導体基板とオーミック接触をなすように形成する。たとえば、レンズ部３の凸部３ａを形成するために、半導体基板は、半導体基板の一表面上に陽極の基礎となる導電性層を形成した後、導電性層に円形状に開口した部位を設け半導体基板の一表面の一部が円形状に露出するようにパターニングを行う。次に、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去可能な電解液中に、半導体基板の他表面における多孔質部の形成予定領域全域を浸す。その後、半導体基板の他表面側に対向配置される陰極と陽極との間に通電させ、半導体基板の他表面側に所望形状の多孔質部を酸化により形成する。続いて、半導体基板に形成された多孔質部をエッチングなどにより除去することで、レンズ部３の凸部３ａを形成することができる。同様に、赤外線検出装置１０は、シリコン基板の陽極酸化技術を利用して、赤外線検出装置１０の内部に突出するように、覆部４にレンズ部３を構成する凸部３ｂを形成している。

赤外線検出装置１０は、半導体素子６と、赤外線センサ１と、覆部４とを用いて、赤外線検出装置１０の内部を減圧状態で気密封止することができる。赤外線検出装置１０は、半導体素子６と、赤外線センサ１と、覆部４とを用いて、赤外線センサ１などに曝しても実質的に影響のないガス等を加圧状態で気密封止してもよい。赤外線検出装置１０は、赤外線検出装置１０の内部を減圧状態や加圧状態で気密封止することで、赤外線検出装置１０の内部が汚染されることを抑制することができる。

また、本実施形態の別の赤外線検出装置１０としては、赤外線検出装置１０のパッケージ基体２と別体の半導体素子６上に赤外線センサ１を配置させる代わりに、半導体素子６自体を赤外線センサ１の配置に利用するものでもよい。

本実施形態の赤外線検出装置１０は、図４に示すように、赤外線センサ１と別途に形成された赤外線センサ１と協働する信号処理用の半導体素子６を備えている。

赤外線検出装置１０は、接合材７が赤外線センサ１の赤外線検知部１ｈを除く部位に配されている。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と半導体素子６とを電気的に接続させる導電性の低融点ガラスからなる第１接合材７ａを備えている。また、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と半導体素子６との間を気密封止する低融点ガラスからなる第２接合材７ｂを備えている。

赤外線検出装置１０は、赤外線を赤外線センサ１の赤外線吸収部１ｈ側に反射させる赤外線反射膜５を半導体素子６に設けている。また、赤外線検出装置１０は、半導体素子６の金属パターン部６ｄと電気的に接続させた貫通孔配線６ｃａを介して、赤外線センサ１や半導体素子６と、赤外線センサ１や半導体素子６を電気的に接地させる半田ボールからなる接地端子２ｃとを電気的に接続させている。赤外線検出装置１０は、図示していない貫通配線を介して、赤外線センサ１からの出力信号を増幅して外部に出力できるように半田ボールからなる外部接続端子２ａ，２ｂと電気的に接続させた構成としてもよい。

赤外線検出装置１０は、半導体素子６自体をパッケージ基体２として、半導体素子６と赤外線センサ１とを気密封止している。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と、レンズ部３を一体に形成した覆部４とを気密封止している。赤外線検出装置１０は、レンズ部３を除いて、少なくとも赤外線センサ１と赤外線センサ１が実装された半導体素子６との側周部１７ａを被覆する樹脂部１７を有している。

なお、図４に示す赤外線検出装置１０の製造方法は、図示していないが、たとえば、複数個の赤外線センサ１が形成された赤外線センサウエハと、赤外線センサ１の各々に対応する複数個の半導体素子６が形成された半導体ウエハとを接合する。次に、赤外線検出装置１０は、赤外線センサウエハの各赤外線センサ１に対応する部位だけをダイシングした後、ダイシング溝に樹脂材料を埋め込み、硬化させる。続いて、各赤外線センサ１が樹脂部１７の基礎となる樹脂で囲まれた赤外線センサウエハと半導体素子６が形成された半導体ウエハとが接合されたものを分割するダイシンクを行う。これにより、赤外線検出装置１０では、図４に示す複数個の赤外線検出装置１０を量産性よく形成することができる。言い換えれば、赤外線センサ１と赤外線センサ１が実装される半導体素子６とは、複数個の赤外線センサ１が形成された赤外線センサウエハと赤外線センサ１の各々に対応する複数個の半導体素子６が形成された半導体ウエハとが接合された接合ウエハから一体として分離されている。

本実施形態の赤外線検出装置１０では、半導体素子６自体をパッケージ基体２として赤外線センサ１の配置に利用している。本実施形態の赤外線検出装置１０は、チップサイズパッケージの構造としている。これにより、赤外線検出装置１０は、主として、レンズ部３を備えた覆部４と、赤外線センサ１と、赤外線センサ１を実装するパッケージ基体２とを合わせた厚み程度にまで、赤外線検出装置１０全体の厚みを薄くさせることが可能なる。すなわち、本実施形態の赤外線検出装置１０は、より低背化することが可能となる。

（実施形態３）
図５，６に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、実施形態２の赤外線検出装置１０が赤外線サンサ１と覆部４とを接合させるものであるのに対し、赤外線センサ１と覆部４との間にスペーサ１１が介在させた点が主として相違する。なお、本実施形態の図５に示す赤外線検出装置１０は、図３に示す実施形態２の赤外線検出装置１０に対応して構成している。また、本実施形態の図６に示す赤外線検出装置１０は、図４に示す実施形態２の赤外線検出装置１０に対応して構成している。実施形態２と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。

本実施形態の赤外線検出装置１０は、図５や図６に示すように、赤外線センサ１と覆部４との間に、スペーサ１１が介在している。赤外線検出装置１０は、スペーサ１１において金属パターン層１ｇと対応する部位に、枠状の金属パターン膜１１ａを形成させている。なお、スペーサ１には、レンズ４からの赤外線を赤外線センサ１の赤外線検知部１ｈ側に照射できるように、貫通孔１１ｆが貫設されている。また、本実施形態の赤外線検出装置１０では、覆部４におけるレンズ部３の形状を平凸形状としている。

赤外線検出装置１０は、たとえば、ベース基板１ｂの一表面１ａａ側に形成されたＡｕからなる金属パターン層１ｇと、スペーサ１１のＡｕからなる金属パターン膜１１ａとをＡｕ−Ａｕの常温接合により接合させている。また、赤外線検出装置１０は、スペーサ１１における一表面１ａａ側（レンズ３側）において、貫通孔１１ｆを囲むように枠状の金属パターン膜１１ｂを形成させている。赤外線検出装置１０は、覆部４において金属パターン膜１１ｂと対応する部位に、枠状の金属パターン層４ａを形成させている。赤外線検出装置１０は、たとえば、スペーサ１１ｂの一表面１ａａ側に形成された金属パターン膜１１ｂと、覆部４の金属パターン層４ａとをＡｕ−Ａｕの常温接合により接合させている。これにより、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と半導体素子６とを気密封止している。赤外線検出装置１０において、スペーサ１１における枠状の金属パターン膜１１ａ，１１ｂは、蒸着法、めっき法など適宜の方法を利用して形成すればよい。赤外線検出装置１０では、Ｓｉウェハやガラスウェハを用いてスペーサ１１を形成することができる。本実施形態の赤外線検出装置１０は、スペーサ１１が赤外線センサ１と覆部４との厚み方向の位置精度を向上させることが可能となる。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１を低背化させた場合でも、赤外線センサ１の赤外線検知部１ｈ側とレンズ部３との厚み方向の位置を、より正確に合わせることができることでセンサ特性のばらつきを抑制することが可能となる。

（実施形態４）
図７，８に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、実施形態４の赤外線検出装置１０に電磁シールド１８を設けた点が相違する。なお、本実施形態の図７に示す赤外線検出装置１０は、図３に示す実施形態２の赤外線検出装置１０に対応して構成している。また、本実施形態の図８に示す赤外線検出装置１０は、図４に示す実施形態２の赤外線検出装置１０に対応して構成している。なお、実施形態２と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。

本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と赤外線センサ１が実装された半導体素子６との周囲に、電磁ノイズを抑制する電磁シールド１８を有している。電磁シールド１８は、たとえば、金属薄膜や金属カバーを利用して形成することができる。本実施形態の赤外線検出装置１０では、たとえば、実施形態４の赤外線検出装置１０の赤外線センサ１と赤外線センサ１が実装された半導体素子６との周囲に電磁シールド１８の基礎となる金属薄膜を蒸着法、めっき法など適宜の方法を利用して形成すればよい。赤外線検出装置１０は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属薄膜（たとえば、アルミニウム薄膜）を所定の形状にパターニングすることで、レンズ部３および半導体素子６の他表面１ａｂ側を除いて電磁シールド１８を形成することができる。

また、赤外線検出装置１０は、有底筒形状の金属カバーからなる電磁シールド１８により、赤外線センサ１と赤外線センサ１が実装された半導体素子６とを覆うものでもよい。金属カバーからなる電磁シールド１８は、図示していないが、金属（たとえば、コバール）の板材を押し圧加工や打ち抜き加工などすることにより、レンズ部３を露出可能な貫設孔を底部に備えた有底筒形状に形成させたものでよい。

さらに、赤外線検出装置１０は、樹脂部１７の基礎となる樹脂材料に金属フィラなどを混入させることで、樹脂部１７に電磁シールド１８の機能をもたせることもできる。なお、赤外線検出装置１０は、電磁シールド１８と、赤外線センサ１や半導体素子６との間に、電気的な絶縁性を確保する絶縁材（図示していない）を適宜に設けてもよい。

これにより、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１に入射する電磁ノイズを電磁シールド１８で遮断することができ、センサ特性をより安定化することが可能となる。また、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と赤外線センサ１が実装された半導体素子６とを電磁シールド１８で覆うことにより、赤外線検出装置１０の機械的強度を高めることも可能となる。

１ 赤外線センサ
１ａ 薄膜部
１ａａ 一表面
１ａｂ 他表面
１ｂ ベース基板
１ｅ，1ｈ 赤外線検知部
１ｆ 開口部
３ レンズ部
４ 覆部
６ 半導体素子
７ 接合材
７ａ 第１接合材
７ｂ 第２接合材
１０ 赤外線検出装置
１１ スペーサ
１７ 樹脂部
１７ａ 側周部
１８ 電磁シールド

Claims (8)

1. 赤外線を検知する赤外線センサと、該赤外線センサからの出力信号を信号処理する半導体素子とを有する赤外線検出装置であって、
   前記赤外線センサは、開口部が一表面側に設けられるベース基板と、該ベース基板における他表面側で前記ベース基板に支持される薄膜部と、該薄膜部に設けられる赤外線検知部とを備え、接合材により、前記ベース基板における前記他表面側が前記半導体素子に実装されていることを特徴とする赤外線検出装置。
2. 前記赤外線センサと該赤外線センサが実装される前記半導体素子とは、複数個の前記赤外線センサが形成された赤外線センサウエハと前記赤外線センサの各々に対応する複数個の前記半導体素子が形成された半導体ウエハとが接合された接合ウエハから一体として分離されてなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
3. 前記赤外線センサは、複数個の前記赤外線検知部を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線検出装置。
4. 前記赤外線センサに赤外線を集光させるレンズ部を備え前記赤外線センサを覆う覆部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
5. 前記赤外線センサと前記覆部との間には、スペーサが介在していることを特徴とする請求項４に記載の赤外線検出装置。
6. 前記接合材は、前記赤外線センサの前記赤外線検知部を除く部位に配されており、前記赤外線センサと前記半導体素子とを電気的に接続させる第１接合材と、前記赤外線センサと前記半導体素子との間を気密封止する第２接合材とを備えてい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項に記載の赤外線検出装置。
7. 前記レンズ部を除いて、少なくとも前記赤外線センサと該赤外線センサが実装された前記半導体素子との側周部を被覆する樹脂部を有することを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
8. 前記赤外線センサと該赤外線センサが実装された前記半導体素子との周囲に電磁ノイズを抑制する電磁シールドを有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。

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