JP2016151523A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暗電流の増加を抑制することが可能な赤外線検出装置を提供する。【解決手段】信号処理基板１０は、赤外線検出素子１の複数の画素から出力された信号を処理する複数の信号処理回路２３を有している。信号処理基板１０は、赤外線検出素子１が配置される素子配置領域１７と、信号処理基板１０に直交する方向から見て素子配置領域１７を囲むように素子配置領域１７の外側に位置する回路配置領域１９とを有している。信号処理基板１０は、半導体基板３と対向する面側に積層されている複数の絶縁層１３を有している。複数の信号処理回路２３は、素子配置領域１７を囲むように回路配置領域１９に配置されている。信号処理基板１０には、少なくとも一層の絶縁層１３上であり、かつ、素子配置領域１７に位置するように、絶縁層１３の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導層２７が配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、赤外線検出装置に関する。

複数の画素が二次元状に配置されている半導体基板を有する赤外線検出素子と、複数の画素から出力された信号を処理する複数の信号処理回路を有し、半導体基板と対向するように配置されている信号処理基板と、を備えている赤外線検出装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されている赤外線検出装置では、複数の信号処理回路は、半導体基板と対向する領域に配置されている。

特開２０１１−１４２５５８号公報

信号処理回路は、動作の際に、発熱する。複数の信号処理回路が、半導体基板と対向する領域に配置されている場合、信号処理回路にて発生した熱は、半導体基板（赤外線検出素子）に伝わり易く、赤外線検出素子は信号処理基板からの熱の影響を受け易い。赤外線検出素子は、熱の影響を受けると、暗電流が増加する。

本発明は、暗電流の増加を抑制することが可能な赤外線検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る赤外線検出装置は、複数の画素が二次元状に配置されている半導体基板を有する赤外線検出素子と、複数の画素から出力された信号を処理する複数の信号処理回路を有し、半導体基板と対向するように配置されている信号処理基板と、を備え、信号処理基板は、赤外線検出素子が配置される素子配置領域と、信号処理基板に直交する方向から見て素子配置領域を囲むように素子配置領域の外側に位置する回路配置領域とを有すると共に、半導体基板と対向する面側に積層されている複数の絶縁層を有し、複数の信号処理回路は、素子配置領域を囲むように回路配置領域に配置されており、信号処理基板には、少なくとも一層の絶縁層上であり、かつ、素子配置領域に位置するように、複数の絶縁層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導層が配置されている。

本発明に係る赤外線検出装置では、複数の信号処理回路が、信号処理基板に直交する方向から見て素子配置領域を囲むように素子配置領域の外側に位置する回路配置領域に、素子配置領域を囲むように配置されている。複数の信号処理回路が上記回路配置領域に配置されている構成では、複数の信号処理回路が赤外線検出素子（半導体基板）の直下に位置する領域に配置されている従来の構成に比して、熱の発生源となる信号処理回路から赤外線検出素子までの距離が長く、赤外線検出素子が信号処理回路から離れて位置する。このため、本発明によれば、上記従来の構成に比して、赤外線検出素子は信号処理基板からの熱の影響を受け難く、赤外線検出素子での暗電流の増加を抑制することができる。

複数の信号処理回路が上記回路配置領域に配置されている構成においても、信号処理回路にて発生した熱は、素子配置領域に伝わる。このとき、素子配置領域では、信号処理回路に近い位置と、信号処理回路から離れた位置とでは、温度が異なることがある。すなわち、信号処理回路に近い位置が、信号処理回路から離れた位置に比して温度が高く、素子配置領域に温度勾配が生じることがある。

素子配置領域に温度勾配が生じると、素子配置領域の信号処理回路に近い位置に対向して配置されている画素と、素子配置領域の信号処理回路から離れた位置に対向して配置されている画素とでは、信号処理基板からの熱の影響が異なる。素子配置領域の信号処理回路に近い位置に対向して配置されている画素は、素子配置領域の信号処理回路から離れた位置に対向して配置されている画素に比して、温度が高くなり易く、暗電流が増加傾向にある。このように、暗電流が画素間でばらつくおそれがある。

これに対し、本発明では、信号処理基板に、少なくとも一層の絶縁層上であり、かつ、素子配置領域に位置するように、複数の絶縁層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導層が配置されているので、素子配置領域に温度勾配が生じ難い。これにより、赤外線検出素子において、暗電流が画素間でばらつくのを抑制することができる。

熱伝導層は、ベタ状の金属層であってもよい。この場合、素子配置領域に温度勾配が生じ難い構成を簡易に実現することができる。

熱伝導層は、隣り合う二層の絶縁層の間に位置するように配置されていてもよい。この場合、熱伝導層は、信号処理基板の半導体基板と対向する面よりも、信号処理基板内に配置される。したがって、熱伝導層が信号処理基板内に配置されている構成では、たとえば、信号処理基板の半導体基板と対向する面に熱伝導層が配置されている構成に比して、熱伝導層から赤外線検出素子までの距離が長く、赤外線検出素子は熱伝導層からの熱の影響を受け難い。これにより、赤外線検出素子での暗電流の増加をより一層抑制しつつ、暗電流が画素間でばらつくのを抑制することができる。

信号処理基板は、信号処理基板に直交する方向から見て、矩形状を呈し、複数の信号処理回路は、信号処理基板の各辺に沿うように、回路配置領域に配置されていてもよい。この場合、素子配置領域には、熱が四方向から伝わるので、素子配置領域での温度勾配がより一層生じ難い。

素子配置領域は、信号処理基板に直交する方向から見て、信号処理基板の対向する一対の辺と平行であり、かつ、互いに対向する一対の辺と、信号処理基板の対向する他の一対の辺と平行であり、かつ、互いに対向する一対の辺とを有する矩形状を呈し、素子配置領域には、対応する画素に電気的に接続される複数の電極が、複数の画素の配置と対応するように二次元状に配置されており、素子配置領域を矩形状の四つの部分領域に分割したとき、四つの部分領域にそれぞれ配置されている電極は、当該電極が配置されている部分領域の一辺と対向する信号処理基板の辺に沿うように配置されている信号処理回路と接続されていてもよい。この場合、素子配置領域に温度勾配を生じ難くしつつ、信号処理基板の各辺に沿うように配置されている各信号処理回路と、当該信号処理回路に対応する電極とを適切に接続することができる。

複数の信号処理回路は、互いに間隔を有して配置されており、熱伝導層は、信号処理基板に直交する方向から見たときに、隣り合う信号処理回路の間に位置する層部分を有していてもよい。この場合、信号処理回路からの熱が熱伝導層に伝わり易いので、素子配置領域での温度勾配がより一層生じ難い。

信号処理基板には、熱伝導層に接続されている一端と、信号処理基板の半導体基板と対向する面の裏面側に位置している他端とを有し、複数の絶縁層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材が配置されていてもよい。この場合、熱伝導層の熱の一部が、熱伝導部材を通して、信号処理基板の半導体基板と対向する面の裏面側に伝わる。当該裏面側に伝わった熱は、信号処理基板から放散されるので、熱伝導層の温度が低下する。これにより、赤外線検出素子での暗電流の増加をより一層抑制しつつ、暗電流が画素間でばらつくのを抑制することができる。

本発明によれば、暗電流の増加を抑制することが可能な赤外線検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る赤外線検出装置の平面構成を模式的に示す図である。 本実施形態に係る赤外線検出装置の断面構成を模式的に示す図である。 信号処理基板の平面構成を模式的に示す図である。 信号処理回路と熱伝導層との位置関係を模式的に示す図である。 信号処理回路と熱伝導層との位置関係を模式的に示す図である。 本実施形態の変形例に係る赤外線検出装置の断面構成を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図３を参照して、本実施形態に係る赤外線検出装置ＩＦの構成を説明する。図１は、本実施形態に係る赤外線検出装置の平面構成を模式的に示す図である。図２は、本実施形態に係る赤外線検出装置の断面構成を模式的に示す図である。図３は、信号処理基板の平面構成を模式的に示す図である。

赤外線検出装置ＩＦは、図１及び図２に示されように、赤外線検出素子１と、赤外線検出素子１が搭載される信号処理基板１０と、信号処理基板１０が搭載される支持配線基板３０と、を備えている。

赤外線検出素子１は、互いに対向する主面３ａ，３ｂを有する半導体基板３を有している。半導体基板３は、たとえばｎ型の半導体基板である。半導体基板３は、半導体基板３（主面３ａ，３ｂ）に直交する方向から見て、すなわち平面視で、矩形状（たとえば、正方形状など）を呈している。

赤外線検出素子１は、半導体基板３の主面３ｂ側に形成されている複数の半導体領域５を有している。複数の半導体領域５は、二次元状に配置されている。本実施形態では、赤外線検出素子１は、「３６（＝６行×６列）」の半導体領域５を有している。半導体領域５は、たとえばｐ型の半導体基板である。すなわち、半導体領域５の導電型は、半導体基板３の導電型と異なる。半導体領域５は、平面視で、矩形状（たとえば、正方形状など）を呈している。半導体領域５は、用途に応じて、円形状又は楕円形状を呈していてもよい。

赤外線検出素子１は、半導体領域５と半導体基板３とでフォトダイオードが形成されている。半導体領域５と半導体基板３とで形成されるフォトダイオードが画素を構成する。したがって、赤外線検出素子１では、複数の画素が二次元状に配置されている。赤外線検出素子１は、赤外域での波長領域に感度を有する受光素子を用いることができる。このような受光素子として、化合物光半導体（たとえば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、又はＩｎＳｂなど）のフォトダイオードアレイなどが挙げられる。

赤外線検出素子１は、複数の半導体領域５に対応して、二次元状に配置されている複数の電極７を有している。本実施形態では、赤外線検出素子１は、「３６（＝６行×６列）」の電極７を有している。電極７は、対応する半導体領域５にコンタクトしており、アノード電極として機能する。電極７は、平面視で、矩形状（たとえば、正方形状など）を呈している。電極７は、用途に応じて、円形状又は楕円形状を呈していてもよい。

信号処理基板１０は、互いに対向する主面１０ａ，１０ｂを有している。信号処理基板１０は、主面１０ａが半導体基板３の主面３ｂと対向するように配置されている。すなわち、信号処理基板１０は、半導体基板３と対向するように配置されている。主面１０ｂは、半導体基板３の主面３ｂと対向する主面１０ａの裏面である。信号処理基板１０は、平面視で、矩形状（たとえば、正方形状など）を呈している。信号処理基板１０は、互いに対向する一対の辺１１ａ，１１ｂと、互いに対向する一対の辺１１ｃ，１１ｄと、を有する。四辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、信号処理基板１０の輪郭を形成している。

信号処理基板１０は、主面１０ａ側に、積層されている複数の絶縁層１３を有している。各絶縁層１３は、層間絶縁膜として機能する。本実施形態では、信号処理基板１０は、少なくとも３層の絶縁層１３を有している。絶縁層１３は、たとえば、酸化シリコンなどからなる。

信号処理基板１０は、図３に示されるように、素子配置領域１７と、回路配置領域１９とを有している。素子配置領域１７には、赤外線検出素子１が配置される。すなわち、素子配置領域１７は、赤外線検出素子１（半導体基板３）の直下に位置している。本実施形態では、素子配置領域１７は、半導体基板３に直交する方向から見たときに、信号処理基板１０の中央に位置している。素子配置領域１７は、平面視で、矩形状（たとえば、正方形状など）を呈している。図３では、構造の明確化のため、絶縁層１３及び後述する配線２４の図示が省略されている。

素子配置領域１７は、互いに対向する一対の辺１７ａ，１７ｂと、互いに対向する一対の辺１７ｃ，１７ｄと、を有する。四辺１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、素子配置領域１７の輪郭を形成している。素子配置領域１７の一対の辺１７ａ，１７ｂは、信号処理基板１０の一対の辺１１ａ，１１ｂと平行である。素子配置領域１７の一対の辺１７ｃ，１７ｄは、信号処理基板１０の一対の辺１１ｃ，１１ｄと平行である。

素子配置領域１７には、複数の電極２１が配置されている。複数の電極２１は、複数の電極７（画素）の配置と対応するように、二次元状に配置されている。複数の電極２１は、最表面に位置する絶縁層１３上に形成されている。本実施形態では、信号処理基板１０は、「３６（＝６行×６列）」の電極２１を有している。対応する電極７と電極２１とは、導電性バンプ２２を介して接続されている。すなわち、電極２１は、対応する画素と電気的に接続される。電極２１は、平面視で、矩形状（たとえば、正方形状など）を呈している。電極２１は、用途に応じて、円形状又は楕円形状を呈していてもよい。

素子配置領域１７は、矩形状（たとえば、正方形状など）の四つの部分領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに分割される。各部分領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、平面形状が同じであり、各部分領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄには、同数の電極２１が配置されている。本実施形態では、各部分領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄでは、「９（＝３行×３列）」の電極２１が配置されている。半導体基板３にコンタクトしている電極（カソード電極）は、信号処理基板１０に配置されている電極（不図示）に電気的に接続されている。

回路配置領域１９は、信号処理基板１０（主面１０ａ，１０ｂ）に直交する方向から見て、すなわち平面視で、素子配置領域１７を囲むように素子配置領域１７の外側に位置している。回路配置領域１９は、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、赤外線検出素子１（半導体基板３）の外側に位置している。

信号処理基板１０は、対応する画素から出力された信号を処理する複数の信号処理回路２３を有している。本実施形態では、信号処理基板１０は、画素数に対応して、「３６」の信号処理回路２３を有している。信号処理回路２３には、たとえば、チャージアンプ回路、ソースフォロワ回路、又はオートゼロ回路などを適用することができる。これらの回路は、本技術分野の当業者にとって周知の構成を備えているため、詳細な説明は省略する。本実施形態では、信号処理回路２３は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として、信号処理基板１０に搭載されている。すなわち、信号処理基板１０は、信号処理回路２３が搭載されている基板部分１２を有し、基板部分１２上に複数の絶縁層１３が配置されている。

信号処理回路２３は、絶縁層１３の間に形成されている配線２４を通して、対応する電極２１と電気的に接続されている。したがって、赤外線検出素子１の画素から出力される信号は、対応する電極７、導電性バンプ２２、電極２１、及び配線２４を通して、信号処理回路２３に出力される。

複数の信号処理回路２３は、素子配置領域１７を囲むように回路配置領域１９に配置されている。本実施形態では、複数の信号処理回路２３は、信号処理基板１０の四辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに沿うように、回路配置領域１９に配置されている。

部分領域１８ａに配置されている複数の電極２１と電気的に接続されている複数の信号処理回路２３（本実施形態では、「９」の信号処理回路２３）は、部分領域１８ａの一辺と対向する信号処理基板１０の辺１１ａに沿うように配置されている。これらの信号処理回路２３は、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、部分領域１８ａと辺１１ａとの間に位置する。本実施形態では、「９」の信号処理回路２３が、辺１１ａに沿って、一列に並んでいる。

部分領域１８ｂに配置されている複数の電極２１と電気的に接続されている複数の信号処理回路２３（本実施形態では、「９」の信号処理回路２３）は、部分領域１８ｂの一辺と対向する信号処理基板１０の辺１１ｂに沿うように配置されている。これらの信号処理回路２３は、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、部分領域１８ｂと辺１１ｂとの間に位置する。本実施形態では、「９」の信号処理回路２３が、辺１１ｂに沿って、一列に並んでいる。

部分領域１８ｃに配置されている複数の電極２１と電気的に接続されている複数の信号処理回路２３（本実施形態では、「９」の信号処理回路２３）は、部分領域１８ｃの一辺と対向する信号処理基板１０の辺１１ｃに沿うように配置されている。これらの信号処理回路２３は、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、部分領域１８ｃと辺１１ｃとの間に位置する。本実施形態では、「９」の信号処理回路２３が、辺１１ｃに沿って、一列に並んでいる。

部分領域１８ｄに配置されている複数の電極２１と電気的に接続されている複数の信号処理回路２３（本実施形態では、「９」の信号処理回路２３）は、部分領域１８ｄの一辺と対向する信号処理基板１０の辺１１ｄに沿うように配置されている。これらの信号処理回路２３は、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、部分領域１８ｄと辺１１ｄとの間に位置する。本実施形態では、「９」の信号処理回路２３が、辺１１ｄに沿って、一列に並んでいる。

回路配置領域１９には、複数の電極２５が配置されている。複数の電極２５は、信号処理基板１０の四辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに沿うように、回路配置領域１９に配置されている。複数の電極２５は、最表面に位置する絶縁層１３上に形成されており、図示しないが、絶縁層１３を貫通するコンタクトホールを介して、絶縁層１３に形成されている配線に接続されている。信号処理回路２３の出力は、上述した配線及びコンタクトホールと、電極２５とを通して、信号処理基板１０の外部に送られる。

信号処理基板１０には、熱伝導層２７が配置されている。熱伝導層２７は、複数の絶縁層１３の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。本実施形態では、熱伝導層２７は、金属層である。熱伝導層２７を構成する材料として、たとえば、アルミニウム又は銅などが挙げられる。

熱伝導層２７は、少なくとも一層の絶縁層１３上であり、かつ、素子配置領域１７に位置するように、配置されている。本実施形態では、隣り合う二層の絶縁層１３の間に位置するように配置されている。すなわち、熱伝導層２７は、信号処理基板１０から露出しておらず、信号処理基板１０内に位置している。

熱伝導層２７の一部は、回路配置領域１９に位置している。すなわち、熱伝導層２７は、素子配置領域１７に位置する層部分２７ａと、回路配置領域１９に位置する層部分２７ｂとを有している。層部分２７ａは、平面視で、素子配置領域１７と同じ矩形状（たとえば、正方形状など）を呈している。層部分２７ｂは、平面視で、層部分２７ａを囲うように層部分２７ａの外側に位置している。熱伝導層２７（層部分２７ｂ）の端は、図４に示されるように、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、信号処理回路２３の端と略一致している。図４では、構造の明確化のため、絶縁層１３及び配線２４などの図示が省略され、熱伝導層２７及び信号処理回路２３のみが図示されている。

熱伝導層２７は、ベタ状に形成されている。本実施形態では、熱伝導層２７は、平面視で、矩形状（たとえば、正方形状など）を呈している。熱伝導層２７は、必ずしもベタ状に形成されている必要はない。たとえば、熱伝導層２７は、格子状に形成されていてもよく、あるいは、複数の開口が形成されていてもよい。熱伝導層２７は、不図示の配線を通して、接地電位に接続される。

支持配線基板３０は、信号処理基板１０が搭載される面側に、対応する電極２５と電気的に接続される複数の電極３１と、電極３５とを有している。電極３１と電極２５とは、ボンデングワイヤＷにより接続されている。電極３５は、信号処理基板１０の主面１０ｂ側にコンタクトしている。

以上のように、本実施形態では、複数の信号処理回路２３が、素子配置領域１７の外側に位置する回路配置領域１９に、素子配置領域１７を囲むように配置されている。複数の信号処理回路２３が回路配置領域１９に配置されている構成では、複数の信号処理回路２３が赤外線検出素子１の直下に位置する領域に配置されている従来の構成に比して、熱の発生源となる信号処理回路２３から赤外線検出素子１までの距離が長く、赤外線検出素子１が信号処理回路２３から離れて位置する。このため、赤外線検出装置ＩＦでは、上記従来の構成に比して、赤外線検出素子１は信号処理基板１０からの熱の影響を受け難く、赤外線検出素子１での暗電流の増加を抑制することができる。

赤外線検出素子１に発生する暗電流は、温度依存性を有している。赤外線検出素子１の温度が高くなると暗電流は大きくなり、赤外線検出素子１の温度が低くなると暗電流は小さくなる。本実施形態では、必ずしも、冷却装置（たとえば、ペルチェ素子など）により赤外線検出素子１を冷却する必要はない。

複数の信号処理回路２３が回路配置領域１９に配置されている構成においても、信号処理回路２３にて発生した熱は、素子配置領域１７に伝わる。このとき、素子配置領域１７では、信号処理回路２３に近い位置と、信号処理回路２３から離れた位置とで、温度が異なることがある。すなわち、信号処理回路２３に近い位置が、信号処理回路２３から離れた位置に比して温度が高く、素子配置領域１７に温度勾配が生じることがある。

素子配置領域１７に温度勾配が生じると、素子配置領域１７の信号処理回路２３に近い位置に対向して配置されている画素と、素子配置領域１７の信号処理回路２３から離れた位置に対向して配置されている画素とでは、信号処理基板１０からの熱の影響が異なる。素子配置領域１７の信号処理回路２３に近い位置に対向して配置されている画素は、素子配置領域１７の信号処理回路２３から離れた位置に対向して配置されている画素に比して、温度が高くなり易く、暗電流が増加するおそれがある。すなわち、赤外線検出素子１の画素間で暗電流がばらつくおそれがある。

これに対し、赤外線検出装置ＩＦでは、信号処理基板１０に、少なくとも一層の絶縁層１３上であり、かつ、素子配置領域１７に位置するように、熱伝導層２７が配置されている。したがって、熱伝導層２７を備えている赤外線検出装置ＩＦでは、たとえば、熱伝導層２７を備えていない赤外線検出装置に比して、信号処理回路２３からの熱が素子配置領域１７に伝わり易く、素子配置領域１７に温度勾配が生じ難い。この結果、赤外線検出素子１において、暗電流が画素間でばらつくのを抑制することができる。

上述した従来の構成においても、赤外線検出装置ＩＦの駆動開始からの時間経過に伴い、赤外線検出素子１の直下に位置する領域の温度分布が略一様となり、温度勾配が生じなくなることが考えられる。これに対し、熱伝導層２７を備えている赤外線検出装置ＩＦは、たとえば、熱伝導層２７を備えていない赤外線検出装置に比して、素子配置領域１７の温度分布が略一様となるまでの期間が短い。これにより、赤外線検出装置ＩＦでは、赤外線検出素子１の画素間で暗電流のばらつきが生じている期間が比較的短く、赤外線検出装置ＩＦでの検出結果に対し、暗電流のばらつきの影響が低く抑えられる。この結果、赤外線検出装置ＩＦでは、より精度の高い赤外線検出を行うことができる。

熱伝導層２７は、ベタ状の金属層である。この場合、熱伝導層２７は、絶縁層１３の間に形成されている配線２４と同じプロセスで形成することが可能となる。これにより、素子配置領域１７に温度勾配が生じ難い構成を簡易に実現することができる。また、熱伝導層２７は、ベタ状であるため、信号処理回路２３で発生した熱を効果的に素子配置領域１７に伝えることができる。

熱伝導層２７は、隣り合う二層の絶縁層１３の間に位置するように配置されている。この場合、熱伝導層２７は、信号処理基板１０の赤外線検出素子１（半導体基板３）と対向する面よりも、信号処理基板１０内に位置する。したがって、熱伝導層２７が信号処理基板１０内に位置している場合、たとえば、信号処理基板１０の赤外線検出素子１と対向する面に熱伝導層２７が配置されている場合に比して、熱伝導層２７から赤外線検出素子１までの距離が長く、赤外線検出素子１は熱伝導層２７からの熱の影響を受け難い。これにより、赤外線検出素子１での暗電流の増加をより一層抑制しつつ、暗電流の画素間でのばらつきを抑制することができる。

信号処理基板１０は、平面視で矩形状を呈し、複数の信号処理回路２３は、信号処理基板１０の各辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに沿うように、回路配置領域１９に配置されている。これにより、素子配置領域１７には、熱が各辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ側から、すなわち四方向から伝わるので、素子配置領域１７での温度勾配がより一層生じ難い。

素子配置領域１７は、平面視で、四辺１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを有する矩形状を呈し、素子配置領域１７には、複数の電極２１が、赤外線検出素子１での複数の画素の配置と対応するように二次元状に配置されている。素子配置領域１７を矩形状の四つの部分領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに分割したとき、四つの部分領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄにそれぞれ配置されている電極２１は、各部分領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの一辺と対向する信号処理基板１０の一辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに沿うように配置されている信号処理回路２３と接続されている。これにより、素子配置領域１７に温度勾配を生じ難くしつつ、信号処理基板１０の各辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに沿うように配置されている各信号処理回路２３と、当該信号処理回路２３に対応する電極２１とを適切に接続することができる。

熱伝導層２７の端と信号処理回路２３の端とは、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、必ずしも一致している必要はない。たとえば、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、熱伝導層２７の端と信号処理回路２３の端とが離れていてもよく、あるいは、熱伝導層２７の端が信号処理回路２３と重なっていてもよい。信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、熱伝導層２７の端と信号処理回路２３の端とが離れている場合、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、信号処理回路２３の端と略一致している場合に比して、信号処理回路２３の熱が熱伝導層２７に発生し難い。熱伝導層２７の端が信号処理回路２３と重なっている場合、熱伝導層２７と信号処理回路２３との間に浮遊容量が発生し、当該浮遊容量が信号処理回路２３の特性に影響を及ぼすおそれがある。

次に、図５を参照して、赤外線検出装置ＩＦの変形例の構成を説明する。図５は、信号処理回路と熱伝導層との位置関係を模式的に示す図である。本変形例では、熱伝導層２７の構成が上述した実施形態と異なる。図５では、図４と同じく、構造の明確化のため、熱伝導層２７及び信号処理回路２３のみが図示されている。

図５に示されるように、複数の信号処理回路２３は、配列方向で互いに間隔を有して配置されている。熱伝導層２７は、層部分２７ａ、層部分２７ｂ、及び回路配置領域１９に位置している複数の層部分２７ｃを有している。各層部分２７ｃは、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、隣り合う信号処理回路２３の間に位置している。

熱伝導層２７が、信号処理基板１０に直交する方向から見たときに、隣り合う信号処理回路２３の間に位置している層部分２７ｃを有している場合、信号処理回路２３からの熱は、層部分２７ｃに伝わり、更に、層部分２７ｃから、層部分２７ｂを通って層部分２７ａに伝わる。これにより、信号処理回路２３からの熱が熱伝導層２７に伝わり易いので、素子配置領域１７での温度勾配がより一層生じ難い。層部分２７ａ，２７ｂと各層部分２７ｃとは、同じ絶縁層１３の間に位置していてもよく、あるいは、異なる絶縁層１３上に位置していてもよい。

次に、図６を参照して、赤外線検出装置ＩＦの変形例の構成を説明する。図６は、本変形例に係る赤外線検出装置の断面構成を模式的に示す図である。

図６に示された赤外線検出装置ＩＦも、赤外線検出素子１と、信号処理基板１０と、支持配線基板３０と、を備えている。

信号処理基板１０には、複数の熱伝導部材２９が配置されている。各熱伝導部材２９は、熱伝導層２７に接続されている一端２９ａと、信号処理基板１０の主面１０ｂ側に位置している他端２９ｂとを有している。熱伝導部材２９は、熱伝導層２７と同様に、複数の絶縁層１３の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。本実施形態では、熱伝導部材２９は、金属部材である。熱伝導部材２９を構成する材料として、たとえば、アルミニウム又は銅などが挙げられる。

熱伝導部材２９は、信号処理基板１０の厚み方向に基板部分１２を貫通するように形成されている。熱伝導部材２９の一端２９ａ及び他端２９ｂは、基板部分１２から露出している。熱伝導部材２９の他端２９ｂは、電極３５に接続されている。電極３５を接地電位に接続することにより、熱伝導層２７には、熱伝導部材２９を通して接地電位が与えられる。

熱伝導層２７の熱の一部は、熱伝導部材２９を通して、信号処理基板１０の主面１０ｂ側に伝わる。主面１０ｂ側に伝わった熱は、信号処理基板１０から放散されるので、熱伝導層２７の温度が低下する。これにより、赤外線検出素子１での暗電流の増加をより一層抑制しつつ、暗電流が画素間でばらつくのを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

半導体基板３、半導体領域５、信号処理基板１０、素子配置領域１７、熱伝導層２７、及び電極７，２１の各形状は、上述した矩形状に限られない。これらの形状は、たとえば円形状であってもよい。半導体領域５、電極７，２１、及び信号処理回路２３の各数は、上述した数に限られない。

１…赤外線検出素子、３…半導体基板、５…半導体領域、１０…信号処理基板、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…信号処理基板の辺、１３…絶縁層、１７…素子配置領域、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ…素子配置領域の辺、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…部分領域、１９…回路配置領域、２１…電極、２３…信号処理回路、２７…熱伝導層、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ…層部分、２９…熱伝導部材、３０…支持配線基板、ＩＦ…赤外線検出装置。

Claims (7)

1. 複数の画素が二次元状に配置されている半導体基板を有する赤外線検出素子と、
   前記複数の画素から出力された信号を処理する複数の信号処理回路を有し、前記半導体基板と対向するように配置されている信号処理基板と、を備え、
   前記信号処理基板は、前記赤外線検出素子が配置される素子配置領域と、前記信号処理基板に直交する方向から見て前記素子配置領域を囲むように前記素子配置領域の外側に位置する回路配置領域とを有すると共に、前記半導体基板と対向する面側に積層されている複数の絶縁層を有し、
   前記複数の信号処理回路は、前記素子配置領域を囲むように前記回路配置領域に配置されており、
   前記信号処理基板には、少なくとも一層の前記絶縁層上であり、かつ、前記素子配置領域に位置するように、前記複数の絶縁層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導層が配置されている、赤外線検出装置。
2. 前記熱伝導層は、ベタ状の金属層である、請求項１に記載の赤外線検出装置。
3. 前記熱伝導層は、隣り合う二層の前記絶縁層の間に位置するように配置されている、請求項１又は２に記載の赤外線検出装置。
4. 前記信号処理基板は、前記信号処理基板に直交する方向から見て、矩形状を呈し、
   前記複数の信号処理回路は、前記信号処理基板の各辺に沿うように、前記回路配置領域に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
5. 前記素子配置領域は、前記信号処理基板に直交する方向から見て、前記信号処理基板の対向する一対の辺と平行であり、かつ、互いに対向する一対の辺と、前記信号処理基板の対向する他の一対の辺と平行であり、かつ、互いに対向する一対の辺とを有する矩形状を呈し、
   前記素子配置領域には、対応する前記画素に電気的に接続される複数の電極が、前記複数の画素の配置と対応するように二次元状に配置されており、
   前記素子配置領域を矩形状の四つの部分領域に分割したとき、前記四つの部分領域にそれぞれ配置されている前記電極は、当該電極が配置されている前記部分領域の一辺と対向する前記信号処理基板の辺に沿うように配置されている前記信号処理回路と接続されている、請求項４に記載の赤外線検出装置。
6. 前記複数の信号処理回路は、互いに間隔を有して配置されており、
   前記熱伝導層は、前記信号処理基板に直交する方向から見たときに、隣り合う前記信号処理回路の間に位置する層部分を有している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
7. 前記信号処理基板には、前記熱伝導層に接続されている一端と、前記信号処理基板の前記半導体基板と対向する面の裏面側に位置している他端とを有し、前記複数の絶縁層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する熱伝導部材が配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。

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