JP2019174427A - 赤外線センサ及びそれを備える赤外線センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高感度化を図ることが可能な赤外線センサ及びそれを備える赤外線センサ装置を提供する。【解決手段】赤外線センサ１００は、基板１と、膜構造体３と、を備える。基板１は、第１主面１１と、基板１の厚さ方向Ｄ１において第１主面１１の反対側に位置する第２主面１２と、を有する。膜構造体３は、基板１の第１主面１１側において基板１に支持されている。膜構造体３は、アレイ状に並んでいる複数の熱型赤外線検出部４を含んでいる。基板１は、第１主面１１側に、複数の熱型赤外線検出部４に一対一に対応する複数のキャビティ１３を有している。赤外線センサ１００は、膜構造体３と基板１との間に複数のキャビティ１３のうち隣り合う２つのキャビティ１３をつなぐ開口１４を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に赤外線センサ及びそれを備える赤外線センサ装置に関し、より詳細には、キャビティを有する基板を備えている赤外線センサ、及びそれを備える赤外線センサ装置に関する。

従来、赤外線センサ（赤外線センサチップ）と、この赤外線センサの出力信号を信号処理するＩＣチップと、赤外線センサ及びＩＣチップが収納されたパッケージと、を備える赤外線センサ装置が知られている（特許文献１）。

赤外線センサは、熱型赤外線検出部と画素選択用のスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタとを有する複数の画素部が半導体基板の一表面側において２次元アレイ状に配列されている。熱型赤外線検出部の感温部が、複数個（ここでは、６個）のサーモパイルを直列接続することにより構成されている。赤外線センサは、半導体基板の上記一表面側において熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部（キャビティ）が形成されている。熱型赤外線検出部は、半導体基板の上記一表面側で空洞部の周部に形成された支持部と、半導体基板の上記一表面側で平面視において空洞部を覆う薄膜構造部と、を備えている。薄膜構造部は、赤外線を吸収する赤外線吸収部を備えている。

特開２０１２−８００３号公報

特許文献１に記載された赤外線センサ及び赤外線センサ装置においては、感度の更なる向上が望まれることがあった。

本開示の目的は、感度の向上を図ることが可能な赤外線センサ及びそれを備える赤外線センサ装置を提供することにある。

本開示の一態様に係る赤外線センサは、基板と、膜構造体と、を備える。前記基板は、第１主面と、前記基板の厚さ方向において前記第１主面の反対側に位置する第２主面と、を有する。前記膜構造体は、前記基板の前記第１主面側において前記基板に支持されている。前記膜構造体は、アレイ状に並んでいる複数の熱型赤外線検出部を含んでいる。前記基板は、前記第１主面側に、前記複数の熱型赤外線検出部に一対一に対応する複数のキャビティを有している。前記赤外線センサは、前記膜構造体と前記基板との間に前記複数のキャビティのうち隣り合う２つのキャビティをつなぐ開口を有する。

本開示の一態様に係る赤外線センサ装置は、前記赤外線センサと、前記赤外線センサの出力信号を信号処理する信号処理回路と、を備える。

本開示の一態様に係る赤外線センサ及びそれを備える赤外線センサ装置は、高感度化を図ることが可能となる。

図１Ａは、実施形態１に係る赤外線センサの要部平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。図１Ｃは、図１ＡのＢ−Ｂ断面図である。 同上の赤外線センサにおける複数の画素部のレイアウト図である。 図３Ａは、同上の赤外線センサの画素部の一部破断した平面図である。図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ断面図である。 図４は、同上の赤外線センサを備える赤外線センサ装置の断面図である。 図５は、同上の赤外線センサを備える赤外線センサ装置の回路ブロック図である。 図６Ａは、実施形態２に係る赤外線センサの要部平面図である。図６Ｂは、図６ＡのＡ−Ａ断面図である。図６Ｃは、図６ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図７Ａは、実施形態３に係る赤外線センサの要部平面図である。図７Ｂは、図７ＡのＡ−Ａ断面図である。図７Ｃは、図１ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図８Ａは、実施形態４に係る赤外線センサの要部平面図である。図８Ｂは、図８ＡのＡ−Ａ断面図である。図８Ｃは、図８ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図９Ａは、実施形態５に係る赤外線センサの要部平面図である。図９Ｂは、図９Ａの要部Ｃの拡大図である。

下記の実施形態において説明する図１Ａ〜４、６Ａ〜９Ｂは、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（実施形態１）
以下では、実施形態１に係る赤外線センサ１００について、図１、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３Ａ及び３Ｂに基づいて説明する。

赤外線センサ１００は、第１主面１１及び第２主面１２を有する基板１と、基板１の第１主面１１側に形成されている複数（例えば、６４個）の画素部２と、を備えている。

第２主面１２は、基板１の厚さ方向Ｄ１において第１主面１１の反対側に位置している。赤外線センサ１００の厚さ方向Ｄ１からの平面視における赤外線センサ１００の外周形状は、例えば、正方形状である。赤外線センサ１００の外周形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。

基板１は、シリコン基板である。基板１の第１主面１１は、{１００}面である。例えば、基板１の第１主面１１は、（１００）面である。基板１の第１主面１１は、例えば、{１００}面からのオフ角が０°よりも大きく５°以下の結晶面でもよい。ここにおいて、「オフ角」とは、{１００}面に対する第１主面１１の傾斜角である。したがって、オフ角が０°であれば、第１主面１１は、{１００}面である。

複数（例えば、６４個）の画素部２は、基板１の第１主面１１側において、アレイ状に配列されている。より詳細には、複数の画素部２は、図２に例示するように、１つの基板１の第１主面１１側において、ｍ行ｎ列（ｍ，ｎは自然数）の２次元アレイ状に配列されている。図２に示した例では、ｍ＝８、ｎ＝８であるが、これに限らず、例えば、ｍ＝１６、ｎ＝４であってもよい。

赤外線センサ１００は、複数の画素部２それぞれの一部を構成する膜構造体３を備えている。膜構造体３は、基板１の第１主面１１側において基板１に支持されている。ここにおいて、膜構造体３は、複数の画素部２に一対一に対応する複数の熱型赤外線検出部４を含んでいる。つまり、複数の熱型赤外線検出部４の各々は、複数の画素部２のうち対応する画素部２に含まれている。したがって、複数の熱型赤外線検出部４は、１つの基板１の第１主面１１側においてアレイ状（２次元アレイ状）に配列されている。より詳細には、複数の熱型赤外線検出部４は、１つの基板１の第１主面１１側において、８行８列の２次元アレイ状に配列されている。

膜構造体３は、シリコン酸化膜３１と、シリコン窒化膜３２と、層間絶縁膜３３と、パッシベーション膜３４と、を含んでいる。膜構造体３では、基板１側からシリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜３３及びパッシベーション膜３４が、この順に並んでいる。ここにおいて、シリコン酸化膜３１は、基板１に直接的に支持されている。膜構造体３における複数の熱型赤外線検出部４は、シリコン窒化膜３２上に形成されている熱電変換部５を含んでいる。層間絶縁膜３３は、シリコン窒化膜３２の表面側で熱電変換部５を覆っている。層間絶縁膜３３は、例えば、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）膜である。パッシベーション膜３４は、例えば、ＰＳＧ（Phospho-Silicate Glass）膜とＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ（Nondoped Silicate Glass）膜との積層膜である。なお、膜構造体３では、層間絶縁膜３３とパッシベーション膜３４との積層膜において、熱型赤外線検出部４に形成された部分が赤外線吸収膜７０を兼ねている。

複数の熱型赤外線検出部４の各々は、熱電変換部５を含んでいる。熱電変換部５は、複数（例えば、６個）のサーモパイル６を含んでいる。熱電変換部５では、複数のサーモパイル６が直列接続されている。

複数の画素部２の各々は、熱型赤外線検出部４と、ＭＯＳトランジスタ７と、を含んでいる。複数のＭＯＳトランジスタ７の各々は、画素部選択用のスイッチング素子である。言い換えれば、複数のＭＯＳトランジスタ７の各々は、熱電変換部の出力電圧を取り出すためのスイッチング素子である。基板１を構成するシリコン基板は、ｎ形シリコン基板である。そして、複数のＭＯＳトランジスタ７の各々は、ｐ^＋形のウェル領域７１、ｎ^＋形のドレイン領域７３、ｎ^＋形のソース領域７４、ｐ^＋＋形のチャネルストッパ領域７２、ゲート絶縁膜７５、ゲート電極７６、ドレイン電極７７、ソース電極７８及びグラウンド用電極７９を有する。ウェル領域７１、ドレイン領域７３、ソース領域７４及びチャネルストッパ領域７２は、基板１に形成されている。ゲート絶縁膜７５は、基板１の第１主面１１上に形成されている。ゲート電極７６は、ゲート絶縁膜７５上に形成されている。ドレイン電極７７は、ドレイン領域７３上に形成されている。ソース電極７８は、ソース領域７４上に形成されている。グラウンド用電極７９は、チャネルストッパ領域７２上に形成されている。なお、赤外線センサ１００は、各列の複数（８つ）の画素部２の熱電変換部５の第１端がＭＯＳトランジスタ７を介して各列ごとに共通接続された複数の第１配線（垂直読み出し線）と、各行の複数（８つ）の画素部２のＭＯＳトランジスタ７のゲート電極７６が各行ごとに共通接続された複数の第２配線（水平信号線）と、を備えている。また、赤外線センサ１００は、各列の画素部２のＭＯＳトランジスタ７のウェル領域７１が各列ごとに共通接続された複数の第３配線（グラウンド線）と、各グラウンド線が共通接続された共通グラウンド線（第４配線）と、を備えている。さらに、赤外線センサ１００は、各列の複数の画素部２の熱電変換部５の第２端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線（第５配線）を備えている。ここで、ＭＯＳトランジスタ７のゲート電極７６は、複数の第２配線のうち対応する第２配線と接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ７のソース電極７８は、熱電変換部５を介して、複数の第５配線のうち対応する第５配線と接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ７のドレイン電極７７は、複数の第１配線のうち対応する第１配線と接続されている。各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。

また、基板１は、第１主面１１側に、複数の熱型赤外線検出部４に一対一に対応する複数のキャビティ１３を有している。基板１の第１主面１１におけるキャビティ１３の開口形状は、矩形状である。基板１における複数のキャビティ１３の各々は、複数の熱型赤外線検出部４のうち対応する熱型赤外線検出部４の一部の直下に形成されている。これにより、複数の熱型赤外線検出部４の各々の一部は、基板１の厚さ方向Ｄ１において基板１から離れている。熱型赤外線検出部４のうち基板１の厚さ方向Ｄ１の平面視においてキャビティ１３の開口縁よりも内側に位置している部分には、厚さ方向Ｄ１に貫通してキャビティ１３につながる（連通する）複数のスリット４４が形成されている。上述のように赤外線センサ１００では、基板１がシリコン基板であり、基板１におけるキャビティ１３の内側面は、互いに交差する４つの（１１１）面を含んでいる。キャビティ１３は、例えば、四角錐状である。

複数の熱型赤外線検出部４では、複数のスリット４４が形成されていることにより、厚さ方向Ｄ１においてキャビティ１３に重なっている部分が６つの領域に区画されており、各領域の各々が、１つのサーモパイル６を含んでいる。

サーモパイル６は、複数（９個）の熱電対６０を有している。複数の熱電対６０の各々は、ｎ形ポリシリコン配線６１と、ｐ形ポリシリコン配線６２と、ｎ形ポリシリコン配線６１とｐ形ポリシリコン配線６２との第１端同士を電気的に接続している第１接続部６３と、を含んでいる。ｎ形ポリシリコン配線６１及びｐ形ポリシリコン配線６２は、シリコン窒化膜３２上に形成されている。第１接続部６３の材料は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ合金である。サーモパイル６は、複数の熱電対６０のうち隣り合う熱電対６０のｎ形ポリシリコン配線６１とｐ形ポリシリコン配線６２との第２端同士を電気的に接続している第２接続部６４を含んでいる。第２接続部６４の材料は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ合金である。

ここで、サーモパイル６では、複数の熱電対６０の各々におけるｎ形ポリシリコン配線６１の第１端とｐ形ポリシリコン配線６２の第１端と第１接続部６３とで１つの温接点Ｔ１を構成している。したがって、サーモパイル６は、複数（９つ）の温接点Ｔ１を含んでいる。また、サーモパイル６では、隣り合う２つの熱電対６０のｎ形ポリシリコン配線６１の第２端とｐ形ポリシリコン配線６２の第２端と第２接続部６４とで１つの冷接点Ｔ２を構成している。したがって、サーモパイル６では、複数（８つ）の冷接点Ｔ２を含んでいる。

サーモパイル６の各温接点Ｔ１は、基板１の厚さ方向Ｄ１においてキャビティ１３に重なるように配置されており、各冷接点Ｔ２は、基板１の厚さ方向Ｄ１においてキャビティ１３に重ならないように配置されている。つまり、温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部４においてキャビティ１３に重なる第１部分４１に含まれており、冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部４においてキャビティ１３に重ならない第２部分４２に含まれている。

複数のキャビティ１３は、基板１に対して、シリコン基板のエッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成されている。基板１の第１主面１１が（１００）面であるので、キャビティ１３の内側面は、互いに交差する４つの（１１１）面を含んでいる。ここにおいて異方性エッチングを行うときのエッチング液は、例えば、所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液である。エッチング液は、ＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ溶液など）を用いてもよい。複数のキャビティ１３の各々の深さは、基板１の厚さよりも小さい。つまり、複数のキャビティ１３は、基板１を貫通していない。

ところで、赤外線センサ１００は、膜構造体３と基板１との間に複数のキャビティ１３のうち隣り合う２つのキャビティ１３をつないでいる（連通させている）開口１４（図１Ｂ及び１Ｃ参照）を有する。これにより、赤外線センサ１００では、隣り合う２つのキャビティ１３の各々に対応する２つの熱型赤外線検出部４について、直下のキャビティ１３とその隣りのキャビティ１３との間に開口１４が無い場合と比べて、基板１との間の容積を大きくでき、熱容量を大きくすることができる。これにより、熱型赤外線検出部４において複数の温接点Ｔ１を含んでいる第１部分４１で発生した熱が基板１へ逃げにくくなる。つまり、熱型赤外線検出部４の第１部分４１と基板１との間の熱絶縁性を高めることができる。

赤外線センサ１００では、膜構造体３における複数の熱型赤外線検出部４の各々は、膜構造体３において矩形領域に形成されている。複数の熱型赤外線検出部４の各々は、矩形領域の四隅と、矩形領域の四隅以外の少なくとも１か所と、が基板１の第１主面１１とつながっている。したがって、複数の熱型赤外線検出部４の各々は、基板１における４つの支持部１５によって支持されている。４つの支持部１５は、基板１の一部である。支持部１５の先端面は、第１主面１１の一部である。赤外線センサ１００では、複数の熱型赤外線検出部４の各々の四隅は、キャビティ１３の開口縁の４つの角それぞれの近くに位置している。赤外線センサ１００では、４つの支持部１５のうちキャビティ１３の開口縁の周方向において隣り合う２つの支持部１５の間に開口１４が形成されている。

赤外線センサ１００では、複数のキャビティ１３がつながっている。より詳細には、赤外線センサ１００では、複数（６４個）の画素部２のうち各行の複数（８個）の画素部２において隣り合う２つの画素部２のいずれの組み合わせでも、２つの画素部２の熱型赤外線検出部４に対応する２つのキャビティ１３が開口１４によりつながっている。また、赤外線センサ１００では、複数（６４個）の画素部２のうち各列の複数（８個）の画素部２において隣り合う２つの画素部２のいずれの組み合わせでも、２つの画素部２の熱型赤外線検出部４に対応する２つのキャビティ１３が開口１４によりつながっている。

次に、赤外線センサ１００を備える赤外線センサ装置３００について、図４及び５を参照して説明する。

赤外線センサ装置３００は、赤外線センサ１００と、赤外線センサ１００の出力信号を信号処理する信号処理回路２００（図５参照）と、を備える。信号処理回路２００は、ＩＣチップ２５０に設けられている。言い換えれば、ＩＣチップ２５０は、信号処理回路２００を含んでいる。

また、赤外線センサ装置３００は、サーミスタ１１０（図５参照）を更に備える。サーミスタ１１０は、絶対温度を測定する。信号処理回路２００は、サーミスタ１１０の出力信号も信号処理する。

赤外線センサ装置３００は、パッケージ２６０を更に備える。パッケージ２６０は、赤外線センサ１００、サーミスタ１１０及びＩＣチップ２５０を収納している。

パッケージ２６０は、パッケージ本体２６１と、パッケージ蓋２６２と、を有する。

パッケージ本体２６１は、赤外線センサ１００とＩＣチップ２５０とサーミスタ１１０とが実装されている。パッケージ本体２６１は、セラミック基板であり、配線用の導体部等が設けられている。パッケージ本体２６１は、ＩＣチップ２５０と赤外線センサ１００とが横並びで実装されている。また、パッケージ本体２６１は、赤外線センサ１００とサーミスタ１１０とが、ＩＣチップ２５０と赤外線センサ１００との並設方向とは直交する方向において横並びで実装されている。

パッケージ蓋２６２は、パッケージ本体２６１側の一面が開放された箱状に形成されている。パッケージ蓋２６２は、キャップ２６３と、レンズ２６４と、を含んでいる。キャップ２６３の材料は、例えば、金属である。キャップ２６３は、パッケージ本体２６１に接合されている。キャップ２６３は、赤外線センサ１００の基板１の厚さ方向Ｄ１において赤外線センサ１００に重なる領域に形成された貫通孔２６３ａを有している。レンズ２６４は、キャップ２６３の貫通孔２６３ａを塞いでいる。レンズ２６４の材料は、例えば、シリコンである。レンズ２６４は、キャップ２６３に接合されている。レンズ２６４とキャップ２６３とを接合している接合材料は、導電性材料である。レンズ２６４は、例えば、非球面レンズである。

また、赤外線センサ装置３００は、カバー部材２６５を更に備える。カバー部材２６５は、パッケージ２６０内に配置されている。カバー部材２６５は、赤外線センサ１００への赤外線を通す窓孔２６５ａを有している。カバー部材２６５の材料は、例えば、金属である。

実施形態１に係る赤外線センサ装置３００では、パッケージ２６０の内部空間の雰囲気が、ドライ窒素雰囲気である。

信号処理回路２００は、第１の増幅回路２０１と、第２の増幅回路２０２と、マルチプレクサ２０３と、Ａ／Ｄ変換回路２０４と、演算部２０５と、メモリ２０６と、制御回路２０７と、を有する。第１の増幅回路２０１は、赤外線センサ１００の出力電圧を増幅する。第２の増幅回路２０２は、サーミスタ１１０の出力電圧を増幅する。マルチプレクサ２０３は、赤外線センサ１００の複数の画素部２の熱電変換部５の出力電圧を択一的に第１の増幅回路２０１に入力させる。また、Ａ／Ｄ変換回路２０４は、第１の増幅回路２０１にて増幅された赤外線センサ１００の出力電圧、及び第２の増幅回路２０２にて増幅されたサーミスタ１１０の出力電圧をディジタル値に変換する。演算部２０５は、赤外線センサ１００とサーミスタ１１０との各出力電圧に対応してＡ／Ｄ変換回路２０４から出力されるディジタル値を用いて赤外線センサ装置３００の検知エリア内の物体の温度を演算する。赤外線センサ装置３００の検知エリアは、赤外線センサ１００の受光面側に配置されているレンズ２６４の形状等によって決まる。メモリ２０６は、演算部２０５での演算に利用するデータ等を記憶している。制御回路２０７は、赤外線センサ１００の複数のＭＯＳトランジスタ７を制御する。なお、信号処理回路２００の回路構成は、図５の構成に限らない。また、赤外線センサ装置３００において、サーミスタ１１０は、必須の構成要素ではない。

（効果）
実施形態１に係る赤外線センサ１００は、基板１と、膜構造体３と、を備える。基板１は、第１主面１１と、基板１の厚さ方向Ｄ１において第１主面１１の反対側に位置する第２主面１２と、を有する。膜構造体３は、基板１の第１主面１１側において基板１に支持されている。膜構造体３は、アレイ状に並んでいる複数の熱型赤外線検出部４を含んでいる。基板１は、第１主面１１側に、複数の熱型赤外線検出部４に一対一に対応する複数のキャビティ１３を有している。赤外線センサ１００は、膜構造体３と基板１との間に複数のキャビティ１３のうち隣り合う２つのキャビティ１３をつなぐ開口１４を有する。これにより、実施形態１に係る赤外線センサ１００では、熱型赤外線検出部４において基板１の厚さ方向Ｄ１で見てキャビティ１３に重なっている部分（複数の温接点Ｔ１を含んでいる第１部分４１）で発生した熱が基板１へ逃げにくくなり、高感度化を図ることが可能となる。

また、実施形態１に係る赤外線センサ１００では、複数の熱型赤外線検出部４の各々は、膜構造体３において矩形領域に形成されている。複数の熱型赤外線検出部４の各々は、四隅と四隅以外の少なくとも１か所とが基板１の第１主面１１とつながっている。これにより、赤外線センサ１００では、例えば、冷接点Ｔ２の配置の自由度を高くしつつ複数の熱型赤外線検出部４の各々と基板１との間の熱容量を大きくすることが可能となる。実施形態１に係る赤外線センサ１００では、複数の熱型赤外線検出部４の各々は、四隅と四隅以外の複数箇所（４箇所）とが基板１の第１主面１１とつながっている。これにより、実施形態１に係る赤外線センサ１００では、冷接点Ｔ２の配置の自由度をより高くすることが可能となる。実施形態１に係る赤外線センサ１００では、複数の熱型赤外線検出部４の各々において基板１と接続される四隅以外の箇所は、キャビティ１３の開口縁の周方向に沿った方向において四隅の支持部１５のうち２つの支持部１５と略等間隔になるように決められている。

また、実施形態１に係る赤外線センサ１００では、複数のキャビティ１３がつながっている。これにより、実施形態１に係る赤外線センサ１００では、複数の熱型赤外線検出部４の各々と基板１との間の熱容量をより大きくすることができ、感度の向上を図ることが可能となる。

また、実施形態１に係る赤外線センサ装置３００は、赤外線センサ１００と、赤外線センサ１００の出力信号を信号処理する信号処理回路２００と、を備える。これにより、赤外線センサ装置３００では、高感度化を図ることが可能となる。また、赤外線センサ装置３００では、赤外線センサ１００の複数の画素部２が矩形状であり二次元アレイ状に配置されているので、物体の温度分布を表示部に表示させる際の処理が容易になる。

（実施形態２）
以下、実施形態２に係る赤外線センサ１００ａについて、図６を参照して説明する。実施形態２に係る赤外線センサ１００ａに関し、実施形態１に係る赤外線センサ１００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省略する。

実施形態２に係る赤外線センサ１００ａは、複数の熱型赤外線検出部４の各々は、四隅のみが基板１の第１主面１１とつながっている。これにより、赤外線センサ１００では、複数の熱型赤外線検出部４の各々と基板１との間の熱容量をより大きくすることが可能となり、感度の向上を図れる。

（実施形態３）
以下、実施形態３に係る赤外線センサ１００ｂについて、図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃを参照して説明する。実施形態３に係る赤外線センサ１００ｂに関し、実施形態１に係る赤外線センサ１００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省略する。

実施形態３に係る赤外線センサ１００ｂでは、基板１において膜構造体３を支持している支持部１５の一部に穴１６が形成されている。赤外線センサ１００ｂは、穴１６に埋め込まれている絶縁体１７を更に備える。絶縁体１７の材料は、電気絶縁性を有し、かつ、基板１よりも熱伝導率の低い材料である。絶縁体１７は、例えば、酸化シリコンである。実施形態３に係る赤外線センサ１００ｂでは、絶縁体１７は、穴１６の内面に沿って形成されている。絶縁体１７は、例えば、熱酸化法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によって形成することができる。実施形態３に係る赤外線センサ１００ｂは、絶縁体１７の内側に埋め込まれているポリシリコン１８を更に備える。ポリシリコン１８は、例えば、ＣＶＤ法等によって形成することができる。より詳細には、絶縁体１７の内側を埋めるように絶縁体１７の内側及び基板１の第１主面１１側にポリシリコン１８の元になるポリシリコン層を堆積させた後、エッチバック等によってポリシリコン層の不要部分を除去することでポリシリコン１８を残すとともに基板１の第１主面１１を露出させればよい。

実施形態３に係る赤外線センサ１００ｂでは、絶縁体１７を備えることにより、基板１の第１主面１１に沿った方向への熱伝導をより抑制することが可能となる。また、実施形態３に係る赤外線センサ１００ｂでは、製造時において異方性エッチングによりキャビティ１３を形成する際にサイドエッチングを抑制することができる。これにより、実施形態３に係る赤外線センサ１００ｂでは、隣り合う熱型赤外線検出部４間の距離を短くしながらも、膜構造体３を安定して支持することができる。これにより、赤外線センサ１００ｂでは、チップサイズの小型化による低コスト化を図ることが可能となる。

（実施形態４）
以下、実施形態４に係る赤外線センサ１００ｃについて、図８Ａ、８Ｂ及び８Ｃを参照して説明する。実施形態４に係る赤外線センサ１００ｃに関し、実施形態１に係る赤外線センサ１００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省略する。

実施形態４に係る赤外線センサ１００ｃでは、基板１において膜構造体３を支持している支持部１５の一部に穴１６が形成されている。赤外線センサ１００ｃは、穴１６に埋め込まれている絶縁体１７を更に備える。絶縁体１７は、例えば、円柱状に形成されている。絶縁体１７の材料は、電気絶縁性を有し、かつ、基板１よりも熱伝導率の低い材料である。絶縁体１７は、例えば、酸化シリコンである。これにより、赤外線センサ１００ｃでは、基板１の第１主面１１に沿った方向への熱伝導をより抑制することが可能となる。また、実施形態４に係る赤外線センサ１００ｃでは、製造時において異方性エッチングによりキャビティ１３を形成する際にサイドエッチングを抑制することができる。これにより、実施形態４に係る赤外線センサ１００ｃでは、隣り合う熱型赤外線検出部４間の距離を短くしながらも、膜構造体３を安定して支持することができる。これにより、赤外線センサ１００ｃでは、チップサイズの小型化による低コスト化を図ることが可能となる。

穴１６は、基板１を基板１の厚さ方向Ｄ１において基板１を貫通しているが、基板１を貫通していなくてもよい。

（実施形態５）
以下、実施形態５に係る赤外線センサ１００ｄについて、図９Ａ及び９Ｂを参照して説明する。実施形態５に係る赤外線センサ１００ｄに関し、実施形態１に係る赤外線センサ１００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する。

実施形態５に係る赤外線センサ１００ｄでは、実施形態１に係る赤外線センサ１００と同様、基板１は、シリコン基板である。基板１の第１主面１１は、｛１００｝面である。基板１の第１主面１１における複数のキャビティ１３の各々の開口形状が矩形状である。ここにおいて、実施形態５に係る赤外線センサ１００ｄでは、複数の熱型赤外線検出部４の各々は、厚さ方向Ｄ１からの平面視において複数のキャビティ１３の各々のうち対応するキャビティ１３の開口縁に沿っておりかつ基板の＜１００＞方向に沿っている辺４３を有する点で、実施形態１に係る赤外線センサ１００と相違する。なお、図９Ｂの右側には、基板１の結晶軸を示してある。図９Ｂに示した結晶軸において、“−”の符号は、軸の逆方向を意味している。

実施形態５に係る赤外線センサ１００ｄでは、赤外線センサ１００ｄの製造時において、複数の熱型赤外線検出部４の各々の辺４３に沿った形状を有するマスクを利用することができる。これにより、実施形態５に係る赤外線センサ１００ｄでは、赤外線センサ１００ｄの製造時において、異方性エッチングによりキャビティ１３を形成する際に支持部１５のサイドエッチングを抑制することができる。これにより、実施形態５に係る赤外線センサ１００ｄでは、隣り合う熱型赤外線検出部４間の距離を短くしながらも、支持部１５と膜構造体３との接続面積を大きくできる。

実施形態５に係る赤外線センサ１００ｄでは、実施形態１に係る赤外線センサ１００と比べて、基板１と膜構造体３との接続強度を向上させることが可能となる。

（変形例）
上記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

例えば、複数の画素部２の数及び配列は、上述の例に限らない。例えば、複数の画素部２は、アレイ状に配列されていればよく、ｍ行ｎ列（ｍ，ｎは自然数）の２次元アレイ状に配列されていてもよいし、１次元アレイ状に配列されていてもよい。

また、熱電変換部５における複数のサーモパイル６の接続関係は、上記の例に限らない。すなわち、熱電変換部５は、複数のサーモパイル６の全てが直列接続されている構成に限らず、複数のサーモパイル６が並列接続されててる構成でもよいし、複数のサーモパイル６が直並列接続されている構成であってもよい。また、熱電変換部５におけるサーモパイル６の数は複数に限らず、例えば、１でもよい。

また、熱電変換部５は、複数のサーモパイル６に限らず、例えば、抵抗ボロメータ、焦電素子等であってもよい。

また、赤外線センサ装置３００では、パッケージ２６０の内部空間の雰囲気が真空雰囲気であってもよい。

また、赤外線センサ１００では、各画素部２の各々がＭＯＳトランジスタ７を含んでいるが、赤外線センサ１００の変形例では、ＭＯＳトランジスタ７は、各画素部２以外に設けられていてもよい。また、赤外線センサ１００の別の変形例では、各ＭＯＳトランジスタ７は、赤外線センサ１００に必須の構成要素ではない。

信号処理回路２００は、１つの電子部品（ＩＣチップ２５０）に含まれる場合に限らず、複数の電子部品を含んで構成されていてもよい。また、信号処理回路２００の回路構成は図５の例に限らない。

また、赤外線センサ装置３００は、赤外線センサ１００の代わりに、赤外線センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄのいずれかを備えていてもよい。

（まとめ）
以上説明した実施形態等から以下の態様が開示されている。

第１の態様に係る赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）は、基板（１）と、膜構造体（３）と、を備える。基板（１）は、第１主面（１１）と、基板（１）の厚さ方向（Ｄ１）において第１主面（１１）の反対側に位置する第２主面（１２）と、を有する。膜構造体（３）は、基板（１）の第１主面（１１）側において基板（１）に支持されている。膜構造体（３）は、アレイ状に並んでいる複数の熱型赤外線検出部（４）を含んでいる。基板（１）は、第１主面（１１）側に、複数の熱型赤外線検出部（４）に一対一に対応する複数のキャビティ（１３）を有している。赤外線センサ（１００）は、膜構造体（３）と基板（１）との間に複数のキャビティ（１３）のうち隣り合う２つのキャビティ（１３）をつなぐ開口（１４）を有する。

第１の態様に係る赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）では、高感度化を図ることが可能となる。

第２の態様に係る赤外線センサ（１００）では、第１の態様において、複数の熱型赤外線検出部（４）の各々は、膜構造体（３）において矩形領域に形成されている。複数の熱型赤外線検出部（４）の各々は、矩形領域の四隅と、矩形領域の四隅以外の少なくとも１か所と、が基板（１）の第１主面（１１）とつながっている。

第２の態様に係る赤外線センサ（１００）では、複数の熱型赤外線検出部（４）の各々と基板（１）との間の熱容量をより大きくしつつ、複数の熱型赤外線検出部（４）の各々と基板（１）との接続強度を高めることが可能となる。

第３の態様に係る赤外線センサ（１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）では、第１の態様において、複数の熱型赤外線検出部（４）の各々は、膜構造体（３）における矩形領域に形成されている。複数の熱型赤外線検出部（４）の各々は、四隅のみが基板（１）の第１主面（１１）とつながっている。

第３の態様に係る赤外線センサ（１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）では、複数の熱型赤外線検出部（４）の各々と基板（１）との間の熱容量をより大きくすることが可能となり、感度の向上を図れる。

第４の態様に係る赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）では、第１〜３の態様のいずれか一つにおいて、複数の熱型赤外線検出部（４）の各々は、複数の温接点（Ｔ１）と複数の冷接点（Ｔ２）とを有するサーモパイル（６）を含んでいる。複数の熱型赤外線検出部（４）の各々では、複数のキャビティ（１３）のうち対応するキャビティ（１３）に複数の温接点（Ｔ１）が重なるように複数の温接点（Ｔ１）が配置されている。複数の熱型赤外線検出部（４）の各々では、複数のキャビティ（１３）のうち対応するキャビティ（１３）に複数の冷接点（Ｔ２）が重ならないように複数の冷接点（Ｔ２）が配置されている。

第４の態様に係る赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）では、感度の向上を図ることが可能となる。

第５の態様に係る赤外線センサ（１００ｂ；１００ｃ）では、第１〜４の態様のいずれか一つにおいて、基板（１）は、シリコン基板であり、膜構造体（３）を支持している支持部の一部に穴（１６）が形成されている。赤外線センサ（１００）は、穴（１６）に埋め込まれている絶縁体（１７）を更に備える。

第５の態様に係る赤外線センサ（１００ｂ；１００ｃ）では、基板（１）の第１主面（１１）に沿った方向への熱伝導をより抑制することが可能となる。

第６の態様に係る赤外線センサ（１００ｄ）では、第１〜５の態様のいずれか一つにおいて、基板（１）は、シリコン基板であり、基板（１）の第１主面（１１）が｛１００｝面である。基板（１）の第１主面（１１）における複数のキャビティ（１３）の各々の開口形状が矩形状である。複数の熱型赤外線検出部（４）の各々は、厚さ方向（Ｄ１）からの平面視において複数のキャビティ（１３）の各々のうち対応するキャビティ（１３）の開口縁に沿っておりかつ基板（１）の＜１００＞方向に沿っている辺（４３）を有する。

第６の態様に係る赤外線センサ（１００ｄ）では、基板（１）と膜構造体（３）との接続強度を向上させることが可能となる。

第７の態様に係る赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）では、第１〜６の態様のいずれか一つにおいて、複数の熱型赤外線検出部（４）は、２次元アレイ状に並んでいる。

第７の態様に係る赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）では、１次元アレイ状に並んでいる場合と比べて、検知エリアを広くすることができる。

第８の態様に係る赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）では、第１〜７の態様のいずれか一つにおいて、複数のキャビティ（１３）がつながっている。

第８の態様に係る赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）では、複数の熱型赤外線検出部（４）の各々と基板（１）との間の熱容量をより大きくすることができ、感度の向上を図ることが可能となる。

第９の態様に係る赤外線センサ装置（３００）は、第１〜８の態様のいずれか一つの赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）と、赤外線センサ（１００；１００ａ；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）の出力信号を信号処理する信号処理回路（２００）と、を備える。

第９の態様に係る赤外線センサ装置（３００）では、高感度化を図ることが可能となる。

１ 基板
１１ 第１主面
１２ 第２主面
１３ キャビティ
１４ 開口
１５ 支持部
１６ 穴
１７ 絶縁体
３ 膜構造体
４ 熱型赤外線検出部
４３ 辺
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ 赤外線センサ
２００ 信号処理回路
３００ 赤外線センサ装置
Ｄ１ 厚さ方向

Claims (9)

1. 第１主面と厚さ方向において前記第１主面の反対側に位置する第２主面とを有する基板と、
   前記基板の前記第１主面側において前記基板に支持されている膜構造体と、を備え、
   前記膜構造体は、アレイ状に並んでいる複数の熱型赤外線検出部を含んでおり、
   前記基板は、前記第１主面側に、前記複数の熱型赤外線検出部に一対一に対応する複数のキャビティを有し、
   前記膜構造体と前記基板との間に前記複数のキャビティのうち隣り合う２つのキャビティをつなぐ開口を有する、
   赤外線センサ。
2. 前記複数の熱型赤外線検出部の各々は、前記膜構造体において矩形領域に形成されており、
   前記複数の熱型赤外線検出部の各々は、前記矩形領域の四隅と、前記矩形領域の前記四隅以外の少なくとも１か所と、が前記基板の前記第１主面とつながっている、
   請求項１に記載の赤外線センサ。
3. 前記複数の熱型赤外線検出部の各々は、前記膜構造体において矩形領域に形成されており、
   前記複数の熱型赤外線検出部の各々は、前記矩形領域の四隅のみが前記基板の前記第１主面とつながっている、
   請求項１に記載の赤外線センサ。
4. 前記複数の熱型赤外線検出部の各々は、複数の温接点と複数の冷接点とを有するサーモパイルを含んでおり、
   前記複数の熱型赤外線検出部の各々では、前記複数のキャビティのうち対応するキャビティに前記複数の温接点が重なるように前記複数の温接点が配置されており、
   前記複数の熱型赤外線検出部の各々では、前記複数のキャビティのうち対応するキャビティに前記複数の冷接点が重ならないように前記複数の冷接点が配置されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
5. 前記基板は、シリコン基板であり、前記膜構造体を支持している支持部の一部に穴が形成されており、
   前記穴が絶縁体により埋まっている、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
6. 前記基板は、シリコン基板であり、
   前記基板の前記第１主面が｛１００｝面であり、
   前記基板の前記第１主面における前記複数のキャビティの各々の開口形状が矩形状であり、
   前記複数の熱型赤外線検出部の各々は、前記厚さ方向からの平面視において前記複数のキャビティの各々のうち対応するキャビティの開口縁に沿っておりかつ前記基板の＜１００＞方向に沿っている辺を有する、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
7. 前記複数の熱型赤外線検出部は、２次元アレイ状に並んでいる、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
8. 前記複数のキャビティがつながっている、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の赤外線センサと、
   前記赤外線センサの出力信号を信号処理する信号処理回路と、を備える、
   赤外線センサ装置。

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