JPH11122531A - 赤外線撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】撮像素子シリコンチップに対する赤外レンズシ
リコンチップの位置決めを容易にし、熱型の撮像素子に
も適用可能とする。 【解決手段】赤外線を検出して赤外画像を撮像する撮像
素子アレイ４が一主面に設けられ、かつ撮像素子アレイ
４が設けられた面側に複数のアライメント用凹構造７が
形成された撮像素子シリコンチップ１と、撮像素子アレ
イ４に対応する赤外レンズアレイ５が設けられ、かつア
ライメント用凹構造７に対応する複数のアライメント用
凸構造６が形成された赤外レンズシリコンチップ２とを
具備してなり、アライメント用凹構造７とアライメント
用凸構造６をはめ込んだ状態で、撮像素子アレイ４と赤
外レンズアレイ５が所定の間隙を挟んで固定され、かつ
位置合わせされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線カメラに用
いられる赤外線撮像素子に係わり、特に撮像素子チップ
と赤外レンズチップの位置合わせ機構を有する赤外線撮
像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、赤外線撮像素子において、赤外レ
ンズシリコンチップを撮像素子シリコンチップ上に固定
することにより、撮像素子アレイの個々の素子の開口率
を高めて素子感度の向上を図っている。

【０００３】図３は、従来の赤外線撮像素子の全体構成
を示す図である。図３に示すように、従来の撮像素子は
撮像素子シリコンチップ１と赤外レンズシリコンチップ
２から構成される。撮像素子シリコンチップ１のチップ
表面には赤外線受感素子をアレイ状にした撮像素子アレ
イ４があり、この撮像素子アレイ４に結像した赤外画像
を電気信号に変換する。

【０００４】また、この撮像素子アレイ４の個々の素子
の開口率を高めて素子感度を向上するため、赤外レンズ
アレイ５が上面に形成された赤外レンズシリコンチップ
２が撮像素子シリコンチップ１上に固定して設けてあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の赤外線撮像
素子では、赤外レンズシリコンチップ２を撮像素子シリ
コンチップ１上に固定する際に、赤外レンズシリコンチ
ップ２が可視光では不透明である。従って、この撮像素
子シリコンチップ１に対する位置決めをするのにアライ
メントマーク３と赤外レンズシリコンチップ２の外枠等
を利用している。しかしながら、この位置決め機構によ
り精度良く赤外レンズシリコンチップ２を撮像素子シリ
コンチップ１に固定するには手間を要する。

【０００６】また、この従来の赤外線撮像素子の構成で
は赤外レンズシリコンチップ２の下面と撮像素子アレイ
４が形成してある撮像素子シリコンチップ１の上面は密
着することになる。このチップ１及び２が密着する構造
は、受感原理が量子型でない熱型の撮像素子に対しては
用いることができないという問題がある。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、撮像素子チップ
に対する赤外レンズチップの位置決めを容易にし、受感
原理が量子型でない熱型の場合にも適用できる赤外線撮
像素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る赤外線撮像
素子は、赤外線を検出して赤外画像を撮像する撮像素子
アレイが一主面に設けられ、かつ該アレイが設けられた
面側に複数のアライメント用凹部が形成された撮像素子
チップと、前記撮像素子アレイに対応する赤外レンズア
レイが設けられ、かつ前記アライメント用凹部に対応す
る複数のアライメント用凸部が形成された赤外レンズチ
ップとを具備してなり、前記アライメント用凹部と前記
アライメント用凸部をはめ込んだ状態で、前記撮像素子
アレイと赤外レンズアレイが所定の間隙を挟んで固定さ
れ、かつ位置合わせされることを特徴とする。

【０００９】本発明の望ましい形態は、以下に示す通り
である。 （１）撮像素子チップに設けられた凹部は、その凹部を
チップ表面に平行に切った断面積が深部にいくにつれて
小さくなる構造であり、赤外レンズチップに設けられた
凸部は、その凸部をチップ表面に平行に切った断面積が
凸部先端にいくにつれて小さくなる構造であり、凸構造
は凹構造よりも大きい。 （２）撮像素子チップに設けられた凹構造と赤外レンズ
チップに設けられた凸構造は相似形をなす。 （３）凹部は、撮像素子チップの四隅にそれぞれ４個設
けられる。 （４）撮像素子チップには赤外レンズチップの外枠に対
応して設けられたアライメントマークが設けられてい
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の一実施形態を説明する。図１（ａ）は本発明の一実施
形態に係る赤外線撮像素子の全体構成を示す斜視図であ
り、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ’断面図であ
る。図１（ａ）に示すように、この赤外線撮像素子は撮
像素子シリコンチップ１と赤外レンズシリコンチップ２
から構成される。撮像素子シリコンチップ１の表面には
赤外線受感素子をアレイ状にした撮像素子アレイ４が設
けられ、この撮像素子アレイ４に結像した赤外画像を電
気信号に変換する。

【００１１】また、この撮像素子アレイ４の個々の素子
の開口率を高めて素子感度を向上するため、赤外レンズ
アレイ５を上面に形成した赤外レンズシリコンチップ２
が撮像素子シリコンチップ１上に固定される。

【００１２】この赤外レンズシリコンチップ２を撮像素
子シリコンチップ１に固定し、撮像素子アレイ４と赤外
レンズアレイ５の位置決めを行うために、以下に示す２
つの位置決め機構が設けられている。

【００１３】第１の位置決め機構として、撮像素子シリ
コンチップ１の四隅付近にアライメントマーク３が設け
られる。このアライメントマーク３は、赤外レンズシリ
コンチップ２の領域と同じ大きさの領域を撮像素子シリ
コンチップ１上に位置決めするもので、赤外レンズシリ
コンチップ２の領域の外枠が位置決めの基準となる。す
なわち、このアライメントマーク３に赤外レンズシリコ
ンチップ２の外枠を合わせることにより位置決めが行わ
れる。なお、この第１の位置決め機構は、おおよその位
置決めを行うのに用いられる。

【００１４】また、第２の位置決め機構として、撮像素
子シリコンチップ１の上面の四隅付近にアライメント用
凹構造７が設けられ、一方赤外レンズシリコンチップ２
の下面には、アライメント用凹構造７に対応してアライ
メント用凸構造６が設けられている。図１（ａ）に示す
ように、これらアライメント用凹構造７とアライメント
用凸構造６によりアライメント用はめ込み構造８が実現
される。

【００１５】また、図１（ｂ）に示すようにアライメン
ト用凹構造７は逆ピラミッド型であり、これに対してア
ライメント用凸構造６は凹構造７よりも大きなピラミッ
ド型であり、凹構造７の凹部と凸構造６の凸部は相似形
をなす。

【００１６】アライメント用凹構造７にアライメント用
凸構造６が四隅についてそれぞれはめ合わされることに
より位置決めが行われる。アライメント用凹構造７は通
常のシリコン異方性エッチングにより逆ピラミッド型の
凹構造として形成される。

【００１７】次に、このアライメント用凸構造６の形成
工程を説明する。図２は、赤外レンズシリコンチップ２
におけるアライメント用凸構造６の形成工程を示す断面
図である。まず、赤外レンズアレイを上面側に形成した
シリコンチップ２１を用意し（ａ）、このシリコンチッ
プ２１の両面に熱酸化等によりシリコン酸化膜２２を形
成する（ｂ）。さらにフォトリソグラフィ技術を適用し
て凸構造として残したい領域に例えばボロンイオン２３
を注入する（ｃ）。さらにこの領域以外の下面のシリコ
ン酸化膜をフォトリソグラフィ技術を適用して除去する
（ｄ）。

【００１８】残った酸化膜をマスク材としてシリコン異
方性エッチングを行い、ピラミッド型の凸構造を形成す
る（ｅ）。この際ボロンイオン２３注入をした領域はエ
ッチングストッパとして働く。最後に、（ｂ）で凸構造
が形成されない側に形成され、赤外線に対して不透明な
シリコン酸化膜を除去する（ｆ）。

【００１９】上記実施形態に係る赤外線撮像素子の動作
を説明する。まず、第１の位置決め機構であるアライメ
ントマーク３を用いて位置決めが行われる。すなわち、
載置された撮像素子シリコンチップ１上の所定の位置に
赤外レンズシリコンチップ２を載置する。この際に、撮
像素子シリコンチップ１上に設けられたアライメントマ
ーク３に赤外レンズシリコンチップ２の外枠を合わせる
ようにしておおよその位置決めを行う。

【００２０】第１の位置決め機構による位置決めが行わ
れた後、さらに高精度の位置決めを行うため、第２の位
置決め機構による位置決めが行われる。すなわち、撮像
素子シリコンチップ１の四隅付近に設けられたアライメ
ント用凹構造７に赤外レンズシリコンチップ２に設けら
れたアライメント用凸構造６をはめ合わせる。

【００２１】この凹構造７への凸構造６のはめ合わせに
おいて、前述したとおり凹構造７は逆ピラミッド型であ
り、凸構造６は凹構造７よりも大きなピラミッド型であ
り、これら凹部と凸部は相似形をなす。また、凸構造６
は図２で示した構造形成工程を適用することにより、精
度の高い凸構造６が形成される。従って、図１（ｂ）に
示すように、撮像素子シリコンチップ１の上面と赤外レ
ンズシリコンチップ２の下面の間に任意に精度良く間隙
を形成することができる。これにより、撮像素子シリコ
ンチップ１と赤外レンズシリコンチップ２は密着せず、
受感原理が熱型の場合にも適用することができる。

【００２２】このように、可視光では不透明な赤外レン
ズシリコンチップ２であっても、おおよその位置決めを
第１の位置決め機構であるアライメントマーク３と赤外
レンズシリコンチップ２の外枠で行い、その後の高精度
の位置決めは、第２の位置決め機構であるアライメント
用凸構造６とアライメント用凹構造７のはめ合わせで行
うことができる。

【００２３】また、アライメント用凸構造６とアライメ
ント用凹構造７は、図２において示したようにいずれも
超微細半導体プロセス技術により形成されたものなので
高い位置決め精度が得られる。

【００２４】なお、本実施形態においてはアライメント
用凹構造と凸構造が逆ピラミッド型及びピラミッド型で
ある場合を示したが、例えば三角錐、円錐型等、凹構造
と凸構造で複数箇所において固定されることにより位置
合わせがなされ、かつ赤外レンズシリコンチップと撮像
素子シリコンチップ間に間隙が形成されるものであれば
いかなる形状の凹構造・凸構造であっても適用可能であ
ることは勿論である。また、第１の位置決め機構を有し
ない場合であっても第２の位置決め機構を有するもので
あれば、本発明を適用可能であることは勿論である。ま
た、各構成要素の材質は上述したものに限定されず、凸
部と凹部を微細に形成できるものであれば、撮像素子シ
リコンチップと赤外レンズシリコンチップは他のチップ
であってもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る赤外線
撮像素子によれば、撮像素子アレイが設けられた面側に
複数のアライメント用凹部が形成された撮像素子チップ
と、撮像素子アレイに対応する赤外レンズアレイが設け
られ、アライメント用凹部に対応する複数のアライメン
ト用凸部が形成された赤外レンズチップとを具備し、ア
ライメント用凹部とアライメント用凸部をはめ込んだ状
態で、撮像素子アレイと赤外レンズアレイが所定の間隙
を挟んで固定され、位置合わせされるため、撮像素子ア
レイに対する赤外レンズアレイの位置決めが容易にな
り、受感原理が量子型でなく熱型の場合にも適用が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る赤外線撮像素子の全
体構成を示す斜視図及び要部を示す断面図。

【図２】同実施形態における赤外線撮像素子の形成工程
を示す断面図。

【図３】従来の赤外線撮像素子の全体構成を示す斜視
図。

【符号の説明】

１ 撮像素子シリコンチップ ２ 赤外レンズシリコンチップ ３ アライメントマーク ４ 撮像素子アレイ ５ 赤外レンズアレイ ６ アライメント用凸構造 ７ アライメント用凹構造 ８ アライメント用はめ込み構造 ２１ シリコンチップ ２２ シリコン酸化膜 ２３ ボロンイオン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線を検出して赤外画像を撮像する撮
   像素子アレイが一主面に設けられ、かつ該アレイが設け
   られた面側に複数のアライメント用凹部が形成された撮
   像素子チップと、 前記撮像素子アレイに対応する赤外レンズアレイが設け
   られ、かつ前記アライメント用凹部に対応する複数のア
   ライメント用凸部が形成された赤外レンズチップとを具
   備してなり、 前記アライメント用凹部と前記アライメント用凸部をは
   め込んだ状態で、前記撮像素子アレイと赤外レンズアレ
   イが所定の間隙を挟んで固定され、かつ位置合わせされ
   ることを特徴とする赤外線撮像素子。