KR20170118107A - 적외선 검출 장치 - Google Patents

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KR20170118107A
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마사토시 이시하라
히로오 야마모토
요시아키 오시게
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

신호 처리 기판(10)은 적외선 검출 소자(1)의 복수의 화소로부터 출력된 신호를 처리하는 복수의 신호 처리 회로(23)를 가지고 있다. 신호 처리 기판(10)은, 적외선 검출 소자(1)가 배치되는 소자 배치 영역(17)과, 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 볼 때 소자 배치 영역(17)을 둘러싸도록 소자 배치 영역(17)의 외측에 위치하는 회로 배치 영역(19)을 가지고 있다. 신호 처리 기판(10)은 반도체 기판(3)과 대향하는 면측에 적층되어 있는 복수의 절연층(13)을 가지고 있다. 복수의 신호 처리 회로(23)는 소자 배치 영역(17)을 둘러싸도록 회로 배치 영역(19)에 배치되어 있다. 신호 처리 기판(10)에는, 적어도 한 층의 절연층(13)상이면서, 또한 소자 배치 영역(17)에 위치하도록, 열전도층(27)이 배치되어 있다. 열전도층(27)은 절연층(13)의 열전도율보다도 높은 열전도율을 가지고 있다.

Description

적외선 검출 장치
본 발명은 적외선 검출 장치에 관한 것이다.
적외선 검출 소자와, 신호 처리 기판을 구비하고 있는 적외선 검출 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 적외선 검출 소자는 복수의 화소가 이차원 모양으로 배치되어 있는 반도체 기판을 가지고 있다. 신호 처리 기판은 복수의 화소로부터 출력된 신호를 처리하는 복수의 신호 처리 회로를 가지고 있다. 신호 처리 기판은, 반도체 기판과 대향하도록 배치되어 있다. 복수의 신호 처리 회로는 반도체 기판과 대향하는 영역에 배치되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개 2011－142558호 공보
신호 처리 회로는 동작할 때, 발열한다. 복수의 신호 처리 회로가, 반도체 기판과 대향하는 영역에 배치되어 있는 경우, 신호 처리 회로에서 발생한 열은, 반도체 기판(적외선 검출 소자)에 전해지기 쉽다. 이 때문에, 적외선 검출 소자는 신호 처리 기판으로부터의 열의 영향을 받기 쉽다. 적외선 검출 소자는 열의 영향을 받으면, 암전류(暗電流)가 증가한다.
본 발명의 일 양태는, 암전류의 증가를 억제하는 것이 가능한 적외선 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 적외선 검출 장치는, 적외선 검출 소자와, 신호 처리 기판과, 신호 처리 기판에 배치되어 있는 열전도층을 구비하고 있다. 적외선 검출 소자는 복수의 화소가 이차원 모양으로 배치되어 있는 반도체 기판을 가지고 있다. 신호 처리 기판은 복수의 화소로부터 출력된 신호를 처리하는 복수의 신호 처리 회로를 가지고 있고, 또한 반도체 기판과 대향하도록 배치되어 있다. 신호 처리 기판은 적외선 검출 소자가 배치되는 소자 배치 영역과, 신호 처리 기판에 직교하는 방향에서 볼 때 소자 배치 영역을 둘러싸도록 소자 배치 영역의 외측에 위치하는 회로 배치 영역을 가지고 있다. 신호 처리 기판은 반도체 기판과 대향하는 면측에 적층되어 있는 복수의 절연층을 가지고 있다. 복수의 신호 처리 회로는 소자 배치 영역을 둘러싸도록 회로 배치 영역에 배치되어 있다. 열전도층은 적어도 한 층의 절연층상이면서, 또한 소자 배치 영역에 위치하도록 배치되어 있다. 열전도층은 복수의 절연층의 열전도율보다도 높은 열전도율을 가지고 있다.
본 양태에 따른 적외선 검출 장치에서는, 복수의 신호 처리 회로가 소자 배치 영역을 둘러싸도록 회로 배치 영역에 배치되어 있다. 복수의 신호 처리 회로가 회로 배치 영역에 배치되어 있는 구성에서는, 복수의 신호 처리 회로가 적외선 검출 소자(반도체 기판)의 바로 아래에 위치하는 영역에 배치되어 있는 종래의 구성에 비하여, 열의 발생원이 되는 신호 처리 회로로부터 적외선 검출 소자까지의 거리가 길다. 즉, 본 양태에 따른 적외선 검출 장치에서는, 상기 종래의 구성에 비하여, 적외선 검출 소자가 신호 처리 회로로부터 떨어져 있으므로, 적외선 검출 소자는 신호 처리 기판으로부터의 열의 영향을 받기 어렵다. 이 때문에, 본 양태에 따른 적외선 검출 장치에서는, 적외선 검출 소자에서의 암전류의 증가가 억제된다.
복수의 신호 처리 회로가 회로 배치 영역에 배치되어 있는 구성에 있어서도, 신호 처리 회로에서 발생한 열은, 소자 배치 영역에 전해진다. 이 경우, 소자 배치 영역에서는, 신호 처리 회로에 가까운 위치에서의 온도와, 신호 처리 회로로부터 떨어진 위치에서의 온도가 상이한 경우가 있다. 즉, 소자 배치 영역에 온도 구배(勾配)가 생기는 경우가 있다. 예를 들어, 신호 처리 회로에 가까운 위치에서의 온도가, 신호 처리 회로로부터 떨어진 위치에서의 온도에 비해 높다.
소자 배치 영역에 온도 구배가 생기면, 소자 배치 영역의 신호 처리 회로에 가까운 위치에 대향해서 배치되어 있는 화소와, 소자 배치 영역의 신호 처리 회로로부터 떨어진 위치에 대향해서 배치되어 있는 화소는, 신호 처리 기판으로부터의 열의 영향이 다르다. 예를 들어, 소자 배치 영역의 신호 처리 회로에 가까운 위치에 대향해서 배치되어 있는 화소는, 소자 배치 영역의 신호 처리 회로로부터 떨어진 위치에 대향해서 배치되어 있는 화소에 비하여, 온도가 높아지기 쉬우므로, 암전류가 증가하는 경향이 있다. 이와 같이, 암전류가 화소 사이에서 불규칙하게 분포할 우려가 있다.
이것에 대해, 본 양태에 따른 적외선 검출 장치에서는, 신호 처리 기판에, 적어도 한 층의 절연층상이면서, 또한 소자 배치 영역에 위치하도록, 복수의 절연층의 열전도율보다도 높은 열전도율을 가지는 열전도층이 배치되어 있으므로, 소자 배치 영역에 온도 구배가 생기기 어렵다. 이 때문에, 적외선 검출 소자에 있어서, 암전류가 화소 사이에서 불규칙하게 분포하는 것을 억제할 수 있다.
열전도층은 빽빽한(closely) 모양의 금속층이어도 된다. 이 경우, 소자 배치 영역에 온도 구배가 생기기 어려운 구성을 간이하게 실현할 수 있다.
열전도층은 서로 이웃하는 2층의 절연층의 사이에 위치하도록 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 열전도층은 신호 처리 기판의 반도체 기판과 대향하는 면보다도, 신호 처리 기판 내에 배치된다. 따라서, 열전도층이 신호 처리 기판 내에 배치되어 있는 구성에서는, 예를 들어, 신호 처리 기판의 반도체 기판과 대향하는 면에 열전도층이 배치되어 있는 구성에 비하여, 열전도층으로부터 적외선 검출 소자까지의 거리가 길기 때문에, 적외선 검출 소자는 열전도층으로부터의 열의 영향을 받기 어렵다. 이 때문에, 적외선 검출 소자에서의 암전류의 증가를 보다 한층 억제하면서, 암전류가 화소 사이에서 불규칙하게 분포하는 것을 억제할 수 있다.
신호 처리 기판은 신호 처리 기판에 직교하는 방향에서 볼 때, 사각형 모양을 나타내고, 복수의 신호 처리 회로는 신호 처리 기판의 각 변(邊)을 따르도록, 회로 배치 영역에 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 소자 배치 영역에는, 열이 네 방향으로부터 전해지므로, 소자 배치 영역에는 온도 구배가 보다 한층 생기기 어렵다.
소자 배치 영역은 신호 처리 기판에 직교하는 방향에서 볼 때, 신호 처리 기판의 대향하는 한 쌍의 변과 평행하고, 또한 서로 대향하는 한 쌍의 변과, 신호 처리 기판의 대향하는 다른 한 쌍의 변과 평행하고, 또한 서로 대향하는 한 쌍의 변을 가지는 사각형 모양을 나타내고 있어도 된다. 소자 배치 영역에는, 대응하는 화소에 전기적으로 접속되는 복수의 전극이, 복수의 화소의 배치와 대응하도록 이차원 모양으로 배치되어 있어도 된다. 소자 배치 영역이 사각형 모양의 네 개의 부분 영역으로 이루어지는 경우, 네 개의 부분 영역에 각각 배치되어 있는 전극은, 당해 전극이 배치되어 있는 부분 영역의 한 변과 대향하는 신호 처리 기판의 변을 따르도록 배치되어 있는 신호 처리 회로와 접속되어 있어도 된다. 이 경우, 소자 배치 영역에는 온도 구배가 생기기 어렵다. 신호 처리 기판의 각 변을 따르도록 배치되어 있는 각 신호 처리 회로와, 당해 신호 처리 회로에 대응하는 전극을 적절히 접속할 수 있다.
복수의 신호 처리 회로는 서로 간격을 두고 배치되어도 되고, 열전도층은 신호 처리 기판에 직교하는 방향에서 보았을 때, 서로 이웃하는 신호 처리 회로의 사이에 위치하는 층 부분을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 신호 처리 회로로부터의 열이 열전도층에 전해지기 쉬우므로, 소자 배치 영역에는 온도 구배가 보다 한층 생기기 어렵다.
적외선 검출 장치는 신호 처리 기판에 배치되어 있고, 복수의 절연층의 열전도율보다도 높은 열전도율을 가지는 열전도 부재를 구비하고 있어도 되고, 열전도 부재는 열전도층에 접속되어 있는 일단(一端)과, 신호 처리 기판의 반도체 기판과 대향하는 면의 이면측에 위치하고 있는 타단(他端)을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 열전도층의 열의 일부가, 열전도 부재를 통해서, 신호 처리 기판의 반도체 기판과 대향하는 면의 이면측에 전해진다. 신호 처리 기판의 이면측에 전해진 열은, 신호 처리 기판으로부터 방산(放散)되므로, 열전도층의 온도가 저하된다. 이 때문에, 적외선 검출 소자에서의 암전류의 증가를 보다 한층 억제하면서, 암전류가 화소 사이에서 불규칙하게 분포하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 상기 일 양태에 의하면, 암전류의 증가를 억제하는 것이 가능한 적외선 검출 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 적외선 검출 장치의 평면 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 적외선 검출 장치의 단면 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 신호 처리 기판의 평면 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 신호 처리 회로와 열전도층의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 신호 처리 회로와 열전도층의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 실시 형태의 변형예에 따른 적외선 검출 장치의 단면 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 설명에 있어서, 동일 요소 또는 동일 기능을 가지는 요소에는, 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 1~도 3을 참조하여, 본 실시 형태에 따른 적외선 검출 장치(IF)의 구성을 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 적외선 검출 장치의 평면 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 본 실시 형태에 따른 적외선 검출 장치의 단면 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 신호 처리 기판의 평면 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
적외선 검출 장치(IF)는, 도 1 및 도 2에 나타내지는 것처럼, 적외선 검출 소자(1)와, 적외선 검출 소자(1)가 탑재되는 신호 처리 기판(10)과, 신호 처리 기판(10)이 탑재되는 지지 배선 기판(30)을 구비하고 있다.
적외선 검출 소자(1)는 서로 대향하는 주면(3a, 3b)을 가지는 반도체 기판(3)을 가지고 있다. 반도체 기판(3)은, 예를 들어 n형의 반도체 기판이다. 반도체 기판(3)은 반도체 기판(3)(주면(3a, 3b))에 직교하는 방향에서 볼 때, 즉 평면에서 볼 때, 사각형 모양(예를 들어, 정사각형 모양)을 나타내고 있다.
적외선 검출 소자(1)는 반도체 기판(3)의 주면(3b)측에 형성되어 있는 복수의 반도체 영역(5)을 가지고 있다. 복수의 반도체 영역(5)은 이차원 모양으로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 적외선 검출 소자(1)는 「36(=6행×6열)」의 반도체 영역(5)을 가지고 있다. 각 반도체 영역(5)은, 예를 들어 p형의 반도체 영역이다. 반도체 영역(5)의 도전형은, 반도체 기판(3)의 도전형과 다르다. 각 반도체 영역(5)은, 평면에서 볼 때, 사각형 모양(예를 들어, 정사각형 모양)을 나타내고 있다. 각 반도체 영역(5)은 용도에 따라서, 원형 모양 또는 타원형 모양을 나타내고 있어도 된다.
적외선 검출 소자(1)에서는, 반도체 기판(3)과 각 반도체 영역(5)으로 포토 다이오드가 형성되어 있다. 반도체 영역(5)과 반도체 기판(3)으로 형성되는 포토 다이오드가 화소를 구성하고 있다. 따라서, 적외선 검출 소자(1)에서는, 복수의 화소가 이차원 모양으로 배치되어 있다. 적외선 검출 소자(1)는 적외역(赤外域)에서의 파장 영역에 감도를 가지는 수광 소자를 이용할 수 있다. 이러한 수광 소자에는, 화합물 광 반도체(예를 들어, InGaAs, InGaAsP, InAs, InAsSb 또는 InSb)의 포토 다이오드 어래이가 포함된다.
적외선 검출 소자(1)는 복수의 반도체 영역(5)에 대응하여, 이차원 모양으로 배치되어 있는 복수의 전극(7)을 가지고 있다. 본 실시 형태에서는, 적외선 검출 소자(1)는 「36(=6행×6열)」의 전극(7)을 가지고 있다. 전극(7)은 대응하는 반도체 영역(5)에 컨택트해 있고, 애노드 전극으로서 기능한다. 전극(7)은 평면에서 볼 때, 사각형 모양(예를 들어, 정사각형 모양)을 나타내고 있다. 전극(7)은, 용도에 따라서, 원형 모양 또는 타원형 모양을 나타내고 있어도 된다.
신호 처리 기판(10)은 서로 대향하는 주면(10a, 10b)을 가지고 있다. 신호 처리 기판(10)은, 주면(10a)이 반도체 기판(3)의 주면(3b)과 대향하도록 배치되어 있다. 신호 처리 기판(10)은 반도체 기판(3)과 대향하도록 배치되어 있다. 주면(10b)은 반도체 기판(3)의 주면(3b)과 대향하는 주면(10a)의 이면이다. 신호 처리 기판(10)은 평면에서 볼 때, 사각형 모양(예를 들어, 정사각형 모양)을 나타내고 있다. 신호 처리 기판(10)은 서로 대향하는 한 쌍의 변(11a, 11b)과, 서로 대향하는 한 쌍의 변(11c, 11d)을 가지고 있다. 네 개의 변(11a, 11b, 11c, 11d)은 신호 처리 기판(10)의 윤곽을 형성하고 있다.
신호 처리 기판(10)은 적층되어 있는 복수의 절연층(13)을 가지고 있다. 복수의 절연층(13)은 신호 처리 기판(10)의 주면(10a)측에 위치하고 있다. 각 절연층(13)은 층간 절연막으로서 기능한다. 본 실시 형태에서는, 신호 처리 기판(10)은 적어도 3층의 절연층(13)을 가지고 있다. 각 절연층(13)은, 예를 들어, 산화 실리콘으로 이루어진다.
신호 처리 기판(10)은 도 3에 나타내지는 것처럼, 소자 배치 영역(17)과, 회로 배치 영역(19)을 가지고 있다. 소자 배치 영역(17)에는, 적외선 검출 소자(1)가 배치된다. 즉, 소자 배치 영역(17)은 적외선 검출 소자(1)(반도체 기판(3))의 바로 아래에 위치하고 있다. 본 실시 형태에서는, 소자 배치 영역(17)은, 반도체 기판(3)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 신호 처리 기판(10)의 중앙에 위치하고 있다. 소자 배치 영역(17)은, 평면에서 볼 때, 사각형 모양(예를 들어, 정사각형 모양)을 나타내고 있다. 도 3에서는, 구조의 명확화를 위해서, 절연층(13) 및 후술하는 배선(24)의 도시가 생략되어 있다.
소자 배치 영역(17)은 서로 대향하는 한 쌍의 변(17a, 17b)과, 서로 대향하는 한 쌍의 변(17c, 17d)을 가지고 있다. 네 개의 변(17a, 17b, 17c, 17d)은 소자 배치 영역(17)의 윤곽을 형성하고 있다. 소자 배치 영역(17)의 한 쌍의 변(17a, 17b)은, 신호 처리 기판(10)의 한 쌍의 변(11a, 11b)과 평행하다. 소자 배치 영역(17)의 한 쌍의 변(17c, 17d)은, 신호 처리 기판(10)의 한 쌍의 변(11c, 11d)과 평행하다.
소자 배치 영역(17)에는, 복수의 전극(21)이 배치되어 있다. 복수의 전극(21)은 복수의 전극(7)(화소)의 배치와 대응하도록, 이차원 모양으로 배치되어 있다. 복수의 전극(21)은 최표면(最表面)에 위치하는 절연층(13)상에 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 신호 처리 기판(10)은 「36(=6행×6열)」의 전극(21)을 가지고 있다. 대응하는 전극(7)과 전극(21)은, 도전성 범프(22)를 통해서 접속되어 있다. 전극(21)은 대응하는 화소와 전기적으로 접속된다. 전극(21)은, 평면에서 볼 때, 사각형 모양(예를 들어, 정사각형 모양)을 나타내고 있다. 전극(21)은, 용도에 따라서, 원형 모양 또는 타원형 모양을 나타내고 있어도 된다.
소자 배치 영역(17)은 사각형 모양(예를 들어, 정사각형 모양)의 네 개의 부분 영역(18a, 18b, 18c, 18d)으로 이루어진다. 각 부분 영역(18a, 18b, 18c, 18d)은 평면 형상이 같고, 각 부분 영역(18a, 18b, 18c, 18d)에는, 같은 수의 전극(21)이 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 부분 영역(18a, 18b, 18c, 18d)에서는, 「9(=3행×3열)」의 전극(21)이 배치되어 있다. 반도체 기판(3)에 컨택트해 있는 전극(캐소드 전극)은, 신호 처리 기판(10)에 배치되어 있는 전극(도시하지 않음)에 전기적으로 접속되어 있다.
회로 배치 영역(19)은 신호 처리 기판(10)(주면(10a, 10b))에 직교하는 방향에서 볼 때, 즉 평면에서 볼 때, 소자 배치 영역(17)을 둘러싸도록 소자 배치 영역(17)의 외측에 위치하고 있다. 회로 배치 영역(19)은 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 적외선 검출 소자(1)(반도체 기판(3))의 외측에 위치하고 있다.
신호 처리 기판(10)은 복수의 신호 처리 회로(23)를 가지고 있다. 각 신호 처리 회로(23)는 대응하는 화소로부터 출력된 신호를 처리한다. 본 실시 형태에서는, 신호 처리 기판(10)은 화소수에 대응하여, 「36」의 신호 처리 회로(23)를 가지고 있다. 신호 처리 회로(23)는, 예를 들어, 차지 앰프 회로, 소스 팔로워 회로, 또는 오토 제로 회로로 이루어진다. 이 회로들은 본 기술 분야의 당업자에게 있어서 주지의 구성을 구비하고 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 본 실시 형태에서는, 신호 처리 회로(23)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)으로서, 신호 처리 기판(10)에 탑재되어 있다. 신호 처리 기판(10)은 신호 처리 회로(23)가 탑재되어 있는 기판 부분(12)을 가지고, 기판 부분(12)상에 복수의 절연층(13)이 배치되어 있다.
신호 처리 회로(23)는 절연층(13)의 사이에 형성되어 있는 배선(24)을 통하여, 대응하는 전극(21)과 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 적외선 검출 소자(1)의 화소로부터 출력되는 신호는, 각각 대응하는 전극(7), 도전성 범프(22), 전극(21), 및 배선(24)을 통하여, 신호 처리 회로(23)에 출력된다.
복수의 신호 처리 회로(23)는 소자 배치 영역(17)을 둘러싸도록 회로 배치 영역(19)에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 신호 처리 회로(23)는 신호 처리 기판(10)의 네 개의 변(11a, 11b, 11c, 11d)을 따르도록, 회로 배치 영역(19)에 배치되어 있다.
부분 영역(18a)에 배치되어 있는 복수의 전극(21)과 전기적으로 접속되어 있는 복수의 신호 처리 회로(23)(본 실시 형태에서는, 「9」의 신호 처리 회로(23))는, 부분 영역(18a)의 한 변과 대향하는 신호 처리 기판(10)의 변(11a)을 따르도록 배치되어 있다. 이 신호 처리 회로(23)들은 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 부분 영역(18a)과 변(11a)의 사이에 위치한다. 본 실시 형태에서는, 「9」의 신호 처리 회로(23)가, 변(11a)을 따라서, 일렬로 늘어서 있다.
부분 영역(18b)에 배치되어 있는 복수의 전극(21)과 전기적으로 접속되어 있는 복수의 신호 처리 회로(23)(본 실시 형태에서는, 「9」의 신호 처리 회로(23))는, 부분 영역(18b)의 한 변과 대향하는 신호 처리 기판(10)의 변(11b)을 따르도록 배치되어 있다. 이 신호 처리 회로(23)들은 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 부분 영역(18b)과 변(11b)의 사이에 위치한다. 본 실시 형태에서는, 「9」의 신호 처리 회로(23)가, 변(11b)을 따라서, 일렬로 늘어서 있다.
부분 영역(18c)에 배치되어 있는 복수의 전극(21)과 전기적으로 접속되어 있는 복수의 신호 처리 회로(23)(본 실시 형태에서는, 「9」의 신호 처리 회로(23))는, 부분 영역(18c)의 한 변과 대향하는 신호 처리 기판(10)의 변(11c)을 따르도록 배치되어 있다. 이 신호 처리 회로(23)들은 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 부분 영역(18c)과 변(11c)의 사이에 위치한다. 본 실시 형태에서는, 「9」의 신호 처리 회로(23)가, 변(11c)을 따라서, 일렬로 늘어서 있다.
부분 영역(18d)에 배치되어 있는 복수의 전극(21)과 전기적으로 접속되어 있는 복수의 신호 처리 회로(23)(본 실시 형태에서는, 「9」의 신호 처리 회로(23))는, 부분 영역(18d)의 한 변과 대향하는 신호 처리 기판(10)의 변(11d)을 따르도록 배치되어 있다. 이 신호 처리 회로(23)들은 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 부분 영역(18d)과 변(11d)의 사이에 위치한다. 본 실시 형태에서는, 「9」의 신호 처리 회로(23)가, 변(11d)을 따라서, 일렬로 늘어서 있다.
회로 배치 영역(19)에는, 복수의 전극(25)이 배치되어 있다. 복수의 전극(25)은 신호 처리 기판(10)의 네 개의 변(11a, 11b, 11c, 11d)을 따르도록, 회로 배치 영역(19)에 배치되어 있다. 복수의 전극(25)은 최표면에 위치하는 절연층(13)상에 형성되어 있다. 각 전극(25)은 도시하지 않았지만, 절연층(13)을 관통하는 컨택트홀을 통해서, 절연층(13)에 형성되어 있는 배선에 접속되어 있다. 신호 처리 회로(23)의 출력은, 상술한 배선 및 컨택트홀과, 전극(25)을 통해서, 신호 처리 기판(10)의 외부에 보내진다.
신호 처리 기판(10)에는, 열전도층(27)이 배치되어 있다. 열전도층(27)은 복수의 절연층(13)의 열전도율보다도 높은 열전도율을 가지고 있다. 본 실시 형태에서는, 열전도층(27)은 금속층이다. 열전도층(27)을 구성하는 재료는, 예를 들어, 알루미늄 또는 동이다.
열전도층(27)은 적어도 한 층의 절연층(13)상이면서, 또한 소자 배치 영역(17)에 위치하도록, 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 서로 이웃하는 2층의 절연층(13)의 사이에 위치하도록 배치되어 있다. 열전도층(27)은 신호 처리 기판(10)으로부터 노출되어 있지 않고, 신호 처리 기판(10) 내에 위치하고 있다.
열전도층(27)의 일부는, 회로 배치 영역(19)에 위치하고 있다. 열전도층(27)은, 소자 배치 영역(17)에 위치하는 층 부분(27a)과, 회로 배치 영역(19)에 위치하는 층 부분(27b)을 가지고 있다. 층 부분(27a)은, 평면에서 볼 때, 소자 배치 영역(17)과 같은 사각형 모양(예를 들어, 정사각형 모양)을 나타내고 있다. 층 부분(27b)은, 평면에서 볼 때, 층 부분(27a)을 둘러싸도록 층 부분(27a)의 외측에 위치하고 있다. 열전도층(27)(층 부분(27b))의 종단은, 도 4에 나타내지는 것처럼, 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 신호 처리 회로(23)의 종단과 대략 일치하고 있다. 도 4에서는, 구조의 명확화를 위해서, 절연층(13) 및 배선(24) 등의 도시가 생략되고, 열전도층(27) 및 신호 처리 회로(23)만이 도시되어 있다.
열전도층(27)은 빽빽한 모양으로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 열전도층(27)은, 평면에서 볼 때, 사각형 모양(예를 들어, 정사각형 모양)을 나타내고 있다. 열전도층(27)은 반드시 빽빽한 모양으로 형성되어 있을 필요는 없다. 예를 들어, 열전도층(27)은 격자 모양으로 형성되어 있어도 된다. 열전도층(27)에는, 복수의 개구가 형성되어 있어도 된다. 열전도층(27)은 도시하지 않은 배선을 통하여, 접지 전위에 접속된다.
지지 배선 기판(30)은 복수의 전극(31)과, 전극(35)을 가지고 있다. 복수의 전극(31)과, 전극(35)은, 신호 처리 기판(10)이 탑재되는 면에 배치되어 있다.
각 전극(31)은 대응하는 전극(25)과 전기적으로 접속된다. 전극(31)과 전극(25)은 본딩 와이어(W)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 전극(35)은 신호 처리 기판(10)의 주면(10b)측에 컨택트되어 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 복수의 신호 처리 회로(23)가, 소자 배치 영역(17)의 외측에 위치하는 회로 배치 영역(19)에, 소자 배치 영역(17)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 복수의 신호 처리 회로(23)가 회로 배치 영역(19)에 배치되어 있는 구성에서는, 복수의 신호 처리 회로가 적외선 검출 소자의 바로 아래에 위치하는 영역에 배치되어 있는 종래의 구성에 비하여, 열의 발생원이 되는 신호 처리 회로(23)로부터 적외선 검출 소자(1)까지의 거리가 길다. 적외선 검출 장치(IF)에서는, 상기 종래의 구성에 비하여, 적외선 검출 소자(1)가 신호 처리 회로(23)로부터 떨어져 있으므로, 적외선 검출 소자(1)는 신호 처리 기판(10)으로부터의 열의 영향을 받기 어렵다. 이 때문에, 적외선 검출 장치(IF)에서는, 적외선 검출 소자(1)에서의 암전류의 증가를 억제할 수 있다.
적외선 검출 소자(1)에 발생하는 암전류는, 온도 의존성을 가지고 있다. 적외선 검출 소자(1)의 온도가 높아지면 암전류는 커지고, 적외선 검출 소자(1)의 온도가 낮아지면 암전류는 작아진다. 본 실시 형태에서는, 반드시, 냉각 장치(예를 들어, 펠티에(peltier) 소자)에 의해 적외선 검출 소자(1)를 냉각할 필요는 없다.
복수의 신호 처리 회로(23)가 회로 배치 영역(19)에 배치되어 있는 구성에 있어서도, 신호 처리 회로(23)에서 발생한 열은, 소자 배치 영역(17)에 전해진다. 이 경우, 소자 배치 영역(17)에서는, 신호 처리 회로(23)에 가까운 위치의 온도와, 신호 처리 회로(23)로부터 떨어진 위치의 온도가 상이한 경우가 있다. 즉, 소자 배치 영역(17)에 온도 구배가 생기는 경우가 있다. 예를 들어, 신호 처리 회로(23)에 가까운 위치의 온도가, 신호 처리 회로(23)로부터 떨어진 위치의 온도에 비해 높다.
소자 배치 영역(17)에 온도 구배가 생기면, 소자 배치 영역(17)의 신호 처리 회로(23)에 가까운 위치에 대향해서 배치되어 있는 화소와, 소자 배치 영역(17)의 신호 처리 회로(23)로부터 떨어진 위치에 대향해서 배치되어 있는 화소는, 신호 처리 기판(10)으로부터의 열의 영향이 상이하다. 예를 들어, 소자 배치 영역(17)의 신호 처리 회로(23)에 가까운 위치에 대향해서 배치되어 있는 화소는, 소자 배치 영역(17)의 신호 처리 회로(23)로부터 떨어진 위치에 대향해서 배치되어 있는 화소에 비하여, 온도가 높아지기 쉬우므로, 암전류가 증가할 우려가 있다. 적외선 검출 소자(1)의 화소 사이에서 암전류가 불규칙하게 분포할 우려가 있다.
이것에 대해, 적외선 검출 장치(IF)에서는, 신호 처리 기판(10)에, 적어도 한 층의 절연층(13)상이면서, 또한 소자 배치 영역(17)에 위치하도록, 열전도층(27)이 배치되어 있다. 따라서, 열전도층(27)을 구비하고 있는 적외선 검출 장치(IF)에서는, 예를 들어, 열전도층(27)을 구비하고 있지 않은 적외선 검출 장치에 비하여, 신호 처리 회로(23)로부터의 열이 소자 배치 영역(17)에 전해지기 쉬우므로, 소자 배치 영역(17)에 온도 구배가 생기기 어렵다. 이 때문에, 적외선 검출 소자(1)에 있어서, 암전류가 화소 사이에서 불규칙하게 분포하는 것을 억제할 수 있다.
상술한 종래의 구성에 있어서도, 적외선 검출 장치(IF)의 구동 개시부터의 시간 경과에 따라서, 적외선 검출 소자(1)의 바로 아래에 위치하는 영역의 온도 분포가 대략 균일하게 되므로, 소자 배치 영역(17)에는 온도 구배가 생기지 않게 되는 것을 생각할 수 있다. 이것에 대해, 열전도층(27)을 구비하고 있는 적외선 검출 장치(IF)는, 예를 들어, 열전도층(27)을 구비하고 있지 않은 적외선 검출 장치에 비하여, 소자 배치 영역(17)의 온도 분포가 대략 균일하게 될 때까지의 기간이 짧다. 이 때문에, 적외선 검출 장치(IF)에서는, 적외선 검출 소자(1)의 화소 사이에서 암전류의 불규칙한 분포가 생겨 있는 기간이 비교적 짧다. 따라서, 적외선 검출 장치(IF)에서의 검출 결과에 대해, 암전류의 불규칙한 분포의 영향이 낮게 억제된다. 이 결과, 적외선 검출 장치(IF)에서는, 보다 정밀도가 높은 적외선 검출을 행할 수 있다.
열전도층(27)은 빽빽한 모양의 금속층이다. 이 경우, 열전도층(27)은 절연층(13)의 사이에 형성되어 있는 배선(24)과 같은 프로세스로 형성하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 소자 배치 영역(17)에 온도 구배가 생기기 어려운 구성을 간이하게 실현할 수 있다. 열전도층(27)은 빽빽한 모양이므로, 신호 처리 회로(23)에서 발생한 열을 효과적으로 소자 배치 영역(17)에 전한다.
열전도층(27)은 서로 이웃하는 2층의 절연층(13)의 사이에 위치하도록 배치되어 있다. 이 경우, 열전도층(27)은 신호 처리 기판(10)의 적외선 검출 소자(1)(반도체 기판(3))와 대향하는 면보다도, 신호 처리 기판(10) 내에 위치한다. 열전도층(27)이 신호 처리 기판(10) 내에 위치하고 있는 경우, 예를 들어, 신호 처리 기판(10)의 적외선 검출 소자(1)와 대향하는 면에 열전도층(27)이 배치되어 있는 경우에 비하여, 열전도층(27)으로부터 적외선 검출 소자(1)까지의 거리가 길기 때문에, 적외선 검출 소자(1)는 열전도층(27)으로부터의 열의 영향을 받기 어렵다. 이 때문에, 적외선 검출 장치(IF)에서는, 적외선 검출 소자(1)에서의 암전류의 증가를 보다 한층 억제하면서, 암전류의 화소 사이에서의 불규칙한 분포를 억제할 수 있다.
신호 처리 기판(10)은 평면에서 볼 때 사각형 모양을 나타내고 있다. 복수의 신호 처리 회로(23)는 신호 처리 기판(10)의 각 변(11a, 11b, 11c, 11d)을 따르도록, 회로 배치 영역(19)에 배치되어 있다. 이 경우, 소자 배치 영역(17)에는, 열이 각 변(11a, 11b, 11c, 11d)측으로부터, 즉 네 방향으로부터 전해지므로, 적외선 검출 장치(IF)에서는, 소자 배치 영역(17)에는 온도 구배가 보다 한층 생기기 어렵다.
소자 배치 영역(17)은, 평면에서 볼 때, 네 개의 변(17a, 17b, 17c, 17d)을 가지는 사각형 모양을 나타내고 있다. 소자 배치 영역(17)에는, 복수의 전극(21)이, 적외선 검출 소자(1)에서의 복수의 화소의 배치와 대응하도록 이차원 모양으로 배치되어 있다. 소자 배치 영역(17)은 사각형 모양의 네 개의 부분 영역(18a, 18b, 18c, 18d)으로 이루어진다. 네 개의 부분 영역(18a, 18b, 18c, 18d)에 각각 배치되어 있는 전극(21)은, 각 부분 영역(18a, 18b, 18c, 18d)의 한 변과 대향하는 신호 처리 기판(10)의 변(11a, 11b, 11c, 11d)을 따르도록 배치되어 있는 신호 처리 회로(23)와 접속되어 있다. 이 때문에, 소자 배치 영역(17)에는 온도 구배를 일으키기 어렵다. 신호 처리 기판(10)의 각 변(11a, 11b, 11c, 11d)을 따르도록 배치되어 있는 각 신호 처리 회로(23)와, 당해 신호 처리 회로(23)에 대응하는 전극(21)을 적절히 접속할 수 있다.
열전도층(27)의 종단과 신호 처리 회로(23)의 종단은, 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 반드시 일치하고 있을 필요는 없다. 예를 들어, 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 열전도층(27)의 종단과 신호 처리 회로(23)의 종단이 떨어져 있어도 되고, 혹은 열전도층(27)의 종단이 신호 처리 회로(23)와 겹쳐 있어도 된다. 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 열전도층(27)의 종단과 신호 처리 회로(23)의 종단이 떨어져 있는 경우, 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 신호 처리 회로(23)의 종단과 대략 일치하고 있는 경우에 비하여, 신호 처리 회로(23)의 열이 열전도층(27)에 전해지기 어렵다. 열전도층(27)의 종단이 신호 처리 회로(23)와 겹쳐 있는 경우, 열전도층(27)과 신호 처리 회로(23)의 사이에 부유(浮遊) 용량이 발생하고, 당해 부유 용량이 신호 처리 회로(23)의 특성에 영향을 미칠 우려가 있다.
다음에, 도 5를 참조하여, 적외선 검출 장치(IF)의 변형예의 구성을 설명한다. 도 5는 신호 처리 회로와 열전도층의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 본 변형예에서는, 열전도층(27)의 구성이 상술한 실시 형태와 다르다. 도 5에서는, 도 4와 같이, 구조의 명확화를 위해서, 열전도층(27) 및 신호 처리 회로(23)만이 도시되어 있다.
도 5에 나타내지는 것처럼, 복수의 신호 처리 회로(23)는 배열 방향으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 열전도층(27)은 층 부분(27a), 층 부분(27b), 및 복수의 층 부분(27c)을 가지고 있다. 복수의 층 부분(27c)은 회로 배치 영역(19)에 위치하고 있다. 각 층 부분(27c)은 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 서로 이웃하는 신호 처리 회로(23)의 사이에 위치하고 있다.
열전도층(27)이, 신호 처리 기판(10)에 직교하는 방향에서 보았을 때, 서로 이웃하는 신호 처리 회로(23)의 사이에 위치하고 있는 층 부분(27c)을 가지고 있는 경우, 신호 처리 회로(23)로부터의 열은, 층 부분(27c)에 전해지고, 이에 더하여, 층 부분(27c)으로부터, 층 부분(27b)을 통하여 층 부분(27a)에 전해진다. 이 때문에, 신호 처리 회로(23)로부터의 열이 열전도층(27)에 전해지기 쉬우므로, 소자 배치 영역(17)에는 온도 구배가 보다 한층 생기기 어렵다. 층 부분(27a, 27b)과 각 층 부분(27c)은, 같은 절연층(13)의 사이에 위치하고 있어도 되고, 혹은 상이한 절연층(13)상에 위치하고 있어도 된다.
다음에, 도 6을 참조하여, 적외선 검출 장치(IF)의 변형예의 구성을 설명한다. 도 6은 본 변형예에 따른 적외선 검출 장치의 단면 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6에 나타내어진 적외선 검출 장치(IF)는, 적외선 검출 소자(1)와, 신호 처리 기판(10)과, 지지 배선 기판(30)을 구비하고 있다.
신호 처리 기판(10)에는, 복수의 열전도 부재(29)가 배치되어 있다. 각 열전도 부재(29)는 열전도층(27)에 접속되어 있는 일단(29a)과, 신호 처리 기판(10)의 주면(10b)측에 위치하고 있는 타단(29b)을 가지고 있다. 열전도 부재(29)는 열전도층(27)과 마찬가지로, 복수의 절연층(13)의 열전도율보다도 높은 열전도율을 가지고 있다. 본 실시 형태에서는, 열전도 부재(29)는 금속 부재이다. 열전도 부재(29)를 구성하는 재료는, 예를 들어, 알루미늄 또는 동이다.
열전도 부재(29)는 신호 처리 기판(10)의 두께 방향으로 기판 부분(12)을 관통하도록 형성되어 있다. 열전도 부재(29)의 일단(29a) 및 타단(29b)은, 기판 부분(12)으로부터 노출되어 있다. 열전도 부재(29)의 타단(29b)은, 전극(35)에 접속되어 있다. 전극(35)이 접지 전위에 접속됨으로써, 열전도층(27)에는, 열전도 부재(29)를 통해 접지 전위가 주어진다.
열전도층(27)의 열의 일부는, 열전도 부재(29)를 통해서, 신호 처리 기판(10)의 주면(10b)측에 전해진다. 주면(10b)측에 전해진 열은, 신호 처리 기판(10)으로부터 방산되므로, 열전도층(27)의 온도가 저하된다. 이 때문에, 본 변형예에서는, 적외선 검출 소자(1)에서의 암전류의 증가를 보다 한층 억제하면서, 암전류가 화소 사이에서 불규칙하게 분포하는 것을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명은 반드시 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
반도체 기판(3), 반도체 영역(5), 신호 처리 기판(10), 소자 배치 영역(17), 열전도층(27), 및 전극(7, 21)의 각 형상은, 상술한 사각형 모양으로 한정되지 않는다. 이 형상들은, 예를 들어 원형 모양이어도 된다. 반도체 영역(5), 전극(7, 21), 및 신호 처리 회로(23)의 각 수는, 상술한 수로 한정되지 않는다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은 적외선 검출 장치에 이용할 수 있다.
1…적외선 검출 소자 3…반도체 기판
5…반도체 영역 10…신호 처리 기판
11a, 11b, 11c, 11d…신호 처리 기판의 변,
13…절연층 17…소자 배치 영역
17a, 17b, 17c, 17d…소자 배치 영역의 변,
18a, 18b, 18c, 18d…부분 영역 19…회로 배치 영역
21…전극 23…신호 처리 회로
27…열전도층 27a, 27b, 27c…층 부분
29…열전도 부재 30…지지 배선 기판
IF…적외선 검출 장치

Claims (7)

  1. 복수의 화소가 이차원 모양으로 배치되어 있는 반도체 기판을 가지는 적외선 검출 소자와,
    상기 복수의 화소로부터 출력된 신호를 처리하는 복수의 신호 처리 회로를 가지고, 상기 반도체 기판과 대향하도록 배치되어 있는 신호 처리 기판과.
    상기 신호 처리 기판에 배치되어 있는 열전도층을 구비하고,
    상기 신호 처리 기판은, 상기 적외선 검출 소자가 배치되는 소자 배치 영역과, 상기 신호 처리 기판에 직교하는 방향에서 볼 때 상기 소자 배치 영역을 둘러싸도록 상기 소자 배치 영역의 외측에 위치하는 회로 배치 영역을 가짐과 아울러, 상기 반도체 기판과 대향하는 면측에 적층되어 있는 복수의 절연층을 가지고,
    상기 복수의 신호 처리 회로는, 상기 소자 배치 영역을 둘러싸도록 상기 회로 배치 영역에 배치되어 있고,
    상기 열전도층은, 적어도 한 층의 상기 절연층상이면서, 또한 상기 소자 배치 영역에 위치하도록 배치되어 있고, 상기 복수의 절연층의 열전도율보다도 높은 열전도율을 가지고 있는 적외선 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도층은 빽빽한 모양의 금속층인 적외선 검출 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열전도층은, 서로 이웃하는 2층의 상기 절연층의 사이에 위치하도록 배치되어 있는 적외선 검출 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리 기판은, 상기 신호 처리 기판에 직교하는 방향에서 볼 때, 사각형 모양을 나타내고,
    상기 복수의 신호 처리 회로는, 상기 신호 처리 기판의 각 변을 따르도록, 상기 회로 배치 영역에 배치되어 있는 적외선 검출 장치로서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 소자 배치 영역은, 상기 신호 처리 기판에 직교하는 방향에서 볼 때, 상기 신호 처리 기판의 대향하는 한 쌍의 변과 평행하고, 또한 서로 대향하는 한 쌍의 변과, 상기 신호 처리 기판의 대향하는 다른 한 쌍의 변과 평행하고, 또한 서로 대향하는 한 쌍의 변을 가지는 사각형 모양을 나타내고,
    상기 소자 배치 영역에는, 대응하는 상기 화소에 전기적으로 접속되는 복수의 전극이, 상기 복수의 화소의 배치와 대응하도록 이차원 모양으로 배치되어 있고,
    상기 소자 배치 영역이 사각형 모양의 네 개의 부분 영역으로 이루어지는 경우, 상기 네 개의 부분 영역에 각각 배치되어 있는 상기 전극은, 당해 전극이 배치되어 있는 상기 부분 영역의 한 변과 대향하는 상기 신호 처리 기판의 변을 따르도록 배치되어 있는 상기 신호 처리 회로와 접속되어 있는 적외선 검출 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 신호 처리 회로는, 서로 간격을 두고 배치되어 있고,
    상기 열전도층은, 상기 신호 처리 기판에 직교하는 방향에서 보았을 때, 서로 이웃하는 상기 신호 처리 회로의 사이에 위치하는 층 부분을 가지고 있는 적외선 검출 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리 기판에 배치되어 있고, 상기 복수의 절연층의 열전도율보다도 높은 열전도율을 가지는 열전도 부재를 추가로 구비하고,
    상기 열전도 부재는, 상기 열전도층에 접속되어 있는 일단과, 상기 신호 처리 기판의 상기 반도체 기판과 대향하는 면의 이면측에 위치하고 있는 타단을 가지고 있는 적외선 검출 장치.
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