WO2011162346A1 - 赤外線センサ - Google Patents

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chip
sensor chip
infrared
plate portion
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桐原　昌男
浩 山中
佐名川　佳治
孝典 明田
中村　雄志
植田　充彦
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パナソニック電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an infrared sensor.
  • an infrared sensor chip in which a plurality of pixel portions having temperature sensing portions made of thermopile are arranged in an array on one surface side of a silicon substrate, and an IC chip for processing an output signal of the infrared sensor chip
  • An infrared sensor infrared sensor module
  • an infrared sensor chip including an infrared sensor chip and a package containing an IC chip has been proposed (see, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2010-78451).
  • the above-mentioned package comprises a package body in which an infrared sensor chip and an IC chip are mounted side by side, and a package lid covered on the package body so as to surround the infrared sensor chip and the IC chip between the package body and the package body. It is done.
  • the package lid is provided with a lens for converging infrared rays to be detected by the infrared sensor chip.
  • the package lid has a function of transmitting the infrared light to be detected by the infrared sensor chip.
  • a thermal infrared detection unit having a temperature sensing unit in each pixel unit is formed on the one surface side of the silicon substrate and supported by the silicon substrate. Further, in the infrared sensor chip, a hollow portion is formed immediately below a part of the thermal infrared detection unit on the silicon substrate. Further, in the infrared sensor chip, the hot junction of the thermopile constituting the temperature sensing portion is formed in a region overlapping the cavity in the thermal infrared detector, and the cold junction does not overlap the cavity in the thermal infrared detector. It is formed in the area. In the infrared sensor chip, a MOS transistor which is a switching element for selecting a pixel portion is formed in each pixel portion on the one surface side of the silicon substrate.
  • the infrared sensor chip and the IC chip are housed in one package, and the wiring between the infrared sensor chip and the IC chip can be shortened, so the influence of external noise can be reduced and noise resistance is achieved. I can improve the nature.
  • the output signal (output voltage) of each pixel unit of the infrared sensor chip includes an offset voltage caused by the heat generation of the IC chip, and the S / N ratio between each pixel unit Will be scattered.
  • the S / N ratio varies in the plane of the infrared sensor chip.
  • the heat transferred from the IC chip to the silicon substrate of the infrared sensor chip along the path passing through the package body mainly raises the temperature of the cold junction, which causes a negative offset voltage.
  • the heat transferred to the infrared sensor chip by heat conduction or heat radiation through the medium (for example, nitrogen gas etc.) from the IC chip through the medium (eg, nitrogen gas etc.) mainly raises the temperature of the hot junction. It becomes a factor to generate.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an infrared sensor capable of suppressing the S / N ratio variation in the plane of the infrared sensor chip due to the heat generation of the IC chip. It is to provide.
  • the infrared sensor comprises an infrared sensor chip in which a plurality of pixel parts having temperature sensing parts constituted by a thermopile are arranged in an array on one surface side of a semiconductor substrate, and an output signal of the infrared sensor chip An IC chip to be processed, and a package containing the infrared sensor chip and the IC chip, wherein the package is a package body on which the infrared sensor chip and the IC chip are mounted side by side, and the infrared sensor chip A package lid airtightly coupled to the package body in a form surrounding the infrared sensor chip and the IC chip, having a function of transmitting the infrared rays to be detected, and the package body; Has a window hole through which infrared light passes to the infrared sensor chip. Characterized in that said comprising a cover member for uniformizing the temperature variation of the hot junction and cold junction of the pixel units corresponding to the heat generation.
  • the cover member is a front plate portion located in front of the infrared sensor chip and formed with the window hole, and extended rearward from the outer peripheral edge of the front plate portion, and the IC chip and the infrared ray It is preferable that a side plate portion joined to the package body with the sensor chip be configured.
  • the package main body retracts the surface of the second area on which the IC chip is mounted relative to the surface of the first area on which the infrared sensor chip is mounted, and the cover member is A front plate portion located in front of the infrared sensor chip and in which the window hole is formed, and extending backward from the outer peripheral edge of the front plate portion along the direction in which the infrared sensor chip and the IC chip are juxtaposed
  • the infrared sensor is provided with two side plate portions which are located on both sides of the both sides of the infrared sensor chip and are joined to the package body, and the front plate portion is in the projection area of the outer peripheral line of the front plate portion. It is preferable that the chip and the IC chip be formed to fit therein.
  • the window hole of the front plate portion is rectangular, and an inner peripheral line of the window hole on the IC chip side in a plan view is on the IC chip side of the infrared sensor chip. It is preferable to be on the side of the IC chip than the outer peripheral line.
  • the cover member is a front plate portion positioned in front of the infrared sensor chip and formed with the window hole, and a side plate portion extending backward from the front plate portion and joined to the package main body And preferably.
  • the cover member is disposed in proximity to both the infrared sensor chip and the IC chip.
  • the front plate portion is formed in a size in which at least the infrared sensor chip fits within a projection area of an outer peripheral line of the front plate portion.
  • the cover member is preferably formed of a conductive material.
  • the cover member is joined to the package body by a conductive material.
  • the package body preferably includes a base made of an insulating material and an electromagnetic shield layer made of a metal material.
  • the present invention can suppress variations in S / N ratio in the plane of the infrared sensor chip due to the heat generation of the IC chip.
  • FIG. 1A is a partially broken schematic perspective view
  • FIG. 1B is a schematic perspective view with a package lid removed
  • FIG. 1C is a schematic side view with a package lid removed
  • FIG. 1D is a schematic side view with the package lid removed.
  • FIG. 1E is a schematic cross-sectional view of an essential part of the infrared sensor chip. It is a plane layout figure of the infrared sensor chip in the same as the above. It is the plane layout figure of the pixel part of the infrared sensor chip in the same as the above. It is the plane layout figure of the pixel part of the infrared sensor chip in the same as the above. The principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in the same as the above is shown, FIG.
  • FIG. 5A is a planar layout figure
  • FIG. 5B is a schematic sectional drawing corresponding to the D-D 'cross section of FIG. 5A. It is the plane layout figure of the principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in the same as above. It is the plane layout figure of the principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in the same as above. It is the plane layout figure of the principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in the same as above.
  • FIG. 8A is a plan layout view
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view corresponding to the D-D 'cross-section of FIG. The principal part containing the cold junction of the infrared sensor chip in the same as the above is shown
  • FIG. 9A is a plane layout figure
  • FIG. 9B is a schematic sectional drawing.
  • FIG. 10A is a plan layout view
  • FIG. 10B is a schematic cross-sectional view of the main part including the hot junction of the infrared sensor chip in the above. It is a schematic sectional drawing of the principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in the same as the above. It is a schematic sectional drawing of the principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in the same as the above.
  • FIG. 13A and FIG. 13B are diagrams for explaining the main part of the infrared sensor chip in the above. It is an equivalent circuit schematic of the infrared sensor chip in the same as the above.
  • 15A and 15B are main process cross-sectional views for describing the method for manufacturing an infrared sensor according to the same as above.
  • FIG. 16A and 16B are main process cross-sectional views for explaining the method of manufacturing an infrared sensor according to the same.
  • 17A and 17B are main process cross-sectional views for describing the method for manufacturing the infrared sensor of the above.
  • 18A and 18B are main process cross-sectional views for explaining the method of manufacturing an infrared sensor according to the same.
  • 19A is a partially broken schematic perspective view
  • FIG. 19B is a schematic perspective view with the package lid removed
  • FIG. 19C is a schematic side view with the package lid removed
  • FIG. 19E is a schematic cross-sectional view of an essential part of the infrared sensor chip.
  • FIG. 20A is a partially broken schematic perspective view
  • FIG. 20A is a partially broken schematic perspective view
  • FIG. 20A is a partially broken schematic perspective view
  • FIG. 20B is a schematic perspective view with the package lid removed
  • FIG. 20C is a schematic side view with the package lid removed
  • FIG. 20D is the infrared sensor of the third embodiment.
  • FIG. 20E is a schematic cross-sectional view of an essential part of the infrared sensor chip.
  • 21A is a partially broken schematic perspective view
  • FIG. 21B is a schematic perspective view with the package lid removed
  • FIG. 21C is a schematic side view with the package lid removed
  • FIG. 21E is a schematic cross-sectional view of an essential part of the infrared sensor chip.
  • the infrared sensor includes an infrared sensor chip 100, an IC chip 102 for processing an output signal of the infrared sensor chip 100, and a package 103 in which the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 are accommodated. .
  • the infrared sensor also has a thermistor 101 for measuring an absolute temperature housed in the package 103.
  • thermopile 30a is formed on one surface side (front side) of a semiconductor substrate 1 made of a silicon substrate.
  • the package 103 is formed on the package body 104 so as to surround the infrared sensor chip 100, the IC chip 102 and the thermistor 101 between the package body 104 on which the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 and the thermistor 101 are mounted and the package body 104. And a package lid 105 airtightly bonded.
  • the package body 104 has an IC chip 102 and an infrared sensor chip 100 mounted side by side.
  • the infrared sensor chip 100 and the thermistor 101 are mounted side by side in a direction orthogonal to the direction in which the IC chip 102 and the infrared sensor chip 100 are juxtaposed.
  • the package lid 105 has a function and conductivity for transmitting the infrared ray to be detected by the infrared sensor chip 100.
  • the package lid 105 is a lens for closing the metal cap 152 attached to the one surface side (front side) of the package body 104 and the opening window 152 a formed in the portion of the metal cap 152 corresponding to the infrared sensor chip 100. And 153.
  • the lens 153 has a function of transmitting the infrared light and a function of converging the infrared light to the infrared sensor chip 100.
  • a cover member 106 is provided in the package 103 to make uniform the temperature change amount of the hot junction T1 and the cold junction T2 of each pixel unit 2 according to the heat generation of the IC chip 102.
  • the cover member 106 has a window 108 through which infrared light passes to the infrared sensor chip 100. That is, in each pixel unit 2, due to the heat generation of the IC chip 102, a temperature difference ⁇ T may occur between the hot contact T1 and the cold contact T2.
  • the variation in the temperature difference ⁇ T (the temperature difference ⁇ T between the hot junction T1 and the cold junction T2 caused by the heat generation of the IC chip 102) between the pixel portions 2 can be obtained. , Can be small.
  • a cover member 106 for equalizing the amount of temperature change of the hot junction T1 and the cold junction T2 of each pixel unit 2 according to the heat generation of the IC chip 102 is optional.
  • the cover member 106 is a front plate portion 107 positioned in front of the infrared sensor chip 100 and having a window hole 108 formed therein, and a side plate portion extended rearward from the front plate portion and joined to the package main body 104 And 109 are provided.
  • the cover member 106 is disposed close to both the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102.
  • a plurality of pixel units 2 having a thermal infrared detection unit 3 and a MOS transistor 4 which is a switching element for pixel selection are arrayed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 (here, two dimensional Arrayed (see FIG. 2).
  • m ⁇ n (8 ⁇ 8 in the example shown in FIG. 2) pixel units 2 are formed on the one surface side of one semiconductor substrate 1, but the number of pixel units 2 is not limited. And the arrangement is not particularly limited.
  • the temperature sensing unit 30 of the thermal infrared detection unit 3 is configured by connecting a plurality (six in this case) of thermopiles 30a (see FIG. 3) in series.
  • the equivalent circuit of the temperature sensing unit 30 in the thermal infrared detection unit 3 is represented by a voltage source corresponding to the thermoelectromotive force of the temperature sensing unit 30.
  • one end of the temperature sensitive portion 30 of the plurality of thermal type infrared detectors 3 in each row is connected to each row via the above-mentioned MOS transistor 4.
  • a plurality of vertical readout lines 7 commonly connected to each other and a plurality of horizontal signal lines commonly connected to each row of gate electrodes 46 of the MOS transistors 4 corresponding to the temperature sensitive portions 30 of the thermal infrared detection unit 3 of each row It is equipped with six.
  • the infrared sensor chip 100 In the infrared sensor chip 100, a plurality of ground lines 8 in which the p + -type well regions 41 of the MOS transistors 4 in each column are connected in common for each column and a common ground line 9 in which each ground line 8 is connected in common And have. Furthermore, the infrared sensor chip 100 includes a plurality of reference bias lines 5 in which the other ends of the temperature sensing units 30 of the plurality of thermal infrared detection units 3 in each row are commonly connected to each row. Thus, the infrared sensor chip 100 can read out the outputs of the temperature sensing units 30 of all the thermal infrared detection units 3 in time series.
  • the infrared sensor chip 100 is a MOS transistor for reading out the output of the thermal infrared detection unit 3 and arranged in parallel to the thermal infrared detection unit 3 and the thermal infrared detection unit 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 A plurality of pixel portions 2 having 4 and 5 are formed.
  • each horizontal signal line 6 is electrically connected to each pixel selection pad Vsel
  • each reference bias line 5 is commonly connected to the common reference bias line 5 a
  • each vertical readout line 7 is individually connected.
  • the common ground line 9 is electrically connected to the ground pad Gnd
  • the common reference bias line 5a is electrically connected to the reference bias pad Vref
  • the semiconductor substrate 1 is a substrate pad Vdd Are connected electrically.
  • the output voltage of each pixel unit 2 can be read out sequentially.
  • the potential of the reference bias pad Vref is 1.65 V
  • the potential of the ground pad Gnd is 0 V
  • the potential of the substrate pad Vdd is 5 V
  • the potential of the specific pixel selection pad Vsel is 5 V.
  • the MOS transistor 4 When the potential of the pixel selection pad Vsel is 0 V, the MOS transistor 4 is turned off, and the output voltage of the pixel unit 2 is not read out from the output pad Vout.
  • the pad Vsel for pixel selection, the pad Vref for reference bias, the pad Gnd for ground, the pad Vout for output and the like in FIG. 14 are all illustrated as the pad 80 without distinction.
  • thermal infrared detector 3 and the MOS transistor 4 will be described below.
  • the above-described semiconductor substrate 1 a single crystal silicon substrate of n-type conductivity and having the (100) surface is used.
  • the thermal infrared detection unit 3 of each pixel unit 2 is formed in the formation area A1 (see FIG. 5) of the thermal infrared detection unit 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Further, the MOS transistor 4 of each pixel unit 2 is formed in the formation region A2 (see FIG. 5) of the MOS transistor 4 on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
  • a hollow portion 11 is formed immediately below a portion of each thermal infrared detection unit 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
  • the thermal infrared detection unit 3 includes a support 3 d formed on the periphery of the cavity 11 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 and a cavity 11 covered in plan view on the one surface of the semiconductor substrate 1.
  • a thin film structure 3a includes an infrared ray absorbing portion 33 that absorbs infrared rays.
  • the first thin film structure portion 3a is a plurality of second thin film structures arranged in parallel along the circumferential direction (horizontal direction with respect to the paper surface in FIG.
  • the first thin film structure portion 3 a is separated into six second thin film structure portions 3 aa by providing a plurality of linear slits 13.
  • part divided corresponding to each 2nd thin film structure part 3aa among the infrared rays absorption parts 33 is called the 2nd infrared rays absorption part 33a.
  • the thermal infrared detection unit 3 is provided with a thermopile 30a for each second thin film structure 3aa.
  • the warm contact point T1 is provided in the second thin film structure portion 3aa
  • the cold contact point T2 is provided in the support portion 3d.
  • the hot junction T1 is formed in the first region overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3
  • the cold junction T2 is in the second region not overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3. It is formed.
  • the infrared sensor chip 100 includes the plurality of pixel units 2.
  • the pixel unit 2 includes a thermal infrared detection unit 3 formed on the one surface side (front side) of the semiconductor substrate 1.
  • the heat side infrared detection unit 3 includes a temperature sensing unit 30.
  • a cavity 11 is formed in a portion corresponding to a part of the thermal infrared detection unit 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
  • the hot junction T1 of the temperature sensing unit 30 is formed in a first region overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detection unit 3, and the cold junction T2 of the temperature sensing unit 30 is a cavity in the thermal infrared detection unit 3. It is formed in the second region not overlapping the portion 11.
  • thermopiles 30a are electrically connected in a connection relationship in which the output change with respect to the temperature change is large as compared with the case where the output is taken out for each thermopile 30a.
  • the temperature sensing unit 30 has six thermopiles 30a connected in series.
  • the connection relation described above is not limited to the connection relation in which all of the plurality of thermopiles 30 a are connected in series.
  • sensitivity can be enhanced as compared to the case where six thermopiles 30a are connected in parallel or the case where the output is taken out for each thermopile 30a.
  • the electric resistance of the temperature sensing portion 30 can be lowered and the thermal noise is reduced, so that the S / N ratio is improved.
  • each second thin film structure unit 3aa two planar rectangular strip portions 3bb and 3bb that connect the support unit 3d and the second infrared absorption unit 33a are hollow. They are spaced apart in the circumferential direction of the portion 11. That is, each of the second thin film structure portions 3aa includes the second infrared ray absorbing portion 33a and the two bridge portions 3bb and 3bb. As a result, a C-shaped slit 14 in plan view is formed, which spatially separates the two bridge portions 3bb and 3bb from the second infrared ray absorbing portion 33a and communicates with the hollow portion 11.
  • a support 3d which is a portion surrounding the first thin film structure 3a in a plan view, has a rectangular frame shape.
  • the portions other than the connection portions with the second infrared absorption portion 33a and the support portion 3d by the slits 13 and 14 described above are the space between the second infrared absorption portion 33a and the support portion 3d and the space Are separated.
  • the dimension of the second thin film structure portion 3aa in the extension direction from the support portion 3d is 93 ⁇ m
  • the dimension in the width direction orthogonal to the extension direction is 75 ⁇ m
  • the width dimension of each bridge portion 3bb is 23 ⁇ m
  • each slit Although the width of 13 and 14 is set to 5 ⁇ m, these values are an example and are not particularly limited.
  • the first thin film structure portion 3 a includes the silicon oxide film 1 b formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1, the silicon nitride film 32 formed on the silicon oxide film 1 b, and the silicon nitride film 32.
  • the interlayer insulating film 50 is formed of a BPSG film
  • the passivation film 60 is formed of a laminated film of a PSG film and an NSG film formed on the PSG film, but not limited to this, for example, silicon nitride You may comprise by a film.
  • a portion other than the bridge portions 3bb and 3bb of the first thin film structure portion 3a constitutes a first infrared absorption unit 33.
  • the supporting portion 3 d is formed of a silicon oxide film 1 b, a silicon nitride film 32, an interlayer insulating film 50 and a passivation film 60.
  • the laminated film of the interlayer insulating film 50 and the passivation film 60 is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 for forming the region A1 for forming the thermal infrared detecting portion 3 and the MOS transistor 4.
  • a portion of the laminated film formed in the formation region A1 of the thermal infrared detection unit 3 also serves as the infrared absorption film 70 (see FIG. 5B).
  • the refractive index of the infrared absorbing film 70 is n 2 and the central wavelength of the infrared light to be detected is ⁇
  • the thickness t 2 of the infrared absorbing film 70 is set to ⁇ / 4n 2.
  • the absorption efficiency of infrared light of the target wavelength (for example, 8 to 12 ⁇ m) can be enhanced, and high sensitivity can be achieved.
  • the film thickness of the interlayer insulating film 50 is 0.8 ⁇ m
  • the film thickness of the passivation film 60 is 1 ⁇ m (the film thickness of the PSG film is 0.5 ⁇ m, the film thickness of the NSG film is 0.5 ⁇ m). .
  • the inner peripheral shape of the hollow portion 11 is rectangular, and the connection piece 3c is formed in an X shape in plan view, and the extension direction of the second thin film structure portion 3aa (support portion The second thin film structure portions 3aa and 3aa adjacent to each other in the diagonal direction intersecting the extension direction from 3d), and the second thin film structure portions 3aa and 3aa adjacent to each other in the extension direction of the second thin film structure portion 3aa.
  • the second thin film structure portions 3aa and 3aa adjacent to each other in the direction orthogonal to the extension direction of the thin film structure portion 3aa of 2 are connected.
  • the thermopile 30a is configured such that one end portions of an n-type polysilicon layer 34 and a p-type polysilicon layer 35 formed on the silicon nitride film 32 across the second thin film structure portion 3aa and the support portion 3d In the example shown in FIG. 3, each of the plurality is electrically connected by the connection portion (first connection portion) 36 made of a metal material (for example, Al-Si or the like) on the infrared incident side of the infrared absorption portion 33a.
  • the thermopile 30a has nine thermocouples). That is, in the present embodiment, the first end of the n-type polysilicon layer 34 and the first end of the p-type polysilicon layer 35 are electrically connected by the connection portion 36.
  • thermopile 30 a includes the other end (the second end of the n-type polysilicon layer 34) and the p-type polysilicon of the n-type polysilicon layer 34 of the thermocouple adjacent to each other on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
  • the other end (the second end of the p-type polysilicon layer 35) of the layer 35 is joined by a connection (second connection) 37 made of a metal material (for example, Al-Si etc.) and electrically connected It is done.
  • the thermopile 30a forms a hot junction T1 by the one end of the n-type polysilicon layer 34, the one end of the p-type polysilicon layer 35, and the connection portion 36.
  • a cold junction T2 is formed by the other end of the n-type polysilicon layer 34, the other end of the p-type polysilicon layer 35, and the connection portion 37.
  • each hot junction T1 of the thermopile 30a is formed in a region overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3
  • each cold junction T2 is formed in a region not overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3. It is done.
  • the portions formed in the bridge portions 3bb and 3bb described above and the semiconductor substrate 1 A portion formed on the silicon nitride film 32 on the one surface side of the above can also absorb infrared rays.
  • the temperature sensing unit 30 has at least one thermocouple comprising the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35.
  • the hot junction T1 of the thermocouple is formed in a first region overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3.
  • the cold junction T2 of the thermocouple is heavy on the cavity 11 in the thermal infrared detector 3. Is formed in the second region.
  • the hollow portion 11 has a quadrangular pyramid shape, and the depth dimension of the central portion in plan view is larger than that of the peripheral portion, so the first thin film structure portion
  • the planar layout of the thermopile 30a in each pixel section 2 is designed such that the hot junction T1 gathers in the central portion of 3a. That is, in the middle two second thin film structural parts 3aa in the vertical direction in FIG. 3, as shown in FIGS. 3 and 6, the arrangement direction of the three second thin film structural parts 3aa (vertical direction in FIG. While the hot junctions T1 are arranged side by side, while the upper two second thin film structural portions 3aa in the vertical direction are three second thin films as shown in FIGS.
  • the hot junctions T1 are concentratedly arranged on the side (lower side in FIG. 3) closer to the second thin film structure portion 3aa in the middle in the arrangement direction of the structure portions 3aa, and the two lower side in the vertical direction In the thin film structure 3aa of 2, as shown in FIG. 3, the hot junction is on the side (upper side in FIG. 3) closer to the middle second thin film structure 3aa in the juxtaposition direction of the three second thin film structures 3aa.
  • T1 is arranged intensively.
  • the arrangement of the plurality of hot junctions T1 of the upper and lower second thin film structures 3aa in the vertical direction in FIG. 3 is the second thin film structure 3aa in the middle.
  • the predetermined depth dp is set to 200 ⁇ m, but this value is an example, There is no particular limitation.
  • the second thin film structure portion 3aa is an n-type that suppresses warpage of the second thin film structure portion 3aa and absorbs infrared light in a region where the thermopile 30a is not formed on the infrared light incident surface side of the silicon nitride film 32.
  • An infrared absorbing layer 39 (see FIGS. 1, 3, 5 and 11) made of a polysilicon layer is formed.
  • a reinforcement layer 39b (see FIG. 8) formed of an n-type polysilicon layer for reinforcing the connection piece 3c is provided on the connection piece 3c for connecting the adjacent second thin film structure portions 3aa and 3aa to each other. .
  • the reinforcing layer 39 b is continuously and integrally formed with the infrared absorbing layer 39.
  • the connecting piece 3c is reinforced by the reinforcing layer 39b, it is possible to prevent damage due to stress generated due to external temperature change and impact during use, and at the time of manufacture Damage can be reduced, and manufacturing yield can be improved.
  • the length L1 of the connecting piece 3c shown in FIG. 8 is set to 24 ⁇ m
  • the width L2 is set to 5 ⁇ m
  • the width L3 of the reinforcing layer 39b is set to 1 ⁇ m.
  • the reinforcing layer 39 b is etched when the cavity 11 is formed.
  • the width dimension L3 of the reinforcing layer 39b is set smaller than the width dimension L2 of the connecting piece 3c, and the two side edges of the reinforcing layer 39b are located inside the both side edges of the connecting piece 3c in plan view There is a need.
  • chamfered portions 3f and 3f are respectively formed between the side edges of the connection piece 3c and the side edges of the second thin film structure portion 3aa.
  • a chamfer 3e is also formed between the substantially orthogonal side edges of the letter-like connecting piece 3c.
  • each of the chamfered portions 3 f and 3 e is an R-chamfered portion where R (roundness) is 3 ⁇ m.
  • the infrared sensor chip 100 is drawn to each thermal infrared detecting unit 3 so as to straddle the support portion 3 d, the one bridge portion 3 bb, the second infrared absorption portion 33 a, the other bridge portion 3 bb, and the support portion 3 d.
  • a wire for failure diagnosis (hereinafter referred to as a wire for failure diagnosis or a wire for self-diagnosis) 139 composed of a turned n-type polysilicon layer is provided, and all the wires for failure diagnosis 139 are connected in series.
  • the infrared sensor chip 100 is broken in the bridge portion 3bb or the wiring 139 for failure diagnosis depending on the presence or absence of energization to the series circuit of the m ⁇ n failure diagnosis wirings 139 at the time of inspection during production and use. Can be detected. Further, in the infrared sensor chip 100, the temperature sensing portion is detected by supplying power to the series circuit of m ⁇ n fault diagnosis wires 139 at the time of the above-mentioned inspection and use, and detecting the output of each temperature sensing portion 30. It is possible to detect the presence or absence of disconnection of the sensor 30, the variation of the sensitivity (the variation of the output of the temperature sensing unit 30), and the like.
  • the wire for failure diagnosis 139 has a meandering shape in the vicinity of the group of the plurality of hot junctions T1 in plan view. Therefore, each hot junction T1 can be efficiently heated by Joule heat generated by energizing the failure diagnosis wiring 139.
  • the above-described failure diagnostic wiring 139 is formed on the same plane as the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 with the same thickness.
  • the above-mentioned infrared absorption layer 39 and fault diagnostic wiring 139 contain the same n-type impurity (for example, phosphorus) as the n-type polysilicon layer 34 at the same impurity concentration (for example, 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3 ) And is formed simultaneously with the n-type polysilicon layer 34.
  • n-type impurity for example, phosphorus
  • impurity concentration for example, 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3
  • boron may be employed as the p-type impurity of the p-type polysilicon layer 35, and the impurity concentration may be appropriately set in the range of, for example, 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the impurity concentration of each of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 is 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3 , which can reduce the resistance value of the thermocouple and improve the S / N ratio. It can be done.
  • the infrared absorption layer 39 and the failure diagnosis wiring 139 are doped with the same n-type impurity as the n-type polysilicon layer 34 at the same impurity concentration, the present invention is not limited to this, for example, the p-type polysilicon layer 35 The same impurities may be doped with the same impurity concentration.
  • the failure diagnosis wiring (self-diagnosis wiring) 139 is formed of the same material as the first thermoelectric element n-type polysilicon layer 34 or the second thermoelectric element p-type polysilicon layer 35. Is preferred.
  • the refractive index of the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis wiring 139 is n 1
  • the central wavelength of infrared light to be detected is ⁇ . time, so as to set the n-type polysilicon layer 34, p-type polysilicon layer 35, the infrared-absorbing layer 39, and the failure diagnosis wirings 139 respectively thicknesses t1 to lambda / 4n 1.
  • the absorption efficiency of infrared light of the wavelength to be detected (for example, 8 to 12 ⁇ m) can be enhanced, and high sensitivity can be achieved.
  • the impurity concentration of each of the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis wiring 139 is 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3. It is possible to suppress the reflection of infrared light while increasing the absorptivity, and to increase the S / N ratio of the output of the temperature sensing unit 30. Further, since the infrared absorption layer 39 and the failure diagnosis wiring 139 can be formed in the same process as the n-type polysilicon layer 34, cost reduction can be achieved.
  • connection portion 36 and the connection portion 37 of the temperature sensing portion 30 are insulated and separated by the interlayer insulating film 50 on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
  • Connecting portion 36 of the hot junction T1 side, through the contact holes 50a 1, 50a 2 formed in the interlayer insulating film 50, the first end of both the respective end portions of the polysilicon layer 34, 35 (n-type polysilicon layer 34 And the first end of the p-type polysilicon layer 35) (see FIG. 10).
  • connection portion 37 on the cold contact T2 side passes through the contact holes 50a 3 and 50a 4 formed in the interlayer insulating film 50 to form the other end portions of the polysilicon layers 34 and 35 (the n-type polysilicon layer 34
  • the second end and the second end of the p-type polysilicon layer 35 are electrically connected (see FIG. 9).
  • the MOS transistor 4 is formed in the formation region A2 of the MOS transistor 4 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 5).
  • ap + -type well region 41 is formed on the one surface side (front side) of the semiconductor substrate 1, and n + -type is formed in the p + -type well region 41.
  • the drain region 43 and the n + -type source region 44 are formed apart from each other.
  • the p + -type well region 41, p ++ type channel stopper region 42 which surrounds the n + -type drain region 43 and the n + -type source region 44 is formed.
  • the gate electrode 46 is formed of a polysilicon layer.
  • a drain electrode 47 made of a metal material (for example, Al-Si or the like) is formed on the n + -type drain region 43, and a metal material (for example, Al-Si or the like) is formed on the n + -type source region 44.
  • Source electrode 48 is formed.
  • drain electrode 47 is electrically connected to n + -type drain region 43 through contact hole 50 d formed in interlayer insulating film 50
  • source electrode 48 is n + + through contact hole 50 e formed in interlayer insulating film 50. It is electrically connected to the source region 44.
  • each pixel portion 2 of infrared sensor chip 100 source electrode 48 of MOS transistor 4 and one end of temperature sensitive portion 30 are electrically connected, and the other end of temperature sensitive portion 30 is electrically connected to reference bias line 5 It is done. Further, in each pixel portion 2, the drain electrode 47 of the MOS transistor 4 is electrically connected to the vertical readout line 7, and the gate electrode 46 is formed of an n-type polysilicon interconnection continuously and integrally formed on the gate electrode 46. And is electrically connected to the horizontal signal line 6.
  • a ground electrode 49 made of a metal material (for example, Al-Si etc.) It is formed.
  • the ground electrode 49 is electrically connected to the common ground line 8 for element separation by biasing the p ++ -type channel stopper region 42 to a lower potential than the n + -type drain region 43 and the n + -type source region 44. It is connected to the.
  • the ground electrode 49 is electrically connected to the p ++ -type channel stopper region 42 through the contact hole 50 f formed in the interlayer insulating film 50.
  • the self-diagnosis wiring 139 which warms the hot junction T1 by Joule heat generated by energization is provided, the self-diagnosis wiring 139 is energized to output the output of the thermopile 30a. By measuring it, it is possible to determine the presence or absence of a failure such as disconnection of the thermopile 30a, and the reliability can be improved. Furthermore, the self-diagnosis wiring 139 can be used for the semiconductor substrate 1 in the thermal infrared detector 3.
  • the heat capacity of the hot junction T1 of the thermopile 30a due to the self-diagnosis wiring 139 can be prevented from overlapping with the thermopile 30a, and sensitivity and response speed can be improved.
  • the self-diagnosis wiring 139 also absorbs infrared radiation from the outside in the normal time when the self-diagnosis is not performed at the time of use, so that the temperatures of the plurality of hot junctions T1 can be made uniform and sensitivity Improve the In the infrared sensor chip 100, since the infrared absorption layer 39 and the reinforcing layer 39b also absorb infrared rays from the outside, the temperatures of the plurality of hot junctions T1 can be made uniform, and the sensitivity can be improved.
  • self-diagnosis at the time of use of the infrared sensor chip 100 is periodically performed by a self-diagnosis circuit (not shown) provided in the IC chip 102, it is not necessarily required to be periodically performed.
  • the first thin film structure portion 3a is provided in parallel along the inner circumferential direction of the cavity portion 11 by providing a plurality of linear slits 13, and each of the thermal type infrared detection portions 3 It is separated into a plurality of second thin film structure portions 3aa extended inward from a support portion 3d which is a portion surrounding the hollow portion 11, and a warm contact T1 of the thermopile 30a is provided for each second thin film structure portion 3aa.
  • all the thermopiles 30a are electrically connected in a connection relationship in which the output change with respect to the temperature change becomes large compared to the case where the output is taken out for each thermopile 30a, the response speed and the sensitivity can be improved.
  • the self-diagnosis wiring 139 is formed across all the second thin film structures 3aa, all the thermopiles 30 of the thermal infrared detection unit 3 are formed. It is possible to self-diagnosis collectively the. Further, in the infrared sensor chip 100, since the connecting piece 3c connecting the adjacent second thin film structural parts 3aa and 3aa is formed, the warpage of each second thin film structural part 3aa can be reduced, and the structure is stabilized. It is possible to improve the sensitivity and stabilize the sensitivity.
  • the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, the reinforcing layer 39b, and the self-diagnosis wiring 139 are set to the same thickness. Uniformity of stress balance of thin film structure part 3aa of 2 is improved, warpage of second thin film structure part 3aa can be suppressed, variation in sensitivity among products and variation in sensitivity among pixel parts 2 are reduced it can.
  • the self-diagnosis wiring 139 is formed of the same material as the n-type polysilicon layer 34 which is the first thermoelectric element or the p-type polysilicon layer 35 which is the second thermoelectric element. Therefore, the self-diagnosis wiring 139 can be formed simultaneously with the first thermoelectric element or the second thermoelectric element, and the cost can be reduced by simplifying the manufacturing process.
  • the infrared sensor chip 100 since the plurality of pixel units 2 provided with the infrared absorption unit 33 and the self-diagnosis wiring 139 are provided in the form of an array on the one surface side of the semiconductor substrate 1, By energizing the self-diagnosis wiring 139 of each pixel unit 2 at the time of self-diagnosis at the time, it becomes possible to grasp the variation of the sensitivity of the temperature sensing unit 30 of each pixel unit 2.
  • the infrared sensor chip 100 includes the MOS transistor 4 for reading out the output of the temperature sensing unit 30 for each pixel unit 2, the number of output pads Vout (see FIG. 14) can be reduced. Miniaturization and cost reduction can be achieved.
  • a first silicon oxide film 31 having a first predetermined film thickness (for example, 0.3 ⁇ m) and a second predetermined film thickness (for example, the first film thickness) are provided on the one surface side (front side) of the semiconductor substrate 1 made of silicon substrate.
  • An insulating layer forming step of forming an insulating layer formed of a laminated film with the silicon nitride film 32 of 0.1 ⁇ m) is performed.
  • the first silicon oxide film 31 is formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate 1 at a predetermined temperature (for example, 1100 ° C.), and the silicon nitride film 32 is formed by the LPCVD method.
  • a well region forming step of forming ap + type well region 41 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 is performed, and subsequently, ap + type well on the one surface side of the semiconductor substrate 1
  • a channel stopper region forming step of forming p ++ -type channel stopper region 42 in region 41 the structure shown in FIG. 15B is obtained.
  • the second silicon oxide film (thermal oxide film) 51 is selectively formed by thermally oxidizing the exposed portion on the one surface side of the semiconductor substrate 1 at a predetermined temperature.
  • the silicon oxide film 51 is patterned using a photolithography technique and an etching technique using a mask for forming the p + -type well region 41. Subsequently, ion implantation of a p-type impurity (for example, boron or the like) is performed and then drive-in is performed to form the p + -type well region 41. Further, in the channel stopper region formation step, the first silicon oxide film (thermal oxide film) 52 is selectively formed by thermally oxidizing the one surface side of the semiconductor substrate 1 at a predetermined temperature. Thereafter, the third silicon oxide film 52 is patterned using photolithography technology and etching technology using a mask for forming the p ++ -type channel stopper region 42.
  • a p-type impurity for example, boron or the like
  • the first silicon oxide film 31, the second silicon oxide film 51 and the third silicon oxide film 52 constitute a silicon oxide film 1 b on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
  • the source and drain formation step of forming a n + -type drain region 43 and the n + -type source region 44.
  • ion implantation of an n-type impurity for example, phosphorus or the like
  • n + -type drain region 43 and n + -type source region 44 are formed.
  • a gate insulation film is formed on the one surface of the semiconductor substrate 1 by thermal oxidation to form a gate insulation film 45 made of a silicon oxide film (thermal oxide film) of a predetermined thickness (for example, 600 ⁇ ). Perform the process. Subsequently, the gate electrode 46, the horizontal signal line 6 (see FIG.
  • a polysilicon layer forming step is performed to form a non-doped polysilicon layer having a predetermined film thickness (for example, 0.69 ⁇ m) as a basis of the wiring 139 by the LPCVD method. Thereafter, the gate electrode 46, the horizontal signal line 6, the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis among the non-doped polysilicon layers using photolithography technology and etching technology.
  • a polysilicon layer patterning process is performed to perform patterning so that portions corresponding to the respective wires 139 remain.
  • p-type polysilicon layer 35 is formed by performing ion implantation of p-type impurities (for example, boron etc.) in a portion corresponding to p-type polysilicon layer 35 in the non-doped polysilicon layer and then performing drive-in.
  • p-type impurities for example, boron etc.
  • n-type impurities for example, phosphorus etc.
  • the n-type polysilicon layer formation step of forming the n-type polysilicon layer 34, the infrared absorption layer 39, the failure diagnosis wiring 139, the gate electrode 46, and the horizontal signal line 6 by performing drive-in after ion implantation thus, the structure shown in FIG. 16A is obtained.
  • the order of the p-type polysilicon layer forming step and the n-type polysilicon layer forming step may be reversed.
  • an interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film 50 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 is performed. Then, photolithography and the interlayer by using an etching technique insulating film 50 in the contact holes 50a 1, 50a 2, 50a 3 , 50a 4, 50d, 50e, 50f ( FIGS. 9, 10, see FIG. 12) By performing the contact hole forming step to be formed, the structure shown in FIG. 16B is obtained.
  • a BPSG film having a predetermined film thickness (for example, 0.8 ⁇ m) is deposited by the CVD method on the one surface side of the semiconductor substrate 1 and then reflowed at a predetermined temperature (for example, 800 ° C.)
  • a predetermined temperature for example, 800 ° C.
  • connection portions 36 and 37, drain electrode 47, source electrode 48, reference bias line 5, vertical readout line 7, ground line 8, common ground are formed on the entire surface of semiconductor substrate 1 on the one surface.
  • a metal film for example, an Al-Si film having a predetermined film thickness (for example, 2 ⁇ m) serving as a basis of the line 9 and each pad Vout, Vsel, Vref, Vdd, Gnd, etc. (see FIG. 14) is formed by sputtering or the like A metal film formation process is performed.
  • etching in the metal film patterning process is performed by RIE. Further, by performing this metal film patterning process, the hot junction T1 and the cold junction T2 are formed.
  • a PSG film of a predetermined film thickness (for example, 0.5 ⁇ m) and a predetermined film thickness (for example, 0) are formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 (that is, the surface side of the interlayer insulating film 50).
  • a passivation film forming step of forming a passivation film 60 composed of a laminated film with an NSG film of 5 .mu.m) by the CVD method the structure shown in FIG. 17B is obtained.
  • the laminated structure portion including the silicon oxide film 31, the silicon nitride film 32, the interlayer insulating film 50, the passivation film 60 and the like and the temperature sensitive portion 30 etc. embedded is patterned.
  • the layered structure patterning step of forming the thin film structure 3aa and the connection piece 3c of 2 is performed to obtain the structure shown in FIG. 18A.
  • the slits 13 and 14 are formed.
  • an opening forming process is performed to form an opening (not shown) for exposing each pad Vout, Vsel, Vref, Vdd, and Gnd using photolithography technology and etching technology.
  • the etching solution is introduced with the slits 13 and 14 as etching solution introducing holes, and the cavity portion 11 is formed in the semiconductor substrate 1 by anisotropically etching (crystal anisotropic etching) the semiconductor substrate 1.
  • an infrared sensor chip 100 having a structure shown in FIG. 18B is obtained.
  • the etching in the opening formation step is performed by RIE.
  • the TMAH solution heated to a predetermined temperature for example, 85 ° C.
  • the etching solution is not limited to the TMAH solution, and other alkaline solutions (eg, KOH solution etc.) ) May be used.
  • the separation process may be performed to separate the individual infrared sensor chips 100 after the cavity formation process is completed.
  • the well-known general MOS transistor manufacturing method is employed, and formation of a thermal oxide film by thermal oxidation, photolithography technology and etching
  • the p + well region 41, the p ++ channel stopper region 42, and the n + drain region 43 are repeated by repeating the basic steps of thermal oxide film patterning, ion implantation of impurities, and drive-in (impurity diffusion) by techniques.
  • n + -type source regions 44 are formed.
  • 11 has a square pyramidal shape, it is not limited to a square pyramidal shape, and may have a square pyramidal shape.
  • the plane orientation of the one surface of the semiconductor substrate 1 is not particularly limited.
  • the semiconductor substrate 1 a single crystal silicon substrate of which the one surface is a (110) plane may be used as the semiconductor substrate 1.
  • the IC chip 102 is an ASIC (: Application Specific IC), and is formed using a silicon substrate.
  • ASIC Application Specific IC
  • the IC chip 102 includes, for example, a control circuit that controls the infrared sensor chip 100, and an amplification circuit that amplifies output voltages of a plurality of input pads electrically connected to the plurality of output pads 80 of the infrared sensor chip 100.
  • a multiplexer for alternatively inputting the output voltages of the plurality of input pads to the amplifier circuit, an output of the amplifier circuit (an output according to a temperature difference between the hot junction T1 and the cold junction T2 in the pixel section 2)
  • the arithmetic circuit or the like for obtaining the temperature based on the output of the thermistor 101 (the output corresponding to the absolute temperature and assumed to be the output according to the temperature of the cold junction T2 in the pixel section 2), An infrared image can be displayed on an external display device.
  • the IC chip 102 also includes the self-diagnosis circuit described above.
  • the circuit configuration of the IC chip 102 is not particularly limited. Also, the thermistor 101 does not have to be provided.
  • the internal space (airtight space) 165 of the package 103 formed of the package body 104 and the package lid 105 is in a nitrogen gas (dry nitrogen gas) atmosphere, but is not limited thereto. It may be a vacuum atmosphere.
  • a wiring pattern (not shown) made of a metal material and an electromagnetic shielding layer (not shown) are formed on a substrate 104a made of an insulating material, and the electromagnetic shielding layer is provided by this electromagnetic shielding layer.
  • the lens 153 has conductivity, and the lens 153 is bonded to the metal cap 152 with a conductive material, and has conductivity.
  • the package lid 105 is electrically connected to the electromagnetic shielding layer of the package body 104.
  • the electromagnetic shielding layer of the package body 104 and the package lid 105 can be at the same potential.
  • the package 103 is an external sensor circuit (not shown) including the infrared sensor chip 100, the IC chip 102, the thermistor 101, the above wiring pattern, and bonding wires (not shown) described later. It has an electromagnetic shielding function to prevent electromagnetic noise.
  • the package body 104 is constituted by a flat ceramic substrate on which the infrared sensor chip 100, the IC chip 102 and the thermistor 101 are mounted on one surface side (front side).
  • the package body 104 is formed of a ceramic in which the base body 104 a is an insulating material, and the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 are formed on a portion of the wiring pattern formed on one surface side (front side) of the substrate 104 a. Respective pads (not shown) are appropriately connected via bonding wires.
  • the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 are electrically connected to each other through a bonding wire, a wiring pattern of the package body 104, and the like.
  • As each bonding wire it is preferable to use an Au wire that is more resistant to corrosion than an Al wire.
  • the moisture resistance and the heat resistance of the package body 104 are improved as compared with the case where an organic material such as an epoxy resin is employed as the insulating material.
  • an organic material such as an epoxy resin
  • alumina is employed as a ceramic of the insulating material, it is not particularly limited to alumina, and aluminum nitride, silicon carbide or the like may be employed.
  • the thermal conductivity of alumina is about 14 W / m ⁇ K.
  • an external connection electrode (not shown) constituted by a part of the above-described wiring pattern is formed across the other surface (rear surface) and the side surface of the base 104a.
  • the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 are mounted on the package body 104 using a die bonding agent.
  • a die bonding agent an insulating adhesive such as epoxy resin or silicone resin, or a conductive adhesive such as solder (lead free solder, Au-Sn solder) or silver paste may be used.
  • bonding may be performed by, for example, a normal temperature bonding method or a eutectic bonding method using Au—Sn eutectic or Au—Si eutectic without using a die bonding agent.
  • the thermal conductivity of the epoxy resin is about 0.2 W / m ⁇ K.
  • the outer peripheral shapes of the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 are rectangular (square to rectangular).
  • the package lid 105 is formed in a box shape in which one surface on the package main body 104 side is open, and the metal cap 152 in which the opening window 152a is formed at a portion corresponding to the infrared sensor chip 100 and the opening window 152a of the metal cap 152
  • the lens 153 is joined to the metal cap 152 in the following manner, and the one surface of the metal cap 152 is airtightly joined to the package body 104 in the form of being closed by the package body 104.
  • a frame-shaped metal pattern 147 (see FIG.
  • the package lid 105 and the metal pattern 147 of the package body 104 are metal-joined by seam welding (resistance welding method), and the airtightness and the electromagnetic shielding effect can be enhanced.
  • the metal cap 152 of the package lid 105 is formed of kovar and is plated with Ni.
  • the metal pattern 147 of the package body 104 is formed of kovar, is plated with Ni, and is further plated with Au.
  • the thermal conductivity of Kovar is about 16.7 W / m ⁇ K.
  • the method of joining the package lid 105 and the metal pattern 147 of the package body 104 is not limited to seam welding, and may be joined by other welding (for example, spot welding) or a conductive resin.
  • a conductive resin if an anisotropic conductive adhesive is used as the conductive resin, the content of the conductive particles dispersed in the resin (binder) is small, and the package lid 105 and the package body are heated and pressurized at the time of bonding. Since the thickness of the joint portion with 104 can be reduced, it is possible to suppress the entry of moisture or gas (for example, water vapor, oxygen, etc.) into the package 103 from the outside.
  • the conductive resin one in which a desiccant such as barium oxide or calcium oxide is mixed may be used as the conductive resin.
  • cover 105 is made into the rectangular shape, not only a rectangular shape but circular shape may be sufficient, for example.
  • the metal cap 152 of the package lid 105 is provided with a flange portion 152b extending outward from the end edge on the package body 104 side over the entire periphery, and the package portion 152b extends over the entire periphery. It is joined with 104. That is, the package lid 105 is bonded to the package body 104 by bonding the collar 152 b to the metal pattern 147.
  • the lens 153 is a plano-convex aspheric lens. Therefore, in the infrared sensor according to the present embodiment, the sensitivity of the infrared sensor chip 100 can be enhanced by the improvement of the light receiving efficiency of infrared rays while the lens 153 is made thinner. Further, in the infrared sensor of the present embodiment, the detection area of the infrared sensor chip 100 can be set by the lens 153.
  • the lens 153 is formed using a semiconductor substrate different from the semiconductor substrate 1 of the infrared sensor chip 100.
  • the lens 153 has an anode whose contact pattern with the semiconductor substrate (here, silicon substrate) is designed according to the desired lens shape, and the contact with the semiconductor substrate is ohmic contact with one surface of the semiconductor substrate.
  • the other surface side of the semiconductor substrate is anodized in an electrolytic solution consisting of a solution for etching and removing oxides of constituent elements of the semiconductor substrate after formation to form a porous portion to be a removal site, It is comprised by the semiconductor lens (here silicon lens) formed by removing the porous part.
  • the lens 153 has conductivity.
  • the manufacturing method of the semiconductor lens which applied this kind of anodic oxidation technique for example, since it is disclosed by Japanese patent 3899705, Japanese patent 3890705 grade
  • the detection area of the infrared sensor chip 100 can be set by the lens 153 composed of the above-described semiconductor lens, and as the lens 153, a semiconductor having a short focus and a large aperture diameter and a small aberration than a spherical lens. Since a lens can be adopted, thinning of the package 103 can be achieved by shortening the focus.
  • the infrared sensor of this embodiment assumes infrared rays in the wavelength band (8 ⁇ m to 13 ⁇ m) in the vicinity of 10 ⁇ m emitted from the human body as infrared rays to be detected by the infrared sensor chip 100. Compared with GaAs and the like, environmental impact is less, cost reduction is possible compared to Ge, and Si with smaller wavelength dispersion than ZnS is adopted.
  • the lens 153 is fixed to the periphery of the opening 152 a of the metal cap 152 by a bonding portion (not shown) made of a conductive adhesive (for example, lead-free solder, silver paste, etc.).
  • a conductive adhesive for example, lead-free solder, silver paste, etc.
  • the lens 153 is electrically connected to the electromagnetic shield layer of the package body 104 through the joint and the metal cap 152, so that electromagnetic noise can be prevented.
  • the shielding property can be enhanced, and a reduction in S / N ratio due to extraneous electromagnetic noise can be prevented.
  • the lens 153 described above is made of an optical multilayer film (multilayer interference filter film) that transmits infrared light in a desired wavelength range including the wavelength of infrared light to be detected by the infrared sensor chip 100 and reflects infrared light outside the wavelength range. It is preferable to provide a filter part (not shown). By providing such a filter part, it becomes possible to cut out infrared light and visible light of unnecessary wavelength bands other than the desired wavelength band by the filter part, and it is possible to suppress the generation of noise due to sunlight etc. High sensitivity can be achieved.
  • the material of the metal cap 152, the lens 153, and the filter portion so that the package lid 105 has a function of cutting visible light.
  • a resin portion (not shown) for blocking light from the outside is provided on at least the surface on the package lid 105 side of the IC chip 102 made of a bare chip, the electromotive force of the IC chip 102 caused by visible light Malfunction can be prevented.
  • the package body 104 is formed in a flat plate shape, mounting of the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 on the package body 104 is facilitated, and the cost of the package body 104 can be reduced. It becomes. Further, since the package main body 104 is formed in a flat plate shape, the package main body 104 is formed of a multilayer ceramic substrate in a box shape having an open surface, and the infrared sensor chip 100 is formed on the inner bottom surface of the package main body 104. As compared with the case of mounting, the accuracy of the distance between the infrared sensor chip 100 and the lens 153 disposed on the one surface side of the package main body 104 can be enhanced, and the sensitivity can be further enhanced.
  • the cover member 106 is a front plate portion 107 located in front of the infrared sensor chip 100 and having the window hole 108 formed therein, and extends rearward from the outer peripheral edge of the front plate portion 107 to have the IC chip 102 and the infrared sensor chip 100 A side plate portion 109 is joined to the package body 104 between the two.
  • the front plate portion 107 is disposed between the lens 153 and the infrared sensor chip 100 so as to be separated from each of the lens 153 and the infrared sensor chip 100.
  • the cover member 106 is disposed such that the window hole 108 is located between the infrared sensor chip 100 and the lens 153 (a part of the package lid 105 having a function of transmitting infrared light to be detected).
  • the front plate portion 107 of the cover member 106 is separated from the package 103.
  • the side plate portion 109 is disposed between the IC chip 102 and the infrared sensor chip 100 so as to be separated from each of the IC chip 102 and the infrared sensor chip 100, but the distance between the side plate portion 109 and the IC chip 102 It is preferable to set the distance shorter than the distance between the unit 109 and the infrared sensor chip 100. In short, it is preferable to arrange the side plate portion 109 close to the IC chip 102. That is, the cover member 106 is disposed close to both the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102.
  • the heat generated by the IC chip 102 is transmitted to the package body 104 and also to the cover member 106.
  • the heat generated in the IC chip 102 is transferred to the infrared sensor chip 100 through the path through the package body 104 and the path through the cover member 106.
  • the cover member 106 As a material of the cover member 106 , Kovar is adopted, but not limited to this, for example, stainless steel, copper, aluminum or the like may be adopted. In the present embodiment, the cover member 106 is formed of a conductive material. When the cover member 106 is formed of a conductive material, the cover member 106 can be provided with an electromagnetic shielding property. Therefore, electromagnetic noise from the IC chip 102 to the infrared sensor chip 100 can be reduced.
  • the cover member 106 described above has a rectangular outer peripheral shape of the front plate portion 107, and the outer size of the front plate portion 107 is set so that the infrared sensor chip 100 can be contained in the projection area of the outer peripheral edge of the front plate portion 107.
  • the side plate portion 109 of the cover member 106 and the package body 104 may be joined by, for example, an adhesive (for example, epoxy resin), but from the viewpoint of thermally bonding the cover member 106 and the package body 104, the thermal conductivity Materials are preferable, and from the viewpoint of electrically connecting the cover member 106 with the shield layer of the package body 104 to provide electromagnetic shielding properties, a material having conductivity is preferable. For example, silver paste or the like is adopted. It is preferable to do.
  • the window holes 108 of the front plate portion 107 are opened in a rectangular shape.
  • the opening shape of the window hole 108 is set to be similar to the outer peripheral shape of the infrared sensor chip 100, but it is not necessary to be similar.
  • the package 103 has the window hole 108 for transmitting the infrared ray to the infrared sensor chip 100, and the hot contact T1 and the cold contact of each pixel unit 2 according to the heat generation of the IC chip 102.
  • the cover member 106 that makes the temperature change amount of T2 uniform, the heat generated from the IC chip 102 is transmitted to the package body 104 and the cover member 106.
  • the heat caused by the heat generation of the IC chip 102 is transmitted to the pixel portion 2 of the infrared sensor chip 100 through the path through the package body 104 and the path through the cover member 106 It becomes possible to equalize the heat transmitted to each pixel section 2 of the chip 100, and it is possible to suppress the variation of the offset voltage in the plane of the infrared sensor chip 100 due to the heat generation of the IC chip 102 and the variation of S / N ratio. Can be suppressed.
  • the offset voltage of the temperature sensitive portion 30 in the pixel unit 2 closest to the IC chip 102 in the infrared sensor chip 100 It is possible to reduce the difference with the offset voltage of the temperature sensing unit 30 in the pixel unit 2 farthest from the pixel.
  • the cover member 106 is provided in the package 103, so that the infrared ray emitted from the IC chip 102 due to the heat generation of the IC chip 102 and the metal cap 152 emitted from the package lid 105 Infrared can also be blocked from reaching the infrared sensor chip 100.
  • the cover member 106 is located in front of the infrared sensor chip 100 and has a front plate portion 107 in which the window hole 108 is formed, and the IC chip 102 and the infrared sensor chip extended rearward from the outer peripheral edge of the front plate portion 107.
  • 100 and 100 are configured with the side plate portion 109 joined to the package main body 104, so that it is possible to prevent the infrared radiation emitted from the IC chip 102 from reaching the infrared sensor chip 100 directly. Become.
  • the package body 104 is formed in a flat plate shape, mounting of the cover member 106 on the package body 104 is also facilitated.
  • the front plate portion 107 is separated from the package 103. Therefore, the front plate portion 107 is less susceptible to the temperature change of the package 103 as compared with the case where the front plate portion 107 is in contact with the package 103.
  • the MOS transistor 4 is provided in each pixel section 2 of the infrared sensor chip 100, noise due to the wiring between the temperature sensitive section 30 and the MOS transistor 4 can be reduced. Is possible.
  • the electromagnetic shield By electrically connecting to the layers, the influence of extraneous electromagnetic noise on the sensor circuit constituted by the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 can be reduced, and the S / N ratio caused by the extraneous electromagnetic noise Can be suppressed.
  • the electromagnetic shield layer is electrically connected to the ground pattern of the circuit board or the like to reduce the influence of extraneous electromagnetic noise on the sensor circuit described above. It is possible to suppress the decrease in S / N ratio caused by extraneous electromagnetic noise.
  • the basic configuration of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and as shown in FIG. 19, the shape of the cover member 106 is different.
  • symbol is attached
  • the second area 142 for mounting the IC chip 102 is recessed from the surface of the first area 141 for mounting the infrared sensor chip 100. Therefore, a step is formed between the surface of the first area 141 and the second area 142.
  • the package body 104 is set to retract the surface of the second region 142 so that the size of the step becomes smaller than the thickness of the IC chip 102.
  • the cover member 106 is a front plate portion 107 located in front of the infrared sensor chip 100 and having a window hole 108 formed therein, and two side plates extended rearward from the outer peripheral edge of the front plate portion 107 and joined to the package body 104 And a unit 109.
  • the distance between the front plate portion 107 and the infrared sensor chip 100 is set longer than the infrared sensor of the first embodiment.
  • the two side plate portions 109 are located on the sides of both side surfaces of the infrared sensor chip 100 along the direction in which the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 are arranged in parallel.
  • the front plate portion 107 is formed in such a size that the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 can be accommodated in the projection area of the outer peripheral line of the front plate portion 107. Further, in the front plate portion 107, protruding pieces 107b extend rearward from both side edges in the longitudinal direction along the direction in which the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 are juxtaposed.
  • the projection piece 107 b has a smaller dimension of projection from the front plate portion 107 than the side plate portion 109, and the front plate is positioned forward of the surface of the infrared sensor chip 100 including the tip surface of the projection piece 107 b. The projecting dimension from the portion 107 is set.
  • the cover member 106 can be reduced compared to the first embodiment while making it possible to suppress the variation in S / N ratio in the plane of the infrared sensor chip 100 caused by the heat generation of the IC chip 102. Can be joined more stably, and it is possible to prevent the front plate portion 107 from tilting with respect to the surface of the infrared sensor chip 100. Further, in the infrared sensor of the present embodiment, since the side plate portion 109 is not located between the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102, the infrared sensor chip 100 and the IC chip 102 should be directly connected only by the bonding wires. Is possible.
  • the infrared sensor of this embodiment does not have the protruding piece 107b (see FIG. 19) described in the second embodiment, and as shown in FIG. 20, the distance between the front plate 107 and the infrared sensor chip 100 The point which is set shorter than the infrared sensor of Embodiment 2 is different.
  • the infrared sensor it is possible to suppress the variation in S / N ratio in the plane of the infrared sensor chip 100 caused by the heat generation of the IC chip 102, and the front plate portion 107 and the infrared sensor The distance to the chip 100 can be shortened.
  • the basic configuration of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment, and as shown in FIG. 21, the shape of the cover member 106 is different.
  • symbol is attached
  • the cover member 106 in the present embodiment is the same as the second embodiment in that the window hole 108 of the front plate portion 107 is rectangular, but the inner peripheral line (4 of the window hole 108 on the IC chip 102 side in plan view In the embodiment, one of the sides; one side on the left side of FIG. 21B) is closer to the IC chip 102 than the outer peripheral line (one side of the four sides) of the infrared sensor chip 100 on the IC chip 102 side. It is different from 2.
  • the infrared sensor of the present embodiment it is possible to reduce the heat transmitted to the infrared sensor chip 100 through the cover member 106 as compared to the second embodiment.
  • the cavity 11 of the semiconductor substrate 1 may be formed to penetrate in the thickness direction of the semiconductor substrate 1.
  • an anisotropic etching technique using a dry etching device of an inductively coupled plasma (ICP) type, for example, for an area scheduled to form the cavity 11 in the semiconductor substrate 1 is used. It may be formed using.
  • the infrared sensor chip 100 may have a plurality of pixel units 2 including the temperature sensing unit 30 formed of the thermopile 30 a arranged in an array on one surface side of the semiconductor substrate 1, and the structure is particularly
  • the number of thermopiles 30a constituting the temperature sensing unit 30 is not limited to a plurality, and may be one.
  • the semiconductor substrate 1 is not limited to a silicon substrate, and may be, for example, a germanium substrate or a silicon carbide substrate.
  • a flat silicon substrate may be disposed to have a function of transmitting infrared light.
  • the arrangement of the lens 153 in the package lid 104 is not particularly limited, and the lens 153 may be arranged outside the package lid 104.

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Abstract

　ＩＣチップの発熱に起因した赤外線センサチップの面内でのＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能な赤外線センサを提供する。赤外線センサは、サーモパイル３０ａにより構成される感温部３０を具備する複数の画素部２が半導体基板１の一表面側においてアレイ状に配置された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とを備える。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と、赤外線を透過するレンズ１５３を有しパッケージ本体１０４に気密的に接合されたパッケージ蓋１０５とを有する。パッケージ１０３内に、赤外線センサチップ１００への赤外線を通す窓孔１０８を有しＩＣチップ１０２の発熱に応じた各画素部２の温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２の温度変化量を均一化するカバー部材１０６を設けてある。

Description

赤外線センサ
　本発明は、赤外線センサに関するものである。
　従来から、サーモパイルからなる感温部を具備する複数の画素部がシリコン基板の一表面側においてアレイ状に配置された赤外線センサチップと、この赤外線センサチップの出力信号を信号処理するＩＣチップと、赤外線センサチップおよびＩＣチップが収納されたパッケージとを備えた赤外線センサ（赤外線センサモジュール）が提案されている（例えば、日本国特許公開２０１０－７８４５１号公報参照）。
　上述のパッケージは、赤外線センサチップおよびＩＣチップが横並びで実装されたパッケージ本体と、このパッケージ本体との間に赤外線センサチップおよびＩＣチップを囲む形でパッケージ本体に覆着されたパッケージ蓋とで構成されている。ここにおいて、パッケージ蓋は、赤外線センサチップでの検知対象の赤外線を収束するレンズを備えている。要するに、パッケージ蓋は、赤外線センサチップでの検知対象の赤外線を透過する機能を有している。
　上述の赤外線センサチップは、各画素部において感温部を備えた熱型赤外線検出部がシリコン基板の上記一表面側に形成されてシリコン基板に支持されている。また、赤外線センサチップは、シリコン基板において熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部が形成されている。また、赤外線センサチップは、感温部を構成しているサーモパイルの温接点が、熱型赤外線検出部において空洞部に重なる領域に形成され、冷接点が熱型赤外線検出部において空洞部に重ならない領域に形成されている。なお、赤外線センサチップは、シリコン基板の上記一表面側において、各画素部それぞれに、画素部選択用のスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタが形成されている。
　上述の赤外線センサでは、赤外線センサチップとＩＣチップとが１つのパッケージ内に収納されており、赤外線センサチップとＩＣチップとの間の配線を短くできるので、外来ノイズの影響を低減でき、耐ノイズ性を向上できる。
　しかしながら、この赤外線センサでは、赤外線センサチップの各画素部それぞれの出力信号（出力電圧）に、ＩＣチップの発熱に起因したオフセット電圧を含んでしまい、しかも、各画素部の間でＳ／Ｎ比がばらついてしまう。要するに、赤外線センサチップの面内でＳ／Ｎ比がばらついてしまう。ここにおいて、ＩＣチップからパッケージ本体を通る経路で赤外線センサチップのシリコン基板へ伝わる熱は、主に冷接点の温度を上昇させるのでマイナスのオフセット電圧を発生させる要因となる。一方、ＩＣチップからのパッケージ内の媒体（例えば、窒素ガスなど）を介した熱伝導や熱輻射により赤外線センサチップへ伝わる熱は、主に温接点の温度を上昇させるので、プラスのオフセット電圧を発生させる要因となる。
　本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＩＣチップの発熱に起因した赤外線センサチップの面内でのＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能な赤外線センサを提供することにある。
　本発明の赤外線センサは、サーモパイルにより構成される感温部を具備する複数の画素部が半導体基板の一表面側においてアレイ状に配置された赤外線センサチップと、前記赤外線センサチップの出力信号を信号処理するＩＣチップと、前記赤外線センサチップおよび前記ＩＣチップが収納されたパッケージとを備え、前記パッケージは、前記赤外線センサチップおよび前記ＩＣチップが横並びで実装されたパッケージ本体と、前記赤外線センサチップでの検知対象の赤外線を透過する機能を有し前記パッケージ本体との間に前記赤外線センサチップおよび前記ＩＣチップを囲む形で前記パッケージ本体に気密的に接合されたパッケージ蓋とを備え、前記パッケージ内に、前記赤外線センサチップへの赤外線を通す窓孔を有し前記ＩＣチップの発熱に応じた前記各画素部の温接点および冷接点の温度変化量を均一化するカバー部材を設けてなることを特徴とする。
　この赤外線センサにおいて、前記カバー部材は、前記赤外線センサチップの前方に位置し前記窓孔が形成された前板部と、前記前板部の外周縁から後方へ延設され前記ＩＣチップと前記赤外線センサチップとの間で前記パッケージ本体に接合された側板部とで構成されてなることが好ましい。
　また、この赤外線センサにおいて、前記パッケージ本体は、前記赤外線センサチップを実装する第１の領域の表面よりも前記ＩＣチップを実装する第２の領域の表面を後退させてあり、前記カバー部材は、前記赤外線センサチップの前方に位置し前記窓孔が形成された前板部と、前記前板部の外周縁から後方へ延設され前記赤外線センサチップと前記ＩＣチップとの並設方向に沿った前記赤外線センサチップの両側面それぞれの側方に位置し前記パッケージ本体に接合された２つの側板部とを備え、前記前板部は、前記前板部の外周線の投影領域内に前記赤外線センサチップおよび前記ＩＣチップが収まる大きさに形成されてなることが好ましい。
　この赤外線センサにおいて、前記カバー部材は、前記前板部の前記窓孔が矩形状であり、平面視で前記窓孔の前記ＩＣチップ側の内周線が前記赤外線センサチップの前記ＩＣチップ側の外周線よりも前記ＩＣチップ側にあることが好ましい。
　この赤外線センサにおいて、前記カバー部材は、前記赤外線センサチップの前方に位置し前記窓孔が形成された前板部と、前記前板部から後方へ延接され前記パッケージ本体に接合された側板部とを備えることが好ましい。
　この赤外線センサにおいて、前記カバー部材は、前記赤外線センサチップと前記ＩＣチップの両方に近接して配置されていることが好ましい。
　この赤外線センサにおいて、前記前板部は、この前板部の外周線の投影領域内に少なくとも前記赤外線センサチップが収まる大きさに、形成されていることが好ましい。
　この赤外線センサにおいて、前記カバー部材は、導電性材料から形成されていることが好ましい。
　この赤外線センサにおいて、前記カバー部材は、導電性材料によって前記パッケージ本体に接合されていることが好ましい。
　この赤外線センサにおいて、前記パッケージ本体は、絶縁材料からなる基体と、金属材料からなる電磁シールド層とを備えることが好ましい。
　本発明は、ＩＣチップの発熱に起因した赤外線センサチップの面内でのＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能となる。
実施形態１の赤外線センサに関し、図１Ａは一部破断した概略斜視図、図１Ｂはパッケージ蓋を取り外した状態の概略斜視図、図１Ｃはパッケージ蓋を取り外した状態の概略側面図、図１Ｄは概略断面図、図１Ｅは赤外線センサチップの要部概略断面図である。 同上における赤外線センサチップの平面レイアウト図である。 同上における赤外線センサチップの画素部の平面レイアウト図である。 同上における赤外線センサチップの画素部の平面レイアウト図である。 同上における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、図５Ａは平面レイアウト図、図５Ｂは図５ＡのＤ－Ｄ’断面に対応する概略断面図である。 同上における赤外線センサチップの画素部の要部の平面レイアウト図である。 同上における赤外線センサチップの画素部の要部の平面レイアウト図である。 同上における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、図８Ａは平面レイアウト図、図８Ｂは図８ＡのＤ－Ｄ’断面に対応する概略断面図である。 同上における赤外線センサチップの冷接点を含む要部を示し、図９Ａは平面レイアウト図、図９Ｂは概略断面図である。 同上における赤外線センサチップの温接点を含む要部を示し、図１０Ａは平面レイアウト図、図１０Ｂは概略断面図である。 同上における赤外線センサチップの画素部の要部の概略断面図である。 同上における赤外線センサチップの画素部の要部の概略断面図である。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、同上における赤外線センサチップの要部を説明するための図である。 同上における赤外線センサチップの等価回路図である。 図１５Ａ及び図１５Ｂは、同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 図１６Ａ及び図１６Ｂは、同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 図１７Ａ及び図１７Ｂは、同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 図１８Ａ及び図１８Ｂは、同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態２の赤外線センサに関し、図１９Ａは一部破断した概略斜視図、図１９Ｂはパッケージ蓋を取り外した状態の概略斜視図、図１９Ｃはパッケージ蓋を取り外した状態の概略側面図、図１９Ｄは概略断面図、図１９Ｅは赤外線センサチップの要部概略断面図である。 実施形態３の赤外線センサに関し、図２０Ａは一部破断した概略斜視図、図２０Ｂはパッケージ蓋を取り外した状態の概略斜視図、図２０Ｃはパッケージ蓋を取り外した状態の概略側面図、図２０Ｄは概略断面図、図２０Ｅは赤外線センサチップの要部概略断面図である。 実施形態４の赤外線センサに関し、図２１Ａは一部破断した概略斜視図、図２１Ｂはパッケージ蓋を取り外した状態の概略斜視図、図２１Ｃはパッケージ蓋を取り外した状態の概略側面図、図２１Ｄは概略断面図、図２１Ｅは赤外線センサチップの要部概略断面図である。
　（実施形態１）
　以下、本実施形態の赤外線センサについて図１～図１４を参照しながら説明する。
　本実施形態の赤外線センサは、赤外線センサチップ１００と、この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、赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２が収納されたパッケージ１０３とを備えている。また、赤外線センサは、絶対温度を測定するサーミスタ１０１も、パッケージ１０３に収納されている。
　赤外線センサチップ１００は、図１Ｅに示すように、サーモパイル３０ａを有する熱型赤外線検出部３がシリコン基板からなる半導体基板１の一表面側（前面側）に形成されている。
　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およびサーミスタ１０１が実装されたパッケージ本体１０４と、パッケージ本体１０４との間に赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２およびサーミスタ１０１を囲む形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されたパッケージ蓋１０５とを有している。
　パッケージ本体１０４は、ＩＣチップ１０２と赤外線センサチップ１００とが横並びで実装されている。また、パッケージ本体１０４は、赤外線センサチップ１００とサーミスタ１０１とが、ＩＣチップ１０２と赤外線センサチップ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。一方、パッケージ蓋１０５は、赤外線センサチップ１００での検知対象の赤外線を透過する機能および導電性を有している。
　パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の上記一表面側（前面側）に覆着されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２において赤外線センサチップ１００に対応する部位に形成された開口窓１５２ａを閉塞するレンズ１５３とで構成されている。ここにおいて、レンズ１５３が、赤外線を透過する機能を有するとともに、赤外線センサチップ１００へ赤外線を収束する機能を有している。
　また、赤外線センサは、パッケージ１０３内に、ＩＣチップ１０２の発熱に応じた各画素部２の温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２の温度変化量を均一化するカバー部材１０６を設けてある。ここにおいて、カバー部材１０６は、赤外線センサチップ１００への赤外線を通す窓孔１０８を有している。すなわち、各画素部２では、ＩＣチップ１０２の発熱に起因して、温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との間に温度差ΔＴが生じうる。本実施形態では、カバー部材１０６を設けることによって、各画素部２間での上記温度差ΔＴ（ＩＣチップ１０２の発熱に起因する温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２の間の温度差ΔＴ）のばらつきを、小さくすることができる。
　なお、ＩＣチップ１０２の発熱に応じた各画素部２の温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２の温度変化量を均一化するカバー部材１０６は、オプションである。カバー部材１０６は、後述のように、赤外線センサチップ１００の前方に位置し窓孔１０８が形成された前板部１０７と、前板部から後方へ延接されパッケージ本体１０４に接合された側板部１０９とを備えている。このカバー部材１０６は、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ１０２の両方に近接して配置されている。
　以下、各構成要素についてさらに説明する。
　赤外線センサチップ１００は、熱型赤外線検出部３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４とを有する複数の画素部２が半導体基板１の上記一表面側においてアレイ状（ここでは、２次元アレイ状）に配列されている（図２参照）。本実施形態では、１つの半導体基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図２に示した例では、８×８個）の画素部２が形成されているが、画素部２の数や配列は特に限定するものではない。また、本実施形態では、熱型赤外線検出部３の感温部３０が、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図３参照）を直列接続することにより構成されている。図１４では、熱型赤外線検出部３における感温部３０の等価回路を、当該感温部３０の熱起電力に対応する電圧源で表してある。
　また、赤外線センサチップ１００は、図３、図５および図１４に示すように、各列の複数の熱型赤外線検出部３の感温部３０の一端が上述のＭＯＳトランジスタ４を介して各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線７と、各行の熱型赤外線検出部３の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続された複数の水平信号線６とを備えている。また、赤外線センサチップ１００は、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ+形ウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線８と、各グラウンド線８が共通接続された共通グラウンド線９とを備えている。さらに、赤外線センサチップ１００は、各列の複数個の熱型赤外線検出部３の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線５を備えている。しかして、赤外線センサチップ１００は、全ての熱型赤外線検出部３の感温部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。要するに、赤外線センサチップ１００は、半導体基板１の上記一表面側に熱型赤外線検出部３と当該熱型赤外線検出部３に並設され当該熱型赤外線検出部３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２が形成されている。
　ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、ゲート電極４６が水平信号線６に接続され、ソース電極４８が感温部３０を介して基準バイアス線５に接続され、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されている。ここで、各水平信号線６それぞれは、各別の画素選択用のパッドＶselに電気的に接続され、各基準バイアス線５は、共通基準バイアス線５ａに共通接続され、各垂直読み出し線７それぞれは、各別の出力用のパッドＶoutに電気的に接続されている。また、共通グラウンド線９は、グラウンド用のパッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａは、基準バイアス用のパッドＶrefと電気的に接続され、半導体基板１は、基板用のパッドＶddに電気的に接続されている。
　しかして、ＭＯＳトランジスタ４が、順次、オン状態になるように各画素選択用のパッドＶselの電位を制御することで各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。例えば、基準バイアス用のパッドＶrefの電位を１．６５Ｖ、グラウンド用のパッドＧndの電位を０Ｖ、基板用のパッドＶddの電位を５Ｖとしておき、特定の画素選択用のパッドＶselの電位を５Ｖとすれば、対応するＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、対応する出力用のパッドＶoutから画素部２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出される。また、画素選択用のパッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用のパッドＶoutから画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、図２では、図１４における画素選択用のパッドＶsel、基準バイアス用のパッドＶref、グラウンド用のパッドＧnd、出力用のパッドＶoutなどを区別せずに、全てパッド８０として図示してある。
　以下、熱型赤外線検出部３およびＭＯＳトランジスタ４それぞれの構造について説明する。なお、本実施形態では、上述の半導体基板１として、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いている。
　各画素部２の熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１（図５参照）に形成されている。また、各画素部２のＭＯＳトランジスタ４は、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２（図５参照）に形成されている。
　赤外線センサチップ１００は、半導体基板１の上記一表面側において各熱型赤外線検出部３の一部の直下に空洞部１１が形成されている。熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、半導体基板１の上記一表面側で平面視において空洞部１１を覆う第１の薄膜構造部３ａとを備えている。第１の薄膜構造部３ａは、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３を備えている。ここで、第１の薄膜構造部３ａは、空洞部１１の周方向（図３における、紙面に対して水平方向）に沿って並設され支持部３ｄに支持された複数の第２の薄膜構造部３ａａと、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片３ｃとを有している。なお、図３の例の熱型赤外線検出部３では、複数の線状のスリット１３を設けることにより、第１の薄膜構造部３ａが６つの第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。以下では、赤外線吸収部３３（第１の赤外線吸収部３３と称する）のうち第２の薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を第２の赤外線吸収部３３ａと称する。
　熱型赤外線検出部３は、第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられている。ここで、サーモパイル３０ａは、温接点Ｔ１が、第２の薄膜構造部３ａａに設けられ、冷接点Ｔ２が、支持部３ｄに設けられている。要するに、温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる第１の領域に形成され、冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない第２の領域に形成されている。
　要するに、赤外線センサチップ１００は複数の画素部２を備えている。画素部２は、半導体基板１の上記一表面側（前面側）に形成された熱型赤外線検出部３を備える。熱側赤外線検出部３は、感温部３０を備える。半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の一部に対応する部位には、空洞部１１が形成されている。そして、感温部３０の温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる第１の領域に形成され、感温部３０の冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない第２の領域に形成されている。
　また、熱型赤外線検出部３の感温部３０は、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で、全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されている。図３の例では、感温部３０は、６個のサーモパイル３０ａを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル３０ａの全てを直列接続する接続関係に限らない。例えば、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続すれば、６個のサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて、感度を高めることができる。また、６個のサーモパイル３０ａの全てが直列接続されている場合に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。
　ここで、熱型赤外線検出部３では、第２の薄膜構造部３ａａごとに、支持部３ｄと第２の赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが空洞部１１の周方向に離間して形成されている。つまり、第２の薄膜構造部３ａａの各々は、第２の赤外線吸収部３３ａと２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂとを備える。これにより、２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し空洞部１１に連通する平面視Ｃ字状のスリット１４が形成されている。熱型赤外線検出部３のうち、平面視において第１の薄膜構造部３ａを囲む部位である支持部３ｄは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、上述の各スリット１３，１４により、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄそれぞれとの連結部位以外の部分が、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄと空間的に分離されている。ここで、第２の薄膜構造部３ａａは、支持部３ｄからの延長方向の寸法を９３μｍ、この延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍとし、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。
　第１の薄膜構造部３ａは、半導体基板１の上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、当該シリコン酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜３２上に形成された感温部３０と、シリコン窒化膜３２の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。層間絶縁膜５０は、ＢＰＳＧ膜により構成し、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
　上述の熱型赤外線検出部３では、第１の薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が、第１の赤外線吸収部３３を構成している。また、支持部３ｄは、シリコン酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とで構成されている。
　また、赤外線センサチップ１００は、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、半導体基板１の上記一表面側において、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されており、この積層膜のうち、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図５Ｂ参照）を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ2、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎ2に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８～１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ2＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ）としてある。
　また、各画素部２では、空洞部１１の内周形状が矩形状であり、連結片３ｃは、平面視Ｘ字状に形成されており、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向（支持部３ｄからの延長方向）に交差する斜め方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
　サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上で第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨って形成されたｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との一端部同士を第２の赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ－Ｓｉなど）からなる接続部（第１の接続部）３６により電気的に接続した複数個（図３に示した例では、各サーモパイル３０ａについて９個ずつ）の熱電対を有している。つまり本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４の第１端部とｐ形ポリシリコン層３５の第１端部とが、接続部３６により電気的に接続されている。また、サーモパイル３０ａは、半導体基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｎ形ポリシリコン層３４の他端部（ｎ形ポリシリコン層３４の第２の端部）とｐ形ポリシリコン層３５の他端部（ｐ形ポリシリコン層３５の第２端部）とが金属材料（例えば、Ａｌ－Ｓｉなど）からなる接続部（第２の接続部）３７により接合され電気的に接続されている。ここで、サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記一端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記一端部と接続部３６とで温接点Ｔ１を構成している。また、ｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と接続部３７とで冷接点Ｔ２を構成している。要するに、サーモパイル３０ａの各温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、各冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。なお、本実施形態における赤外線センサチップ１００では、サーモパイル３０ａの各ｎ形ポリシリコン層３４および各ｐ形ポリシリコン層３５それぞれにおいて、上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位および半導体基板１の上記一表面側のシリコン窒化膜３２上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。
　要するに、感温部３０は、ｎ形ポリシリコン層３４及びｐ形ポリシリコン層３５を具備する少なくとも１つの熱電対を有する。この熱電対の温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる第１の領域に形成され、この熱電対の冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない第２の領域に形成されている。
　また、赤外線センサチップ１００は、空洞部１１の形状が、四角錘状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、第１の薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。すなわち、図３の上下方向における真ん中の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３および図６に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向（図３の上下方向）に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してあるのに対し、当該上下方向における上側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３および図７に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側（図３における下側）に温接点Ｔ１を集中して配置してあり、当該上下方向における下側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側（図３における上側）に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態における赤外線センサチップ１００では、図３の上下方向における上側、下側の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上できる。なお、本実施形態では、空洞部１１の最深部の深さを所定深さｄｐ（図５Ｂ参照）とするとき、所定深さｄｐを２００μｍに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。
　また、第２の薄膜構造部３ａａは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側においてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、第２の薄膜構造部３ａａの反りを抑制するとともに赤外線を吸収するｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９（図１、図３、図５及び図１１参照）が形成されている。また、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃには、当該連結片３ｃを補強するｎ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図８参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、赤外線センサチップ１００では、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図８に示す連結片３ｃの長さ寸法Ｌ１を２４μｍ、幅寸法Ｌ２を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３を１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、本実施形態のように半導体基板１としてシリコン基板を用いており、補強層３９ｂがｎ形ポリシリコン層により形成される場合には、空洞部１１の形成時に補強層３９ｂがエッチングされるのを防止するために、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３は、連結片３ｃの幅寸法Ｌ２よりも小さく設定し、平面視において補強層３９ｂの両側縁が連結片３ｃの両側縁よりも内側に位置する必要がある。
　また、赤外線センサチップ１００は、図８および図１３Ｂに示すように、連結片３ｃの両側縁と第２の薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｆ，３ｆが形成され、Ｘ字状の連結片３ｃの略直交する側縁間にも面取り部３ｅが形成されている。しかして、赤外線センサチップ１００では、図１３Ａに示すように面取り部が形成されていない場合に比べて、連結片３ｃと第２の薄膜構造部３ａａとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図８に示した例では、各面取り部３ｆ，３ｅをＲ（アール）が３μｍのＲ面取り部としてあるが、Ｒ面取り部に限らず、例えば、Ｃ面取り部としてもよい。
　また、赤外線センサチップ１００は、各熱型赤外線検出部３に、支持部３ｄと一方のブリッジ部３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと支持部３ｄとに跨るように引き回されたｎ形ポリシリコン層からなる故障診断用の配線（以下、故障診断用配線または自己診断用配線と称する）１３９を設けて、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することができる。
　要するに、赤外線センサチップ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや故障診断用配線１３９の断線などを検出することができる。また、赤外線センサチップ１００では、上述の検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電して各感温部３０の出力を検出することにより、感温部３０の断線の有無や感度のばらつき（感温部３０の出力のばらつき）などを検知することが可能となる。ここにおいて、感度のばらつきに関しては、画素部２ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、第１の薄膜構造部３ａの反りや第１の薄膜構造部３ａの半導体基板１へのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。ここで、本実施形態における赤外線センサチップ１００では、平面視において、故障診断用配線１３９を複数の温接点Ｔ１の群の付近において折り返され蛇行した形状としてある。したがって、故障診断用配線１３９へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点Ｔ１を効率良く温めることができる。上述の故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５と同一平面上に同一厚さで形成されている。
　上述の赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０18～１０20ｃｍ-3）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４と同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０18～１０20ｃｍ-3程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１０18～１０20ｃｍ-3であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、ｐ形ポリシリコン層３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてもよい。要するに、故障診断用配線（自己診断用配線）１３９は、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４もしくは第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ材料により形成されていることが好ましい。
　ところで、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９の屈折率をｎ1、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ1に設定するようにしている。しかして、検出対象の波長（例えば、８～１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ1＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
　また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９それぞれの不純物濃度が１０18～１０20ｃｍ-3であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることができる。また、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９をｎ形ポリシリコン層３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。
　ここで、感温部３０の接続部３６と接続部３７とは、半導体基板１の上記一表面側において、層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。温接点Ｔ１側の接続部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ1，５０ａ2を通して、両ポリシリコン層３４，３５の上記各一端部（ｎ形ポリシリコン層３４の第１端部及びｐ形ポリシリコン層３５の第１端部）と電気的に接続されている（図１０参照）。また、冷接点Ｔ２側の接続部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ3，５０ａ4を通して、両ポリシリコン層３４，３５の上記各他端部（ｎ形ポリシリコン層３４の第２端部及びｐ形ポリシリコン層３５の第２端部）と電気的に接続されている（図９参照）。
　また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている（図５参照）。
　ＭＯＳトランジスタ４は、図５および図１２に示すように、半導体基板１の上記一表面側（前面側）にｐ+形ウェル領域４１が形成され、ｐ+形ウェル領域４１内に、ｎ+形ドレイン領域４３とｎ+形ソース領域４４とが離間して形成されている。さらに、ｐ+形ウェル領域４１内には、ｎ+形ドレイン領域４３とｎ+形ソース領域４４とを囲むｐ++形チャネルストッパ領域４２が形成されている。
　ｐ+形ウェル領域４１においてｎ+形ドレイン領域４３とｎ+形ソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形ポリシリコン層からなるゲート電極４６が形成されている。
　また、ｎ+形ドレイン領域４３上には、金属材料（例えば、Ａｌ－Ｓｉなど）からなるドレイン電極４７が形成され、ｎ+形ソース領域４４上には、金属材料（例えば、Ａｌ－Ｓｉなど）からなるソース電極４８が形成されている。
　ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。ここで、ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してｎ+形ドレイン領域４３と電気的に接続され、ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してｎ+形ソース領域４４と電気的に接続されている。
　赤外線センサチップ１００の各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が基準バイアス線５に電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が、垂直読み出し線７と電気的に接続され、ゲート電極４６が、当該ゲート電極４６に連続一体に形成されたｎ形ポリシリコン配線からなる水平信号線６と電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のｐ++形チャネルストッパ領域４２上に、金属材料（例えば、Ａｌ－Ｓｉなど）からなるグラウンド用の電極（以下、グラウンド用電極と称する）４９が形成されている。このグラウンド用電極４９は、当該ｐ++形チャネルストッパ領域４２をｎ+形ドレイン領域４３およびｎ+形ソース領域４４よりも低電位にバイアスして素子分離するための共通グラウンド線８と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してｐ++形チャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
　上述の赤外線センサチップ１００によれば、通電されることにより発生するジュール熱によって温接点Ｔ１を温める自己診断用配線１３９を備えているので、自己診断用配線１３９へ通電してサーモパイル３０ａの出力を測定することにより、サーモパイル３０ａの断線などの故障の有無を判断することが可能となって、信頼性の向上を図れ、しかも、自己診断用配線１３９は、熱型赤外線検出部３において半導体基板１の空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されているので、自己診断用配線１３９によるサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１の熱容量の増大を防止でき、感度および応答速度の向上を図れる。
　ここで、赤外線センサチップ１００は、使用時において自己診断を行わない通常時において、自己診断用配線１３９も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。なお、赤外線センサチップ１００では、赤外線吸収層３９および補強層３９ｂも外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。また、赤外線センサチップ１００の使用時の自己診断は、ＩＣチップ１０２に設けられた自己診断回路（図示せず）により定期的に行われるが、必ずしも定期的に行う必要はない。
　また、赤外線センサチップ１００は、第１の薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３を設けることによって、空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位である支持部３ｄから内方へ延長された複数の第２の薄膜構造部３ａａに分離され、各第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１が設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されているので、応答速度および感度の向上を図れ、しかも、全ての第２の薄膜構造部３ａａに跨って自己診断用配線１３９が形成されているので、熱型赤外線検出部３の全てのサーモパイル３０ａを一括して自己診断することが可能となる。また、赤外線センサチップ１００では、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各第２の薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。
　また、赤外線センサチップ１００は、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと自己診断用配線１３９とが同一の厚さに設定されているので、第２の薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、第２の薄膜構造部３ａａの反りを抑制することができ、製品ごとの感度のばらつきや、画素部２ごとの感度のばらつきを低減できる。
　また、赤外線センサチップ１００は、自己診断用配線１３９が、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４もしくは第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ材料により形成されているので、自己診断用配線１３９を第１の熱電要素もしくは第２の熱電要素と同時に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化による低コスト化を図れる。
　また、赤外線センサチップ１００は、赤外線吸収部３３および自己診断用配線１３９を備えた複数の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側でアレイ状に設けられているので、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部２それぞれの自己診断用配線１３９に通電することにより、各画素部２それぞれの感温部３０の感度のばらつきを把握することが可能となる。
　また、赤外線センサチップ１００は、各画素部２ごとに感温部３０の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４を有しているので、出力用のパッドＶout（図１４参照）の数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
　以下、赤外線センサチップ１００の製造方法について図１５～図１８を参照して説明する。
　まず、シリコン基板からなる半導体基板１の上記一表面側（前面側）に第１の所定膜厚（例えば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行う。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１５Ａに示す構造を得る。ここにおいて、第１のシリコン酸化膜３１は、半導体基板１を所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
　上述の絶縁層パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側にｐ+形ウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、半導体基板１の上記一表面側におけるｐ+形ウェル領域４１内にｐ++形チャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行うことによって、図１５Ｂに示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、まず、半導体基板１の上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第２のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５１を選択的に形成する。その後、ｐ+形ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜５１をパターニングする。続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ+形ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、半導体基板１の上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第３のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５２を選択的に形成する。その後、ｐ++形チャネルストッパ領域４２を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第３のシリコン酸化膜５２をパターニングする。続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ++形チャネルストッパ領域４２を形成する。なお、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とで、半導体基板１の上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。
　上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、ｎ+形ドレイン領域４３およびｎ+形ソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行う。このソース・ドレイン形成工程では、ｐ+形ウェル領域４１におけるｎ+形ドレイン領域４３およびｎ+形ソース領域４４それぞれの形成予定領域にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことによって、ｎ+形ドレイン領域４３およびｎ+形ソース領域４４を形成する。
　ソース・ドレイン形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側に熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行う。続いて、半導体基板１の上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図３参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行う。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６、水平信号線６、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９それぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行う。続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちｐ形ポリシリコン層３５に対応する部分にｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブインを行うことによりｐ形ポリシリコン層３５を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行う。その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および水平信号線６に対応する部分にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブインを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および水平信号線６を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１６Ａに示す構造を得る。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。
　上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、半導体基板１の上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して層間絶縁膜５０に各コンタクトホール５０ａ1，５０ａ2，５０ａ3，５０ａ4，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図９、図１０、図１２参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図１６Ｂに示す構造を得る。層間絶縁膜形成工程では、半導体基板１の上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。
　上述のコンタクトホール形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側の全面に接続部３６，３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなど（図１４参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、２μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ－Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行う。続いて、フォト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膜をパターニングすることで接続部３６，３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなどを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図１７Ａに示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
　上述の金属膜パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図１７Ｂに示す構造を得る。
　上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜５０、パッシベーション膜６０などを備え、感温部３０などが埋設された積層構造部をパターニングすることにより、第２の薄膜構造部３ａａおよび連結片３ｃを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図１８Ａに示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、各スリット１３，１４を形成している。
　上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させる開口部（図示せず）を形成する開口部形成工程を行う。次に、各スリット１３，１４をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入し半導体基板１を異方性エッチング（結晶異方性エッチング）することにより半導体基板１に空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことで、図１８Ｂに示す構造の赤外線センサチップ１００を得る。ここで、開口部形成工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、空洞部形成工程では、エッチング液として所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、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。なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサチップ１００に分離する分離工程を行えばよい。また、上述の説明から分かるように、ＭＯＳトランジスタ４の製造方法に関してみれば、周知の一般的なＭＯＳトランジスタの製造方法を採用しており、熱酸化による熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術による熱酸化膜のパターニング、不純物のイオン注入、ドライブイン（不純物の拡散）の基本工程を繰り返すことにより、ｐ+形ウェル領域４１、ｐ++形チャネルストッパ領域４２、ｎ+形ドレイン領域４３とｎ+形ソース領域４４を形成している。
　上述の赤外線センサチップ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いて、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する空洞部１１を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、半導体基板１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、半導体基板１として上記一表面が（１１０）面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。
　ＩＣチップ１０２は、ＡＳＩＣ（：Application  Specific  ＩＣ）であり、シリコン基板を用いて形成されている。
　ＩＣチップ１０２は、例えば、赤外線センサチップ１００を制御する制御回路、赤外線センサチップ１００の複数の出力用のパッド８０に電気的に接続された複数の入力用のパッドの出力電圧を増幅する増幅回路、複数の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサ、上記増幅回路の出力（画素部２における温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との温度差に応じた出力）とサーミスタ１０１の出力（絶対温度に応じた出力であり、画素部２における冷接点Ｔ２の温度に応じた出力であると想定している）とに基づいて温度を求める演算回路などを備えており、外部の表示装置に赤外線画像を表示させることができる。また、ＩＣチップ１０２は、上述の自己診断回路も備えている。なお、ＩＣチップ１０２の回路構成は、特に限定するものではない。また、サーミスタ１０１は、必ずしも設ける必要はない。
　本実施形態の赤外線センサは、パッケージ本体１０４とパッケージ蓋１０５とで構成されるパッケージ１０３の内部空間（気密空間）１６５を、窒素ガス（ドライ窒素ガス）雰囲気としてあるが、これに限らず、例えば、真空雰囲気としてもよい。
　パッケージ本体１０４は、絶縁材料からなる基体１０４ａに金属材料からなる配線パターン（図示せず）および電磁シールド層（図示せず）が形成されており、この電磁シールド層により電磁シールド機能を有している。一方、パッケージ蓋１０５は、レンズ１５３が導電性を有するとともに、レンズ１５３がメタルキャップ１５２に導電性材料により接合されており、導電性を有している。そして、パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の上記電磁シールド層と電気的に接続されている。しかして、本実施形態では、パッケージ本体１０４の上記電磁シールド層とパッケージ蓋１０５とを同電位とすることができる。その結果、パッケージ１０３は、赤外線センサチップ１００、ＩＣチップ１０２、サーミスタ１０１、上記配線パターン、後述のボンディングワイヤ（図示せず）などを含んで構成されるセンサ回路（図示せず）への外来の電磁ノイズを防止する電磁シールド機能を有している。
　パッケージ本体１０４は、赤外線センサチップ１００、ＩＣチップ１０２およびサーミスタ１０１が一表面側（前面側）に実装される平板状のセラミック基板により構成してある。要するに、パッケージ本体１０４は、基体１０４ａが絶縁材料であるセラミックスにより形成されており、配線パターンのうち基体１０４ａの一表面側（前面側）に形成された部位に、赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２それぞれのパッド（図示せず）が、ボンディングワイヤを介して適宜接続されている。なお、赤外線センサにおいて、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ１０２とは、ボンディングワイヤおよびパッケージ本体１０４の配線パターンなどを介して電気的に接続されている。各ボンディングワイヤとしては、Ａｌワイヤに比べて耐腐食性の高いＡｕワイヤを用いることが好ましい。
　本実施形態では、パッケージ本体１０４の絶縁材料としてセラミックスを採用しているので、上記絶縁材料としてエポキシ樹脂などの有機材料を採用する場合に比べて、パッケージ本体１０４の耐湿性および耐熱性を向上させることができる。ここで、絶縁材料のセラミックスとしては、アルミナを採用しているが、特に、アルミナに限定するものではなく、窒化アルミニウムや炭化珪素などを採用してもよい。なお、アルミナの熱伝導率は、１４Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。
　また、パッケージ本体１０４は、上述の配線パターンの一部により構成される外部接続電極（図示せず）が、基体１０４ａの他表面（後面）と側面とに跨って形成されている。しかして、本実施形態の赤外線センサでは、回路基板などへの２次実装後において、回路基板などとの接合部の外観検査を容易に行うことができる。
　また、赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２は、パッケージ本体１０４に対して、ダイボンド剤を用いて実装されている。ダイボンド剤としては、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの絶縁性接着剤、半田（鉛フリー半田、Ａｕ－Ｓｎ半田など）や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いればよい。また、ダイボンド剤を用いずに、例えば、常温接合法や、Ａｕ－Ｓｎ共晶もしくはＡｕ－Ｓｉ共晶を利用した共晶接合法などにより接合してもよい。なお、エポキシ系樹脂の熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。また、赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２の外周形状は、矩形状（正方形状ないし長方形状）である。
　パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４側の一面が開放された箱状に形成され赤外線センサチップ１００に対応する部位に開口窓１５２ａが形成されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２の開口窓１５２ａを閉塞する形でメタルキャップ１５２に接合されたレンズ１５３とで構成されており、メタルキャップ１５２の上記一面がパッケージ本体１０４により閉塞される形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されている。ここで、パッケージ本体１０４の上記一表面（前面）の周部には、パッケージ本体１０４の外周形状に沿った枠状の金属パターン１４７（図１参照）が全周に亘って形成されており、パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７とは、シーム溶接（抵抗溶接法）により金属接合されており、気密性および電磁シールド効果を高めることができる。なお、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、コバールにより形成されており、Ｎｉめっきが施されている。また、パッケージ本体１０４の金属パターン１４７は、コバールにより形成され、Ｎｉのめっきが施され、さらにＡｕのめっきが施されている。コバールの熱伝導率は、１６．７Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。
　パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７との接合方法は、シーム溶接に限らず、他の溶接（例えば、スポット溶接）や、導電性樹脂により接合してもよい。ここで、導電性樹脂として異方導電性接着剤を用いれば、樹脂（バインダー）中に分散された導電粒子の含有量が少なく、接合時に加熱・加圧を行うことでパッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４との接合部の厚みを薄くできるので、外部からパッケージ１０３内へ水分やガス（例えば、水蒸気、酸素など）が侵入するのを抑制できる。また、導電性樹脂として、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させたものを用いてもよい。
　なお、パッケージ本体１０４およびパッケージ蓋１０５の外周形状は矩形状としてあるが、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、パッケージ本体１０４側の端縁から全周に亘って外方に延設された鍔部１５２ｂを備えており、鍔部１５２ｂが全周に亘ってパッケージ本体１０４と接合されている。つまり、鍔部１５２ｂを金属パターン１４７に接合することによって、パッケージ蓋１０５はパッケージ本体１０４に接合されている。
　レンズ１５３は、平凸型の非球面レンズである。しかして、本実施形態の赤外線センサでは、レンズ１５３の薄型化を図りながらも、赤外線センサチップ１００での赤外線の受光効率の向上による高感度化を図れる。また、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ１００の検知エリアをレンズ１５３により設定することが可能となる。レンズ１５３は、赤外線センサチップ１００の半導体基板１とは別の半導体基板を用いて形成されている。更に説明すれば、レンズ１５３は、所望のレンズ形状に応じて半導体基板（ここでは、シリコン基板）との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成された半導体レンズ（ここでは、シリコンレンズ）により構成されている。しかして、レンズ１５３は、導電性を有している。なお、この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、日本国特許第３８９７０５５号公報、日本国特許第３８９７０５６号公報などに開示されているので、説明を省略する。
　本実施形態では、赤外線センサチップ１００の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズ１５３により設定することができ、また、レンズ１５３として、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな半導体レンズを採用することができるから、短焦点化により、パッケージ１０３の薄型化を図れる。本実施形態の赤外線センサは、赤外線センサチップ１００の検知対象の赤外線として、人体から放射される１０μｍ付近の波長帯（８μｍ～１３μｍ）の赤外線を想定しており、レンズ１５３の材料として、ＺｎＳやＧａＡｓなどに比べて環境負荷が少なく且つ、Ｇｅに比べて低コスト化が可能であり、しかも、ＺｎＳに比べて波長分散が小さなＳｉを採用している。
　また、レンズ１５３は、メタルキャップ１５２における開口部１５２ａの周部に導電性接着剤（例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど）からなる接合部（図示せず）により固着されている。上記接合部の材料として導電性接着剤を採用することにより、レンズ１５３が、上記接合部およびメタルキャップ１５２を介してパッケージ本体１０４の上記電磁シールド層に電気的に接続されるので、電磁ノイズに対するシールド性を高めることができ、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を防止することができる。
　上述のレンズ１５３には、赤外線センサチップ１００での検知対象の赤外線の波長を含む所望の波長域の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する光学多層膜（多層干渉フィルタ膜）からなるフィルタ部（図示せず）を設けることが好ましい。このようなフィルタ部を設けることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を抑制することができ、高感度化を図れる。
　ここにおいて、本実施形態では、上述のようにＩＣチップ１０２としてベアチップを採用しているので、パッケージ蓋１０５が可視光をカットする機能を有するように、メタルキャップ１５２およびレンズ１５３およびフィルタ部の材料を適宜選択することにより、可視光に起因したＩＣチップ１０２の起電力による誤動作を防止することができる。ただし、ベアチップからなるＩＣチップ１０２における少なくともパッケージ蓋１０５側の表面に外部からの光を遮光する樹脂部（図示せず)を設けるようにすれば、可視光に起因したＩＣチップ１０２の起電力による誤動作を防止することができる。
　また、本実施形態では、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４への赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２の実装が容易になるとともに、パッケージ本体１０４の低コスト化が可能となる。また、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４を、一面が開放された箱状の形状として、多層セラミック基板により構成し、パッケージ本体１０４の内底面に赤外線センサチップ１００を実装する場合に比べて、パッケージ本体１０４の上記一表面側に配置される赤外線センサチップ１００とレンズ１５３との間の距離の精度を高めることができ、より一層の高感度化を図れる。
　カバー部材１０６は、赤外線センサチップ１００の前方に位置し窓孔１０８が形成された前板部１０７と、前板部１０７の外周縁から後方へ延設されＩＣチップ１０２と赤外線センサチップ１００との間でパッケージ本体１０４に接合された側板部１０９とで構成されている。ここにおいて、前板部１０７は、レンズ１５３と赤外線センサチップ１００との間で、レンズ１５３および赤外線センサチップ１００それぞれから離間して配置されている。カバー部材１０６は、赤外線センサチップ１００とレンズ１５３（パッケージ蓋１０５のうちで、検知対象の赤外線を透過する機能を有する部位）との間に窓孔１０８が位置するよう配置されている。また、カバー部材１０６の前板部１０７は、パッケージ１０３から離間している。側板部１０９は、ＩＣチップ１０２と赤外線センサチップ１００との間で、ＩＣチップ１０２および赤外線センサチップ１００それぞれから離間して配置されているが、側板部１０９とＩＣチップ１０２との距離を、側板部１０９と赤外線センサチップ１００との距離よりも短く設定することが好ましい。要するに、側板部１０９をＩＣチップ１０２に近接して配置することが好ましい。つまり、カバー部材１０６は、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ１０２の両方に近接して配置されている。従って、ＩＣチップ１０２で発生した熱は、パッケージ本体１０４に伝わるとともにカバー部材１０６にも伝わる。要するに、ＩＣチップ１０２で発生した熱は、パッケージ本体１０４を通る経路とカバー部材１０６を通る経路とで、赤外線センサチップ１００へ伝わることになる。
　カバー部材１０６の材料としては、コバールを採用しているが、これに限らず、例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウムなどを採用してもよい。本実施形態では、カバー部材１０６は導電性を有する材料から形成されている。カバー部材１０６を導電性材料から形成すれば、カバー部材１０６に電磁シールド性を付与することが可能となる。従って、ＩＣチップ１０２から赤外線センサチップ１００への電磁ノイズを軽減することができる。
　上述のカバー部材１０６は、前板部１０７の外周形状が矩形状であり、前板部１０７の外周縁の投影領域内に赤外線センサチップ１００が収まるように前板部１０７の外形サイズを設定してある。カバー部材１０６の側板部１０９とパッケージ本体１０４とは、例えば、接着剤（例えば、エポキシ樹脂など）により接合すればよいが、カバー部材１０６とパッケージ本体１０４とを熱結合する観点から、熱伝導率の高い材料が好ましく、また、カバー部材１０６をパッケージ本体１０４の上記シールド層と電気的に接続して電磁シールド性を付与する観点から、導電性を有する材料が好ましく、例えば、銀ペーストなどを採用することが好ましい。また、前板部１０７の窓孔１０８は、矩形状に開口されている。ここで、窓孔１０８の開口形状は、赤外線センサチップ１００の外周形状と相似となるように設定してあるが、必ずしも相似である必要はない。
　以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、パッケージ１０３内に、赤外線センサチップ１００への赤外線を通す窓孔１０８を有しＩＣチップ１０２の発熱に応じた各画素部２の温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２の温度変化量を均一化するカバー部材１０６を設けてあることにより、ＩＣチップ１０２から発生した熱は、パッケージ本体１０４及びカバー部材１０６に伝わる。つまり、本実施形態の赤外線センサでは、ＩＣチップ１０２の発熱に起因した熱を、パッケージ本体１０４を通る経路とカバー部材１０６を通る経路とで赤外線センサチップ１００の画素部２へ伝えるので、赤外線センサチップ１００の各画素部２へ伝わる熱を均一化することが可能となり、ＩＣチップ１０２の発熱に起因した赤外線センサチップ１００の面内でのオフセット電圧のばらつきを抑制できてＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能となる。例えば、図１に示した赤外線センサでは、カバー部材１０６を設けていない場合に比べて、赤外線センサチップ１００のうちＩＣチップ１０２に最も近い画素部２における感温部３０のオフセット電圧とＩＣチップ１０２から最も遠い画素部２における感温部３０のオフセット電圧との差を低減することが可能となる。
　また、赤外線センサは、パッケージ１０３内にカバー部材１０６が設けられていることにより、ＩＣチップ１０２の発熱に起因してＩＣチップ１０２から放射された赤外線やパッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２から放射された赤外線が赤外線センサチップ１００へ到達するのを阻止することもできる。ここで、カバー部材１０６が、赤外線センサチップ１００の前方に位置し窓孔１０８が形成された前板部１０７と、前板部１０７の外周縁から後方へ延設されＩＣチップ１０２と赤外線センサチップ１００との間でパッケージ本体１０４に接合された側板部１０９とで構成されていることにより、ＩＣチップ１０２から放射された赤外線が直接、赤外線センサチップ１００へ到達するのを防止することが可能となる。
　また、本実施形態では、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４へのカバー部材１０６の実装も容易になる。
　また本実施形態では、前板部１０７がパッケージ１０３から離間している。従って、前板部１０７は、前板部１０７がパッケージ１０３に接触している場合に比べてパッケージ１０３の温度変化による影響を受けにくくなっている。
　また、本実施形態の赤外線センサは、赤外線センサチップ１００の各画素部２にＭＯＳトランジスタ４を設けてあるので、感温部３０とＭＯＳトランジスタ４との間の配線に起因したノイズを低減することが可能となる。
　また、本実施形態の赤外線センサは、パッケージ本体１０４において、上述の配線パターンのうち赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２それぞれのグランド用のパッド（図示せず）が接続される部位を、上記電磁シールド層に電気的に接続しておくことにより、赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２などにより構成されるセンサ回路への外来の電磁ノイズの影響を低減でき、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を抑制することができる。なお、赤外線センサを回路基板などに２次実装する場合には、電磁シールド層を回路基板などのグランドパターンと電気的に接続することで、上述のセンサ回路への外来の電磁ノイズの影響を低減でき、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を抑制することができる。
　（実施形態２）
　本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであり、図１９に示すように、カバー部材１０６の形状などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
　本実施形態の赤外線センサでは、パッケージ本体１０４において、赤外線センサチップ１００を実装する第１の領域１４１の表面よりもＩＣチップ１０２を実装する第２の領域１４２を後退させてある。したがって、第１の領域１４１の表面と第２の領域１４２との間に段差が形成されている。ここで、パッケージ本体１０４は、段差の寸法がＩＣチップ１０２の厚み寸法よりも小さくなるように、第２の領域１４２の表面を後退させる寸法を設定してある。
　カバー部材１０６は、赤外線センサチップ１００の前方に位置し窓孔１０８が形成された前板部１０７と、前板部１０７の外周縁から後方へ延設されパッケージ本体１０４に接合された２つの側板部１０９とを備えている。
　ここで、前板部１０７と赤外線センサチップ１００との間の距離は、実施形態１の赤外線センサよりも長く設定してある。また、２つの側板部１０９は、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ１０２との並設方向に沿った赤外線センサチップ１００の両側面それぞれの側方に位置している。
　また、前板部１０７は、当該前板部１０７の外周線の投影領域内に赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ１０２が収まる大きさに形成されている。また、前板部１０７は、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ１０２との並設方向に沿った長手方向の両側縁から後方へ突出片１０７ｂが延設されている。この突出片１０７ｂは、側板部１０９よりも前板部１０７からの突出寸法が小さく、当該突出片１０７ｂの先端面を含む平面が赤外線センサチップ１００の表面よりも前方に位置するように、前板部１０７からの突出寸法を設定してある。
　本実施形態の赤外線センサでは、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を可能としつつ、実施形態１に比べて、カバー部材１０６を、より安定して接合することができ、前板部１０７が赤外線センサチップ１００の表面に対して傾くのを防止することが可能となる。また、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ１０２との間に側板部１０９が位置していないので、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ１０２とをボンディングワイヤのみにより直接接続することが可能となる。
　（実施形態３）
　本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態２と略同じであり、図２０に示すように、カバー部材１０６の形状などが相違する。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の赤外線センサは、実施形態２において説明した突出片１０７ｂ（図１９参照）を設けておらず、図２０に示すように、前板部１０７と赤外線センサチップ１００との間の距離を実施形態２の赤外線センサよりも短く設定してある点が相違する。
　しかして、本実施形態の赤外線センサでは、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を可能としつつ、前板部１０７と赤外線センサチップ１００との間の距離の短縮化を図れる。
　（実施形態４）
　本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態２と略同じであり、図２１に示すように、カバー部材１０６の形状が相違する。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態におけるカバー部材１０６は、前板部１０７の窓孔１０８が矩形状である点は実施形態２と同様であるが、平面視で窓孔１０８のＩＣチップ１０２側の内周線（４辺のうちの１辺；図２１Ｂの左側の１辺）が、赤外線センサチップ１００のＩＣチップ１０２側の外周線（４辺のうちの１辺）よりもＩＣチップ１０２側にある点が実施形態２とは相違している。
　しかして、本実施形態の赤外線センサでは、実施形態２に比べてカバー部材１０６を通して赤外線センサチップ１００に伝わる熱を低減することが可能となる。
　ところで、上記各実施形態において、半導体基板１の空洞部１１は、半導体基板１の厚み方向に貫通する形で形成してもよく、この場合は、空洞部１１を形成する空洞部形成工程において、半導体基板１の上記一表面とは反対の他表面側から、半導体基板１における空洞部１１の形成予定領域を、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。また、赤外線センサチップ１００は、サーモパイル３０ａにより構成される感温部３０を具備する複数の画素部２が半導体基板１の一表面側においてアレイ状に配置されたものであればよく、構造は特に限定するものではなく、感温部３０を構成するサーモパイル３０ａの数も複数に限らず、１つでもよい。また、半導体基板１もシリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板や、シリコンカーバイド基板などでもよい。また、パッケージ蓋１０４において、レンズ１５３の代わりに、平板状のシリコン基板を配置して赤外線を透過する機能を有するようにしてもよい。また、パッケージ蓋１０４におけるレンズ１５３の配置も特に限定するものではなく、レンズ１５３をパッケージ蓋１０４の外側に配置するようにしてもよい。
　本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims (10)

  1. 　サーモパイルにより構成される感温部を具備する複数の画素部が半導体基板の一表面側においてアレイ状に配置された赤外線センサチップと、前記赤外線センサチップの出力信号を信号処理するＩＣチップと、前記赤外線センサチップおよび前記ＩＣチップが収納されたパッケージとを備え、
    　前記パッケージは、前記赤外線センサチップおよび前記ＩＣチップが横並びで実装されたパッケージ本体と、前記赤外線センサチップでの検知対象の赤外線を透過する機能を有し前記パッケージ本体との間に前記赤外線センサチップおよび前記ＩＣチップを囲む形で前記パッケージ本体に気密的に接合されたパッケージ蓋とを備え、
    　前記パッケージ内に、前記赤外線センサチップへの赤外線を通す窓孔を有し前記ＩＣチップの発熱に応じた前記各画素部の温接点および冷接点の温度変化量を均一化するカバー部材を設けてなることを特徴とする赤外線センサ。
  2. 　前記カバー部材は、前記赤外線センサチップの前方に位置し前記窓孔が形成された前板部と、前記前板部の外周縁から後方へ延設され前記ＩＣチップと前記赤外線センサチップとの間で前記パッケージ本体に接合された側板部とで構成されてなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
  3. 　前記パッケージ本体は、前記赤外線センサチップを実装する第１の領域の表面よりも前記ＩＣチップを実装する第２の領域の表面を後退させてあり、前記カバー部材は、前記赤外線センサチップの前方に位置し前記窓孔が形成された前板部と、前記前板部の外周縁から後方へ延設され前記赤外線センサチップと前記ＩＣチップとの並設方向に沿った前記赤外線センサチップの両側面それぞれの側方に位置し前記パッケージ本体に接合された２つの側板部とを備え、前記前板部は、前記前板部の外周線の投影領域内に前記赤外線センサチップおよび前記ＩＣチップが収まる大きさに形成されてなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
  4. 　前記カバー部材は、前記前板部の前記窓孔が矩形状であり、平面視で前記窓孔の前記ＩＣチップ側の内周線が前記赤外線センサチップの前記ＩＣチップ側の外周線よりも前記ＩＣチップ側にあることを特徴とする請求項３記載の赤外線センサ。
  5. 　前記カバー部材は、前記赤外線センサチップの前方に位置し前記窓孔が形成された前板部と、前記前板部から後方へ延接され前記パッケージ本体に接合された側板部とを備えることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
  6. 　前記カバー部材は、前記赤外線センサチップと前記ＩＣチップの両方に近接して配置されていることを特徴とする請求項５記載の赤外線センサ。
  7. 　前記前板部は、この前板部の外周線の投影領域内に少なくとも前記赤外線センサチップが収まる大きさに、形成されていることを特徴とする請求項５記載の赤外線センサ。
  8. 　前記カバー部材は、導電性材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
  9. 　前記カバー部材は、導電性材料によって前記パッケージ本体に接合されることを特徴とする請求項８記載の赤外線センサ。
  10. 　前記パッケージ本体は、絶縁材料からなる基体と、金属材料からなる電磁シールド層とを備えることを特徴とする請求項９記載の赤外線センサ。
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