WO2012002480A1 - Temperature sensor - Google Patents

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infrared
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浩 山中
吉田　岳司
坂本　慎司
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パナソニック電工株式会社
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Definitions

  • An infrared sensor module including a package body 230 ′ on which a processing IC chip 220 ′ is mounted is described.
  • the package body 230 ′ is formed in a rectangular box shape that is open on one surface, and the infrared sensor 100 ′ and the signal processing IC chip 220 ′ are mounted on the inner bottom surface, and the thermal infrared detector 3 ′ in the infrared sensor 100 ′.
  • a package lid (not shown) having a lens for converging infrared rays is covered with the infrared absorbing portion 33 ′.
  • the infrared sensor includes a semiconductor substrate and a plurality of thermoelectric elements arranged in an array on one surface of the semiconductor substrate.
  • a conversion unit Each of the thermoelectric converters is configured to convert thermal energy of infrared rays radiated from the object into electrical energy and output a voltage corresponding to the thermal energy.
  • the infrared sensor is configured to output the voltages of the plurality of thermoelectric conversion units as the output voltages, respectively.
  • the calculation unit is configured to obtain the temperature of the object for each thermoelectric conversion unit.
  • the infrared sensor includes a semiconductor substrate and a plurality of thermoelectric conversion units arranged in an array on one surface of the semiconductor substrate.
  • Each of the thermoelectric converters is configured to convert thermal energy of infrared rays radiated from the object into electrical energy and output a voltage corresponding to the thermal energy.
  • the infrared sensor is configured to output the voltages of the plurality of thermoelectric conversion units as the output voltages, respectively.
  • the calculation unit is configured to obtain the temperature of the object for each thermoelectric conversion unit.
  • the function is created so as to include a common coefficient common to the plurality of thermoelectric conversion units and a specific coefficient specific to each thermoelectric conversion unit.
  • the tenth form of the temperature sensor of the present invention comprises the thermistor arranged such that the resistance value changes according to the temperature of the infrared sensor in the ninth form,
  • the temperature of the infrared sensor is obtained based on a resistance value, and the temperature of the object is obtained by substituting the temperature of the infrared sensor and the output voltage into the function, and the function calculates the temperature of the object.
  • the output voltage is Vout [V]
  • the temperature of the infrared sensor is Ts [K]
  • the intrinsic coefficient is S
  • the common coefficients are a, b, d, e, and g, Is done.
  • the infrared sensor 100 includes a temperature sensing unit 30 that is a thermoelectric conversion unit configured by a thermopile 30a that converts thermal energy generated by infrared rays emitted from an object (for example, a human body) 400 into electrical energy.
  • the IC element 120 includes a multiplexer 121, a first amplifier circuit 122a, a second amplifier circuit 122b, an A / D conversion circuit 123, a calculation unit 124, a memory 125, a control circuit 126, and an output unit 127. And comprising.
  • the calculation unit 124 is configured to calculate the temperature of the object 400 based on the output voltages of the infrared sensor 100 and the thermistor 110.
  • the memory 125 is configured to store a function Func for converting the output voltage of the infrared sensor 100 into the temperature of the object 400. That is, the memory 125 is a function storage unit that stores a function Func for converting the output voltage of the infrared sensor 100 into the temperature of the object 400.
  • the output unit 127 is configured to output a temperature signal indicating the temperature of the object 400 obtained by the calculation unit 124.
  • the thermal infrared detector 3 of each pixel unit 2 is formed in the formation area A1 of the thermal infrared detector 3 (see FIGS. 9 and 10) on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Further, the MOS transistor 4 of each pixel portion 2 is formed in the formation region A2 of the MOS transistor 4 (see FIGS. 9 and 10) on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
  • the impurity concentration of each of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 is 1018 to 1020 cm ⁇ 3, the resistance value of the thermocouple can be reduced, and the resistance value of the thermopile 30a can be reduced.
  • the / N ratio can be improved.
  • 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.
  • the p-type polysilicon layer 35 The same impurity may be doped with the same impurity concentration.
  • the failure diagnosis wiring 139 that warms the hot junction T1 by Joule heat generated by being energized is provided. Therefore, the failure diagnosis wiring 139 is energized and the output of the thermopile 30a is measured. By doing so, it is possible to determine the presence or absence of a failure such as disconnection of the thermopile 30a, and to improve the reliability. Moreover, the failure diagnosis wiring 139 is connected to the semiconductor substrate 1 in the thermal infrared detector 3.
  • connection portions 36 and 37, the drain electrode 47, the source electrode 48, the fourth wiring 104, the first wiring 101, and the third wiring are formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 on the one surface side.
  • a metal film for example, Al-Si film having a predetermined film thickness (for example, 2 ⁇ m), which is the basis of each pad Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, etc. (see FIG. 2) is formed by sputtering or the like.
  • a metal film forming step is performed.
  • the cavity 11 is formed by anisotropic etching utilizing the crystal plane orientation dependence of the etching rate, using the single crystal silicon substrate having the (100) surface as the semiconductor substrate 1.
  • the semiconductor substrate 1 has a quadrangular pyramid shape, it is not limited to a quadrangular pyramid shape, and may be a quadrangular frustum shape.
  • the plane orientation of the one surface of the semiconductor substrate 1 is not particularly limited.
  • a single crystal silicon substrate having the Si (110) surface as the one surface may be used as the semiconductor substrate 1.
  • the infrared sensor 100 since the infrared sensor 100 is mounted on the package body 134 via the plurality of joints 115, the entire back surface of the infrared sensor 100 is joined to the package body 134 via the joints 115. Compared to the above, the space 116 between the infrared sensor 100 and the package main body 134 functions as a heat insulating portion, and the cross-sectional area of the joint 115 is reduced, so that heat is not easily transmitted from the package main body 134 to the infrared sensor 100. Become.
  • the outer peripheral shape of the infrared sensor 100 when the outer peripheral shape of the infrared sensor 100 is, for example, a square shape, there are two locations on both ends of one side of the outer periphery of the infrared sensor 100 and one location on a side parallel to the one side.
  • a virtual triangle having vertices is defined. The positions of the vertices of the virtual triangle are the outer peripheral shape of the infrared sensor 100 and wire bonding to the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, and Vzd of the infrared sensor 100.
  • a spacer that defines the distance between the infrared sensor 100 and the package body 134 may be mixed in the joint portion 115. If such a spacer is mixed, the infrared sensor 100 and the package between the temperature sensor products are mixed. Variations in thermal insulation performance with the main body 134 can be reduced. However, the entire back surface of the infrared sensor 100 may be bonded to the package body 134 via the bonding portion 115.
  • each second wiring 102 has a cathode (cathode electrode 84a) to prevent an overvoltage from being applied between the gate electrode 46 and the source electrode 48 of each MOS transistor 4. Since the plurality of Zener diodes ZD connected are provided, it is possible to prevent an overvoltage from being applied between the gate electrode 46 and the source electrode 48 of each MOS transistor 4 and to prevent dielectric breakdown of the gate insulating film 45. It becomes possible to do.
  • the temperature sensor calculates the temperature To of the object 400 using the calculation formula (11) in the calculation unit 124 described above.
  • the calculation unit 124 calculates the values (data) of the coefficients A, B, D, E, and G stored in advance in the memory 125, the output voltage Vout of the infrared sensor 100, and the infrared sensor 100 measured by the thermistor 110.
  • the calculation of Expression (11) is performed using the temperature Ts.
  • the output voltage Vout of the infrared sensor 100 is amplified by the first amplifier circuit 122a, converted into a digital value by the A / D conversion circuit 123, and input to the arithmetic unit 124.
  • the infrared sensor 100 includes the semiconductor substrate 1 and a plurality of thermoelectric conversion units (temperature sensing) arranged in an array (matrix) on one surface (one surface) of the semiconductor substrate 1. Part) 30.
  • Each temperature sensing unit 30 is configured to convert thermal energy by infrared rays radiated from the object 400 into electrical energy and output a voltage corresponding to the thermal energy.
  • the infrared sensor 100 is configured to output the voltages of the plurality of temperature sensing units 30 as output voltages Vout, respectively.
  • the calculation unit 124 is configured to obtain the temperature of the object 400 for each temperature sensing unit.
  • the sensitivity coefficient S is obtained by measuring the output voltage Vout of the infrared sensor 100 when the temperature of the object 400 is 298K (25 ° C.) and 328K (55 ° C.), respectively. It may be obtained by dividing by the amount of change.

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Abstract

A temperature sensor comprises: an infrared sensor for converting thermal energy of infrared rays radiated from an object into electric energy and outputting an output voltage depending on the thermal energy; and a calculation device for calculating the temperature of the object according to the output voltage. The calculation device includes: a function storage unit for storing a function for converting the output voltage into the temperature of the object; a calculation unit for substituting the output voltage into the function stored in the function storage unit and obtaining the temperature of the object; and an output unit for outputting a temperature signal indicating the temperature of the object obtained in the calculation unit. The function is an equation created in advance on the basis of the relationship that the output voltage is proportional to the difference between the absorption energy density of the infrared sensor, which is expressed as a value depending on the temperature of the object according to the Planck's radiation law, and the radiation energy density of the infrared sensor, which is expressed as a value depending on the temperature of the infrared sensor according to the Stefan-Boltzmann law.

Description

温度センサTemperature sensor
　本発明は、温度センサに関するものである。 The present invention relates to a temperature sensor.
　従来から、図３９～図４２に示す構成の赤外線センサ１００’が提案されている（文献１：日本国公開特許公報２０１０－７８４５１号）。この赤外線センサ１００’は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３’の温度変化に応じた出力電圧を発生する熱電対型の感温部（熱電変換部）３０’を具備する熱型赤外線検出部３’とＭＯＳトランジスタ４’とを有する画素部２’を備えている。また、この赤外線センサ１００’は、ａ×ｂ個（図４１，４２の例では、４×４個）の画素部２’が、ベース基板２０１の一表面側において２次元アレイ状に配置されている。ここで、ベース基板２０１は、ｎ形のシリコン基板２０１ａを用いて形成されている。 Conventionally, an infrared sensor 100 'configured as shown in FIGS. 39 to 42 has been proposed (Reference 1: Japanese Patent Application Publication No. 2010-78451). This infrared sensor 100 ′ is a thermal infrared detector 3 having a thermocouple-type temperature sensing part (thermoelectric converter) 30 ′ that generates an output voltage corresponding to a temperature change of the infrared absorber 33 ′ that absorbs infrared rays. And a pixel portion 2 ′ having a MOS transistor 4 ′. The infrared sensor 100 ′ includes a × b (4 × 4 in the example of FIGS. 41 and 42) pixel portions 2 ′ arranged in a two-dimensional array on the one surface side of the base substrate 201. Yes. Here, the base substrate 201 is formed using an n-type silicon substrate 201a.
　上述の赤外線センサ１００’を備えた赤外線センサモジュールでは、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Ｐｓｅｌの電位を制御することで各画素部２’の出力電圧を出力用のパッドＰｏｕｔから順次読み出すことができる。 In the infrared sensor module including the above-described infrared sensor 100 ′, the output voltage of each pixel unit 2 ′ is output by controlling the potential of each pixel selection pad Psel so that the MOS transistors 4 ′ are sequentially turned on. Can be sequentially read from the pad Pout.
　また、文献１には、図４３に示すように、赤外線センサ１００’と、当該赤外線センサ１００’の出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ＩＣチップ２２０’と、赤外線センサ１００’および信号処理ＩＣチップ２２０’が実装されたパッケージ本体２３０’とを備えた赤外線センサモジュールが記載されている。なお、パッケージ本体２３０’は、一面開口した矩形箱状に形成されており、内底面に赤外線センサ１００’および信号処理ＩＣチップ２２０’が搭載され、赤外線センサ１００’における熱型赤外線検出部３’の赤外線吸収部３３’へ赤外線を収束するレンズを備えたパッケージ蓋（図示せず）が覆着されている。 Further, in Document 1, as shown in FIG. 43, an infrared sensor 100 ′, a signal processing IC chip 220 ′ that processes an output voltage that is an output signal of the infrared sensor 100 ′, an infrared sensor 100 ′, and a signal An infrared sensor module including a package body 230 ′ on which a processing IC chip 220 ′ is mounted is described. Note that the package body 230 ′ is formed in a rectangular box shape that is open on one surface, and the infrared sensor 100 ′ and the signal processing IC chip 220 ′ are mounted on the inner bottom surface, and the thermal infrared detector 3 ′ in the infrared sensor 100 ′. A package lid (not shown) having a lens for converging infrared rays is covered with the infrared absorbing portion 33 ′.
　ここで、文献１には、信号処理ＩＣチップ２２０’に、図４４に示すように、赤外線センサ１００’の複数（図示例では、４つ）の出力用のパッドＰｏｕｔそれぞれがボンディングワイヤからなる配線８０を介して各別に電気的に接続される複数（図示例では、４つ）の入力用のパッドＰｉｎ、入力用のパッドＰｉｎの出力電圧を増幅する増幅回路ＡＭＰ、複数の入力用のパッドＰｉｎの出力電圧を択一的に増幅回路ＡＭＰに入力するマルチプレクサＭＵＸなどを設ければ、赤外線画像を得ることができることが記載されている。 Here, in Document 1, as shown in FIG. 44, a plurality of (four in the illustrated example) output pads Pout of the infrared sensor 100 ′ are each formed of a bonding wire on the signal processing IC chip 220 ′. A plurality (four in the illustrated example) of input pads Pin electrically connected via 80, an amplifier circuit AMP for amplifying the output voltage of the input pad Pin, and a plurality of input pads Pin It is described that an infrared image can be obtained by providing a multiplexer MUX or the like that selectively inputs the output voltage of the output to the amplifier circuit AMP.
　また、従来から、図４５に示すように、測定対象物（例えば、火災による火、人）から放射される赤外線を検知して測定対象物の温度Ｔｂｂに対応する電圧Ｖｂｂ（信号Ｓ１１）を出力する赤外線センサ３１１と、当該赤外線センサ３１１の温度Ｔｔｈを検出し当該温度Ｔｔｈに対応する電圧Ｖｔｈ（信号Ｓ１２）を出力するサーミスタ３１２とを備えた温度検出装置が提案されている（例えば、文献２：日本国公開特許公報２００７－１９８７４５号）。 Conventionally, as shown in FIG. 45, infrared rays radiated from an object to be measured (for example, fire due to fire, human) are detected and a voltage Vbb (signal S11) corresponding to the temperature Tbb of the object to be measured is output. A temperature detecting device including an infrared sensor 311 for detecting the temperature Tth of the infrared sensor 311 and outputting a voltage Vth (signal S12) corresponding to the temperature Tth has been proposed (for example, Document 2). : Japanese Published Patent Publication No. 2007-198745).
　この温度検出装置は、赤外線センサ３１１およびサーミスタ３１２それぞれから出力される電圧Ｖｂｂ，Ｖｔｈを各別に増幅する２つのアンプ４０２ａ，４０２ｂと、各アンプ４０２ａ，４０２ｂの出力をアナログ－ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器４０３と、Ａ／Ｄ変換器４０３の出力に基づいて測定対象物の温度Ｔｂｂを演算し当該温度Ｔｂｂを示す信号Ｓｏｕｔを出力する温度演算部４０４と、温度演算部４０４での演算に用いる後述の係数Ａ，Ｂおよびオフセット値Ｒ１、後述の式（２）の演算式などを記憶したメモリ４０５とを備えている。 This temperature detection device includes two amplifiers 402a and 402b that individually amplify voltages Vbb and Vth output from the infrared sensor 311 and the thermistor 312, respectively, and an A / D that performs analog-digital conversion on the outputs of the amplifiers 402a and 402b. Based on the converter 403, the temperature calculation unit 404 that calculates the temperature Tbb of the measurement object based on the output of the A / D converter 403, and outputs a signal Sout indicating the temperature Tbb, and is used for calculation in the temperature calculation unit 404 And a memory 405 that stores coefficients A and B and offset value R1, which will be described later, an arithmetic expression of formula (2) which will be described later, and the like.
　また、赤外線センサ３１１およびサーミスタ３１２は、金属製のパッケージ（図示せず）に収納されている。このパッケージには、赤外線センサ３１１が赤外線を受光できるような窓が形成されている。 The infrared sensor 311 and the thermistor 312 are housed in a metal package (not shown). In this package, a window is formed so that the infrared sensor 311 can receive infrared rays.
　上述の温度演算部４０４は、下記式（１）に従って測定対象物の温度Ｔｂｂを演算する。 The temperature calculation unit 404 described above calculates the temperature Tbb of the measurement object according to the following formula (1).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
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　この式（１）を測定対象物の温度Ｔｂｂを求める式に変形すると、下記式（２）となる。 When this equation (1) is transformed into an equation for obtaining the temperature Tbb of the measurement object, the following equation (2) is obtained.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（１）および式（２）において、Ｖｏは赤外線センサ３１１の出力電圧［Ｖ］、Ｔｂｂは測定対象物の温度［Ｋ］、Ａは測定対象物の温度を電圧に換算するための係数、Ｔｔｈは赤外線センサ３１１の温度［Ｋ］、Ｂ（≠Ａ）は赤外線センサ３１１の温度を電圧に換算するための係数、Ｒ１はオフセット値である。ここにおいて、温度Ｔｂｂは、赤外線センサ３１１の視野に入った赤外線エネルギを黒体の温度に換算した値である。また、係数Ａは、ステファン－ボルツマン定数、エミッション係数、アンプ４０２ａの増幅率などにより決まる値である。また、係数Ｂは、ステファン－ボルツマン定数、エミッション係数、アンプ４０２ｂの増幅率などにより決まる値である。なお、係数Ａ、Ｂに含まれているステファン－ボルツマン定数は、測定対象物と赤外線センサ３１１とで同じ値である。しかし、エミッション係数は、測定対象物と赤外線センサ３１１とで異なる値になる。 In Expressions (1) and (2), Vo is the output voltage [V] of the infrared sensor 311, Tbb is the temperature of the measurement object [K], A is a coefficient for converting the temperature of the measurement object into voltage, Tth is the temperature [K] of the infrared sensor 311, B (≠ A) is a coefficient for converting the temperature of the infrared sensor 311 into a voltage, and R1 is an offset value. Here, the temperature Tbb is a value obtained by converting the infrared energy entering the field of view of the infrared sensor 311 into the temperature of the black body. The coefficient A is a value determined by the Stefan-Boltzmann constant, the emission coefficient, the amplification factor of the amplifier 402a, and the like. The coefficient B is a value determined by the Stefan-Boltzmann constant, the emission coefficient, the amplification factor of the amplifier 402b, and the like. Note that the Stefan-Boltzmann constants included in the coefficients A and B are the same values for the measurement object and the infrared sensor 311. However, the emission coefficient differs between the measurement object and the infrared sensor 311.
　温度演算部４０４は、式（２）に示す演算式に基づいて、測定対象物の温度Ｔｂｂを取得し、この温度Ｔｂｂを示す信号Ｓｏｕｔを出力する。 The temperature calculation unit 404 acquires the temperature Tbb of the measurement object based on the calculation formula shown in the formula (2), and outputs a signal Sout indicating the temperature Tbb.
　ところで、測定対象物などの物体から放射された赤外線は、赤外線センサに到達するまでに大気中の水蒸気や二酸化炭素などによって吸収され減衰する（吸収率は波長によって異なる）。また、赤外線センサの前方にレンズなどの赤外線透過部材が配置されている場合、物体から放射された赤外線は、赤外線透過部材での反射や吸収などによっても減衰する（反射率や透過率は波長によって異なる）。 By the way, infrared rays radiated from an object such as a measurement object are absorbed and attenuated by water vapor, carbon dioxide, etc. in the atmosphere before reaching the infrared sensor (absorption rate varies depending on the wavelength). In addition, when an infrared transmitting member such as a lens is disposed in front of the infrared sensor, the infrared light emitted from the object is attenuated by reflection or absorption by the infrared transmitting member (the reflectance and transmittance are dependent on the wavelength). Different).
　しかしながら、上記文献２に開示された温度検出装置では、ステファン－ボルツマンの法則に従って式（２）が求められているものと考えられ、測定対象物の温度Ｔｂｂの検出精度が、赤外線センサの周囲環境の影響で低下してしまう懸念がある。 However, in the temperature detection device disclosed in the above-mentioned document 2, it is considered that Equation (2) is obtained according to the Stefan-Boltzmann law, and the detection accuracy of the temperature Tbb of the object to be measured depends on the ambient environment of the infrared sensor. There is a concern that it will fall under the influence of.
　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、物体の温度の検出精度を向上させることが可能な温度センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a temperature sensor capable of improving the accuracy of detecting the temperature of an object.
　本発明の温度センサの第１の形態は、物体から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた出力電圧を出力する赤外線センサと、上記出力電圧に基づいて上記物体の温度を演算する演算装置と、を備える。上記演算装置は、上記出力電圧を上記物体の温度に換算するための関数を記憶する関数記憶部と、上記関数記憶部に記憶された上記関数に上記出力電圧を代入して上記物体の温度を求める演算部と、上記演算部で求められた上記物体の温度を示す温度信号を出力する出力部と、を備える。上記関数は、プランクの放射則に従って上記物体の温度に依存する値として表される上記赤外線センサの吸収エネルギ密度とステファン－ボルツマンの法則に従って上記赤外線センサの温度に依存する値として表わされる上記赤外線センサの放射エネルギ密度との差分に上記出力電圧が比例するという関係に基づいて予め作成された数式である。 According to a first aspect of the temperature sensor of the present invention, an infrared sensor that converts thermal energy generated by infrared rays emitted from an object into electrical energy and outputs an output voltage corresponding to the thermal energy, and the above-described output voltage based on the output voltage. An arithmetic device for calculating the temperature of the object. The arithmetic device includes a function storage unit that stores a function for converting the output voltage into the temperature of the object, and substitutes the output voltage into the function stored in the function storage unit to calculate the temperature of the object. And an output unit that outputs a temperature signal indicating the temperature of the object determined by the calculation unit. The infrared sensor is expressed as an absorption energy density of the infrared sensor expressed as a value dependent on the temperature of the object according to Planck's radiation law and a value dependent on the temperature of the infrared sensor according to the Stefan-Boltzmann law. This is a mathematical formula created in advance based on the relationship that the output voltage is proportional to the difference from the radiant energy density.
　本発明の温度センサの第２の形態は、上記第１の形態において、上記赤外線センサの温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタを備える。上記演算部は、上記サーミスタの上記抵抗値に基づいて上記赤外線センサの温度を求め、上記赤外線センサの温度と上記出力電圧とを上記関数に代入して上記物体の温度を求めるように構成される。 A second form of the temperature sensor according to the present invention includes a thermistor whose resistance value changes according to the temperature of the infrared sensor in the first form. The computing unit is configured to obtain the temperature of the infrared sensor based on the resistance value of the thermistor, and obtain the temperature of the object by substituting the temperature of the infrared sensor and the output voltage into the function. .
　本発明の温度センサの第３の形態は、上記第２の形態において、上記関数は、上記物体の温度をＴｏ［Ｋ］、上記出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、上記赤外線センサの温度をＴｓ［Ｋ］、予め決定される係数をＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇとすると、次式で表される According to a third aspect of the temperature sensor of the present invention, in the second aspect, the function includes: the object temperature is To [K], the output voltage is Vout [V], and the infrared sensor temperature is Ts [ K], where the predetermined coefficients are A, B, D, E, and G,
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　本発明の温度センサの第４の形態は、上記第１の形態において、上記赤外線センサの温度を調節するためのペルチェ素子を備える。上記演算装置は、上記赤外線センサの温度が所定値となるように上記ペルチェ素子を制御する温度調節部を備える。上記関数は、上記赤外線センサの温度が定数であるとして作成される。 A fourth form of the temperature sensor of the present invention is provided with a Peltier element for adjusting the temperature of the infrared sensor in the first form. The arithmetic device includes a temperature adjusting unit that controls the Peltier element so that the temperature of the infrared sensor becomes a predetermined value. The function is created assuming that the temperature of the infrared sensor is a constant.
　本発明の温度センサの第５の形態は、上記第４の形態において、上記関数は、上記物体の温度をＴｏ［Ｋ］、上記出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、予め決定される係数をＡ，Ｂ，Ｈとすると、次式で表される。 According to a fifth aspect of the temperature sensor of the present invention, in the fourth aspect, the function includes: the temperature of the object is To [K], the output voltage is Vout [V], and a predetermined coefficient is A, Assuming B and H, they are expressed by the following equations.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　本発明の温度センサの第６の形態は、上記第１～第５のいずれかの形態において、上記赤外線センサは、上記物体の温度が上昇するにつれて上記出力電圧が低下する負特性を有するように構成される。 According to a sixth aspect of the temperature sensor of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the infrared sensor has a negative characteristic in which the output voltage decreases as the temperature of the object increases. Composed.
　本発明の温度センサの第７の形態は、上記第１～第６のうちいずれかの形態において、上記赤外線センサは、半導体基板と、上記半導体基板の一面にアレイ状に配置される複数の熱電変換部と、を備える。上記各熱電変換部は、上記物体から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた電圧を出力するように構成される。上記赤外線センサは、上記複数の熱電変換部の上記電圧をそれぞれ上記出力電圧として出力するように構成される。上記演算部は、上記熱電変換部毎に上記物体の温度を求めるように構成される。 According to a seventh aspect of the temperature sensor of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the infrared sensor includes a semiconductor substrate and a plurality of thermoelectric elements arranged in an array on one surface of the semiconductor substrate. A conversion unit. Each of the thermoelectric converters is configured to convert thermal energy of infrared rays radiated from the object into electrical energy and output a voltage corresponding to the thermal energy. The infrared sensor is configured to output the voltages of the plurality of thermoelectric conversion units as the output voltages, respectively. The calculation unit is configured to obtain the temperature of the object for each thermoelectric conversion unit.
　本発明の温度センサの第８の形態は、上記第３または第５の形態において、上記赤外線センサは、半導体基板と、上記半導体基板の一面にアレイ状に配置される複数の熱電変換部と、を備える。上記各熱電変換部は、上記物体から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた電圧を出力するように構成される。上記赤外線センサは、上記複数の熱電変換部の上記電圧をそれぞれ上記出力電圧として出力するように構成される。上記演算装置は、上記熱電変換部毎に上記各係数を記憶する係数記憶部を備える。上記演算部は、上記出力電圧を受け取ると、上記出力電圧に対応する上記熱電変換部に対応付けられた上記各係数を上記係数記憶部より読み出し、上記係数記憶部より読み出した上記各係数と上記出力電圧とを上記関数に代入して上記物体の温度を求めるように構成される。 According to an eighth aspect of the temperature sensor of the present invention, in the third or fifth aspect, the infrared sensor includes a semiconductor substrate, and a plurality of thermoelectric conversion units arranged in an array on one surface of the semiconductor substrate. Is provided. Each of the thermoelectric converters is configured to convert thermal energy of infrared rays radiated from the object into electrical energy and output a voltage corresponding to the thermal energy. The infrared sensor is configured to output the voltages of the plurality of thermoelectric conversion units as the output voltages, respectively. The said arithmetic unit is provided with the coefficient memory | storage part which memorize | stores each said coefficient for every said thermoelectric conversion part. Upon receiving the output voltage, the arithmetic unit reads the coefficients associated with the thermoelectric conversion unit corresponding to the output voltage from the coefficient storage unit, and reads the coefficients and the coefficients read from the coefficient storage unit. The temperature of the object is determined by substituting the output voltage into the function.
　本発明の温度センサの第９の形態は、上記第１の形態において、上記赤外線センサは、半導体基板と、上記半導体基板の一面にアレイ状に配置される複数の熱電変換部と、を備える。上記各熱電変換部は、上記物体から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた電圧を出力するように構成される。上記赤外線センサは、上記複数の熱電変換部の上記電圧をそれぞれ上記出力電圧として出力するように構成される。上記演算部は、上記熱電変換部毎に上記物体の温度を求めるように構成される。上記関数は、上記複数の熱電変換部に共通する共通係数と上記各熱電変換部に固有の固有係数とを含むように作成される。上記演算装置は、上記共通係数を記憶するとともに上記熱電変換部毎に上記固有係数を記憶する係数記憶部を備える。上記演算部は、上記出力電圧を受け取ると、上記共通係数と上記出力電圧に対応する上記熱電変換部に対応付けられた上記固有係数を上記係数記憶部より読み出し、上記係数記憶部より読み出した上記共通係数および上記固有係数と上記出力電圧とを上記関数に代入して上記物体の温度を求めるように構成される。 In a ninth aspect of the temperature sensor of the present invention, in the first aspect, the infrared sensor includes a semiconductor substrate and a plurality of thermoelectric conversion units arranged in an array on one surface of the semiconductor substrate. Each of the thermoelectric converters is configured to convert thermal energy of infrared rays radiated from the object into electrical energy and output a voltage corresponding to the thermal energy. The infrared sensor is configured to output the voltages of the plurality of thermoelectric conversion units as the output voltages, respectively. The calculation unit is configured to obtain the temperature of the object for each thermoelectric conversion unit. The function is created so as to include a common coefficient common to the plurality of thermoelectric conversion units and a specific coefficient specific to each thermoelectric conversion unit. The arithmetic device includes a coefficient storage unit that stores the common coefficient and stores the intrinsic coefficient for each thermoelectric conversion unit. Upon receiving the output voltage, the arithmetic unit reads the characteristic coefficient associated with the thermoelectric conversion unit corresponding to the common coefficient and the output voltage from the coefficient storage unit, and read the coefficient from the coefficient storage unit. The temperature of the object is determined by substituting the common coefficient, the characteristic coefficient, and the output voltage into the function.
　本発明の温度センサの第１０の形態は、上記第９の形態において、上記赤外線センサの温度に応じて抵抗値が変化するように配置されたサーミスタを備え、上記演算部は、上記サーミスタの上記抵抗値に基づいて上記赤外線センサの温度を求め、上記赤外線センサの温度と上記出力電圧とを上記関数に代入して上記物体の温度を求めるように構成され、上記関数は、上記物体の温度をＴｏ［Ｋ］、上記出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、上記赤外線センサの温度をＴｓ［Ｋ］、上記固有係数をＳ、上記共通係数をａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇとすると次式で表される。 The tenth form of the temperature sensor of the present invention comprises the thermistor arranged such that the resistance value changes according to the temperature of the infrared sensor in the ninth form, The temperature of the infrared sensor is obtained based on a resistance value, and the temperature of the object is obtained by substituting the temperature of the infrared sensor and the output voltage into the function, and the function calculates the temperature of the object. When To [K], the output voltage is Vout [V], the temperature of the infrared sensor is Ts [K], the intrinsic coefficient is S, and the common coefficients are a, b, d, e, and g, Is done.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　本発明の温度センサの第１１の形態は、上記第９の形態において、上記赤外線センサの温度を調節するためのペルチェ素子を備え、上記演算装置は、上記赤外線センサの温度が所定値となるように上記ペルチェ素子を制御する温度調節部を備え、上記関数は、上記赤外線センサの温度が定数であるとして作成され、上記物体の温度をＴｏ［Ｋ］、上記出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、上記固有係数をＳ、上記共通係数をａ，ｂ，ｈとすると、次式で表される。 An eleventh form of a temperature sensor according to the present invention comprises a Peltier element for adjusting the temperature of the infrared sensor in the ninth form, and the arithmetic unit is configured such that the temperature of the infrared sensor becomes a predetermined value. Is provided with a temperature control unit for controlling the Peltier element, and the function is created assuming that the temperature of the infrared sensor is a constant, the temperature of the object is To [K], the output voltage is Vout [V], Assuming that the intrinsic coefficient is S and the common coefficients are a, b, and h, the following expression is obtained.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
実施形態１の温度センサの回路ブロック図である。FIG. 3 is a circuit block diagram of the temperature sensor according to the first embodiment. 上記実施形態１の温度センサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the temperature sensor of the said Embodiment 1. FIG. 上記実施形態１の温度センサの赤外線センサの要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the principal part of the infrared sensor of the temperature sensor of the said Embodiment 1. FIG. 上記赤外線センサの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the infrared sensor. 上記赤外線センサの要部等価回路図である。It is a principal part equivalent circuit diagram of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the above-mentioned infrared sensor. 上記画素部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the above-mentioned pixel part. 上記画素部の平面レイアウト図である。It is a plane layout view of the pixel portion. 上記画素部の要部の平面レイアウト図である。FIG. 2 is a plan layout view of the main part of the pixel unit. 図９のＤ－Ｄ断面に対応する概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view corresponding to the DD cross section of FIG. 9. 上記画素部の要部の平面レイアウト図である。FIG. 2 is a plan layout view of the main part of the pixel unit. 上記画素部の要部の平面レイアウト図である。FIG. 2 is a plan layout view of the main part of the pixel unit. 上記赤外線センサの冷接点を含む要部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the principal part containing the cold junction of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの冷接点を含む要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the principal part containing the cold junction of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの温接点を含む要部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the principal part containing the hot junction of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの温接点を含む要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the principal part containing the hot junction of the said infrared sensor. 上記画素部の要部の平面レイアウト図である。FIG. 2 is a plan layout view of the main part of the pixel unit. 図１７のＤ－Ｄ断面に対応する概略断面図である。FIG. 18 is a schematic cross-sectional view corresponding to a cross section DD in FIG. 17. 上記画素部の要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the principal part of the said pixel part. 上記画素部の要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the principal part of the said pixel part. 上記赤外線センサの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの要部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the principal part of the above-mentioned infrared sensor. 上記赤外線センサのツェナダイオードの拡大図である。It is an enlarged view of the Zener diode of the infrared sensor. 上記赤外線センサのツェナダイオードの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the Zener diode of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの特性説明図である。It is characteristic explanatory drawing of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the other structural example of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the other structural example of the said infrared sensor. 上記赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the other structural example of the said infrared sensor. 実施形態２の温度センサの回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of the temperature sensor of Embodiment 2. 従来例における赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the pixel part of the infrared sensor in a prior art example. 図３９のＤ－Ｄ断面に対応する概略断面図である。FIG. 40 is a schematic cross-sectional view corresponding to the DD cross section of FIG. 39. 上記従来例の赤外線センサの平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the infrared sensor of the said prior art example. 上記従来例の赤外線センサの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the infrared sensor of the conventional example. 上記従来例の赤外線センサを備えた赤外線センサモジュールの要部概略平面図である。It is a principal part schematic plan view of the infrared sensor module provided with the infrared sensor of the said prior art example. 上記赤外線センサモジュールの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the said infrared sensor module. 上記赤外線センサモジュールの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the said infrared sensor module.
　以下、本実施形態の温度センサについて図１～図２６を参照しながら説明する。 Hereinafter, the temperature sensor of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
　本実施形態の温度センサは、赤外線センサ１００と、サーミスタ１１０と、ＩＣ素子１２０とが、１つのパッケージ１３３に収納されている。 In the temperature sensor of this embodiment, the infrared sensor 100, the thermistor 110, and the IC element 120 are housed in one package 133.
　赤外線センサ１００は、物体（例えば、人体など）４００から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換するサーモパイル３０ａにより構成される熱電変換部である感温部３０を有している。また、赤外線センサ１００は、感温部３０および感温部３０の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタ４を具備するａ×ｂ個（図６の例では、８×８個）の画素部２が、半導体基板１の一表面側においてａ行ｂ列（図６の例では、８行８列）の２次元アレイ状に配置されている。なお、図６の例では、ａ＝８、ｂ＝８としてあるが、ａ≧２、ｂ≧２であればよい。 The infrared sensor 100 includes a temperature sensing unit 30 that is a thermoelectric conversion unit configured by a thermopile 30a that converts thermal energy generated by infrared rays emitted from an object (for example, a human body) 400 into electrical energy. In addition, the infrared sensor 100 includes the axb (8 × 8 in the example of FIG. 6) pixel units 2 including the temperature sensing unit 30 and the MOS transistor 4 for taking out the output voltage of the temperature sensing unit 30. These are arranged in a two-dimensional array of a rows and b columns (8 rows and 8 columns in the example of FIG. 6) on one surface side of the semiconductor substrate 1. In the example of FIG. 6, a = 8 and b = 8, but a ≧ 2 and b ≧ 2 are acceptable.
　上述のＭＯＳトランジスタ４は、図３，９，１０，２０に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形のウェル領域４１内で、第２の導電形のソース領域４４と第２導電形のドレイン領域４３とが離間して形成されている。本実施形態では、ウェル領域がチャネル形成用領域を構成している。なお、図４には、第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形としてＭＯＳトランジスタ４をｎチャネルＭＯＳトランジスタとした場合の等価回路図を示してある。この図４の等価回路図では、感温部３０を抵抗の図記号で表してある。 As shown in FIGS. 3, 9, 10, and 20, the MOS transistor 4 has a second conductivity type source in the first conductivity type well region 41 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1. The region 44 and the second conductivity type drain region 43 are formed apart from each other. In this embodiment, the well region constitutes a channel formation region. FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and the MOS transistor 4 is an n-channel MOS transistor. In the equivalent circuit diagram of FIG. 4, the temperature sensing unit 30 is represented by a resistance symbol.
　赤外線センサ１００は、各列のｂ個（８個）の画素部２の感温部３０の一端がＭＯＳトランジスタ４のソース領域４４－ドレイン領域４３を介して各列ごとに共通接続されたｂ個（８個）の第１の配線１０１を備えている。 The infrared sensor 100 includes b pieces (8 pieces) in which one end of the temperature sensing unit 30 of the b pieces (eight pieces) of the pixel units 2 is commonly connected to each row through the source region 44 and the drain region 43 of the MOS transistor 4. (Eight) first wirings 101 are provided.
　また、赤外線センサ１００は、各行の感温部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ａ個（８個）の第２の配線１０２と、各行のＭＯＳトランジスタ４のウェル領域４１が各列ごとに共通接続されたｂ個（８個）の第３の配線１０３と、各列のａ個（８個）の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続されたｂ個（図示例では、８個）の第４の配線１０４とを備えている。 Further, the infrared sensor 100 includes a (eight) second wirings 102 in which the gate electrodes 46 of the MOS transistors 4 corresponding to the temperature sensing units 30 in the respective rows are commonly connected to the respective rows, and the MOS transistors 4 in the respective rows. B (eight) third wirings 103 in which the well regions 41 are commonly connected to each column, and the other ends of the a (eight) temperature sensing portions 30 in each column are common to each column. B (four in the illustrated example) connected to the fourth wiring 104.
　上述の赤外線センサ１００は、第１の配線１０１が各別に接続された出力用のｂ個の第１のパッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８と、第２の配線１０２が各別に接続された画素部選択用のａ個の第２のパッドＶｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８と、各第３の配線１０３が共通接続された第３のパッドＶｃｈと、第４の配線１０４が共通接続された基準バイアス用の第４のパッドＶｒｅｆｉｎとを備えている。しかして、赤外線センサ１００は、全ての感温部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。すなわち、ＭＯＳトランジスタ４が、順次、オン状態になるように各画素部２を選択するための第２のパッドＶｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８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。 In the infrared sensor 100 described above, the b first pads Vout1 to Vout8 for output to which the first wiring 101 is individually connected and the pixel part selection a to which the second wiring 102 is individually connected. The second pads Vsel1 to Vsel8, the third pad Vch to which each third wiring 103 is commonly connected, and the fourth pad Vrefin for reference bias to which the fourth wiring 104 is commonly connected. I have. Therefore, the infrared sensor 100 can read the outputs of all the temperature sensing units 30 in time series. That is, the output voltage of each pixel unit 2 can be read sequentially by controlling the potentials of the second pads Vsel1 to Vsel8 for selecting each pixel unit 2 so that the MOS transistor 4 is sequentially turned on. it can.
　サーミスタ１１０は、赤外線センサ１００の温度を検出するためのものであり、パッケージ１３３内において赤外線センサ１００に近接して配置される。すなわち、サーミスタ１１０は、赤外線センサ１００の温度に応じて自身の抵抗値が変化するように配置されている。本実施形態では、サーミスタ１１０は、一端が固定抵抗（図示せず）を介して定電圧源（図示せず）に接続され、他端がグランド（図示せず）に接続されている。したがって、サーミスタ１１０の両端電圧は、サーミスタ１１０の抵抗値に応じて変化する。ＩＣ素子１２０は、サーミスタ１１０の両端電圧をサーミスタ１１０の出力電圧として測定する。言い換えれば、サーミスタ１１０は、赤外線センサ１００の温度に応じたアナログの出力電圧を発生する。 The thermistor 110 is for detecting the temperature of the infrared sensor 100, and is disposed in the package 133 in the vicinity of the infrared sensor 100. That is, the thermistor 110 is arranged such that its resistance value changes according to the temperature of the infrared sensor 100. In the present embodiment, the thermistor 110 has one end connected to a constant voltage source (not shown) via a fixed resistor (not shown) and the other end connected to the ground (not shown). Therefore, the voltage across the thermistor 110 changes according to the resistance value of the thermistor 110. The IC element 120 measures the voltage across the thermistor 110 as the output voltage of the thermistor 110. In other words, the thermistor 110 generates an analog output voltage corresponding to the temperature of the infrared sensor 100.
　ＩＣ素子１２０は、マルチプレクサ１２１と、第１の増幅回路１２２ａと、第２の増幅回路１２２ｂと、Ａ／Ｄ変換回路１２３と、演算部１２４と、メモリ１２５と、制御回路１２６と、出力部１２７と、を備える。演算部１２４は、赤外線センサ１００とサーミスタ１１０との各出力電圧に基づいて物体４００の温度を演算するように構成される。メモリ１２５は、赤外線センサ１００の出力電圧を物体４００の温度に換算するための関数Ｆｕｎｃを記憶するように構成される。すなわち、メモリ１２５は、赤外線センサ１００の出力電圧を物体４００の温度に換算するための関数Ｆｕｎｃを記憶する関数記憶部である。出力部１２７は、演算部１２４で求められた物体４００の温度を示す温度信号を出力するように構成される。 The IC element 120 includes a multiplexer 121, a first amplifier circuit 122a, a second amplifier circuit 122b, an A / D conversion circuit 123, a calculation unit 124, a memory 125, a control circuit 126, and an output unit 127. And comprising. The calculation unit 124 is configured to calculate the temperature of the object 400 based on the output voltages of the infrared sensor 100 and the thermistor 110. The memory 125 is configured to store a function Func for converting the output voltage of the infrared sensor 100 into the temperature of the object 400. That is, the memory 125 is a function storage unit that stores a function Func for converting the output voltage of the infrared sensor 100 into the temperature of the object 400. The output unit 127 is configured to output a temperature signal indicating the temperature of the object 400 obtained by the calculation unit 124.
　パッケージ１３３は、赤外線センサ１００、サーミスタ１１０およびＩＣ素子１２０が実装されたパッケージ本体１３４と、パッケージ本体１３４との間に赤外線センサ１００、サーミスタ１１０およびＩＣ素子１２０を囲む形でパッケージ本体１３４に気密的に接合されたパッケージ蓋１３５とで構成されている。 The package 133 is hermetically sealed to the package body 134 so as to surround the infrared sensor 100, the thermistor 110, and the IC element 120 between the package body 134 and the package body 134 on which the infrared sensor 100, the thermistor 110, and the IC element 120 are mounted. The package lid 135 is joined to the package lid 135.
　パッケージ本体１３４は、ＩＣ素子１２０と赤外線センサ１００とが横並びで実装されている。一方、パッケージ蓋１３５は、赤外線センサ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。 The package body 134 has the IC element 120 and the infrared sensor 100 mounted side by side. On the other hand, the package lid 135 has a function of transmitting infrared rays to be detected by the infrared sensor 100 and conductivity.
　パッケージ蓋１３５は、パッケージ本体１３４の上記一表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１００に対応する部位に形成された開口窓１５２ａを閉塞し且つ赤外線を透過する赤外線透過部材１５３とで構成されている。要するに、赤外線センサ１００の前方に、赤外線透過部材１５３が配置されている。本実施形態では、赤外線透過部材１５３をレンズにより構成してあり、赤外線透過部材１５３が、赤外線センサ１００へ赤外線を収束する機能を有している。なお、赤外線透過部材１５３は、レンズに限らず、例えば、平板状のものでもよい。 The package lid 135 is a metal cap 152 that is covered on the one surface side of the package body 134, and an infrared ray that closes an opening window 152a formed in a portion of the metal cap 152 corresponding to the infrared sensor 100 and transmits infrared rays. The transmission member 153 is configured. In short, the infrared transmitting member 153 is disposed in front of the infrared sensor 100. In the present embodiment, the infrared transmitting member 153 is configured by a lens, and the infrared transmitting member 153 has a function of converging infrared rays to the infrared sensor 100. The infrared transmitting member 153 is not limited to a lens, and may be a flat plate, for example.
　以下、各構成要素についてさらに説明する。 Hereinafter, each component will be further described.
　赤外線センサ１００は、感温部３０が埋設された熱型赤外線検出部３とＭＯＳトランジスタ４とを有する複数（ａ×ｂ個）の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側において２次元アレイ状に配置されている。ここで、半導体基板１の上記一表面は、Ｓｉ（１００）面としてある。感温部３０は、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図７参照）を直列接続することにより構成されている。 The infrared sensor 100 includes a plurality of (a × b) pixel units 2 each having a thermal infrared detection unit 3 and a MOS transistor 4 in which a temperature sensing unit 30 is embedded, two-dimensionally on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Arranged in an array. Here, the one surface of the semiconductor substrate 1 is a Si (100) plane. The temperature sensing unit 30 is configured by connecting a plurality of (here, six) thermopiles 30a (see FIG. 7) in series.
　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９，１０参照）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９，１０参照）に形成されている。 The thermal infrared detector 3 of each pixel unit 2 is formed in the formation area A1 of the thermal infrared detector 3 (see FIGS. 9 and 10) on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Further, the MOS transistor 4 of each pixel portion 2 is formed in the formation region A2 of the MOS transistor 4 (see FIGS. 9 and 10) on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
　赤外線センサ１００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（図７参照）とを有している。なお、図７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。 The infrared sensor 100 has a cavity 11 formed immediately below a part of the thermal infrared detector 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1. The thermal infrared detector 3 includes a support 3d formed on the periphery of the cavity 11 on the one surface side of the semiconductor substrate 1, and a first cover that covers the cavity 11 in plan view on the one surface side of the semiconductor substrate 1. 1 thin film structure portion 3a. The first thin film structure portion 3a includes an infrared absorbing portion 33 that absorbs infrared rays. Here, the first thin film structure portion 3a includes a plurality of second thin film structure portions 3aa arranged in parallel along the circumferential direction of the cavity portion 11 and supported by the support portion 3d, and adjacent second thin film structure portions. It has the connection piece 3c (refer FIG. 7) which connects 3aa mutually. In the thermal infrared detector 3 in the example of FIG. 7, the first thin film structure 3 a is separated into six second thin film structures 3 aa by providing a plurality of linear slits 13. Below, each part divided | segmented corresponding to each 2nd thin film structure part 3aa among the infrared absorption parts 33 (it calls 1st infrared absorption part 33) is called 2nd infrared absorption part 33a.
　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に重ならない領域に形成されている。 The thermal infrared detector 3 is provided with a thermopile 30a for each second thin film structure 3aa. Here, in the thermopile 30a, the hot junction T1 is provided in the second thin film structure portion 3aa, and the cold junction T2 is provided in the support portion 3d. In short, the hot junction T1 is formed in a region overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3, and the cold junction T2 is formed in a region not overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3.
　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７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の抵抗値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。 In addition, the temperature sensing unit 30 of the thermal infrared detection unit 3 has a connection relationship in which the output change with respect to the temperature change is larger than when the output is taken out for each thermopile 30a, and all the thermopile 30a are electrically connected. Yes. In the example of FIG. 7, the temperature sensing unit 30 has six thermopiles 30a connected in series. However, the connection relationship described above is not limited to the connection relationship in which all of the plurality of thermopiles 30a are connected in series. For example, if a series circuit of three thermopiles 30a is connected in parallel, the sensitivity can be increased as compared with the case where six thermopiles 30a are connected in parallel or the output is taken out for each thermopile 30a. . In addition, as compared with the case where all of the six thermopiles 30a are connected in series, the resistance value of the temperature sensing unit 30 can be lowered and the thermal noise is reduced, so the S / N ratio is improved.
　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。この熱型赤外線検出部３では、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Ｕ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。 Here, in the thermal-type infrared detection unit 3, for each second thin film structure unit 3aa, the two bridge portions 3bb and 3bb having a rectangular shape in plan view connecting the support unit 3d and the second infrared absorption unit 33a are hollow. The portions 11 are formed so as to be separated from each other in the circumferential direction. In the thermal infrared detector 3, a U-shaped slit 14 in plan view is formed that spatially separates the two bridge portions 3 bb and 3 bb from the second infrared absorber 33 a and communicates with the cavity 11. . The support part 3d which is a site | part surrounding the 1st thin film structure part 3a in planar view among the thermal-type infrared detection parts 3 has a rectangular frame shape. Note that the bridge portion 3bb has a space other than the second infrared absorption portion 33a and the support portion 3d, and the space between the second infrared absorption portion 33a and the support portion 3d. Separated. Here, in the second thin film structure portion 3aa, the dimension in the extending direction from the support part 3d is 93 μm, the dimension in the width direction orthogonal to the extending direction is 75 μm, the width dimension of each bridge portion 3bb is 23 μm, and each slit Although the widths 13 and 14 are set to 5 μm, these values are merely examples and are not particularly limited.
　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膜により構成してある。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。 The first thin film structure portion 3 a includes a silicon oxide film 1 b formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1, a silicon nitride film 32 formed on the silicon oxide film 1 b, and the silicon nitride film 32. A laminated structure of the formed temperature sensitive portion 30, an interlayer insulating film 50 formed so as to cover the temperature sensitive portion 30 on the surface side of the silicon nitride film 32, and a passivation film 60 formed on the interlayer insulating film 50. It is formed by patterning the part. The interlayer insulating film 50 is composed of a BPSG film. The passivation film 60 is composed of a laminated film of a PSG film and an NSG film formed on the PSG film, but is not limited thereto, and may be composed of, for example, a silicon nitride film.
　上述の熱型赤外線検出部３では、シリコン窒化膜３２のうち第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。 In the thermal infrared detector 3 described above, portions of the silicon nitride film 32 other than the bridge portions 3bb and 3bb of the first thin film structure portion 3a constitute the first infrared absorber 33. The support 3d is composed of a silicon oxide film 1b, a silicon nitride film 32, an interlayer insulating film 50, and a passivation film 60.
　また、赤外線センサ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１０参照）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。 Further, in the infrared sensor 100, 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, the formation region A 1 for the thermal infrared detector 3 and the formation region for the MOS transistor 4. Of the laminated film, the portion formed in the formation region A1 of the thermal infrared detector 3 also serves as the infrared absorbing film 70 (see FIG. 10). Here, when the refractive index of the infrared absorption film 70 is n2 and the center wavelength of the infrared ray to be detected is λ, the thickness t2 of the infrared absorption film 70 is set to λ / 4n2. The absorption efficiency of infrared rays having a wavelength (for example, 8 to 12 μm) can be increased, and high sensitivity can be achieved. For example, when n2 = 1.4 and λ = 10 μm, t2≈1.8 μm may be set. In the present embodiment, the interlayer insulating film 50 has a thickness of 0.8 μm, the passivation film 60 has a thickness of 1 μm (the PSG film has a thickness of 0.5 μm, and the NSG film has a thickness of 0.5 μm). .
　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。 Further, in each pixel portion 2, the inner peripheral shape of the cavity portion 11 is rectangular, and the connecting piece 3c is formed in an X shape in plan view, and intersects with the extending direction of the second thin film structure portion 3aa. The second thin film structure portions 3aa and 3aa adjacent in the oblique direction, the second thin film structure portions 3aa and 3aa adjacent in the extension direction of the second thin film structure portion 3aa, and 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 are connected to each other.
　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３６により電気的に接続した複数個（図７に示した例では、９個）の熱電対を有している。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の他端部とｐ形ポリシリコン層３５の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ－Ｓｉなど）からなる接続部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、サーモパイル３０ａは、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。なお、本実施形態における赤外線センサ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。 The thermopile 30a has a second end portion of the n-type polysilicon layer 34 and the 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. A plurality of (9 in the example shown in FIG. 7) thermocouples electrically connected by a connecting portion 36 made of a metal material (for example, Al—Si) on the infrared incident surface side of the infrared absorbing portion 33a is provided. is doing. In addition, the thermopile 30a has a metal material (for example, Al Al) with the other end of the n-type polysilicon layer 34 and the other end of the p-type polysilicon layer 35 of the thermocouple adjacent to each other on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Are joined and electrically connected by a connecting portion 37 made of -Si or the like. Here, in the thermopile 30a, the one end portion of the n-type polysilicon layer 34, the one end portion of the p-type polysilicon layer 35, and the connection portion 36 constitute a hot junction T1. In the thermopile 30a, the other end portion of the n-type polysilicon layer 34, the other end portion of the p-type polysilicon layer 35, and the connection portion 37 constitute a cold junction T2. In the infrared sensor 100 according to the present embodiment, in each of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 of the thermopile 30a, the portions formed in the above-described bridge portions 3bb and 3bb and the semiconductor substrate 1 Infrared rays can also be absorbed at a portion formed on the silicon nitride film 32 on the one surface side.
　また、赤外線センサ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。そこで、赤外線センサ１００は、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７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７および図１１に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設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７および図１２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に近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、赤外線センサ１００は、図７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１０参照）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。 Further, in the infrared sensor 100, the shape of the cavity portion 11 is a quadrangular pyramid shape, and the depth dimension is larger in the central portion in plan view than in the peripheral portion. Therefore, in the infrared sensor 100, the planar layout of the thermopile 30a in each pixel portion 2 is designed so that the hot junction T1 is gathered at the center of the first thin film structure portion 3a. That is, in the two second thin film structure portions 3aa in the middle in the vertical direction of FIG. 7, as shown in FIGS. 7 and 11, the hot junction T1 is aligned along the juxtaposing direction of the three second thin film structure portions 3aa. Are arranged side by side, in the upper two second thin film structure portions 3aa in the vertical direction, as shown in FIGS. 7 and 12, the parallel arrangement direction of the three second thin film structure portions 3aa In FIG. 7, the hot junctions T1 are concentratedly arranged on the side close to the middle second thin film structure portion 3aa, and the two second thin film structure portions 3aa on the lower side in the vertical direction are as shown in FIG. In the direction in which the three second thin film structure portions 3aa are arranged side by side, the hot junctions T1 are concentrated on the side close to the middle second thin film structure portion 3aa. Thus, the infrared sensor 100 has the plurality of hot junctions T1 of the second thin film structure portion 3aa in the middle where the upper and lower second thin film structure portions 3aa in the vertical direction of FIG. Since the temperature change of the hot junction T1 can be increased as compared with the case where the arrangement is the same as that of T1, the sensitivity can be improved. In the present embodiment, when the depth of the deepest part of the cavity 11 is set to a predetermined depth dp (see FIG. 10), the predetermined depth dp is set to 200 μm, but this value is an example, There is no particular limitation.
　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１７，１８参照）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１７，１８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の幅寸法は、連結片３ｃの幅寸法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。 Further, the second thin film structure portion 3aa is an n-type that suppresses the warp of the second thin film structure portion 3aa and absorbs infrared rays in a region where the thermopile 30a is not formed on the infrared incident surface side of the silicon nitride film 32. An infrared absorption layer 39 made of a polysilicon layer is formed. Further, the connecting piece 3c that connects the adjacent second thin film structure portions 3aa and 3aa is provided with a reinforcing layer 39b (see FIGS. 17 and 18) made of an n-type polysilicon layer that reinforces the connecting piece 3c. ing. Here, the reinforcing layer 39 b is formed integrally with the infrared absorption layer 39. Thus, in the infrared sensor 100, since 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 or impact during use, and damage during manufacture. And the production yield can be improved. In this embodiment, the length L1 of the connecting piece 3c shown in FIGS. 17 and 18 is set to 24 μm, the width L2 is set to 5 μm, and the width L3 of the reinforcing layer 39b is set to 1 μm. It is an example and is not particularly limited. However, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 1 as in the present embodiment and the reinforcing layer 39b is formed of an n-type polysilicon layer, the reinforcing layer 39b is etched when the cavity 11 is formed. In order to prevent this, the width dimension of the reinforcing layer 39b must be set smaller than the width dimension of the connecting piece 3c, and both side edges of the reinforcing layer 39b need to be located inside the both side edges of the connecting piece 3c in plan view. is there.
　また、赤外線センサ１００は、図１７，１８，２２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３ｄ，３ｄ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１００では、図２１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１７，１８に示した例では、各面取り部３ｄ，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。 In addition, as shown in FIGS. 17, 18, and 22, the infrared sensor 100 has chamfered portions 3 d and 3 d formed between both side edges of the connecting piece 3 c and side edges of the second thin film structure portion 3 aa, respectively. A chamfered portion 3e is also formed between side edges of the character-shaped connecting piece 3c that are substantially orthogonal to each other. Thus, in the infrared sensor 100, compared to the case where the chamfered portion is not formed as shown in FIG. 21, the stress concentration at the connecting portion between the connecting piece 3c and the second thin film structure portion 3aa can be alleviated. It is possible to reduce the residual stress that is sometimes generated, and to reduce the breakage during the manufacturing, thereby improving the manufacturing yield. Further, it is possible to prevent damage due to stress generated due to an external temperature change or impact during use. In the example shown in FIGS. 17 and 18, the chamfered portions 3 d and 3 e are R chamfered portions having R (R) of 3 μm. However, the chamfered portions are not limited to the R chamfered portions, and may be C chamfered portions, for example.
　また、赤外線センサ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配線（故障診断用のヒータ）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、赤外線センサ１００では、ａ×ｂ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。 The infrared sensor 100 is routed to each thermal infrared detector 3 so as to straddle the support 3d, one bridge 3bb, the second infrared absorber 33a, the other bridge 3bb, and the support 3d. A fault diagnosis wiring (heat diagnosis heater) 139 made of the n-type polysilicon layer is provided, and all the fault diagnosis wirings 139 are connected in series. Therefore, the infrared sensor 100 can detect the presence or absence of breakage such as breakage of the bridge portion 3bb by energizing the series circuit of the a × b failure diagnosis wirings 139.
　要するに、赤外線センサ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ａ×ｂ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１００では、上述の検査時や使用時において、ａ×ｂ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。 In short, the infrared sensor 100 is configured such that the bridge portion 3bb is broken or the failure diagnosis wiring 139 is changed depending on whether or not the series circuit of the a × b failure diagnosis wirings 139 is energized at the time of inspection or use during manufacture. Disconnection can be detected. Further, in the infrared sensor 100, the temperature sensing unit 30 is detected by energizing the series circuit of the a × b failure diagnosis wirings 139 and detecting the output of each temperature sensing unit 30 during the above-described inspection and use. It is possible to detect the presence / absence of disconnection and variations in sensitivity (variations in the output of the temperature sensing unit 30). Here, regarding the sensitivity variation, it is possible to detect the sensitivity variation for each pixel unit 2. For example, the warp of the first thin film structure unit 3 a or the semiconductor substrate 1 of the first thin film structure unit 3 a. It is possible to detect variations in sensitivity due to sticking or the like. Here, in the infrared sensor 100 according to the present embodiment, the fault diagnosis wiring 139 is folded and meandered in the vicinity of the group of the plurality of hot junctions T1 in a plan view. Therefore, each hot junction T1 can be efficiently warmed by Joule heat generated by energizing the failure diagnosis wiring 139. The above-described failure diagnosis wiring 139 is formed with the same thickness on the same plane as the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35.
　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は、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てサーモパイル３０ａ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。 The infrared absorption layer 39 and the failure diagnosis wiring 139 described above contain the same n-type impurity (for example, phosphorus) as the n-type polysilicon layer 34 at the same impurity concentration (for example, 1018 to 1020 cm −3), and n The polysilicon layer 34 is formed at the same time. The p-type polysilicon layer 35 may employ, for example, boron as the p-type impurity, and the impurity concentration may be set as appropriate within a range of about 1018 to 1020 cm−3. In the present embodiment, the impurity concentration of each of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 is 1018 to 1020 cm −3, the resistance value of the thermocouple can be reduced, and the resistance value of the thermopile 30a can be reduced. The / N ratio can be improved. 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. However, the present invention is not limited to this. For example, the p-type polysilicon layer 35 The same impurity may be doped with the same impurity concentration.
　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。 By the way, in the present embodiment, when 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 n1, and the center wavelength of the infrared ray to be detected is λ. The thickness t1 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 set to λ / 4n1. As a result, the absorption efficiency of infrared light having a wavelength to be detected (for example, 8 to 12 μm) can be increased, and high sensitivity can be achieved. For example, when n1 = 3.6 and λ = 10 μm, t1≈0.69 μm may be set.
　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。 In the present embodiment, the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis wiring 139 each have an impurity concentration of 1018 to 1020 cm −3. The reflection of infrared rays can be suppressed while increasing the S / N ratio, and the S / N ratio of the output of the temperature sensing unit 30 can be increased. 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, the cost can be reduced.
　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（図１４，１６参照）。すなわち、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の上記各一端部と電気的に接続されている。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の上記各他端部と電気的に接続されている。 Here, the connection part 36 and the connection part 37 of the temperature sensing part 30 are insulated and separated by the interlayer insulating film 50 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 (see FIGS. 14 and 16). That is, the connecting portion 36 on the warm junction T1 side is electrically connected to the one end portions of the polysilicon layers 34 and 35 through the contact holes 50a1 and 50a2 formed in the interlayer insulating film 50. The connecting portion 37 on the cold junction T2 side is electrically connected to the other end portions of the polysilicon layers 34 and 35 through contact holes 50a3 and 50a4 formed in the interlayer insulating film 50.
　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。 Further, 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 as described above.
　ＭＯＳトランジスタ４は、図８，９，２０に示すように、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ+）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、第２導電形であるｎ形（ｎ+）のドレイン領域４３と第２導電形であるｎ形（ｎ+）のソース領域４４とが離間して形成されている。さらに、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲む第１導電形であるｐ形（ｐ++）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。 In the MOS transistor 4, a p-type (p + ) well region 41 of the first conductivity type is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1, as shown in FIGS. The n-type (n + ) drain region 43 of the second conductivity type and the n-type (n + ) source region 44 of the second conductivity type are formed apart from each other. Further, in the well region 41, a p-type (p ++ ) channel stopper region 42 which is a first conductivity type surrounding the drain region 43 and the source region 44 is formed.
　ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域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。 A gate electrode 46 made of an n-type polysilicon layer is disposed on a portion of the well region 41 located between the drain region 43 and the source region 44 via a gate insulating film 45 made of a silicon oxide film (thermal oxide film). Is formed.
　また、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、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。 A drain electrode 47 made of a metal material (for example, Al—Si) is formed on the drain region 43, and a source electrode 48 made of a metal material (for example, Al—Si) is formed on the source region 44. Is formed.
　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を通してソース領域４４と電気的に接続されている。 The gate electrode 46, the drain electrode 47, and the source electrode 48 are insulated and separated by the interlayer insulating film 50 described above. Here, the drain electrode 47 is electrically connected to the drain region 43 through a contact hole 50 d formed in the interlayer insulating film 50, and the source electrode 48 is electrically connected to the source region 44 through a contact hole 50 e formed in the interlayer insulating film 50. Connected.
　赤外線センサ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の他端が第４の配線１０４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、第１の配線１０１と電気的に接続され、ゲート電極４６が、ｎ形ポリシリコン配線からなる第２の配線１０２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）からなる電極４９が形成されている。しかして、ウェル領域４１は、チャネルストッパ領域４２および電極４９を介して、第３の配線１０３と電気的に接続されている。なお、電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してチャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。 In each pixel unit 2 of the infrared sensor 100, the source electrode 48 of the MOS transistor 4 and one end of the temperature sensing unit 30 are electrically connected, and the other end of the temperature sensing unit 30 is electrically connected to the fourth wiring 104. Has been. In each pixel unit 2, the drain electrode 47 of the MOS transistor 4 is electrically connected to the first wiring 101, and the gate electrode 46 is electrically connected to the second wiring 102 made of n-type polysilicon wiring. It is connected. In each pixel portion 2, an electrode 49 made of a metal material (for example, Al—Si) is formed on the channel stopper region 42 of the MOS transistor 4. Thus, the well region 41 is electrically connected to the third wiring 103 through the channel stopper region 42 and the electrode 49. The electrode 49 is electrically connected to the channel stopper region 42 through a contact hole 50f formed in the interlayer insulating film 50.
　また、赤外線センサ１００は、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止するために各第２の配線１０２それぞれにカソードが接続された複数のツェナダイオードＺＤを備えている。ここで、ツェナダイオードＺＤは、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形の第１拡散領域８１内に第２導電形の第２拡散領域８２が形成されたものである。 In addition, the infrared sensor 100 includes a plurality of Zener diodes ZD each having a cathode connected to each second wiring 102 in order to prevent an overvoltage from being applied between the gate electrode 46 and the source electrode 48 of each MOS transistor 4. It has. Here, the Zener diode ZD is obtained by forming the second conductivity type second diffusion region 82 in the first conductivity type first diffusion region 81 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
　上述のツェナダイオードＺＤは、図２３～２５に示すように、第１拡散領域８１上にアノード電極８３が形成され、第２拡散領域８２上に２つのカソード電極８４ａ，８４ｂが形成されている。このツェナダイオードＺＤは、アノード電極８３が、第５のパッドＶｚｄと電気的に接続され、一方のカソード電極８４ａが、１つの第２の配線１０２を介して当該第２の配線１０２に接続されたＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６と電気的に接続され、他方のカソード電極８４ｂが、当該第２の配線１０２に接続された第２のパッドＶｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８の１つと電気的に接続されている。 In the above-described Zener diode ZD, as shown in FIGS. 23 to 25, the anode electrode 83 is formed on the first diffusion region 81, and the two cathode electrodes 84a and 84b are formed on the second diffusion region 82. In this Zener diode ZD, the anode electrode 83 is electrically connected to the fifth pad Vzd, and one cathode electrode 84a is connected to the second wiring 102 via one second wiring 102. The MOS transistor 4 is electrically connected to the gate electrode 46, and the other cathode electrode 84b is electrically connected to one of the second pads Vsel1 to Vsel8 connected to the second wiring 102.
　また、赤外線センサ１００は、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶｓｕを備えている。 In addition, the infrared sensor 100 includes a sixth pad Vsu for substrate bias to which the semiconductor substrate 1 is connected.
　上述の赤外線センサ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を温める故障診断用配線１３９を備えているので、故障診断用配線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、故障診断用配線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、故障診断用配線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。 According to the infrared sensor 100 described above, the failure diagnosis wiring 139 that warms the hot junction T1 by Joule heat generated by being energized is provided. Therefore, the failure diagnosis wiring 139 is energized and the output of the thermopile 30a is measured. By doing so, it is possible to determine the presence or absence of a failure such as disconnection of the thermopile 30a, and to improve the reliability. Moreover, the failure diagnosis wiring 139 is connected to the semiconductor substrate 1 in the thermal infrared detector 3. Since the thermopile 30a is arranged so as not to overlap the thermopile 30a in the region overlapping the cavity 11, the heat capacity of the hot junction T1 of the thermopile 30a due to the failure diagnosis wiring 139 can be prevented, and the sensitivity and response speed can be improved.
　ここで、赤外線センサ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、故障診断用配線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１００の使用時の自己診断は、ＩＣ素子１２０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。 Here, the infrared sensor 100 also absorbs infrared rays from the outside in the normal state when the self-diagnosis is not performed during use, so that the temperature of the plurality of hot junctions T1 can be made uniform and the sensitivity can be improved. Improvements can be made. In the infrared sensor 100, since the infrared absorbing layer 39 and the reinforcing layer 39b also absorb infrared rays from the outside, the temperature of the plurality of hot junctions T1 can be made uniform, and the sensitivity can be improved. Further, the self-diagnosis when using the infrared sensor 100 is periodically performed by a self-diagnosis circuit (not shown) provided in the IC element 120, but it is not always necessary to perform it periodically.
　また、赤外線センサ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に分離されている。そして、赤外線センサ１００では、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る。しかも、赤外線センサ１００では、全ての第２の薄膜構造部３ａａに跨って故障診断用配線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。 In addition, the infrared sensor 100 includes a plurality of linear slits 13 provided in the first thin film structure portion 3 a along the inner circumferential direction of the cavity portion 11. It is separated into a plurality of second thin film structure portions 3aa extending inward from the support portion 3d that is a portion surrounding the portion 11. In the infrared sensor 100, the hot contact T1 of the thermopile 30a is provided for each second thin film structure 3aa, and the output relationship with respect to the temperature change becomes larger than when the output is taken out for each thermopile 30a. Since all the thermopiles 30a are electrically connected, response speed and sensitivity can be improved. Moreover, in the infrared sensor 100, since the failure diagnosis wiring 139 is formed across all the second thin film structure portions 3aa, all the thermopiles 30a of the thermal infrared detection portion 3 can be self-diagnosed collectively. Is possible. Further, in the infrared sensor 100, since the connecting pieces 3c that connect the adjacent second thin film structure portions 3aa and 3aa are formed, the warpage of each second thin film structure portion 3aa can be reduced, and the structural stability can be reduced. The sensitivity is stabilized.
　また、赤外線センサ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と故障診断用配線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。 In the infrared sensor 100, the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, the reinforcing layer 39b, and the failure diagnosis wiring 139 are set to the same thickness. The uniformity of the stress balance of the thin film structure portion 3aa can be improved, the warpage of the second thin film structure portion 3aa can be suppressed, and the variation in sensitivity among products and the variation in sensitivity among pixel portions 2 can be reduced. .
　また、赤外線センサ１００は、故障診断用配線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、故障診断用配線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。 Further, in the infrared sensor 100, the failure diagnosis wiring 139 is formed of the same material as the n-type polysilicon layer 34 as the first thermoelectric element or the p-type polysilicon layer 35 as the second thermoelectric element. The fault 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.
　また、赤外線センサ１００は、赤外線吸収部３３および故障診断用配線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２次元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それぞれの故障診断用配線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。 In addition, since the infrared sensor 100 is provided with a plurality of pixel portions 2 including the infrared absorbing portion 33 and the failure diagnosis wiring 139 in a two-dimensional array on the one surface side of the semiconductor substrate 1, By energizing the failure diagnosis wiring 139 of each pixel unit 2 at the time of self-diagnosis at the time of use, it becomes possible to grasp variation in sensitivity of the temperature sensing unit 30 of each pixel unit 2.
　以下、赤外線センサ１００の基本的な製造方法の一例について図２７～３４を参照して説明する。 Hereinafter, an example of a basic manufacturing method of the infrared sensor 100 will be described with reference to FIGS.
　まず、第２の導電形のシリコン基板からなる半導体基板１の上記一表面側に第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２７に示す構造を得る。ここにおいて、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。 First, a first silicon oxide film 31 having a first predetermined film thickness (for example, 0.3 μm) and a second predetermined film thickness (for example, 0.3 μm) are formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 made of a silicon substrate of the second conductivity type. For example, an insulating layer forming step of forming an insulating layer made of a laminated film with a silicon nitride film 32 of 0.1 μm) is performed. Thereafter, a portion corresponding to the formation region A2 of the MOS transistor 4 is left using the photolithography technique and the etching technique while leaving a part of the insulating layer corresponding to the formation area A1 of the thermal infrared detector 3. The structure shown in FIG. 27 is obtained by performing an insulating layer patterning step for removing the film by etching. Here, the 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 LPCVD.
　上述の絶縁層パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ+）のウェル領域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ウェル領域４１内に第１導電形であるｐ形（ｐ++）の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２８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、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、第１導電形の不純物（ここでは、ｐ形の不純物であり、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、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、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、第１導電形の不純物（ここでは、ｐ形の不純物であり、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、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。 After the above-described insulating layer patterning step, a well region forming step for forming a p-type (p + ) well region 41 of the first conductivity type on the one surface side of the semiconductor substrate 1 is performed. The structure shown in FIG. 28 is obtained by performing a channel stopper region forming step of forming a p-type (p ++ ) channel stopper region 42 of the first conductivity type in the well region 41 on the one surface side. Here, in the well region forming step, first, 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. Thereafter, the silicon oxide film 51 is patterned by using a photolithography technique and an etching technique using a mask for forming the well region 41. Subsequently, the well region 41 is formed by performing ion implantation of a first conductivity type impurity (here, p-type impurity, for example, boron) and then performing drive-in. In the channel stopper region forming step, the third 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 by using a photolithography technique and an etching technique using a mask for forming the channel stopper region 42. Subsequently, the channel stopper region 42 is formed by performing ion implantation of a first conductivity type impurity (here, p-type impurity, for example, boron) and then performing drive-in. Note that the first silicon oxide film 31, the second silicon oxide film 51, and the third silicon oxide film 52 constitute the silicon oxide film 1 b on the one surface side of the semiconductor substrate 1.
　上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、第２導電形であるｎ形（ｎ+）のドレイン領域４３および第２導電形であるｎ形（ｎ+）のソース領域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、ウェル領域４１におけるドレイン領域４３およびソース領域４４それぞれの形成予定領域に第２導電形の不純物（ここでは、ｎ形の不純物であり、例えば、リンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブを行うことによって、ドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する。 After the above-described channel stopper region forming step, source / drain formation for forming the second conductivity type n-type (n + ) drain region 43 and the second conductivity type n-type (n + ) source region 44 is formed. Perform the process. In this source / drain formation step, ions of a second conductivity type impurity (here, an n-type impurity, such as phosphorus) are implanted into the formation region of each of the drain region 43 and the source region 44 in the well region 41. After performing the above, the drain region 43 and the source region 44 are formed by driving.
　ソース・ドレイン形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側に例えば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、第２の配線１０２（図７参照）、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、第２の配線１０２、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形の不純物（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および第２の配線１０２に対応する部分にｎ形の不純物例えば、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および第２の配線１０２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２９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。 After the source / drain formation step, a gate insulating film 45 is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by, for example, thermal oxidation to form a gate insulating film 45 made of a silicon oxide film (thermal oxide film) having a predetermined film thickness (for example, 600 mm). A formation process is performed. Subsequently, the gate electrode 46, the second wiring 102 (see FIG. 7), the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the fault diagnosis are formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 on the one surface side. A polysilicon layer forming step is performed in which a non-doped polysilicon layer having a predetermined film thickness (for example, 0.69 μm) serving as the basis of the wiring 139 is formed by the LPCVD method. Thereafter, the gate electrode 46, the second wiring 102, the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the fault diagnosis among the non-doped polysilicon layers using the photolithography technique and the etching technique. A polysilicon layer patterning process is performed so as to leave a portion corresponding to each of the wirings 139 for use. Subsequently, after p-type impurities (for example, boron) are ion-implanted into a portion of the non-doped polysilicon layer corresponding to the p-type polysilicon layer 35, the p-type polysilicon layer 35 is formed by driving. A p-type polysilicon layer forming step is performed. Thereafter, of the non-doped polysilicon layer, the n-type polysilicon layer 34, the infrared absorption layer 39, the failure diagnosis wiring 139, the gate electrode 46, and the portion corresponding to the second wiring 102 are n-type impurities such as phosphorus) The n-type polysilicon layer forming 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 second wiring 102 by performing the driving after the ion implantation is performed. By doing so, the structure shown in FIG. 29 is obtained. The order of the p-type polysilicon layer forming step and the n-type polysilicon layer forming step may be reversed.
　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１４，１６，２０参照）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３０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。 After the above-described p-type polysilicon layer forming step and n-type polysilicon layer forming step, an interlayer insulating film forming step for forming an interlayer insulating film 50 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 is performed. Subsequently, a contact hole forming step for forming the contact holes 50a1, 50a2, 50a3, 50a4, 50d, 50e, and 50f (see FIGS. 14, 16, and 20) in the interlayer insulating film 50 using the photolithography technique and the etching technique. To obtain the structure shown in FIG. In the interlayer insulating film forming step, a BPSG film having a predetermined film thickness (for example, 0.8 μm) is deposited on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by the CVD method, and then reflowed at a predetermined temperature (for example, 800 ° C.). The interlayer insulating film 50 planarized by the above is formed.
　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、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８，Ｖｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８，Ｖｒｅｆｉｎ，Ｖｓｕなど（図２参照）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、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８，Ｖｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８，Ｖｒｅｆｉｎ，Ｖｓｕ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３１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。 After the contact hole forming step, the connection portions 36 and 37, the drain electrode 47, the source electrode 48, the fourth wiring 104, the first wiring 101, and the third wiring are formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 on the one surface side. 103, a metal film (for example, Al-Si film) having a predetermined film thickness (for example, 2 μm), which is the basis of each pad Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, etc. (see FIG. 2) is formed by sputtering or the like. A metal film forming step is performed. Subsequently, the metal film is patterned using a photolithography technique and an etching technique to connect the connection portions 36 and 37, the drain electrode 47, the source electrode 48, the fourth wiring 104, the first wiring 101, and the third wiring. The structure shown in FIG. 31 is obtained by performing a metal film patterning process for forming 103, pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, and the like. Note that etching in the metal film patterning step is performed by RIE. Moreover, the hot junction T1 and the cold junction T2 are formed by performing this metal film patterning process.
　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３２に示す構造を得る。 After the metal film patterning step, a PSG film having a predetermined film thickness (for example, 0.5 μm) and a predetermined film thickness (for example, 0 μm) are formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 (that is, the surface side of the interlayer insulating film 50). 32. The structure shown in FIG. 32 is obtained by performing a passivation film forming step of forming a passivation film 60 made of a laminated film with a .5 μm) NSG film by a CVD method.
　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３３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。 After the above-described passivation film forming step, the silicon oxide film 31, the silicon nitride film 32, the interlayer insulating film 50, the passivation film 60, and the like, and the laminated structure portion in which the temperature sensitive portion 30 and the like are embedded are patterned. The structure shown in FIG. 33 is obtained by performing the laminated structure part patterning process for forming the two thin film structure parts 3aa and the connecting pieces 3c. The slits 13 and 14 are formed in the layered structure portion patterning step.
　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パッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８，Ｖｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８，Ｖｒｅｆｉｎ，Ｖｓｕ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３４に示す構造の赤外線センサ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、ウェル領域４１、チャネルストッパ領域４２、ドレイン領域４３とソース領域４４を形成している。また、上述の製造方法では、ツェナダイオードＺＤの製造工程について説明を省略したが、周知の一般的なツェナダイオードの製造方法を適宜採用すればよい。 After the above-described laminated structure patterning step, an opening is formed to form an opening (not shown) for exposing each pad pad Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu using a photolithography technique and an etching technique. Perform the process. Next, the cavity is formed by forming the cavity 11 in the semiconductor substrate 1 by introducing the etchant with the slits 13 and 14 as the etchant introduction holes and anisotropically etching the semiconductor substrate 1 (crystal anisotropic etching). By performing the process, the infrared sensor 100 having the structure shown in FIG. 34 is obtained. Here, the etching in the opening forming step is performed by RIE. Further, in the cavity forming step, a TMAH solution heated to a predetermined temperature (for example, 85 ° C.) is used as an etching solution. ) May be used. In addition, since all the processes until the cavity part forming process is completed are performed at the wafer level, a separation process for separating the individual infrared sensors 100 may be performed after the cavity part forming process is completed. Further, as can be seen from the above description, as for the manufacturing method of the MOS transistor 4, a well-known general MOS transistor manufacturing method is adopted, and a thermal oxide film is formed by thermal oxidation, a photolithography technique and etching. The well region 41, the channel stopper region 42, the drain region 43, and the source region 44 are formed by repeating basic steps of thermal oxide film patterning, impurity ion implantation, and drive-in (impurity diffusion) by technology. In the manufacturing method described above, the description of the manufacturing process of the Zener diode ZD is omitted. However, a known general Zener diode manufacturing method may be adopted as appropriate.
　上述の赤外線センサ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶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Ｓｉ（１１０）面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。 In the infrared sensor 100 described above, the cavity 11 is formed by anisotropic etching utilizing the crystal plane orientation dependence of the etching rate, using the single crystal silicon substrate having the (100) surface as the semiconductor substrate 1. Although it has a quadrangular pyramid shape, it is not limited to a quadrangular pyramid shape, and may be a quadrangular frustum shape. The plane orientation of the one surface of the semiconductor substrate 1 is not particularly limited. For example, a single crystal silicon substrate having the Si (110) surface as the one surface may be used as the semiconductor substrate 1.
　ＩＣ素子１２０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。また、ＩＣ素子１２０としてベアチップを用いている。しかして、本実施形態では、ＩＣ素子１２０がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べて、パッケージ１３３の小型化を図れる。 The IC element 120 is an ASIC (Application Specific IC) and is formed using a silicon substrate. A bare chip is used as the IC element 120. Therefore, in the present embodiment, the package 133 can be downsized as compared with the case where the IC element 120 is a package of a bare chip.
　ＩＣ素子１２０は、赤外線センサ１００の各パッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８，Ｖｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８，Ｖｒｅｆｉｎ，Ｖｓｕ，Ｖｚｄそれぞれと電気的に接続される複数のパッド（図示せず）を備えている。そして、ＩＣ素子１２０は、赤外線センサ１００の出力電圧を増幅する第１の増幅回路１２２ａと、サーミスタ１１０の出力電圧を増幅する第２の増幅回路１２２ｂと、赤外線センサ１００のｂ個の第１のパッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８の出力電圧を択一的に第１の増幅回路１２２ａに入力するマルチプレクサ１２１とを備える。また、ＩＣ素子１２０は、第１の増幅回路１２２ａにて増幅された赤外線センサ１００の出力電圧、および第２の増幅回路１２２ｂにて増幅されたサーミスタ１１０の出力電圧をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路１２３を備えている。ＩＣ素子１２０の演算部１２４は、赤外線センサ１００とサーミスタ１１０との各出力電圧に対応してＡ／Ｄ変換回路１２３から出力されるディジタル値を用いて物体４００の温度を演算する。この演算部１２４については、後述する。また、ＩＣ素子１２０は、演算部１２４での演算に利用するデータなどを記憶する記憶部であるメモリ１２５と、赤外線センサ１００を制御する制御回路１２６とを備えている。なお、ＩＣ素子１２０は、上述の自己診断回路も備えている。 The IC element 120 includes a plurality of pads (not shown) that are electrically connected to the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, and Vzd of the infrared sensor 100, respectively. The IC element 120 includes a first amplifier circuit 122 a that amplifies the output voltage of the infrared sensor 100, a second amplifier circuit 122 b that amplifies the output voltage of the thermistor 110, and the b first elements of the infrared sensor 100. And a multiplexer 121 that alternatively inputs the output voltages of the pads Vout1 to Vout8 to the first amplifier circuit 122a. The IC element 120 converts the output voltage of the infrared sensor 100 amplified by the first amplifier circuit 122a and the output voltage of the thermistor 110 amplified by the second amplifier circuit 122b into a digital value. A D conversion circuit 123 is provided. The calculation unit 124 of the IC element 120 calculates the temperature of the object 400 using digital values output from the A / D conversion circuit 123 corresponding to the output voltages of the infrared sensor 100 and the thermistor 110. The calculation unit 124 will be described later. In addition, the IC element 120 includes a memory 125 that is a storage unit that stores data used for calculation in the calculation unit 124, and a control circuit 126 that controls the infrared sensor 100. The IC element 120 also includes the above-described self-diagnosis circuit.
　本実施形態の温度センサは、パッケージ本体１３４とパッケージ蓋１３５とで構成されるパッケージ１３３の内部空間（気密空間）１６５を、ドライ窒素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。 In the temperature sensor of the present embodiment, the internal space (airtight space) 165 of the package 133 constituted by the package body 134 and the package lid 135 is a dry nitrogen atmosphere, but the present invention is not limited to this. Good.
　パッケージ本体１３４は、絶縁材料からなる基体１３４ａ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１４４が形成されており、電磁シールド層１４４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１３５は、赤外線透過部材１５３が導電性を有し、この赤外線透過部材１５３がメタルキャップ１５２に導電性材料により接合されているので、導電性を有している。そして、パッケージ蓋１３５は、パッケージ本体１３４の電磁シールド層１４４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１３４の電磁シールド層１４４とパッケージ蓋１３５とを同電位とすることができる。その結果、パッケージ１３３は、赤外線センサ１００とＩＣ素子１２０と上記配線パターンと後述のボンディングワイヤ（図示せず）と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。 In the package body 134, a wiring pattern (not shown) made of a metal material and an electromagnetic shield layer 144 are formed on a base 134a made of an insulating material, and the electromagnetic shield layer 144 has an electromagnetic shield function. On the other hand, the package lid 135 has conductivity because the infrared transmitting member 153 has conductivity, and the infrared transmitting member 153 is joined to the metal cap 152 by a conductive material. The package lid 135 is electrically connected to the electromagnetic shield layer 144 of the package body 134. Therefore, in the present embodiment, the electromagnetic shield layer 144 of the package body 134 and the package lid 135 can be set to the same potential. As a result, the package 133 prevents external electromagnetic noise to a sensor circuit (not shown) including the infrared sensor 100, the IC element 120, the wiring pattern, and a bonding wire (not shown) described later. Has an electromagnetic shielding function.
　パッケージ本体１３４は、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１２０が一表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１３４は、基体１３４ａ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１３４ａの一表面側に形成された部位に、赤外線センサ１００の各パッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８，Ｖｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８，Ｖｒｅｆｉｎ，Ｖｓｕ，ＶｚｄおよびＩＣ素子１２０の上記パッドが、適宜、ボンディングワイヤを介して接続されている。なお、赤外線センサ１００とＩＣ素子１２０とは、ボンディングワイヤ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。 The package body 134 is configured by a flat ceramic substrate on which the infrared sensor 100 and the IC element 120 are mounted on one surface side. In short, the package body 134 is formed of ceramics whose base 134a is an insulating material, and each pad Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel1 of the infrared sensor 100 is formed on a part of the wiring pattern formed on one surface side of the base 134a. Vsel8, Vrefin, Vsu, Vzd and the above-described pads of the IC element 120 are appropriately connected via bonding wires. The infrared sensor 100 and the IC element 120 are electrically connected via a bonding wire or the like. As each bonding wire, it is preferable to use an Au wire having higher corrosion resistance than an Al wire.
　本実施形態では、パッケージ本体１３４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１３４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、アルミナを採用すれば、窒化アルミニウムや炭化珪素などを採用する場合に比べて、上記絶縁材料の熱伝導率が小さく、ＩＣ素子１２０やパッケージ１３３の外部からの熱に起因した赤外線センサ１００の温度上昇を抑制できる。 In the present embodiment, ceramics is used as the insulating material of the package body 134, so that the moisture resistance and heat resistance of the package body 134 are improved as compared with the case where an organic material such as an epoxy resin is used as the insulating material. be able to. Here, if alumina is used as the ceramic of the insulating material, the thermal conductivity of the insulating material is small compared to the case of using aluminum nitride, silicon carbide, or the like, and heat from the outside of the IC element 120 or the package 133 is reduced. The temperature rise of the infrared sensor 100 resulting from the can be suppressed.
　また、パッケージ本体１３４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１３４ａの他表面と側面とに跨って形成されている。しかして、本実施形態の温度センサでは、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。 In the package body 134, an external connection electrode (not shown) constituted by a part of the wiring pattern described above is formed across the other surface and side surface of the base body 134a. Thus, in the temperature sensor according to the present embodiment, after the secondary mounting on the circuit board or the like, it is possible to easily inspect the appearance of the joint portion with the circuit board or the like.
　また、赤外線センサ１００は、パッケージ本体１３４に対して、第１のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる複数の接合部１１５を介して実装されている。また、ＩＣ素子１２０は、パッケージ本体１３４に対して、第２のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる接合部１１８を介して実装されている。各ダイボンド剤としては、低融点ガラスや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、各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。 Also, the infrared sensor 100 is mounted on the package body 134 via a plurality of joints 115 made of a first die bond agent (for example, silicone resin). In addition, the IC element 120 is mounted on the package body 134 via a joint 118 made of a second die bond agent (for example, silicone resin). As each die-bonding agent, an insulating adhesive such as low melting glass, epoxy resin, or silicone resin, or conductive adhesive such as solder (lead-free solder, Au—Sn solder, etc.) or silver paste may be used. Further, without using each die bonding agent, for example, bonding may be performed by a room temperature bonding method or a eutectic bonding method using Au—Sn eutectic or Au—Si eutectic.
　上述の温度センサは、赤外線センサ１００が複数の接合部１１５を介してパッケージ本体１３４に実装されているので、赤外線センサ１００の裏面の全体が接合部１１５を介してパッケージ本体１３４に接合される場合に比べて、赤外線センサ１００とパッケージ本体１３４との間の空間１１６が断熱部として機能することと、接合部１１５の断面積の低減とにより、パッケージ本体１３４から赤外線センサ１００へ熱が伝達しにくくなる。 In the above-described temperature sensor, since the infrared sensor 100 is mounted on the package body 134 via the plurality of joints 115, the entire back surface of the infrared sensor 100 is joined to the package body 134 via the joints 115. Compared to the above, the space 116 between the infrared sensor 100 and the package main body 134 functions as a heat insulating portion, and the cross-sectional area of the joint 115 is reduced, so that heat is not easily transmitted from the package main body 134 to the infrared sensor 100. Become.
　この接合部１１５の数は、特に限定するものではないが、赤外線センサ１００の外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）の場合には、例えば、３つが好ましい。この場合には、赤外線センサ１００の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所に設けることにより、パッケージ本体１３４への実装時などの温度変化に起因したパッケージ本体１３４の変形が赤外線センサ１００の傾きとして伝わるから、赤外線センサ１００が変形するのを抑制することができ、赤外線センサ１００に生じる応力を低減することが可能となる。なお、本実施形態では、赤外線センサ１００の外周形状が例えば正方形状の場合、赤外線センサ１００の外周の１辺の両端の２箇所と、当該１辺に平行な辺の１箇所との３箇所に頂点を有する仮想三角形を規定しているが、仮想三角形の頂点の位置は、赤外線センサ１００の外周形状、赤外線センサ１００の各パッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８，Ｖｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８，Ｖｒｅｆｉｎ，Ｖｓｕ，Ｖｚｄへのワイヤボンディング時の接合信頼性（言い換えれば、赤外線センサ１００の各パッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８，Ｖｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８，Ｖｒｅｆｉｎ，Ｖｓｕ，Ｖｚｄの位置）を考慮して規定することが好ましい。接合部１１５には、赤外線センサ１００とパッケージ本体１３４との距離を規定するスペーサを混入させてもよく、このようなスペーサを混入させておけば、温度センサの製品間での赤外線センサ１００とパッケージ本体１３４との間の熱絶縁性能のばらつきを低減可能となる。ただし、赤外線センサ１００の裏面全体を、接合部１１５を介してパッケージ本体１３４に接合してもよい。 The number of the joints 115 is not particularly limited, but when the outer peripheral shape of the infrared sensor 100 is rectangular (square or rectangular), for example, three is preferable. In this case, by providing at three locations corresponding to the three vertices of the virtual triangle defined based on the outer peripheral shape of the infrared sensor 100, the package main body 134 caused by temperature changes such as when mounted on the package main body 134 is provided. Since the deformation is transmitted as the inclination of the infrared sensor 100, the infrared sensor 100 can be prevented from being deformed, and the stress generated in the infrared sensor 100 can be reduced. In the present embodiment, when the outer peripheral shape of the infrared sensor 100 is, for example, a square shape, there are two locations on both ends of one side of the outer periphery of the infrared sensor 100 and one location on a side parallel to the one side. A virtual triangle having vertices is defined. The positions of the vertices of the virtual triangle are the outer peripheral shape of the infrared sensor 100 and wire bonding to the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, and Vzd of the infrared sensor 100. It is preferable to define in consideration of the bonding reliability at the time (in other words, the positions of the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, Vzd) of the infrared sensor 100. A spacer that defines the distance between the infrared sensor 100 and the package body 134 may be mixed in the joint portion 115. If such a spacer is mixed, the infrared sensor 100 and the package between the temperature sensor products are mixed. Variations in thermal insulation performance with the main body 134 can be reduced. However, the entire back surface of the infrared sensor 100 may be bonded to the package body 134 via the bonding portion 115.
　また、ＩＣ素子１２０は、外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）であり、裏面全体が接合部１１８を介してパッケージ本体１３４に接合されている。 Further, the IC element 120 has a rectangular outer shape (square shape or rectangular shape), and the entire back surface is bonded to the package body 134 via the bonding portion 118.
　パッケージ蓋１３５は、パッケージ本体１３４側の一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ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に接合された赤外線透過部材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１３４により閉塞される形でパッケージ本体１３４に気密的に接合されている。ここで、パッケージ本体１３４の上記一表面の周部には、パッケージ本体１３４の外周形状に沿った枠状の金属パターン１４７（図２参照）が全周に亘って形成されている。そして、パッケージ１３３は、パッケージ蓋１３５とパッケージ本体１３４の金属パターン１４７とが、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１３５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１３４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。 The package lid 135 is formed in a box shape in which one surface on the package body 134 side is opened, and a metal cap 152 in which an opening window 152a is formed at a portion corresponding to the infrared sensor 100, and the opening window 152a of the metal cap 152 is closed. The infrared ray transmitting member 153 is joined to the metal cap 152 in a form, and the one surface of the metal cap 152 is hermetically joined to the package body 134 so as to be closed by the package body 134. Here, a frame-shaped metal pattern 147 (see FIG. 2) along the outer peripheral shape of the package main body 134 is formed on the entire periphery of the one surface of the package main body 134. In the package 133, the package lid 135 and the metal pattern 147 of the package body 134 are metal-bonded by seam welding (resistance welding method), so that the airtightness and the electromagnetic shielding effect can be enhanced. Note that the metal cap 152 of the package lid 135 is formed of Kovar and is plated with Ni. Further, the metal pattern 147 of the package body 134 is formed by Kovar, plated with Ni, and further plated with Au.
　パッケージ蓋１３５とパッケージ本体１３４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１３５とパッケージ本体１３４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１３３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。 The joining method of the package lid 135 and the metal pattern 147 of the package body 134 is not limited to seam welding, and may be joined by other welding (for example, spot welding) or conductive resin. Here, 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 135 and the package main body are heated and pressed during bonding. Since the thickness of the joint with 134 can be reduced, it is possible to prevent moisture and gas (for example, water vapor, oxygen, etc.) from entering the package 133 from the outside. Further, a conductive resin in which a desiccant such as barium oxide or calcium oxide is mixed may be used.
　なお、パッケージ本体１３４およびパッケージ蓋１３５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１３５のメタルキャップ１５２は、パッケージ本体１３４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１３４と接合されている。 In addition, although the outer peripheral shape of the package main body 134 and the package lid 135 is a rectangular shape, it is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, for example. Further, the metal cap 152 of the package lid 135 includes a flange portion 152b extending outward from the edge on the package body 134 side over the entire circumference, and the flange portion 152b extends over the entire periphery. 134.
　赤外線透過部材１５３を構成するレンズは、平凸型の非球面レンズである。しかして、本実施形態の温度センサでは、赤外線透過部材１５３の薄型化を図りながらも、赤外線センサ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、本実施形態の温度センサでは、赤外線センサ１００の検知エリアを赤外線透過部材１５３により設定することが可能となる。赤外線透過部材１５３は、赤外線センサ１００の半導体基板１とは別の半導体基板（半導体ウェハ）を用いて形成されている。なお、この種の非球面レンズからなるレンズは、例えば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法（例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報など参照）により形成することができる。 The lens constituting the infrared transmitting member 153 is a plano-convex aspherical lens. Therefore, in the temperature sensor of the present embodiment, it is possible to increase the sensitivity by improving the infrared light receiving efficiency of the infrared sensor 100 while reducing the thickness of the infrared transmitting member 153. In the temperature sensor of this embodiment, the detection area of the infrared sensor 100 can be set by the infrared transmission member 153. The infrared transmitting member 153 is formed using a semiconductor substrate (semiconductor wafer) different from the semiconductor substrate 1 of the infrared sensor 100. In addition, the lens which consists of this kind of aspherical lens can be formed by the manufacturing method (For example, refer patent-patent 397055 gazette, patent 397056 gazette etc.) which applied the anodic oxidation technique, for example.
　本実施形態では、赤外線センサ１００の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズにより構成される赤外線透過部材１５３により設定することができ、また、レンズとして、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１３３の薄型化を図れる。本実施形態の温度センサは、物体４００として、人体を想定しているので、赤外線センサ１００の検知対象の赤外線としては、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いる。なお、物体４００は、人体に限定するものではなく、赤外線センサ１００での検知対象の赤外線の波長も、特に限定するものではない。 In the present embodiment, the detection area of the infrared sensor 100 can be set by the infrared transmitting member 153 configured by the lens made of the above-described semiconductor lens, and the lens has a shorter focal point and an aperture diameter than the spherical lens. Since a semiconductor lens having a large aberration can be employed, the package 133 can be thinned by reducing the focal length. Since the temperature sensor according to the present embodiment assumes a human body as the object 400, the infrared ray to be detected by the infrared sensor 100 is assumed to be an infrared ray having a wavelength band of about 10 μm (8 μm to 13 μm) emitted from the human body. is doing. The object 400 is not limited to a human body, and the wavelength of infrared rays to be detected by the infrared sensor 100 is not particularly limited.
　また、赤外線透過部材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１５８により固着されている。本実施形態では、接合部１５８の材料として導電性接着剤を採用することにより、赤外線透過部材１５３が、接合部１５８およびメタルキャップ１５２を介してパッケージ本体１３４の電磁シールド層１４４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。 Further, the infrared transmitting member 153 is fixed to the peripheral portion of the opening 152a in the metal cap 152 by a joint portion 158 made of a conductive adhesive (for example, lead-free solder, silver paste, etc.). In the present embodiment, by using a conductive adhesive as the material of the joint portion 158, the infrared transmitting member 153 is electrically connected to the electromagnetic shield layer 144 of the package body 134 via the joint portion 158 and the metal cap 152. Therefore, the shielding property against electromagnetic noise can be improved, and the S / N ratio can be prevented from being lowered due to external electromagnetic noise.
　上述の赤外線透過部材１５３には、赤外線センサ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。 The infrared transmitting member 153 includes an optical multilayer film (multilayer interference filter film) that transmits infrared rays in a desired wavelength range including the wavelength of infrared rays to be detected by the infrared sensor 100 and reflects infrared rays 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 infrared rays and visible light in an unnecessary wavelength range other than the desired wavelength range by the filter part, and it is possible to suppress the generation of noise due to sunlight, High sensitivity can be achieved.
　また、本実施形態では、パッケージ本体１３４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１３４への赤外線センサ１００およびＩＣ素子１２０の実装が容易になるとともに、パッケージ本体１３４の低コスト化が可能となる。また、パッケージ本体１３４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１３４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１３４の内底面に赤外線センサ１００を実装する場合に比べて、パッケージ本体１３４の上記一表面側に配置される赤外線センサ１００と赤外線透過部材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。なお、以下では、パッケージ本体１３４において、赤外線センサ１００を実装する領域を第１の領域１４０、ＩＣ素子１２０を実装する領域を第２の領域１４２と称する。 In this embodiment, since the package body 134 is formed in a flat plate shape, the infrared sensor 100 and the IC element 120 can be easily mounted on the package body 134, and the cost of the package body 134 can be reduced. Become. Further, since the package body 134 is formed in a flat plate shape, the package body 134 is formed of a multilayer ceramic substrate in a box shape with one surface open, and the infrared sensor 100 is mounted on the inner bottom surface of the package body 134. Compared with the case where it does, the precision of the distance between the infrared sensor 100 arrange | positioned at the said one surface side of the package main body 134 and the infrared rays transmissive member 153 can be improved, and much higher sensitivity can be achieved. In the following description, in the package body 134, a region where the infrared sensor 100 is mounted is referred to as a first region 140, and a region where the IC element 120 is mounted is referred to as a second region 142.
　本実施形態の温度センサでは、パッケージ本体１３４において、第１の領域１４０に比べて、第２の領域１４２の厚みを薄くしてある。ここで、パッケージ本体１３４の第２の領域１４２は、基体１３４ａの上記一表面に凹部１３４ｂを設けることにより、第１の領域１４０よりも厚みを薄くしてある。また、パッケージ本体１３４の第２の領域１４２では、電磁シールド層１４４が露出している。 In the temperature sensor of the present embodiment, the thickness of the second region 142 is made thinner in the package body 134 than in the first region 140. Here, the second region 142 of the package body 134 is made thinner than the first region 140 by providing a recess 134b on the one surface of the base body 134a. Further, the electromagnetic shield layer 144 is exposed in the second region 142 of the package body 134.
　また、パッケージ本体１３４の第２の領域１４２では、金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数のビア（サーマルビア）１４５が基体１３４ａの厚み方向に貫設されており、各ビア１４５が電磁シールド層１４４と接して熱結合されている。 Further, in the second region 142 of the package body 134, a plurality of vias (thermal vias) 145 made of a metal material (for example, Cu) are provided in the thickness direction of the base body 134a, and each via 145 is an electromagnetic shield. It is thermally bonded in contact with layer 144.
　ここで、ＩＣ素子１２０は、第２の領域１４２において電磁シールド層１４４に接合部１１８を介して実装されている。しかして、ＩＣ素子１２０で発生した熱を電磁シールド層１４４におけるＩＣ素子１２０の直下の部位およびビア１４５を通してパッケージ１３３の外側へ効率良く放熱させることが可能となり、ＩＣ素子１２０の熱が赤外線センサ１００に与える影響を低減することが可能となる。 Here, the IC element 120 is mounted on the electromagnetic shield layer 144 via the joint 118 in the second region 142. Accordingly, it is possible to efficiently dissipate heat generated in the IC element 120 to the outside of the package 133 through the portion immediately below the IC element 120 and the via 145 in the electromagnetic shield layer 144, and the heat of the IC element 120 is transferred to the infrared sensor 100. It is possible to reduce the influence on the image.
　ところで、第１のパッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８の電位をＶｏｕｔ、第２のパッドＶｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８の電位をＶｓ、第３のパッドＶｃｈの電位をＶｗｅｌｌ、第４のパッドＶｒｅｆｉｎの電位をＶｒｅｆ、感温部３０の出力電圧をＶｏとすれば、ＩＣ素子１２０において赤外線センサ１００を制御する制御回路１２６は、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶｓｅｌ1～Ｖｓｅｌ8の電位ＶｓをＶｏｎ、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオフ状態とする際の第２のパッド１０２の電位ＶｓをＶｏｆｆとし、第２のパッドＶｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８の電位ＶｓをＶｏｎとしたときに、ＶｒｅｆとＶｗｅｌｌとの電位差に起因して第４のパッドＶｒｅｆｉｎ－感温部３０－ソース領域４４－ウェル領域（チャネル形成用領域）４１－第３のパッドＶｃｈを通る経路で流れるリーク電流が、Ａ／Ｄ変換回路１２３における入力値（入力電圧）の分解能を感温部３０の抵抗値と第１の増幅回路１２２ａの増幅率との積により除した値以下となるように予め設定されたＶｗｅｌｌ、Ｖｒｅｆの条件で赤外線センサ１００を制御する。 By the way, the potential of the first pads Vout1 to Vout8 is Vout, the potential of the second pads Vsel1 to Vsel8 is Vs, the potential of the third pad Vch is Vwell, the potential of the fourth pad Vrefin is Vref, and the temperature sensing unit 30. Is set to Vo, the control circuit 126 for controlling the infrared sensor 100 in the IC element 120 is configured to turn on the a (eight) MOS transistors 4 connected to the second wiring 102. The potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 is Von, and the potential Vs of the second pad 102 when the a (eight) MOS transistors 4 connected to the second wiring 102 are turned off is Voff. When the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 is Von, the fourth difference is caused by the potential difference between Vref and Vwell. The leakage current flowing through the path passing through the pad Vrefin—the temperature sensing portion 30—the source region 44—the well region (channel forming region) 41—the third pad Vch is the input value (input voltage) of the A / D conversion circuit 123. The infrared sensor 100 is controlled under conditions of Vwell and Vref that are set in advance so that the resolution is equal to or less than the value obtained by dividing the resistance value of the temperature sensing unit 30 by the product of the amplification factor of the first amplifier circuit 122a.
　したがって、本実施形態の温度センサでは、例えば、制御回路１２６が、第４のパッドＶｒｅｆｉｎの電位Ｖｒｅｆを１．２Ｖ、第３のパッドＶｃｈの電位Ｖｗｅｌｌを１．２Ｖ、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８の電位ＶｓであるＶｏｎを５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、第１のパッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８から画素部２の出力電圧（Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ＋Ｖｏ）を読み出すことが可能となり、画素部２の出力電圧に、上述のリーク電流と感温部３０の抵抗値との積により決まるオフセット電圧が生じるのを抑制することが可能となる。要するに、本実施形態の温度センサでは、オフセット電圧と第１の増幅回路１２２ａの増幅率との積を、Ａ／Ｄ変換回路１２３における入力値の分解能よりも小さくすることが可能となり、物体４００の温度の検出精度を向上させることが可能となる。また、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオフ状態とする際の第２のパッドＶｓｅｌ１～Ｖｓｅｌ８の電位ＶｓであるＶｏｆｆを０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、第１のパッドＶｏｕｔ１～Ｖｏｕｔ８から画素部２の出力電圧は読み出されない。 Therefore, in the temperature sensor of this embodiment, for example, the control circuit 126 connects the potential Vref of the fourth pad Vrefin to 1.2 V, the potential Vwell of the third pad Vch to 1.2 V, and is connected to the second wiring 102. When Von, which is the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 when the a (eight) MOS transistors 4 are turned on, is 5 V, the MOS transistor 4 is turned on and the first pad Vout1 The output voltage (Vout = Vref + Vo) of the pixel unit 2 can be read from ~ Vout8, and an offset voltage determined by the product of the leakage current and the resistance value of the temperature sensing unit 30 is generated in the output voltage of the pixel unit 2. Can be suppressed. In short, in the temperature sensor of this embodiment, the product of the offset voltage and the amplification factor of the first amplification circuit 122a can be made smaller than the resolution of the input value in the A / D conversion circuit 123, and the object 400 It becomes possible to improve the temperature detection accuracy. Further, if Voff which is the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 when the a (eight) MOS transistors 4 connected to the second wiring 102 are turned off is set to 0V, the MOS transistor 4 Is turned off, and the output voltage of the pixel portion 2 is not read from the first pads Vout1 to Vout8.
　本実施形態の温度センサでは、制御回路１２６が、Ｖｒｅｆ＝Ｖｗｅｌｌとすることが好ましく、これにより、上述のリーク電流を略ゼロとして、オフセット電圧を略ゼロとすることが可能となり、物体４００の温度の検出精度を向上させることが可能となる。 In the temperature sensor of the present embodiment, it is preferable that the control circuit 126 sets Vref = Vwell, so that the above-described leakage current can be made substantially zero and the offset voltage can be made substantially zero. Detection accuracy can be improved.
　また、本実施形態の温度センサでは、ＭＯＳトランジスタ４がｎＭＯＳトランジスタの場合、チャネル形成用領域であるウェル領域４１とソース領域４４とで構成される第１の寄生ダイオードおよびウェル領域４１とドレイン領域４３とで構成される第２の寄生ダイオードのしきい値電圧をＶｔとすれば、制御回路１２６が、－Ｖｔ＜｛Ｖｗｅｌｌ－（Ｖｒｅｆ＋Ｖｏ）｝＜Ｖｔの関係を満たすように設定されたＶｒｅｆ、Ｖｗｅｌｌの条件で赤外線センサ１００を制御すれば、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。すなわち、本実施形態の温度センサでは、ＭＯＳトランジスタ４がオンのときに、チャネル形成用領域であるウェル領域４１を通るリーク電流が流れるのを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。 In the temperature sensor of the present embodiment, when the MOS transistor 4 is an nMOS transistor, the first parasitic diode composed of the well region 41 and the source region 44, which are channel forming regions, and the well region 41 and the drain region 43. If the threshold voltage of the second parasitic diode constituted by Vt is Vt, the control circuit 126 has Vref and Vwell set to satisfy the relationship of −Vt <{Vwell− (Vref + Vo)} <Vt. If the infrared sensor 100 is controlled under these conditions, it is possible to suppress the leakage current from flowing through the first parasitic diode and the second parasitic diode, and to improve the S / N ratio. That is, in the temperature sensor of this embodiment, when the MOS transistor 4 is on, it is possible to suppress the leakage current flowing through the well region 41 that is the channel formation region, and the S / N ratio can be improved. .
　また、温度センサにおいて、ＭＯＳトランジスタ４がｐＭＯＳトランジスタの場合には、制御回路１２６が、－Ｖｔ＜｛（Ｖｒｅｆ＋Ｖｏ）－Ｖｗｅｌｌ｝＜Ｖｔの関係を満たすように設定されたＶｒｅｆ、Ｖｗｅｌｌの条件で赤外線センサ１００を制御すれば、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。 Further, in the temperature sensor, when the MOS transistor 4 is a pMOS transistor, the control circuit 126 performs infrared rays under the conditions of Vref and Vwell set so as to satisfy the relationship of −Vt <{(Vref + Vo) −Vwell} <Vt. By controlling the sensor 100, it is possible to suppress the leakage current from flowing through the first parasitic diode and the second parasitic diode, and to improve the S / N ratio.
　本実施形態では、半導体基板１として、第２導電形のシリコン基板を用いており、Ｖｔが０．６Ｖ～０．７Ｖ程度となる。なお、半導体基板１は、シリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板を用いてもよく、この場合には、Ｖｔが０．２Ｖ～０．３Ｖ程度となる。 In the present embodiment, a silicon substrate of the second conductivity type is used as the semiconductor substrate 1, and Vt is about 0.6V to 0.7V. The semiconductor substrate 1 is not limited to a silicon substrate, and may be a germanium substrate, for example. In this case, Vt is about 0.2V to 0.3V.
　また、本実施形態の温度センサは、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止するために各第２の配線１０２それぞれにカソード（カソード電極８４ａ）が接続された複数のツェナダイオードＺＤを備えているので、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止することができ、ゲート絶縁膜４５の絶縁破壊を防止することが可能となる。 In the temperature sensor of this embodiment, each second wiring 102 has a cathode (cathode electrode 84a) to prevent an overvoltage from being applied between the gate electrode 46 and the source electrode 48 of each MOS transistor 4. Since the plurality of Zener diodes ZD connected are provided, it is possible to prevent an overvoltage from being applied between the gate electrode 46 and the source electrode 48 of each MOS transistor 4 and to prevent dielectric breakdown of the gate insulating film 45. It becomes possible to do.
　また、本実施形態の温度センサは、上述のツェナダイオードＺＤが、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形の第１拡散領域８１内に第２導電形の第２拡散領域８２が形成されたものであり、各ツェナダイオードＺＤの第１拡散領域８１が共通接続された第５のパッドＶｚｄを備え、第５のパッドＶｚｄの電位をＶｈｏｇｏとするとき、制御回路１２６が、ＶｈｏｇｏとＶｗｅｌｌとを異ならせるので、ＭＯＳトランジスタ４のゲート絶縁膜４５を保護しつつＳ／Ｎ比の向上を図れる。ここで、制御回路１２６は、例えば、上述のように、第３のパッドＶｃｈの電位Ｖｗｅｌｌを１．２Ｖとする場合、第５のパッドＶｚｄの電位Ｖｈｏｇｏを０Ｖとする。 In the temperature sensor of the present embodiment, the above-described Zener diode ZD is provided in the second diffusion region of the second conductivity type in the first diffusion region 81 of the first conductivity type formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1. 82, and includes a fifth pad Vzd to which the first diffusion regions 81 of the respective Zener diodes ZD are commonly connected. When the potential of the fifth pad Vzd is set to Vhogo, the control circuit 126 Since Vhogo is different from Vwell, the S / N ratio can be improved while protecting the gate insulating film 45 of the MOS transistor 4. Here, for example, as described above, when the potential Vwell of the third pad Vch is set to 1.2 V, the control circuit 126 sets the potential Vhogo of the fifth pad Vzd to 0 V.
　また、温度センサは、赤外線センサ１００において、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶｓｕを備えており、第６のパッドＶｓｕの電位をＶｓｕｂとするとき、制御回路１２６が、Ｖｗｅｌｌ＝Ｖｓｕｂとする。すなわち、制御回路１２６は、例えば、上述のように、第３のパッドＶｃｈの電位Ｖｗｅｌｌを１．２Ｖとする場合、第６のパッドＶｓｕの電位Ｖｓｕｂを１．２Ｖとする。なお、図５の等価回路図には、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３、第１拡散領域８１と半導体基板１とで構成される第４の寄生ダイオードＤ４も記載してある。 The temperature sensor includes a sixth substrate bias Vsu for substrate bias to which the semiconductor substrate 1 is connected in the infrared sensor 100. When the potential of the sixth pad Vsu is Vsub, the control circuit 126 Let Vwell = Vsub. That is, for example, as described above, when the potential Vwell of the third pad Vch is 1.2 V, the control circuit 126 sets the potential Vsub of the sixth pad Vsu to 1.2 V. In the equivalent circuit diagram of FIG. 5, a third parasitic diode D3 composed of the well region 41 and the semiconductor substrate 1 and a fourth parasitic diode D4 composed of the first diffusion region 81 and the semiconductor substrate 1 are shown. Is also described.
　また、本実施形態の温度センサでは、半導体基板１の導電形が第２導電形であり、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶｓｕを備え、第６のパッドＶｓｕの電位をＶｓｕｂとするとき、制御回路１２６が、第３のパッドＶｃｈの電位Ｖｗｅｌｌと第６のパッドＶｓｕの電位Ｖｓｕｂとを等しくする、すなわち、Ｖｗｅｌｌ＝Ｖｓｕｂとするので、チャネル形成用領域であるウェル領域４１と半導体基板１との電位差をなくすことが可能となり、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３（図５参照）にリーク電流が流れるのを抑制することが可能となる。この場合、赤外線センサ１００において、第４のパッドＶｒｅｆｉｎと第３のパッドＶｃｈと第６のパッドＶｓｕとを１個に共通化すれば、パッド数の低減を図れるとともに、制御回路１２６の回路構成の簡略化を図れる。 Further, in the temperature sensor of the present embodiment, the conductivity type of the semiconductor substrate 1 is the second conductivity type, and includes the sixth pad Vsu for substrate bias to which the semiconductor substrate 1 is connected, and the potential of the sixth pad Vsu. Is set to Vsub, the control circuit 126 equalizes the potential Vwell of the third pad Vch and the potential Vsub of the sixth pad Vsub, that is, Vwell = Vsub, so that the well region which is a channel formation region The potential difference between the semiconductor substrate 1 and the semiconductor substrate 1 can be eliminated, and the leakage current can be suppressed from flowing through the third parasitic diode D3 (see FIG. 5) composed of the well region 41 and the semiconductor substrate 1. It becomes. In this case, in the infrared sensor 100, if the fourth pad Vrefin, the third pad Vch, and the sixth pad Vsu are shared, the number of pads can be reduced and the circuit configuration of the control circuit 126 can be reduced. Simplification can be achieved.
　また、本実施形態の温度センサは、半導体基板１の導電形が第２導電形であって、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形であり、制御回路１２６が、Ｖｈｏｇｏ≦Ｖｏｆｆ、且つ、Ｖｈｏｇｏ≦Ｖｓｕｂとすることにより、ツェナダイオードＺＤのリーク電流を抑制することができる。 Further, in the temperature sensor of the present embodiment, the conductivity type of the semiconductor substrate 1 is the second conductivity type, the first conductivity type is the p-type, and the second conductivity type is the n-type, and the control circuit 126 has Vhogo ≦ By setting Voff and Vhogo ≦ Vsub, the leakage current of the Zener diode ZD can be suppressed.
　また、本実施形態の温度センサについて、ここまでは、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形である一例（この一例では、ＭＯＳトランジスタ４は、ｎＭＯＳトランジスタである）について説明したが、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形でもよく、この場合（この場合、ＭＯＳトランジスタ４は、ｐＭＯＳトランジスタである）、制御回路１２６が、Ｖｈｏｇｏ≧Ｖｏｆｆ、且つ、Ｖｈｏｇｏ≦Ｖｓｕｂとすることにより、ツェナダイオードＺＤのリーク電流を抑制することができる。 In the temperature sensor of the present embodiment, the example in which the first conductivity type is the p-type and the second conductivity type is the n-type (in this example, the MOS transistor 4 is an nMOS transistor) has been described so far. However, the first conductivity type may be n-type, and the second conductivity type may be p-type. In this case (in this case, the MOS transistor 4 is a pMOS transistor), the control circuit 126 has Vhogo ≧ Voff and Vhogo ≦ By setting Vsub, leakage current of the Zener diode ZD can be suppressed.
　要するに、半導体基板１の導電形は、ｎ形に限らず、例えば、図３５～３７に示すようにｐ形でもよい。図３５は、ｐ形の半導体基板１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ+）とする例である。また、図３６は、ｐ形の半導体基板１に形成したｐ形（ｐ+）のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ+）とする例である。また、図３７は、ｐ形の半導体基板１に形成したｎ形のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｐ形（ｐ+）とする例である。 In short, the conductivity type of the semiconductor substrate 1 is not limited to n-type, but may be p-type as shown in FIGS. 35 to 37, for example. FIG. 35 shows an example in which the p-type semiconductor substrate 1 constitutes a channel formation region, and the conductivity type of the drain region 43 and the source region 44 is n-type (n + ). In FIG. 36, a p-type (p + ) well region 41 formed in the p-type semiconductor substrate 1 constitutes a channel formation region, and the conductivity type of the drain region 43 and the source region 44 is n-type (n + ). FIG. 37 shows an example in which the n-type well region 41 formed in the p-type semiconductor substrate 1 constitutes a channel formation region, and the conductivity type of the drain region 43 and the source region 44 is p-type (p + ). It is.
　以下、ＩＣ素子１２０の演算部１２４において物体４００の温度を演算する演算式について説明する。 Hereinafter, a calculation formula for calculating the temperature of the object 400 in the calculation unit 124 of the IC element 120 will be described.
　物体４００から放射される電磁波（主に赤外線）のエネルギ密度は、ステファン－ボルツマンの法則によれば、電磁波のエネルギ密度をＰ0［Ｗ／ｍ2］、物体４００の放射率をε0、物体４００の絶対温度をＴｏ［Ｋ］、ステファン－ボルツマン定数をσ［Ｗ／（ｍ2・Ｋ4）］とするとき、次式（３）で表される。 According to the Stefan-Boltzmann law, the energy density of electromagnetic waves (mainly infrared rays) radiated from the object 400 is P 0 [W / m 2 ], the emissivity of the object 400 is ε 0 , When the absolute temperature of 400 is To [K] and the Stefan-Boltzmann constant is σ [W / (m 2 · K 4 )], it is expressed by the following equation (3).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　しかしながら、物体４００から放射された赤外線は、赤外線センサ１００に到達するまでに大気中の水蒸気や二酸化炭素などによって吸収され減衰し、しかも、吸収率が波長により異なる。また、赤外線センサ１００の前方に赤外線透過部材１５３が配置されているので、物体４００から放射された赤外線は、赤外線透過部材１５３での反射や吸収などによっても減衰する。 However, the infrared rays radiated from the object 400 are absorbed and attenuated by water vapor, carbon dioxide, etc. in the atmosphere before reaching the infrared sensor 100, and the absorptance varies depending on the wavelength. In addition, since the infrared transmitting member 153 is disposed in front of the infrared sensor 100, the infrared light emitted from the object 400 is attenuated by reflection or absorption by the infrared transmitting member 153.
　したがって、物体４００から放射される電磁波のエネルギ密度をステファン－ボルツマンの法則に従って表し、この電磁波のエネルギ密度を赤外線センサ１００の吸収エネルギ密度と仮定した場合には、赤外線センサ１００の吸収エネルギ密度の誤差が大きくなってしまう。 Therefore, when the energy density of the electromagnetic wave radiated from the object 400 is expressed according to the Stefan-Boltzmann law and the energy density of the electromagnetic wave is assumed to be the absorbed energy density of the infrared sensor 100, an error in the absorbed energy density of the infrared sensor 100 is assumed. Will become bigger.
　そこで、本願発明者らは、赤外線センサ１００の吸収エネルギ密度を導出するにあたって、まず、物体４００から放射される電磁波のエネルギ密度について、プランクの放射則により表すことを考えた。 Therefore, when deriving the absorption energy density of the infrared sensor 100, the inventors of the present application first considered expressing the energy density of the electromagnetic wave radiated from the object 400 by Planck's radiation law.
　物体４００から放射される電磁波のエネルギ密度は、プランクの放射則によれば、電磁波のエネルギ密度をＷ（λ）［Ｗ／ｍ2］、プランク定数をｈ［Ｊ・ｓ］、光束をｃ［ｍ／ｓ］、波長をλ［ｍ］、ボルツマン定数をｋ［Ｊ／Ｋ］、物体４００の絶対温度をＴｏ［Ｋ］、物体４００の放射率をη0とするとき、次式（４）で表される。 According to Planck's radiation law, the energy density of the electromagnetic wave emitted from the object 400 is W (λ) [W / m 2 ], the Planck constant is h [J · s], and the luminous flux is c [ m / s], wavelength λ [m], Boltzmann constant k [J / K], object 400 absolute temperature To [K], and object 400 emissivity η 0 , It is represented by
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　ここで、物体４００から放射され赤外線センサ１００に吸収される電磁波（主に赤外線）のエネルギ密度（吸収エネルギ密度）は、吸収エネルギ密度をＰ１［Ｗ／ｍ2］、波長をλ［ｍ］、赤外線センサ１００の吸収率をεs（λ）、大気の波長別の透過率をηair（λ）、赤外線透過部材１５３の波長別の透過率をηtra（λ）、赤外線透過部材１５３であるレンズの明るさをＦとするとき、次式（５）で表される。 Here, the energy density (absorption energy density) of electromagnetic waves (mainly infrared rays) radiated from the object 400 and absorbed by the infrared sensor 100 is P1 [W / m 2 ] for the absorption energy density, λ [m] for the wavelength, The infrared sensor 100 has an absorptance ε s (λ), an atmospheric wavelength transmittance η air (λ), an infrared transmissive member 153 wavelength η tra (λ), and an infrared transmissive member 153. When the brightness of the lens is F, it is expressed by the following equation (5).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　一方、赤外線センサ１００からは、赤外線センサ１００の温度に応じた電磁波（主に、赤外線）が放射される。赤外線センサ１００から放射される電磁波については、大気や赤外線透過部材１５３での吸収を考慮する必要がない。そこで、赤外線センサ１００から放射される電磁波のエネルギ密度（放射エネルギ密度）については、ステファン－ボルツマンの法則により表すことを考えた。 On the other hand, electromagnetic waves (mainly infrared rays) corresponding to the temperature of the infrared sensor 100 are radiated from the infrared sensor 100. For electromagnetic waves radiated from the infrared sensor 100, it is not necessary to consider the absorption by the atmosphere or the infrared transmitting member 153. Therefore, it was considered that the energy density (radiant energy density) of the electromagnetic wave radiated from the infrared sensor 100 is expressed by the Stefan-Boltzmann law.
　赤外線センサ１００の放射エネルギ密度は、ステファン－ボルツマンの法則によれば、放射エネルギ密度をＰ２［Ｗ／ｍ2］、赤外線センサ１００の放射率をεs、赤外線センサ１００の温度をＴｓ［Ｋ］、ステファン－ボルツマン定数をσ［Ｗ／（ｍ2・Ｋ4）］とするとき、次式（６）で表される。 According to the Stefan-Boltzmann law, the radiant energy density of the infrared sensor 100 is P2 [W / m 2 ], the emissivity of the infrared sensor 100 is ε s , and the temperature of the infrared sensor 100 is Ts [K]. When the Stefan-Boltzmann constant is σ [W / (m 2 · K 4 )], it is expressed by the following equation (6).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ここで、赤外線センサ１００におけるエネルギ収支（吸収エネルギと放射エネルギとの差分）は、赤外線センサ１００の吸収エネルギ密度と赤外線センサ１００の放射エネルギ密度との差分に比例するので、赤外線センサ１００におけるエネルギ収支をΔＱ［Ｗ］、赤外線センサ１００の面積をＡｓｅ［ｍ2］とすると、次式（７）で表される。 Here, the energy balance (difference between absorbed energy and radiant energy) in the infrared sensor 100 is proportional to the difference between the absorbed energy density of the infrared sensor 100 and the radiant energy density of the infrared sensor 100. Is ΔQ [W] and the area of the infrared sensor 100 is Ase [m 2 ], it is expressed by the following equation (7).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　なお、本実施形態における赤外線センサ１００では、赤外線の吸収、赤外線の放射が、ほとんど、上述の半導体基板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で行われるので、赤外線センサ１００の面積Ａｓｅの値を、第１の薄膜構造部３ａの面積の値とすればよい。また、赤外線センサ１００の放射率εsについては、赤外線センサ１００の第１の薄膜構造部３ａに関してＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）により測定した吸収率の値を用いればよい。 In the infrared sensor 100 according to the present embodiment, absorption of infrared rays and emission of infrared rays are mostly performed by the first thin film structure portion 3a that covers the cavity portion 11 in plan view on the one surface side of the semiconductor substrate 1 described above. Therefore, the value of the area Ase of the infrared sensor 100 may be set to the value of the area of the first thin film structure portion 3a. As the emissivity ε s of the infrared sensor 100, the value of the absorptivity measured by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) for the first thin film structure 3a of the infrared sensor 100 may be used.
　そして、赤外線センサ１００の出力電圧は、当該赤外線センサ１００のエネルギ収支に比例するので、赤外線センサ１００の出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、比例係数をＬとすると、次式（８）で表される。 Since the output voltage of the infrared sensor 100 is proportional to the energy balance of the infrared sensor 100, when the output voltage of the infrared sensor 100 is Vout [V] and the proportionality coefficient is L, it is expressed by the following equation (8). .
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
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　ここで、本願発明者らは、実験、シミュレーションなどを繰り返して行った結果、物体４００の温度Ｔｏおよび赤外線センサ１００の温度Ｔｓが、２５３Ｋ（－２０℃）～３７３Ｋ（１００℃）の範囲内であれば、上記式（８）を下記式（９）で示す２次方程式での近似により、９９％以上の相関係数が得られるという知見を得た。ただし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは係数である。 Here, as a result of repeating experiments and simulations, the inventors of the present application have found that the temperature To of the object 400 and the temperature Ts of the infrared sensor 100 are within a range of 253 K (−20 ° C.) to 373 K (100 ° C.). If it exists, the knowledge that 99% or more of a correlation coefficient is obtained by the approximation by the quadratic equation which shows the said Formula (8) by following formula (9) was acquired. However, A, B, C, D, E, and F are coefficients.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
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　上記式（９）において、係数Ｃと係数Ｆとを合わせて係数Ｇとすれば、上記式（９）は、下記式（１０）のように表すことができる。ただし、Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇは係数である。 In the above formula (9), if the coefficient C and the coefficient F are combined into a coefficient G, the above formula (9) can be expressed as the following formula (10). However, A, B, D, E, and G are coefficients.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
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　ここで、式（１０）について、物体４００の温度Ｔｏを未知数とすれば、解の公式により、物体４００の温度Ｔｏは、下記式（１１）のようになる。ただし、Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇは係数である。 Here, regarding the equation (10), if the temperature To of the object 400 is an unknown, the temperature To of the object 400 is expressed by the following equation (11) according to the solution formula. However, A, B, D, E, and G are coefficients.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
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　温度センサは、上述の演算部１２４において、式（１１）の演算式を用いて物体４００の温度Ｔｏを演算する。ここで、演算部１２４は、メモリ１２５に予め記憶された係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇの値（データ）と、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔおよびサーミスタ１１０により測定された赤外線センサ１００の温度Ｔｓとを利用して式（１１）の演算を行う。なお、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔは、第１の増幅回路１２２ａにて増幅されＡ／Ｄ変換回路１２３にてディジタル値に変換されて演算部１２４に入力される。また、赤外線センサ１００の温度Ｔｓは、当該温度Ｔｓに対応するサーミスタ１１０の出力電圧（すなわち、サーミスタ１１０の抵抗値）が第２の増幅回路１２２ｂにて増幅されＡ／Ｄ変換回路１２３にてディジタル値に変換されて演算部１２４に入力される。また、係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇの一例を下記表１に示す。 The temperature sensor calculates the temperature To of the object 400 using the calculation formula (11) in the calculation unit 124 described above. Here, the calculation unit 124 calculates the values (data) of the coefficients A, B, D, E, and G stored in advance in the memory 125, the output voltage Vout of the infrared sensor 100, and the infrared sensor 100 measured by the thermistor 110. The calculation of Expression (11) is performed using the temperature Ts. The output voltage Vout of the infrared sensor 100 is amplified by the first amplifier circuit 122a, converted into a digital value by the A / D conversion circuit 123, and input to the arithmetic unit 124. Further, the temperature Ts of the infrared sensor 100 is obtained by amplifying the output voltage of the thermistor 110 corresponding to the temperature Ts (that is, the resistance value of the thermistor 110) by the second amplifier circuit 122b, and digitalizing it by the A / D conversion circuit 123. It is converted into a value and input to the calculation unit 124. Table 1 below shows examples of the coefficients A, B, D, E, and G.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
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　以上述べたように、本実施形態の温度センサは、物体から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、熱エネルギに応じた出力電圧Ｖｏｕｔを出力する赤外線センサ１００と、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて物体４００の温度Ｔｏを演算する演算装置（ＩＣ素子）１２０と、を備える。演算装置１２０は、出力電圧Ｖｏｕｔを物体４００の温度Ｔｏに換算するための関数Ｆｕｎｃを記憶するメモリ（関数記憶部）１２５と、メモリ１２５に記憶された関数Ｆｕｎｃに出力電圧Ｖｏｕｔを代入して物体４００の温度Ｔｏを求める演算部１２４と、演算部１２４で求められた物体４００の温度Ｔｏを示す温度信号を出力する出力部１２７と、を備える。関数Ｆｕｎｃは、プランクの放射則に従って物体４００の温度Ｔｏに依存する値として表される赤外線センサ１００の吸収エネルギ密度（式（４）および式（５）参照）とステファン－ボルツマンの法則に従って赤外線センサ１００の温度Ｔｓに依存する値として表わされる赤外線センサ１００の放射エネルギ密度（式（６）参照）との差分に出力電圧Ｖｏｕｔが比例するという関係（式（８）参照）に基づいて予め作成された数式である。 As described above, the temperature sensor according to the present embodiment converts the thermal energy generated by infrared rays from an object into electrical energy and outputs the output voltage Vout corresponding to the thermal energy, and the output voltage Vout. And an arithmetic device (IC element) 120 that calculates the temperature To of the object 400 based on the above. The arithmetic unit 120 assigns the output voltage Vout to the function Func for storing the function Func for converting the output voltage Vout into the temperature To of the object 400, and the function Func stored in the memory 125 to substitute the object And an output unit 127 that outputs a temperature signal indicating the temperature To of the object 400 calculated by the calculation unit 124. The function Func is an infrared sensor according to the absorption energy density of the infrared sensor 100 (see equations (4) and (5)) expressed as a value depending on the temperature To of the object 400 according to Planck's radiation law and the Stefan-Boltzmann law. It is created in advance based on the relationship (see equation (8)) that the output voltage Vout is proportional to the difference from the radiant energy density (see equation (6)) of the infrared sensor 100 expressed as a value depending on the temperature Ts of 100. It is a mathematical formula.
　換言すれば、以上説明した本実施形態の温度センサは、物体４００から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換するサーモパイル３０ａにより構成される感温部（熱電変換部）３０を有する赤外線センサ１００と、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて物体４００の温度Ｔｏを演算する演算部１２４とを備え、演算部１２４は、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔが、プランクの放射則に従って表され物体４００の温度Ｔｏに依存する赤外線センサ１００の吸収エネルギ密度と、ステファン－ボルツマンの法則に従って表され赤外線センサ１００の温度Ｔｓに依存する赤外線センサ１００の放射エネルギ密度との差分に比例すると仮定して求められた演算式を用いて物体４００の温度Ｔｏを演算する。 In other words, the temperature sensor according to the present embodiment described above includes an infrared sensor having a temperature sensing unit (thermoelectric conversion unit) 30 including a thermopile 30a that converts thermal energy generated by infrared rays emitted from the object 400 into electrical energy. 100 and a calculation unit 124 that calculates the temperature To of the object 400 based on the output voltage Vout of the infrared sensor 100. The calculation unit 124 indicates that the output voltage Vout of the infrared sensor 100 is expressed according to Planck's radiation law. Obtained on the assumption that the absorbed energy density of the infrared sensor 100 depending on the temperature To of 400 is proportional to the difference between the radiant energy density of the infrared sensor 100 expressed according to the Stefan-Boltzmann law and dependent on the temperature Ts of the infrared sensor 100. The temperature To of the object 400 is calculated using the calculated expression.
　したがって、本実施形態の温度センサによれば、物体４００の温度Ｔｏの検出精度を向上させることが可能となる。 Therefore, according to the temperature sensor of the present embodiment, it is possible to improve the detection accuracy of the temperature To of the object 400.
　また、本実施形態の温度センサは、赤外線センサ１００の温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ１１０を備える。演算部１２４は、サーミスタ１１０の抵抗値（本実施形態では、サーミスタ１１０の出力電圧）に基づいて赤外線センサ１００の温度Ｔｓを求め、赤外線センサ１００の温度Ｔｓと出力電圧Ｖｏｕｔとを関数Ｆｕｎｃに代入して物体４００の温度Ｔｏを求めるように構成される。 In addition, the temperature sensor of this embodiment includes a thermistor 110 whose resistance value changes according to the temperature of the infrared sensor 100. The calculation unit 124 obtains the temperature Ts of the infrared sensor 100 based on the resistance value of the thermistor 110 (in this embodiment, the output voltage of the thermistor 110), and substitutes the temperature Ts of the infrared sensor 100 and the output voltage Vout into the function Func. Thus, the temperature To of the object 400 is determined.
　特に、本実施形態では、関数Ｆｕｎｃは、物体４００の温度をＴｏ［Ｋ］、出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、赤外線センサ１００の温度をＴｓ［Ｋ］、予め決定される係数をＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇとすると、式（１１）で表される。 In particular, in this embodiment, the function Func has the temperature of the object 400 as To [K], the output voltage as Vout [V], the temperature of the infrared sensor 100 as Ts [K], and the predetermined coefficients as A, B, Assuming D, E, and G, they are expressed by equation (11).
　すなわち、本実施形態の温度センサは、赤外線センサ１００の温度を測定するサーミスタ１１０を備え、演算式として上記式（１１）を用いる。 That is, the temperature sensor of the present embodiment includes the thermistor 110 that measures the temperature of the infrared sensor 100, and uses the above equation (11) as an arithmetic expression.
　そのため、本実施形態の温度センサによれば、物体４００の温度Ｔｏを、容易に且つ高精度に検出することが可能となる。すなわち、物体４００の温度Ｔｏの検出精度の低下を抑制しつつ演算部１２４での演算時間を短縮することが可能となる。 Therefore, according to the temperature sensor of this embodiment, the temperature To of the object 400 can be detected easily and with high accuracy. That is, it is possible to reduce the calculation time in the calculation unit 124 while suppressing a decrease in the detection accuracy of the temperature To of the object 400.
　ところで、上記式（１１）で示した演算式の導出にあたっては、上記式（５）を利用しているが、赤外線透過部材１５３がレンズではなく平板状の形状の場合には、赤外線センサ１００に吸収される電磁波（主に赤外線）のエネルギ密度Ｐ１［Ｗ／ｍ2］は、下記式（１２）で表され、係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇの値は上記表１の値とは異なった値となる。 By the way, in deriving the arithmetic expression shown in the above equation (11), the above equation (5) is used. However, when the infrared transmitting member 153 is not a lens but a flat plate shape, The energy density P1 [W / m 2 ] of absorbed electromagnetic waves (mainly infrared rays) is expressed by the following equation (12), and the values of the coefficients A, B, D, E, and G are the values in Table 1 above. Different values.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
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　また、赤外線透過部材１５３が無い場合には、赤外線センサ１００に吸収される電磁波（主に赤外線）のエネルギ密度Ｐ１［Ｗ／ｍ2］は、下記式（１３）で表され、係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇの値は上記表１の値とは異なった値となる。 When the infrared transmitting member 153 is not provided, the energy density P1 [W / m 2 ] of electromagnetic waves (mainly infrared rays) absorbed by the infrared sensor 100 is expressed by the following equation (13), and coefficients A and B , D, E, and G are different from the values in Table 1 above.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
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　また、本実施形態の温度センサにおいて、赤外線センサ１００は、図２６に示すように、物体４００の温度の上昇に伴い出力電圧Ｖｏｕｔが低下する負特性を有することが好ましい。すなわち、赤外線センサ１００は、物体４００の温度Ｔｏが上昇するにつれて出力電圧Ｖｏｕｔが低下する負特性を有するように構成される。赤外線センサ１００は、ＭＯＳトランジスタ４がオンのときに感温部３０において第１の配線１０１に電気的に接続される熱電要素をｎ形ポリシリコン層３４とし、第４の配線１０４に電気的に接続される熱電要素をｐ形ポリシリコン層３５とすることにより、図２６に示すような負特性を有することとなる。 In the temperature sensor of the present embodiment, the infrared sensor 100 preferably has a negative characteristic that the output voltage Vout decreases as the temperature of the object 400 increases as shown in FIG. That is, the infrared sensor 100 is configured to have a negative characteristic that the output voltage Vout decreases as the temperature To of the object 400 increases. The infrared sensor 100 uses the n-type polysilicon layer 34 as a thermoelectric element electrically connected to the first wiring 101 in the temperature sensing unit 30 when the MOS transistor 4 is turned on, and electrically connects the fourth wiring 104 to the fourth wiring 104. By using the p-type polysilicon layer 35 as the thermoelectric element to be connected, negative characteristics as shown in FIG. 26 are obtained.
　本実施形態の温度センサでは、赤外線センサ１００が図２６に示すような負特性を有していることにより、物体４００の温度Ｔｏが高くなるほど出力電圧Ｖｏｕｔが低くなり、逆に、物体４００の温度Ｔｏが低くなるほど出力電圧Ｖｏｕｔが高くなるが、図２６の負特性は、上に凸の二次方程式で表される。言い換えれば、図２６の負特性は、上記式（１０）で近似した場合、係数Ａがマイナスの値となる（表１参照）。本実施形態の温度センサでは、赤外線センサ１００が図２６に示すような負特性を有していることにより、出力電圧Ｖｏｕｔの最大値が上記式（１０）の二次方程式で表される二次曲線の頂点の値となるので、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔのダイナミックレンジを決めることができ、Ａ／Ｄ変換回路１２３の入力範囲および分解能を適切に決めることが可能となる。例えば、第１の増幅回路１２２ａで増幅されＡ／Ｄ変換回路１２３に入力される電圧の範囲が０～１Ｖであるとし、必要な分解能が１ｍＶであれば、分解能を１０ビットとして、１０２４分割すればよい。 In the temperature sensor of this embodiment, since the infrared sensor 100 has a negative characteristic as shown in FIG. 26, the output voltage Vout decreases as the temperature To of the object 400 increases. The output voltage Vout increases as To decreases, but the negative characteristic of FIG. 26 is expressed by an upward convex quadratic equation. In other words, when the negative characteristic of FIG. 26 is approximated by the above equation (10), the coefficient A becomes a negative value (see Table 1). In the temperature sensor of this embodiment, since the infrared sensor 100 has a negative characteristic as shown in FIG. 26, the maximum value of the output voltage Vout is represented by a quadratic equation represented by the above-described equation (10). Since this is the value at the top of the curve, the dynamic range of the output voltage Vout of the infrared sensor 100 can be determined, and the input range and resolution of the A / D conversion circuit 123 can be determined appropriately. For example, if the range of the voltage amplified by the first amplifier circuit 122a and input to the A / D converter circuit 123 is 0 to 1 V, and the required resolution is 1 mV, the resolution is 10 bits and divided by 1024. That's fine.
　また、本実施形態の温度センサは、赤外線センサ１００が、熱電変換部である感温部３０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、二次元アレイ状）に配置されている。 In the temperature sensor of the present embodiment, the infrared sensor 100 includes a plurality of pixel units 2 each having a temperature sensing unit 30 that is a thermoelectric conversion unit on the one surface side of the semiconductor substrate 1 (here, a two-dimensional array). Arranged).
　換言すれば、本実施形態の温度センサでは、赤外線センサ１００は、半導体基板１と、半導体基板１の一面（一表面）にアレイ状（マトリクス状）に配置される複数の熱電変換部（感温部）３０と、を備える。各感温部３０は、物体４００から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた電圧を出力するように構成される。赤外線センサ１００は、複数の感温部３０の電圧をそれぞれ出力電圧Ｖｏｕｔとして出力するように構成される。演算部１２４は、感温部毎に物体４００の温度を求めるように構成される。 In other words, in the temperature sensor of the present embodiment, the infrared sensor 100 includes the semiconductor substrate 1 and a plurality of thermoelectric conversion units (temperature sensing) arranged in an array (matrix) on one surface (one surface) of the semiconductor substrate 1. Part) 30. Each temperature sensing unit 30 is configured to convert thermal energy by infrared rays radiated from the object 400 into electrical energy and output a voltage corresponding to the thermal energy. The infrared sensor 100 is configured to output the voltages of the plurality of temperature sensing units 30 as output voltages Vout, respectively. The calculation unit 124 is configured to obtain the temperature of the object 400 for each temperature sensing unit.
　したがって、本実施形態の温度センサによれば、物体４００の高精度な温度分布測定が可能となる。 Therefore, according to the temperature sensor of the present embodiment, it is possible to measure the temperature distribution of the object 400 with high accuracy.
　また、本実施形態の温度センサは、上述の演算式の係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇを記憶する記憶部としてのメモリ１２５を有しているが、赤外線センサ１００として複数の画素部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なので、メモリ１２５においては、係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇが、赤外線センサ１００の各画素部２ごとに対応付けて記憶されていることが好ましい。言い換えれば、予め赤外線センサ１００の各画素部２ごとに独立して係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇを求めてメモリ１２５に記憶させておき、演算部１２４にて画素部２ごとに物体４００の温度Ｔｏを演算する際に、各画素部２ごとに対応付けられた係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇを読み出して演算を行う。 In addition, the temperature sensor of the present embodiment includes a memory 125 as a storage unit that stores the coefficients A, B, D, E, and G of the above-described arithmetic expression. Are arranged in an array on one surface side of the semiconductor substrate 1, the coefficients A, B, D, E, and G are stored in association with each pixel unit 2 of the infrared sensor 100 in the memory 125. It is preferable. In other words, the coefficients A, B, D, E, and G are independently obtained for each pixel unit 2 of the infrared sensor 100 and stored in the memory 125 in advance, and the object 400 is stored for each pixel unit 2 in the calculation unit 124. When calculating the temperature To, the coefficients A, B, D, E, and G associated with each pixel unit 2 are read and calculated.
　換言すれば、本実施形態の温度センサでは、演算装置（ＩＣ素子）１２０では、メモリ１２５は、熱電変換部（感温部）３０毎に各係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇを記憶するように構成される。すなわち、メモリ１２５は、熱電変換部（感温部）３０毎に各係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇを記憶する係数記憶部である。演算部１２４は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取ると、出力電圧Ｖｏｕｔに対応する熱電変換部（感温部）３０に対応付けられた各係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇを係数記憶部（メモリ）１２５より読み出し、係数記憶部（メモリ）１２５より読み出した各係数Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇと出力電圧Ｖｏｕｔとを関数記憶部（メモリ）１２５に記憶された関数Ｆｕｎｃに代入して物体４００の温度Ｔｏを求めるように構成される。 In other words, in the temperature sensor of the present embodiment, in the arithmetic device (IC element) 120, the memory 125 stores the coefficients A, B, D, E, and G for each thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30. Configured as follows. That is, the memory 125 is a coefficient storage unit that stores the coefficients A, B, D, E, and G for each thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30. When the calculation unit 124 receives the output voltage Vout, the calculation unit 124 converts the coefficients A, B, D, E, and G associated with the thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30 corresponding to the output voltage Vout into a coefficient storage unit (memory). The object 400 is obtained by substituting the coefficients A, B, D, E, and G read from the coefficient storage unit (memory) 125 and the output voltage Vout into the function Func stored in the function storage unit (memory) 125. The temperature To is determined.
　したがって、本実施形態の温度センサによれば、より高精度な温度分布測定が可能となる。なお、係数記憶部と関数記憶部とは異なるメモリで構成されていてもよい。 Therefore, according to the temperature sensor of this embodiment, it is possible to measure the temperature distribution with higher accuracy. The coefficient storage unit and the function storage unit may be configured by different memories.
　ところで、感温部３０において直列に接続されている熱電対の数をｎ、サーモパイル３０ａの熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５のゼーベック係数をＳｃ［Ｖ／Ｋ］、赤外線センサ１００が赤外線を吸収したことによる赤外線センサ１００の温度変化をΔＴｓ［Ｋ］とすれば、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔは、下記式（１４）でも表すことができる。 By the way, the number of thermocouples connected in series in the temperature sensing unit 30 is n, and the Seebeck coefficients of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 which are thermocouple elements of the thermopile 30a are Sc [V / K]. If the temperature change of the infrared sensor 100 due to the infrared sensor 100 absorbing infrared rays is ΔTs [K], the output voltage Vout of the infrared sensor 100 can also be expressed by the following equation (14).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　上記式（１４）において、ｎ、Ｓｃは赤外線センサ１００の各画素部２で同じであるが、ΔＴｓは赤外線センサ１００の画素部２によって異なる可能性がある。ここで、赤外線センサ１００の感度係数Ｓ［Ｖ／Ｋ］を画素部２ごとにあらかじめ求めて、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔを下記式（１５）で近似するようにしてもよい。ただし、ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇは係数である。 In the above formula (14), n and Sc are the same in each pixel unit 2 of the infrared sensor 100, but ΔTs may be different depending on the pixel unit 2 of the infrared sensor 100. Here, the sensitivity coefficient S [V / K] of the infrared sensor 100 may be obtained for each pixel unit 2 in advance, and the output voltage Vout of the infrared sensor 100 may be approximated by the following equation (15). However, a, b, d, e, and g are coefficients.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　なお、感度係数Ｓは、例えば、物体４００の温度が２９８Ｋ（２５℃）、３２８Ｋ（５５℃）それぞれの場合の赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔを測定して、出力電圧Ｖｏｕｔの変化量を温度の変化量で除することにより求めればよい。 For example, the sensitivity coefficient S is obtained by measuring the output voltage Vout of the infrared sensor 100 when the temperature of the object 400 is 298K (25 ° C.) and 328K (55 ° C.), respectively. It may be obtained by dividing by the amount of change.
　赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔを上記式（１５）で近似する場合には、メモリ１２５に、演算式で用いる係数として、係数Ｓを各画素部２ごとに個別に設定された１つの個別係数として記憶させ、係数ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇを、各画素部２に共通に設定された複数の共通係数として記憶させる。 When the output voltage Vout of the infrared sensor 100 is approximated by the above equation (15), the coefficient S is set as one individual coefficient individually set for each pixel unit 2 in the memory 125 as a coefficient used in the arithmetic expression. The coefficients a, b, d, e, and g are stored as a plurality of common coefficients set in common in each pixel unit 2.
　すなわち、関数Ｆｕｎｃを定義する数式は、複数の熱電変換部（感温部）３０に共通する共通係数ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇと各熱電変換部（感温部）３０に固有の固有係数（個別係数）Ｓとを含むように作成されてもよい。 That is, the mathematical formula defining the function Func is a common coefficient a, b, d, e, g common to a plurality of thermoelectric conversion units (temperature sensing units) 30 and a unique characteristic of each thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30. A coefficient (individual coefficient) S may be included.
　この場合、演算装置１２０のメモリ１２５は、共通係数ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇを記憶するとともに各熱電変換部（感温部）３０に対応する固有係数Ｓを記憶する。すなわち、メモリ１２５は、共通係数ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇを記憶するとともに各熱電変換部（感温部）３０に対応する固有係数Ｓを記憶する係数記憶部である。演算部１２４は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取ると、共通係数ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇと、出力電圧Ｖｏｕｔに対応する熱電変換部３０に対応付けられた固有係数Ｓを係数記憶部（メモリ）１２５より読み出し、係数記憶部（メモリ）１２５より読み出した共通係数ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇおよび固有係数Ｓと出力電圧Ｖｏｕｔとを関数記憶部（メモリ）１２５に記憶された関数Ｆｕｎｃに代入して物体４００の温度Ｔｏを求めるように構成される。 In this case, the memory 125 of the arithmetic unit 120 stores the common coefficients a, b, d, e, and g, and stores the intrinsic coefficient S corresponding to each thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30. In other words, the memory 125 is a coefficient storage unit that stores the common coefficients a, b, d, e, and g and the inherent coefficient S corresponding to each thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30. When the calculation unit 124 receives the output voltage Vout, the calculation unit 124 generates the common coefficients a, b, d, e, and g and the intrinsic coefficient S associated with the thermoelectric conversion unit 30 corresponding to the output voltage Vout as a coefficient storage unit (memory). 125, and the common coefficients a, b, d, e, g, the intrinsic coefficient S and the output voltage Vout read from the coefficient storage unit (memory) 125 are substituted into the function Func stored in the function storage unit (memory) 125. Thus, the temperature To of the object 400 is determined.
　本実施形態では、温度センサは、赤外線センサ１００の温度に応じて抵抗値が変化するように配置されたサーミスタ１１０を備える。演算部１２４は、サーミスタ１１０の抵抗値に基づいて赤外線センサ１００の温度Ｔｓを求め、赤外線センサ１００の温度Ｔｓと出力電圧Ｖｏｕｔとを関数Ｆｕｎｃに代入して物体の温度Ｔｏを求めるように構成される。関数Ｆｕｎｃは、物体の温度をＴｏ［Ｋ］、上記出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、赤外線センサの温度をＴｓ［Ｋ］、固有係数（個別係数）をＳ、共通係数をａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇとすると、次式（１６）で表される。 In the present embodiment, the temperature sensor includes the thermistor 110 arranged so that the resistance value changes according to the temperature of the infrared sensor 100. The calculation unit 124 is configured to obtain the temperature Ts of the infrared sensor 100 based on the resistance value of the thermistor 110, and to obtain the temperature To of the object by substituting the temperature Ts of the infrared sensor 100 and the output voltage Vout into the function Func. The The function Func has an object temperature To [K], the output voltage Vout [V], an infrared sensor temperature Ts [K], an intrinsic coefficient (individual coefficient) S, a common coefficient a, b, d, Assuming e and g, they are expressed by the following equation (16).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
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　この例では、メモリ１２５の記憶容量を低減させることができ、低コストおよび小型化を図ることが可能となる。メモリ１２５の記憶容量を減らさない場合には、各係数Ｓ，ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇのビット数を増やすことによって、より高精度な演算が可能となる。なお、個別係数および共通係数それぞれの数は特に限定するものではなく、適宜変更してもよい。 In this example, the storage capacity of the memory 125 can be reduced, and the cost and size can be reduced. In the case where the storage capacity of the memory 125 is not reduced, more accurate calculation can be performed by increasing the number of bits of each coefficient S, a, b, d, e, g. The numbers of individual coefficients and common coefficients are not particularly limited, and may be changed as appropriate.
　（実施形態２）
　本実施形態の温度センサは、図３８に示すように、赤外線センサ１００と、演算装置（ＩＣ素子）１２０Ａと、ペルチェ素子１３０と、を備える。 (Embodiment 2)
As shown in FIG. 38, the temperature sensor of the present embodiment includes an infrared sensor 100, an arithmetic device (IC element) 120A, and a Peltier element 130.
　ペルチェ素子１３０は、赤外線センサ１００の温度Ｔｓを調節するために用いられる。ペルチェ素子１３０は、赤外線センサ１００に熱的に結合される。例えば、ペルチェ素子１３０は赤外線センサ１００の冷接点Ｔ２とパッケージ１３３とに熱的に結合される。すなわち、ペルチェ素子１３０は、赤外線センサ１００とパッケージ１３３との間で熱を移動させる。 The Peltier element 130 is used to adjust the temperature Ts of the infrared sensor 100. Peltier element 130 is thermally coupled to infrared sensor 100. For example, the Peltier element 130 is thermally coupled to the cold junction T2 of the infrared sensor 100 and the package 133. That is, the Peltier element 130 moves heat between the infrared sensor 100 and the package 133.
　演算装置１２０Ａは、マルチプレクサ１２１と、第１の増幅回路１２２ａと、Ａ／Ｄ変換回路１２３と、演算部１２４と、メモリ１２５と、制御回路１２６と、出力部１２７と、温度調整部（温度調整回路）１２８と、を備える。 The arithmetic unit 120A includes a multiplexer 121, a first amplifier circuit 122a, an A / D conversion circuit 123, an arithmetic unit 124, a memory 125, a control circuit 126, an output unit 127, and a temperature adjustment unit (temperature adjustment unit). Circuit) 128.
　温度調整回路１２８は、赤外線センサ１００の温度Ｔｓが所定値Ｔｃとなるようにペルチェ素子１３０を制御するように構成される。温度調節部１２８は、例えば、ペルチェ素子１３０に所定の電流を流すことで、赤外線センサ１００の温度Ｔｓを所定値Ｔｃに維持する。なお、本実施形態の温度センサは、ペルチェ素子１３０の温度を測定する温度検知素子（図示せず）を備えていても良い。上記温度検知素子は、例えば、サーミスタである。この場合、温度調節部１２８は、上記温度検知素子より得られたペルチェ素子１３０の温度が所定値Ｔｃに対応する温度になるように、ペルチェ素子１３０に電流を供給し、これによって、赤外線センサ１００の温度Ｔｓを所定値Ｔｃに維持する。 The temperature adjustment circuit 128 is configured to control the Peltier element 130 so that the temperature Ts of the infrared sensor 100 becomes a predetermined value Tc. The temperature adjustment unit 128 maintains the temperature Ts of the infrared sensor 100 at a predetermined value Tc by flowing a predetermined current through the Peltier element 130, for example. Note that the temperature sensor of this embodiment may include a temperature detection element (not shown) that measures the temperature of the Peltier element 130. The temperature detection element is, for example, a thermistor. In this case, the temperature adjustment unit 128 supplies current to the Peltier element 130 so that the temperature of the Peltier element 130 obtained from the temperature detection element becomes a temperature corresponding to the predetermined value Tc, and thereby the infrared sensor 100. Is maintained at a predetermined value Tc.
　本実施形態において、赤外線センサ１００の出力電圧ｖｏｕｔは、下記式（１７）のように表される。ただし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは係数である。 In the present embodiment, the output voltage vout of the infrared sensor 100 is expressed by the following equation (17). However, A, B, C, D, E, and F are coefficients.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　所定値Ｔｃは定数であるから、式（１８）のように書き換えることができる。ただし、Ｈは係数であり、Ｈ＝Ｃ＋Ｄ・Ｔｃ2＋Ｅ・Ｔｃ＋Ｆである。 Since the predetermined value Tc is a constant, it can be rewritten as in Expression (18). Here, H is a coefficient, and H = C + D · Tc 2 + E · Tc + F.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
　この場合、物体４００の温度Ｔｏは、下記式（１９）のようになる。 In this case, the temperature To of the object 400 is expressed by the following equation (19).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
　式（１９）の係数Ａ，Ｂ，Ｈは、物体４００の温度Ｔｏの実測値と、赤外線センサ１００の温度Ｔｓを所定値Ｔｃとした場合の出力電圧Ｖｏｕｔの実測値とを用いて、決定される。すなわち、関数記憶部（メモリ）１２５に記憶される関数Ｆｕｎｃは、赤外線センサ１００の温度Ｔｓが定数（所定値Ｔｃ）であるとして作成される。 The coefficients A, B, and H in Expression (19) are determined using the actual measurement value of the temperature To of the object 400 and the actual measurement value of the output voltage Vout when the temperature Ts of the infrared sensor 100 is set to the predetermined value Tc. The That is, the function Func stored in the function storage unit (memory) 125 is created assuming that the temperature Ts of the infrared sensor 100 is a constant (predetermined value Tc).
　このように、赤外線センサ１００の温度を一定温度に保つペルチェ素子１３０を備えている場合には、当該ペルチェ素子１３０により赤外線センサ１００の温度を一定温度（所定値Ｔｃ）に保つことができるので、サーミスタ１１０を設ける必要はなく、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔを上記式（１８）により近似することにより、物体４００の温度Ｔｏが、２５３Ｋ（－２０℃）～３７３Ｋ（１００℃）の範囲内であれば、９９％以上の相関係数が得られるので、この場合の関数Ｆｕｎｃを定義する数式（演算式）としては、上記式（１９）を用いればよい。ただし、Ａ，Ｂ，Ｈは係数である。 Thus, when the Peltier element 130 that keeps the temperature of the infrared sensor 100 at a constant temperature is provided, the temperature of the infrared sensor 100 can be kept at a constant temperature (predetermined value Tc) by the Peltier element 130. It is not necessary to provide the thermistor 110. By approximating the output voltage Vout of the infrared sensor 100 by the above equation (18), the temperature To of the object 400 is within the range of 253K (−20 ° C.) to 373K (100 ° C.). If there is, a correlation coefficient of 99% or more can be obtained. Therefore, the above formula (19) may be used as a formula (calculation formula) for defining the function Func in this case. However, A, B, and H are coefficients.
　以上述べたように、本実施形態の温度センサは、赤外線センサ１００の温度Ｔｓを調節するためのペルチェ素子１３０を備え、演算装置１２０は、赤外線センサ１００の温度Ｔｓが所定値Ｔｃとなるようにペルチェ素子１３０を制御する温度調節部１２８を備え、関数記憶部（メモリ）１２５に記憶される関数Ｆｕｎｃは、赤外線センサ１００の温度Ｔｓが所定値Ｔｃであるとして作成される（請求項３）。関数Ｆｕｎｃは、物体４００の温度をＴｏ［Ｋ］、赤外線センサ１００の出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、予め決定される係数をＡ，Ｂ，Ｈとすると、上式（１９）で表される。 As described above, the temperature sensor of the present embodiment includes the Peltier element 130 for adjusting the temperature Ts of the infrared sensor 100, and the arithmetic device 120 is configured so that the temperature Ts of the infrared sensor 100 becomes the predetermined value Tc. The function Func that includes the temperature adjusting unit 128 that controls the Peltier element 130 and is stored in the function storage unit (memory) 125 is created assuming that the temperature Ts of the infrared sensor 100 is a predetermined value Tc (Claim 3). The function Func is expressed by the above equation (19), where To [K] is the temperature of the object 400, Vout [V] is the output voltage of the infrared sensor 100, and A, B, and H are predetermined coefficients.
　すなわち、本実施形態の温度センサも、物体４００から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換するサーモパイル３０ａにより構成される感温部（熱電変換部）３０を有する赤外線センサ１００と、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて物体４００の温度Ｔｏを演算する演算部１２４とを備え、演算部１２４は、赤外線センサ１００の出力電圧Ｖｏｕｔが、プランクの放射則に従って表され物体４００の温度Ｔｏに依存する赤外線センサ１００の吸収エネルギ密度と、ステファン－ボルツマンの法則に従って表され赤外線センサ１００の温度Ｔｓに依存する赤外線センサ１００の放射エネルギ密度との差分に比例すると仮定して求められた演算式を用いて物体４００の温度Ｔｏを演算するので、物体４００の温度Ｔｏの検出精度を向上させることが可能となる。 That is, the temperature sensor of the present embodiment also includes an infrared sensor 100 having a temperature sensing unit (thermoelectric conversion unit) 30 configured by a thermopile 30a that converts thermal energy generated by infrared rays emitted from the object 400 into electrical energy, and an infrared sensor. And a calculation unit 124 that calculates the temperature To of the object 400 based on the output voltage Vout of 100, and the calculation unit 124 expresses the output voltage Vout of the infrared sensor 100 according to Planck's radiation law to the temperature To of the object 400. An arithmetic expression obtained on the assumption that it is proportional to the difference between the absorbed energy density of the dependent infrared sensor 100 and the radiant energy density of the infrared sensor 100 expressed according to the Stefan-Boltzmann law and depending on the temperature Ts of the infrared sensor 100. Is used to calculate the temperature To of the object 400. It is possible to improve the detection accuracy in degrees To.
　なお、本実施形態の温度センサは、実施形態１と同様にサーミスタ１１０を備えていてもよい。この場合、ＩＣ素子１２０Ａは、サーミスタ１１０の出力電圧を増幅してＡ／Ｄ変換回路１２３に与える第２の増幅回路１２２ｂを備える。この例では、温度調節部１２８は、Ａ／Ｄ変換回路１２３より得たサーミスタ１１０の出力電圧（サーミスタ１１０の抵抗値を示す電圧）が、所定値Ｔｃに対応する一定値となるように、ペルチェ素子１３０に電流を供給する。なお、サーミスタ１１０の代わりに別の温度検知素子を用いてもよい。 Note that the temperature sensor of the present embodiment may include the thermistor 110 as in the first embodiment. In this case, the IC element 120 </ b> A includes a second amplifier circuit 122 b that amplifies the output voltage of the thermistor 110 and supplies the amplified voltage to the A / D conversion circuit 123. In this example, the temperature adjustment unit 128 causes the Peltier so that the output voltage of the thermistor 110 (voltage indicating the resistance value of the thermistor 110) obtained from the A / D conversion circuit 123 becomes a constant value corresponding to the predetermined value Tc. A current is supplied to the element 130. Note that another temperature detection element may be used instead of the thermistor 110.
　なお、本実施形態の温度センサにおいても、赤外線センサ１００は、半導体基板１と、半導体基板１の一面（一表面）にアレイ状（マトリクス状）に配置される複数の熱電変換部（感温部）３０と、を備える。各感温部３０は、物体４００から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた電圧を出力するように構成される。赤外線センサ１００は、複数の感温部３０の電圧をそれぞれ出力電圧Ｖｏｕｔとして出力するように構成される。演算部１２４は、感温部毎に物体４００の温度を求めるように構成される。 Also in the temperature sensor of this embodiment, the infrared sensor 100 includes the semiconductor substrate 1 and a plurality of thermoelectric conversion units (temperature sensing units) arranged in an array (matrix shape) on one surface (one surface) of the semiconductor substrate 1. 30). Each temperature sensing unit 30 is configured to convert thermal energy by infrared rays radiated from the object 400 into electrical energy and output a voltage corresponding to the thermal energy. The infrared sensor 100 is configured to output the voltages of the plurality of temperature sensing units 30 as output voltages Vout, respectively. The calculation unit 124 is configured to obtain the temperature of the object 400 for each temperature sensing unit.
　さらに、本実施形態の温度センサでは、演算装置（ＩＣ素子）１２０では、メモリ１２５は、熱電変換部（感温部）３０毎に各係数Ａ，Ｂ，Ｈを記憶するように構成される。すなわち、メモリ１２５は、熱電変換部（感温部）３０毎に各係数Ａ，Ｂ，Ｈを記憶する係数記憶部である。演算部１２４は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取ると、出力電圧Ｖｏｕｔに対応する熱電変換部（感温部）３０に対応付けられた各係数Ａ，Ｂ，Ｈを係数記憶部（メモリ）１２５より読み出し、係数記憶部（メモリ）１２５より読み出した各係数Ａ，Ｂ，Ｈと出力電圧Ｖｏｕｔとを関数記憶部（メモリ）１２５に記憶された関数Ｆｕｎｃ（式（１９））に代入して物体４００の温度Ｔｏを求めるように構成される。 Furthermore, in the temperature sensor of the present embodiment, in the arithmetic device (IC element) 120, the memory 125 is configured to store the coefficients A, B, and H for each thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30. That is, the memory 125 is a coefficient storage unit that stores the coefficients A, B, and H for each thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30. When the calculation unit 124 receives the output voltage Vout, the calculation unit 124 reads out the coefficients A, B, and H associated with the thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30 corresponding to the output voltage Vout from the coefficient storage unit (memory) 125, The coefficients A, B, H and the output voltage Vout read from the coefficient storage unit (memory) 125 are substituted into the function Func (Equation (19)) stored in the function storage unit (memory) 125, and the temperature of the object 400 It is configured to determine To.
　本実施形態の場合、赤外線センサ１００の温度Ｔｓが定数となるから、固有係数をＳ、共通係数をａ，ｂ，ｈとすると、式（１５）を式（２０）のように書き換えることができる。 In the case of this embodiment, since the temperature Ts of the infrared sensor 100 is a constant, when the intrinsic coefficient is S and the common coefficients are a, b, and h, equation (15) can be rewritten as equation (20). .
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
　この場合、物体４００の温度Ｔｏは式（２１）で表される。 In this case, the temperature To of the object 400 is expressed by Equation (21).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
　よって、関数Ｆｕｎｃが式（２１）である場合、メモリ（係数記憶部）１２５は、共通係数ａ，ｂ，ｈを記憶するとともに各熱電変換部（感温部）３０に対応する固有係数Ｓを記憶するように構成される。また、演算部１２４は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取ると、共通係数ａ，ｂ，ｈと、出力電圧Ｖｏｕｔに対応する熱電変換部３０に対応付けられた固有係数Ｓを係数記憶部（メモリ）１２５より読み出し、係数記憶部（メモリ）１２５より読み出した共通係数ａ，ｂ，ｈおよび固有係数Ｓと出力電圧Ｖｏｕｔとを関数記憶部（メモリ）１２５に記憶された関数Ｆｕｎｃに代入して物体４００の温度Ｔｏを求めるように構成される。 Therefore, when the function Func is Expression (21), the memory (coefficient storage unit) 125 stores the common coefficients a, b, and h, and the inherent coefficient S corresponding to each thermoelectric conversion unit (temperature sensing unit) 30. Configured to remember. In addition, when the calculation unit 124 receives the output voltage Vout, the common coefficient a, b, h and the specific coefficient S associated with the thermoelectric conversion unit 30 corresponding to the output voltage Vout are obtained from the coefficient storage unit (memory) 125. The temperature of the object 400 is obtained by substituting the common coefficients a, b, h, the intrinsic coefficient S and the output voltage Vout read from the coefficient storage unit (memory) 125 into the function Func stored in the function storage unit (memory) 125. It is configured to determine To.
　特に、本実施形態の温度センサは、赤外線センサ１００の温度Ｔｓを調節するためのペルチェ素子１３０を備える。演算装置１２０は、赤外線センサ１００の温度Ｔｓが所定値Ｔｃとなるようにペルチェ素子１３０を制御する温度調節部１２８を備える。関数Ｆｕｎｃは、赤外線センサ１００の温度が定数であるとして作成され、物体の温度をＴｏ［Ｋ］、出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、固有係数（個別係数）をＳ、共通係数をａ，ｂ，ｈとすると、上式（２１）で表される。 In particular, the temperature sensor of this embodiment includes a Peltier element 130 for adjusting the temperature Ts of the infrared sensor 100. The arithmetic device 120 includes a temperature adjusting unit 128 that controls the Peltier element 130 so that the temperature Ts of the infrared sensor 100 becomes a predetermined value Tc. The function Func is created assuming that the temperature of the infrared sensor 100 is a constant, the temperature of the object is To [K], the output voltage is Vout [V], the intrinsic coefficient (individual coefficient) is S, the common coefficients are a, b, When h, it is represented by the above formula (21).
　上述の赤外線センサ１００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１００は、熱電変換部である感温部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に限らず、感温部３０が１つだけのものでもよく、この場合は、ＭＯＳトランジスタ４を設ける必要はない。また、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、赤外線センサ１００は、半導体基板１を用いて形成したものに限らず、他の基板を用いて形成されたものでもよい。 In the infrared sensor 100 described above, the cavity 11 of the semiconductor substrate 1 may be formed so as to penetrate in the thickness direction of the semiconductor substrate 1. In this case, in the cavity forming process for forming the cavity 11, the semiconductor An anisotropic etching technique using, for example, an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus is used to form a region where the cavity 11 is to be formed in the semiconductor substrate 1 from the other surface side opposite to the one surface of the substrate 1. To be formed. In addition, the infrared sensor 100 is not limited to one in which the plurality of pixel units 2 including the temperature sensing unit 30 that is a thermoelectric conversion unit are arranged in an array on the one surface side of the semiconductor substrate 1, and the temperature sensing unit 30 is 1 In this case, it is not necessary to provide the MOS transistor 4. Moreover, the number of thermopile 30a which comprises the temperature sensing part 30 is not restricted to plural, One may be sufficient. In addition, the infrared sensor 100 is not limited to the one formed using the semiconductor substrate 1 but may be formed using another substrate.

Claims (11)

  1. 　物体から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた出力電圧を出力する赤外線センサと、
    　上記出力電圧に基づいて上記物体の温度を演算する演算装置と、
    　を備え、
    　上記演算装置は、
    　　上記出力電圧を上記物体の温度に換算するための関数を記憶する関数記憶部と、
    　　上記関数記憶部に記憶された上記関数に上記出力電圧を代入して上記物体の温度を求める演算部と、
    　　上記演算部で求められた上記物体の温度を示す温度信号を出力する出力部と、
    　を備え、
    　上記関数は、プランクの放射則に従って上記物体の温度に依存する値として表される上記赤外線センサの吸収エネルギ密度とステファン－ボルツマンの法則に従って上記赤外線センサの温度に依存する値として表わされる上記赤外線センサの放射エネルギ密度との差分に上記出力電圧が比例するという関係に基づいて予め作成された数式である
    　ことを特徴とする温度センサ。     An infrared sensor that converts thermal energy generated by infrared rays emitted from an object into electrical energy and outputs an output voltage corresponding to the thermal energy;
    A computing device for computing the temperature of the object based on the output voltage;
    With
    The arithmetic unit is
    A function storage unit for storing a function for converting the output voltage into the temperature of the object;
    A calculation unit that obtains the temperature of the object by substituting the output voltage into the function stored in the function storage unit;
    An output unit that outputs a temperature signal indicating the temperature of the object obtained by the calculation unit;
    With
    The infrared sensor is expressed as an absorption energy density of the infrared sensor expressed as a value dependent on the temperature of the object according to Planck's radiation law and a value dependent on the temperature of the infrared sensor according to the Stefan-Boltzmann law. A temperature sensor, which is a mathematical formula created in advance based on the relationship that the output voltage is proportional to the difference from the radiant energy density of the sensor.
  2. 　上記赤外線センサの温度に応じて抵抗値が変化するように配置されたサーミスタを備え、
    　上記演算部は、上記サーミスタの上記抵抗値に基づいて上記赤外線センサの温度を求め、上記赤外線センサの温度と上記出力電圧とを上記関数に代入して上記物体の温度を求めるように構成される
    　ことを特徴とする請求項１記載の温度センサ。     A thermistor arranged so that the resistance value changes according to the temperature of the infrared sensor,
    The computing unit is configured to obtain the temperature of the infrared sensor based on the resistance value of the thermistor, and obtain the temperature of the object by substituting the temperature of the infrared sensor and the output voltage into the function. The temperature sensor according to claim 1.
  3. 　上記関数は、上記物体の温度をＴｏ［Ｋ］、上記出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、上記赤外線センサの温度をＴｓ［Ｋ］、予め決定される係数をＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇとすると、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　で表される
    　ことを特徴とする請求項２記載の温度センサ。     The function is such that the temperature of the object is To [K], the output voltage is Vout [V], the temperature of the infrared sensor is Ts [K], and predetermined coefficients are A, B, D, E, and G. Then
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     It is represented by these. The temperature sensor of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
  4. 　上記赤外線センサの温度を調節するためのペルチェ素子を備え、
    　上記演算装置は、上記赤外線センサの温度が所定値となるように上記ペルチェ素子を制御する温度調節部を備え、
    　上記関数は、上記赤外線センサの温度が定数であるとして作成される
    　ことを特徴とする請求項１記載の温度センサ。     A Peltier element for adjusting the temperature of the infrared sensor;
    The arithmetic device includes a temperature adjusting unit that controls the Peltier element so that the temperature of the infrared sensor becomes a predetermined value.
    The temperature sensor according to claim 1, wherein the function is created assuming that the temperature of the infrared sensor is a constant.
  5. 　上記関数は、上記物体の温度をＴｏ［Ｋ］、上記出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、予め決定される係数をＡ，Ｂ，Ｈとすると、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     　で表される
    　ことを特徴とする請求項４記載の温度センサ。     When the temperature of the object is To [K], the output voltage is Vout [V], and the predetermined coefficients are A, B, and H,
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     It is represented by these. The temperature sensor of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
  6. 　上記赤外線センサは、上記物体の温度が上昇するにつれて上記出力電圧が低下する負特性を有するように構成される
    　ことを特徴とする請求項１～５のうちいずれか１項記載の温度センサ。     The temperature sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the infrared sensor has a negative characteristic in which the output voltage decreases as the temperature of the object increases.
  7. 　上記赤外線センサは、半導体基板と、上記半導体基板の一面にアレイ状に配置される複数の熱電変換部と、を備え、
    　上記各熱電変換部は、上記物体から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた電圧を出力するように構成され、
    　上記赤外線センサは、上記複数の熱電変換部の上記電圧をそれぞれ上記出力電圧として出力するように構成され、
    　上記演算部は、上記熱電変換部毎に上記物体の温度を求めるように構成される
    　ことを特徴とする請求項１～６のうちいずれか１項記載の温度センサ。     The infrared sensor includes a semiconductor substrate, and a plurality of thermoelectric conversion units arranged in an array on one surface of the semiconductor substrate,
    Each of the thermoelectric conversion units is configured to convert thermal energy by infrared rays radiated from the object into electrical energy, and output a voltage corresponding to the thermal energy,
    The infrared sensor is configured to output the voltages of the plurality of thermoelectric conversion units as the output voltage, respectively.
    The temperature sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the calculation unit is configured to obtain a temperature of the object for each thermoelectric conversion unit.
  8. 　上記赤外線センサは、半導体基板と、上記半導体基板の一面にアレイ状に配置される複数の熱電変換部と、を備え、
    　上記各熱電変換部は、上記物体から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた電圧を出力するように構成され、
    　上記赤外線センサは、上記複数の熱電変換部の上記電圧をそれぞれ上記出力電圧として出力するように構成され、
    　上記演算装置は、上記熱電変換部毎に上記各係数を記憶する係数記憶部を備え、
    　上記演算部は、上記出力電圧を受け取ると、上記出力電圧に対応する上記熱電変換部に対応付けられた上記各係数を上記係数記憶部より読み出し、上記係数記憶部より読み出した上記各係数と上記出力電圧とを上記関数に代入して上記物体の温度を求めるように構成される
    　ことを特徴とする請求項３または５記載の温度センサ。     The infrared sensor includes a semiconductor substrate, and a plurality of thermoelectric conversion units arranged in an array on one surface of the semiconductor substrate,
    Each of the thermoelectric conversion units is configured to convert thermal energy by infrared rays radiated from the object into electrical energy, and output a voltage corresponding to the thermal energy,
    The infrared sensor is configured to output the voltages of the plurality of thermoelectric conversion units as the output voltage, respectively.
    The arithmetic device includes a coefficient storage unit that stores the coefficients for each thermoelectric conversion unit,
    Upon receiving the output voltage, the arithmetic unit reads the coefficients associated with the thermoelectric conversion unit corresponding to the output voltage from the coefficient storage unit, and reads the coefficients and the coefficients read from the coefficient storage unit. The temperature sensor according to claim 3 or 5, wherein an output voltage is substituted into the function to obtain a temperature of the object.
  9. 　上記赤外線センサは、半導体基板と、上記半導体基板の一面にアレイ状に配置される複数の熱電変換部と、を備え、
    　上記各熱電変換部は、上記物体から放射された赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換し、上記熱エネルギに応じた電圧を出力するように構成され、
    　上記赤外線センサは、上記複数の熱電変換部の上記電圧をそれぞれ上記出力電圧として出力するように構成され、
    　上記演算部は、上記熱電変換部毎に上記物体の温度を求めるように構成され、
    　上記関数は、上記複数の熱電変換部に共通する共通係数と上記各熱電変換部に固有の固有係数とを含むように作成され、
    　上記演算装置は、上記共通係数を記憶するとともに上記熱電変換部毎に上記固有係数を記憶する係数記憶部を備え、
    　上記演算部は、上記出力電圧を受け取ると、上記共通係数と上記出力電圧に対応する上記熱電変換部に対応付けられた上記固有係数を上記係数記憶部より読み出し、上記係数記憶部より読み出した上記共通係数および上記固有係数と上記出力電圧とを上記関数に代入して上記物体の温度を求めるように構成される
    　ことを特徴とする請求項１記載の温度センサ。     The infrared sensor includes a semiconductor substrate, and a plurality of thermoelectric conversion units arranged in an array on one surface of the semiconductor substrate,
    Each of the thermoelectric conversion units is configured to convert thermal energy by infrared rays radiated from the object into electrical energy, and output a voltage corresponding to the thermal energy,
    The infrared sensor is configured to output the voltages of the plurality of thermoelectric conversion units as the output voltage, respectively.
    The calculation unit is configured to obtain the temperature of the object for each thermoelectric conversion unit,
    The function is created so as to include a common coefficient common to the plurality of thermoelectric conversion units and a specific coefficient specific to each thermoelectric conversion unit,
    The arithmetic device includes a coefficient storage unit that stores the common coefficient and stores the intrinsic coefficient for each thermoelectric conversion unit,
    Upon receiving the output voltage, the arithmetic unit reads the characteristic coefficient associated with the thermoelectric conversion unit corresponding to the common coefficient and the output voltage from the coefficient storage unit, and read the coefficient from the coefficient storage unit. The temperature sensor according to claim 1, wherein the temperature of the object is obtained by substituting the common coefficient, the characteristic coefficient, and the output voltage into the function.
  10. 　上記赤外線センサの温度に応じて抵抗値が変化するように配置されたサーミスタを備え、
    　上記演算部は、上記サーミスタの上記抵抗値に基づいて上記赤外線センサの温度を求め、上記赤外線センサの温度と上記出力電圧とを上記関数に代入して上記物体の温度を求めるように構成され、
    　上記関数は、上記物体の温度をＴｏ［Ｋ］、上記出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、上記赤外線センサの温度をＴｓ［Ｋ］、上記固有係数をＳ、上記共通係数をａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｇとすると、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     　で表される
    　ことを特徴とする請求項９記載の温度センサ。     A thermistor arranged so that the resistance value changes according to the temperature of the infrared sensor,
    The calculation unit is configured to determine the temperature of the infrared sensor based on the resistance value of the thermistor, and to determine the temperature of the object by substituting the temperature of the infrared sensor and the output voltage into the function.
    The function is such that the temperature of the object is To [K], the output voltage is Vout [V], the temperature of the infrared sensor is Ts [K], the intrinsic coefficient is S, the common coefficients are a, b, d, If e and g,
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     It is represented by these. The temperature sensor of Claim 9 characterized by the above-mentioned.
  11. 　上記赤外線センサの温度を調節するためのペルチェ素子を備え、
    　上記演算装置は、上記赤外線センサの温度が所定値となるように上記ペルチェ素子を制御する温度調節部を備え、
    　上記関数は、上記赤外線センサの温度が定数であるとして作成され、上記物体の温度をＴｏ［Ｋ］、上記出力電圧をＶｏｕｔ［Ｖ］、上記固有係数をＳ、上記共通係数をａ，ｂ，ｈとすると、
    　で表される
    　ことを特徴とする請求項９記載の温度センサ。     A Peltier element for adjusting the temperature of the infrared sensor;
    The arithmetic device includes a temperature adjusting unit that controls the Peltier element so that the temperature of the infrared sensor becomes a predetermined value.
    The function is created assuming that the temperature of the infrared sensor is a constant, the temperature of the object is To [K], the output voltage is Vout [V], the characteristic coefficient is S, the common coefficient is a, b, If h,
    It is represented by these. The temperature sensor of Claim 9 characterized by the above-mentioned.
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