(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストを抑制することのできる赤外線撮像装置および赤外線撮像モジュールを提供する。【解決手段】凹部を有する半導体基板と、前記凹部上に設けられ赤外線を電気信号に変換する画素部と、を有する赤外線撮像素子３１と、前記画素部と対向するレンズ部３３１と、このレンズ部の周囲に設けられ前記半導体基板に接合された平板部３３２と、を有するリッド３３と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する半導体基板と、前記凹部上に設けられ赤外線を電気信号に変換する画素部と、を有する赤外線撮像素子と、
前記画素部と対向するレンズ部と、このレンズ部の周囲に設けられ前記半導体基板に接合された平板部と、を有するリッドと、
を備えた赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記リッドの前記レンズ部と対向する１枚のレンズを有するレンズモジュールをさらに備えた請求項１に記載の赤外線撮像素子。
【請求項３】
前記リッドは、前記赤外線撮像素子に対向する第１面および前記第１面に対向する第２面に反射防止膜を有する、請求項１または２のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記リッドは、前記赤外線撮像素子に対向する第１面において前記赤外線撮像素子と対向する第１領域とその他の領域である第２領域を有し、前記第２領域にゲッターを有する請求項１乃至３のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
前記半導体基板と、前記リッドは、略同じ大きさの平面形状を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線撮像モジュール。
【請求項６】
前記リッドは、前記半導体基板よりも小さな平面形状を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線撮像モジュール。
【請求項７】
赤外線を電気信号に変換する赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子が固定される凹部と、前記凹部の周囲に設けられ外周部と、を有するパッケージと、
前記赤外線撮像素子と対向するレンズ部と、このレンズ部の周囲に設けられ前記パッケージの前記外周部に接合された平板部と、を有するリッドと、
前記リッドの前記レンズ部と対向する１枚のレンズを有するレンズモジュールと、
を備えた赤外線撮像装置。
【請求項８】
前記パッケージ部と前記リッドは、第１金属、ハンダ、および第２金属の積層構造によって接合される請求項７記載の赤外線撮像装置。
【請求項９】
前記リッドは、前記レンズに対向する面に設けられた第１反射防止膜と、前記レンズ部の前記赤外線撮像素子に対向する面に設けられた第２反射防止膜と、前記平板部の前記赤外線撮像素子に対向する面に設けられたゲッターと、を有する請求項７または８記載の赤外線撮像装置。
【請求項１０】
前記リッドは、前記レンズ部の前記レンズと対向する面に設けられた第１反射防止膜と、前記平板部の前記レンズと対向する面に設けられた赤外線吸収膜と、前記レンズ部の前記赤外線撮像素子に対向する面に設けられた第２反射防止膜と、前記平板部の前記赤外線撮像素子に対向する面に設けられたゲッターと、を有する請求項７または８記載の赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、赤外線撮像装置および赤外線撮像モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線を利用した赤外線撮像素子は、昼夜に拘わらず撮像可能であると共に、可視光よりも煙や霧に対して透過性が高いという特長を有し、更に被写体の温度情報をも得られるという特長を有する。このため、防衛分野を初め監視カメラや火災検知カメラとして広い応用範囲を有する。
【０００３】
赤外線撮像素子を撮像素子として使用した赤外線撮像装置においては赤外線を集光するための集光光学系が必要であり、撮像素子の仕様を決定する重要な構成部の一つである。特に遠赤外線を透過する材料はＧｅ、Ｓｉ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等が用いられる。
【０００４】
一般に上記集光光学系としてのレンズモジュールは２枚以上のレンズからなり、必要な収差や光量分布を確保するために非球面レンズが使用されている。また、レンズは赤外線に対して十分な透過率を得るために表面にＡＲ（Antireflection）コート乃至はＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コートがなされている。Ｇｅ、Ｓｉといった結晶系の材料は透過率に優れる一方で削り出しによる加工がなされる。
【０００５】
上記のように赤外線撮像装置の光学系は可視センサと比較して材料的にも製造的にも高価である。このため、赤外線撮像装置のコストは非常に高く、市場規模の拡大が遅れている要因の一つであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１５８８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本実施形態は、製造コストを抑制することのできる赤外線撮像装置および赤外線撮像モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態の赤外線撮像装置は、凹部を有する半導体基板と、前記凹部上に設けられ赤外線を電気信号に変換する画素部と、を有する赤外線撮像素子と、  前記画素部と対向するレンズ部と、このレンズ部の周囲に設けられ前記半導体基板に接合された平板部と、を有するリッドと、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態による赤外線撮像装置を示す断面図。
【図２】図２（ａ）、２（ｂ）は、第１実施形態におけるリッドの上面および下面図。
【図３】図３（ａ）乃至３（ｄ）は、第１実施形態におけるリッドの製造工程を示す断面図。
【図４】図４（ａ）乃至４（ｄ）は、第１実施形態におけるリッドの製造工程を示す断面図。
【図５】比較例による赤外線撮像装置を示す断面図。
【図６】第２実施形態による赤外線撮像装置を示す断面図。
【図７】図７（ａ）、７（ｂ）はそれぞれ、第２実施形態に用いられるリッドの上面図および下面図。
【図８】図８（ａ）、８（ｂ）は、第２実施形態に係る赤外線撮像素子の画素部分の平面図および断面図。
【図９】図９（ａ）乃至９（ｄ）は、リッドと赤外線撮像素子の接合封止方法を示す断面図。
【図１０】図１０（ａ）、１０（ｂ）は、リッドと赤外線撮像素子の接合封止方法を示す断面図。
【図１１】図１１（ａ）、１１（ｂ）は、赤外線撮像素子内に貫通ビアを形成するための製造工程を示す断面図。
【図１２】図１２（ａ）乃至１２（ｃ）は、赤外線撮像素子内に貫通ビアを形成するための製造工程を示す断面図。
【図１３】図１３（ａ）、１３（ｂ）は、赤外線撮像モジュールのウェハー単位での製造方法を説明する断面図。
【図１４】第３実施形態による赤外線撮像モジュールを示す断面図。
【図１５】図１５（ａ）、１５（ｂ）は、第３実施形態に係る赤外線撮像素子の画素部分の平面図および断面図。
【図１６】リッドの赤外線撮像素子に対向する面におけるコーティングのパターンを示す図。
【図１７】リッドの赤外線撮像素子に対向する面におけるコーティングパターンの他の例を示す図。
【図１８】第４実施形態による赤外線撮像モジュールの断面図。
【図１９】図１９（ａ）乃至１９（ｃ）は、第４実施形態における赤外線撮像モジュールの製造プロセスの一部を示す断面図。
【図２０】第１実施形態におけるリッドの他の例を示す上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して実施形態について説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
本実施形態に係る赤外線撮像装置は、赤外線を電気信号に変換する赤外線撮像素子と、パッケージと、リッドと、レンズモジュールと、を有する。パッケージは、赤外線撮像素子が固定される凹部と、凹部の周囲に設けられ外周部と、を有する。リッドは、赤外線撮像素子と対向するレンズ部と、このレンズ部の周囲に設けられパッケージの外周部に接合された平板部と、を有する。レンズモジュールは、リッドのレンズ部と対向する１枚のレンズを有する。パッケージ部とリッドは、第１金属、ハンダ、および第２金属の積層構造によって接合されていても良い。リッドは、レンズに対向する面に設けられた第１反射防止膜を有していても良い。リッドは、レンズ部の赤外線撮像素子に対向する面に設けられた第２反射防止膜を有していても良い。リッドは、平板部の赤外線撮像素子に対向する面に設けられたゲッターを有していても良い。また、リッドは、レンズ部のレンズと対向する面に設けられた第１反射防止膜を有していても良い。リッドは、平板部のレンズと対向する面に設けられた赤外線吸収膜を有していても良い。リッドは、レンズ部の赤外線撮像素子に対向する面に設けられた反射防止膜を有していても良い。リッドは、平板部の前記赤外線撮像素子に対向する面に設けられたゲッターを有していても良い。
【００１２】
第１実施形態による赤外線撮像装置の断面を図１に示す。この実施形態の赤外線撮像装置１は、レンズモジュール１０と、レンズ固定部２０と、赤外線センサモジュール３０と、を備える。レンズモジュール１０は、レンズ１１と、レンズ１１を嵌め込むレンズ嵌め込み部１２とを有する。レンズ１１はゲルマニウム、シリコン、硫化亜鉛等の赤外線透過材料を基材とし、好ましくは表面に反射防止膜が形成される。レンズモジュール１０は、レンズ１１の結像面が後述する赤外線撮像素子の上面に位置するように、レンズ嵌め込み部１２を介してレンズ固定部２０に固定される。
【００１３】
レンズ固定部２０は、赤外線センサモジュール３０が載置される台２２と、この台２２上に設けられレンズ嵌め込み部１２を固定するための固定部２４とを備える。レンズ１１の結像面の位置の調整は、レンズ嵌め込み部１２の外周に設けられたねじと、固定部２４の内周に設けられたねじによって行われる。
【００１４】
赤外線センサモジュール３０は、赤外線撮像素子３１と、回路基板を含むパッケージ３２と、リッド３３と、を有する。赤外線撮像素子３１はＡｕＳｎ等のダイマウント材３４によりパッケージ３２に固定される。また、赤外線撮像素子３１は赤外線入射側の面に電極パッド３１１を有し、パッケージ側の電気接続用パッド３２２とボンディングワイヤ３６により接続される。リッド３３は、赤外線撮像素子の気密封止用蓋として使用されるが、本実施形態では、更にレンズ機能を備えており、レンズ部３３１と、平板部３３２とを有する。レンズ部３３１はレンズ１１に対向する側に向けて凸形状を呈する。リッド３３の基材はゲルマニウム、シリコン等の赤外線透過材料が好適である。リッド３３は、レンズ１１に対向する面において、レンズ部３３１上ではコート層３３１ａを、平板部３３２上ではコート層３３２ａを有する。本実施形態においては、コート層３３１ａ、コート層３３２ａは共に反射防止膜である。リッド３３の赤外線撮像素子３１に対向した面においては、金属層３３５、ゲッター３３４、反射防止膜３３３が形成されている。
【００１５】
このリッド３３の上面図および下面図をそれぞれ図２(ａ）、２（ｂ）に示す。図２（ａ）はリッド３３のレンズ１１に対向する面を、図２（ｂ）はリッド３３の赤外線撮像素子３１に対向する面の平面図を示す。図２（ａ）に示す、レンズ１１に対向する面においては、前述の通りレンズ部３３１、平板部３３２共に反射防止膜３３１ａ、３３２ａが形成されている。図２（ｂ）に示す面においては、金属層３３５がリッド３３の周囲に形成され、レンズ３３１に対応する部分は反射防止膜３３３が設けられている。それ以外の部分はゲッター３３４が形成されている。
【００１６】
パッケージ３２は、本体部３２ａと、赤外線撮像素子３１との電気的な接続を行うためのパッド電極３２２と、リッド３３を固定するための電極枠３２１と、を有する。本体部３２ａは、中央部に第１凹部と、この第１凹部の周囲に設けられた上記第１凹部よりも浅い第２凹部と、この第２凹部の外周に設けられリッド３３を支持する支持部と、を有している。第１凹部にはダイマウント材３４を介して赤外線撮像素子３１が載置され、第２凹部上には、パット電極３２２が設けられ、支持部上には電極枠３２１が設けられる。なお、パッケージ３２の電極枠３２１と、リッド３３の金属層３３５とは封止材３５によって封止される。本体部３２ａの基材はアルミナ、窒化アルミ等のセラミクス材料が好適であり、パッド電極３２２と電極枠３２１は例えば金やアルミ、銅等の金属材料が使用可能である。
【００１７】
次に、第１実施形態に係るレンズ機能を有するリッド３３の製造方法について図３（ａ）乃至４（ｄ）を参照して説明する。
【００１８】
まず、レンズの基材となるシリコン基板６０にレジスト５０を均一に塗布する（図３（ａ））。続いて、図示しないマスクを介してレジスト５０を露光、現像することで、孤立したレジストパターン５１を形成する（図３（ｂ））。レジストパターン５１を加熱してレンズ形状のレジストパターン５２に変形させる（図３（ｃ））。その後、レジストパターン５２上からイオンビームを照射することでエッチングを行う（図３（ｄ））。そうすると、シリコン基板６０の表面にはレジストパターン５２のレンズ形状と同一形状のレンズ部３３１が形成される（図４（ａ））。
【００１９】
次に、シリコン基板６０のレンズ部３３１が形成された面と逆の面を研磨することで必要な厚みにすると共に表面の凹凸を除去する（図４（ｂ））。続いて、レンズ部３３１が形成されたシリコン基板６０の両面にコーティングを行う。すなわち、レンズ部３３１の表面とそれ以外の平坦部の表面には反射防止膜３３１ａ、３３２ａを、レンズ部３３１が形成された面の裏面には反射防止膜３３３、ゲッター３３４、金属層３３５を図２（ａ）、２（ｂ）に示すパターンに従って形成する（図４（ｃ））。最後にダイシングにより分離することで個別のリッド３３が完成する（図４（ｄ））。
【００２０】
リッド３３は封止材３５により真空雰囲気下でパッケージ３２に固定され、パッケージ３２の内部は１Ｐａ以下の真空状態で封止される。封止材３５は例えばＡｕＳｎ等のハンダ材料が使用可能であり、リッド３３側の金属層３３５及びパッケージ３２側の金属枠３２１との間で接合することにより、封止がなされる（図１）。
【００２１】
次に、本実施形態における入射赤外線の集光光路について説明する。図１に示すように赤外線撮像装置１の外部から入射した赤外線１００はレンズ１１により集光され、更にリッド３３に形成されたレンズ３３１によって、赤外線撮像素子３１上に集光される。
【００２２】
（比較例）
図５は比較例による赤外線撮像装置を示す断面図である。この比較例による赤外線撮像装置は、レンズモジュール５１０と、レンズ固定部５２０と、赤外線センサモジュール５３０と、を備える。レンズモジュール５１０は、２枚のレンズ５１１ａ、５１１ｂと、これらのレンズ５１１ａ、５１１ｂを嵌め込むレンズ嵌め込み部５１２とを有する。
【００２３】
レンズ固定部５２０は、赤外線センサモジュール５３０が載置される台５２２と、この台５２２上に設けられレンズ嵌め込み部５１２を固定するための固定部５２４とを備える。
【００２４】
赤外線センサモジュール５３０は、赤外線撮像素子５３１と、パッケージ５３４と、リッド５３３と、を有する。赤外線撮像素子５３１はＡｕＳｎ等のダイマウント材５３４によりパッケージ５３４に固定される。また、赤外線撮像素子５３１は赤外線入射側の面に電極パッド５３２を有し、パッケージ側の電気接続用パッド５３５とボンディングワイヤ５３６により接続される。
【００２５】
パッケージ５３４は、本体部５３４ａと、赤外線撮像素子５３１との電気的な接続を行うためのパッド電極５３５と、を有する。本体部５３４ａは、中央部に第１凹部と、この第１凹部の周囲に設けられた上記第１凹部よりも浅い第２凹部と、この第２凹部の外周に設けられリッド５３３を支持する支持部と、を有している。第１凹部にはダイマウント材５３４を介して赤外線撮像素子５３１が載置され、第２凹部上には、パット電極５３５が設けられる。なお、パッケージ５３４の支持部と、リッド５３３とは封止材５３７によって封止される。
【００２６】
この比較例の赤外線撮像装置における光学系は、図５に示すように、レンズモジュール５１０は２枚のレンズ（第１のレンズ５１１ａ，第２のレンズ５１１ｂ）を有する。また、赤外線センサモジュール５３０に使用するリッド５３３は平板構造となっている。この比較例の構成では、外部からの赤外光線はレンズモジュール５１０内の２枚のレンズ５１１ａ、５１１ｂを順次通過することで、最終的にリッド５３３を経て赤外線センサモジュール５３０内の赤外線撮像素子５３１上に集光される。この場合の光学系を構成する要素数は３である。
【００２７】
一方、本実施形態においては、赤外線センサモジュール３０におけるリッド３３がレンズとしても機能するため、光学系を構成する要素は２となる。従って、比較例に用いられていたレンズモジュール内のレンズを１枚減らすことができ、レンズモジュールとしても、赤外線撮像装置としても、性能を維持したままコストを減らすことが可能となる。更に外部からの赤外線が通過する光学要素が減少することで、赤外線素子５３１に到達する赤外線エネルギーが増加するため、赤外線撮像装置の感度を高めることが可能となる。
【００２８】
（リッドの他の例）
第１実施形態の赤外線撮像装置に用いられるリッドの他の例を図２０に示す。図２０は、
図２（ａ）と同様に、リッド８０１のレンズ側に対向する面を示す。図２（ａ）のリッドは全面に反射防止膜を形成するものであったが、図２０に示すリッド８０１においては、レンズ部分８３１にのみ反射防止膜８３１ａを設け、それ以外の平板部分８３２は赤外線吸収膜８３２ａを形成している。赤外線吸収膜８３２ａとしてはカーボン等の赤外線吸収効率の高い材料が好適である。リッド全面に反射防止膜を設ける構成においては、レンズ１１から入射してきた赤外線のうち、リッドに形成されたレンズ表面において反射した迷光が再度リッドに入射してきた場合にそのままリッドを透過する可能性が高い。かかる迷光が赤外線撮像素子に入射するとゴーストとなって画像に悪影響を及ぼす。これに対して図２０に示すように赤外線吸収膜８３２ａを設けると、再入射してきた迷光は赤外線吸収膜８３２ａにて吸収されるため、赤外線撮像素子への入射を遮断することができる。迷光がレンズ部分８３１に再入射した場合には赤外線撮像素子への入射を阻止することはできないが、リッド８０１に赤外線吸収膜８３２ａを設けることで迷光再入射の確率を大幅に減少することが可能となる。これにより、より安定した画像の取得が実現できる。
【００２９】
（第２実施形態）
第２実施形態による赤外線撮像装置の断面を図６に示す。第２実施形態による赤外線撮像装置１Ａは，赤外線撮像素子と、リッドと、を有する。赤外線撮像素子は、凹部を有する半導体基板と、凹部上に設けられ赤外線を電気信号に変換する画素部と、を有する。リッドは、画素部と対向するレンズ部と、このレンズ部の周囲に設けられ半導体基板に接合された平板部と、を有する。赤外線撮像装置１Ａは，リッドのレンズ部と対向する１枚のレンズを有するレンズモジュールをさらに備えることができる。前記リッドは、赤外線撮像素子に対向する第１面および第１面に対向する第２面に反射防止膜を有していても良い。
【００３０】
リッドは、赤外線撮像素子に対向する第１面において赤外線撮像素子と対向する第１領域とその他の領域である第２領域を有し、第２領域にゲッターを有していても良い。半導体基板とリッドは、重ねた状態において略同じ大きさでも良いし、半導体基板よりもリッドの方が小さくても良い。
【００３１】
具体的には、第２実施形態による赤外線撮像装置１Ａは，レンズモジュール１０と、レンズ固定部２０と、赤外線センサモジュール２００と、回路基板２０９とを備えている。回路基板２０９は、赤外線センサモジュール２００から映像信号を取り出す。レンズモジュール１０およびレンズ固定部２０は第１実施形態と同じ構造を有するので詳細な説明を省略する。
【００３２】
赤外線センサモジュール２００は、レンズ機能を有するリッド２０１と、赤外線撮像素子２０５と、を備える。リッド２０１の構造は、第１実施形態で説明したリッド３３と基本的には同じであるが、リッド３３がパッケージ３２と略同サイズであるのに対し、リッド２０１は赤外線撮像素子２０５と略同じ大きさである。また、リッド２０１に形成されるコーティングパターンが異なる。
【００３３】
図７（ａ）および７（ｂ）はそれぞれ、リッド２０１の上面図および下面図である。リッド２０１のレンズ１１に対向する側の面には、図７（ａ）に示すように、レンズ部２０２および平板部２０３共に反射防止膜２０２ａ、２０３ａが形成される。一方、その裏面には、図７（ｂ）に示すように、レンズ部２０２に対応する矩形領域２０３０に反射防止膜パターンが形成される。矩形領域２０３０においては後述する赤外線素子２０５が有する画素に対応する微小矩形領域２０３１に反射防止膜が形成され、その隙間領域２０３２はリッド２０１の基材であるシリコンが露出している。
【００３４】
赤外線撮像素子２０５の画素部分の平面図を図８（ａ）に示し、図８（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図を図８（ｂ）に示す。赤外線撮像素子２０５は、マトリクス状に配列された複数の画素２０５０を有している。すなわち、画素２０５０は赤外線撮像素子２０５において、２次元アレイを形成する（図８（ａ））。外部から入射する赤外線を受光するための画素２０５０はシリコン基板２０５６上の画素形成層２０５５に形成される。画素２０５０は入射赤外線を吸収するためのセンサセル２０５１と、センサセル２０５１を保持するための支持脚２０５２と、を有する。センサセル２０５１と支持脚２０５２の背面は空洞領域２０５７が形成される（図８（ｂ））。
【００３５】
画素２０５０の間には画素と図示しない画素駆動回路との電気信号の授受を行う図示しない配線を内部に含む配線領域２０５３を有する。赤外線素子２０５は更に赤外線素子２０５と回路基板との電気信号の授受を行うためのパッド層２０５４を有する。図６に示すように、パッド層２０５４と回路基板上の回路基板電極２０８は、赤外線撮像素子２０５内に形成された貫通ビア２０７を介して電気的に接続される。
【００３６】
リッド２０１と赤外線撮像素子２０５は、真空雰囲気下で接合封止される。図９（ａ）乃至１０（ｂ）にその接合方法を示す。接合するために、赤外線撮像素子２０５の表面は所定の表面粗さとなっていることが必要である。このため、まず赤外線撮像素子が形成したチップ若しくはウェハーの表面にレジスト２０６０を塗布する（図９（ａ））。このとき、レジスト２０６０は、センサセル２０５１、支持脚２０５２の間にも供給される。このため、次のステップの研磨を行ってもセンサセル２０５１、支持脚２０５２の構造が破壊されることがない。なお、この段階では赤外線撮像素子２０５には空洞領域２０５６は形成されていない。
【００３７】
次に、所定の表面粗さを確保すべく、上述のチップ若しくはウェハーのレジスト２０６０が形成された面を研磨する（図９（ｂ））。この時、表面粗さＲａは例えば１ｎｍ未満にする。レジスト２０６０を除去した後（図９（ｃ））、赤外線撮像素子２０５のセンサセル２０５１、支持脚２０５２の背面に空洞領域２０５６を形成する（図９（ｄ））。空洞領域２０５６の形成には異方性ウェットエッチングを使用することができる。
【００３８】
次に、接合面を表面研磨して所定の表面粗さとし、一部に反射防止膜２０３１を設けたリッド２０１の接合面と、赤外線撮像素子２０５との接合面をプラズマ活性させる（図１０（ａ））。リッド２０１の接合面はシリコン、赤外線撮像素子２０５の接合面はＳｉＯ２またはＳｉＮである。最後に、両者を真空雰囲気中で接触させることにより、リッド２０１側のシリコンと、赤外線撮像素子２０５側のＳｉＯ２またはＳｉＮが原子レベルで結合し、封止接合が行われる（図１０（ｆ））。この結果、赤外線撮像素子２０５上の各画素２０５０の空間内は真空状態が維持される。
【００３９】
赤外線撮像素子２０５内に貫通ビア２０７を形成するための製造工程を図１１（ａ）乃至１２（ｃ）に示す。図１１（ａ）はリッド２０１と赤外線撮像素子２０５の接合後の状態を示し、赤外線撮像素子２０５の厚みは元のシリコン基板２０５６の厚みと略同一である。これに対して赤外線撮像素子２０５の背面側から研磨することで薄膜化する（図１１（ｂ））。例えば、元のシリコン基板２０５６の厚みは６２５μｍであるところ、これが１００μｍとなるまで薄膜化する。
【００４０】
次に、赤外線撮像素子２０５の背面側からレジストによるパターンニングとエッチングによりパッド層２０５４に到達する孔２０７０を形成する（図１２（ａ））。孔２０７０の内壁および孔２０７０の開孔周辺まで絶縁膜２０７１を形成する（図１２（ｂ））。続いて、孔２０７０内に金属を埋め込むことで貫通ビア２０７が形成される（図１２（ｃ））。孔２０７に埋め込む金属としては銅などが好適であり、スパッタ等で充填することが可能である。
【００４１】
この第２実施形態の赤外線撮像装置の動作については図１に示す第１実施形態の赤外線撮像装置と同様である。例えば、外部から入射した赤外線１００は、レンズ１１、リッド２０２を経て赤外線撮像素子２０５上の画素２０５０に集光、結像される（図６）。
【００４２】
この第２実施形態においても、光学系を構成する要素はレンズモジュールのレンズ１枚とリッドに形成されたレンズの２つとなり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。これに加え、赤外線センサモジュールはパッケージ不要となるため、更なる低コスト化が実現できる。第２実施形態において赤外線撮像モジュール２００の製造方法は１ユニット（１チップ）単位での説明であったが、これに限らずにウェハー単位での製造も可能である。例えば、図１３（ａ）はレンズを形成したリッドウェハー２５０と赤外線撮像素子を形成したデバイスウェハー２５１をウェハーレベルで接合した場合の断面図である。接合方法は図１０（ａ）で説明した場合と同様である。その後、ダイシングにより分離することで個々の赤外線撮像モジュールとなる（図１３（ｂ））。図１２（ａ）で説明した貫通ビア２０７の形成についても同様にウェハー状態で貫通ビア２０７を形成し、その後でダイシングによる分離を行うこともできる。
【００４３】
（第３実施形態）
第３実施形態による赤外線撮像モジュールの断面を図１４に示す。この第３実施形態の赤外線撮像モジュール４００は、リッド４０１の赤外線撮像素子４０５に対向する面のコーティングパターンおよび赤外線撮像素子４０５の画素構造以外は図６に示す第２実施形態に係る赤外線撮像モジュール２００の構造と同様である。
【００４４】
第３実施形態における赤外線撮像素子４０５の平面図を図１５（ａ）に示し、図１５（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面を図１５（ｂ）に示す。本実施形態においては、配線領域４０５３の高さがリッド４０１との接合面である画素形成層４０５５の高さよりも低くなっている点で、配線領域２０５３と画素形成層２０５５の高さが同一である図８（ａ）、８（ｂ）に示す第２実施形態の構造と異なる。
【００４５】
図１６に、リッド４０１の赤外線撮像素子４０５に対向する面におけるコーティングのパターンを示す。リッド４０１のレンズ部４０２に対応する矩形領域４０３０内に画素４０５０に対応した微小矩形領域４０３１が形成されている。微小矩形領域４０３１は反射防止膜からなる。また、矩形領域４０３０の内、微小矩形領域４０３１が形成されていない領域はゲッター４０３２が設けられている。図１４に示すように、微小矩形領域４０３１は画素４０５０に対向した位置となり、ゲッター４０３２は配線領域４０５３に対向する。ここで配線領域４０５３は画素形成層４０５５よりも低いため、ゲッター４０３２と配線領域４０５３は接触することがない。従って、配線領域４０５３と対向する位置にゲッター４０３２を設けても、リッド４０１と赤外線撮像素子４０５の接合に悪影響を及ぼすことがない。本実施形態ではリッド４０１の表面にゲッター４０３２を設けることによって、リッド４０１と赤外線素子４０５に挟まれた空間内で発生するアウトガスを吸収することができ、常に上記空間内の真空度を一定に保持することが可能となる。
【００４６】
図１７に、リッド４０１の赤外線撮像素子４０５に対向する面におけるコーティングパターンの他の例を示す。図１７では、レンズ部４０２に対応する矩形領域４０４内を全て反射防止膜で形成する。反射防止膜を均一パターンにすることによって、リッド４０１と赤外線素子４０５の微細な位置合わせが不要となり、赤外線モジュールの組立てが容易となる。
【００４７】
（第４実施形態）
第４実施形態による赤外線撮像モジュールの断面を図１８に示す。この第４実施形態においては、レンズ構造を有するリッド２０１は赤外線撮像素子６０５よりもサイズが小さく、赤外線撮像素子６０５の略中央部において赤外線撮像素子６０５と接合している。赤外線撮像素子６０５はリッド２０１が接合する位置よりも外側においてパッド電極６０５９を有する。パッド電極６０５９は赤外線撮像素子６０５の内部導電層６０５４とビア６０５８を介して接続されている。赤外線撮像素子６０５はパッケージ６３２にダイアタッチ材６３４により固定されている。
【００４８】
パッケージ６３２にはパッド６３２２が設けられており、パッケージ背面へと配線されている。赤外線撮像素子６０５のパッド電極６０５９とパッド６３２２はワイヤ６３６により電気的に接続されている。
【００４９】
本実施形態では、赤外線撮像素子６０５からの電気信号を、パッケージ６３２を介して外部の回路基板に伝達するものである。赤外線撮像素子６０５の封止はリッド２０１によって行うため、パッケージ６３２の構造は簡易なものとなる。また、赤外線撮像素子６０５内部の電気信号取り出しのために貫通ビアを使用しないため、製造工程の一部を容易にすることができる。従って、赤外線撮像装置の製造コストや材料的なコストを低減することが可能となる。赤外線撮像装置としての動作は図６に示す第２実施形態と同様の性能が期待できる。
【００５０】
本実施形態における赤外線撮像モジュールの製造プロセスの一部を図１９（ａ）乃至１９（ｃ）に示す。本実施形態においてはリッド２０１と赤外線撮像素子６０５のサイズが異なるため、ウェハーレベルの接合は困難である。そこで、リッド２０１側は固定部材７００に個々のリッド２０１を保持し、赤外線撮像素子側はデバイスウェハー６５１を用意する（図１９（ａ））。
【００５１】
次に、図９（ａ）乃至図１０（ｂ）で説明したプロセスと同様に、固定部材７００とデバイスウェハーの最表面を予め研磨した上で、プラズマによる活性化を行い、両者を真空雰囲気下で接触させることにより接合する（図１９（ｂ））。その後、ダイシングで分離することで個別の赤外線撮像モジュールが完成する。このように赤外線撮像素子側がウェハーの状態で組立てを行うことにより、効率的な製造が可能となる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５３】
３３、２０１、４０１  リッド、
３３１、２０２、４０２  レンズ部
３０、２００  赤外線センサモジュール
３１、２０５、４０５，６０５  赤外線素子
２０５０  画素
２０５１  センサセル
２０５２  支持脚
２０７  貫通ビア
８３２ａ  赤外線吸収膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図６】
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【図１９】
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