(57)【要約】【課題】ＩＣチップの発熱がデバイスチップに与える影響を低減することが可能な真空封止デバイスを提供する。【解決手段】真空封止デバイスは、デバイスチップ１００Ａと、デバイスチップ１００Ａと協働するＩＣチップ２００Ａと、デバイスチップ１００ＡとＩＣチップ２００Ａとが互いの厚み方向に離間して収納されたパッケージ３００とを備える。パッケージ３００は、パッケージ本体３０１の一面側に２段の凹部３０１ａ，３０１ｂが設けられ、ＩＣチップ２００Ａが、下段の凹部３０１ａの内底面に第２接合部３１２を介して接合され、デバイスチップ１００Ａが、上段の凹部３０１ｂの内底面における下段の凹部３０１ａの周部の全周に亘って第３接合部３１３を介して気密的に接合されている。真空封止デバイスは、パッケージ本体３０１とデバイスチップ１００Ａと第３接合部３１３とパッケージ蓋３０２とで囲まれた第１気密空間３２１が真空雰囲気となっている。【選択図】図１
2013041921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中での使用が要求されるデバイスチップと、前記デバイスチップと協働するＩＣチップと、前記デバイスチップと前記ＩＣチップとが互いの厚み方向に離間して収納されたパッケージとを備え、前記パッケージは、パッケージ本体と、前記パッケージ本体に第１接合部を介して気密的に接合されたパッケージ蓋とを有し、前記パッケージ本体の一面側に２段の凹部が設けられ、前記ＩＣチップが、下段の前記凹部の内底面に第２接合部を介して接合され、前記デバイスチップが、上段の前記凹部の内底面における前記下段の凹部の周部の全周に亘って第３接合部を介して気密的に接合されてなり、前記パッケージ本体と前記デバイスチップと前記第３接合部と前記パッケージ蓋とで囲まれた第１気密空間が真空雰囲気であることを特徴とする真空封止デバイス。
【請求項２】
前記第３接合部は、無機系接合材料により形成されてなることを特徴とする請求項１記載の真空封止デバイス。
【請求項３】
前記パッケージ本体と前記デバイスチップと前記第３接合部とで囲まれた第２気密空間が真空雰囲気であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空封止デバイス。
【請求項４】
前記デバイスチップは、電磁波センサチップであり、前記パッケージ蓋は、前記電磁波センサチップでの検知対象の電磁波を透過する材料により形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の真空封止デバイス。
【請求項５】
前記検知対象の電磁波が赤外線であり、前記電磁波センサチップは、複数の熱型赤外線検出部が半導体基板の一表面側においてアレイ状に配置され、前記半導体基板の前記一表面側において前記熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部が形成されてなる赤外線センサチップであることを特徴とする請求項４記載の真空封止デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空封止デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、真空封止デバイスの一つとして、赤外線センサが知られている（例えば、特許文献１）。また、真空封止デバイスとしては、ジャイロセンサや、ＭＥＭＳ光スキャナなども知られている。
【０００３】
特許文献１には、図２１に示す構成の赤外線センサ装置４３０が記載されている。この赤外線センサ装置４３０は、パッケージ４３１の凹部の内底面４３１ａ側に、赤外線アレイセンサ４１０と、赤外線アレイセンサ４１０と協働する信号処理用チップ４３７とが、収納されている。また、この赤外線センサ装置４３０は、赤外線アレイセンサ４１０および信号処理用チップ４３７が実装されたパッケージ４３１の上記凹部の内部を、凸レンズ形状の赤外線透過部材４３４を備えたリッド４３３によって真空雰囲気で気密封止している。ここにおいて、リッド４３３は、赤外線アレイセンサ４１０に対して窓となる開口部４３３ａを有しており、開口部４３３ａを封止するように、赤外線透過部材４３４が気密接合されている。
【０００４】
赤外線アレイセンサ４１０は、シリコン基板４０１の一表面側において、ｍ×ｎ個の熱型赤外線検出部が２次元アレイ状に配置されている。ここで、熱型赤外線検出部は、サーモパイルを備えている。また、赤外線アレイセンサ４１０は、シリコン基板４０１の他表面側から形成された空洞４０５を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の赤外線センサ装置４３０では、赤外線アレイセンサ４１０と信号処理用チップ４３７とが、パッケージ４３１の前記凹部の内底面４３１ａ側において、横並びで実装されている。このため、赤外線センサ装置４３０は、パッケージ４３１に赤外線アレイセンサ４１０のみを収納する場合に比べて、気密封止するための接合部の面積が大きくなり、リークが発生する可能性が高くなる。また、赤外線センサ装置４３０では、赤外線アレイセンサ４１０の各熱型赤外線検出部それぞれの出力信号（出力電圧）に、信号処理用チップ４３７の発熱に起因したオフセット電圧を含んでしまう。また、この赤外線センサ装置４３０では、赤外線アレイセンサ４１０において信号処理用チップ４３７からの距離の長短に起因して熱型赤外線検出部の温度がばらつき、赤外線アレイセンサ４１０の面内でＳ／Ｎ比がばらついてしまうことがあった。なお、信号処理用チップ４３７からパッケージ４３１を通る経路で赤外線アレイセンサ４１０のシリコン基板４０１へ伝わる熱は、主に、サーモパイルの冷接点の温度を上昇させるのでマイナスのオフセット電圧を発生させる要因となる。
【０００７】
また、上述の赤外線センサ装置４３０では、信号処理用チップ４３７の発熱時に信号処理用チップ４３７から放出されるガスにより、真空度が低下し、赤外線アレイセンサ４１０のデバイス特性が低下してしまう懸念がある。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＩＣチップの発熱がデバイスチップに与える影響を低減することが可能な真空封止デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の真空封止デバイスは、真空中での使用が要求されるデバイスチップと、前記デバイスチップと協働するＩＣチップと、前記デバイスチップと前記ＩＣチップとが互いの厚み方向に離間して収納されたパッケージとを備え、前記パッケージは、パッケージ本体と、前記パッケージ本体に第１接合部を介して気密的に接合されたパッケージ蓋とを有し、前記パッケージ本体の一面側に２段の凹部が設けられ、前記ＩＣチップが、下段の前記凹部の内底面に第２接合部を介して接合され、前記デバイスチップが、上段の前記凹部の内底面における前記下段の凹部の周部の全周に亘って第３接合部を介して気密的に接合されてなり、前記パッケージ本体と前記デバイスチップと前記第３接合部と前記パッケージ蓋とで囲まれた第１気密空間が真空雰囲気であることを特徴とする。
【００１０】
この真空封止デバイスにおいて、前記第３接合部は、無機系接合材料により形成されてなることが好ましい。
【００１１】
この真空封止デバイスにおいて、前記パッケージ本体と前記デバイスチップと前記第３接合部とで囲まれた第２気密空間が真空雰囲気であることが好ましい。
【００１２】
この真空封止デバイスにおいて、前記デバイスチップは、電磁波センサチップであり、前記パッケージ蓋は、前記電磁波センサチップでの検知対象の電磁波を透過する材料により形成されてなることが好ましい。
【００１３】
この真空封止デバイスにおいて、前記検知対象の電磁波が赤外線であり、前記電磁波センサチップは、複数の熱型赤外線検出部が半導体基板の一表面側においてアレイ状に配置され、前記半導体基板の前記一表面側において前記熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部が形成されてなる赤外線センサチップであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の真空封止デバイスにおいては、ＩＣチップの発熱がデバイスチップに与える影響を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の真空封止デバイスの概略断面図である。
【図２】実施形態における赤外線センサチップの平面レイアウト図である。
【図３】実施形態における赤外線センサチップの等価回路図である。
【図４】実施形態における赤外線センサチップの要部等価回路図である。
【図５】実施形態における赤外線センサチップの画素部の平面レイアウト図である。
【図６】実施形態における赤外線センサチップの画素部の概略平面レイアウト図である。
【図７】実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図８】実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図９】実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図１０】実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図１１】実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図１２】実施形態における赤外線センサチップの冷接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１３】実施形態における赤外線センサチップの温接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１４】実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の概略断面図である。
【図１５】実施形態における赤外線センサチップの画素部の別の要部の概略断面図である。
【図１６】実施形態における赤外線センサチップの要部説明図である。
【図１７】実施形態における赤外線センサチップに関し、（ａ）は要部の平面レイアウト図、（ｂ）は、（ａ）のツェナダイオードの拡大図、（ｃ）はツェナダイオードの概略断面図である。
【図１８】実施形態における赤外線センサチップの他の構成例の要部概略断面図である。
【図１９】実施形態における赤外線センサチップの更に他の構成例の要部概略断面図である。
【図２０】実施形態における赤外線センサチップの別の構成例の要部概略断面図である。
【図２１】従来例を示す赤外線センサ装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本実施形態の真空封止デバイスについて、図１に基づいて説明する。
【００１７】
真空封止デバイスは、真空中での使用が要求されるデバイスチップ１００Ａと、デバイスチップ１００Ａと協働するＩＣチップ２００Ａと、デバイスチップ１００ＡとＩＣチップ２００Ａとが互いの厚み方向に離間して収納されたパッケージ３００とを備えている。
【００１８】
パッケージ３００は、パッケージ本体３０１と、パッケージ本体３０１に第１接合部３１１を介して気密的に接合されたパッケージ蓋３０２とを有している。ここで、パッケージ３００は、パッケージ本体３０１の一面側に２段の凹部３０１ａ，３０１ｂが設けられている。そして、パッケージ３００は、ＩＣチップ２００Ａが、下段の凹部３０１ａの内底面に第２接合部３１２を介して接合されている。また、パッケージ３００は、デバイスチップ１００Ａが、上段の凹部３０１ｂの内底面における下段の凹部３０１ａの周部の全周に亘って第３接合部３１３を介して気密的に接合されている。また、真空封止デバイスは、パッケージ本体３０１とデバイスチップ１００Ａと第３接合部３１３とパッケージ蓋３０２とで囲まれた第１気密空間３２１が真空雰囲気となっている。
【００１９】
しかして、本実施形態の真空封止デバイスでは、ＩＣチップ２００Ａの発熱がデバイスチップ１００Ａに与える影響を低減することが可能となる。ＩＣチップ２００Ａの発熱がデバイスチップ１００Ａに与える影響としては、ＩＣチップ２００Ａの発熱時にＩＣチップ２００Ａから放出されるガスによる真空度の低下がデバイスチップ１００Ａのデバイス特性に与える影響や、ＩＣチップ２００Ａの発熱に起因したデバイスチップ１００Ａの温度上昇がデバイス特性に与える影響などが考えられる。また、本実施形態の真空封止デバイスでは、デバイスチップ１００ＡとＩＣチップ２００Ａとが互いの厚み方向に離間してパッケージ３００に収納されているので、デバイスチップ１００ＡとＩＣチップ２００Ａとが横並びで収納されている場合に比べて、パッケージ本体３０１とパッケージ蓋３０２とを接合する第１接合部３１１の面積を小さくすることが可能となり、第１接合部３１１でリークが発生する可能性を低減することが可能となる。
【００２０】
この真空封止デバイスでは、デバイスチップ１００Ａのパッド（図示せず）が、パッケージ本体３０１に設けられた配線（図示せず）とワイヤ３８１を介して電気的に接続されている。また、ＩＣチップ２００Ａのパッド（図示せず）は、パッケージ本体３０１に設けられた配線（図示せず）と第２接合部３１２を介して電気的に接続されているが、これに限らず、ワイヤを介して電気的に接続することも可能である。ただし、前者の方が、パッケージ３００の小型化を図る点で有利であり、また、ＩＣチップ２００Ａの主表面側の回路部（図示せず）で発生した熱がデバイスチップ１００Ａに伝わりにくくなる点で有利である。
【００２１】
この真空封止デバイスにおいては、第３接合部３１３が、無機系接合材料（例えば、ガラス、ＡｕＳｎ、Ａｕのような金属系接合材など）により形成されていることが好ましい。これにより、真空封止デバイスは、第３接合部３１３が有機系接合材料（例えば、エポキシ樹脂など）により形成されている場合に比べて、第３接合部３１３から発生するガスを低減することが可能となり、また、第１気密空間３２１の気密性を高めることが可能となる。また、第１接合部３１１は、無機系接合材料により形成されていることが好ましい。これにより、真空封止デバイスは、第１接合部３１１が有機系接合材料により形成されている場合に比べて、第１の接合部３１１から発生するガスを低減することが可能となり、また、第１気密空間３２１の気密性を高めることが可能となる。また、第２接合部３１２は、無機系接合材料により形成されていることが好ましく、上述のような第２接合部３１２が電気的な接続を兼ねる場合には、金属系接合材を採用すればよい。これにより、真空封止デバイスは、第２接合部３１２が、有機系接合材料により形成されている場合に比べて、第２気密空間３２２中へ放出されるガスを低減することが可能となる。
【００２２】
この真空封止デバイスにおいては、パッケージ本体３０１とデバイスチップ１００Ａと第３接合部３１３とで囲まれた第２気密空間３２２が、真空雰囲気であることが好ましい。これにより、真空封止デバイスは、ＩＣチップ２００Ａが真空雰囲気にあるので、ＩＣチップ２００Ａで発生した熱がデバイスチップ１００Ａに伝わりにくくなり、また、第１気密空間３２１と第２気密空間３２２との圧力差に起因して第３接合部３１３の気密性が低下したり、デバイスチップ１００Ａのデバイス特性が変動したりするのを抑制することが可能となる。真空封止デバイスは、第１気密空間３２１の真空度と第２気密空間３２２の真空度とが略同じであることが好ましい。
【００２３】
この真空封止デバイスにおいては、デバイスチップ１００Ａが、例えば、電磁波センサチップであり、パッケージ蓋３０２が、電磁波センサチップでの検知対象の電磁波を透過する材料により形成されていることが好ましい。
【００２４】
この真空封止デバイスにおいて、検知対象の電磁波が赤外線であり、電磁波センサチップは、後述のように複数の熱型赤外線検出部３（図７、図８など参照）が半導体基板１（図７、図８など参照）の一表面側においてアレイ状に配置され、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（図７、図８など参照）が形成されてなる赤外線センサチップ１００であることが好ましい。この場合の真空封止デバイスは、赤外線センサである。真空封止デバイスが赤外線センサである場合、パッケージ蓋３０２の材料としては、例えば、シリコンやゲルマニウムなどが好ましく、シリコンを採用することにより、ゲルマニウムを採用する場合に比べて、低コスト化を図ることが可能となる。ＩＣチップ２００Ａは、赤外線センサチップ１００の出力信号を信号処理する機能を有したものであることが好ましい。
【００２５】
電磁波センサチップは、赤外線センサチップ１００に限らず、例えば、フォトダイオードチップや、テラヘルツ波センサチップなどでもよい。
【００２６】
また、デバイスチップ１００Ａは、真空中での使用が要求されるものであれば特に限定するものではなく、電磁波センサチップに限らず、例えば、ジャイロセンサチップや、ＭＥＭＳ光スキャナチップ（ＭＥＭＳミラーチップ）などでもよい。また、デバイスチップ１００Ａと協働するＩＣチップ２００Ａの機能については、デバイスチップ１００Ａの機能によって適宜設定すればよい。例えば、デバイスチップ１００Ａが電磁波センサチップの場合には、ＩＣチップ２００Ａが電磁波センサチップの出力信号を信号処理する機能を有していることが好ましい。また、デバイスチップ１００Ａがジャイロセンサチップの場合には、ＩＣチップ２００Ａがジャイロセンサチップを駆動する機能とジャイロセンサチップの出力信号を信号処理する機能とを有していることが好ましい。また、デバイスチップ１００ＡがＭＥＭＳ光スキャナチップの場合には、ＩＣチップ２００Ａが、少なくともＭＥＭＳ光スキャナチップを駆動する機能を有していることが好ましい。
【００２７】
また、真空封止デバイスは、パッケージ３００の第１気密空間３２２内にゲッタが収納されていることが好ましい。ゲッタとしては、非蒸発型ゲッタが好ましい。
【００２８】
また、真空封止デバイスは、パッケージ３００内に、デバイスチップ１００ＡおよびＩＣチップ２００Ａ以外の電子デバイスチップが収納されていてもよい。
【００２９】
また、パッケージ３００には、デバイスチップ１００ＡおよびＩＣチップ２００Ａに適宜接続された複数の外部接続電極（図示せず）が露設されている。各外部接続電極は、パッケージ本体３０１の他面に設けることが好ましく、パッケージ本体３０１の上記他面と側面とに跨って設けることが好ましい。これにより、真空封止デバイスをプリント基板などの基板に表面実装して用いることが可能となるだけでなく、半田フィレットの形成による接合信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
以下では、真空封止デバイスの一例である赤外線センサの各構成要素について詳細に説明する。
【００３１】
ここでは、まず、赤外線センサチップ１００について図２〜図１７に基づいて説明する。
【００３２】
赤外線センサチップ１００は、図２に示すように、ｉ×ｊ個（図示例では、８×８個）の画素部２が、半導体基板１の一表面側においてｉ行ｊ列（図示例では、８行８列）の２次元アレイ状に配置されている。なお、図示例では、ｉ＝８、ｊ＝８としてあるが、ｉ≧２、ｊ≧２であればよい。
【００３３】
画素部２は、図３〜図８に示すように、赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換部である感温部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を具備している。
【００３４】
上述のＭＯＳトランジスタ４は、図７、図８および図１５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４１がチャネル形成用領域を構成している。なお、図３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赤外線センサチップ１００の等価回路図を示してある。また、図３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。
【００３５】
図３、図５および図７から分かるように、赤外線センサチップ１００は、各列のｊ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ｊ個の第１の配線１０１を備えている。
【００３６】
また、赤外線センサチップ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ｉ個（８個）の第２の配線１０２を備えている。また、赤外線センサチップ１００は、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ｊ個の第３の配線１０３と、各列のｉ個の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続されたｊ個の第４の配線１０４とを備えている。
【００３７】
また、赤外線センサチップ１００は、第１の配線１０１が各別に接続された出力用のｊ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ｉ個の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8とを備えている。さらに、赤外線センサチップ１００は、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、赤外線センサチップ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。赤外線センサでは、ＩＣチップ２００Ａによって、ＭＯＳトランジスタ４が順次、オン状態になるように各画素部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、ＩＣチップ２００Ａが、各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。なお、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefinそれぞれについて区別する必要がない場合には、説明の便宜上、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefinのいずれも、パッド８０として説明する。
【００３８】
ここで、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とする。また、感温部３０の出力電圧をＶo、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Ｖthとする。
【００３９】
ＩＣチップ２００Ａは、ＭＯＳトランジスタ４がｎＭＯＳトランジスタである場合、第２の配線１０２に接続されたｉ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とする。また、ＩＣチップ２００Ａは、第２の配線１０２に接続されたｉ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をＶoffとする。ＩＣチップ２００Ａは、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶonとしたときに、
−Ｖth＜｛Ｖwell−（Ｖref＋Ｖo）｝＜Ｖth
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チップ１００を制御することが好ましい。
【００４０】
また、ＩＣチップ２００Ａは、ＭＯＳトランジスタ４がｐＭＯＳトランジスタである場合、
−Ｖth＜｛（Ｖref＋Ｖo）−Ｖwell｝＜Ｖth
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チップ１００を制御することが好ましい。
【００４１】
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、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードの逆方向のブレークダウン電圧が−１０Ｖ程度になる一方で、Ｖthが０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度となる。したがって、赤外線センサは、ＩＣチップ２００Ａが、例えば、第４のパッドＶref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ｉ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（Ｖref＋Ｖo）を読み出すことが可能となる。また、赤外線センサは、第２の配線１０２に接続されたｉ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。
【００４２】
また、赤外線センサチップ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、複数のツェナダイオードＺＤ（図３、図４および図１７参照）を備えている。各ツェナダイオードＺＤは、各第２の配線１０２それぞれにカソードが接続されている。ツェナダイオードＺＤは、図１７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。そして、赤外線センサチップ１００は、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を備えている。ここで、第５のパッドＶzdの電位をＶhogoとするとき、ＩＣチップ２００Ａは、ＶhogoとＶwellとを異ならせることが好ましい。そして、ＩＣチップ２００Ａ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とすることが好ましい。
【００４３】
また、赤外線センサチップ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。ここで、第６のパッドＶsuの電位をＶsubとするとき、ＩＣチップ２００Ａは、Ｖwell＝Ｖsubとすることが好ましい。すなわち、ＩＣチップ２００Ａ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とすることが好ましい。なお、図４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。また、第５のパッドＶzdおよび第６のパッドＶsuも、それぞれ、図２におけるパッド８０を構成しているので、説明の便宜上、区別する必要がない場合には、いずれも、パッド８０として説明する。
【００４４】
赤外線センサチップ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（ｉ×ｊ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５参照）を直列接続することにより構成されている。
【００４５】
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７、図８参照）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７、図８参照）に形成されている。
【００４６】
赤外線センサチップ１００は、図５〜図８に示すように、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５参照）とを有している。なお、図５における熱型赤外線検出部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。
【００４７】
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。
【００４８】
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５における感温部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、赤外線センサチップ１００は、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続した感温部３０とすれば、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。しかも、このような赤外線センサチップ１００は、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の感温部３０に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００４９】
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。これにより、赤外線センサチップ１００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に連通する平面視コ字状のスリット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。
【００５０】
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熱酸化膜１ｂと、熱酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、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。
【００５１】
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、熱酸化膜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。
【００５２】
また、赤外線センサチップ１００は、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、半導体基板１の上記一表面側において、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されている。そして、赤外線センサチップ１００は、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７（ｂ）、図８（ｂ）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。
【００５３】
また、各画素部２は、空洞部１１の内周形状が矩形状である。各画素部２における連結片３ｃは、図５および図１１（ａ）に示すように、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。
【００５４】
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接続部３６により電気的に接続した複数個（図５に示した例では、９個）の熱電対を有している。接続部３６は、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）により形成されている。また、サーモパイル３０ａは、半導体基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｎ形ポリシリコン層３４の他端部とｐ形ポリシリコン層３５の他端部とが接続部３７により接合され電気的に接続されている。接続部３７は、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）により形成されている。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、赤外線センサチップ１００は、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５の各々において、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。
【００５５】
また、赤外線センサチップ１００は、空洞部１１の形状が、四角錐状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、第１の薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。ここで、図５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５および図９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。これに対し、図５の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５および図１０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。また、図５の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、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、本実施形態における赤外線センサチップ１００では、図５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、感度を向上させることが可能となる。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７（ｂ）、図８（ｂ）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。ただし、所定深さｄｐは、半導体基板１の厚み寸法よりも小さく設定する必要がある。
【００５６】
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、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。この赤外線吸収層３９は、第２の薄膜構造部３ａａの反りを抑制する機能も有している。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１１参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、赤外線センサチップ１００では、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止することが可能となり、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。なお、本実施形態では、図１１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、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。
【００５７】
また、赤外線センサチップ１００は、図１１および図１６（ｂ）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、赤外線センサチップ１００では、図１１（ａ）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、赤外線センサチップ１００は、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１１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。
【００５８】
また、赤外線センサチップ１００は、図５、図９および図１０に示すように、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を設けてある。また、赤外線センサチップ１００は、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、赤外線センサチップ１００のｉ×ｊ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可能である。
【００５９】
要するに、赤外線センサチップ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ｉ×ｊ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可能である。また、赤外線センサチップ１００では、上述の検査時や使用時において、ｉ×ｊ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、赤外線センサチップ１００では、平面視において、故障診断用配線１３９を複数の温接点Ｔ１の群の付近において折り返され蛇行した形状としてある。したがって、この赤外線センサチップ１００では、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可能となる。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。
【００６０】
上述の赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０１８〜１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４と同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０１８〜１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態の赤外線センサチップ１００では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。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。
【００６１】
ところで、赤外線センサチップ１００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、赤外線センサチップ１００では、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、高感度化を図ることが可能となる。例えば、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００６２】
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比を高めることが可能となる。また、本実施形態における赤外線センサチップ１００では、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。
【００６３】
また、赤外線センサチップ１００は、図８、図１２および図１３に示すように、感温部３０の接続部３６と接続部３７とが、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。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。
【００６４】
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。
【００６５】
ＭＯＳトランジスタ４は、図７、図８および図１５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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
赤外線センサチップ１００の各画素部２では、図３、図５に示すように、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、図７、図８に示すように、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。
【００７０】
また、上述のツェナダイオードＺＤは、図１７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。
【００７１】
上述の赤外線センサチップ１００によれば、通電されることにより発生するジュール熱によって温接点Ｔ１を温める故障診断用配線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る。しかも、赤外線センサチップ１００は、故障診断用配線１３９が、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ることが可能となる。
【００７２】
ここで、赤外線センサチップ１００は、使用時において自己診断を行わない通常時において、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、感度の向上を図ることが可能となる。なお、赤外線センサチップ１００では、赤外線吸収層３９および補強層３９ｂも外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図ることが可能となる。また、赤外線センサチップ１００の使用時の自己診断は、例えば、ＩＣチップ２００Ａに設けられた自己診断回路により定期的に行うようにすればよいが、必ずしも定期的に行う必要はない。
【００７３】
また、赤外線センサチップ１００は、第１の薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３を設けることによって、空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位である支持部３ｄから内方へ延長された複数の第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。そして、赤外線センサチップ１００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ることが可能となる。また、赤外線センサチップ１００では、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各第２の薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。
【００７４】
また、赤外線センサチップ１００は、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと故障診断用配線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することが可能となる。
【００７５】
また、赤外線センサチップ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。
【００７６】
また、赤外線センサチップ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。したがって、この赤外線センサチップ１００の構成では、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。
【００７７】
上述の赤外線センサチップ１００の外周形状は矩形状（正方形状ないし長方形状）である。
【００７８】
上述の赤外線センサチップ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部１１を四角錐状の形状としてあるが、四角錐状の形状に限らず、四角錐台状の形状でもよい。また、半導体基板１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、半導体基板１として上記一表面が（１１０）面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。
【００７９】
また、半導体基板１の導電形は、ｎ形に限らず、例えば、図１８〜図２０に示すようにｐ形でもよい。図１８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１９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２０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。
【００８０】
なお、赤外線センサチップ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ているが、構造は特に限定するものではなく、感温部３０を構成するサーモパイル３０ａの数も複数に限らず、１つでもよい。また、感温部３０は、１ないし複数のサーモパイル３０ａにより構成されるものに限らず、例えば、熱電対でもよいし、抵抗ボロメータでもよいし、焦電素子でもよく、感温部３０の構成に応じて、ＩＣチップ２００Ａの回路部の回路構成を適宜変更すればよい。
【００８１】
また、上述の赤外線センサチップ１００では、第１の熱電要素の材料としてｎ形ポリシリコン層、第２の熱電要素の材料としてｐ形ポリシリコンを採用しているが、これらに限らず、例えば、第１の熱電要素の材料としてｎ形シリコンゲルマニウム、第２の熱電要素の材料としてｐ形シリコンゲルマニウムを採用してもよい。
【００８２】
ＩＣチップ２００Ａ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。このＩＣチップ２００Ａの外周形状は、矩形状（正方形状ないし長方形状）である。なお、ＩＣチップ２００Ａは、ＡＳＩＣに限定するものではなく、適宜の集積回路からなる回路部が形成されたチップであればよい。
【００８３】
ＩＣチップ２００Ａは、主表面側に、上述の回路部（図示せず）が形成されている。この回路部は、例えば、赤外線センサチップ１００を制御する制御回路を備えている。また、この回路部は、赤外線センサチップ１００の複数の出力用のパッド８０に電気的に接続された複数の入力用のパッドの出力電圧を増幅する増幅回路と、複数の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサとを備えている。ここで、上記増幅回路の出力は、画素部２における温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との温度差に応じた出力である。そして、ＩＣチップ２００Ａは、外部の表示装置に、赤外線画像を表示させることができる。また、回路部は、上述の自己診断回路も備えている。ＩＣチップ２００Ａの回路部の回路構成は、特に限定するものではない。また、赤外線センサは、パッケージ３００の上段の凹部３０１ｂの内底面に電子デバイスチップであるサーミスタ（図示せず）を実装して、このサーミスタとＩＣチップ２００Ａとを電気的に接続し、上記増幅回路の出力とサーミスタの出力とに基づいて各画素部２の温度を求める演算回路を設けるようにしてもよい。
【００８４】
パッケージ３００のパッケージ本体３０１は、多層セラミック基板からなり、上段の凹部３０１ｂの内底面に、赤外線センサチップ１００のパッド８０がワイヤ３８１を介して電気的に接続される配線（第１導体パターン）が形成され、下段の凹部３０１ａの内底面に、ＩＣチップ２００Ａのパッド（図示せず）が第２接合部３１２を介して電気的に接続される配線（第２導体パターン）が形成されている。また、パッケージ本体３０１には、赤外線センサチップ１００が接続された第１導体パターンとＩＣチップ２００Ａが接続された第２導体パターンとを接続する配線（図示せず）が埋設されている。また、パッケージ３００には、赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ２００Ａに適宜接続された外部接続電極が露設されている。なお、ワイヤ３８１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。
【００８５】
なお、ＩＣチップ２００Ａは、パッケージ本体３０１に対して、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。
【００８６】
パッケージ３００は、パッケージ蓋３０２が、赤外線センサチップ１００での検知対象の赤外線を透過する材料により形成されている。ここで、赤外線センサは、パッケージ蓋３０２の材料として、シリコンやゲルマニウムを採用し、且つ、第１接合部３１１の材料として半田などの導電性材料を採用し、パッケージ蓋３０２と、パッケージ本体３０１に形成した電磁シールド層（図示せず）とを電気的に接続することが好ましい。これにより、赤外線センサは、電磁ノイズの影響を低減することが可能となる。
【００８７】
パッケージ蓋３０２は、平板状の形状としてあるが、これに限らず、例えば、少なくとも一部がレンズを構成する形状でもよい。本実施形態の赤外線センサでは、パッケージ蓋３０２の少なくとも一部をレンズの形状に形成すれば、パッケージ蓋３０２を平板状の形状とする場合に比べて、赤外線センサチップ１００での受光効率の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ１００の検知エリアをパッケージ蓋３０２により設定することが可能となる。
【００８８】
上述のレンズとしては、平凸型の非球面レンズが好ましい。これにより、赤外線センサは、レンズの薄型化を図りながらも、赤外線センサチップ１００での赤外線の受光効率の向上による高感度化を図ることが可能となる。
【００８９】
上述の少なくとも一部がレンズの形状であるパッケージ蓋３０２は、赤外線センサチップ１００の半導体基板１とは別の半導体基板を用いて形成されている。更に説明すれば、レンズは、所望のレンズ形状に応じて半導体基板（ここでは、シリコン基板）との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成された半導体レンズ（ここでは、シリコンレンズ）により構成されている。しかして、レンズは、導電性を有している。なお、この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報などに開示されている半導体レンズの製造方法を適用することができる。
【００９０】
本実施形態では、赤外線センサチップ１００の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズ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３００の薄型化を図ることが可能となる。本実施形態の赤外線センサは、赤外線センサチップ１００の検知対象の赤外線として、人体から放射される１０μｍ付近の波長帯（８μｍ〜１３μｍ）の赤外線を想定しており、レンズの材料として、硫化亜鉛や砒化ガリウムなどに比べて環境負荷が少なく且つ、ゲルマニウムに比べて低コスト化が可能であり、しかも、硫化亜鉛に比べて波長分散が小さなシリコンを採用している。
【００９１】
上述のパッケージ蓋３０２には、赤外線センサチップ１００での検知対象の赤外線の波長を含む所望の波長域の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する光学多層膜（多層干渉フィルタ膜）からなるフィルタ部（図示せず）を設けることが好ましい。このようなフィルタ部を設けることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を抑制することが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。
【００９２】
以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、パッケージ３００内で、赤外線センサチップ１００とＩＣチップ２００Ａとが、互いの厚み方向において離間して配置されている。しかして、本実施形態の赤外線センサでは、ＩＣチップ２００Ａの発熱に起因した赤外線センサチップ１００の面内でのオフセット電圧のばらつきを抑制できて、赤外線センサチップ１００の面内でのＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能となる。要するに、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ１００の各熱型赤外線検出部３の出力のＳ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能となる。赤外線センサは、赤外線センサチップ１００およびＩＣチップ２００Ａを、赤外線センサチップ１００の厚み方向に沿った中心線とＩＣチップ２００Ａの厚み方向に沿った中心線とが略一致するように配置することが好ましい。これにより、赤外線センサは、赤外線センサチップ１００の各熱型赤外線検出部３の出力のＳ／Ｎ比のばらつきを、より抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００９３】
１  半導体基板
３  熱型赤外線検出部
１１  空洞部
１００  赤外線センサチップ（電磁波センサチップ）
１００Ａ  デバイスチップ
２００  ＩＣチップ
３００  パッケージ
３０１  パッケージ本体
３０１ａ  凹部
３０１ｂ  凹部
３０２  パッケージ蓋
３１１  第１接合部
３１２  第２接合部
３１３  第３接合部
３２１  第１気密空間
３２２  第２気密空間
【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６】
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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１９】
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【図２０】
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【図２１】
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