(57)【要約】【課題】より小型化が可能な赤外線検出装置を提供する。【解決手段】赤外線を検知する赤外線センサ１と、赤外線センサ１を配置させるパッケージ基体２と、赤外線センサ１を覆い赤外線センサ１に赤外線を集光させるレンズ３を備えた覆部４とを有する赤外線検出装置１０である。赤外線センサ１は、開口部１ｆが一表面１ａａ側に設けられるベース基板１ｂと、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側でベース基板１ｂに支持される薄膜部１ａとを備えている。また、赤外線検出装置１０は、薄膜部１ａに少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部１ｃ，１ｄを有する赤外線検知部１ｅを備えている。赤外線センサ１は、厚み方向において、赤外線吸収部１ｃ，１ｄの少なくとも一部がレンズ３からの赤外線を吸収できるように開口部１ｆに臨む薄膜部１ａに配され、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側をパッケージ基体２側としている。【選択図】図１
2013108970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を検知する赤外線センサと、該赤外線センサを配置させるパッケージ基体と、前記赤外線センサを覆い該赤外線センサに赤外線を集光させるレンズを備えた覆部とを有する赤外線検出装置であって、
前記赤外線センサは、開口部が一表面側に設けられるベース基板と、該ベース基板における他表面側で前記ベース基板に支持される薄膜部と、該薄膜部に少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部を有する赤外線検知部とを備え、厚み方向において、前記赤外線吸収部の少なくとも一部が前記レンズからの赤外線を吸収できるように前記開口部に臨む前記薄膜部に配され、前記ベース基板における前記他表面側を前記パッケージ基体側としていることを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】
前記赤外線吸収部で吸収されず該赤外線吸収部を透過する前記レンズ側からの赤外線を前記赤外線吸収部側に反射する赤外線反射膜が前記パッケージ基体側に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記赤外線検知部は、前記薄膜部における前記他表面側に設けられた第１電極部と該第１電極部の前記薄膜部側と反対側に設けられた焦電体層と該焦電体層の前記第１電極部側と反対側に設けられた第２電極部とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
前記赤外線センサは、前記開口部に臨む前記薄膜部における前記一表面側に赤外線の一部を透過させる赤外線透過膜を備えており、該赤外線透過膜と前記第１電極部との間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造とすることで、前記赤外線透過膜が前記薄膜部における前記一表面側の前記赤外線吸収部を構成する構成要素として機能することを特徴とする請求項３に記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
前記赤外線センサは、前記ベース基板の前記開口部における内周壁に、赤外線を前記赤外線吸収部側に反射する赤外線反射層が備えられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項６】
前記赤外線センサは、複数個の前記赤外線検知部を備えてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項７】
前記赤外線センサは、複数個の前記赤外線検知部の各々に対応して、前記開口部を前記赤外線検知部ごとに仕切る壁部を前記ベース基板に備えたことを特徴とする請求項６に記載の赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサを備えた赤外線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種電子機器の人感センサなどとして、赤外線検出装置が利用されている。赤外線検出装置は、たとえば、赤外線センサがパッケージの内部に配置され、パッケージに設けられた窓を介して、赤外線を赤外線センサに照射させる構成となっている。
【０００３】
赤外線検出装置に用いられる赤外線センサとしては、図１６に示すように、絶縁基板１１８の表面および裏面に赤外線吸収体１２０ａ，１２０ｂと熱電対パターン１１４ａ，１１４ｂとを形成した赤外線検知用サーモパイルが知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の赤外線検知用サーモパイルは、図１７に示すように、絶縁基板１１８の表面において、熱電対パターン１１４ａが第１の熱電パターン１１０と第２の熱電パターン１１２からなる熱電対１１４を複数直列に接続して形成している。
【０００５】
また、赤外線検知用サーモパイルは、図１８に示すように、絶縁基板１１８の裏面において、熱電対パターン１１４ｂが熱電対パターン１１４ａと同様に、第１の熱電パターン１１０と第２の熱電パターン１１２からなる熱電対１１４を直列接続している。赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板１１８の表裏両面に赤外線吸収体１２０ａ，１２０ｂと熱電対パターン１１４ａ，１１４ｂが形成され、表裏両面の赤外線吸収体１２０ａ，１２０ｂは互いに重なり合う位置に設けられている。なお、赤外線検知用サーモパイルは、赤外線吸収体１２０ａ，１２０ｂに近い側を温接合部１１３とし、遠い側を冷接合部１１５として構成している。
【０００６】
赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板１１８の表面の熱電対パターン１１４ａの一端Ａが、絶縁基板１１８に設けた第１のスルーホール１７ａを通して裏面の熱電対パターン１１４ｂの一端Ｂと接続されている。赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板１１８の裏面の熱電対パターン１１４ｂの他端Ｃが、第２のスルーホール１７ｂを通して、表面の熱電対パターン１１４ａの他端Ｄと接続されている。赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板１１８の表裏両面の全ての熱電対１１４を直列接続し、表面の信号取り出し電極１２８からパッケージの外部に検出信号を取り出している。
【０００７】
特許文献１の赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板１１８の裏面にも表面側と同様に直列接続された複数の熱電対パターン１１４ａ，１１４ｂを形成し、熱電対１１４の接続本数を増加させることにより、高感度化することができる、としている。なお、赤外線検知用サーモパイルは、図示していないパッケージの内部に収容され、上面に絶縁基板１１８が形成されたシリコン基板１１６をパッケージの下端側の基体に設けて赤外線検出装置が構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平５−４３０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、赤外線検出装置は、たとえば、特許文献１のごとき構成の赤外線センサに効率よく赤外線を照射させるため、赤外線センサに赤外線を集光するレンズをパッケージの窓に備えた構成とすることが考えられる。これにより、赤外線検出装置は、より高感度化させることが可能となる。
【００１０】
しかしながら、赤外線検出装置は、レンズを用いて赤外線を集光させる場合、レンズの焦点距離だけレンズと赤外線センサとを離さざるを得えない。そのため、レンズを備えた赤外線検出装置では、赤外線検出装置全体を小型化することが難しいという問題がある。特に、赤外線検出装置は、利用される電子機器の小型化などに伴い、より小型なものが求められており、上述の赤外線検出装置の構造だけでは十分ではなく、更なる特性の向上が求められている。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、より小型化が可能な赤外線検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の赤外線検出装置は、赤外線を検知する赤外線センサと、該赤外線センサを配置させるパッケージ基体と、上記赤外線センサを覆い該赤外線センサに赤外線を集光させるレンズを備えた覆部とを有する赤外線検出装置であって、上記赤外線センサは、開口部が一表面側に設けられるベース基板と、該ベース基板における他表面側で上記ベース基板に支持される薄膜部と、該薄膜部に少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部を有する赤外線検知部とを備え、厚み方向において、上記赤外線吸収部の少なくとも一部が上記レンズからの赤外線を吸収できるように上記開口部に臨む上記薄膜部に配され、上記ベース基板における上記他表面側を上記パッケージ基体側としていることを特徴とする。
【００１３】
この赤外線検出装置において、上記赤外線吸収部で吸収されず該赤外線吸収部を透過する上記レンズ側からの赤外線を上記赤外線吸収部側に反射する赤外線反射膜が上記パッケージ基体側に備えられていることが好ましい。
【００１４】
この赤外線検出装置において、上記赤外線検知部は、上記薄膜部における上記他表面側に設けられた第１電極部と該第１電極部の上記薄膜部側と反対側に設けられた焦電体層と該焦電体層の上記第１電極部側と反対側に設けられた第２電極部とを有することが好ましい。
【００１５】
この赤外線検出装置において、上記赤外線センサは、上記開口部に臨む上記薄膜部における上記一表面側に赤外線を透過させる赤外線透過膜を備えており、該赤外線透過膜と上記第１電極部との間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造とすることで、上記赤外線透過膜が上記薄膜部における上記一表面側の上記赤外線吸収部を構成する構成要素として機能することが好ましい。
【００１６】
この赤外線検出装置において、上記赤外線センサは、上記ベース基板の上記開口部における内周壁に、赤外線を上記赤外線吸収部側に反射する赤外線反射層が備えられていることが好ましい。
【００１７】
この赤外線検出装置において、上記赤外線センサは、複数個の上記赤外線検知部を備えてなることが好ましい。
【００１８】
この赤外線検出装置において、上記赤外線センサは、複数個の上記赤外線検知部の各々に対応して、上記開口部を上記赤外線検知部ごとに仕切る壁部を上記ベース基板に備えたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の赤外線検出装置は、より小型化が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図２】同上の赤外線検出装置における赤外線の吸収を説明する説明図である。
【図３】実施形態２の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図４】同上の赤外線検出装置に用いられる赤外線センサの略平面図である。
【図５】同上の赤外線検出装置の要部を示す図４のＸＸを示す略断面図である。
【図６】同上の別の赤外線検出装置の要部を説明する説明図である。
【図７】同上の別の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図８】実施形態３の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図９】実施形態４の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図１０】実施形態５の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図１１】実施形態６の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図１２】実施形態７の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図１３】同上の別の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図１４】同上の他の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図１５】実施形態８の赤外線検出装置を示す略断面図である。
【図１６】従来の赤外線検知用サーモパイルにおける要部構成の断面図である。
【図１７】同上の赤外線検知用サーモパイルにおける要部構成の平面図である。
【図１８】同上の赤外線検知用サーモパイルにおける要部構成の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、本実施形態の赤外線検出装置１０を図１および図２に基づいて説明する。なお、図中において同じ部材に対しては、同じ番号を付している。
【００２２】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、図１に示すように、赤外線を検知する赤外線センサ１と、赤外線センサ１を配置させるパッケージ基体２とを有している。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１を覆い赤外線センサ１に赤外線（図１の破線の矢印を参照）を集光させるレンズ３を備えた覆部４を有している。
【００２３】
赤外線検出装置１０の赤外線センサ１は、開口部１ｆが一表面１ａａ側に設けられるベース基板１ｂと、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側でベース基板１ｂに支持される薄膜部１ａとを備えている。また、赤外線センサ１は、薄膜部１ａに少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部１ｃ，１ｄを有する赤外線検知部１ｅを備えている。
【００２４】
赤外線センサ１は、厚み方向において、赤外線吸収部１ｃ，１ｄの少なくとも一部がレンズ３からの赤外線を吸収できるように開口部１ｆに臨む薄膜部１ａに配されている。赤外線センサ１は、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側をパッケージ基体２側としている。
【００２５】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１の開口部１ｆにおける厚み方向をレンズ３の焦点距離の確保に利用している。言い換えれば、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１の開口部１ｆを利用してレンズ３の焦点距離を稼ぐことにより、ベース基板１ｂにおける一表面１ａａ側をパッケージ基体２側にした赤外線検出装置と比較して、レンズ３と赤外線センサ１との距離をより近づけて配置できる。
【００２６】
赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１に赤外線を集光させるレンズ３を備えることにより、高感度化が可能となる。また、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１がベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側をパッケージ基体２側とすることで、レンズ３と赤外線センサ１との距離をより近づけて、赤外線検出装置１０全体を低背化することにより小型化が可能となる。すなわち、本実施形態の赤外線検出装置１０は、より小型化が可能となる。
【００２７】
以下、本実施形態の赤外線検出装置１０の各構成について、より具体的に詳述する。
【００２８】
赤外線センサ１は、温度変化によって電荷を生じる焦電効果を利用した焦電型の赤外線センサ１を利用している。赤外線センサ１は、たとえば、シリコン基板を用いたベース基板１ｂと、ベース基板１ｂ上に酸化ケイ素膜（図示していない）と窒化ケイ素膜（図示していない）との積層膜で構成する薄膜部１ａとを備えている。赤外線センサ１は、ベース基板１ｂの一表面１ａａ側が開口する開口部１ｆにより空間が設けられている。赤外線センサ１は、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側でベース基板１ｂに支持される薄膜部１ａを有したダイアフラム構造としている。
【００２９】
赤外線センサ１は、薄膜部１ａにおけるレンズ３側に焦電体薄膜からなる赤外線吸収部１ｃを設けている。また、赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｃのレンズ３側に赤外線吸収部１ｃと電気的に接続させる第１の電極８ａを設けている。赤外線センサ１は、薄膜部１ａにおけるパッケージ基体２側に焦電体薄膜からなる赤外線吸収部１ｄを設けている。赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｄのパッケージ基体２側に赤外線吸収部１ｄと電気的に接続させる第２の電極８ｂを設けている。なお、赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｃ，１ｄとして、焦電効果特性を示す複合金属塩を用いることができる。複合金属塩は、たとえば、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ３）、ＰｂＮｂＯ３、ＰＬＺＴ（(Ｐｂ、Ｌａ)(Ｚｒ、Ｔｒ)Ｏ３））やＰＺＴ（Ｐｂ(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ３）などが挙げられる。
【００３０】
赤外線センサ１は、レンズ３からの赤外線を吸収できるように、薄膜部１ａにおけるレンズ３側の赤外線吸収部１ｃと、薄膜部１ａにおけるパッケージ基体２側の赤外線吸収部１ｄとが平面視で重なる位置に配置している。言い換えれば、赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｃ，１ｄの少なくとも一部がレンズ３からの赤外線を吸収できるように開口部１ｆに臨む薄膜部１ａの両面側に平面視で重なる位置に配置している。赤外線センサ１は、薄膜部１ａと、薄膜部１ａの厚み方向の両面側で重なる位置で配置した赤外線吸収部１ｃ，１ｄと、第１の電極８ａと、第２の電極８ｂとで、赤外線検知部１ｅを構成している。赤外線センサ１は、薄膜部１ａのレンズ３側となる薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側に接続配線８ａａを設けている。また、赤外線センサ１は、薄膜部１ａのパッケージ基体２側となる薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側に第一端子部８ａｃを設けている。
【００３１】
赤外線センサ１は、第１の電極８ａと電気的に接続された接続配線８ａａが、薄膜部１ａに貫設された貫通孔配線８ａｂを介して第１端子部８ａｃと電気的に接続させている。また、赤外線センサ１は、第２の電極８ｂと電気的に接続された接続配線８ｂａが、第２端子部８ｂｃと電気的に接続させている。赤外線センサ１は、パッケージ基体２の表面２ａａ上に実装させた後述する半導体素子６にバンプ７を介して搭載している。赤外線センサ１は、レンズ３で集光された赤外線を薄膜部１ａを介して一対に設けられた赤外線吸収部１ｃ，１ｄで吸収する。赤外線センサ１は、吸収した赤外線により絶縁体からなる薄膜部１ａを介して対向配置させた赤外線吸収部１ｃ，１ｄの温度変化に基づいて電荷が生ずる。赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｃ，１ｄの電荷を各別に第１端子部８ａｃおよび第２端子部８ｂｃからバンプ７，７を介して信号処理用の半導体素子６側に出力することができる。
【００３２】
このような赤外線センサ１は、図示していないが、たとえば、以下の方法で形成することができる。
【００３３】
赤外線センサ１は、たとえば、ベース基板１ｂとなるＳＯＩ基板の一表面側および他表面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜を熱酸化法などにより形成する。これにより、ベース基板１ｂは、一表面１ａａ側および他表面１ａｂ側に絶縁膜を備えることができる。なお、ベース基板１ｂとなるＳＯＩ基板は、単結晶シリコン基板と、単結晶のシリコン層との間にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜を挟んだ構造としている。その後、ＳＯＩ基板は、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側となるＳＯＩ基板の他表面側の全面に焦電材料（たとえば、ＰＺＴなど）からなる赤外線吸収部１ｄとなる赤外線吸収膜を形成する。赤外線吸収膜は、たとえば、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法や転写法などにより形成することができる。
【００３４】
次に、赤外線センサ１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して赤外線吸収膜を所定の形状にパターニングすることで赤外線吸収部１ｄを形成することができる。赤外線吸収部１ｄは、たとえば、平面視において、矩形状に形成することができるが、矩形状だけに限られず円形など種々の形状とすることができる。続いて、ＳＯＩ基板は、他表面側の全面に第２の電極８ｂ、接続配線８ｂａおよび第２端子部８ｂｃの基礎となる第２の金属膜（たとえば、ＮｉＣｒ膜）を形成する。第２の金属膜は、たとえば、スパッタ法やＣＶＤ法などにより形成することができる。第２の金属膜は、ＮｉＣｒ膜に限らず、たとえば、Ａｌ膜やＡｌ−Ｓｉ膜でもよいし、Ａｕ膜と該Ａｕ膜と絶縁膜との間に介在させる密着性改善用の密着膜としてＴｉ膜を備えた構成してもよい。なお、密着膜の材料は、Ｔｉに限らず、たとえば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮやＴａＮなどを用いてもよい。
【００３５】
なお、赤外線センサ１は、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側の絶縁膜に赤外線吸収部１ｄを直接形成しているが、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側の絶縁膜と赤外線吸収部１ｄとの間に、赤外線吸収部１ｄの成膜時の下地となるシード層（図示していない）を介在させたものでもよい。赤外線センサ１は、シード層を形成させることにより、赤外線吸収部１ｄの結晶性を向上させることができる。シード層の材料としては、たとえば、導電性酸化物材料の一種であるＰＬＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ＰＴＯやＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ３）などが挙げられる。
【００３６】
次に、赤外線センサ１を形成するＳＯＩ基板は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、第２の金属膜が所定の形状にパターニングされる。これにより、赤外線センサ１は、第２の金属膜の一部からなる第２の電極８ｂ、接続配線８ｂａ、第１端子部８ａｃおよび第２端子部８ｂｃを備えることができる。赤外線センサ１は、第２の電極８ｂと併せて接続配線８ｂａ、第１端子部８ａｃおよび第２端子部８ｂｃが同時に形成されている。なお、第２の電極８ｂ、接続配線８ｂａ、第１端子部８ａｃおよび第２端子部８ｂｃは、第２の金属膜をパターニングすることで、全てを同時に形成するものだけでなく、接続配線８ｂａ、第１端子部８ａｃや第２端子部８ｂｃを別途に形成してもよい。なお、第２の金属膜のエッチングにあたっては、たとえば、ＲＩＥ法やイオンミリング法などを適宜に採用することができる。
【００３７】
続いて、ＳＯＩ基板は、リソグラフィ技術およびＤｅｅｐ−ＲＩＥ法などのエッチング技術を利用して、ベース基板１ｂの一表面１ａａが開口する開口部１ｆを形成する。さらに、ＳＯＩ基板は、ＲＩＥ法によるエッチングにより、薄膜部１ａに貫通孔配線８ａｂ用の貫通孔を貫設させる。
【００３８】
次に、ＳＯＩ基板は、ベース基板１ｂの開口部１ｆ内の薄膜部１ａの全面となるＳＯＩ基板の一表面側に、焦電材料（たとえば、ＰＺＴなど）からなる赤外線吸収部１ｃとなる赤外線吸収膜を、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側と同様にして形成する。続いて、赤外線センサ１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して赤外線吸収膜を所定の形状にパターニングすることで、赤外線吸収部１ｃを形成する。赤外線吸収部１ｃは、平面視において、赤外線吸収部１ｄと重なるように薄膜部１ａを介して矩形状に形成している。赤外線吸収部１ｃの形状は、矩形状だけに限られず、円形状など種々の形状とすることができる。また、ＳＯＩ基板は、薄膜部１ａにおけるレンズ３側となる全面に第１の電極８ａ、接続配線８ａａおよび貫通孔配線８ａｂを、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側と同様にして、たとえば、スパッタ法やＣＶＤ法などによりＮｉＣｒ膜を成膜することにより形成する。
【００３９】
赤外線センサ１は、ウェハレベルで各構成の形成を行ってから、個々の赤外線センサ１に分割するダイシングを行うことで、複数個の赤外線センサ１を量産性よく形成することができる。
【００４０】
パッケージ基体２は、種々の材料から形成することができ金属材料でもよいし、半導体材料で構成してもよい。パッケージ基体２は、たとえば、パッケージ基体２の表面２ａａ側に赤外線センサ１と電気的に接続させる回路パターンを備えたセラミック基板を用いることができる。パッケージ基体２は、赤外線センサ１を配置することが可能なものであり、赤外線センサ１に加えて赤外線センサ１からの検出信号を増幅などする信号処理用の半導体素子６を実装させてもよい。パッケージ基体２は、種々の形状のものを用いることができ、板状であっても有底筒状であってもよい。
【００４１】
レンズ３は、赤外線検出装置１０の外部からの赤外線を赤外線センサ１に集光可能なものである。レンズ３は、赤外線センサ１の大きさ、位置など応じて種々の形状とすることができる。レンズ３は、たとえば、両凸レンズの形状でもよいし、平凸状のレンズ形状でもよい。また、レンズ３は、フレネルレンズ形状などとすることもできる。レンズ３の材料は、赤外線を透過可能なものとして、たとえば、ポリエチレン樹脂材料で形成させてもよいし、シリコン、ゲルマニウムや硫化亜鉛などの半導体材料を用いて形成させてもよい。
【００４２】
覆部４は、赤外線センサ１を覆い赤外線センサ１に赤外線センサ１に赤外線を集光させるレンズ３を備えたものである。覆部４は、たとえば、レンズ３を保持する貫設孔が設けられた金属パッケージにより形成することができる。覆部４は、金属パッケージに限られるものではなく、セラミック材料、半導体材料や樹脂材料などで形成することができる。また、赤外線検出装置１０は、必ずしも覆部４とレンズ３とを別体に形成させる必要もなく、覆部４とレンズ３とが一体に形成されているものでもよい。
【００４３】
また、本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線吸収部１ｃ，１ｄで吸収されず赤外線吸収部１ｃ，１ｄを透過するレンズ３側からの赤外線を赤外線吸収部１ｃ，１ｄ側に反射する赤外線反射膜５がパッケージ基体２側に備えている。赤外線検出装置１０は、図２に示すように、赤外線センサ１の薄膜部１ａにおけるレンズ３側に配された赤外線吸収部１ｃがレンズ３側からの赤外線ＩＲ１を吸収する。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１の薄膜部１ａにおけるレンズ３側に配された赤外線吸収部１ｃで吸収されず透過した赤外線ＩＲ２を、薄膜部１ａにおけるパッケージ基体２側の赤外線吸収部１ｄで吸収させることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線反射膜５がパッケージ基体２側に備えられていることにより、赤外線吸収部１ｃ，１ｄを透過した赤外線ＩＲ３を再び赤外線吸収部１ｃ，１ｄ側に反射させることができる。赤外線検出装置１０は、赤外線反射膜５により反射させた赤外線を赤外線吸収部１ｃ，１ｄに吸収させることで、さらに高感度化を図ることが可能となる。
【００４５】
特に、本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１がベース基板１ｂの他表面１ａｂ側をパッケージ基体２側として配置していることにより、赤外線吸収部１ｃ，１ｄと赤外線反射膜５との間を狭間隙にすることができる。赤外線検出装置１０は、赤外線吸収部１ｃ，１ｄと赤外線反射膜５との距離を、検出する赤外線の波長の１／４とする共振構造に設定することで、更なる高感度化を図ることが可能となる。
【００４６】
半導体素子６は、赤外線センサ１と協働して赤外線センサ１からの検出信号を増幅処理などを行う。半導体素子６は、たとえば、信号処理用ＩＣチップにより構成することができる。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１からの検出信号を半導体素子６の増幅回路（ＡＭＰ）にて増幅して外部に出力することができる。なお、本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と半導体素子６とを別体に形成させているが、赤外線センサ１と半導体素子６とを一体に形成させてもよい。赤外線検出装置１０は、半導体素子６をステムたるパッケージ基体２上に接着剤（図示していない）により接着してある。赤外線検出装置１０は、半田からなるバンプ７を用いて、赤外線センサ１を半導体素子６上に実装してある。赤外線検出装置１０は、半導体素子６の接続端子部６ａ，６ｂ上に予め形成させた半田からなるバンプ７と、赤外線センサ１とを接合させる。
【００４７】
赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１の第１端子部８ａｃおよび第２端子部８ｂｃを半導体素子６の接続端子部６ａ，６ｂ上に形成されたバンプ７，７と接合させることにより電気的に接続している。なお、赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２の外側に外部接続端子２ａ，２ｂを備えている。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１が検出した検出信号を出力できるように、パッケージ基体２に貫設された貫通配線（図示していない）を通して、半導体素子６と、外部接続端子２ａ，２ｂとを電気的に接続させている。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１からの検出信号を、外部接続端子２ａ，２ｂから外部に出力することができる。
【００４８】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２を覆部４で封止している。赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２の淵に、ガラスからなる封止接着層（図示していない）を用いて覆部４を接着硬化することができる。赤外線検出装置１０は、封止に用いられる封止接着層として、ガラスの代わりに、ＡｕＳｉ、半田や有機系のエポキシ樹脂などを利用することもできる。
【００４９】
赤外線検出装置１０は、レンズ３を備えた覆部４とパッケージ基体２とで、赤外線検出装置１０の内部が汚染されないように真空密封或いは、各赤外線センサ１などに曝しても実質的に影響のないガス等を加圧状態で気密封止している。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１などに実質的に影響のないガスとして、たとえば、Ａｒガスなどの不活性ガスや窒素ガス（Ｎ２）が挙げられる。赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２と覆部４とを加圧状態で気密封止することにより、赤外線検出装置１０の内部を揚圧（大気圧より高く）させてもよい。赤外線検出装置１０は、赤外線検出装置１０の内部を揚圧することにより、気密封止された赤外線検出装置１０の内部に、大気からガスが流入することを抑制することができる。これにより、赤外線検出装置１０は、より信頼性の高いものとすることができる。
【００５０】
（実施形態２）
図３に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、図１に示す実施形態１の焦電効果を利用する赤外線センサ１を用いる代わりに、熱起電力効果を利用する赤外線センサ１を用いた点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
【００５１】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、図３で示すように、赤外線を検知する赤外線センサ１と、赤外線センサ１を配置させるパッケージ基体２とを有している。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１を覆い赤外線センサ１に赤外線（図３の破線の矢印を参照）を集光させるレンズ３を備えた覆部４を有している。
【００５２】
赤外線検出装置１０の赤外線センサ１は、図３ないし図５で示すように、開口部１ｆが一表面１ａａ側に設けられるベース基板１ｂと、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側でベース基板１ｂに支持される薄膜部１ａとを備えている。また、赤外線センサ１は、薄膜部１ａに少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部１ｊ，１ｋを有する赤外線検知部１ｈを備えている。
【００５３】
赤外線センサ１は、厚み方向において、赤外線吸収部１ｊ，１ｋの少なくとも一部がレンズ３からの赤外線を吸収できるように開口部１ｆに臨む薄膜部１ａの両面側に平面視で重なる位置で配されている。赤外線センサ１は、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側をパッケージ基体２側としている。
【００５４】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、実施形態１の赤外線検出装置１０と同様に、より小型化が可能となる。
【００５５】
赤外線センサ１は、より詳細には、たとえば、薄膜部１ａを薄膜部１ａ自体でシリコン基板を用いたベース基板１ｂに支持されるダイアフラム構造としている。赤外線センサ１は、シリコン基板を用いたベース基板１ｂの他表面１ａｂ側に形成されたシリコン酸化膜１ａ１を備えている。赤外線センサ１は、シリコン酸化膜１ａ１のベース基板１ｂと反対側にシリコン窒化膜１ａ２を備えている。赤外線センサ１は、シリコン酸化膜１ａ１とシリコン窒化膜１ａ２とで薄膜部１ａを構成している。赤外線センサ１は、薄膜部１ａのシリコン窒化膜１ａ２に熱電対９を備えている。
【００５６】
赤外線センサ１は、平面視において、ベース基板１ｂ側の薄膜部１ａと、開口部１ｆ側の薄膜部１ａとに亘って設けられ赤外線の吸収による温度変化を検知する熱電対９を有している（図４を参照）。本実施形態の赤外線検出装置１０は、複数個の熱電対９を電気的に直列に接続して、サーモパイルを構成している。本実施形態の赤外線検出装置１０は、熱電対９と、熱電対９を覆う赤外線吸収部１ｋと、薄膜部１ａのレンズ３側に設けられた赤外線吸収部１ｊとで赤外線検知部１ｈを構成している（図３および図５を参照）。
【００５７】
なお、赤外線センサ１は、ダイアフラム構造だけに限られるものではない。赤外線センサ１は、図示していないがベース基板１ｂ側と熱断熱する支持部により、開口部１ｆ側で薄膜台座部を支持する断熱ブリッジ構造としてもよい。この場合、赤外線センサ１は、支持部を介して、ベース基板１ｂ側から薄膜台座部にかけて熱電対９を設けてもよい。また、赤外線センサ１は、薄膜部１ａに１個の赤外線検知部１ｈを備えた構成だけでなく、複数個の赤外線検知部１ｈを備えた構成としてもよい。赤外線センサ１は、平面視において、複数個の赤外線検知部１ｈをマトリックス状に配置することで赤外線画像センサとして機能させることが可能となる。
【００５８】
赤外線センサ１は、異なる材料からなる一対の熱電対素線９ａ，９ｂを、熱電対９として備えている。赤外線センサ１は、一対の熱電対素線９ａ，９ｂを、薄膜部１ａのパッケージ基体２側に並んで配置させてもよいし、薄膜部１ａの厚み方向において絶縁膜（図示していない）を介して配置させてもよい。本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１の開口部１ｆ内における薄膜部１ａのレンズ３側に赤外線吸収部１ｊを設けている。これにより、赤外線検出装置１０は、レンズ３で集光された赤外線を赤外線吸収部１ｊで効率よく吸収させることが可能となる。そのため、赤外線センサ１は、薄膜部１ａを介して他表面１ａｂ側に赤外線検知部１ｈを構成していても、赤外線を感度よく検出することが可能となる。
【００５９】
赤外線センサ１は、薄膜部１ａにおいて熱電対素線９ａと熱電対素線９ｂとが並んで配置されたものを、絶縁材料からなる赤外線吸収部１ｋにより被覆して構成している。赤外線センサ１は、たとえば、シリコン酸化膜１ａ１とシリコン窒化膜１ａ２との積層膜からなる薄膜部１ａにおけるパッケージ基体２側に熱電対９を形成させている。赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｋを構成する材料として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜などの絶縁材料を好適に用いることができる。
【００６０】
また、赤外線センサ１は、図示していないが、赤外線吸収部１ｋを構成するシリコン酸化膜、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜などの絶縁膜上に、ＴｉＮなどの金属膜を形成させてもよい。赤外線検出装置１０は、たとえば、上記金属膜と、赤外線反射膜５との間隔を、赤外線センサ１で検出する赤外線の波長の１／４に設定することができる。また、赤外線検出装置１０は、上記金属膜を、たとえば、シート抵抗が３７７Ω／□のＴｉＮ膜を用いることができる。これにより、赤外線検出装置１０は、上記金属膜と、赤外線反射膜５との光学的な共振構造とし、より高感度化を図ることも可能となる。
【００６１】
より詳細には、赤外線検出装置１０は、図６に示すように、赤外線吸収部１ｋが、赤外線吸収部１ｋを構成する上記絶縁材料の絶縁膜１ａ４に加え、絶縁膜１ａ４における他表面１ａｂ側に金属膜１１を備えている。言い換えれば、金属膜１１は、赤外線吸収部１ｋを構成する構成要素として機能させている。また、赤外線検出装置１０は、金属膜１１と対向して半導体素子６に赤外線反射膜５を備えている。これにより赤外線検出装置１０では、赤外線ＩＲ４が赤外線反射膜５で反射され、赤外線ＩＲ５が金属膜１１側に向かう。また、赤外線検出装置１０では、赤外線ＩＲ５が金属膜１１で反射され、赤外線ＩＲ６が赤外線反射膜５側に向かう。
【００６２】
赤外線検出装置１０は、たとえば、金属膜１１として、シート抵抗が３７７Ω／□のＴｉＮ膜やＴｉ膜などを用いる。また、赤外線検出装置１０は、たとえば、赤外線反射膜５として、シート抵抗が１０Ω／□よりも小さい金属（たとえば、金やアルミニウムなど）の膜を用いる。これにより赤外線検出装置１０は、金属膜１１と、赤外線反射膜５との光学的な共振構造とし、中心波長が１１．５μｍの赤外線を金属膜１１側で理論上１００％近く吸収させることができる。そのため、赤外線検出装置１０は、たとえば、波長が１０〜１３μｍの赤外線ＩＲ４を金属膜１１側で効率よく吸収させ、より高感度化を図ることも可能となる。
【００６３】
赤外線センサ１は、平面視において、熱電対９の一対の熱電対素線９ａ，９ｂ同士がコンタクトホール１ａ３を介して薄膜部１ａの中央部において金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部１２により電気的に接続されて温接点Ｔ１を形成している。また、赤外線センサ１は、平面視において、熱電対９が薄膜部１ａのベース基板１ｂ側で金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部１３により電気的に接続されて冷接点Ｔ２を形成している。赤外線センサ１は、接続部１２がベース基板１ｂの他表面１ａｂ側において、赤外線吸収部１ｋとして機能する層間絶縁膜によって電気的に絶縁分離されている。これにより、赤外線センサ１は、１０個の熱電対９を直列に電気的に接続させて構成している。
【００６４】
また、赤外線センサ１は、外部への出力端子となる第１端子部８ａｃを熱電対素線９ａと接続させて備えている。同様に、赤外線センサ１は、外部への出力端子となる第２端子部８ｂｃを熱電対素線９ｂに接続させて備えている。熱電対９は、一方がｐ形多結晶シリコンにより形成させた第１の熱電対素線９ａであり、他方がｎ形多結晶シリコンにより形成させた第２の熱電対素線９ｂとしている。なお、熱電対９は、第１の熱電対素線９ａの材料をｎ形多結晶シリコンとし、第２の熱電対素線９ｂの材料をｐ形多結晶シリコンとしてもよい。また、第１および第２の熱電対素線９ａ，９ｂの材料は、多結晶シリコンだけに限られるものではなく、多結晶シリコンゲルマニウム、多孔質シリコン、ビスマステルライド（Ｂｉ２Ｔｅ３）、アンチモンテルライド（Ｓｂ２Ｔｅ３）でもよい。第１および第２の熱電対素線９ａ，９ｂの材料は、一方を半導体材料とし、他方を金属材料であるＡｌまたはＡｕとしてもよい。
【００６５】
赤外線センサ１は、薄膜部１ａにおけるパッケージ基体２側のシリコン窒化膜１ａ２に設けられた熱電対９を覆うように絶縁膜を形成している。赤外線センサ１は、熱電対９を覆う絶縁材料としてＢＰＳＧ（Boron Phosphor Silicate Glass）を用いている。薄膜部１ａは、熱電対９を覆うＢＰＳＧ膜で層間絶縁膜を構成している。薄膜部１ａは、層間絶縁膜上にパッシベーション膜を形成している。パッシベーション膜は、ＰＳＧ（Phosphor Silicate Glass）膜とＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ（Nondoped Silicate Glass）膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、たとえば、シリコン窒化膜により構成してもよい。赤外線センサ１は、熱電対９を覆う層間絶縁膜とパッシベーション膜とで赤外線吸収部１ｋを構成している。赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｋを構成する層間絶縁膜およびパッシベーション膜の屈折率および膜厚を調整することにより、赤外線検知部１ｈに赤外線を効率よく吸収させることができる。
【００６６】
赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と別途形成され赤外線センサ１と協働する信号処理用の半導体素子６を備えている。赤外線検出装置１０は、半導体素子６をパッケージ基体２上に予め形成させた配線パターン（図示していない）に導電性ペーストたる接着剤１４を用いて接着してある。赤外線検出装置１０は、半田からなるバンプ７を用いて、赤外線センサ１を半導体素子６上に実装してある。赤外線センサ１は、複数個のバンプ７により、赤外線センサ１の第１端子部８ａｃや第２端子部８ｂｃを、半導体素子６の接続端子部６ａ，６ｂと電気的に接続させている。
【００６７】
赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１が実装された半導体素子６と、パッケージ基体２の配線パターンとをワイヤ１５によりワイヤボンディングしている。赤外線検出装置１０は、ワイヤ１５などを介して、赤外線検出装置１０の外部と赤外線センサ１とを電気的に接続させることができる。赤外線検出装置１０は、ワイヤ１５として、たとえば、金線やアルミニウム線を用いることができる。
【００６８】
なお、赤外線検出装置１０は、必ずしも半導体素子６を備える必要はない。また、赤外線検出装置１０は、赤外線反射膜５をパッケージ基体２上に設けてもよいし、赤外線反射膜５を設けなくともよい。したがって、赤外線検出装置１０は、たとえば、図７に示すように、赤外線センサ１をパッケージ基体２上に設けられた配線パターンの端子部６ｃ上にバンプ７を用いて実装してもよい。赤外線検出装置１０は、パッケージ基体２に貫設された貫通配線（図示していない）を介して配線パターンと、外部接続端子２ａ，２ｂとを電気的に接続させている。
【００６９】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１として、赤外線による熱起電力を利用した赤外線センサ１を例示したが、この他、ボロメータ型赤外線センサや赤外線による光起電力を利用した量子型赤外線センサなどを用いてもよい。
【００７０】
（実施形態３）
図８に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、図３に示す赤外線検出装置１０のごとく、パッケージ基体２と、レンズ３を備えた覆部４とで赤外線センサ１を気密封止する代わりに、赤外線センサ１の一部を利用して気密封止する点が主として相違する。なお、実施形態１および実施形態２と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
【００７１】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、図８に示すように、たとえば、赤外線センサ１と、レンズ３を一体に形成した覆部４とを気密封止している。赤外線検出装置１０は、たとえば、開口部１ｆにより矩形枠状とするベース基板１ｂの一表面１ａａ側に金属パターン層１ｇを形成させている。赤外線検出装置１０は、覆部４において金属パターン層１ｇと対応する部位に、枠状の金属パターン層４ａを形成させている。赤外線検出装置１０は、たとえば、ベース基板１ｂの一表面１ａａ側に形成された金属パターン層１ｇと、覆部４の金属パターン層４ａとをＡｕ−Ａｕの常温接合により接合させている。同様に、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と半導体素子６とを気密封止している。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１における薄膜部１ａ側と半導体素子６とを半田１６を介して気密封止させている。赤外線検出装置１０は、シリコン基板を用いたベース基板１ｂの他表面１ａｂ側の外周部に沿って枠状に形成された金属パターン部８ｃｃを形成させている。赤外線検出装置１０は、半導体素子６の金属パターン部８ｃｃに対応する部位に、枠状の金属パターン部６ｄを形成させている。赤外線検出装置１０は、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側に形成された金属パターン部８ｂｃと、半導体素子６の対応する部位に形成された金属パターン部６ｄとをバンプ７により接合させている。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と、半導体素子６とをＡｕ−Ａｕの常温接合などにより接合して気密封止してもよい。
【００７２】
なお、赤外線検出装置１０は、シリコン材料により覆部４を形成させている。赤外線検出装置１０は、シリコン基板の陽極酸化技術を利用して、赤外線検出装置１０の外部に突出するように、覆部４にレンズ３を構成する凸部３ａを形成している。より具体的には、陽極酸化技術を応用してレンズ３となる半導体レンズを形成するために、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板（たとえば、シリコン基板）の一表面側に半導体基板とオーミック接触をなすように形成する。たとえば、レンズ３の凸部３ａを形成するために、半導体基板は、半導体基板の一表面上に陽極の基礎となる導電性層を形成した後、導電性層に円形状に開口した部位を設け半導体基板の一表面の一部が円形状に露出するようにパターニングを行う。次に、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去可能な電解液中に、半導体基板の他表面における多孔質部の形成予定領域全域を浸す。その後、半導体基板の他表面側に対向配置される陰極と陽極との間に通電させ、半導体基板の他表面側に所望形状の多孔質部を酸化により形成する。続いて、半導体基板に形成された多孔質部をエッチングなどにより除去することで、レンズ３の凸部３ａを形成することができる。同様に、赤外線検出装置１０は、シリコン基板の陽極酸化技術を利用して、赤外線検出装置１０の内部に突出するように、覆部４にレンズ３を構成する凸部３ｂを形成している。
【００７３】
また、赤外線検出装置１０は、半導体素子６と、赤外線センサ１と、覆部４とで気密封止された内部が汚染されないように真空密封或いは、各赤外線センサ１等に曝しても実質的に影響のないガス等を加圧状態で封止してもよい。これにより、赤外線検出装置１０は、温度上昇した赤外線検知部１ｈでの熱が逃げにくくなり、より感度を高めることが可能となる。また、本実施形態の赤外線検出装置１０は、モールド成形などにより、半導体素子６上において赤外線センサ１と、レンズ３を備えた覆部４との側面側を樹脂で覆うことで、赤外線検出装置１０の機械的強度を高めている。
【００７４】
なお、レンズ３を備えた覆部４と赤外線センサ１とは、ウェハレベルで接合された後で分離させるウェハレベルパッケージ技術を利用して、チップサイズパッケージの構造としたものでもよい。これにより、レンズ３を備えた覆部４と赤外線センサ１とは、アライメント精度を高めることが可能となる。
【００７５】
（実施形態４）
図９に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、図８に示す赤外線検出装置１０のパッケージ基体２と別体の半導体素子６上に赤外線センサ１を配置させる代わりに、半導体素子６自体を赤外線センサ１の配置に利用する点が主として相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
【００７６】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、図９に示すように、赤外線センサ１と別途に形成された赤外線センサ１と協働する信号処理用の半導体素子６を備えている。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１における薄膜部１ａ側と半導体素子６とを半田１６を介して気密封止させている。赤外線検出装置１０は、シリコン基板を用いたベース基板１ｂの他表面１ａｂ側の外周部に沿って枠状に形成された金属パターン部８ｃｃを形成させている。赤外線検出装置１０は、半導体素子６の金属パターン部８ｃｃに対応する部位に、枠状の金属パターン部６ｄを形成させている。赤外線検出装置１０は、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側に形成された金属パターン部８ｂｃと、半導体素子６の対応する部位に形成された金属パターン部６ｄとをバンプ７により接合させている。
【００７７】
なお、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１の赤外線吸収部１ｊ，１ｋにレンズ３からの赤外線を反射させる赤外線反射膜５を半導体素子６に設けている。また、赤外線検出装置１０は、半導体素子６の金属パターン部６ｄと電気的に接続させた貫通孔配線６ｃａを介して、赤外線センサ１や半導体素子６と、赤外線センサ１や半導体素子６を電気的に接地させる半田ボールからなる接地端子２ｃとを電気的に接続させている。赤外線検出装置１０は、図示していない貫通配線を介して、赤外線センサ１からの検出信号を外部に出力させるように半田ボールからなる外部接続端子２ａ，２ｂと電気的に接続させた構成としてもよい。
【００７８】
赤外線検出装置１０は、半導体素子６自体をパッケージ基体２として、半導体素子６と赤外線センサ１とを気密封止している。また、赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１と、レンズ３を一体に形成した覆部４とを気密封止している。赤外線検出装置１０は、モールド成形などにより、半導体素子６上において赤外線センサ１と、レンズ３を備えた覆部４との側面側を樹脂で覆うことで、赤外線検出装置１０の機械的強度を高めている。
【００７９】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、半導体素子６自体をパッケージ基体２として赤外線センサ１の配置に利用している。言い換えれば、本実施形態の赤外線検出装置１０は、チップサイズパッケージの構造としている。これにより、赤外線検出装置１０は、主として、レンズ３を備えた覆部４と、赤外線センサ１と、赤外線センサ１を実装するパッケージ基体２とを合わせた厚み程度にまで、赤外線検出装置１０全体の厚みを薄くさせることが可能なる。すなわち、本実施形態の赤外線検出装置１０は、より小型化が可能となる。
【００８０】
（実施形態５）
図１０に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、図１に示す実施形態１における赤外線センサ１と赤外線検知部１ｎの構造が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
【００８１】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、図１０に示すように、赤外線を検知する赤外線センサ１と、赤外線センサ１を配置させるパッケージ基体２とを有している。赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１を覆い赤外線センサ１に赤外線（図１０の破線の矢印を参照）を集光させるレンズ３を備えた覆部４を有している。
【００８２】
赤外線検出装置１０の赤外線センサ１は、開口部１ｆが一表面１ａａ側に設けられるベース基板１ｂと、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側でベース基板１ｂに支持される薄膜部１ａとを備えている。また、赤外線センサ１は、薄膜部１ａに少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部１ｍ，１ｒを有する赤外線検知部１ｎを備えている。
【００８３】
赤外線センサ１は、厚み方向において、赤外線吸収部１ｍ，１ｒの少なくとも一部がレンズ３からの赤外線を吸収できるように開口部１ｆに臨む薄膜部１ａの両面側に平面視で重なる位置で配されている。赤外線センサ１は、ベース基板１ｂにおける他表面１ａｂ側をパッケージ基体２側としている。
【００８４】
ここで、本実施形態の赤外線検出装置１０における赤外線検知部１ｎは、薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側に設けられた第１電極部８ｄを有している。赤外線検知部１ｎは、第１電極部８ｄの薄膜部１ａ側と反対側に設けられた焦電体層２１を有している。赤外線検知部１ｎは、焦電体層２１の第１電極部８ｄ側と反対側に設けられた第２電極部８ｅを有している。本実施形態の赤外線検出装置１０における赤外線検知部１ｎは、焦電体層２１が薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側に設けられた赤外線吸収部１ｒとして機能する。
【００８５】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、赤外線センサ１が、第１電極部８ｄと第２電極部８ｅとの間で焦電体層２１を挟む構成の赤外線検知部１ｎを備えている。また、赤外線センサ１は、赤外線の入射により温度が上昇する赤外線吸収部１ｍを開口部１ｆに臨む薄膜部１ａの全面に設けている。すなわち、赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｍ、赤外線吸収部１ｒとしても機能する焦電体層２１が赤外線を吸収することによる温度上昇により赤外線検知部１ｎで焦電流が発生する構造としている。
【００８６】
これにより、本実施形態の赤外線検出装置１０は、比較的簡単な構成でよりセンサ感度を高めることが可能となる。
【００８７】
赤外線吸収部１ｍは、薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側に設けられ、赤外線を吸収することで赤外線検知部１ｎ側で温度の上昇に寄与することが可能なものであればよい。赤外線センサ１は、たとえば、金黒膜などにより赤外線吸収部１ｍを形成することができる。これにより赤外線センサ１は、赤外線吸収部１ｍ自体が温度の上昇を生ずる構造とすることができる。赤外線吸収部１ｍは、赤外線吸収部１ｍの材料として、金黒を用いた場合、赤外線の波長に依存することなく、比較的に高い赤外線吸収率を得ることが可能となる。
【００８８】
また、赤外線吸収部１ｍは、赤外線を吸収できれば金黒だけに限られず、カーボンブラックを樹脂材料に含有させたものやＰＺＴなどを用いてもよい。さらに、赤外線吸収部１ｍは、図示していないが、たとえば、赤外線透過性の金属薄膜と、赤外線反射膜として機能可能な第１電極部８ｄとを光学的な共振構造に利用したものでもよい。これにより、赤外線吸収部１ｍは、実施形態２における図６で示した光学的な共振構造と同様にして、赤外線を吸収することもできる。
【００８９】
本実施形態の赤外線検出装置１０では、薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側だけに赤外線検知部１ｎを備えている。これにより、本実施形態の赤外線検出装置１０では、実施形態１における赤外線センサ１と比較して、薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側において、赤外線吸収部１ｍの端部と内周壁１ｆａとの間の隙間を小さくすることが可能となる。本実施形態の赤外線検出装置１０では、実施形態１の赤外線検出装置１０と比較して、赤外線吸収部１ｍを大きくし、より感度を高めることが可能になるという効果もある。なお、図１０に示す赤外線検出装置１０では、赤外線吸収部１ｍの端部と内周壁１ｆａとを密着させた状態で図示しているが、必ずしも赤外線吸収部１ｍの端部と内周壁１ｆａとを密着させる必要はない。
【００９０】
以下、本実施形態の赤外線検出装置１０における赤外線センサ１について説明する。
【００９１】
赤外線センサ１は、たとえば、ベース基板１ｂとなるＳＯＩ基板の一表面側および他表面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜を熱酸化法などにより形成する。これにより、ベース基板１ｂは、一表面１ａａ側および他表面１ａｂ側に絶縁膜を備えることができる。その後、ＳＯＩ基板は、ベース基板１ｂの他表面１ａｂ側となるＳＯＩ基板の他表面側の全面に、たとえば、第１電極部８ｄ、接続配線８ａａおよび第１端子部８ａｃの基礎となる金属膜（たとえば、Ａｕ膜）を形成する。金属膜は、たとえば、蒸着法、スパッタ法やめっき法などにより形成することができる。赤外線センサ１は、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所定の形状にパターニングすることで、第１電極部８ｄ、接続配線８ａａおよび第１端子部８ａｃを形成することができる。なお、ベース基板１ｂは、ＳＯＩ基板だけに限られず、Ｓｉ基板を用いて形成することもできる。
【００９２】
次に、赤外線センサ１は、焦電材料（たとえば、ＰＺＴなど）からなる焦電体層２１となる赤外線吸収膜を形成する。赤外線吸収膜は、たとえば、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法や転写法などにより形成することができる。赤外線センサ１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、赤外線吸収膜を所定の形状にパターニングすることで焦電体層２１を形成することができる。
【００９３】
続いて、赤外線センサ１は、第１電極部８ｄと電気的に接続された接続配線８ａａおよび第１端子部８ａｃに絶縁層１ａ５の基礎となるシリコン酸化膜に形成する。絶縁層１ａ５は、ＣＶＤ法などにより形成することができる。また、赤外線センサ１は、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を所定の形状にパターニングすることで絶縁層１ａ５を形成することができる。赤外線センサ１では、絶縁層１ａ５により、第１電極部８ｄ側と第２電極部８ｅ側との電気的な絶縁を行っている。
【００９４】
次に、赤外線センサ１は、第２電極部８ｅ、接続配線８ｂａおよび第２端子部８ｂｃの基礎となる金属膜（たとえば、Ａｕ膜）を形成する。金属膜は、たとえば、蒸着法、スパッタ法やめっき法などにより形成することができる。赤外線センサ１は、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所定の形状にパターニングすることで、第２電極部８ｅ、接続配線８ｂａおよび第２端子部８ｂｃを形成することができる。
【００９５】
次に、ＳＯＩ基板は、ベース基板１ｂの開口部１ｆ内の薄膜部１ａの全面となるＳＯＩ基板の一表面側に、たとえば、金黒などからなる赤外線吸収膜を蒸着法などを利用して形成する。続いて、赤外線センサ１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金黒などからなる赤外線吸収膜を所定の形状にパターニングすることで、赤外線吸収部１ｍを形成する。これにより本実施形態の赤外線検出装置１０に用いられる赤外線センサ１の赤外線検知部１ｎを形成することができる。なお、本実施形態の赤外線検出装置１０における赤外線センサ１では、レンズ３側の赤外線吸収部１ｍの温度上昇がパッケージ基体２側の赤外線検知部１ｎに伝われば良い。
【００９６】
（実施形態６）
図１１に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、図１０に示す実施形態５のベース基板１の開口部１ｆの内周壁１ｆａに、赤外線反射層２５を備えた点が相違する。なお、実施形態５と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
【００９７】
本実施形態の赤外線検出装置１０における赤外線センサ１には、ベース基板１ｂの開口部１ｆにおける内周壁１ｆａに、赤外線を赤外線吸収部１ｍ，１ｒ側に反射する赤外線反射層２５が備えられている。
【００９８】
本実施形態の赤外線検出装置１０では、開口部１ｆの内周壁１ｆａに赤外線反射層２５を形成することにより、開口部１ｆの内周壁１ｆａ側で反射した赤外線を赤外線吸収部１ｍ，１ｒ側へ入射し易くさせ、よりセンサ感度を高めることが可能となる。
【００９９】
本実施形態の赤外線検出装置１０の赤外線センサ１では、開口部１ｆの内周壁１ｆａに、厚さ数百ｎｍの金属膜（たとえば、Ａｕ膜）を蒸着法、スパッタ法やめっき法などにより成膜することで赤外線反射層２５を形成することができる。
【０１００】
（実施形態７）
図１２に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、図１０に示す実施形態５の赤外線センサ１における赤外線検出部１ｎの代わりに、複数個の赤外線検出部１ｐを備えた構成とする点が相違する。なお、実施形態５と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
【０１０１】
本実施形態の赤外線検出装置１０における赤外線センサ１は、複数個の赤外線検知部１ｐを備えている。赤外線センサ１は、複数の赤外線検知部１ｐを備えることにより、赤外線を放射する物体（たとえば、人）の動きベクトルを検知するベクトル検知を行うことが可能となる。また、赤外線センサ１は、平面視において、複数個の赤外線検出部１ｐを、たとえば、マトリックス状に配置することで、赤外線画像センサとして機能させることもできる。なお、各赤外線検出部１ｐは、第１電極部８ｄを共通にした共通電極として構成している。また、各赤外線検出部１ｐは、図示していないが、赤外線検出部１ｐの各々で赤外線を検出して出力ができるように、第２電極部８ｅを赤外線検出部１ｐごとに形成した個別電極として構成している。赤外線検出部１ｐは、第１電極部８ｄを共通にした共通電極を用いる場合だけでなく、赤外線検出部１ｐごとに電極を設けてもよい。
【０１０２】
ところで、赤外線センサ１は、複数個の赤外線検知部１ｐを一画素などとして各別に利用する場合、複数個の赤外線検知部１ｐの各々で独立して赤外線吸収部により温度を上昇できることが好ましい。
【０１０３】
しかしながら、図１２に示す赤外線センサ１では、薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側の全面に赤外線吸収部１ｍを設けているため、薄膜部１ａ全体の温度が上昇する傾向にある。そのため、赤外線検出装置１０は、複数個の赤外線検知部１ｐの各々の温度を精度良く検出することが難しくなる恐れがある。
【０１０４】
そのため、図１３に示す赤外線センサ１では、平面視において、薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側の赤外線検知部１ｐの赤外線吸収部１ｒに対応して、薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側に複数個の赤外線吸収部１ｑを形成することもできる。これにより、図１３に示す本実施形態の別の赤外線検出装置１０では、複数個の赤外線検知部１ｐの各々の温度を、より精度良く検出することが可能となる。
【０１０５】
また、図１３に示す赤外線検出装置１０では、平面視において、薄膜部１ａにおける他表面１ａｂ側の赤外線検知部１ｐの赤外線吸収部１ｒに対応して、薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側に赤外線吸収部１ｑを形成する必要がある。
【０１０６】
そのため、図１３に示す赤外線検出装置１０では、開口部１ｆ内において、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、赤外線吸収部の基礎となる膜をパターニングする必要がある。
【０１０７】
これに対して、図１４に示す本実施形態の他の赤外線検出装置１０の赤外線センサ１は、開口部１ｆに臨む薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側に赤外線を透過させる赤外線透過膜２２を備えている。赤外線センサ１は、赤外線透過膜２２と第１電極部８ｄとの間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造としている。赤外線センサ１は、赤外線透過膜２２が薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側の赤外線吸収部１ｓを構成する構成要素として機能している。
【０１０８】
図１４に示すように赤外線吸収部１ｓは、赤外線センサ１が赤外線透過膜２２と第１電極部８ｄとの間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造を有する場合、第１電極部８ｄに対応する選択的した位置で赤外線を吸収させ温度を上昇させることが可能となる。そのため、赤外線センサ１は、図１３に示すように、薄膜部１ａの開口部１ｆの全面に赤外線吸収部の基礎となる膜を形成して複数個の赤外線検知部１ｐの各々ごとに複数個の赤外線吸収部１ｑを形成する必要もない。これにより、図１４に示す赤外線検出装置１０では、複数個の赤外線検知部１ｎに対して共通の赤外線吸収部１ｓを構成する赤外線透過膜２２を形成させても、図１２の赤外線検出装置１０と比較して、各赤外線検出部１ｐごとに精度よく赤外線を検出することができる。また、図１４に示す赤外線検出装置１０では、複数個の赤外線検知部１ｎに対して共通の赤外線吸収部１ｓを構成する赤外線透過膜２２を形成させても、図１３の赤外線検出装置１０と比較して、比較的簡単な構成とすることができる。
【０１０９】
言い換えれば、図１４に示す赤外線検出装置１０の赤外線センサ１は、開口部１ｆに臨む薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側に赤外線を透過させる赤外線透過膜２２を備えている。赤外線センサ１は、赤外線透過膜２２と第１電極部８ｄとの間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造とすることで、赤外線透過膜２２が薄膜部１ａにおける一表面１ａａ側の赤外線吸収部１ｍを構成する構成要素として機能している。赤外線センサ１は、厚さ数ｎｍの金属薄膜（たとえば、Ａｕ薄膜）などからなる赤外線透過膜２２と、赤外線検知部１ｎの光反射膜としても機能する第二電極部８ｄとの間となるＳｉＯ２などの薄膜部１ａで、光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造としている。光学的な共振構造では、赤外線透過膜２２と第二電極部８ｄとの間にある薄膜部１ａで温度の上昇が生ずる。
【０１１０】
なお、本実施形態の赤外線検出装置１０では、複数個の赤外線検知部１ｐに対応してレンズ３が１つしか設けられていないが、複数個の赤外線検知部１ｐごとにレンズ３を設けてもよい。
【０１１１】
（実施形態８）
図１５に示す本実施形態の赤外線検出装置１０は、図１３に示す実施形態７の赤外線センサ１において、開口部１ｆを仕切る壁部１ｂａを備えた点が相違する。なお、実施形態７と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
【０１１２】
本実施形態の赤外線検出装置１０の赤外線センサ１は、複数個の赤外線検知部１ｐの各々に対応して、開口部１ｆを赤外線検知部１ｐごとに仕切る壁部１ｂａをベース基板１ｂに備えている。これにより、本実施形態の赤外線検出装置１０では、隣接する赤外線検知部１ｐ，１ｐ間でのクロストークを抑制することが可能となり、より感度を高めることが可能となる。
【０１１３】
なお、壁部１ｂａは、リソグラフィ技術およびＤｅｅｐ−ＲＩＥ法などのエッチング技術を利用して、ベース基板１ｂの一表面１ａａが開口する開口部１ｆを形成する際に、ベース基板１ｂの一部を残すことで形成することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  赤外線センサ
１ａ  薄膜部
１ａａ  一表面
１ａｂ  他表面
１ｂ  ベース基板
１ｂａ  壁部
１ｃ，１ｄ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｑ，１ｒ，１ｓ  赤外線吸収部
１ｅ，１ｈ，１ｎ，１ｐ  赤外線検知部
１ｆ  開口部
１ｆａ  内周壁
２  パッケージ基体
３  レンズ
４  覆部
５  赤外線反射膜
８ｄ  第１電極部
８ｅ  第２電極部
１０  赤外線検出装置
２１  焦電体層
２２  赤外線透過膜
２５  赤外線反射層
【図１】
2013108970.tif 000003
【図２】
2013108970.tif 000004
【図３】
2013108970.tif 000005
【図４】
2013108970.tif 000006
【図５】
2013108970.tif 000007
【図６】
2013108970.tif 000008
【図７】
2013108970.tif 000009
【図８】
2013108970.tif 000010
【図９】
2013108970.tif 000011
【図１０】
2013108970.tif 000012
【図１１】
2013108970.tif 000013
【図１２】
2013108970.tif 000014
【図１３】
2013108970.tif 000015
【図１４】
2013108970.tif 000016
【図１５】
2013108970.tif 000017
【図１６】
2013108970.tif 000018
【図１７】
2013108970.tif 000019
【図１８】
2013108970.tif 000020