(57)【要約】【課題】小型化が可能で、赤外線を発する熱源の移動方向を、より感度高く検知することが可能な赤外線センサおよび赤外線検出装置を提供する。【解決手段】  一表面１ａａ側から窪むにつれ対向する傾斜面間の距離が小さくなる凹部１ｃを備えたベース基板１と、凹部１ｃに設けられた赤外線検知部２とを有する赤外線センサ１０であって、赤外線検知部２は、少なくとも一対備えられており、凹部１ｃにおいて、対向する傾斜面Ｔの各々に独立して設けられている。【選択図】図１
2013217708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面側から窪むにつれ対向する傾斜面間の距離が小さくなる凹部を備えたベース基板と、前記凹部に設けられた赤外線検知部とを有する赤外線センサであって、
前記赤外線検知部は、少なくとも一対備えられており、前記凹部において、対向する前記傾斜面の各々に独立して設けられていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
前記赤外線検知部の各々は、前記傾斜面側の第１電極と、該第１電極の前記傾斜面と反対側に設けられる焦電体と、該焦電体の前記第１電極と反対側に設けられる第２電極とを有することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記傾斜面は、曲面を構成してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記ベース基板は、シリコンからなり、前記凹部は、前記傾斜面が角錐面を構成する四角錐状あるいは四角錐台状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記ベース基板は、前記一表面側に薄膜部を備え、該薄膜部の直下が空洞であり、前記薄膜部における一面側が前記凹部における前記傾斜面を構成す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項に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の赤外線センサと、該赤外線センサと協働する半導体素子とを備えた赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサおよびそれを備えた赤外線検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種の電子機器に内蔵される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。
【０００３】
この種の赤外線検出装置として、図１４に示す赤外線検出器が知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の赤外線検出器は、赤外線入射窓１０９の面法線ＮＬに対して外側斜め方向の角度をもって、互いに異なる方向を向くように少なくとも２つの焦電素子１０７、１０８が配置されている。赤外線検出器は、外装ケース１０４の底板１４２と間隔をおいて支持される基板１０５に三角錐形の支持台１０６を設け、支持台１０６の傾斜面１６１、１６２のそれぞれに、互いに独立した焦電素子１０７、１０８を取付けている。焦電素子１０７、１０８には、表面に赤外線吸収用電極１７２、１８２が形成されている。赤外線検出器では、２つの焦電素子１０７、１０８が電気的に逆直列もしくは逆並列に接続されている。
【０００５】
特許文献１の赤外線検出器は、赤外線入射窓１０９の面法線ＮＬに対して外側斜め方向の角度をもって、焦電素子１０７、１０８が互いに異なる方向に向くように配置されているので、移動物体（図示していない）を高感度で検知することができる、としている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の赤外線検出器では、２つの焦電素子１０７、１０８を別途に支持台１０６に取付けて形成しており、小型化することが難しいという問題がある。
【０００７】
また、赤外線センサとして、図１５に示すように、空洞を設けたＳｉ基板２０７と、赤外線が照射される部分が支持層２０４で支えられ断面がＶ字状の楔型構造の温度感応膜２０５とを備えたものが知られている（たとえば、特許文献２）。
【０００８】
特許文献２の赤外線センサは、温度感応膜２０５における底の部分に感熱素子２０６が形成されている。赤外線センサは、感熱素子２０６が支持層２０４上に形成され、電極となる配線２０３を備えている。赤外線センサは、配線２０３上に絶縁層２０２が形成されている。また、赤外線センサは、温度感応膜２０５における傾斜面部分に第一の赤外線吸収膜２０１が形成され、温度感応膜２０５における底の部分に第二の赤外線吸収膜２０８が形成されている。
【０００９】
特許文献２の赤外線センサでは、温度感応膜２０５を楔型形状とすることで、赤外線の吸収効率を高め、より感度を向上させることができる、としている。
【００１０】
特許文献２の赤外線センサは、赤外線が第一の赤外線吸収膜２０１に吸収されずに反射された赤外線を第二の赤外線吸収膜２０８に入射させることで、高感度を図るものであり、温度感応膜２０５における底の部分に感熱素子２０６が形成されたものでしかない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実公平４−２８７号公報
【特許文献２】特開平７−１９０８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、赤外線検出装置では、赤外線検出装置が内蔵される電子機器の小型化に伴い、より小型化可能で赤外線を発する熱源の移動方向を、より感度高く検出するものが求められており、上述した赤外線検出器の構造では十分ではなく、更なる改良が求められている。
【００１３】
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、小型化が可能で、赤外線を発する熱源の移動方向を、より感度高く検知することが可能な赤外線センサおよびそれを用いた赤外線検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の赤外線センサは、一表面側から窪むにつれ対向する傾斜面間の距離が小さくなる凹部を備えたベース基板と、上記凹部に設けられた赤外線検知部とを有する赤外線センサであって、上記赤外線検知部は、少なくとも一対備えられており、上記凹部において、対向する上記傾斜面の各々に独立して設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この赤外線センサにおいて、上記赤外線検知部の各々は、上記傾斜面側の第１電極と、該第１電極の上記傾斜面と反対側に設けられる焦電体と、該焦電体の上記第１電極と反対側に設けられる第２電極とを有することが好ましい。
【００１６】
この赤外線センサにおいて、上記傾斜面は、曲面を構成してなることが好ましい。
【００１７】
この赤外線センサにおいて、上記ベース基板は、シリコンからなり、上記凹部は、上記傾斜面が角錐面を構成する四角錐状あるいは四角錐台状であることが好ましい。
【００１８】
この赤外線センサにおいて、上記ベース基板は、上記一表面側に薄膜部を備え、該薄膜部の直下が空洞であり、上記薄膜部における一面側が上記凹部における上記傾斜面を構成することが好ましい。
【００１９】
本発明の赤外線検出装置は、上述の赤外線センサと、該赤外線センサと協働する半導体素子とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の赤外線センサは、小型化が可能で、赤外線を発する熱源の移動方向を、より感度高く検知することが可能になるという効果がある。
【００２１】
本発明の赤外線検出装置は、小型化が可能で、赤外線を発する熱源の移動方向を、より感度高く検知することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１の赤外線センサを示す斜視図である。
【図２】実施形態１の赤外線センサを示す断面斜視図である。
【図３】実施形態１の赤外線センサにおける赤外線検出原理の説明図である。
【図４】実施形態１の赤外線センサにおける赤外線検出原理の説明図である。
【図５】実施形態１の赤外線センサにおける赤外線検出原理の説明図である。
【図６】実施形態１の赤外線センサと比較のために示す赤外線センサにおける赤外線検出原理の説明図である。
【図７】実施形態１の赤外線センサと比較のために示す赤外線センサにおける赤外線検出原理の説明図である。
【図８】実施形態１の赤外線センサと比較のために示す赤外線センサにおける赤外線検出原理の説明図である。
【図９】実施形態１の赤外線センサの製造工程を示す略断面図である。
【図１０】実施形態１の赤外線センサの製造工程を示す略断面図である。
【図１１】実施形態１の赤外線センサの製造工程を示す略断面図である。
【図１２】実施形態１の赤外線センサの製造工程を示す略断面図である。
【図１３】実施形態２の赤外線検出装置を示し、（ａ）は断面斜視図、（ｂ）は側断面図である。
【図１４】従来の赤外線検出器の正面部分断面図である。
【図１５】従来の赤外線センサの模式的構造断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施形態１）
本実施形態の赤外線センサ１０を図１ないし図５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。
【００２４】
本実施形態の赤外線センサ１０は、図１および図２に示すように、一表面１ａａ側から窪むにつれ対向する傾斜面Ｔ，Ｔ間の距離が小さくなる凹部１ｃを備えたベース基板１と、凹部１ｃに設けられた赤外線検知部２とを有している。赤外線センサ１０の赤外線検知部２は、少なくとも一対備えられており、凹部１ｃにおいて、対向する傾斜面Ｔの各々に独立して設けられている。
【００２５】
これにより、本実施形態の赤外線センサ１０は、小型化が可能で、赤外線を発する熱源の移動方向を、より感度高く検知することが可能になる。
【００２６】
また、赤外線検知部２の各々は、傾斜面Ｔ側の第１電極２ａと、第１電極２ａの傾斜面Ｔと反対側に設けられる焦電体２ｂと、焦電体２ｂの第１電極２ａと反対側に設けられる第２電極２ｃとを有する。
【００２７】
本実施形態の赤外線センサ１０は、赤外線検知部２が焦電体２ｂを利用するものであり、微分型のセンサとして機能させることが可能となる。
【００２８】
以下、本実施形態の赤外線センサ１０の各構成について詳述する。
【００２９】
本実施形態の赤外線センサ１０は、凹部１ｃを有するベース基板１と、凹部１ｃに設けられ赤外線を検知する赤外線検知部２とを有している。
【００３０】
ベース基板１は、たとえば、一表面１ａａ側が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いて形成することができる。ベース基板１は、単結晶のシリコン基板を用いて形成させたものだけに限られず、たとえば、多結晶のシリコン基板、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板、酸化マグネシウム基板、ガラス基板などを用いて形成したものでもよい。
【００３１】
ベース基板１は、一表面１ａａ側から窪むにつれ対向する傾斜面Ｔ，Ｔ間の距離が小さくなる凹部１ｃを備えている。本実施形態の赤外線センサ１０は、凹部１ｃをベース基板１に一つだけ設けているが、一つだけに限られない。赤外線センサ１０は、複数個の凹部１ｃをベース基板１に設けてもよい。赤外線センサ１０は、たとえば、ベース基板１の一表面１ａａ側において、複数個の凹部１ｃをマトリックス状に配置させることができる。
【００３２】
本実施形態の赤外線センサ１０は、一対の赤外線検知部２を備えた複数個の凹部１ｃを有する場合、隣接する凹部１ｃの赤外線検知部２からの影響を抑制して赤外線を検知することができる。
【００３３】
本実施形態の赤外線センサ１０は、一対の赤外線検知部２を備えた複数個の凹部１ｃを有する場合、ベース基板１から突出する複数個の支持台に一対の赤外線検知部２を有する赤外線センサと比較して、より正確に赤外線を検知することが可能となる。すなわち、本実施形態の赤外線センサ１０では、複数個の支持台に一対の赤外線検知部２を有する赤外線センサのように、隣接する支持台の影により赤外線検知部２の検知に影響が生ずることがない。
【００３４】
本実施形態の赤外線センサ１０において、凹部１ｃは、傾斜面Ｔが角錐面を構成する四角錐台状としている。赤外線センサ１０は、ベース基板１の一表面１ａａ側において、四角錐台状に窪んだ凹部１ｃの傾斜面Ｔに沿って複数個（ここでは、４個）の赤外線検知部２を形成することができる。赤外線検知部２は、少なくとも一対設けられており、凹部１ｃにおいて、対向する傾斜面Ｔの各々に独立して設けられている。
【００３５】
赤外線センサ１０は、ベース基板１をシリコンにより形成させ、結晶異方性エッチングを利用してシリコンをエッチングすることにより、四角錐状あるいは四角錐台状の凹部１ｃをベース基板１の一表面１ａａ側に形成することが可能となる。赤外線センサ１０は、一表面１ａａ側から窪む凹部１ｃの傾斜面Ｔが、断面視において、直線状だけでなく曲線状であってもよい。赤外線センサ１０は、ベース基板１をシリコンにより形成させ、等方性エッチングを利用してシリコンをエッチングすることにより、断面視が放物形状あるいは半円形状などに窪んだ曲面形状の凹部１ｃをベース基板１の一表面１ａａ側に形成することが可能となる。また、赤外線センサ１０は、複数の露光パターンの重畳によるグレースケール露光を用いたリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、ベース基板１の他表面１ａｂ側を曲面形状とすることができる。赤外線センサ１０は、曲面形状の凹部１ｃの他表面１ａｂ側を曲面形状とすることにより、曲面状の薄膜部１ａを形成することができる。
【００３６】
断面視において、曲線状の傾斜面Ｔを備えた赤外線センサ１０は、直線状の傾斜面Ｔを備えた赤外線センサ１０と比較して、曲線状の傾斜面Ｔに沿った赤外線検知部２により赤外線センサ１０に近い位置からより離れた位置まで熱源ＰＳを検知することが可能となる。
【００３７】
本実施形態の赤外線センサ１０は、第１電極２ａと焦電体２ｂと第２電極２ｃとで赤外線検知部２を構成している。
【００３８】
赤外線検知部２は、凹部１ｃにおける薄膜部１ａの傾斜面Ｔ側に第１電極２ａを有している。第１電極２ａは、傾斜面Ｔ側の第１電極２ａからベース基板１の一表面１ａａ側に延設されており、ベース基板１の一表面１ａａ側で第１パッド電極２ａａと電気的に接続している。赤外線検知部２は、第１電極２ａの傾斜面Ｔと反対側に設けられる焦電体２ｂを有している。赤外線検知部２は、焦電体２ｂの第１電極２ａと反対側に設けられる第２電極２ｃを有している。第２電極２ｃは、第２電極２ｃからベース基板１の一表面１ａａ側に延設されており、ベース基板１の一表面１ａａ側で第２パッド電極２ｃａと電気的に接続している。
【００３９】
第２電極２ｃは、赤外線検知部２の端部において、第１電極２ａ側と電気的に絶縁させる絶縁部材３を介して、第２パッド電極２ｃａと電気的に接続させている。絶縁部材３は、第１電極２ａ側と第２電極２ｃ側との短絡を防止できればよい。絶縁部材３は、絶縁部材３の材料として、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンや樹脂材料を用いて適宜に形成することができる。
【００４０】
赤外線検知部２は、焦電体２ｂの焦電材料として、鉛系の酸化物強誘電体の一種であるＰＺＴ（：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）を好適に用いることができる。赤外線検知部２は、焦電体２ｂの焦電材料として、ＰＺＴだけに限られない。赤外線検知部２は、焦電体２ｂの材料として、たとえば、ＰｂＴｉＯ３やＰＺＴ−ＰＭＮ（：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３−Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ３）などのセラミック材料、ＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３などの単結晶材料、ＰＶＦ2などの高分子材料などを用いることもできる。
【００４１】
赤外線センサ１０は、必要に応じて、第１電極２ａの直下に、ベース基板１の材料に比べて焦電体２ｂとの格子整合性の良い材料からなる緩衝層（図示していない）を適宜に設けてもよい。赤外線センサ１０は、緩衝層の材料として、ＳｒＲｕＯ３を好適に用いることができるがこれだけに限られない。赤外線センサ１０は、緩衝層の材料として、たとえば、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＭｇＯやＬａＮｉＯ３などを採用してもよい。また、緩衝層は、たとえば、Ｐｔ膜とＳｒＲｕＯ３膜との積層膜により構成してもよい。
【００４２】
赤外線検知部２は、たとえば、第１電極２ａの材料として、Ｐｔを採用し、第２電極２ｃの材料として、ＮｉＣｒなどの導電性を有する赤外線吸収材料を採用することができる。赤外線センサ１０は、第１電極２ａの材料をＰｔとするものだけに限られない。第１電極２ａは、第１電極２ａの材料として、たとえば、Ａｕ、ＡｌやＣｕなどを用いることもできる。また、赤外線センサ１０は、第２電極２ｃの材料をＮｉＣｒとするものだけに限られない。第２電極２ｃは、第２電極２ｃの材料として、Ｎｉ、金黒などの導電性を有する赤外線吸収材料を用いることもできる。赤外線センサ１０では、第２電極２ｃの材料として、導電性を有する赤外線吸収材料を採用した場合、第２電極２ｃが赤外線吸収膜の機能を兼ね備えることもできる。赤外線センサ１０は、第２電極２ｃの焦電体２ｂとは反対側に第２電極２ｃと別途に赤外線吸収膜を形成してもよいし、赤外線吸収膜の機能を兼ね備えた第２電極２ｃを形成するものでもよい。
【００４３】
赤外線センサ１０は、一表面１ａａ側から窪むにつれ対向する傾斜面Ｔ，Ｔ間の距離が小さくなる凹部１ｃを備えている。赤外線センサ１０のベース基板１は、一表面１ａａ側に薄膜部１ａを備えている。ベース基板１は、薄膜部１ａの直下が空洞１ｄであり、薄膜部１ａにおける一面側が凹部１ｃにおける傾斜面Ｔを構成している。本実施形態の赤外線センサ１０では、図２に示すように、薄膜部１ａがベース基板１の他表面１ａｂ側で露出するように空洞１ｄを形成している。赤外線センサ１０は、薄膜部１ａの直下の空洞１ｄが赤外線検知部２側とベース基板１側との熱絶縁に寄与させることが可能となる。赤外線センサ１０は、赤外線検知部２が設けられる凹部１ｃにおける薄膜部１ａが薄膜部１ａを支持するベース基板１側との間の熱絶縁に寄与できればよく、薄膜部１ａがベース基板１の他表面１ａｂ側に露出していなくともよい。したがって、赤外線センサ１０は、薄膜部１ａの直下の空洞１ｄが、薄膜部１ａの直下に設けられた間隙でもよい。
【００４４】
次に、本実施形態の赤外線センサ１０において、赤外線検知部２が熱源ＰＳから受ける赤外線の受光量を図３に基づいて説明する。
【００４５】
本実施形態の赤外線センサ１０では、ベース基板１の凹部１ｃの対向する一対の傾斜面Ｔ，Ｔのそれぞれに赤外線検知部２を設けている。赤外線センサ１０は、図３（ａ）において、右側の赤外線検知部２を第１の赤外線検知部２ａ１、左側の赤外線検知部２を第２の赤外線検知部２ａ２として図示している。また、赤外線センサ１０は、図３（ｂ）において、第１の赤外線検知部２ａ１だけを図示している。
【００４６】
ここで、図３（ｂ）では、ベース基板１の厚み方向に直交する仮想平面をＶＳ、第１の赤外線検知部２ａ１が設けられる一方の傾斜面Ｔと仮想平面をＶＳとのなす角度をφとしている。なお、赤外線検知部２の赤外線を受光する表面は、傾斜面Ｔと平行としている。また、図３（ｂ）では、第１の赤外線検知部２ａ１上における微小面をｄＳ、熱源ＰＳから微小面の中心までの距離をｒｏｂｊ、熱源ＰＳから見た微小面の立体角をｄΩとしている。さらに、図３（ｂ）では、熱源ＰＳから微小面の中心へのベクトルをベクトルｒｏｂｊ（図中において、ベクトルｒｏｂｊは、ｒｏｂｊに上付きの矢印を付して示している）、仮想平面ＶＳに垂直な法線ベクトルとベクトルｒｏｂｊとのなす角度をθとしている。
【００４７】
そのため、一方の傾斜面Ｔの法線ベクトルは、図３（ａ）の直交座標系において（ｘ，ｙ，ｚ）と規定すると、（−ｓｉｎφ，０，ｃｏｓφ）と表すことができる（図３（ａ）における右側の一点鎖線の矢印）。同様に、他方の傾斜面Ｔの法線ベクトルは、（ｓｉｎφ，０，ｃｏｓφ）と表すことができる（図３（ａ）における左側の一点鎖線の矢印）。また、熱源ＰＳの熱量をＰ、熱源ＰＳから第１の赤外線検知部２ａ１が受光する赤外線の受光量をｄＰとすると、第１の赤外線検知部２ａ１の受光量ｄＰは、以下の（１）式、（２）式で表すことができる。
【００４８】
【数１】
2013217708.tif 000003
【００４９】
これに対し、本実施形態の赤外線センサ１０と比較のために示す図６の赤外線センサでは、ベース基板１の厚み方向に直交する仮想平面ＶＳと平行に、一対の赤外線検知部として、第３の赤外線検知部２ａ３および第４の赤外線検知部２ａ４を並んで配置させている。
【００５０】
図６に示す赤外線センサでは、第３の赤外線検知部２ａ３の法線ベクトルが、ベース基板１の厚み方向に直交する仮想平面ＶＳの法線と平行である。そのため、第３の赤外線検知部２ａ３の法線ベクトルは、図６（ａ）の直交座標系において（ｘ，ｙ，ｚ）と規定すると、（０，０，１）と表すことができる（図６（ａ）における右側の一点鎖線の矢印）。同様に、第４の赤外線検知部２ａ４の法線ベクトルは、ベース基板１の厚み方向に直交する仮想平面ＶＳの法線と平行であり、（０，０，１）と表すことができる（図６（ａ）における左側の一点鎖線の矢印）。また、熱源ＰＳの熱量をＰ、熱源ＰＳから第３の赤外線検知部２ａ３が受光する赤外線の受光量をｄＰとすると、第３の赤外線検知部２ａ３の受光量ｄＰは、以下の（３）式、（４）式で表すことができる。
【００５１】
なお、図６では、図３と同様に、第３の赤外線検知部２ａ３上における微小面をｄＳ、熱源ＰＳから微小面の中心までの距離をｒｏｂｊ、熱源ＰＳから見た微小面の立体角をｄΩとしている。また、図６では、熱源ＰＳから微小面の中心へのベクトルをベクトルｒｏｂｊ（図中において、ベクトルｒｏｂｊは、矢印を付して示している）、仮想平面ＶＳに垂直な法線ベクトルとベクトルｒｏｂｊとのなす角度をθとしている。
【００５２】
【数２】
2013217708.tif 000004
【００５３】
ここで、本実施形態の赤外線センサ１０では、赤外線センサ１０に対し熱源ＰＳが角度θ（＝θ１）の位置にある場合、第１の赤外線検知部２ａ１の受光角度が（θ１−φ）となり、第２の赤外線検知部２ａ２の受光角度が（θ１＋φ）となる（図４（ａ）を参照）。また、本実施形態の赤外線センサ１０は、熱源ＰＳが角度θ（θ２＝０°）で赤外線センサ１０の正面の位置にある場合、第１の赤外線検知部２ａ１の受光角度が（θ２−φ）となり、第２の赤外線検知部２ａ２の受光角度が（θ２＋φ）となる（図４（ｂ）を参照）。さらに、本実施形態の赤外線センサ１０は、赤外線センサ１０に対して熱源ＰＳが角度θ（＝θ３）の位置にある場合、第１の赤外線検知部２ａ１の受光角度が（θ３−φ）となり、第２の赤外線検知部２ａ２の受光角度が（θ３＋φ）となる（図４（ｃ）を参照）。すなわち、本実施形態の赤外線センサ１０では、赤外線センサ１０に対する熱源ＰＳの位置によって、第１の赤外線検知部２ａ１の受光角度と、第２の赤外線検知部２ａ２の受光角度とが大きく異なる。
【００５４】
これに対し比較のために示す図６の赤外線センサでは、赤外線センサ１０に対して熱源ＰＳが角度θ１の位置にある場合、第３の赤外線検知部２ａ３および第４の赤外線検知部２ａ４の受光角度がそれぞれθ１となる（図７（ａ）を参照）。また、図６の赤外線センサでは、熱源ＰＳが角度θ２（＝０°）で赤外線センサ１０の正面の位置にある場合、第３の赤外線検知部２ａ３および第４の赤外線検知部２ａ４の受光角度がそれぞれθ２となる（図７（ｂ）を参照）。さらに、図６の赤外線センサでは、赤外線センサ１０に対して熱源ＰＳが角度θ３の位置にある場合、第３の赤外線検知部２ａ３および第４の赤外線検知部２ａ４の受光角度がそれぞれθ３となる（図７（ｃ）を参照）。図６の赤外線センサでは、赤外線センサに対する熱源ＰＳの位置が変化しても、第３の赤外線検知部２ａ３の受光角度と、第４の赤外線検知部２ａ４の受光角度とが実質的に差異がない。
【００５５】
次に、熱源ＰＳが移動したときの赤外線センサ１０における赤外線検知部２の受光強度の変化を説明する。
【００５６】
赤外線センサ１０と平行で距離をｄ＝３０ｍｍとする仮想面Ｈ内において、赤外線センサ１０の前方を横切るように熱源ＰＳが移動する場合、本実施形態の赤外線センサ１０での受光強度は、図５（ａ）に示すようになる。なお、熱源ＰＳは、仮想面Ｈの法線Ｖが赤外線センサ１０を通る仮想面Ｈでの位置を基準として、基準と熱源ＰＳとの距離（ｍｍ）を熱源位置として表している。また、赤外線センサ１０は、第１の赤外線検知部２ａ１と第２の赤外線検知部２ａ２との最も近い距離を２ｍｍとしている。
【００５７】
赤外線センサ１０において、熱源ＰＳが赤外線センサ１０の前方を横切った場合、第１の赤外線検知部２ａ１、第２の赤外線検知部２ａ２の受光強度は、それぞれピーク値が熱源ＰＳの熱源位置によって異なる波形となる（図５（ｂ）を参照）。
【００５８】
これに対し、熱源ＰＳが移動したときの図６の赤外線センサにおける受光強度は、図８（ａ）に示すように、第３の赤外線検知部２ａ３と第４の赤外線検知部２ａ４の受光強度がそれぞれ重なるように略同一となる（図８（ｂ）を参照）。なお、図６の赤外線センサは、第３の赤外線検知部２ａ３と第４の赤外線検知部２ａ４との最も近い距離を２ｍｍとしている。
【００５９】
すなわち、本実施形態の図３に示す赤外線センサ１０は、図６に示す赤外線センサと比べて、一対の赤外線検知部２における受光強度のピーク値が現れる熱源位置が離れており、比較的簡単に一対の赤外線検知部２からの検知信号の分離を行うことが可能となる。言い換えれば、本実施形態の赤外線センサ１０は、図６の赤外線センサと比較して、熱源ＰＳが発する赤外線を受光する場合において、一対の赤外線検知部２における受光強度差を大きくすることが可能となる。したがって、本実施形態の赤外線センサ１０は、赤外線を発する熱源ＰＳの移動方向を、より感度高く検知することが可能となる。
【００６０】
以下、本実施形態の赤外線センサ１０の製造工程について、図９ないし図１２に基づいて説明する。
【００６１】
まず、ベース基板１の基礎となるシリコン基板１１における一表面１ａａ側および他表面１ａｂ側それぞれの全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１ａ、１１ｂを形成する第１酸化工程を行う（図９（ａ）を参照）。赤外線センサ１０の製造工程は、たとえば、熱酸化法を利用し、厚さ７００ｎｍのシリコン酸化膜を絶縁膜１１ａ、１１ｂとしてシリコン基板１１に形成することができる。
【００６２】
続いて、赤外線センサ１０の製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、絶縁膜１１ａに凹部１ｃを形成するための開口部１１ａａを形成する。同様に、赤外線センサ１０の製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、絶縁膜１１ｂに開口部１１ｂａを形成するパターニング工程を行う（図９（ｂ）を参照）。開口部１１ａａ、１１ｂａは、たとえば、フッ化アンモニウム水溶液とフッ化水素酸を混合して調製したバッファードフッ酸（ＢＨＦ）溶液を用いて、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１１ａ、１１ｂをエッチングすることで形成することができる。
【００６３】
その後、赤外線センサ１０の製造工程では、たとえば、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ）によりシリコン基板１１を異方性エッチングして、シリコン基板１１における一表面１ａａ側の開口部１１ａａから凹部１ｃの基礎となる第１凹部１１ｃを形成する。同様に、赤外線センサ１０の製造工程では、たとえば、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ）によりシリコン基板１１を異方性エッチングして、シリコン基板１１における他表面１ａｂ側の開口部１１ｂａから薄膜部１ａを形成するための第２凹部１１ｄを形成する異方性エッチング工程を行う（図９（ｃ）を参照）。なお、第１凹部１１ｃは、エッチング条件を変えることで、四角錐状あるいは四角錐台状に形成することができる。
【００６４】
次に、赤外線センサ１０の製造工程では、たとえば、フッ化水素酸（ＨＦ）により絶縁膜１１ａ、１１ｂをシリコン基板１１から除去する（図示していない）。その後、赤外線センサ１０の製造工程では、シリコン基板１１における一表面１ａａ側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１ｅを形成する。また、赤外線センサ１０の製造工程では、シリコン基板１１における他表面１ａｂ側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１ｆを形成する第２酸化工程を行う（図１０（ａ）を参照）。赤外線センサ１０の製造工程では、たとえば、熱酸化法により、厚さ５００ｎｍのシリコン酸化膜をシリコン基板１１における一表面１ａａ側および他表面１ａｂ側それぞれに形成することができる。絶縁膜１１ｅは、後に薄膜部１ａとして機能する。
【００６５】
続いて、赤外線センサ１０の製造工程では、シリコン基板１１における一表面１ａａ側の全面に、第１電極２ａの基礎となる第１金属膜１２ａをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などにより成膜する第１金属膜形成工程を行う（図１０（ｂ）を参照）。赤外線センサ１０の製造工程では、第１凹部１１ｃの形状に沿って第１金属膜１２ａが形成される。第１金属膜１２ａは、第１電極２ａの基礎として、たとえば、厚さ１５ｎｍのＴｉ膜と、厚さ５０ｎｍのＰｔ膜との積層膜とすることができる。
【００６６】
次に、赤外線センサ１０の製造工程では、第１金属膜１２ａにおけるシリコン基板１１側とは反対側の全面に焦電体２ｂの基礎となる焦電体膜１２ｂをスパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法などにより成膜する焦電体膜形成工程を行う（図１０（ｃ）を参照）。赤外線センサ１０の製造工程では、第１凹部１１ｃの形状に沿って、焦電体膜１２ｂが第１金属膜１２ａ上に形成される。焦電体膜１２ｂは、たとえば、スパッタ法により形成された厚さ２０００ｎｍのＰＺＴ膜とすることができる。
【００６７】
その後、赤外線センサ１０の製造工程では、シリコン基板１１における一表面１ａａ側の全面に、第２電極２ｃの基礎となる第２金属膜１２ｃをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などにより成膜する第２金属膜形成工程を行う（図１１（ａ）を参照）。赤外線センサ１０の製造工程では、第１凹部１１ｃの形状に沿って第２金属膜１２ｃが焦電体膜１２ｂ上に形成される。第２金属膜１２ｃは、第２電極２ｃの基礎として、たとえば、厚さ２０ｎｍのＴｉ膜とすることができる。
【００６８】
次に、赤外線センサ１０の製造工程では、リソグラフィ技術、エッチング技術を利用して、第２金属膜１２ｃを所定の形状にエッチングすることにより、第２電極２ｃを形成する第２金属膜パターニング工程を行う（図１１（ｂ）を参照）。赤外線センサ１０の製造工程では、たとえば、予め所定のパターンに形成させたレジスト膜の開口から第２金属膜１２ｃを、温度６０℃のＨ２Ｏ２を用いてエッチングして、第２電極２ｃを形成することができる。
【００６９】
その後、赤外線センサ１０の製造工程では、リソグラフィ技術、エッチング技術を利用して、焦電体膜１２ｂを所定の形状にエッチングすることにより、焦電体２ｂを形成する焦電体膜パターニング工程を行う（図１１（ｃ）を参照）。赤外線センサ１０の製造工程では、たとえば、予め所定のパターンに形成させたレジスト膜の開口から焦電体膜１２ｂを、ＢＨＦ溶液を用いてエッチングして焦電体２ｂを形成することができる。
【００７０】
次に、赤外線センサ１０の製造工程では、リソグラフィ技術、エッチング技術を利用して、第１金属膜１２ａを所定の形状にエッチングすることにより、第１電極２ａを形成する第１金属膜パターニング工程を行う（図１２（ａ）を参照）。赤外線センサ１０の製造工程では、たとえば、予め所定のパターンに形成させたレジスト膜の開口から第１金属膜１２ａを、塩酸（ＨＣｌ）と硝酸（ＨＮＯ３）とを３：１の割合で混合させた王水を用いてエッチングして第１電極２ａを形成することができる。赤外線センサ１０の製造工程では、シリコン基板１１における一表面１ａａ側において、四角錐形状に窪んだ第１凹部１１ｃの傾斜面に沿って、対向する赤外線検知部２を形成することができる。なお、第１金属膜１２ａは、所定のパターン形状にエッチングすることにより、第１電極２ａと、第１パッド電極２ａａと、第１電極２ａと第１パッド電極２ａａとを電気的に接続させる配線とを同時に形成することもできる。
【００７１】
引き続き、赤外線センサ１０の製造工程では、リソグラフィ技術、エッチング技術を利用して、シリコン基板１１における他表面１ａｂ側において、第２凹部１１ｄに対応する絶縁膜１１ｆの一部を除去するパターニング工程を行う（図１２（ｂ）を参照）。赤外線センサ１０の製造工程では、ＢＨＦ溶液を用いて、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１１ｆの一部をエッチングすることで開口を形成することができる。
【００７２】
その後、赤外線センサ１０の製造工程では、たとえば、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ）によりシリコン基板１１を異方性エッチングして、シリコン基板１１における他表面１ａｂ側の開口から第２凹部１１ｄをエッチングする。赤外線センサ１０の製造工程では、シリコン基板１１における一表面１ａａ側のシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１ｅをエッチングストッパとして利用して、他表面１ａｂ側から絶縁膜１１ｅが露出するまでエッチングする異方性エッチング工程を行う（図１２（ｃ）を参照）。これにより、赤外線センサ１０は、一表面１ａａ側に薄膜部１ａを備え、薄膜部１ａの直下が空洞１ｄであり、薄膜部１ａにおける一面側が凹部１ｃにおける傾斜面Ｔを構成することができる。なお、赤外線センサ１０の製造工程では、第１電極２ａを形成後、絶縁部材３や第２パッド電極２ｃａを形成する工程を適宜に行う（図示していない）。
【００７３】
赤外線センサ１０の製造工程では、ＭＥＭＳ（microelectro mechanical systems）製造技術として、バルクマイクロマシニング技術、表面マイクロマシニング技術などを利用して赤外線センサ１０を製造することができる。赤外線センサ１０の製造工程では、図１２（ｃ）の工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の赤外線センサ１０に分割して形成することができる。この赤外線センサ１０の製造工程では、ウエハから複数個の赤外線センサ１０を量産性よく形成することができる。
【００７４】
（実施形態２）
図１３に示す本実施形態の赤外線検出装置２０は、実施形態１の赤外線センサ１０と、赤外線センサ１０と協働する半導体素子２２とを備えたものである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７５】
本実施形態の赤外線検出装置２０は、たとえば、図１３に示すように、赤外線検出装置２０のパッケージ２３内に、赤外線センサ１０と、赤外線センサ１０と協働する半導体素子２２とを配置している。赤外線検出装置２０は、たとえば、パッケージ２３の気密封止された内部に赤外線センサ１０および半導体素子２２を収納することができる。赤外線検出装置２０は、たとえば、人体や物体の存否、人の動作（たとえば、ジェスチャーなど）、検知エリアの温度分布などを検出することが可能となる。
【００７６】
以下、本実施形態の赤外線検出装置２０を構成する各構成について詳述する。
【００７７】
半導体素子２２は、たとえば、ＡＳＩＣ（ApplicationspecificIC）などを用いることができる。半導体素子２２を用いて実現する機能回路としては、たとえば、バンドパスフィルタ、増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路などを含んで赤外線センサ１０の検知信号を信号処理する信号処理回路などが挙げられる。本実施形態の赤外線検出装置２０は、半導体素子２２が赤外線センサ１０の一対の赤外線検知部２から出力される検知信号を分離できるように構成している。
【００７８】
赤外線検出装置２０は、たとえば、半導体素子２２として赤外線センサ１０からの検知信号に基づいてジェスチャーを検知する適宜のプログラムを搭載したＡＳＩＣを用いることができる。赤外線検出装置２０は、パッケージ２３内で赤外線センサ１０と、半導体素子２２たるＡＳＩＣとを電気的に接続させて、ジェスチャーセンサとして用いることが可能である。
【００７９】
ジェスチャーセンサは、赤外線センサ１０からの検知信号に基づいて人の特性部位（たとえば、ユーザの手など）での所定のジェスチャーを認識するジェスチャー認識部を備えている。ジェスチャーセンサは、ジェスチャー認識部により認識されたジェスチャーに予め対応付けられた制御出力を制御対象機器へ与える制御部を備えることが好ましい。ジェスチャーセンサは、ジェスチャー認識部および制御部を、上述のＡＳＩＣに適宜のプログラムを搭載することにより、実現することができる。
【００８０】
ジェスチャー認識部は、検知信号を発生する赤外線センサ１０の相対的な位置関係に基づいて熱源ＰＳの移動方向を特定する移動方向特定手段を備えていれば、熱源ＰＳの移動方向を特定することが可能となる。また、ジェスチャー認識部は、熱源ＰＳの移動速度を求める移動速度演算手段を備えていれば、第１の赤外線検知部２ａ１が熱源ＰＳを検知した時刻と第２の赤外線検知部２ａ２が熱源ＰＳを検知した時刻との時間差と、第１の赤外線検知部２ａ１と第２の赤外線検知部２ａ２との距離とに基づいて熱源ＰＳの移動速度を求めることが可能となる。
【００８１】
パッケージ２３は、赤外線センサ１０および半導体素子２２が横並びで実装されたパッケージ本体２４を有している。また、パッケージ２３は、開孔部２５ａを閉塞する窓材２８が設けられたパッケージ蓋２５を有している。パッケージ２３は、金属パターン２７を介して、パッケージ蓋２５とパッケージ本体２４とを気密的に接合している。
【００８２】
すなわち、パッケージ２３は、パッケージ本体２４と、赤外線センサ１０および半導体素子２２を覆う形でパッケージ本体２４に気密的に接合されたパッケージ蓋２５とを有している。本実施形態の赤外線検出装置２０では、パッケージ本体２４とパッケージ蓋２５とで囲まれた気密空間を不活性ガス雰囲気（ドライ窒素ガス雰囲気）としてある。不活性ガスは、ドライ窒素ガスに限らず、たとえば、アルゴンガスなどでもよい。また、赤外線検出装置２０は、パッケージ本体２４とパッケージ蓋２５とで囲まれた気密空間を真空雰囲気や空気雰囲気とすることも可能である。
【００８３】
パッケージ本体２４は、絶縁材料（セラミックス）からなる板状体に金属材料からなる回路配線（図示していない）および複数の外部接続用電極（図示していない）が形成されている。パッケージ本体２４は、パッケージ本体２４の材料として、セラミックスやガラスなどの無機材料を採用することが好ましい。赤外線検出装置２０は、パッケージ本体２４の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２４の吸湿による上記回路配線間の絶縁抵抗の低下を防ぐことが可能となるとともに、耐熱性を向上させることが可能となる。赤外線検出装置２０は、パッケージ本体２４の材料として、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、熱伝導率を小さくすることが可能となる。これにより赤外線検出装置２０は、たとえば、赤外線センサ１０として焦電型の赤外線センサ１０を用いている場合などに、外部の熱のゆらぎに起因した赤外線センサ１０の感度の低下を抑制することが可能となる。
【００８４】
パッケージ本体２４には、導電性材料により形成されたシールド部（図示していない）を備えていることが好ましい。また、パッケージ蓋２５は、パッケージ本体２４のシールド部に電気的に接続されていることが好ましい。赤外線検出装置２０は、シールド部を備えることで、上記電気回路への外来の電磁ノイズが上記回路配線に与える影響を低減することが可能となる。
【００８５】
パッケージ蓋２５は、赤外線センサ１０での受光対象の赤外線を透過する機能を有している。パッケージ蓋２５は、パッケージ本体２４側の一面が開放された矩形箱状に形成されている。パッケージ蓋２５は、パッケージ本体２４に対向する部位に開孔部２５ａが形成されており、開孔部２５ａを閉塞するように窓材２８が設けられている。パッケージ蓋２５は、窓材２８が赤外線センサ１０での受光対象の赤外線を透過する。
【００８６】
また、パッケージ蓋２５は、導電性の窓材２８を有する場合、窓材２８と金属製のパッケージ蓋２５とを、たとえば、半田や導電性接着剤などを利用して電気的に接続すればよい。パッケージ蓋２５は、パッケージ蓋２５を金属の板材の押圧加工などを利用して形成することができる。本実施形態の赤外線検出装置２０において、パッケージ蓋２５は、パッケージ蓋２５の材料を金属としているが、金属だけに限られず樹脂材料を用いて形成することもできる。パッケージ蓋２５は、樹脂の成形品により形成する場合、パッケージ蓋２５とは別途にパッケージ蓋２５の外壁面に、シールド部と電気的に接続されるシールド層（図示していない）を設けてもよい。また、赤外線検出装置２０は、パッケージ蓋２５とパッケージ本体２４との接合方法を特に限定するものではないが、たとえば、シーム溶接法、表面活性化接合法や樹脂接合法などを採用することができる。なお、赤外線検出装置２０は、平面視において、パッケージ本体２４およびパッケージ蓋２５の外周形状を矩形状としてあるが、矩形状だけに限られず、たとえば、円形状でもよい。
【００８７】
窓材２８は、窓材２８の厚み方向の入射面側にフィルタ部（図示していない）を形成してあり、光学フィルタを構成している。フィルタ部は、所定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）により構成されている。したがって、本実施形態の赤外線検出装置２０では、パッケージ蓋２５が、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線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る。なお、窓材２８は、厚み方向の入射面側だけに限らず、出射面側にフィルタ部を形成してもよく、少なくとも一方にフィルタ部を形成してあることが好ましい。
【００８８】
また、窓材２８は、入射面側に形成するフィルタ部と出射面側に形成するフィルタ部とのフィルタ特性を互いに同一のものとすることができる。窓材２８は、入射面側に形成するフィルタ部と出射面側に形成するフィルタ部とのフィルタ特性を異ならせることによって、より効果的に不要な光をカットするものでもよい。
【００８９】
赤外線検出装置２０は、窓材２８が所望の波長域の赤外線を透過すればよい。ここで、赤外線センサ１０での受光対象の赤外線として、たとえば人体から放射される赤外線を想定している場合、窓材２８は、たとえば、導電性を有し且つ赤外線を透過する基材の一種であるシリコン基板を用いて形成することができる。この場合、フィルタ部は、所定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）により構成すればよい。本実施形態の赤外線検出装置２０では、パッケージ蓋２５が、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る。なお、窓材２８は、窓材２８の材料が、シリコンを用いたものだけに限らず、たとえば、ゲルマニウム、ガリウム砒素や亜鉛化硫黄などを用いたものでもよい。
【００９０】
本実施形態の赤外線検出装置２０は、窓材２８がパッケージ２３の内部に突出する形状であっても、平板状であってもよい。本実施形態の赤外線検出装置２０は、窓材２８がパッケージ２３の内部に突出する形状の場合、赤外線検知部２が凹部１ｃに形成されていることで、窓材２８との離間距離を稼ぐことも可能となる。
【００９１】
本実施形態の赤外線検出装置２０は、赤外線センサ１０における赤外線検知部２の数、半導体素子２２の機能などを適宜設定することにより、ジェスチャーセンサや人体検知センサなどに限られず、種々のものに利用することができる。赤外線検出装置２０は、たとえば、赤外線センサ１０からの出力の有無により入力の有無を特定する非接触入力センサに応用することが可能となる。また、赤外線検出装置２０は、赤外線センサ１０の赤外線検知部２からの出力の組み合わせにより熱源ＰＳの形状を認識する形状認識センサや温度分布を認識する温度分布センサなどにも応用することも可能となる。
【符号の説明】
【００９２】
Ｔ  傾斜面
１  ベース基板
１ａ  薄膜部
１ｃ  凹部
１ａａ  一表面
２  赤外線検知部
２ａ  第１電極
２ｂ  焦電体
２ｃ  第２電極
１０  赤外線センサ
２０  赤外線検出装置
２２  半導体素子
【図１】
2013217708.tif 000005
【図２】
2013217708.tif 000006
【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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