(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面と、前記第１主面に配置された赤外線検出素子とを含む第１半導体基板と、
前記第１主面に向かい合う第２主面と、前記赤外線検出素子の信号を処理するように構成された信号処理回路とを含む第２半導体基板と、
前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とに接続され、かつ前記第１主面に配置された前記赤外線検出素子を取り囲んでおり、かつ前記第１主面、前記赤外線検出素子および前記第２主面とで密封状態に封止された内部空間を形成する封止枠と、
前記封止枠の外側において前記第１主面上に設けられ、かつ前記赤外線検出素子と前記信号処理回路とを電気的に接続している第１接続部とを備え、
前記内部空間は、前記第１主面、前記赤外線検出素子、前記第２主面および前記封止枠によって密封状態に封止されており、
前記封止枠および前記第１接続部の各々は、前記第１主面と前記第２主面とに挟み込まれており、
前記信号処理回路は、前記内部空間の外側の領域に配置されている、赤外線センサ。
【請求項２】
第１主面と、前記第１主面に配置された赤外線検出素子とを含む第１半導体基板と、
前記第１主面に向かい合う第２主面と、前記赤外線検出素子の信号を処理するように構成された信号処理回路とを含む第２半導体基板と、
前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とに接続され、かつ前記第１主面、前記赤外線検出素子および前記第２主面とで内部空間を取り囲む封止枠と、
前記赤外線検出素子と前記信号処理回路とを電気的に接続している第１接続部とを備え、
前記内部空間は、前記第１主面、前記赤外線検出素子、前記第２主面および前記封止枠によって密封状態に封止されており、
前記封止枠および前記第１接続部の各々は、前記第１主面と前記第２主面とに挟み込まれており、
第２接続部をさらに備え、
前記第２接続部は、前記第１主面と前記第２主面とに挟み込まれており、
前記第２接続部は、前記第１接続部および前記封止枠よりも高い融点を有している、赤外線センサ。
【請求項３】
前記第１主面に対して前記第２半導体基板とは反対側に配置された反射防止膜をさらに備え、
前記反射防止膜は、赤外線の反射を防止するように構成されている、請求項１または２に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記第１半導体基板は、第１基板部と、前記第１基板部よりも赤外線を透過させるように構成された第１赤外線透過部とを含み、
前記第１赤外線透過部は、前記赤外線検出素子に向かい合っている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記第２主面に対して前記第１半導体基板とは反対側に配置された反射防止膜をさらに備え、
前記反射防止膜は、赤外線の反射を防止するように構成されている、請求項１または２に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記第２半導体基板は、第２基板部と、前記第２基板部よりも赤外線を透過させるように構成された第２赤外線透過部とを含み、
前記第２赤外線透過部は、前記赤外線検出素子に向かい合っている、請求項１、２および５のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項７】
前記第２主面は、第２主面部と、凹部とを含み、
前記凹部は、前記赤外線検出素子と向かい合う位置において、前記第２主面部から凹むように設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項８】
第２接続部をさらに備え、
前記第２接続部は、前記第１主面と前記第２主面とに挟み込まれている、請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項９】
前記第２接続部は、前記第１主面と前記第２主面とに挟み込まれている、請求項２に記載の赤外線センサ。
【請求項１０】
前記第２接続部は、前記第１接続部とは異なる外径を有している、請求項８または９に記載の赤外線センサ。
【請求項１１】
前記第２接続部は、前記第１接続部および前記封止枠よりも高い融点を有している、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項１２】
前記第１接続部および前記封止枠の各々の材料は、導電性を有している、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項１３】
前記第１接続部の材料は、前記封止枠の材料と同じである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項１４】
前記内部空間は、真空状態で封止されている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項１５】
第１主面および前記第１主面に配置された赤外線検出素子を含む第１半導体基板と、第２主面および前記赤外線検出素子の信号を処理するように構成された信号処理回路を含む第２半導体基板と、封止枠と、第１接続部とが準備される工程と、
前記第１主面、前記赤外線検出素子および前記第２主面に前記封止枠および前記第１接続部の各々が挟み込まれることで、前記第１主面、前記赤外線検出素子、前記第２主面および前記封止枠によって密封状態に封止された内部空間が形成され、かつ前記封止枠が前記第１主面に配置された前記赤外線検出素子を取り囲み、かつ前記信号処理回路が前記内部空間の外側の領域に配置され、かつ前記封止枠の外側において前記第１接続部によって前記赤外線検出素子と前記信号処理回路とが電気的に接続される工程とを備えた、赤外線センサの製造方法。
【請求項１６】
前記内部空間は、真空雰囲気において、前記第１主面、前記赤外線検出素子、前記第２主面および前記封止枠によって密封状態に封止される、請求項１５に記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項１７】
第２接続部がさらに準備され、
前記第２接続部が前記封止枠および前記第１接続部とともに前記第１主面と前記第２主面とに挟み込まれる、請求項１５または１６に記載の赤外線センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、赤外線センサおよび赤外線センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線センサは、量子型（冷却型）および熱型（非冷却型）に大別される。熱型赤外線センサは、赤外線吸収体によって吸収された赤外線を熱に変換する。熱型赤外線センサは、変換された熱によって生じる温度変化を電気信号に変換する。赤外線による温度変化は、熱型赤外線センサの赤外線検知部において生じる。赤外線検知部が熱型赤外線センサの基板から熱的に隔離された断熱構造によって赤外線検知部が入射した赤外線を吸収することにより生じる赤外線検知部の温度変化が大きくなる。さらに、赤外線検知部は、断熱構造の真空にされた内部空間内に保持されていてもよい。これにより、内部空間内の気体による熱伝導および気体の対流によって断熱構造の熱抵抗が低下することが抑制されるため、断熱性がさらに高くなる。【０００３】
また、赤外線センサ基板と信号処理回路基板とが向かい合うように配置された赤外線センサが知られている。断熱構造は、赤外線センサ基板と信号処理回路基板との間に設けられている。断熱構造の内部空間は、密封状態に封止されることで断熱されるように構成されている。赤外線センサ基板は、赤外線検出素子を含む複数の画素によって構成された画素アレイを備えている。信号処理回路基板は、各赤外線検出素子からの出力信号を処理する信号処理回路を備えている。信号処理回路は、例えば、アナログ／デジタル変換回路などである。【０００４】
上記の構造を備えた赤外線センサとして、例えば、国際公開第２００６／０９５８３４号（特許文献１）に記載された光デバイス（赤外線センサ）がある。上記公報に記載された光デバイスでは、光電変換部（赤外線検出素子）は、密封状態に封止された空隙（内部空間）に面している。空隙は、光電変換部が形成された基板（第１半導体基板）の第１主面、光電変換部、信号回路処理部（第２半導体基板）の第２主面、封止部材、接続配線（第１接続部）によって密封状態に封止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０９５８３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記公報に記載された光デバイスでは、基板と信号処理回路部とが接続配線によって電気的に接続された後に、基板、信号処理回路部および接続配線が封止部材によって密封状態に封止される。空隙は、封止部材が除去されることで形成される。このため、上記公報に記載された光デバイスでは、空隙の封止と、基板と信号処理回路部との電気的な接続とが別々に行われる。したがって、赤外線センサの製造コストが増加する。【０００７】
本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストの増加を抑制することができる赤外線センサおよび赤外線センサの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の赤外線センサは、第１半導体基板と、第２半導体基板と、封止枠と、第１接続部とを備えている。第１半導体基板は、第１主面と、赤外線検出素子とを含んでいる。赤外線検出素子は、第１主面に配置されている。第２半導体基板は、第２主面と、信号処理回路とを含んでいる。第２主面は、第１主面に向かい合っている。信号処理回路は、赤外線検出素子の信号を処理するように構成されている。封止枠は、第１半導体基板と第２半導体基板とに接続されている。封止枠は、第１主面に配置された赤外線検出素子を取り囲んでいる。封止枠は、第１主面、赤外線検出素子および第２主面とで密封状態に封止された内部空間を形成している。第１接続部は、封止枠の外側において第１主面上に設けられている。第１接続部は、赤外線検出素子と信号処理回路とを電気的に接続している。内部空間は、第１主面、赤外線検出素子、第２主面および封止枠によって密封状態に封止されている。封止枠および第１接続部の各々は、第１主面と第２主面とに挟み込まれている。信号処理回路は、内部空間の外側の領域に配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の赤外線センサによれば、赤外線センサの製造コストの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る赤外線センサの構成を概略的に示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る赤外線センサの構成を概略的に示す上面図である。
【図３】実施の形態１に係る赤外線センサの構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】実施の形態１の変形例に係る赤外線センサの構成を概略的に示す断面図である。
【図５】実施の形態１の変形例に係る赤外線センサの構成を概略的に示す上面図である。
【図６】実施の形態１の変形例に係る赤外線センサの構成を概略的に示す斜視図である。
【図７】実施の形態１に係る赤外線センサの他の製造方法を概略的に示す斜視図である。
【図８】実施の形態１に係る赤外線センサの構成を概略的に示す回路図である。
【図９】実施の形態１に係る第１半導体基板の構成を概略的に示す回路図である。
【図１０】実施の形態１に係る第１半導体基板の電圧調整回路の構成を概略的に示す回路図である。
【図１１】実施の形態２に係る赤外線センサの構成を概略的に示す断面図である。
【図１２】実施の形態３に係る赤外線センサの構成を概略的に示す断面図である。
【図１３】実施の形態４に係る赤外線センサの構成を概略的に示す断面図である。
【図１４】実施の形態５に係る赤外線センサの構成を概略的に示す断面図である。
【図１５】実施の形態６に係る赤外線センサの構成を概略的に示す断面図である。
【図１６】実施の形態６に係る赤外線センサの構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。
【００１２】
実施の形態１．
図１および図２を用いて、実施の形態１に係る赤外線センサ１００の構成を説明する。図１は、図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００１３】
赤外線センサ１００は、赤外線センサ１００に入射した赤外線ＩＲを検出するための赤外線センサである。本実施の形態に係る赤外線センサ１００は、熱型赤外線センサである。
【００１４】
図１に示されるように、赤外線センサ１００は、第１半導体基板１と、第２半導体基板２と、封止枠３と、第１接続部４とを含んでいる。第１半導体基板１と第２半導体基板２とは、間隔を空けて重ねられている。封止枠３および第１接続部４の各々は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とに挟み込まれている。
【００１５】
本実施の形態において、Ｚ軸方向は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが重ねられた方向に沿った方向である。Ｚ軸正方向は、Ｚ軸方向に沿って第１半導体基板１から第２半導体基板２に向かう方向である。Ｚ軸負方向は、Ｚ軸方向に沿って第２半導体基板２から第１半導体基板１に向かう方向である。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向に直交しかつ第１半導体基板１が延在する方向に沿った方向である。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の各々に直交する方向である。第１半導体基板１の面内方向は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿った方向である。
【００１６】
本実施の形態において、赤外線ＩＲは、Ｚ軸負方向に沿って赤外線センサ１００に入射する。赤外線センサ１００は、Ｚ軸負方向に沿って赤外線センサ１００に入射した赤外線ＩＲを検出するように構成されている。なお、本実施の形態において、ある方向に沿って赤外線ＩＲが赤外線センサ１００に入射するとは、当該方向に沿った主成分を有する赤外線ＩＲが赤外線センサ１００に入射することを意味する。このため、赤外線ＩＲは、当該方向とは他の方向に沿った成分を有していてもよい。
【００１７】
第１半導体基板１は、第１主面１ａと、第１裏面１ｂと、赤外線検出素子１１と、制御回路１２とを含んでいる。第１半導体基板１は、複数の赤外線検出素子１１を含んでいてもよい。本実施の形態において、第１半導体基板１は、複数の赤外線検出素子１１を含んでいる。
【００１８】
第１主面１ａは、第１半導体基板１の面内方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿って封止枠３よりも外側に張り出している。第１主面１ａは、平坦な面を有している。第１裏面１ｂは、第１主面１ａに対向している。このため、第１裏面１ｂは、第１主面１ａに対して第２半導体基板２とは反対側で第１主面１ａの面内方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿って延在している。
【００１９】
赤外線検出素子１１は、第１主面１ａに配置されている。赤外線検出素子１１は、赤外線ＩＲが赤外線検出素子１１に入射した際に検出信号を発生するように構成されている。これにより、第１半導体基板１は、赤外線センサ基板として構成されている。赤外線検出素子１１は、例えば、ダイオード、抵抗ボロメータ、薄膜強誘電体、熱電素子等のＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）技術が利用された素子である。
【００２０】
本実施の形態において、赤外線ＩＲは、Ｚ軸負方向に沿って第２半導体基板２を通って赤外線検出素子１１に入射する。このため、赤外線検出素子１１は、第２半導体基板２に向かい合うように配置されている。赤外線センサ１００は、第２半導体基板２を通って赤外線検出素子１１に入射した赤外線ＩＲを検出するように構成されている。なお、後述されるように、赤外線センサ１００は、第１半導体基板１の第１裏面１ｂを通って赤外線検出素子１１に入射する赤外線ＩＲを検出するように構成されていてもよい。
【００２１】
本実施の形態において、２つの赤外線検出素子１１を１つの単位として画素ＰＸが構成されている。複数の画素ＰＸは、画素アレイＰＸＡを構成している。制御回路１２は、複数の赤外線検出素子１１を制御するように構成されている。制御回路１２は、複数の画素ＰＸを制御するように構成されている。なお、画素ＰＸおよび制御回路１２の詳細な構成および動作は、後述される。
【００２２】
第１半導体基板１は、図示されない支持脚をさらに含んでいてもよい。支持脚は、第１主面１ａ上に配置されている。赤外線検出素子１１は、支持脚によって第１主面１ａの上方に中空保持されてもよい。すなわち、赤外線検出素子１１は、支持脚によって第１主面１ａから離れて配置されていてもよい。
【００２３】
第２半導体基板２は、第１主面１ａの面内方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿って延在している。第２半導体基板２は、第１半導体基板１から離れて配置されている。第２半導体基板２は、第１半導体基板１に向かい合っている。第２半導体基板２は、第１半導体基板１に平行に向かい合っている。第１半導体基板１と第２半導体基板２とのＺ軸方向に沿った距離は、Ｚ軸方向に沿った封止枠３および第１接続部４の寸法と同じである。
【００２４】
第２半導体基板２は、第２主面２ａと、第２裏面２ｂと、信号処理回路２１とを含んでいる。第２主面２ａは、第１主面１ａに向かい合っている。第２主面２ａは、第１主面１ａから離れて第１主面１ａに向かい合っている。第２主面２ａは、第１主面１ａの面内方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿って封止枠３よりも外側に張り出している。第２裏面２ｂは、第２主面２ａに対向している。このため、第２裏面２ｂは、第２主面２ａに対して第１半導体基板１とは反対側で第２主面２ａの面内方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿って延在している。
【００２５】
信号処理回路２１は、赤外線検出素子１１の信号を処理するように構成されている。具体的には、信号処理回路２１は、赤外線検出素子１１から送信された検出信号を処理するように構成されている。本実施の形態において、信号処理回路２１は、複数の赤外線検出素子１１の各々から送信された検出信号を処理するように構成されている。これにより、第２半導体基板２は、信号処理回路基板として構成されている。
【００２６】
信号処理回路２１は、例えば、読み出し回路、増幅器、サンプルホールド、アナログ／デジタル変換器およびデジタル信号処理回路等を含んでいる。読み出し回路は、複数の赤外線検出素子１１の各々から送信された出力信号を読み出すように構成されている。増幅器は、複数の赤外線検出素子１１の各々から送信された信号を増幅するように構成されている。なお、信号処理回路２１の詳細な構成および動作は、後述される。
【００２７】
本実施の形態において、第２半導体基板２は、第２基板部２２と、第２赤外線透過部ＩＴ２とを含んでいる。第２基板部２２および第２赤外線透過部ＩＴ２は、赤外線ＩＲを透過させるように構成されている。第２赤外線透過部ＩＴ２は、第２基板部２２よりも赤外線ＩＲを透過させるように構成されている。第２赤外線透過部ＩＴ２は、赤外線検出素子１１に向かい合っている。
【００２８】
第２赤外線透過部ＩＴ２は、例えば、リン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）などの不純物が添加されている。これにより、第２赤外線透過部ＩＴ２は、例えば、１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有している。第２赤外線透過部ＩＴ２による赤外線ＩＲの吸収は、第２赤外線透過部ＩＴ２の抵抗率と相関関係を有している。このため、第２赤外線透過部ＩＴ２の抵抗率が大きいほど、第２赤外線透過部ＩＴ２に赤外線ＩＲが吸収されない。よって、第２赤外線透過部ＩＴ２の抵抗率が例えば１Ω・ｃｍ以上である場合、赤外線ＩＲ波長が第２半導体基板２によって吸収されることが抑制される。
【００２９】
図１および図２に示されるように、封止枠３は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とに接続されている。封止枠３は、第１主面１ａ、赤外線検出素子１１および第２主面２ａとで内部空間ＩＳを取り囲んでいる。内部空間ＩＳは、第１主面１ａ、赤外線検出素子１１、第２主面２ａおよび封止枠３によって密封状態に封止されている。図１に示されるように、内部空間ＩＳは、第１主面１ａおよび赤外線検出素子１１と第２主面２ａとによって、Ｚ軸方向に沿って挟み込まれている。赤外線検出素子１１および第２赤外線透過部ＩＴ２の各々は、内部空間ＩＳに面している。第１接続部４、制御回路１２および信号処理回路２１は、内部空間ＩＳの外側の領域に配置されている。図２に示されるように、内部空間ＩＳは、封止枠３によってＺ軸周りに取り囲まれている。
【００３０】
気体は、内部空間ＩＳと内部空間ＩＳの外側の領域と行き来することができない。よって、内部空間ＩＳは、断熱されている。本実施の形態において、内部空間ＩＳは、真空状態で封止されている。本実施の形態において、内部空間ＩＳは、完全な真空状態で封止されていなくてもよい。
【００３１】
図１に示されるように、封止枠３は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが重ねられた方向（Ｚ軸方向）に沿って、第１半導体基板１と第２半導体基板２とに挟み込まれている。封止枠３のＺ軸方向の第１端は、第１主面１ａに接触している。封止枠３のＺ軸方向の第２端は、第２主面２ａに接触している。封止枠３は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とをＺ軸方向に沿って支持している。このため、封止枠３は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを機械的に接続している。なお、封止枠３は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを電気的に接続していない。
【００３２】
封止枠３の材料は、導電性を有している。封止枠３の材料は、例えば、金属である。封止枠３の形状は、環状である。封止枠３は、例えば、中空な角柱形状を有している。封止枠３の形状および寸法は、赤外線検出素子１１を取り囲んでいれば、適宜に決められてもよい。封止枠３は、例えば、制御回路１２をさらに取り囲んでいてもよい。
【００３３】
第１接続部４は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを電気的に接続している。具体的には、第１接続部４は、赤外線検出素子１１と信号処理回路２１とを電気的に接続している。第１接続部４の材料は、導電性を有している。第１接続部４は、例えば、バンプとして構成されている。
【００３４】
第１接続部４は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが重ねられた方向（Ｚ軸方向）に沿って、第１半導体基板１と第２半導体基板２とに挟み込まれている。第１接続部４のＺ軸方向の第１端は、第１主面１ａに接触している。第１接続部４のＺ軸方向の第２端は、第２主面２ａに接触している。このため、第１接続部４は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とをＺ軸方向に沿って支持している。第１接続部４は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを機械的に接続している。
【００３５】
封止枠３および第１接続部４の各々は、第１主面１ａと第２主面２ａとに挟み込まれている。封止枠３および第１接続部４の各々は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが重ねられた方向（Ｚ軸方向）に沿って、互いに同じ寸法を有している。
【００３６】
本実施の形態において、第１接続部４の材料は、封止枠３の材料と同じである。このため、第１接続部４の融点は、封止枠３の融点と同じである。
【００３７】
赤外線センサ１００は、第２接続部５をさらに含んでいる。第２接続部５は、第１主面１ａと第２主面２ａとに挟み込まれている。第２接続部５のＺ軸方向の第１端は、第１主面１ａに接触している。第２接続部５のＺ軸方向の第２端は、第２主面２ａに接触している。このため、第２接続部５は、第１半導体基板１および第２半導体基板２をＺ軸方向に沿って支持している。第２接続部５は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを機械的に接続している。なお、第２接続部５は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを電気的に接続していない。第２接続部５は、ダミーバンプとして構成されている。
【００３８】
本実施の形態において、第２接続部５は、第１接続部４および封止枠３よりも高い融点を有している。例えば、第１接続部４および封止枠３の材料がインジウム（Ｉｎ）またはインジウム合金である場合、第２接続部５の材料はニッケル（Ｎｉ）または銅（Ｃｕ）である。
【００３９】
赤外線センサ１００は、反射防止膜６をさらに含んでいる。本実施の形態において、反射防止膜６は、第２主面２ａに対して第１半導体基板１とは反対側に配置されている。反射防止膜６は、第２裏面２ｂを覆っている。反射防止膜６は、Ｚ軸方向に沿って赤外線検出素子１１に重なっている。このため、赤外線ＩＲは、反射防止膜６を通って赤外線検出素子１１に入射する。
【００４０】
反射防止膜６は、赤外線ＩＲの反射を防止するように構成されている。なお、本実施の形態において、反射防止膜６は赤外線ＩＲの反射を完全に防止しなくてもよい。反射防止膜６は、反射防止膜６に入射した赤外線ＩＲの反射を抑制するように構成されていればよい。
【００４１】
反射防止膜６は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Diamond  Like  Carbon）または硫化亜鉛（ＺｎＳ：Zinc  Sulfide）等の反射防止コート（ＡＲコート、ＡＲ：Anti  Reflection）である。
【００４２】
図２に示されるように、第１接続部４は、複数の第１接続部分４１を含んでいる。複数の第１接続部分４１の各々は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを電気的に接続している。複数の第１接続部分４１の各々は、例えば、円柱形状を有している。複数の第１接続部分４１の各々は、互いに同じ外径を有していてもよい。
【００４３】
第２接続部５は、複数の第２接続部分５１を含んでいる。複数の第２接続部分５１の各々は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを電気的に接続していない。複数の第２接続部分５１の各々は、例えば、円柱形状を有している。複数の第２接続部分５１の各々は、互いに同じ外径を有していてもよい。
【００４４】
第２赤外線透過部ＩＴ２は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが重ねられた方向（Ｚ軸方向）に沿って赤外線検出素子１１に重なっている。制御回路１２および信号処理回路２１は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが重ねられた方向（Ｚ軸方向）に沿って赤外線検出素子１１に重なっていない。信号処理回路２１は、Ｙ軸方向に沿って第１接続部４および第２接続部５に挟み込まれている。
【００４５】
図２および図３に示されるように第１半導体基板１の面内方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の寸法は、第２半導体基板２の面内方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の寸法よりも大きくてもよい。本実施の形態において、制御回路１２は、第２半導体基板２とＺ軸方向に沿って重なって配置されている。制御回路１２は、第２半導体基板２とＺ軸方向に沿って重ならないように配置されていてもよい。なお、図３では、説明の便宜のため、赤外線センサ１００は、適宜簡略化されて示されている。
【００４６】
次に、図４〜図６を用いて、実施の形態１の変形例に係る赤外線センサ１００の構成を説明する。図４は、図５のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【００４７】
図４に示されるように、実施の形態１の変形例に係る制御回路１２は、第２主面２ａに向かい合っている。具体的には、制御回路１２は、信号処理回路２１に向かい合っている。制御回路１２は、Ｚ軸方向に沿って信号処理回路２１に重なっている。
【００４８】
図５に示されるように、制御回路１２は、第１制御回路部１２ａと、第２制御回路部１２ｂとを含んでいる。第１制御回路部１２ａと第２制御回路部１２ｂとは、図示されない配線によって電気的に接続されている。第１制御回路部１２ａおよび信号処理回路２１は、Ｙ軸方向に沿って第１接続部４および第２接続部５に挟み込まれている。図５および図４に示されるように、第１制御回路部１２ａは、信号処理回路２１に向かい合っている。
【００４９】
図５および図６に示されるように、第１半導体基板１のＸ軸方向およびＹ軸方向の各々に沿った寸法は、第２半導体基板２のＸ軸方向およびＹ軸方向の各々に沿った寸法と同じであってもよい。なお、図６では、説明の便宜のため、赤外線センサ１００は、適宜簡略化されて示されている。
【００５０】
次に、図１および図７を用いて、実施の形態１に係る赤外線センサ１００の製造方法を説明する。
【００５１】
赤外線センサ１００の製造方法は、準備される工程Ｓ１０１と、電気的に接続される工程Ｓ１０２とを含んでいる。
【００５２】
図１に示されるように、第１半導体基板１、第２半導体基板２、封止枠３および第１接続部４が準備される。本実施の形態において、第２接続部５がさらに準備される。
【００５３】
具体的には、第１半導体基板１および第２半導体基板２は、具体的には、以下のプロセスに沿って準備される。まず、第１半導体基板１となるシリコン（Ｓｉ）基板に対してウエハプロセスが用いられることで、画素アレイＰＸＡ（図１参照）および制御回路１２が形成される。
【００５４】
続いて、第１半導体基板１となるシリコン基板の封止枠３が配置される領域および第２半導体基板２となるシリコン基板の封止枠３が配置される領域の各々にメタライズパターンが形成される。なお、封止枠３が配置される領域は、画素アレイよりも外側に位置している。
【００５５】
具体的には、例えば、スパッタ法によって第１半導体基板１の第１主面１ａの全面にチタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）および銅（Ｃｕ）が順次に成膜される。その後、写真製版（リソグラフィー技術）によってレジストパターンが形成される。次に、電解メッキ法によって、第１主面１ａにニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）が順次に形成される。その後、レジストパターンが除去される。下地膜が除去される。これにより、第１半導体基板１にメタライズパターンが形成される。
【００５６】
第２半導体基板２では、第１半導体基板１と同様にメタライズパターンが形成される。第２半導体基板２は、第１半導体基板１とは他に製造されてもよい。これにより、第２半導体基板２は、従来の一般的なシリコンウエハプロセスによって製造されてもよい。
【００５７】
続いて、マイクロマシニング技術によって、第１半導体基板１となるシリコン基板および第２半導体基板２となるシリコン基板の各々にシリコンエッチング等が行われる。これにより、第１半導体基板１および第２半導体基板２が製造される。
【００５８】
続いて、第１主面１ａ、赤外線検出素子１１および第２主面２ａに封止枠３および第１接続部４の各々が挟み込まれることで、第１主面１ａ、赤外線検出素子１１、第２主面２ａおよび封止枠３によって内部空間ＩＳが取り囲まれ、内部空間ＩＳが密封状態に封止される。また、第２接続部５は、封止枠３および第１接続部４とともに第１主面１ａと第２主面２ａとに挟み込まれる。
【００５９】
具体的には、封止枠３の第１端は、第１主面１ａに接合される。第１接続部４の第１端は、第１主面１ａに接合される。封止枠３の第２端は、第２主面２ａに接合される。第１接続部４の第２端は、第２主面２ａに接合される。これにより、内部空間ＩＳが封止される。第１半導体基板１および第２半導体基板２は、封止枠３、第１接続部４および第２接続部５を介して互いに接続される。第１半導体基板１および第２半導体基板２は、封止枠３、第１接続部４および第２接続部５のＺ軸方向に沿った寸法だけ離れて配置される。
【００６０】
本実施の形態において、内部空間ＩＳは、真空雰囲気において、第１主面１ａ、赤外線検出素子１１、第２主面２ａおよび封止枠３によって密封状態に封止される。具体的には、真空雰囲気において、第１半導体基板１および第２半導体基板２の温度が封止枠３の材料の融点以上の温度に保持された状態で、第１主面１ａおよび第２主面２ａが封止枠３に接合される。
【００６１】
第１主面１ａ、赤外線検出素子１１および第２主面２ａに封止枠３および第１接続部４の各々が挟み込まれることで、第１接続部４によって赤外線検出素子１１と信号処理回路２１とが電気的に接続される。具体的には、第１接続部４の第１端は、赤外線検出素子１１または赤外線検出素子１１に接続された図示されない配線に電気的に接続される。第１接続部４の第２端は、信号処理回路２１または信号処理回路２１に接続された図示されない配線に電気的に接続される。
【００６２】
図７に示されるように、製造時には、第１半導体基板１（図１参照）となる第１のウエハ１０および第２半導体基板２（図１参照）となる第２のウエハ２０が用いられてもよい。ウエハ形態のまま処理が行われることで第１半導体基板１（図１参照）および第２半導体基板２（図１参照）が製造されてもよい。図７では、封止枠３、第１接続部４および第２接続部５はそれぞれ１つずつしか図示されていないが、複数の封止枠３、第１接続部４および第２接続部５が準備される。
【００６３】
以上より、内部空間ＩＳの封止と、赤外線検出素子１１と信号処理回路２１の電気的な接続とが一緒に行われる。
【００６４】
続いて、図１を用いて、実施の形態１に係る赤外線センサ１００の動作原理および感度を説明する。
【００６５】
赤外線センサ１００は、赤外線センサ１００に吸収された赤外線ＩＲを熱に変換するように構成されている。具体的には、赤外線検出素子１１は、赤外線検出素子１１に吸収された赤外線ＩＲを熱に変換するように構成されている。赤外線センサ１００は、変換された熱によって生じる温度変化を電気信号に変換するように構成されている。したがって、赤外線センサ１００は、赤外線検出素子１１の温度変化に基づいて赤外線ＩＲを検出するように構成されている。
【００６６】
これにより、内部空間ＩＳの温度変化による赤外線検出素子１１の温度変化が抑制されることで、赤外線センサ１００の感度が向上する。
【００６７】
具体的には、図１に示されるように、赤外線検出素子１１が内部空間ＩＳに面しているため、内部空間ＩＳの温度が変化する場合、赤外線検出素子１１の温度も変化する。内部空間ＩＳの温度は、例えば、内部空間ＩＳに充填された気体の対流および熱伝導によって変化する。
【００６８】
内部空間ＩＳが真空状態で封止されている場合、気体の対流および熱伝導が抑制される。これにより、内部空間ＩＳの温度変化による赤外線検出素子１１の温度変化が抑制される。したがって、本実施の形態に係る赤外線センサ１００は、高い感度を有している。
【００６９】
続いて、図８〜図１０を用いて、実施の形態１に係る赤外線センサ１００の回路構成を説明する。
【００７０】
図８および図９に示されるように、第１半導体基板１は、複数の列信号線１Ｃと、複数の行信号線１Ｌと、複数の画素ＰＸとを含んでいる。複数の列信号線１Ｃの各々は、Ｙ軸方向（図１参照）に沿って延在している。複数の列信号線１Ｃの各々の一端には、複数の出力端子４ａがそれぞれ接続されている。複数の出力端子４ａの各々は、複数の第１接続部分４１の各々によって第２半導体基板２に接続されている。
【００７１】
複数の行信号線１Ｌの各々は、Ｘ軸方向（図１参照）に沿って延在している。
複数の画素ＰＸは、Ｙ軸方向（図１参照）およびＸ軸方向（図２参照）に沿って二次元アレイ状に配置されている。これにより、画素アレイＰＸＡが形成されている。複数の画素ＰＸの各々は、互いに接続された２つの赤外線検出素子１１を含んでいる。２つの赤外線検出素子１１の一方は、複数の列信号線１Ｃのうち１つの列信号線１Ｃに接続されている。２つの赤外線検出素子１１の他方は、複数の行信号線１Ｌのうち１つの行信号線１Ｌに接続されている。
【００７２】
制御回路１２は、複数の第１スイッチング素子Ｓ１と、複数の第１電流源Ｐ１と、第１列選択回路１０６と、行選択回路１０７と、電圧調整回路１０８とを含んでいる。複数の第１スイッチング素子Ｓ１の各々は、複数の列信号線１Ｃの各々に接続されている。
【００７３】
複数の第１電流源Ｐ１の各々は、複数の列信号線１Ｃの各々に接続されている。複数の第１電流源Ｐ１の各々は、第１スイッチング素子Ｓ１を介して列信号線１Ｃに接続されている。複数の第１電流源Ｐ１の各々は、列信号線１Ｃによって複数の画素ＰＸに接続されている。
【００７４】
第１列選択回路１０６は、複数の第１電流源Ｐ１の各々を対応する列信号線１Ｃを介して赤外線検出素子１１に選択的に接続するように構成されている。第１列選択回路１０６は、第１スイッチング素子Ｓ１によって複数の第１電流源Ｐ１の各々を対応する赤外線検出素子１１に選択的に接続するように構成されている。
【００７５】
行選択回路１０７は、複数の行信号線１Ｌによって複数の赤外線検出素子１１に選択的に電圧を印加するように構成されている。電圧調整回路１０８は、複数の行信号線１Ｌを介して複数の画素ＰＸの各々の２つの赤外線検出素子１１に可変な電圧を印加するように構成されている。行選択回路１０７および電圧調整回路１０８は、第１の電圧源として構成されている。
【００７６】
図１０は、電圧調整回路１０８の構成が詳細に図示された回路図である。なお、図８および図９では電圧調整回路１０８は行選択回路１０７に対して紙面右側に図示されているが、図１０では電圧調整回路１０８は行選択回路１０７に対して紙面左側に図示されている。
【００７７】
図１０に示されるように、電圧調整回路１０８は、複数の第２スイッチング素子Ｓ２と、複数の第１増幅器Ａ１と、複数の第２増幅器Ａ２とを含んでいる。複数の第２スイッチング素子Ｓ２の各々、複数の第１増幅器Ａ１の各々および複数の第２増幅器Ａ２の各々は、複数の行信号線１Ｌの各々にそれぞれ接続されている。複数の第２スイッチング素子Ｓ２、第１増幅器Ａ１および複数の第２増幅器Ａ２は、バッファ回路として構成されている。バッファ回路の出力電圧は、画素の電源から入力される電圧値に応じて変化する。
【００７８】
以上のように、第１半導体基板１は、少なくとも画素アレイＰＸＡに電圧を印加しかつ画素アレイＰＸＡに電流を流すことを可能にする手段を有している。すなわち、図８に示されるように、第１半導体基板１は、画素アレイＰＸＡに電圧を印加しかつ電流を流す手段として、第１電流源Ｐ１、第１列選択回路１０６、行選択回路１０７および電圧調整回路１０８を有している。第１列選択回路１０６および行選択回路１０７によって、二次元アレイ状に配置された複数の画素ＰＸが１つずつ選択され得る。行選択回路１０７および電圧調整回路１０８によって、複数の画素ＰＸの各々の２つの赤外線検出素子１１に可変な電圧が印加され得る。
【００７９】
図８に示されるように、第２半導体基板２は、複数の入力端子４ｂ、複数の第３スイッチング素子Ｓ３と、複数の第４スイッチング素子Ｓ４と、複数の第２電流源Ｐ２と、複数の演算増幅器ＯＡと、第２列選択回路２０６と、第３増幅器Ａ３とを含んでいる。
【００８０】
信号処理回路２１の複数の入力端子４ｂの各々は、第１接続部分４１によって第１半導体基板１の複数の出力端子４ａの各々がそれぞれ接続されている。複数の第３スイッチング素子Ｓ３の各々、複数の第４スイッチング素子Ｓ４の各々、複数の第２電流源Ｐ２の各々および複数の演算増幅器ＯＡの各々は、複数の入力端子４ｂの各々にそれぞれ接続されている。複数の入力端子４ｂの各々は、演算増幅器ＯＡの反転入力端子に接続されている。複数の入力端子４ｂの各々は、第３スイッチング素子Ｓ３および第２電流源Ｐ２によって演算増幅器ＯＡの非反転入力端子に接続されている。したがって、複数の第２電流源Ｐ２は、複数の入力端子４ｂ、複数の第１接続部分４１、複数の出力端子４ａおよび複数の列信号線１Ｃによって複数の画素ＰＸの各々の２つの赤外線検出素子１１に接続されている。
【００８１】
演算増幅器ＯＡの非反転入力端子には、第１外部端子２１３を介してバイアス電圧が印加される。第３スイッチング素子Ｓ３は、第２外部端子２１２を介して入力される制御電圧に応じて、複数の入力端子４ｂを複数と第２電源とを接続または切断する。第３スイッチング素子Ｓ３は、赤外線センサ１００が動作し撮像する際に接続（オン）される。第３外部端子２１４は、外部に接続されている。
【００８２】
複数の演算増幅器ＯＡは、積分回路として動作するように構成されている。第２列選択回路２０６は、複数の第４スイッチング素子Ｓ４によって、複数の演算増幅器ＯＡからの出力信号を選択的に第３増幅器Ａ３に送るように構成されている。第３増幅器Ａ３は、信号を増幅するように構成されている。第３増幅器Ａ３は、増幅された信号を最終的には赤外線センサ１００から出力するように構成されている。
【００８３】
赤外線センサ１００が動作し撮像する際に、第２半導体基板２の第２列選択回路２０６および第１半導体基板１の行選択回路１０７によって、二次元アレイ状に配置された複数の画素ＰＸが１つずつ選択され得る。赤外線センサ１００が動作し撮像する際に、赤外線検出素子１１に第２半導体基板２の第２電流源Ｐ２が接続される。また、赤外線センサ１００が動作し撮像する際に、赤外線検出素子１１に第１半導体基板１の第１電流源Ｐ１は接続されない。行選択回路１０７および電圧調整回路１０８によって、赤外線検出素子１１に可変な電圧が印加される。
【００８４】
演算増幅器ＯＡには、赤外線検出素子１１に接続された第２電流源Ｐ２の両端電圧と、入力端子４ｂに接続された第２電流源Ｐ２の両端電圧とが入力される。その結果、第３増幅器Ａ３は、最終的に、水平方向の配線抵抗による電圧降下分布が減算された信号を出力する。
【００８５】
第２半導体基板２は、第１半導体基板１から複数の第１接続部分４１を通って入力された複数の赤外線検出素子１１の出力信号を、演算増幅器ＯＡの積分回路によって差動増幅して出力するように構成されている。複数の赤外線検出素子１１の出力信号が増幅されかつ図示されないアナログ／デジタル変換器によって出力信号がデジタルデータに変換されることによって、後段回路の影響を受けることなく最終的に良好な出力信号が出力され得る。
【００８６】
また、第２半導体基板２は、複数の赤外線検出素子１１の出力信号を図示されないアナログ／デジタル変換器によってデジタルデータに変換した後に、図示されないデジタル信号処理回路にて信号処理を行ってもよい。デジタルデータは、高いノイズ耐性を有しているため、演算処理に適している。図示されないデジタル信号処理回路は、第２半導体基板２に搭載されている。
【００８７】
また、図示されないデジタル信号処理回路の出力信号によって、赤外線センサ１００の第２半導体基板２に対して、さらに最適な制御を行えるようにフィードバックが行われてもよい。図示されないデジタル信号処理回路の出力信号は、図示されないデジタル／アナログ変換器によってアナログの電圧信号に変換された後に、第１接続部分４１を通って第１半導体基板１に送られてもよい。図示されないデジタル／アナログ変換器は、第１半導体基板１に搭載されてもよい。第１半導体基板１に搭載された図示されないデジタル／アナログ変換器は、信号をデジタル信号のまま伝えることができる。
【００８８】
なお、第１半導体基板１の複数の列信号線１Ｃの各々に接続された複数の出力端子４ａの各々が第１接続部分４１によって第２半導体基板２の入力端子４ｂに接続される場合の構成が説明されたが、第１半導体基板１および第２半導体基板２の各々の回路構成はこれに限定されるものではなく、用途に応じて適宜に選択されてもよい。例えば、第１半導体基板１の複数の行信号線１Ｌの各々に接続された複数の出力端子４ａの各々が第１接続部分４１によって第２半導体基板２の入力端子４ｂに接続されてもよい。
【００８９】
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る赤外線センサ１００によれば、図１に示されるように、封止枠３および第１接続部４の各々は、第１主面１ａと第２主面２ａとに挟み込まれている。このため、第１主面１ａと第２主面２ａとによって封止枠３および第１接続部４の各々を挟み込むことができる。よって、第１主面１ａと第２主面２ａとによって封止枠３および第１接続部４の各々を一緒に挟み込むことができる。したがって、内部空間ＩＳの封止と、第１半導体基板１と第２半導体基板２との電気的な接続とを一緒に行うことができる。よって、赤外線センサ１００の製造コストの増加を抑制することができる。
【００９０】
図１に示されるように、赤外線センサ１００は、反射防止膜６をさらに含んでいる。反射防止膜６は、赤外線ＩＲの反射を防止するように構成されている。このため、反射防止膜６が設けられていない場合よりも、入射した赤外線ＩＲの反射光によって迷光成分が発生することを抑制することができる。なお、迷光成分は、赤外線の不必要な散乱による成分である。よって、赤外線センサ１００の感度が迷光成分によって低下することを抑制することができる。
【００９１】
図１に示されるように、第２半導体基板２は、第２基板部２２と、第２赤外線透過部ＩＴ２とを含んでいる。第２赤外線透過部ＩＴ２は、第２基板部２２よりも赤外線ＩＲを透過させるように構成されている。このため、赤外線ＩＲが第２基板部２２を通って赤外線検出素子１１に入射する場合よりも、赤外線検出素子１１に入射する赤外線ＩＲの強度を向上させることができる。よって、赤外線センサ１００の感度を向上させることができる。
【００９２】
図１に示されるように、赤外線センサ１００は、第２接続部５をさらに含んでいる。このため、第１主面１ａと第２主面２ａとに封止枠３および第１接続部４のみが挟み込まれている場合よりも、封止枠３および第１接続部４に加えられる荷重が分散される。よって、封止枠３および第１接続部４に荷重が加わっても、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが平行に向かい合うように第１半導体基板１および第２半導体基板２を配置することができる。
【００９３】
図１に示されるように、赤外線センサ１００は、第２接続部５をさらに含んでいる。このため、第１主面１ａと第２主面２ａとに封止枠３および第１接続部４のみが挟み込まれている場合よりも、第１主面１ａと第２主面２ａとを強固に接続することができる。
【００９４】
第２接続部５は、第１接続部４よりも高い融点を有している。このため、第１半導体基板１と第２半導体基板２との接合の機械的な強度を向上させることができる。
【００９５】
より詳細には、第１半導体基板１と第２半導体基板２とは封止枠３、第１接続部４および第２接続部５によって次の過程に沿って接合される。まず、第１半導体基板１と第２半導体基板２との間に封止枠３、第１接続部４および第２接続部５が配置される。封止枠３および第１接続部４は、封止枠３および第１接続部４の融点よりも高くかつ第２接続部５の融点よりも低い温度で加熱されることで溶融する。第１半導体基板１と第２半導体基板２とが第２接続部５の寸法だけ離れた状態で、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが封止枠３および第１接続部４によって機械的かつ電気的に接続される。一方、第１接続部４が溶融する際に、第２接続部５は溶融しない。したがって、第２接続部５の強度が第２接続部５の溶融によって低下することを抑制することができる。また、第１半導体基板１と第２半導体基板２との平行性（間隔の均一性）が第２接続部５の溶融によって低下することを抑制することができる。したがって、第１半導体基板１および第２半導体基板２の機械的な強度を向上させることができる。また、第２接続部５が溶融することで第２接続部５の位置がずれることを抑制することができる。したがって、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを高い精度で互いに接合することができる。
【００９６】
封止枠３の材料は、導電性を有している。このため、導電性を有する第１接続部４の材料が溶融する温度において封止枠３を溶融させることができる。よって、封止枠３および第１接続部４を同じ温度において溶融させることができる。したがって、封止枠３および第１接続部４がそれぞれ別の温度で溶融する場合よりも製造工程を簡略化することができる。
【００９７】
第１接続部４の材料は、封止枠３の材料と同じである。このため、第１接続部４の融点は、封止枠３の融点と同じである。よって、封止枠３および第１接続部４を同じ温度において溶融させることができる。したがって、封止枠３および第１接続部４がそれぞれ別の温度で溶融する場合よりも製造工程を簡略化することができる。
【００９８】
図１に示されるように、内部空間ＩＳは、真空状態で封止されている。このため、内部空間ＩＳ内の圧力が大気圧である場合よりも、内部空間ＩＳにおいて気体による熱伝導および対流が生じることを抑制することができる。よって、内部空間ＩＳの熱抵抗が低下することを抑制することができる。これにより、熱が赤外線検出素子１１から内部空間ＩＳに熱伝導によって逃げることを抑制することができる。したがって、赤外線センサ１００の感度を向上させることができる。
【００９９】
図１に示されるように、第２接続部５は、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを電気的に接続していない。このため、第２接続部５は、第１半導体基板１および第２半導体基板２の各々の電極材料と接していない。よって、第２接続部５が第１半導体基板１および第２半導体基板２の電極材料に拡散することを抑制することができる。
【０１００】
本実施の形態の変型例に係る赤外線センサ１００によれば、図４に示されるように、制御回路１２は、信号処理回路２１に向かい合っている。このため、制御回路１２が信号処理回路２１に向かい合っていない場合よりも、第１半導体基板１の面内方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿った寸法を小さくすることができる。よって、赤外線センサ１００のＸ軸方向およびＹ軸方向に沿った寸法を小さくすることができる。
【０１０１】
本実施の形態に係る赤外線センサ１００の製造方法によれば、図１に示されるように、第１主面１ａ、赤外線検出素子１１および第２主面２ａに封止枠３および第１接続部４の各々が挟み込まれることで、第１主面１ａ、赤外線検出素子１１、第２主面２ａおよび封止枠３によって内部空間ＩＳが取り囲まれ、内部空間ＩＳが密封状態に封止される。第１主面１ａ、赤外線検出素子１１および第２主面２ａに封止枠３および第１接続部４の各々が挟み込まれることで、第１接続部４によって赤外線検出素子１１と信号処理回路２１とが電気的に接続される。したがって、内部空間ＩＳの封止と、第１半導体基板１と第２半導体基板２との電気的な接続とを同時に行うことができる。これにより、赤外線センサ１００の製造工程を簡略化することができる。よって、赤外線センサ１００の製造コストの増加を抑制することができる。
【０１０２】
図１に示されるように、内部空間ＩＳは、真空雰囲気において、第１主面１ａ、赤外線検出素子１１、第２主面２ａおよび封止枠３によって密封状態に封止される。このため、内部空間ＩＳを真空状態で封止することができる。よって、赤外線センサ１００の感度を向上させることができる。
【０１０３】
図１に示されるように、第２接続部５がさらに準備される。第２接続部５は、封止枠３および第１接続部４とともに第１主面１ａと第２主面２ａとに挟み込まれる。このため、第１主面１ａと第２主面２ａとに封止枠３および第１接続部４のみが挟み込まれている場合よりも、封止枠３および第１接続部４に加えられる荷重が分散される。よって、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが平行に向かい合うように第１半導体基板１および第２半導体基板２を配置することができる。
【０１０４】
実施の形態２．
次に、図１１を用いて、実施の形態２に係る赤外線センサ１００の構成を説明する。実施の形態２は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１の変形例と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１の変形例と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
【０１０５】
図１１に示されるように、本実施の形態に係る第２主面２ａは、第２主面部Ｐと、凹部Ｇとを含んでいる。第２主面部Ｐおよび凹部Ｇは、内部空間ＩＳに面している。第２主面部Ｐは、平坦な面である。凹部Ｇは、赤外線検出素子１１と向かい合う位置において、第２主面部Ｐから凹むように設けられている。具体的には、凹部Ｇは、赤外線検出素子１１と向かう位置において、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが重ねられた方向（Ｚ軸方向）に沿って第２主面部Ｐから凹むように設けられている。凹部Ｇは、Ｚ軸方向に沿って赤外線検出素子１１に重なっている。本実施の形態において、凹部Ｇは、第２赤外線透過部ＩＴ２に設けられている。
【０１０６】
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る赤外線センサ１００によれば、図１１に示されるように、凹部Ｇは、赤外線検出素子１１と向かい合う位置において、第２主面部Ｐから凹むように設けられている。このため、内部空間ＩＳの体積は、第２主面２ａの全てが平坦である場合よりも大きい。内部空間ＩＳの体積が大きいほど、内部空間ＩＳの温度変化を抑制することができる。したがって、赤外線センサ１００の感度を向上させることができる。
【０１０７】
また、第１半導体基板１および第２半導体基板２等からの脱ガスの温度変化による真空度の変動は、内部空間ＩＳの体積が大きいほど小さい。よって、内部空間ＩＳに脱ガスが侵入した場合であっても、真空度が脱ガスによって変動することを抑制することができる。脱ガスは、部材から放出される気体である。
【０１０８】
図１１に示されるように、凹部Ｇは、赤外線検出素子１１と向かい合う位置において、第２主面部Ｐから凹むように設けられている。このため、凹部Ｇにおける第２半導体基板２の厚みは、凹部Ｇが設けられていない領域における第２半導体基板２の厚みよりも薄い。すなわち、第２半導体基板２は、凹部Ｇにおいて薄板化されている。よって、第２半導体基板２は、凹部Ｇにおいて高い透過率を有している。これにより、赤外線検出素子１１に入射する赤外線ＩＲの強度を向上させることができる。したがって、赤外線センサ１００の感度を向上させることができる。
【０１０９】
実施の形態３．
次に、図１２を用いて、実施の形態３に係る赤外線センサ１００の構成を説明する。実施の形態３は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１の変形例と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１の変形例と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
【０１１０】
本実施の形態において、赤外線ＩＲは、Ｚ軸正方向に沿って第１裏面１ｂを通って赤外線検出素子１１に入射する。赤外線検出素子１１は、Ｚ軸方向に沿って第１裏面１ｂを通って赤外線検出素子１１に入射する赤外線ＩＲを検出するように構成されている。
【０１１１】
図１２に示されるように、本実施の形態に係る第１半導体基板１は、第１基板部１３と、第１赤外線透過部ＩＴ１とを含んでいる。第１基板部１３および赤外線透過部は、赤外線ＩＲを透過させるように構成されている。第１赤外線透過部ＩＴ１は、第１基板部１３よりも赤外線ＩＲを透過させるように構成されている。第１赤外線透過部ＩＴ１は、赤外線検出素子１１に向かい合っている。第１赤外線透過部ＩＴ１は、Ｚ軸方向において赤外線検出素子１１に重なるように配置されている。
【０１１２】
第１赤外線透過部ＩＴ１は、例えば、リン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）などの不純物が添加される。これにより、第１赤外線透過部ＩＴ１は、例えば、１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有している。
【０１１３】
第１赤外線透過部ＩＴ１による赤外線ＩＲの吸収は、第１赤外線透過部ＩＴ１の抵抗率と相関関係を有している。このため、第１赤外線透過部ＩＴ１の抵抗率が大きいほど、第１赤外線透過部ＩＴ１に赤外線ＩＲが吸収されない。よって、第１赤外線透過部ＩＴ１の抵抗率が例えば、１Ω・ｃｍ以上である場合、赤外線ＩＲ波長が第１半導体基板１によって吸収されることが抑制される。第１赤外線透過部ＩＴ１の構成は、第１赤外線透過部ＩＴ１が配置される位置の他は、第２赤外線透過部ＩＴ２の構成と同じであってもよい。
【０１１４】
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る赤外線センサ１００によれば、図１２に示されるように、第１半導体基板１は、第１基板部１３と、第１赤外線透過部ＩＴ１とを含んでいる。第１赤外線透過部ＩＴ１は、第１基板部１３よりも赤外線ＩＲを透過させるように構成されている。このため、赤外線ＩＲが第１基板部１３を通って赤外線検出素子１１に入射する場合よりも、赤外線検出素子１１に入射する赤外線ＩＲの強度を向上させることができる。よって、赤外線センサ１００の感度を向上させることができる。
【０１１５】
図１２に示されるように、第１赤外線透過部ＩＴ１は、Ｚ軸方向において赤外線検出素子１１に重なるように配置されている。このため、赤外線ＩＲが第１半導体基板１の第１裏面１ｂ側から第１半導体基板１に入射する場合であっても、赤外線ＩＲは第１赤外線透過部ＩＴ１を通って赤外線検出素子１１に入射する。したがって、赤外線ＩＲが第１裏面１ｂ側から第１半導体基板１に入射する場合であっても、赤外線検出素子１１を検出することができる。
【０１１６】
実施の形態４．
次に、図１３を用いて、実施の形態４に係る赤外線センサ１００の構成を説明する。実施の形態４は、特に説明しない限り、上記の実施の形態３と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態３と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
【０１１７】
図１３に示されるように、本実施の形態に係る第２主面２ａは、第２主面部Ｐと、凹部Ｇとを含んでいる。第２主面部Ｐおよび凹部Ｇは、内部空間ＩＳに面している。第２主面部Ｐは、平坦な面である。凹部Ｇは、赤外線検出素子１１と向かい合う位置において、第２主面部Ｐから凹むように設けられている。具体的には、凹部Ｇは、赤外線検出素子１１と向かう位置において、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが重ねられた方向（Ｚ軸方向）に沿って第２主面部Ｐから凹むように設けられている。凹部Ｇは、Ｚ軸方向に沿って赤外線検出素子１１に重なっている。凹部Ｇは、Ｚ軸方向に沿って少なくとも部分的に赤外線検出素子１１に重なっていればよい。
【０１１８】
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る赤外線センサ１００によれば、図１３に示されるように、凹部Ｇは、赤外線検出素子１１と向かう位置において、第２主面部Ｐから凹むように設けられている。したがって、赤外線センサ１００の感度を向上させることができる。
【０１１９】
これにより、赤外線ＩＲが第１裏面１ｂを通って赤外線検出素子１１に入射する場合であっても、赤外線センサ１００の感度を向上させることができる。
【０１２０】
実施の形態５．
次に、図１４を用いて、実施の形態５に係る赤外線センサ１００の構成を説明する。実施の形態５は、特に説明しない限り、上記の実施の形態３と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態３と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
【０１２１】
図１４に示されるように、本実施の形態に係る赤外線センサ１００は、反射防止膜６をさらに含んでいる。反射防止膜６は、第１主面１ａに対して第２半導体基板２とは反対側に配置されている。反射防止膜６は、第１裏面１ｂを覆っている。反射防止膜６は、赤外線ＩＲの反射を防止するように構成されている。反射防止膜６は、反射防止膜６が配置される位置の他は、実施の形態１に記載の反射防止膜６の構成と同じ構成を有していてもよい。
【０１２２】
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る赤外線センサ１００によれば、赤外線センサ１００は、さらに反射防止膜６を含んでいる。反射防止膜６は、第１主面１ａに対して第２主面２ａとは反対側に配置されている。このため、反射防止膜６は、第１裏面１ｂを覆っている。よって、赤外線ＩＲが第１半導体基板１の第１裏面１ｂ側から赤外線検出素子１１に入射した場合であっても、赤外線ＩＲの反射によって迷光成分が発生することを抑制することができる。これにより、第１半導体基板１内で散乱した赤外線ＩＲが赤外線検出素子１１に入射することを抑制することができる。また、赤外線ＩＲが第１半導体基板１の第１裏面１ｂ側から赤外線検出素子１１に入射した場合であっても、赤外線センサ１００の感度を向上させることができる。
【０１２３】
実施の形態６．
次に、図１５および図１６を用いて、実施の形態６に係る赤外線センサ１００の構成を説明する。図１５は、図１６のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。実施の形態６は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１の変形例と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１の変形例と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
【０１２４】
図１５に示されるように、本実施の形態に係る第２接続部５は、第１接続部４とは異なる外径を有している。本実施の形態において、第２接続部５は、第１接続部４よりも大きい外径を有している。図１６に示されるように、第２接続部５の複数の第２接続部分５１の各々は、第１接続部４の複数の第１接続部４の各々とは異なる外径を有している。第２接続部分５１は、第１接続部分４１よりも大きい外径を有している。
【０１２５】
例えば、第１接続部分４１の数が例えば１０個以上１００個以下と少ない場合、第２接続部５の外径を第１接続部４の外径よりも大きくてもよい。これにより、第１接続部４が第１半導体基板１および第２半導体基板２に接合される際に第１接続部４および第２接続部５に加わる荷重の分散が調整される。なお、本実施の形態では第２接続部５の外径は第１接続部４の外径よりも大きいが、第２接続部５の外径は第１接続部４の外径よりも小さくてもよい。
【０１２６】
第２接続部５の複数の第２接続部分５１の数は、第１接続部４の複数の第１接続部分４１の数と異なっていてもよい。本実施の形態において、複数の第２接続部分５１の数は、複数の第１接続部分４１の数よりも少ない。
【０１２７】
例えば、第１接続部分４１の数が例えば１０個以上１００個以下と少ない場合、第１接続部分４１の数よりも第２接続部分５１の数が多くてもよい。これにより、第１接続部４に加わる荷重が第２接続部５に分散される。なお、本実施の形態では複数の第２接続部分５１の数は複数の第１接続部分４１の数よりも少ないが、複数の第２接続部分５１の数は複数の第１接続部分４１の数よりも多くてもよい。
【０１２８】
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る赤外線センサ１００によれば、図１５に示されるように、第２接続部５は、第１接続部４とは異なる外径を有している。このため、内部空間ＩＳの体積、第１接続部４の外径、複数の第１接続部分４１（図１６参照）の数などに応じて、第２接続部５の外径を調整することができる。これにより、第１半導体基板１と第２半導体基板２とが接合される際に、封止枠３、第１接続部４および第２接続部５に加わる荷重の分散を調整することができる。したがって、第１半導体基板１と第２半導体基板２とを高い精度で接合することができる。
【０１２９】
図１６に示されるように、複数の第２接続部分５１の数は、複数の第１接続部分４１の数と異なっている。このため、内部空間ＩＳの体積、第１接続部４の外径、複数の第１接続部分４１の数などに応じて、複数の第２接続部分５１の数を調整することができる。第１半導体基板１（図１５参照）と第２半導体基板２とが接合される際に、封止枠３、第１接続部４および第２接続部５に加わる荷重の分散を調整することができる。したがって、第１半導体基板１（図１５参照）と第２半導体基板２とを高い精度で接合することができる。
【０１３０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３１】
１  第１半導体基板、１ａ  第１主面、２  第２半導体基板、２ａ  第２主面、３  封止枠、４  第１接続部、５  第２接続部、６  反射防止膜、１１  赤外線検出素子、１３  第１基板部、２１  信号処理回路、２２  第２基板部、１００  赤外線センサ、Ｇ  凹部、ＩＲ  赤外線、ＩＳ  内部空間、ＩＴ１  第１赤外線透過部、ＩＴ２  第２赤外線透過部、Ｐ  第２主面部。
【要約】
赤外線センサ（１００）は、第１半導体基板（１）と、第２半導体基板（２）と、封止枠（３）と、第１接続部（４）とを備えている。第１半導体基板（１）は、第１主面（１ａ）と、赤外線検出素子（１１）とを含んでいる。第２半導体基板（２）は、第２主面（２ａ）と、信号処理回路（２１）とを含んでいる。封止枠（３）は、第１主面（１ａ）、赤外線検出素子（１１）および第２主面（２ａ）とで内部空間（ＩＳ）を取り囲んでいる。第１接続部（４）は、赤外線検出素子（１１）と信号処理回路（２１）とを電気的に接続している。内部空間（ＩＳ）は、第１主面（１ａ）、赤外線検出素子（１１）、第２主面（２ａ）および封止枠（３）によって密封状態に封止されている。封止枠（３）および第１接続部（４）の各々は、第１主面（１ａ）と第２主面（２ａ）とに挟み込まれている。【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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