赤外線センサモジュール
【課題】周囲環境の温度変化やＩＣ素子の発熱による検出精度の低下を抑制できる赤外線センサモジュールを提供する。
【解決手段】熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１とは同一構造であり、ＩＣ素子１０２は、熱型赤外線センサ１００の出力信号と温度補償素子１０１の出力信号とを差動増幅する。パッケージ１０３内に、パッケージ１０３の外部から内部へ入射した第１の赤外線、ＩＣ素子１０２の発熱に起因してＩＣ素子１０２から放射された第２の赤外線、およびパッケージ蓋１０５から放射された第３の赤外線が温度補償素子１０１へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部１０６を有し、赤外線遮断構造部１０６は、赤外線遮断構造部１０６の内側の第１の空間Ｋ１と赤外線遮蔽構造部１０６の外側の第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５が設けられてなる。
【解決手段】熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１とは同一構造であり、ＩＣ素子１０２は、熱型赤外線センサ１００の出力信号と温度補償素子１０１の出力信号とを差動増幅する。パッケージ１０３内に、パッケージ１０３の外部から内部へ入射した第１の赤外線、ＩＣ素子１０２の発熱に起因してＩＣ素子１０２から放射された第２の赤外線、およびパッケージ蓋１０５から放射された第３の赤外線が温度補償素子１０１へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部１０６を有し、赤外線遮断構造部１０６は、赤外線遮断構造部１０６の内側の第１の空間Ｋ１と赤外線遮蔽構造部１０６の外側の第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５が設けられてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却の必要がない熱型赤外線センサと熱型赤外線センサの出力信号を信号処理するＩＣ素子とがパッケージに収納された赤外線センサモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図２８に示すように、熱型赤外線センサ１００’と当該熱型赤外線センサ１００’の出力信号を信号処理するＩＣ素子１０２’とがパッケージ１０３’に収納された赤外線センサモジュールが提案されている（文献公知発明に係るものではない）。パッケージ１０３’は、熱型赤外線センサ１００’およびＩＣ素子１０２’が横並びで実装されるパッケージ本体１０４’と、熱型赤外線センサ１００’での検知対象の赤外線を透過する機能を有しパッケージ本体１０４’との間に熱型赤外線センサ１００’およびＩＣ素子１０２’を囲む形でパッケージ本体１０４’に気密的に接合されたパッケージ蓋１０５’とで構成されている。ここにおいて、パッケージ蓋１０５’は、パッケージ本体１０４’の上記一表面側に覆着されるメタルキャップ１５２’と、メタルキャップ１５２’の開口窓１５２ａ’を閉塞する赤外線透過部材１５４’とで構成してある。
【０００３】
上述の熱型赤外線センサ１００’は、感温素子であるサーモパイル（図示せず）を備えた熱型赤外線検出部３’がシリコン基板１ａ’の一表面側に形成されてシリコン基板１ａ’に支持されている。また、熱型赤外線センサ１００’は、シリコン基板１ａ’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。また、熱型赤外線センサ１００’は、サーモパイルの温接点Ｔ１が、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が熱型赤外線検出部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。
【０００４】
また、従来から、図２９に示すように、赤外線検出用の第１の赤外線検出素子２０１と、温度補償用の第２の赤外線検出素子２０２とをそれぞれダイボンドしたプリント基板２１３１，２１３２を、容器内に配置してある赤外線検出器が提案されている（特許文献１）。ここにおいて、容器は、筒形のキャップ２１０とキャップ２１０の開口部を塞ぐように溶接などにより取り付けられるステム２１１とで構成されており、キャップ２１０の底部の入射窓を赤外線透過フィルタにより閉塞してある。また、ステム２１１には、ピン２１２が貫通して固定されており、ピン２１２をプリント基板２１３１，２１３２の貫通孔に差し込んで導電ペースト２１７により接着固定してある。
【０００５】
特許文献１には、赤外線吸収用の感温部２０５を、サーミスタ、熱電対、サーモパイル、焦電体などに信号取り出し用の電極が形成された構成とすることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献１には、低コストで周囲温度変化による検出精度の低下を抑制することを目的とし、赤外線検出用の第１の赤外線検出素子２０１が実装されたプリント基板２１３１を温度補償用の第２の赤外線検出素子２０２が実装されたプリント基板２１３２の上側に配置することが記載されている。また、特許文献１には、赤外線検出用の第１の赤外線検出素子２０１と、温度補償用の第２の赤外線検出素子２０２とを同一構造とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１３２８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２８に示した構成の赤外線センサモジュールでは、小型化や耐ノイズ性の向上のためにパッケージ１０３’の小型化が望まれている。しかしながら、図２８に示した構成の赤外線センサモジュールでは、熱型赤外線センサ１００’の出力信号（出力電圧）に、ＩＣ素子１０２’の発熱や周囲環境の温度変化などの熱ノイズに起因したオフセット電圧を含んでしまい、検知エリア内の物体の絶対温度を正確に検知することができない。
【０００９】
ここにおいて、ＩＣ素子１０２’やパッケージ蓋１０５’からパッケージ本体１０４’を通る経路で熱型赤外線センサ１００’のシリコン基板１ａ’へ伝わる熱Ｆ１，Ｆ２は、主に冷接点Ｔ２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。すなわち、図３０（ａ）に示すように、温接点Ｔ１の温度上昇値をＵ１、冷接点Ｔ２の温度上昇値をＵ２とすると、Ｕ２＞Ｕ１となる。
【００１０】
これに対して、パッケージ蓋１０５’やＩＣ素子１０２’からのパッケージ１０３’内の媒体を介した熱伝導や熱輻射により熱型赤外線センサ１００’へ伝わる熱Ｆ３は、主に温接点Ｔ１の温度を上昇させるので、プラスのオフセット電圧を発生させる要因となる。
【００１１】
したがって、パッケージ１０３’やＩＣ素子１０２’からのパッケージ本体１０４’を介した熱伝導の影響が大きい場合には、マイナスのオフセット電圧が発生し、媒体を介した熱伝導や熱輻射の影響が大きい場合には、オフセット電圧が発生する。すなわち、図３０（ｂ）に示すように、温接点Ｔ１の温度上昇値をＵ１、冷接点Ｔ２の温度上昇値をＵ２とすると、Ｕ２＜Ｕ１となる。
【００１２】
また、図２９に示した赤外線検出器では、容器の外部から赤外線透過フィルタ２１５を通して容器内へ入射する赤外線が、第１の赤外線検出素子２０１には入射するものの、第２の赤外線検出素子２０２に対してはプリント基板２１３１によって遮蔽されて妨げられるから、温度補償用の第２の赤外線検出素子２０２が、容器の外部から赤外線透過フィルタ２１５を通して容器内へ入射する赤外線の影響を受けることを防止できる。
【００１３】
しかしながら、特許文献１には、第１の赤外線検出素子２０１および第２の赤外線検出素子２０２の出力信号を信号処理するＩＣ素子について記載されておらず、ＩＣ素子を第１の赤外線検出素子２０１および第２の赤外線検出素子２０２と同じ容器内に設けることについて何ら記載されていない。
【００１４】
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、周囲環境の温度変化やＩＣ素子の発熱による検出精度の低下を抑制できる赤外線センサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明は、第１のサーモパイルを有する第１の熱型赤外線検出部が第１の支持基板の一表面側に形成された熱型赤外線センサと、前記熱型赤外線センサの出力信号を温度補償するためのものであり第２のサーモパイルを有する第２の熱型赤外線検出部が第２の支持基板の一表面側に形成された温度補償素子と、前記熱型赤外線センサの出力信号と前記温度補償素子の出力信号との差分を信号処理するＩＣ素子と、前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子が収納されたパッケージとを備え、前記第１の熱型赤外線検出部と前記第２の熱型赤外線検出部とが同一構造であるとともに、前記第１の支持基板と前記第２の支持基板とが同一構造であり、前記パッケージが、前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子が実装されたパッケージ本体と、前記熱型赤外線センサでの検知対象の赤外線である第１の赤外線を透過する機能を有し前記パッケージ本体との間に前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子を囲む形で前記パッケージ本体に気密的に接合されたパッケージ蓋とで構成され、前記パッケージ内に、前記パッケージの外部から前記パッケージの内部へ入射した前記第１の赤外線、前記ＩＣ素子の発熱に起因して前記ＩＣ素子から放射された第２の赤外線、および前記パッケージ蓋から放射された第３の赤外線が前記温度補償素子へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部を有し、前記赤外線遮断構造部は、前記赤外線遮断構造部の内側の第１の空間と前記赤外線遮蔽構造部の外側の第２の空間とを連通させる連通部が設けられてなることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記赤外線遮断構造部は、前記パッケージ本体とは別体であり、前記パッケージ本体に接合されてなることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記赤外線遮断構造部は、前記温度補償素子との対向面側に、前記各赤外線の散乱を防止する散乱防止膜が形成されてなることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記温度補償素子は、前記第２の熱型赤外線検出部を前記第２の支持基板よりも前記パッケージ本体における実装面に近くなるように前記パッケージ本体に実装されてなることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記温度補償素子における前記第２の支持基板の前記一表面とは反対の他表面側に、赤外線反射膜を設けてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、周囲環境の温度変化やＩＣ素子の発熱による検出精度の低下を抑制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１の赤外線センサモジュールに関し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は熱型赤外線センサの要部概略断面図、（ｃ）は温度補償素子の要部概略断面図である。
【図２】同上の赤外線センサモジュールの要部概略平面図である。
【図３】同上の赤外線センサモジュールの要部を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図、（ｃ）は概略側面図である。
【図４】同上における熱型赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図５】同上における熱型赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図６】同上における熱型赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図７】同上における熱型赤外線センサ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】同上における熱型赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図９】同上における熱型赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図１０】同上における熱型赤外線センサ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１１】同上における熱型赤外線センサ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１２】同上における熱型赤外線センサ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１３】同上における熱型赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１４】同上における熱型赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１５】同上における熱型赤外線センサの要部説明図である。
【図１６】同上における熱型赤外線センサの等価回路図である。
【図１７】同上における熱型赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１８】同上における熱型赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１９】同上における熱型赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２０】同上における熱型赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２１】同上の赤外線センサモジュールの説明図である。
【図２２】同上の赤外線センサモジュールの説明図である。
【図２３】同上の赤外線センサモジュールの要部の他の構成例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図、（ｃ）は概略側面図である。
【図２４】同上の赤外線センサモジュールの要部の他の構成例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図、（ｃ）は概略側面図である。
【図２５】同上の赤外線センサモジュールの要部の他の構成例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図、（ｃ）は概略側面図である。
【図２６】実施形態２の赤外線センサモジュールの概略断面図である。
【図２７】実施形態３の赤外線センサモジュールに関し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は熱型赤外線センサの要部概略断面図、（ｃ）は温度補償素子の要部概略断面図である。
【図２８】従来例の赤外線センサモジュールの概略断面図である。
【図２９】従来例の赤外線検出器の概略断面図である。
【図３０】従来例の赤外線センサモジュールの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施形態１）
以下、本実施形態の赤外線センサモジュールについて図１〜図２２を参照しながら説明する。
【００２３】
本実施形態の赤外線センサモジュールは、熱型赤外線センサ１００と、熱型赤外線センサ１００の出力信号を温度補償するための温度補償素子１０１と、熱型赤外線センサ１００の出力信号と温度補償素子１０１の出力信号との差分を信号処理するＩＣ素子１０２と、赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２が収納されたパッケージ１０３とを備えている。
【００２４】
熱型赤外線センサ１００は、図１（ｂ）に示すように、サーモパイル（第１のサーモパイルとも称する）３０ａを有する熱型赤外線検出部（第１の熱型赤外線検出部とも称する）３がシリコン基板（第１の支持基板とも称する）１ａの一表面側に形成されている。これに対し、温度補償素子１０１は、図１（ｃ）に示すように、サーモパイル（第２のサーモパイルとも称する）３０ａを有する熱型赤外線検出部（第２の熱型赤外線検出部とも称する）３がシリコン基板（第２の支持基板とも称する）１ａの一表面側に形成されている。ここにおいて、第１の熱型赤外線検出部３と第２の熱型赤外線検出部３とを同一構造とするとともに、第１の支持基板１ａと第２の支持基板１ａとを同一構造としてある。要するに、本実施形態では、温度補償素子１０１として熱型赤外線センサ１００と同じ構造のものを用いている。
【００２５】
パッケージ１０３は、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２が実装されたパッケージ本体１０４と、パッケージ本体１０４との間に熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２を囲む形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されたパッケージ蓋１０５とで構成されている。
【００２６】
パッケージ本体１０４は、ＩＣ素子１０２と熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１とが横並びで実装されている。一方、パッケージ蓋１０５は、熱型赤外線センサ１００での検知対象の赤外線である第１の赤外線を透過する機能および導電性を有している。
【００２７】
パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の上記一表面側に覆着されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２において熱型赤外線センサ１００に対応する部位に形成された開口窓１５２ａを閉塞するレンズ１５３とで構成されている。ここにおいて、レンズ１５３が、第１の赤外線を透過する機能を有するとともに、熱型赤外線センサ１００へ第１の赤外線を収束する機能を有している。
【００２８】
また、赤外線センサモジュール３は、パッケージ１０３内に、パッケージ１０３の外部からパッケージ３の内部へ入射した第１の赤外線、ＩＣ素子１０２の発熱に起因してＩＣ素子１０２から放射された第２の赤外線、およびパッケージ蓋１０５から放射された第３の赤外線が温度補償素子１０１へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部１０６を有している。また、赤外線遮断構造部１０６は、赤外線遮断構造部１０６の内側の第１の空間Ｋ１と赤外線遮蔽構造部１０６の外側の第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５が設けられている。
【００２９】
以下、各構成要素についてさらに説明する。
【００３０】
熱型赤外線センサ１００は、赤外線アレイセンサであって、熱型赤外線検出部３と画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２（図４参照）がベース基板１の一表面側においてアレイ状（ここでは、２次元アレイ状）に配列されている。ここで、ベース基板１は、シリコン基板１ａを用いて形成されている。本実施形態では、１つのベース基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図４および図１６に示した例では、８×８個）の画素部２が形成されているが、画素部２の数や配列は特に限定するものではない。また、本実施形態では、熱型赤外線検出部３の感温部３０が、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おり、図１６では、熱型赤外線検出部３における感温部３０の等価回路を、当該感温部３０の熱起電力に対応する電圧源Ｖｓで表してある。
【００３１】
また、熱型赤外線センサ１００は、図５、図７および図１６に示すように、各列の複数の熱型赤外線検出部３の感温部３０の一端が上述のＭＯＳトランジスタ４を介して各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線７と、各行の熱型赤外線検出部３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複数の水平信号線６と、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ＋形ウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線８と、各グラウンド線８が共通接続された共通グラウンド線９と、各列の複数個の熱型赤外線検出部３の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線５とを備えており、全ての熱型赤外線検出部３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。要するに、熱型赤外線センサ１００は、ベース基板１の上記一表面側に熱型赤外線検出部３と当該熱型赤外線検出部３に並設され当該熱型赤外線検出部３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２が形成されている。
【００３２】
ＭＯＳトランジスタ４は、ゲート電極４６が水平信号線６に接続され、ソース電極４８が感温部３０を介して基準バイアス線５に接続され、各基準バイアス線５が共通基準バイアス線５ａに共通接続され、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されている。また、熱型赤外線センサ１００は、各水平信号線６それぞれが各別の画素選択用パッドＶselに電気的に接続され、各垂直読み出し線７それぞれが各別の出力用パッドＶoutに電気的に接続され、共通グラウンド線９がグラウンド用パッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａが基準バイアス用パッドＶrefと電気的に接続され、シリコン基板１ａが基板用パッドＶddに電気的に接続されている。
【００３３】
しかして、各ＭＯＳトランジスタ４が順次、オン状態になるように各画素選択用パッドＶselの電位を制御することで各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。例えば、基準バイアス用パッドＶrefの電位を１．６５、グラウンド用パッドＧndの電位を０Ｖ、基板用パッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用パッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出され、画素選択用パッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、図４では、画素選択用パッドＶsel、基準バイアス用パッドＶref、グラウンド用パッドＧnd、出力用パッドＶoutなどを区別せずに、全て、パッド８０として図示してある。
【００３４】
以下、熱型赤外線検出部３およびＭＯＳトランジスタ４それぞれの構造について説明する。なお、本実施形態では、上述のシリコン基板１ａとして、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いている。
【００３５】
熱型赤外線検出部３は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおける熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成されている。一方、ＭＯＳトランジスタ４は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００３６】
ところで、各画素部２は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３（図１（ｂ）、図５および図７（ｂ）参照）を備えている。各画素部２では、シリコン基板１ａに、赤外線吸収部３３を当該シリコン基板１ａから熱絶縁するための空洞部（掘込部）１１が形成されており、シリコン基板１ａの上記一表面側で平面視において空洞部１１の内周線の内側に赤外線吸収部３３を有し空洞部１１を覆う薄膜構造部３ａが形成されている。また、各画素部２では、薄膜構造部３ａが複数の線状のスリット１３により空洞部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（平面視で空洞部１１を囲む部位）から内方へ延長された複数（図５に示した例では、６つ）の小さな薄膜構造部（以下、小薄膜構造部と称する）３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａ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ように全てのサーモパイル３０ａが直列接続されており、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されている。以下では、赤外線吸収部３３のうち各小薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を分割赤外線吸収部３３ａと称する。
【００３７】
本実施形態では、薄膜構造部３ａに形成された複数のサーモパイル３０ａの全て、上述の例では、６つ全てのサーモパイル３０ａを直列接続した接続関係としてあるが、接続関係は、これに限らない。例えば、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続するようにしてもよく、この場合には、６つ全てのサーモパイル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、また、６つ全てのサーモパイル３０ａが直列接続されている場合に比べて、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。ここにおいて、薄膜構造部３ａにおける小薄膜構造部３ａａの数に等しいサーモパイル３０ａの数は４以上の偶数であればよく、半数のサーモパイル３０ａを直列接続し、その直列回路を並列接続した接続関係とすれば、同様に感度を高めることができるとともにＳ／Ｎ比を向上できる。
【００３８】
ここで、画素部２では、小薄膜構造部３ａａごとに、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と分割赤外線吸収部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の内周方向に離間して形成されており、当該２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと分割赤外線吸収部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。ここにおいて、熱型赤外線検出部３のうち平面視において薄膜構造部３ａを囲む部位は矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、赤外線吸収部３３および熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位それぞれとの連結部位以外の部分が上述の各スリット１３，１４により分割赤外線吸収部３３ａおよび熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と空間的に分離されている。ここで、小薄膜構造部３ａａの熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位からの延長方向の寸法を９３μｍ、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍ、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。
【００３９】
上述の薄膜構造部３ａは、シリコン基板１ａの上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、当該シリコン酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜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ＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜からなる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。
【００４０】
本実施形態では、シリコン窒化膜３２のうち薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が上述の赤外線吸収部３３を構成し、シリコン基板１ａとシリコン酸化膜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とでベース基板１を構成している。また、本実施形態では、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、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が、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）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。また、赤外線吸収膜７０は、上述の構成に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００４１】
また、各画素部２では、空洞部１１の内周形状が矩形状であり、連結片３ｃは、平面視十字状に形成されており、小薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
【００４２】
サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上に形成され小薄膜構造部３ａａとベース基板１とに跨って形成された細長のｎ形ポリシリコン層（第１の熱電要素）３４と細長のｐ形ポリシリコン層（第２の熱電要素）３５との一端部同士を分割赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第１の接続金属部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）の熱電対を有しており、ベース基板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の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第２の接続金属部３７により接合され電気的に接続されている。ここで、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の上記一端部と第１の接続金属部３６とで分割赤外線吸収部３３ａ側の温接点Ｔ１を構成し、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の上記他端部と第２の接続金属部３７とでベース基板１側の冷接点Ｔ２を構成している。要するに、サーモパイル３０ａの各温接点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、各冷接点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。なお、本実施形態における熱型赤外線センサ１００では、サーモパイル３０ａの各ｎ形ポリシリコン層３４および各ｐ形ポリシリコン層３５それぞれにおいて、上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位およびベース基板１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。
【００４３】
また、熱型赤外線センサ１００は、空洞部１１の形状が、四角錘状であり、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、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。すなわち、図５の上下方向における真ん中の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図５および図８に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してあるのに対し、当該上下方向における上側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図５および図９に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してあり、当該上下方向における下側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図５に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部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Ａでは、図５の上下方向における上側、下側の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の小薄膜構造部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、感度を向上できる。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）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。
【００４４】
また、小薄膜構造部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、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制するととも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（図５、図７および図１３参照）が形成されている。また、隣接する小薄膜構造部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１０参照）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、熱型赤外線センサ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でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図１０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、本実施形態のようにベース基板１がシリコン基板１ａを用いて形成され、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。
【００４５】
また、本実施形態における熱型赤外線センサ１００は、図１０および図１５（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と小薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、十字状の連結片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、熱型赤外線センサ１００では、図１５（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と小薄膜構造部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、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１０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。
【００４６】
また、熱型赤外線センサ１００は、通電されることにより発生するジュール熱により温接点Ｔ１を温める自己診断用のヒータ部（故障診断用の配線）１３９を備えている。ここにおいて、ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３においてシリコン基板１ａ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。ここで、熱型赤外線検出部３は、全ての小薄膜構造部３ａａに跨ってヒータ部１３９が形成されている。
【００４７】
具体的には、熱型赤外線センサ１００は、各画素部２に、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と、一方のブリッジ部３ｂｂと、分割赤外線吸収部３３ａと、他方のブリッジ部３ｂｂと、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位とに跨るように引き回されたヒータ部１３９を設けて、全てのヒータ部１３９を直列接続してある。
【００４８】
しかして、本実施形態における熱型赤外線センサ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ｍ×ｎ個のヒータ部１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れやヒータ部１３９の断線などを検出することができる。また、熱型赤外線センサ１００では、上述の検査時や使用時において、ｍ×ｎ個のヒータ部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、薄膜構造部３ａの反りや薄膜構造部３ａのシリコン基板１ａ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、本実施形態における熱型赤外線センサ１００では、平面視において、ヒータ部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、ヒータ部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できる。上述のヒータ部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。
【００４９】
上述の赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９は、第１の熱電要素である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比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよびヒータ部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、第２の熱電要素である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するようにしてもよい。
【００５０】
ところで、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、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９の屈折率をｎ１、検知対象（検出対象）の赤外線である第１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、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしているので、検知対象の波長（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、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００５１】
また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層２４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよびヒータ部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比を高めることができる。また、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよびヒータ部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。
【００５２】
ここで、感温部３０の第１の接続金属部３６と第２の接続金属部３７とは、シリコン基板１ａの上記一表面側において上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている（図１１および図１２参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の第１の接続金属部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、冷接点Ｔ２側の第２の接続金属部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。
【００５３】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、シリコン基板１ａの上記一表面側における各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、図７および図１４に示すように、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１が形成され、ｐ＋形ウェル領域４１内に、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とが離間して形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１内には、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とを囲むｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２が形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１においてｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域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。また、ｎ＋形ドレイン領域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、ｎ＋形ソース領域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。ここで、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により絶縁分離されている。すなわち、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ｎ＋形ドレイン領域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ｎ＋形ソース領域４４と電気的に接続されている。
【００５４】
ところで、熱型赤外線センサ１００の各画素部２では、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の他端が基準バイアス線５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が垂直読み出し線７と電気的に接続され、ゲート電極４６が当該ゲート電極４６と連続一体に形成されたｎ形ポリシリコン配線からなる水平信号線６と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ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２上に金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるグラウンド用電極４９が形成されており、当該グラウンド用電極４９が、当該ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２をｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４よりも低電位にバイアスして素子分離するための共通グラウンド線８と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極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ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００５５】
以上説明した熱型赤外線センサ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を温める自己診断用のヒータ部１３９を備えているので、ヒータ部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、しかも、ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３において支持基板であるシリコン基板１ａ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、ヒータ部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れる。
【００５６】
ここで、熱型赤外線センサ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、ヒータ部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、感度の向上を図れる。なお、熱型赤外線センサ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、感度の向上を図れる。また、熱型赤外線センサ１００の使用時の自己診断は、ＩＣ素子１０２に設けられた自己診断回路（図示せず）により定期的に行われるが、必ずしも定期的に行う必要はない。
【００５７】
また、熱型赤外線センサ１００は、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を囲む部位から内方へ延長された複数の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部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れ、しかも、全ての小薄膜構造部３ａａに跨ってヒータ部１３９が形成されているので、熱型赤外線検出部３の全てのサーモパイル３０ａを一括して自己診断することが可能となる。また、熱型赤外線センサ１００では、隣接する小薄膜構造部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、各小薄膜構造部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。
【００５８】
また、熱型赤外線センサ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とヒータ部１３９とが同一の厚さに設定されているので、小薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、小薄膜構造部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できる。
【００５９】
また、熱型赤外線センサ１００は、ヒータ部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、ヒータ部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。
【００６０】
また、熱型赤外線センサ１００は、赤外線吸収部３３およびヒータ部１３９を備えた複数の画素部２が、支持基板であるシリコン基板１ａの上記一表面側でアレイ状に設けられているので、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部２それぞれのヒータ部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。
【００６１】
また、熱型赤外線センサ１００は、各画素部２ごとに感温部３０の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４を有しているので、出力用パッドＶout（図１６参照）の数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
【００６２】
以下、熱型赤外線センサ１００の製造方法について図１７〜図２０を参照しながら簡説明する。
【００６３】
まず、シリコン基板１ａの上記一表面側に第１の所定膜厚（例えば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１７（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、シリコン酸化膜３１は、シリコン基板１ａを所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
【００６４】
上述の絶縁層パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、シリコン基板１ａの上記一表面側におけるｐ＋形ウェル領域４１内にｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行うことによって、図１７（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより、第２のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５１を選択的に形成し、その後、ｐ＋形ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用したフォト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５１をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋形ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより、第３のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５２を選択的に形成し、その後、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第３のシリコン酸化膜５２をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成する。なお、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とで、シリコン基板１ａの上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。
【００６５】
上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、ｐ＋形ウェル領域４１におけるｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４それぞれの形成予定領域にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行う。当該ソース・ドレイン形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行う。続いて、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図５参照）、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、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行う。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６、水平信号線６、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、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９それぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行う。続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちｐ形ポリシリコン層３５に対応する部分にｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｐ形ポリシリコン層３５を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行う。その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６に対応する部分にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１８（ａ）に示す構造を得る。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。
【００６６】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、シリコン基板１ａの上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、層間絶縁膜５０に上記各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図１１、図１２および図１４参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図１８（ｂ）に示す構造を得る。ここで、層間絶縁膜形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。
【００６７】
上述のコンタクトホール形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面に第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなど（図１６参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、２μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行う。続いて、フォト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パターニングすることで第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなどを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図１９（ａ）に示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
【００６８】
上述の金属膜パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図１９（ｂ）に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜でもよい。
【００６９】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部３０と、熱絶縁層の表面側で感温部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上述の小薄膜構造部３ａａを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図２０（ａ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、上述の各スリット１３，１４を形成している。
【００７０】
上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させるパッド用開口部（図示せず）を形成するパッド用開口部形成工程を行う。続いて、上述の各スリット１３，１４をエッチャント導入孔としてアルカリ系溶液を導入してシリコン基板１ａを異方性エッチングすることによりシリコン基板１ａに空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことによって、図２０（ｂ）に示す構造の画素部２が２次元アレイ状に配列された熱型赤外線センサ１００を得る。ここで、パッド用開口部形成工程におけるエッチングは、ＲＩＥにより行っている。また、空洞部形成工程では、アルカリ系溶液として、Ｓｉが溶解されたＴＭＡＨ水溶液（ＴＭＡＨの１１．５％水溶液）を用い、液温を所定温度（例えば、８５℃）に設定しているが、アルカリ系溶液はＴＭＡＨ水溶液に限らず、ＫＯＨ水溶液やＥＤＰ水溶液などを用いてもよい。本実施形態では、アルカリ系溶液としてＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液を用いるので、シリコン基板１ａの上記一表面側にＡｌ膜（ＡｌにＳｉを添加したＡｌ−Ｓｉ膜を含む）が露出している場合でもＡｌ膜の浸食を防止することができる。また、ＫＯＨ水溶液を用いる場合に比べて、ＳｉＯ２に対するエッチング選択比を大きくできる。
【００７１】
なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサＡに分離する分離工程を行えばよい。また、上述の説明から分かるように、ＭＯＳトランジスタ４の製造方法に関してみれば、周知の一般的なＭＯＳトランジスタの製造方法を採用しており、熱酸化による熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術による熱酸化膜のパターニング、不純物のイオン注入、ドライブイン（不純物の拡散）の基本工程を繰り返すことにより、ｐ＋形ウェル領域４１、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４を形成している。
【００７２】
上述の熱型赤外線センサ１００では、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１００）面の単結晶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を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、シリコン基板１ａ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、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１１０）面の単結晶シリコン基板を用いてもよい。
【００７３】
ところで、上述の熱型赤外線センサ１００は、各画素部２にＭＯＳトランジスタ４を設けてあるが、ＭＯＳトランジスタ４は必ずしも設ける必要はない。また、熱型赤外線センサ１００は、必ずしも画素部２をアレイ状に備えた赤外線アレイセンサである必要はなく、少なくとも１つのサーモパイル３０ａを備えたものであればよい。
【００７４】
また、上述の温度補償素子１０１は、熱型赤外線センサ１００と同じ構造であればよいから、熱型赤外線センサ１００と同じものを用いることができる。言い換えれば、熱型赤外線センサ１００を温度補償素子１０１として流用することができる。したがって、低コスト化を図れるとともに、熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１との熱特性（熱抵抗、熱コンダクタンス、熱容量など）を揃えることができる。
【００７５】
ＩＣ素子１０２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。また、ＩＣ素子１０２としてベアチップを用いている。しかして、本実施形態では、ＩＣ素子１０２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べて、パッケージ１０３の小型化を図れる。
【００７６】
ＩＣ素子１０２の回路構成は、熱型赤外線センサ１００の種類などに応じて適宜設計すればよく、例えば、熱型赤外線センサ１００が上述の赤外線アレイセンサの場合には、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１を制御する制御回路、熱型赤外線センサ１００の出力信号と温度補償素子１０１の出力信号との差分を増幅する差動増幅回路、熱型赤外線センサ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第１の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記差動増幅回路に入力する第１のマルチプレクサ、温度補償素子１０１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第２の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記差動増幅回路に入力する第２のマルチプレクサ、上述の自己診断回路などを備えた回路構成とすれば、赤外線画像を得ることができる。また、熱型赤外線センサ１００が上述の赤外線アレイセンサの場合には、上述の自己診断回路を備えていることが好ましく、熱型赤外線センサ１００だけでなく、温度補償素子１０１についても、自己診断回路により自己診断させるようにしてもよい。
【００７７】
上述の赤外線センサモジュールは、パッケージ本体４とパッケージ蓋５とキャップ材６とで構成されるパッケージ３の内部の空間（気密空間）を、ドライ窒素雰囲気としてあるが、これに限らず、例えば、真空雰囲気としてもよい。
【００７８】
パッケージ本体１０４は、絶縁材料からなる基体１０４ａに金属材料からなる配線パターン（図示せず）および電磁シールド層（図示せず）が形成されており、電磁シールド層により電磁シールド機能を有している。一方、パッケージ蓋１０５は、レンズ１５３が導電性を有するとともに、レンズ１５３がメタルキャップ１５２に導電性材料により接合されており、導電性を有している。そして、パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の電磁シールド層と電気的に接続されている。しかして、本実施形態では、パッケージ本体１０４の電磁シールド層とパッケージ蓋１０５とを同電位とすることができる。その結果、パッケージ１０３は、熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１とＩＣ素子１０２と上記配線パターンと後述のボンディングワイヤ（図示せず）と含んで構成されるセンサ回路（図示せず）への外来の電磁ノイズを防止する電磁シールド機能を有している。
【００７９】
パッケージ本体１０４は、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２が一表面側に実装される平板状のセラミック基板により構成してある。要するに、パッケージ本体１０４は、基体１０４ａが絶縁材料であるセラミックスにより形成されており、配線パターンのうち基体１０４ａの一表面側に形成された部位に、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２それぞれのパッド（図示せず）が、ボンディングワイヤを介して適宜接続されている。なお、赤外線センサモジュールにおいて、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１とＩＣ素子１０２とは、ボンディングワイヤなどを介して電気的に接続されている。各ボンディングワイヤとしては、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。
【００８０】
本実施形態では、パッケージ本体１０４の絶縁材料としてセラミックスを採用しているので、上記絶縁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１０４の耐湿性および耐熱性を向上させることができる。ここで、絶縁材料のセラミックスとして、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、上記絶縁材料の熱伝導率が小さく、ＩＣ素子１０２やパッケージ１０３の外部からの熱に起因した熱型赤外線センサ１００の温度上昇を抑制できる。
【００８１】
また、パッケージ本体１０４は、上述の配線パターンの一部により構成される外部接続電極（図示せず）が、基体１０４ａの他表面と側面とに跨って形成されている。しかして、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、回路基板などへの２次実装後において、回路基板などとの接合部の外観検査を容易に行うことができる。
【００８２】
また、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１は、パッケージ本体１０４に対して、第１のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる複数の接合部１１５を介して実装されている。また、ＩＣ素子１０２は、パッケージ本体１０４に対して、第２のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる接合部１２５を介して実装されている。各ダイボンド剤としては、低融点ガラスやエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの絶縁性接着剤、半田（鉛フリー半田、Ａｕ−Ｓｎ半田など）や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いればよい。また、各ダイボンド剤を用いずに、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。
【００８３】
上述の熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１は、複数の接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に実装してあるので、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれの裏面の全体が接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に接合される場合に比べて、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれとパッケージ本体１０４との間の空間１１６，１１７が断熱部として機能することと、接合部１１５の断面積の低減とにより、パッケージ本体１０４から熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１へ熱が伝達しにくくなる。
【００８４】
この接合部１１５の数は、特に限定するものではないが、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）の場合には、例えば、３つが好ましく、この場合には、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれの外周形状に基づいて規定した仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所に設けることにより、パッケージ本体１０４への実装時などの温度変化に起因したパッケージ本体１０４の変形が熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の傾きとして伝わるから、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１が変形するのを抑制することができ、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１に生じる応力を低減することが可能となる。なお、本実施形態では、熱型赤外線センサ１００の外周形状が例えば正方形状の場合、熱型赤外線センサ１００の外周の１辺の両端の２箇所と、当該１辺に平行な辺の１箇所（ここでは、中央部）との３箇所に頂点を有する仮想三角形を規定しているが、仮想三角形の頂点の位置は、熱型赤外線センサ１００の外周形状、熱型赤外線センサ１００のパッドへのワイヤボンディング時の接合信頼性（言い換えれば、熱型赤外線センサ１００のパッドの位置）を考慮して規定することが好ましい。接合部１１５には、熱型赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との距離を規定するスペーサを混入させてもよく、このようなスペーサを混入させておけば、赤外線センサモジュールの製品間での熱型赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との間の熱絶縁性能のばらつきを低減可能となる。温度補償素子１０１とパッケージ本体１０４とを接合する接合部１１５の数や配置については、熱型赤外線センサ１００と同じである。ただし、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の両方とも、裏面全体を、接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に接合してもよい。
【００８５】
また、ＩＣ素子１０２は、外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）であり、裏面全体が接合部１２５を介してパッケージ本体１０４に接合されている。
【００８６】
パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４側の一面が開放された箱状に形成され熱型赤外線センサ１００に対応する部位に開口窓１５２ａが形成されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２の開口窓１５２ａを閉塞する形でメタルキャップ１５２に接合されたレンズ１５３とで構成されており、メタルキャップ１５２の上記一面がパッケージ本体１０４により閉塞される形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されている。ここで、パッケージ本体１０４の上記一表面の周部には、パッケージ本体１０４の外周形状に沿った枠状の金属パターン１４７（図１（ａ）参照）が全周に亘って形成されており、パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７とは、シーム溶接（抵抗溶接法）により金属接合されており、気密性および電磁シールド効果を高めることができる。なお、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、コバールにより形成されており、Ｎｉめっきが施されている。また、パッケージ本体１０４の金属パターン１４７は、コバールにより形成され、Ｎｉのめっきが施され、さらにＡｕのめっきが施されている。
【００８７】
パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７との接合方法は、シーム溶接に限らず、他の溶接（例えば、スポット溶接）や、導電性樹脂により接合してもよい。ここで、導電性樹脂として異方導電性接着剤を用いれば、樹脂（バインダー）中に分散された導電粒子の含有量が少なく、接合時に加熱・加圧を行うことでパッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４との接合部の厚みを薄くできるので、外部からパッケージ１０３内へ水分やガス（例えば、水蒸気、酸素など）が侵入するのを抑制できる。また、導電性樹脂として、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させたものを用いてもよい。
【００８８】
なお、パッケージ本体１０４およびパッケージ蓋１０５の外周形状は矩形状としてあるが、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、パッケージ本体１０４側の端縁から全周に亘って外方に延設された鍔部１５２ｂを備えており、鍔部１５２ｂが全周に亘ってパッケージ本体１０４と接合されている。
【００８９】
レンズ１５３は、平凸型の非球面レンズであり、熱型赤外線センサ１００の受光効率（上述の第１の赤外線の受光効率）の向上による高感度化を図れるとともに、熱型赤外線センサ１００の検知エリアをレンズ１５３により設定することが可能となる。レンズ１５３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１５３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ので、説明を省略する。
【００９０】
本実施形態では、熱型赤外線センサ１００の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズ１５３により設定することができ、また、レンズ１５３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１０３の薄型化を図れる。本実施形態の赤外線センサモジュールは、熱型赤外線センサ１００の検知対象の赤外線である第１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１５３の材料として、ＺｎＳやＧａＡｓなどに比べて環境負荷が少なく且つ、Ｇｅに比べて低コスト化が可能であり、しかも、ＺｎＳに比べて波長分散が小さなＳｉを採用している。
【００９１】
また、レンズ１５３は、メタルキャップ１５２における開口部１５２ａの周部に導電性接着剤（例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど）からなる接合部１５８により固着されている。上述のように、接合部１５８の材料として導電性接着剤を採用することにより、レンズ１５３が、接合部１５８およびメタルキャップ１５２を介してパッケージ本体１０４の電磁シールド層に電気的に接続されるので、電磁ノイズに対するシールド性を高めることができ、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を防止することができる。
【００９２】
上述のレンズ１５３には、熱型赤外線センサ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でき、高感度化を図れる。
【００９３】
ここにおいて、本実施形態では、上述のようにＩＣ素子１０２としてベアチップを採用しているので、パッケージ蓋１０５が可視光をカットする機能を有するように、メタルキャップ１５２およびレンズ１５３およびフィルタ部の材料を適宜選択することにより、可視光に起因したＩＣ素子１０２の起電力による誤動作を防止することができる。ただし、ベアチップからなるＩＣ素子１０２における少なくともパッケージ蓋１０５側の表面に外部からの光を遮光する樹脂部（図示せず)を設けるようにすれば、ＩＣ素子１０２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べてパッケージ１０３の小型化を図りつつ、可視光に起因したＩＣ素子１０２の起電力による誤動作を防止することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４への熱型赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２の実装が容易になるとともに、パッケージ本体１０４の低コスト化が可能となる。また、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４を、一面が開放された箱状の形状として、多層セラミック基板により構成し、パッケージ本体１０４の内底面に熱型赤外線センサ１００を実装する場合に比べて、パッケージ本体１０４の上記一表面側に配置される熱型赤外線センサ１００とレンズ１５３との間の距離の精度を高めることができ、より一層の高感度化を図れる。なお、以下では、パッケージ本体１０４において、熱型赤外線センサ１００を実装する領域を第１の領域１４０、温度補償素子１０１を実装する領域を第２の領域１４１、ＩＣ素子１０２を実装する領域を第３の領域１４２と称する。
【００９５】
赤外線遮断構造部１０６は、パッケージ本体１０４とは別体であり、パッケージ本体１０４に接合されている。
【００９６】
上述の赤外線遮断構造部１０６は、図１（ａ）および図３に示すように、温度補償素子１０１の前方（パッケージ本体１０４における第２の領域１４１とは反対側）に位置する前壁部１６１と、温度補償素子１０１の側方に位置する側壁部１６２と、側壁部１６２の後端部から側方に延設されパッケージ本体１０４に接合される取付部１６３とを備えている。ここで、赤外線遮断構造部１０６は、平面視矩形状の前壁部１６１の外周の１辺のみから側壁部１６２が延設されており、取付部１６３が、パッケージ本体１０４における第１の領域１４０と第１の領域１４１との間の領域で、パッケージ本体１０４に接合されている。ここで、赤外線遮断構造部１０６は、例えば、接着剤（例えば、エポキシ樹脂など）により、パッケージ本体１０４に接合すればよい。なお、本実施形態では、前壁部１６１と温度補償素子１０１との間に、第１の空間Ｋ１が形成されるように、側壁部１６２の高さ寸法を設定してある。
【００９７】
ここにおいて、赤外線遮断構造部１０６の前壁部１６１の全周から側壁部１６２が延設され側壁部１６２の後端部の全周に亘って取付部１６３が延設されている場合には、赤外線遮断構造部１０６とパッケージ本体１０４との間の第１の空間Ｋ１が気密空間となるが、本実施形態では、前壁部１６１の４辺のうちの１辺のみから側壁部１６２が延設されているので、第１の空間Ｋ１と第２の空間Ｋ２とを連通させることができる。要するに、赤外線遮断構造部１０６は、温度補償素子１０１を全周に亘って囲まないように側壁部１６２を形成することで、第１の空間Ｋ１と第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５を設けてある。
【００９８】
本実施形態では、赤外線遮断構造部１０６が、パッケージ本体１０４とは別体であり、赤外線遮断構造部１０６の材料として、ステンレス鋼を採用しているが、これに限らず、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、黒色のプラスチックなどを採用してもよい。しかして、赤外線遮断構造部１０６をパッケージ本体１０４とは別体としてあることにより、赤外線遮断構造１０６をパッケージ本体１０４に一体成形する場合に比べて、赤外線遮断構造部１０６の材料および形状の自由度が高くなるとともに、パッケージ本体１０４への温度補償素子１０１の実装が容易になる。
【００９９】
赤外線遮断構造部１０６は、温度補償素子１０１との対向面側に、各赤外線を吸収することで各赤外線の散乱を防止する散乱防止膜１０７が形成されている。なお、本実施形態における赤外線遮断構造部１０６は、前壁部１６１および側壁部１６２それぞれにおいて温度補償素子１０１に対向する面の略全面に亘って散乱防止膜１０７を形成してある。
【０１００】
上述の散乱防止膜１０７は、赤外線吸収膜により構成すればよい。ここで、本実施形態では、第１の赤外線の波長として、人体から放射される８μｍ〜１３μｍの波長帯の赤外線を想定しており、散乱防止膜１０７の材料としてＳｉＯ２を採用しているが、散乱防止膜１０７の材料は、ＳｉＯ２に限らず、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、セラミック（例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＣなど）などの非金属（絶縁性材料）や、ＮｉＣｒ、グラファイト、グラファイトライクカーボンなどの反射率の低い金属（導電性材料）や、金属酸化物（例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属酸化物）などを採用してもよく、散乱防止膜１０７として上述の絶縁性材料や金属を採用した場合には、散乱防止膜１０７の耐熱性が高くて信頼性が高い。なお、散乱防止膜１０７の材料として金属酸化物を採用する場合には、例えば、金属酸化物膜をスパッタ法やＣＶＤ法などにより成膜するようにしてもよいし、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属材料からなる金属膜を成膜した後で当該金属膜の少なくとも一部（例えば、当該金属膜の表面側の部分）を酸化することにより金属酸化物膜を形成するようにしてもよい。
【０１０１】
ここで、上述の図２８の赤外線センサモジュールにおいて、熱型赤外線センサ１００’、ＩＣ素子１０２’の代わりに、本実施形態における熱型赤外線センサ１００、ＩＣ素子１０２を配置し、ＩＣ素子１０２と熱型赤外線センサ１００との距離を０．５ｍｍ、熱型赤外線センサ１００のチップサイズを３ｍｍ□、厚みを５２５μｍと、パッケージ本体４の絶縁材料をアルミナ（熱伝導率：２９Ｗ／ｍ・Ｋ）、メタルキャップ１５２の材料をコバール（熱伝導率：１６．７Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＩＣ素子１０２および熱型赤外線センサ１００それぞれの裏面全体をパッケージ本体１０４にダイボンドするダイボンド剤をエポキシ樹脂として、Ｓｉの熱伝導率を１６８Ｗ／ｍ・Ｋとし、物体Ｏｂを黒体として、ＩＣ素子１０２の表面の温度を種々変化させた場合について、温度測定対象の物体Ｏｂの温度と熱型赤外線センサ１００の出力電圧との関係を、有限要素法により、シミュレーションした結果を図２１に示す。なお、図２１において、ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４は、それぞれ、ＩＣ素子１０２の表面の温度を、−２０℃、２０℃、６０℃、１００℃とした場合のシミュレーション結果を示したものであり、各２次方程式は、物体の温度をｘ、出力電圧をｙとしたときに得られたものであり、上から順に、ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４の曲線に対応している。
【０１０２】
図２１から、ＩＣ素子１０２の温度が変化することにより、熱型赤外線センサ１００の出力電圧が変化することが分かる。
【０１０３】
ここにおいて、図２２に示すように、検知対象（温度測定対象）の物体Ｏｂから放射される赤外線をＩＲとして、熱型赤外線センサ１００のある第１の空間Ｋ１の雰囲気および温度補償素子１０１のある第２の空間Ｋ２の雰囲気を両方ともＮ２ガス雰囲気とし、物体Ｏｂの温度変化をΔＴ1〔℃〕、パッケージ３内の雰囲気の温度変化をΔＴ2〔℃〕、熱型赤外線センサ１００における第１の支持基板１ａおよび温度補償素子１０１における第２の支持基板１ａの温度変化をΔＴ3〔℃〕とし、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれについて、赤外線ＩＲに対する感度〔Ｖ／℃〕をｓ11，ｓ12、第２の空間Ｋ２および第１の空間Ｋ１それぞれの雰囲気の温度変化に対する感度〔Ｖ／℃〕をｓ12，ｓ22、支持基板１ａ，１ａの温度変化に対する感度〔Ｖ／℃〕をｓ13，ｓ23とし、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれの出力信号である出力電圧〔Ｖ〕をｓ1，ｓ2とすれば、出力電圧ｓ1，ｓ2は、
ｓ1＝ｓ11・ΔＴ1＋ｓ12・ΔＴ2＋ｓ13・ΔＴ3
ｓ2＝ｓ21・ΔＴ1＋ｓ22・ΔＴ2＋ｓ23・ΔＴ3
で表すことができる。したがって、熱型赤外線センサ１００の出力信号と温度補償素子１０１の出力信号との差分電圧〔Ｖ〕をｓ0とすれば、
ｓ0＝ｓ1−ｓ2
＝（ｓ11・ΔＴ1＋ｓ12・ΔＴ2＋ｓ13・ΔＴ3）−（ｓ21・ΔＴ1＋ｓ22・ΔＴ2＋ｓ23・ΔＴ3）
となる。
【０１０４】
また、物体Ｏｂと温度補償素子１０１との間に赤外線遮断構造部１０６を設けることにより、温度補償素子１０１の赤外線ＩＲに対する感度ｓ21がゼロになると仮定すれば、
＝（ｓ11・ΔＴ1＋ｓ12・ΔＴ2＋ｓ13・ΔＴ3）−（ｓ22・ΔＴ2＋ｓ23・ΔＴ3）
となる。要するに、赤外線遮断構造部１０６を設けることにより、温度補償素子１０１は、雰囲気の温度変化および第２の支持基板１ａの温度変化のみに感度があり、赤外線ＩＲに対して感度がないとみなすことができる。
【０１０５】
ここで、熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１とが同一構造であるから、ｓ12＝ｓ22、ｓ13＝ｓ23であるとすれば、
ｓ0＝ｓ11・ΔＴ1
となる。要するに、周囲温度変化による熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の出力電圧のオフセットを相殺することができるとともに、支持基板１ａ，１ａの温度変化による熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の出力電圧のオフセットを相殺することができ、熱型赤外線センサ１００の赤外線ＩＲに対する感度ｓ11とΔＴ1との積が出力電圧ｓ0となる。
【０１０６】
本実施形態の赤外線センサモジュールでは、ＩＣ素子１０２において、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれの画素部２のマトリクスに関して同じ位置の画素部２の出力を同時に読み込むようにしてあり、温度補償素子１０１の各熱型赤外線検出部３それぞれが、温度補償用のリファレンスの熱型赤外線検出部３を構成している。
【０１０７】
以上説明した本実施形態の赤外線センサモジュールでは、熱型赤外線センサ１００の第１の熱型赤外線検出部３と温度補償素子１０１の第２の熱型赤外線検出部３とが同一構造であるとともに、熱型赤外線センサの第１の支持基板１ａと温度補償素子１０１の第２の支持基板１ａとが同一構造であり、パッケージ３内に、パッケージ３の外部からパッケージ３の内部へ入射した第１の赤外線、ＩＣ素子１０２の発熱に起因してＩＣ素子１０２から放射された第２の赤外線、およびパッケージ蓋１０５から放射された第３の赤外線が温度補償素子１０１へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部１０６を有し、赤外線遮断構造部１０６に、赤外線遮断構造部１０６の内側の第１の空間Ｋ１と赤外線遮蔽構造部１０６の外側の第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５が設けられているので、周囲環境の温度変化やＩＣ素子１０２の発熱による検出精度の低下を抑制でき、例えば、物体Ｏｂの温度を測定するような場合に、温度の測定精度の向上を図れる。また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、温度補償素子１０１・ＩＣ素子１０２間の距離が熱型赤外線センサ１００・ＩＣ素子１０２間の距離と等しく、温度補償素子１０１・パッケージ蓋１０５間の距離が熱型赤外線センサ１００・パッケージ蓋１０５間の距離と等しくなるように、温度補償素子１０１、熱型赤外線センサ１００、温度補償素子１０２のレイアウトを設計すれば、検出精度のより一層の向上を図ることが可能となる。
【０１０８】
また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、赤外線遮断構造部１０６における温度補償素子１０１との対向面側に、各赤外線の散乱を防止する散乱防止膜１０７が形成されているので、各赤外線が温度補償素子１０１に更に到達しにくくなり、検出精度の向上を図れる。なお、図１（ａ）中の一点鎖線は、レンズ１５３から出射した赤外線の散乱による進行経路の一例を示している。
【０１０９】
ところで、赤外線遮断構造部１０６の形状は、図１（ａ）および図３に示した形状に限らず、例えば、図２３〜図２５に示すような形状でもよい。
【０１１０】
図２３に示した形状の赤外線遮断構造部１０６は、前壁部１６１の互いに平行な２辺から側壁部１６２が延設されており、２つの側壁部１６２それぞれの後端部から取付部１６３が延設されているので、図３の構造に比べて、パッケージ本体１０４に対する赤外線遮断構造部１０６の占有面積は大きくなるものの、パッケージ本体１０４に対して、より安定して接合することができ、前壁部１６１が温度補償素子１０１の表面に対して傾くのを防止することが可能となる。また、図２３の構造では、図３の構造に比べて、温度補償素子１０１へ到達する赤外線の量を、より低減できる。
【０１１１】
また、図２４に示した形状の赤外線遮断構造部１０６は、前壁部１６１の４辺それぞれから側壁部１６２が延設されており、ＩＣ素子１０２に最も近い側壁部１６２のみ取付部１６３を延設し、他の側壁部１６２の前壁部１６１からの延長距離を短くすることで連通部１６５を設けてある点が相違する。また、図２４の構造では、延長距離の短い側壁部１６２についても、後端縁を含む平面が温度補償素子１０１の表面を含む平面よりもパッケージ本体１０４に近くなるように側壁部１６２の延長距離を設定してある。しかして、図３や図２３の構造に比べて、温度補償素子１０１の表面に到達する赤外線の量を低減できる。
【０１１２】
また、図２５に示した形状の赤外線遮断構造部１０６は、図２４の構造において、互いに対向する２つの側壁部１６２それぞれの後端部から取付部１６３が延設されているので、図２４の構造に比べて、パッケージ本体１０４に対する赤外線遮断構造部１０６の占有面積は大きくなるものの、パッケージ本体１０４に対して、より安定して接合することができ、前壁部１６１が温度補償素子１０１の表面に対して傾くのを防止することが可能となる。
【０１１３】
（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサモジュールの基本構成は実施形態１と略同じであり、図２６に示すように、パッケージ本体１０４において、熱型赤外線センサ１００を実装する第１の領域１４０および温度補償素子１０１を実装する第２の領域１４１に比べて、ＩＣ素子１０２を実装する第３の領域１４２の厚みを薄くしてある点などが相違する。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適宜省略する。
【０１１４】
ところで、パッケージ本体１０４の第３の領域１４２は、基体１０４ａの上記一表面に凹部１０４ｂを設けることにより、第１の領域１４０および第２の領域１４１よりも厚みを薄くしてある。また、パッケージ本体１０４は、基体１０４ａに金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる電磁シールド層１４４が埋設されているが、第３の領域１４２では、電磁シールド層１４４が露出している。
【０１１５】
また、パッケージ本体１０４の第３の領域１４２では、金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数のビア（サーマルビア）１４５が基体１０４ａの厚み方向に貫設されており、各ビア１４５が電磁シールド層１４４と接して熱結合されている。
【０１１６】
ここで、ＩＣ素子１０２は、第３の領域１４２において電磁シールド層１４４に接合部１２５を介して実装されている。しかして、ＩＣ素子１０２で発生した熱を電磁シールド層１４４におけるＩＣ素子１０２の直下の部位およびビア１４５を通してパッケージ１０３の外側へ効率良く放熱させることが可能となる。本実施形態では、電磁シールド層１４４のうち第３の領域１４２に形成された部位が、ＩＣ素子１０２が実装され熱結合される金属部を構成し、各ビア１４５が、第１の領域１４０および第２の領域１４１を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部を構成している。要するに、金属部は、第１の領域１４０および第２の領域１４１を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部と熱結合されている。
【０１１７】
パッケージ本体１０４は、上述の配線パターンのうち熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２それぞれのグランド用のパッド（図示せず）が接続される部位を、電磁シールド層１４４に電気的に接続しておくことにより、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２などにより構成されるセンサ回路への外来の電磁ノイズの影響を低減でき、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を抑制することができる。なお、赤外線センサモジュールを回路基板などに２次実装する場合には、ビア１４５を回路基板などのグランドパターンと電気的に接続することで、上述のセンサ回路への外来の電磁ノイズの影響を低減でき、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を抑制することができる。
【０１１８】
以上説明した本実施形態の赤外線センサモジュールでは、実施形態１と同様に、熱型赤外線センサ１００の第１の熱型赤外線検出部３と温度補償素子１０１の第２の熱型赤外線検出部３とが同一構造であるとともに、熱型赤外線センサの第１の支持基板１ａと温度補償素子１０１の第２の支持基板１ａとが同一構造であり、パッケージ３内に、パッケージ３の外部からパッケージ３の内部へ入射した第１の赤外線、ＩＣ素子１０２の発熱に起因してＩＣ素子１０２から放射された第２の赤外線、およびパッケージ蓋１０５から放射された第３の赤外線が温度補償素子１０１へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部１０６を有し、赤外線遮断構造部１０６に、赤外線遮断構造部１０６の内側の第１の空間Ｋ１と赤外線遮蔽構造部１０６の外側の第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５が設けられているので、周囲環境の温度変化やＩＣ素子１０２の発熱による検出精度の低下を抑制でき、例えば、物体Ｏｂの温度を測定するような場合に、温度の測定精度の向上を図れる。
【０１１９】
また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４において、熱型赤外線センサ１００を実装する第１の領域１４０および温度補償素子１０１を実装する第２の領域１４１に比べて、ＩＣ素子１０２を実装する第３の領域１４２の厚みよりも薄くしてある。しかして、ＩＣ素子１０２で発生した熱がパッケージ本体１０４を通る経路で熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１に伝熱されにくくなり、ＩＣ素子１０２の発熱が熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１に与える影響を低減でき、ＩＣ素子１０２の発熱に起因した感度の低下を抑制することが可能となる。
【０１２０】
また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４の第３の領域１４２に、ＩＣ素子１０２が実装され熱結合される金属部（電磁シールド層４４の一部により構成される）を備え、金属部が、第１の領域１４０および第２の領域１４１を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部であるビア１４５と熱結合されているので、ＩＣ素子１０２で発生した熱が金属部および放熱部を通して効率的に放熱されることとなり、第１の領域１４０および第２の領域１４１側への伝熱が抑制されるから、ＩＣ素子１０２の発熱が熱型赤外線センサ１００に与える影響を更に低減できる。
【０１２１】
また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれが、複数の接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に実装されているので、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１とパッケージ本体１０４との間の空間１１６，１１７が断熱部として機能することと、接合部１５の断面積の低減とにより、パッケージ本体１０４から熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１へ熱が伝達しにくくなり、パッケージ１０３の外部からの熱やＩＣ素子１０２からの熱が、パッケージ本体１０４を通して熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１へ伝達されにくくなる。
【０１２２】
上述のパッケージ本体１０４は、電磁シールド板を内蔵したプリント配線板により構成してもよく、第３の領域１４２で電磁シールド板の一面を露出させ当該電磁シールド板にＩＣ素子１０２を実装するようにしてもよい。この場合には、当該プリント配線板により構成されるパッケージ本体１０４の周部とパッケージ蓋１０５とを、例えば、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させた導電性樹脂や、導電性を有するＢステージのエポキシ樹脂などからなる接合部により気密的に接合すればよい。
【０１２３】
（実施形態３）
本実施形態の赤外線センサモジュールの基本構成は実施形態１と略同じであり、図２７に示すように、温度補償素子１０１が、当該温度補償素子１０１の第２の熱型赤外線検出部３を第２の支持基板１ａよりもパッケージ本体１０４における実装面（第２の領域１４１の表面）に近くなるようにパッケージ本体１０４に実装されている点などが相違する。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。
【０１２４】
温度補償素子１０１は、複数のバンプ１１８を介して実装してあり、温度補償素子１０１とパッケージ本体１０４との間の空間１１７が第１の空間Ｋ１と連通し、第１の空間Ｋ１が赤外線遮断構造部１０６の連通部１６５により第２の空間Ｋ２と連通している。
【０１２５】
また、温度補償素子１０１におけるシリコン基板（第２の支持基板）１ａの上記一表面とは反対の他表面側に、赤外線反射膜１０７を設けてある。なお、赤外線反射膜１０７の材料としては、Ａｌを採用しているが、Ａｌに限らず、薄膜形成時に光沢があり凹凸を小さくできる材料であればよい。特に、赤外線の反射率が０．８よりも高いＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｔ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｔａ、黄銅、Ｎｂ、Ｃｏなどの金属材料や、これらの金属材料を主成分とする材料を採用することが好ましい。また、赤外線反射膜１０７としては、誘電体膜や、誘電体多層膜を採用してもよい。
【０１２６】
本実施形態の赤外線センサモジュールでは、実施形態１，２に比べて、温度補償素子１０１の表面に到達する赤外線の量を低減でき、検出精度のより一層の向上を図ることが可能となる。
【０１２７】
なお、本実施形態の赤外線センサモジュールにおけるパッケージ本体１０４を実施形態２と同様の構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１ａ シリコン基板（支持基板）
３ 熱型赤外線検出部
１１ 空洞部
３０ａ サーモパイル
１００ 熱型赤外線センサ
１０１ 温度補償素子
１０２ ＩＣ素子
１０３ パッケージ
１０４ パッケージ本体
１０５ パッケージ蓋
１０６ 赤外線遮断構造部
１０７ 散乱防止膜
１０８ 赤外線反射膜
１６５ 連通部
Ｋ１ 第１の空間
Ｋ２ 第２の空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却の必要がない熱型赤外線センサと熱型赤外線センサの出力信号を信号処理するＩＣ素子とがパッケージに収納された赤外線センサモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図２８に示すように、熱型赤外線センサ１００’と当該熱型赤外線センサ１００’の出力信号を信号処理するＩＣ素子１０２’とがパッケージ１０３’に収納された赤外線センサモジュールが提案されている（文献公知発明に係るものではない）。パッケージ１０３’は、熱型赤外線センサ１００’およびＩＣ素子１０２’が横並びで実装されるパッケージ本体１０４’と、熱型赤外線センサ１００’での検知対象の赤外線を透過する機能を有しパッケージ本体１０４’との間に熱型赤外線センサ１００’およびＩＣ素子１０２’を囲む形でパッケージ本体１０４’に気密的に接合されたパッケージ蓋１０５’とで構成されている。ここにおいて、パッケージ蓋１０５’は、パッケージ本体１０４’の上記一表面側に覆着されるメタルキャップ１５２’と、メタルキャップ１５２’の開口窓１５２ａ’を閉塞する赤外線透過部材１５４’とで構成してある。
【０００３】
上述の熱型赤外線センサ１００’は、感温素子であるサーモパイル（図示せず）を備えた熱型赤外線検出部３’がシリコン基板１ａ’の一表面側に形成されてシリコン基板１ａ’に支持されている。また、熱型赤外線センサ１００’は、シリコン基板１ａ’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。また、熱型赤外線センサ１００’は、サーモパイルの温接点Ｔ１が、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が熱型赤外線検出部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。
【０００４】
また、従来から、図２９に示すように、赤外線検出用の第１の赤外線検出素子２０１と、温度補償用の第２の赤外線検出素子２０２とをそれぞれダイボンドしたプリント基板２１３１，２１３２を、容器内に配置してある赤外線検出器が提案されている（特許文献１）。ここにおいて、容器は、筒形のキャップ２１０とキャップ２１０の開口部を塞ぐように溶接などにより取り付けられるステム２１１とで構成されており、キャップ２１０の底部の入射窓を赤外線透過フィルタにより閉塞してある。また、ステム２１１には、ピン２１２が貫通して固定されており、ピン２１２をプリント基板２１３１，２１３２の貫通孔に差し込んで導電ペースト２１７により接着固定してある。
【０００５】
特許文献１には、赤外線吸収用の感温部２０５を、サーミスタ、熱電対、サーモパイル、焦電体などに信号取り出し用の電極が形成された構成とすることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献１には、低コストで周囲温度変化による検出精度の低下を抑制することを目的とし、赤外線検出用の第１の赤外線検出素子２０１が実装されたプリント基板２１３１を温度補償用の第２の赤外線検出素子２０２が実装されたプリント基板２１３２の上側に配置することが記載されている。また、特許文献１には、赤外線検出用の第１の赤外線検出素子２０１と、温度補償用の第２の赤外線検出素子２０２とを同一構造とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１３２８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２８に示した構成の赤外線センサモジュールでは、小型化や耐ノイズ性の向上のためにパッケージ１０３’の小型化が望まれている。しかしながら、図２８に示した構成の赤外線センサモジュールでは、熱型赤外線センサ１００’の出力信号（出力電圧）に、ＩＣ素子１０２’の発熱や周囲環境の温度変化などの熱ノイズに起因したオフセット電圧を含んでしまい、検知エリア内の物体の絶対温度を正確に検知することができない。
【０００９】
ここにおいて、ＩＣ素子１０２’やパッケージ蓋１０５’からパッケージ本体１０４’を通る経路で熱型赤外線センサ１００’のシリコン基板１ａ’へ伝わる熱Ｆ１，Ｆ２は、主に冷接点Ｔ２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。すなわち、図３０（ａ）に示すように、温接点Ｔ１の温度上昇値をＵ１、冷接点Ｔ２の温度上昇値をＵ２とすると、Ｕ２＞Ｕ１となる。
【００１０】
これに対して、パッケージ蓋１０５’やＩＣ素子１０２’からのパッケージ１０３’内の媒体を介した熱伝導や熱輻射により熱型赤外線センサ１００’へ伝わる熱Ｆ３は、主に温接点Ｔ１の温度を上昇させるので、プラスのオフセット電圧を発生させる要因となる。
【００１１】
したがって、パッケージ１０３’やＩＣ素子１０２’からのパッケージ本体１０４’を介した熱伝導の影響が大きい場合には、マイナスのオフセット電圧が発生し、媒体を介した熱伝導や熱輻射の影響が大きい場合には、オフセット電圧が発生する。すなわち、図３０（ｂ）に示すように、温接点Ｔ１の温度上昇値をＵ１、冷接点Ｔ２の温度上昇値をＵ２とすると、Ｕ２＜Ｕ１となる。
【００１２】
また、図２９に示した赤外線検出器では、容器の外部から赤外線透過フィルタ２１５を通して容器内へ入射する赤外線が、第１の赤外線検出素子２０１には入射するものの、第２の赤外線検出素子２０２に対してはプリント基板２１３１によって遮蔽されて妨げられるから、温度補償用の第２の赤外線検出素子２０２が、容器の外部から赤外線透過フィルタ２１５を通して容器内へ入射する赤外線の影響を受けることを防止できる。
【００１３】
しかしながら、特許文献１には、第１の赤外線検出素子２０１および第２の赤外線検出素子２０２の出力信号を信号処理するＩＣ素子について記載されておらず、ＩＣ素子を第１の赤外線検出素子２０１および第２の赤外線検出素子２０２と同じ容器内に設けることについて何ら記載されていない。
【００１４】
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、周囲環境の温度変化やＩＣ素子の発熱による検出精度の低下を抑制できる赤外線センサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明は、第１のサーモパイルを有する第１の熱型赤外線検出部が第１の支持基板の一表面側に形成された熱型赤外線センサと、前記熱型赤外線センサの出力信号を温度補償するためのものであり第２のサーモパイルを有する第２の熱型赤外線検出部が第２の支持基板の一表面側に形成された温度補償素子と、前記熱型赤外線センサの出力信号と前記温度補償素子の出力信号との差分を信号処理するＩＣ素子と、前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子が収納されたパッケージとを備え、前記第１の熱型赤外線検出部と前記第２の熱型赤外線検出部とが同一構造であるとともに、前記第１の支持基板と前記第２の支持基板とが同一構造であり、前記パッケージが、前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子が実装されたパッケージ本体と、前記熱型赤外線センサでの検知対象の赤外線である第１の赤外線を透過する機能を有し前記パッケージ本体との間に前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子を囲む形で前記パッケージ本体に気密的に接合されたパッケージ蓋とで構成され、前記パッケージ内に、前記パッケージの外部から前記パッケージの内部へ入射した前記第１の赤外線、前記ＩＣ素子の発熱に起因して前記ＩＣ素子から放射された第２の赤外線、および前記パッケージ蓋から放射された第３の赤外線が前記温度補償素子へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部を有し、前記赤外線遮断構造部は、前記赤外線遮断構造部の内側の第１の空間と前記赤外線遮蔽構造部の外側の第２の空間とを連通させる連通部が設けられてなることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記赤外線遮断構造部は、前記パッケージ本体とは別体であり、前記パッケージ本体に接合されてなることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記赤外線遮断構造部は、前記温度補償素子との対向面側に、前記各赤外線の散乱を防止する散乱防止膜が形成されてなることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記温度補償素子は、前記第２の熱型赤外線検出部を前記第２の支持基板よりも前記パッケージ本体における実装面に近くなるように前記パッケージ本体に実装されてなることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記温度補償素子における前記第２の支持基板の前記一表面とは反対の他表面側に、赤外線反射膜を設けてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、周囲環境の温度変化やＩＣ素子の発熱による検出精度の低下を抑制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１の赤外線センサモジュールに関し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は熱型赤外線センサの要部概略断面図、（ｃ）は温度補償素子の要部概略断面図である。
【図２】同上の赤外線センサモジュールの要部概略平面図である。
【図３】同上の赤外線センサモジュールの要部を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図、（ｃ）は概略側面図である。
【図４】同上における熱型赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図５】同上における熱型赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図６】同上における熱型赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図７】同上における熱型赤外線センサ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】同上における熱型赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図９】同上における熱型赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図１０】同上における熱型赤外線センサ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１１】同上における熱型赤外線センサ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１２】同上における熱型赤外線センサ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１３】同上における熱型赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１４】同上における熱型赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１５】同上における熱型赤外線センサの要部説明図である。
【図１６】同上における熱型赤外線センサの等価回路図である。
【図１７】同上における熱型赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１８】同上における熱型赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１９】同上における熱型赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２０】同上における熱型赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２１】同上の赤外線センサモジュールの説明図である。
【図２２】同上の赤外線センサモジュールの説明図である。
【図２３】同上の赤外線センサモジュールの要部の他の構成例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図、（ｃ）は概略側面図である。
【図２４】同上の赤外線センサモジュールの要部の他の構成例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図、（ｃ）は概略側面図である。
【図２５】同上の赤外線センサモジュールの要部の他の構成例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図、（ｃ）は概略側面図である。
【図２６】実施形態２の赤外線センサモジュールの概略断面図である。
【図２７】実施形態３の赤外線センサモジュールに関し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は熱型赤外線センサの要部概略断面図、（ｃ）は温度補償素子の要部概略断面図である。
【図２８】従来例の赤外線センサモジュールの概略断面図である。
【図２９】従来例の赤外線検出器の概略断面図である。
【図３０】従来例の赤外線センサモジュールの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施形態１）
以下、本実施形態の赤外線センサモジュールについて図１〜図２２を参照しながら説明する。
【００２３】
本実施形態の赤外線センサモジュールは、熱型赤外線センサ１００と、熱型赤外線センサ１００の出力信号を温度補償するための温度補償素子１０１と、熱型赤外線センサ１００の出力信号と温度補償素子１０１の出力信号との差分を信号処理するＩＣ素子１０２と、赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２が収納されたパッケージ１０３とを備えている。
【００２４】
熱型赤外線センサ１００は、図１（ｂ）に示すように、サーモパイル（第１のサーモパイルとも称する）３０ａを有する熱型赤外線検出部（第１の熱型赤外線検出部とも称する）３がシリコン基板（第１の支持基板とも称する）１ａの一表面側に形成されている。これに対し、温度補償素子１０１は、図１（ｃ）に示すように、サーモパイル（第２のサーモパイルとも称する）３０ａを有する熱型赤外線検出部（第２の熱型赤外線検出部とも称する）３がシリコン基板（第２の支持基板とも称する）１ａの一表面側に形成されている。ここにおいて、第１の熱型赤外線検出部３と第２の熱型赤外線検出部３とを同一構造とするとともに、第１の支持基板１ａと第２の支持基板１ａとを同一構造としてある。要するに、本実施形態では、温度補償素子１０１として熱型赤外線センサ１００と同じ構造のものを用いている。
【００２５】
パッケージ１０３は、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２が実装されたパッケージ本体１０４と、パッケージ本体１０４との間に熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２を囲む形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されたパッケージ蓋１０５とで構成されている。
【００２６】
パッケージ本体１０４は、ＩＣ素子１０２と熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１とが横並びで実装されている。一方、パッケージ蓋１０５は、熱型赤外線センサ１００での検知対象の赤外線である第１の赤外線を透過する機能および導電性を有している。
【００２７】
パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の上記一表面側に覆着されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２において熱型赤外線センサ１００に対応する部位に形成された開口窓１５２ａを閉塞するレンズ１５３とで構成されている。ここにおいて、レンズ１５３が、第１の赤外線を透過する機能を有するとともに、熱型赤外線センサ１００へ第１の赤外線を収束する機能を有している。
【００２８】
また、赤外線センサモジュール３は、パッケージ１０３内に、パッケージ１０３の外部からパッケージ３の内部へ入射した第１の赤外線、ＩＣ素子１０２の発熱に起因してＩＣ素子１０２から放射された第２の赤外線、およびパッケージ蓋１０５から放射された第３の赤外線が温度補償素子１０１へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部１０６を有している。また、赤外線遮断構造部１０６は、赤外線遮断構造部１０６の内側の第１の空間Ｋ１と赤外線遮蔽構造部１０６の外側の第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５が設けられている。
【００２９】
以下、各構成要素についてさらに説明する。
【００３０】
熱型赤外線センサ１００は、赤外線アレイセンサであって、熱型赤外線検出部３と画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２（図４参照）がベース基板１の一表面側においてアレイ状（ここでは、２次元アレイ状）に配列されている。ここで、ベース基板１は、シリコン基板１ａを用いて形成されている。本実施形態では、１つのベース基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図４および図１６に示した例では、８×８個）の画素部２が形成されているが、画素部２の数や配列は特に限定するものではない。また、本実施形態では、熱型赤外線検出部３の感温部３０が、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おり、図１６では、熱型赤外線検出部３における感温部３０の等価回路を、当該感温部３０の熱起電力に対応する電圧源Ｖｓで表してある。
【００３１】
また、熱型赤外線センサ１００は、図５、図７および図１６に示すように、各列の複数の熱型赤外線検出部３の感温部３０の一端が上述のＭＯＳトランジスタ４を介して各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線７と、各行の熱型赤外線検出部３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複数の水平信号線６と、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ＋形ウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線８と、各グラウンド線８が共通接続された共通グラウンド線９と、各列の複数個の熱型赤外線検出部３の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線５とを備えており、全ての熱型赤外線検出部３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。要するに、熱型赤外線センサ１００は、ベース基板１の上記一表面側に熱型赤外線検出部３と当該熱型赤外線検出部３に並設され当該熱型赤外線検出部３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２が形成されている。
【００３２】
ＭＯＳトランジスタ４は、ゲート電極４６が水平信号線６に接続され、ソース電極４８が感温部３０を介して基準バイアス線５に接続され、各基準バイアス線５が共通基準バイアス線５ａに共通接続され、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されている。また、熱型赤外線センサ１００は、各水平信号線６それぞれが各別の画素選択用パッドＶselに電気的に接続され、各垂直読み出し線７それぞれが各別の出力用パッドＶoutに電気的に接続され、共通グラウンド線９がグラウンド用パッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａが基準バイアス用パッドＶrefと電気的に接続され、シリコン基板１ａが基板用パッドＶddに電気的に接続されている。
【００３３】
しかして、各ＭＯＳトランジスタ４が順次、オン状態になるように各画素選択用パッドＶselの電位を制御することで各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。例えば、基準バイアス用パッドＶrefの電位を１．６５、グラウンド用パッドＧndの電位を０Ｖ、基板用パッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用パッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出され、画素選択用パッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、図４では、画素選択用パッドＶsel、基準バイアス用パッドＶref、グラウンド用パッドＧnd、出力用パッドＶoutなどを区別せずに、全て、パッド８０として図示してある。
【００３４】
以下、熱型赤外線検出部３およびＭＯＳトランジスタ４それぞれの構造について説明する。なお、本実施形態では、上述のシリコン基板１ａとして、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いている。
【００３５】
熱型赤外線検出部３は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおける熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成されている。一方、ＭＯＳトランジスタ４は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００３６】
ところで、各画素部２は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３（図１（ｂ）、図５および図７（ｂ）参照）を備えている。各画素部２では、シリコン基板１ａに、赤外線吸収部３３を当該シリコン基板１ａから熱絶縁するための空洞部（掘込部）１１が形成されており、シリコン基板１ａの上記一表面側で平面視において空洞部１１の内周線の内側に赤外線吸収部３３を有し空洞部１１を覆う薄膜構造部３ａが形成されている。また、各画素部２では、薄膜構造部３ａが複数の線状のスリット１３により空洞部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（平面視で空洞部１１を囲む部位）から内方へ延長された複数（図５に示した例では、６つ）の小さな薄膜構造部（以下、小薄膜構造部と称する）３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａ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ように全てのサーモパイル３０ａが直列接続されており、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されている。以下では、赤外線吸収部３３のうち各小薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を分割赤外線吸収部３３ａと称する。
【００３７】
本実施形態では、薄膜構造部３ａに形成された複数のサーモパイル３０ａの全て、上述の例では、６つ全てのサーモパイル３０ａを直列接続した接続関係としてあるが、接続関係は、これに限らない。例えば、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続するようにしてもよく、この場合には、６つ全てのサーモパイル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、また、６つ全てのサーモパイル３０ａが直列接続されている場合に比べて、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。ここにおいて、薄膜構造部３ａにおける小薄膜構造部３ａａの数に等しいサーモパイル３０ａの数は４以上の偶数であればよく、半数のサーモパイル３０ａを直列接続し、その直列回路を並列接続した接続関係とすれば、同様に感度を高めることができるとともにＳ／Ｎ比を向上できる。
【００３８】
ここで、画素部２では、小薄膜構造部３ａａごとに、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と分割赤外線吸収部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の内周方向に離間して形成されており、当該２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと分割赤外線吸収部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。ここにおいて、熱型赤外線検出部３のうち平面視において薄膜構造部３ａを囲む部位は矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、赤外線吸収部３３および熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位それぞれとの連結部位以外の部分が上述の各スリット１３，１４により分割赤外線吸収部３３ａおよび熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と空間的に分離されている。ここで、小薄膜構造部３ａａの熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位からの延長方向の寸法を９３μｍ、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍ、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。
【００３９】
上述の薄膜構造部３ａは、シリコン基板１ａの上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、当該シリコン酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜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ＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜からなる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。
【００４０】
本実施形態では、シリコン窒化膜３２のうち薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が上述の赤外線吸収部３３を構成し、シリコン基板１ａとシリコン酸化膜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とでベース基板１を構成している。また、本実施形態では、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、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が、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）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。また、赤外線吸収膜７０は、上述の構成に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００４１】
また、各画素部２では、空洞部１１の内周形状が矩形状であり、連結片３ｃは、平面視十字状に形成されており、小薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
【００４２】
サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上に形成され小薄膜構造部３ａａとベース基板１とに跨って形成された細長のｎ形ポリシリコン層（第１の熱電要素）３４と細長のｐ形ポリシリコン層（第２の熱電要素）３５との一端部同士を分割赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第１の接続金属部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）の熱電対を有しており、ベース基板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の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第２の接続金属部３７により接合され電気的に接続されている。ここで、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の上記一端部と第１の接続金属部３６とで分割赤外線吸収部３３ａ側の温接点Ｔ１を構成し、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の上記他端部と第２の接続金属部３７とでベース基板１側の冷接点Ｔ２を構成している。要するに、サーモパイル３０ａの各温接点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、各冷接点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。なお、本実施形態における熱型赤外線センサ１００では、サーモパイル３０ａの各ｎ形ポリシリコン層３４および各ｐ形ポリシリコン層３５それぞれにおいて、上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位およびベース基板１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。
【００４３】
また、熱型赤外線センサ１００は、空洞部１１の形状が、四角錘状であり、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、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。すなわち、図５の上下方向における真ん中の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図５および図８に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してあるのに対し、当該上下方向における上側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図５および図９に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してあり、当該上下方向における下側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図５に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部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Ａでは、図５の上下方向における上側、下側の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の小薄膜構造部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、感度を向上できる。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）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。
【００４４】
また、小薄膜構造部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、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制するととも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（図５、図７および図１３参照）が形成されている。また、隣接する小薄膜構造部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１０参照）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、熱型赤外線センサ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でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図１０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、本実施形態のようにベース基板１がシリコン基板１ａを用いて形成され、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。
【００４５】
また、本実施形態における熱型赤外線センサ１００は、図１０および図１５（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と小薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、十字状の連結片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、熱型赤外線センサ１００では、図１５（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と小薄膜構造部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、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１０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。
【００４６】
また、熱型赤外線センサ１００は、通電されることにより発生するジュール熱により温接点Ｔ１を温める自己診断用のヒータ部（故障診断用の配線）１３９を備えている。ここにおいて、ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３においてシリコン基板１ａ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。ここで、熱型赤外線検出部３は、全ての小薄膜構造部３ａａに跨ってヒータ部１３９が形成されている。
【００４７】
具体的には、熱型赤外線センサ１００は、各画素部２に、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と、一方のブリッジ部３ｂｂと、分割赤外線吸収部３３ａと、他方のブリッジ部３ｂｂと、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位とに跨るように引き回されたヒータ部１３９を設けて、全てのヒータ部１３９を直列接続してある。
【００４８】
しかして、本実施形態における熱型赤外線センサ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ｍ×ｎ個のヒータ部１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れやヒータ部１３９の断線などを検出することができる。また、熱型赤外線センサ１００では、上述の検査時や使用時において、ｍ×ｎ個のヒータ部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、薄膜構造部３ａの反りや薄膜構造部３ａのシリコン基板１ａ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、本実施形態における熱型赤外線センサ１００では、平面視において、ヒータ部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、ヒータ部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できる。上述のヒータ部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。
【００４９】
上述の赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９は、第１の熱電要素である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比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよびヒータ部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、第２の熱電要素である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するようにしてもよい。
【００５０】
ところで、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、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９の屈折率をｎ１、検知対象（検出対象）の赤外線である第１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、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしているので、検知対象の波長（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、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００５１】
また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層２４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよびヒータ部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比を高めることができる。また、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよびヒータ部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。
【００５２】
ここで、感温部３０の第１の接続金属部３６と第２の接続金属部３７とは、シリコン基板１ａの上記一表面側において上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている（図１１および図１２参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の第１の接続金属部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、冷接点Ｔ２側の第２の接続金属部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。
【００５３】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、シリコン基板１ａの上記一表面側における各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、図７および図１４に示すように、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１が形成され、ｐ＋形ウェル領域４１内に、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とが離間して形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１内には、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とを囲むｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２が形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１においてｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域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。また、ｎ＋形ドレイン領域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、ｎ＋形ソース領域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。ここで、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により絶縁分離されている。すなわち、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ｎ＋形ドレイン領域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ｎ＋形ソース領域４４と電気的に接続されている。
【００５４】
ところで、熱型赤外線センサ１００の各画素部２では、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の他端が基準バイアス線５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が垂直読み出し線７と電気的に接続され、ゲート電極４６が当該ゲート電極４６と連続一体に形成されたｎ形ポリシリコン配線からなる水平信号線６と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ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２上に金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるグラウンド用電極４９が形成されており、当該グラウンド用電極４９が、当該ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２をｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４よりも低電位にバイアスして素子分離するための共通グラウンド線８と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極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ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００５５】
以上説明した熱型赤外線センサ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を温める自己診断用のヒータ部１３９を備えているので、ヒータ部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、しかも、ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３において支持基板であるシリコン基板１ａ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、ヒータ部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れる。
【００５６】
ここで、熱型赤外線センサ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、ヒータ部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、感度の向上を図れる。なお、熱型赤外線センサ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、感度の向上を図れる。また、熱型赤外線センサ１００の使用時の自己診断は、ＩＣ素子１０２に設けられた自己診断回路（図示せず）により定期的に行われるが、必ずしも定期的に行う必要はない。
【００５７】
また、熱型赤外線センサ１００は、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を囲む部位から内方へ延長された複数の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部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れ、しかも、全ての小薄膜構造部３ａａに跨ってヒータ部１３９が形成されているので、熱型赤外線検出部３の全てのサーモパイル３０ａを一括して自己診断することが可能となる。また、熱型赤外線センサ１００では、隣接する小薄膜構造部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、各小薄膜構造部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。
【００５８】
また、熱型赤外線センサ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とヒータ部１３９とが同一の厚さに設定されているので、小薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、小薄膜構造部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できる。
【００５９】
また、熱型赤外線センサ１００は、ヒータ部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、ヒータ部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。
【００６０】
また、熱型赤外線センサ１００は、赤外線吸収部３３およびヒータ部１３９を備えた複数の画素部２が、支持基板であるシリコン基板１ａの上記一表面側でアレイ状に設けられているので、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部２それぞれのヒータ部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。
【００６１】
また、熱型赤外線センサ１００は、各画素部２ごとに感温部３０の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４を有しているので、出力用パッドＶout（図１６参照）の数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
【００６２】
以下、熱型赤外線センサ１００の製造方法について図１７〜図２０を参照しながら簡説明する。
【００６３】
まず、シリコン基板１ａの上記一表面側に第１の所定膜厚（例えば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１７（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、シリコン酸化膜３１は、シリコン基板１ａを所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
【００６４】
上述の絶縁層パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、シリコン基板１ａの上記一表面側におけるｐ＋形ウェル領域４１内にｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行うことによって、図１７（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより、第２のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５１を選択的に形成し、その後、ｐ＋形ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用したフォト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５１をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋形ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより、第３のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５２を選択的に形成し、その後、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第３のシリコン酸化膜５２をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成する。なお、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とで、シリコン基板１ａの上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。
【００６５】
上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、ｐ＋形ウェル領域４１におけるｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４それぞれの形成予定領域にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行う。当該ソース・ドレイン形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行う。続いて、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図５参照）、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、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行う。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６、水平信号線６、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、補強層３９ｂおよびヒータ部１３９それぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行う。続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちｐ形ポリシリコン層３５に対応する部分にｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｐ形ポリシリコン層３５を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行う。その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６に対応する部分にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１８（ａ）に示す構造を得る。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。
【００６６】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、シリコン基板１ａの上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、層間絶縁膜５０に上記各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図１１、図１２および図１４参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図１８（ｂ）に示す構造を得る。ここで、層間絶縁膜形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。
【００６７】
上述のコンタクトホール形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面に第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなど（図１６参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、２μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行う。続いて、フォト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パターニングすることで第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなどを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図１９（ａ）に示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
【００６８】
上述の金属膜パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図１９（ｂ）に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜でもよい。
【００６９】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部３０と、熱絶縁層の表面側で感温部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上述の小薄膜構造部３ａａを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図２０（ａ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、上述の各スリット１３，１４を形成している。
【００７０】
上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させるパッド用開口部（図示せず）を形成するパッド用開口部形成工程を行う。続いて、上述の各スリット１３，１４をエッチャント導入孔としてアルカリ系溶液を導入してシリコン基板１ａを異方性エッチングすることによりシリコン基板１ａに空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことによって、図２０（ｂ）に示す構造の画素部２が２次元アレイ状に配列された熱型赤外線センサ１００を得る。ここで、パッド用開口部形成工程におけるエッチングは、ＲＩＥにより行っている。また、空洞部形成工程では、アルカリ系溶液として、Ｓｉが溶解されたＴＭＡＨ水溶液（ＴＭＡＨの１１．５％水溶液）を用い、液温を所定温度（例えば、８５℃）に設定しているが、アルカリ系溶液はＴＭＡＨ水溶液に限らず、ＫＯＨ水溶液やＥＤＰ水溶液などを用いてもよい。本実施形態では、アルカリ系溶液としてＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液を用いるので、シリコン基板１ａの上記一表面側にＡｌ膜（ＡｌにＳｉを添加したＡｌ−Ｓｉ膜を含む）が露出している場合でもＡｌ膜の浸食を防止することができる。また、ＫＯＨ水溶液を用いる場合に比べて、ＳｉＯ２に対するエッチング選択比を大きくできる。
【００７１】
なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサＡに分離する分離工程を行えばよい。また、上述の説明から分かるように、ＭＯＳトランジスタ４の製造方法に関してみれば、周知の一般的なＭＯＳトランジスタの製造方法を採用しており、熱酸化による熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術による熱酸化膜のパターニング、不純物のイオン注入、ドライブイン（不純物の拡散）の基本工程を繰り返すことにより、ｐ＋形ウェル領域４１、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４を形成している。
【００７２】
上述の熱型赤外線センサ１００では、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１００）面の単結晶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を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、シリコン基板１ａ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、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１１０）面の単結晶シリコン基板を用いてもよい。
【００７３】
ところで、上述の熱型赤外線センサ１００は、各画素部２にＭＯＳトランジスタ４を設けてあるが、ＭＯＳトランジスタ４は必ずしも設ける必要はない。また、熱型赤外線センサ１００は、必ずしも画素部２をアレイ状に備えた赤外線アレイセンサである必要はなく、少なくとも１つのサーモパイル３０ａを備えたものであればよい。
【００７４】
また、上述の温度補償素子１０１は、熱型赤外線センサ１００と同じ構造であればよいから、熱型赤外線センサ１００と同じものを用いることができる。言い換えれば、熱型赤外線センサ１００を温度補償素子１０１として流用することができる。したがって、低コスト化を図れるとともに、熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１との熱特性（熱抵抗、熱コンダクタンス、熱容量など）を揃えることができる。
【００７５】
ＩＣ素子１０２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。また、ＩＣ素子１０２としてベアチップを用いている。しかして、本実施形態では、ＩＣ素子１０２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べて、パッケージ１０３の小型化を図れる。
【００７６】
ＩＣ素子１０２の回路構成は、熱型赤外線センサ１００の種類などに応じて適宜設計すればよく、例えば、熱型赤外線センサ１００が上述の赤外線アレイセンサの場合には、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１を制御する制御回路、熱型赤外線センサ１００の出力信号と温度補償素子１０１の出力信号との差分を増幅する差動増幅回路、熱型赤外線センサ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第１の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記差動増幅回路に入力する第１のマルチプレクサ、温度補償素子１０１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第２の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記差動増幅回路に入力する第２のマルチプレクサ、上述の自己診断回路などを備えた回路構成とすれば、赤外線画像を得ることができる。また、熱型赤外線センサ１００が上述の赤外線アレイセンサの場合には、上述の自己診断回路を備えていることが好ましく、熱型赤外線センサ１００だけでなく、温度補償素子１０１についても、自己診断回路により自己診断させるようにしてもよい。
【００７７】
上述の赤外線センサモジュールは、パッケージ本体４とパッケージ蓋５とキャップ材６とで構成されるパッケージ３の内部の空間（気密空間）を、ドライ窒素雰囲気としてあるが、これに限らず、例えば、真空雰囲気としてもよい。
【００７８】
パッケージ本体１０４は、絶縁材料からなる基体１０４ａに金属材料からなる配線パターン（図示せず）および電磁シールド層（図示せず）が形成されており、電磁シールド層により電磁シールド機能を有している。一方、パッケージ蓋１０５は、レンズ１５３が導電性を有するとともに、レンズ１５３がメタルキャップ１５２に導電性材料により接合されており、導電性を有している。そして、パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の電磁シールド層と電気的に接続されている。しかして、本実施形態では、パッケージ本体１０４の電磁シールド層とパッケージ蓋１０５とを同電位とすることができる。その結果、パッケージ１０３は、熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１とＩＣ素子１０２と上記配線パターンと後述のボンディングワイヤ（図示せず）と含んで構成されるセンサ回路（図示せず）への外来の電磁ノイズを防止する電磁シールド機能を有している。
【００７９】
パッケージ本体１０４は、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２が一表面側に実装される平板状のセラミック基板により構成してある。要するに、パッケージ本体１０４は、基体１０４ａが絶縁材料であるセラミックスにより形成されており、配線パターンのうち基体１０４ａの一表面側に形成された部位に、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２それぞれのパッド（図示せず）が、ボンディングワイヤを介して適宜接続されている。なお、赤外線センサモジュールにおいて、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１とＩＣ素子１０２とは、ボンディングワイヤなどを介して電気的に接続されている。各ボンディングワイヤとしては、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。
【００８０】
本実施形態では、パッケージ本体１０４の絶縁材料としてセラミックスを採用しているので、上記絶縁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１０４の耐湿性および耐熱性を向上させることができる。ここで、絶縁材料のセラミックスとして、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、上記絶縁材料の熱伝導率が小さく、ＩＣ素子１０２やパッケージ１０３の外部からの熱に起因した熱型赤外線センサ１００の温度上昇を抑制できる。
【００８１】
また、パッケージ本体１０４は、上述の配線パターンの一部により構成される外部接続電極（図示せず）が、基体１０４ａの他表面と側面とに跨って形成されている。しかして、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、回路基板などへの２次実装後において、回路基板などとの接合部の外観検査を容易に行うことができる。
【００８２】
また、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１は、パッケージ本体１０４に対して、第１のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる複数の接合部１１５を介して実装されている。また、ＩＣ素子１０２は、パッケージ本体１０４に対して、第２のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる接合部１２５を介して実装されている。各ダイボンド剤としては、低融点ガラスやエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの絶縁性接着剤、半田（鉛フリー半田、Ａｕ−Ｓｎ半田など）や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いればよい。また、各ダイボンド剤を用いずに、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。
【００８３】
上述の熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１は、複数の接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に実装してあるので、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれの裏面の全体が接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に接合される場合に比べて、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれとパッケージ本体１０４との間の空間１１６，１１７が断熱部として機能することと、接合部１１５の断面積の低減とにより、パッケージ本体１０４から熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１へ熱が伝達しにくくなる。
【００８４】
この接合部１１５の数は、特に限定するものではないが、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）の場合には、例えば、３つが好ましく、この場合には、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれの外周形状に基づいて規定した仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所に設けることにより、パッケージ本体１０４への実装時などの温度変化に起因したパッケージ本体１０４の変形が熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の傾きとして伝わるから、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１が変形するのを抑制することができ、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１に生じる応力を低減することが可能となる。なお、本実施形態では、熱型赤外線センサ１００の外周形状が例えば正方形状の場合、熱型赤外線センサ１００の外周の１辺の両端の２箇所と、当該１辺に平行な辺の１箇所（ここでは、中央部）との３箇所に頂点を有する仮想三角形を規定しているが、仮想三角形の頂点の位置は、熱型赤外線センサ１００の外周形状、熱型赤外線センサ１００のパッドへのワイヤボンディング時の接合信頼性（言い換えれば、熱型赤外線センサ１００のパッドの位置）を考慮して規定することが好ましい。接合部１１５には、熱型赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との距離を規定するスペーサを混入させてもよく、このようなスペーサを混入させておけば、赤外線センサモジュールの製品間での熱型赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との間の熱絶縁性能のばらつきを低減可能となる。温度補償素子１０１とパッケージ本体１０４とを接合する接合部１１５の数や配置については、熱型赤外線センサ１００と同じである。ただし、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の両方とも、裏面全体を、接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に接合してもよい。
【００８５】
また、ＩＣ素子１０２は、外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）であり、裏面全体が接合部１２５を介してパッケージ本体１０４に接合されている。
【００８６】
パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４側の一面が開放された箱状に形成され熱型赤外線センサ１００に対応する部位に開口窓１５２ａが形成されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２の開口窓１５２ａを閉塞する形でメタルキャップ１５２に接合されたレンズ１５３とで構成されており、メタルキャップ１５２の上記一面がパッケージ本体１０４により閉塞される形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されている。ここで、パッケージ本体１０４の上記一表面の周部には、パッケージ本体１０４の外周形状に沿った枠状の金属パターン１４７（図１（ａ）参照）が全周に亘って形成されており、パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７とは、シーム溶接（抵抗溶接法）により金属接合されており、気密性および電磁シールド効果を高めることができる。なお、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、コバールにより形成されており、Ｎｉめっきが施されている。また、パッケージ本体１０４の金属パターン１４７は、コバールにより形成され、Ｎｉのめっきが施され、さらにＡｕのめっきが施されている。
【００８７】
パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７との接合方法は、シーム溶接に限らず、他の溶接（例えば、スポット溶接）や、導電性樹脂により接合してもよい。ここで、導電性樹脂として異方導電性接着剤を用いれば、樹脂（バインダー）中に分散された導電粒子の含有量が少なく、接合時に加熱・加圧を行うことでパッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４との接合部の厚みを薄くできるので、外部からパッケージ１０３内へ水分やガス（例えば、水蒸気、酸素など）が侵入するのを抑制できる。また、導電性樹脂として、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させたものを用いてもよい。
【００８８】
なお、パッケージ本体１０４およびパッケージ蓋１０５の外周形状は矩形状としてあるが、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、パッケージ本体１０４側の端縁から全周に亘って外方に延設された鍔部１５２ｂを備えており、鍔部１５２ｂが全周に亘ってパッケージ本体１０４と接合されている。
【００８９】
レンズ１５３は、平凸型の非球面レンズであり、熱型赤外線センサ１００の受光効率（上述の第１の赤外線の受光効率）の向上による高感度化を図れるとともに、熱型赤外線センサ１００の検知エリアをレンズ１５３により設定することが可能となる。レンズ１５３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１５３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ので、説明を省略する。
【００９０】
本実施形態では、熱型赤外線センサ１００の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズ１５３により設定することができ、また、レンズ１５３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１０３の薄型化を図れる。本実施形態の赤外線センサモジュールは、熱型赤外線センサ１００の検知対象の赤外線である第１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１５３の材料として、ＺｎＳやＧａＡｓなどに比べて環境負荷が少なく且つ、Ｇｅに比べて低コスト化が可能であり、しかも、ＺｎＳに比べて波長分散が小さなＳｉを採用している。
【００９１】
また、レンズ１５３は、メタルキャップ１５２における開口部１５２ａの周部に導電性接着剤（例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど）からなる接合部１５８により固着されている。上述のように、接合部１５８の材料として導電性接着剤を採用することにより、レンズ１５３が、接合部１５８およびメタルキャップ１５２を介してパッケージ本体１０４の電磁シールド層に電気的に接続されるので、電磁ノイズに対するシールド性を高めることができ、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を防止することができる。
【００９２】
上述のレンズ１５３には、熱型赤外線センサ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でき、高感度化を図れる。
【００９３】
ここにおいて、本実施形態では、上述のようにＩＣ素子１０２としてベアチップを採用しているので、パッケージ蓋１０５が可視光をカットする機能を有するように、メタルキャップ１５２およびレンズ１５３およびフィルタ部の材料を適宜選択することにより、可視光に起因したＩＣ素子１０２の起電力による誤動作を防止することができる。ただし、ベアチップからなるＩＣ素子１０２における少なくともパッケージ蓋１０５側の表面に外部からの光を遮光する樹脂部（図示せず)を設けるようにすれば、ＩＣ素子１０２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べてパッケージ１０３の小型化を図りつつ、可視光に起因したＩＣ素子１０２の起電力による誤動作を防止することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４への熱型赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２の実装が容易になるとともに、パッケージ本体１０４の低コスト化が可能となる。また、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４を、一面が開放された箱状の形状として、多層セラミック基板により構成し、パッケージ本体１０４の内底面に熱型赤外線センサ１００を実装する場合に比べて、パッケージ本体１０４の上記一表面側に配置される熱型赤外線センサ１００とレンズ１５３との間の距離の精度を高めることができ、より一層の高感度化を図れる。なお、以下では、パッケージ本体１０４において、熱型赤外線センサ１００を実装する領域を第１の領域１４０、温度補償素子１０１を実装する領域を第２の領域１４１、ＩＣ素子１０２を実装する領域を第３の領域１４２と称する。
【００９５】
赤外線遮断構造部１０６は、パッケージ本体１０４とは別体であり、パッケージ本体１０４に接合されている。
【００９６】
上述の赤外線遮断構造部１０６は、図１（ａ）および図３に示すように、温度補償素子１０１の前方（パッケージ本体１０４における第２の領域１４１とは反対側）に位置する前壁部１６１と、温度補償素子１０１の側方に位置する側壁部１６２と、側壁部１６２の後端部から側方に延設されパッケージ本体１０４に接合される取付部１６３とを備えている。ここで、赤外線遮断構造部１０６は、平面視矩形状の前壁部１６１の外周の１辺のみから側壁部１６２が延設されており、取付部１６３が、パッケージ本体１０４における第１の領域１４０と第１の領域１４１との間の領域で、パッケージ本体１０４に接合されている。ここで、赤外線遮断構造部１０６は、例えば、接着剤（例えば、エポキシ樹脂など）により、パッケージ本体１０４に接合すればよい。なお、本実施形態では、前壁部１６１と温度補償素子１０１との間に、第１の空間Ｋ１が形成されるように、側壁部１６２の高さ寸法を設定してある。
【００９７】
ここにおいて、赤外線遮断構造部１０６の前壁部１６１の全周から側壁部１６２が延設され側壁部１６２の後端部の全周に亘って取付部１６３が延設されている場合には、赤外線遮断構造部１０６とパッケージ本体１０４との間の第１の空間Ｋ１が気密空間となるが、本実施形態では、前壁部１６１の４辺のうちの１辺のみから側壁部１６２が延設されているので、第１の空間Ｋ１と第２の空間Ｋ２とを連通させることができる。要するに、赤外線遮断構造部１０６は、温度補償素子１０１を全周に亘って囲まないように側壁部１６２を形成することで、第１の空間Ｋ１と第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５を設けてある。
【００９８】
本実施形態では、赤外線遮断構造部１０６が、パッケージ本体１０４とは別体であり、赤外線遮断構造部１０６の材料として、ステンレス鋼を採用しているが、これに限らず、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、黒色のプラスチックなどを採用してもよい。しかして、赤外線遮断構造部１０６をパッケージ本体１０４とは別体としてあることにより、赤外線遮断構造１０６をパッケージ本体１０４に一体成形する場合に比べて、赤外線遮断構造部１０６の材料および形状の自由度が高くなるとともに、パッケージ本体１０４への温度補償素子１０１の実装が容易になる。
【００９９】
赤外線遮断構造部１０６は、温度補償素子１０１との対向面側に、各赤外線を吸収することで各赤外線の散乱を防止する散乱防止膜１０７が形成されている。なお、本実施形態における赤外線遮断構造部１０６は、前壁部１６１および側壁部１６２それぞれにおいて温度補償素子１０１に対向する面の略全面に亘って散乱防止膜１０７を形成してある。
【０１００】
上述の散乱防止膜１０７は、赤外線吸収膜により構成すればよい。ここで、本実施形態では、第１の赤外線の波長として、人体から放射される８μｍ〜１３μｍの波長帯の赤外線を想定しており、散乱防止膜１０７の材料としてＳｉＯ２を採用しているが、散乱防止膜１０７の材料は、ＳｉＯ２に限らず、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、セラミック（例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＣなど）などの非金属（絶縁性材料）や、ＮｉＣｒ、グラファイト、グラファイトライクカーボンなどの反射率の低い金属（導電性材料）や、金属酸化物（例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属酸化物）などを採用してもよく、散乱防止膜１０７として上述の絶縁性材料や金属を採用した場合には、散乱防止膜１０７の耐熱性が高くて信頼性が高い。なお、散乱防止膜１０７の材料として金属酸化物を採用する場合には、例えば、金属酸化物膜をスパッタ法やＣＶＤ法などにより成膜するようにしてもよいし、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌなどの金属材料からなる金属膜を成膜した後で当該金属膜の少なくとも一部（例えば、当該金属膜の表面側の部分）を酸化することにより金属酸化物膜を形成するようにしてもよい。
【０１０１】
ここで、上述の図２８の赤外線センサモジュールにおいて、熱型赤外線センサ１００’、ＩＣ素子１０２’の代わりに、本実施形態における熱型赤外線センサ１００、ＩＣ素子１０２を配置し、ＩＣ素子１０２と熱型赤外線センサ１００との距離を０．５ｍｍ、熱型赤外線センサ１００のチップサイズを３ｍｍ□、厚みを５２５μｍと、パッケージ本体４の絶縁材料をアルミナ（熱伝導率：２９Ｗ／ｍ・Ｋ）、メタルキャップ１５２の材料をコバール（熱伝導率：１６．７Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＩＣ素子１０２および熱型赤外線センサ１００それぞれの裏面全体をパッケージ本体１０４にダイボンドするダイボンド剤をエポキシ樹脂として、Ｓｉの熱伝導率を１６８Ｗ／ｍ・Ｋとし、物体Ｏｂを黒体として、ＩＣ素子１０２の表面の温度を種々変化させた場合について、温度測定対象の物体Ｏｂの温度と熱型赤外線センサ１００の出力電圧との関係を、有限要素法により、シミュレーションした結果を図２１に示す。なお、図２１において、ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４は、それぞれ、ＩＣ素子１０２の表面の温度を、−２０℃、２０℃、６０℃、１００℃とした場合のシミュレーション結果を示したものであり、各２次方程式は、物体の温度をｘ、出力電圧をｙとしたときに得られたものであり、上から順に、ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４の曲線に対応している。
【０１０２】
図２１から、ＩＣ素子１０２の温度が変化することにより、熱型赤外線センサ１００の出力電圧が変化することが分かる。
【０１０３】
ここにおいて、図２２に示すように、検知対象（温度測定対象）の物体Ｏｂから放射される赤外線をＩＲとして、熱型赤外線センサ１００のある第１の空間Ｋ１の雰囲気および温度補償素子１０１のある第２の空間Ｋ２の雰囲気を両方ともＮ２ガス雰囲気とし、物体Ｏｂの温度変化をΔＴ1〔℃〕、パッケージ３内の雰囲気の温度変化をΔＴ2〔℃〕、熱型赤外線センサ１００における第１の支持基板１ａおよび温度補償素子１０１における第２の支持基板１ａの温度変化をΔＴ3〔℃〕とし、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれについて、赤外線ＩＲに対する感度〔Ｖ／℃〕をｓ11，ｓ12、第２の空間Ｋ２および第１の空間Ｋ１それぞれの雰囲気の温度変化に対する感度〔Ｖ／℃〕をｓ12，ｓ22、支持基板１ａ，１ａの温度変化に対する感度〔Ｖ／℃〕をｓ13，ｓ23とし、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれの出力信号である出力電圧〔Ｖ〕をｓ1，ｓ2とすれば、出力電圧ｓ1，ｓ2は、
ｓ1＝ｓ11・ΔＴ1＋ｓ12・ΔＴ2＋ｓ13・ΔＴ3
ｓ2＝ｓ21・ΔＴ1＋ｓ22・ΔＴ2＋ｓ23・ΔＴ3
で表すことができる。したがって、熱型赤外線センサ１００の出力信号と温度補償素子１０１の出力信号との差分電圧〔Ｖ〕をｓ0とすれば、
ｓ0＝ｓ1−ｓ2
＝（ｓ11・ΔＴ1＋ｓ12・ΔＴ2＋ｓ13・ΔＴ3）−（ｓ21・ΔＴ1＋ｓ22・ΔＴ2＋ｓ23・ΔＴ3）
となる。
【０１０４】
また、物体Ｏｂと温度補償素子１０１との間に赤外線遮断構造部１０６を設けることにより、温度補償素子１０１の赤外線ＩＲに対する感度ｓ21がゼロになると仮定すれば、
＝（ｓ11・ΔＴ1＋ｓ12・ΔＴ2＋ｓ13・ΔＴ3）−（ｓ22・ΔＴ2＋ｓ23・ΔＴ3）
となる。要するに、赤外線遮断構造部１０６を設けることにより、温度補償素子１０１は、雰囲気の温度変化および第２の支持基板１ａの温度変化のみに感度があり、赤外線ＩＲに対して感度がないとみなすことができる。
【０１０５】
ここで、熱型赤外線センサ１００と温度補償素子１０１とが同一構造であるから、ｓ12＝ｓ22、ｓ13＝ｓ23であるとすれば、
ｓ0＝ｓ11・ΔＴ1
となる。要するに、周囲温度変化による熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の出力電圧のオフセットを相殺することができるとともに、支持基板１ａ，１ａの温度変化による熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１の出力電圧のオフセットを相殺することができ、熱型赤外線センサ１００の赤外線ＩＲに対する感度ｓ11とΔＴ1との積が出力電圧ｓ0となる。
【０１０６】
本実施形態の赤外線センサモジュールでは、ＩＣ素子１０２において、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれの画素部２のマトリクスに関して同じ位置の画素部２の出力を同時に読み込むようにしてあり、温度補償素子１０１の各熱型赤外線検出部３それぞれが、温度補償用のリファレンスの熱型赤外線検出部３を構成している。
【０１０７】
以上説明した本実施形態の赤外線センサモジュールでは、熱型赤外線センサ１００の第１の熱型赤外線検出部３と温度補償素子１０１の第２の熱型赤外線検出部３とが同一構造であるとともに、熱型赤外線センサの第１の支持基板１ａと温度補償素子１０１の第２の支持基板１ａとが同一構造であり、パッケージ３内に、パッケージ３の外部からパッケージ３の内部へ入射した第１の赤外線、ＩＣ素子１０２の発熱に起因してＩＣ素子１０２から放射された第２の赤外線、およびパッケージ蓋１０５から放射された第３の赤外線が温度補償素子１０１へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部１０６を有し、赤外線遮断構造部１０６に、赤外線遮断構造部１０６の内側の第１の空間Ｋ１と赤外線遮蔽構造部１０６の外側の第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５が設けられているので、周囲環境の温度変化やＩＣ素子１０２の発熱による検出精度の低下を抑制でき、例えば、物体Ｏｂの温度を測定するような場合に、温度の測定精度の向上を図れる。また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、温度補償素子１０１・ＩＣ素子１０２間の距離が熱型赤外線センサ１００・ＩＣ素子１０２間の距離と等しく、温度補償素子１０１・パッケージ蓋１０５間の距離が熱型赤外線センサ１００・パッケージ蓋１０５間の距離と等しくなるように、温度補償素子１０１、熱型赤外線センサ１００、温度補償素子１０２のレイアウトを設計すれば、検出精度のより一層の向上を図ることが可能となる。
【０１０８】
また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、赤外線遮断構造部１０６における温度補償素子１０１との対向面側に、各赤外線の散乱を防止する散乱防止膜１０７が形成されているので、各赤外線が温度補償素子１０１に更に到達しにくくなり、検出精度の向上を図れる。なお、図１（ａ）中の一点鎖線は、レンズ１５３から出射した赤外線の散乱による進行経路の一例を示している。
【０１０９】
ところで、赤外線遮断構造部１０６の形状は、図１（ａ）および図３に示した形状に限らず、例えば、図２３〜図２５に示すような形状でもよい。
【０１１０】
図２３に示した形状の赤外線遮断構造部１０６は、前壁部１６１の互いに平行な２辺から側壁部１６２が延設されており、２つの側壁部１６２それぞれの後端部から取付部１６３が延設されているので、図３の構造に比べて、パッケージ本体１０４に対する赤外線遮断構造部１０６の占有面積は大きくなるものの、パッケージ本体１０４に対して、より安定して接合することができ、前壁部１６１が温度補償素子１０１の表面に対して傾くのを防止することが可能となる。また、図２３の構造では、図３の構造に比べて、温度補償素子１０１へ到達する赤外線の量を、より低減できる。
【０１１１】
また、図２４に示した形状の赤外線遮断構造部１０６は、前壁部１６１の４辺それぞれから側壁部１６２が延設されており、ＩＣ素子１０２に最も近い側壁部１６２のみ取付部１６３を延設し、他の側壁部１６２の前壁部１６１からの延長距離を短くすることで連通部１６５を設けてある点が相違する。また、図２４の構造では、延長距離の短い側壁部１６２についても、後端縁を含む平面が温度補償素子１０１の表面を含む平面よりもパッケージ本体１０４に近くなるように側壁部１６２の延長距離を設定してある。しかして、図３や図２３の構造に比べて、温度補償素子１０１の表面に到達する赤外線の量を低減できる。
【０１１２】
また、図２５に示した形状の赤外線遮断構造部１０６は、図２４の構造において、互いに対向する２つの側壁部１６２それぞれの後端部から取付部１６３が延設されているので、図２４の構造に比べて、パッケージ本体１０４に対する赤外線遮断構造部１０６の占有面積は大きくなるものの、パッケージ本体１０４に対して、より安定して接合することができ、前壁部１６１が温度補償素子１０１の表面に対して傾くのを防止することが可能となる。
【０１１３】
（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサモジュールの基本構成は実施形態１と略同じであり、図２６に示すように、パッケージ本体１０４において、熱型赤外線センサ１００を実装する第１の領域１４０および温度補償素子１０１を実装する第２の領域１４１に比べて、ＩＣ素子１０２を実装する第３の領域１４２の厚みを薄くしてある点などが相違する。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適宜省略する。
【０１１４】
ところで、パッケージ本体１０４の第３の領域１４２は、基体１０４ａの上記一表面に凹部１０４ｂを設けることにより、第１の領域１４０および第２の領域１４１よりも厚みを薄くしてある。また、パッケージ本体１０４は、基体１０４ａに金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる電磁シールド層１４４が埋設されているが、第３の領域１４２では、電磁シールド層１４４が露出している。
【０１１５】
また、パッケージ本体１０４の第３の領域１４２では、金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数のビア（サーマルビア）１４５が基体１０４ａの厚み方向に貫設されており、各ビア１４５が電磁シールド層１４４と接して熱結合されている。
【０１１６】
ここで、ＩＣ素子１０２は、第３の領域１４２において電磁シールド層１４４に接合部１２５を介して実装されている。しかして、ＩＣ素子１０２で発生した熱を電磁シールド層１４４におけるＩＣ素子１０２の直下の部位およびビア１４５を通してパッケージ１０３の外側へ効率良く放熱させることが可能となる。本実施形態では、電磁シールド層１４４のうち第３の領域１４２に形成された部位が、ＩＣ素子１０２が実装され熱結合される金属部を構成し、各ビア１４５が、第１の領域１４０および第２の領域１４１を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部を構成している。要するに、金属部は、第１の領域１４０および第２の領域１４１を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部と熱結合されている。
【０１１７】
パッケージ本体１０４は、上述の配線パターンのうち熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２それぞれのグランド用のパッド（図示せず）が接続される部位を、電磁シールド層１４４に電気的に接続しておくことにより、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１およびＩＣ素子１０２などにより構成されるセンサ回路への外来の電磁ノイズの影響を低減でき、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を抑制することができる。なお、赤外線センサモジュールを回路基板などに２次実装する場合には、ビア１４５を回路基板などのグランドパターンと電気的に接続することで、上述のセンサ回路への外来の電磁ノイズの影響を低減でき、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を抑制することができる。
【０１１８】
以上説明した本実施形態の赤外線センサモジュールでは、実施形態１と同様に、熱型赤外線センサ１００の第１の熱型赤外線検出部３と温度補償素子１０１の第２の熱型赤外線検出部３とが同一構造であるとともに、熱型赤外線センサの第１の支持基板１ａと温度補償素子１０１の第２の支持基板１ａとが同一構造であり、パッケージ３内に、パッケージ３の外部からパッケージ３の内部へ入射した第１の赤外線、ＩＣ素子１０２の発熱に起因してＩＣ素子１０２から放射された第２の赤外線、およびパッケージ蓋１０５から放射された第３の赤外線が温度補償素子１０１へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部１０６を有し、赤外線遮断構造部１０６に、赤外線遮断構造部１０６の内側の第１の空間Ｋ１と赤外線遮蔽構造部１０６の外側の第２の空間Ｋ２とを連通させる連通部１６５が設けられているので、周囲環境の温度変化やＩＣ素子１０２の発熱による検出精度の低下を抑制でき、例えば、物体Ｏｂの温度を測定するような場合に、温度の測定精度の向上を図れる。
【０１１９】
また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４において、熱型赤外線センサ１００を実装する第１の領域１４０および温度補償素子１０１を実装する第２の領域１４１に比べて、ＩＣ素子１０２を実装する第３の領域１４２の厚みよりも薄くしてある。しかして、ＩＣ素子１０２で発生した熱がパッケージ本体１０４を通る経路で熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１に伝熱されにくくなり、ＩＣ素子１０２の発熱が熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１に与える影響を低減でき、ＩＣ素子１０２の発熱に起因した感度の低下を抑制することが可能となる。
【０１２０】
また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４の第３の領域１４２に、ＩＣ素子１０２が実装され熱結合される金属部（電磁シールド層４４の一部により構成される）を備え、金属部が、第１の領域１４０および第２の領域１４１を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部であるビア１４５と熱結合されているので、ＩＣ素子１０２で発生した熱が金属部および放熱部を通して効率的に放熱されることとなり、第１の領域１４０および第２の領域１４１側への伝熱が抑制されるから、ＩＣ素子１０２の発熱が熱型赤外線センサ１００に与える影響を更に低減できる。
【０１２１】
また、本実施形態の赤外線センサモジュールでは、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１それぞれが、複数の接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に実装されているので、熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１とパッケージ本体１０４との間の空間１１６，１１７が断熱部として機能することと、接合部１５の断面積の低減とにより、パッケージ本体１０４から熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１へ熱が伝達しにくくなり、パッケージ１０３の外部からの熱やＩＣ素子１０２からの熱が、パッケージ本体１０４を通して熱型赤外線センサ１００および温度補償素子１０１へ伝達されにくくなる。
【０１２２】
上述のパッケージ本体１０４は、電磁シールド板を内蔵したプリント配線板により構成してもよく、第３の領域１４２で電磁シールド板の一面を露出させ当該電磁シールド板にＩＣ素子１０２を実装するようにしてもよい。この場合には、当該プリント配線板により構成されるパッケージ本体１０４の周部とパッケージ蓋１０５とを、例えば、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させた導電性樹脂や、導電性を有するＢステージのエポキシ樹脂などからなる接合部により気密的に接合すればよい。
【０１２３】
（実施形態３）
本実施形態の赤外線センサモジュールの基本構成は実施形態１と略同じであり、図２７に示すように、温度補償素子１０１が、当該温度補償素子１０１の第２の熱型赤外線検出部３を第２の支持基板１ａよりもパッケージ本体１０４における実装面（第２の領域１４１の表面）に近くなるようにパッケージ本体１０４に実装されている点などが相違する。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。
【０１２４】
温度補償素子１０１は、複数のバンプ１１８を介して実装してあり、温度補償素子１０１とパッケージ本体１０４との間の空間１１７が第１の空間Ｋ１と連通し、第１の空間Ｋ１が赤外線遮断構造部１０６の連通部１６５により第２の空間Ｋ２と連通している。
【０１２５】
また、温度補償素子１０１におけるシリコン基板（第２の支持基板）１ａの上記一表面とは反対の他表面側に、赤外線反射膜１０７を設けてある。なお、赤外線反射膜１０７の材料としては、Ａｌを採用しているが、Ａｌに限らず、薄膜形成時に光沢があり凹凸を小さくできる材料であればよい。特に、赤外線の反射率が０．８よりも高いＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｔ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｔａ、黄銅、Ｎｂ、Ｃｏなどの金属材料や、これらの金属材料を主成分とする材料を採用することが好ましい。また、赤外線反射膜１０７としては、誘電体膜や、誘電体多層膜を採用してもよい。
【０１２６】
本実施形態の赤外線センサモジュールでは、実施形態１，２に比べて、温度補償素子１０１の表面に到達する赤外線の量を低減でき、検出精度のより一層の向上を図ることが可能となる。
【０１２７】
なお、本実施形態の赤外線センサモジュールにおけるパッケージ本体１０４を実施形態２と同様の構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１ａ シリコン基板（支持基板）
３ 熱型赤外線検出部
１１ 空洞部
３０ａ サーモパイル
１００ 熱型赤外線センサ
１０１ 温度補償素子
１０２ ＩＣ素子
１０３ パッケージ
１０４ パッケージ本体
１０５ パッケージ蓋
１０６ 赤外線遮断構造部
１０７ 散乱防止膜
１０８ 赤外線反射膜
１６５ 連通部
Ｋ１ 第１の空間
Ｋ２ 第２の空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のサーモパイルを有する第１の熱型赤外線検出部が第１の支持基板の一表面側に形成された熱型赤外線センサと、前記熱型赤外線センサの出力信号を温度補償するためのものであり第２のサーモパイルを有する第２の熱型赤外線検出部が第２の支持基板の一表面側に形成された温度補償素子と、前記熱型赤外線センサの出力信号と前記温度補償素子の出力信号との差分を信号処理するＩＣ素子と、前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子が収納されたパッケージとを備え、前記第１の熱型赤外線検出部と前記第２の熱型赤外線検出部とが同一構造であるとともに、前記第１の支持基板と前記第２の支持基板とが同一構造であり、前記パッケージが、前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子が実装されたパッケージ本体と、前記熱型赤外線センサでの検知対象の赤外線である第１の赤外線を透過する機能を有し前記パッケージ本体との間に前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子を囲む形で前記パッケージ本体に気密的に接合されたパッケージ蓋とで構成され、前記パッケージ内に、前記パッケージの外部から前記パッケージの内部へ入射した前記第１の赤外線、前記ＩＣ素子の発熱に起因して前記ＩＣ素子から放射された第２の赤外線、および前記パッケージ蓋から放射された第３の赤外線が前記温度補償素子へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部を有し、前記赤外線遮断構造部は、前記赤外線遮断構造部の内側の第１の空間と前記赤外線遮蔽構造部の外側の第２の空間とを連通させる連通部が設けられてなることを特徴とする赤外線センサモジュール。
【請求項２】
前記赤外線遮断構造部は、前記パッケージ本体とは別体であり、前記パッケージ本体に接合されてなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサモジュール。
【請求項３】
前記赤外線遮断構造部は、前記温度補償素子との対向面側に、前記各赤外線の散乱を防止する散乱防止膜が形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外線センサモジュール。
【請求項４】
前記温度補償素子は、前記第２の熱型赤外線検出部を前記第２の支持基板よりも前記パッケージ本体における実装面に近くなるように前記パッケージ本体に実装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項に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項５】
前記温度補償素子における前記第２の支持基板の前記一表面とは反対の他表面側に、赤外線反射膜を設けてなることを特徴とする請求項４記載の赤外線センサモジュール。
【請求項１】
第１のサーモパイルを有する第１の熱型赤外線検出部が第１の支持基板の一表面側に形成された熱型赤外線センサと、前記熱型赤外線センサの出力信号を温度補償するためのものであり第２のサーモパイルを有する第２の熱型赤外線検出部が第２の支持基板の一表面側に形成された温度補償素子と、前記熱型赤外線センサの出力信号と前記温度補償素子の出力信号との差分を信号処理するＩＣ素子と、前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子が収納されたパッケージとを備え、前記第１の熱型赤外線検出部と前記第２の熱型赤外線検出部とが同一構造であるとともに、前記第１の支持基板と前記第２の支持基板とが同一構造であり、前記パッケージが、前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子が実装されたパッケージ本体と、前記熱型赤外線センサでの検知対象の赤外線である第１の赤外線を透過する機能を有し前記パッケージ本体との間に前記熱型赤外線センサおよび前記温度補償素子および前記ＩＣ素子を囲む形で前記パッケージ本体に気密的に接合されたパッケージ蓋とで構成され、前記パッケージ内に、前記パッケージの外部から前記パッケージの内部へ入射した前記第１の赤外線、前記ＩＣ素子の発熱に起因して前記ＩＣ素子から放射された第２の赤外線、および前記パッケージ蓋から放射された第３の赤外線が前記温度補償素子へ到達するのを阻止する赤外線遮断構造部を有し、前記赤外線遮断構造部は、前記赤外線遮断構造部の内側の第１の空間と前記赤外線遮蔽構造部の外側の第２の空間とを連通させる連通部が設けられてなることを特徴とする赤外線センサモジュール。
【請求項２】
前記赤外線遮断構造部は、前記パッケージ本体とは別体であり、前記パッケージ本体に接合されてなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサモジュール。
【請求項３】
前記赤外線遮断構造部は、前記温度補償素子との対向面側に、前記各赤外線の散乱を防止する散乱防止膜が形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外線センサモジュール。
【請求項４】
前記温度補償素子は、前記第２の熱型赤外線検出部を前記第２の支持基板よりも前記パッケージ本体における実装面に近くなるように前記パッケージ本体に実装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項に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項５】
前記温度補償素子における前記第２の支持基板の前記一表面とは反対の他表面側に、赤外線反射膜を設けてなることを特徴とする請求項４記載の赤外線センサモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１１−２０３２２６（Ｐ２０１１−２０３２２６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７３６１９（Ｐ２０１０−７３６１９）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]