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再表2018-151200赤外線センサチップと、これを用いた赤外線センサ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2018年8月23日
【発行日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】赤外線センサチップと、これを用いた赤外線センサ
(51)【国際特許分類】
   G01J 1/02 20060101AFI20191129BHJP
   H01L 35/32 20060101ALI20191129BHJP
   H01L 35/14 20060101ALN20191129BHJP
   H01L 35/34 20060101ALN20191129BHJP
【FI】
   G01J1/02 C
   G01J1/02 Q
   H01L35/32 A
   H01L35/14
   H01L35/34
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】35
【出願番号】特願2018-568596(P2018-568596)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2018年2月15日
(31)【優先権主張番号】特願2017-26102(P2017-26102)
(32)【優先日】2017年2月15日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2017-39984(P2017-39984)
(32)【優先日】2017年3月3日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックIPマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002527
【氏名又は名称】特許業務法人北斗特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】垣本 勝己
(72)【発明者】
【氏名】奥戸 崇史
(72)【発明者】
【氏名】萩原 洋右
(72)【発明者】
【氏名】松浦 昭
【テーマコード(参考)】
2G065
【Fターム(参考)】
2G065AA04
2G065AB02
2G065BA11
2G065BA34
2G065BE07
2G065BE08
2G065CA21
2G065CA30
(57)【要約】
本開示は、高精度に自己診断可能な赤外線センサを提供することを目的とする。この目的を達成するために本開示は、空洞部(12)を有した支持基板(13)と、空洞部(12)の直上に延在し、少なくとも一端(15)が支持基板(13)に支持されたブリッジ部(14)と、ブリッジ部(14)に形成され、ブリッジ部(14)に設けられた温接点(17)と支持基板(13)の直上に設けられた冷接点(18)とを結ぶサーモパイル配線(9)とを備え、ブリッジ部(14)には、サーモパイル配線(9)に沿って配線された破断検出配線(20)と、ブリッジ部(14)の温接点(17)よりも他端(19)側の領域(21)を通過するように配線されたヒータ配線(22)とを有した構成とした。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空洞部を有した支持基板と、
前記空洞部の直上に延在し、少なくとも一端が支持基板に支持されたブリッジ部と、
前記ブリッジ部に形成され、前記ブリッジ部に設けられた温接点と前記支持基板の直上に設けられた冷接点とを結ぶサーモパイル配線とを備え、
前記ブリッジ部には、前記サーモパイル配線に沿って配線された破断検出配線と、前記ブリッジ部の前記温接点よりも他端側の領域を通過するように配線されたヒータ配線とを有した赤外線センサチップ。
【請求項2】
前記破断検出配線は、前記一端と前記他端とを結ぶ第1の方向に延在した2つの第1の配線部と、2つの前記第1の配線部の前記他端側の端部に両端が接続された第2の配線部とを有し、
前記ヒータ配線は、前記領域外に配線され端部が前記領域内にある引き出し配線部と、前記引き出し配線部の端部と接続され前記領域内に配線されたヒータ部とを有し、
前記ヒータ部の抵抗値は前記第2の配線部の抵抗値よりも大きい請求項1に記載の赤外線センサチップ。
【請求項3】
前記ヒータ部は少なくとも一部が蛇行して配線されている請求項2に記載の赤外線センサチップ。
【請求項4】
前記ヒータ部はポリシリコンで形成され、
前記引き出し配線部はアルミニウムで形成されている請求項2または3に記載の赤外線センサチップ。
【請求項5】
前記ブリッジ部に前記サーモパイル配線が複数配線されており、
前記破断検出配線は一部が複数の前記サーモパイル配線の間に配線されている請求項1〜4のいずれかに記載の赤外線センサチップ。
【請求項6】
前記破断検出配線は、前記サーモパイル配線の間の領域がアルミニウムで形成されている請求項5に記載の赤外線センサチップ。
【請求項7】
前記ブリッジ部を複数有する画素部を有した請求項1〜6のいずれかに記載の赤外線センサチップ。
【請求項8】
前記複数のブリッジ部に配線された前記破断検出配線は、前記支持基板の上側に配線されて繋がっている請求項7に記載の赤外線センサチップ。
【請求項9】
隣接した前記ブリッジ部は、前記ブリッジ部の他端側に設けられた連結片で接続されており、
前記複数のブリッジ部に配線された前記ヒータ配線は、前記連結片上に配線されて繋がっている請求項7または8に記載の赤外線センサチップ。
【請求項10】
前記画素部が、a(a≧2)×b(b≧2)個の画素部から構成されるa行b列の2次元アレイ状に配置されている請求項7〜9のいずれかに記載の赤外線センサチップ。
【請求項11】
前記破断検出配線は、同じ列に配列された前記画素部間で直列に接続されている請求項10に記載の赤外線センサチップ。
【請求項12】
前記ヒータ配線は、同じ列に配列された前記画素部間で直列に接続されている請求項10又は11に記載の赤外線センサチップ。
【請求項13】
請求項1〜12のいずれかに記載の赤外線センサチップと、
前記赤外線センサチップの出力を処理する処理回路と、
前記赤外線センサチップと前記処理回路とが配置された基体と、
前記基体に設けられたキャップと、
前記基体に設けられ前記赤外線センサチップと前記処理回路と前記キャップとを覆うパッケージを有した赤外線センサ。
【請求項14】
前記赤外線センサの駆動中に、前記破断検出配線の抵抗変化を常時検出している請求項13に記載の赤外線センサ。
【請求項15】
前記赤外線センサを駆動したときに、前記ヒータ配線に電力を与え、前記温接点の温度を上昇させる請求項13または14に記載の赤外線センサ。
【請求項16】
基板と、
前記基板に設けられ、a(a≧2)×b(b≧2)個の画素部から構成されるa行b列の2次元アレイ状に配置された画素部と、
前記基板に設けられ、前記基板の温度を検出する温度センサを備えた赤外線センサチップ。
【請求項17】
前記温度センサは、ダイオードである請求項16に記載の赤外線センサチップ。
【請求項18】
前記温度センサは、さらに抵抗を備えている請求項17に記載の赤外線センサチップ
【請求項19】
前記温度センサは前記画素部の行方向と平行な方向に延在している請求項16〜18のいずれかに記載の赤外線センサチップ。
【請求項20】
前記温度センサは前記画素部の列方向と平行な方向に延在している請求項16〜18のいずれかに記載の赤外線センサチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、対象物の温度を非接触で検出する赤外線センサチップと、この赤外線センサチップを用いた赤外線センサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、赤外線検出素子にヒータ配線を設けることで断線を検出可能な赤外線センサが知られていた(特許文献1)。
【0003】
しかしながら、特許文献1では、赤外線検出素子のブリッジの一部が破損して、または、破損しかかっても赤外線検出素子の出力が低下しない場合には正確に破損を検出することができず、十分な自己診断機能を得ることができないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−27652号公報
【発明の概要】
【0005】
本開示は、上記課題を解決し、精度よく自己診断可能な赤外線センサを提供することを目的とする。
【0006】
上記課題を解決するために本開示は、空洞部を有した支持基板と、前記空洞部の直上に延在し、少なくとも一端が支持基板に支持されたブリッジ部と、前記ブリッジ部に形成され、前記ブリッジ部に設けられた温接点と前記支持基板の直上に設けられた冷接点とを結ぶサーモパイル配線とを備え、前記ブリッジ部には、前記サーモパイル配線に沿って配線された破断検出配線と、前記ブリッジ部の前記温接点よりも他端側の領域を通過するように配線されたヒータ配線とを有した構成とした。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1図1は、実施の形態1の赤外線センサチップのブリッジ部の拡大図
図2図2は、同赤外線センサチップの画素部の拡大図
図3図3は、同赤外線センサチップの画素部の拡大図
図4図4は、同赤外線センサチップの画素部の側断面図
図5図5は、同赤外線センサチップの画素部の配置を示す上面図
図6図6は、同赤外線センサチップを備えた赤外線センサの側断面図
図7図7は、同赤外線センサの破断検出配線の等価回路図
図8図8は、同赤外線センサのヒータ配線の等価回路図
図9図9は、同赤外線センサの破断検出配線の配線の変形例を示す図
図10図10は、同赤外線センサの破断検出配線の配線の変形例を示す図
図11図11は、実施の形態2の赤外線センサチップのヒータ配線の配線を示す図
図12図12は、実施の形態3の赤外線センサチップの上面図
図13図13は、同赤外線センサチップを備えた赤外線センサの側断面図
図14図14A〜14Fは、同赤外線センサチップの製造方法を示す図
図15図15A〜15Fは、同赤外線センサチップの別の製造方法を示す図
図16図16は、実施の形態4の赤外線センサチップの上面図
図17図17は、同赤外線センサチップを用いた赤外線センサの側断面図
図18図18は、実施の形態5の赤外線センサチップの上面図
図19図19は、同赤外線センサチップの変形例の上面図
図20図20は、実施の形態6の赤外線センサチップの上面図
図21図21は、同赤外線センサチップの変形例の上面図
図22図22は、実施の形態7の赤外線センサチップの上面図
図23図23は、同赤外線センサチップの変形例の上面図
図24図24は、実施の形態8の赤外線センサチップの上面図
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、実施の形態に係る赤外線センサについて図面を用いて説明をする。なお、各図面において、同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。また、各実施の形態における各構成要素は矛盾のない範囲で任意に組み合わせても良い。
【0009】
(実施の形態1)
以下に、実施の形態1における赤外線センサチップと赤外線センサについて図面を用いながら説明する。
【0010】
図1は実施の形態1の赤外線センサチップのブリッジ部の拡大図、図2図3は同赤外線センサチップの画素部の拡大図、図4は同赤外線センサチップの画素部の側断面図、図5は同赤外線センサチップを備えた赤外線センサの側断面図、図6は同赤外線センサチップの画素部の配置を示す上面図、図7は同赤外線センサの破断検出配線の等価回路図、図8は同赤外線センサのヒータ配線の等価回路図を示している。
【0011】
図5に示すように、赤外線センサ1は、基体2と、基体2に設けられた赤外線センサチップ3と、赤外線センサチップ3の出力を処理する処理回路4と、基体2に設けられたキャップ5と、赤外線センサチップ3と処理回路4とキャップ5を覆うパッケージ6とを有している。パッケージ6の赤外線センサ1の前方には開口部7が設けられており、レンズ8によって開口部7が覆われている。なお、説明の都合上、赤外線センサチップ3に赤外線が入射してくる方向を前方として説明している。
【0012】
基体2はアルミナ等の焼結体の基板で形成されている。基体2には、電気接続のためのパッド(図示せず)が配置されている。赤外線センサチップ3と処理回路4は基体2に配置されたパッドとボンディングワイヤによって電気的に接続されている。
【0013】
パッケージ6は、表面をニッケルでめっきした鉄や、SUS等の金属材料で構成される。パッケージ6の赤外線センサチップ3前方には貫通孔(開口部7)が空いており、貫通孔を覆うようにレンズ8が設けられている。パッケージ6内の空間は、窒素を充填したドライ雰囲気としている。パッケージ6で覆われた空間の雰囲気はこれに限らず、例えば、真空雰囲気としても良い。パッケージ6で覆われた空間を真空雰囲気とする場合、残留ガスなどを吸着するゲッタを内部に配置すればよい。ゲッタの材料としては、例えば、ジルコニウムの合金やチタンの合金等からなる非蒸発ゲッタを採用すればよい。
【0014】
レンズ8は、半導体材料からなる非球面レンズを用いている。レンズ8を非球面レンズ8とすることで、レンズ8の開口径が大きい場合でも、レンズ8を短焦点、かつ、収差を小さく出来る。従って、レンズ8の短焦点化によりパッケージ6の薄型化を実現している。
【0015】
キャップ5は、表面をニッケルでめっきした鉄や、SUS等の材料により形成されている。キャップ5の赤外線センサチップ3前方には貫通孔が空いている。キャップ5は、赤外線センサチップ3と、処理回路4の側方を囲むことにより、赤外線センサチップ3に対する輻射ノイズの影響を低減することができる。
【0016】
処理回路4の回路構成は、赤外線センサチップ3の種類等に応じて適宜設計すればよく、例えば、赤外線センサ1を制御する制御回路、赤外線センサチップ3の出力電圧を増幅する増幅回路、複数のパッドに出力された赤外線センサチップ3からの出力電圧を択一的に増幅回路に入力するマルチプレクサ等を備えた回路構成としても良い。
【0017】
図1に示すように、赤外線センサチップ3は、測定対象である物体から放射された赤外線による熱エネルギーを電気エネルギーに変換するサーモパイル配線9により構成される熱電変換部である感温部が埋設された薄膜構造部10を有している。また、赤外線センサ1は、感温部および感温部の出力電圧を取り出すためのMOSトランジスタを有したa×b個(a,bは自然数)の画素部11が、半導体基板の一表面側においてa行b列の2次元アレイ状に配置されている。なお、画素部11の数は、a≧2、b≧2であればよく、本実施の形態1における画素部11は、図6に示すように8×8に構成されている。なお、8×8に構成しなくても、例えば、赤外線センサ1の使用用途に応じて16×4に構成しても良い。
【0018】
図1,2に示すように、画素部11は、空洞部12を有した支持基板13と、支持基板13の上面に支持された薄膜構造部10と、薄膜構造部10にサーモパイル配線9が直列接続することで構成された感温部と、を備えている。なお、説明の都合上、支持基板13の空洞部12が形成された面がある方向を上方として説明するが、これに限定されるものではない。薄膜構造部10は、支持基板13の上面に支持されたシリコン酸化膜(図示せず)と、シリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜(図示せず)と、シリコン窒化膜上に形成された、BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)膜からなる層間絶縁膜(図示せず)と、層間絶縁膜上に形成されたPSG(Phospho−Silicate Glass)膜とPSG膜上に形成されたNSG(Non doped Silicate Glass)膜との積層膜からなるパッシベーション膜(図示せず)との積層構造により形成されている。シリコン窒化膜上に感温部が形成されており、感温部はシリコン窒化膜の表面側で層間絶縁膜に覆われている。図2に示すように、画素部11は2×3に配置された6個のブリッジ部14を有している。ブリッジ部14は、空洞部12直上の薄膜構造部10にある。ブリッジ部14には、サーモパイル配線9が設けられている。このため、ブリッジ部14の一端15は支持基板13に支持されている。また、隣接するブリッジ部14はスリット16により隔てられている。なお、ブリッジ部14の数は、赤外線センサ1の用途等に応じて変更しても良い。
【0019】
ブリッジ部14は空洞部12の直上に設けられているため、支持基板13と熱絶縁されている。サーモパイル配線9は各ブリッジ部14間で直列に接続されている。なお、赤外線センサ1の用途等によって、サーモパイル配線9を各ブリッジ部14間で並列に接続したり、直列接続と並列接続するようにしても良い。各サーモパイル配線9から個別に出力を取り出す場合に比べて感度を高めることが出来る。サーモパイル配線9は、シリコン窒化膜上に形成されている。サーモパイル配線9は、ブリッジ部14と薄膜構造部10における支持基板13の上方の部分とに跨って形成された細長のn形ポリシリコン層と細長のp型ポリシリコン層との一端部同士を赤外線入射面側でAl−Si等の金属材料によって電気的に接続した複数個の熱電対を有している。また、サーモパイル配線9は、支持基板13の上面側で互いに隣り合う熱電対のn形ポリシリコン層の他端部とp型ポリシリコン層の他端部とがAl−Si等の金属材料により接合され電気的に接続されている。図1に示すように、n形ポリシリコン層の一端部とp型ポリシリコン層の一端部と金属材料とで温接点17が構成され、n型ポリシリコン層の他端部とp型ポリシリコン層の他端部と金属材料とで冷接点18が構成されている。このため、各温接点17は空洞部12に重なる位置に形成され、各冷接点18は支持基板13に重なる位置に形成される。ブリッジ部14には、サーモパイル配線9に沿って配線された破断検出配線20と、ブリッジ部14の温接点17よりも他端19側の領域21を通過するように配線されたヒータ配線22が設けられている。破断検出配線20とヒータ配線22は温接点17の近傍を通るように配線されている。
【0020】
図2は破断検出配線20の配線のみを示した図である。図2に示すように、破断検出配線20は、端部が破断処理回路(図示せず)に接続され、赤外線センサ1により被測定体の温度を検出する間は、赤外線センサ1の駆動中に常時、抵抗変化を検出している。図1に示すように、破断検出配線20は、サーモパイル配線9に沿うように配線されており、抵抗変化から赤外線センサチップ3の破断を検出することができる。破断検出配線20は、ブリッジ部14の一端15と他端19を結ぶ第1の方向23に沿って配線された2つの第1の配線部24と、2つの第1の配線部24の領域21における端部に挟まれた第2の配線部25とで構成されている。2つの第1の配線部24は、ブリッジ部14の側辺に沿って延びている。第1の配線部24はポリシリコンで形成されている。第2の配線部25は第1の方向23と直交した第2の方向26に延在し、その一部がサーモパイル配線9を横断し、2つのサーモパイル配線9の間に配線されている。つまり、第2の配線部25は、第2の方向26に延在し2つの第1の配線部24と領域21で繋がる2つの第1部分と、上記2つの第1部分の端部と繋がり、第1の方向23に延在してサーモパイル配線9を横断する2つの第2部分と、第2の方向26に延在し、ブリッジ部14の一端15側で2つの第2部分を繋ぐ第3部分と、を有する。破断検出配線20がサーモパイル配線9を跨ぎ、サーモパイル配線9の間にまで破断検出配線20が配線されていることで、赤外線センサチップ3の破断を検出できる範囲が広くなっている。これにより、赤外線センサ1の破断の検出精度が向上している。また、第2の配線部25のうち、第2の方向26に延在している部分(第1部分)はポリシリコンで形成され、サーモパイル配線9を跨ぐ部分(第2部分の一部)と2つのサーモパイル配線9に挟まれている部分(第2部分の残部と第3部分)はアルミニウム等の金属で形成されている。第2の配線部25の全体をポリシリコンで形成することも出来るが、第2の配線部25のうちサーモパイル配線9を跨ぐ部分とサーモパイル配線9に挟まれた部分をアルミニウムで形成することで、赤外線センサチップ3の製造工程を増やさずに第2の配線部25をサーモパイル配線9の間まで配線することができる。なお、破断検出配線20は、サーモパイル配線9に挟まれた部分以外がポリシリコンで形成されており、半導体プロセスで形成可能な抵抗材料を用いているため、安価に製造することができる。また、ブリッジ部14に形成された破断検出配線20は、隣接する別のブリッジ部14に配線された破断検出配線20と、直列に接続され、1つの画素部11内の6個のブリッジ部14の破断検出配線20と全て直列に接続されている。これにより、画素部11に破断検出配線20との接続用の端子(図示せず)を2つ設けるのみで破断を検出することができるため、画素部11内のどのブリッジ部14が破損しても2端子接続で破断を検出することができる。
【0021】
図3はヒータ配線22の配線のみを示した図である。図3に示すように、ヒータ配線22は、端部がヒータ処理回路(図示せず)に接続され、赤外線センサ1の起動時にヒータ配線22に所定の電力を与えることによりジュール熱を発生させ、これにより温接点17の温度を上昇させて赤外線センサ1の感度を確認している。ヒータ配線22は、第1の方向23に延在した引き出し配線部27と、引き出し配線部27の他端(ブリッジ部14の他端19側の端)と接続され、領域21に配線されているヒータ部28とで構成されている。引き出し配線部27はアルミニウム等の金属で形成され、ヒータ部28はポリシリコンで形成されている。ヒータ配線22の全体をポリシリコンで形成しても良いが、引き出し配線部27をアルミニウムで形成することでヒータ部28以外のエネルギーロスを低減し、効率良くヒータ部28を過熱することが出来る。また、ヒータ部28は第2の方向26に折り返すように蛇行して配線されている。ヒータ部28が蛇行することにより、ヒータ部28の抵抗値が大きくなり、効率的にジュール熱を発生させることができる。なお、ヒータ部28は第2の方向26に折り返すように蛇行しているが、この限りではなく、第1の方向23に折り返すように配線してもよい。また、ヒータ部28は一部が蛇行しているだけでも抵抗値を大きくすることができる。ヒータ配線22は、ヒータ部28の抵抗が大きくなるように形成されているため、ヒータ部28の抵抗は第2の配線部25の抵抗よりも大きくなっている。このようにブリッジ部14に形成されたヒータ配線22は、隣接する別のブリッジ部14のヒータ配線22と全て直列に接続されている。これにより、ヒータ部28での発熱効率が向上し、2端子接続で過熱することができる。破断検出配線20とヒータ配線22は、画素部11の列方向の端部では、ブリッジ部14の一端15側から支持基板13上に配線され、支持基板13を通過して向かいの列のブリッジ部14の破断検出配線20、ヒータ配線22に接続されている。
【0022】
ブリッジ部14は、隣接するブリッジ部14とこれらのブリッジ部14と向かい合う2つの隣接するブリッジ部14の4つのブリッジ部14の間の平面視で十字状に形成された連結片29によって連結されている。
【0023】
図6図7図8を用いて破断検出配線20、ヒータ配線22の画素部11間での接続を説明する。説明の都合上、図6では画素部11に、図面における左上から順にA1、A2・・・A64と番号をつけている。また、図面において縦に並んでいる画素部11が同一の列の画素部となり、図面における左から順に、各列をL1、L2・・・L8として示している。図7に示すように、破断検出配線20は、アレイ状に形成された複数の画素部11において、同一の列内の隣接した画素部11の破断検出配線20とは直列に接続され、隣接した別の列の画素部11の破断検出配線20とは、並列に接続されている。すなわち、A1〜A8の列L1に属している画素部11間では破断検出配線20が直列に接続され、L1の画素部11とL2の画素部11では破断検出配線20は並列に接続されている。このように接続することで全画素部11に渡って、どの画素部11が破断しても2端子接続で破断の検出が可能になる。また、図8に示すように、ヒータ配線22は、アレイ状に形成された画素部11において、同一の列内では直列に接続され、隣接した別の列の画素部11のヒータ配線22とは、並列に接続されている。すなわち、例えば、A1〜A8の列L1に属している画素部11間ではヒータ配線22が直列に接続され、L1の画素部11とL2の画素部11ではヒータ配線22は並列に接続されている。これにより、全画素部11において、ヒータ部28での発熱効率が向上し、2端子接続でヒータ部28の過熱が可能になる。
【0024】
赤外線センサチップ3は、破断検出配線20とヒータ配線22が設けられていることにより赤外線センサチップ3の自己診断を精度良く行うことが出来るため、実施の形態1の赤外線センサ1は自己診断を精度良く行うことが出来る。
【0025】
なお、本実施の形態1において、破断検出配線20は第2の配線部25がサーモパイル配線9を跨ぐように配線されているが、この限りではない。例えば、図9に示されるように、第2の配線部25は、サーモパイル配線9に対してブリッジ部14の内側に位置するように配線しても良い。このように配線した場合でも、ブリッジ部14の破断を精度良く検出することができる。また、赤外線センサ1の用途によっては、図10に示すように、第2の配線部25を、サーモパイル配線9に対して外側に位置するように配線することも可能である。
【0026】
(実施の形態2)
実施の形態2の赤外線センサチップについて図面を用いて説明する。
【0027】
図11に実施の形態2の赤外線センサチップ31のヒータ配線32の画素部11内での配線を表す図を示す。
【0028】
実施の形態2の赤外線センサチップ31は、アレイ状に配置された複数の画素部11を有している。画素部11は空洞部12を有した支持基板13と、支持基板13に支持された薄膜構造部10と、この薄膜構造部10に構成されたブリッジ部14とを有している。ブリッジ部14にはサーモパイル配線9、破断検出配線20、ヒータ配線32が設けられ、赤外線センサ1の自己診断を行うことができる。なお、図11では図示を省略しているが、破断検出配線20は、実施の形態1の赤外線センサチップ3と同じ形状に配線されている。
【0029】
実施の形態2の赤外線センサチップ31は、ヒータ配線32が連結片29上を配線されて隣接したブリッジ部14のヒータ配線32と接続されている。ヒータ配線32がこのように配線されることにより、各ブリッジ部14のヒータ部28の間を最短距離で接続することが出来るため、発熱効率が向上する。これにより、2端子接続でヒータ部28を効率良く加熱することが出来る。
【0030】
赤外線センサ1は、ヒータ部28での発熱効率が向上しているため、より、効率良く赤外線センサチップ31の自己診断をすることができる。
【0031】
(実施の形態3)
従来、赤外線センサチップの近傍にダイオードが設けられた赤外線センサチップが知られている(国際公開第2002/075262号)。
【0032】
また、基板と、基板に設けられた赤外線センサチップと、赤外線センサチップを覆うパッケージを有した赤外線センサが知られている(国際公開第2011/162346号)。
【0033】
しかしながら、特許文献1に示す赤外線センサチップでは、赤外線センサチップの周囲全体をダイオードが囲んでいるため、赤外線センサが大型化し、特許文献2に示す赤外線センサではサーミスタを備えているため、赤外線センサが大型化するという課題があった。
【0034】
本開示は、上記課題を解決し、赤外線センサを大型化せずに赤外線センサチップの温度を測定可能な赤外線センサを提供することを目的とする。
【0035】
以下に、実施の形態3における赤外線センサチップと赤外線センサについて図面を用いながら説明する。
【0036】
図12は実施の形態3の赤外線センサチップの上面図、図13は同赤外線センサチップを備えた赤外線センサの側断面図を示している。
【0037】
図13に示すように、赤外線センサ1Aは、基体2Aと、基体2Aに設けられたアレイ状の赤外線センサチップ3Aと、基体2Aに設けられた処理回路素子4Aと、基体2Aに設けられたキャップ5Aと、基体2Aに設けられ赤外線センサチップ3Aと処理回路素子4Aとを覆うパッケージ6Aと、を有している。以降の説明では、赤外線センサチップ3Aの行方向をX軸方向、列方向をY軸方向、X軸とY軸に直交する方向をZ軸方向として説明する。また、説明の便宜上、Z軸方向の+側を前方、−側を後方として説明するがこれに限定されるものではない。
【0038】
基体2Aはシリコン等の基板で形成されている。基体2Aには、電気接続のためのパッド(図示せず)が配置されている。基体2Aの一表面には、赤外線センサチップ3Aと処理回路素子4AがX軸方向に並んで配置されている。赤外線センサチップ3Aと処理回路素子4Aは基体2Aに配置されたパッドとボンディングワイヤによって電気的に接続されている。
【0039】
パッケージ6Aは、表面をニッケルでめっきした鉄や、SUS等の金属材料で構成される。パッケージ6Aの赤外線センサチップ3A前方には貫通孔が空いており、貫通孔を覆うようにレンズ7Aが設けられている。パッケージ6A内の空間は、窒素を充填したドライ雰囲気としている。パッケージ6Aで覆われた空間の雰囲気はこれに限らず、例えば、真空雰囲気としても良い。パッケージ6Aで覆われた空間を真空雰囲気とする場合、残留ガスなどを吸着するゲッタを内部に配置すればよい。ゲッタの材料としては、例えば、ジルコニウムの合金やチタンの合金等からなる非蒸発ゲッタを採用すればよい。
【0040】
レンズ7Aは、半導体材料からなる非球面レンズを用いている。レンズ7Aを非球面レンズとすることで、レンズ7Aの開口径が大きい場合でも、レンズ7Aを短焦点、かつ、収差を小さく出来る。従って、レンズ7Aの短焦点化によりパッケージ6Aの薄型化を実現している。
【0041】
キャップ5Aは、表面をニッケルでめっきした鉄や、SUS等の材料により形成されている。キャップ5Aの赤外線センサチップ3Aの前方には貫通孔が空いている。キャップ5Aは、赤外線センサチップ3Aと、処理回路素子4Aの側方を囲むことにより、赤外線センサチップ3Aに対する輻射ノイズの影響を低減することができる。
【0042】
処理回路素子4Aの回路構成は、赤外線センサチップ3Aの種類等に応じて適宜設計すればよく、例えば、赤外線センサ1Aを制御する制御回路、赤外線センサチップ3Aの出力電圧を増幅する増幅回路、複数のパッドに出力された赤外線センサチップ3Aからの出力電圧を択一的に増幅回路に入力するマルチプレクサ等を備えた回路構成としても良い。
【0043】
赤外線センサチップ3Aは、測定対象である物体から放射された赤外線による熱エネルギーを電気エネルギーに変換するサーモパイルにより構成される熱電変換部である感温部が埋設された熱型赤外線検出部を有している。また、赤外線センサ1Aは、感温部および感温部の出力電圧を取り出すためのMOSトランジスタを有したa×b個(a,bは自然数)の画素部8A(非接触赤外線検知素子)が、半導体基板9Aの一表面側においてa行b列の2次元アレイ状に配置されている。なお、画素部8Aの数は、a≧2、b≧2であればよく、本実施の形態3における画素部8Aは16×4に構成されている。なお、16×4に構成しなくても、例えば、8×8に構成しても良い。
【0044】
図12に示すように、赤外線センサチップ3Aは、隣接する行の画素部8Aが行方向にずれて配置されており、赤外線センサチップ3Aの行方向の端部が段差状に形成されている。画素部8Aがずれて出来た2つのスペース10Aに温度センサ11Aが設けられている。温度センサ11Aにはダイオードが用いられている。ダイオードで温度センサ11Aを形成することで簡易な工程で温度センサ11Aを形成することができる。温度センサ11Aは第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aを有している。第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aはスペース10Aに設けられているため、赤外線センサチップ3Aを大型化せずに赤外線センサチップ3Aの温度を測定することが出来る。2つのスペース10Aは列方向に隣接する画素部8Aが行方向にずれて配置されることで生じているため画素部8Aの中心に対して点対称になっており、このため、第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aは画素部8Aの中心に対して点対称となる位置に設けられている。処理回路素子4Aは、赤外線センサチップ3AのX軸方向に位置しているため、赤外線センサチップ3Aは処理回路素子4Aに近い位置(X軸方向−側)から温まり、処理回路素子4Aから遠い位置(X軸方向+側)の方が後に温まる。このため、赤外線センサ1Aを駆動してから赤外線センサチップ3Aの温度が定常状態になるまでの間、赤外線センサチップ3Aには温度ムラが生じる。しかしながら、第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aを点対称の位置に配置することで、赤外線センサチップ3Aの全体の温度を検出することができ、赤外線センサ1Aの温度ムラの影響を低減することができる。第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aは、列方向に平行に延在するように設けられている。これにより、スペース10Aに効率良く配置することができ、赤外線センサチップ3Aを小型化することが出来る。なお、温度センサ11Aは赤外線センサチップ3Aの形状、配置方法や画素部8Aの配置方法によっては、赤外線センサチップ3Aを小型化可能であれば行方向に平行に延在するように配置しても良い。
【0045】
なお、列方向に隣接する画素部8Aが行方向にずれた赤外線センサチップ3Aを用いて説明したが、画素部8Aがずれずに画素部8A全体の外形が矩形状になっている赤外線センサチップ3Aを用いてもよい。この場合、スペース10Aに第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aを配置するのではなく、第1の温度センサ12Aを画素部8AのX軸方向−側端部の近傍に配置し、第2の温度センサ13Aを画素部8AのX軸方向+側端部の近傍に配置すればよい。この様に形成しても、処理回路素子4Aの温度の影響を受けて上昇し始めた赤外線センサチップ3Aの温度を検出することができる。
【0046】
次に、赤外線センサチップ3Aの製造方法を説明する。
【0047】
図14A図14Fに本実施の形態の赤外線センサチップの製造方法を示す。
【0048】
まず、図14Aに示すように、半導体基板9Aを準備し、半導体基板9Aを熱酸化処理して半導体基板9A上に熱酸化膜14Aを形成し、熱酸化膜14Aの上にSiN膜15A(窒化シリコン膜)を形成する。半導体基板9AのMOSを形成する領域のSiN膜15Aを除去する。p型不純物を注入することによってPウェル16Aを形成する。半導体基板9A上にマスク17Aを形成し、Pウェル16Aにチャネルストッパ形成用イオンを注入することでPウェル16Aにチャネルストッパ18Aを形成する。半導体基板9A上にマスク17Aを形成し、閾値電圧調整イオンを注入する。
【0049】
次に、図14Bに示すように、ゲート酸化により、ゲート用/サーモパイル用のpoly−Si膜19Aを形成する。
【0050】
次に、図14Cに示すように、p型不純物を注入して、p型サーモパイル21Aを形成する。
【0051】
次に、図14Dに示すように、n型不純物を注入してダイオード20A、n型サーモパイル22Aを形成する。
【0052】
次に、図14Eに示すように、半導体基板9A上にBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)を用いて層間絶縁膜23Aを形成する。層間絶縁膜23Aをエッチングしてコンタクトウインドウを形成する。層間絶縁膜23Aの上に、Alによって配線24Aを形成する。
【0053】
次に、図14Fに示すように、層間絶縁膜23A上にBPSGを用いてパッシベーション膜25Aを形成し、エッチングによってブリッジ開口26Aを形成する。エッチングしてブリッジ開口26Aの下部にキャビティ27Aを形成することでブリッジ28Aを形成する。これにより、赤外線センサチップ3Aが完成する。
【0054】
このように赤外線センサチップ3Aを形成することで、画素部8Aと同じ工程で温度センサ11Aを赤外線センサチップ3A上に形成することが出来るため、簡易な工程で温度センサ11Aを形成することが出来る。これにより、生産性が向上する。また、温度センサ11Aと赤外線センサチップ3Aを同一の工程で形成しているため、温度センサ11Aと赤外線センサチップ3Aの濃度は同じになっている。
【0055】
なお、温度センサ11Aとしてダイオード20Aを形成しているが、例えば、poly−Si膜19Aに加えて抵抗29Aをさらに形成し、ダイオード20Aと抵抗29Aとを直列接続し、温度センサ11Aとして用いても良い(図15A〜15F参照)。
【0056】
図15Aに示すように、半導体基板9Aを準備し、半導体基板9Aを熱酸化処理して半導体基板9A上に熱酸化膜14Aを形成し、熱酸化膜14Aの上にSiN膜15A(窒化シリコン膜)を形成する。半導体基板9AのMOSを形成する領域のSiN膜15Aを除去する。p型不純物を注入することによってPウェル16Aを形成する。半導体基板9A上にマスク17Aを形成し、Pウェル16Aにチャネルストッパ形成用イオンを注入することでPウェル16Aにチャネルストッパ18Aを形成する。半導体基板9A上にマスク17Aを形成し、閾値電圧調整イオンを注入する。
【0057】
次に、図15Bに示すように、ゲート酸化により、ゲート用/サーモパイル用、及び抵抗用のpoly−Si膜19Aを形成する。
【0058】
次に、図15Cに示すように、p型不純物を注入して、p型サーモパイル21Aを形成する。また、p型不純物を適宜注入して、抵抗29Aを形成する。なお、抵抗29Aを形成する際のp型不純物の注入は必須ではない。
【0059】
次に、図15Dに示すように、n型不純物を注入してダイオード20A、n型サーモパイル22Aを形成する。
【0060】
次に、図15Eに示すように、半導体基板9A上にBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)を用いて層間絶縁膜23Aを形成する。層間絶縁膜23Aをエッチングしてコンタクトウインドウを形成する。層間絶縁膜23Aの上に、Alによって配線24Aを形成する。ダイオード20Aと抵抗29Aとを配線24Aを介して接続する。
【0061】
次に、図15Fに示すように、層間絶縁膜23A上にBPSGを用いてパッシベーション膜25Aを形成し、エッチングによってブリッジ開口26Aを形成する。エッチングしてブリッジ開口26Aの下部にキャビティ27Aを形成することでブリッジ28Aを形成する。これにより、赤外線センサチップ3Aが完成する。
【0062】
この様に、ダイオード20Aと抵抗29Aとを温度センサ11Aとして用いても、赤外線センサチップ3Aの温度を精度良く検出することができる。
【0063】
(実施の形態4)
実施の形態4の赤外線センサチップと赤外線センサについて図面を用いて説明する。
【0064】
図16に実施の形態4の赤外線センサチップの上面図、図17に同赤外線センサチップを用いた赤外線センサの側断面図を示す。
【0065】
実施の形態4の赤外線センサチップ31Aは、画素部8Aがずれることにより生じたスペース10Aに第1の温度センサ12Aが配置され、行方向と平行なY軸方向の中央部分に第2の温度センサ13Aが配置されている。
【0066】
図17に示すように、赤外線センサ32Aは、基体2Aに設けられた赤外線センサチップ31Aと、処理回路素子4Aと、基体2Aに設けられたキャップ5Aと、赤外線センサチップ31Aと処理回路素子4Aを覆うパッケージ6Aとを有している。基体2Aに凹部33Aが設けられており、凹部33Aに処理回路素子4Aが配置されている。凹部33Aを覆うように赤外線センサチップ31Aが設けられている。赤外線センサチップ31AはX軸方向の両端部で基体2Aと接続されており、中央部分は宙に浮いた状態になっている。赤外線センサチップ31Aの後方に処理回路素子4Aが設けられているが、赤外線センサチップ31Aは宙に浮いているため、処理回路素子4Aで生じた熱は基体2Aを介して、赤外線センサチップ31Aと基体2Aの接続部分から赤外線センサチップ31Aに伝達する。このため、赤外線センサ32Aの構造では、赤外線センサチップ31Aの両端から赤外線センサチップ31Aの温度が上がり、赤外線センサチップ31Aに温度ムラが生じる。赤外線センサチップ31Aは、X軸方向の端部の空きスペース10Aに第1の温度センサ12Aが設けられ、中央部分に第2の温度センサ13Aが設けられている。これにより、処理回路素子4Aによって先に温度の上昇するX軸方向端部の温度と、後から温度が上昇する赤外線センサチップ31Aの中央部分の温度を検出することができる。これにより、赤外線センサチップ31Aの温度ムラの影響を低減することができる。なお、図16では、第1の温度センサ12Aが赤外線センサチップ31AのX軸方向−側の端部に設けられているが、X軸方向+側の端部に設けても良い。また、第2の温度センサ13Aが赤外線センサチップ31AのY軸方向−側に設けられているが、Y軸方向+側に設けられていても良い。
【0067】
(実施の形態5)
実施の形態5の赤外線センサチップと赤外線センサについて図面を用いて説明する。
【0068】
図18は実施の形態5の赤外線センサチップの上面図である。
【0069】
実施の形態5の赤外線センサチップ41Aは、第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aと第3の温度センサ42Aとを有している。第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aとは、画素部8Aのアレイの角のスペース10Aに、画素部8Aのアレイの中心に対して点対称になる位置関係に配置されている。第3の温度センサ42Aは、第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aとは異なる位置であって、画素部8Aのアレイの角の近傍に配置されている。図18では画素部8AのX軸方向−側、かつ、Y軸方向−側の角の近傍に第3の温度センサ42Aが配置されている。第3の温度センサ42Aは処理回路素子4Aに近い位置に配置される。このように配置することにより、熱源に近い位置に温度センサ11Aを2つ配置することで、より精度良く赤外線センサチップ41Aの温度を検出することができる。
【0070】
なお、赤外線センサでは、第3の温度センサ42Aを処理回路素子4Aに近い位置の画素部8Aの角近傍に配置したが、処理回路素子4Aから遠い位置の画素部8Aの角近傍に配置しても良い。図19では画素部8AのX軸方向+側、かつ、Y軸方向+側の角の近傍に第3の温度センサ42Aが配置されている。図19に実施の形態5の赤外線センサチップ41Aの変形例の上面図を示す。このように配置しても温度センサ11Aを2つ配置した場合よりも精度良く赤外線センサチップ41Aの温度を検出することができる。
【0071】
(実施の形態6)
実施の形態6の赤外線センサチップと赤外線センサについて図面を用いて説明する。
【0072】
図20は実施の形態6の赤外線センサチップの上面図である。
【0073】
実施の形態6の赤外線センサチップ51Aは、第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aと第3の温度センサ42Aと第4の温度センサ52Aを有している。第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aとは画素部8Aのアレイの角のスペース10Aに画素部8Aの中心に対して点対称になる位置関係に配置されている。第3の温度センサ42Aと第4の温度センサ52Aは、第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aとは異なる画素部8Aの角の近傍に配置されている。第3の温度センサ42Aと第4の温度センサ52Aは画素部8Aの中心に対して点対称に配置されている。このように、処理回路素子4Aの近くに2つの温度センサ11Aを配置し、処理回路素子4Aから遠くに2つの温度センサ11Aを配置することで、温度センサ11Aを3つ配置した実施の形態5の赤外線センサチップ51Aよりも精度良く赤外線センサチップ51Aの温度を検出することができる。
【0074】
なお、赤外線センサチップ51Aでは、第1の温度センサ12A、第2の温度センサ13A、第3の温度センサ42A、第4の温度センサ52Aを夫々画素部8Aの角近傍に配置したが、この限りではない。図21に実施の形態6の赤外線センサチップ51Aの変形例の上面図を示す。第1の温度センサ12Aを画素部8AのX軸方向−側の端部近傍に配置し、第2の温度センサ13Aを画素部8AのX軸方向+側の端部近傍に配置し、第3の温度センサ42Aを画素部8AのY軸方向−側の端部近傍に配置し、第4の温度センサ52Aを画素部8AのY軸方向+側の端部近傍に配置しても良い。このように温度センサ11Aを配置しても、温度センサ11Aを3つ用いた場合よりも精度良く赤外線センサチップ51Aの温度を検出することができる。なお、第3の温度センサ42Aと第4の温度センサ52AはX軸方向にずれた位置に配置されても良い。このように配置することで、より精度良く赤外線センサチップ51Aの温度分布を検出することができる。また、この赤外線センサチップは図17に示す赤外線センサ32Aの様に、基体2Aに凹部33Aを設け、凹部33Aの中に処理回路素子4Aを配置する構造で特に有効である。
【0075】
(実施の形態7)
実施の形態7の赤外線センサチップと赤外線センサについて図面を用いて説明する。
【0076】
図22は実施の形態7の赤外線センサチップの上面図である。
【0077】
実施の形態7の赤外線センサチップ61Aは、第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aと第3の温度センサ42Aと第4の温度センサ52Aと第5の温度センサ62Aを有している。第1〜第4の温度センサ52Aは画素部8Aのアレイの四隅の近傍に配置されている。第5の温度センサ62Aは画素部8AのY軸方向+側に配置されている。このように配置することで、温度センサ11Aを4つ用いた場合よりも、さらに精度良く赤外線センサチップ61Aの温度を検出することができる。
【0078】
なお、温度センサ11Aを画素部8AのY軸方向−側に配置しても良い。図23に実施の形態8の赤外線センサチップ61Aの変形例の上面図を示す。このように配置した場合でも、精度良く赤外線センサチップ61Aの温度を検出することができる。
【0079】
(実施の形態8)
実施の形態8の赤外線センサチップと赤外線センサについて図面を用いて説明する。
【0080】
図24は実施の形態8の赤外線センサチップの上面図である。
【0081】
実施の形態8の赤外線センサチップ71Aは、画素部8Aのアレイの四隅の近傍に配置された第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aと第3の温度センサ42Aと第4の温度センサ52Aを有している。画素部8AのY軸方向+側には第5の温度センサ62Aが配置され、画素部8AのY軸方向−側かつX軸方向の中央には第6の温度センサ72Aが配置されている。このように配置することにより、赤外線センサチップ71Aの温度を温度センサ11Aを5つ配置した場合に比べて、精度良く検出することができる。
【0082】
なお、第5の温度センサ62Aと第6の温度センサ72AはX軸方向にずれた位置に配置しても良い。このように配置することにより、さらに赤外線センサチップ71Aの温度分布を精度良く検出することができる。
【0083】
なお、実施の形態3〜8の赤外線センサチップ3A,31A,41A,51A,61A,71Aの画素部8Aは、実施の形態1、2の赤外線センサチップ3,31の画素部11に対応していてもよい。例えば、実施の形態3〜8の赤外線センサチップ3A,31A,41A,51A,61A,71Aの画素部8Aは、実施の形態1、2の赤外線センサチップ3,31の画素部11と同様に、破断検出配線20とヒータ配線22,32とを有するブリッジ部14を有していてもよい。
【0084】
(まとめ)
第1態様に係る赤外線センサチップ(3,31)は、支持基板(13)と、ブリッジ部(14)と、サーモパイル配線(9)とを備える。支持基板(13)は、空洞部(12)を有する。ブリッジ部(14)は、空洞部(12)の直上に延在し、少なくとも一端(15)が支持基板(13)に支持される。サーモパイル配線(9)は、ブリッジ部(14)に形成され、ブリッジ部(14)に設けられた温接点(17)と支持基板(13)の直上に設けられた冷接点(18)とを結ぶ。ブリッジ部(14)には、サーモパイル配線(9)に沿って配線された破断検出配線(20)と、ブリッジ部(14)の温接点(17)よりも他端(19)側の領域(21)を通過するように配線されたヒータ配線(22,32)とを有する。
【0085】
第2態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第1態様において、破断検出配線(20)は、一端(15)と他端(19)とを結ぶ第1の方向(23)に延在した2つの第1の配線部(24)と、2つの第1の配線部(24)の他端(19)側の端部に両端が接続された第2の配線部(25)とを有する。ヒータ配線(22,32)は、領域(21)外に配線され端部が領域(21)内にある引き出し配線部(27)と、引き出し配線部(27)の端部と接続され領域(21)内に配線されたヒータ部(28)とを有する。ヒータ部(28)の抵抗値は、第2の配線部(25)の抵抗値よりも大きい。
【0086】
第3態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第2態様において、ヒータ部(28)は、少なくとも一部が蛇行して配線されている。
【0087】
第4態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第2または第3態様において、ヒータ部(28)は、ポリシリコンで形成されている。引き出し配線部(27)は、アルミニウムで形成されている。
【0088】
第5態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第1〜第4態様のいずれかにおいて、ブリッジ部(14)にサーモパイル配線(9)が複数配線されている。破断検出配線(20)は一部が複数のサーモパイル配線(9)の間に配線されている。
【0089】
第6態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第5態様において、破断検出配線(20)は、サーモパイル配線(9)の間の領域(21)がアルミニウムで形成されている。
【0090】
第7態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第1〜第6態様のいずれかにおいて、画素部(11)を有する。画素部(11)は、複数のブリッジ部(14)を有する。
【0091】
第8態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第7態様において、複数のブリッジ部(14)に配線された破断検出配線(20)は、支持基板(13)の上側に配線されて繋がっている。
【0092】
第9態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第7または第8態様において、隣接したブリッジ部(14)は、ブリッジ部(14)の他端(19)側に設けられた連結片(29)で接続されている。複数のブリッジ部(14)に配線されたヒータ配線(22,32)は、連結片(29)上に配線されて繋がっている。
【0093】
第10態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第7〜第9態様のいずれかにおいて、画素部(11)が、a(a≧2)×b(b≧2)個の画素部(11)から構成されるa行b列の2次元アレイ状に配置されている。
【0094】
第11態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第10態様において、破断検出配線(20)は、同じ列に配列された画素部(11)間で直列に接続されている。
【0095】
第12態様に係る赤外線センサチップ(3,31)では、第10又は第11態様において、ヒータ配線(22,32)は、同じ列に配列された画素部(11)間で直列に接続されている。
【0096】
第13態様に係る赤外線センサ(1)は、第1〜第12態様のいずれかの赤外線センサチップ(3,31)と、処理回路(4)と、基体(2)と、キャップ(5)と、パッケージ(6)と、を有する。処理回路(4)は、赤外線センサチップ(3,31)の出力を処理する。基体(2)は、赤外線センサチップ(3,31)と処理回路(4)とが配置されている。キャップ(5)は、基体(2)に設けられている。パッケージ(6)は、基体(2)に設けられ赤外線センサチップ(3,31)と処理回路(4)とキャップ(5)とを覆う。
【0097】
第14態様に係る赤外線センサ(1)は、第13態様において、赤外線センサ(1)の駆動中に、破断検出配線(20)の抵抗変化を常時検出している。
【0098】
第15態様に係る赤外線センサ(1)は、第13または第14態様において、赤外線センサ(1)を駆動したときに、ヒータ配線(22,32)に電力を与え、温接点(17)の温度を上昇させる。
【0099】
第16態様に係る赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)は、半導体基板(9A)と、画素部(8A)と、温度センサ(11A)と、を備える。画素部(8A)は、半導体基板(9A)に設けられ、a(a≧2)×b(b≧2)個の画素部(8A)から構成されるa行b列の2次元アレイ状に配置されている。温度センサ(11A)は、半導体基板(9A)に設けられ、半導体基板(9A)の温度を検出する。
【0100】
第17態様に係る赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)では、第16態様において、温度センサ(11A)は、ダイオード(20A)である。
【0101】
第18態様に係る赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)では、第17態様において、温度センサ(11A)は、さらに抵抗を備えている。
【0102】
第19態様に係る赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)では、第16〜第18態様のいずれかにおいて、温度センサ(11A)は、画素部(8A)の行方向と平行な方向に延在している。
【0103】
第20態様に係る赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)では、第16〜第18態様のいずれかにおいて、温度センサ(11A)は、画素部(8A)の列方向と平行な方向に延在している。
【0104】
第21態様に係る赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)では、第16〜第20態様のいずれかにおいて、画素部(8A)は、列方向に隣接する画素部(8A)がずれて配置されている。
【0105】
第22態様に係る赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)では、第21態様において、温度センサ(11A)は、画素部(8A)がずれて空いたスペース(10A)に設けられている。
【0106】
第23態様に係る赤外線センサ(1A,32A)は、第16〜第22態様のいずれかの赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)と、基体(2A)と、処理回路素子(4A)と、パッケージ(6A)と、を備える。基体(2A)は、赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)が設けられている。処理回路素子(4A)は、基体(2A)に設けられている。パッケージ(6A)は、赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)と処理回路素子(4A)を覆うように設けられている。
【0107】
第24態様に係る赤外線センサ(1A,32A)では、第23態様において、温度センサ(11A)は、第1の温度センサ(12A)と第2の温度センサ(13A)を有している。
【0108】
第25態様に係る赤外線センサ(1A,32A)では、第24態様において、赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)と処理回路素子(4A)とは並んで配置されている。第1の温度センサ(12A)が、画素部(8A)の中心よりも処理回路素子(4A)と近い位置に配置されている。第2の温度センサ(13A)が、画素部(8A)の中心よりも処理回路素子(4A)と遠い位置に配置されている。
【0109】
第26態様に係る赤外線センサ(1A,32A)では、第25態様において、第1の温度センサ(12A)と第2の温度センサ(13A)とが画素部(8A)の中心に対して点対称の位置に配置されている。
【0110】
第27態様に係る赤外線センサ(1A,32A)では、第24態様において、基体(2A)は、凹部(33A)を有する。処理回路素子(4A)は、凹部(33A)の中に配置されている。赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)は、赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)の行方向の両端で凹部(33A)を覆うように基体(2A)に接続されている。第1の温度センサ(12A)が、基体(2A)と接続される赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)の行方向の端部に配置されている。第2の温度センサ(13A)が、前記赤外線センサチップ(3A,31A,41A,51A,61A,71A)の行方向の中央部に配置されている。
【0111】
第28態様に係る赤外線センサ(1A,32A)は、第24態様において、第3の温度センサ(42A)をさらに有する。第1の温度センサ(12A)と第2の温度センサ(13A)とが画素部(8A)の中心に対して点対称の位置に配置されている。
【0112】
第29態様に係る赤外線センサ(1A,32A)は、第24態様において、第3の温度センサ(42A)と第4の温度センサ(52A)とをさらに有する。第1〜第4の温度センサ(12A,13A,42A,52A)が、画素部(8A)のアレイの四隅の夫々の外側に配置されている。
【0113】
第30態様に係る赤外線センサ(1A,32A)は、第29態様において、第5の温度センサ(62A)をさらに有する。第5の温度センサ(62A)は、画素部(8A)の列方向の外側に配置されている。
【0114】
第31態様に係る赤外線センサ(1A,32A)は、第30態様において、第6の温度センサ(72A)をさらに有する。
第6の温度センサ(72A)は、画素部(8A)に対して第5の温度センサ(62A)と反対側の画素部(8A)の列方向の外側に配置されている。
【0115】
第32態様に係る赤外線センサ(1A,32A)は、第24態様において、第3の温度センサ(42A)と第4の温度センサ(52A)とをさらに有する。第1の温度センサ(12A)と第2の温度センサ(13A)とが、画素部(8A)の行方向の外側に画素部(8A)を挟む様に配置されている。第3の温度センサ(42A)と第4の温度センサ(52A)とが、画素部(8A)の列方向の外側に画素部(8A)を挟む様に配置されている。
【産業上の利用可能性】
【0116】
本開示は、赤外線センサチップの自己診断機能を向上させることができるため、人の温度に応じて制御の仕方を変更する空調制御装置等に有用である。
【0117】
本開示は、赤外線センサチップの基板上に赤外線センサチップの温度を検出する温度センサ形成しているため、赤外線センサを大型化せずに赤外線の検出精度を向上させることができる。このため、人の温度に応じて制御の仕方を変更する空調制御装置等に有用である。
【符号の説明】
【0118】
1 赤外線センサ
2 基体
3、31 赤外線センサチップ
4 処理回路
5 キャップ
6 パッケージ
7 開口部
8 レンズ
9 サーモパイル配線
10 薄膜構造部
11 画素部
12 空洞部
13 支持基板
14 ブリッジ部
15 一端
16 スリット
17 温接点
18 冷接点
19 他端
20 破断検出配線
21 領域
22、32 ヒータ配線
23 第1の方向
24 第1の配線部
25 第2の配線部
26 第2の方向
27 引き出し配線部
28 ヒータ部
29 連結片
1A、32A 赤外線センサ
2A 基体
3A、31A、41A、51A、61A、71A 赤外線センサチップ
4A 処理回路素子
5A キャップ
6A パッケージ
7A レンズ
8A 画素部
9A 半導体基板
10A スペース
11A 温度センサ
12A 第1の温度センサ
13A 第2の温度センサ
14A 熱酸化膜
15A SiN膜
16A Pウェル
17A マスク
18A チャネルストッパ
19A poly−Si膜
20A ダイオード
21A p型サーモパイル
22A n型サーモパイル
23A 層間絶縁膜
24A 配線
25A パッシベーション膜
26A ブリッジ開口
27A キャビティ
28A ブリッジ
29A 抵抗
33A 凹部
42A 第3の温度センサ
52A 第4の温度センサ
62A 第5の温度センサ
72A 第6の温度センサ
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

【手続補正書】
【提出日】2019年8月7日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
図1図1は、実施の形態1の赤外線センサチップのブリッジ部の拡大図
図2図2は、同赤外線センサチップの画素部の拡大図
図3図3は、同赤外線センサチップの画素部の拡大図
図4図4は、同赤外線センサチップの画素部の側断面図
図5図5は、同赤外線センサチップを備えた赤外線センサの側断面図
図6図6は、同赤外線センサチップの画素部の配置を示す上面図
図7図7は、同赤外線センサの破断検出配線の等価回路図
図8図8は、同赤外線センサのヒータ配線の等価回路図
図9図9は、同赤外線センサの破断検出配線の配線の変形例を示す図
図10図10は、同赤外線センサの破断検出配線の配線の変形例を示す図
図11図11は、実施の形態2の赤外線センサチップのヒータ配線の配線を示す図
図12図12は、実施の形態3の赤外線センサチップの上面図
図13図13は、同赤外線センサチップを備えた赤外線センサの側断面図
図14図14A〜14Fは、同赤外線センサチップの製造方法を示す図
図15図15A〜15Fは、同赤外線センサチップの別の製造方法を示す図
図16図16は、実施の形態4の赤外線センサチップの上面図
図17図17は、同赤外線センサチップを用いた赤外線センサの側断面図
図18図18は、実施の形態5の赤外線センサチップの上面図
図19図19は、同赤外線センサチップの変形例の上面図
図20図20は、実施の形態6の赤外線センサチップの上面図
図21図21は、同赤外線センサチップの変形例の上面図
図22図22は、実施の形態7の赤外線センサチップの上面図
図23図23は、同赤外線センサチップの変形例の上面図
図24図24は、実施の形態8の赤外線センサチップの上面図
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0033
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0033】
しかしながら、国際公開第2002/075262号に示す赤外線センサチップでは、赤外線センサチップの周囲全体をダイオードが囲んでいるため、赤外線センサが大型化し、国際公開第2011/162346号に示す赤外線センサではサーミスタを備えているため、赤外線センサが大型化するという課題があった。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0077
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0077】
実施の形態7の赤外線センサチップ61Aは、第1の温度センサ12Aと第2の温度センサ13Aと第3の温度センサ42Aと第4の温度センサ52Aと第5の温度センサ62Aを有している。第1〜第4の温度センサ12A,13A,42A,52Aは画素部8Aのアレイの四隅の近傍に配置されている。第5の温度センサ62Aは画素部8AのY軸方向+側に配置されている。このように配置することで、温度センサ11Aを4つ用いた場合よりも、さらに精度良く赤外線センサチップ61Aの温度を検出することができる。
【国際調査報告】