JP2011027643A

JP2011027643A - 赤外線センサ

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Publication number: JP2011027643A
Application number: JP2009175859A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yoshida; 岳司吉田; Takuya Mino; 卓哉美濃; Hiroshi Yamanaka; 山中　　浩
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜や赤外線光学フィルタ膜の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能な赤外線センサを提供する。
【解決手段】赤外線検出素子１を収納するパッケージ２と、パッケージ２の開口部２ａを閉塞する第１の赤外線透過部材４１および第２の赤外線透過部材４２とを備え、パッケージ２と第１の赤外線透過部材４１とで囲まれた空間を真空雰囲気としてある。第１の赤外線透過部材４１は、ＺｎＳにより形成され、パッケージ２に対して、パッケージ２の内側から開口部２ａを閉塞する形で鉛フリーのガラスフリットからなる接合部５１により固着され、赤外線光学フィルタ膜４３と赤外線反射防止膜４４とが積層された第２の赤外線透過部材４２は、Ｓｉにより形成され、ガラスフリットに比べて低温での使用が可能な鉛フリーの導電性接着剤からなる接合部５２により、パッケージ２に対して固着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線センサに関するものである。

従来から、図８に示すように、赤外線を検出する熱型の赤外線検出素子１’と、当該赤外線検出素子１’を収納するパッケージ２’と、赤外線透過材料であるＺｎＳにより形成されパッケージ２’の開口部２ａ’の前方に配置された第１のレンズ３１と、赤外線透過材料であるＳｉにより形成されパッケージ２’の開口部２ａ’を閉塞する形でパッケージ２’に固着された第２のレンズ３２とを備え、第１のレンズ３１と第２のレンズ３２とで赤外線検出素子１’に赤外線を集光する光学系を構成してなる赤外線センサが提案されている（特許文献１参照）。なお、この赤外線センサでは、光学系を第１のレンズ３１と第２のレンズ３２とで構成してあるので、光学系の収差を小さくすることができる。

ここにおいて、図８に示した構成の赤外線センサでは、第１のレンズ３１の前面および後面それぞれに赤外線反射防止膜が積層され、第２のレンズ３２の前面に赤外線反射防止膜が積層されるとともに、第２のレンズ３２の後面に波長が８μｍ未満の赤外線を遮断する赤外線光学フィルタ膜（波長選択性フィルタ膜）が積層されている。

なお、上記特許文献１に開示された赤外線センサでは、第２のレンズ３２の赤外線透過材料としてＳｉを採用することで、ＺｎＳｅやＧａＡｓなどを採用する場合に比べて、環境負荷を少なくすることができるとともに低コスト化が可能となり、Ｇｅを採用する場合に比べて低コスト化が可能となる。

特開２００６−４７３４３号公報

ところで、上記特許文献１には、図８に示した構成の赤外線センサの高感度化を図る一手段として、パッケージ２’と第２のレンズ３２とで囲まれる空間を真空雰囲気とすることが記載されている。ここにおいて、図８に示した構成の赤外線センサでは、気密性および所望の真空度を確保するために、第２のレンズ３２をパッケージ２’に対して低融点ガラスにより固着する必要があるが、第２のレンズ３２をパッケージ２’に対して固着する際に、４００〜６００℃程度の高温になり、第２のレンズ３２に形成されている赤外線反射防止膜および赤外線光学フィルタ膜の剥れが発生してしまうことがあった。また、図８に示した構成の赤外線センサでは、低融点ガラスが鉛を含んでいるものと考えられ、環境負荷の点から好ましくなかった。

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、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜や赤外線光学フィルタ膜の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能な赤外線センサを提供することにある。

請求項１の発明は、熱型の赤外線受光素子と、無機材料により形成され赤外線検出素子を収納するパッケージであり赤外線検出素子の前方に開口部が形成されたパッケージと、第１の赤外線透過材料により形成されパッケージの内側から開口部を閉塞する形でパッケージに固着された第１の赤外線透過部材と、第２の赤外線透過材料により形成されパッケージの外側から開口部を閉塞する形でパッケージに固着された第２の赤外線透過部材とを備え、パッケージと第１の赤外線透過部材とで囲まれた空間を真空雰囲気としてある赤外線センサであって、パッケージが、赤外線検出素子が実装される実装部材と、前記開口部を有し実装部材との間に赤外線検出素子を囲む形で実装部材に接合されるカバー部材とで構成されてなり、第１の赤外線透過材料がＺｎＳであり、第１の赤外線透過部材が、鉛フリーのガラスフリットによりカバー部材に固着されてなり、第２の赤外線透過材料がＳｉであり、第２の赤外線透過部材に、赤外線光学フィルタ膜と赤外線反射防止膜との少なくとも一方が積層されてなり、当該第２の赤外線透過部材が、鉛フリーの導電性接着剤もしくは樹脂系接着剤によりカバー部材に固着されてなることを特徴とする。

この発明によれば、ＺｎＳにより形成された第１の赤外線透過部材が、パッケージに対して、パッケージの内側から開口部を閉塞する形で鉛フリーのガラスフリットにより固着され、パッケージと第１の赤外線透過部材とで囲まれた空間が、真空雰囲気となっており、Ｓｉにより形成され赤外線光学フィルタ膜と赤外線反射防止膜との少なくとも一方が積層された第２の赤外線透過部材が、ガラスフリットに比べて低温での使用が可能な鉛フリーの導電性接着剤もしくは樹脂系接着剤により、パッケージに対して固着されているので、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜や赤外線光学フィルタ膜の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１の赤外線透過部材と前記第２の赤外線透過部材との少なくとも一方が、前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記第１の赤外線透過部材と前記第２の赤外線透過部材との少なくとも一方が、前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成されていることにより、前記第１の赤外線透過部材と前記第２の赤外線透過部材との両方が平板状に形成されている場合に比べて、高感度化を図れる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記第２の赤外線透過部材は、シリコン基板を用いて前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成されたものであり、前記レンズ形状に応じてシリコン基板との接触パターンを設計した陽極をシリコン基板の一表面側にシリコン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シリコン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シリコン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てなることを特徴とする。

この発明によれば、前記第２の赤外線透過部材を、前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成することで高感度化を図れ、当該レンズ形状の前記第２の赤外線透過部材が、前記レンズ形状に応じてシリコン基板との接触パターンを設計した陽極をシリコン基板の一表面側にシリコン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シリコン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シリコン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ているので、精密研磨装置を用いて形成されている場合に比べて、前記第２の赤外線透過部材の低コスト化を図れる。

請求項１の発明は、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜や赤外線光学フィルタ膜の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になるという効果がある。

実施形態１の赤外線センサの概略断面図である。同上の赤外線センサの製造方法の説明図である。実施形態２の赤外線センサの概略断面図である。同上の赤外線センサにおける第２の赤外線透過部材の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の赤外線センサにおける第２の赤外線透過部材の製造方法の説明図である。実施形態３の赤外線センサの概略断面図である。実施形態４の赤外線センサの概略断面図である。従来例の赤外線センサの概略断面図である。

（実施形態１）
本実施形態の赤外線センサは、熱型の赤外線受光素子１と、無機材料により形成され赤外線検出素子１を収納するパッケージ２であり赤外線検出素子１の受光面の前方に開口部２ａが形成されたパッケージ２と、第１の赤外線透過材料により形成されパッケージ２の内側から開口部２ａを閉塞する形でパッケージ２に固着された第１の赤外線透過部材４１と、第２の赤外線透過材料により形成されパッケージ２の外側から開口部２ａを閉塞する形でパッケージ２に固着された第２の赤外線透過部材４２とを備え、パッケージ２と第１の赤外線透過部材４１とで囲まれた空間を真空雰囲気としてある。

また、本実施形態の赤外線センサでは、上述のパッケージ２に、赤外線検出素子１だけでなく、当該赤外線検出素子１の出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ＩＣチップ５を収納してある。ここにおいて、赤外線検出素子１と信号処理ＩＣチップ５とは横並びに並設されており、赤外線検出素子１と信号処理ＩＣチップ５との互いに対応するパッド（図示せず）同士がボンディングワイヤ（図示せず）を介して各別に電気的に接続されている。

上述のパッケージ２は、一面が開口した矩形箱状に形成され内底面側に赤外線検出素子１および信号処理ＩＣチップ５が実装された多層セラミック基板（セラミックパッケージ）からなるパッケージ本体２１と、上述の開口部２ａを有しパッケージ本体２１の上記一面側に覆着されたメタルリッドよりなるパッケージ蓋２２とで構成されており、パッケージ蓋２２に上述の各赤外線透過部材４１，４２が固着されている。ここで、パッケージ蓋２２の周部は、パッケージ本体２１の上記一面上に形成された矩形枠状の金属パターン（図示せず）にシーム溶接により接合されている。なお、本実施形態では、パッケージ本体２１が、赤外線検出素子１が実装される実装部材を構成し、パッケージ蓋２２が、開口部２ａを有し実装部材との間に赤外線検出素子１を囲む形で実装部材に接合されるカバー部材を構成している。

また、赤外線検出素子１としては、サーモパイル型のセンシングエレメントを赤外線検出部として備えた赤外線検出素子を用いているが、これに限らず、ボロメータ型のセンシングエレメントを赤外線検出部として備えた赤外線検出素子や、焦電型のセンシングエレメントを赤外線検出部として備えた赤外線検出素子を用いてもよい。また、赤外線検出素子１としては、赤外線検出部を１つだけ備えたものを用いてもよいし、複数の赤外線検出部を備え当該複数の赤外線検出部が２次元アレイ状に配列されたものを用いてもよい。

赤外線検出素子１および信号処理ＩＣチップ５とパッケージ本体２１との接合方法は、鉛フリー半田や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いた接合法に限らず、例えば、常温接合法や、例えば、Ａｕ−Ｓｎ共晶もしくはＡｕ−Ｓｉ共晶を利用した接合法などを採用してもよい。ただし、常温接合法などの直接接合が可能な接合法の方が、導電性接着剤を用いた接合法に比べて、赤外線検出素子１と第１の赤外線透過部材４１との距離精度を向上させる上では有利である。

ここにおいて、パッケージ本体２１は、上記内底面側に、赤外線検出素子１および信号処理ＩＣチップ５が電気的に接続される金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる導体パターン（図示せず）が形成されており、当該各導体パターンそれぞれに電気的に接続された金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数の外部接続用電極（図示せず）が、外底面と外側面とに跨って形成されている。なお、本実施形態では、パッケージ本体２１に赤外線検出素子１と信号処理ＩＣチップ５とが収納されているので、赤外線検出素子１が、上記ボンディングワイヤや信号処理ＩＣチップ５などを介して上記導体パターンと電気的に接続されているが、パッケージ本体２１に信号処理ＩＣチップ５を収納しない場合には、赤外線検出素子１がボンディングワイヤを介して適宜の導体パターンと電気的に接続されるようにすればよい。

また、パッケージ本体２１は、金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなるシールド用導体パターン２３が形成されており、赤外線検出素子１および信号処理ＩＣチップ５は、パッケージ本体２１のシールド用導体パターン２３に適宜接続されている。ここにおいて、本実施形態の赤外線センサは、パッケージ本体２１に、シールド用導体パターン２３に電気的に接続された金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなるグランド用の外部接続用電極（図示せず）もパッケージ本体２１の外底面と外側面とに跨って設けられており、当該グランド用の外部接続用電極を、赤外線センサを２次実装する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、赤外線検出素子１および信号処理ＩＣチップ５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比の低下を防止することができる。なお、上述の説明から分かるように、パッケージ本体２１は、無機材料（セラミックおよび上記各金属材料）により形成されている。

また、パッケージ蓋２２は、コバールなどの金属材料により形成されており、真空封止するためにＮｉめっきが施されている。なお、パッケージ蓋２２の金属材料は、コバールに限定するものではない。

また、第１の赤外線透過部材４１は、赤外線検出素子１へ赤外線を集光する集光用の赤外線レンズであり、平凸型の非球面レンズのレンズ形状に形成されており、凸曲面が赤外線検出素子１側となる形でパッケージ蓋２２に固着されている。ここにおいて、第１の赤外線透過部材４１は、パッケージ２内を真空雰囲気とするための窓材を兼ねており、パッケージ蓋２２に対して、鉛フリーのガラスフリットからなる接合部５１により固着（封着）してある。さらに説明すれば、第１の赤外線透過部材４１は、当該第１の赤外線透過部材４１の周部をパッケージ蓋２２の一表面（図１では下面）における開口部２ａの周部に対して、接合部５１により固着してある。ここにおいて、鉛フリーのガラスフリットとしては、例えば、４００℃〜６００℃程度で溶けるものを用いればよい。

また、第２の赤外線透過部材４２は、パッケージ蓋２２の開口部２ａを閉塞するようにパッケージ蓋２２の他表面（図１では上面）における開口部２ａの周部に鉛フリーの導電性接着剤（例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど）からなる接合部５２により固着されている。ここにおいて、接合部５２の材料は鉛フリーの導電性接着剤に限らず、例えば、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂などの樹脂系接着剤でもよいが、いずれにしても上述のガラスフリットよりも低温での接合が可能なものを用いる。ただし、上述のように、接合部５２の材料として導電性接着剤を採用することにより、第２の赤外線透過部材４２が、接合部５２およびパッケージ蓋２２を介してパッケージ本体２１のシールド用導体パターン２３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。

ところで、本実施形態の赤外線センサは、検出対象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、上述の各赤外線透過材料としては、下記表１のような物性定数を有するＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどが考えられるが、本実施形態では、第１の赤外線透過部材４１の第１の赤外線透過材料として、波長１０μｍでの透過率が最も高いＺｎＳを採用し、第２の赤外線透過部材４２の第２の赤外線透過材料として、環境負荷が少なく且つ当該第２の赤外線透過部材４２の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。

上述の表１から分かるように、ＺｎＳは、波長１０μｍの赤外線に対する透過率が８０％近い値であり、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどに比べて高いので、第１の赤外線透過部材４１の赤外線透過材料としてＺｎＳを採用することにより、第１の赤外線透過部材４１に赤外線反射防止膜を設けなくてもよいという利点がある。その一方で、ＺｎＳｅはＺｎＳに近い透過率を有する赤外線透過材料であるが、Ｓｅを含んでいるので、環境負荷の点から好ましくない。

また、Ｓｉは、低コストの赤外線透過材料であるが、波長１０μｍの赤外線に対する透過率が４３％程度なので、本実施形態の赤外線センサのように、第２の赤外線透過部材４２の赤外線透過材料としてＳｉを採用する場合、第２の赤外線透過部材４２の赤外線入射面側に赤外線反射防止膜４４を積層するとともに、第２の赤外線透過部材４２の赤外線出射面側に赤外線光学フィルタ膜４３を積層することが好ましい。赤外線光学フィルタ膜４３としては、８μｍ未満の赤外線を遮断するように光学設計してあるが、赤外線センサの用途（例えば、人体検知の用途、ガス検知の用途など）に応じた検出対象の赤外線の波長や波長域に応じて適宜の光学設計を行えばよい。ここで、赤外線反射防止膜４４および赤外線光学フィルタ膜４３は、例えば、屈折率の異なる複数種類の薄膜を交互に積層することにより形成すればよい。なお、本実施形態では、第２の赤外線透過部材４２に赤外線反射防止膜４４および赤外線光学フィルタ膜４３を積層してあるが、赤外線反射防止膜４４と赤外線光学フィルタ膜４３との少なくも一方を積層してあればよい。また、上述の第２の赤外線透過部材４２は、シリコンウェハを用いて形成すればよく、多数の第２の赤外線透過部材４２の基礎となるシリコンウェハの一表面側に赤外線光学フィルタ膜４３を形成するとともに他表面側に赤外線反射防止膜４４を形成した後、個々の第２の赤外線透過部材４２にダイシングすればよい。

以下、本実施形態の赤外線センサの製造方法について図２を参照しながら説明するが、図２では、図１の赤外線センサにおけるシールド用導体パターン２３の図示を省略してある。

まず、各別に形成された赤外線検出素子１および信号処理ＩＣチップ５をパッケージ本体２１の内底面側に実装する実装工程を行った後、第１の赤外線透過部材４１が上述の鉛フリーのガラスフリットからなる接合部５１により上記一表面側に固着されたパッケージ蓋２２を真空中においてパッケージ本体２１の上記一面側に重ねて、シーム溶接によりパッケージ蓋２２の周部をパッケージ本体２１に封着する。その後、パッケージ蓋２２の上記他表面側に、第２の赤外線透過部材４２を上述の鉛フリーの導電性接着剤（例えば、溶融温度が４００℃未満の鉛フリー半田、銀ペーストなど）からなる接合部５２により固着することによって、図１に示す構成の赤外線センサを得る。

以上説明した本実施形態の赤外線センサによれば、ＺｎＳにより形成された第１の赤外線透過部材４１が、パッケージ２に対して、パッケージ２の内側から開口部２ａを閉塞する形で鉛フリーのガラスフリットにより固着され、パッケージ２と第１の赤外線透過部材４１とで囲まれた空間が、真空雰囲気となっており、Ｓｉにより形成され赤外線光学フィルタ膜４３と赤外線反射防止膜４４との少なくとも一方が積層された第２の赤外線透過部材４２が、ガラスフリットに比べて低温での使用が可能な鉛フリーの導電性接着剤もしくは樹脂系接着剤により、パッケージ２に対して固着されているので、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜４４や赤外線光学フィルタ膜４３の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。

また、本実施形態の赤外線センサでは、第１の赤外線透過部材４１が、赤外線検出素子１の受光面へ赤外線を集光するレンズ形状に形成されているので、第１の赤外線透過部材４１と第２の赤外線透過部材４２との両方が平板状に形成されている場合に比べて、高感度化を図れる。

（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図３に示すように、ＺｎＳにより形成された第１の赤外線透過部材４１の形状が平板状であり、Ｓｉにより形成された第２の赤外線透過部材４２の形状が平凸型の非球面レンズのレンズ形状である点が相違する。ここで、第２の赤外線透過部材４２は、平面がパッケージ蓋２２側となり、凸曲面がパッケージ蓋２２側とは反対側となる形でパッケージ蓋２２に固着されている。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。

上述のレンズ形状の第２の赤外線透過部材４２は、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法（例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報など）などを利用して形成している。

以下、第２の赤外線透過部材４２の製造方法について図４および図５を参照しながら説明するが、具体的には、導電形がｐ形のシリコンウェハからなる半導体ウェハ４０の一部を陽極酸化工程において多孔質化することにより形成した多孔質シリコンからなる多孔質部４８（図４（ｄ）参照）を除去してシリコンレンズからなる半導体レンズを第２の赤外線透過部材４２として製造する製造方法を説明する。なお、本実施形態では、半導体ウェハ４０の抵抗率を８０Ωｃｍに設定してあるが、この数値は特に限定するものではない。ただし、半導体ウェハ４０の抵抗率は、好ましくは０．１〜１０００Ωｃｍ、より好ましくは数Ωｃｍ〜数１００Ωｃｍである。

まず、図４（ａ）に示すシリコンウェハからなる半導体ウェハ４０を洗浄する洗浄工程、半導体ウェハ４０の一表面（図４（ａ）における下面）にマークを設けるマーキング工程を行ってから、半導体ウェハ４０の上記一表面側に陽極酸化工程で利用する陽極４６（図４（ｃ）参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の導電性膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる導電性層４５を形成する導電性層形成工程を行うことによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、導電性層形成工程では、例えばスパッタ法によって半導体ウェハ４０の上記一表面上に導電性層４５を成膜した後、Ｎ_２ガスおよびＨ_２ガス雰囲気中で導電性層４５のシンタ（熱処理）を行うことで、導電性層４５と半導体ウェハ４０とのオーミック接触を得ている。なお、導電性層４５の成膜方法はスパッタ法に限らず、例えば蒸着法などの他の周知の薄膜形成方法を採用してもよい。

導電性層形成工程の後、導電性層４５に円形状の開孔部４７を設けるように導電性層４５をパターニングするパターニング工程を行うことによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を利用して半導体ウェハ４０の上記一表面側に開孔部４７に対応する部位が開孔されたレジスト層（図示せず）を形成した後、レジスト層をマスクとして導電性層４５の不要部分を例えばウェットエッチング技術あるいはドライエッチング技術によってエッチング除去して開孔部４７を設けることにより導電性層４５の残りの部分からなる陽極４６を形成し、その後、上記レジスト層を除去する。なお、導電性層４５がＡｌ膜やＡｌ−Ｓｉ膜であれば、導電性層４５の不要部分をウェットエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば燐酸系エッチャントを用いればよく、導電性層４５の不要部分をドライエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば反応性イオンエッチング装置などを用いればよい。また、本実施形態では、上述の導電性層形成工程とパターニング工程とで、所望のレンズ形状に応じて半導体ウェハ４０との接触パターンを設計した陽極４６を半導体ウェハ４０の上記一表面側に形成する陽極形成工程を構成している。

上述のパターニング工程の後、陽極酸化用の電解液Ｂ（図５参照）中で半導体ウェハ４０の他表面側（図４（ａ）の上面側）に対向配置される陰極１２５（図５参照）と陽極４６との間に通電して半導体ウェハ４０の上記他表面側に除去部位となる多孔質シリコンからなる多孔質部４８を形成する陽極酸化工程（陽極酸化処理）を行うことによって、図４（ｄ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、半導体ウェハ４０として、導電形がｐ形のものを用いているので、陽極酸化工程において半導体ウェハ４０の上記他表面側に光を照射する必要はないが、半導体ウェハ４０として導電形がｎ形のものを用いる場合には光を照射する必要がある。また、電解液Ｂとしては、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合した混合溶液を用いているが、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体もエタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール（ＩＰＡ）などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。

ところで、ｐ形のシリコンウェハからなる半導体ウェハ４０の一部を陽極酸化工程において多孔質化する際には、ホールをｈ^＋、電子をｅ⁻とすると、以下の反応が起こっていると考えられる。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｈ^＋→ＳｉＦ_２＋２Ｈ^＋＋ｎｅ⁻
ＳｉＦ_２＋２ＨＦ→ＳｉＦ_４＋Ｈ_２
ＳｉＦ_４＋２ＨＦ→ＳｉＨ_２Ｆ_６
すなわち、シリコンウェハからなる半導体ウェハ４０の陽極酸化では、Ｆイオンの供給量とホールｈ^＋の供給量との兼ね合いで多孔質化あるいは電解研磨が起こることが知られており、Ｆイオンの供給量の方がホールの供給量よりも多い場合には多孔質化が起こり、ホールｈ^＋の供給量がＦイオンの供給量よりも多い場合には電解研磨が起こる。したがって、本実施形態のように半導体ウェハ４０としてｐ形のシリコンウェハを用いている場合には、陽極酸化による多孔質化の速度はホールｈ^＋の供給量で決まるから、半導体ウェハ４０中を流れる電流の電流密度で多孔質化の速度が決まり、多孔質部４８の厚みが決まることになる。本実施形態では、半導体ウェハ４０中を図５の矢印で示すような経路で電流が流れるので、半導体ウェハ４０の上記他表面側では、陽極４６の厚み方向に沿った開孔部４７の中心線から離れるほど電流密度が徐々に大きくなるような電流密度の面内分布を有することとなり、半導体ウェハ４０の上記他表面側に形成される多孔質部４８は、陽極４６の開孔部４７の上記中心線に近くなるほど徐々に薄くなっている。なお、上述の電流密度の面内分布は、陽極４６と陰極１２５との間に通電しているときに陽極４７と半導体ウェハ４０との接触パターンなどにより決まる半導体ウェハ４０内の電界強度の分布に応じて発生し、電界強度が強いほど電流密度が大きくなり、電界強度が弱いほど電流密度が小さくなる。

上述の陽極酸化工程の終了後、多孔質部４８を除去する多孔質部除去工程を行うことによって、図４（ｅ）に示す構造の第２の赤外線透過部材４１を得る。ここにおいて、多孔質シリコンからなる多孔質部４８を除去するエッチング液としてアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの水溶液）やＨＦ系溶液を用いれば、多孔質部４８を除去する多孔質部除去工程において、Ａｌ膜やＡｌ−Ｓｉ膜により形成されている陽極４６もエッチング除去することができる。

多孔質部除去工程の後は、半導体ウェハ４０の上記一表面側に赤外線光学フィルタ膜４３を積層するフィルタ膜形成工程を行うとともに半導体ウェハ４０の上記他表面側に赤外線反射防止膜４４を積層する反射防止膜形成工程を行ってから、個々の第２の赤外線透過部材４２に分離するダイシング工程を行えばよい。

上述の第２の赤外線透過部材４２の製造方法によれば、陽極形成工程にて形成する陽極４６と半導体ウェハ４０との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体ウェハ４０に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部４８の厚みの面内分布を制御することができて厚みが連続的に変化した多孔質部４８を形成することが可能であり、当該多孔質部４８を多孔質部除去工程にて除去することで所望のレンズ形状の第２の赤外線透過部材４２が形成されるから、高価な精密研磨装置を用いることなく所望のレンズ形状（任意形状）の第２の赤外線透過部材４２を低コストで製造することが可能となる。また、上述の第２の赤外線透過部材４２の製造方法では、レンズ径が数ｍｍ程度のレンズ形状でも１回の陽極酸化工程と１回の多孔質部除去工程とで形成することができるという利点もある。

以上説明した本実施形態の赤外線センサによれば、実施形態１と同様、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜４４や赤外線光学フィルタ膜４３の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。また、本実施形態の赤外線センサでは、第２の赤外線透過部材４２を、赤外線検出素子１の受光面へ赤外線を集光するレンズ形状に形成してあるので、高感度化を図れ、しかも、当該レンズ形状の第２の赤外線透過部材４２が、レンズ形状に応じてシリコン基板である半導体ウェハ４０との接触パターンを設計した陽極４６を半導体ウェハ４０の上記一表面側に半導体ウェハ４０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ウェハ４０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Ｂ中で半導体ウェハ４０の上記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４８を形成してから当該多孔質部４８を除去することにより形成されているので、高価な精密研磨装置を用いて形成されている場合に比べて、第２の赤外線透過部材４２の低コスト化を図れる。

また、本実施形態の赤外線センサでは、ＺｎＳにより形成された第１の赤外線透過部材４１の形状が平板状であり、Ｓｉにより形成された第２の赤外線透過部材４２の形状が平凸型の非球面レンズのレンズ形状であるので、ＺｎＳに比べて屈折率の大きいＳｉにより形成される第２の赤外線透過部材４２をレンズ形状とすることで、第２の赤外線透過部材４２を実施形態１の第１の赤外線透過部材４１に比べて短焦点のレンズとして用いることが可能となり、結果的に、第２の赤外線透過部材４２を実施形態１の赤外線透過部材４１に比べて薄型化することができ、第２の赤外線透過部材４２と第１の赤外線透過部材４１とを合わせた厚みを実施形態１に比べて薄くできるので、実施形態１に比べて赤外線センサ全体の低背化を図れる。

（実施形態３）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図６に示すように、第２の赤外線透過部材４２として、実施形態２と同様にレンズ形状に形成されたものを用いている点が相違する。なお、実施形態１，２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。

しかして、本実施形態の赤外線センサによれば、実施形態１と同様、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜４４や赤外線光学フィルタ膜４３の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。また、本実施形態の赤外線センサでは、第１の赤外線透過部材４１と第２の赤外線透過部材４２とがそれぞれレンズ形状に形成されているので、第１の赤外線透過部材４１と第２の赤外線透過部材４２とで構成される光学系により、高解像度の光学系を実現することが可能となるとともに、より一層の高感度化を図れる。

（実施形態４）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図７に示すように、パッケージ２がキャンパッケージにより構成されている点が相違する。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。

本実施形態におけるパッケージ２は、赤外線検出素子１および信号処理ＩＣチップ５が実装される円盤状の金属ベース（ステム）２４と、後面が開放された有底円筒状に形成され赤外線検出素子１および信号処理ＩＣチップ５を覆うように金属ベース２４に封着される金属製のキャップ２５とで構成されており、キャップ２５において赤外線検出素子１の前方（図７の上方）に位置する前壁に開口部２ａが形成されている。また、本実施形態では、実施形態１と同様に、パッケージ２と第１の赤外線透過部材４１とで囲まれた空間を真空雰囲気としてある。なお、本実施形態では、金属ベース２４が、赤外線検出素子１が実装される実装部材を構成し、キャップ２５が、開口部２ａを有し実装部材との間に赤外線検出素子１を囲む形で実装部材に接合されるカバー部材を構成している。

ここにおいて、キャップ２５および金属ベース２４は、コバールなどの金属材料により形成されており、キャップ２５の表面にはＮｉのめっきが施され、金属ベース２４におけるキャップ２５との接合部位にはＮｉのめっきを施した後にＡｕのめっきが施されている。

金属ベース２４は、信号処理ＩＣチップ５のパッド（図示せず）とボンディングワイヤ（図示せず）を介して電気的に接続される複数本の端子ピン２６が挿通される複数の端子用孔（図示せず）が厚み方向に貫設されており、端子ピン２６が上記端子用孔に挿通された形で封止部（図示せず）により封着されている。端子ピン２６の材料としては、封着合金の一種であるコバールを採用しているが、他の封着合金や封着金属などを採用してもよい。なお、複数本の端子ピン２６は、信号出力用の端子ピン２５、給電用の端子ピン２６、グランド用の端子ピン２６などがあり。信号出力用の端子ピン２５、給電用の端子ピン２６を封着する封止部は、絶縁性を有する鉛フリーのガラスフリットにより形成されており、グランド用の端子ピン２６を封着する封止部は、金属材料により形成されている。要するに、信号出力用の端子ピン２６および給電用の端子ピン２６は金属ベース２４と電気的に絶縁されているのに対し、グランド用の端子ピン２６は金属ベース２４と同電位となっている。しかして、本実施形態の赤外線センサも、実施形態１と同様に、外来の電磁ノイズに対するシールド効果を高めることができ、Ｓ／Ｎ比の向上による高感度化を図れる。

本実施形態の赤外線センサの製造にあたっては、第１の赤外線透過部材４１をキャップ２５に対して、鉛フリーのガラスフリットからなる接合部５１により固着した後で、真空中において、金属ベース２４の周部に対して、キャップ２５の後端縁から外方に延設された外鍔部２５ｃを、抵抗溶接により接合することでキャップ２５を封着し、その後、キャップ２５に第２の赤外線透過部材４２をキャップ２５に対して、実施形態１と同様の鉛フリーの導電性接着剤や樹脂系接着剤からなる接合部５２により固着するようにしている。

しかして、本実施形態の赤外線センサによれば、実施形態１と同様、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜４４や赤外線光学フィルタ膜４３の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。なお、第１の赤外線透過部材４１と第２の赤外線透過部材４２との組み合わせは、実施形態１の組み合わせに限らず、実施形態２や実施形態３の組み合わせでもよい。

１赤外線検出素子
２パッケージ
２ａ開口部
２１パッケージ本体（実装部材）
２２パッケージ蓋（カバー部材）
２４金属ベース（実装部材）
２５キャップ（カバー部材）
４１第１の赤外線透過部材
４２第２の赤外線透過部材
４３赤外線光学フィルタ膜
４４赤外線反射防止膜
５１接合部
５２接合部

Claims

熱型の赤外線受光素子と、無機材料により形成され赤外線検出素子を収納するパッケージであり赤外線検出素子の前方に開口部が形成されたパッケージと、第１の赤外線透過材料により形成されパッケージの内側から開口部を閉塞する形でパッケージに固着された第１の赤外線透過部材と、第２の赤外線透過材料により形成されパッケージの外側から開口部を閉塞する形でパッケージに固着された第２の赤外線透過部材とを備え、パッケージと第１の赤外線透過部材とで囲まれた空間を真空雰囲気としてある赤外線センサであって、パッケージが、赤外線検出素子が実装される実装部材と、前記開口部を有し実装部材との間に赤外線検出素子を囲む形で実装部材に接合されるカバー部材とで構成されてなり、第１の赤外線透過材料がＺｎＳであり、第１の赤外線透過部材が、鉛フリーのガラスフリットによりカバー部材に固着されてなり、第２の赤外線透過材料がＳｉであり、第２の赤外線透過部材に、赤外線光学フィルタ膜と赤外線反射防止膜との少なくとも一方が積層されてなり、当該第２の赤外線透過部材が、鉛フリーの導電性接着剤もしくは樹脂系接着剤によりカバー部材に固着されてなることを特徴とする赤外線センサ。
前記第１の赤外線透過部材と前記第２の赤外線透過部材との少なくとも一方が、前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成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。
前記第２の赤外線透過部材は、シリコン基板を用いて前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成されたものであり、前記レンズ形状に応じてシリコン基板との接触パターンを設計した陽極をシリコン基板の一表面側にシリコン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シリコン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シリコン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てなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。