JP2005030871A - Method of manufacturing infrared sensor - Google Patents

Method of manufacturing infrared sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2005030871A
JP2005030871A JP2003195304A JP2003195304A JP2005030871A JP 2005030871 A JP2005030871 A JP 2005030871A JP 2003195304 A JP2003195304 A JP 2003195304A JP 2003195304 A JP2003195304 A JP 2003195304A JP 2005030871 A JP2005030871 A JP 2005030871A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
infrared
substrate
cutting
manufacturing
infrared sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003195304A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Iida
義典 飯田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2003195304A priority Critical patent/JP2005030871A/en
Publication of JP2005030871A publication Critical patent/JP2005030871A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing infrared sensors at a low cost and in a high yield, as to a method of manufacturing noncooled-type infrared sensors, in particular. <P>SOLUTION: This method of manufacturing infrared sensors is equipped with a process for forming element domains 2 for infrared detection pixels, etc. on each semiconductor substrate 1 as to a plurality of infrared sensors, a process for forming frame body materials 3 for separating respective element domains 2 from each other on the semiconductor substrate 1 with the element domains 2 formed thereon, a process for bonding, in a vacuum, a window material substrate 4 to the semiconductor substrate 1 with the body materials 3 formed thereon and independently vacuum-sealing the element domains 2 with the body materials 3 and the material substrate 4 on a sensor-by-sensor basis, a process for removing an unnecessary portion being a portion of a window material substrate 4 between adjoining infrared sensors and not contributing to the vacuum-sealing of the element domains 2, and a process for cutting off the semiconductor substrate 1 to form chips for every infrared sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外線センサの製造方法に係わるものであり、特に非冷却型の赤外線センサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
赤外線撮像は、昼夜にかかわらず撮像可能であるとともに、可視光よりも煙、霧に対して透過性が高いという特長があり、さらに被写体の温度情報をも得ることができることから、防衛分野をはじめ監視カメラや火災検知カメラとして広い応用範囲を有する。
【0003】
近年、従来の主流素子である量子型赤外線固体撮像装置の最大の欠点である、低温動作のための冷却機構を必要としない「非冷却型赤外線固体撮像素子」の開発が盛んになってきている。非冷却型すなわち熱型の赤外線固体撮像装置においては、波長10μ程度の入射赤外線を吸収構造により熱に変換した上で、この微弱な熱により生じる感熱部の温度変化をなんらかの熱電変換手段により電気的信号に変換し、この電気的信号を読み出すことで赤外線画像情報を得ており、これまでに、いろいろな熱電変換の手段が検討されてきている。
【0004】
たとえば、ゼーベック効果により温度差を電位差に変換するサーモパイル、抵抗体の温度変化を抵抗変化に変換するボロメータ、焦電効果により温度変化を電荷に変換する焦電素子、そして、一定の順方向電流により温度変化を電圧変化に変換するシリコンpn接合(例えば、非特許文献1参照。)等が報告されている。
【0005】
このような非冷却型赤外線センサにおいては、入射した赤外線を吸収することで発生した熱による感熱部の温度変化を大きくするため、センサ基板に対して熱的に分離された熱電変換構造を形成することが重要であり、MEMS(Micro−Electro−Mechanical System)構造を作製する工程により画素ごとのMEMS構造を採用することで、実用的な熱分離構造を実現している(例えば、特許文献1参照。)。
【0006】
また、赤外線センサでは、良好な熱分離を行うために、真空パッケージに実装することで、雰囲気による伝導・対流に起因する熱抵抗の低下を防止している。例えば、非冷却型赤外線センサチップの受光部を赤外線透過窓により真空封止した構造が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0007】
【非特許文献1】
Tomohiro Ishikawa, et al., Proc. SPIE Vol.3698, p.556, 1999
【特許文献1】
特開2002−107224公報
【特許文献2】
特開平10−115556号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、非冷却型赤外線センサにおいては、熱分離の要請により、感熱部はMEMS構造であり、このMEMS構造からなる感熱部を真空封止することが必要である。したがって、非冷却型赤外線センサは、ウエハープロセス、ダイシング等によるチップ化の他、真空排気が可能なパッケージに実装する工程が必要とされる。
【0009】
MEMS構造を作製する工程の後に、センサ基板をダイシングし、チップ化する製造方法が考えられるが、通常のチップ化工程であるダイシング工程において、上記MEMS構造が破損する可能性が高い。
【0010】
一方、センサ基板をダイシングし、チップ化する工程の後に、各チップにMEMS構造を作製する製造方法が考えられる。しかしながら、このチップ化する工程の後にMEMS構造を作製する工程においては、破損しやすいMEMS構造を露出した状態で、個々のセンサチップをハンドリングすることが必要となり、非常にデリケートな工程が要求される。したがって、MEMS構造作製工程における不良チップの発生により製造歩留まりを低下させることが多い。
【0011】
さらに、センサ特性の評価についても、真空パッケージに実装した状態で特性評価を行う必要があり、通常のLSI基板のようにウエハーレベルでプローブを用いた評価は行うことができなかった。
【0012】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、低コストで歩留まりの高い赤外線センサの製造方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
(構成)
上述した課題を解決するために、本発明の第1の赤外線センサの製造方法は、半導体チップ上に赤外線検出画素を配列してなり、前記赤外線検出画素の各々は、入射赤外線光を吸収し熱に変換するための赤外線吸収構造と、該赤外線吸収構造で発生した熱による温度変化を電気信号に変換するための熱電変換構造と、少なくとも前記赤外線吸収構造と前記熱電変換構造とを前記半導体チップ上に該半導体チップと離間して支持する支持構造とを備えた赤外線センサの製造方法であって、複数の前記赤外線センサについてこれらの前記赤外線検出画素をそれぞれ半導体基板上に形成する工程と、前記赤外線検出画素が形成された前記半導体基板に封止基板を真空中において接着して、前記赤外線センサ毎にそれぞれ独立してその前記赤外線検出画素を該封止基板により真空封止する工程と、隣り合う前記赤外線センサ同士の間の前記封止基板の部分であって前記赤外線検出画素の真空封止に寄与しない不要部分を除去する工程と、前記半導体基板を切断して前記赤外線センサ毎にチップ化する工程と、を備えたことを特徴とする。
【0014】
本発明の第1の赤外線センサの製造方法において、以下の構成要件を備えることが望ましい。
【0015】
(1)前記封止基板が、両面がミラー研磨されたシリコン基板であること。
【0016】
(2)前記封止基板の不要部分を除去する工程は、前記封止基板の不要部分の一部を不完全に切断する第1の切断工程と、該不要部分の他部を完全に切断する第2の切断工程とを備えたこと。
【0017】
(3)前記第1及び第2の切断工程の後に、前記封止基板の不要部分を含む前記封止基板の表面に粘着シートを貼り付ける工程と、該粘着シートとともに前記不要部分を除去する工程とを備えたこと。
【0018】
(4)前記半導体チップ上に前記赤外線検出画素を二次元的に配列すること。
【0019】
また、本発明の第2の赤外線センサの製造方法は、半導体チップ上に赤外線検出画素を配列してなり、前記赤外線検出画素の各々は、入射赤外線光を吸収し熱に変換するための赤外線吸収構造と、該赤外線吸収構造で発生した熱による温度変化を電気信号に変換するための熱電変換構造と、少なくとも前記赤外線吸収構造と前記熱電変換構造とを前記半導体チップ上に該半導体チップと離間して支持する支持構造とを備えた赤外線センサの製造方法であって、複数の前記赤外線センサについてこれらの前記赤外線検出画素をそれぞれ半導体基板上に形成する工程と、前記赤外線検出画素が形成された前記半導体基板上に前記赤外線センサの各々を互いに分離する枠体材を形成する工程と、該枠体材が形成された前記半導体基板に窓材基板を真空中において接着して、前記赤外線センサ毎にそれぞれ独立してその前記赤外線検出画素を前記枠体材及び前記窓材基板により真空封止する工程と、隣り合う前記赤外線センサ同士の間の前記窓材基板の部分であって前記赤外線検出画素の真空封止に寄与しない不要部分を除去する工程と、前記半導体基板を切断して前記赤外線センサ毎にチップ化する工程と、を備えたことを特徴とする。
【0020】
本発明の第2の赤外線センサの製造方法において、以下の構成要件を備えることが望ましい。
【0021】
(1)前記窓材基板が、両面がミラー研磨されたシリコン基板であること。
【0022】
(2)前記窓材基板の不要部分を除去する工程は、前記窓材基板の不要部分の一部を不完全に切断する第1の切断工程と、該不要部分の他部を完全に切断する第2の切断工程とを備えたこと。
【0023】
(3)前記第1及び第2の切断工程の後に、前記窓材基板の不要部分を含む前記封止基板の表面に粘着シートを貼り付ける工程と、該粘着シートとともに前記不要部分を除去する工程とを備えたこと。
【0024】
(4)前記半導体チップ上に前記赤外線検出画素を二次元的に配列すること。
【0025】
(作用)
本発明においては、赤外線センサの赤外線検出画素をMEMS領域として半導体基板に形成し、赤外線検出画素が形成された該半導体基板と、赤外線に対して高い透過率を有する窓材基板(封止基板)とを、真空中で接着することにより、赤外線センサのMEMS領域をウエハーレベルで真空封止しており、ウエハー状態で窓材基板(封止基板)の真空封止に寄与しない不要部分を除去している。
【0026】
本発明によれば、赤外線センサのMEMS構造を作製する工程をウエハー状態で行うことが可能となり、チップハンドリングに起因する歩留まり低下を防止することができる。また、ウエハー状態で赤外線センサの真空封止が完了しているので、MEMS領域が露出した状態でのデリケートな真空パッケージ実装工程(チップのハンドリング、チップのマウント、窓材によるチップレベルでの真空封止等。)は不要となり、実装工程における歩留まり低下を防止することができる。さらにまた、チップ実装において真空排気のための構造は必要ないのでパッケージコストを大幅に低減することが可能となる。
【0027】
また、本発明によれば、ウエハー状態で赤外線センサの真空封止が完了し赤外線センサとしての動作が可能であるので、通常のLSI基板と同様に、ウエハーレベルでテスターによる評価を行うことが可能となり、デバイス評価時間を大幅に短縮することが可能となる。
【0028】
したがって、本発明によれば、製造歩留まりが高く、デバイス評価コストが低い、低コストな赤外線センサの製造方法を提供することが可能となる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0030】
図3は、本発明の赤外線センサの製造方法により製造した赤外線センサチップの完成構造を示す図面であり、図3(a)はその平面図、図3(b)は図3(a)のB−B´における断面図を示す。図3に示すように、非冷却赤外線センサのチップ基板101の表面領域には赤外線検出のための素子領域(MEMS領域)2が設けられている。この素子領域2は、アレイ状に配列された赤外線検出画素と、赤外線検出画素の周辺に設けられ赤外線検出画素からの信号を読み出す信号読み出し手段(図示せず、)とが形成されている。即ち、特開2002−107224公報等に示されるように、上記信号読み出し手段として、画素選択のための垂直アドレス回路および水平アドレス回路が、赤外線検出画素アレイに隣接して配置され、選択された画素からの信号を順次出力するための出力部が設けられている。赤外線センサの具体的な構造及び製造方法については後述する。
【0031】
赤外線検出のための素子領域2の周囲には枠体材3が設けられており、この枠体材3に赤外線透過窓104が素子領域2を覆うように接合されている。枠体材3と赤外線透過窓104とチップ基板101とにより囲まれる空間100は真空封止されており、その真空度はセンサ特性を低下させない程度の真空度であれば良く、例えば、特開平10−115556に示されているように0.01Torr以下であれば良い。
【0032】
10は、ボンディングパッドであり、赤外線検出画素から信号読み出し手段により読み出された信号を外部に出力するためのものである。ここでは、チップ基板101の互いに対向する1組の辺に沿ってのみボンディングパッド10が配列形成されているが、4つの辺すべてに沿ってボンディングパッド10が配列形成されていてもよい。
【0033】
次に、図3に示した赤外線センサチップを製造する方法について詳細に説明する。図1及び図2は、図3に示した赤外線センサチップの製造方法を説明するための工程図であり、左の図は工程ごとのウエハー平面図、右の図はA−A´断面図である。図1及び図2においては、非冷却赤外線センサ基板1から2行2列、計4個のセンサチップを得ることが可能なものとして説明しているが、センサ基板1のサイズとセンサチップのサイズの組み合わせを適当に選ぶことにより、任意の個数のチップを得ることが可能である。
【0034】
まず、図1(a)に示すように、センサ基板(半導体基板)1を準備し、その表面領域に赤外線検出のための複数の素子領域2をアレイ状に配列形成する。一つの素子領域2が一つの赤外線センサチップに対応する。複数の素子領域2の各々には、赤外線検出のための素子が画素に対応してアレイ状に配列され、各素子の周辺に信号読み出し回路が設けられている。この赤外線検出のための素子としては、例えば、一定の順方向電流により温度変化を電圧変化に変換するシリコンpn接合を有するダイオードを一つ又は複数直列に接続して設ける。
【0035】
図4及び図5は、本実施形態に係わる赤外線センサの各素子領域2において各赤外線検出画素の製造工程(MEMS作製工程)を説明するための工程断面図であり、図6は赤外線センサの各赤外線検出画素の完成した構造を示す図面であり、図6(a)はその平面図、図6(b)は図6(a)のC−C´における断面図を示す。
【0036】
まず、図4(a)に示すように、単結晶シリコン基板1´を準備し、この単結晶シリコン基板1´上にシリコン酸化膜等の絶縁膜111を形成する(図4(b))。次に、絶縁膜111上に単結晶又は多結晶のシリコン層を積層する。この積層構造がセンサ基板1に対応する。なお、センサ基板1としては、単結晶シリコン支持基板、埋め込みシリコン酸化膜層、単結晶シリコン層が順次積層された、いわゆるSOI(Silicon On Insulator)基板を用いてもよく、その場合は図4(c)と同等の積層構造(シリコン層はパターニングされていない状態。)から製造工程がスタートすることになる。
【0037】
上記センサ基板1のシリコン層に、赤外線検出のための素子として、例えば、上述した一つ又は複数直列に接続したダイオードを各画素に対応して形成する。また、一般的なLSI製造工程における素子分離の例としてSTI(Shallow−Trench−Isolation)工程を行い、ダイオード間の素子分離を行う。さらに、このシリコン層をエッチングによりパターニングして赤外線検出用素子領域112を形成する。パターニングは、各赤外線検出画素ごとにその赤外線検出用素子領域112の周囲をエッチング除去して行う。(図4(c))。
【0038】
次に、図5(a)に示すように、各画素の赤外線検出用素子領域112から信号読み出し回路に信号を読み出すための配線113a、113bを形成する。配線113a、113bのいずれか一方は垂直アドレス回路に接続され、他方は水平アドレス回路に接続される。なお、ここでは各画素の赤外線検出用素子領域112と配線113a、113bとは略同じ高さに形成されているが、隣り合う赤外線検出用素子領域112の間を絶縁膜で埋め込み、この絶縁膜上に配線113a、113bを形成することにより、赤外線検出用素子領域112よりも高い位置に配線113a、113bを形成することも可能である。
【0039】
次に、図5(b)に示すように、赤外線検出用素子領域112及び配線113a、113bを保護絶縁膜(シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、これらの積層膜等)114で覆う。この保護絶縁膜114は周辺回路のMOSトランジスタ等のパッシベーション膜と赤外線吸収体膜とを兼ねるものである。さらに、図5(c)に示すように、中空構造形成のためのエッチングホール115をRIE(Reactive Ion Etching)により形成し、単結晶シリコン基板1´を露出させる。このとき、エッチングホール115以外の領域は、すべて保護絶縁膜114により覆われている。
【0040】
次に、エッチングホール115を介して中空構造形成のためのシリコン異方性エッチングを行う。単結晶シリコンの異方性エッチャントとして、たとえばTMAH(Tetra−Methyl−Ammonium−Hydroxide)等の薬液を用いた単結晶シリコンの異方性エッチングを行うことで、単結晶シリコン基板1´内部に中空構造116が形成される(図6(b))。また、赤外線検出用素子領域112を支持するとともに配線113a、113bを内部に含む支持脚構造が形成される。なお、中空構造116の形成については、TMAH以外のアルカリエッチャントを用いることもでき、さらにフッ素系ガスによるドライエッチングを用いることもできる。また、いわゆる犠牲層を形成しエッチング除去することで中空構造を形成することも可能である。
【0041】
なお、図示しないが、垂直アドレス回路、水平アドレス回路、出力部、定電流源等の周辺回路(MOSトランジスタ等)も形成する。ここで、周辺回路のMOSトランジスタのゲートと同時に支持脚の配線113a、113bを形成することも可能である。すなわち、ゲート絶縁層(シリコン酸化膜等)、ポリシリコン層を形成した後に、フォトリソグラフィーとRIEによってMOSトランジスタのゲート電極を加工し、それと同時に配線113a、113bも加工する。ゲート電極及び配線113a、113bに対してはサリサイド工程により金属シリサイドを形成してポリサイド構造とすることも可能である。
【0042】
なお、熱電変換手段としてpn接合を有するダイオードを形成する例を示したが、例えば抵抗値変化を利用するボロメータ等の他の熱電変換素子を形成することも可能である。
【0043】
次に、素子領域(MEMS領域)2を真空封止する工程を行う。即ち、図1(b)に示すように個々の素子領域2の周囲にそれぞれ枠体材3を形成する。枠体材3は真空封止接着剤等であり、例えば金錫からなる材料を用いることができる。この真空封止接着剤を矩形の枠状に加工して、これを枠体材3としてセンサ基板1上に配置形成する。
【0044】
次に、素子領域2に窓材基板4を対向配置させた後、加熱処理を行うことにより窓材基板4を枠体材3に接着させる。例えば、20wt%の錫を含む金錫合金は280℃以上に加熱することにより融解し、90wt%の錫を含む金錫合金は217℃以上に加熱することにより融解する。窓材基板4としてシリコン基板を用いた場合には、363℃以上に加熱することにより金とシリコンの共晶状態が形成され、接着及び真空封止を行うことが可能になる。この結果、窓材基板4は枠体材3を介してセンサ基板1に貼り合わされる(図1(b))。
【0045】
ここで、素子領域2を封止する空間100を真空にする必要があるので、上記貼り合わせ工程を真空中で行うことが必要である。真空封止する際の真空度については、上述したようにセンサ特性を低下させない程度の真空度であれば良く、0.01Torr以下であれば良い。このように真空封止工程を行うことにより、ウエハー状態で素子領域(MEMS領域)2を真空空間100で封止することができ、センサとしての動作が可能となる。
【0046】
なお、窓材基板4としては、例えば両面ミラー研磨したシリコン基板等を用いることが可能である。また、窓材基板4は、所望の赤外線に対して十分な透過特性を示しかつ真空封止が可能であれば、シリコン基板に限定されることはなく、例えばゲルマニウム基板でもよい。窓材基板4としてゲルマニウム基板を用いた場合には、356℃以上に加熱することにより接着及び真空封止を行うことが可能になる。
【0047】
また、真空封止工程に先立ち、MEMS作製工程までのプロセスを完了したセンサ基板1の動作をテスター等で評価し、良品チップと不良チップとの選別を行うことも可能である。その評価結果に基づいて、良品チップのみに枠体材(真空封止接着剤)3を配置することも可能であり、枠体材(真空封止接着剤)3を節約することが可能である。
【0048】
また、センサ基板1において真空封止接着剤3を配置する領域には、真空封止接着剤3の濡れ性を良くして十分な封止特性を得るために、素子領域(MEMS領域)2を囲むように金属領域を形成することが好ましい。特に、中空構造形成のためのアルカリエッチャント等によるエッチング工程における耐性が高いTiN等の材料を用いることが好ましい。
【0049】
次に、図2(a)に示すように窓材基板4を切断して窓材として必要な領域以外の不要な窓材領域を除去する工程を行う。図7及び図8は、本実施形態に係わる赤外線センサの製造方法において、窓材基板(封止基板)を切断する工程(図2(a)の工程)を説明するための工程断面図である。
【0050】
図2(a)に示すように、例えば、まず垂直方向の切断として5−1,2,3,4に沿った切断を行い、さらに水平方向の切断として6−1,2,3,4に沿った切断を行う。もちろん、このときにセンサ基板1は切断されないように、切断工程における切断高さを調整することが必要である。
【0051】
この窓材基板4の切断工程は、垂直方向、水平方向の各々について二回ずつ切断を行うことがより好ましい。例えば、図7(a)の状態から図7(b)に示すように垂直方向、水平方向の各々について、5−1,3および6−1,3(図2(a))に沿って、その奇数番の切断を最初に行う。この奇数番の切断においては、窓材基板4を完全には切断しない。15aはこの切断により形成された溝である。次に、図7(c)に示すように垂直方向、水平方向の各々について、5−2,4および6−2,4(図2(a))に沿って、その偶数番の切断を続いて行う。この偶数番の切断においては、窓材基板4を完全に切断する。15bはこの切断により形成された溝である。
【0052】
このような切断方法を行うことにより、窓材基板4を切断する際に、真空封止接着剤3と接していない不要な窓材領域がフリーになり、切断の支障になることなく切断工程を行うことができる。
【0053】
次に、上記切断工程で不要になった窓材領域を除去する(図8(a))。例えば、粘着テープを窓材基板4の表面に接着し、窓材基板4の不要な窓材領域に対して適当な圧力をかけることにより不完全切断面を折り、窓材基板4の切断を完全なものにしたうえで粘着テープを除去すれば、不要な窓材領域を除去することができる。
【0054】
この結果、赤外線透過窓(窓材)104と枠体材(真空封止接着剤)3とによりMEMS領域2を真空封止したウエハーが完成する。上述した不要な窓材領域の除去工程により、図3に示すようにボンディングパッド10がセンサ基板1の表面に現れる。したがって、この状態で通常のLSIと同様にテスターをかけて、センサ動作の評価を行うことができる。
【0055】
最後に、図2(b)、図8(b)に示すようにセンサ基板1を切断(ダイシング)することにより、赤外線センサをチップ化する。ダイシングは、センサ基板1の裏面側から行ってもよいし表面側から行ってもよい。例えば、垂直方向の切断として7−1,2,3に沿った基板切断を行い、それに続いて水平方向の切断として8−1,2,3に沿った基板切断を行う。これによりチップ化が完了し、図3に示す赤外線センサチップを得ることができる。
【0056】
本実施形態によれば、赤外線センサのMEMS構造を作製する工程をウエハー状態で行うことが可能となり、チップハンドリングに起因する歩留まり低下を防止することができる。また、ウエハー状態で赤外線センサの真空封止が完了しているので、MEMS領域が露出した状態でのデリケートな真空パッケージ実装工程(チップのハンドリング、チップのマウント、窓材によるチップレベルでの真空封止等。)は不要となり、実装工程における歩留まり低下を防止することができる。さらにまた、チップ実装において真空排気のための構造は必要ないのでパッケージコストを大幅に低減することが可能となる。
【0057】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では赤外線検出画素を2次元的にアレイ配置して構成された赤外線センサを挙げたが、もちろん赤外線検出画素を1次元的に配列した1次元センサや、アレイ配置されない単一の赤外線センサに対しても適用可能であり、同様の効果が得られる。
【0058】
また、窓材基板(封止基板)を切断する方法も、上記実施形態に限られず、様々な態様を採用することができる。例えば、図9に示されるように様々な窓材基板(封止基板)の切断方法を採用することができる。図9(a)は上記実施形態に相当する態様であるが、図9(b)に示すようにボンディングパッド10をチップ基板101の2辺に沿って設け、窓材基板(封止基板)4の完全切断とセンサ基板1の切断(ダイシング)とを兼用することもでき、これにより切断回数を少なくしてプロセスの低コスト化をさらに図ることができる。さらに、図9(c)に示すようにボンディングパッド10をチップ基板101の1辺に沿って設け、垂直方向に完全切断と不完全切断を行い、水平方向に完全切断を2回行うとともに、窓材基板(封止基板)4の完全切断とセンサ基板1の切断(ダイシング)とを兼用すると、ダイシング回数を最小にすることが可能である。
【0059】
さらにまた、赤外線センサの構造および製造方法については、熱電変換手段や読み出し方法の選択により任意の構造および製造方法を選択することが可能である。
【0060】
その他、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【0061】
【発明の効果】
本発明によれば、低コストで歩留まりの高い赤外線センサの製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る赤外線センサチップの製造方法を説明するための工程図。
【図2】図1に続く工程図。
【図3】本発明の赤外線センサの製造方法により製造した赤外線センサチップの完成構造を示す図。
【図4】本実施形態に係わる赤外線センサの各素子領域において各赤外線検出画素の製造工程を説明するための工程断面図。
【図5】図4に続く工程断面図。
【図6】図4及び図5に示した工程により作製した赤外線センサの各赤外線検出画素の完成構造を示す図。
【図7】本実施形態に係わる赤外線センサの製造方法において、窓材基板(封止基板)を切断する工程を説明するための工程断面図。
【図8】図7に続く工程断面図。
【図9】窓材基板(封止基板)を切断する方法を説明するための平面図。
【符号の説明】
1 センサ基板(半導体基板)
1´ 単結晶シリコン基板
2 素子領域(MEMS領域)
3 枠体材(真空封止接着剤)
4 窓材基板(封止基板)
5 窓材の垂直方向切断面
6 窓材の水平方向切断面
7 センサ基板1の垂直方向切断面
8 センサ基板1の水平方向切断面
10 ボンディングパッド
15a15b 溝
100 真空空間
101 チップ基板
104 赤外線透過窓
111 絶縁膜
112 赤外線検出用素子領域
113a、113b 配線
114 保護絶縁膜
115 エッチングホール
116 中空構造
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an infrared sensor, and more particularly to a method for manufacturing an uncooled infrared sensor.
[0002]
[Prior art]
Infrared imaging has the advantage of being able to capture images regardless of day or night, and has a higher permeability to smoke and fog than visible light. In addition, it can obtain temperature information on the subject. Wide application range as surveillance camera and fire detection camera.
[0003]
In recent years, the development of “uncooled infrared solid-state imaging devices” that do not require a cooling mechanism for low-temperature operation, which is the biggest drawback of conventional quantum-type infrared solid-state imaging devices, has become active. . In an uncooled type or thermal type infrared solid-state imaging device, an incident infrared ray having a wavelength of about 10 μm is converted into heat by an absorption structure, and the temperature change of the heat-sensitive part caused by the weak heat is electrically converted by some thermoelectric conversion means. Infrared image information is obtained by converting it into a signal and reading out the electrical signal, and various thermoelectric conversion means have been studied so far.
[0004]
For example, a thermopile that converts a temperature difference to a potential difference by the Seebeck effect, a bolometer that converts a temperature change of a resistor to a resistance change, a pyroelectric element that converts a temperature change to a charge by the pyroelectric effect, and a constant forward current A silicon pn junction (for example, see Non-Patent Document 1) that converts a temperature change into a voltage change has been reported.
[0005]
In such an uncooled infrared sensor, a thermoelectric conversion structure that is thermally separated from the sensor substrate is formed in order to increase the temperature change of the heat-sensitive part due to heat generated by absorbing incident infrared light. Therefore, a practical thermal separation structure is realized by adopting a MEMS structure for each pixel in a process of manufacturing a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) structure (see, for example, Patent Document 1). .)
[0006]
In addition, in order to achieve good thermal separation, the infrared sensor is mounted on a vacuum package to prevent a decrease in thermal resistance due to conduction and convection due to the atmosphere. For example, a structure in which a light receiving portion of an uncooled infrared sensor chip is vacuum-sealed with an infrared transmission window is disclosed (for example, see Patent Document 2).
[0007]
[Non-Patent Document 1]
Tomohiro Ishikawa, et al. , Proc. SPIE Vol. 3698, p. 556, 1999
[Patent Document 1]
JP 2002-107224 A
[Patent Document 2]
JP-A-10-115556
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the uncooled infrared sensor, due to the demand for thermal separation, the heat sensitive part has a MEMS structure, and it is necessary to vacuum seal the heat sensitive part made of this MEMS structure. Therefore, the uncooled infrared sensor requires a process of mounting in a package that can be evacuated in addition to the wafer process, dicing and the like.
[0009]
A manufacturing method in which the sensor substrate is diced into chips after the process of manufacturing the MEMS structure is conceivable. However, in the dicing process, which is a normal chip forming process, there is a high possibility that the MEMS structure is damaged.
[0010]
On the other hand, a manufacturing method is conceivable in which a MEMS structure is formed on each chip after the process of dicing the sensor substrate into chips. However, in the process of manufacturing the MEMS structure after the process of forming the chip, it is necessary to handle each sensor chip with the MEMS structure that is easily damaged being exposed, and a very delicate process is required. . Therefore, the production yield is often lowered due to generation of defective chips in the MEMS structure manufacturing process.
[0011]
Furthermore, sensor characteristics must be evaluated in a state where they are mounted in a vacuum package, and it has not been possible to perform evaluation using a probe at a wafer level as in an ordinary LSI substrate.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an infrared sensor having a low cost and a high yield.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
(Constitution)
In order to solve the above-described problems, the first infrared sensor manufacturing method of the present invention is configured by arranging infrared detection pixels on a semiconductor chip, and each of the infrared detection pixels absorbs incident infrared light and generates heat. An infrared absorption structure for converting into an infrared radiation; a thermoelectric conversion structure for converting a temperature change caused by heat generated in the infrared absorption structure into an electrical signal; and at least the infrared absorption structure and the thermoelectric conversion structure on the semiconductor chip. A support structure for supporting the semiconductor chip at a distance from the semiconductor chip, wherein the infrared detection pixels are formed on a semiconductor substrate for the plurality of infrared sensors, and the infrared sensor A sealing substrate is bonded in vacuum to the semiconductor substrate on which detection pixels are formed, and the infrared detection is performed independently for each infrared sensor. Vacuum sealing the element with the sealing substrate, removing unnecessary portions that do not contribute to the vacuum sealing of the infrared detection pixels, which are portions of the sealing substrate between the adjacent infrared sensors. And a step of cutting the semiconductor substrate into chips for each of the infrared sensors.
[0014]
In the manufacturing method of the 1st infrared sensor of this invention, it is desirable to provide the following structural requirements.
[0015]
(1) The sealing substrate is a silicon substrate whose both surfaces are mirror-polished.
[0016]
(2) The step of removing the unnecessary portion of the sealing substrate includes a first cutting step of incompletely cutting a part of the unnecessary portion of the sealing substrate, and completely cutting the other portion of the unnecessary portion. A second cutting step.
[0017]
(3) After the first and second cutting steps, a step of attaching an adhesive sheet to the surface of the sealing substrate including unnecessary portions of the sealing substrate, and a step of removing the unnecessary portions together with the adhesive sheet And provided.
[0018]
(4) The infrared detection pixels are two-dimensionally arranged on the semiconductor chip.
[0019]
In the second infrared sensor manufacturing method of the present invention, infrared detection pixels are arranged on a semiconductor chip, and each of the infrared detection pixels absorbs infrared light and converts it into heat. A structure, a thermoelectric conversion structure for converting a temperature change due to heat generated in the infrared absorption structure into an electrical signal, and at least the infrared absorption structure and the thermoelectric conversion structure are separated from the semiconductor chip on the semiconductor chip. A support structure for supporting the infrared sensor, wherein the infrared detection pixels are formed on a semiconductor substrate for the plurality of infrared sensors, and the infrared detection pixels are formed. Forming a frame member for separating the infrared sensors from each other on a semiconductor substrate; and attaching a window substrate to the semiconductor substrate on which the frame member is formed. Adhering inside, vacuum-sealing the infrared detection pixels by the frame body material and the window material substrate independently for each infrared sensor, and the window material between the adjacent infrared sensors A step of removing an unnecessary portion that does not contribute to vacuum sealing of the infrared detection pixels, and a step of cutting the semiconductor substrate into chips for each of the infrared sensors. To do.
[0020]
In the manufacturing method of the 2nd infrared sensor of this invention, it is desirable to provide the following structural requirements.
[0021]
(1) The window material substrate is a silicon substrate whose both surfaces are mirror-polished.
[0022]
(2) The step of removing the unnecessary portion of the window material substrate includes a first cutting step of incompletely cutting a part of the unnecessary portion of the window material substrate, and completely cutting the other portion of the unnecessary portion. A second cutting step.
[0023]
(3) After the first and second cutting steps, a step of attaching an adhesive sheet to the surface of the sealing substrate including an unnecessary portion of the window material substrate, and a step of removing the unnecessary portion together with the adhesive sheet And provided.
[0024]
(4) The infrared detection pixels are two-dimensionally arranged on the semiconductor chip.
[0025]
(Function)
In the present invention, an infrared detection pixel of an infrared sensor is formed on a semiconductor substrate as a MEMS region, the semiconductor substrate on which the infrared detection pixel is formed, and a window material substrate (sealing substrate) having a high transmittance for infrared rays. Are bonded in vacuum to vacuum seal the MEMS region of the infrared sensor at the wafer level, and unnecessary portions that do not contribute to vacuum sealing of the window material substrate (sealing substrate) in the wafer state are removed. ing.
[0026]
According to the present invention, it is possible to perform the process of manufacturing the MEMS structure of the infrared sensor in a wafer state, and it is possible to prevent the yield from being reduced due to chip handling. Also, since the vacuum sealing of the infrared sensor has been completed in the wafer state, a delicate vacuum package mounting process with the MEMS region exposed (chip handling, chip mounting, vacuum sealing at the chip level with window material) Stop) is not necessary, and the yield reduction in the mounting process can be prevented. Furthermore, since a structure for evacuation is not required in chip mounting, the package cost can be greatly reduced.
[0027]
In addition, according to the present invention, since the vacuum sealing of the infrared sensor is completed in the wafer state and the operation as the infrared sensor is possible, the evaluation by the tester can be performed at the wafer level as in the case of a normal LSI substrate. Thus, the device evaluation time can be greatly shortened.
[0028]
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a low-cost method for manufacturing an infrared sensor having a high manufacturing yield and a low device evaluation cost.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 3 is a drawing showing a completed structure of an infrared sensor chip manufactured by the method for manufacturing an infrared sensor of the present invention, FIG. 3 (a) is a plan view thereof, and FIG. 3 (b) is a diagram B of FIG. 3 (a). Sectional drawing in -B 'is shown. As shown in FIG. 3, an element region (MEMS region) 2 for infrared detection is provided on the surface region of the chip substrate 101 of the uncooled infrared sensor. The element region 2 is formed with infrared detection pixels arranged in an array and signal reading means (not shown) provided around the infrared detection pixels and reading signals from the infrared detection pixels. That is, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-107224 and the like, a vertical address circuit and a horizontal address circuit for pixel selection are arranged adjacent to the infrared detection pixel array as the signal reading unit and are selected. An output unit for sequentially outputting the signals from is provided. The specific structure and manufacturing method of the infrared sensor will be described later.
[0031]
A frame member 3 is provided around the element region 2 for infrared detection, and an infrared transmission window 104 is joined to the frame member 3 so as to cover the element region 2. The space 100 surrounded by the frame body material 3, the infrared transmission window 104, and the chip substrate 101 is vacuum-sealed. The degree of vacuum may be a degree that does not deteriorate the sensor characteristics. As shown in -115556, it may be 0.01 Torr or less.
[0032]
Reference numeral 10 denotes a bonding pad for outputting a signal read from the infrared detection pixel by the signal reading means to the outside. Here, the bonding pads 10 are arrayed only along one set of opposite sides of the chip substrate 101, but the bonding pads 10 may be arrayed along all four sides.
[0033]
Next, a method for manufacturing the infrared sensor chip shown in FIG. 3 will be described in detail. 1 and 2 are process diagrams for explaining a method of manufacturing the infrared sensor chip shown in FIG. 3. The left figure is a wafer plan view for each process, and the right figure is an AA 'sectional view. is there. In FIG. 1 and FIG. 2, it is described that it is possible to obtain a total of four sensor chips in two rows and two columns from the uncooled infrared sensor substrate 1, but the size of the sensor substrate 1 and the size of the sensor chip It is possible to obtain an arbitrary number of chips by appropriately selecting the combination.
[0034]
First, as shown in FIG. 1A, a sensor substrate (semiconductor substrate) 1 is prepared, and a plurality of element regions 2 for detecting infrared rays are arranged in an array on the surface region. One element region 2 corresponds to one infrared sensor chip. In each of the plurality of element regions 2, elements for detecting infrared rays are arranged in an array corresponding to the pixels, and a signal readout circuit is provided around each element. As an element for detecting infrared rays, for example, one or a plurality of diodes having a silicon pn junction that converts a temperature change into a voltage change by a constant forward current are connected in series.
[0035]
4 and 5 are process cross-sectional views for explaining a manufacturing process (MEMS manufacturing process) of each infrared detection pixel in each element region 2 of the infrared sensor according to this embodiment, and FIG. 6A and 6B are diagrams illustrating a completed structure of an infrared detection pixel, in which FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along a line CC ′ in FIG.
[0036]
First, as shown in FIG. 4A, a single crystal silicon substrate 1 ′ is prepared, and an insulating film 111 such as a silicon oxide film is formed on the single crystal silicon substrate 1 ′ (FIG. 4B). Next, a single crystal or polycrystalline silicon layer is stacked over the insulating film 111. This laminated structure corresponds to the sensor substrate 1. As the sensor substrate 1, a so-called SOI (Silicon On Insulator) substrate in which a single crystal silicon supporting substrate, a buried silicon oxide film layer, and a single crystal silicon layer are sequentially stacked may be used. The manufacturing process starts from a laminated structure equivalent to c) (the silicon layer is not patterned).
[0037]
For example, one or a plurality of diodes connected in series as described above are formed on the silicon layer of the sensor substrate 1 corresponding to each pixel. In addition, as an example of element isolation in a general LSI manufacturing process, an STI (Shallow-Trench-Isolation) process is performed to perform element isolation between diodes. Further, this silicon layer is patterned by etching to form an infrared detection element region 112. The patterning is performed by removing the periphery of the infrared detection element region 112 for each infrared detection pixel. (FIG. 4 (c)).
[0038]
Next, as shown in FIG. 5A, wirings 113a and 113b for reading signals from the infrared detection element region 112 of each pixel to the signal reading circuit are formed. One of the wirings 113a and 113b is connected to the vertical address circuit, and the other is connected to the horizontal address circuit. Here, the infrared detection element region 112 and the wirings 113a and 113b of each pixel are formed at substantially the same height. However, an insulating film is embedded between adjacent infrared detection element regions 112. By forming the wirings 113a and 113b on the wirings 113a and 113b, the wirings 113a and 113b can be formed at a position higher than the infrared detection element region 112.
[0039]
Next, as shown in FIG. 5B, the infrared detection element region 112 and the wirings 113a and 113b are covered with a protective insulating film 114 (a silicon oxide film, a silicon nitride film, a laminated film thereof, or the like) 114. This protective insulating film 114 serves as both a passivation film such as a MOS transistor in the peripheral circuit and an infrared absorber film. Further, as shown in FIG. 5C, an etching hole 115 for forming a hollow structure is formed by RIE (Reactive Ion Etching) to expose the single crystal silicon substrate 1 ′. At this time, all regions other than the etching hole 115 are covered with the protective insulating film 114.
[0040]
Next, anisotropic silicon etching for forming a hollow structure is performed through the etching hole 115. As the anisotropic etchant of single crystal silicon, for example, by performing anisotropic etching of single crystal silicon using a chemical such as TMAH (Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxide), a hollow structure is formed inside the single crystal silicon substrate 1 ′. 116 is formed (FIG. 6B). In addition, a support leg structure that supports the infrared detection element region 112 and includes the wirings 113a and 113b is formed. For the formation of the hollow structure 116, an alkali etchant other than TMAH can be used, and dry etching using a fluorine-based gas can also be used. It is also possible to form a hollow structure by forming a so-called sacrificial layer and removing it by etching.
[0041]
Although not shown, peripheral circuits (such as MOS transistors) such as a vertical address circuit, a horizontal address circuit, an output unit, and a constant current source are also formed. Here, it is also possible to form support leg wirings 113a and 113b simultaneously with the gates of the MOS transistors in the peripheral circuit. That is, after forming a gate insulating layer (silicon oxide film or the like) and a polysilicon layer, the gate electrode of the MOS transistor is processed by photolithography and RIE, and at the same time, the wirings 113a and 113b are processed. A metal silicide may be formed on the gate electrode and wirings 113a and 113b by a salicide process to form a polycide structure.
[0042]
In addition, although the example which forms the diode which has a pn junction as a thermoelectric conversion means was shown, it is also possible to form other thermoelectric conversion elements, such as a bolometer using a resistance value change, for example.
[0043]
Next, a step of vacuum-sealing the element region (MEMS region) 2 is performed. That is, as shown in FIG. 1B, the frame member 3 is formed around each element region 2. The frame body material 3 is a vacuum sealing adhesive or the like, and for example, a material made of gold tin can be used. The vacuum sealing adhesive is processed into a rectangular frame shape, and this is disposed and formed on the sensor substrate 1 as a frame body material 3.
[0044]
Next, after the window material substrate 4 is disposed opposite to the element region 2, the window material substrate 4 is bonded to the frame body material 3 by performing heat treatment. For example, a gold-tin alloy containing 20 wt% tin is melted by heating to 280 ° C. or higher, and a gold-tin alloy containing 90 wt% tin is melted by heating to 217 ° C. or higher. When a silicon substrate is used as the window material substrate 4, a eutectic state of gold and silicon is formed by heating to 363 ° C. or higher, and adhesion and vacuum sealing can be performed. As a result, the window material substrate 4 is bonded to the sensor substrate 1 via the frame body material 3 (FIG. 1B).
[0045]
Here, since the space 100 for sealing the element region 2 needs to be evacuated, it is necessary to perform the bonding step in a vacuum. The degree of vacuum at the time of vacuum sealing may be a degree of vacuum that does not deteriorate the sensor characteristics as described above, and may be 0.01 Torr or less. By performing the vacuum sealing process in this manner, the element region (MEMS region) 2 can be sealed with the vacuum space 100 in a wafer state, and the sensor can be operated.
[0046]
As the window material substrate 4, it is possible to use, for example, a silicon substrate subjected to double-side mirror polishing. Further, the window material substrate 4 is not limited to a silicon substrate as long as it shows a sufficient transmission characteristic with respect to a desired infrared ray and can be vacuum-sealed. For example, a germanium substrate may be used. When a germanium substrate is used as the window material substrate 4, it is possible to perform adhesion and vacuum sealing by heating to 356 ° C. or higher.
[0047]
Prior to the vacuum sealing process, the operation of the sensor substrate 1 that has completed the process up to the MEMS manufacturing process can be evaluated by a tester or the like to select a good chip and a defective chip. Based on the evaluation result, it is possible to arrange the frame body material (vacuum sealing adhesive) 3 only on the non-defective chips, and the frame body material (vacuum sealing adhesive) 3 can be saved. .
[0048]
In addition, in the region where the vacuum sealing adhesive 3 is disposed on the sensor substrate 1, in order to improve the wettability of the vacuum sealing adhesive 3 and obtain sufficient sealing characteristics, an element region (MEMS region) 2 is provided. It is preferable to form a metal region so as to surround it. In particular, it is preferable to use a material such as TiN that has high resistance in an etching process using an alkali etchant or the like for forming a hollow structure.
[0049]
Next, as shown in FIG. 2A, a step of cutting the window material substrate 4 to remove unnecessary window material regions other than the region necessary as the window material is performed. 7 and 8 are process cross-sectional views for explaining a process of cutting the window material substrate (sealing substrate) (process of FIG. 2A) in the method of manufacturing the infrared sensor according to the present embodiment. .
[0050]
As shown in FIG. 2A, for example, first, cuts along 5-1, 2, 3, and 4 are performed as vertical cuts, and further cut into 6-1, 2, 3, and 4 as horizontal cuts. Cut along. Of course, it is necessary to adjust the cutting height in the cutting process so that the sensor substrate 1 is not cut at this time.
[0051]
More preferably, the window material substrate 4 is cut twice in each of the vertical direction and the horizontal direction. For example, from the state of FIG. 7A, as shown in FIG. 7B, for each of the vertical direction and the horizontal direction, along 5-1 and 3 and 6-1 and 3 (FIG. 2A), The odd numbered cut is performed first. In this odd-numbered cutting, the window material substrate 4 is not completely cut. Reference numeral 15a denotes a groove formed by this cutting. Next, as shown in FIG. 7 (c), the even-numbered cutting is continued along the lines 5-2, 4 and 6-2, 4 (FIG. 2 (a)) in each of the vertical direction and the horizontal direction. Do it. In the even-numbered cutting, the window material substrate 4 is completely cut. Reference numeral 15b denotes a groove formed by this cutting.
[0052]
By performing such a cutting method, when the window material substrate 4 is cut, an unnecessary window material region that is not in contact with the vacuum sealing adhesive 3 becomes free, and the cutting process is performed without hindering cutting. It can be carried out.
[0053]
Next, the window material region that is no longer necessary in the cutting step is removed (FIG. 8A). For example, adhesive tape is adhered to the surface of the window material substrate 4 and an incomplete cut surface is folded by applying an appropriate pressure to an unnecessary window material region of the window material substrate 4 to completely cut the window material substrate 4. If an adhesive tape is removed after making it into an unnecessary thing, an unnecessary window material area | region can be removed.
[0054]
As a result, a wafer in which the MEMS region 2 is vacuum-sealed by the infrared transmitting window (window material) 104 and the frame body material (vacuum sealing adhesive) 3 is completed. The bonding pad 10 appears on the surface of the sensor substrate 1 as shown in FIG. Therefore, in this state, the sensor operation can be evaluated by applying a tester in the same manner as a normal LSI.
[0055]
Finally, as shown in FIGS. 2B and 8B, the sensor substrate 1 is cut (diced) to form an infrared sensor into a chip. Dicing may be performed from the back surface side of the sensor substrate 1 or from the front surface side. For example, substrate cutting along 7-1, 2, 3 is performed as vertical cutting, and then substrate cutting along 8-1, 2, 3 is performed as horizontal cutting. Thereby, the chip formation is completed, and the infrared sensor chip shown in FIG. 3 can be obtained.
[0056]
According to the present embodiment, it is possible to perform the process of fabricating the MEMS structure of the infrared sensor in a wafer state, and it is possible to prevent the yield from being reduced due to chip handling. Also, since the vacuum sealing of the infrared sensor has been completed in the wafer state, a delicate vacuum package mounting process with the MEMS region exposed (chip handling, chip mounting, vacuum sealing at the chip level with window material) Stop) is not necessary, and the yield reduction in the mounting process can be prevented. Furthermore, since a structure for evacuation is not required in chip mounting, the package cost can be greatly reduced.
[0057]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment as it is. For example, in the above-described embodiment, an infrared sensor configured by arranging infrared detection pixels in a two-dimensional array has been described. Of course, a one-dimensional sensor in which infrared detection pixels are arranged one-dimensionally, The present invention can be applied to other infrared sensors, and the same effect can be obtained.
[0058]
Further, the method for cutting the window material substrate (sealing substrate) is not limited to the above embodiment, and various modes can be adopted. For example, as shown in FIG. 9, various window material substrate (sealing substrate) cutting methods can be employed. FIG. 9A shows an embodiment corresponding to the above embodiment. As shown in FIG. 9B, bonding pads 10 are provided along two sides of the chip substrate 101, and a window material substrate (sealing substrate) 4 is provided. It is also possible to use both the complete cutting and cutting (dicing) of the sensor substrate 1, thereby reducing the number of cuttings and further reducing the cost of the process. Further, as shown in FIG. 9C, a bonding pad 10 is provided along one side of the chip substrate 101, and complete cutting and incomplete cutting are performed in the vertical direction, and complete cutting is performed twice in the horizontal direction. When the complete cutting of the material substrate (sealing substrate) 4 and the cutting (dicing) of the sensor substrate 1 are combined, the number of times of dicing can be minimized.
[0059]
Furthermore, regarding the structure and manufacturing method of the infrared sensor, any structure and manufacturing method can be selected by selecting the thermoelectric conversion means and the reading method.
[0060]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
[0061]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the manufacturing method of an infrared sensor with a low cost and a high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram for explaining a method of manufacturing an infrared sensor chip according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram following FIG. 1;
FIG. 3 is a view showing a completed structure of an infrared sensor chip manufactured by the method for manufacturing an infrared sensor of the present invention.
FIG. 4 is a process cross-sectional view for explaining a manufacturing process of each infrared detection pixel in each element region of the infrared sensor according to the embodiment.
FIG. 5 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 4;
6 is a view showing a completed structure of each infrared detection pixel of the infrared sensor manufactured by the steps shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
FIG. 7 is a process cross-sectional view for explaining a process of cutting a window material substrate (sealing substrate) in the infrared sensor manufacturing method according to the embodiment.
FIG. 8 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 7;
FIG. 9 is a plan view for explaining a method of cutting a window material substrate (sealing substrate).
[Explanation of symbols]
1 Sensor substrate (semiconductor substrate)
1 'single crystal silicon substrate
2 Element area (MEMS area)
3 Frame material (vacuum sealing adhesive)
4 Window material substrate (sealing substrate)
5 Vertical cut surface of window material
6 Horizontal cut surface of window material
7 Vertical cut surface of sensor substrate 1
8 Horizontal cut surface of sensor board 1
10 Bonding pads
15a15b groove
100 vacuum space
101 Chip substrate
104 Infrared transmission window
111 Insulating film
112 Infrared detection element area
113a, 113b wiring
114 Protective insulating film
115 Etching hole
116 Hollow structure

Claims (8)

半導体チップ上に赤外線検出画素を配列してなり、前記赤外線検出画素の各々は、入射赤外線光を吸収し熱に変換するための赤外線吸収構造と、該赤外線吸収構造で発生した熱による温度変化を電気信号に変換するための熱電変換構造と、少なくとも前記赤外線吸収構造と前記熱電変換構造とを前記半導体チップ上に該半導体チップと離間して支持する支持構造とを備えた赤外線センサの製造方法であって、複数の前記赤外線センサについてこれらの前記赤外線検出画素をそれぞれ半導体基板上に形成する工程と、前記赤外線検出画素が形成された前記半導体基板に封止基板を真空中において接着して、前記赤外線センサ毎にそれぞれ独立してその前記赤外線検出画素を該封止基板により真空封止する工程と、隣り合う前記赤外線センサ同士の間の前記封止基板の部分であって前記赤外線検出画素の真空封止に寄与しない不要部分を除去する工程と、前記半導体基板を切断して前記赤外線センサ毎にチップ化する工程と、を備えたことを特徴とする赤外線センサの製造方法。Infrared detection pixels are arranged on a semiconductor chip, and each of the infrared detection pixels absorbs infrared rays and converts them into heat, and changes in temperature due to heat generated in the infrared absorption structure. A method for manufacturing an infrared sensor, comprising: a thermoelectric conversion structure for converting to an electrical signal; and a support structure that supports at least the infrared absorption structure and the thermoelectric conversion structure on the semiconductor chip so as to be separated from the semiconductor chip. A step of forming each of the infrared detection pixels on a semiconductor substrate for the plurality of infrared sensors, and bonding a sealing substrate to the semiconductor substrate on which the infrared detection pixels are formed in a vacuum, A step of vacuum-sealing the infrared detection pixels by the sealing substrate independently for each infrared sensor; and the adjacent infrared sensors A step of removing an unnecessary portion that does not contribute to vacuum sealing of the infrared detection pixels, and a step of cutting the semiconductor substrate into chips for each of the infrared sensors. An infrared sensor manufacturing method characterized by the above. 前記封止基板が、両面がミラー研磨されたシリコン基板であることを特徴とする請求項1記載の赤外線センサの製造方法。2. The method of manufacturing an infrared sensor according to claim 1, wherein the sealing substrate is a silicon substrate whose both surfaces are mirror-polished. 前記封止基板の不要部分を除去する工程は、前記封止基板の不要部分の一部を不完全に切断する第1の切断工程と、該不要部分の他部を完全に切断する第2の切断工程とを備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の赤外線センサの製造方法。The step of removing the unnecessary portion of the sealing substrate includes a first cutting step of incompletely cutting a part of the unnecessary portion of the sealing substrate, and a second step of completely cutting the other portion of the unnecessary portion. A method for manufacturing an infrared sensor according to claim 1, further comprising a cutting step. 前記第1及び第2の切断工程の後に、前記封止基板の不要部分を含む前記封止基板の表面に粘着シートを貼り付ける工程と、該粘着シートとともに前記不要部分を除去する工程とを備えたことを特徴とする請求項3記載の赤外線センサの製造方法。After the first and second cutting steps, a step of attaching an adhesive sheet to the surface of the sealing substrate including an unnecessary portion of the sealing substrate, and a step of removing the unnecessary portion together with the adhesive sheet are provided. The method for manufacturing an infrared sensor according to claim 3. 半導体チップ上に赤外線検出画素を配列してなり、前記赤外線検出画素の各々は、入射赤外線光を吸収し熱に変換するための赤外線吸収構造と、該赤外線吸収構造で発生した熱による温度変化を電気信号に変換するための熱電変換構造と、少なくとも前記赤外線吸収構造と前記熱電変換構造とを前記半導体チップ上に該半導体チップと離間して支持する支持構造とを備えた赤外線センサの製造方法であって、複数の前記赤外線センサについてこれらの前記赤外線検出画素をそれぞれ半導体基板上に形成する工程と、前記赤外線検出画素が形成された前記半導体基板上に前記赤外線センサの各々を互いに分離する枠体材を形成する工程と、該枠体材が形成された前記半導体基板に窓材基板を真空中において接着して、前記赤外線センサ毎にそれぞれ独立してその前記赤外線検出画素を前記枠体材及び前記窓材基板により真空封止する工程と、隣り合う前記赤外線センサ同士の間の前記窓材基板の部分であって前記赤外線検出画素の真空封止に寄与しない不要部分を除去する工程と、前記半導体基板を切断して前記赤外線センサ毎にチップ化する工程と、を備えたことを特徴とする赤外線センサの製造方法。Infrared detection pixels are arranged on a semiconductor chip, and each of the infrared detection pixels absorbs infrared rays and converts them into heat, and changes in temperature due to heat generated in the infrared absorption structure. A method for manufacturing an infrared sensor, comprising: a thermoelectric conversion structure for converting to an electrical signal; and a support structure that supports at least the infrared absorption structure and the thermoelectric conversion structure on the semiconductor chip so as to be separated from the semiconductor chip. A step of forming each of the infrared detection pixels on a semiconductor substrate for the plurality of infrared sensors, and a frame for separating the infrared sensors from each other on the semiconductor substrate on which the infrared detection pixels are formed. Forming a material, and bonding a window material substrate in a vacuum to the semiconductor substrate on which the frame material is formed, for each infrared sensor. Independently vacuum-sealing the infrared detection pixel with the frame material and the window material substrate, and a portion of the window material substrate between the adjacent infrared sensors, the infrared detection pixel A method for manufacturing an infrared sensor, comprising: a step of removing unnecessary portions that do not contribute to vacuum sealing; and a step of cutting the semiconductor substrate into chips for each infrared sensor. 前記窓材基板が、両面がミラー研磨されたシリコン基板であることを特徴とする請求項5記載の赤外線センサの製造方法。6. The method of manufacturing an infrared sensor according to claim 5, wherein the window material substrate is a silicon substrate whose both surfaces are mirror-polished. 前記窓材基板の不要部分を除去する工程は、前記窓材基板の不要部分の一部を不完全に切断する第1の切断工程と、該不要部分の他部を完全に切断する第2の切断工程とを備えたことを特徴とする請求項5又は6記載の赤外線センサの製造方法。The step of removing the unnecessary portion of the window material substrate includes a first cutting step of incompletely cutting a part of the unnecessary portion of the window material substrate, and a second step of completely cutting the other portion of the unnecessary portion. A method for manufacturing an infrared sensor according to claim 5 or 6, further comprising a cutting step. 前記第1及び第2の切断工程の後に、前記窓材基板の不要部分を含む前記窓材基板の表面に粘着シートを貼り付ける工程と、該粘着シートとともに前記不要部分を除去する工程とを備えたことを特徴とする請求項7記載の赤外線センサの製造方法。After the first and second cutting steps, a step of attaching an adhesive sheet to the surface of the window material substrate including an unnecessary portion of the window material substrate, and a step of removing the unnecessary portion together with the adhesive sheet. The method for manufacturing an infrared sensor according to claim 7.
JP2003195304A 2003-07-10 2003-07-10 Method of manufacturing infrared sensor Pending JP2005030871A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003195304A JP2005030871A (en) 2003-07-10 2003-07-10 Method of manufacturing infrared sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003195304A JP2005030871A (en) 2003-07-10 2003-07-10 Method of manufacturing infrared sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005030871A true JP2005030871A (en) 2005-02-03

Family

ID=34206195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003195304A Pending JP2005030871A (en) 2003-07-10 2003-07-10 Method of manufacturing infrared sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005030871A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007208230A (en) * 2006-02-01 2007-08-16 Seiko Npc Corp Dicing method of laminated substrates
JP2012058084A (en) * 2010-09-09 2012-03-22 Seiko Npc Corp Method of manufacturing infrared sensor device, and the infrared sensor device manufactured by the method
JP2012137479A (en) * 2010-11-23 2012-07-19 Raytheon Co Wafer level packaged focal plane array
CN103727884A (en) * 2012-10-16 2014-04-16 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Bonding tool detection method
CN104617029A (en) * 2015-01-07 2015-05-13 中国电子科技集团公司第五十五研究所 Method for improving semiconductor wafer bonding alignment precision
JP2018157159A (en) * 2017-03-21 2018-10-04 セイコーインスツル株式会社 Package and manufacturing method thereof
JPWO2020105162A1 (en) * 2018-11-22 2021-09-02 三菱電機株式会社 Sensor module

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007208230A (en) * 2006-02-01 2007-08-16 Seiko Npc Corp Dicing method of laminated substrates
JP2012058084A (en) * 2010-09-09 2012-03-22 Seiko Npc Corp Method of manufacturing infrared sensor device, and the infrared sensor device manufactured by the method
JP2012137479A (en) * 2010-11-23 2012-07-19 Raytheon Co Wafer level packaged focal plane array
CN103727884A (en) * 2012-10-16 2014-04-16 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Bonding tool detection method
CN104617029A (en) * 2015-01-07 2015-05-13 中国电子科技集团公司第五十五研究所 Method for improving semiconductor wafer bonding alignment precision
JP2018157159A (en) * 2017-03-21 2018-10-04 セイコーインスツル株式会社 Package and manufacturing method thereof
JPWO2020105162A1 (en) * 2018-11-22 2021-09-02 三菱電機株式会社 Sensor module
JP7163970B2 (en) 2018-11-22 2022-11-01 三菱電機株式会社 sensor module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10937824B2 (en) Method for manufacturing a thermoelectric-based infrared detector having a MEMS structure above a hybrid component
JP3529596B2 (en) Infrared solid-state imaging device and method of manufacturing the same
KR100537124B1 (en) Infrared sensor and method for manufacturing the same
JP3497797B2 (en) Manufacturing method of infrared sensor
JP5842118B2 (en) Infrared sensor
US7723686B2 (en) Image sensor for detecting wide spectrum and method of manufacturing the same
JP5751544B2 (en) Silicon-on-insulator (SOI) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) wafers used in manufacturing uncooled microbolometers
CN104246457B (en) Thermopile infrared sensor structure with high fill level
US20090266987A1 (en) Infrared detector and solid state image sensor having the same
JP5425207B2 (en) Infrared imaging device
KR20220148772A (en) Surface micro-machined infrared sensor using highly temperature stable interferometric absorber
JP2002296106A (en) Infrared sensor and method of manufacturing the same
TW201131148A (en) Infrared array sensor
TW200305290A (en) Thermal type infrared ray imaging device and fabrication method thereof
JP2005030871A (en) Method of manufacturing infrared sensor
JP3680019B2 (en) Infrared sensor
JP2003017672A (en) Electronic device, manufacturing method therefor, camera, and vehicle
JP2012230010A (en) Infrared sensor
JP2012173156A (en) Infrared sensor module
CN112393806A (en) Heterogeneous integrated thermal infrared sensing element and thermal infrared sensor
US20210048345A1 (en) Heterogeneously integrated thermal infrared sensing member and thermal infrared sensor
JP2012063221A (en) Infrared sensor
JP2012063222A (en) Infrared sensor, and manufacturing method of the same
US11988561B2 (en) Method for producing a thermal infrared sensor array in a vacuum-filled wafer-level housing
JP2011203221A (en) Infrared sensor module

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050415

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050606

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060816

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070911

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080513