JP2008292310A - Sensor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor device of which the manufacturing yield can be improved, and to provide a method for manufacturing the sensor device by using at least a sensor substrate so constituted that a thermal infrared radiation detection section is formed on a semiconductor substrate at a main surface side and a package substrate placed on the sensor substrate at the main surface side. <P>SOLUTION: In the sensor substrate 1, a portion formed at a bonding region E3 in multi-layer insulation film configured of an insulation film 11 formed on a first semiconductor substrate 10 at a main surface side and an insulation film (porous film constituted of porous silica) as a base of a heat insulation section 14, is etched back, and a first metallic layer 18 for sealing and a second metallic layer 19 for electric connection are then formed on the insulation film 11. The sensor substrate 1 and the package substrate 2 are bonded in room temperature such that the metallic layers 18, 28 for sealing are bonded with each other in the room temperature, and the metallic layers 19, 29 for electric connection are bonded with each other in the room temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、赤外線センサからなるセンサ装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a sensor device including an infrared sensor and a manufacturing method thereof.

従来から、図14に示すように、シリコン基板などの半導体基板10’の主表面側に熱型赤外線検出部13’およびスイッチングトランジスタからなる回路素子130’が形成されたセンサ基板1’と、当該センサ基板1’の主表面側に封着されるパッケージ用基板2’とを備え、センサ基板1’とパッケージ用基板2’とを常温接合法を利用して接合してなるセンサ装置が提案されている(例えば、特許文献1)。   Conventionally, as shown in FIG. 14, a sensor substrate 1 ′ in which a circuit element 130 ′ including a thermal infrared detector 13 ′ and a switching transistor is formed on the main surface side of a semiconductor substrate 10 ′ such as a silicon substrate, A sensor device comprising a package substrate 2 ′ sealed on the main surface side of the sensor substrate 1 ′ and joining the sensor substrate 1 ′ and the package substrate 2 ′ using a room temperature bonding method has been proposed. (For example, Patent Document 1).

ここにおいて、図14に示した構成のセンサ装置は、センサ基板1’において半導体基板10’の主表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜(第1の絶縁膜)116’と当該層間絶縁膜116’上に形成されたパッシベーション膜(第2の絶縁膜)117’との積層膜からなる多層絶縁膜上に封止用金属層118’を設けるとともに、パッケージ用基板2’の一表面側に封止用金属層128’を設けて、センサ基板1’とパッケージ用基板2’との封止用金属層118’,128’同士を常温接合法により直接接合している。
特許第3519720号公報
Here, the sensor device having the configuration shown in FIG. 14 includes an interlayer insulating film (first insulating film) 116 ′ made of a silicon oxide film formed on the main surface side of the semiconductor substrate 10 ′ in the sensor substrate 1 ′, and the relevant A sealing metal layer 118 ′ is provided on a multilayer insulating film formed of a laminated film with a passivation film (second insulating film) 117 ′ formed on the interlayer insulating film 116 ′, and one of the package substrates 2 ′ is provided. A sealing metal layer 128 ′ is provided on the front surface side, and the sealing metal layers 118 ′ and 128 ′ of the sensor substrate 1 ′ and the package substrate 2 ′ are directly bonded to each other by a room temperature bonding method.
Japanese Patent No. 3519720

しかしながら、図14に示した構成のセンサ装置のように、センサ基板1’における半導体基板10’の主表面側に形成されている複数の絶縁膜(図14の例では、層間絶縁膜116’およびパッシベーション膜117’)の積層膜からなる多層絶縁膜上に設けた封止用金属層118’とパッケージ用基板2’に設けた封止用金属層128’とを常温接合法により直接接合する接合工程を利用して製造されるセンサ装置では、製造時に接合工程の歩留まりが低いという問題があった。なお、この種のセンサ装置としては、パッケージ用基板に貫通孔配線を形成するとともに電気接続用金属層を設ける一方で、センサ基板の多層絶縁膜上に電気接続用金属層を設け、封止用金属層同士および電気接続用金属層同士を常温接合法により直接接合してなるセンサ装置も考えられるが、このようなセンサ装置においても、接合工程の歩留まりが低いという問題があった。   However, as in the sensor device having the configuration shown in FIG. 14, a plurality of insulating films (in the example of FIG. 14, the interlayer insulating film 116 ′ and the insulating film formed on the main surface side of the semiconductor substrate 10 ′ in the sensor substrate 1 ′. Bonding in which a sealing metal layer 118 ′ provided on a multilayer insulating film made of a laminated film of a passivation film 117 ′) and a sealing metal layer 128 ′ provided on a package substrate 2 ′ are directly bonded by a room temperature bonding method. In the sensor device manufactured using the process, there is a problem that the yield of the bonding process is low at the time of manufacturing. In this type of sensor device, a through-hole wiring is formed on the package substrate and an electrical connection metal layer is provided, while an electrical connection metal layer is provided on the multilayer insulating film of the sensor substrate, and sealing is performed. A sensor device in which metal layers and metal layers for electrical connection are directly bonded by a room temperature bonding method is also conceivable. However, even in such a sensor device, there is a problem that the yield of the bonding process is low.

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、少なくとも、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、当該センサ基板の主表面側に配置されるパッケージ用基板とを用いて製造するセンサ装置の製造歩留まりの向上を図れるセンサ装置およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its object is to provide at least a sensor substrate having a thermal infrared detector formed on the main surface side of a semiconductor substrate and the main surface side of the sensor substrate. Another object of the present invention is to provide a sensor device capable of improving the manufacturing yield of the sensor device manufactured using the package substrate and the manufacturing method thereof.

請求項1の発明は、少なくとも、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板と、当該センサ基板の主表面側に封着されたパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士が常温接合されたセンサ装置であって、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された複数の絶縁膜の積層膜からなる多層絶縁膜において熱型赤外線検出部が形成された領域と封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成されてなり、多層絶縁膜の一部をエッチバックすることにより平坦化された接合用領域部の表面上に、封止用金属層が形成されてなることを特徴とする。   The invention according to claim 1 includes at least a sensor substrate having a thermal infrared detecting portion formed on a main surface side of a semiconductor substrate, and a package substrate sealed on the main surface side of the sensor substrate. Sensor device in which activated sealing metal layers of a semiconductor substrate and a package substrate are bonded at room temperature, and the sensor substrate comprises a laminated film of a plurality of insulating films formed on the main surface side of the semiconductor substrate A step is formed between the region where the thermal infrared detector is formed in the multilayer insulating film and the bonding region where the sealing metal layer is formed, and a part of the multilayer insulating film is etched back. A sealing metal layer is formed on the surface of the bonding region flattened by the above.

この発明によれば、センサ基板は、半導体基板の主表面側の複数の絶縁膜の積層膜からなる多層絶縁膜の一部をエッチバックすることにより平坦化された接合用領域部の表面上に封止用金属層が形成されているので、封止用金属層の表面の平坦性を高めることが可能となり、センサ基板とパッケージ基板との封止用金属層同士を常温接合する接合工程の歩留まりを高めて製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。   According to the present invention, the sensor substrate is formed on the surface of the bonding region portion flattened by etching back a part of the multilayer insulating film composed of a laminated film of a plurality of insulating films on the main surface side of the semiconductor substrate. Since the sealing metal layer is formed, it becomes possible to improve the flatness of the surface of the sealing metal layer, and the yield of the bonding process for bonding the sealing metal layers of the sensor substrate and the package substrate to each other at room temperature. It is possible to improve the manufacturing yield by increasing the manufacturing yield.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記センサ基板は、前記接合用領域部の前記表面上に前記熱型赤外線検出部に電気的に接続された第1の電気接続用金属層が形成され、前記パッケージ用基板は、第1の電気接続用金属層に接合される第2の電気接続用金属層が形成されるとともに当該第2の電気接続用金属層に電気的に接続された貫通孔配線が形成されてなり、前記センサ基板と前記パッケージ用基板とは、活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the sensor substrate is a first electrical connection metal layer electrically connected to the thermal infrared detection unit on the surface of the bonding region. The package substrate is formed with a second electrical connection metal layer joined to the first electrical connection metal layer and electrically connected to the second electrical connection metal layer. The sensor substrate and the package substrate are formed by bonding the activated electrical connection metal layers to each other at room temperature.

この発明によれば、前記センサ基板は、前記多層絶縁膜の一部をエッチバックすることにより平坦化された前記接合用領域部の前記表面上に前記封止用金属層および第1の電気接続用金属層が形成されているので、前記封止用金属層と第1の電気接続用金属層とを同一レベル面上に同一厚さで形成することが可能であり、前記封止用金属層の表面および第1の電気接続用金属層の表面の平坦性を高めることが可能となり、前記センサ基板と前記パッケージ基板との前記封止用金属層同士および電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程の歩留まりを高めて製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。   According to the present invention, the sensor substrate includes the sealing metal layer and the first electrical connection on the surface of the joining region portion flattened by etching back a part of the multilayer insulating film. Since the metal layer for forming is formed, it is possible to form the metal layer for sealing and the first metal layer for electrical connection with the same thickness on the same level surface, and the metal layer for sealing It is possible to improve the flatness of the surfaces of the sensor substrate and the first electrical connection metal layer, and the sealing metal layers and the electrical connection metal layers of the sensor substrate and the package substrate are joined at room temperature. It is possible to increase the yield of the bonding process and improve the manufacturing yield.

請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記センサ基板は、前記半導体基板の前記主表面側に、前記熱型赤外線検出部と協働するIC部が形成されてなり、前記熱型赤外線検出部は、当該IC部を介して前記第1の電気接続用金属層と電気的に接続されてなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the sensor substrate includes an IC portion that cooperates with the thermal infrared detection portion on the main surface side of the semiconductor substrate. The infrared detecting unit is electrically connected to the first metal layer for electrical connection through the IC unit.

この発明によれば、前記熱型赤外線検出部とIC部との間の配線長を短くすることができる。   According to the present invention, the wiring length between the thermal infrared detection unit and the IC unit can be shortened.

請求項4の発明は、少なくとも、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、当該センサ基板の主表面側に封着されるパッケージ用基板とを用いたセンサ装置の製造方法であって、センサ基板において半導体基板の主表面側に形成された複数の絶縁膜の積層膜からなる多層絶縁膜のうちパッケージ用基板との接合用領域部に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で接合用領域部の表面上に封止用金属層を形成する金属層形成工程と、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士を常温接合する接合工程とを備えることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sensor device using at least a sensor substrate having a thermal infrared detecting portion formed on a main surface side of a semiconductor substrate and a package substrate sealed on the main surface side of the sensor substrate. A method for etching a portion of a sensor substrate that is formed in a bonding region with a package substrate, out of a multilayer insulating film formed of a plurality of insulating films formed on a main surface side of a semiconductor substrate. A flattening step of flattening the surface of the bonding region portion by backing, a metal layer forming step of forming a sealing metal layer on the surface of the bonding region portion after the flattening step, and a sensor substrate, A bonding step of bonding the activated sealing metal layers to the package substrate at room temperature.

この発明によれば、半導体基板の主表面側の複数の絶縁膜の積層膜からなる多層絶縁膜のうちパッケージ用基板との接合用領域部に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化した後で、接合用領域部の表面上に封止用金属層を形成しているので、封止用金属層の表面の平坦性を高めることができ、センサ基板とパッケージ基板との封止用金属層同士を常温接合する接合工程の歩留まりを高めることができるから、製造歩留まりの向上を図れる。   According to the present invention, a portion of the multi-layered insulating film formed of a laminated film of a plurality of insulating films on the main surface side of a semiconductor substrate is etched back by etching back a portion formed in a bonding region with the package substrate. Since the sealing metal layer is formed on the surface of the bonding region after the surface of the region is flattened, the flatness of the surface of the sealing metal layer can be improved. Since the yield of the joining process for room temperature joining of the metal layers for sealing with the package substrate can be increased, the production yield can be improved.

請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記接合工程が終了するまでの全工程を前記センサ基板および前記パッケージ用基板それぞれについてウェハレベルで行うことで前記センサ装置を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から前記センサ装置に分割する分割工程を備えることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, a wafer level including a plurality of the sensor devices by performing all the steps until the bonding step is completed at the wafer level for each of the sensor substrate and the package substrate. A package structure is formed, and a dividing step of dividing the wafer level package structure into the sensor device is provided.

この発明によれば、量産性を高めることができる。   According to this invention, mass productivity can be improved.

請求項1の発明では、センサ基板とパッケージ基板との封止用金属層同士を常温接合する接合工程の歩留まりを高めて製造歩留まりの向上を図ることが可能となるという効果がある。   According to the first aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to improve the manufacturing yield by increasing the yield of the joining process of joining the sealing metal layers of the sensor substrate and the package substrate at room temperature.

請求項4の発明では、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、当該センサ基板の主表面側に配置されるパッケージ用基板とを用いて製造するセンサ装置の製造歩留まりの向上を図れるという効果がある。   According to a fourth aspect of the present invention, a sensor device is manufactured by using a sensor substrate having a thermal infrared detector formed on the main surface side of a semiconductor substrate and a package substrate disposed on the main surface side of the sensor substrate. There is an effect that the yield can be improved.

(実施形態1)
以下、本実施形態のセンサ装置について図1および図2を参照しながら説明した後、特徴となる製造方法について図3および図4を参照しながら説明する。なお、図1は、図2をA−A’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の概略の断面図に対応するものである。
(Embodiment 1)
Hereinafter, after describing the sensor device of the present embodiment with reference to FIGS. 1 and 2, a characteristic manufacturing method will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Note that FIG. 1 corresponds to a schematic cross-sectional view of FIG. 2 taken along a line AA ′ and viewed from the direction of the arrows.

本実施形態のセンサ装置は、赤外線センサであり、第1の半導体基板10の主表面側に周囲と熱絶縁された熱型赤外線検出部13を形成したセンサ基板1と、第2の半導体基板20を用いて形成されセンサ基板1の主表面側において熱型赤外線検出部13を囲みセンサ基板1との間にキャビティ30が形成される形でセンサ基板1の主表面側に封着されたパッケージ用基板2とを備えている。ここにおいて、センサ基板1およびパッケージ用基板2の外周形状は矩形状であり、パッケージ用基板2はセンサ基板1と同じ外形寸法に形成されている。なお、本実施形態では、各半導体基板10,20それぞれに、シリコン基板を採用している。   The sensor device according to the present embodiment is an infrared sensor, and includes a sensor substrate 1 in which a thermal infrared detector 13 thermally insulated from the surroundings is formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10, and a second semiconductor substrate 20. For the package which is formed on the main surface side of the sensor substrate 1 and encloses the thermal infrared detector 13 and is sealed to the main surface side of the sensor substrate 1 so as to form a cavity 30 with the sensor substrate 1. And a substrate 2. Here, the outer peripheral shapes of the sensor substrate 1 and the package substrate 2 are rectangular, and the package substrate 2 is formed to have the same outer dimensions as the sensor substrate 1. In the present embodiment, a silicon substrate is used for each of the semiconductor substrates 10 and 20.

センサ基板1は、第1の半導体基板10と当該第1の半導体基板10の主表面上に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜11とで構成されるベース基板部12と、上述の熱型赤外線検出部13と、熱型赤外線検出部13とベース基板部12とを熱絶縁する断熱部14とを備えている。なお、本実施形態における断熱部14は、ベース基板部12の一表面から熱型赤外線検出部13が離間して配置されるように熱型赤外線検出部13を支持している。   The sensor substrate 1 includes a base substrate portion 12 composed of a first semiconductor substrate 10 and an insulating film 11 made of a silicon nitride film formed on the main surface of the first semiconductor substrate 10, and the above-described thermal type. An infrared detection unit 13 and a heat insulation unit 14 that thermally insulates the thermal infrared detection unit 13 and the base substrate unit 12 are provided. In addition, the heat insulation part 14 in this embodiment is supporting the thermal type infrared detection part 13 so that the thermal type infrared detection part 13 may be spaced apart from one surface of the base substrate part 12.

断熱部14は、熱型赤外線検出部13を保持した保持部14aと、保持部14aとベース基板部12とを連結した2つの脚部14b,14bとを有している。なお、断熱部14については、後述する。   The heat insulating part 14 includes a holding part 14 a that holds the thermal infrared detection part 13, and two leg parts 14 b and 14 b that connect the holding part 14 a and the base substrate part 12. In addition, the heat insulation part 14 is mentioned later.

熱型赤外線検出部13は、温度に応じて電気抵抗値が変化するボロメータ形のセンシングエレメントであり、保持部14a側のTi膜と当該Ti膜上のTiN膜とからなるセンサ層で構成されている。ここで、TiN膜は、Ti膜の酸化防止膜として設けてある。なお、センサ層の材料としては、Tiに限らず、例えば、アモルファスSi、VOxなどを採用してもよい。また、熱型赤外線検出部13は、温度に応じて電気抵抗値が変化するセンシングエレメントに限らず、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメント、焦電型のセンシングエレメントなどを採用してもよく、いずれのセンシングエレメントを採用した場合でも、材料を適宜選択することで一般的な薄膜形成技術を利用して形成することができる。ここにおいて、温度に応じて誘電率の変化するセンシングエレメントの材料としては、例えば、PZT、BSTなどを採用すればよい。   The thermal infrared detector 13 is a bolometer-type sensing element whose electric resistance value changes according to temperature, and includes a sensor layer including a Ti film on the holding unit 14a side and a TiN film on the Ti film. Yes. Here, the TiN film is provided as an antioxidant film for the Ti film. The material of the sensor layer is not limited to Ti, and for example, amorphous Si, VOx, or the like may be employed. The thermal infrared detector 13 is not limited to a sensing element whose electrical resistance value changes according to temperature, but a sensing element whose dielectric constant changes according to temperature, a thermopile type sensing element, and a pyroelectric type sensing element. Even if any sensing element is employed, it can be formed using a general thin film forming technique by appropriately selecting the material. Here, for example, PZT, BST, or the like may be employed as the material of the sensing element whose dielectric constant changes depending on the temperature.

熱型赤外線検出部13は、平面形状が蛇行した形状(ここでは、つづら折れ状の形状)に形成されており、両端部が断熱部14の脚部14b,14bに沿って延長された配線層15,15および当該配線層15,15に電気的に接続された引出し配線16,16を介してベース基板部12の周部の接合用領域部E3における絶縁膜11上の第1の電気接続用金属層19,19と電気的に接続されている。ここにおいて、本実施形態におけるセンサ基板1では、引き出し配線16の一端部が配線層15上に形成されるとともに、他端部が絶縁膜11上に形成された第1の電気接続用金属層19上に形成されている。要するに、本実施形態におけるセンサ基板1では、熱型赤外線検出部13および配線層15,15が形成された断熱部14の表面と接合用領域部E3との間に段差が形成され、引き出し配線16が断熱部14の表面に沿って形成されている。本実施形態では、配線層15,15の材料として、熱型赤外線検出部13を構成するセンサ層と同じ材料を採用しており(ここでは、Ti膜とTiN膜との積層膜)、配線層15,15と熱型赤外線検出部13とを同時に形成している。また、本実施形態では、第1の電気接続用金属層19,19それぞれの一部がセンサ基板1におけるパッドを構成しており、一対の第1の電気接続用金属層19,19を通して熱型赤外線検出部13の出力を外部へ取り出すことができる。また、本実施形態では、引き出し配線16,16の膜厚が第1の電気接続用金属層19の膜厚よりも厚く設定してあるので、引き出し配線16,16の断線を防止することができる。   The thermal infrared detector 13 is formed in a meandering shape (here, a folded shape), and a wiring layer whose both ends are extended along the leg portions 14 b and 14 b of the heat insulating portion 14. 15 and 15 and the first electrical connection on the insulating film 11 in the bonding region E3 in the peripheral portion of the base substrate portion 12 through the lead wirings 16 and 16 electrically connected to the wiring layers 15 and 15 The metal layers 19 and 19 are electrically connected. Here, in the sensor substrate 1 in the present embodiment, one end portion of the lead-out wiring 16 is formed on the wiring layer 15 and the other end portion is formed on the insulating film 11 in the first electrical connection metal layer 19. Formed on top. In short, in the sensor substrate 1 in the present embodiment, a step is formed between the surface of the heat insulating portion 14 on which the thermal infrared detecting portion 13 and the wiring layers 15 and 15 are formed and the bonding region portion E3, and the lead wiring 16 Is formed along the surface of the heat insulating portion 14. In the present embodiment, as the material of the wiring layers 15 and 15, the same material as that of the sensor layer constituting the thermal infrared detector 13 is employed (here, a laminated film of a Ti film and a TiN film), and the wiring layer. 15, 15 and the thermal infrared detector 13 are formed at the same time. In the present embodiment, a part of each of the first electrical connection metal layers 19, 19 constitutes a pad on the sensor substrate 1, and the thermal type is passed through the pair of first electrical connection metal layers 19, 19. The output of the infrared detector 13 can be taken out to the outside. In the present embodiment, since the film thickness of the lead wires 16 and 16 is set to be larger than the film thickness of the first electrical connection metal layer 19, disconnection of the lead wires 16 and 16 can be prevented. .

上述の断熱部14における脚部14b,14bは、ベース基板部12の上記一表面側において立設された支持ポスト部14b,14bと、支持ポスト部14b,14bの上端部と保持部14aとを連結した梁部14b,14bとで構成されており、保持部14aとベース基板部12との間に間隙17が形成されている。ここで、保持部14aの外周形状が矩形状であって、各梁部14b,14bは、保持部14aの一側縁の長手方向の一端部から当該一側縁に直交する方向に延長され更に当該一側縁の上記一端部から他端部に向う方向に沿って延長された平面形状に形成されており、保持部14aの厚み方向に沿った中心軸に対して回転対称性を有するように配置されている。なお、上述の配線層15,15の線幅は、当該配線層15,15を通した熱伝達を抑制するために梁部14b,14bの幅寸法よりも十分に小さく設定してある。また、支持ポスト部14b,14bは、引き出し配線16,16により補強されている。 The leg portions 14b and 14b in the heat insulating portion 14 are held by the support post portions 14b 2 and 14b 2 erected on the one surface side of the base substrate portion 12 and the upper end portions of the support post portions 14b 2 and 14b 2. The beam portions 14b 1 and 14b 1 are connected to the portion 14a, and a gap 17 is formed between the holding portion 14a and the base substrate portion 12. Here, the outer peripheral shape of the holding portion 14a is a rectangular shape, and each beam portion 14b 1 , 14b 1 extends from one end portion in the longitudinal direction of one side edge of the holding portion 14a in a direction orthogonal to the one side edge. Further, it is formed in a planar shape extending along the direction from the one end to the other end of the one side edge, and has rotational symmetry with respect to the central axis along the thickness direction of the holding portion 14a. Are arranged as follows. The line widths of the wiring layers 15 and 15 are set to be sufficiently smaller than the width dimensions of the beam portions 14b 1 and 14b 1 in order to suppress heat transfer through the wiring layers 15 and 15. Further, the support post portions 14 b 2 and 14 b 2 are reinforced by lead wires 16 and 16.

また、上述の断熱部14の脚部14b,14bおよび保持部14aは、電気絶縁性を有する多孔質材料により形成されている。ここで、断熱部14の脚部14b,14bおよび保持部14aの多孔質材料として、多孔質の酸化シリコンの一種であるポーラスシリカを採用しているが、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマーの一種であるメチル含有ポリシロキサン、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの一種であるSi−H含有ポリシロキサン、シリカエアロゲルなどを採用してもよく、多孔質材料として、多孔質の酸化シリコン、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマー、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの群から選択される材料を採用すれば、断熱部14の形成にあたっては、ゾルゲル溶液をベース基板部12の上記一表面側に回転塗布してから、乾燥させるプロセスを採用することができ、断熱部14を容易に形成することが可能となる。   Further, the leg portions 14b and 14b and the holding portion 14a of the heat insulating portion 14 are formed of a porous material having electrical insulation. Here, porous silica, which is a kind of porous silicon oxide, is adopted as the porous material of the legs 14b, 14b and the holding part 14a of the heat insulating part 14, but it is a kind of porous silicon oxide organic polymer. Methyl-containing polysiloxane, Si-H-containing polysiloxane which is a kind of porous silicon oxide-based inorganic polymer, silica aerogel, etc. may be employed. As the porous material, porous silicon oxide, If a material selected from the group consisting of a silicon oxide organic polymer and a porous silicon oxide inorganic polymer is employed, a sol-gel solution is spin-coated on the one surface side of the base substrate portion 12 in forming the heat insulating portion 14. Then, a drying process can be employed, and the heat insulating portion 14 can be easily formed.

ここにおいて、本実施形態における断熱部14は、多孔度が60%のポーラスシリカ膜(多孔質シリコン酸化膜)により構成してあるが、多孔度が小さ過ぎると十分な断熱効果が得られず多孔度が大き過ぎると機械的強度が弱くなって構造形成が困難となるので、ポーラスシリカ膜の多孔度は例えば10%〜80%程度の範囲内で適宜設定すればよい。   Here, the heat insulating portion 14 in the present embodiment is constituted by a porous silica film (porous silicon oxide film) having a porosity of 60%. However, if the porosity is too small, a sufficient heat insulating effect cannot be obtained and the porous section is porous. If the degree is too large, the mechanical strength becomes weak and it becomes difficult to form a structure. Therefore, the porosity of the porous silica film may be set as appropriate within a range of, for example, about 10% to 80%.

上述のセンサ基板1では、断熱部14における保持部14aが多孔質材料により形成されているので、保持部14aがSiOやSiなどの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、保持部14aの低熱容量化を図れ、応答速度のより一層の高速化を図れる。さらに、本実施形態におけるセンサ基板1では、断熱部14における脚部14bも多孔質材料により形成されているので、脚部14bがSiOやSiなどの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、脚部14bの熱コンダクタンスを小さくできて高感度化を図れるとともに脚部14bの熱容量を小さくできて応答速度の高速化を図れるから、高性能化を図れる。 In the sensor substrate 1 described above, since the holding portion 14a in the heat insulating portion 14 is formed of a porous material, compared to a case where the holding portion 14a is formed of a non-porous material such as SiO 2 or Si 3 N 4. Thus, the heat capacity of the holding portion 14a can be reduced, and the response speed can be further increased. Furthermore, in the sensor substrate 1 according to the present embodiment, the leg portion 14b of the heat insulating portion 14 is also formed of a porous material, so the leg portion 14b is formed of a non-porous material such as SiO 2 or Si 3 N 4. Compared with the case where the thermal conductivity of the leg portion 14b is reduced, the sensitivity can be increased and the heat capacity of the leg portion 14b can be decreased and the response speed can be increased, so that the performance can be improved.

ところで、センサ基板1の接合用領域部E3では、上述の絶縁膜11上に、枠状(矩形枠状)の第1の封止用金属層18が形成されており、上述の複数の第1の電気接続用金属層19が第1の封止用金属層18よりも内側で絶縁膜11上に形成されている。要するに、センサ基板1は、第1の封止用金属層18と各電気接続用金属層19とが、絶縁膜11を下地層として同一レベル面上に同一厚さで形成されている。   Meanwhile, in the bonding region E3 of the sensor substrate 1, a frame-shaped (rectangular frame-shaped) first sealing metal layer 18 is formed on the above-described insulating film 11, and the plurality of first layers described above. The electrical connection metal layer 19 is formed on the insulating film 11 inside the first sealing metal layer 18. In short, in the sensor substrate 1, the first sealing metal layer 18 and each of the electrical connection metal layers 19 are formed on the same level surface with the insulating film 11 as a base layer with the same thickness.

第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19は、接合用のAu膜と絶縁膜11との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19は、絶縁膜11上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。要するに、第1の電気接続用金属層19と第1の封止用金属層18とは同一の金属材料により形成されているので、第1の電気接続用金属層19と第1の封止用金属層18とを同時に形成することができるとともに、第1の電気接続用金属層19と第1の封止用金属層18とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19は、Ti膜の膜厚を15〜50nm、Au膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Au膜と絶縁膜11との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。   In the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19, an adhesion improving Ti film is interposed between the bonding Au film and the insulating film 11. In other words, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 are formed by a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 11 and an Au film formed on the Ti film. It is configured. In short, since the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 18 are formed of the same metal material, the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 19 are formed. The metal layer 18 can be formed at the same time, and the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 18 can be formed to have substantially the same thickness. Note that the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. Is an example and is not particularly limited. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. Further, in this embodiment, a Ti film is interposed as an adhesion improving adhesive layer between each Au film and the insulating film 11, but the material of the adhesion layer is not limited to Ti, and for example, Cr, Nb Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

一方、パッケージ用基板2は、センサ基板1側の表面である一表面に、熱型赤外線検出部13を熱絶縁する熱絶縁用凹部21が形成されている。また、パッケージ用基板2は、熱絶縁用凹部21の周部に、厚み方向に貫通する複数(本実施形態では、2個)の貫通孔22が形成されており、上記一表面および他表面と各貫通孔22の内面とに跨って熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜23が形成され、貫通孔22の内側に形成された貫通孔配線24と貫通孔22の内面との間に絶縁膜23の一部が介在している。ここにおいて、パッケージ用基板2は、熱絶縁用凹部21の開口面の投影領域内にセンサ基板1の熱型赤外線検出部13および断熱部14が収まるように熱絶縁用凹部21の開口面積を大きくしてある。なお、貫通孔配線24の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Niなどを採用してもよい。また、パッケージ用基板2における絶縁膜23は、熱絶縁用凹部21の開口面の投影領域内には形成されていない。   On the other hand, the package substrate 2 is provided with a thermal insulation recess 21 that thermally insulates the thermal infrared detector 13 on one surface that is the surface on the sensor substrate 1 side. The package substrate 2 has a plurality of (two in this embodiment) through-holes 22 penetrating in the thickness direction in the peripheral portion of the thermal insulation recess 21, and the one surface and the other surface An insulating film 23 made of a thermal oxide film (silicon oxide film) is formed across the inner surface of each through hole 22, and between the through hole wiring 24 formed inside the through hole 22 and the inner surface of the through hole 22. A part of the insulating film 23 is interposed. Here, the package substrate 2 has a large opening area of the thermal insulation recess 21 so that the thermal infrared detection part 13 and the heat insulation part 14 of the sensor substrate 1 are within the projected region of the opening surface of the thermal insulation recess 21. It is. In addition, although Cu is employ | adopted as a material of the through-hole wiring 24, not only Cu but Ni etc. may be employ | adopted, for example. Further, the insulating film 23 in the package substrate 2 is not formed in the projection region of the opening surface of the thermal insulating recess 21.

また、パッケージ用基板2は、センサ基板1側の表面において熱絶縁用凹部21の周部に、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された複数の第2の電気接続用金属層29が形成されている。また、パッケージ用基板2は、センサ基板1側の表面の周部の全周に亘って枠状(矩形枠状)の第2の封止用金属層28が形成されており、上述の複数の第2の電気接続用金属層29が第2の封止用金属層28よりも内側に配置されている(ここで、第2の封止用金属層28と各電気接続用金属層29とは絶縁膜23の同一レベル面上に同一厚さで形成してある)。ここにおいて、第2の電気接続用金属層29は、外周形状が長方形状であり、長手方向の一端部が貫通孔配線24と接合されており、他端側の部位がセンサ基板1の第1の電気接続用金属層19と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、貫通孔配線24と当該貫通孔配線24に対応する第1の電気接続用金属層19との位置をずらしてあり、第2の電気接続用金属層29を、貫通孔配線24と第1の電気接続用金属層19とに跨る形で配置してある。   The package substrate 2 has a plurality of second electrical connection metal layers 29 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 on the periphery of the thermal insulation recess 21 on the surface on the sensor substrate 1 side. Is formed. The package substrate 2 has a frame-shaped (rectangular frame-shaped) second sealing metal layer 28 formed over the entire circumference of the peripheral portion of the surface on the sensor substrate 1 side. The second electrical connection metal layer 29 is disposed inside the second sealing metal layer 28 (where the second sealing metal layer 28 and each electrical connection metal layer 29 are It is formed with the same thickness on the same level surface of the insulating film 23). Here, the outer peripheral shape of the second electrical connection metal layer 29 is rectangular, one end portion in the longitudinal direction is joined to the through-hole wiring 24, and the other end side portion is the first portion of the sensor substrate 1. The electrical connection metal layer 19 is joined and electrically connected. In short, the positions of the through-hole wiring 24 and the first electrical connection metal layer 19 corresponding to the through-hole wiring 24 are shifted, and the second electrical connection metal layer 29 is connected to the through-hole wiring 24 and the first electrical connection metal layer 19. It arrange | positions in the form straddling the metal layer 19 for electrical connection.

また、第2の封止用金属層28および第2の電気接続用金属層29は、接合用のAu膜と絶縁膜23との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第2の封止用金属層28および第2の電気接続用金属層29は、絶縁膜23上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。要するに、第2の電気接続用金属層29と第2の封止用金属層28とは同一の金属材料により形成されているので、第2の電気接続用金属層29と第2の封止用金属層28とを同時に形成することができるとともに、第2の電気接続用金属層29と第2の封止用金属層28とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第2の封止用金属層28および第2の電気接続用金属層29は、Ti膜の膜厚を15〜50nm、Au膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Au膜と絶縁膜23との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。   In addition, the second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 have an adhesion improving Ti film interposed between the bonding Au film and the insulating film 23. In other words, the second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 are formed of a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 23 and an Au film formed on the Ti film. It is configured. In short, since the second electrical connection metal layer 29 and the second sealing metal layer 28 are formed of the same metal material, the second electrical connection metal layer 29 and the second sealing metal layer 28 are formed. The metal layer 28 can be formed at the same time, and the second electrical connection metal layer 29 and the second sealing metal layer 28 can be formed to have substantially the same thickness. The second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. Is an example and is not particularly limited. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. In the present embodiment, a Ti film is interposed as an adhesion improving adhesive layer between each Au film and the insulating film 23. However, the material of the adhesion layer is not limited to Ti, and, for example, Cr, Nb Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

また、パッケージ用基板2におけるセンサ基板1側とは反対側の表面には、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極25が形成されている。なお、各外部接続用電極25の外周形状は矩形状となっている。   A plurality of external connection electrodes 25 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 are formed on the surface of the package substrate 2 opposite to the sensor substrate 1 side. The outer peripheral shape of each external connection electrode 25 is rectangular.

ところで、上述のセンサ基板1とパッケージ用基板2とは、第1の封止用金属層18と第2の封止用金属層28とが接合されるとともに、第1の電気接続用金属層19と第2の電気接続用金属層29とが接合されている。本実施形態の赤外線センサの製造にあたっては、上述の第1の半導体基板10の基礎となる第1のシリコンウェハにセンサ基板1を複数形成したセンサウェハと、上述の第2の半導体基板20の基礎となる第2のシリコンウェハにパッケージ用基板2を複数形成したパッケージウェハとをウェハレベルで常温接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、個々の赤外線センサに分割する分割工程(ダイシング工程)により個々の赤外線センサに分割されている。したがって、パッケージ用基板2とセンサ基板1とが同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。ここにおいて、本実施形態の赤外線センサでは、センサ基板1とパッケージ用基板2とで囲まれた空間が真空雰囲気となっている。また、本実施形態では、センサ基板1とパッケージ用基板2との接合方法として、センサ基板1の残留応力(熱応力)を少なくするためにより低温での接合が可能な常温接合法を採用している。   By the way, the sensor substrate 1 and the package substrate 2 are bonded to the first sealing metal layer 18 and the second sealing metal layer 28, and the first electrical connection metal layer 19. And the second metal layer 29 for electrical connection are joined. In manufacturing the infrared sensor of the present embodiment, a sensor wafer in which a plurality of sensor substrates 1 are formed on a first silicon wafer that is the basis of the first semiconductor substrate 10 described above, and a foundation of the second semiconductor substrate 20 described above. A dividing process (dicing process) in which a wafer level package structure is formed by bonding a package wafer formed with a plurality of package substrates 2 to a second silicon wafer to be room temperature bonded at a wafer level and then divided into individual infrared sensors. ) Are divided into individual infrared sensors. Therefore, the package substrate 2 and the sensor substrate 1 have the same outer size, so that a small chip size package can be realized and manufacture is facilitated. Here, in the infrared sensor of the present embodiment, the space surrounded by the sensor substrate 1 and the package substrate 2 is a vacuum atmosphere. In the present embodiment, as a method for bonding the sensor substrate 1 and the package substrate 2, a room temperature bonding method capable of bonding at a lower temperature is employed to reduce the residual stress (thermal stress) of the sensor substrate 1. Yes.

以下、センサ基板1の製造方法について図3を参照しながら説明する。なお、図3では、図2をA−A’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の断面に対応する部位の断面を示してある。   Hereinafter, a method for manufacturing the sensor substrate 1 will be described with reference to FIG. Note that FIG. 3 shows a cross section of a portion corresponding to the cross section when FIG. 2 is cut in a step shape along A-A ′ and viewed from the direction of the arrow.

まず、第1の半導体基板10の主表面側にシリコン窒化膜からなる絶縁膜11を例えばLPCVD法により形成する絶縁膜形成工程を行うことによって、図3(a)に示す構造を得る。   First, by performing an insulating film forming step of forming an insulating film 11 made of a silicon nitride film on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 by, for example, LPCVD, the structure shown in FIG.

その後、第1の半導体基板10と絶縁膜11とからなるベース基板部12の一表面側(図3(a)における上面側)に断熱部14を形成するためにポリイミドからなる犠牲層31を形成する犠牲層形成工程を行うことによって、図3(b)に示す構造を得る。   Thereafter, a sacrificial layer 31 made of polyimide is formed to form the heat insulating portion 14 on one surface side (the upper surface side in FIG. 3A) of the base substrate portion 12 made of the first semiconductor substrate 10 and the insulating film 11. By performing the sacrificial layer forming step, the structure shown in FIG. 3B is obtained.

続いて、ベース基板部12の上記一表面側の全面に断熱部14の材料である多孔質材料(例えば、ポーラスシリカ、シリカエアロゲルなど)からなる多孔質膜140を成膜する多孔質膜成膜工程を行うことによって、図3(c)に示す構造を得る。ここにおいて、多孔質膜140の形成にあたっては、上記多孔質材料がポーラスシリカの場合には、ゾルゲル溶液をベース基板部12の上記一表面側に回転塗布してから、熱処理で乾燥させるプロセスを採用することで容易に形成することができ、上記多孔質材料がシリカエアロゲルの場合には、ゾルゲル溶液をベース基板部12の上記一表面側に回転塗布してから、超臨界乾燥処理で乾燥させるプロセスを採用することで容易に形成することができる。なお、本実施形態では、絶縁膜11と当該絶縁膜11の表面側の絶縁膜である多孔質膜140とで多層絶縁膜を構成している。   Subsequently, a porous film is formed by forming a porous film 140 made of a porous material (for example, porous silica, silica airgel, etc.) that is a material of the heat insulating part 14 on the entire surface of the base substrate part 12 on the one surface side. By performing the process, the structure shown in FIG. Here, when forming the porous film 140, when the porous material is porous silica, a process of spin-coating a sol-gel solution on the one surface side of the base substrate portion 12 and then drying by heat treatment is adopted. In the case where the porous material is silica aerogel, a process in which a sol-gel solution is spin-coated on the one surface side of the base substrate portion 12 and then dried by supercritical drying. Can be easily formed. In the present embodiment, the insulating film 11 and the porous film 140 that is an insulating film on the surface side of the insulating film 11 constitute a multilayer insulating film.

上述の多孔質膜成膜工程の後、ベース基板部12の上記一表面側の全面に熱型赤外線検出部13および配線層15,15の基礎となるTi膜とTiN膜との積層膜からなるセンサ材料層をスパッタ法などにより成膜するセンサ材料層成膜工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してセンサ材料層をパターニングすることでそれぞれセンサ材料層の一部からなる熱型赤外線検出部13および配線層15,15を形成するパターニング工程を行うことによって、図3(d)に示す構造を得る。   After the porous film forming step described above, the entire surface on the one surface side of the base substrate portion 12 is composed of a laminated film of a Ti film and a TiN film that is the basis of the thermal infrared detector 13 and the wiring layers 15 and 15. The sensor material layer is formed by sputtering or the like, and then the sensor material layer is patterned by using a photolithography technique and an etching technique to form a part of the sensor material layer. The structure shown in FIG. 3D is obtained by performing a patterning process for forming the thermal infrared detector 13 and the wiring layers 15 and 15.

次に、上述の多孔質膜140のうち断熱部14に対応する部位に形成されている部分以外をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してエッチング除去する多孔質膜パターニング工程を行うことによって、図3(e)に示す構造を得る。なお、本実施形態では、多孔質膜パターニング工程が、上記多層絶縁膜のうち接合用領域部E3に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部E3の表面を平坦化する平坦化工程を兼ねており、当該平坦化工程のエッチバックでは、シリコン窒化膜からなる絶縁膜11をエッチングストッパ層として利用している。   Next, the porous film 140 is subjected to a porous film patterning process in which portions other than the portion formed in the portion corresponding to the heat insulating portion 14 are removed by etching using photolithography technology and etching technology. The structure shown in 3 (e) is obtained. In this embodiment, the porous film patterning step planarizes the surface of the bonding region E3 by etching back the portion of the multilayer insulating film formed in the bonding region E3. The insulating film 11 made of a silicon nitride film is used as an etching stopper layer in the etch back of the planarization process.

その後、接合用領域部E3の絶縁膜11の表面上に第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19を形成する第1の金属層形成工程を行うことによって、図3(f)に示す構造を得る。したがって、第1の半導体基板10の主表面側に形成された多層絶縁膜において熱型赤外線検出部13が形成された領域と第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19が形成された接合用領域部E3との間には段差が形成されている。ここにおいて、第1の金属層形成工程では、第1の半導体基板10の主表面側に、第1の封止用金属層18、第1の電気接続用金属層19をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。   Thereafter, by performing a first metal layer forming step of forming the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 on the surface of the insulating film 11 in the bonding region E3, FIG. The structure shown in 3 (f) is obtained. Therefore, in the multilayer insulating film formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10, the region where the thermal infrared detector 13 is formed, the first metal layer 18 for sealing, and the first metal layer for electrical connection. A step is formed with the bonding region E3 in which 19 is formed. Here, in the first metal layer forming step, a first sealing metal layer 18 and a first electrical connection metal layer 19 are formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 by thin film formation such as sputtering. It is formed using technology, lithography technology, etching technology, and the like.

上述の第1の金属層形成工程の後、第1の半導体基板10の主表面側に上述の引き出し配線16を形成する引き出し配線形成工程を行うことによって、図3(g)に示す構造を得る。ここにおいて、引き出し配線形成工程では、第1の半導体基板10の主表面側に、引き出し配線16をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。なお、第1の金属層形成工程と引き出し配線形成工程との順序は逆でもよい。   After the first metal layer forming step, the lead wire forming step for forming the lead wire 16 on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 is performed to obtain the structure shown in FIG. . Here, in the lead wiring formation step, the lead wiring 16 is formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 by using a thin film forming technique such as a sputtering method, a lithography technique, an etching technique, and the like. Note that the order of the first metal layer forming step and the lead wiring forming step may be reversed.

その後、第1の半導体基板10の主表面側の犠牲層31を選択的にエッチング除去することで間隙17を形成することによって、図3(h)に示す構造のセンサ基板1を得る。   Thereafter, the gap 17 is formed by selectively removing the sacrificial layer 31 on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 to obtain the sensor substrate 1 having the structure shown in FIG.

以下、パッケージ用基板2の製造方法について図4を参照しながら説明する。なお、図4では、図2のA−A’断面に対応する部位の断面を示してある。   Hereinafter, a method for manufacturing the package substrate 2 will be described with reference to FIG. 4 shows a cross section of a portion corresponding to the cross section A-A ′ of FIG. 2.

まず、第2の半導体基板20の一表面に熱絶縁用凹部21をリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成する熱絶縁用凹部形成工程を行った後で、第2の半導体基板20に貫通孔22をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成する貫通孔形成工程を行い、その後、第2の半導体基板20の厚み方向の上記一表面側および他表面側および各貫通孔22の内周面に熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜23を熱酸化法により形成する熱酸化工程を行い、続いて、電気メッキ技術およびCMP技術を利用して貫通孔配線24を形成する貫通孔配線形成工程を行ってから、第2の半導体基板20の上記他表面側に外部接続用電極25を形成する外部接続用電極形成工程を行うことによって、図4(a)に示す構造を得る。   First, after performing a thermal insulation recess formation process in which a thermal insulation recess 21 is formed on one surface of the second semiconductor substrate 20 by using a lithography technique, an etching technique, or the like, the second semiconductor substrate 20 is penetrated. A through-hole forming step of forming the holes 22 using lithography technology and etching technology is performed, and then the one surface side and the other surface side in the thickness direction of the second semiconductor substrate 20 and the inner peripheral surface of each through-hole 22 Then, a thermal oxidation process is performed to form an insulating film 23 made of a thermal oxide film (silicon oxide film) by a thermal oxidation method, and then a through-hole wiring 24 is formed using an electroplating technique and a CMP technique. The structure shown in FIG. 4A is obtained by performing the external connection electrode forming step of forming the external connection electrode 25 on the other surface side of the second semiconductor substrate 20 after performing the formation process. Get.

その後、第2の半導体基板20の上記一表面側に第2の封止用金属層28および第2の電気接続用金属層29を形成する第2の金属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、第2の金属層形成工程では、第2の半導体基板20の上記一表面側に、第2の封止用金属層28、第2の電気接続用金属層29をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。   Thereafter, by performing a second metal layer forming step of forming the second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 on the one surface side of the second semiconductor substrate 20, FIG. The structure shown in (b) is obtained. Here, in the second metal layer forming step, a second sealing metal layer 28 and a second electrical connection metal layer 29 are formed on the one surface side of the second semiconductor substrate 20 by a sputtering method or the like. It is formed using a forming technique, a lithography technique, an etching technique, and the like.

その後、第2の半導体基板20に形成されている絶縁膜23のうち上記一表面側および上記他表面側に形成されている部分のうち熱絶縁用凹部21の開口面の投影領域内に形成されている部位をエッチング除去することによって、図4(c)に示す構造のパッケージ用基板2を得る。   Thereafter, the insulating film 23 formed on the second semiconductor substrate 20 is formed in the projected region of the opening surface of the thermal insulation recess 21 among the portions formed on the one surface side and the other surface side. The package substrate 2 having the structure shown in FIG. 4C is obtained by etching away the existing portion.

上述のセンサ基板1およびパッケージ用基板2それぞれを形成した後、センサ基板1とパッケージ用基板2との封止用金属層18,28同士および電気接続用金属層19,29同士を直接接合する接合工程を行うことによって、図1に示す構造の赤外線センサを得る。要するに、接合工程では、センサ基板1とパッケージ用基板2との封止用金属層18,28同士および電気接続用金属層19,29同士が金属−金属(ここでは、Au−Au)の常温接合により接合されている。なお、常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。ここで、接合工程では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、第1の封止用金属層18と第2の封止用金属層28とを直接接合するのと同時に、第1の電気接続用金属層19と第2の電気接続用金属層29とを直接接合している。   After forming the sensor substrate 1 and the package substrate 2 described above, the bonding metal layers 18 and 28 and the electrical connection metal layers 19 and 29 of the sensor substrate 1 and the package substrate 2 are directly bonded to each other. By performing the process, an infrared sensor having the structure shown in FIG. 1 is obtained. In short, in the bonding step, the metal layers 18 and 28 for sealing and the metal layers 19 and 29 for electrical connection between the sensor substrate 1 and the package substrate 2 are metal-metal (here, Au—Au) room temperature bonding. It is joined by. In the normal temperature bonding method, the bonding surfaces are contacted with each other after the bonding surfaces are cleaned and activated by irradiating the bonding surfaces with argon plasma, ion beam or atomic beam in vacuum before bonding. And bond directly at room temperature. Here, in the bonding step, the first sealing metal layer 18 and the second sealing metal layer 28 are directly bonded by applying an appropriate load at room temperature by the above-described room temperature bonding method. At the same time, the first electrical connection metal layer 19 and the second electrical connection metal layer 29 are directly joined.

ところで、本実施形態の赤外線センサの製造方法では、上述の接合工程が終了するまでの全工程をセンサ基板1およびパッケージ用基板2それぞれについてウェハレベルで行うことで赤外線センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々の赤外線センサに分割する分割工程(ダイシング工程)を行うようにしている。したがって、パッケージ用基板2の外形サイズ(平面サイズ)をセンサ基板1の外形サイズ(平面サイズ)に合わせることができるとともに、量産性を高めることができる。   By the way, in the manufacturing method of the infrared sensor of this embodiment, the wafer level package provided with two or more infrared sensors by performing all processes until the above-mentioned joining process is completed for each of the sensor substrate 1 and the package substrate 2 at the wafer level. A structure is formed, and a dividing step (dicing step) for dividing the wafer level package structure into individual infrared sensors is performed. Therefore, the outer size (planar size) of the package substrate 2 can be matched with the outer size (planar size) of the sensor substrate 1, and the mass productivity can be improved.

以上説明した本実施形態の赤外線センサの製造方法によれば、第1の半導体基板10の主表面側に形成された上記多層絶縁膜のうちセンサ基板1におけるパッケージ用基板2との接合用領域部E3に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部E3の表面を平坦化した後で、接合用領域部E3の表面上に第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19を形成しているので、第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19を同一レベル面上に同一厚さで形成することができるとともに、第1の封止用金属層18の表面および第1の電気接続用金属層19の表面の平坦性を高めることができ、センサ基板1とパッケージ用基板2との封止用金属層18,28同士および電気接続用金属層19,29同士を直接接合する接合工程の歩留まりを高めることができるから、製造歩留まりの向上を図れる。なお、センサ基板1の主表面側に熱型赤外線検出部13を保護する保護膜として例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成するような場合には、熱型赤外線検出部13の形成後に第1の半導体基板10の主表面側に保護膜を形成してから、絶縁膜11と当該保護膜との積層膜からなる多層絶縁膜のうち接合用領域部E3に形成されている部分をエッチバックすることにより接合用領域部E3の表面を平坦化し、その後、接合用領域部E3の表面上に第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19を形成するようにしてもよい。   According to the manufacturing method of the infrared sensor of the present embodiment described above, the region for bonding with the package substrate 2 in the sensor substrate 1 in the multilayer insulating film formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10. After the surface of the bonding region E3 is flattened by etching back the portion formed in E3, the first sealing metal layer 18 and the first electric layer 18 are formed on the surface of the bonding region E3. Since the connecting metal layer 19 is formed, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connecting metal layer 19 can be formed on the same level surface with the same thickness, and the first The flatness of the surface of the sealing metal layer 18 and the surface of the first electrical connection metal layer 19 can be improved, and the sealing metal layers 18 and 28 of the sensor substrate 1 and the package substrate 2 can be Metal layers for electrical connection 19, 29 It can enhance the yield of the bonding step of bonding directly, thereby improving the manufacturing yield. In the case where an insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed on the main surface side of the sensor substrate 1 as a protective film for protecting the thermal infrared detector 13, the first after the thermal infrared detector 13 is formed. A protective film is formed on the main surface side of the semiconductor substrate 10, and then a portion of the multilayer insulating film formed of the laminated film of the insulating film 11 and the protective film is etched back. Thus, the surface of the bonding region E3 is flattened, and then the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 are formed on the surface of the bonding region E3. Good.

また、本実施形態の赤外線センサの製造方法では、センサ基板1とパッケージ用基板2との封止用金属層18,28同士および電気接続用金属層19,29同士が金属−金属の常温接合により接合されており、金属−金属の組み合わせが、化学的に安定な材料であるAu−Auの組み合わせなので、製造歩留まりを向上できるとともに接合安定性を向上できる。ここにおいて、金属−金属の組み合せは、Au−Auに限らず、例えば、Cu−Cuの組み合わせや、Al−Alの組み合わせでもよく、Cu−Cuの組み合わせの場合には、各電気接続用金属層19,29の低抵抗化を図れることができ、Al−Alの組み合わせの場合には、Au−Auの組み合わせを採用する場合に比べて、材料コストを低減することができる。   In the infrared sensor manufacturing method of this embodiment, the metal layers 18 and 28 for sealing and the metal layers 19 and 29 for electrical connection between the sensor substrate 1 and the package substrate 2 are bonded by metal-metal room temperature bonding. Since the bonded metal-metal combination is an Au-Au combination that is a chemically stable material, the manufacturing yield can be improved and the bonding stability can be improved. Here, the metal-metal combination is not limited to Au-Au, and may be, for example, a Cu-Cu combination or an Al-Al combination. In the case of a Cu-Cu combination, each metal layer for electrical connection 19 and 29 can be reduced in resistance, and in the case of an Al—Al combination, the material cost can be reduced compared to the case of adopting an Au—Au combination.

また、本実施形態の赤外線センサでは、パッケージ用基板2の第2の電気接続用金属層29におけるセンサ基板1の第1の電気接続用金属層19との接合部位を、当該第2の電気接続用金属層29における貫通孔配線24との接続部位からずらしてあるので、第2の電気接続用金属層29において第1の電気接続用金属層19との接合部位の接合前の表面の平滑性を高めることができ(第2の電気接続用金属層29の成膜時の表面の平滑性を高めることができ)、第1の電気接続用金属層19と第2の電気接続用金属層29とを上述のように常温接合法により直接接合する場合の接合信頼性を高めることが可能となる。   Further, in the infrared sensor of the present embodiment, the second electrical connection is made at the joint portion of the second electrical connection metal layer 29 of the package substrate 2 with the first electrical connection metal layer 19 of the sensor substrate 1. Since the metal layer 29 is shifted from the connection site with the through-hole wiring 24, the surface smoothness of the second electrical connection metal layer 29 before joining the junction site with the first electrical connection metal layer 19 is as follows. (The smoothness of the surface when the second electrical connection metal layer 29 is formed can be improved), and the first electrical connection metal layer 19 and the second electrical connection metal layer 29 can be improved. As described above, it is possible to improve the bonding reliability in the case of direct bonding by the room temperature bonding method.

(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5および図6に示すように、センサ基板1における第1の電気接続用金属層19が第1の封止用金属層18よりも外側に配置され、パッケージ用基板2に、第1の電気接続用金属層19を露出させる切欠部26が形成されている点などが相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、図5は、図6をA−A’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の概略の断面図に対応するものである。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIGS. 5 and 6, the first metal layer 19 for electrical connection in the sensor substrate 1 is used for the first sealing. A difference is that a cutout portion 26 is formed on the outside of the metal layer 18 and exposes the first electrical connection metal layer 19 in the package substrate 2. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted. FIG. 5 corresponds to a schematic cross-sectional view of FIG. 6 taken along the line AA ′ and viewed from the direction of the arrow.

本実施形態におけるセンサ基板1は、第1の半導体基板10の主表面側の絶縁膜11が当該第1の半導体基板10の主表面に形成された熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる第1の絶縁膜11aと第1の絶縁膜11a上のシリコン窒化膜からなる第2の絶縁膜11bとで構成されており、当該絶縁膜11の一部からなる断熱部14上に熱型赤外線検出部13および配線層15,15が形成されている。ここにおいて、センサ基板1は、断熱部14および第1の半導体基板10の主表面に形成された凹所10aにより熱型赤外線検出部13と第1の半導体基板10とが熱絶縁されている。本実施形態では、第1の半導体基板10として、導電形がn形で、主表面が(100)面のシリコン基板を用いており、凹所10aは、アルカリ系溶液(例えば、TMAH水溶液など)を用いた異方性エッチングにより形成されている。   In the present embodiment, the sensor substrate 1 includes a first oxide substrate 11 made of a thermal oxide film (silicon oxide film) formed on the main surface of the first semiconductor substrate 10 with the insulating film 11 on the main surface side of the first semiconductor substrate 10. The insulating film 11a and the second insulating film 11b made of a silicon nitride film on the first insulating film 11a are formed on the heat insulating part 14 made of a part of the insulating film 11, and the thermal infrared detecting part. 13 and wiring layers 15 and 15 are formed. Here, in the sensor substrate 1, the thermal-type infrared detector 13 and the first semiconductor substrate 10 are thermally insulated by the heat insulating portion 14 and the recess 10 a formed in the main surface of the first semiconductor substrate 10. In the present embodiment, a silicon substrate having an n-type conductivity and a main surface of (100) is used as the first semiconductor substrate 10, and the recess 10a has an alkaline solution (for example, a TMAH aqueous solution). It is formed by anisotropic etching using.

また、本実施形態では、配線層15と第1の電気接続用金属層19とを電気的に接続する引き出し配線16が、第1の半導体基板10の主表面側に形成された拡散層配線により構成されており、配線層15が、絶縁膜11に開孔された第1のコンタクトホールCH1(図7(c)参照)を通して引き出し配線16と電気的に接続され、外部接続用のパッドとなる第1の電気接続用金属層19が、絶縁膜11と当該絶縁膜11上のシリコン酸化膜からなる保護膜(第3の絶縁膜)11cとの積層膜に開孔された第2のコンタクトホールCH2(図7(f)参照)を通して引き出し配線16と電気的に接続されている。なお、本実施形態では、第1の半導体基板10として、上述のように導電形がn形のシリコン基板を用いており、引き出し配線16を構成する拡散層配線は第1の半導体基板10の主表面側の適宜部位にボロンなどのp形不純物をドーピングすることにより形成されている。また、第1の電気接続用金属層19は、引き出し配線16上に形成されたTi膜と当該Ti膜上のAu膜との積層膜からなるコンタクト部19aと、コンタクト部19a上のTi膜と当該Ti膜上のAu膜との積層膜からなるパッド部19bとで構成されている。ここで、パッド部19bは、Ti膜およびAu膜それぞれの膜厚が第1の封止用金属層18のTi膜およびAu膜それぞれの膜厚と同じに設定されており、第1の封止用金属層18と同時に形成されている。   Further, in the present embodiment, the lead-out wiring 16 that electrically connects the wiring layer 15 and the first electrical connection metal layer 19 is formed by the diffusion layer wiring formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10. The wiring layer 15 is electrically connected to the lead-out wiring 16 through the first contact hole CH1 (see FIG. 7C) opened in the insulating film 11, and becomes a pad for external connection. A second contact hole in which a first metal layer 19 for electrical connection is formed in a laminated film of an insulating film 11 and a protective film (third insulating film) 11c made of a silicon oxide film on the insulating film 11 The lead wire 16 is electrically connected through CH2 (see FIG. 7F). In the present embodiment, the first semiconductor substrate 10 is an n-type silicon substrate as described above, and the diffusion layer wiring constituting the lead-out wiring 16 is the main semiconductor substrate 10. It is formed by doping a p-type impurity such as boron in an appropriate part on the surface side. The first electrical connection metal layer 19 includes a contact portion 19a made of a laminated film of a Ti film formed on the lead wiring 16 and an Au film on the Ti film, and a Ti film on the contact portion 19a. The pad portion 19b is formed of a laminated film with the Au film on the Ti film. Here, in the pad portion 19b, the thickness of each of the Ti film and the Au film is set to be the same as the thickness of each of the Ti film and the Au film of the first sealing metal layer 18, and the first sealing is performed. The metal layer 18 is formed at the same time.

一方、パッケージ用基板2は、第2の半導体基板20の一表面に設けられた熱絶縁用凹部21の周部に絶縁膜23が形成され、絶縁膜23上に第2の封止用金属層28が形成されている。   On the other hand, in the package substrate 2, the insulating film 23 is formed on the peripheral portion of the thermal insulating recess 21 provided on one surface of the second semiconductor substrate 20, and the second sealing metal layer is formed on the insulating film 23. 28 is formed.

以下、センサ基板1の製造方法について図7および図8を参照しながら説明する。なお、図7および図8では、図6をA−A’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の概略の断面に対応する部位の断面を示してある。   Hereinafter, a method for manufacturing the sensor substrate 1 will be described with reference to FIGS. 7 and 8 show a cross section of a portion corresponding to a schematic cross section when FIG. 6 is stepped along A-A ′ and viewed from the direction of the arrow.

まず、第1の半導体基板10の主表面側に拡散層配線からなる引き出し配線16をイオン注入法や熱拡散法などにより形成する引き出し配線形成工程を行うことによって、図7(a)に示す構造を得る。   First, by performing a lead wiring forming step of forming a lead wiring 16 made of a diffusion layer wiring on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 by an ion implantation method, a thermal diffusion method, or the like, the structure shown in FIG. Get.

続いて、第1の半導体基板10の主表面側に熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる第1の絶縁膜11aを熱酸化法により形成する第1の絶縁膜形成工程を行い、続いて、シリコン窒化膜からなる第2の絶縁膜11bを例えばLPCVD法により形成する第2の絶縁膜形成工程を行うことによって、図7(b)に示す構造を得る。   Subsequently, a first insulating film forming step of forming a first insulating film 11a made of a thermal oxide film (silicon oxide film) on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 by a thermal oxidation method is performed, By performing a second insulating film forming step for forming the second insulating film 11b made of a silicon nitride film by, for example, LPCVD, the structure shown in FIG. 7B is obtained.

その後、第1の半導体基板10の主表面側の第1の絶縁膜11aと第2の絶縁膜11bとからなる絶縁膜11にリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第1のコンタクトホールCH1を形成する第1のコンタクトホール形成工程を行うことによって、図7(c)に示す構造を得る。   Thereafter, a first contact hole CH1 is formed in the insulating film 11 composed of the first insulating film 11a and the second insulating film 11b on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 by using a lithography technique and an etching technique. By performing the first contact hole forming step, the structure shown in FIG. 7C is obtained.

続いて、第1の半導体基板10の主表面側の全面に熱型赤外線検出部13および配線層15,15の基礎となるTi膜とTiN膜との積層膜からなるセンサ材料層をスパッタ法などにより成膜するセンサ材料層成膜工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してセンサ材料層をパターニングすることでそれぞれセンサ材料層の一部からなる熱型赤外線検出部13および配線15,15を形成するパターニング工程を行うことによって、図7(d)に示す構造を得る。   Subsequently, a sensor material layer composed of a laminated film of a Ti film and a TiN film serving as a basis for the thermal infrared detector 13 and the wiring layers 15 and 15 is formed on the entire main surface side of the first semiconductor substrate 10 by sputtering or the like. The sensor material layer is formed by the following steps, followed by patterning the sensor material layer using a photolithography technique and an etching technique, thereby forming the thermal infrared detector 13 and a part of the sensor material layer respectively. By performing a patterning process for forming the wirings 15, the structure shown in FIG. 7D is obtained.

その後、第1の半導体基板10の主表面側の全面にシリコン酸化膜からなる保護膜11cをプラズマCVD法などにより形成する保護膜形成工程を行うことによって、図7(e)に示す構造を得る。   Thereafter, a protective film forming step of forming a protective film 11c made of a silicon oxide film on the entire main surface side of the first semiconductor substrate 10 by a plasma CVD method or the like is performed, thereby obtaining the structure shown in FIG. .

続いて、第1の半導体基板10の主表面側の絶縁膜11と保護膜11cとからなる多層絶縁膜にリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第2のコンタクトホールCH2を形成する第2のコンタクトホール形成工程を行うことによって、図7(f)に示す構造を得る。   Subsequently, a second contact for forming a second contact hole CH2 in the multilayer insulating film composed of the insulating film 11 and the protective film 11c on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 by using a lithography technique and an etching technique. By performing the hole forming step, the structure shown in FIG.

その後、第1の半導体基板10の主表面側の全面にコンタクト部19aの基礎となるTi膜とAu膜との積層膜を成膜し、続いて、当該積層膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることでコンタクト部19aを形成するコンタクト部形成工程を行うことによって、図8(a)に示す構造を得る。   Thereafter, a laminated film of a Ti film and an Au film serving as the basis of the contact portion 19a is formed on the entire surface of the first semiconductor substrate 10 on the main surface side. Subsequently, the laminated film is subjected to a photolithography technique and an etching technique. A structure shown in FIG. 8A is obtained by performing a contact portion forming step of forming the contact portion 19a by patterning using it.

その後、第1の半導体基板10の主表面側の絶縁膜11と当該絶縁膜11上の保護膜11cとの積層膜からなる多層絶縁膜のうち接合用領域部E3に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部E3の表面を平坦化する平坦化工程を行うことによって、図8(b)に示す構造を得る。ここにおいて、平坦化工程のエッチバックでは、シリコン窒化膜からなる第2の絶縁膜11bをエッチングストッパ層として利用している。   Thereafter, the portion formed in the bonding region E3 is etched in the multilayer insulating film formed of the laminated film of the insulating film 11 on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 and the protective film 11c on the insulating film 11. A structure shown in FIG. 8B is obtained by performing a flattening step of flattening the surface of the bonding region E3 by backing. Here, in the etch back in the planarization step, the second insulating film 11b made of a silicon nitride film is used as an etching stopper layer.

その後、接合用領域部E3の表面上に第1の封止用金属層18を形成するとともにコンタクト部19a上にパッド部19bを形成する第1の金属層形成工程を行うことによって、図8(c)に示す構造を得る。したがって、第1の半導体基板10の主表面側に形成された多層絶縁膜において熱型赤外線検出部13が形成された領域と第1の封止用金属層18が形成された接合用領域部E3との間には段差が形成されている。ここにおいて、第1の金属層形成工程では、第1の半導体基板10の主表面側に、第1の封止用金属層18、パッド部19bをスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。   Thereafter, by performing a first metal layer forming step of forming the first sealing metal layer 18 on the surface of the bonding region E3 and forming the pad portion 19b on the contact portion 19a, FIG. The structure shown in c) is obtained. Therefore, in the multilayer insulating film formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10, the region where the thermal infrared detector 13 is formed and the bonding region E3 where the first sealing metal layer 18 is formed. A step is formed between the two. Here, in the first metal layer formation step, the first sealing metal layer 18 and the pad portion 19b are formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 by a thin film formation technique such as sputtering, lithography technique, and etching. It is formed using technology.

上述の第1の金属層形成工程の後、第1の半導体基板10の主表面にアルカリ系溶液(例えば、TMAH水溶液など)を用いた異方性エッチング技術を利用して凹所10aを形成する凹所形成工程を行うことによって、図8(d)に示す構造のセンサ基板1を得る。   After the first metal layer forming step described above, the recess 10a is formed on the main surface of the first semiconductor substrate 10 using an anisotropic etching technique using an alkaline solution (for example, a TMAH aqueous solution). By performing the recess forming step, the sensor substrate 1 having the structure shown in FIG. 8D is obtained.

次に、パッケージ用基板2の製造方法について図9を参照しながら説明する。なお、図9では、図6のA−A’断面に対応する部位の断面を示してある。   Next, a method for manufacturing the package substrate 2 will be described with reference to FIG. 9 shows a cross section of a portion corresponding to the A-A ′ cross section of FIG. 6.

まず、第2の半導体基板20の一表面側に絶縁膜23を形成した後、当該絶縁膜23において熱絶縁用凹部21の形成予定領域に対応する部分をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングしてから、当該パターニングされた絶縁膜23をマスクとして第2の半導体基板20の一表面に熱絶縁用凹部21を形成する熱絶縁用凹部形成工程を行うことによって、図9(a)に示す構造を得る。   First, after the insulating film 23 is formed on the one surface side of the second semiconductor substrate 20, a portion corresponding to the region where the thermal insulating recess 21 is to be formed is patterned using the lithography technique and the etching technique in the insulating film 23. Then, by performing a thermal insulation recess forming step for forming a thermal insulation recess 21 on one surface of the second semiconductor substrate 20 using the patterned insulating film 23 as a mask, FIG. 9A shows. Get the structure.

続いて、第2の半導体基板20に上述の切欠部26をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成する切欠部形成工程を行うことによって、図9(b)に示す構造を得る。   Subsequently, a structure shown in FIG. 9B is obtained by performing a notch forming process in which the above-described notch 26 is formed in the second semiconductor substrate 20 by using a lithography technique and an etching technique.

その後、第2の半導体基板20の上記一表面側に第2の封止用金属層28を形成する第2の金属層形成工程を行うことによって、図9(c)に示す構造のパッケージ用基板2を得る。ここにおいて、第2の金属層形成工程では、第2の半導体基板20の上記一表面側に、第2の封止用金属層28をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。   Thereafter, by performing a second metal layer forming step of forming the second sealing metal layer 28 on the one surface side of the second semiconductor substrate 20, the package substrate having the structure shown in FIG. Get 2. Here, in the second metal layer forming step, the second sealing metal layer 28 is applied to the one surface side of the second semiconductor substrate 20 by a thin film forming technique such as a sputtering method, a lithography technique and an etching technique. It is formed using.

上述のセンサ基板1およびパッケージ用基板2それぞれを形成した後、センサ基板1とパッケージ用基板2との封止用金属層18,28同士を直接接合する接合工程を行うことによって、図5に示す構造の赤外線センサを得る。要するに、接合工程では、センサ基板1とパッケージ用基板2との封止用金属層18,28同士が金属−金属(ここでは、Au−Au)の常温接合により接合されている。なお、常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。ここで、接合工程では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、第1の封止用金属層18と第2の封止用金属層28とを直接接合している。   After forming each of the sensor substrate 1 and the package substrate 2 described above, a bonding step of directly bonding the sealing metal layers 18 and 28 between the sensor substrate 1 and the package substrate 2 is performed, as shown in FIG. An infrared sensor having a structure is obtained. In short, in the bonding step, the sealing metal layers 18 and 28 of the sensor substrate 1 and the package substrate 2 are bonded to each other by metal-metal (here, Au—Au) normal temperature bonding. In the normal temperature bonding method, the bonding surfaces are contacted with each other after the bonding surfaces are cleaned and activated by irradiating the bonding surfaces with argon plasma, ion beam or atomic beam in vacuum before bonding. And bond directly at room temperature. Here, in the bonding step, the first sealing metal layer 18 and the second sealing metal layer 28 are directly bonded by applying an appropriate load at room temperature by the above-described room temperature bonding method. Yes.

ところで、本実施形態の赤外線センサの製造方法では、上述の接合工程が終了するまでの全工程をセンサ基板1およびパッケージ用基板2それぞれについてウェハレベルで行うことで赤外線センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々の赤外線センサに分割する分割工程(ダイシング工程)を行うようにしているので、量産性を高めることができる。   By the way, in the manufacturing method of the infrared sensor of this embodiment, the wafer level package provided with two or more infrared sensors by performing all processes until the above-mentioned joining process is completed for each of the sensor substrate 1 and the package substrate 2 at the wafer level. Since the structure is formed and the dividing process (dicing process) for dividing the wafer level package structure into the individual infrared sensors is performed, mass productivity can be improved.

本実施形態の赤外線センサでは、センサ基板1とパッケージ用基板2との接合が封止用金属層18,28同士の常温接合のみでよいので、実施形態1のように封止用金属層18,28同士および電気接続用金属層19,29同士の常温接合も必要な構成に比べて、接合信頼性を高めることができる。   In the infrared sensor of the present embodiment, the sensor substrate 1 and the package substrate 2 can be joined only by room-temperature joining between the sealing metal layers 18 and 28, so that the sealing metal layer 18, as in the first embodiment, Compared with a configuration in which room-temperature bonding between 28 and the metal layers 19 and 29 for electrical connection is also necessary, the bonding reliability can be improved.

また、本実施形態の赤外線センサでは、第1の電気接続用金属層19が露出しているので、回路基板などに実装して用いる場合に、センサ基板1の裏面を回路基板側として実装することができ、第1の電気接続用金属層19と回路基板の導体パターンとをボンディングワイヤを介して電気的に接続することができる。   In the infrared sensor of this embodiment, since the first electrical connection metal layer 19 is exposed, the back surface of the sensor substrate 1 is mounted on the circuit board side when mounted on a circuit board or the like. The first metal layer 19 for electrical connection and the conductor pattern of the circuit board can be electrically connected via the bonding wire.

(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10に示すように、センサ基板1において第1の半導体基板10の主表面側にIC部E2が形成されており、熱型赤外線検出部13に電気的に接続された引き出し配線16がIC部E2を介して第1の電気接続用金属層19と電気的に接続されている点などが相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 3)
The basic configuration of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 10, an IC portion E <b> 2 is formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 in the sensor substrate 1. The difference is that the lead wiring 16 electrically connected to the thermal infrared detector 13 is electrically connected to the first electrical connection metal layer 19 via the IC part E2. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

IC部E2は、熱型赤外線検出部13の出力信号を増幅回路、当該増幅回路の後段のウィンドウコンパレータなどが集積化されている。   The IC unit E2 integrates an output circuit of the thermal infrared detector 13 with an amplifier circuit, a window comparator at the subsequent stage of the amplifier circuit, and the like.

しかして、本実施形態の赤外線センサでは、熱型赤外線検出部13とIC部E2との間の配線長を短くすることができるとともに、両者を接続する配線から入るノイズを防止でき、高感度化を図れる。   Thus, in the infrared sensor of the present embodiment, the wiring length between the thermal infrared detector 13 and the IC part E2 can be shortened, and noise entering from the wiring connecting the two can be prevented, and the sensitivity is increased. Can be planned.

なお、本実施形態の赤外線センサにおいても、実施形態1と同様に、パッケージ用基板2の第2の電気接続用金属層29におけるセンサ基板1の第1の電気接続用金属層19との接合部位を、当該第2の電気接続用金属層29における貫通孔配線24との接続部位からずらすようにすれば、第2の電気接続用金属層29において第1の電気接続用金属層19との接合部位の接合前の表面の平滑性を高めることができ(第2の電気接続用金属層29の成膜時の表面の平滑性を高めることができ)、第1の電気接続用金属層19と第2の電気接続用金属層29とを上述のように常温接合法により直接接合する場合の接合信頼性を高めることが可能となる。   In the infrared sensor according to the present embodiment as well, as in the first embodiment, the second electrical connection metal layer 29 of the package substrate 2 is joined to the first electrical connection metal layer 19 of the sensor substrate 1. Is shifted from the connection portion with the through-hole wiring 24 in the second electrical connection metal layer 29, the second electrical connection metal layer 29 is joined to the first electrical connection metal layer 19. The smoothness of the surface before joining the parts can be increased (the smoothness of the surface when the second electrical connection metal layer 29 is formed can be increased), and the first electrical connection metal layer 19 and As described above, it is possible to increase the bonding reliability when the second electric connection metal layer 29 is directly bonded by the room temperature bonding method as described above.

(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11に示すように、センサ基板1におけるベース基板部12が第1の半導体基板10と第1の半導体基板10の主表面側に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜11と裏面側に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜10dとで構成され、ベース基板部12に厚み方向に貫通する開孔部12aが形成され、第1の半導体基板10の主表面側において開孔部12aが断熱部14により閉塞されている点が相違する。ここにおいて、センサ基板1は、断熱部14がダイヤフラム状の形状に形成されている。なお、本実施形態においても、実施形態1と同様、第1の半導体基板10の主表面側に形成された多層絶縁膜において熱型赤外線検出部13が形成された領域と第1の封止用金属層18が形成された接合用領域部E3との間には段差が形成されている。他の構成は実施形態1と同じなので、説明を省略する。
(Embodiment 4)
The basic configuration of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and as shown in FIG. 11, the base substrate portion 12 in the sensor substrate 1 includes the first semiconductor substrate 10 and the first semiconductor substrate 10. An insulating film 11 made of a silicon nitride film formed on the main surface side and an insulating film 10d made of a silicon nitride film formed on the back surface side, and an opening portion 12a penetrating in the thickness direction in the base substrate portion 12 is formed. The difference is that the hole portion 12 a is formed and closed by the heat insulating portion 14 on the main surface side of the first semiconductor substrate 10. Here, the sensor substrate 1 has a heat insulating portion 14 formed in a diaphragm shape. In this embodiment as well, as in the first embodiment, the region where the thermal infrared detector 13 is formed in the multilayer insulating film formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 and the first sealing A step is formed between the bonding region E3 where the metal layer 18 is formed. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

(実施形態5)
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12に示すように、センサ基板1に、第1の電気接続用金属層19に電気的に接続される貫通孔配線124が形成され、センサ基板1の裏面に貫通孔配線124に電気的に接続された外部接続用電極125が形成されている点などが相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 5)
The basic configuration of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and as shown in FIG. 12, a through-hole electrically connected to the sensor substrate 1 to the first metal layer 19 for electrical connection. The wiring 124 is formed, and the external connection electrode 125 electrically connected to the through-hole wiring 124 is formed on the back surface of the sensor substrate 1. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

本実施形態におけるセンサ基板1は、第1の半導体基板10に、厚み方向に貫通する複数(本実施形態では、2個)の貫通孔122が形成されており、第1の半導体基板10の主表面と裏面と各貫通孔122の内面とに跨って熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜11aが形成され、貫通孔122の内側に形成された貫通孔配線124と貫通孔122の内面との間に絶縁膜11aの一部が介在している。なお、貫通孔配線124の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Niなどを採用してもよい。   In the sensor substrate 1 according to the present embodiment, a plurality of (two in the present embodiment) through-holes 122 penetrating in the thickness direction are formed in the first semiconductor substrate 10, and the main substrate of the first semiconductor substrate 10 is formed. An insulating film 11 a made of a thermal oxide film (silicon oxide film) is formed across the front surface, the back surface, and the inner surface of each through hole 122, and the through hole wiring 124 formed inside the through hole 122 and the inner surface of the through hole 122 A part of the insulating film 11a is interposed between the two. The material of the through-hole wiring 124 is Cu, but is not limited to Cu. For example, Ni may be used.

本実施形態の赤外線センサでは、センサ基板1とパッケージ用基板2との接合が封止用金属層18,28同士の常温接合のみでよいので、実施形態1のように封止用金属層18,28同士および電気接続用金属層19,29同士の常温接合も必要な構成に比べて、接合信頼性を高めることができる。   In the infrared sensor of the present embodiment, the sensor substrate 1 and the package substrate 2 can be joined only by room-temperature joining between the sealing metal layers 18 and 28, so that the sealing metal layer 18, as in the first embodiment, Compared with a configuration in which room-temperature bonding between 28 and the metal layers 19 and 29 for electrical connection is also necessary, the bonding reliability can be improved.

また、本実施形態の赤外線センサでは、センサ基板1の裏面側に外部接続用電極125が形成されているので、回路基板などに実装して用いる場合に、実装面積を低減することができるという利点がある。   Further, in the infrared sensor of the present embodiment, the external connection electrode 125 is formed on the back surface side of the sensor substrate 1, and therefore, when mounted on a circuit board or the like, the mounting area can be reduced. There is.

(実施形態6)
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13に示すように、センサ基板1の構造が相違する。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。
(Embodiment 6)
The basic configuration of the infrared sensor of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the structure of the sensor substrate 1 is different as shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

本実施形態におけるセンサ基板1は、第1の半導体基板10の主表面側の絶縁膜11が当該第1の半導体基板10の主表面側の熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる第1の絶縁膜11aと第1の絶縁膜11a上のシリコン窒化膜からなる第2の絶縁膜11bとで構成されており、当該絶縁膜11の一部からなる断熱部14上に熱型赤外線検出部13および配線層15,15が形成されている。ここにおいて、センサ基板1は、断熱部14および第1の半導体基板10の主表面に形成された凹所10aにより熱型赤外線検出部13とベース基板部12とが熱絶縁されている。なお、本実施形態では、第1の半導体基板10として、導電形がn形で、主表面が(100)面のシリコン基板を用いており、凹所10aは、アルカリ系溶液(例えば、TMAH水溶液など)を用いた異方性エッチングにより形成されている。   In the sensor substrate 1 according to the present embodiment, the insulating film 11 on the main surface side of the first semiconductor substrate 10 is formed of a thermal oxide film (silicon oxide film) on the main surface side of the first semiconductor substrate 10. The film 11a and the second insulating film 11b made of a silicon nitride film on the first insulating film 11a are formed on the heat insulating part 14 made of a part of the insulating film 11 and the thermal infrared detecting part 13 and Wiring layers 15 and 15 are formed. Here, in the sensor substrate 1, the thermal-type infrared detecting unit 13 and the base substrate unit 12 are thermally insulated by a heat insulating unit 14 and a recess 10 a formed in the main surface of the first semiconductor substrate 10. In the present embodiment, a silicon substrate having an n-type conductivity and a main surface of (100) is used as the first semiconductor substrate 10, and the recess 10 a has an alkaline solution (for example, a TMAH aqueous solution). Etc.).

また、第1の半導体基板10の主表面側には熱型赤外線検出部13および配線層15,15を保護するシリコン酸化膜からなる保護層(第3の絶縁膜)11cが形成されており、絶縁膜11と保護層11cとで構成される多層絶縁膜のうち接合用領域部E3に対応する部分をエッチバックすることにより平坦化された接合用領域部E3の表面上に、第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19が形成されている。また、引き出し配線16は、保護層11cに形成したコンタクトホールを通して配線層15と電気的に接続されている。   In addition, a protective layer (third insulating film) 11c made of a silicon oxide film that protects the thermal infrared detector 13 and the wiring layers 15 and 15 is formed on the main surface side of the first semiconductor substrate 10. On the surface of the bonding region portion E3 flattened by etching back the portion corresponding to the bonding region portion E3 of the multilayer insulating film formed of the insulating film 11 and the protective layer 11c, the first seal is formed. A stop metal layer 18 and a first electrical connection metal layer 19 are formed. The lead-out wiring 16 is electrically connected to the wiring layer 15 through a contact hole formed in the protective layer 11c.

しかして、本実施形態の赤外線センサでは、熱型赤外線検出部13および配線層15,15が保護層11cにより保護されているので、熱型赤外線検出部13および配線層15に水分などが吸着するのを抑制できる。   Thus, in the infrared sensor of the present embodiment, the thermal infrared detector 13 and the wiring layers 15 and 15 are protected by the protective layer 11c, so that moisture and the like are adsorbed to the thermal infrared detector 13 and the wiring layer 15. Can be suppressed.

なお、本実施形態の赤外線センサにおいても、実施形態1と同様に、パッケージ用基板2の第2の電気接続用金属層29におけるセンサ基板1の第1の電気接続用金属層19との接合部位を、当該第2の電気接続用金属層29における貫通孔配線24との接続部位からずらすようにすれば、第2の電気接続用金属層29において第1の電気接続用金属層19との接合部位の接合前の表面の平滑性を高めることができ(第2の電気接続用金属層29の成膜時の表面の平滑性を高めることができ)、第1の電気接続用金属層19と第2の電気接続用金属層29とを上述のように常温接合法により直接接合する場合の接合信頼性を高めることが可能となる。   In the infrared sensor according to the present embodiment as well, as in the first embodiment, the second electrical connection metal layer 29 of the package substrate 2 is joined to the first electrical connection metal layer 19 of the sensor substrate 1. Is shifted from the connection portion with the through-hole wiring 24 in the second electrical connection metal layer 29, the second electrical connection metal layer 29 is joined to the first electrical connection metal layer 19. The smoothness of the surface before joining the parts can be increased (the smoothness of the surface when the second electrical connection metal layer 29 is formed can be increased), and the first electrical connection metal layer 19 and As described above, it is possible to increase the bonding reliability when the second electric connection metal layer 29 is directly bonded by the room temperature bonding method as described above.

ところで、上述の各実施形態で説明した赤外線センサは、センサ基板1とセンサ基板1の主表面側に封着されたパッケージ用基板2とで構成されているが、センサ基板1の構造によっては、センサ基板1の裏面側にも別途にパッケージ用基板を封着する構造としてもよいことは勿論である。   By the way, although the infrared sensor demonstrated by each above-mentioned embodiment is comprised by the substrate 2 for packages sealed on the main surface side of the sensor substrate 1 and the sensor substrate 1, depending on the structure of the sensor substrate 1, Of course, a package substrate may be separately sealed on the back side of the sensor substrate 1.

また、上述の上記各実施形態で説明した赤外線センサは、熱型赤外線検出部13を1つだけ設けた赤外線センサであるが、熱型赤外線検出部13をセンサ基板1の主表面側において2次元アレイ状(マトリクス状)に配列し各熱型赤外線検出部13それぞれが画素を構成するようにした赤外線画像センサでもよい。   The infrared sensor described in each of the above-described embodiments is an infrared sensor provided with only one thermal infrared detector 13, but the thermal infrared detector 13 is two-dimensionally arranged on the main surface side of the sensor substrate 1. It may be an infrared image sensor arranged in an array (matrix) so that each thermal infrared detector 13 constitutes a pixel.

実施形態1の赤外線センサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared sensor of Embodiment 1. 同上におけるセンサ基板の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the sensor board | substrate in the same as the above. 同上におけるセンサ基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the sensor substrate in the same as the above. 同上におけるパッケージ用基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the board | substrate for packages in the same as the above. 実施形態2の赤外線センサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared sensor of Embodiment 2. 同上におけるセンサ基板の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the sensor board | substrate in the same as the above. 同上におけるセンサ基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the sensor substrate in the same as the above. 同上におけるセンサ基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the sensor substrate in the same as the above. 同上におけるパッケージ用基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the board | substrate for packages in the same as the above. 実施形態3の赤外線センサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared sensor of Embodiment 3. 実施形態4の赤外線センサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared sensor of Embodiment 4. 実施形態5の赤外線センサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared sensor of Embodiment 5. 実施形態6の赤外線センサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared sensor of Embodiment 6. 従来例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサ基板
2 パッケージ用基板
10 第1の半導体基板
13 熱型赤外線検出部
14 断熱部
15 配線層
16 引き出し配線
17 間隙
18 第1の封止用金属層
19 第1の電気接続用金属層
20 第2の半導体基板
28 第2の封止用金属層
29 第2の電気接続用金属層
E3 接合用領域部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor substrate 2 Package substrate 10 1st semiconductor substrate 13 Thermal infrared detection part 14 Heat insulation part 15 Wiring layer 16 Lead-out wiring 17 Gap | interval 18 1st metal layer for sealing 19 1st metal layer for electrical connection 20 1st 2 semiconductor substrate 28 second metal layer for sealing 29 second metal layer for electrical connection E3 bonding region

Claims (5)

少なくとも、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板と、当該センサ基板の主表面側に封着されたパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士が常温接合されたセンサ装置であって、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された複数の絶縁膜の積層膜からなる多層絶縁膜において熱型赤外線検出部が形成された領域と封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成されてなり、多層絶縁膜の一部をエッチバックすることにより平坦化された接合用領域部の表面上に、封止用金属層が形成されてなることを特徴とするセンサ装置。   The sensor substrate includes at least a sensor substrate having a thermal infrared detector formed on the main surface side of the semiconductor substrate and a package substrate sealed on the main surface side of the sensor substrate. Sensor device in which the formed metal layers for sealing are bonded at room temperature, and the sensor substrate is a thermal infrared ray in a multilayer insulating film formed of a laminated film of a plurality of insulating films formed on the main surface side of the semiconductor substrate A step is formed between the region where the detecting portion is formed and the bonding region where the sealing metal layer is formed, and the bonding is flattened by etching back a part of the multilayer insulating film. A sensor device comprising a sealing metal layer formed on a surface of a region portion. 前記センサ基板は、前記接合用領域部の前記表面上に前記熱型赤外線検出部に電気的に接続された第1の電気接続用金属層が形成され、前記パッケージ用基板は、第1の電気接続用金属層に接合される第2の電気接続用金属層が形成されるとともに当該第2の電気接続用金属層に電気的に接続された貫通孔配線が形成されてなり、前記センサ基板と前記パッケージ用基板とは、活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなることを特徴とする請求項1記載のセンサ装置。   In the sensor substrate, a first electric connection metal layer electrically connected to the thermal infrared detection unit is formed on the surface of the bonding region portion, and the package substrate includes a first electric connection. A second electrical connection metal layer bonded to the connection metal layer is formed, and a through-hole wiring electrically connected to the second electrical connection metal layer is formed, and the sensor substrate and The sensor device according to claim 1, wherein the package substrate is formed by joining activated metal layers for electrical connection at room temperature. 前記センサ基板は、前記半導体基板の前記主表面側に、前記熱型赤外線検出部と協働するIC部が形成されてなり、前記熱型赤外線検出部は、当該IC部を介して前記第1の電気接続用金属層と電気的に接続されてなることを特徴とする請求項2記載のセンサ装置。   The sensor substrate is formed with an IC unit that cooperates with the thermal infrared detector on the main surface side of the semiconductor substrate, and the thermal infrared detector is connected to the first through the IC unit. The sensor device according to claim 2, wherein the sensor device is electrically connected to the metal layer for electrical connection. 少なくとも、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、当該センサ基板の主表面側に封着されるパッケージ用基板とを用いたセンサ装置の製造方法であって、センサ基板において半導体基板の主表面側に形成された複数の絶縁膜の積層膜からなる多層絶縁膜のうちパッケージ用基板との接合用領域部に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で接合用領域部の表面上に封止用金属層を形成する金属層形成工程と、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士を常温接合する接合工程とを備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。   A method of manufacturing a sensor device using at least a sensor substrate having a thermal infrared detector formed on a main surface side of a semiconductor substrate and a package substrate sealed on the main surface side of the sensor substrate, A bonding region by etching back a portion formed in a bonding region portion with a package substrate in a multilayer insulating film composed of a plurality of insulating films formed on the main surface side of the semiconductor substrate on the substrate A flattening step of flattening the surface of the portion, a metal layer forming step of forming a sealing metal layer on the surface of the bonding region portion after the flattening step, and activation of the sensor substrate and the package substrate And a bonding step of bonding the sealed metal layers at room temperature to each other. 前記接合工程が終了するまでの全工程を前記センサ基板および前記パッケージ用基板それぞれについてウェハレベルで行うことで前記センサ装置を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から前記センサ装置に分割する分割工程を備えることを特徴とする請求項4記載のセンサ装置の製造方法。   A wafer level package structure including a plurality of the sensor devices is formed by performing all the processes until the bonding process is completed at the wafer level for each of the sensor substrate and the package substrate. The method for manufacturing a sensor device according to claim 4, further comprising a dividing step of dividing a body into the sensor device.
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