JP2008292310A - Sensor device and method for manufacturing the same - Google Patents
Sensor device and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008292310A JP2008292310A JP2007138273A JP2007138273A JP2008292310A JP 2008292310 A JP2008292310 A JP 2008292310A JP 2007138273 A JP2007138273 A JP 2007138273A JP 2007138273 A JP2007138273 A JP 2007138273A JP 2008292310 A JP2008292310 A JP 2008292310A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- metal layer
- sensor
- surface side
- electrical connection
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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14b2,14b2と、支持ポスト部14b2,14b2の上端部と保持部14aとを連結した梁部14b1,14b1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14b1,14b1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14b1,14b1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14b2,14b2は、引き出し配線16,16により補強されている。
The
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
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
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SiO2やSi3N4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SiO2やSi3N4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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
(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
(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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007138273A JP5016382B2 (en) | 2007-05-24 | 2007-05-24 | Sensor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007138273A JP5016382B2 (en) | 2007-05-24 | 2007-05-24 | Sensor device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008292310A true JP2008292310A (en) | 2008-12-04 |
JP5016382B2 JP5016382B2 (en) | 2012-09-05 |
Family
ID=40167188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007138273A Expired - Fee Related JP5016382B2 (en) | 2007-05-24 | 2007-05-24 | Sensor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5016382B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010175302A (en) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Infrared sensor |
WO2013130582A1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-09-06 | Texas Instruments Incorporated | Method for embedding controlled-cavity mems package in integration board |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07335935A (en) * | 1994-06-07 | 1995-12-22 | Canon Inc | Manufacture of optoelectric transducer |
JP2001160654A (en) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Fuji Xerox Co Ltd | Optical element, laser array and method for manufacturing optical element |
JP2003100919A (en) * | 2001-06-11 | 2003-04-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electronic device and its manufacturing method |
JP2004209585A (en) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Electronic device and method of manufacturing the same |
JP2004221351A (en) * | 2003-01-15 | 2004-08-05 | Seiko Epson Corp | Semiconductor device and its manufacturing method, circuit board, and electronic apparatus |
JP2004304622A (en) * | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Fujitsu Media Device Kk | Surface acoustic wave device and its manufacturing method |
JP2005251898A (en) * | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Mitsubishi Electric Corp | Wafer level package structure and its manufacturing method, and element divided from its wafer level package structure |
JP2006017742A (en) * | 2005-08-24 | 2006-01-19 | Canon Inc | Device for detecting radiation |
JP2006156815A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Matsushita Electric Works Ltd | Airtight device and its manufacturing method |
JP2006517344A (en) * | 2003-02-07 | 2006-07-20 | ジプトロニクス・インコーポレイテッド | Room temperature metal direct bonding |
JP2007067211A (en) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2007171152A (en) * | 2005-11-25 | 2007-07-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Wafer level package structure, and acceleration sensor |
JP2007173757A (en) * | 2005-11-25 | 2007-07-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Sensor element |
JP2008113039A (en) * | 2006-03-28 | 2008-05-15 | Matsushita Electric Works Ltd | Method of manufacturing light emitting device |
-
2007
- 2007-05-24 JP JP2007138273A patent/JP5016382B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07335935A (en) * | 1994-06-07 | 1995-12-22 | Canon Inc | Manufacture of optoelectric transducer |
JP2001160654A (en) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Fuji Xerox Co Ltd | Optical element, laser array and method for manufacturing optical element |
JP2003100919A (en) * | 2001-06-11 | 2003-04-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electronic device and its manufacturing method |
JP2004209585A (en) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Electronic device and method of manufacturing the same |
JP2004221351A (en) * | 2003-01-15 | 2004-08-05 | Seiko Epson Corp | Semiconductor device and its manufacturing method, circuit board, and electronic apparatus |
JP2006517344A (en) * | 2003-02-07 | 2006-07-20 | ジプトロニクス・インコーポレイテッド | Room temperature metal direct bonding |
JP2004304622A (en) * | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Fujitsu Media Device Kk | Surface acoustic wave device and its manufacturing method |
JP2005251898A (en) * | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Mitsubishi Electric Corp | Wafer level package structure and its manufacturing method, and element divided from its wafer level package structure |
JP2006156815A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Matsushita Electric Works Ltd | Airtight device and its manufacturing method |
JP2006017742A (en) * | 2005-08-24 | 2006-01-19 | Canon Inc | Device for detecting radiation |
JP2007067211A (en) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2007171152A (en) * | 2005-11-25 | 2007-07-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Wafer level package structure, and acceleration sensor |
JP2007173757A (en) * | 2005-11-25 | 2007-07-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Sensor element |
JP2008113039A (en) * | 2006-03-28 | 2008-05-15 | Matsushita Electric Works Ltd | Method of manufacturing light emitting device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010175302A (en) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Infrared sensor |
WO2013130582A1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-09-06 | Texas Instruments Incorporated | Method for embedding controlled-cavity mems package in integration board |
US8866237B2 (en) | 2012-02-27 | 2014-10-21 | Texas Instruments Incorporated | Methods for embedding controlled-cavity MEMS package in integration board |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5016382B2 (en) | 2012-09-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6487032B2 (en) | Sealed package with stress reduction layer | |
JP5842118B2 (en) | Infrared sensor | |
JP5260890B2 (en) | Sensor device and manufacturing method thereof | |
JP2006300623A (en) | Infrared sensor | |
JP4915677B2 (en) | Manufacturing method of sensor device | |
JP5016383B2 (en) | Sensor device | |
JP4867792B2 (en) | Wafer level package structure and sensor device | |
US8178844B2 (en) | Infrared detecting device and manufacturing method thereof | |
JP5016382B2 (en) | Sensor device and manufacturing method thereof | |
JP6279266B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
US8749010B2 (en) | Infrared imaging device and method for manufacturing same | |
JP2012173156A (en) | Infrared sensor module | |
WO2010090188A1 (en) | Radiation sensor and method for manufacturing same | |
JP5359486B2 (en) | Infrared imaging device | |
JP2008107215A (en) | Image sensor and its manufacturing method | |
JP2006047086A (en) | Infrared sensor | |
JP2012063221A (en) | Infrared sensor | |
JP2012063222A (en) | Infrared sensor, and manufacturing method of the same | |
US20210048345A1 (en) | Heterogeneously integrated thermal infrared sensing member and thermal infrared sensor | |
JP2009047650A (en) | Sensor device and its manufacturing method | |
JP6891203B2 (en) | Sealed package with stress reduction layer | |
JP5238410B2 (en) | Airtight structure device | |
JP2011203221A (en) | Infrared sensor module | |
JP6891202B2 (en) | Sealed package with stress reduction layer | |
JP5008580B2 (en) | Infrared imaging device manufacturing method and infrared imaging device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091218 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20101018 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110620 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110628 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20120112 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120515 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120608 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |