JP2010243365A - Manufacturing method of infrared sensor apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for manufacturing a high-performance infrared sensor apparatus at the high productivity. <P>SOLUTION: The infrared sensor apparatus 30 includes: a package (a base body) 31 for mounting an infrared array sensor (an infrared sensor element) 10 provided with an infrared sensor thin film 2 formed on one surface of a silicon substrate (a substrate) 1, and a cavity 5 formed on the other surface; and a lid (a cover) 33 provided with a lenticular infrared-transparent member 34, and hermetically sealing the infrared array sensor 10. In the manufacturing method of the infrared sensor apparatus 30, after the infrared sensor thin film 2 is formed on one surface of a silicon wafer (a wafer) as a base of the silicon substrate 1, a metal layer 7 is formed on the other surface of the silicon wafer other than at least a cavity formation region in which the cavity 5 is formed. The infrared array sensor 10 is formed, and etched by using the metal layer 7 as a mask. After the infrared array sensor 10 is mounted, it is hermetically sealed by the lid 33 by directly bonding the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 and a metal pattern 32 of the package 31. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、レンズ形状の赤外線透過部材を備えたカバーによって、基体に実装された赤外線センサ素子を囲って気密封止した赤外線センサ装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing an infrared sensor device in which an infrared sensor element mounted on a substrate is surrounded and hermetically sealed by a cover having a lens-shaped infrared transmitting member.

従来より、赤外線センサ素子を保護するとともに赤外線センサ素子のセンサ感度を向上させるため、赤外線が透過する赤外線透過部材を備えたカバーによって、基体に実装された赤外線センサ素子を囲って気密封止した赤外線センサ装置が研究開発されている。   Conventionally, in order to protect the infrared sensor element and improve the sensor sensitivity of the infrared sensor element, the cover is provided with an infrared transmitting member that transmits infrared light, and the infrared sensor element that is mounted on the base is hermetically sealed. Sensor devices are being researched and developed.

この種の赤外線センサ装置としては、たとえば、図5に示すように、基板1’の一表面側に形成された赤外線センサ薄膜2’と、基板1’の他表面側に形成され赤外線センサ薄膜2’下側の基板1’の厚みを薄くする空洞5とを備えた赤外線センサ素子10’と、赤外線センサ素子10’が底面側に実装された基体となるステム41と、赤外線透過部材34’を備えステム41に実装された赤外線センサ素子2’を囲ってステム41に気密的に封止するカバーとなるキャップ43と、を有する赤外線センサ装置30’が提案されている(たとえば、特許文献1参照。)。   As this type of infrared sensor device, for example, as shown in FIG. 5, an infrared sensor thin film 2 ′ formed on one surface side of a substrate 1 ′ and an infrared sensor thin film 2 formed on the other surface side of the substrate 1 ′. An infrared sensor element 10 ′ having a cavity 5 for reducing the thickness of the “lower substrate 1”, a stem 41 serving as a base on which the infrared sensor element 10 ′ is mounted on the bottom side, and an infrared transmitting member 34 ′ An infrared sensor device 30 ′ having a cap 43 serving as a cover that hermetically seals the stem 41 around the infrared sensor element 2 ′ mounted on the provided stem 41 has been proposed (see, for example, Patent Document 1). .)

この赤外線センサ装置30’では、赤外線センサ素子10’が該赤外線センサ素子10’と協働する信号処理用チップ37’を介してステム41に実装されている。そのため、赤外線センサ素子10’が信号処理用チップ37’に接着剤7’で接着されており、信号処理用チップ37’は、ステム41に接着剤36’で接着されている。   In this infrared sensor device 30 ′, the infrared sensor element 10 ′ is mounted on the stem 41 via a signal processing chip 37 ′ that cooperates with the infrared sensor element 10 ′. Therefore, the infrared sensor element 10 ′ is bonded to the signal processing chip 37 ′ with the adhesive 7 ′, and the signal processing chip 37 ′ is bonded to the stem 41 with the adhesive 36 ′.

また、赤外線センサ素子10’と、信号処理用チップ37’と、をワイヤ39,39によりワイヤボンディングして電気的に接続している。同様に、信号処理用チップ37’と、ステム41に挿入されたリードピンたる外部電極35’,35’と、をワイヤ39,39によりワイヤボンディングしている。ここで、赤外線センサ装置30’は、キャップ43と、ステム41とで構成されるキャンパッケージを使用して気密封止している。そのため、赤外線透過部材34’は、キャップ43の開口部43aを覆うように封止されている。また、外部電極35’,35’は、ステム41における外部電極35’,35’の挿入孔においてハーメッチックガラス40,40により封止されている。   Further, the infrared sensor element 10 ′ and the signal processing chip 37 ′ are electrically connected by wire bonding with wires 39 and 39. Similarly, the signal processing chip 37 ′ and the external electrodes 35 ′ and 35 ′ as lead pins inserted into the stem 41 are wire-bonded by wires 39 and 39. Here, the infrared sensor device 30 ′ is hermetically sealed using a can package including a cap 43 and a stem 41. Therefore, the infrared transmitting member 34 ′ is sealed so as to cover the opening 43 a of the cap 43. The external electrodes 35 ′ and 35 ′ are sealed with hermetic glasses 40 and 40 in the insertion holes of the external electrodes 35 ′ and 35 ′ in the stem 41.

特開2006−47085号公報JP 2006-47085 A

ところで、このような赤外線センサ装置30’を、より高性能化させるためには、赤外線透過部材34’を備えたキャップ43によってステム41を封止する代わりに、赤外線センサ素子10’に赤外線を入射させるレンズ形状の赤外線透過部材を備えたリッドをカバーとして基体となるパッケージを封止することが考えられる。   By the way, in order to improve the performance of such an infrared sensor device 30 ′, infrared rays are incident on the infrared sensor element 10 ′ instead of sealing the stem 41 with a cap 43 provided with an infrared transmitting member 34 ′. It is conceivable to seal a package serving as a base with a lid having a lens-shaped infrared transmitting member to be used as a cover.

しかしながら、赤外線センサ装置30’における基体の底面側に、半田やダイボンド樹脂などの接着剤7’を用いて赤外線センサ素子10’を実装する場合、接着剤7’の量を均一に前記基体の底面側に塗布等することが難しい。そのため、前記基体の底面に対する赤外線センサ素子10’の垂直方向の位置が傾かないように配置させようとしても、レンズ形状の赤外線透過部材と赤外線センサ素子10’との相対的位置関係がずれる場合がある。また、赤外線センサ素子10’と前記基体の底面側との接着時に接着剤7’が軟化し、前記基体の底面に対する赤外線センサ素子10’の垂直方向の位置が接着前後で変化する場合がある。   However, when the infrared sensor element 10 ′ is mounted on the bottom surface side of the substrate in the infrared sensor device 30 ′ using an adhesive 7 ′ such as solder or die bond resin, the amount of the adhesive 7 ′ is uniformly distributed on the bottom surface of the substrate. It is difficult to apply to the side. For this reason, even if the vertical position of the infrared sensor element 10 ′ is not inclined with respect to the bottom surface of the base, the relative positional relationship between the lens-shaped infrared transmitting member and the infrared sensor element 10 ′ may be shifted. is there. Further, the adhesive 7 ′ may be softened when the infrared sensor element 10 ′ is bonded to the bottom surface side of the substrate, and the vertical position of the infrared sensor element 10 ′ with respect to the bottom surface of the substrate may change before and after bonding.

この場合、レンズ形状の赤外線透過部材を有するリッドと、赤外線センサ素子10’との相対的位置関係が正確に位置合わせされていなければ、レンズ形状の赤外線透過部材における焦点がずれてしまい、かえって赤外線センサ装置30’のセンサ感度が低下するという問題がある。   In this case, if the relative positional relationship between the lid having the lens-shaped infrared transmitting member and the infrared sensor element 10 ′ is not accurately aligned, the focal point of the lens-shaped infrared transmitting member is deviated. There exists a problem that the sensor sensitivity of sensor apparatus 30 'falls.

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、よりセンサ感度が高い赤外線センサ装置を量産性よく製造可能な赤外線センサ装置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 reasons, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an infrared sensor device capable of manufacturing an infrared sensor device having higher sensor sensitivity with high productivity.

請求項1の発明は、基板の一表面側に形成された赤外線センサ薄膜と、前記基板の他表面側に形成され前記赤外線センサ薄膜の一部を前記基板と空間的に分離する空洞と、を備えた赤外線センサ素子と、該赤外線センサ素子が実装された基体と、前記赤外線センサ素子に赤外線を入射させるレンズ形状の赤外線透過部材を備え前記基体に実装された前記赤外線センサ素子を囲って前記基体に気密的に封止するカバーと、を有する赤外線センサ装置の製造方法であって、前記基板の基礎となるウエハにおける一表面側に前記赤外線センサ薄膜を形成させた後、前記ウエハの他表面側に少なくとも前記空洞を形成するための空洞形成領域を除いて金属層を形成し、前記ウエハの前記他表面側から前記金属層をマスクとして前記空洞形成領域をエッチングして前記赤外線センサ素子を形成する赤外線センサ素子形成工程と、前記赤外線センサ素子の前記金属層と、前記基体と、を接触させて直接接合することで前記赤外線センサ素子を前記基体に実装する赤外線センサ素子実装工程と、前記カバーによって、前記基体に実装された前記赤外線センサ素子を囲って前記基体に気密的に封止する気密封止工程と、を有することを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an infrared sensor thin film formed on one surface side of a substrate, and a cavity formed on the other surface side of the substrate and spatially separating a part of the infrared sensor thin film from the substrate. An infrared sensor element provided; a base on which the infrared sensor element is mounted; and a lens-shaped infrared transmitting member that allows infrared light to enter the infrared sensor element, and surrounding the infrared sensor element mounted on the base. And a cover for hermetically sealing to the wafer, wherein the infrared sensor thin film is formed on one surface side of the wafer serving as a base of the substrate, and then the other surface side of the wafer A metal layer is formed excluding at least a cavity forming region for forming the cavity, and the cavity forming region is etched from the other surface side of the wafer using the metal layer as a mask. The infrared sensor element is formed on the substrate by bringing the metal layer of the infrared sensor element into contact with and directly bonding the infrared sensor element to the substrate. An infrared sensor element mounting step; and an airtight sealing step for sealing the infrared sensor element mounted on the base body in an airtight manner by the cover.

この発明によれば、赤外線センサ素子の形成工程時に使用した該赤外線センサ素子の金属層と、パッケージの凹部の内底面側と、を接触させて直接接合することで前記赤外線センサ素子を前記パッケージに実装する赤外線センサ素子実装工程を有することにより、よりセンサ感度が高い赤外線センサ装置を量産性よく製造することができる。すなわち、基体に対する赤外線センサ素子の垂直方向の位置合わせを高精度に行うことができる赤外線センサ装置を製造することができる。   According to the present invention, the infrared sensor element is attached to the package by bringing the metal layer of the infrared sensor element used in the formation process of the infrared sensor element into contact with the inner bottom surface of the concave portion of the package and directly bonding the same. By including an infrared sensor element mounting step for mounting, an infrared sensor device with higher sensor sensitivity can be manufactured with high productivity. That is, an infrared sensor device capable of highly accurately aligning the infrared sensor element with the base in the vertical direction can be manufactured.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記赤外線センサ素子実装工程では、前記赤外線センサ素子の前記金属層と、前記基体に形成された金属パターンと、を拡散接合により直接接合することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, in the infrared sensor element mounting step, the metal layer of the infrared sensor element and the metal pattern formed on the base are directly bonded by diffusion bonding. It is characterized by.

この発明によれば、半田や樹脂からなる接着剤を用いて、赤外線センサ素子を基体に実装する場合と異なり、赤外線センサ素子の金属層を固体のまま基体に形成された金属パターンと接合できる。そのため、前記基体に対する前記赤外線センサ素子の垂直方向の位置が接合前後で実質的に変化することがない。したがって、前記赤外線センサ素子は、前記基体に対して、垂直方向の位置を高精度に合わせて実装することが可能となる。   According to the present invention, unlike the case where the infrared sensor element is mounted on the base using the adhesive made of solder or resin, the metal layer of the infrared sensor element can be joined to the metal pattern formed on the base while being solid. Therefore, the position of the infrared sensor element in the vertical direction with respect to the base body does not substantially change before and after joining. Therefore, the infrared sensor element can be mounted with high accuracy on the base in the vertical direction.

請求項3の発明は、請求項2に記載の発明において、前記赤外線センサ素子形成工程では、前記基板の基礎となるウエハの厚み方向に前記赤外線センサ薄膜からの出力を取り出すことができる貫通配線を貫設した後、前記金属層を形成することによって前記金属層と前記貫通配線とを電気的に接続し、前記赤外線センサ素子実装工程では、前記金属層と前記金属パターンを拡散接合することによって前記金属層と前記金属パターンとを電気的に接続することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the invention of the second aspect, in the infrared sensor element forming step, a through-wiring capable of taking out an output from the infrared sensor thin film in a thickness direction of a wafer serving as a base of the substrate is provided. After penetrating, the metal layer and the through wiring are electrically connected by forming the metal layer, and in the infrared sensor element mounting step, the metal layer and the metal pattern are diffused and bonded. The metal layer and the metal pattern are electrically connected.

この発明によれば、赤外線センサ素子の形成工程時に使用した該赤外線センサ素子の金属層を、前記赤外線センサ素子の実装時に前記赤外線センサ素子の電極として利用することができるため、より小型化が可能な赤外線センサ装置を量産性よく製造することができる。   According to the present invention, the metal layer of the infrared sensor element used during the infrared sensor element formation process can be used as an electrode of the infrared sensor element when the infrared sensor element is mounted, and thus further miniaturization is possible. Infrared sensor device can be manufactured with high productivity.

請求項4の発明は、請求項1に記載の発明において、前記赤外線センサ素子実装工程では、前記赤外線センサ素子の前記金属層と、前記基体と、を陽極接合により直接接合することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, in the infrared sensor element mounting step, the metal layer of the infrared sensor element and the base are directly bonded by anodic bonding. .

この発明によれば、半田や樹脂からなる接着剤を用いて、赤外線センサ素子を基体に実装する場合と異なり、赤外線センサ素子の金属層を固体のまま基体と直接接合できる。そのため、前記基体に対する前記赤外線センサ素子の垂直方向の位置が接合前後で実質的に変化することがない。したがって、前記赤外線センサ素子は、前記基体に対して、垂直方向の位置を高精度に合わせて実装することが可能となる。   According to the present invention, the metal layer of the infrared sensor element can be directly bonded to the base as it is, unlike the case where the infrared sensor element is mounted on the base using an adhesive made of solder or resin. Therefore, the position of the infrared sensor element in the vertical direction with respect to the base body does not substantially change before and after joining. Therefore, the infrared sensor element can be mounted with high accuracy on the base in the vertical direction.

請求項1の発明では、赤外線センサ素子の基板の基礎となるウエハにおける一表面側に赤外線センサ薄膜を形成させた後、前記ウエハの他表面側に少なくとも空洞を形成するための空洞形成領域を除いて金属層を形成し、前記ウエハの前記他表面側から前記金属層をマスクとして前記空洞形成領域をエッチングして前記赤外線センサ素子を形成する赤外線センサ素子形成工程と、前記赤外線センサ素子の前記金属層と、前記赤外線センサ素子の前記金属層と、前記基体と、を接触させて直接接合することで前記赤外線センサ素子を前記基体に実装する赤外線センサ素子実装工程と、前記カバーによって、前記基体に実装された前記赤外線センサ素子を囲って前記基体に気密的に封止する気密封止工程と、を有する赤外線センサ装置の製造方法とすることにより、よりセンサ感度が高い赤外線センサ装置を量産性よく製造できるという効果がある。   According to the first aspect of the present invention, after an infrared sensor thin film is formed on one surface side of a wafer serving as a base of an infrared sensor element substrate, a cavity forming region for forming at least a cavity on the other surface side of the wafer is excluded. Forming an infrared sensor element by etching the cavity forming region from the other surface side of the wafer using the metal layer as a mask, and forming the infrared sensor element from the other surface side of the wafer, and the metal of the infrared sensor element An infrared sensor element mounting step in which the infrared sensor element is mounted on the base body by directly contacting and joining the layer, the metal layer of the infrared sensor element, and the base body, and the cover to the base body. A method of manufacturing an infrared sensor device, comprising: a hermetically sealing step that surrounds the mounted infrared sensor element and hermetically seals the substrate. By an effect that more sensors sensitive infrared sensor device productivity may be produced.

実施形態1の赤外線センサ装置の製造方法を示す概略工程断面図である。FIG. 3 is a schematic process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the infrared sensor device of the first embodiment. 同上の赤外線センサ素子を示し、(a)は概略平面図、(b)は要部概略平面図、(c)は(b)のA−A’断面に相当する概略断面図である。The infrared sensor element is shown, wherein (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic plan view of the main part, and (c) is a schematic cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross section of (b). 同上の赤外線センサ素子の製造方法を示す概略工程断面図である。It is a schematic process sectional drawing which shows the manufacturing method of an infrared sensor element same as the above. 実施形態2の赤外線センサ装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared sensor apparatus of Embodiment 2. 従来の赤外線センサ装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the conventional infrared sensor apparatus.

(実施形態1)
本実施形態の赤外線センサ装置に用いられる赤外線センサ素子として赤外線アレイセンサを図2で説明し、赤外線アレイセンサの製造方法を図3に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
An infrared array sensor will be described with reference to FIG. 2 as an infrared sensor element used in the infrared sensor device of the present embodiment, and a method for manufacturing the infrared array sensor will be described with reference to FIG.

図2の赤外線アレイセンサ10は、赤外線イメージセンサなどに用いられるものであり、図2(a)には、m×n個(図示例では、2×2個)の熱型赤外線検出部25が2次元アレイ状に配置されている。なお、赤外線アレイセンサ10を構成する熱型赤外線センサとしての熱型赤外線検出部25は、図2(c)の断面図に示すように、基板であるシリコン基板1の一表面側に形成されたシリコン酸化膜11と、このシリコン酸化膜11上に形成されたシリコン窒化膜12と、シリコン窒化膜12上に形成されたセンシングエレメント20と、シリコン窒化膜12の表面側でセンシングエレメント20を覆うように形成された層間絶縁膜17と、層間絶縁膜17上に形成されたパッシベーション膜19との積層構造をパターニングすることで赤外線センサ薄膜2を形成してある。   The infrared array sensor 10 of FIG. 2 is used for an infrared image sensor or the like. FIG. 2A shows m × n (2 × 2 in the illustrated example) thermal infrared detectors 25. They are arranged in a two-dimensional array. The thermal infrared detector 25 as a thermal infrared sensor constituting the infrared array sensor 10 is formed on one surface side of the silicon substrate 1 as a substrate, as shown in the sectional view of FIG. The silicon oxide film 11, the silicon nitride film 12 formed on the silicon oxide film 11, the sensing element 20 formed on the silicon nitride film 12, and the sensing element 20 covered with the surface side of the silicon nitride film 12 The infrared sensor thin film 2 is formed by patterning the laminated structure of the interlayer insulating film 17 formed in the above and the passivation film 19 formed on the interlayer insulating film 17.

ここにおいて、赤外線センサ薄膜2の一部は、シリコン基板1における前記一表面側とは反対面側となる他表面側から形成された空洞5によってシリコン基板1と空間的に分離されており、空洞5と連通するスリット4が赤外線センサ薄膜2の厚み方向に貫設されている。また、シリコン基板1の他表面には、赤外線アレイセンサ10を後述する基体となるパッケージ側へ接合するための金属層7が設けられている。赤外線センサ薄膜2のうちシリコン基板1から空間的に分離された部分が赤外線を吸収する赤外線吸収部21を構成している。   Here, a part of the infrared sensor thin film 2 is spatially separated from the silicon substrate 1 by a cavity 5 formed from the other surface side opposite to the one surface side in the silicon substrate 1. A slit 4 communicating with 5 is provided in the thickness direction of the infrared sensor thin film 2. Further, a metal layer 7 is provided on the other surface of the silicon substrate 1 for bonding the infrared array sensor 10 to a package side serving as a base to be described later. A portion of the infrared sensor thin film 2 that is spatially separated from the silicon substrate 1 constitutes an infrared absorbing portion 21 that absorbs infrared rays.

熱型赤外線検出部25は、層間絶縁膜17をBPSG(Boro-PhosphoSilicate Glass)膜により構成するとともに、パッシベーション膜19をPSG(PhosphoSilicate Glass)膜と当該PSG膜上のNSG(Non-doped Silicate Glass)膜との積層膜により構成してあり、層間絶縁膜17とパッシベーション膜19との前記積層膜が赤外線吸収膜22を兼ねている。   The thermal infrared detector 25 is configured by forming the interlayer insulating film 17 with a BPSG (Boro-PhosphoSilicate Glass) film, and forming the passivation film 19 with a PSG (PhosphoSilicate Glass) film and an NSG (Non-doped Silicate Glass) on the PSG film. The laminated film of the interlayer insulating film 17 and the passivation film 19 also serves as the infrared absorption film 22.

ここで、赤外線吸収膜22の屈折率をn、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜22の厚さtをλ/4nに設定すると、検出対象の波長(たとえば、8〜12μm)の赤外線の吸収効率を高めることができ高感度化を図ることができる。例えば、n=1.4、λ=10μmである場合にはt≒1.8μmとすればよく、層間絶縁膜17の膜厚を0.8μm、PSG膜の膜厚を0.5μm、NSG膜の膜厚を0.5μmとしてある。なお、パッシベーション膜19は、PSG膜とNSG膜の積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜で形成することもできる。   Here, when the refractive index of the infrared absorption film 22 is n and the center wavelength of the infrared ray to be detected is λ, and the thickness t of the infrared absorption film 22 is set to λ / 4n, the wavelength of the detection target (for example, 8 ˜12 μm) infrared absorption efficiency can be increased, and high sensitivity can be achieved. For example, if n = 1.4 and λ = 10 μm, then t≈1.8 μm, the thickness of the interlayer insulating film 17 is 0.8 μm, the thickness of the PSG film is 0.5 μm, and the NSG film The film thickness is 0.5 μm. Note that the passivation film 19 is not limited to the stacked film of the PSG film and the NSG film, and may be formed of, for example, a silicon nitride film.

熱型赤外線検出部25のセンシングエレメント(感温部)20は、図2(b)のように赤外線吸収部21とシリコン基板1とに跨って形成されたp型ポリシリコン層15、n型ポリシリコン層13、および赤外線吸収部21の赤外線入射面側でp形ポリシリコン層15の一端部とn形ポリシリコン層13の一端部とを電気的に接合した金属材料(例えば、Al−Siなど)からなる接続部23で構成されるサーモパイルを備えている。   As shown in FIG. 2B, the sensing element (temperature sensing part) 20 of the thermal infrared detector 25 includes a p-type polysilicon layer 15 formed over the infrared absorber 21 and the silicon substrate 1, and an n-type polysilicon. A metal material (for example, Al-Si or the like) in which one end of the p-type polysilicon layer 15 and one end of the n-type polysilicon layer 13 are electrically joined to the silicon layer 13 and the infrared incident surface side of the infrared absorption unit 21. The thermopile comprised of the connecting portion 23 is provided.

ここで、センシングエレメント20を構成する前記サーモパイルは、シリコン基板1の前記一表面側で互いに隣り合う熱電対のp型ポリシリコン層15の他端部とn型ポリシリコン層13の他端部とが金属材料(例えば、Al−Siなど)からなる配線18で接合することにより、4個直列接続されている。   Here, the thermopile constituting the sensing element 20 includes the other end of the p-type polysilicon layer 15 and the other end of the n-type polysilicon layer 13 of the thermocouple adjacent to each other on the one surface side of the silicon substrate 1. Are connected in series by wiring 18 made of a metal material (for example, Al—Si).

センシングエレメント20を構成する前記サーモパイルは、n型ポリシリコン層13の一端部とp型ポリシリコン層15の一端部と接続部23とで赤外線吸収部21側の温接点を構成し、p型ポリシリコン層15の他端部とn型ポリシリコン層13の他端部と配線18とでシリコン基板1側の冷接点を構成している。   In the thermopile constituting the sensing element 20, the one end portion of the n-type polysilicon layer 13, the one end portion of the p-type polysilicon layer 15 and the connection portion 23 form a hot junction on the infrared absorbing portion 21 side. The other end of the silicon layer 15, the other end of the n-type polysilicon layer 13, and the wiring 18 form a cold junction on the silicon substrate 1 side.

なお、金属材料で形成された接続部23は、n型ポリシリコン層13およびp型ポリシリコン層15に対して、層間絶縁膜17に形成したコンタクトホール25を通してそれぞれ、電気的に接続させてある。赤外線吸収部21となる矩形領域の四隅には、赤外線センサ薄膜2の厚み方向に貫通するスリット4をシリコン基板1の前記一表面側からエッチングにより形成している。スリット4は各熱電対を熱的に分離させ熱型赤外線検出部25のセンサ感度を向上させることができる。   The connection portion 23 formed of a metal material is electrically connected to the n-type polysilicon layer 13 and the p-type polysilicon layer 15 through contact holes 25 formed in the interlayer insulating film 17. . Slits 4 penetrating in the thickness direction of the infrared sensor thin film 2 are formed by etching from the one surface side of the silicon substrate 1 at the four corners of the rectangular region serving as the infrared absorbing portion 21. The slit 4 can thermally separate the thermocouples and improve the sensor sensitivity of the thermal infrared detector 25.

また、シリコン基板1の前記他表面側から金属層7をエッチングマスクとして深堀反応性イオンエッチング(Deep ReactiveIon Etching:以下、DRIEという)法を用いてエッチングすることにより空洞5を形成することができる。シリコン基板1の前記他表面側に形成した空洞5は、赤外線センサ薄膜2に熱的分離を生じさせ熱型赤外線検出部25のセンサ感度を向上させることができる。   Further, the cavity 5 can be formed by etching from the other surface side of the silicon substrate 1 using the deep reactive ion etching (hereinafter referred to as “DRIE”) method using the metal layer 7 as an etching mask. The cavity 5 formed on the other surface side of the silicon substrate 1 can cause thermal separation in the infrared sensor thin film 2 and improve the sensor sensitivity of the thermal infrared detector 25.

さらに、本実施態様では赤外線吸収部21の赤外線入射面側に、n型ポリシリコン層13およびp型ポリシリコン層15のパターニング時に電気的に接続されていないn型補償ポリシリコン層14およびp型補償ポリシリコン層16を残している。このようなn型補償ポリシリコン層14やp型補償ポリシリコン層16は、赤外線センサ薄膜2の応力バランスの均一性を高めることができる。   Furthermore, in this embodiment, the n-type compensating polysilicon layer 14 and the p-type that are not electrically connected to the infrared incident surface side of the infrared absorbing portion 21 when the n-type polysilicon layer 13 and the p-type polysilicon layer 15 are patterned. The compensation polysilicon layer 16 is left. Such n-type compensating polysilicon layer 14 and p-type compensating polysilicon layer 16 can improve the uniformity of the stress balance of the infrared sensor thin film 2.

そのため、n型補償ポリシリコン層14やp型補償ポリシリコン層16は、赤外線センサ薄膜2の薄膜化を図りながらも反りを防止し、熱型赤外線検出部25のセンサ感度を向上させることができる。こうして積層された赤外線センサ薄膜2の厚みは、シリコン基板1の厚みと比較して十分に薄い。赤外線センサ薄膜2の厚みは、上述した赤外線吸収膜22等により構成された赤外線センサ薄膜2の厚みに限られず、たとえば、0.1μm〜10μm程度の厚みとすることもできる。   Therefore, the n-type compensating polysilicon layer 14 and the p-type compensating polysilicon layer 16 can prevent warping while reducing the thickness of the infrared sensor thin film 2, and can improve the sensor sensitivity of the thermal infrared detector 25. . The thickness of the laminated infrared sensor thin film 2 is sufficiently smaller than the thickness of the silicon substrate 1. The thickness of the infrared sensor thin film 2 is not limited to the thickness of the infrared sensor thin film 2 constituted by the above-described infrared absorbing film 22 or the like, and may be, for example, about 0.1 μm to 10 μm.

以下、上述の赤外線アレイセンサ10たる赤外線センサ素子の製造方法について、図3に基づき説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the infrared sensor element which is the above-mentioned infrared array sensor 10 is demonstrated based on FIG.

まず、基板たるシリコン基板1の基礎となるウエハたるシリコンウエハ3の一表面側に上述の赤外線センサ薄膜2を形成する。引き続きフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により赤外線センサ薄膜2に熱型赤外線センサを構成すべくスリット4をシリコンウエハ3における前記一表面側から赤外線センサ薄膜2の厚み方向に形成する。次に、シリコンウエハ3の前記一表面側にレジスト膜6を塗布形成し、赤外線センサ薄膜2を保護する。   First, the above-described infrared sensor thin film 2 is formed on one surface side of a silicon wafer 3 which is a wafer serving as a base of a silicon substrate 1 which is a substrate. Subsequently, a slit 4 is formed in the thickness direction of the infrared sensor thin film 2 from the one surface side in the silicon wafer 3 so as to form a thermal infrared sensor in the infrared sensor thin film 2 by photolithography technique and etching technique. Next, a resist film 6 is applied and formed on the one surface side of the silicon wafer 3 to protect the infrared sensor thin film 2.

続いて、ターゲット材料を金属Crとして、シリコンウエハ3における赤外線センサ薄膜2が形成されている前記一表面側とは反対面側となる他表面側の全面に、スパッタリング法によりCr膜を形成する。続いて、前記ターゲット材料を前記金属Crから金属Auに変更しシリコンウエハ3の前記他表面側に形成された前記Cr膜上の全面にスパッタリング法によりAu膜を形成する。これにより、シリコンウエハ3の前記他表面側の全面に前記Cr膜と該Cr膜上の前記Au膜からなる金属積層膜7aを形成する金属積層膜形成工程を行う(図3(a))。   Subsequently, using Cr as the target material, a Cr film is formed by sputtering on the entire surface of the silicon wafer 3 on the other surface side opposite to the one surface side where the infrared sensor thin film 2 is formed. Subsequently, the target material is changed from the metal Cr to the metal Au, and an Au film is formed on the entire surface of the Cr film formed on the other surface side of the silicon wafer 3 by a sputtering method. As a result, a metal laminated film forming step of forming the metal laminated film 7a composed of the Cr film and the Au film on the Cr film on the entire other surface side of the silicon wafer 3 is performed (FIG. 3A).

次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、シリコンウエハ3の前記他表面側に形成された金属積層膜7aのうち、少なくとも空洞5を形成する空洞形成領域に相当する金属積層膜7aを除去することで、最表面がAu膜からなる金属層7を形成する金属層形成工程を行う。このようにシリコンウエハ3の全面に金属層7を一括して形成してあるために、金属層7の厚みを均一に形成することができる。   Next, at least the metal laminated film 7a corresponding to the cavity forming region for forming the cavity 5 is removed from the metal laminated film 7a formed on the other surface side of the silicon wafer 3 by photolithography technique and etching technique. Then, a metal layer forming step for forming the metal layer 7 whose outermost surface is made of an Au film is performed. Thus, since the metal layer 7 is collectively formed on the entire surface of the silicon wafer 3, the thickness of the metal layer 7 can be formed uniformly.

次に、形成された金属層7をマスクとして、シリコンウエハ3の前記他表面側からDRIE法により、異方性エッチングすることで、シリコンウエハ3の前記他表面側に赤外線アレイセンサ10の空洞5となる窪みを形成するエッチング工程を行う(図3(b))。   Next, using the formed metal layer 7 as a mask, anisotropic etching is performed from the other surface side of the silicon wafer 3 by the DRIE method, so that the cavity 5 of the infrared array sensor 10 is formed on the other surface side of the silicon wafer 3. An etching process is performed to form a depression that becomes (FIG. 3B).

なお、金属積層膜7aの形成に先立って、予めシリコンウエハ3の前記他表面側から、赤外線センサ薄膜2と電気的に導通を取るためシリコンウエハ3を貫設する貫通配線(図示していない)を形成している。そのため、赤外線アレイセンサ10の金属層7は、赤外線センサ薄膜2のセンシングエレメント20の出力をシリコン基板1に貫設された前記貫通配線を介して基体たるパッケージの金属パターンに出力することができる。   Prior to the formation of the metal laminated film 7a, a through-wiring (not shown) penetrating the silicon wafer 3 from the other surface side of the silicon wafer 3 in advance for electrical connection with the infrared sensor thin film 2 in advance. Is forming. Therefore, the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 can output the output of the sensing element 20 of the infrared sensor thin film 2 to the metal pattern of the package serving as a base via the through wiring penetrating the silicon substrate 1.

その後、シリコンウエハ3の前記一表面側に設けたレジスト膜6を介して仮固定シート8を貼り付けることで仮固定シート貼付工程を行う(図3(c))。   Thereafter, a temporary fixing sheet sticking step is performed by sticking the temporary fixing sheet 8 through the resist film 6 provided on the one surface side of the silicon wafer 3 (FIG. 3C).

ここにおいて、仮固定シート8は、厚さが1〜500μm程度のプラスティックやポリエステルなどの基材上に粘着剤が塗布されたシートを好適に用いている。量産性に鑑み短時間で接着力を低下させること及び処理後の接着力を考慮して加熱により接着力が低下する加熱剥離型粘着シートを用いている。   Here, as the temporary fixing sheet 8, a sheet in which an adhesive is applied on a base material such as plastic or polyester having a thickness of about 1 to 500 μm is suitably used. In view of mass productivity, a heat-peelable pressure-sensitive adhesive sheet is used in which the adhesive strength is reduced by heating in consideration of reducing the adhesive strength in a short time and after processing.

前記加熱剥離型粘着シートは、熱膨張性微粒子が含有された粘着剤(たとえば、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、ビニルアルキルエーテル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ポリエステル系粘着剤、ポリアミド系粘着剤、ウレタン系粘着剤、フッ素系粘着剤など)を粘着剤層として、ポリエステルなどの基材に形成させたものを用いることができる。前記熱膨張性微粒子としてはイソブダン、プロパン、ペンタンなどの加熱により容易にガス化して膨張する物質を、弾性を有する殻に内包させたマイクロカプセルなどが挙げられる。   The heat-peelable pressure-sensitive adhesive sheet is a pressure-sensitive adhesive containing thermally expandable fine particles (for example, rubber pressure-sensitive adhesive, acrylic pressure-sensitive adhesive, vinyl alkyl ether pressure-sensitive adhesive, silicone pressure-sensitive adhesive, polyester pressure-sensitive adhesive, polyamide-based pressure sensitive adhesive). A pressure-sensitive adhesive, a urethane-based pressure-sensitive adhesive, a fluorine-based pressure-sensitive adhesive, or the like) can be used as a pressure-sensitive adhesive layer and formed on a substrate such as polyester. Examples of the thermally expandable fine particles include microcapsules in which a substance that easily expands by gasification by heating, such as isobutane, propane, or pentane, is encapsulated in an elastic shell.

続いて、ダイシングシート9をシリコンウエハ3の前記他表面側に貼り付けた後、シリコンウエハ3の前記一表面側からダイシングライン8aに沿って、仮固定シート8、レジスト膜6ごとダイシングシート9を全て切断しないように、ダイサーによってシリコンウエハ3をダイシングする。これによって、ダイシングシート9上に分離された仮固定シート8、レジスト膜6を有する複数個の赤外線アレイセンサ10をシリコンウエハ3から切断することができる(図3(d))。   Subsequently, the dicing sheet 9 is attached to the other surface side of the silicon wafer 3, and then the dicing sheet 9 together with the temporary fixing sheet 8 and the resist film 6 is formed along the dicing line 8 a from the one surface side of the silicon wafer 3. The silicon wafer 3 is diced by a dicer so as not to cut all of them. As a result, the plurality of infrared array sensors 10 having the temporarily fixed sheet 8 and the resist film 6 separated on the dicing sheet 9 can be cut from the silicon wafer 3 (FIG. 3D).

次に、シリコンウエハ3に加熱処理等を行うことで、ダイサーにより複数個に切断された仮固定シート8を各赤外線アレイセンサ10の赤外線センサ薄膜2側から取り除くことができる。ここで、加熱剥離型粘着シートからなる仮固定シート8は、個々に切断された仮固定シート8を熱風乾燥器、ホットプレート、近赤外線ランプなどにより加熱して赤外線センサ薄膜2を損傷することなく赤外線アレイセンサ10から剥離することができる。すなわち、加熱により、前記加熱剥離型粘着シートの前記粘着剤中に含有された前記熱膨張性微粒子が大きく膨らむ。これにより前記粘着剤層表面に微小な凹凸が生じ、仮固定シート8と、赤外線アレイセンサ10の赤外線センサ薄膜2が面で接着した比較的強固な接着から点での接着へと変化する。そのため、仮固定シート8の接着面積が減少し粘着力が大きく低下させることができる。   Next, by performing heat treatment or the like on the silicon wafer 3, the temporarily fixed sheet 8 cut into a plurality by the dicer can be removed from the infrared sensor thin film 2 side of each infrared array sensor 10. Here, the temporary fixing sheet 8 made of the heat-peelable pressure-sensitive adhesive sheet is used to heat the individually fixed temporary fixing sheet 8 with a hot air dryer, a hot plate, a near infrared lamp or the like without damaging the infrared sensor thin film 2. It can be peeled from the infrared array sensor 10. That is, the heat-expandable fine particles contained in the pressure-sensitive adhesive of the heat-peelable pressure-sensitive adhesive sheet are greatly expanded by heating. As a result, minute irregularities are formed on the surface of the pressure-sensitive adhesive layer, and the temporary fixing sheet 8 and the infrared sensor thin film 2 of the infrared array sensor 10 are changed from a relatively strong bond to a point bond. Therefore, the adhesion area of the temporary fixing sheet 8 can be reduced and the adhesive force can be greatly reduced.

仮固定シート8を剥離後、仮固定シート8が剥離された各赤外線アレイセンサ10の前記一表面に形成しているレジスト膜6をアッシング(灰化)処理することにより除去する。具体的には、紫外線や高周波マイクロ波を酸素ガスに照射させ生成したオゾンを用いてレジスト膜6を除去することができる。これにより、赤外線アレイセンサ10の前記一表面側に形成されていたレジスト膜6を除去するだけでなく、赤外線アレイセンサ10の一表面側にあるスリット4内やシリコン基板1に形成された空洞5に付着した不要な有機物を分解表面脱離により除去することも可能となる。   After the temporary fixing sheet 8 is peeled off, the resist film 6 formed on the one surface of each infrared array sensor 10 from which the temporary fixing sheet 8 has been peeled is removed by ashing. Specifically, the resist film 6 can be removed using ozone generated by irradiating oxygen gas with ultraviolet rays or high-frequency microwaves. Thus, not only the resist film 6 formed on the one surface side of the infrared array sensor 10 is removed, but also the cavity 5 formed in the slit 4 or the silicon substrate 1 on the one surface side of the infrared array sensor 10. It is also possible to remove unnecessary organic substances adhering to the surface by decomposition surface desorption.

赤外線アレイセンサ10は、それぞれ赤外線センサ薄膜2の損傷もなく、また、シリコン基板1における赤外線センサ薄膜2と対向する前記他表面側に金属層7を有する赤外線アレイセンサ10を量産性よく製造することができる(図3(e))。   The infrared array sensor 10 has no damage to the infrared sensor thin film 2, and the infrared array sensor 10 having the metal layer 7 on the other surface side facing the infrared sensor thin film 2 on the silicon substrate 1 is manufactured with high productivity. (FIG. 3 (e)).

こうして製造された赤外線アレイセンサ10をダイシングシート9から個別にピックアップすることにより、各赤外線アレイセンサ10を後述する基体たるパッケージなどに配置させることができる。   By individually picking up the manufactured infrared array sensor 10 from the dicing sheet 9, each infrared array sensor 10 can be arranged in a package which is a base to be described later.

次に、本実施形態の金属層7を有する赤外線アレイセンサ10を基体たるパッケージに実装した赤外線センサ装置の構造を説明し、次に、その製造工程を図1を用いて説明する。   Next, the structure of the infrared sensor device in which the infrared array sensor 10 having the metal layer 7 of the present embodiment is mounted on a package as a base will be described, and the manufacturing process will be described with reference to FIG.

赤外線センサ装置30は、図1(c)に示すようにパッケージ31の凹部の内底面31a側に赤外線アレイセンサ10と、赤外線アレイセンサ10と協働する信号処理用チップ37と、を収納している。赤外線アレイセンサ10のシリコン基板1における赤外線センサ薄膜2が形成された前記一表面と対向する前記他表面側に形成された金属層7は、パッケージ31の前記凹部の内底面31aに設けられた金属パターン32と直接接合され電気的にも接続されている。赤外線アレイセンサ10と協働する信号処理用チップ37は、パッケージ31の前記凹部の内底面31aに設けられた金属パターン38,38と金属バンプ(たとえば、半田バンプ)36,36を介して実装され電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1C, the infrared sensor device 30 houses the infrared array sensor 10 and the signal processing chip 37 that cooperates with the infrared array sensor 10 on the inner bottom surface 31a side of the recess of the package 31. Yes. The metal layer 7 formed on the other surface side facing the one surface on which the infrared sensor thin film 2 is formed on the silicon substrate 1 of the infrared array sensor 10 is a metal provided on the inner bottom surface 31 a of the recess of the package 31. The pattern 32 is directly joined and electrically connected. The signal processing chip 37 cooperating with the infrared array sensor 10 is mounted via metal patterns 38 and 38 and metal bumps (for example, solder bumps) 36 and 36 provided on the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31. Electrically connected.

赤外線アレイセンサ10と信号処理用チップ37とは、それぞれ金属パターン32および金属パターン38とを介して電気的に接続され、金属パターン38,38がパッケージ31に貫設された貫通電極(図示していない)を介してパッケージ31の外部に設けられた外部電極35,35と電気的に接続されている。また、赤外線アレイセンサ10および信号処理用チップ37が実装されたパッケージ31の前記凹部の内部を、凸レンズ形状の赤外線透過部材34を備えたカバーたるリッド33によって気密封止している。   The infrared array sensor 10 and the signal processing chip 37 are electrically connected through a metal pattern 32 and a metal pattern 38, respectively, and a through electrode (not shown) in which the metal patterns 38 and 38 are provided through the package 31 is illustrated. Are electrically connected to the external electrodes 35 and 35 provided outside the package 31. Further, the inside of the concave portion of the package 31 on which the infrared array sensor 10 and the signal processing chip 37 are mounted is hermetically sealed by a lid 33 which is a cover including an infrared transmitting member 34 having a convex lens shape.

以下、本実施形態に用いられる赤外線センサ装置30の各構成について、詳述する。   Hereinafter, each configuration of the infrared sensor device 30 used in the present embodiment will be described in detail.

赤外線センサ装置30の基体は、たとえば、パッケージ31の凹部の内底面31a側に赤外線アレイセンサ10や信号処理用チップ37が実装可能なものであり、金属やセラミックなどから構成することができる。パッケージ31の材料としては、不活性ガスを封入したり真空排気させるなど気密封止のためには、ガスバリア性が高いことが要求され、窒化アルミニウム、アルミナやシリカ系セラミックを用いることがより好ましい。なお、基体としては、上述のパッケージ31のごとき構成だけに限定されず、キャンパッケージに使用されるステムでもよい。   The base of the infrared sensor device 30 is, for example, one on which the infrared array sensor 10 or the signal processing chip 37 can be mounted on the inner bottom surface 31a side of the recess of the package 31, and can be made of metal, ceramic, or the like. As a material of the package 31, a high gas barrier property is required for hermetic sealing such as sealing an inert gas or evacuating, and aluminum nitride, alumina, or silica-based ceramic is more preferably used. Note that the substrate is not limited to the configuration such as the package 31 described above, and may be a stem used in a can package.

赤外線アレイセンサ10は、赤外線アレイセンサ10の空洞5を形成するときにエッチングマスクとして機能させた金属層7をパッケージ31の前記凹部の内底面31aに設けられた金属パターン32と接触させて、金属層7と金属パターン32との拡散接合により直接接続するとともに電気的に接続させてある。なお、金属層7と金属パターン32とを拡散接合させているため、赤外線アレイセンサ10のパッケージ31への実装にあたっては、赤外線センサ装置30の内部で不要なガスが生じることがない。   The infrared array sensor 10 is made by contacting the metal layer 7 functioning as an etching mask when forming the cavity 5 of the infrared array sensor 10 with the metal pattern 32 provided on the inner bottom surface 31a of the concave portion of the package 31, The layer 7 and the metal pattern 32 are directly connected and electrically connected by diffusion bonding. Since the metal layer 7 and the metal pattern 32 are diffusion-bonded, unnecessary gas is not generated inside the infrared sensor device 30 when the infrared array sensor 10 is mounted on the package 31.

また、信号処理用チップ37は、パッケージ31の前記凹部の内底面31aに設けられた金属パターン38,38上に、金属バンプ36,36を用いてフリップチップ実装させている。これにより、信号処理用チップ37を金属パターン38,38に固定するとともに電気的に接続し実装している。なお、信号処理用チップ37は、赤外線アレイセンサ10の金属層7をパッケージ31に設けられた金属パターン32に実装するのと同様にして拡散接合により接合固定させてもよい。   The signal processing chip 37 is flip-chip mounted on the metal patterns 38 and 38 provided on the inner bottom surface 31 a of the recess of the package 31 using metal bumps 36 and 36. As a result, the signal processing chip 37 is fixed to the metal patterns 38 and 38 and is electrically connected and mounted. The signal processing chip 37 may be bonded and fixed by diffusion bonding in the same manner as the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 is mounted on the metal pattern 32 provided on the package 31.

赤外線アレイセンサ10や信号処理用チップ37が実装されたパッケージ31には、赤外線アレイセンサ10に赤外線を入射させるレンズ形状の赤外線透過部材34を備えたリッド33をカバーとして、赤外線センサ装置30の内部を気密封止して形成してある。リッド33とパッケージ31とを気密性よく強固に接合するためには、抵抗シーム溶接で行うことができる。そのため、パッケージ31の凹部上には、リッド33と抵抗シーム溶接が可能なように、たとえば、コバールからなるシームリング(図示していない)が設けられている。なお、抵抗シーム溶接する場合には、前記シームリングと当接するパッケージ31上に、シーム溶接用金属膜(たとえば、W膜、Niメッキ膜およびAuメッキ膜など)を予め形成することが好ましい。   The package 31 on which the infrared array sensor 10 and the signal processing chip 37 are mounted has a lid 33 provided with a lens-shaped infrared transmitting member 34 for allowing infrared rays to enter the infrared array sensor 10 as a cover. Are hermetically sealed. In order to firmly join the lid 33 and the package 31 with good airtightness, resistance seam welding can be used. Therefore, a seam ring (not shown) made of, for example, Kovar is provided on the concave portion of the package 31 so that the lid 33 and resistance seam welding can be performed. When resistance seam welding is performed, it is preferable that a seam welding metal film (for example, a W film, a Ni plating film, an Au plating film, or the like) is formed in advance on the package 31 in contact with the seam ring.

パッケージ31の形状、赤外線アレイセンサ10の金属層7と接合させるパッケージ31に設けられた金属パターン32、信号処理用チップ37とフリップチップ実装させる金属パターン38,38、パッケージ31に貫設された前記貫通電極、パッケージ31の外部に設けられた外部電極35,35やシーム溶接用金属膜の一部は、パッケージ31の焼成と同時に形成させることができる。   The shape of the package 31, the metal pattern 32 provided on the package 31 to be bonded to the metal layer 7 of the infrared array sensor 10, the metal patterns 38 and 38 to be flip-chip mounted on the signal processing chip 37, and the metal pattern 38 penetrating the package 31. The through electrodes, the external electrodes 35 and 35 provided outside the package 31 and a part of the seam welding metal film can be formed simultaneously with the firing of the package 31.

次に、本実施形態の赤外線センサ装置30に用いられるカバーは、パッケージ31に実装された赤外線アレイセンサ10を囲ってパッケージ31に気密的に封止が可能なものである。カバーたるリッド33には、パッケージ31の前記凹部の内底面31a側に実装させた赤外線アレイセンサ10に対して窓となる開口部33aを有し、開口部33aを封止するように赤外線アレイセンサ10に赤外線を入射させるレンズ形状の赤外線透過部材34が気密接合してある。なお、カバーとしては、パッケージ31を封止するリッド33だけに限らずキャンパッケージに用いられるキャップでもよい。また、カバーや基体は、それぞれ板状部材とし、内部に赤外線アレイセンサ10を収納可能な円筒状のスペーサを介在させた構造としてもよい。さらに、カバーとして赤外線透過部材34を備えたセラミック材料からなるキャップを用い、金属製の基体に実装された赤外線アレイセンサ10を囲って気密的に封止した構造でもよい。   Next, the cover used for the infrared sensor device 30 of the present embodiment can be hermetically sealed to the package 31 surrounding the infrared array sensor 10 mounted on the package 31. The lid 33 serving as a cover has an opening 33a serving as a window with respect to the infrared array sensor 10 mounted on the inner bottom surface 31a side of the recess of the package 31, and the infrared array sensor so as to seal the opening 33a. A lens-shaped infrared transmitting member 34 for allowing infrared rays to enter 10 is hermetically bonded. The cover is not limited to the lid 33 that seals the package 31, but may be a cap used in a can package. Further, the cover and the base body may each be a plate-like member, and may have a structure in which a cylindrical spacer capable of accommodating the infrared array sensor 10 is interposed. Further, a cap made of a ceramic material provided with an infrared transmitting member 34 may be used as a cover, and the infrared array sensor 10 mounted on a metal base may be surrounded and hermetically sealed.

リッド33は、赤外線アレイセンサ10にノイズの原因となる不要な電磁波を遮蔽して、気密接合が可能なものが好ましく、リッド33とパッケージ31とをシーム溶接する場合は、リッド33が導電性を有することが好ましい。このようなリッド33の材料として、コバール、ステンレスや鉄などを用いることができる。なお、リッド33に設けられる開口部33aの形状は、円形、楕円形、正方形や長方形など所望に応じて種々形成することができる。   The lid 33 is preferably one that shields unnecessary electromagnetic waves that cause noise on the infrared array sensor 10 and can be hermetically bonded. When the lid 33 and the package 31 are seam welded, the lid 33 has conductivity. It is preferable to have. As a material for the lid 33, Kovar, stainless steel, iron, or the like can be used. In addition, the shape of the opening part 33a provided in the lid 33 can be variously formed as desired, such as a circle, an ellipse, a square, and a rectangle.

また、リッド33をパッケージ31にシーム溶接させる場合、リッド33がパッケージ31或いは前記シームリングと当接するリッド33の表面にNiメッキ層を設けることが好ましい。しかしながら、前記Niメッキ層が設けられたリッド33は、350℃以上の高温雰囲気では酸化されやすく、表面抵抗の増加を招きシーム溶接不良を引き起こす可能性がある。そのため、高温雰囲気下で予めリッド33と赤外線透過部材34とを低融点ガラスなどを用いて気密接合させている。こうして、リッド33をパッケージ31にシーム溶接する場合においても、赤外線透過部材34のリッド33への接合時に真空雰囲気または不活性雰囲気下で気密封止していることから、リッド33の表面(Niメッキ層)の酸化を防止することができる。   Further, when the lid 33 is seam welded to the package 31, it is preferable to provide a Ni plating layer on the surface of the lid 33 where the lid 33 contacts the package 31 or the seam ring. However, the lid 33 provided with the Ni plating layer is likely to be oxidized in a high temperature atmosphere of 350 ° C. or more, which may increase the surface resistance and cause seam welding failure. Therefore, the lid 33 and the infrared transmitting member 34 are hermetically bonded in advance using a low melting point glass or the like in a high temperature atmosphere. In this way, even when the lid 33 is seam welded to the package 31, the surface of the lid 33 (Ni-plated) is obtained because the infrared transmitting member 34 is hermetically sealed in a vacuum atmosphere or an inert atmosphere when bonded to the lid 33. Layer) can be prevented from being oxidized.

本実施形態の赤外線センサ装置30に用いられる赤外線透過部材34は、リッド33の開口部33aを封止するように接合され、図1(c)に示すように凸レンズ形状に形成している。赤外線透過部材34のレンズ形状としては、凸レンズに限られず、たとえば、凹レンズ、シリンドリカルレンズ、楕円球面レンズ、フレネルレンズや回折レンズなどとすることもできる。   The infrared transmitting member 34 used in the infrared sensor device 30 of the present embodiment is joined so as to seal the opening 33a of the lid 33, and is formed in a convex lens shape as shown in FIG. The lens shape of the infrared transmitting member 34 is not limited to a convex lens, and may be, for example, a concave lens, a cylindrical lens, an elliptical spherical lens, a Fresnel lens, or a diffractive lens.

また、赤外線透過部材34の材料としては、赤外線が透過可能なSi、Ge、ZnS、ZnSeなど半導体材料が好適に用いられるが、これに限られない。なお、赤外線透過部材34をレンズ形状とするには、例えば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの形成方法により形成することができる。   Moreover, as a material of the infrared transmitting member 34, a semiconductor material such as Si, Ge, ZnS, and ZnSe that can transmit infrared rays is preferably used, but is not limited thereto. In addition, in order to make the infrared transmissive member 34 into a lens shape, for example, it can be formed by a method for forming a semiconductor lens using an anodizing technique.

より具体的には、陽極酸化技術を応用して赤外線透過部材34となる半導体レンズを形成する(たとえば、特許第3897056号公報参照)ために、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板(例えば、シリコン基板)の一表面側に半導体基板とオーミック接触をなすように形成する。たとえば、図1(c)に示した凸レンズ形状の赤外線透過部材34を形成するために、前記半導体基板の前記一表面上に陽極の基礎となる導電性層を形成した後、該導電性層に円形状に開口した部位を設け前記半導体基板の前記一表面の一部が円形状に露出するようにパターニングを行う。   More specifically, in order to form a semiconductor lens that becomes the infrared transmitting member 34 by applying an anodizing technique (see, for example, Japanese Patent No. 3897056), an anode having a pattern designed according to a desired lens shape is a semiconductor. A substrate (eg, a silicon substrate) is formed on one surface side so as to be in ohmic contact with the semiconductor substrate. For example, in order to form the convex lens-shaped infrared transmitting member 34 shown in FIG. 1C, a conductive layer serving as a base of an anode is formed on the one surface of the semiconductor substrate, and then the conductive layer is formed on the conductive layer. Patterning is performed so that a part opened in a circular shape is provided and a part of the one surface of the semiconductor substrate is exposed in a circular shape.

次に、前記半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去可能な電解液中に、前記半導体基板の他表面における多孔質部の形成予定領域全域を浸す。   Next, the entire region where the porous portion is to be formed on the other surface of the semiconductor substrate is immersed in an electrolytic solution capable of etching away oxides of constituent elements of the semiconductor substrate.

その後、前記半導体基板の前記他表面側に対向配置される陰極と陽極との間に通電させ、前記半導体基板の前記他表面側に所望形状の多孔質部を酸化により形成する。続いて、前記半導体基板に形成された前記多孔質部をエッチングなどにより除去することで、凸レンズ形状の赤外線透過部材34を形成することができる。   Thereafter, a current is passed between the cathode and the anode disposed opposite to the other surface side of the semiconductor substrate to form a porous portion having a desired shape on the other surface side of the semiconductor substrate by oxidation. Subsequently, by removing the porous portion formed on the semiconductor substrate by etching or the like, the infrared transmitting member 34 having a convex lens shape can be formed.

なお、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極の代わりに、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した絶縁層を半導体基板の一表面側に形成し、前記絶縁層を有する前記半導体基板の前記一表面側に導電層を形成する、或いは前記絶縁層を有する前記半導体基板の一表面側と電解液を介して通電用電極を対向配置することで、前記半導体基板の前記他表面側に、後に除去される多孔質部を形成することもできる。また、前記導電性層に円形状に開口した部位を設ける代わりに、平面形状が長方形状の陽極を形成すれば、赤外線透過部材34として平凹型のシリンドリカルレンズを形成することもできる。   Instead of the anode having a pattern designed according to a desired lens shape, an insulating layer having a pattern designed according to a desired lens shape is formed on one surface side of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate having the insulating layer A conductive layer is formed on one surface side, or one surface side of the semiconductor substrate having the insulating layer is disposed opposite to the current-carrying electrode via an electrolytic solution, so that the other surface side of the semiconductor substrate is The porous part to be removed can also be formed. Further, if an anode having a rectangular planar shape is formed instead of providing a circular opening in the conductive layer, a plano-concave cylindrical lens can be formed as the infrared transmitting member 34.

このような赤外線透過部材34は、リッド33の開口部33aを封止するように、ろう材、半田、気密封止可能な樹脂や低融点ガラスなどにより気密接合することができる。たとえば、赤外線透過部材34として、赤外線が透過可能なSiを用いた凸レンズ形状の半導体レンズをリッド33の開口部33aの周縁に合わせて低融点ガラスを介して気密接合する場合、鉛フリーのビスマス系低融点ガラスのフリットをリング状にプリフォームした成形品を好適に用いることができる。   Such an infrared transmitting member 34 can be hermetically joined with a brazing material, solder, a hermetically sealable resin, low melting point glass, or the like so as to seal the opening 33a of the lid 33. For example, in the case where a semiconductor lens having a convex lens shape using Si capable of transmitting infrared rays is hermetically bonded to the periphery of the opening 33a of the lid 33 as the infrared transmitting member 34 through low-melting glass, a lead-free bismuth system is used. A molded product obtained by preforming a low-melting glass frit into a ring shape can be suitably used.

次に、本実施形態の金属層7を有する赤外線アレイセンサ10をパッケージ31の前記凹部の内底面31aに実装させた赤外線センサ装置30の製造工程を図1に基づいて順に説明する。   Next, the manufacturing process of the infrared sensor device 30 in which the infrared array sensor 10 having the metal layer 7 of the present embodiment is mounted on the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31 will be described in order based on FIG.

本実施形態では、赤外線センサ装置30のパッケージ31として、凹部を有するアルミナセラミック材料からなるパッケージ31を用いている。パッケージ31の前記凹部の内底面31a側には、赤外線アレイセンサ10の金属層7と接合するため、少なくとも表面がAuからなる金属パターン32を設けてある。また、信号処理用チップ37と金属バンプ36,36を用いてフリップチップ実装させるために、パッケージ31の前記凹部の内底面31a側には、金属パターン38,38を形成させている。金属パターン38には、パッケージ31の厚み方向に貫設させた前記貫通電極を介してパッケージ31の裏面に設けられた外部電極35,35と電気的に接続させてある(図1(a))。   In the present embodiment, a package 31 made of an alumina ceramic material having a recess is used as the package 31 of the infrared sensor device 30. A metal pattern 32 having at least a surface made of Au is provided on the inner bottom surface 31 a side of the concave portion of the package 31 so as to be bonded to the metal layer 7 of the infrared array sensor 10. Further, in order to perform flip chip mounting using the signal processing chip 37 and the metal bumps 36 and 36, metal patterns 38 and 38 are formed on the inner bottom surface 31 a side of the recess of the package 31. The metal pattern 38 is electrically connected to external electrodes 35 and 35 provided on the back surface of the package 31 through the through-electrodes penetrating in the thickness direction of the package 31 (FIG. 1A). .

次に、熱型赤外線検出部25を4個持った赤外線アレイセンサ10を、前記凹部を有するパッケージ31の内底面31a側に実装させる赤外線センサ素子実装工程を行う。具体的には、内部をアルゴンガス雰囲気とした真空チャンバ内で、赤外線アレイセンサ10の金属層7を、パッケージ31に設けられた金属パターン32(たとえば、Au膜)上に位置合わせして直接接触して配置させる。赤外線アレイセンサ10をパッケージ31の前記凹部の内底面31a側に押圧しながら300℃〜400℃で加熱する。これにより、赤外線アレイセンサ10の金属層7をパッケージ31に設けられた金属パターン32とAuAu拡散接合を行うことで直接接合し実装する。赤外線アレイセンサ10の金属層7と、パッケージ31の金属パターン32とは、電気的にも接続することになる(図1(b))。   Next, an infrared sensor element mounting step is performed in which the infrared array sensor 10 having four thermal infrared detection units 25 is mounted on the inner bottom surface 31a side of the package 31 having the concave portion. Specifically, the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 is aligned on a metal pattern 32 (for example, an Au film) provided on the package 31 and directly contacted in a vacuum chamber having an argon gas atmosphere inside. And place it. The infrared array sensor 10 is heated at 300 ° C. to 400 ° C. while pressing the infrared array sensor 10 toward the inner bottom surface 31 a side of the recess of the package 31. Thus, the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 is directly bonded and mounted to the metal pattern 32 provided on the package 31 by performing AuAu diffusion bonding. The metal layer 7 of the infrared array sensor 10 and the metal pattern 32 of the package 31 are also electrically connected (FIG. 1B).

なお、拡散接合とは、母材を密着させて母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧し接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法である。そのため、半田や樹脂等の接着剤による実装と異なり、固体のまま直接接合することができる。これにより、パッケージ31の前記凹部の内底面31aに対する赤外線アレイセンサ10の垂直方向の位置関係が接合前後で変化することが実質的にない。そのため、高精度に赤外線アレイセンサ10をパッケージ31の前記凹部の内底面31a側に実装することができる。したがって、拡散接合において、接合する材料等に応じ常温(たとえば、25℃)で接合させてもよいし、加熱しながら接合させてもよい。常温で拡散接合させる場合、たとえば、接合前に接合面へアルゴンのプラズマ、イオンビームや原子ビームを真空中で照射して、各接合面の活性化を行ってから、接合面同士を接触させて接合させればよい。このような常温での拡散接合は、赤外線アレイセンサ10とパッケージ31の直接接合時に応力を緩和させる点でより好ましい。   Diffusion bonding is a method in which the base material is brought into close contact with the base material at a temperature equal to or lower than the melting point of the base material, and pressure is applied to the extent that plastic deformation does not occur as much as possible. . Therefore, unlike mounting using an adhesive such as solder or resin, it can be directly joined as it is solid. As a result, the vertical positional relationship of the infrared array sensor 10 with respect to the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31 does not substantially change before and after joining. Therefore, the infrared array sensor 10 can be mounted on the inner bottom surface 31a side of the recess of the package 31 with high accuracy. Accordingly, in diffusion bonding, bonding may be performed at normal temperature (for example, 25 ° C.) according to the material to be bonded, or may be bonded while heating. When diffusion bonding is performed at room temperature, for example, before bonding, the bonding surfaces are irradiated with argon plasma, an ion beam or an atomic beam in a vacuum to activate each bonding surface, and then the bonding surfaces are brought into contact with each other. What is necessary is just to join. Such diffusion bonding at room temperature is more preferable in that stress is relaxed when the infrared array sensor 10 and the package 31 are directly bonded.

なお、パッケージ31の前記凹部の内側は、赤外線アレイセンサ10とパッケージ31との接合強度を向上させるために、拡散接合に先立って表面洗浄する活性化工程を設けることがより好ましい。また、赤外線アレイセンサ10をパッケージ31の前記凹部の内底面31aにおける平面方向において、高精度に位置合わせしたい場合は、予め赤外線アレイセンサ10とパッケージ31とにそれぞれアライメントマークを形成しておき、赤外線アレイセンサ10とパッケージ31とをアライメントマークに沿って実装し、接合することにより平面方向においても高精度に実装配置させることができる。   In addition, in order to improve the joint strength between the infrared array sensor 10 and the package 31, it is more preferable to provide an activation process for cleaning the surface of the inside of the recess of the package 31 prior to diffusion bonding. When it is desired to align the infrared array sensor 10 with high accuracy in the planar direction of the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31, an alignment mark is previously formed on the infrared array sensor 10 and the package 31, respectively. By mounting and joining the array sensor 10 and the package 31 along the alignment mark, the array sensor 10 and the package 31 can be mounted and arranged with high accuracy even in the planar direction.

次に、信号処理用チップ37の電極(図示していない)と、パッケージ31に設けられた金属パターン38,38と、を金属バンプ36,36を用いて接続固定させる。   Next, the electrodes (not shown) of the signal processing chip 37 and the metal patterns 38 and 38 provided on the package 31 are connected and fixed using metal bumps 36 and 36.

本実施形態では、パッケージ31の前記凹部の内部は、赤外線アレイセンサ10の金属層7をパッケージ31の前記凹部の内底面31aに設けられた金属パターン32と拡散接合させた後、アッシング処理して有機物を除去してある。なお、信号処理用チップ37は、赤外線アレイセンサ10やパッケージ31と同時に不要な有機物を除去してもよいし、別途有機物を除去してもよい。アッシング処理は、パッケージ31内に配置された赤外線アレイセンサ10や信号処理用チップ37などの大きさ、数、使用材料によって随時適用することができるが、たとえば、光励起アッシングとしてオゾンアッシング装置やプラズマアッシング装置を利用することができる。   In this embodiment, the inside of the recess of the package 31 is subjected to ashing after diffusion-bonding the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 to the metal pattern 32 provided on the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31. Organic matter has been removed. The signal processing chip 37 may remove unnecessary organic substances simultaneously with the infrared array sensor 10 and the package 31, or may separately remove organic substances. The ashing process can be applied as needed depending on the size, number, and materials used of the infrared array sensor 10 and the signal processing chip 37 arranged in the package 31. For example, as the photo-excited ashing, an ozone ashing apparatus or a plasma ashing process can be used. The device can be used.

続いて、アッシング処理されたパッケージ31の前記凹部の内部を気密封止するようにレンズ形状の赤外線透過部材34を備えたリッド33をシーム溶接する。具体的には、予めリッド33と赤外線透過部材34とを気密接合するために、リッド33の開口部33aの端部に低融点ガラスのプリフォーム成形品を介して開口部33aを塞ぐように赤外線透過部材34を重ね合わせる。低融点ガラスの前記プリフォーム成形品内の不要なバインダを除去した後、リッド33の酸化防止のため真空雰囲気またはNガス雰囲気など不活性雰囲気下で低融点ガラスの焼成温度まで加熱することでリッド33と赤外線透過部材34とを低融点ガラスによって気密接合する。 Subsequently, the lid 33 having the lens-shaped infrared transmitting member 34 is seam-welded so as to hermetically seal the inside of the concave portion of the ashed package 31. Specifically, in order to hermetically join the lid 33 and the infrared transmitting member 34 in advance, the infrared rays are formed so that the opening 33a is closed at the end of the opening 33a of the lid 33 via a preform molded product of low melting point glass. The transmissive member 34 is overlapped. After removing the unnecessary binder in the preform molded product of the low melting point glass, the lid 33 is heated to the firing temperature of the low melting point glass in an inert atmosphere such as a vacuum atmosphere or an N 2 gas atmosphere to prevent oxidation of the lid 33. The lid 33 and the infrared transmitting member 34 are hermetically joined by low melting point glass.

続いて、赤外線アレイセンサ10などが実装されたパッケージ31の前記凹部を覆うように、シームリングを介して、リッド33を真空雰囲気でシーム溶接し気密封止する。この気密封止工程により赤外線センサ装置30を形成することができる(図1(c))。   Subsequently, the lid 33 is seam welded in a vacuum atmosphere through a seam ring so as to cover the concave portion of the package 31 on which the infrared array sensor 10 or the like is mounted, and hermetically sealed. The infrared sensor device 30 can be formed by this hermetic sealing process (FIG. 1C).

なお、赤外線透過部材34とリッド33とは、予めアッシング処理して有機物を除去してある。また、赤外線透過部材34を備えたリッド33とパッケージ31とをシーム溶接により気密封止する代わりに、赤外線透過部材34を備えたリッド33とパッケージ31は、低融点ガラス、AuSi、半田や有機系ならばエポキシ樹脂などを利用して封止してもよい。   The infrared transmitting member 34 and the lid 33 are previously ashed to remove organic substances. Further, instead of hermetically sealing the lid 33 having the infrared transmitting member 34 and the package 31 by seam welding, the lid 33 and the package 31 having the infrared transmitting member 34 are made of low melting point glass, AuSi, solder, or organic type. Then, sealing may be performed using an epoxy resin or the like.

本実施形態の赤外線センサ装置30は、赤外線アレイセンサ10をパッケージ31へ実装するために、赤外線アレイセンサ10の形成時に設けられた赤外線アレイセンサ10の金属層7と、パッケージ31の前記凹部の内底面31に設けられた金属パターン32の拡散接合を用いている。そのため、レンズ形状の赤外線透過部材34における赤外線アレイセンサ10との焦点距離は、赤外線アレイセンサ10を、パッケージ31に位置合わせを行い半田やダイボンド樹脂などで実装させた赤外線センサ装置と比較して、パッケージ31の前記凹部の内底面31aに対する赤外線アレイセンサ31の垂直方向の位置が実装前後で変化することが少ない。従って、より性能が高い赤外線センサ装置30を量産性よく製造可能となる。
(実施形態2)
本実施形態の赤外線センサ装置30における基本構成は実施形態1と略同一であり、赤外線アレイセンサ10の金属層7とパッケージ31の凹部の内底面31a側に設けられた金属パターン32とを拡散接合させる代わりに、赤外線アレイセンサ10の金属層7とパッケージ31の凹部の内底面31aとを陽極接合により直接接合する点が異なる。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適宜省略する。
In order to mount the infrared array sensor 10 on the package 31, the infrared sensor device 30 of the present embodiment includes the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 provided at the time of forming the infrared array sensor 10 and the recesses of the package 31. The diffusion bonding of the metal pattern 32 provided on the bottom surface 31 is used. Therefore, the focal length of the lens-shaped infrared transmitting member 34 with respect to the infrared array sensor 10 is compared with an infrared sensor device in which the infrared array sensor 10 is aligned with the package 31 and mounted with solder or die bond resin. The position of the infrared array sensor 31 in the vertical direction with respect to the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31 rarely changes before and after mounting. Therefore, the infrared sensor device 30 with higher performance can be manufactured with high productivity.
(Embodiment 2)
The basic configuration of the infrared sensor device 30 of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 and the metal pattern 32 provided on the inner bottom surface 31a side of the recess of the package 31 are diffusion bonded. Instead, the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 and the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31 are directly bonded by anodic bonding. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の赤外線センサ装置は、図4に示すように、赤外線アレイセンサ10が実装されるパッケージ31を陽極接合ができるように、パッケージ31を高温・高電圧下で可動イオンとなるアルカリ金属を有するガラス成分を含む低温同時焼成セラミックス(Low Temperature Co-firedCeramics;以下、LTTCという。)により形成させている。   As shown in FIG. 4, the infrared sensor device of the present embodiment includes an alkali metal that becomes movable ions at high temperature and high voltage so that the package 31 on which the infrared array sensor 10 is mounted can be anodically bonded. It is formed of low temperature co-fired ceramics (hereinafter referred to as “LTTC”) containing glass components.

アルミナを主成分としたセラミックパッケージは、通常、1500℃程度で焼成する必要があるのに対し、LTCCは、アルミナにガラス系材質を加えることで、たとえば900℃以下のより低い温度で焼成することができる。このようなLTCCの材料として、具体的には、アルミノケイ酸塩系(NaO−Al−Ba−SiO系)のガラス組成物を用いることができる。 Ceramic packages based on alumina usually need to be fired at about 1500 ° C, whereas LTCC is fired at a lower temperature, for example 900 ° C or less, by adding a glass-based material to alumina. Can do. Specifically, an aluminosilicate-based (Na 2 O—Al 2 O 3 —Ba 2 O 3 —SiO 2 -based) glass composition can be used as the LTCC material.

ここで、陽極接合とは、可動イオンを有するガラスと、金属材料と、を直接密着接合が可能な加工方法であり、たとえば、赤外線アレイセンサ10の金属層7とLTTCからなるパッケージ31とを重ね合わせ、数百度以下の温度で加熱して、 同時に金属層7側を陽極として両者の間に数百ボルトの直流電圧を印加する。このときに生ずる静電引力により、赤外線アレイセンサ10の金属層7をパッケージ31の前記凹部の内底面31aと直接接合することができる。   Here, anodic bonding is a processing method in which glass having movable ions and a metal material can be directly closely bonded. For example, the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 and the package 31 made of LTC are stacked. In combination, heating is performed at a temperature of several hundred degrees or less, and simultaneously, a DC voltage of several hundred volts is applied between the metal layer 7 side as an anode. Due to the electrostatic attractive force generated at this time, the metal layer 7 of the infrared array sensor 10 can be directly joined to the inner bottom surface 31 a of the recess of the package 31.

なお、本実施形態では、パッケージ31が絶縁性を有し、赤外線アレイセンサ10がパッケージ31の前記凹部の内底面31aに直接接合されている。そのため、赤外線アレイセンサ10と信号処理用チップ37とは、ワイヤ(たとえば、金線やアルミニウム線)39によりワイヤボンディングして電気的に接続している。同様に、信号処理用チップ37は、パッケージ31の前記凹部の内底面31aに設けた金属パターン38と、ワイヤ39によりワイヤボンディングし、金属パターン38から前記貫通電極を介して外部電極35,35と電気的に接続可能に構成してある。また、信号処理用チップ37は、接着剤(たとえば、エポキシ樹脂)36’でパッケージ31の前記凹部の内底面31aに実装している。   In the present embodiment, the package 31 has an insulating property, and the infrared array sensor 10 is directly bonded to the inner bottom surface 31 a of the recess of the package 31. Therefore, the infrared array sensor 10 and the signal processing chip 37 are electrically connected by wire bonding with a wire (for example, a gold wire or an aluminum wire) 39. Similarly, the signal processing chip 37 is wire-bonded with a metal pattern 38 provided on the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31 with a wire 39, and the external electrode 35, 35 is connected from the metal pattern 38 via the through electrode. It is configured to be electrically connectable. The signal processing chip 37 is mounted on the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31 with an adhesive (for example, epoxy resin) 36 '.

本実施形態の赤外線センサ装置30は、赤外線アレイセンサ10をパッケージ31の前記凹部の内底面31a側に赤外線アレイセンサ10の形成時に設けられた金属層7を用いて直接陽極接合している。そのため、レンズ形状の赤外線透過部材34における赤外線アレイセンサ10との焦点距離は、赤外線アレイセンサ10を、パッケージ31に位置合わせを行い半田やダイボンド樹脂などで実装させた赤外線センサ装置と比較して、パッケージ31の前記凹部の内底面31aに対する赤外線アレイセンサ31の垂直方向の位置が実装前後で変化することが少ない。そのため、より性能が高い赤外線センサ装置30を量産性よく製造可能となる。   In the infrared sensor device 30 of the present embodiment, the infrared array sensor 10 is directly anodically bonded to the inner bottom surface 31 a side of the recess of the package 31 using the metal layer 7 provided when the infrared array sensor 10 is formed. Therefore, the focal length of the lens-shaped infrared transmitting member 34 with respect to the infrared array sensor 10 is compared with an infrared sensor device in which the infrared array sensor 10 is aligned with the package 31 and mounted with solder or die bond resin. The position of the infrared array sensor 31 in the vertical direction with respect to the inner bottom surface 31a of the recess of the package 31 rarely changes before and after mounting. Therefore, the infrared sensor device 30 with higher performance can be manufactured with high productivity.

1 シリコン基板(基板)
2 赤外線センサ薄膜
3 シリコンウエハ(ウエハ)
5 空洞
7 金属層
10 赤外線アレイセンサ(赤外線センサ素子)
30 赤外線センサ装置
31 パッケージ(基体)
32 金属パターン
33 リッド(カバー)
34 赤外線透過部材
1 Silicon substrate (substrate)
2 Infrared sensor thin film 3 Silicon wafer (wafer)
5 Cavity 7 Metal layer 10 Infrared array sensor (infrared sensor element)
30 Infrared sensor device 31 Package (base)
32 metal pattern 33 lid (cover)
34 Infrared transmitting member

Claims (4)

基板の一表面側に形成された赤外線センサ薄膜と、前記基板の他表面側に形成され前記赤外線センサ薄膜の一部を前記基板と空間的に分離する空洞と、を備えた赤外線センサ素子と、該赤外線センサ素子が実装された基体と、前記赤外線センサ素子に赤外線を入射させるレンズ形状の赤外線透過部材を備え前記基体に実装された前記赤外線センサ素子を囲って前記基体に気密的に封止するカバーと、を有する赤外線センサ装置の製造方法であって、
前記基板の基礎となるウエハにおける一表面側に前記赤外線センサ薄膜を形成させた後、前記ウエハの他表面側に少なくとも前記空洞を形成するための空洞形成領域を除いて金属層を形成し、前記ウエハの前記他表面側から前記金属層をマスクとして前記空洞形成領域をエッチングして前記赤外線センサ素子を形成する赤外線センサ素子形成工程と、
前記赤外線センサ素子の前記金属層と、前記基体と、を接触させて直接接合することで前記赤外線センサ素子を前記基体に実装する赤外線センサ素子実装工程と、
前記カバーによって、前記基体に実装された前記赤外線センサ素子を囲って前記基体に気密的に封止する気密封止工程と、を有することを特徴とする赤外線センサ装置の製造方法。
An infrared sensor element comprising: an infrared sensor thin film formed on one surface side of the substrate; and a cavity formed on the other surface side of the substrate and spatially separating a part of the infrared sensor thin film from the substrate; A base body on which the infrared sensor element is mounted and a lens-shaped infrared transmitting member that allows infrared light to enter the infrared sensor element are enclosed and hermetically sealed around the infrared sensor element mounted on the base body. A method of manufacturing an infrared sensor device having a cover,
After the infrared sensor thin film is formed on one surface side of the wafer serving as the base of the substrate, a metal layer is formed except at least a cavity forming region for forming the cavity on the other surface side of the wafer, An infrared sensor element forming step of forming the infrared sensor element by etching the cavity forming region from the other surface side of the wafer using the metal layer as a mask;
An infrared sensor element mounting step of mounting the infrared sensor element on the base by directly contacting and joining the metal layer of the infrared sensor element and the base;
A method of manufacturing an infrared sensor device, comprising: a hermetically sealing step of surrounding the infrared sensor element mounted on the substrate by the cover and hermetically sealing the substrate.
前記赤外線センサ素子実装工程では、前記赤外線センサ素子の前記金属層と、前記基体に形成された金属パターンと、を拡散接合により直接接合することを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ装置の製造方法。   2. The infrared sensor device according to claim 1, wherein in the infrared sensor element mounting step, the metal layer of the infrared sensor element and the metal pattern formed on the base are directly bonded by diffusion bonding. Production method. 前記赤外線センサ素子形成工程では、前記基板の基礎となるウエハの厚み方向に前記赤外線センサ薄膜からの出力を取り出すことができる貫通配線を貫設した後、前記金属層を形成することによって前記金属層と前記貫通配線とを電気的に接続し、前記赤外線センサ素子実装工程では、前記金属層と前記金属パターンを拡散接合することによって前記金属層と前記金属パターンとを電気的に接続することを特徴とする請求項2に記載の赤外線センサ装置の製造方法。   In the infrared sensor element forming step, the metal layer is formed by forming the metal layer after penetrating a through-wiring through which the output from the infrared sensor thin film can be taken out in the thickness direction of the wafer serving as the base of the substrate. And the through wiring, and in the infrared sensor element mounting step, the metal layer and the metal pattern are electrically connected by diffusion bonding the metal layer and the metal pattern. The manufacturing method of the infrared sensor apparatus of Claim 2. 前記赤外線センサ素子実装工程では、前記赤外線センサ素子の前記金属層と、前記基体と、を陽極接合により直接接合することを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ装置の製造方法。
2. The method of manufacturing an infrared sensor device according to claim 1, wherein in the infrared sensor element mounting step, the metal layer of the infrared sensor element and the base are directly bonded by anodic bonding.
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