JP2011027643A - Infrared sensor - Google Patents
Infrared sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011027643A JP2011027643A JP2009175859A JP2009175859A JP2011027643A JP 2011027643 A JP2011027643 A JP 2011027643A JP 2009175859 A JP2009175859 A JP 2009175859A JP 2009175859 A JP2009175859 A JP 2009175859A JP 2011027643 A JP2011027643 A JP 2011027643A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- infrared
- package
- transmitting member
- infrared transmitting
- detection element
- 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.)
- Ceased
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
本発明は、赤外線センサに関するものである。 The present invention relates to an infrared sensor.
従来から、図8に示すように、赤外線を検出する熱型の赤外線検出素子1’と、当該赤外線検出素子1’を収納するパッケージ2’と、赤外線透過材料であるZnSにより形成されパッケージ2’の開口部2a’の前方に配置された第1のレンズ31と、赤外線透過材料であるSiにより形成されパッケージ2’の開口部2a’を閉塞する形でパッケージ2’に固着された第2のレンズ32とを備え、第1のレンズ31と第2のレンズ32とで赤外線検出素子1’に赤外線を集光する光学系を構成してなる赤外線センサが提案されている(特許文献1参照)。なお、この赤外線センサでは、光学系を第1のレンズ31と第2のレンズ32とで構成してあるので、光学系の収差を小さくすることができる。
Conventionally, as shown in FIG. 8, a thermal infrared detecting
ここにおいて、図8に示した構成の赤外線センサでは、第1のレンズ31の前面および後面それぞれに赤外線反射防止膜が積層され、第2のレンズ32の前面に赤外線反射防止膜が積層されるとともに、第2のレンズ32の後面に波長が8μm未満の赤外線を遮断する赤外線光学フィルタ膜(波長選択性フィルタ膜)が積層されている。
Here, in the infrared sensor having the configuration shown in FIG. 8, an infrared antireflection film is laminated on each of the front and rear surfaces of the
なお、上記特許文献1に開示された赤外線センサでは、第2のレンズ32の赤外線透過材料としてSiを採用することで、ZnSeやGaAsなどを採用する場合に比べて、環境負荷を少なくすることができるとともに低コスト化が可能となり、Geを採用する場合に比べて低コスト化が可能となる。
In the infrared sensor disclosed in
ところで、上記特許文献1には、図8に示した構成の赤外線センサの高感度化を図る一手段として、パッケージ2’と第2のレンズ32とで囲まれる空間を真空雰囲気とすることが記載されている。ここにおいて、図8に示した構成の赤外線センサでは、気密性および所望の真空度を確保するために、第2のレンズ32をパッケージ2’に対して低融点ガラスにより固着する必要があるが、第2のレンズ32をパッケージ2’に対して固着する際に、400〜600℃程度の高温になり、第2のレンズ32に形成されている赤外線反射防止膜および赤外線光学フィルタ膜の剥れが発生してしまうことがあった。また、図8に示した構成の赤外線センサでは、低融点ガラスが鉛を含んでいるものと考えられ、環境負荷の点から好ましくなかった。
By the way, 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、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜や赤外線光学フィルタ膜の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能な赤外線センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its purpose is to reduce environmental impact and to suppress the peeling of the infrared antireflection film and the infrared optical filter film and to increase the sensitivity and the cost. It is to provide a possible infrared sensor.
請求項1の発明は、熱型の赤外線受光素子と、無機材料により形成され赤外線検出素子を収納するパッケージであり赤外線検出素子の前方に開口部が形成されたパッケージと、第1の赤外線透過材料により形成されパッケージの内側から開口部を閉塞する形でパッケージに固着された第1の赤外線透過部材と、第2の赤外線透過材料により形成されパッケージの外側から開口部を閉塞する形でパッケージに固着された第2の赤外線透過部材とを備え、パッケージと第1の赤外線透過部材とで囲まれた空間を真空雰囲気としてある赤外線センサであって、パッケージが、赤外線検出素子が実装される実装部材と、前記開口部を有し実装部材との間に赤外線検出素子を囲む形で実装部材に接合されるカバー部材とで構成されてなり、第1の赤外線透過材料がZnSであり、第1の赤外線透過部材が、鉛フリーのガラスフリットによりカバー部材に固着されてなり、第2の赤外線透過材料がSiであり、第2の赤外線透過部材に、赤外線光学フィルタ膜と赤外線反射防止膜との少なくとも一方が積層されてなり、当該第2の赤外線透過部材が、鉛フリーの導電性接着剤もしくは樹脂系接着剤によりカバー部材に固着されてなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、ZnSにより形成された第1の赤外線透過部材が、パッケージに対して、パッケージの内側から開口部を閉塞する形で鉛フリーのガラスフリットにより固着され、パッケージと第1の赤外線透過部材とで囲まれた空間が、真空雰囲気となっており、Siにより形成され赤外線光学フィルタ膜と赤外線反射防止膜との少なくとも一方が積層された第2の赤外線透過部材が、ガラスフリットに比べて低温での使用が可能な鉛フリーの導電性接着剤もしくは樹脂系接着剤により、パッケージに対して固着されているので、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜や赤外線光学フィルタ膜の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。 According to the present invention, the first infrared transmitting member formed of ZnS is fixed to the package with the lead-free glass frit so as to close the opening from the inside of the package, and the package and the first infrared transmitting member are fixed. The space surrounded by the transmissive member is a vacuum atmosphere, and the second infrared transmissive member formed of Si and laminated with at least one of the infrared optical filter film and the infrared antireflection film is compared with the glass frit. Since it is fixed to the package with a lead-free conductive adhesive or resin adhesive that can be used at low temperatures, it has a low environmental impact, and the infrared antireflection film and infrared optical filter film can be peeled off. This can be suppressed, and high sensitivity and low cost can be achieved.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記第1の赤外線透過部材と前記第2の赤外線透過部材との少なくとも一方が、前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, at least one of the first infrared transmitting member and the second infrared transmitting member is formed in a lens shape for condensing infrared rays on the infrared detecting element. It is characterized by.
この発明によれば、前記第1の赤外線透過部材と前記第2の赤外線透過部材との少なくとも一方が、前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成されていることにより、前記第1の赤外線透過部材と前記第2の赤外線透過部材との両方が平板状に形成されている場合に比べて、高感度化を図れる。 According to the present invention, at least one of the first infrared transmitting member and the second infrared transmitting member is formed in a lens shape that collects infrared rays on the infrared detection element, whereby the first As compared with the case where both the infrared transmissive member and the second infrared transmissive member are formed in a flat plate shape, higher sensitivity can be achieved.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記第2の赤外線透過部材は、シリコン基板を用いて前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成されたものであり、前記レンズ形状に応じてシリコン基板との接触パターンを設計した陽極をシリコン基板の一表面側にシリコン基板との接触がオーミック接触となるように形成した後にシリコン基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中でシリコン基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成されてなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the second infrared transmitting member is formed in a lens shape that collects infrared rays to the infrared detecting element using a silicon substrate, and the lens A solution that etches and removes oxides of constituent elements of a silicon substrate after an anode having a contact pattern with a silicon substrate designed according to the shape is formed on one surface side of the silicon substrate so that the contact with the silicon substrate is ohmic contact It is characterized by being formed by removing the porous portion after forming a porous portion to be a removal site by anodizing the other surface side of the silicon substrate in the electrolyte solution.
この発明によれば、前記第2の赤外線透過部材を、前記赤外線検出素子へ赤外線を集光するレンズ形状に形成することで高感度化を図れ、当該レンズ形状の前記第2の赤外線透過部材が、前記レンズ形状に応じてシリコン基板との接触パターンを設計した陽極をシリコン基板の一表面側にシリコン基板との接触がオーミック接触となるように形成した後にシリコン基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中でシリコン基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成されているので、精密研磨装置を用いて形成されている場合に比べて、前記第2の赤外線透過部材の低コスト化を図れる。 According to this invention, high sensitivity can be achieved by forming the second infrared transmitting member in a lens shape for condensing infrared rays on the infrared detecting element, and the second infrared transmitting member having the lens shape is provided. Etching the oxide of the constituent elements of the silicon substrate after forming an anode with a contact pattern designed with the silicon substrate according to the lens shape so that the contact with the silicon substrate is ohmic contact on one surface side of the silicon substrate Precise polishing because it is formed by removing the porous part after forming the porous part as the removal site by anodizing the other surface side of the silicon substrate in the electrolytic solution consisting of the solution to be removed The cost of the second infrared transmitting member can be reduced as compared with the case where it is formed using an apparatus.
請求項1の発明は、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜や赤外線光学フィルタ膜の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になるという効果がある。
The invention of
(実施形態1)
本実施形態の赤外線センサは、熱型の赤外線受光素子1と、無機材料により形成され赤外線検出素子1を収納するパッケージ2であり赤外線検出素子1の受光面の前方に開口部2aが形成されたパッケージ2と、第1の赤外線透過材料により形成されパッケージ2の内側から開口部2aを閉塞する形でパッケージ2に固着された第1の赤外線透過部材41と、第2の赤外線透過材料により形成されパッケージ2の外側から開口部2aを閉塞する形でパッケージ2に固着された第2の赤外線透過部材42とを備え、パッケージ2と第1の赤外線透過部材41とで囲まれた空間を真空雰囲気としてある。
(Embodiment 1)
The infrared sensor of the present embodiment is a thermal
また、本実施形態の赤外線センサでは、上述のパッケージ2に、赤外線検出素子1だけでなく、当該赤外線検出素子1の出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ICチップ5を収納してある。ここにおいて、赤外線検出素子1と信号処理ICチップ5とは横並びに並設されており、赤外線検出素子1と信号処理ICチップ5との互いに対応するパッド(図示せず)同士がボンディングワイヤ(図示せず)を介して各別に電気的に接続されている。
In the infrared sensor of the present embodiment, not only the
上述のパッケージ2は、一面が開口した矩形箱状に形成され内底面側に赤外線検出素子1および信号処理ICチップ5が実装された多層セラミック基板(セラミックパッケージ)からなるパッケージ本体21と、上述の開口部2aを有しパッケージ本体21の上記一面側に覆着されたメタルリッドよりなるパッケージ蓋22とで構成されており、パッケージ蓋22に上述の各赤外線透過部材41,42が固着されている。ここで、パッケージ蓋22の周部は、パッケージ本体21の上記一面上に形成された矩形枠状の金属パターン(図示せず)にシーム溶接により接合されている。なお、本実施形態では、パッケージ本体21が、赤外線検出素子1が実装される実装部材を構成し、パッケージ蓋22が、開口部2aを有し実装部材との間に赤外線検出素子1を囲む形で実装部材に接合されるカバー部材を構成している。
The above-described
また、赤外線検出素子1としては、サーモパイル型のセンシングエレメントを赤外線検出部として備えた赤外線検出素子を用いているが、これに限らず、ボロメータ型のセンシングエレメントを赤外線検出部として備えた赤外線検出素子や、焦電型のセンシングエレメントを赤外線検出部として備えた赤外線検出素子を用いてもよい。また、赤外線検出素子1としては、赤外線検出部を1つだけ備えたものを用いてもよいし、複数の赤外線検出部を備え当該複数の赤外線検出部が2次元アレイ状に配列されたものを用いてもよい。
Further, as the
赤外線検出素子1および信号処理ICチップ5とパッケージ本体21との接合方法は、鉛フリー半田や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いた接合法に限らず、例えば、常温接合法や、例えば、Au−Sn共晶もしくはAu−Si共晶を利用した接合法などを採用してもよい。ただし、常温接合法などの直接接合が可能な接合法の方が、導電性接着剤を用いた接合法に比べて、赤外線検出素子1と第1の赤外線透過部材41との距離精度を向上させる上では有利である。
The bonding method of the
ここにおいて、パッケージ本体21は、上記内底面側に、赤外線検出素子1および信号処理ICチップ5が電気的に接続される金属材料(例えば、Cuなど)からなる導体パターン(図示せず)が形成されており、当該各導体パターンそれぞれに電気的に接続された金属材料(例えば、Cuなど)からなる複数の外部接続用電極(図示せず)が、外底面と外側面とに跨って形成されている。なお、本実施形態では、パッケージ本体21に赤外線検出素子1と信号処理ICチップ5とが収納されているので、赤外線検出素子1が、上記ボンディングワイヤや信号処理ICチップ5などを介して上記導体パターンと電気的に接続されているが、パッケージ本体21に信号処理ICチップ5を収納しない場合には、赤外線検出素子1がボンディングワイヤを介して適宜の導体パターンと電気的に接続されるようにすればよい。
Here, the
また、パッケージ本体21は、金属材料(例えば、Cuなど)からなるシールド用導体パターン23が形成されており、赤外線検出素子1および信号処理ICチップ5は、パッケージ本体21のシールド用導体パターン23に適宜接続されている。ここにおいて、本実施形態の赤外線センサは、パッケージ本体21に、シールド用導体パターン23に電気的に接続された金属材料(例えば、Cuなど)からなるグランド用の外部接続用電極(図示せず)もパッケージ本体21の外底面と外側面とに跨って設けられており、当該グランド用の外部接続用電極を、赤外線センサを2次実装する回路基板などのグランドパターンと電気的に接続することで、赤外線検出素子1および信号処理ICチップ5への外来の電磁ノイズの影響を低減でき、外来の電磁ノイズに起因したS/N比の低下を防止することができる。なお、上述の説明から分かるように、パッケージ本体21は、無機材料(セラミックおよび上記各金属材料)により形成されている。
The
また、パッケージ蓋22は、コバールなどの金属材料により形成されており、真空封止するためにNiめっきが施されている。なお、パッケージ蓋22の金属材料は、コバールに限定するものではない。
The
また、第1の赤外線透過部材41は、赤外線検出素子1へ赤外線を集光する集光用の赤外線レンズであり、平凸型の非球面レンズのレンズ形状に形成されており、凸曲面が赤外線検出素子1側となる形でパッケージ蓋22に固着されている。ここにおいて、第1の赤外線透過部材41は、パッケージ2内を真空雰囲気とするための窓材を兼ねており、パッケージ蓋22に対して、鉛フリーのガラスフリットからなる接合部51により固着(封着)してある。さらに説明すれば、第1の赤外線透過部材41は、当該第1の赤外線透過部材41の周部をパッケージ蓋22の一表面(図1では下面)における開口部2aの周部に対して、接合部51により固着してある。ここにおいて、鉛フリーのガラスフリットとしては、例えば、400℃〜600℃程度で溶けるものを用いればよい。
The first infrared transmitting
また、第2の赤外線透過部材42は、パッケージ蓋22の開口部2aを閉塞するようにパッケージ蓋22の他表面(図1では上面)における開口部2aの周部に鉛フリーの導電性接着剤(例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど)からなる接合部52により固着されている。ここにおいて、接合部52の材料は鉛フリーの導電性接着剤に限らず、例えば、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂などの樹脂系接着剤でもよいが、いずれにしても上述のガラスフリットよりも低温での接合が可能なものを用いる。ただし、上述のように、接合部52の材料として導電性接着剤を採用することにより、第2の赤外線透過部材42が、接合部52およびパッケージ蓋22を介してパッケージ本体21のシールド用導体パターン23に電気的に接続されるので、電磁ノイズに対するシールド性を高めることができ、外来の電磁ノイズに起因したS/N比の低下を防止することができる。
The second infrared transmitting
ところで、本実施形態の赤外線センサは、検出対象の赤外線として人体から放射される10μm付近の波長帯(8μm〜13μm)の赤外線を想定しており、上述の各赤外線透過材料としては、下記表1のような物性定数を有するZnS、ZnSe、Si、Ge、GaAsなどが考えられるが、本実施形態では、第1の赤外線透過部材41の第1の赤外線透過材料として、波長10μmでの透過率が最も高いZnSを採用し、第2の赤外線透過部材42の第2の赤外線透過材料として、環境負荷が少なく且つ当該第2の赤外線透過部材42の低コスト化が可能であり、しかも、ZnSに比べて波長分散が小さなSiを採用している。
By the way, the infrared sensor of this embodiment assumes the infrared rays of the wavelength range (8 micrometers-13 micrometers) of 10 micrometer vicinity radiated | emitted from a human body as infrared rays of a detection target, As the above-mentioned each infrared transmissive material, following Table 1 ZnS, ZnSe, Si, Ge, GaAs, and the like having physical property constants as described above are conceivable. In the present embodiment, the first infrared transmitting material of the first infrared transmitting
上述の表1から分かるように、ZnSは、波長10μmの赤外線に対する透過率が80%近い値であり、Si、Ge、GaAsなどに比べて高いので、第1の赤外線透過部材41の赤外線透過材料としてZnSを採用することにより、第1の赤外線透過部材41に赤外線反射防止膜を設けなくてもよいという利点がある。その一方で、ZnSeはZnSに近い透過率を有する赤外線透過材料であるが、Seを含んでいるので、環境負荷の点から好ましくない。
As can be seen from Table 1 above, ZnS has a transmittance of about 80% for infrared rays having a wavelength of 10 μm, and is higher than Si, Ge, GaAs, etc., so that the infrared ray transmitting material of the first infrared
また、Siは、低コストの赤外線透過材料であるが、波長10μmの赤外線に対する透過率が43%程度なので、本実施形態の赤外線センサのように、第2の赤外線透過部材42の赤外線透過材料としてSiを採用する場合、第2の赤外線透過部材42の赤外線入射面側に赤外線反射防止膜44を積層するとともに、第2の赤外線透過部材42の赤外線出射面側に赤外線光学フィルタ膜43を積層することが好ましい。赤外線光学フィルタ膜43としては、8μm未満の赤外線を遮断するように光学設計してあるが、赤外線センサの用途(例えば、人体検知の用途、ガス検知の用途など)に応じた検出対象の赤外線の波長や波長域に応じて適宜の光学設計を行えばよい。ここで、赤外線反射防止膜44および赤外線光学フィルタ膜43は、例えば、屈折率の異なる複数種類の薄膜を交互に積層することにより形成すればよい。なお、本実施形態では、第2の赤外線透過部材42に赤外線反射防止膜44および赤外線光学フィルタ膜43を積層してあるが、赤外線反射防止膜44と赤外線光学フィルタ膜43との少なくも一方を積層してあればよい。また、上述の第2の赤外線透過部材42は、シリコンウェハを用いて形成すればよく、多数の第2の赤外線透過部材42の基礎となるシリコンウェハの一表面側に赤外線光学フィルタ膜43を形成するとともに他表面側に赤外線反射防止膜44を形成した後、個々の第2の赤外線透過部材42にダイシングすればよい。
Si is a low-cost infrared transmissive material, but has a transmittance of about 43% for infrared rays having a wavelength of 10 μm. Therefore, like the infrared sensor of this embodiment, Si is an infrared transmissive material for the second
以下、本実施形態の赤外線センサの製造方法について図2を参照しながら説明するが、図2では、図1の赤外線センサにおけるシールド用導体パターン23の図示を省略してある。
Hereinafter, the manufacturing method of the infrared sensor of the present embodiment will be described with reference to FIG. 2, but in FIG. 2, the shielding
まず、各別に形成された赤外線検出素子1および信号処理ICチップ5をパッケージ本体21の内底面側に実装する実装工程を行った後、第1の赤外線透過部材41が上述の鉛フリーのガラスフリットからなる接合部51により上記一表面側に固着されたパッケージ蓋22を真空中においてパッケージ本体21の上記一面側に重ねて、シーム溶接によりパッケージ蓋22の周部をパッケージ本体21に封着する。その後、パッケージ蓋22の上記他表面側に、第2の赤外線透過部材42を上述の鉛フリーの導電性接着剤(例えば、溶融温度が400℃未満の鉛フリー半田、銀ペーストなど)からなる接合部52により固着することによって、図1に示す構成の赤外線センサを得る。
First, after performing the mounting process of mounting the infrared detecting
以上説明した本実施形態の赤外線センサによれば、ZnSにより形成された第1の赤外線透過部材41が、パッケージ2に対して、パッケージ2の内側から開口部2aを閉塞する形で鉛フリーのガラスフリットにより固着され、パッケージ2と第1の赤外線透過部材41とで囲まれた空間が、真空雰囲気となっており、Siにより形成され赤外線光学フィルタ膜43と赤外線反射防止膜44との少なくとも一方が積層された第2の赤外線透過部材42が、ガラスフリットに比べて低温での使用が可能な鉛フリーの導電性接着剤もしくは樹脂系接着剤により、パッケージ2に対して固着されているので、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜44や赤外線光学フィルタ膜43の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。
According to the infrared sensor of the present embodiment described above, the lead-free glass in which the first infrared transmitting
また、本実施形態の赤外線センサでは、第1の赤外線透過部材41が、赤外線検出素子1の受光面へ赤外線を集光するレンズ形状に形成されているので、第1の赤外線透過部材41と第2の赤外線透過部材42との両方が平板状に形成されている場合に比べて、高感度化を図れる。
Moreover, in the infrared sensor of this embodiment, since the 1st
(実施形態2)
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態1と略同じであって、図3に示すように、ZnSにより形成された第1の赤外線透過部材41の形状が平板状であり、Siにより形成された第2の赤外線透過部材42の形状が平凸型の非球面レンズのレンズ形状である点が相違する。ここで、第2の赤外線透過部材42は、平面がパッケージ蓋22側となり、凸曲面がパッケージ蓋22側とは反対側となる形でパッケージ蓋22に固着されている。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(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 FIG. 3, the first infrared transmitting
上述のレンズ形状の第2の赤外線透過部材42は、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法(例えば、特許第3897055号公報、特許第3897056号公報など)などを利用して形成している。
The above-described lens-shaped second infrared transmitting
以下、第2の赤外線透過部材42の製造方法について図4および図5を参照しながら説明するが、具体的には、導電形がp形のシリコンウェハからなる半導体ウェハ40の一部を陽極酸化工程において多孔質化することにより形成した多孔質シリコンからなる多孔質部48(図4(d)参照)を除去してシリコンレンズからなる半導体レンズを第2の赤外線透過部材42として製造する製造方法を説明する。なお、本実施形態では、半導体ウェハ40の抵抗率を80Ωcmに設定してあるが、この数値は特に限定するものではない。ただし、半導体ウェハ40の抵抗率は、好ましくは0.1〜1000Ωcm、より好ましくは数Ωcm〜数100Ωcmである。
Hereinafter, a method for manufacturing the second infrared transmitting
まず、図4(a)に示すシリコンウェハからなる半導体ウェハ40を洗浄する洗浄工程、半導体ウェハ40の一表面(図4(a)における下面)にマークを設けるマーキング工程を行ってから、半導体ウェハ40の上記一表面側に陽極酸化工程で利用する陽極46(図4(c)参照)の基礎となる所定膜厚(例えば、1μm)の導電性膜(例えば、Al膜、Al−Si膜など)からなる導電性層45を形成する導電性層形成工程を行うことによって、図4(b)に示す構造を得る。ここにおいて、導電性層形成工程では、例えばスパッタ法によって半導体ウェハ40の上記一表面上に導電性層45を成膜した後、N2ガスおよびH2ガス雰囲気中で導電性層45のシンタ(熱処理)を行うことで、導電性層45と半導体ウェハ40とのオーミック接触を得ている。なお、導電性層45の成膜方法はスパッタ法に限らず、例えば蒸着法などの他の周知の薄膜形成方法を採用してもよい。
First, a cleaning process for cleaning the
導電性層形成工程の後、導電性層45に円形状の開孔部47を設けるように導電性層45をパターニングするパターニング工程を行うことによって、図4(c)に示す構造を得る。ここにおいて、パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を利用して半導体ウェハ40の上記一表面側に開孔部47に対応する部位が開孔されたレジスト層(図示せず)を形成した後、レジスト層をマスクとして導電性層45の不要部分を例えばウェットエッチング技術あるいはドライエッチング技術によってエッチング除去して開孔部47を設けることにより導電性層45の残りの部分からなる陽極46を形成し、その後、上記レジスト層を除去する。なお、導電性層45がAl膜やAl−Si膜であれば、導電性層45の不要部分をウェットエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば燐酸系エッチャントを用いればよく、導電性層45の不要部分をドライエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば反応性イオンエッチング装置などを用いればよい。また、本実施形態では、上述の導電性層形成工程とパターニング工程とで、所望のレンズ形状に応じて半導体ウェハ40との接触パターンを設計した陽極46を半導体ウェハ40の上記一表面側に形成する陽極形成工程を構成している。
After the conductive layer forming step, a patterning step for patterning the
上述のパターニング工程の後、陽極酸化用の電解液B(図5参照)中で半導体ウェハ40の他表面側(図4(a)の上面側)に対向配置される陰極125(図5参照)と陽極46との間に通電して半導体ウェハ40の上記他表面側に除去部位となる多孔質シリコンからなる多孔質部48を形成する陽極酸化工程(陽極酸化処理)を行うことによって、図4(d)に示す構造を得る。なお、本実施形態では、半導体ウェハ40として、導電形がp形のものを用いているので、陽極酸化工程において半導体ウェハ40の上記他表面側に光を照射する必要はないが、半導体ウェハ40として導電形がn形のものを用いる場合には光を照射する必要がある。また、電解液Bとしては、55wt%のフッ化水素水溶液とエタノールとを1:1で混合した混合溶液を用いているが、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体もエタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール(IPA)などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。
After the patterning process described above, the cathode 125 (see FIG. 5) disposed opposite to the other surface side (the upper surface side of FIG. 4A) of the
ところで、p形のシリコンウェハからなる半導体ウェハ40の一部を陽極酸化工程において多孔質化する際には、ホールをh+、電子をe−とすると、以下の反応が起こっていると考えられる。
Si+2HF+(2−n)h+→SiF2+2H++ne−
SiF2+2HF→SiF4+H2
SiF4+2HF→SiH2F6
すなわち、シリコンウェハからなる半導体ウェハ40の陽極酸化では、Fイオンの供給量とホールh+の供給量との兼ね合いで多孔質化あるいは電解研磨が起こることが知られており、Fイオンの供給量の方がホールの供給量よりも多い場合には多孔質化が起こり、ホールh+の供給量がFイオンの供給量よりも多い場合には電解研磨が起こる。したがって、本実施形態のように半導体ウェハ40としてp形のシリコンウェハを用いている場合には、陽極酸化による多孔質化の速度はホールh+の供給量で決まるから、半導体ウェハ40中を流れる電流の電流密度で多孔質化の速度が決まり、多孔質部48の厚みが決まることになる。本実施形態では、半導体ウェハ40中を図5の矢印で示すような経路で電流が流れるので、半導体ウェハ40の上記他表面側では、陽極46の厚み方向に沿った開孔部47の中心線から離れるほど電流密度が徐々に大きくなるような電流密度の面内分布を有することとなり、半導体ウェハ40の上記他表面側に形成される多孔質部48は、陽極46の開孔部47の上記中心線に近くなるほど徐々に薄くなっている。なお、上述の電流密度の面内分布は、陽極46と陰極125との間に通電しているときに陽極47と半導体ウェハ40との接触パターンなどにより決まる半導体ウェハ40内の電界強度の分布に応じて発生し、電界強度が強いほど電流密度が大きくなり、電界強度が弱いほど電流密度が小さくなる。
By the way, when a part of the
Si + 2HF + (2-n) h + → SiF 2 + 2H + + ne −
SiF 2 + 2HF → SiF 4 + H 2
SiF 4 + 2HF → SiH 2 F 6
That is, in the anodic oxidation of the
上述の陽極酸化工程の終了後、多孔質部48を除去する多孔質部除去工程を行うことによって、図4(e)に示す構造の第2の赤外線透過部材41を得る。ここにおいて、多孔質シリコンからなる多孔質部48を除去するエッチング液としてアルカリ系溶液(例えば、KOH、NaOH、TMAHなどの水溶液)やHF系溶液を用いれば、多孔質部48を除去する多孔質部除去工程において、Al膜やAl−Si膜により形成されている陽極46もエッチング除去することができる。
After the above-described anodic oxidation step is completed, the porous portion removing step for removing the
多孔質部除去工程の後は、半導体ウェハ40の上記一表面側に赤外線光学フィルタ膜43を積層するフィルタ膜形成工程を行うとともに半導体ウェハ40の上記他表面側に赤外線反射防止膜44を積層する反射防止膜形成工程を行ってから、個々の第2の赤外線透過部材42に分離するダイシング工程を行えばよい。
After the porous portion removing step, a filter film forming step of laminating the infrared
上述の第2の赤外線透過部材42の製造方法によれば、陽極形成工程にて形成する陽極46と半導体ウェハ40との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体ウェハ40に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部48の厚みの面内分布を制御することができて厚みが連続的に変化した多孔質部48を形成することが可能であり、当該多孔質部48を多孔質部除去工程にて除去することで所望のレンズ形状の第2の赤外線透過部材42が形成されるから、高価な精密研磨装置を用いることなく所望のレンズ形状(任意形状)の第2の赤外線透過部材42を低コストで製造することが可能となる。また、上述の第2の赤外線透過部材42の製造方法では、レンズ径が数mm程度のレンズ形状でも1回の陽極酸化工程と1回の多孔質部除去工程とで形成することができるという利点もある。
According to the method of manufacturing the second infrared transmitting
以上説明した本実施形態の赤外線センサによれば、実施形態1と同様、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜44や赤外線光学フィルタ膜43の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。また、本実施形態の赤外線センサでは、第2の赤外線透過部材42を、赤外線検出素子1の受光面へ赤外線を集光するレンズ形状に形成してあるので、高感度化を図れ、しかも、当該レンズ形状の第2の赤外線透過部材42が、レンズ形状に応じてシリコン基板である半導体ウェハ40との接触パターンを設計した陽極46を半導体ウェハ40の上記一表面側に半導体ウェハ40との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体ウェハ40の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液B中で半導体ウェハ40の上記他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部48を形成してから当該多孔質部48を除去することにより形成されているので、高価な精密研磨装置を用いて形成されている場合に比べて、第2の赤外線透過部材42の低コスト化を図れる。
According to the infrared sensor of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the environmental load is small, the peeling of the
また、本実施形態の赤外線センサでは、ZnSにより形成された第1の赤外線透過部材41の形状が平板状であり、Siにより形成された第2の赤外線透過部材42の形状が平凸型の非球面レンズのレンズ形状であるので、ZnSに比べて屈折率の大きいSiにより形成される第2の赤外線透過部材42をレンズ形状とすることで、第2の赤外線透過部材42を実施形態1の第1の赤外線透過部材41に比べて短焦点のレンズとして用いることが可能となり、結果的に、第2の赤外線透過部材42を実施形態1の赤外線透過部材41に比べて薄型化することができ、第2の赤外線透過部材42と第1の赤外線透過部材41とを合わせた厚みを実施形態1に比べて薄くできるので、実施形態1に比べて赤外線センサ全体の低背化を図れる。
In the infrared sensor of the present embodiment, the shape of the first infrared transmitting
(実施形態3)
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態1と略同じであって、図6に示すように、第2の赤外線透過部材42として、実施形態2と同様にレンズ形状に形成されたものを用いている点が相違する。なお、実施形態1,2と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(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. 6, the second infrared transmitting
しかして、本実施形態の赤外線センサによれば、実施形態1と同様、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜44や赤外線光学フィルタ膜43の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。また、本実施形態の赤外線センサでは、第1の赤外線透過部材41と第2の赤外線透過部材42とがそれぞれレンズ形状に形成されているので、第1の赤外線透過部材41と第2の赤外線透過部材42とで構成される光学系により、高解像度の光学系を実現することが可能となるとともに、より一層の高感度化を図れる。
Therefore, according to the infrared sensor of the present embodiment, as in the first embodiment, the environmental load is small, the peeling of the
(実施形態4)
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態1と略同じであって、図7に示すように、パッケージ2がキャンパッケージにより構成されている点が相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 4)
The basic configuration of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and is different in that the
本実施形態におけるパッケージ2は、赤外線検出素子1および信号処理ICチップ5が実装される円盤状の金属ベース(ステム)24と、後面が開放された有底円筒状に形成され赤外線検出素子1および信号処理ICチップ5を覆うように金属ベース24に封着される金属製のキャップ25とで構成されており、キャップ25において赤外線検出素子1の前方(図7の上方)に位置する前壁に開口部2aが形成されている。また、本実施形態では、実施形態1と同様に、パッケージ2と第1の赤外線透過部材41とで囲まれた空間を真空雰囲気としてある。なお、本実施形態では、金属ベース24が、赤外線検出素子1が実装される実装部材を構成し、キャップ25が、開口部2aを有し実装部材との間に赤外線検出素子1を囲む形で実装部材に接合されるカバー部材を構成している。
The
ここにおいて、キャップ25および金属ベース24は、コバールなどの金属材料により形成されており、キャップ25の表面にはNiのめっきが施され、金属ベース24におけるキャップ25との接合部位にはNiのめっきを施した後にAuのめっきが施されている。
Here, the
金属ベース24は、信号処理ICチップ5のパッド(図示せず)とボンディングワイヤ(図示せず)を介して電気的に接続される複数本の端子ピン26が挿通される複数の端子用孔(図示せず)が厚み方向に貫設されており、端子ピン26が上記端子用孔に挿通された形で封止部(図示せず)により封着されている。端子ピン26の材料としては、封着合金の一種であるコバールを採用しているが、他の封着合金や封着金属などを採用してもよい。なお、複数本の端子ピン26は、信号出力用の端子ピン25、給電用の端子ピン26、グランド用の端子ピン26などがあり。信号出力用の端子ピン25、給電用の端子ピン26を封着する封止部は、絶縁性を有する鉛フリーのガラスフリットにより形成されており、グランド用の端子ピン26を封着する封止部は、金属材料により形成されている。要するに、信号出力用の端子ピン26および給電用の端子ピン26は金属ベース24と電気的に絶縁されているのに対し、グランド用の端子ピン26は金属ベース24と同電位となっている。しかして、本実施形態の赤外線センサも、実施形態1と同様に、外来の電磁ノイズに対するシールド効果を高めることができ、S/N比の向上による高感度化を図れる。
The
本実施形態の赤外線センサの製造にあたっては、第1の赤外線透過部材41をキャップ25に対して、鉛フリーのガラスフリットからなる接合部51により固着した後で、真空中において、金属ベース24の周部に対して、キャップ25の後端縁から外方に延設された外鍔部25cを、抵抗溶接により接合することでキャップ25を封着し、その後、キャップ25に第2の赤外線透過部材42をキャップ25に対して、実施形態1と同様の鉛フリーの導電性接着剤や樹脂系接着剤からなる接合部52により固着するようにしている。
In manufacturing the infrared sensor of the present embodiment, the first infrared transmitting
しかして、本実施形態の赤外線センサによれば、実施形態1と同様、環境負荷が少なく、且つ、赤外線反射防止膜44や赤外線光学フィルタ膜43の剥れを抑制できるとともに高感度化および低コスト化が可能になる。なお、第1の赤外線透過部材41と第2の赤外線透過部材42との組み合わせは、実施形態1の組み合わせに限らず、実施形態2や実施形態3の組み合わせでもよい。
Therefore, according to the infrared sensor of the present embodiment, as in the first embodiment, the environmental load is small, the peeling of the
1 赤外線検出素子
2 パッケージ
2a 開口部
21 パッケージ本体(実装部材)
22 パッケージ蓋(カバー部材)
24 金属ベース(実装部材)
25 キャップ(カバー部材)
41 第1の赤外線透過部材
42 第2の赤外線透過部材
43 赤外線光学フィルタ膜
44 赤外線反射防止膜
51 接合部
52 接合部
1
22 Package lid (cover member)
24 Metal base (mounting member)
25 Cap (cover member)
41 First
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009175859A JP2011027643A (en) | 2009-07-28 | 2009-07-28 | Infrared sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009175859A JP2011027643A (en) | 2009-07-28 | 2009-07-28 | Infrared sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011027643A true JP2011027643A (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=43636553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009175859A Ceased JP2011027643A (en) | 2009-07-28 | 2009-07-28 | Infrared sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011027643A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014077485A1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-05-22 | 레이트론(주) | Optical sensor package using transparent housing |
JP2020513562A (en) * | 2016-12-13 | 2020-05-14 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Microbolometer focal plane array with integrated multi-spectral mosaic bandpass filter / focus lens array for simultaneous real-time anesthesia and respiratory gas concentration detection and measurement signal processing |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06194229A (en) * | 1992-10-27 | 1994-07-15 | Matsushita Electric Works Ltd | Infrared ray sensor |
JPH08313339A (en) * | 1995-05-23 | 1996-11-29 | Murata Mfg Co Ltd | Inrfared ray detector |
JP2006047343A (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Infrared lens |
JP2007225455A (en) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Matsushita Electric Works Ltd | Infrared detector |
JP2009135296A (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Nec Corp | Vacuum package and manufacturing method thereof |
-
2009
- 2009-07-28 JP JP2009175859A patent/JP2011027643A/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06194229A (en) * | 1992-10-27 | 1994-07-15 | Matsushita Electric Works Ltd | Infrared ray sensor |
JPH08313339A (en) * | 1995-05-23 | 1996-11-29 | Murata Mfg Co Ltd | Inrfared ray detector |
JP2006047343A (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Infrared lens |
JP2007225455A (en) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Matsushita Electric Works Ltd | Infrared detector |
JP2009135296A (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Nec Corp | Vacuum package and manufacturing method thereof |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014077485A1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-05-22 | 레이트론(주) | Optical sensor package using transparent housing |
JP2020513562A (en) * | 2016-12-13 | 2020-05-14 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Microbolometer focal plane array with integrated multi-spectral mosaic bandpass filter / focus lens array for simultaneous real-time anesthesia and respiratory gas concentration detection and measurement signal processing |
JP7048610B2 (en) | 2016-12-13 | 2022-04-05 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Microbolometer focal plane array with integrated multispectral mosaic bandpass filter / focal lens array for simultaneous real-time anesthesia and respiratory gas concentration detection as well as measurement signal processing |
JP7048610B6 (en) | 2016-12-13 | 2022-06-01 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Microbolometer focal plane array with integrated multispectral mosaic bandpass filter / focal lens array for simultaneous real-time anesthesia and respiratory gas concentration detection as well as measurement signal processing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5260859B2 (en) | Infrared detector | |
JP4158830B2 (en) | Method for manufacturing thermal infrared detector | |
JP5260858B2 (en) | Infrared detector manufacturing method | |
JP4944590B2 (en) | Method for manufacturing thermal infrared detector | |
JP5243806B2 (en) | Ultraviolet light emitting device | |
JP4950513B2 (en) | Manufacturing method of infrared device integrated apparatus | |
JP4270265B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor lens | |
WO2011129307A1 (en) | Method for manufacturing infrared sensor | |
JP2011220938A (en) | Infrared-ray sensor manufacturing method | |
JP6225564B2 (en) | Infrared sensor module | |
JP3918868B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor lens | |
JP3918869B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor lens | |
JP3918870B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor lens | |
JP2011027643A (en) | Infrared sensor | |
TW201407658A (en) | Infrared source | |
JP6003605B2 (en) | Infrared detector | |
JP2011174763A (en) | Infrared detector | |
JP4765663B2 (en) | Infrared communication module manufacturing method | |
JP2012103206A (en) | Infrared sensor module and method of manufacturing the same | |
JP2010243365A (en) | Manufacturing method of infrared sensor apparatus | |
JP5276458B2 (en) | Infrared sensor | |
JP4586796B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor lens | |
JP2002033407A (en) | Package for optical semiconductor element | |
JP4586797B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor lens | |
JP2014095674A (en) | Infrared detector and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20120118 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120508 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130613 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130625 |
|
A045 | Written measure of dismissal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045 Effective date: 20131029 |