JP2013041921A - Vacuum sealing device - Google Patents

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孝典 明田
Yoichi Nishijima
洋一 西嶋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vacuum sealing device which reduces the influences of heat generation of an IC chip which acts on a device chip.SOLUTION: A vacuum sealing device includes: a device chip 100A; an IC chip 200A cooperating with the device chip 100A; and a package 300 where the device chip 100A and the IC chip 200A are housed being spaced apart from each other in the thickness direction of these chips. In the package 300, double-tiered recessed parts 301a, 301b are provided at one surface side of a package body 301. The IC chip 200A is joined to an inner bottom surface of the lower tier recessed part 301a through a second joining part 312, and the device chip 100A is hermetically joined to an entire periphery in a peripheral part of the lower tier recessed part 301a on an inner bottom surface of the upper tier recessed part 301b through a third joining part 313. In the vacuum sealing device, a first hermetic space 321, which is enclosed by the package body 301, the device chip 100A, the third joining part 313, and a package lid 302, has a vacuum atmosphere.

Description

本発明は、真空封止デバイスに関するものである。   The present invention relates to a vacuum sealing device.

従来から、真空封止デバイスの一つとして、赤外線センサが知られている(例えば、特許文献1)。また、真空封止デバイスとしては、ジャイロセンサや、MEMS光スキャナなども知られている。   Conventionally, an infrared sensor is known as one of vacuum-sealed devices (for example, Patent Document 1). Further, as a vacuum sealing device, a gyro sensor, a MEMS optical scanner, and the like are also known.

特許文献1には、図21に示す構成の赤外線センサ装置430が記載されている。この赤外線センサ装置430は、パッケージ431の凹部の内底面431a側に、赤外線アレイセンサ410と、赤外線アレイセンサ410と協働する信号処理用チップ437とが、収納されている。また、この赤外線センサ装置430は、赤外線アレイセンサ410および信号処理用チップ437が実装されたパッケージ431の上記凹部の内部を、凸レンズ形状の赤外線透過部材434を備えたリッド433によって真空雰囲気で気密封止している。ここにおいて、リッド433は、赤外線アレイセンサ410に対して窓となる開口部433aを有しており、開口部433aを封止するように、赤外線透過部材434が気密接合されている。   Patent Document 1 describes an infrared sensor device 430 configured as shown in FIG. In this infrared sensor device 430, an infrared array sensor 410 and a signal processing chip 437 cooperating with the infrared array sensor 410 are accommodated on the inner bottom surface 431 a side of the recess of the package 431. Further, the infrared sensor device 430 is hermetically sealed in a vacuum atmosphere by a lid 433 including a convex lens-shaped infrared transmitting member 434 inside the concave portion of the package 431 on which the infrared array sensor 410 and the signal processing chip 437 are mounted. It has stopped. Here, the lid 433 has an opening 433a serving as a window with respect to the infrared array sensor 410, and the infrared transmitting member 434 is hermetically bonded so as to seal the opening 433a.

赤外線アレイセンサ410は、シリコン基板401の一表面側において、m×n個の熱型赤外線検出部が2次元アレイ状に配置されている。ここで、熱型赤外線検出部は、サーモパイルを備えている。また、赤外線アレイセンサ410は、シリコン基板401の他表面側から形成された空洞405を有している。   In the infrared array sensor 410, m × n thermal infrared detectors are arranged in a two-dimensional array on one surface side of the silicon substrate 401. Here, the thermal infrared detection unit includes a thermopile. The infrared array sensor 410 has a cavity 405 formed from the other surface side of the silicon substrate 401.

特開2010−243365号公報JP 2010-243365 A

ところで、上述の赤外線センサ装置430では、赤外線アレイセンサ410と信号処理用チップ437とが、パッケージ431の前記凹部の内底面431a側において、横並びで実装されている。このため、赤外線センサ装置430は、パッケージ431に赤外線アレイセンサ410のみを収納する場合に比べて、気密封止するための接合部の面積が大きくなり、リークが発生する可能性が高くなる。また、赤外線センサ装置430では、赤外線アレイセンサ410の各熱型赤外線検出部それぞれの出力信号(出力電圧)に、信号処理用チップ437の発熱に起因したオフセット電圧を含んでしまう。また、この赤外線センサ装置430では、赤外線アレイセンサ410において信号処理用チップ437からの距離の長短に起因して熱型赤外線検出部の温度がばらつき、赤外線アレイセンサ410の面内でS/N比がばらついてしまうことがあった。なお、信号処理用チップ437からパッケージ431を通る経路で赤外線アレイセンサ410のシリコン基板401へ伝わる熱は、主に、サーモパイルの冷接点の温度を上昇させるのでマイナスのオフセット電圧を発生させる要因となる。   Incidentally, in the infrared sensor device 430 described above, the infrared array sensor 410 and the signal processing chip 437 are mounted side by side on the inner bottom surface 431a side of the recess of the package 431. For this reason, in the infrared sensor device 430, compared to the case where only the infrared array sensor 410 is housed in the package 431, the area of the joint for hermetically sealing becomes larger, and the possibility of occurrence of leakage increases. Further, in the infrared sensor device 430, the output signal (output voltage) of each thermal infrared detection unit of the infrared array sensor 410 includes an offset voltage due to heat generation of the signal processing chip 437. In this infrared sensor device 430, the temperature of the thermal infrared detector varies due to the distance from the signal processing chip 437 in the infrared array sensor 410, and the S / N ratio is within the plane of the infrared array sensor 410. There were occasional variations. Note that the heat transferred from the signal processing chip 437 to the silicon substrate 401 of the infrared array sensor 410 through a path passing through the package 431 mainly increases the temperature of the cold junction of the thermopile, which causes a negative offset voltage. .

また、上述の赤外線センサ装置430では、信号処理用チップ437の発熱時に信号処理用チップ437から放出されるガスにより、真空度が低下し、赤外線アレイセンサ410のデバイス特性が低下してしまう懸念がある。   Further, in the above-described infrared sensor device 430, there is a concern that the degree of vacuum is lowered by the gas released from the signal processing chip 437 when the signal processing chip 437 generates heat, and the device characteristics of the infrared array sensor 410 are deteriorated. is there.

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、ICチップの発熱がデバイスチップに与える影響を低減することが可能な真空封止デバイス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 vacuum sealed device capable of reducing the influence of heat generated by an IC chip on a device chip.

本発明の真空封止デバイスは、真空中での使用が要求されるデバイスチップと、前記デバイスチップと協働するICチップと、前記デバイスチップと前記ICチップとが互いの厚み方向に離間して収納されたパッケージとを備え、前記パッケージは、パッケージ本体と、前記パッケージ本体に第1接合部を介して気密的に接合されたパッケージ蓋とを有し、前記パッケージ本体の一面側に2段の凹部が設けられ、前記ICチップが、下段の前記凹部の内底面に第2接合部を介して接合され、前記デバイスチップが、上段の前記凹部の内底面における前記下段の凹部の周部の全周に亘って第3接合部を介して気密的に接合されてなり、前記パッケージ本体と前記デバイスチップと前記第3接合部と前記パッケージ蓋とで囲まれた第1気密空間が真空雰囲気であることを特徴とする。   The vacuum sealing device of the present invention includes a device chip that is required to be used in a vacuum, an IC chip that cooperates with the device chip, and the device chip and the IC chip that are separated from each other in the thickness direction. A package housed, the package having a package body and a package lid hermetically joined to the package body via a first joint, and having two stages on one surface side of the package body. A recess is provided, and the IC chip is bonded to the inner bottom surface of the lower recess through a second bonding portion, and the device chip is attached to the entire periphery of the lower recess on the inner bottom of the upper recess. A first hermetic space is formed that is hermetically joined via a third joint portion around the circumference, and is surrounded by the package body, the device chip, the third joint portion, and the package lid. Characterized in that it is empty atmosphere.

この真空封止デバイスにおいて、前記第3接合部は、無機系接合材料により形成されてなることが好ましい。   In this vacuum sealing device, it is preferable that the third bonding portion is formed of an inorganic bonding material.

この真空封止デバイスにおいて、前記パッケージ本体と前記デバイスチップと前記第3接合部とで囲まれた第2気密空間が真空雰囲気であることが好ましい。   In this vacuum sealing device, it is preferable that the second airtight space surrounded by the package body, the device chip, and the third bonding portion is a vacuum atmosphere.

この真空封止デバイスにおいて、前記デバイスチップは、電磁波センサチップであり、前記パッケージ蓋は、前記電磁波センサチップでの検知対象の電磁波を透過する材料により形成されてなることが好ましい。   In this vacuum sealing device, it is preferable that the device chip is an electromagnetic wave sensor chip, and the package lid is formed of a material that transmits an electromagnetic wave to be detected by the electromagnetic wave sensor chip.

この真空封止デバイスにおいて、前記検知対象の電磁波が赤外線であり、前記電磁波センサチップは、複数の熱型赤外線検出部が半導体基板の一表面側においてアレイ状に配置され、前記半導体基板の前記一表面側において前記熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部が形成されてなる赤外線センサチップであることが好ましい。   In this vacuum sealing device, the electromagnetic wave to be detected is infrared, and the electromagnetic wave sensor chip has a plurality of thermal infrared detectors arranged in an array on one surface side of the semiconductor substrate, It is preferable that the infrared sensor chip has a hollow portion formed directly below a part of the thermal infrared detecting portion on the surface side.

本発明の真空封止デバイスにおいては、ICチップの発熱がデバイスチップに与える影響を低減することが可能となる。   In the vacuum sealing device of the present invention, it is possible to reduce the influence of heat generated by the IC chip on the device chip.

実施形態の真空封止デバイスの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the vacuum sealing device of embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the infrared sensor chip in an embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the infrared sensor chip in the embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの要部等価回路図である。It is a principal part equivalent circuit diagram of the infrared sensor chip in an embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの画素部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the pixel part of the infrared sensor chip in an embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの画素部の概略平面レイアウト図である。It is a schematic plane layout figure of the pixel part of the infrared sensor chip in an embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、(a)は平面レイアウト図、(b)は(a)のD−D’断面に対応する概略断面図である。The principal part of the pixel part of the infrared sensor chip | tip in embodiment is shown, (a) is a plane layout figure, (b) is a schematic sectional drawing corresponding to the D-D 'cross section of (a). 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、(a)は平面レイアウト図、(b)は(a)のD−D’断面に対応する概略断面図である。The principal part of the pixel part of the infrared sensor chip | tip in embodiment is shown, (a) is a plane layout figure, (b) is a schematic sectional drawing corresponding to the D-D 'cross section of (a). 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in an embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in an embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部を示し、(a)は平面レイアウト図、(b)は(a)のD−D’断面に対応する概略断面図である。The principal part of the pixel part of the infrared sensor chip | tip in embodiment is shown, (a) is a plane layout figure, (b) is a schematic sectional drawing corresponding to the D-D 'cross section of (a). 実施形態における赤外線センサチップの冷接点を含む要部を示し、(a)は平面レイアウト図、(b)は概略断面図である。The principal part containing the cold junction of the infrared sensor chip | tip in embodiment is shown, (a) is a plane layout figure, (b) is a schematic sectional drawing. 実施形態における赤外線センサチップの温接点を含む要部を示し、(a)は平面レイアウト図、(b)は概略断面図である。The principal part containing the hot junction of the infrared sensor chip | tip in embodiment is shown, (a) is a plane layout figure, (b) is a schematic sectional drawing. 実施形態における赤外線センサチップの画素部の要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの画素部の別の要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of another principal part of the pixel part of the infrared sensor chip in an embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the infrared sensor chip in embodiment. 実施形態における赤外線センサチップに関し、(a)は要部の平面レイアウト図、(b)は、(a)のツェナダイオードの拡大図、(c)はツェナダイオードの概略断面図である。Regarding the infrared sensor chip in the embodiment, (a) is a plan layout view of the main part, (b) is an enlarged view of the Zener diode of (a), and (c) is a schematic sectional view of the Zener diode. 実施形態における赤外線センサチップの他の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the other structural example of the infrared sensor chip | tip in embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの更に他の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the other structural example of the infrared sensor chip | tip in embodiment. 実施形態における赤外線センサチップの別の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of another structural example of the infrared sensor chip | tip in embodiment. 従来例を示す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 which shows a prior art example.

以下では、本実施形態の真空封止デバイスについて、図1に基づいて説明する。   Below, the vacuum sealing device of this embodiment is demonstrated based on FIG.

真空封止デバイスは、真空中での使用が要求されるデバイスチップ100Aと、デバイスチップ100Aと協働するICチップ200Aと、デバイスチップ100AとICチップ200Aとが互いの厚み方向に離間して収納されたパッケージ300とを備えている。   The vacuum sealing device stores a device chip 100A that is required to be used in a vacuum, an IC chip 200A that cooperates with the device chip 100A, and the device chip 100A and the IC chip 200A that are separated from each other in the thickness direction. Package 300 is provided.

パッケージ300は、パッケージ本体301と、パッケージ本体301に第1接合部311を介して気密的に接合されたパッケージ蓋302とを有している。ここで、パッケージ300は、パッケージ本体301の一面側に2段の凹部301a,301bが設けられている。そして、パッケージ300は、ICチップ200Aが、下段の凹部301aの内底面に第2接合部312を介して接合されている。また、パッケージ300は、デバイスチップ100Aが、上段の凹部301bの内底面における下段の凹部301aの周部の全周に亘って第3接合部313を介して気密的に接合されている。また、真空封止デバイスは、パッケージ本体301とデバイスチップ100Aと第3接合部313とパッケージ蓋302とで囲まれた第1気密空間321が真空雰囲気となっている。   The package 300 includes a package main body 301 and a package lid 302 that is airtightly bonded to the package main body 301 via the first bonding portion 311. Here, the package 300 is provided with two-level recesses 301 a and 301 b on one surface side of the package main body 301. In the package 300, the IC chip 200 </ b> A is bonded to the inner bottom surface of the lower recess 301 a via the second bonding portion 312. In the package 300, the device chip 100 </ b> A is airtightly bonded through the third bonding portion 313 over the entire periphery of the lower recess 301 a on the inner bottom surface of the upper recess 301 b. In the vacuum sealing device, the first hermetic space 321 surrounded by the package main body 301, the device chip 100A, the third bonding portion 313, and the package lid 302 is in a vacuum atmosphere.

しかして、本実施形態の真空封止デバイスでは、ICチップ200Aの発熱がデバイスチップ100Aに与える影響を低減することが可能となる。ICチップ200Aの発熱がデバイスチップ100Aに与える影響としては、ICチップ200Aの発熱時にICチップ200Aから放出されるガスによる真空度の低下がデバイスチップ100Aのデバイス特性に与える影響や、ICチップ200Aの発熱に起因したデバイスチップ100Aの温度上昇がデバイス特性に与える影響などが考えられる。また、本実施形態の真空封止デバイスでは、デバイスチップ100AとICチップ200Aとが互いの厚み方向に離間してパッケージ300に収納されているので、デバイスチップ100AとICチップ200Aとが横並びで収納されている場合に比べて、パッケージ本体301とパッケージ蓋302とを接合する第1接合部311の面積を小さくすることが可能となり、第1接合部311でリークが発生する可能性を低減することが可能となる。   Thus, in the vacuum sealing device of the present embodiment, it is possible to reduce the influence of the heat generated by the IC chip 200A on the device chip 100A. The influence of the heat generated by the IC chip 200A on the device chip 100A includes the influence that the decrease in the degree of vacuum due to the gas released from the IC chip 200A when the IC chip 200A generates heat affects the device characteristics of the device chip 100A, The influence of the temperature rise of the device chip 100A due to heat generation on the device characteristics can be considered. Further, in the vacuum sealed device of the present embodiment, the device chip 100A and the IC chip 200A are stored in the package 300 so as to be spaced apart from each other in the thickness direction, so that the device chip 100A and the IC chip 200A are stored side by side. Compared with the case where it is made, the area of the 1st junction part 311 which joins the package main body 301 and the package lid | cover 302 can be made small, and possibility that a leak will generate | occur | produce in the 1st junction part 311 is reduced. Is possible.

この真空封止デバイスでは、デバイスチップ100Aのパッド(図示せず)が、パッケージ本体301に設けられた配線(図示せず)とワイヤ381を介して電気的に接続されている。また、ICチップ200Aのパッド(図示せず)は、パッケージ本体301に設けられた配線(図示せず)と第2接合部312を介して電気的に接続されているが、これに限らず、ワイヤを介して電気的に接続することも可能である。ただし、前者の方が、パッケージ300の小型化を図る点で有利であり、また、ICチップ200Aの主表面側の回路部(図示せず)で発生した熱がデバイスチップ100Aに伝わりにくくなる点で有利である。   In this vacuum sealing device, a pad (not shown) of the device chip 100A is electrically connected to a wiring (not shown) provided on the package body 301 via a wire 381. Further, the pad (not shown) of the IC chip 200A is electrically connected to the wiring (not shown) provided in the package body 301 via the second bonding portion 312, but not limited to this. It is also possible to make an electrical connection via a wire. However, the former is advantageous in that the package 300 is reduced in size, and heat generated in a circuit portion (not shown) on the main surface side of the IC chip 200A is less likely to be transmitted to the device chip 100A. Is advantageous.

この真空封止デバイスにおいては、第3接合部313が、無機系接合材料(例えば、ガラス、AuSn、Auのような金属系接合材など)により形成されていることが好ましい。これにより、真空封止デバイスは、第3接合部313が有機系接合材料(例えば、エポキシ樹脂など)により形成されている場合に比べて、第3接合部313から発生するガスを低減することが可能となり、また、第1気密空間321の気密性を高めることが可能となる。また、第1接合部311は、無機系接合材料により形成されていることが好ましい。これにより、真空封止デバイスは、第1接合部311が有機系接合材料により形成されている場合に比べて、第1の接合部311から発生するガスを低減することが可能となり、また、第1気密空間321の気密性を高めることが可能となる。また、第2接合部312は、無機系接合材料により形成されていることが好ましく、上述のような第2接合部312が電気的な接続を兼ねる場合には、金属系接合材を採用すればよい。これにより、真空封止デバイスは、第2接合部312が、有機系接合材料により形成されている場合に比べて、第2気密空間322中へ放出されるガスを低減することが可能となる。   In this vacuum sealing device, it is preferable that the third bonding portion 313 is formed of an inorganic bonding material (for example, a metal bonding material such as glass, AuSn, or Au). Thereby, the vacuum sealing device can reduce the gas generated from the third bonding portion 313 as compared with the case where the third bonding portion 313 is formed of an organic bonding material (for example, an epoxy resin). In addition, the airtightness of the first airtight space 321 can be improved. Moreover, it is preferable that the 1st junction part 311 is formed with the inorganic type joining material. Thereby, the vacuum sealing device can reduce the gas generated from the first bonding portion 311 as compared with the case where the first bonding portion 311 is formed of an organic bonding material. It becomes possible to improve the airtightness of the 1 airtight space 321. Moreover, it is preferable that the 2nd junction part 312 is formed with the inorganic type joining material, and when the above 2nd junction parts 312 also serve as an electrical connection, if a metal type joining material is employ | adopted. Good. Thereby, the vacuum sealing device can reduce the gas released into the second hermetic space 322 as compared with the case where the second bonding portion 312 is formed of an organic bonding material.

この真空封止デバイスにおいては、パッケージ本体301とデバイスチップ100Aと第3接合部313とで囲まれた第2気密空間322が、真空雰囲気であることが好ましい。これにより、真空封止デバイスは、ICチップ200Aが真空雰囲気にあるので、ICチップ200Aで発生した熱がデバイスチップ100Aに伝わりにくくなり、また、第1気密空間321と第2気密空間322との圧力差に起因して第3接合部313の気密性が低下したり、デバイスチップ100Aのデバイス特性が変動したりするのを抑制することが可能となる。真空封止デバイスは、第1気密空間321の真空度と第2気密空間322の真空度とが略同じであることが好ましい。   In this vacuum sealing device, it is preferable that the second hermetic space 322 surrounded by the package main body 301, the device chip 100A, and the third bonding portion 313 is in a vacuum atmosphere. Thereby, in the vacuum sealing device, since the IC chip 200A is in a vacuum atmosphere, the heat generated in the IC chip 200A is not easily transmitted to the device chip 100A, and the first airtight space 321 and the second airtight space 322 It is possible to prevent the airtightness of the third joint portion 313 from being lowered or the device characteristics of the device chip 100A from fluctuating due to the pressure difference. It is preferable that the vacuum degree of the 1st airtight space 321 and the vacuum degree of the 2nd airtight space 322 are substantially the same as a vacuum sealing device.

この真空封止デバイスにおいては、デバイスチップ100Aが、例えば、電磁波センサチップであり、パッケージ蓋302が、電磁波センサチップでの検知対象の電磁波を透過する材料により形成されていることが好ましい。   In this vacuum sealed device, it is preferable that the device chip 100A is, for example, an electromagnetic wave sensor chip, and the package lid 302 is formed of a material that transmits an electromagnetic wave to be detected by the electromagnetic wave sensor chip.

この真空封止デバイスにおいて、検知対象の電磁波が赤外線であり、電磁波センサチップは、後述のように複数の熱型赤外線検出部3(図7、図8など参照)が半導体基板1(図7、図8など参照)の一表面側においてアレイ状に配置され、半導体基板1の上記一表面側において熱型赤外線検出部3の一部の直下に空洞部11(図7、図8など参照)が形成されてなる赤外線センサチップ100であることが好ましい。この場合の真空封止デバイスは、赤外線センサである。真空封止デバイスが赤外線センサである場合、パッケージ蓋302の材料としては、例えば、シリコンやゲルマニウムなどが好ましく、シリコンを採用することにより、ゲルマニウムを採用する場合に比べて、低コスト化を図ることが可能となる。ICチップ200Aは、赤外線センサチップ100の出力信号を信号処理する機能を有したものであることが好ましい。   In this vacuum sealing device, the electromagnetic wave to be detected is infrared, and the electromagnetic wave sensor chip includes a plurality of thermal infrared detectors 3 (see FIG. 7, FIG. 8, etc.) as described below. 8) (see FIG. 8, etc.) are arranged in an array on the one surface side, and on the one surface side of the semiconductor substrate 1, a cavity 11 (see FIG. 7, FIG. 8, etc.) is provided directly below a part of the thermal infrared detector 3. It is preferable that the infrared sensor chip 100 is formed. The vacuum sealing device in this case is an infrared sensor. When the vacuum sealing device is an infrared sensor, the material of the package lid 302 is preferably, for example, silicon or germanium. By adopting silicon, the cost can be reduced compared to the case where germanium is employed. Is possible. The IC chip 200A preferably has a function of processing the output signal of the infrared sensor chip 100.

電磁波センサチップは、赤外線センサチップ100に限らず、例えば、フォトダイオードチップや、テラヘルツ波センサチップなどでもよい。   The electromagnetic wave sensor chip is not limited to the infrared sensor chip 100, and may be, for example, a photodiode chip or a terahertz wave sensor chip.

また、デバイスチップ100Aは、真空中での使用が要求されるものであれば特に限定するものではなく、電磁波センサチップに限らず、例えば、ジャイロセンサチップや、MEMS光スキャナチップ(MEMSミラーチップ)などでもよい。また、デバイスチップ100Aと協働するICチップ200Aの機能については、デバイスチップ100Aの機能によって適宜設定すればよい。例えば、デバイスチップ100Aが電磁波センサチップの場合には、ICチップ200Aが電磁波センサチップの出力信号を信号処理する機能を有していることが好ましい。また、デバイスチップ100Aがジャイロセンサチップの場合には、ICチップ200Aがジャイロセンサチップを駆動する機能とジャイロセンサチップの出力信号を信号処理する機能とを有していることが好ましい。また、デバイスチップ100AがMEMS光スキャナチップの場合には、ICチップ200Aが、少なくともMEMS光スキャナチップを駆動する機能を有していることが好ましい。   The device chip 100A is not particularly limited as long as it is required to be used in a vacuum, and is not limited to an electromagnetic wave sensor chip. For example, a gyro sensor chip or a MEMS optical scanner chip (MEMS mirror chip) is used. Etc. Moreover, what is necessary is just to set suitably about the function of IC chip 200A which cooperates with device chip 100A with the function of device chip 100A. For example, when the device chip 100A is an electromagnetic wave sensor chip, the IC chip 200A preferably has a function of performing signal processing on the output signal of the electromagnetic wave sensor chip. Further, when the device chip 100A is a gyro sensor chip, it is preferable that the IC chip 200A has a function of driving the gyro sensor chip and a function of processing an output signal of the gyro sensor chip. When the device chip 100A is a MEMS optical scanner chip, it is preferable that the IC chip 200A has a function of driving at least the MEMS optical scanner chip.

また、真空封止デバイスは、パッケージ300の第1気密空間322内にゲッタが収納されていることが好ましい。ゲッタとしては、非蒸発型ゲッタが好ましい。   Further, in the vacuum sealing device, it is preferable that a getter is accommodated in the first hermetic space 322 of the package 300. As the getter, a non-evaporable getter is preferable.

また、真空封止デバイスは、パッケージ300内に、デバイスチップ100AおよびICチップ200A以外の電子デバイスチップが収納されていてもよい。   In the vacuum sealing device, an electronic device chip other than the device chip 100A and the IC chip 200A may be housed in the package 300.

また、パッケージ300には、デバイスチップ100AおよびICチップ200Aに適宜接続された複数の外部接続電極(図示せず)が露設されている。各外部接続電極は、パッケージ本体301の他面に設けることが好ましく、パッケージ本体301の上記他面と側面とに跨って設けることが好ましい。これにより、真空封止デバイスをプリント基板などの基板に表面実装して用いることが可能となるだけでなく、半田フィレットの形成による接合信頼性の向上を図ることが可能となる。   The package 300 has a plurality of external connection electrodes (not shown) that are appropriately connected to the device chip 100A and the IC chip 200A. Each external connection electrode is preferably provided on the other surface of the package main body 301, and is preferably provided across the other surface and the side surface of the package main body 301. As a result, the vacuum sealing device can be used by being mounted on the surface of a substrate such as a printed circuit board, and it is possible to improve the bonding reliability by forming a solder fillet.

以下では、真空封止デバイスの一例である赤外線センサの各構成要素について詳細に説明する。   Below, each component of the infrared sensor which is an example of a vacuum sealing device is demonstrated in detail.

ここでは、まず、赤外線センサチップ100について図2〜図17に基づいて説明する。   Here, first, the infrared sensor chip 100 will be described with reference to FIGS.

赤外線センサチップ100は、図2に示すように、i×j個(図示例では、8×8個)の画素部2が、半導体基板1の一表面側においてi行j列(図示例では、8行8列)の2次元アレイ状に配置されている。なお、図示例では、i=8、j=8としてあるが、i≧2、j≧2であればよい。   As shown in FIG. 2, the infrared sensor chip 100 includes i × j (8 × 8 in the illustrated example) pixel units 2, i rows and j columns (in the illustrated example, in the illustrated example). They are arranged in a two-dimensional array of 8 rows and 8 columns. In the illustrated example, i = 8 and j = 8, but i ≧ 2 and j ≧ 2 may be satisfied.

画素部2は、図3〜図8に示すように、赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換部である感温部30および感温部30の出力電圧を取り出すためのMOSトランジスタ4を具備している。   As shown in FIGS. 3 to 8, the pixel unit 2 includes a temperature sensing unit 30 that is a thermoelectric conversion unit that converts thermal energy from infrared rays into electrical energy, and a MOS transistor 4 for extracting the output voltage of the temperature sensing unit 30. It has.

上述のMOSトランジスタ4は、図7、図8および図15に示すように、半導体基板1の上記一表面側に形成された第1導電形のウェル領域41内で、第2導電形のソース領域44と第2導電形のドレイン領域43とが離間して形成されている。本実施形態では、ウェル領域41がチャネル形成用領域を構成している。なお、図3には、第1導電形をp形、第2導電形をn形としてMOSトランジスタ4をnチャネルMOSトランジスタとした場合の赤外線センサチップ100の等価回路図を示してある。また、図3の等価回路図では、感温部30を抵抗の図記号で表してある。   As shown in FIGS. 7, 8 and 15, the MOS transistor 4 described above has a second conductivity type source region in the first conductivity type well region 41 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1. 44 and the drain region 43 of the second conductivity type are formed apart from each other. In the present embodiment, the well region 41 constitutes a channel formation region. FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of the infrared sensor chip 100 when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and the MOS transistor 4 is an n-channel MOS transistor. In the equivalent circuit diagram of FIG. 3, the temperature sensing unit 30 is represented by a resistance symbol.

図3、図5および図7から分かるように、赤外線センサチップ100は、各列のj個(8個)の画素部2の感温部30の一端がMOSトランジスタ4のソース領域44−ドレイン領域43を介して各列ごとに共通接続されたj個の第1の配線101を備えている。   As can be seen from FIGS. 3, 5, and 7, in the infrared sensor chip 100, one end of the temperature sensing unit 30 of the j (eight) pixel units 2 in each column is the source region 44 -drain region of the MOS transistor 4. J first wirings 101 are commonly connected to each column via 43.

また、赤外線センサチップ100は、各行の感温部30に対応するMOSトランジスタ4のゲート電極46が各行ごとに共通接続されたi個(8個)の第2の配線102を備えている。また、赤外線センサチップ100は、各行のMOSトランジスタ4のウェル領域41が各列ごとに共通接続されたj個の第3の配線103と、各列のi個の感温部30の他端が各列ごとに共通接続されたj個の第4の配線104とを備えている。   In addition, the infrared sensor chip 100 includes i (eight) second wirings 102 in which the gate electrodes 46 of the MOS transistors 4 corresponding to the temperature sensing units 30 in each row are commonly connected for each row. In addition, the infrared sensor chip 100 has j third wirings 103 in which the well regions 41 of the MOS transistors 4 in each row are commonly connected for each column, and the other ends of the i temperature sensing units 30 in each column. And j fourth wirings 104 commonly connected to each column.

また、赤外線センサチップ100は、第1の配線101が各別に接続された出力用のj個の第1のパッドVout1〜Vout8と、第2の配線102が各別に接続された画素部選択用のi個の第2のパッドVsel1〜Vsel8とを備えている。さらに、赤外線センサチップ100は、各第3の配線103が共通接続された第3のパッドVchと、第4の配線104が共通接続された基準バイアス用の第4のパッドVrefinとを備えている。しかして、赤外線センサチップ100は、全ての感温部30の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。赤外線センサでは、ICチップ200Aによって、MOSトランジスタ4が順次、オン状態になるように各画素部2を選択するための第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位を制御することで、ICチップ200Aが、各画素部2の出力電圧を順次読み出すことができる。なお、各パッドVout1〜Vout8、Vsel1〜Vsel8、Vch、Vrefinそれぞれについて区別する必要がない場合には、説明の便宜上、各パッドVout1〜Vout8、Vsel1〜Vsel8、Vch、Vrefinのいずれも、パッド80として説明する。   In addition, the infrared sensor chip 100 is used for selecting a pixel unit in which the j first pads Vout1 to Vout8 for output to which the first wiring 101 is connected individually and the second wiring 102 are connected to each other. i second pads Vsel1 to Vsel8 are provided. Further, the infrared sensor chip 100 includes a third pad Vch to which each third wiring 103 is connected in common, and a reference bias fourth pad Vrefin to which the fourth wiring 104 is connected in common. . Therefore, the infrared sensor chip 100 can read the outputs of all the temperature sensing units 30 in time series. In the infrared sensor, the IC chip 200A controls the potential of the second pads Vsel1 to Vsel8 for selecting each pixel unit 2 so that the MOS transistors 4 are sequentially turned on by the IC chip 200A. The output voltage of each pixel unit 2 can be read sequentially. If it is not necessary to distinguish between the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vch, and Vrefin, the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vch, and Vrefin are all referred to as pads 80 for convenience of explanation. explain.

ここで、第1のパッドVout1〜Vout8の電位をVout、第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位をVs、第3のパッドVchの電位をVwell、第4のパッドVrefinの電位をVrefとする。また、感温部30の出力電圧をVo、チャネル形成用領域であるウェル領域41とソース領域44とで構成される第1の寄生ダイオードおよびウェル領域41とドレイン領域43とで構成される第2の寄生ダイオードのしきい値電圧をVthとする。   Here, the potential of the first pads Vout1 to Vout8 is Vout, the potential of the second pads Vsel1 to Vsel8 is Vs, the potential of the third pad Vch is Vwell, and the potential of the fourth pad Vrefin is Vref. The output voltage of the temperature sensing unit 30 is Vo, and a first parasitic diode composed of a well region 41 and a source region 44, which are channel forming regions, and a second parasitic diode composed of a well region 41 and a drain region 43. Let Vth be the threshold voltage of the parasitic diode.

ICチップ200Aは、MOSトランジスタ4がnMOSトランジスタである場合、第2の配線102に接続されたi個のMOSトランジスタ4をオン状態とする際の第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsをVonとする。また、ICチップ200Aは、第2の配線102に接続されたi個のMOSトランジスタ4をオフ状態とする際の第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsをVoffとする。ICチップ200Aは、第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsをVonとしたときに、
−Vth<{Vwell−(Vref+Vo)}<Vth
の関係を満たすように設定されたVref、Vwellの条件で赤外線センサチップ100を制御することが好ましい。
When the MOS transistor 4 is an nMOS transistor, the IC chip 200A sets the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 when the i number of MOS transistors 4 connected to the second wiring 102 are turned on to Von. To do. Further, the IC chip 200A sets the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 to Voff when the i MOS transistors 4 connected to the second wiring 102 are turned off. When the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 is set to Von, the IC chip 200A
−Vth <{Vwell− (Vref + Vo)} <Vth
It is preferable to control the infrared sensor chip 100 under the conditions of Vref and Vwell set so as to satisfy the relationship.

また、ICチップ200Aは、MOSトランジスタ4がpMOSトランジスタである場合、
−Vth<{(Vref+Vo)−Vwell}<Vth
の関係を満たすように設定されたVref、Vwellの条件で赤外線センサチップ100を制御することが好ましい。
Further, in the IC chip 200A, when the MOS transistor 4 is a pMOS transistor,
−Vth <{(Vref + Vo) −Vwell} <Vth
It is preferable to control the infrared sensor chip 100 under the conditions of Vref and Vwell set so as to satisfy the relationship.

本実施形態では、半導体基板1として第2導電形のシリコン基板を用いており、第1の寄生ダイオードおよび第2の寄生ダイオードの逆方向のブレークダウン電圧が−10V程度になる一方で、Vthが0.6V〜0.7V程度となる。したがって、赤外線センサは、ICチップ200Aが、例えば、第4のパッドVrefの電位Vrefを1.2V、第3のパッドVchの電位Vwellを1.2V、第2の配線102に接続されたi個のMOSトランジスタ4をオン状態とする際の第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsであるVonを5Vとすれば、MOSトランジスタ4がオンとなり、第1のパッドVout1〜Vout8から画素部2の出力電圧(Vref+Vo)を読み出すことが可能となる。また、赤外線センサは、第2の配線102に接続されたi個のMOSトランジスタ4をオフ状態とする際の第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsであるVoffを0Vとすれば、MOSトランジスタ4がオフとなり、第1のパッドVout1〜Vout8から画素部2の出力電圧は読み出されない。   In the present embodiment, a silicon substrate of the second conductivity type is used as the semiconductor substrate 1, and the reverse breakdown voltage of the first parasitic diode and the second parasitic diode is about −10V, while Vth is It becomes about 0.6V to 0.7V. Therefore, in the infrared sensor, the IC chip 200A has, for example, i pieces of potential Vref of the fourth pad Vref 1.2V, potential Vwell of the third pad Vch 1.2V, and connected to the second wiring 102. When Von, which is the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 when the MOS transistor 4 is turned on, is set to 5 V, the MOS transistor 4 is turned on and the output of the pixel unit 2 is output from the first pads Vout1 to Vout8. The voltage (Vref + Vo) can be read out. In addition, the infrared sensor has the MOS transistor 4 provided that Voff, which is the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 when the i number of MOS transistors 4 connected to the second wiring 102 are turned off, is 0V. Is turned off, and the output voltage of the pixel portion 2 is not read from the first pads Vout1 to Vout8.

また、赤外線センサチップ100は、各MOSトランジスタ4のゲート電極46・ソース電極48間に過電圧が印加されるのを防止するために、複数のツェナダイオードZD(図3、図4および図17参照)を備えている。各ツェナダイオードZDは、各第2の配線102それぞれにカソードが接続されている。ツェナダイオードZDは、図17に示すように、半導体基板1の上記一表面側に形成された第1導電形の第1拡散領域81内に第2導電形の第2拡散領域82が形成されたものである。そして、赤外線センサチップ100は、各ツェナダイオードZDの第1拡散領域81が共通接続された第5のパッドVzdを備えている。ここで、第5のパッドVzdの電位をVhogoとするとき、ICチップ200Aは、VhogoとVwellとを異ならせることが好ましい。そして、ICチップ200Aは、例えば、上述のように、第3のパッドVchの電位Vwellを1.2Vとする場合、第5のパッドVzdの電位Vhogoを0Vとすることが好ましい。   Further, the infrared sensor chip 100 has a plurality of Zener diodes ZD (see FIGS. 3, 4 and 17) in order to prevent an overvoltage from being applied between the gate electrode 46 and the source electrode 48 of each MOS transistor 4. It has. Each Zener diode ZD has a cathode connected to each second wiring 102. As shown in FIG. 17, the zener diode ZD has a second conductivity type second diffusion region 82 formed in the first conductivity type first diffusion region 81 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Is. The infrared sensor chip 100 includes a fifth pad Vzd to which the first diffusion regions 81 of the Zener diodes ZD are commonly connected. Here, when the potential of the fifth pad Vzd is Vhogo, the IC chip 200A preferably makes Vhogo and Vwell different. In the IC chip 200A, for example, as described above, when the potential Vwell of the third pad Vch is set to 1.2V, the potential Vhogo of the fifth pad Vzd is preferably set to 0V.

また、赤外線センサチップ100は、半導体基板1が接続された基板バイアス用の第6のパッドVsuを備えている。ここで、第6のパッドVsuの電位をVsubとするとき、ICチップ200Aは、Vwell=Vsubとすることが好ましい。すなわち、ICチップ200Aは、例えば、上述のように、第3のパッドVchの電位Vwellを1.2Vとする場合、第6のパッドVsuの電位Vsubを1.2Vとすることが好ましい。なお、図4の等価回路図には、ウェル領域41と半導体基板1とで構成される第3の寄生ダイオードD3、第1拡散領域81と半導体基板1とで構成される第4の寄生ダイオードD4も記載してある。また、第5のパッドVzdおよび第6のパッドVsuも、それぞれ、図2におけるパッド80を構成しているので、説明の便宜上、区別する必要がない場合には、いずれも、パッド80として説明する。   Further, the infrared sensor chip 100 includes a sixth pad Vsu for substrate bias to which the semiconductor substrate 1 is connected. Here, when the potential of the sixth pad Vsu is Vsub, the IC chip 200A preferably has Vwell = Vsub. That is, in the IC chip 200A, for example, as described above, when the potential Vwell of the third pad Vch is set to 1.2V, the potential Vsub of the sixth pad Vsu is preferably set to 1.2V. In the equivalent circuit diagram of FIG. 4, a third parasitic diode D3 composed of the well region 41 and the semiconductor substrate 1 and a fourth parasitic diode D4 composed of the first diffusion region 81 and the semiconductor substrate 1 are shown. Is also described. Further, since the fifth pad Vzd and the sixth pad Vsu also constitute the pad 80 in FIG. 2, both are described as the pad 80 when it is not necessary to distinguish them for convenience of explanation. .

赤外線センサチップ100は、感温部30が埋設された熱型赤外線検出部3とMOSトランジスタ4とを有する複数(i×j個)の画素部2が、半導体基板1の上記一表面側において2次元アレイ状に配置されている。ここで、半導体基板1の上記一表面は、Si(100)面としてある。感温部30は、複数個(ここでは、6個)のサーモパイル30a(図5参照)を直列接続することにより構成されている。   The infrared sensor chip 100 includes a plurality of (i × j) pixel units 2 each including the thermal infrared detection unit 3 in which the temperature sensing unit 30 is embedded and the MOS transistor 4 on the one surface side of the semiconductor substrate 1. They are arranged in a dimensional array. Here, the one surface of the semiconductor substrate 1 is a Si (100) plane. The temperature sensing unit 30 is configured by connecting a plurality of (here, six) thermopiles 30a (see FIG. 5) in series.

各画素部2の熱型赤外線検出部3は、半導体基板1の上記一表面側において熱型赤外線検出部3の形成用領域A1(図7、図8参照)に形成されている。また、各画素部2のMOSトランジスタ4は、半導体基板1の上記一表面側においてMOSトランジスタ4の形成用領域A2(図7、図8参照)に形成されている。   The thermal infrared detector 3 of each pixel unit 2 is formed in the region A1 for forming the thermal infrared detector 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 (see FIGS. 7 and 8). Further, the MOS transistor 4 of each pixel portion 2 is formed in the formation region A2 of the MOS transistor 4 (see FIGS. 7 and 8) on the one surface side of the semiconductor substrate 1.

赤外線センサチップ100は、図5〜図8に示すように、半導体基板1の上記一表面側において熱型赤外線検出部3の一部の直下に空洞部11が形成されている。熱型赤外線検出部3は、半導体基板1の上記一表面側で空洞部11の周部に形成された支持部3dと、半導体基板1の上記一表面側で平面視において空洞部11を覆う第1の薄膜構造部3aとを備えている。第1の薄膜構造部3aは、赤外線を吸収する赤外線吸収部33を備えている。ここで、第1の薄膜構造部3aは、空洞部11の周方向に沿って並設され支持部3dに支持された複数の第2の薄膜構造部3aaと、隣接する第2の薄膜構造部3aa同士を連結する連結片3c(図5参照)とを有している。なお、図5における熱型赤外線検出部3では、複数の線状のスリット13を設けることにより、第1の薄膜構造部3aが6つの第2の薄膜構造部3aaに分離されている。以下では、赤外線吸収部33(第1の赤外線吸収部33と称する)のうち第2の薄膜構造部3aaそれぞれに対応して分割された各部位を第2の赤外線吸収部33aと称する。   As shown in FIGS. 5 to 8, the infrared sensor chip 100 has a cavity 11 formed immediately below a part of the thermal infrared detector 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1. The thermal infrared detector 3 includes a support 3d formed on the periphery of the cavity 11 on the one surface side of the semiconductor substrate 1, and a first cover that covers the cavity 11 in plan view on the one surface side of the semiconductor substrate 1. 1 thin film structure portion 3a. The first thin film structure portion 3a includes an infrared absorbing portion 33 that absorbs infrared rays. Here, the first thin film structure portion 3a includes a plurality of second thin film structure portions 3aa arranged in parallel along the circumferential direction of the cavity portion 11 and supported by the support portion 3d, and adjacent second thin film structure portions. It has the connection piece 3c (refer FIG. 5) which connects 3aa mutually. In the thermal infrared detector 3 in FIG. 5, the first thin film structure 3a is separated into six second thin film structures 3aa by providing a plurality of linear slits 13. Below, each part divided | segmented corresponding to each 2nd thin film structure part 3aa among the infrared absorption parts 33 (it calls 1st infrared absorption part 33) is called 2nd infrared absorption part 33a.

熱型赤外線検出部3は、第2の薄膜構造部3aaごとにサーモパイル30aが設けられている。ここで、サーモパイル30aは、温接点T1が、第2の薄膜構造部3aaに設けられ、冷接点T2が、支持部3dに設けられている。要するに、温接点T1は、熱型赤外線検出部3において空洞部11に重なる領域に形成され、冷接点T2は、熱型赤外線検出部3において空洞部11に重ならない領域に形成されている。   The thermal infrared detector 3 is provided with a thermopile 30a for each second thin film structure 3aa. Here, in the thermopile 30a, the hot junction T1 is provided in the second thin film structure portion 3aa, and the cold junction T2 is provided in the support portion 3d. In short, the hot junction T1 is formed in a region overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3, and the cold junction T2 is formed in a region not overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3.

また、熱型赤外線検出部3の感温部30は、各サーモパイル30aごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で、全てのサーモパイル30aが電気的に接続されている。図5における感温部30は、6個のサーモパイル30aを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル30aの全てを直列接続する接続関係に限らない。例えば、赤外線センサチップ100は、それぞれ3個のサーモパイル30aの直列回路を並列接続した感温部30とすれば、6個のサーモパイル30aが並列接続されている場合や、各サーモパイル30aごとに出力を取り出す場合に比べて、感度を高めることができる。しかも、このような赤外線センサチップ100は、6個のサーモパイル30aの全てが直列接続されている場合の感温部30に比べて、感温部30の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、S/N比が向上する。   In addition, the temperature sensing unit 30 of the thermal infrared detection unit 3 has a connection relationship in which the output change with respect to the temperature change is larger than when the output is taken out for each thermopile 30a, and all the thermopile 30a are electrically connected. Yes. The temperature sensing unit 30 in FIG. 5 has six thermopiles 30a connected in series. However, the connection relationship described above is not limited to the connection relationship in which all of the plurality of thermopiles 30a are connected in series. For example, if the infrared sensor chip 100 is a temperature sensing unit 30 in which a series circuit of three thermopiles 30a is connected in parallel, the case where six thermopiles 30a are connected in parallel, or an output for each thermopile 30a is provided. The sensitivity can be increased compared to the case of taking out. Moreover, the infrared sensor chip 100 can reduce the electrical resistance of the temperature sensing unit 30 and reduce thermal noise compared to the temperature sensing unit 30 when all six thermopiles 30a are connected in series. Therefore, the S / N ratio is improved.

熱型赤外線検出部3では、第2の薄膜構造部3aaごとに、支持部3dと第2の赤外線吸収部33aとを連結する2つの平面視短冊状のブリッジ部3bb,3bbが空洞部11の周方向に離間して形成されている。これにより、赤外線センサチップ100は、2つのブリッジ部3bb,3bbと第2の赤外線吸収部33aとを空間的に分離し空洞部11に連通する平面視コ字状のスリット14が形成されている。熱型赤外線検出部3のうち、平面視において第1の薄膜構造部3aを囲む部位である支持部3dは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部3bbは、上述の各スリット13,14により、第2の赤外線吸収部33aおよび支持部3dそれぞれとの連結部位以外の部分が、第2の赤外線吸収部33aおよび支持部3dと空間的に分離されている。ここで、第2の薄膜構造部3aaは、支持部3dからの延長方向の寸法を93μm、この延長方向に直交する幅方向の寸法を75μmとし、各ブリッジ部3bbの幅寸法を23μm、各スリット13,14の幅を5μmに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。   In the thermal infrared detector 3, for each second thin film structure portion 3 aa, two planar strip-like bridge portions 3 bb and 3 bb connecting the support portion 3 d and the second infrared absorber 33 a are formed in the cavity portion 11. They are formed spaced apart in the circumferential direction. As a result, the infrared sensor chip 100 is formed with a U-shaped slit 14 in plan view that spatially separates the two bridge portions 3bb and 3bb and the second infrared absorbing portion 33a and communicates with the cavity portion 11. . The support part 3d which is a site | part surrounding the 1st thin film structure part 3a in planar view among the thermal-type infrared detection parts 3 has a rectangular frame shape. Note that the bridge portion 3bb has a space other than the second infrared absorption portion 33a and the support portion 3d, and the space between the second infrared absorption portion 33a and the support portion 3d. Separated. Here, in the second thin film structure portion 3aa, the dimension in the extending direction from the support part 3d is 93 μm, the dimension in the width direction orthogonal to the extending direction is 75 μm, the width dimension of each bridge portion 3bb is 23 μm, and each slit Although the widths 13 and 14 are set to 5 μm, these values are merely examples and are not particularly limited.

第1の薄膜構造部3aは、半導体基板1の上記一表面側に形成された熱酸化膜1bと、熱酸化膜1b上に形成されたシリコン窒化膜32と、シリコン窒化膜32上に形成された感温部30と、シリコン窒化膜32の表面側で感温部30を覆うように形成された層間絶縁膜50と、層間絶縁膜50上に形成されたパッシベーション膜60との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。層間絶縁膜50は、BPSG膜により構成してある。パッシベーション膜60は、PSG膜と当該PSG膜上に形成されたNSG膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。   The first thin film structure portion 3a is formed on the thermal oxide film 1b formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1, the silicon nitride film 32 formed on the thermal oxide film 1b, and the silicon nitride film 32. A laminated structure of the temperature sensitive portion 30, the interlayer insulating film 50 formed so as to cover the temperature sensitive portion 30 on the surface side of the silicon nitride film 32, and the passivation film 60 formed on the interlayer insulating film 50. It is formed by patterning. The interlayer insulating film 50 is composed of a BPSG film. The passivation film 60 is composed of a laminated film of a PSG film and an NSG film formed on the PSG film, but is not limited thereto, and may be composed of, for example, a silicon nitride film.

上述の熱型赤外線検出部3では、シリコン窒化膜32のうち第1の薄膜構造部3aのブリッジ部3bb,3bb以外の部位が第1の赤外線吸収部33を構成している。また、支持部3dは、熱酸化膜1bとシリコン窒化膜32と層間絶縁膜50とパッシベーション膜60とで構成されている。   In the thermal infrared detector 3 described above, portions of the silicon nitride film 32 other than the bridge portions 3bb and 3bb of the first thin film structure portion 3a constitute the first infrared absorber 33. The support portion 3d is composed of a thermal oxide film 1b, a silicon nitride film 32, an interlayer insulating film 50, and a passivation film 60.

また、赤外線センサチップ100は、層間絶縁膜50とパッシベーション膜60との積層膜が、半導体基板1の上記一表面側において、熱型赤外線検出部3の形成用領域A1とMOSトランジスタ4の形成用領域A2とに跨って形成されている。そして、赤外線センサチップ100は、この積層膜のうち、熱型赤外線検出部3の形成用領域A1に形成された部分が赤外線吸収膜70(図7(b)、図8(b)参照)を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜70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70の厚さt2をλ/4nに設定するようにしているので、検出対象の波長(例えば、8〜12μm)の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、n=1.4、λ=10μmの場合には、t2≒1.8μmとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜50の膜厚を0.8μm、パッシベーション膜60の膜厚を1μm(PSG膜の膜厚を0.5μm、NSG膜の膜厚を0.5μm)としてある。 Further, in the infrared sensor chip 100, the laminated film of the interlayer insulating film 50 and the passivation film 60 is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 for forming the formation region A 1 of the thermal infrared detector 3 and the MOS transistor 4. It is formed across the area A2. In the infrared sensor chip 100, the portion formed in the formation region A1 of the thermal infrared detector 3 is the infrared absorbing film 70 (see FIGS. 7B and 8B). Also serves as. Here, when the refractive index of the infrared absorption film 70 is n 2 and the center wavelength of the infrared ray to be detected is λ, the thickness t2 of the infrared absorption film 70 is set to λ / 4n 2. The absorption efficiency of infrared rays of the target wavelength (for example, 8 to 12 μm) can be increased, and high sensitivity can be achieved. For example, when n 2 = 1.4 and λ = 10 μm, t2≈1.8 μm may be set. In the present embodiment, the interlayer insulating film 50 has a thickness of 0.8 μm, the passivation film 60 has a thickness of 1 μm (the PSG film has a thickness of 0.5 μm, and the NSG film has a thickness of 0.5 μm). .

また、各画素部2は、空洞部11の内周形状が矩形状である。各画素部2における連結片3cは、図5および図11(a)に示すように、平面視X字状に形成されており、第2の薄膜構造部3aaの延長方向に交差する斜め方向において隣接する第2の薄膜構造部3aa,3aa同士、第2の薄膜構造部3aaの延長方向において隣接する第2の薄膜構造部3aa,3aa同士、第2の薄膜構造部3aaの延長方向に直交する方向において隣接する第2の薄膜構造部3aa,3aa同士を連結している。   In each pixel unit 2, the inner peripheral shape of the cavity 11 is rectangular. As shown in FIGS. 5 and 11A, the connecting piece 3c in each pixel portion 2 is formed in an X shape in plan view, and in an oblique direction intersecting with the extending direction of the second thin film structure portion 3aa. The adjacent second thin film structure portions 3aa, 3aa, the second thin film structure portions 3aa, 3aa adjacent to each other in the extending direction of the second thin film structure portion 3aa, and the extending direction of the second thin film structure portion 3aa are orthogonal to each other. The second thin film structures 3aa and 3aa adjacent in the direction are connected to each other.

サーモパイル30aは、シリコン窒化膜32上で第2の薄膜構造部3aaと支持部3dとに跨って形成されたn形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35との一端部同士を第2の赤外線吸収部33aの赤外線入射面側で接続部36により電気的に接続した複数個(図5に示した例では、9個)の熱電対を有している。接続部36は、金属材料(例えば、Al−Siなど)により形成されている。また、サーモパイル30aは、半導体基板1の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のn形ポリシリコン層34の他端部とp形ポリシリコン層35の他端部とが接続部37により接合され電気的に接続されている。接続部37は、金属材料(例えば、Al−Siなど)により形成されている。サーモパイル30aは、n形ポリシリコン層34の上記一端部とp形ポリシリコン層35の上記一端部と接続部36とで温接点T1を構成している。また、サーモパイル30aは、n形ポリシリコン層34の上記他端部とp形ポリシリコン層35の上記他端部と接続部37とで冷接点T2を構成している。なお、赤外線センサチップ100は、n形ポリシリコン層34、p形ポリシリコン層35の各々において、上述のブリッジ部3bb,3bbに形成されている部位および半導体基板1の上記一表面側のシリコン窒化膜32上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。   The thermopile 30a has a second end portion of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 formed on the silicon nitride film 32 across the second thin film structure portion 3aa and the support portion 3d. A plurality of (9 in the example shown in FIG. 5) thermocouples electrically connected by the connecting portion 36 on the infrared incident surface side of the infrared absorbing portion 33a are provided. The connecting portion 36 is made of a metal material (for example, Al—Si). In the thermopile 30a, the other end portion of the n-type polysilicon layer 34 of the thermocouple adjacent to each other on the one surface side of the semiconductor substrate 1 and the other end portion of the p-type polysilicon layer 35 are joined by the connection portion 37. Electrically connected. The connection portion 37 is formed of a metal material (for example, Al—Si). In the thermopile 30a, the one end portion of the n-type polysilicon layer 34, the one end portion of the p-type polysilicon layer 35, and the connection portion 36 constitute a hot junction T1. In the thermopile 30a, the other end portion of the n-type polysilicon layer 34, the other end portion of the p-type polysilicon layer 35, and the connection portion 37 constitute a cold junction T2. Note that the infrared sensor chip 100 includes silicon nitride on the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 formed on the bridge portions 3bb and 3bb and on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Infrared rays can also be absorbed at a site formed on the film 32.

また、赤外線センサチップ100は、空洞部11の形状が、四角錐状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、第1の薄膜構造部3aの中央部に温接点T1が集まるように各画素部2におけるサーモパイル30aの平面レイアウトを設計してある。ここで、図5の上下方向における真ん中の2つの第2の薄膜構造部3aaでは、図5および図9に示すように、3つの第2の薄膜構造部3aaの並設方向に沿って温接点T1を並べて配置してある。これに対し、図5の上下方向における上側の2つの第2の薄膜構造部3aaでは、図5および図10に示すように、3つの第2の薄膜構造部3aaの並設方向において真ん中の第2の薄膜構造部3aaに近い側に温接点T1を集中して配置してある。また、図5の上下方向における下側の2つの第2の薄膜構造部3aaでは、3つの第2の薄膜構造部3aaの並設方向において真ん中の第2の薄膜構造部3aaに近い側に温接点T1を集中して配置してある。しかして、本実施形態における赤外線センサチップ100では、図5の上下方向における上側、下側の第2の薄膜構造部3aaの複数の温接点T1の配置が、真ん中の第2の薄膜構造部3aaの複数の温接点T1の配置と同じである場合に比べて、温接点T1の温度変化を大きくできるので、感度を向上させることが可能となる。なお、本実施形態では、空洞部11の最深部の深さを所定深さdp(図7(b)、図8(b)参照)とするとき、所定深さdpを200μmに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、所定深さdpは、半導体基板1の厚み寸法よりも小さく設定する必要がある。   Further, in the infrared sensor chip 100, the shape of the cavity 11 is a quadrangular pyramid, and the depth of the central portion in plan view is larger than that of the peripheral portion. The planar layout of the thermopile 30a in each pixel unit 2 is designed so that the hot junction T1 gathers at the center of 3a. Here, in the two second thin film structure portions 3aa in the middle in the vertical direction of FIG. 5, as shown in FIGS. 5 and 9, the hot junctions are arranged along the juxtaposed direction of the three second thin film structure portions 3aa. T1 is arranged side by side. On the other hand, in the two second thin film structure portions 3aa on the upper side in the vertical direction of FIG. 5, as shown in FIGS. 5 and 10, the middle second in the juxtaposition direction of the three second thin film structure portions 3aa. The hot junctions T1 are concentrated on the side close to the thin film structure portion 3aa. Further, in the two second thin film structure portions 3aa on the lower side in the vertical direction in FIG. 5, the temperature is increased to the side closer to the second thin film structure portion 3aa in the middle in the juxtaposition direction of the three second thin film structure portions 3aa. The contacts T1 are concentrated. Therefore, in the infrared sensor chip 100 in the present embodiment, the arrangement of the plurality of hot junctions T1 of the upper and lower second thin film structure portions 3aa in the vertical direction in FIG. 5 is the second thin film structure portion 3aa in the middle. Since the temperature change of the hot junction T1 can be increased as compared with the arrangement of the plurality of hot junctions T1, the sensitivity can be improved. In the present embodiment, the predetermined depth dp is set to 200 μm when the depth of the deepest portion of the cavity 11 is set to the predetermined depth dp (see FIGS. 7B and 8B). However, this value is an example and is not particularly limited. However, the predetermined depth dp needs to be set smaller than the thickness dimension of the semiconductor substrate 1.

また、第2の薄膜構造部3aaは、シリコン窒化膜32の赤外線入射面側においてサーモパイル30aを形成していない領域に、赤外線を吸収するn形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層39が形成されている。この赤外線吸収層39は、第2の薄膜構造部3aaの反りを抑制する機能も有している。また、隣接する第2の薄膜構造部3aa,3aa同士を連結する連結片3cには、当該連結片3cを補強するn形ポリシリコン層からなる補強層39b(図11参照)が設けられている。ここで、補強層39bは、赤外線吸収層39と連続一体に形成されている。しかして、赤外線センサチップ100では、連結片3cが補強層39bにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止することが可能となり、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。なお、本実施形態では、図11に示す連結片3cの長さ寸法L1を24μm、幅寸法L2を5μm、補強層39bの幅寸法L3を1μmに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、半導体基板1としてシリコン基板を用いており、補強層39bがn形ポリシリコン層により形成される場合には、空洞部11の形成時に補強層39bがエッチングされるのを防止するために、補強層39bの幅寸法は、連結片3cの幅寸法よりも小さく設定し、平面視において補強層39bの両側縁が連結片3cの両側縁よりも内側に位置する必要がある。   In the second thin film structure portion 3aa, an infrared absorption layer 39 made of an n-type polysilicon layer that absorbs infrared rays is formed in a region where the thermopile 30a is not formed on the infrared incident surface side of the silicon nitride film 32. Yes. The infrared absorption layer 39 also has a function of suppressing warpage of the second thin film structure portion 3aa. Further, the connecting piece 3c that connects the adjacent second thin film structures 3aa, 3aa is provided with a reinforcing layer 39b (see FIG. 11) made of an n-type polysilicon layer that reinforces the connecting piece 3c. . Here, the reinforcing layer 39 b is formed integrally with the infrared absorption layer 39. Therefore, in the infrared sensor chip 100, since the connecting piece 3c is reinforced by the reinforcing layer 39b, it is possible to prevent damage due to stress generated due to external temperature change or impact during use. Therefore, it is possible to reduce breakage during production and to improve production yield. In the present embodiment, the length L1 of the connecting piece 3c shown in FIG. 11 is set to 24 μm, the width L2 is set to 5 μm, and the width L3 of the reinforcing layer 39b is set to 1 μm. There is no particular limitation. However, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 1 and the reinforcing layer 39b is formed of an n-type polysilicon layer, in order to prevent the reinforcing layer 39b from being etched during the formation of the cavity 11, The width dimension of the reinforcing layer 39b is set to be smaller than the width dimension of the connecting piece 3c, and both side edges of the reinforcing layer 39b need to be positioned inside the both side edges of the connecting piece 3c in plan view.

また、赤外線センサチップ100は、図11および図16(b)に示すように、連結片3cの両側縁と第2の薄膜構造部3aaの側縁との間にそれぞれ面取り部3d,3dが形成され、X字状の連結片3cの略直交する側縁間にも面取り部3eが形成されている。しかして、赤外線センサチップ100では、図11(a)に示すように面取り部が形成されていない場合に比べて、連結片3cと第2の薄膜構造部3aaとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、赤外線センサチップ100は、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図11に示した例では、各面取り部3d,3eをR(アール)が3μmのR面取り部としてあるが、R面取り部に限らず、例えば、C面取り部としてもよい。   In addition, as shown in FIGS. 11 and 16B, the infrared sensor chip 100 has chamfered portions 3d and 3d formed between both side edges of the connecting piece 3c and side edges of the second thin film structure portion 3aa. A chamfered portion 3e is also formed between the side edges of the X-shaped connecting piece 3c that are substantially orthogonal to each other. Therefore, in the infrared sensor chip 100, compared to the case where the chamfered portion is not formed as shown in FIG. 11A, the stress concentration at the connecting portion between the connecting piece 3c and the second thin film structure portion 3aa is reduced. This can alleviate the residual stress generated during the manufacturing process and can reduce the damage during the manufacturing process, thereby improving the manufacturing yield. Further, the infrared sensor chip 100 can prevent damage due to stress generated due to an external temperature change or impact during use. In the example shown in FIG. 11, each of the chamfered portions 3 d and 3 e is an R chamfered portion having an R (R) of 3 μm, but is not limited to the R chamfered portion, and may be a C chamfered portion, for example.

また、赤外線センサチップ100は、図5、図9および図10に示すように、各熱型赤外線検出部3に、支持部3dと一方のブリッジ部3bbと第2の赤外線吸収部33aと他方のブリッジ部3bbと支持部3dとに跨るように引き回されたn形ポリシリコン層からなる故障診断用配線(故障診断用のヒータ)139を設けてある。また、赤外線センサチップ100は、全ての故障診断用配線139を直列接続してある。しかして、赤外線センサチップ100のi×j個の故障診断用配線139の直列回路へ通電することで、ブリッジ部3bbの折れなどの破損の有無を検出することが可能である。   In addition, as shown in FIGS. 5, 9 and 10, the infrared sensor chip 100 includes a supporting portion 3 d, one bridge portion 3 bb, a second infrared absorbing portion 33 a, and the other one. A failure diagnosis wiring (heater for failure diagnosis) 139 made of an n-type polysilicon layer routed across the bridge portion 3bb and the support portion 3d is provided. Further, the infrared sensor chip 100 has all the failure diagnosis wirings 139 connected in series. Accordingly, it is possible to detect the presence or absence of breakage such as breakage of the bridge portion 3bb by energizing the series circuit of the i × j failure diagnosis wirings 139 of the infrared sensor chip 100.

要するに、赤外線センサチップ100は、製造途中での検査時や使用時において、i×j個の故障診断用配線139の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部3bbの折れや故障診断用配線139の断線などを検出することが可能である。また、赤外線センサチップ100では、上述の検査時や使用時において、i×j個の故障診断用配線139の直列回路へ通電して各感温部30の出力を検出することにより、感温部30の断線の有無や感度のばらつき(感温部30の出力のばらつき)などを検知することが可能となる。ここにおいて、感度のばらつきに関しては、画素部2ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、第1の薄膜構造部3aの反りや第1の薄膜構造部3aの半導体基板1へのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。ここで、赤外線センサチップ100では、平面視において、故障診断用配線139を複数の温接点T1の群の付近において折り返され蛇行した形状としてある。したがって、この赤外線センサチップ100では、故障診断用配線139へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点T1を効率良く温めることが可能となる。上述の故障診断用配線139は、n形ポリシリコン層34およびp形ポリシリコン層35と同一平面上に同一厚さで形成されている。   In short, the infrared sensor chip 100 is configured such that the bridge portion 3bb is broken or the failure diagnosis wiring 139 depends on whether or not the ixj failure diagnosis wirings 139 are energized during inspection or use during manufacture. Can be detected. Further, in the infrared sensor chip 100, during the above-described inspection and use, the temperature sensing unit 30 detects the output of each temperature sensing unit 30 by energizing the series circuit of ixj failure diagnosis wirings 139. It is possible to detect the presence / absence of disconnection of 30 and variations in sensitivity (variations in output of the temperature sensing unit 30). Here, regarding the sensitivity variation, it is possible to detect the sensitivity variation for each pixel unit 2. For example, the warp of the first thin film structure unit 3 a or the semiconductor substrate 1 of the first thin film structure unit 3 a. It is possible to detect variations in sensitivity due to sticking or the like. Here, in the infrared sensor chip 100, the failure diagnosis wiring 139 is folded and meandered in the vicinity of the group of the plurality of hot junctions T1 in a plan view. Therefore, in this infrared sensor chip 100, each hot junction T1 can be efficiently heated by Joule heat generated by energizing the failure diagnosis wiring 139. The above-described failure diagnosis wiring 139 is formed with the same thickness on the same plane as the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35.

上述の赤外線吸収層39および故障診断用配線139は、n形ポリシリコン層34と同じn形不純物(例えば、リンなど)を同じ不純物濃度(例えば、1018〜1020cm−3)で含んでおり、n形ポリシリコン層34と同時に形成されている。また、p形ポリシリコン層35のp形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば1018〜1020cm−3程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態の赤外線センサチップ100では、n形ポリシリコン層34およびp形ポリシリコン層35それぞれの不純物濃度が1018〜1020cm−3であり、熱電対の抵抗値を低減でき、S/N比の向上を図ることが可能となる。なお、赤外線吸収層39および故障診断用配線139は、n形ポリシリコン層34と同じn形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、p形ポリシリコン層35と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてもよい。 The infrared absorption layer 39 and the failure diagnosis wiring 139 described above contain the same n-type impurity (for example, phosphorus) as the n-type polysilicon layer 34 at the same impurity concentration (for example, 10 18 to 10 20 cm −3 ). The n-type polysilicon layer 34 is formed at the same time. Further, for example, boron may be adopted as the p-type impurity of the p-type polysilicon layer 35, and the impurity concentration may be appropriately set within a range of, for example, about 10 18 to 10 20 cm −3 . In the infrared sensor chip 100 of the present embodiment, the impurity concentration of each of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 is 10 18 to 10 20 cm −3 , and the resistance value of the thermocouple can be reduced. The N ratio can be improved. The infrared absorption layer 39 and the failure diagnosis wiring 139 are doped with the same n-type impurity as the n-type polysilicon layer 34 at the same impurity concentration. However, the present invention is not limited to this. For example, the p-type polysilicon layer 35 The same impurity may be doped with the same impurity concentration.

ところで、赤外線センサチップ100は、n形ポリシリコン層34、p形ポリシリコン層35、赤外線吸収層39、および故障診断用配線139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、n形ポリシリコン層34、p形ポリシリコン層35、赤外線吸収層39、および故障診断用配線139それぞれの厚さt1をλ/4nに設定するようにしている。しかして、赤外線センサチップ100では、検出対象の波長(例えば、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可能となる。例えば、n=3.6、λ=10μmの場合には、t1≒0.69μmとすればよい。 In the infrared sensor chip 100, the refractive index of the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis wiring 139 is n 1 , and the center wavelength of the infrared ray to be detected is λ. to time, so as to set the n-type polysilicon layer 34, p-type polysilicon layer 35, the infrared-absorbing layer 39, and the failure diagnosis wirings 139 respectively thicknesses t1 to lambda / 4n 1. Therefore, in the infrared sensor chip 100, the absorption efficiency of infrared rays having a wavelength to be detected (for example, 8 to 12 μm) can be increased, and high sensitivity can be achieved. For example, when n 1 = 3.6 and λ = 10 μm, t 1 ≈0.69 μm may be set.

また、本実施形態では、n形ポリシリコン層34、p形ポリシリコン層35、赤外線吸収層39、および故障診断用配線139それぞれの不純物濃度が1018〜1020cm−3であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部30の出力のS/N比を高めることが可能となる。また、本実施形態における赤外線センサチップ100では、赤外線吸収層39および故障診断用配線139をn形ポリシリコン層34と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。 In the present embodiment, since the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis wiring 139 have impurity concentrations of 10 18 to 10 20 cm −3 , the infrared Infrared reflection can be suppressed while increasing the absorption rate of the light, and the S / N ratio of the output of the temperature sensing unit 30 can be increased. Further, in the infrared sensor chip 100 according to the present embodiment, the infrared absorption layer 39 and the failure diagnosis wiring 139 can be formed in the same process as the n-type polysilicon layer 34, so that the cost can be reduced.

また、赤外線センサチップ100は、図8、図12および図13に示すように、感温部30の接続部36と接続部37とが、半導体基板1の上記一表面側において、層間絶縁膜50によって絶縁分離されている。すなわち、温接点T1側の接続部36は、層間絶縁膜50に形成したコンタクトホール50a,50aを通して、両ポリシリコン層34,35の上記各一端部と電気的に接続されている。また、冷接点T2側の接続部37は、層間絶縁膜50に形成されたコンタクトホール50a,50aを通して、両ポリシリコン層34,35の上記各他端部と電気的に接続されている。 In addition, as shown in FIGS. 8, 12, and 13, the infrared sensor chip 100 includes the interlayer insulating film 50 in which the connection portion 36 and the connection portion 37 of the temperature sensing portion 30 are located on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Insulated and separated by. That is, the connecting portion 36 on the warm junction T1 side is electrically connected to the one end portions of the polysilicon layers 34 and 35 through the contact holes 50a 1 and 50a 2 formed in the interlayer insulating film 50. Further, the connecting portion 37 on the cold junction T2 side is electrically connected to the other end portions of the polysilicon layers 34 and 35 through contact holes 50a 3 and 50a 4 formed in the interlayer insulating film 50. .

また、MOSトランジスタ4は、上述のように、半導体基板1の上記一表面側においてMOSトランジスタ4の形成用領域A2に形成されている。   Further, the MOS transistor 4 is formed in the formation region A2 of the MOS transistor 4 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 as described above.

MOSトランジスタ4は、図7、図8および図15に示すように、半導体基板1の上記一表面側に第1導電形であるp形(p)のウェル領域41が形成され、ウェル領域41内に、第2導電形であるn形(n)のドレイン領域43と第2導電形であるn形(n)のソース領域44とが離間して形成されている。さらに、ウェル領域41内には、ドレイン領域43とソース領域44とを囲む第1導電形であるp形(p++)のチャネルストッパ領域42が形成されている。 As shown in FIGS. 7, 8, and 15, the MOS transistor 4 has a p-type (p + ) well region 41 of the first conductivity type formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1. An n-type (n + ) drain region 43 of the second conductivity type and an n-type (n + ) source region 44 of the second conductivity type are formed apart from each other. Further, in the well region 41, a p-type (p ++ ) channel stopper region 42 which is a first conductivity type surrounding the drain region 43 and the source region 44 is formed.

ウェル領域41においてドレイン領域43とソース領域44との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜(熱酸化膜)からなるゲート絶縁膜45を介してn形ポリシリコン層からなるゲート電極46が形成されている。   A gate electrode 46 made of an n-type polysilicon layer is disposed on a portion of the well region 41 located between the drain region 43 and the source region 44 via a gate insulating film 45 made of a silicon oxide film (thermal oxide film). Is formed.

また、ドレイン領域43上には、金属材料(例えば、Al−Siなど)からなるドレイン電極47が形成され、ソース領域44上には、金属材料(例えば、Al−Siなど)からなるソース電極48が形成されている。   A drain electrode 47 made of a metal material (for example, Al—Si) is formed on the drain region 43, and a source electrode 48 made of a metal material (for example, Al—Si) is formed on the source region 44. Is formed.

ゲート電極46、ドレイン電極47およびソース電極48は、上述の層間絶縁膜50によって絶縁分離されている。ここで、ドレイン電極47は、層間絶縁膜50に形成したコンタクトホール50dを通してドレイン領域43と電気的に接続され、ソース電極48は、層間絶縁膜50に形成したコンタクトホール50eを通してソース領域44と電気的に接続されている。   The gate electrode 46, the drain electrode 47, and the source electrode 48 are insulated and separated by the interlayer insulating film 50 described above. Here, the drain electrode 47 is electrically connected to the drain region 43 through a contact hole 50 d formed in the interlayer insulating film 50, and the source electrode 48 is electrically connected to the source region 44 through a contact hole 50 e formed in the interlayer insulating film 50. Connected.

赤外線センサチップ100の各画素部2では、図3、図5に示すように、MOSトランジスタ4のソース電極48と感温部30の一端とが電気的に接続され、感温部30の他端が第4の配線104に電気的に接続されている。また、各画素部2では、MOSトランジスタ4のドレイン電極47が、第1の配線101と電気的に接続され、ゲート電極46が、n形ポリシリコン配線からなる第2の配線102と電気的に接続されている。また、各画素部2では、図7、図8に示すように、MOSトランジスタ4のチャネルストッパ領域42上に、金属材料(例えば、Al−Siなど)からなる電極49が形成されている。しかして、ウェル領域41は、チャネルストッパ領域42および電極49を介して、第3の配線103と電気的に接続されている。なお、電極49は、層間絶縁膜50に形成したコンタクトホール50fを通してチャネルストッパ領域42と電気的に接続されている。   In each pixel unit 2 of the infrared sensor chip 100, as shown in FIGS. 3 and 5, the source electrode 48 of the MOS transistor 4 and one end of the temperature sensing unit 30 are electrically connected, and the other end of the temperature sensing unit 30 is connected. Are electrically connected to the fourth wiring 104. In each pixel unit 2, the drain electrode 47 of the MOS transistor 4 is electrically connected to the first wiring 101, and the gate electrode 46 is electrically connected to the second wiring 102 made of n-type polysilicon wiring. It is connected. In each pixel unit 2, as shown in FIGS. 7 and 8, an electrode 49 made of a metal material (for example, Al—Si) is formed on the channel stopper region 42 of the MOS transistor 4. Thus, the well region 41 is electrically connected to the third wiring 103 through the channel stopper region 42 and the electrode 49. The electrode 49 is electrically connected to the channel stopper region 42 through a contact hole 50f formed in the interlayer insulating film 50.

また、上述のツェナダイオードZDは、図17に示すように、第1拡散領域81上にアノード電極83が形成され、第2拡散領域82上に2つのカソード電極84a,84bが形成されている。このツェナダイオードZDは、アノード電極83が、第5のパッドVzdと電気的に接続され、一方のカソード電極84aが、1つの第2の配線102を介して当該第2の配線102に接続されたMOSトランジスタ4のゲート電極46と電気的に接続され、他方のカソード電極84bが、当該第2の配線102に接続された第2のパッドVsel1〜Vsel8の1つと電気的に接続されている。   In the Zener diode ZD, the anode electrode 83 is formed on the first diffusion region 81, and the two cathode electrodes 84a and 84b are formed on the second diffusion region 82, as shown in FIG. In this Zener diode ZD, the anode electrode 83 is electrically connected to the fifth pad Vzd, and one cathode electrode 84a is connected to the second wiring 102 via one second wiring 102. The MOS transistor 4 is electrically connected to the gate electrode 46, and the other cathode electrode 84 b is electrically connected to one of the second pads Vsel 1 to Vsel 8 connected to the second wiring 102.

上述の赤外線センサチップ100によれば、通電されることにより発生するジュール熱によって温接点T1を温める故障診断用配線139を備えているので、故障診断用配線139へ通電してサーモパイル30aの出力を測定することにより、サーモパイル30aの断線などの故障の有無を判断することが可能となって、信頼性の向上を図れる。しかも、赤外線センサチップ100は、故障診断用配線139が、熱型赤外線検出部3において半導体基板1の空洞部11に重なる領域でサーモパイル30aと重ならないように配置されているので、故障診断用配線139によるサーモパイル30aの温接点T1の熱容量の増大を防止でき、感度および応答速度の向上を図ることが可能となる。   Since the infrared sensor chip 100 includes the failure diagnosis wiring 139 that warms the hot junction T1 by Joule heat generated by being energized, the failure diagnosis wiring 139 is energized to output the thermopile 30a. By measuring, it is possible to determine the presence or absence of a failure such as disconnection of the thermopile 30a, and the reliability can be improved. In addition, the infrared sensor chip 100 is arranged so that the failure diagnosis wiring 139 does not overlap the thermopile 30a in a region where the failure detection wiring 139 overlaps the cavity 11 of the semiconductor substrate 1 in the thermal infrared detection unit 3. It is possible to prevent the heat capacity of the hot junction T1 of the thermopile 30a from increasing by 139, and to improve the sensitivity and response speed.

ここで、赤外線センサチップ100は、使用時において自己診断を行わない通常時において、故障診断用配線139も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点T1の温度の均一化を図れ、感度の向上を図ることが可能となる。なお、赤外線センサチップ100では、赤外線吸収層39および補強層39bも外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点T1の温度の均一化を図れ、感度の向上を図ることが可能となる。また、赤外線センサチップ100の使用時の自己診断は、例えば、ICチップ200Aに設けられた自己診断回路により定期的に行うようにすればよいが、必ずしも定期的に行う必要はない。   Here, in the infrared sensor chip 100, since the failure diagnosis wiring 139 also absorbs infrared rays from the outside during normal times when self-diagnosis is not performed during use, the temperature of the plurality of hot junctions T1 can be made uniform and the sensitivity can be improved. Can be improved. In the infrared sensor chip 100, since the infrared absorbing layer 39 and the reinforcing layer 39b also absorb infrared rays from the outside, the temperature of the plurality of hot junctions T1 can be made uniform, and the sensitivity can be improved. Further, the self-diagnosis at the time of using the infrared sensor chip 100 may be periodically performed by, for example, a self-diagnosis circuit provided in the IC chip 200A, but is not necessarily performed periodically.

また、赤外線センサチップ100は、第1の薄膜構造部3aが、複数の線状のスリット13を設けることによって、空洞部11の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部3において空洞部11を囲む部位である支持部3dから内方へ延長された複数の第2の薄膜構造部3aaに分離されている。そして、赤外線センサチップ100は、各第2の薄膜構造部3aaごとにサーモパイル30aの温接点T1が設けられるとともに、各サーモパイル30aごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル30aが電気的に接続されているので、応答速度および感度の向上を図ることが可能となる。また、赤外線センサチップ100では、隣接する第2の薄膜構造部3aa,3aa同士を連結する連結片3cが形成されていることにより、各第2の薄膜構造部3aaの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。   In addition, the infrared sensor chip 100 includes a plurality of linear slits 13 provided in the first thin film structure portion 3 a along the inner circumferential direction of the cavity portion 11. It is separated into a plurality of second thin film structure portions 3aa extending inward from a support portion 3d that is a portion surrounding the cavity portion 11. The infrared sensor chip 100 is provided with a hot junction T1 of the thermopile 30a for each second thin film structure 3aa, and the output change with respect to the temperature change is larger than when the output is taken out for each thermopile 30a. Since all the thermopile 30a is electrically connected in relation, it becomes possible to improve response speed and sensitivity. Further, in the infrared sensor chip 100, since the connecting pieces 3c that connect the adjacent second thin film structure portions 3aa and 3aa are formed, the warpage of each second thin film structure portion 3aa can be reduced, and the structural stability can be reduced. Improve the stability and stabilize the sensitivity.

また、赤外線センサチップ100は、n形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35と赤外線吸収層39と補強層39bと故障診断用配線139とが同一の厚さに設定されているので、第2の薄膜構造部3aaの応力バランスの均一性が向上し、第2の薄膜構造部3aaの反りを抑制することができ、製品ごとの感度のばらつきや、画素部2ごとの感度のばらつきを低減することが可能となる。   In the infrared sensor chip 100, the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, the reinforcing layer 39b, and the failure diagnosis wiring 139 are set to the same thickness. The uniformity of the stress balance of the second thin film structure portion 3aa can be improved, the warpage of the second thin film structure portion 3aa can be suppressed, and the variation in sensitivity between products and the variation in sensitivity between pixel portions 2 can be reduced. It becomes possible to do.

また、赤外線センサチップ100は、故障診断用配線139が、第1の熱電要素であるn形ポリシリコン層34もしくは第2の熱電要素であるp形ポリシリコン層35と同じ材料により形成されているので、故障診断用配線139を第1の熱電要素もしくは第2の熱電要素と同時に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化による低コスト化を図れる。   In the infrared sensor chip 100, the fault diagnosis wiring 139 is formed of the same material as the n-type polysilicon layer 34 that is the first thermoelectric element or the p-type polysilicon layer 35 that is the second thermoelectric element. Therefore, the failure diagnosis wiring 139 can be formed simultaneously with the first thermoelectric element or the second thermoelectric element, and the cost can be reduced by simplifying the manufacturing process.

また、赤外線センサチップ100は、赤外線吸収部33および故障診断用配線139を備えた複数の画素部2が、半導体基板1の上記一表面側で2次元アレイ状に設けられている。したがって、この赤外線センサチップ100の構成では、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部2それぞれの故障診断用配線139に通電することにより、各画素部2それぞれの感温部30の感度のばらつきを把握することが可能となる。   In the infrared sensor chip 100, a plurality of pixel units 2 each including an infrared absorption unit 33 and a failure diagnosis wiring 139 are provided in a two-dimensional array on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Therefore, in the configuration of the infrared sensor chip 100, the self-diagnosis at the time of manufacture or use is energized to the failure diagnosis wiring 139 of each pixel unit 2, so that the sensitivity of the temperature sensing unit 30 of each pixel unit 2 is increased. It becomes possible to grasp the variation.

上述の赤外線センサチップ100の外周形状は矩形状(正方形状ないし長方形状)である。   The outer peripheral shape of the infrared sensor chip 100 described above is rectangular (square or rectangular).

上述の赤外線センサチップ100では、半導体基板1として上記一表面が(100)面の単結晶のシリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部11を四角錐状の形状としてあるが、四角錐状の形状に限らず、四角錐台状の形状でもよい。また、半導体基板1の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、半導体基板1として上記一表面が(110)面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。   In the infrared sensor chip 100 described above, a cavity is formed by anisotropic etching using the crystal plane orientation dependence of the etching rate, using the single crystal silicon substrate whose one surface is the (100) plane as the semiconductor substrate 1. 11 is a quadrangular pyramid shape, but is not limited to a quadrangular pyramid shape, and may be a quadrangular pyramid shape. Further, the plane orientation of the one surface of the semiconductor substrate 1 is not particularly limited. For example, a single crystal silicon substrate having the one surface of (110) may be used as the semiconductor substrate 1.

また、半導体基板1の導電形は、n形に限らず、例えば、図18〜図20に示すようにp形でもよい。図18は、p形の半導体基板1がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域43およびソース領域44の導電形をn形(n)とする例である。また、図19は、p形の半導体基板1に形成したp形(p)のウェル領域41がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域43およびソース領域44の導電形をn形(n)とする例である。また、図20は、p形の半導体基板1に形成したn形のウェル領域41がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域43およびソース領域44の導電形をp形(p)とする例である。 Further, the conductivity type of the semiconductor substrate 1 is not limited to the n-type, and may be, for example, a p-type as shown in FIGS. FIG. 18 shows an example in which the p-type semiconductor substrate 1 constitutes a channel formation region, and the conductivity type of the drain region 43 and the source region 44 is n-type (n + ). In FIG. 19, a p-type (p + ) well region 41 formed in a p-type semiconductor substrate 1 constitutes a channel formation region, and the conductivity type of the drain region 43 and the source region 44 is n-type (n + ). FIG. 20 shows an example in which the n-type well region 41 formed in the p-type semiconductor substrate 1 constitutes a channel formation region, and the conductivity type of the drain region 43 and the source region 44 is p-type (p + ). It is.

なお、赤外線センサチップ100は、熱電変換部である感温部30を具備する複数の画素部2が半導体基板1の一表面側においてアレイ状に配置されているが、構造は特に限定するものではなく、感温部30を構成するサーモパイル30aの数も複数に限らず、1つでもよい。また、感温部30は、1ないし複数のサーモパイル30aにより構成されるものに限らず、例えば、熱電対でもよいし、抵抗ボロメータでもよいし、焦電素子でもよく、感温部30の構成に応じて、ICチップ200Aの回路部の回路構成を適宜変更すればよい。   In the infrared sensor chip 100, a plurality of pixel portions 2 each having a temperature sensing portion 30 that is a thermoelectric conversion portion are arranged in an array on one surface side of the semiconductor substrate 1, but the structure is not particularly limited. In addition, the number of thermopiles 30a constituting the temperature sensing unit 30 is not limited to a plurality and may be one. The temperature sensing unit 30 is not limited to one or more thermopiles 30a, and may be a thermocouple, a resistance bolometer, a pyroelectric element, or the like. Accordingly, the circuit configuration of the circuit portion of the IC chip 200A may be changed as appropriate.

また、上述の赤外線センサチップ100では、第1の熱電要素の材料としてn形ポリシリコン層、第2の熱電要素の材料としてp形ポリシリコンを採用しているが、これらに限らず、例えば、第1の熱電要素の材料としてn形シリコンゲルマニウム、第2の熱電要素の材料としてp形シリコンゲルマニウムを採用してもよい。   Further, in the above-described infrared sensor chip 100, the n-type polysilicon layer is used as the material of the first thermoelectric element, and the p-type polysilicon is used as the material of the second thermoelectric element. N-type silicon germanium may be employed as the material of the first thermoelectric element, and p-type silicon germanium may be employed as the material of the second thermoelectric element.

ICチップ200Aは、ASIC(:Application Specific IC)であり、シリコン基板を用いて形成されている。このICチップ200Aの外周形状は、矩形状(正方形状ないし長方形状)である。なお、ICチップ200Aは、ASICに限定するものではなく、適宜の集積回路からなる回路部が形成されたチップであればよい。   The IC chip 200A is an ASIC (Application Specific IC) and is formed using a silicon substrate. The outer peripheral shape of the IC chip 200A is rectangular (square or rectangular). Note that the IC chip 200A is not limited to an ASIC, and may be any chip on which a circuit unit including an appropriate integrated circuit is formed.

ICチップ200Aは、主表面側に、上述の回路部(図示せず)が形成されている。この回路部は、例えば、赤外線センサチップ100を制御する制御回路を備えている。また、この回路部は、赤外線センサチップ100の複数の出力用のパッド80に電気的に接続された複数の入力用のパッドの出力電圧を増幅する増幅回路と、複数の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサとを備えている。ここで、上記増幅回路の出力は、画素部2における温接点T1と冷接点T2との温度差に応じた出力である。そして、ICチップ200Aは、外部の表示装置に、赤外線画像を表示させることができる。また、回路部は、上述の自己診断回路も備えている。ICチップ200Aの回路部の回路構成は、特に限定するものではない。また、赤外線センサは、パッケージ300の上段の凹部301bの内底面に電子デバイスチップであるサーミスタ(図示せず)を実装して、このサーミスタとICチップ200Aとを電気的に接続し、上記増幅回路の出力とサーミスタの出力とに基づいて各画素部2の温度を求める演算回路を設けるようにしてもよい。   The IC chip 200A has the above-described circuit portion (not shown) formed on the main surface side. The circuit unit includes, for example, a control circuit that controls the infrared sensor chip 100. The circuit unit includes an amplifier circuit that amplifies output voltages of a plurality of input pads electrically connected to the plurality of output pads 80 of the infrared sensor chip 100, and outputs of the plurality of input pads. A multiplexer that alternatively inputs a voltage to the amplifier circuit. Here, the output of the amplifier circuit is an output corresponding to the temperature difference between the hot junction T1 and the cold junction T2 in the pixel unit 2. Then, the IC chip 200A can display an infrared image on an external display device. The circuit unit also includes the above-described self-diagnosis circuit. The circuit configuration of the circuit part of the IC chip 200A is not particularly limited. The infrared sensor has a thermistor (not shown), which is an electronic device chip, mounted on the inner bottom surface of the upper recess 301b of the package 300, and electrically connects the thermistor and the IC chip 200A. An arithmetic circuit for obtaining the temperature of each pixel unit 2 based on the output of the and the thermistor may be provided.

パッケージ300のパッケージ本体301は、多層セラミック基板からなり、上段の凹部301bの内底面に、赤外線センサチップ100のパッド80がワイヤ381を介して電気的に接続される配線(第1導体パターン)が形成され、下段の凹部301aの内底面に、ICチップ200Aのパッド(図示せず)が第2接合部312を介して電気的に接続される配線(第2導体パターン)が形成されている。また、パッケージ本体301には、赤外線センサチップ100が接続された第1導体パターンとICチップ200Aが接続された第2導体パターンとを接続する配線(図示せず)が埋設されている。また、パッケージ300には、赤外線センサチップ100およびICチップ200Aに適宜接続された外部接続電極が露設されている。なお、ワイヤ381としては、Alワイヤに比べて耐腐食性の高いAuワイヤを用いることが好ましい。   The package main body 301 of the package 300 is made of a multilayer ceramic substrate, and wiring (first conductor pattern) for electrically connecting the pads 80 of the infrared sensor chip 100 via the wires 381 is formed on the inner bottom surface of the upper recessed portion 301b. A wiring (second conductor pattern) is formed on the inner bottom surface of the lower recessed portion 301a, and the pad (not shown) of the IC chip 200A is electrically connected through the second bonding portion 312. Further, in the package body 301, wiring (not shown) for connecting the first conductor pattern to which the infrared sensor chip 100 is connected and the second conductor pattern to which the IC chip 200A is connected is embedded. The package 300 has external connection electrodes that are appropriately connected to the infrared sensor chip 100 and the IC chip 200A. In addition, as the wire 381, it is preferable to use an Au wire having higher corrosion resistance than an Al wire.

なお、ICチップ200Aは、パッケージ本体301に対して、例えば、常温接合法や、Au−Sn共晶もしくはAu−Si共晶を利用した共晶接合法などにより接合してもよい。   The IC chip 200A may be bonded to the package body 301 by, for example, a room temperature bonding method or a eutectic bonding method using Au—Sn eutectic or Au—Si eutectic.

パッケージ300は、パッケージ蓋302が、赤外線センサチップ100での検知対象の赤外線を透過する材料により形成されている。ここで、赤外線センサは、パッケージ蓋302の材料として、シリコンやゲルマニウムを採用し、且つ、第1接合部311の材料として半田などの導電性材料を採用し、パッケージ蓋302と、パッケージ本体301に形成した電磁シールド層(図示せず)とを電気的に接続することが好ましい。これにより、赤外線センサは、電磁ノイズの影響を低減することが可能となる。   In the package 300, the package lid 302 is formed of a material that transmits infrared rays to be detected by the infrared sensor chip 100. Here, the infrared sensor employs silicon or germanium as the material of the package lid 302, and employs a conductive material such as solder as the material of the first joint 311. It is preferable to electrically connect the formed electromagnetic shield layer (not shown). Thereby, the infrared sensor can reduce the influence of electromagnetic noise.

パッケージ蓋302は、平板状の形状としてあるが、これに限らず、例えば、少なくとも一部がレンズを構成する形状でもよい。本実施形態の赤外線センサでは、パッケージ蓋302の少なくとも一部をレンズの形状に形成すれば、パッケージ蓋302を平板状の形状とする場合に比べて、赤外線センサチップ100での受光効率の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ100の検知エリアをパッケージ蓋302により設定することが可能となる。   The package lid 302 has a flat plate shape, but is not limited thereto. For example, at least a part of the package lid 302 may form a lens. In the infrared sensor of this embodiment, if at least a part of the package lid 302 is formed in the shape of a lens, the light receiving efficiency of the infrared sensor chip 100 can be improved as compared with the case where the package lid 302 is in the shape of a flat plate. It becomes possible to plan. Further, in the infrared sensor of this embodiment, the detection area of the infrared sensor chip 100 can be set by the package lid 302.

上述のレンズとしては、平凸型の非球面レンズが好ましい。これにより、赤外線センサは、レンズの薄型化を図りながらも、赤外線センサチップ100での赤外線の受光効率の向上による高感度化を図ることが可能となる。   As the above-mentioned lens, a plano-convex aspherical lens is preferable. Thereby, the infrared sensor can achieve high sensitivity by improving the infrared light receiving efficiency of the infrared sensor chip 100 while reducing the thickness of the lens.

上述の少なくとも一部がレンズの形状であるパッケージ蓋302は、赤外線センサチップ100の半導体基板1とは別の半導体基板を用いて形成されている。更に説明すれば、レンズは、所望のレンズ形状に応じて半導体基板(ここでは、シリコン基板)との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体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半導体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半導体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た半導体レンズ(ここでは、シリコンレンズ)により構成されている。しかして、レンズは、導電性を有している。なお、この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第3897055号公報、特許第3897056号公報などに開示されている半導体レンズの製造方法を適用することができる。   The package lid 302 having at least a part in the shape of a lens is formed using a semiconductor substrate different from the semiconductor substrate 1 of the infrared sensor chip 100. More specifically, the lens has an anode whose contact pattern is designed with a semiconductor substrate (here, a silicon substrate) in accordance with a desired lens shape, and the contact with the semiconductor substrate is ohmic contact on one surface side of the semiconductor substrate. After forming the porous portion to be a removal site by anodizing the other surface side of the semiconductor substrate in an electrolytic solution composed of a solution for removing oxides of constituent elements of the semiconductor substrate by etching, the porous It is composed of a semiconductor lens (here, a silicon lens) formed by removing the mass portion. Thus, the lens has conductivity. As a method for manufacturing a semiconductor lens to which this kind of anodization technology is applied, for example, a method for manufacturing a semiconductor lens disclosed in Japanese Patent No. 3897055 and Japanese Patent No. 3897056 can be applied.

本実施形態では、赤外線センサチップ100の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズにより設定することができ、また、レンズとして、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな半導体レンズを採用することができるから、短焦点化により、パッケージ300の薄型化を図ることが可能となる。本実施形態の赤外線センサは、赤外線センサチップ100の検知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、レンズの材料として、硫化亜鉛や砒化ガリウムなどに比べて環境負荷が少なく且つ、ゲルマニウムに比べて低コスト化が可能であり、しかも、硫化亜鉛に比べて波長分散が小さなシリコンを採用している。   In this embodiment, the detection area of the infrared sensor chip 100 can be set by a lens made of the above-described semiconductor lens, and a semiconductor lens having a shorter focal length, a larger aperture diameter, and smaller aberration than a spherical lens is used as the lens. Therefore, the package 300 can be thinned by shortening the focus. The infrared sensor of the present embodiment is assumed to be an infrared ray to be detected by the infrared sensor chip 100, and an infrared ray having a wavelength band of about 10 μm (8 μm to 13 μm) emitted from the human body. Compared to gallium arsenide and the like, silicon is used which has a lower environmental burden, can be manufactured at a lower cost than germanium, and has a smaller wavelength dispersion than zinc sulfide.

上述のパッケージ蓋302には、赤外線センサチップ100での検知対象の赤外線の波長を含む所望の波長域の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する光学多層膜(多層干渉フィルタ膜)からなるフィルタ部(図示せず)を設けることが好ましい。このようなフィルタ部を設けることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を抑制することが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。   The package lid 302 includes an optical multilayer film (multilayer interference filter film) that transmits infrared rays in a desired wavelength range including infrared wavelengths to be detected by the infrared sensor chip 100 and reflects infrared rays outside the wavelength ranges. It is preferable to provide a filter part (not shown). By providing such a filter unit, it becomes possible to cut infrared rays and visible light in unnecessary wavelength regions other than the desired wavelength region by the filter unit, and it is possible to suppress the generation of noise due to sunlight or the like. It becomes possible to achieve high sensitivity.

以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、パッケージ300内で、赤外線センサチップ100とICチップ200Aとが、互いの厚み方向において離間して配置されている。しかして、本実施形態の赤外線センサでは、ICチップ200Aの発熱に起因した赤外線センサチップ100の面内でのオフセット電圧のばらつきを抑制できて、赤外線センサチップ100の面内でのS/N比のばらつきを抑制することが可能となる。要するに、本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップ100の各熱型赤外線検出部3の出力のS/N比のばらつきを抑制することが可能となる。赤外線センサは、赤外線センサチップ100およびICチップ200Aを、赤外線センサチップ100の厚み方向に沿った中心線とICチップ200Aの厚み方向に沿った中心線とが略一致するように配置することが好ましい。これにより、赤外線センサは、赤外線センサチップ100の各熱型赤外線検出部3の出力のS/N比のばらつきを、より抑制することが可能となる。   In the infrared sensor according to the present embodiment described above, the infrared sensor chip 100 and the IC chip 200A are arranged in the package 300 so as to be separated from each other in the thickness direction. Therefore, in the infrared sensor of the present embodiment, variation in offset voltage in the plane of the infrared sensor chip 100 due to heat generation of the IC chip 200A can be suppressed, and the S / N ratio in the plane of the infrared sensor chip 100 can be suppressed. It is possible to suppress the variation of. In short, in the infrared sensor of the present embodiment, it is possible to suppress variations in the S / N ratio of the output of each thermal infrared detector 3 of the infrared sensor chip 100. In the infrared sensor, it is preferable to arrange the infrared sensor chip 100 and the IC chip 200A so that the center line along the thickness direction of the infrared sensor chip 100 and the center line along the thickness direction of the IC chip 200A substantially coincide. . Thereby, the infrared sensor can further suppress the variation in the S / N ratio of the output of each thermal infrared detector 3 of the infrared sensor chip 100.

1 半導体基板
3 熱型赤外線検出部
11 空洞部
100 赤外線センサチップ(電磁波センサチップ)
100A デバイスチップ
200 ICチップ
300 パッケージ
301 パッケージ本体
301a 凹部
301b 凹部
302 パッケージ蓋
311 第1接合部
312 第2接合部
313 第3接合部
321 第1気密空間
322 第2気密空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 3 Thermal type infrared detection part 11 Cavity part 100 Infrared sensor chip (electromagnetic wave sensor chip)
100A Device chip 200 IC chip 300 Package 301 Package body 301a Concave part 301b Concave part 302 Package lid 311 First joint part 312 Second joint part 313 Third joint part 321 First airtight space 322 Second airtight space

Claims (5)

真空中での使用が要求されるデバイスチップと、前記デバイスチップと協働するICチップと、前記デバイスチップと前記ICチップとが互いの厚み方向に離間して収納されたパッケージとを備え、前記パッケージは、パッケージ本体と、前記パッケージ本体に第1接合部を介して気密的に接合されたパッケージ蓋とを有し、前記パッケージ本体の一面側に2段の凹部が設けられ、前記ICチップが、下段の前記凹部の内底面に第2接合部を介して接合され、前記デバイスチップが、上段の前記凹部の内底面における前記下段の凹部の周部の全周に亘って第3接合部を介して気密的に接合されてなり、前記パッケージ本体と前記デバイスチップと前記第3接合部と前記パッケージ蓋とで囲まれた第1気密空間が真空雰囲気であることを特徴とする真空封止デバイス。   A device chip that is required to be used in a vacuum, an IC chip that cooperates with the device chip, and a package in which the device chip and the IC chip are stored separately in the thickness direction of the device chip, The package includes a package main body and a package lid that is airtightly bonded to the package main body via a first bonding portion, and a two-step recess is provided on one surface side of the package main body. , The second chip is bonded to the inner bottom surface of the lower concave portion via a second bonding portion, and the device chip has a third bonding portion over the entire circumference of the peripheral portion of the lower concave portion on the inner bottom surface of the upper concave portion. And a first airtight space surrounded by the package body, the device chip, the third joint, and the package lid is a vacuum atmosphere. Vacuum sealing device that. 前記第3接合部は、無機系接合材料により形成されてなることを特徴とする請求項1記載の真空封止デバイス。   The vacuum sealing device according to claim 1, wherein the third bonding portion is formed of an inorganic bonding material. 前記パッケージ本体と前記デバイスチップと前記第3接合部とで囲まれた第2気密空間が真空雰囲気であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の真空封止デバイス。   3. The vacuum sealed device according to claim 1, wherein the second hermetic space surrounded by the package body, the device chip, and the third joint is a vacuum atmosphere. 前記デバイスチップは、電磁波センサチップであり、前記パッケージ蓋は、前記電磁波センサチップでの検知対象の電磁波を透過する材料により形成されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の真空封止デバイス。   4. The device according to claim 1, wherein the device chip is an electromagnetic wave sensor chip, and the package lid is formed of a material that transmits an electromagnetic wave to be detected by the electromagnetic wave sensor chip. 5. 2. A vacuum sealing device according to item 1. 前記検知対象の電磁波が赤外線であり、前記電磁波センサチップは、複数の熱型赤外線検出部が半導体基板の一表面側においてアレイ状に配置され、前記半導体基板の前記一表面側において前記熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部が形成されてなる赤外線センサチップであることを特徴とする請求項4記載の真空封止デバイス。   The electromagnetic wave to be detected is infrared, and the electromagnetic wave sensor chip has a plurality of thermal infrared detectors arranged in an array on one surface side of the semiconductor substrate, and the thermal infrared ray on the one surface side of the semiconductor substrate. The vacuum-sealed device according to claim 4, wherein the vacuum-sealed device is an infrared sensor chip in which a cavity is formed immediately below a part of the detection unit.
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