JP2014016295A - 半導体物理量センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】受光素子の感度が低下してしまうのをより抑制することのできる半導体物理量センサを得る。
【解決手段】半導体物理量センサ10は、キャビティ21が形成された半導体基材20と、キャビティ21上に配置される誘電体薄板部61を有し、半導体基材20の一面20a側に固定される誘電体60と、誘電体薄板部61上に配置される受光素子40と、を備えている。そして、誘電体60の一部に形成された固定部62によって誘電体60を半導体基材20に部分的に固定し、半導体基材20の一面20aと誘電体薄板部61における一面側の面61aとの間に隙間Sが形成されるようにした。
【選択図】図2
【解決手段】半導体物理量センサ10は、キャビティ21が形成された半導体基材20と、キャビティ21上に配置される誘電体薄板部61を有し、半導体基材20の一面20a側に固定される誘電体60と、誘電体薄板部61上に配置される受光素子40と、を備えている。そして、誘電体60の一部に形成された固定部62によって誘電体60を半導体基材20に部分的に固定し、半導体基材20の一面20aと誘電体薄板部61における一面側の面61aとの間に隙間Sが形成されるようにした。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体物理量センサに関する。
従来、半導体物理量センサとして、キャビティが形成された半導体基板と、キャビティ上に配置される薄板部を有し、半導体基板の一面側に固定される誘電体と、誘電体の薄板部上に配置される受光素子と、を備える赤外線センサが知られている(例えば特許文献1参照)。
この特許文献1では、受光素子として焦電体を用いている。この焦電体は、外力を受けない場合においても結晶部内部において自発分極を有する材料であり、結晶の温度が変化した場合に、自発分極の温度依存性に起因した電荷が結晶表面にあらわれる材料である。このように、特許文献1には、上述した焦電体の機能特性を利用して温度の変化を検出するようにした赤外線センサが開示されている。
ところで、上述したような赤外線センサは、一般的に、検出部から半導体基板へと導くための金属配線を配置することで、検出部において発生する電位を測定できるようにしている。したがって、検出部で受けた熱は、金属配線を介して検出部から半導体基板へと伝達されることとなり、検出部の感度が低下してしまう。
また、受光素子の検出部周囲の基材容積が大きくなると、その分熱容量が大きくなって、検出部で受けた熱に対する応答が遅くなるため、検出部の感度が低下してしまう。
そこで、上記特許文献1では、はり部を介して薄板部を半導体基板に固定している。このように、薄板部の半導体基板への固定構造をはり構造とすることで、検出部周囲の基材容積の体積を低減させることができる上、薄板部の半導体基板との接合領域をより少なくすることができる。すなわち、検出部周囲の熱容量をより小さくすることができる上、検出部から半導体基板への熱伝導を抑制することができる。その結果、検出感度が低下してしまうのを抑制することができるようになる。
このように、上記特許文献1に記載の半導体物理量センサを用いても、検出感度が低下してしまうのを抑制することが可能であるが、検出感度が低下してしまうのをより抑制できるようにするのが好ましい。
そこで、本発明は、受光素子の感度が低下してしまうのをより抑制することのできる半導体物理量センサを得ることを目的とする。
本発明の第1の特徴は、キャビティが形成された半導体基材と、前記キャビティ上に配置される誘電体薄板部を有し、前記半導体基材の一面側に固定される誘電体と、前記誘電体薄板部上に配置される受光素子と、を備える半導体物理量センサであって、前記誘電体は、当該誘電体の一部に形成された固定部によって前記半導体基材に部分的に固定されており、前記半導体基材の一面と前記誘電体薄板部における前記一面側の面との間に隙間が形成されていることを要旨とする。
本発明の第2の特徴は、前記固定部は、前記半導体基材における前記キャビティの外周部の周囲の一部に固定されていることを要旨とする。
本発明の第3の特徴は、前記受光素子において発生する電位を取り出す電位取り出し部を前記半導体基材の一面から離間した状態で配置したことを要旨とする。
本発明の第4の特徴は、前記固定部上に前記電位取り出し部を配置したことを要旨とする。
本発明の第5の特徴は、前記固定部と前記誘電体とが同一の材料で形成されていることを要旨とする。
本発明の第6の特徴は、前記半導体基材が単結晶シリコンで形成されており、前記キャビティは、前記半導体基材の一面側から異方性エッチングを施すことにより形成されていることを要旨とする。
本発明の第7の特徴は、前記半導体基材が単結晶シリコンで形成されており、当該単結晶シリコンで形成された半導体基材に高濃度不純物拡散部を形成し、当該高濃度不純物拡散部上に半導体基材の電位を取り出す電位取り出し部を設けたことを要旨とする。
本発明の第8の特徴は、前記誘電体薄板部がはり部を備えており、当該はり部に前記固定部が形成されていることを要旨とする。
本発明の第9の特徴は、前記受光素子が焦電体であることを要旨とする。
本発明によれば、誘電体に形成した固定部によって、誘電体を半導体基材に局所的に固定している。このとき、半導体基材の一面と誘電体薄板部における一面側の面との間に隙間が形成されるように、誘電体を半導体基材に固定している。その結果、受光素子が形成される誘電体薄板部と半導体基材とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、受光素子の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、半導体物理量センサとして、赤外線センサを例示する。
また、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10は、図1および図2に示すように、キャビティ21が形成された半導体基板(半導体基材)20を備えている。また、赤外線センサ10は、半導体基板20のキャビティ21上に配置される誘電体薄板部61を有する誘電体60を備えており、この誘電体60は、半導体基板20の表面(一面)20a側に固定されている。そして、誘電体60の誘電体薄板部61上には、焦電体(受光素子)40が配置されている。
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10は、図1および図2に示すように、キャビティ21が形成された半導体基板(半導体基材)20を備えている。また、赤外線センサ10は、半導体基板20のキャビティ21上に配置される誘電体薄板部61を有する誘電体60を備えており、この誘電体60は、半導体基板20の表面(一面)20a側に固定されている。そして、誘電体60の誘電体薄板部61上には、焦電体(受光素子)40が配置されている。
半導体基板20は、単結晶シリコンを用いて形成されており、平面視で輪郭形状が矩形状となるように形成されている。そして、単結晶シリコンで形成された半導体基板20の任意の部位(本実施形態では、半導体基板20の四隅の一角)には、高濃度不純物拡散部22が形成されており、当該高濃度不純物拡散部22上に半導体基板20の電位を取り出す電位取り出し部23が設けられている。
キャビティ21は、本実施形態では略円柱状をしており、半導体基板20を厚さ方向に貫通するように形成されている。
このキャビティ21は、公知の半導体プロセス、例えば、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などにより垂直エッチング加工をすることで形成することができる。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)を備えたエッチング装置によるICP加工を利用することができる。
高濃度不純物拡散部22は、単結晶シリコンで形成された半導体基板20に、当該半導体基板20と同一導電型の不純物をイオン注入するあるいは不純物拡散により導入することで形成することができる。このような高濃度不純物拡散部22を設けることで、当該高濃度不純物拡散部22に導電性を持たせることができるようになる。
電位取り出し部23は、Cr,Auなどの導電性を有する金属材料で形成されており、図示せぬワイヤボンディングを介して、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのICチップ(図示せず)に電気的に接続されている。本実施形態では、この電位取り出し部23を介して半導体基板20が所定の電位(例えば、グランド電位などの基準となる電位)で保持されるようにしている。なお、電位取り出し部23は、高濃度不純物拡散部22に設ける必要はなく、半導体基板20の高濃度不純物拡散部22以外の部位に設けてもよい。
誘電体60は、ガラスや窒化珪素などの材料によって薄板状に形成されており、この誘電体60の中央部には、略円板状の誘電体薄板部61が形成されている。そして、誘電体薄板部61の径方向の両端には、はり部63がそれぞれ径外方向に突出するように形成されており、このはり部63の先端を半導体基板20の表面20aに固定することで、誘電体60が半導体基板20に固定されている。
本実施形態では、2つのはり部63は、それぞれ反対方向に突出するように薄板部61に設けられており、それぞれのはり部63が矩形状の半導体基板20の対角線上に位置するようにした状態で、誘電体60を半導体基板20に固定している。このとき、誘電体60は、平面視で誘電体薄板部61がキャビティ21を覆うように半導体基板20に固定される。すなわち、本実施形態では、誘電体薄板部61は、キャビティ21の径よりも大径となるように形成されており、キャビティ21と同心状に配置されている。
焦電体40は、外力を受けない場合においても結晶部内部において自発分極を有する材料であり、結晶の温度が変化した場合に、自発分極の温度依存性に起因した電荷が結晶表面にあらわれる材料である。この焦電体40の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの高誘電率材料が一般的に利用されるが、これ以外にも、例えば、AIN、ZnOおよびF−BARなどの材料を用いることができる。
そして、下部電極30および上部電極50が焦電体40の表裏面を挟むように設けられている。
下部電極30は、例えば、Cr,Auなどの導電性を有する金属材料を用いて形成することができる。そして、この下部電極30には金属配線32が連結されており、この金属配線32を介して電位取り出し部31が下部電極30に電気的に接続されている。この電位取り出し部31は、誘電体60を介して半導体基板20の表面20aに配置されている。具体的には、図1に示すように、2つのはり部63のうち一方のはり部(図1の左下のはり部)63の半導体基板20への取り付け部分に、電位取り出し部31が配置されており、この電位取り出し部31と下部電極30とを連結(電気的に接続)するように金属配線32が設けられている。なお、金属配線32は、誘電体60上(誘電体薄板部61上および一方のはり部63上)に設けられている。
そして、この電位取り出し部31も、Cr,Auなどの導電性を有する金属材料で形成されており、図示せぬワイヤボンディングを介して、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのICチップ(図示せず)に電気的に接続されている。こうして、下部電極30の電位がICチップ(図示せず)に出力されるようにしている。
一方、上部電極50は、Cr,Auなどの導電性を有する金属材料を用いて形成することができる。そして、この上部電極50には金属配線52が連結されており、この金属配線52を介して電位取り出し部51が上部電極50に電気的に接続されている。この電位取り出し部51も、誘電体60を介して半導体基板20の表面20aに配置されている。具体的には、図1に示すように、2つのはり部63のうち他方のはり部(図1の右上のはり部)63の半導体基板20への取り付け部分に、電位取り出し部51が配置されており、この電位取り出し部51と上部電極50とを連結(電気的に接続)するように金属配線52が設けられている。この金属配線52も誘電体60上(誘電体薄板部61上および他方のはり部63上)に設けられている。なお、本実施形態では、図1および図2に示すように、誘電体60側から下部電極30、焦電体40、上部電極50の順に積層されており、この順に径が小径となるように形成されている。そのため、上部電極50から誘電体60にかけて絶縁層70を形成し、この絶縁層70上に金属配線52を配置することで、上部電極50と下部電極30との短絡を防止している。
そして、電位取り出し部51も、Cr,Auなどの導電性を有する金属材料で形成されており、図示せぬワイヤボンディングを介して、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのICチップ(図示せず)に電気的に接続されている。こうして、上部電極50の電位がICチップ(図示せず)に出力されるようにしている。
ここで、本実施形態では、誘電体60を、当該誘電体60の一部に形成された突起部(固定部)62によって半導体基板(半導体基材)20に部分的に固定させるようにしている。
具体的には、誘電体60の一部である誘電体薄板部61の外周部に、周方向に沿って等間隔に点在するように複数(本実施形態では、8つ)の突起部62を設けている。この突起部62は、誘電体薄板部61の外周部の裏面61a側から半導体基板20の表面(一面)20a側に向けて突出するように形成されている。そして、複数の突起部62を、半導体基板(半導体基材)20におけるキャビティ21の外周部20bの周囲にそれぞれ固定している。こうすることで、半導体基板20の表面(一面)20aと誘電体薄板部61の裏面(誘電体薄板部における一面側の面)61aとの間に隙間Sが形成されるようにしている。
このように、本実施形態では、突起部62は、半導体基板(半導体基材)20におけるキャビティ21の外周部20bの周囲の一部に固定されている。すなわち、半導体基板(半導体基材)20におけるキャビティ21の外周部20bの周囲の全周が固定部(突起部62)によって固定されないようにしている。
さらに、本実施形態では、金属配線31、51が配置されるはり部63の延在部63aを誘電体薄板部61と平行に延設することで、延在部63aが半導体基板20の表面(一面)20aから離間配置されるようにしている。また、延在部63aの先端を略垂直に屈曲させることで、電極固定部63bを形成している。そして、半導体基板20の表面(一面)20aに固定された電極固定部63b上に電位取り出し部31,51を配置している。
また、突起部(固定部)62と誘電体60とを同一の材料で形成するのが好適である。こうすれば、誘電体60を形成する際に、突起部(固定部)62を一体に形成することが可能となる。
以下、突起部(固定部)62を誘電体60と一体に形成する方法の一例を説明する。
まず、図3(a)に示す半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20a上に犠牲層81を形成する(図3(b)参照)。この犠牲層81は、酸化シリコンなどの材料をスピンコートなどによってパターニングすることで形成することができる。なお、犠牲層81には貫通孔81aが形成されている。
そして、貫通孔81aが形成された犠牲層81の上面に、誘電層60Aをパターニングする(図3(c)参照)。このとき、貫通孔81aの内部に誘電層60Aが入り込むように、誘電層60Aをパターニングする。最後に、犠牲層81を取り除くことで、突起部(固定部)62を有する誘電体60が形成される(図3(d)参照)。
かかる構成とした赤外線センサ10を用いることで、図示せぬ被検知物体(例えば、人の手など)が赤外線センサ10の近傍に存在しているか否かを検知することができる。
具体的には、まず、図示せぬ被検知物体(例えば、人の手など)からの赤外線が焦電体40に入射、吸収されると、焦電体40内の結晶の温度が変化する。このように、焦電体40内の結晶の温度が変化すると、自発分極の温度依存性に起因した電荷が結晶表面にあらわれる。そして、結晶表面に電荷があらわれることで、上部電極50と下部電極30との電位差が変化し、この電位差の変化がICチップ(図示せず)に出力されることで、図示せぬ被検知物体(例えば、人の手など)が赤外線センサ10の近傍に存在していることが、赤外線センサ10によって検知される。
以上、説明したように、本実施形態では、誘電体60を、当該誘電体60の一部に形成された突起部(固定部)62によって半導体基板(半導体基材)20に部分的に固定させるようにしている。具体的には、誘電体60は、当該誘電体60に形成した突起部(固定部)62によって、半導体基板(半導体基材)20に局所的に固定されている。このとき、半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20aと誘電体薄板部61の裏面(誘電体薄板部における一面側の面)61aとの間に隙間Sが形成されるように、誘電体60を半導体基板(半導体基材)20に固定している。
このように、本実施形態では、誘電体60は、半導体基板20の表面20aと誘電体薄板部61の裏面61aとの間に隙間Sが形成された状態で、突起部(固定部)62によって半導体基板20に局所的に固定されている。その結果、誘電体薄板部61と半導体基板20との接触面積を低減させて誘電体薄板部61から半導体基板20への熱伝導を抑制することができる上、隙間Sによっても誘電体薄板部61から半導体基板20への熱伝導を抑制することができるようになる。このように、本実施形態によれば、焦電体40が形成される誘電体薄板部61と半導体基板20とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、焦電体(受光素子)40の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。
また、本実施形態によれば、突起部62は、半導体基板(半導体基材)20におけるキャビティ21の外周部20bの周囲の一部に固定されている。すなわち、半導体基板(半導体基材)20におけるキャビティ21の外周部20bの周囲の全周が固定部(突起部62)によって固定されないようにしている。そのため、誘電体薄板部61と半導体基板20との接触面積をさらに低減させることができ、誘電体薄板部61から半導体基板20への熱伝導をより一層抑制することができるようになる。
また、本実施形態によれば、はり部63の延在部63aが半導体基板20の表面(一面)20aから離間配置されるようにしている。
ところで、延在部63aには、誘電体60よりも熱伝導性が高い金属配線32、52が配置されている。そのため、延在部63aを半導体基板20の表面(一面)20a上に直接配置すると、焦電体(受光素子)40に吸収された熱が、金属配線32、52から半導体基板20へと伝導してしまい、焦電体(受光素子)40の感度が低下してしまうおそれがある。
しかしながら、本実施形態のように、延在部63aを半導体基板20の表面(一面)20aから離間配置させれば、延在部63aを半導体基板20の表面(一面)20a上に直接配置した場合に比べて、金属配線32、52から半導体基板20へと熱が伝導してしまうのを抑制することができる。その結果、焦電体40が形成される誘電体薄板部61と半導体基板20とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、焦電体(受光素子)40の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。
また、本実施形態によれば、突起部(固定部)62と誘電体60とを同一の材料で形成している。こうすれば、誘電体薄板部61を形成(薄膜成膜)する際に、突起部(固定部)62を同時に形成することが可能となり、製造工程の簡素化および構造の簡素化を図ることができるようになる。
また、本実施形態によれば、半導体基板(半導体基材)20を単結晶シリコンで形成し、単結晶シリコンで形成した半導体基板(半導体基材)20に不純物を注入して高濃度不純物拡散部22を形成した。そして、高濃度不純物拡散部22上に半導体基板(半導体基材)20の電位を取り出す電位取り出し部23を設けた。このように、導電性を持たせた高濃度不純物拡散部22に電位取り出し部23を設けることで、半導体基板(半導体基材)20の電位調整が行いやすくなり、より容易に半導体基板(半導体基材)20を所望の電位となるように保持することができるようになる。その結果、赤外線センサ10のノイズを低減させることができるようになる。
また、受光素子として焦電体40を用いることで、赤外線センサ10をより安価に製造することができる。
(第2実施形態)
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Aは、基本的に上記第1実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10と同様の構成をしている。
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Aは、基本的に上記第1実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10と同様の構成をしている。
すなわち、赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Aは、単結晶シリコンで形成され、キャビティ21が形成された半導体基板(半導体基材)20を備えている。また、赤外線センサ10は、半導体基板20のキャビティ21上に配置される誘電体薄板部61を有する誘電体60を備えており、この誘電体60は、半導体基板20の表面(一面)20a側に固定されている。そして、誘電体60の誘電体薄板部61上には、焦電体(受光素子)40が配置されている。
そして、下部電極30および上部電極50が焦電体40の表裏面を挟むように設けられている。
また、誘電体薄板部61には、延在部63aと電極固定部63bとを有するはり部63が突設されており、このはり部63の先端を半導体基板20の表面20aに固定することで、誘電体60を半導体基板20に固定している。そして、はり部63の延在部63aおよび電極固定部63b上には、金属配線32、52および電位取り出し部31,51が配置されている。
また、本実施形態においても、誘電体60を、当該誘電体60の一部に形成された突起部(固定部)62によって半導体基板(半導体基材)20に部分的に固定させるようにしている。このとき、誘電体60は、半導体基板20の表面20aと誘電体薄板部61の裏面61aとの間に隙間Sが形成された状態で、突起部(固定部)62によって半導体基板20に局所的に固定されている。
ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Aが上記第1実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10と主に異なる点は、焦電体(受光素子)40において発生する電位を取り出す電位取り出し部31,51を半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20aから離間した状態で配置した点にある。
本実施形態では、はり部63の電極固定部63bに対応する部位を厚肉にすることで、電位取り出し部31,51を半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20aから離間配置させている。
具体的には、図4に示すように、はり部63の電極固定部63bに対応する部位を半導体基板20の厚さ方向に複数回屈曲させて第2の突起部64を形成することで、電極固定部63bの厚さが誘電体薄板部61(誘電体60)の層厚よりも厚くなるようにしている。この第2の突起部64は、突起部(固定部)62と同様に、誘電体60と同一の材料で形成されており、誘電体薄板部61を形成(薄膜成膜)する際に、第2の突起部64も同時に形成している。なお、第2の突起部64は、誘電体60とは別体に形成することも可能である。
そして、第2の突起部64を半導体基板20の表面20aに固定し、第2の突起部64を有する電極固定部63b上に電位取り出し部31,51を配置することで、電位取り出し部31,51が半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20aから離間した状態で配置されるようにしている。なお、図4では、電位取り出し部31の配置状態のみ示しているが、電位取り出し部51の配置状態も図4と同様である。
以上の本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
また、本実施形態によれば、焦電体(受光素子)40において発生する電位を取り出す電位取り出し部31,51を半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20aから離間した状態で配置している。そのため、焦電体(受光素子)40に吸収され、金属配線32,52を介して電位取り出し部31,51に伝導した熱が、電位取り出し部31,51から半導体基板(半導体基材)20に伝導してしまうのを抑制することができる。そのため、焦電体40が形成される誘電体薄板部61と半導体基板20とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、焦電体(受光素子)40の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。
(第3実施形態)
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Bは、基本的に上記第2実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Aとほぼ同様の構成をしている。
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Bは、基本的に上記第2実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Aとほぼ同様の構成をしている。
すなわち、赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Bは、単結晶シリコンで形成され、キャビティ21が形成された半導体基板(半導体基材)20を備えている。また、赤外線センサ10は、半導体基板20のキャビティ21上に配置される誘電体薄板部61を有する誘電体60を備えており、この誘電体60は、半導体基板20の表面(一面)20a側に固定されている。そして、誘電体60の誘電体薄板部61上には、焦電体(受光素子)40が配置されている。
そして、下部電極30および上部電極50が焦電体40の表裏面を挟むように設けられている。
なお、本実施形態では、キャビティ21、誘電体薄板部61、下部電極30、焦電体40および上部電極50が平面視で略矩形状をしている。そして、誘電体薄板部61をキャビティ21よりも小さくなるように形成し、平面視で、誘電体薄板部61の外周部にキャビティ21が露出するようにしている。
そして、誘電体薄板部61の外周のキャビティ21露出部分には、延在部63aと電極固定部63bとを有するはり部63が誘電体薄板部61から延設されており、このはり部63の先端を半導体基板20の表面(一面)20aに固定することで、誘電体60を半導体基板20に固定している。このとき、はり部63先端の電極固定部63bに第2の突起部64を形成して、電極固定部63bを肉厚にしている。そして、電極固定部63b上に電位取り出し部31,51を配置することで、焦電体(受光素子)40において発生する電位を取り出す電位取り出し部31,51が半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20aから離間した状態となるようにしている。
また、本実施形態においても、誘電体60を、当該誘電体60の一部に形成された突起部(固定部)62によって半導体基板(半導体基材)20に部分的に固定させるようにしている。このとき、誘電体60は、半導体基板20の表面20aと誘電体薄板部61の裏面61aとの間に隙間Sが形成された状態で、突起部(固定部)62によって半導体基板20に局所的に固定されている。
ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Bが上記第2実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Aと主に異なる点は、突起部(固定部)62上に電位取り出し部31,51を配置した点にある。
具体的には、図5および図6に示すように、電極固定部63bに形成した第2の突起部64に、誘電体60を半導体基板(半導体基材)20に部分的に固定させるための突起部(固定部)62としての機能を持たせ、第2の突起部64が突起部(固定部)62も兼ねるようにした。こうして、突起部(固定部)62上に電位取り出し部31,51を配置させるようにした。
以上の本実施形態によっても、上記第2実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
また、本実施形態によれば、突起部(固定部)62上に電位取り出し部31,51を配置させている。その結果、電位取り出し部31,51を半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20aから離間配置させるための第2の突起部64を突起部(固定部)62とは別に設ける必要がなくなり、誘電体薄板部61と半導体基板20との接触面積を低減させて誘電体薄板部61から半導体基板20への熱伝導をより一層抑制することができる上、製造工程の簡素化および構造の簡素化を図ることができるようになる。
また、誘電体薄板部61をキャビティ21よりも小さくなるように形成することで、誘電体薄板部61の容積が小さくなるため、熱容量を低減させることができるようになり、焦電体(受光素子)40の感度が低下してしまうのをより一層抑制することができる。
(第4実施形態)
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Cは、基本的に上記第1実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10と同様の構成をしている。
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Cは、基本的に上記第1実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10と同様の構成をしている。
すなわち、赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Cは、単結晶シリコンで形成され、キャビティ21が形成された半導体基板(半導体基材)20を備えている。また、赤外線センサ10は、半導体基板20のキャビティ21上に配置される誘電体薄板部61を有する誘電体60を備えており、この誘電体60は、半導体基板20の表面(一面)20a側に固定されている。そして、誘電体60の誘電体薄板部61上には、焦電体(受光素子)40が配置されている。
そして、下部電極30および上部電極50が焦電体40の表裏面を挟むように設けられている。
なお、本実施形態では、キャビティ21、誘電体薄板部61、下部電極30、焦電体40および上部電極50が平面視で略矩形状をしている。そして、誘電体薄板部61をキャビティ21よりも大きくなるように形成し、平面視で誘電体薄板部61がキャビティ21を覆うようにしている。
そして、誘電体薄板部61の外周には、延在部63aと電極固定部63bとを有するはり部63が誘電体薄板部61から延設されており、このはり部63の先端を半導体基板20の表面(一面)20aに固定することで、誘電体60を半導体基板20に固定している。なお、本実施形態では、1つのはり部63のみが形成されており、このはり部63に、金属配線32および電位取り出し部31と金属配線52および電位取り出し部51とが、電気的に絶縁された状態で配置されている。
また、本実施形態においても、誘電体60を、当該誘電体60の一部に形成された突起部(固定部)62によって半導体基板(半導体基材)20に部分的に固定させるようにしている。このとき、誘電体60は、半導体基板20の表面20aと誘電体薄板部61の裏面61aとの間に隙間Sが形成された状態で、突起部(固定部)62によって半導体基板20に局所的に固定されている。
具体的には、複数の突起部62を、半導体基板(半導体基材)20におけるキャビティ21の外周部20bの周囲にそれぞれ固定している。こうすることで、半導体基板20の表面(一面)20aと誘電体薄板部61の裏面(誘電体薄板部における一面側の面)61aとの間に隙間Sが形成されるようにしている。
ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Cが上記第1実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10と主に異なる点は、半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20a側から異方性エッチングを施すことによりキャビティ21を形成した点にある。
具体的には、キャビティ21は、アルカリ性湿式異方性エッチング液(例えば、KOH(水酸化カリウム水溶液)、TMAH(テトラメチル水酸化アンモニウム水溶液)等)を用いたシリコン異方性エッチングにより半導体基板(半導体基材)20の一部を除去することで形成している。このとき、キャビティ21は、図8および図9に示すように、半導体基板(半導体基材)20を厚さ方向に貫通しないように凹状に形成されている。
以上の本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
また、本実施形態によれば、半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20a側から異方性エッチングを施すことによりキャビティ21を形成している。このように、異方性エッチングを利用することで、ドライエッチングを利用して裏面側から掘り込む方法とくらべて、キャビティ21の形状精度を高めることができる。
なお、本実施形態にあっても、上記第2,第3実施形態で示したように、電位取り出し部31,51を半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20aから離間配置させるようにすることができる。
(第5実施形態)
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Dは、基本的に上記第1実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10と同様の構成をしている。
本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Dは、基本的に上記第1実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10と同様の構成をしている。
すなわち、赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Dは、単結晶シリコンで形成され、キャビティ21が形成された半導体基板(半導体基材)20を備えている。また、赤外線センサ10は、半導体基板20のキャビティ21上に配置される誘電体薄板部61を有する誘電体60を備えており、この誘電体60は、半導体基板20の表面(一面)20a側に固定されている。そして、誘電体60の誘電体薄板部61上には、焦電体(受光素子)40が配置されている。
そして、下部電極30および上部電極50が焦電体40の表裏面を挟むように設けられている。
そして、誘電体薄板部61をキャビティ21よりも小さくなるように形成し、平面視で、誘電体薄板部61の外周部にキャビティ21が露出するようにしている。
また、誘電体薄板部61には、延在部63aと電極固定部63bとを有するはり部63が突設されており、このはり部63の先端を半導体基板20の表面20aに固定することで、誘電体60を半導体基板20に固定している。なお、本実施形態では、1つのはり部63のみが形成されており、このはり部63に、金属配線32および電位取り出し部31と金属配線52および電位取り出し部51とが、電気的に絶縁された状態で配置されている。
また、本実施形態においても、誘電体60を、当該誘電体60の一部に形成された突起部(固定部)62によって半導体基板(半導体基材)20に部分的に固定させるようにしている。このとき、誘電体60は、半導体基板20の表面20aと誘電体薄板部61の裏面61aとの間に隙間Sが形成された状態で、突起部(固定部)62によって半導体基板20に局所的に固定されている。
ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ(半導体物理量センサ)10Dが上記第1実施形態の赤外線センサ(半導体物理量センサ)10と主に異なる点は、誘電体薄板部61が第2のはり部(はり部)65を備えており、当該第2のはり部65に突起部(固定部)62を形成した点にある。
本実施形態では、図10に示すように、誘電体薄板部61の周縁部から、キャビティ21の露出部分を跨ぐように、複数の第2のはり部65が放射状に形成されている。そして、それぞれの第2のはり部65に下方に突出する突起部(固定部)62を形成し、当該突起部(固定部)62を半導体基板(半導体基材)20におけるキャビティ21の外周部20bの周囲にそれぞれ固定している。こうすることで、半導体基板20の表面(一面)20aと誘電体薄板部61の裏面(誘電体薄板部における一面側の面)61aとの間に隙間Sが形成されるようにしている。
なお、本実施形態では、延在部63aと電極固定部63bとを有するはり部63にも、突起部(固定部)62が形成されており、このはり部63が第2のはり部65も兼ねるようにしている。
以上の本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
また、本実施形態によれば、誘電体薄板部61が第2のはり部(はり部)65を備えており、当該第2のはり部65に突起部(固定部)62を形成している。このように、誘電体薄板部61を微細な第2のはり部65によって半導体基板20に固定することで、焦電体(受光素子)40に吸収された熱が、半導体基板(半導体基材)20に伝導されてしまうのを抑制することができる。その結果、焦電体40が形成される誘電体薄板部61と半導体基板20とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、焦電体(受光素子)40の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。
また、誘電体薄板部61をキャビティ21よりも小さくなるように形成することで、誘電体薄板部61の容積が小さくなるため、熱容量を低減させることができるようになり、焦電体(受光素子)40の感度が低下してしまうのをより一層抑制することができる。
なお、本実施形態にあっても、上記第2,第3実施形態で示したように、電位取り出し部31,51を半導体基板(半導体基材)20の表面(一面)20aから離間配置させるようにすることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施形態では、半導体物理量センサとして赤外線センサを例示したが、これに限ることなく、その他の半導体物理量センサであっても本発明を適用することができる。
また、キャビティや誘電体薄板部その他細部のスペック(形状、大きさ、レイアウト等)も適宜に変更可能である。
10,10A、10B,10C,10D 赤外線センサ(半導体物理量センサ)
20 半導体基板(半導体基材)
20a 表面(一面)
21 キャビティ
22 高濃度不純物拡散部
23 電位取り出し部
40 焦電体(受光素子)
60 誘電体
61 誘電体薄板部
61a 裏面(半導体基材の一面側の面)
62 突起部(固定部)
64 第2の突起部
65 第2のはり部(はり部)
S 隙間
20 半導体基板(半導体基材)
20a 表面(一面)
21 キャビティ
22 高濃度不純物拡散部
23 電位取り出し部
40 焦電体(受光素子)
60 誘電体
61 誘電体薄板部
61a 裏面(半導体基材の一面側の面)
62 突起部(固定部)
64 第2の突起部
65 第2のはり部(はり部)
S 隙間
Claims (9)
- キャビティが形成された半導体基材と、前記キャビティ上に配置される誘電体薄板部を有し、前記半導体基材の一面側に固定される誘電体と、前記誘電体薄板部上に配置される受光素子と、を備える半導体物理量センサであって、
前記誘電体は、当該誘電体の一部に形成された固定部によって前記半導体基材に部分的に固定されており、
前記半導体基材の一面と前記誘電体薄板部における前記一面側の面との間に隙間が形成されていることを特徴とする半導体物理量センサ。 - 前記固定部は、前記半導体基材における前記キャビティの外周部の周囲の一部に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体物理量センサ。
- 前記受光素子において発生する電位を取り出す電位取り出し部を前記半導体基材の一面から離間した状態で配置したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体物理量センサ。
- 前記固定部上に前記電位取り出し部を配置したことを特徴とする請求項3に記載の半導体物理量センサ。
- 前記固定部と前記誘電体とが同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の半導体物理量センサ。
- 前記半導体基材が単結晶シリコンで形成されており、前記キャビティは、前記半導体基材の一面側から異方性エッチングを施すことにより形成されていることを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の半導体物理量センサ。
- 前記半導体基材が単結晶シリコンで形成されており、当該単結晶シリコンで形成された半導体基材に高濃度不純物拡散部を形成し、当該高濃度不純物拡散部上に半導体基材の電位を取り出す電位取り出し部を設けたことを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の半導体物理量センサ。
- 前記誘電体薄板部がはり部を備えており、当該はり部に前記固定部が形成されていることを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の半導体物理量センサ。
- 前記受光素子が焦電体であることを特徴とする請求項1〜8のうちいずれか1項に記載の半導体物理量センサ。
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