JP2019174224A - 赤外線センサ及び赤外線センサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、従来の方法では、パッケージを形成して加熱による脱ガス処理を行った後、この脱ガス処理に用いたスペーサを引き抜く際にアライメントずれが生じる場合があり、封止気密性が低下してウエハーとしての歩留まりが低下するという問題があった。
一面側に第1凸部を有する、シリコン基板からなる第1基板と、前記第1基板の前記一面側に接合され、接合面である下面側に、先端部に凹状領域が形成された第2凸部を有する、シリコン基板からなる第2基板と、前記第1凸部の側壁を覆うように設けられる第1金属配線と、前記第2凸部における前記凹状領域の側壁を覆うように設けられる第2金属配線と、前記第1基板の一面側に設けられ、赤外線を検出する赤外線検出素子と、を備え、前記第1凸部の側壁、及び、前記第2凸部に設けられる前記凹状領域の側壁が、前記シリコン基板の(100)面をウェットエッチングすることで形成される傾斜面とされており、前記第1凸部が前記第2凸部の前記凹状領域の内部に収容され、前記第1金属配線と前記第2金属配線とが金属拡散接合することで、前記第1金属配線が、前記凹状領域内に配置された前記第2金属配線に埋め込まれるように配置されることにより、前記第1基板と前記第2基板とが接合されていることを特徴とする。
また、第1金属配線が、凹状領域内に配置された第2金属配線に埋め込まれることで、凹状領域内における加工精度に起因する凹凸等が吸収され、封止気密性及び内部における電気的特性がより良好になる。
また、第1凸部が凹状領域の内部に収容されていることから、脱ガス処理に用いたスペーサを引き抜く際にアライメントずれが生じるのを防止できる。
従って、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージを有する赤外線センサが実現できるとともに、簡便な工程によって高い歩留りで製造することが可能になる。
以下に、本発明の第1の実施形態について、図1〜図5を参照しながら詳述する。
図1は、第1の実施形態の赤外線センサ1を模式的に説明する平面図であり、図2は、図1中に示す赤外線センサ1のI−I断面図、図3は、図2の赤外線センサ1の要部を示す拡大断面図である。また、図4及び図5は、第1の実施形態の赤外線センサ1の製造方法を模式的に説明する図であり、図4は、第2基板3を得るステップを示す工程図であり、図5は、第1基板2と第2基板3とを接合して赤外線センサを得るステップを示す工程図である。
図1に示すように、第1の実施形態の赤外線センサ1は、第1基板2(ベース基板)と、赤外線検出素子4と、第2基板3(リッド基板)とを備える。
以下、本実施形態の赤外線センサ1の構成について説明する。
また、第2凸部31は、図1中に示すように、第1基板2に設けられる第1凸部21と同様、平面視において、第2基板3の内側を囲むような矩形状として形成されている。
また、第2凸部31の先端部に形成される凹状領域31Aの大きさとしても、特に限定されず、内部に収容される第1凸部21の大きさを考慮して決定することが好ましく、例えば、深さを30〜100μm、幅を100〜200μmとすることができる。
内部配線7a,7bは、上述したように、赤外線検出素子4と電極8a,8bとを電気的に接続するものであり、図1〜図3においては、内部配線7a,7bの一部のみを示している。また、内部配線7a,7bは、赤外線検出素子4に対して、図視略の配線によって電気的に接続されている。
図2に示すように、第2基板3の下面3aには、上述した第2凸部31が下方に突出するように設けられ、図示例では、第2凸部31が、第2基板3の下面3aにおいて、赤外線検出素子4を囲むように設けられている(図1も参照)。即ち、第2凸部31は、赤外線検出素子4を囲む矩形の枠状に形成されている。また、上述したように、第2凸部31の先端部に形成された凹状領域31A内には、側壁31aを覆うように第2金属配線6が設けられている。
また、図2に示すように、第1基板2と第2基板3との間には、第2基板3に形成されたキャビティ領域32によってキャビティ(減圧空間)Cが確保されている。キャビティCは、所定以下の圧力で減圧雰囲気とされており、このキャビティC内に露出するように赤外線検出素子4が配置されている。
これにより、本実施形態によれば、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージを有する赤外線センサ1が実現できるとともに、簡便な工程によって高い歩留りで製造することが可能になる。
まず、赤外線が上面3b側から入射して第2基板3を透過すると、赤外線検出素子4は、その赤外線を検出して検出信号を出力する。赤外線検出素子4から出力された検出信号は、内部配線7a,7b等を通り、複数の電極8a,8bから出力される。複数の電極8a,8bから出力された検出信号は、外部機器に送信されて所定の動作が行われる。
工程(1):シリコン基板の(100)面をウェットエッチングすることにより、側壁21aが傾斜面とされた第1凸部21を形成して第1基板2を得る。
工程(2):シリコン基板の(100)面をウェットエッチングすることにより、先端部に、側壁31aが傾斜面である凹状領域31Aとされた第2凸部31を形成して第2基板3を得る。
工程(5):第1凸部21の側壁21aを覆うように第1金属配線5を形成する。
工程(6):第2凸部31における凹状領域31Aの側壁31aを覆うように第2金属配線6を形成する。
工程(3):第1基板2の上面2a側に赤外線検出素子4を配置する。
工程(4):第1基板2と第2基板3との間に赤外線検出素子4が配置されるように第1基板2と第2基板3とを重ね合わせ、第1凸部21が第2凸部31の凹状領域31Aに収容された状態で、第1金属配線5と第2金属配線6とを互いに加圧して金属拡散接合させることで、第1金属配線5を、凹状領域31A内に配置された第2金属配線6に埋め込みながら、第1基板2と第2基板3とを接合する。
具体的には、工程(1)では、まず、基板材料となるシリコン基板の(100)面に、フォトリソグラフィ法により、凸状の第1凸部21、及び、凹状のデバイス領域22をウェットエッチングで形成するための、図視略のレジストパターンを形成する。
次いで、シリコン基板の(100)面をウェットエッチングすることにより、第1凸部21を形成する。これに引き続き、さらに、シリコン基板の(100)面をウェットエッチングすることにより、凹状のデバイス領域22を形成する。
その後、第1基板2からレジストパターンを剥離する。
即ち、工程(2)においては、図4(a)に示すように、まず、基板材料となるシリコン基板3Aの(100)面に、フォトリソグラフィ法により、先端部に凹状領域31Aを有する第2凸部31をウェットエッチングで形成するための、図視略のレジストパターンを形成する。
次いで、図4(b)に示すように、シリコン基板3Aの(100)面をウェットエッチングすることにより、凹状領域31Aを有する第2凸部31を形成する。この際、図1にも示すように、第2凸部31に囲まれた領域、即ち、キャビティ領域32に対応する領域がキャビティCとなる。
その後、第2基板3からレジストパターンを剥離する。
また、工程(1)及び工程(2)におけるウェットエッチング条件としても、特に限定されず、例えば、従来からシリコン基板のエッチングに用いられているエッチング液を用いることができる。また、エッチング液の温度やエッチング時間等の各条件についても、従来公知の条件を何ら制限無く採用できる。
具体的には、第1基板2の第1凸部21の側面21a及び先端部の全体に、例えば、スパッタリング法又は蒸着法により、第1金属配線5を形成する。この際、材料及び積層順を適宜選択することにより、上述したような{Au層/Ta層}構造、又は、{Al層/TiN層}構造の薄膜からなる第1金属配線5を形成することができる。
具体的には、まず、凹状領域31Aを含む第2凸部3が形成された第2基板3の下面3a上に、フォトリソグラフィ法、具体的にはスプレーコート方式によって、第1金属配線5を形成するための、図視略のレジストパターンを形成する。この際、第2基板3の下面3aにおける、凹状領域31Aの部分を除いた全面にレジストパターンを形成する。
工程(6)においては、材料及び積層順を適宜選択することにより、上述したような{Au層/Ta層}構造、又は、{Al層/TiN層}構造の薄膜からなる第2金属配線6を形成することができる。また、この際、第1金属配線5が{Au層/Ta層}からなる場合には、第2金属配線6も同様の材料から形成する。この場合には、第1金属配線5のAu層と第2金属配線6のAu層とが接合するように、各層の積層順を調整する。また、第1金属配線5が{Al層/TiN層}からなる場合には、第2金属配線6も同様の材料から形成する。この場合には、第1金属配線5のAl層と第2金属配線6のAl層とが接合するように、各層の積層順を調整する。
その後、第2基板3からレジストパターンを剥離する。
次いで、第1基板2と第2基板3とを互いに加圧することにより、第1凸部21と第2凸部31とを互いに加圧し、第1金属配線5と第2金属配線6とを摩擦することで金属拡散接合を発現させ、この部分を接合する。
一方、第1金属配線層5及び第2金属配線層6が{Al層/TiN層}である場合には、例えば、温度条件を350〜400℃の範囲とし、加圧力を27〜60MPaの範囲とすることが好ましい。
なお、上記の封止幅は、第1金属配線層5で覆われた状態の第1凸部21の幅寸法と、第2金属配線層6で覆われた状態の凹状領域31Aの幅寸法を、第1凸部21が凹状領域31A内に収容可能となるように、上記範囲内で調整して決定される。
以上の各工程により、本実施形態の赤外線センサ1を製造することができる。
なお、上記の各工程は、可能な範囲で、その工程順を変更したり、あるいは、同じ工程として行ったりすることも可能である。
以下に、本発明の第2の実施形態の赤外線センサ10について、図6〜8を適宜参照しながら詳述する。
なお、以下に説明する第2の実施形態の赤外線センサ10において、上述した第1の実施形態の赤外線センサ1と共通する構成については、図中において同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
図6〜図8に示すように、第2の実施形態の赤外線センサ10は、第1基板12(ベース基板)と、赤外線検出素子4と、第2基板3(リッド基板)とを備える。そして、本実施形態の赤外線センサ10は、第1基板12に設けられる第1凸部121が、先端部に凹状領域121Aを備えており、ともに凹状領域121A,31Aを有する第1凸部121と第2凸部31とが組み合わせられる点で、上述した第1の実施形態の赤外線センサ1とは異なる。
なお、本実施形態の赤外線センサ10においては、セルフアライメントによる第1基板12と第2基板3との位置決めについては、第1凸部121に備えられる凹状領域121A又は第2凸部31に備えられる凹状領域31Aの何れか一方で行えばよい。
以上説明したように、本発明に係る赤外線センサ1によれば、上記のように、第1凸部21が凹状領域31Aの内部に収容され、第1金属配線5と第2金属配線6とが金属拡散接合されることで第1基板2と第2基板3とが接合された構成を採用している。これにより、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージが実現できるとともに、生産性及び歩留まりが高められた赤外線センサ1が実現できる。
2,12…第1基板
2a…上面(一面)
2b…他面
21…第1凸部
21a…側壁
22…デバイス領域
2A…シリコン基板
3…第2基板
3a…下面
3b…上面
31…第2凸部
31A…凹状領域
31a…側壁
31b…外壁
32…キャビティ領域
4…赤外線検出素子
5…第1金属配線層
6…第2金属配線層
7a,7b…内部配線
8a,8b…電極
C…キャビティ(減圧空間)
L…ダイシングライン
Claims (7)
- 一面側に第1凸部を有する、シリコン基板からなる第1基板と、
前記第1基板の前記一面側に接合され、接合面である下面側に、先端部に凹状領域が形成された第2凸部を有する、シリコン基板からなる第2基板と、
前記第1凸部の側壁を覆うように設けられる第1金属配線と、
前記第2凸部における前記凹状領域の側壁を覆うように設けられる第2金属配線と、
前記第1基板の一面側に設けられ、赤外線を検出する赤外線検出素子と、
を備え、
前記第1凸部の側壁、及び、前記第2凸部に設けられる前記凹状領域の側壁が、前記シリコン基板の(100)面をウェットエッチングすることで形成される傾斜面とされており、
前記第1凸部が前記第2凸部の前記凹状領域の内部に収容され、前記第1金属配線と前記第2金属配線とが金属拡散接合することで、前記第1金属配線が、前記凹状領域内に配置された前記第2金属配線に埋め込まれるように配置されることにより、前記第1基板と前記第2基板とが接合されていることを特徴とする赤外線センサ。 - 前記第1凸部の側壁、及び、前記第2凸部に設けられる前記凹状領域の側壁が、前記シリコン基板の(111)面とされていることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。
- 前記第1凸部の側壁の傾斜角度、及び、前記第2凸部に設けられる前記凹状領域の側壁の傾斜角度が、シリコン基板の結晶異方性に由来する角度とされていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の赤外線センサ。
- 少なくとも、
シリコン基板の(100)面をウェットエッチングすることにより、側壁が傾斜面とされた第1凸部を形成して第1基板を得る工程(1)と、
シリコン基板の(100)面をウェットエッチングすることにより、先端部に、側壁が傾斜面である凹状領域とされた第2凸部を形成して第2基板を得る工程(2)と、
前記第1凸部の側壁を覆うように第1金属配線を形成する工程(5)と、
前記第2凸部における前記凹状領域の側壁を覆うように第2金属配線を形成する工程(6)と、
前記第1基板の一面側に赤外線検出素子を配置する工程(3)と、
前記第1基板と前記第2基板との間に前記赤外線検出素子が配置されるように前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせ、前記第1凸部が前記第2凸部の前記凹状領域に収容された状態で、前記第1金属配線と前記第2金属配線とを互いに加圧して金属拡散接合させることで、前記第1金属配線を、前記凹状領域内に配置された前記第2金属配線に埋め込みながら、前記第1基板と前記第2基板とを接合する工程(4)と、
を備えることを特徴とする赤外線センサの製造方法。 - さらに、前記工程(1)は、ウェットエッチングにより、前記第1基板の一面側に、前記赤外線検出素子を収容するためのデバイス領域を形成する工程を含み、
前記工程(2)は、ウェットエッチングにより、前記第2基板における接合面である下面側に、前記赤外線検出素子上に減圧空間を確保するためのキャビティ領域を形成する工程を含むことを特徴とする請求項4に記載の赤外線センサの製造方法。 - 前記工程(1)及び前記工程(2)は、前記シリコン基板の(100)面に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、ウェットエッチングを行う工程を含むことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の赤外線センサの製造方法。
- 前記工程(4)は、前記第1凸部を、前記第2凸部の凹状領域に入り込ませることで、セルフアライメントによって前記第1基板と前記第2基板との間の位置決めを行うことを特徴とする請求項4〜請求項6の何れか一項に記載の赤外線センサの製造方法。
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