JP2019174271A - 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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また、パッケージ内部においてゲッター材を設けるにあたっては、例えば、赤外線検出素子への赤外線の入光を阻害する位置を避けて設ける必要があるため、大きな表面積や体積を確保することが難しいことから、十分な真空度が得られ難いという問題があった。
従って、ガス吸着層の省スペース化を図りながら、簡便な構成で高い真空度が得られ、信頼性に優れる赤外線センサが実現できる。
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断面図である。また、図3〜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3は、基板をウェットエッチングすることで第2基板を得るステップを示す工程図であり、図4は、第2基板の表面にガス吸着層及び第2金属配線層を形成するステップを示す工程図、図5は、第1基板と第2基板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。
そして、粗面領域34においては、各々の凸状体34aの表面、及び、この凸状体34aが形成されていない平面部33に、ガス吸着層9が形成されている。
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2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、例えば、図視略の配線によって電気的に接続されている。
従って、ガス吸着層の省スペース化を図りながら、簡便な構成で高い真空度が得られ、信頼性に優れる赤外線センサ1が実現できる。
一方、赤外線センサとしての特性を最大限まで高める観点からは、図1及び図2等に示す例のように、赤外線検出素子4と粗面領域34とが全く重ならない構成とすることがより好ましい。
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):基板材料の表面をエッチングすることにより、赤外線検出素子4を収容する凹状のデバイス領域22を形成して第1基板を得る。
工程(2):基板材料の表面をエッチングすることにより、凸部31と、平面視で凸部31に囲まれるように形成され、赤外線検出素子4上にキャビティ(減圧空間)Cを確保するための凹状のキャビティ領域32とを形成して第2基板を得る。
工程(3):第1基板2又は第2基板3における、キャビティ領域32によって確保されるキャビティCに露出した面の少なくとも一部に、凹凸形状からなる粗面領域を形成する。
工程(4):少なくとも、第1基板2又は第2基板3に形成された粗面領域を覆うように、ゲッター剤を塗布してガス吸着層を形成する。
工程(5):第1基板2に形成されたデバイス領域22に赤外線検出素子4を配置する。
工程(6):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2基板3に形成された凸部31を第1基板に接合することにより、第1基板2と第2基板3とを接合する。
また、本実施形態では、上記の工程(1)〜(6)に加え、さらに、工程(1)〜(4)の後に、第2基板3に形成された凸部31の先端を覆うように第2金属配線6を形成する工程(7)と、第1基板2と第2基板3とを重ね合わせたときに凸部31に対応する位置で、第1基板2上に第1金属配線5を形成する工程(8)と、を備え、上記の工程(6)が、工程(7)及び工程(8)の後に、第1基板2と第2基板3とを互いに加圧し、第1金属配線5と第2金属配線6とを拡散接合させることで、第1基板2と第2基板3とを接合する例を説明する。
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表面に、フォトリソグラフィ法により、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、シリコン基板の表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。
そして、図3(b)に示すように、シリコン基板3Aの表面に、フォトリソグラフィ法により、凸部31、キャビティ領域32、及び、キャビティ領域32の平面部33において複数の凸状体34aからなる粗面領域34をウェットエッチングで形成するためのレジストパターン3Bを形成する。
本実施形態の製造方法で得られる赤外線センサ1は、上記のキャビティ領域32に対応する領域がキャビティCとなる。
また、同時に行う工程(2),(3)では、粗面領域34を構成する凸状体34aを、凹状に形成されたキャビティ領域32内に収まる大きさとなるように形成する。
その後、図3(e)に示すように、第2基板3からレジストパターン3Bを剥離する。
また、工程(1)、工程(2)及び工程(3)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KOH等の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。
また、工程(3)では、凸状体34aを三角錐状に形成する際に比べてエッチング時間を短くするか、あるいは、レジストパターン3Bに対するシリコン基板3Aの結晶方位の組み合わせを変更することにより、図示例のような角数の多い四角錐状として凸状体34aを形成することが可能になる。
さらに、工程(3)では、レジストパターン3Bと、シリコン基板3Aの結晶方位との組み合わせを調整すること等により、凸状体34aを概略円錐状に形成することが可能になる。
具体的には、まず、図4(a)に示すような、工程(2),(3)で得られた第2基板3の下面3a側に、スプレーコート法等のフォトリソグラフィ法により、第2金属配線6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、凸部31の部分を除いた全面にレジストパターンを形成する。
次いで、例えば、スパッタリング法、蒸着法又はめっき法等の方法により、図4(b)に示すように、凸部31の先端に第2金属配線6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2金属配線6を形成することができる。
具体的には、まず、デバイス領域21が形成された第1基板2の上面2a上に、上記同様、スプレーコート法等のフォトリソグラフィ法により、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1基板2の上面2aにおける、第2基板3の凸部31に対応する部分を除いた全面にレジストパターンを形成する。
その後、第1基板2から図視略のレジストパターンを剥離する。
なお、工程(8)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1金属配線5を形成することができる。また、この際、第2金属配線6が{Au層/Ta層}からなる場合には、第1金属配線5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2金属配線6が{Al層/TiN層}からなる場合には、第1金属配線5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1基板2から図視略のレジストパターンを剥離する。
その後、第2基板3から図視略の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金属配線層5と第2金属配線層6との間に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。
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。
また、本実施形態では、上記の工程(1)〜(3)における基板材料のエッチングをウェットエッチングで行うことで、複数枚の基板をバッチ処理で加工することが可能になる。これにより、生産性が向上するとともに、製造コストを低減することが可能になる。
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6,7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及び図7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2基板13のキャビティ領域132内に設けられる粗面領域134A,134Bが、平面部132において、図中における横幅方向で赤外線検出素子4と対向していない両側に粗面領域134A,134Bが形成されている点で、上述した第1の実施形態の赤外線センサ1とは異なる。
即ち、本実施形態の赤外線センサ10は、キャビティ領域132内に設けられる凸状体134aの形成数、及び、ガス吸着層109の実質的な表面積及び体積が、第1の実施形態の赤外線センサ1のほぼ2倍となるように構成されている。
以上説明したように、本実施形態の赤外線センサ1によれば、上記のように、第1基板2又は第2基板3の何れか、具体的には、第2基板3のキャビティ領域32の平面部33における赤外線検出素子4と対向する領域を除く位置に粗面領域34が設けられ、且つ、粗面領域34を覆うようにガス吸着層9が設けられた構成を採用している。これにより、ガス吸着層9の設置面積が狭い場合であっても、簡便な構成で高い真空度が得られ、信頼性に優れるとともに、簡便な工程で製造することが可能な赤外線センサが実現できる。
2…第1基板
2a…一面
2b…他面
22…デバイス領域
3、13…第2基板
3a…下面
3b…上面
31…凸部
32,132…キャビティ領域
33,133…平面部(内面)
34,134A,134B…粗面領域
34a,134a…凸状体(凸形状)
3A…シリコン基板
3B…レジストパターン
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 (10)
- 第1基板と、
前記第1基板の上面側に設けられ、赤外線を検出する赤外線検出素子と、
前記赤外線検出素子を覆った状態で前記第1基板の上面側に接合され、前記第1基板に接合される凸部と、平面視で前記凸部に囲まれるように形成され、前記赤外線検出素子上に減圧空間を確保するための凹状のキャビティ領域とを有し、赤外線を透過可能とされた第2基板と、を備え、
前記第1基板又は前記第2基板における、前記キャビティ領域によって確保される前記減圧空間に露出した面の少なくとも一部に、凹凸形状からなる粗面領域が形成されており、且つ、少なくとも前記粗面領域を覆うようにガス吸着層が設けられていることを特徴とする赤外線センサ。 - 前記粗面領域が、前記第2基板の前記キャビティ領域の内面における、前記赤外線検出素子と対向する領域を除く位置の少なくとも一部に設けられており、且つ、少なくとも前記粗面領域を覆うようにガス吸着層が設けら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。
- 前記粗面領域は、前記凹凸形状の頂部が、凹状に形成された前記キャビティ領域内に収まる大きさ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。
- 前記粗面領域は、円錐状、三角錐状又は四角錐状の凸形状が形成されてなることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の赤外線センサ。
- さらに、前記第2基板に形成された前記凸部の先端を覆うように第2金属配線が設けられており、
前記第1基板の上面側に、前記第2基板に形成された前記凸部に対応する位置で第1金属配線が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の赤外線センサ。 - 請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の赤外線センサを製造する方法であって、
少なくとも、
基板材料の表面をエッチングすることにより、赤外線検出素子を収容する凹状のデバイス領域を形成して第1基板を得る工程(1)と、
基板材料の表面をエッチングすることにより、凸部と、平面視で前記凸部に囲まれるように形成され、前記赤外線検出素子上に減圧空間を確保するための凹状のキャビティ領域と、を形成して第2基板を得る工程(2)と、
前記第1基板又は前記第2基板における、前記キャビティ領域によって確保される前記減圧空間に露出した面の少なくとも一部に、凹凸形状からなる粗面領域を形成する工程(3)と、
少なくとも、前記第1基板又は前記第2基板に形成された前記粗面領域を覆うように、ゲッター剤を塗布してガス吸着層を形成する工程(4)と、
前記第1基板に形成された前記デバイス領域に赤外線検出素子を配置する工程(5)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2基板に形成された凸部を前記第1基板に接合することにより、前記第1基板と前記第2基板とを接合する工程(6)と、
を備えることを特徴とする赤外線センサの製造方法。 - 前記工程(3)は、前記粗面領域を、前記第2基板の前記キャビティ領域の内面における、前記赤外線検出素子と対向する領域を除く位置の少なくとも一部に形成するとともに、前記工程(2)と同時に行う工程とされており、
前記工程(4)は、少なくとも、前記キャビティ領域に形成された前記粗面領域を覆うようにガス吸着層を形成することを特徴とする請求項6に記載の赤外線センサの製造方法。 - 前記工程(3)は、前記粗面領域を、前記凹凸形状の頂部が、凹状に形成された前記キャビティ領域内に収まる大きさとなるように形成することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の赤外線センサの製造方法。
- 前記工程(3)は、前記粗面領域を、円錐状、三角錐状又は四角錐状の凸形状として形成することを特徴とする請求項6〜請求項8の何れか一項に記載の赤外線センサの製造方法。
- さらに、前記工程(1)〜前記工程(3)の後に、
前記第2基板に形成された前記凸部の先端を覆うように第2金属配線を形成する工程(7)と、
前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせたときに前記凸部に対応する位置で、前記第1基板上に第1金属配線を形成する工程(8)と、を備え、
前記工程(6)は、前記工程(7)及び前記工程(8)の後に、前記第1基板と前記第2基板とを互いに加圧し、前記第1金属配線と前記第2金属配線とを拡散接合させることで、前記第1基板と前記第2基板とを接合することを特徴とする請求項6〜請求項9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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