JP2020150004A - Package and method for manufacturing package - Google Patents

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Abstract

To provide a package that can prevent the generation of cracks in a joining part where substrates are joined and sealed, is manufactured at a low cost, and is excellent in productivity and device characteristics.SOLUTION: A package comprises: a first substrate 2; a device 4 that is provided on the first substrate 2; a second substrate 3 that is joined onto the first substrate 2, and has convex bodies 31 in a frame shape in plan view and a concave cavity area 32; and joint bodies 50 that each have a second metal junction film 6 provided at the tip of the convex body 31 in a frame shape in plan view, and a first metal junction film provided on the first substrate 2 at a position corresponding to the convex body 31 in a frame shape in plan view, which are joined by metal diffusion. The first metal junction film and the second metal junction film 6 have a concavo-convex shape formed of concave parts and convex parts alternately arranged along a circumferential direction, and the concave parts and convex parts of the first metal junction film and the concave parts 6A and convex parts 6B of the second metal junction film 6 are overlapped and joined.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、パッケージ及びパッケージの製造方法に関する。 The present invention relates to a package and a method for manufacturing the package.

例えば、赤外線センサ等の半導体装置に使用されているパッケージは、一般に、第1基板と、センサ素子と、第2基板とが備えられる。センサ素子は第1基板の上面に設けられており、各種検知を行う。また、第2基板は、センサ素子を覆った状態で第1基板の上面に接合される。また、第1基板と第2基板とに覆われた、センサ素子の上方に確保される封止空間は、減圧空間(キャビティ)とされている。 For example, a package used in a semiconductor device such as an infrared sensor is generally provided with a first substrate, a sensor element, and a second substrate. The sensor element is provided on the upper surface of the first substrate and performs various detections. Further, the second substrate is joined to the upper surface of the first substrate while covering the sensor element. Further, the sealing space secured above the sensor element, which is covered with the first substrate and the second substrate, is a decompression space (cavity).

上記のようなパッケージ、特に赤外センサにおいては、センサ特性の安定化及び向上のために外系と熱的な隔離を行う必要があることから、一般に、キャビティ内を真空封止した構成が採用される。従来から、キャビティ内を真空封止するパッケージにおいては、例えば、第1基板と第2基板とを接合するための金属接合層(ハンダ)として、金(Au):80%、及び、錫(Sn):20%を含む材料(Au−Sn共晶合金)等が用いられるが、このような金属接合層を用いた場合、高温下で各基板間を接合する必要がある。しかしながら、第1基板と第2基板とを高温下で接合すると、熱膨張係数の差により、接合部にクラックが発生することがある。このような問題を解決することを目的として、例えば、接合部に応力緩和バッファレイヤを形成することで、接合部のクラック発生を抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 In the above packages, especially infrared sensors, since it is necessary to perform thermal isolation from the external system in order to stabilize and improve the sensor characteristics, a configuration in which the inside of the cavity is vacuum-sealed is generally adopted. Will be done. Conventionally, in a package for vacuum-sealing the inside of a cavity, for example, gold (Au): 80% and tin (Sn) are used as a metal bonding layer (solder) for bonding the first substrate and the second substrate. ): A material containing 20% (Au—Sn eutectic alloy) or the like is used, but when such a metal bonding layer is used, it is necessary to bond the substrates at a high temperature. However, when the first substrate and the second substrate are joined at a high temperature, cracks may occur in the joined portion due to the difference in the coefficient of thermal expansion. For the purpose of solving such a problem, for example, a technique for suppressing the occurrence of cracks in the joint by forming a stress relaxation buffer layer in the joint has been proposed (see, for example, Patent Document 1). ..

特表2017−527113号公報Special Table 2017-527113

特許文献1に記載の技術のように、接合部に応力緩和バッファレイヤを設けた構成を採用した場合、この応力緩和バッファレイヤの熱膨張率が、基板の表面部分の熱膨張率よりも大きい値で、且つ、金属接合層に用いられる材料の熱膨張率よりも小さい値であることが求められる。一方、上記のような金属接合層の他、基板上に成膜される各膜の厚みにはばらつきがあるため、これら各膜を成膜する際の工程管理を、応力緩和バッファレイヤの成膜の工程管理と併せて実施した場合、工程時間が長くなり、製造コストが増大するという問題がある。さらに、基板上への複数の膜の成膜や、応力緩和バッファレイヤの熱膨張係数を考慮した工程管理を行うことは、工程品質を確保する観点から大きな労力を必要とするという問題があった。 When a configuration in which a stress relaxation buffer layer is provided at a joint portion is adopted as in the technique described in Patent Document 1, the coefficient of thermal expansion of this stress relaxation buffer layer is larger than the coefficient of thermal expansion of the surface portion of the substrate. Moreover, it is required to have a value smaller than the coefficient of thermal expansion of the material used for the metal bonding layer. On the other hand, in addition to the metal bonding layer as described above, the thickness of each film formed on the substrate varies. Therefore, the process control when forming each of these films is controlled by the stress relaxation buffer layer. When implemented in combination with the process control of the above, there is a problem that the process time becomes long and the manufacturing cost increases. Further, there is a problem that film formation of a plurality of films on a substrate and process control in consideration of the coefficient of thermal expansion of the stress relaxation buffer layer require a large amount of labor from the viewpoint of ensuring process quality. ..

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な構成で、基板同士を接合して封止する接合部にクラック等が生じるのを抑制でき、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れたパッケージを提供することを目的とする。
また、本発明は、煩雑な工程管理を必要とすることなく、基板同士を接合して封止する際に接合部に生じる応力を緩和し、この接合部にクラック等が生じるのを抑制でき、素子特性に優れたパッケージを生産性よく製造することが可能なパッケージの製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has a simple configuration, can suppress cracks and the like at the joints where the substrates are joined and sealed, and the cost is low, and the productivity and the device are high. The purpose is to provide a package with excellent characteristics.
Further, the present invention can alleviate the stress generated at the joint when the substrates are joined and sealed without requiring complicated process control, and can suppress the occurrence of cracks and the like at the joint. It is an object of the present invention to provide a package manufacturing method capable of manufacturing a package having excellent element characteristics with high productivity.

上記課題を解決するため、本発明のパッケージは、第1基板と、前記第1基板の上面側に設けられる素子と、前記第1基板の上面側に前記素子を覆った状態で接合され、前記第1基板側に配置される下面側に、前記第1基板に接合される平面視枠状の凸状体と、平面視で前記凸状体に囲まれるように形成され、前記素子上に封止空間を確保するための凹状のキャビティ領域とを有する第2基板と、前記第2基板に形成された前記凸状体の先端に平面視枠状で設けられる第2金属接合膜と、前記第2基板に形成された前記凸状体に対応する位置で、前記第1基板の上面に平面視枠状に設けられる第1金属接合膜とが金属拡散接合されてなる接合体と、を備え、前記第1金属接合膜及び前記第2金属接合膜は、周方向における少なくとも一部が、平面視で前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有し、前記第1金属接合膜の凹部及び凸部と前記第2金属接合膜の凹部及び凸部とが重ね合わせられて接合されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the package of the present invention is joined to a first substrate, an element provided on the upper surface side of the first substrate, and the upper surface side of the first substrate with the element covered. On the lower surface side arranged on the first substrate side, a planar view frame-shaped convex body joined to the first substrate and a convex body in a plan view are formed so as to be surrounded by the convex body and sealed on the element. A second substrate having a concave cavity region for securing a still space, a second metal bonding film provided at the tip of the convex body formed on the second substrate in a planar view frame shape, and the first metal bonding film. 2. A joint body formed by metal diffusion bonding of a first metal bonding film provided on the upper surface of the first substrate in a plan view frame shape at a position corresponding to the convex body formed on the two substrates is provided. The first metal bonding film and the second metal bonding film have a concave-convex shape in which at least a part in the circumferential direction is composed of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction in a plan view. The concave and convex portions of the first metal bonding film and the concave and convex portions of the second metal bonding film are overlapped and bonded.

本発明によれば、上記のように、枠状の第1金属接合膜及び第2金属接合膜が、周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有し、且つ、第1金属接合膜と第2金属接合膜とが、各々の凹部及び凸部が重ね合わされて接合されていることで、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散し、応力が効果的に緩和されるので、第1基板と第2基板とが高温下で接合される場合であっても、接合部にクラック等が生じるのを防止できる。
また、第1金属接合膜及び第2金属接合膜からなる接合体が設けられていることにより、第1基板と第2基板とが接合されたとき、金属拡散接合によって高い封止気密性が得られる。さらに加えて、第1基板及び第2基板における加工精度に起因する凹凸等が吸収されるので、封止気密性の向上に加え、内部における電気的特性もより良好になり、優れた素子特性が得られる。
従って、簡便な構成で、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れたパッケージが実現できる。
According to the present invention, as described above, the frame-shaped first metal bonding film and the second metal bonding film have a concavo-convex shape composed of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction. , The first metal bonding film and the second metal bonding film are bonded by overlapping the concave portions and the convex portions of each, so that the stress at the joint is dispersed in the horizontal and vertical directions, and the stress is effective. Therefore, even when the first substrate and the second substrate are joined at a high temperature, it is possible to prevent cracks and the like from occurring in the joined portion.
Further, since the bonded body composed of the first metal bonding membrane and the second metal bonding membrane is provided, when the first substrate and the second substrate are bonded, high sealing airtightness can be obtained by metal diffusion bonding. Be done. Furthermore, since unevenness and the like due to the processing accuracy of the first substrate and the second substrate are absorbed, in addition to the improvement of the sealing airtightness, the internal electrical characteristics are also improved, and excellent element characteristics are obtained. can get.
Therefore, it is possible to realize a package having a simple configuration, low cost, and excellent productivity and element characteristics.

また、本発明のパッケージは、上記構成において、前記第1金属接合膜及び前記第2金属接合膜の、前記凹凸形状が、前記周方向において周期的に配列された形状である構成とすることができる。 Further, in the above configuration, the package of the present invention may have a configuration in which the uneven shapes of the first metal bonding film and the second metal bonding film are periodically arranged in the circumferential direction. it can.

本発明によれば、第1金属接合膜及び第2金属接合膜における凹凸形状が、周方向で周期的に配列された形状であることにより、上記のような、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散することで応力が緩和される作用が安定的に得られる。 According to the present invention, the uneven shape of the first metal bonding film and the second metal bonding film is a shape that is periodically arranged in the circumferential direction, so that the stress at the joint portion as described above is horizontally and. By dispersing in the vertical direction, the action of relieving stress can be stably obtained.

また、本発明のパッケージは、上記構成において、さらに、前記凸状体が、前記第2金属接合膜の前記凹凸形状に対応するように、周方向における少なくとも一部が、前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有する構成を採用してもよい。 Further, in the package of the present invention, in the above configuration, at least a part in the circumferential direction is along the circumferential direction so that the convex body corresponds to the uneven shape of the second metal bonding film. A configuration having a concavo-convex shape consisting of concave and convex portions arranged alternately may be adopted.

本発明によれば、第2金属接合膜と同様、凸状体が、周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有することで、第1金属接合膜及び第2金属接合膜の凹凸形状によって得られる作用と併せて、接合部におけるストレスがより効果的に分散され、応力が緩和される作用が顕著に得られる。 According to the present invention, similarly to the second metal bonding film, the convex body has a concavo-convex shape consisting of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction, whereby the first metal bonding film and the second metal bonding film and the second In addition to the action obtained by the uneven shape of the metal bonding film, the stress at the joint portion is more effectively dispersed, and the action of relieving the stress is remarkably obtained.

また、本発明のパッケージは、上記構成において、前記第1基板及び前記第2基板がシリコン基板からなる構成を採用することが好ましい。 In addition, the package of the present invention preferably adopts a configuration in which the first substrate and the second substrate are made of a silicon substrate in the above configuration.

本発明によれば、第1基板及び第2基板が、加工性に優れるシリコン基板からなることで、接合による内部応力が低減されるとともに、エッチング処理による加工精度が向上するので、素子特性にさらに優れたものとなる。 According to the present invention, since the first substrate and the second substrate are made of a silicon substrate having excellent workability, the internal stress due to bonding is reduced and the processing accuracy due to the etching process is improved, so that the element characteristics are further improved. It will be excellent.

また、本発明のパッケージは、上記構成において、前記素子が赤外線検出素子であり、且つ、前記第2基板が赤外線を透過可能とされた、所謂赤外線センサとしての構成を採用することが可能である。 Further, in the above configuration, the package of the present invention can adopt a configuration as a so-called infrared sensor in which the element is an infrared detection element and the second substrate is capable of transmitting infrared rays. ..

本発明によれば、上記のパッケージ構造を有し、素子として赤外線検出素子を備えた構成を採用することで、接合部にクラック等が生じるのが抑制され、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れたパッケージとしての赤外線センサが実現できる。 According to the present invention, by adopting a configuration having the above-mentioned package structure and an infrared detection element as an element, cracks and the like are suppressed at the joint portion, the cost is low, and the productivity and the element are reduced. An infrared sensor can be realized as a package with excellent characteristics.

本発明のパッケージの製造方法は、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、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、平面視枠状の凸状体と、平面視で前記凸状体に囲まれるように形成され、前記素子上に封止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2基板に形成された前記凸状体の先端に、平面視枠状で、周方向における少なくとも一部が、平面視で前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有した第2金属接合膜を形成する工程(3)と、前記第1基板上に、該第1基板と前記第2基板とを重ね合わせたときに前記凸状体に対応する位置で、平面視枠状で、周方向における少なくとも一部が、平面視で前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有した第1金属接合膜を形成する工程(4)と、前記第1基板に形成された前記デバイス領域に前記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金属接合膜と前記第2金属接合膜とを互いに加圧して金属拡散接合することで、前記第1金属接合膜の凹部及び凸部と前記第2金属接合膜の凹部及び凸部とを重ね合わせて接合し、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。 The package manufacturing method of the present invention includes at least a step (1) of obtaining a first substrate by forming a concave device region for accommodating an element by etching the surface of the substrate material and etching the surface of the substrate material. By doing so, a convex body having a plan view frame shape and a concave cavity region formed so as to be surrounded by the convex body in a plan view and for securing a sealing space on the element are formed. In the step (2) of obtaining the second substrate, at least a part of the convex body formed on the second substrate in the circumferential direction is in the shape of a plan view along the circumferential direction. The step (3) of forming a second metal bonding film having a concavo-convex shape composed of concave and convex portions arranged alternately, and the first substrate and the second substrate are overlapped on the first substrate. Concavo-convex shape consisting of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction in a plan view, at least a part in the circumferential direction, in a plan view frame shape at a position corresponding to the convex body when combined. The step (4) of forming the first metal bonding film having the above, the step (5) of arranging the element in the device region formed on the first substrate, and the first substrate and the second substrate. By superimposing the first substrate and the second substrate so that the element is arranged between the two, and pressurizing the first metal bonding film and the second metal bonding film with each other to perform metal diffusion bonding. , The step (6) of superimposing and joining the concave and convex portions of the first metal bonding film and the concave and convex portions of the second metal bonding film, and joining the first substrate and the second substrate. It is characterized by having.

本発明によれば、上記のように、工程(3)において、第2基板上の枠状の凸状体の先端に凹凸形状を有する第2金属接合膜を形成し、工程(4)において、第1基板上に、第2基板の凸状体に対応する位置で、凹凸形状を有する第1金属接合膜を形成したうえで、工程(6)において、第1金属接合膜と第2金属接合膜とを、各々の凹凸を重ね合わせて金属拡散接合することにより、各金属接合膜間の接合代が形成される。このような接合代を形成することで、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散し、応力が効果的に緩和される。これにより、第1基板と第2基板とを高温下で接合する際、基板上に形成される各膜の熱膨張率の管理が不要で、煩雑な工程管理が不要であるとともに、新たな工程を追加したりすることなく、接合部にクラック等が生じるのを防止できる。
また、上記の工程(3)及び工程(4)を備え、上記の第1金属接合膜及び第2金属接合膜を、それぞれ対応する位置で形成したうえで、上記の工程(6)において、第1金属接合膜と第2金属接合膜とを金属拡散接合させ、第1基板と第2基板とを接合することで、高い封止気密性を有するパッケージが得られる。また、第1基板及び第2基板における加工精度に起因する凹凸等が吸収されるので、封止気密性の向上に加え、内部における電気的特性もより良好になり、優れた特性を有するパッケージを製造することが可能になる。
従って、煩雑な工程管理を必要とすることなく、安価で素子特性に優れたパッケージを生産性よく製造することが可能になる。
According to the present invention, as described above, in the step (3), a second metal bonding film having an uneven shape is formed at the tip of the frame-shaped convex body on the second substrate, and in the step (4). After forming a first metal bonding film having a concavo-convex shape on the first substrate at a position corresponding to the convex body of the second substrate, in step (6), the first metal bonding film and the second metal bonding film are bonded. By superimposing the unevenness of each of the films and metal diffusion bonding, a bonding allowance between the metal bonding films is formed. By forming such a joint allowance, the stress at the joint portion is dispersed in the horizontal direction and the vertical direction, and the stress is effectively relieved. As a result, when the first substrate and the second substrate are joined at a high temperature, it is not necessary to control the coefficient of thermal expansion of each film formed on the substrate, and complicated process control is not required, and a new process is required. It is possible to prevent cracks and the like from occurring at the joint without adding the above.
Further, the above-mentioned steps (3) and (4) are provided, and the above-mentioned first metal bonding film and the second metal bonding film are formed at corresponding positions, and then the first step (6) is performed. By metal diffusion bonding the 1 metal bonding film and the 2nd metal bonding film and bonding the 1st substrate and the 2nd substrate, a package having high sealing airtightness can be obtained. Further, since unevenness and the like caused by the processing accuracy of the first substrate and the second substrate are absorbed, in addition to the improvement of the sealing airtightness, the internal electrical characteristics are also improved, so that the package having excellent characteristics can be obtained. It becomes possible to manufacture.
Therefore, it is possible to produce a package having excellent element characteristics at low cost with high productivity without requiring complicated process control.

また、本発明のパッケージの製造方法は、上記構成において、前記工程(3)及び前記工程(4)が、前記第1金属接合膜又は前記第2金属接合膜に設けられる前記凹凸形状を、前記周方向で周期的に配列して形成する方法とすることができる。 Further, in the method for manufacturing a package of the present invention, in the above configuration, the step (3) and the step (4) have the uneven shape provided on the first metal bonding film or the second metal bonding film. It can be a method of forming by arranging periodically in the circumferential direction.

本発明によれば、第1金属接合膜及び第2金属接合膜に設けられる凹凸形状を、周方向で周期的に形成することにより、上記の工程(6)において第1基板と第2基板とを接合する際に、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散して応力が緩和される作用が安定的に得られる。 According to the present invention, by periodically forming the uneven shape provided on the first metal bonding film and the second metal bonding film in the circumferential direction, the first substrate and the second substrate are formed in the above step (6). When joining, the stress at the joint is dispersed in the horizontal and vertical directions, and the stress is relaxed in a stable manner.

また、本発明のパッケージの製造方法は、上記構成において、前記工程(2)が、さらに、前記凸状体を、前記周方向における少なくとも一部が、前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状となるように形成し、前記工程(3)が、前記第2金属接合膜を、前記凸状体の先端を覆うように、前記周方向における少なくとも一部が、前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状となるように形成する方法としてもよい。 Further, in the method for manufacturing a package of the present invention, in the above configuration, the step (2) is further arranged, and at least a part of the convex body in the circumferential direction is alternately arranged along the circumferential direction. It is formed so as to have a concave-convex shape composed of concave portions and convex portions, and in the step (3), at least a part of the second metal bonding film in the circumferential direction is formed so as to cover the tip of the convex body. The method may be a method of forming the concave-convex shape composed of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction.

本発明によれば、凸状体を、第2金属接合膜と同様、周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状に形成することで、第1金属接合膜及び第2金属接合膜の凹凸形状によって得られる作用と併せて、上記の工程(6)において第1基板と第2基板とを接合する際の、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散して応力が緩和される作用が顕著に得られる。 According to the present invention, the convex body is formed into a concavo-convex shape consisting of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction, similarly to the second metal bonding film, thereby forming the first metal bonding film and the first In addition to the action obtained by the uneven shape of the two metal bonding film, the stress at the bonding portion when the first substrate and the second substrate are bonded in the above step (6) is dispersed in the horizontal direction and the vertical direction. The effect of relieving stress is remarkably obtained.

また、本発明のパッケージの製造方法は、上記構成において、前記工程(1)及び前記工程(2)が、前記基板材料としてシリコン基板を用いる工程であることがより好ましい。 Further, in the package manufacturing method of the present invention, in the above configuration, it is more preferable that the steps (1) and (2) are steps in which a silicon substrate is used as the substrate material.

本発明によれば、第1基板及び第2基板に、加工性に優れるシリコン基板を用いることで、後工程となる工程(6)で第1基板と第2基板とを接合する際の内部応力が低減されるとともに、エッチング処理による加工精度が向上するので、素子特性にさらに優れたパッケージを製造することが可能になる。 According to the present invention, by using a silicon substrate having excellent workability for the first substrate and the second substrate, the internal stress at the time of joining the first substrate and the second substrate in the subsequent step (6). And the processing accuracy by the etching process is improved, so that it is possible to manufacture a package having more excellent element characteristics.

また、本発明のパッケージの製造方法は、上記構成において、前記工程(5)が、前記素子として、赤外線検出素子を、前記第1基板に形成された前記デバイス領域に配置する方法を採用してもよい。 Further, in the package manufacturing method of the present invention, in the above configuration, the step (5) employs a method in which an infrared detection element is arranged as the element in the device region formed on the first substrate. May be good.

本発明によれば、上記の各工程によって得られるパッケージ構造を有し、素子として赤外線検出素子をデバイス領域に配置する方法なので、接合部にクラック等が生じるのが抑制され、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れたパッケージとしての赤外線センサを製造することが可能になる。 According to the present invention, since the method has a package structure obtained by each of the above steps and an infrared detection element is arranged in the device region as an element, cracks and the like are suppressed at the joint portion, and the cost is low. It becomes possible to manufacture an infrared sensor as a package having excellent productivity and element characteristics.

本発明のパッケージによれば、上記構成を備えることにより、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散して応力が効果的に緩和されるので、第1基板と第2基板とが高温下で接合される場合であっても、接合部にクラック等が生じるのを防止できる。従って、簡便な構成で、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れたパッケージが実現できる。 According to the package of the present invention, by providing the above configuration, the stress at the joint portion is dispersed in the horizontal direction and the vertical direction and the stress is effectively relieved, so that the first substrate and the second substrate are subjected to high temperature. Even in the case of joining with, it is possible to prevent cracks and the like from occurring at the joined portion. Therefore, it is possible to realize a package having a simple configuration, low cost, and excellent productivity and element characteristics.

また、本発明のパッケージの製造方法によれば、上記方法を採用することにより、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散し、応力が効果的に緩和されるので、基板上に形成される各膜の熱膨張率の管理が不要となり、煩雑な工程管理が不要であるとともに、新たな工程を追加したりすることなく、接合部にクラック等が生じるのを防止できる。従って、煩雑な工程管理を必要とすることなく、安価で素子特性に優れたパッケージを生産性よく製造することが可能になる。 Further, according to the package manufacturing method of the present invention, by adopting the above method, the stress at the joint is dispersed in the horizontal direction and the vertical direction, and the stress is effectively relieved, so that the stress is formed on the substrate. It is not necessary to control the coefficient of thermal expansion of each film, complicated process control is not required, and cracks and the like can be prevented from occurring at the joint without adding a new process. Therefore, it is possible to produce a package having excellent element characteristics at low cost with high productivity without requiring complicated process control.

本発明の実施形態であるパッケージを模式的に説明する平面図である。It is a top view schematically explaining the package which is an embodiment of this invention. 本発明の実施形態であるパッケージを模式的に説明する図であり、図1中に示すI−I断面図である。It is a figure which schematically explains the package which is an embodiment of this invention, and is the cross-sectional view of I-I shown in FIG. 本発明の実施形態であるパッケージを模式的に説明する図であり、図3(a)は、第2金属接合膜を示す平面図、図3(b)は、第1金属接合膜を示す平面図である。It is a figure schematically explaining the package which is an embodiment of this invention, FIG. 3A is a plan view which shows the 2nd metal bonding film, and FIG. 3B is a plan surface which shows the 1st metal bonding film. It is a figure. 本発明の実施形態であるパッケージを模式的に説明する図であり、図3(a)に示す第2金属接合膜と、図3(b)に示す第1金属接合膜とを重ね合わせて接合した接合部における、各接合膜が重なった接合代の形状を示す概略図である。It is a figure schematically explaining the package which is an embodiment of this invention, and the 2nd metal bonding film shown in FIG. 3A and the 1st metal bonding film shown in FIG. 3B are superposed and bonded. It is the schematic which shows the shape of the bonding allowance in which each bonding film overlaps in the bonded portion. 本発明の実施形態であるパッケージの製造方法を模式的に説明する図であり、図5(a)、(b)は、工程(2)において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、図5(c)は、工程(3)において第2基板の凸状体に第2金属接合膜を形成するステップを示す工程図である。It is a figure schematically explaining the manufacturing method of the package which is an embodiment of this invention, and FIGS. 5A and 5B are the steps of obtaining a 2nd substrate by wet-etching a substrate in step (2). 5 (c) is a process diagram showing a step of forming a second metal bonding film on the convex body of the second substrate in the process (3). 本発明の実施形態であるパッケージの製造方法を模式的に説明する図であり、図6(a)は、工程(4)において第1基板の表面に第1金属接合膜を形成するステップ、及び、工程(5)においてデバイス領域に素子を配置するステップを示す工程図、図6(b)は、工程(6)において第1基板と第2基板とを接合することでパッケージを得るステップを示す工程図、図6(c)は、ウエハをダイシングすることで電極を露出させるとともに、チップ化するステップを示す工程図である。FIG. 6A is a diagram schematically illustrating a method for manufacturing a package according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 6A shows a step of forming a first metal bonding film on the surface of a first substrate in step (4), and , A process diagram showing a step of arranging an element in a device region in step (5), FIG. 6 (b) shows a step of obtaining a package by joining a first substrate and a second substrate in step (6). FIG. 6 (c) is a process diagram showing a step of dicing a wafer to expose electrodes and forming chips.

以下、本発明のパッケージ及びパッケージの製造方法の実施形態を挙げ、その構成について図1〜図6を適宜参照しながら詳述する。なお、以下の説明で用いる各図面は、本発明のパッケージの特徴をわかりやすくするため、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the package and the method for manufacturing the package of the present invention will be mentioned, and the configuration thereof will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6 as appropriate. In addition, in each drawing used in the following description, in order to make it easy to understand the features of the package of the present invention, the featured portions may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios and the like of each component are actual. May be different. Further, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto, and the present invention can be appropriately modified without changing the gist thereof.

[パッケージの構成]
以下に、本実施形態のパッケージの構成について説明する。
図1は、本実施形態のパッケージ1を模式的に説明する平面図であり、図2は、図1中に示すパッケージ1のI−I断面図である。また、図3(a)は第2金属接合膜6を示す平面図、図3(b)は第1金属接合膜5を示す平面図であり、図4は、図3(a)に示す第2金属接合膜6と、図3(b)に示す第1金属接合膜5とを重ね合わせて接合した接合部における、各接合膜間が重なった接合代Kの形状を示す図である。
[Package configuration]
The structure of the package of this embodiment will be described below.
FIG. 1 is a plan view schematically explaining the package 1 of the present embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II of the package 1 shown in FIG. 3 (a) is a plan view showing the second metal bonding film 6, FIG. 3 (b) is a plan view showing the first metal bonding film 5, and FIG. 4 is a view showing FIG. 3 (a). It is a figure which shows the shape of the bonding allowance K in which the 2 metal bonding film 6 and the 1st metal bonding film 5 shown in FIG. 3B are overlapped and bonded, and the bonding films overlap each other.

図1及び図2に示すように、本実施形態のパッケージ1は、第1基板2(ベース基板)と、素子4と、第2基板3(リッド基板)とを備える。本実施形態のパッケージ1は、内部に素子4が設けられることで、種々のセンサ装置や半導体装置等を構成するものである。 As shown in FIGS. 1 and 2, the package 1 of the present embodiment includes a first substrate 2 (base substrate), an element 4, and a second substrate 3 (lid substrate). The package 1 of the present embodiment is provided with the element 4 inside to form various sensor devices, semiconductor devices, and the like.

より詳細には、本実施形態のパッケージ1は、第1基板2と、第1基板2の上面2a側に設けられる素子4と、素子4を覆った状態で第1基板2の上面2a側に接合され、第1基板2側に配置される下面3a側に、第1基板2に接合される平面視枠状の凸状体31と、平面視で凸状体31に囲まれるように形成され、素子4上に封止空間(減圧空間・キャビティ)Cを確保するための凹状のキャビティ領域32とを有する第2基板3と、を備えて概略構成される。図1に示すように、本実施形態のパッケージ1には、検出信号を出力するための電極8a,8bが備えられている。 More specifically, the package 1 of the present embodiment covers the first substrate 2, the element 4 provided on the upper surface 2a side of the first substrate 2, and the element 4 on the upper surface 2a side of the first substrate 2. On the lower surface 3a side which is joined and arranged on the first substrate 2 side, it is formed so as to be surrounded by a plan view frame-shaped convex body 31 joined to the first board 2 and the convex body 31 in a plan view. , A second substrate 3 having a concave cavity region 32 for securing a sealing space (decompression space / cavity) C on the element 4 is provided. As shown in FIG. 1, the package 1 of the present embodiment is provided with electrodes 8a and 8b for outputting a detection signal.

また、本実施形態のパッケージ1は、第2基板3に形成された凸状体31の先端に平面視枠状で設けられる第2金属接合膜6と、第2基板3に形成された凸状体31に対応する位置で、第1基板2の上面2aに平面視枠状に設けられる第1金属接合膜5とが金属拡散接合されてなる接合体50とを備える。 Further, the package 1 of the present embodiment has a second metal bonding film 6 provided in a plan view frame shape at the tip of a convex body 31 formed on the second substrate 3, and a convex shape formed on the second substrate 3. At a position corresponding to the body 31, the upper surface 2a of the first substrate 2 is provided with a bonded body 50 formed by metal diffusion bonding with a first metal bonding film 5 provided in a plan view frame shape.

そして、本実施形態のパッケージ1は、接合体50を構成する第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6が、平面視枠状の周方向(長さ方向)における少なくとも一部が、周方向に沿って交互に配列された凹部5A,6A及び凸部5B,6Bからなる凹凸形状を有し、第1金属接合膜5の凹部5A及び凸部5Bと第2金属接合膜6の凹部6A及び凸部6Bとが重ね合わせられて接合されている。より具体的には、第1金属接合膜5の凹部5A及び凸部5Bと第2金属接合膜6の凹部6A及び凸部6Bとが、交互に組み合わされるように重ね合わせられることで、平面視C字状の接合代Kによって接合されている(図3(a),(b)及び図4も参照)。
図1に示す例においては、接合体50を構成する第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6が、上記の凹凸形状が周方向の全周にわたって設けられた構成とされており、また、各接合膜の両幅方向で対称形状となるように凹凸が設けられている。
Then, in the package 1 of the present embodiment, at least a part of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 constituting the bonded body 50 in the circumferential direction (length direction) of the plan view frame is peripheral. It has a concave-convex shape consisting of concave portions 5A, 6A and convex portions 5B, 6B arranged alternately along the direction, and has concave portions 5A and convex portions 5B of the first metal bonding film 5 and concave portions 6A of the second metal bonding film 6. And the convex portion 6B are overlapped and joined. More specifically, the concave portion 5A and the convex portion 5B of the first metal bonding film 5 and the concave portion 6A and the convex portion 6B of the second metal bonding film 6 are superposed so as to be alternately combined, so that the plan view can be seen. They are joined by a C-shaped joining allowance K (see also FIGS. 3A, 3B and 4).
In the example shown in FIG. 1, the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 constituting the bonded body 50 are configured such that the above-mentioned uneven shape is provided over the entire circumference in the circumferential direction. , Concavities and convexities are provided so as to have a symmetrical shape in both width directions of each bonding film.

また、図示は省略するが、パッケージ1の内部には、素子4と電極8a,8bとを電気的に接続するための内部配線が設けられている。
以下、本実施形態のパッケージ1の構成について説明する。
Although not shown, internal wiring for electrically connecting the element 4 and the electrodes 8a and 8b is provided inside the package 1.
Hereinafter, the configuration of the package 1 of the present embodiment will be described.

第1基板2は、パッケージ1のベース基板であり、例えば、シリコン基板からなる。また、第1基板2は、図1に示す例では、平面視で矩形状に形成されている。また、第1基板2の上面2aには、後述する素子4を配置するためのデバイス領域22が凹状に形成されており、図示例においては、平面視で概略中央にデバイス領域22が設けられている。 The first substrate 2 is a base substrate of the package 1, and is made of, for example, a silicon substrate. Further, in the example shown in FIG. 1, the first substrate 2 is formed in a rectangular shape in a plan view. Further, a device region 22 for arranging the element 4 described later is formed in a concave shape on the upper surface 2a of the first substrate 2, and in the illustrated example, the device region 22 is provided substantially in the center in a plan view. There is.

第1基板2は、シリコン基板をウェットエッチングすることにより、デバイス領域22を形成することで得ることができる。デバイス領域22は、例えば、平面視矩形状に形成される領域である。
また、第1基板2の平面視形状は、図示例のような概略矩形状のものには限定されず、パッケージ1としての平面視形状に合わせて各種形状を採用することができる。
また、本実施形態においては、第1基板2の上面2a及び下面2bは、デバイス領域22の部分を除いて概略平坦に構成されている。
The first substrate 2 can be obtained by forming a device region 22 by wet-etching a silicon substrate. The device region 22 is, for example, a region formed in a rectangular shape in a plan view.
Further, the plan view shape of the first substrate 2 is not limited to the substantially rectangular shape as shown in the illustrated example, and various shapes can be adopted according to the plan view shape of the package 1.
Further, in the present embodiment, the upper surface 2a and the lower surface 2b of the first substrate 2 are configured to be substantially flat except for the portion of the device region 22.

素子4は、上述のように、第1基板2の上面2a側に形成された凹状のデバイス領域22に収容されるように設けられている。また、素子4は、その検出信号を、電極8a,8bを介して外部に向けて出力する。 As described above, the element 4 is provided so as to be accommodated in the concave device region 22 formed on the upper surface 2a side of the first substrate 2. Further, the element 4 outputs the detection signal to the outside via the electrodes 8a and 8b.

素子4は、例えば、ベース基板である第1基板2の構成材料から構成された部分を有してもよく、外部から供給された材料から構成された部分を有してもよく、第1基板2の構成材料と外部から供給された材料とを混合して構成された部分を有してもよい。本実施形態における素子4としては、例えば、センサ素子の他、電子素子、集積回路等が挙げられる。また、センサ素子としては、例えば、赤外線センサ、加速度センサ、角速度センサ等が挙げられる。 The element 4 may have, for example, a portion composed of a constituent material of the first substrate 2 which is a base substrate, or may have a portion composed of a material supplied from the outside, and may have a portion composed of a material supplied from the outside. It may have a portion formed by mixing the constituent material of 2 and the material supplied from the outside. Examples of the element 4 in the present embodiment include a sensor element, an electronic element, an integrated circuit, and the like. Further, examples of the sensor element include an infrared sensor, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and the like.

また、図1及び図2等においては図示を省略しているが、本実施形態のパッケージ1においては、第1基板2におけるデバイス領域22の周囲や、電極8a,8bの周囲等に絶縁層が設けられていてもよい。具体的には、図視略の絶縁層は、第1基板2の上面2a側のうち、素子4よりも外側の領域に、平面視で素子4を囲むように設けることができる。この絶縁層は、絶縁性を有する材料からなり、例えば、二酸化ケイ素(SiO)等のシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜(SiN)等から形成される。 Further, although not shown in FIGS. 1 and 2, in the package 1 of the present embodiment, an insulating layer is provided around the device region 22 on the first substrate 2 and around the electrodes 8a and 8b. It may be provided. Specifically, the insulating layer (not shown) can be provided in a region on the upper surface 2a side of the first substrate 2 outside the element 4 so as to surround the element 4 in a plan view. This insulating layer is made of a material having an insulating property, and is formed of, for example, a silicon oxide film such as silicon dioxide (SiO 2 ) or a silicon nitride film (SiN x ).

第2基板3は、パッケージ1のリッド基板(蓋)であり、第1基板2と同様、例えば、シリコン基板からなる。また、図示例の第2基板3は、第1基板2と同様、平面視で矩形状に形成されている。また、第2基板3は、縁部近傍に平面視で枠状の凸状体31を有し、概略で蓋状に形成されている。さらに、第2基板3における凸状体31よりも平面視で内側の領域は、詳細を後述するように、第1基板2の上面2aと、第2基板3の下面3a側に設けられた凸状体31とを組み合わせて接合した際に、キャビティ領域32による封止空間Cを形成する。
なお、図示例のキャビティ領域32は、平面視矩形状とされている。
また、図示例の凸状体31は、詳細を後述するウェットエッチングによる加工条件に伴い、側部が傾斜して形成されている。
The second substrate 3 is a lid substrate (lid) of the package 1, and is made of, for example, a silicon substrate like the first substrate 2. Further, the second substrate 3 in the illustrated example is formed in a rectangular shape in a plan view like the first substrate 2. Further, the second substrate 3 has a frame-shaped convex body 31 in the vicinity of the edge portion in a plan view, and is roughly formed in a lid shape. Further, the region inside the convex body 31 in the second substrate 3 in a plan view is a convex provided on the upper surface 2a of the first substrate 2 and the lower surface 3a side of the second substrate 3, as will be described in detail later. When the body 31 is combined and joined, a sealing space C is formed by the cavity region 32.
The cavity region 32 in the illustrated example has a rectangular shape in a plan view.
Further, the convex body 31 of the illustrated example is formed so that its side portion is inclined according to the processing conditions by wet etching, which will be described in detail later.

第2基板3は、第1基板2に対して概略平行となるように重ね合わせられている。
また、第2基板3の平面視形状も、第1基板2の場合と同様、図示例のような概略矩形状には限定されず、パッケージ1としての平面視形状に合わせて、第1基板2と対応する形状とすることができる。
また、第2基板3は、上記の素子4が赤外線検出素子である場合には、赤外線を透過可能に構成される。
The second substrate 3 is superposed so as to be substantially parallel to the first substrate 2.
Further, the plan view shape of the second substrate 3 is not limited to the substantially rectangular shape as shown in the illustrated example as in the case of the first substrate 2, and the first substrate 2 is matched with the plan view shape of the package 1. It can be a shape corresponding to.
Further, the second substrate 3 is configured to be capable of transmitting infrared rays when the element 4 is an infrared ray detecting element.

なお、第2基板3は、詳細を後述するように、凸状体31を、詳細を後述する第2金属接合膜6に設けられた凹凸形状に対応するように、周方向における少なくとも一部が凹凸形状である構成を採用することも可能である。 The second substrate 3 has at least a part of the convex body 31 in the circumferential direction so as to correspond to the uneven shape provided on the second metal bonding film 6 which will be described in detail later. It is also possible to adopt a configuration having an uneven shape.

また、本実施形態のパッケージ1においては、第1基板2及び第2基板3がシリコン基板からなることが好ましい。このように、第1基板2及び第2基板3が、加工性に優れるシリコン基板からなることで、接合による内部応力が低減されるとともに、エッチング処理による加工精度が向上するので、素子特性にさらに優れたものとなる。 Further, in the package 1 of the present embodiment, it is preferable that the first substrate 2 and the second substrate 3 are made of a silicon substrate. As described above, since the first substrate 2 and the second substrate 3 are made of a silicon substrate having excellent workability, the internal stress due to bonding is reduced and the processing accuracy due to the etching process is improved, so that the element characteristics are further improved. It will be excellent.

接合体50は、上記のように、第1基板2の上面2aと第2基板3の凸状体31との間に配置され、第1基板2と第2基板3とを接合するものである。図2中に示すように、接合体50は、第2基板3に形成された凸状体31の先端に設けられた第2金属接合膜6と、第1基板2の上面2aにおける、第2基板3に形成された凸状体31に対応する位置で設けられた第1金属接合膜5とからなり、これらの間が金属拡散接合されて構成される。また、接合体50は、図1中に示すように、平面視で概略枠状に構成される。 As described above, the bonded body 50 is arranged between the upper surface 2a of the first substrate 2 and the convex body 31 of the second substrate 3, and joins the first substrate 2 and the second substrate 3. .. As shown in FIG. 2, the bonded body 50 is a second metal bonding film 6 provided at the tip of a convex body 31 formed on the second substrate 3 and a second surface 2a of the first substrate 2. It is composed of a first metal bonding film 5 provided at a position corresponding to a convex body 31 formed on the substrate 3, and a metal diffusion bonding is formed between them. Further, as shown in FIG. 1, the joint body 50 is formed in a substantially frame shape in a plan view.

パッケージ1に備えられる接合体50は、第1基板2と第2基板3とを接合することで、これら第1基板2、第2基板3及び接合体50に囲まれた封止空間Cを形成する。
また、接合体50は、第2基板3に形成された凸状体31、及び、第1基板2の上面2aにおける第1金属接合膜5の形成箇所とともに、第1基板2と第2基板3との間を接合するための接合部を構成する。
The bonded body 50 provided in the package 1 forms a sealing space C surrounded by the first substrate 2, the second substrate 3, and the bonded body 50 by joining the first substrate 2 and the second substrate 3. To do.
Further, the bonded body 50 includes a convex body 31 formed on the second substrate 3 and a portion where the first metal bonding film 5 is formed on the upper surface 2a of the first substrate 2, and the first substrate 2 and the second substrate 3 are formed. It constitutes a joint for joining with and.

より具体的には、接合体50は、第1基板2の上面2aに配置される第1下地層51、及び、第1下地層51上に積層して設けられる第1接合層52からなる第1金属接合膜5と、第2基板3の凸状体31の先端に配置される第2下地層61、及び、第2下地層61に積層して設けられる第2接合層62からなる第2金属接合膜6と、から構成される。
図2中に示す第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6は、平面視矩形状で、且つ枠状に形成されている。
More specifically, the bonded body 50 is composed of a first base layer 51 arranged on the upper surface 2a of the first substrate 2 and a first joint layer 52 laminated on the first base layer 51. A second base layer 61 composed of a metal bonding film 5, a second base layer 61 arranged at the tip of a convex body 31 of the second substrate 3, and a second base layer 62 laminated on the second base layer 61. It is composed of a metal bonding film 6.
The first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 shown in FIG. 2 are formed in a rectangular shape and a frame shape in a plan view.

第1下地層51及び第2下地層61は、それぞれ、第1基板2の上面2a、又は、第2基板3の凸状体31の先端に接合される。上記のような各下地層を備えることにより、第1接合層52が第1基板2に対して強固に接合され、第2接合層62が第2基板3の凸状体31に対して強固に接合される。 The first base layer 51 and the second base layer 61 are joined to the upper surface 2a of the first substrate 2 or the tip of the convex body 31 of the second substrate 3, respectively. By providing each of the base layers as described above, the first bonding layer 52 is firmly bonded to the first substrate 2, and the second bonding layer 62 is firmly bonded to the convex body 31 of the second substrate 3. Be joined.

第1下地層51及び第2下地層61は、それぞれ、第1基板2の上面2a上、又は、第2基板3の凸状体31の先端において、導電性を有する金属材料によって薄膜状に形成されている。
第1下地層51及び第2下地層61の材料としては、特に限定されないが、例えば、タンタル(Ta)又は窒化チタン(TiN)からなる薄膜とされていることが好ましい。
また、第1基板2側に設けられる第1下地層51は、例えば、図視略のグラウンドに接続されている。このグラウンドは、例えば、第1基板2の下面2b側に設けることができるが、第1基板2の上面2a側に設けられていてもよい。
The first base layer 51 and the second base layer 61 are formed in a thin film shape by a conductive metal material on the upper surface 2a of the first substrate 2 or at the tip of the convex body 31 of the second substrate 3, respectively. Has been done.
The material of the first base layer 51 and the second base layer 61 is not particularly limited, but is preferably a thin film made of, for example, tantalum (Ta) or titanium nitride (TiN).
Further, the first base layer 51 provided on the first substrate 2 side is connected to, for example, a ground (not shown). This ground can be provided, for example, on the lower surface 2b side of the first substrate 2, but may be provided on the upper surface 2a side of the first substrate 2.

第1接合層52及び第2接合層62は、上記のように、それぞれ、第1下地層51又は第2下地層61に積層されている。
第1接合層52及び第2接合層62の材料としては、特に限定されないが、例えば、第1下地層51及び第2下地層61の材料としてタンタルを用いた場合には、第1接合層52及び第2接合層62の材料として金(Au)を用いる。また、第1下地層51及び第2下地層61の材料として窒化チタンを用いた場合には、第1接合層52及び第2接合層62の材料としてアルミニウム(Al)を用いる。
As described above, the first bonding layer 52 and the second bonding layer 62 are laminated on the first base layer 51 or the second base layer 61, respectively.
The material of the first joint layer 52 and the second joint layer 62 is not particularly limited, but for example, when tantalum is used as the material of the first base layer 51 and the second base layer 61, the first joint layer 52 And gold (Au) is used as the material of the second bonding layer 62. When titanium nitride is used as the material for the first base layer 51 and the second base layer 61, aluminum (Al) is used as the material for the first joint layer 52 and the second joint layer 62.

そして、本実施形態においては、第1接合層52と第2接合層62とが、同じ材料同士で接合されるように構成される。即ち、第1接合層52及び第2接合層62は、両方が同じ材料、即ち、金(Au)又はアルミニウム(Al)の何れか一方の材料を含むように構成される。 Then, in the present embodiment, the first bonding layer 52 and the second bonding layer 62 are configured to be bonded to each other with the same material. That is, the first bonding layer 52 and the second bonding layer 62 are both configured to contain the same material, that is, either gold (Au) or aluminum (Al).

接合体50を上記材料から構成した場合、各層の厚さは特に限定されない。一方、電気的特性や接合時の強度等を勘案し、第1下地層51及び第2下地層61をタンタルから構成し、第1接合層52及び第2接合層62を金から構成した場合には、例えば、{第1接合層52(又は第2接合層62):0.5nm〜2μm/第1下地層51(又は第2下地層61):0.05〜0.2μm}の範囲とすることが好ましい。
同様に、第1下地層51及び第2下地層61を窒化チタンから構成し、第1接合層52及び第2接合層62をアルミニウムから構成した場合には、例えば、{第1接合層52(又は第2接合層62):1〜3μm/第1下地層51(又は第2下地層61):0.05〜0.5μm}の範囲とすることが好ましい。
When the joint 50 is made of the above materials, the thickness of each layer is not particularly limited. On the other hand, when the first base layer 51 and the second base layer 61 are made of tantalum and the first joint layer 52 and the second joint layer 62 are made of gold in consideration of electrical characteristics, strength at the time of joining, and the like. For example, {1st bonding layer 52 (or 2nd bonding layer 62): 0.5 nm to 2 μm / 1st underlying layer 51 (or 2nd underlying layer 61): 0.05 to 0.2 μm} It is preferable to do so.
Similarly, when the first base layer 51 and the second base layer 61 are made of titanium nitride and the first joint layer 52 and the second joint layer 62 are made of aluminum, for example, {1st joint layer 52 ( Alternatively, the range is preferably in the range of 2nd bonding layer 62): 1 to 3 μm / first base layer 51 (or second base layer 61): 0.05 to 0.5 μm}.

本実施形態においては、接合体50を上記のような層構造から構成することにより、詳細については後述するが、第1基板2と第2基板3とを重ね合わせて加圧した際に、第1下地層51及び第1接合層52と、第2下地層61及び第2接合層62との間に金属拡散接合が発現される。これにより、接合体50を強固な接合構造とし、且つ、第1基板2と第2基板3とを、封止空間Cにおける封止性を高めながら強固に接合することが可能になる。 In the present embodiment, the bonded body 50 is composed of the above-mentioned layer structure, and details will be described later. However, when the first substrate 2 and the second substrate 3 are superposed and pressurized, the first substrate 2 and the second substrate 3 are superposed and pressurized. Metal diffusion bonding is developed between the first base layer 51 and the first bonding layer 52 and the second base layer 61 and the second bonding layer 62. As a result, the bonded body 50 has a strong bonding structure, and the first substrate 2 and the second substrate 3 can be firmly bonded while improving the sealing property in the sealing space C.

また、本実施形態においては、接合体50を上記材料から構成して金属拡散接合させることには限定されない。例えば、接合体50の各層を金(Au)又はスズ(Sn)から構成し、Au−Sn共晶接合させた構成を採用してもよい。この場合、例えば、第1下地層51及び第2下地層61、並びに、第1接合層52及び第2接合層62を、それぞれAu−Sn共晶合金から形成し、共晶温度まで加熱及び溶融させることで、第1下地層51及び第1接合層52と、第2下地層61及び第2接合層62との間を共晶接合させる。これにより、第1基板2と第2基板3とを接合することができる。 Further, in the present embodiment, the bonding body 50 is not limited to being composed of the above materials and being metal diffusion bonded. For example, each layer of the bonded body 50 may be composed of gold (Au) or tin (Sn), and an Au—Sn eutectic bonded structure may be adopted. In this case, for example, the first base layer 51 and the second base layer 61, and the first joint layer 52 and the second joint layer 62 are formed from Au—Sn eutectic alloy, respectively, and heated and melted to the eutectic temperature. By doing so, the first base layer 51 and the first bonding layer 52 and the second base layer 61 and the second bonding layer 62 are eutectic bonded. As a result, the first substrate 2 and the second substrate 3 can be joined.

そして、本実施形態のパッケージ1に備えられる接合体50は、図3(a),(b)に示すように、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6が、平面視枠状の周方向(長さ方向)における少なくとも一部が、周方向に沿って交互に配列された凹部5A,6A及び凸部5B,6Bからなる、括れるように設けられた凹凸形状を有している。そして、図4に示す例では、第1金属接合膜5と第2金属接合膜6とは、第1金属接合膜5の凹部5A及び凸部6Bと第2金属接合膜6の凹部6A及び凸部6Bとが交互に組み合わされるように重ね合わせられることで、平面視で略C字状(略コの字状)の接合代Kによって接合されている。 Then, in the bonded body 50 provided in the package 1 of the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 have a plan view frame shape. At least a part in the circumferential direction (longitudinal direction) has a concavo-convex shape provided so as to be constricted, consisting of recesses 5A and 6A and convex portions 5B and 6B alternately arranged along the circumferential direction. .. Then, in the example shown in FIG. 4, the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are the concave portion 5A and the convex portion 6B of the first metal bonding film 5 and the concave portion 6A and the convex portion of the second metal bonding film 6. By superimposing the portions 6B so as to be alternately combined, they are joined by a joining allowance K having a substantially C shape (substantially U shape) in a plan view.

本実施形態のパッケージ1によれば、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6が上記の凹凸形状とされることで、接合代Kが略C字状に形成されるので、第1金属接合膜5と第2金属接合膜6とが重ね合わせられて高温下で接合された際に、この接合部に生じるストレスが水平方向及び垂直方向に分散される作用が得られる。これにより、接合部及びその周辺における応力が効果的に緩和されるので、クラック等が生じるのを防止できる効果が得られる。 According to the package 1 of the present embodiment, the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 have the above-mentioned uneven shape, so that the bonding allowance K is formed in a substantially C shape. When the metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are superposed and bonded at a high temperature, the stress generated in the bonded portion is dispersed in the horizontal direction and the vertical direction. As a result, the stress in and around the joint is effectively relaxed, so that it is possible to prevent cracks and the like from occurring.

第1金属接合膜5の凹部5Aの深さ(括れ深さ)F1、及び、第2金属接合膜6の凹部6Aの深さ(括れ深さ)F2は、特に限定されないが、例えば、第1金属接合膜5の全幅H1、及び、第2金属接合膜6の全幅H2に対して、1/4〜1/3程度の寸法とすることが好ましい。例えば、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6の全幅H1,H2が100μmの場合には、各々の凹部5A,6Aの深さF1,F2は25〜30μmの範囲であることが好ましい。
また、周方向における第1金属接合膜5の凹部5Aの長さL1、及び、第2金属接合膜6の凹部6Aの長さL2も、特に限定されないが、例えば、上記の凹部5A,6Aの深さF1,F2と同等程度から、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6の全幅H1,H2と同等程度の範囲の寸法とすることができる。例えば、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6の全幅H1,H2が100μmの場合には、各々の凹部5A,6Aの長さL1,L2は25〜100μの範囲であることが好ましい。
第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6の全幅H1,H2、各々の凹部5A,6A、及び、各々の長さL1,L2を上記範囲とすることにより、上記のような、接合部に生じるストレスが水平方向及び垂直方向に分散されることで応力が緩和される作用が、より効果的に得られる。
The depth (constriction depth) F1 of the recess 5A of the first metal bonding film 5 and the depth (constriction depth) F2 of the recess 6A of the second metal bonding film 6 are not particularly limited, but for example, the first. It is preferable that the dimensions are about 1/4 to 1/3 with respect to the total width H1 of the metal bonding film 5 and the total width H2 of the second metal bonding film 6. For example, when the total widths H1 and H2 of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are 100 μm, the depths F1 and F2 of the respective recesses 5A and 6A are preferably in the range of 25 to 30 μm. ..
Further, the length L1 of the recess 5A of the first metal bonding film 5 and the length L2 of the recess 6A of the second metal bonding film 6 in the circumferential direction are also not particularly limited, but for example, the recesses 5A and 6A described above. The dimensions can be in the range from the same level as the depths F1 and F2 to the same level as the total widths H1 and H2 of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6. For example, when the total widths H1 and H2 of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are 100 μm, the lengths L1 and L2 of the respective recesses 5A and 6A are preferably in the range of 25 to 100 μm. ..
By setting the total widths H1 and H2 of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6, the respective recesses 5A and 6A, and the respective lengths L1 and L2 within the above ranges, the joint portion as described above The stress generated in the above is dispersed in the horizontal direction and the vertical direction, so that the stress is relieved more effectively.

また、第1金属接合膜5と第2金属接合膜6との接合代Kの寸法についても、特に限定されないが、略C字状で重ね合わせられた各位置において、30μm程度の重ね合わせ寸法で確保されていることが好ましい。この場合、例えば、第1基板2と第2基板3とを重ね合わせて位置決めする際のアライメント精度が±10μmであれば、接合代Kの各位置における最小の重ね合わせ寸法は20μm程度となる。
第1金属接合膜5と第2金属接合膜6との接合代Kの寸法を、上記のような寸法とすることにより、上記のような、接合部に生じるストレスが水平方向及び垂直方向に分散されることで応力が緩和される作用が、より安定的に得られる。
Further, the size of the bonding allowance K between the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 is not particularly limited, but at each position where the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are superposed in a substantially C shape, the superposition size is about 30 μm. It is preferable that it is secured. In this case, for example, if the alignment accuracy when the first substrate 2 and the second substrate 3 are overlapped and positioned is ± 10 μm, the minimum overlap dimension at each position of the bonding allowance K is about 20 μm.
By setting the dimension of the bonding allowance K between the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 as described above, the stress generated at the bonding portion as described above is dispersed in the horizontal direction and the vertical direction. By doing so, the action of relieving stress can be obtained more stably.

なお、後述の製造方法の説明で詳述するが、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6に上記のような凹凸形状を設けることは、第1金属接合膜5又は第2金属接合膜6を形成する各工程において同時に実施可能である。このため、新たな工程を設ける必要が無いので、製造コストを増大させることなく、生産性及び素子特性に優れたパッケージ1が得られる。 As will be described in detail in the description of the manufacturing method described later, providing the uneven shape as described above on the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 means that the first metal bonding film 5 or the second metal bonding film 5 or the second metal bonding film 5 is provided. It can be carried out at the same time in each step of forming the film 6. Therefore, since it is not necessary to provide a new process, the package 1 having excellent productivity and element characteristics can be obtained without increasing the manufacturing cost.

また、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6は、上記の凹凸形状を、周方向において周期的に配列された形状に構成してもよい。即ち、図3(a),(b)等に示す例のように、第1金属接合膜5の凹部5A及び凸部5Bと、第2金属接合膜6の凹部6A及び凸部6Bとが、それぞれ、周期的に配列されていてもよい。この場合においても、上記のような、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散して応力が緩和される作用が、より安定的に得られる。
また、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6の凹凸形状は、枠状とされた周方向において非周期的に配列されていてもよい。
Further, the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 may be configured such that the above-mentioned uneven shape is periodically arranged in the circumferential direction. That is, as shown in the examples shown in FIGS. 3A and 3B, the concave portion 5A and the convex portion 5B of the first metal bonding film 5 and the concave portion 6A and the convex portion 6B of the second metal bonding film 6 are formed. Each may be arranged periodically. Also in this case, the above-mentioned action of dispersing the stress at the joint in the horizontal direction and the vertical direction to relieve the stress can be obtained more stably.
Further, the uneven shapes of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 may be arranged aperiodically in the circumferential direction in which the frame shape is formed.

第1基板2の上面2aには、電極8a,8b、及び、図視略の内部配線が設けられている。
電極8a,8bは、図視略の内部配線等を介して素子4と電気的に接続され、素子4による検出信号等を外部に出力するものである。電極8a,8bは、第1基板2の上面2a上において、それぞれ対向する縁部に沿って設けられており、図示例においては、電極8aと電極8bとが、それぞれ対向して4カ所に設けられている。また、電極8a,8bは、平面視で第2基板3よりも外側に設けられている。電極8a,8bは、例えば、赤外線検出素子等の素子4による検出信号等を必要とする種々の外部機器に対して電気的に接続可能に設けられる。
Electrodes 8a and 8b and internal wiring (not shown) are provided on the upper surface 2a of the first substrate 2.
The electrodes 8a and 8b are electrically connected to the element 4 via internal wiring or the like (not shown), and output a detection signal or the like by the element 4 to the outside. The electrodes 8a and 8b are provided on the upper surface 2a of the first substrate 2 along the opposite edges, and in the illustrated example, the electrodes 8a and 8b are provided at four positions facing each other. Has been done. Further, the electrodes 8a and 8b are provided outside the second substrate 3 in a plan view. The electrodes 8a and 8b are provided so as to be electrically connectable to various external devices that require a detection signal or the like from the element 4 such as an infrared detection element.

上記の電極8a,8b及び内部配線を構成する材料としては、優れた導電性を有する配線材料又は電極材料であれば、特に限定されず、従来からこの分野で用いられている金属材料を何ら制限無く用いることができる。例えば、電極8a,8b及び内部配線として、窒化チタン(TiN)、アルミシリコン合金(AlSi)、及び窒化チタン(TiN)を、スパッタリング法によって順次積層したもの等を用いることが可能である。 The materials constituting the electrodes 8a and 8b and the internal wiring are not particularly limited as long as they are wiring materials or electrode materials having excellent conductivity, and metal materials conventionally used in this field are limited. Can be used without. For example, as the electrodes 8a and 8b and the internal wiring, titanium nitride (TiN), an aluminum silicon alloy (AlSi), and titanium nitride (TiN) can be sequentially laminated by a sputtering method or the like.

本実施形態のパッケージ1によれば、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6が、上記のような凹凸形状を有し、図4に示す例では、第1金属接合膜5の凹部5A及び凸部6Bと第2金属接合膜6の凹部6A及び凸部6Bとが交互に組み合わされて接合され、各金属接合膜の接合代Kが略C字状で設けられている。これにより、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散して応力が効果的に緩和されるので、第1基板2と第2基板3とが高温下で接合される場合であっても、接合部にクラック等が生じるのを防止できる。
従って、簡便な構成で、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れたパッケージ1が実現できる。
According to the package 1 of the present embodiment, the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 have the above-mentioned uneven shape, and in the example shown in FIG. 4, the concave portion of the first metal bonding film 5 The 5A and the convex portion 6B and the concave portion 6A and the convex portion 6B of the second metal bonding film 6 are alternately combined and bonded, and the bonding allowance K of each metal bonding film is provided in a substantially C shape. As a result, the stress at the joint is dispersed in the horizontal and vertical directions, and the stress is effectively relieved. Therefore, even when the first substrate 2 and the second substrate 3 are joined at a high temperature, the stress is effectively relaxed. It is possible to prevent cracks and the like from occurring at the joint.
Therefore, it is possible to realize the package 1 having a simple configuration, low cost, and excellent productivity and element characteristics.

また、本実施形態のパッケージ1によれば、上記の第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6からなる接合体50が設けられていることにより、第1基板2と第2基板3とが接合されたとき、金属拡散接合によって高い封止気密性が得られる。さらに、第1基板2及び第2基板3における加工精度に起因する凹凸等が吸収されるので、封止気密性の向上に加え、内部における電気的特性もより良好になり、優れた素子特性が得られる。 Further, according to the package 1 of the present embodiment, the first substrate 2 and the second substrate 3 are provided with the bonded body 50 composed of the above-mentioned first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6. When they are joined, a high sealing airtightness is obtained by metal diffusion bonding. Further, since unevenness and the like caused by the processing accuracy of the first substrate 2 and the second substrate 3 are absorbed, in addition to the improvement of the sealing airtightness, the internal electrical characteristics are also improved, and excellent element characteristics are obtained. can get.

また、第2基板3に設けられる凸状体31についても、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6と同様に、周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状で構成した場合には、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6の凹凸形状によって得られる作用と併せて、接合部におけるストレスがより効果的に分散され、応力が緩和される作用が顕著に得られる。 Further, the convex body 31 provided on the second substrate 3 also has irregularities composed of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction, similarly to the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6. When configured in a shape, in addition to the action obtained by the uneven shape of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6, the stress at the joint is more effectively dispersed and the stress is relaxed. Is remarkably obtained.

また、本実施形態のパッケージ1によれば、第1基板2及び第2基板3が、詳細を後述するウェットエッチングによって加工した際の加工性が優れるシリコン基板からなることで、素子特性にさらに優れたものとなる。 Further, according to the package 1 of the present embodiment, the first substrate 2 and the second substrate 3 are made of a silicon substrate having excellent workability when processed by wet etching described in detail later, so that the element characteristics are further excellent. It will be.

また、本実施形態のパッケージ1によれば、素子4として赤外線検出素子を採用し、且つ、第2基板3が赤外線を透過可能に構成されることにより、接合部にクラック等が生じるのが抑制され、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れた赤外線センサが実現できる。 Further, according to the package 1 of the present embodiment, the infrared detection element is adopted as the element 4, and the second substrate 3 is configured to be capable of transmitting infrared rays, so that cracks and the like are suppressed at the joint portion. Therefore, it is possible to realize an infrared sensor which is low in cost and has excellent productivity and element characteristics.

次に、本実施形態のパッケージ1を用いた各種検出に係る処理の一例として、素子4に赤外線検出素子を用い、赤外線センサとしてパッケージを構成した場合について説明する。
まず、赤外線が第2基板3の上面3b側から入射して第2基板3を透過すると、赤外線検出素子からなる素子4は、その赤外線を検出して検出信号を出力する。素子4から出力された検出信号は、図視略の内部配線等を通り、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。
Next, as an example of processing related to various detections using the package 1 of the present embodiment, a case where an infrared detection element is used for the element 4 and a package is configured as an infrared sensor will be described.
First, when infrared rays enter from the upper surface 3b side of the second substrate 3 and pass through the second substrate 3, the element 4 composed of infrared detection elements detects the infrared rays and outputs a detection signal. The detection signal output from the element 4 passes through the internal wiring and the like (not shown) and is output from the plurality of electrodes 8a and 8b. The detection signals output from the plurality of electrodes 8a and 8b are transmitted to an external device to perform a predetermined operation.

[パッケージの製造方法]
次に、本実施形態のパッケージ1を製造する方法について、図5及び図6を参照しながら詳述する(パッケージ1の構成については図1〜図3も適宜参照)。
図5及び図6は、本実施形態のパッケージ1の製造方法を模式的に説明する図であり、図5(a),(b)は、以下に説明する工程(2)においてシリコン基板をウェットエッチングすることで第2基板3を得るステップを示す工程図、図5(c)は、工程(3)において第2基板3の凸状体31に第2金属接合膜6を形成するステップを示す工程図である。また、図6(a)は、工程(4)において第1基板2の上面(表面)2aに第1金属接合膜5を形成するステップを示す工程図、図6(b)は、工程(6)において第1基板2と第2基板3とを接合することでパッケージ1を得るステップを示す工程図、図4(c)は、ウエハをダイシングすることで電極8a,8bを露出させるとともに、チップ化するステップを示す工程図である。
[Package manufacturing method]
Next, the method of manufacturing the package 1 of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 (see also FIGS. 1 to 3 for the configuration of the package 1 as appropriate).
5 and 6 are views schematically explaining the manufacturing method of the package 1 of the present embodiment, and FIGS. 5 (a) and 5 (b) show wet silicon substrates in the step (2) described below. A process diagram showing a step of obtaining the second substrate 3 by etching, FIG. 5 (c) shows a step of forming the second metal bonding film 6 on the convex body 31 of the second substrate 3 in the step (3). It is a process diagram. 6 (a) is a process diagram showing a step of forming the first metal bonding film 5 on the upper surface (surface) 2a of the first substrate 2 in step (4), and FIG. 6 (b) is a process diagram showing step (6). ) Shows the step of obtaining the package 1 by joining the first substrate 2 and the second substrate 3, FIG. 4C shows the chips 8a and 8b being exposed by dicing the wafer. It is a process diagram which shows the step to make a dicing.

本実施形態のパッケージ1の製造方法は、例えば、図1及び図2に示すような本実施形態のパッケージ1を製造する方法であり、少なくとも以下の工程(1)〜(6)を備える方法である。
工程(1):基板材料の表面をエッチングすることにより、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2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、平面視枠状の凸状体31と、平面視で凸状体31に囲まれるように形成され、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2基板3に形成された凸状体31の先端に、平面視枠状で、周方向における少なくとも一部が、平面視で周方向に沿って交互に配列された凹部6A及び凸部6Bからなる凹凸形状を有した第2金属接合膜6を形成する。
工程(4):第1基板2上に、該第1基板2と第2基板3とを重ね合わせたときに凸状体31に対応する位置で、平面視枠状で、周方向における少なくとも一部が、平面視で周方向に沿って交互に配列された凹部5A及び凸部5Bからなる凹凸形状を有した第1金属接合膜5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金属接合膜5と第2金属接合膜6とを互いに加圧して金属拡散接合することで、第1金属接合膜5の凹部5A及び凸部5Bと第2金属接合膜6の凹部6A及び凸部6Bとを重ね合わせて接合し、第1基板2と第2基板3とを接合する。
The method for manufacturing the package 1 of the present embodiment is, for example, a method for manufacturing the package 1 of the present embodiment as shown in FIGS. 1 and 2, and is a method including at least the following steps (1) to (6). is there.
Step (1): By etching the surface of the substrate material, a concave device region 22 accommodating the element 4 is formed to obtain a first substrate 2.
Step (2): By etching the surface of the substrate material, a convex body 31 having a plan view frame shape and a cavity (decompression space) formed on the element 4 so as to be surrounded by the convex body 31 in a plan view. A second substrate is obtained by forming a concave cavity region 32 for securing C.
Step (3): Recesses 6A in the shape of a plan view frame and at least a part in the circumferential direction are alternately arranged along the circumferential direction at the tip of the convex body 31 formed on the second substrate 3. A second metal bonding film 6 having an uneven shape composed of the convex portion 6B and the convex portion 6B is formed.
Step (4): At a position corresponding to the convex body 31 when the first substrate 2 and the second substrate 3 are superposed on the first substrate 2, in a plan view frame shape, at least one in the circumferential direction. The portions form a first metal bonding film 5 having an uneven shape composed of concave portions 5A and convex portions 5B arranged alternately along the circumferential direction in a plan view.
Step (5): The element 4 is arranged in the device region 22 formed on the first substrate 2.
Step (6): The first substrate 2 and the second substrate 3 are superposed so that the element 4 is arranged between the first substrate 2 and the second substrate 3, and the first metal bonding film 5 and the second metal By pressurizing the bonding film 6 with each other and performing metal diffusion bonding, the concave portion 5A and the convex portion 5B of the first metal bonding film 5 and the concave portion 6A and the convex portion 6B of the second metal bonding film 6 are overlapped and bonded. , The first substrate 2 and the second substrate 3 are joined.

まず、工程(1)において、基板材料、例えばシリコン基板の表面をウェットエッチングし、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2を作製する(図6(a)を参照)。
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。
First, in step (1), the surface of a substrate material, for example, a silicon substrate, is wet-etched to form a concave device region 22 for accommodating the element 4, and the first substrate 2 is manufactured (see FIG. 6A). ).
Specifically, in the step (1), first, a resist pattern (not shown) for forming a concave device region 22 by wet etching is formed on the surface of a silicon substrate as a substrate material by a photolithography method. To do.
Next, the surface of the silicon substrate is wet-etched to form the concave device region 22.
After that, the resist pattern is peeled off from the first substrate 2.

工程(1)においては、フォトリソグラフィ法によってレジストパターンを形成するにあたり、例えばスピンコート法等を用いて、従来公知の条件でレジストパターンを形成することができる。
また、工程(1)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。
In the step (1), when the resist pattern is formed by the photolithography method, the resist pattern can be formed under conventionally known conditions by using, for example, a spin coating method.
Further, the wet etching conditions in the step (1) are not particularly limited, and for example, an etching solution such as KOH, which has been conventionally used for etching a silicon substrate, can be used. Further, as for each condition such as the temperature of the etching solution and the etching time, conventionally known conditions can be adopted without any limitation.

本実施形態では、上記工程(1)を実施するのと平行して、工程(2)において、基板材料、例えばシリコン基板の表面(下面3a)をエッチングすることにより、平面視枠状の凸状体31と、平面視で凸状体31に囲まれるように形成され、素子4上に封止空間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3を作製する。 In the present embodiment, in parallel with carrying out the above step (1), in the step (2), the substrate material, for example, the surface (lower surface 3a) of the silicon substrate is etched to form a convex shape in a plan view frame. The second substrate 3 is manufactured by forming the body 31 and a concave cavity region 32 formed on the element 4 so as to be surrounded by the convex body 31 in a plan view and for securing the sealing space C.

即ち、工程(2)においては、まず、図5(a)に示すような、基板材料となるシリコン基板3Aを準備する。
次いで、詳細な図示を省略するが、シリコン基板3Aの一方の表面(下面3a)にドライフィルムレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ法によってパターン化することにより、凸状体31及びキャビティ領域32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。
That is, in the step (2), first, a silicon substrate 3A as a substrate material is prepared as shown in FIG. 5 (a).
Next, although detailed illustration is omitted, the convex body 31 and the cavity region 32 are wetted by applying a dry film resist to one surface (lower surface 3a) of the silicon substrate 3A and then patterning by a photolithography method. A resist pattern (not shown) for forming by etching is formed.

次いで、図5(b)に示すように、シリコン基板3Aの一方の表面(下面3a)をウェットエッチングすることにより、凸状体31を形成するとともに、図1及び図2中にも示すような、平面視枠状の凸状体31に囲まれたキャビティ領域32を形成する(工程(2))。 Next, as shown in FIG. 5 (b), one surface (lower surface 3a) of the silicon substrate 3A is wet-etched to form a convex body 31, and as shown in FIGS. 1 and 2. , A cavity region 32 surrounded by a convex body 31 in the shape of a plan view frame is formed (step (2)).

上記の工程(2)により、第2基板3が得られる。
なお、本実施形態の製造方法で得られるパッケージ1は、上記のキャビティ領域32に対応する領域が封止空間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。
The second substrate 3 is obtained by the above step (2).
In the package 1 obtained by the manufacturing method of the present embodiment, the region corresponding to the cavity region 32 is the sealing space C.
After that, the resist pattern is peeled off from the second substrate 3.

工程(2)においても、フォトリソグラフィ法によってレジストパターンを形成するにあたり、例えばスピンコート法等を用いて、従来公知の条件でレジストパターンを形成することができる。
また、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。
Also in the step (2), when the resist pattern is formed by the photolithography method, the resist pattern can be formed under conventionally known conditions by using, for example, a spin coating method.
Further, the wet etching conditions in the step (2) are not particularly limited, and for example, an etching solution such as KOH, which has been conventionally used for etching a silicon substrate, can be used. Further, as for each condition such as the temperature of the etching solution and the etching time, conventionally known conditions can be adopted without any limitation.

次に、工程(3)においては、第2基板3に形成された凸状体31の先端に、平面視枠状で、周方向における少なくとも一部が、平面視で周方向に沿って交互に配列された凹部6A及び凸部6Bからなる凹凸形状を有した第2金属接合膜6を形成する。
具体的には、まず、図5(b)に示すような、工程(2)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金属接合膜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、凸状体31の部分を除いた全面、及び、凸状体31の側面の全体にレジストパターンを形成するとともに、凸状体31の先端に、図3(a)に示した、凹部6A及び凸部6Bからなる凹凸形状を有した第2金属接合膜6に対応する箇所以外の部分にレジストパターンを形成する。
Next, in the step (3), at the tip of the convex body 31 formed on the second substrate 3, at least a part in the circumferential direction in a plan view frame shape is alternately arranged along the circumferential direction in the plan view. A second metal bonding film 6 having an uneven shape composed of the arranged concave portions 6A and convex portions 6B is formed.
Specifically, first, as shown in FIG. 5B, a second metal bonding film is formed on the lower surface 3a side of the second substrate 3 obtained in the step (2) by a photolithography method such as a spray coating method. A resist pattern (not shown) for forming No. 6 is formed. At this time, a resist pattern is formed on the entire surface of the lower surface 3a of the second substrate 3 excluding the portion of the convex body 31 and the entire side surface of the convex body 31, and the tip of the convex body 31 is shown in the figure. A resist pattern is formed in a portion other than the portion corresponding to the second metal bonding film 6 having a concave-convex shape composed of the concave portion 6A and the convex portion 6B shown in 3 (a).

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5(c)に示すように、凸状体31の先端に第2金属接合膜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(第2接合層62)/Ta層(第2下地層61)}構造、又は、{Al層(第2接合層62)/TiN層(第2下地層61)}構造の薄膜からなり、図3(a)に示すような凹凸形状を有した第2金属接合膜6を形成する。
その後、第1基板2の上面2aから図視略のレジストパターンを剥離する。
Next, as shown in FIG. 5C, a second metal bonding film 6 is formed at the tip of the convex body 31 by, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, or a plating method. At this time, by appropriately selecting the material and the stacking order, the {Au layer (second bonding layer 62) / Ta layer (second base layer 61)} structure or {Al layer (second bonding layer 61)} structure as described above can be selected. It is composed of a thin film having a layer 62) / TiN layer (second base layer 61)} structure, and forms a second metal bonding film 6 having an uneven shape as shown in FIG. 3A.
After that, the resist pattern (not shown) is peeled off from the upper surface 2a of the first substrate 2.

また、本実施形態では、上記の工程(3)を実施するとともに、工程(4)において、第1基板2と第2基板3とを重ね合わせたときに凸状体31に対応する位置で、平面視枠状で、周方向における少なくとも一部が、平面視で周方向に沿って交互に配列された凹部5A及び凸部5Bからなる凹凸形状を有した第1金属接合膜5を形成する。
具体的には、まず、図6(a)中に示すような、デバイス領域22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金属接合膜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の凸状体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とともに、図3(b)に示した、凹部5A及び凸部5Bからなる凹凸形状を有した第1金属接合膜5に対応する箇所以外の部分にレジストパターンを形成する。
Further, in the present embodiment, the above step (3) is carried out, and in the step (4), at a position corresponding to the convex body 31 when the first substrate 2 and the second substrate 3 are superposed. A first metal bonding film 5 having a concave-convex shape formed of concave portions 5A and convex portions 5B alternately arranged along the circumferential direction in a planar view frame shape and at least a part in the circumferential direction is formed.
Specifically, first, as shown in FIG. 6A, on the upper surface 2a of the first substrate 2 on which the device region 22 is formed, a first method is performed by a photolithography method such as a spray coating method as described above. A resist pattern (not shown) for forming the metal bonding film 5 is formed. At this time, a resist pattern is formed on the entire surface of the upper surface 2a of the first substrate 2 excluding the portion corresponding to the convex body 31 of the second substrate 3, and the concave portion 5A and the convex portion shown in FIG. 3B are formed. A resist pattern is formed in a portion other than the portion corresponding to the first metal bonding film 5 having an uneven shape composed of the portion 5B.

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、第1基板2の上面2a上に、図3(b)に示すような凹凸形状を有した第1金属接合膜5を形成する(図6(a)も参照)。 Next, for example, a first metal bonding film 5 having an uneven shape as shown in FIG. 3B is formed on the upper surface 2a of the first substrate 2 by a method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a plating method. (See also FIG. 6 (a)).

なお、工程(4)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(第1接合層52)/Ta層(第1下地層51)}構造、又は、{Al層(第1接合層52)/TiN層(第1下地層51)}構造の薄膜からなる第1金属接合膜5を形成することができる。また、この際、第2金属接合膜6が{Au層(第2接合層62)/Ta層(第2下地層61)}からなる場合には、第1金属接合膜5も同様の材料から形成する。この場合には、第1金属接合膜5のAu層(第1接合層52)と第2金属接合膜6のAu層(第2接合層62)とが接合するように、各層の積層順を調整する。
また、第2金属接合膜6が{Al層(第2接合層62)/TiN層(第2下地層61)}からなる場合には、第1金属接合膜5も同様の材料から形成する。この場合には、第1金属接合膜5のAl層(第1接合層52)と第2金属接合膜6のAl層(第2接合層62)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。
In step (4), by appropriately selecting the material and the stacking order, the {Au layer (first bonding layer 52) / Ta layer (first base layer 51)} structure or { The first metal bonding film 5 made of a thin film having an Al layer (first bonding layer 52) / TiN layer (first base layer 51)} structure can be formed. At this time, when the second metal bonding film 6 is composed of {Au layer (second bonding layer 62) / Ta layer (second base layer 61)}, the first metal bonding film 5 is also made of the same material. Form. In this case, the stacking order of each layer is set so that the Au layer (first bonding layer 52) of the first metal bonding film 5 and the Au layer (second bonding layer 62) of the second metal bonding film 6 are bonded. adjust.
Further, when the second metal bonding film 6 is composed of {Al layer (second bonding layer 62) / TiN layer (second base layer 61)}, the first metal bonding film 5 is also formed from the same material. In this case, the stacking order of each layer is set so that the Al layer (first bonding layer 52) of the first metal bonding film 5 and the Al layer (second bonding layer 62) of the second metal bonding film 6 are bonded. adjust.
Then, the resist pattern (not shown) is peeled off from the first substrate 2.

なお、上記の工程(3),(4)においては、第1金属接合膜5又は第2金属接合膜6の凹凸形状を、周方向で周期的に配列して形成してもよい。即ち、図3(a),(b)等に示す例のように、第1金属接合膜5の凹部5A及び凸部5B、及び、第2金属接合膜6の凹部6A及び凸部6Bを、それぞれ、周期的に配列して形成してもよい。 In the above steps (3) and (4), the uneven shape of the first metal bonding film 5 or the second metal bonding film 6 may be formed by periodically arranging them in the circumferential direction. That is, as shown in the examples shown in FIGS. 3A and 3B, the concave portion 5A and the convex portion 5B of the first metal bonding film 5 and the concave portion 6A and the convex portion 6B of the second metal bonding film 6 are formed. Each may be formed by arranging them periodically.

また、本実施形態においては、図6(a)中に示すように、第1基板2の上面2aに、スパッタリング法によって導電性材料を積層することにより、電極8a,8b、及び、図視略の内部配線を形成する。この際、電極8a,8bに用いられる電極材料、及び、内部配線に用いられる配線材料としては、特に限定されないが、例えば、上述したような、TiN、AlSi、及びTiNを順次積層することで形成することができる。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the electrodes 8a and 8b and the figures are omitted by laminating a conductive material on the upper surface 2a of the first substrate 2 by a sputtering method. Form the internal wiring of. At this time, the electrode material used for the electrodes 8a and 8b and the wiring material used for the internal wiring are not particularly limited, but are formed by sequentially laminating TiN, AlSi, and TiN as described above, for example. can do.

次に、工程(5)において、第1基板2の上面2aに形成された凹状のデバイス領域22に、素子4を配置する(図6(a)等を参照)。 Next, in the step (5), the element 4 is arranged in the concave device region 22 formed on the upper surface 2a of the first substrate 2 (see FIG. 6A and the like).

次に、工程(6)において、図6(b)に示すように、第1基板2と第2基板3との間に素子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基板2と第2基板3とを接合する。即ち、第2基板3の凸状体31の先端に形成された第2金属接合膜6と、第1基板2の上面2a上に形成された第1金属接合膜5とを重ね合わせ、互いに加圧することで金属拡散接合を発現させることにより、第1基板2と第2基板3とを接合する。また、工程(6)においては、第1金属接合膜5の凹部5A及び凸部5Bと第2金属接合膜6の凹部6A及び凸部6Bとを重ね合わせた接合代Kによって接合されるように、第1基板2と第2基板3とを接合する。 Next, in step (6), as shown in FIG. 6 (b), the first substrate 2 and the second substrate 3 are arranged so that the element 4 is arranged between the first substrate 2 and the second substrate 3. Are superposed, and the first substrate 2 and the second substrate 3 are joined. That is, the second metal bonding film 6 formed at the tip of the convex body 31 of the second substrate 3 and the first metal bonding film 5 formed on the upper surface 2a of the first substrate 2 are superposed and added to each other. The first substrate 2 and the second substrate 3 are bonded by expressing metal diffusion bonding by pressing. Further, in the step (6), the concave portion 5A and the convex portion 5B of the first metal bonding film 5 and the concave portion 6A and the convex portion 6B of the second metal bonding film 6 are joined by a bonding allowance K which is superposed. , The first substrate 2 and the second substrate 3 are joined.

具体的には、まず、図6(b)に示すように、第1金属接合膜5と第2金属接合膜6とを突き合わせるように、第1基板2と第2基板3とを重ね合わせる。
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金属接合膜5と第2金属接合膜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。この際、図4中に示すように、第1金属接合膜5の凹部5A及び凸部5Bと、第2金属接合膜6の凹部6A及び凸部6Bとを、それぞれ交互に組み合わせて重ね合わせることで、平面視で略C字状の接合代Kを形成するように位置決めする。
Specifically, first, as shown in FIG. 6B, the first substrate 2 and the second substrate 3 are overlapped so as to abut the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6. ..
Next, by pressurizing the first substrate 2 and the second substrate 3 with each other, metal diffusion bonding is developed between the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6, and this portion is bonded. At this time, as shown in FIG. 4, the concave portions 5A and the convex portions 5B of the first metal bonding film 5 and the concave portions 6A and the convex portions 6B of the second metal bonding film 6 are alternately combined and superposed. Then, it is positioned so as to form a substantially C-shaped joint allowance K in a plan view.

上記の拡散接合を行う際の条件、即ち、パッケージ1の封止空間Cを封止する条件としては、特に限定されないが、例えば、第1基板2側の第1金属接合膜5、及び、第2基板3側の第2金属接合膜6が{Au層(第1接合層52又は第2接合層62)/Ta層(第1下地層51又は第2下地層61)}である場合には、例えば、温度条件を300〜350℃の範囲とし、加圧力を450〜900kPaの範囲とすることが好ましい。
一方、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6が{Al層(第1接合層52又は第2接合層62)/TiN層(第1下地層51又は第2下地層61)}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。
The conditions for performing the above diffusion bonding, that is, the conditions for sealing the sealing space C of the package 1, are not particularly limited, but for example, the first metal bonding film 5 on the first substrate 2 side and the first 2 When the second metal bonding film 6 on the substrate 3 side is {Au layer (first bonding layer 52 or second bonding layer 62) / Ta layer (first underlying layer 51 or second underlying layer 61)} For example, it is preferable that the temperature condition is in the range of 300 to 350 ° C. and the pressing force is in the range of 450 to 900 kPa.
On the other hand, the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are {Al layer (first bonding layer 52 or second bonding layer 62) / TiN layer (first underlying layer 51 or second underlying layer 61)}. In some cases, for example, the temperature condition is preferably in the range of 350 to 400 ° C., and the pressing force is preferably in the range of 27 to 60 MPa.

また、第1基板2と第2基板3とを接合する際の封止幅(接合幅)、即ち、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6の最大幅も、特に限定されない。一方、封止気密性の向上等を考慮した場合、上記の封止幅は、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6が{Au層(第1接合層52又は第2接合層62)/Ta層(第1下地層51又は第2下地層61)}である場合には、例えば、0.15〜0.30mmの範囲であることが好ましい。また、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6が{Al層(第1接合層52又は第2接合層62)/TiN層(第1下地層51又は第2下地層61)}である場合には、上記の封止幅は、例えば、0.03〜0.1mmの範囲であることが好ましい。 Further, the sealing width (bonding width) when the first substrate 2 and the second substrate 3 are bonded, that is, the maximum width of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 is not particularly limited. On the other hand, in consideration of improvement of sealing airtightness and the like, the above sealing width is such that the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 have {Au layer (first bonding layer 52 or second bonding layer 62). ) / Ta layer (first base layer 51 or second base layer 61)}, for example, the range is preferably 0.15 to 0.30 mm. Further, the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are {Al layer (first bonding layer 52 or second bonding layer 62) / TiN layer (first underlying layer 51 or second underlying layer 61)}. In some cases, the sealing width is preferably in the range of, for example, 0.03 to 0.1 mm.

そして、本実施形態では、上記の工程(6)の後、図6(c)に示すように、ダイシングラインLに沿って、第2基板3において対向する一対の縁部をダイシングすることにより、電極8a,8bを露出させ、その後、チップ単位に個片化する。
以上の各工程により、本実施形態のパッケージ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。
Then, in the present embodiment, after the above step (6), as shown in FIG. 6 (c), a pair of facing edges on the second substrate 3 are diced along the dicing line L. The electrodes 8a and 8b are exposed and then individualized into chip units.
By each of the above steps, the package 1 of the present embodiment can be manufactured.
It should be noted that each of the above steps can be changed in the order of the steps or performed as the same step to the extent possible.

本実施形態のパッケージ1の製造方法によれば、工程(3)において、第2基板3上に上記の凹凸形状を有する第2金属接合膜6を形成するとともに、工程(4)において、第1基板2上に上記の凹凸形状を有する第1金属接合膜5を形成したうえで、工程(6)において、第1金属接合膜5と第2金属接合膜6とを、各々の凹凸が交互に組み合わされるように金属拡散接合する。このとき、第1金属接合膜5と第2金属接合膜6との接合代Kが略C字状に形成されるので、接合部全体におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散し、応力が効果的に緩和される。これにより、第1基板2と第2基板3とを高温下で接合する際、基板上に形成される各膜の熱膨張率の管理が不要で、煩雑な工程管理が不要であるとともに、新たな工程を追加したりすることなく、接合部にクラック等が生じるのを防止できる。従って、煩雑な工程管理を必要とすることなく、安価で素子特性に優れたパッケージを生産性よく製造することが可能になる。 According to the manufacturing method of the package 1 of the present embodiment, in the step (3), the second metal bonding film 6 having the above-mentioned uneven shape is formed on the second substrate 3, and in the step (4), the first After forming the first metal bonding film 5 having the above-mentioned uneven shape on the substrate 2, in the step (6), the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are alternately uneven. Metal diffusion bonding is performed so that they can be combined. At this time, since the bonding allowance K between the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 is formed in a substantially C shape, the stress in the entire joint is dispersed in the horizontal and vertical directions, and the stress is effective. Is relaxed. As a result, when the first substrate 2 and the second substrate 3 are joined at a high temperature, it is not necessary to control the coefficient of thermal expansion of each film formed on the substrate, and complicated process control is not required. It is possible to prevent cracks and the like from occurring at the joint without adding additional steps. Therefore, it is possible to produce a package having excellent element characteristics at low cost with high productivity without requiring complicated process control.

また、本実施形態の製造方法では、上記の工程(3)及び工程(4)を備え、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6を、それぞれ対応する位置で形成したうえで、上記の工程(6)において、第1金属接合膜5と第2金属接合膜6とを金属拡散接合させ、第1基板2と第2基板3とを接合することで、高い封止気密性を有するパッケージ1が得られる。また、第1基板2及び第2基板3における加工精度に起因する凹凸等が吸収されるので、封止気密性の向上に加え、内部における電気的特性もより良好になり、優れた特性を有するパッケージ1を製造できる。 Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the above steps (3) and (4) are provided, and the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are formed at corresponding positions, and then the above. In step (6), the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are metal diffusion bonded, and the first substrate 2 and the second substrate 3 are bonded to have high sealing airtightness. Package 1 is obtained. Further, since unevenness and the like caused by the processing accuracy of the first substrate 2 and the second substrate 3 are absorbed, in addition to the improvement of the sealing airtightness, the internal electrical characteristics are also improved, and the characteristics are excellent. Package 1 can be manufactured.

また、本実施形態の製造方法によれば、第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6における凹凸形状を、周方向で周期的に配列して形成することで、工程(6)において第1基板2と第2基板3とを接合する際に、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散して応力が緩和される作用が安定的に得られる。 Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, the uneven shapes of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 are formed by periodically arranging them in the circumferential direction, whereby the first step (6) is performed. When the 1st substrate 2 and the 2nd substrate 3 are joined, the stress at the joining portion is dispersed in the horizontal direction and the vertical direction to stably obtain the action of relaxing the stress.

また、本実施形態の製造方法によれば、工程(2)において、凸状体31を、第2金属接合膜と同様、周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状となるように形成した場合には、上記の第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6の凹凸形状によって得られる作用と併せて、工程(6)において第1基板2と第2基板3とを接合する際の、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散して応力が緩和される作用が顕著に得られる。 Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, in the step (2), the convex body 31 has a concave-convex shape composed of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction, similarly to the second metal bonding film. When formed so as to be, the first substrate 2 and the second substrate 3 are formed in the step (6) in addition to the action obtained by the uneven shape of the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 described above. When joining with, the stress at the joint is dispersed in the horizontal and vertical directions, and the stress is relieved remarkably.

また、本実施形態の製造方法によれば、工程(1)及び工程(2)において、第1基板2及び第2基板3に、ウェットエッチングによる加工性に優れるシリコン基板を用いることで、工程(6)で第1基板2と第2基板3とを接合する際の内部応力が低減されるとともに、エッチング処理による加工精度が向上するので、素子特性にさらに優れたパッケージ1を製造できる。 Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, in the steps (1) and (2), by using a silicon substrate having excellent processability by wet etching for the first substrate 2 and the second substrate 3, the step (1) In 6), the internal stress at the time of joining the first substrate 2 and the second substrate 3 is reduced, and the processing accuracy by the etching process is improved, so that the package 1 having further excellent element characteristics can be manufactured.

また、本実施形態の製造方法によれば、工程(5)において、素子4として赤外線検出素子をデバイス領域に配置することにより、基板同士を接合して封止する際に接合部に生じる応力が緩和され、この接合部にクラック等が生じるのを防止でき、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れたパッケージ1として赤外線センサを製造できる。 Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, in the step (5), by arranging the infrared detection element as the element 4 in the device region, the stress generated in the joint portion when the substrates are bonded and sealed is generated. The infrared sensor can be manufactured as a package 1 which is alleviated, can prevent cracks and the like from being generated at the joint portion, is low in cost, and is excellent in productivity and element characteristics.

[作用効果]
以上説明したように、本実施形態のパッケージ1によれば、上記のような凹凸形状を有する第1金属接合膜5及び第2金属接合膜からなる接合体50を備えることで、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散して応力が効果的に緩和される。これにより、第1基板2と第2基板3とが高温下で接合される場合であっても、接合部にクラック等が生じるのを防止できる。
従って、簡便な構成で、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れたパッケージ1が実現できる。
[Action effect]
As described above, according to the package 1 of the present embodiment, the stress at the joint portion is provided by providing the joint body 50 composed of the first metal joint film 5 and the second metal joint membrane having the above-mentioned uneven shape. Is dispersed horizontally and vertically to effectively relieve stress. As a result, even when the first substrate 2 and the second substrate 3 are joined at a high temperature, it is possible to prevent cracks and the like from occurring in the joined portion.
Therefore, it is possible to realize the package 1 having a simple configuration, low cost, and excellent productivity and element characteristics.

また、本発明のパッケージの製造方法によれば、上記のような工程(3),(4)において、上記のような凹凸形状を有する第1金属接合膜5及び第2金属接合膜6を形成し、工程(6)において、各々の凹部及び凸部を重ね合わせ、これらを金属拡散接合することで第1基板2と第2基板3とを接合する方法なので、接合部におけるストレスが水平方向及び垂直方向に分散し、応力が効果的に緩和される。これにより、基板上に形成される各膜の熱膨張率の管理が不要となり、煩雑な工程管理が不要であるとともに、新たな工程を追加したりすることなく、接合部にクラック等が生じるのを防止できる。
従って、煩雑な工程管理を必要とすることなく、安価で素子特性に優れたパッケージ1を生産性よく製造することが可能になる。
Further, according to the package manufacturing method of the present invention, in the above steps (3) and (4), the first metal bonding film 5 and the second metal bonding film 6 having the above uneven shape are formed. Then, in the step (6), the concave portions and the convex portions are overlapped with each other, and the first substrate 2 and the second substrate 3 are joined by metal diffusion joining, so that the stress at the joining portion is in the horizontal direction and Disperses vertically and stress is effectively relieved. This eliminates the need to control the coefficient of thermal expansion of each film formed on the substrate, eliminates the need for complicated process control, and causes cracks or the like at the joint without adding a new process. Can be prevented.
Therefore, it is possible to manufacture the package 1 which is inexpensive and has excellent element characteristics with high productivity without requiring complicated process control.

本発明のパッケージは、上述したように、基板同士を接合して封止する際に接合部に生じる応力が緩和され、低コストであるとともに生産性及び素子特性に優れている。従って、信頼性の高い各種検出精度が要求される電子機器等における用途、例えば、携帯端末、スマートフォン、センサネットワーク・デバイス、モノのインターネット(IoT)技術等において非常に好適である。 As described above, the package of the present invention relaxes the stress generated at the joint when the substrates are joined and sealed, and is excellent in productivity and element characteristics as well as low cost. Therefore, it is very suitable for applications in electronic devices and the like that require various highly reliable detection accuracy, for example, in mobile terminals, smartphones, sensor network devices, Internet of Things (IoT) technology, and the like.

1…パッケージ
2…第1基板
2a…上面
2b…下面
22…デバイス領域
3…第2基板
3a…下面
3b…上面
31…凸状体
32…キャビティ領域
3A…シリコン基板
4…素子
50…接合体
5…第1金属接合膜
5A…凹部
5B…凸部
51…第1下地層
52…第1接合層
6…第2金属接合膜
6A…凹部
6B…凸部
61…第2下地層
62…第2接合層
8a,8b…電極
C…キャビティ(減圧空間)
L…ダイシングライン
F1,F2…凹部の深さ(括れ深さ)
L1,L2…凹部の長さ
K…接合代
1 ... Package 2 ... First substrate 2a ... Top surface 2b ... Bottom surface 22 ... Device area 3 ... Second substrate 3a ... Bottom surface 3b ... Top surface 31 ... Convex body 32 ... Cavity region 3A ... Silicon substrate 4 ... Element 50 ... Joined body 5 … First metal bonding film 5A… concave 5B… convex 51… first base layer 52… first bonding layer 6… second metal bonding film 6A… concave 6B… convex 61… second base layer 62… second bonding Layers 8a, 8b ... Electrode C ... Cavity (decompression space)
L ... Dicing lines F1, F2 ... Depth of recess (constriction depth)
L1, L2 ... Recess length K ... Joining allowance

Claims (10)

第1基板と、
前記第1基板の上面側に設けられる素子と、
前記第1基板の上面側に前記素子を覆った状態で接合され、前記第1基板側に配置される下面側に、前記第1基板に接合される平面視枠状の凸状体と、平面視で前記凸状体に囲まれるように形成され、前記素子上に封止空間を確保するための凹状のキャビティ領域とを有する第2基板と、
前記第2基板に形成された前記凸状体の先端に平面視枠状で設けられる第2金属接合膜と、前記第2基板に形成された前記凸状体に対応する位置で、前記第1基板の上面に平面視枠状に設けられる第1金属接合膜とが金属拡散接合されてなる接合体と、を備え、
前記第1金属接合膜及び前記第2金属接合膜は、周方向における少なくとも一部が、平面視で前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有し、前記第1金属接合膜の凹部及び凸部と前記第2金属接合膜の凹部及び凸部とが重ね合わせられて接合されていることを特徴とするパッケージ。
1st board and
An element provided on the upper surface side of the first substrate and
A plan view frame-shaped convex body joined to the first substrate and a flat surface to the lower surface side arranged on the first substrate side while covering the element on the upper surface side of the first substrate. A second substrate which is formed so as to be surrounded by the convex body visually and has a concave cavity region for securing a sealing space on the element.
The first metal bonding film is provided at the tip of the convex body formed on the second substrate in a plan view frame shape, and at a position corresponding to the convex body formed on the second substrate. A joint body formed by metal diffusion bonding with a first metal bonding film provided on the upper surface of the substrate in a plan view frame shape is provided.
The first metal bonding film and the second metal bonding film have an uneven shape in which at least a part in the circumferential direction is composed of concave portions and convex portions alternately arranged along the peripheral direction in a plan view. A package characterized in that the concave and convex portions of the first metal bonding film and the concave and convex portions of the second metal bonding film are overlapped and joined.
前記第1金属接合膜及び前記第2金属接合膜は、前記凹凸形状が、前記周方向において周期的に配列された形状であることを特徴とする請求項1に記載のパッケージ。 The package according to claim 1, wherein the first metal bonding film and the second metal bonding film have a shape in which the uneven shape is periodically arranged in the circumferential direction. さらに、前記凸状体が、前記第2金属接合膜に設けられた前記凹凸形状に対応するように、周方向における少なくとも一部が、前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のパッケージ。 Further, the concave portions and the convex portions in which at least a part in the circumferential direction is alternately arranged along the circumferential direction so that the convex body corresponds to the uneven shape provided on the second metal bonding film. The package according to claim 1 or 2, wherein the package has a concavo-convex shape comprising. 前記第1基板及び前記第2基板がシリコン基板から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パッケージ。 The package according to any one of claims 1 to 3, wherein the first substrate and the second substrate are made of a silicon substrate. 前記素子が赤外線検出素子であり、且つ、前記第2基板が赤外線を透過可能とさ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パッケージ。 The package according to any one of claims 1 to 4, wherein the element is an infrared detection element, and the second substrate is capable of transmitting infrared rays. 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、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、平面視枠状の凸状体と、平面視で前記凸状体に囲まれるように形成され、前記素子上に封止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2基板に形成された前記凸状体の先端に、平面視枠状で、周方向における少なくとも一部が、平面視で前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有した第2金属接合膜を形成する工程(3)と、
前記第1基板上に、該第1基板と前記第2基板とを重ね合わせたときに前記凸状体に対応する位置で、平面視枠状で、周方向における少なくとも一部が、平面視で前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状を有した第1金属接合膜を形成する工程(4)と、
前記第1基板に形成された前記デバイス領域に前記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金属接合膜と前記第2金属接合膜とを互いに加圧して金属拡散接合することで、前記第1金属接合膜の凹部及び凸部と前記第2金属接合膜の凹部及び凸部とを重ね合わせて接合し、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パッケージの製造方法。
at least,
A step (1) of obtaining a first substrate by forming a concave device region for accommodating an element by etching the surface of the substrate material.
By etching the surface of the substrate material, a convex body having a plan view frame shape and a concave cavity formed so as to be surrounded by the convex body in a plan view and securing a sealing space on the element. The step (2) of forming the region and obtaining the second substrate, and
At the tip of the convex body formed on the second substrate, at least a part in a plan view frame shape and in the circumferential direction is composed of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction in a plan view. The step (3) of forming the second metal bonding film having an uneven shape, and
When the first substrate and the second substrate are superposed on the first substrate, at a position corresponding to the convex body, in a plan view frame shape, at least a part in the circumferential direction is in a plan view. A step (4) of forming a first metal bonding film having a concavo-convex shape composed of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction.
The step (5) of arranging the element in the device region formed on the first substrate, and
The first substrate and the second substrate are overlapped so that the element is arranged between the first substrate and the second substrate, and the first metal bonding film and the second metal bonding film are formed. By pressurizing each other and performing metal diffusion bonding, the concave and convex portions of the first metal bonding film and the concave and convex portions of the second metal bonding film are overlapped and bonded, and the first substrate and the second Step (6) of joining the substrate and
A method of manufacturing a package, which comprises.
前記工程(3)及び前記工程(4)は、前記第1金属接合膜又は前記第2金属接合膜に設けられる前記凹凸形状を、前記周方向で周期的に配列して形成することを特徴とする請求項6に記載のパッケージの製造方法。 The step (3) and the step (4) are characterized in that the uneven shape provided on the first metal bonding film or the second metal bonding film is periodically arranged and formed in the circumferential direction. The method for manufacturing a package according to claim 6. 前記工程(2)は、さらに、前記凸状体を、前記周方向における少なくとも一部が、前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状となるように形成し、
前記工程(3)は、前記第2金属接合膜を、前記凸状体の先端を覆うように、周方向における少なくとも一部が、前記周方向に沿って交互に配列された凹部及び凸部からなる凹凸形状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に記載のパッケージの製造方法。
In the step (2), the convex body is further formed so that at least a part in the circumferential direction has a concave-convex shape composed of concave portions and convex portions alternately arranged along the circumferential direction.
In the step (3), the second metal bonding film is formed from concave portions and convex portions in which at least a part in the circumferential direction is alternately arranged along the circumferential direction so as to cover the tip of the convex body. The method for manufacturing a package according to claim 6 or 7, wherein the package is formed so as to have an uneven shape.
前記工程(1)及び前記工程(2)は、前記基板材料としてシリコン基板を用い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パッケージの製造方法。 The package manufacturing method according to any one of claims 6 to 8, wherein the step (1) and the step (2) use a silicon substrate as the substrate material. 前記工程(5)は、前記素子として、赤外線検出素子を、前記第1基板に形成された前記デバイス領域に配置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パッケージの製造方法。 The step (5) according to any one of claims 6 to 9, wherein the infrared detection element is arranged in the device region formed on the first substrate as the element. How to make the package.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022050354A1 (en) 2020-09-07 2022-03-10 株式会社ダイセル Mounting structure, led display, and mounting method
JP7465515B1 (en) 2022-11-21 2024-04-11 三安ジャパンテクノロジー株式会社 Acoustic Wave Devices

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012189327A (en) * 2011-03-08 2012-10-04 Nissan Motor Co Ltd Detection apparatus and manufacturing method thereof
WO2018147940A1 (en) * 2017-02-09 2018-08-16 Invensas Bonding Technologies, Inc. Bonded structures
JP2018157159A (en) * 2017-03-21 2018-10-04 セイコーインスツル株式会社 Package and manufacturing method thereof
JP2019174267A (en) * 2018-03-28 2019-10-10 セイコーインスツル株式会社 Infrared sensor and manufacturing method for infrared sensor
JP2019174224A (en) * 2018-03-28 2019-10-10 セイコーインスツル株式会社 Infrared sensor and manufacturing method for infrared sensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012189327A (en) * 2011-03-08 2012-10-04 Nissan Motor Co Ltd Detection apparatus and manufacturing method thereof
WO2018147940A1 (en) * 2017-02-09 2018-08-16 Invensas Bonding Technologies, Inc. Bonded structures
JP2020509942A (en) * 2017-02-09 2020-04-02 インヴェンサス ボンディング テクノロジーズ インコーポレイテッド Joint structure
JP2018157159A (en) * 2017-03-21 2018-10-04 セイコーインスツル株式会社 Package and manufacturing method thereof
JP2019174267A (en) * 2018-03-28 2019-10-10 セイコーインスツル株式会社 Infrared sensor and manufacturing method for infrared sensor
JP2019174224A (en) * 2018-03-28 2019-10-10 セイコーインスツル株式会社 Infrared sensor and manufacturing method for infrared sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022050354A1 (en) 2020-09-07 2022-03-10 株式会社ダイセル Mounting structure, led display, and mounting method
JP7465515B1 (en) 2022-11-21 2024-04-11 三安ジャパンテクノロジー株式会社 Acoustic Wave Devices

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