JP2023133922A - Infrared sensor and infrared sensor manufacturing method - Google Patents

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Abstract

To provide an infrared sensor which has simple constitution and is manufactured by a simple manufacturing process and in which temperature rise of a cold junction can be suppressed by avoiding infrared incidence the cold junction and which therefore enables excellent sensor sensitivity and sensor quality to be obtained, and is low cost and has high yield and productivity.SOLUTION: An infrared sensor includes: a first substrate 2 having a device area 22; a second substrate 3 bonded to an upper surface side 2a of the first substrate 2 in such a way as to cover the device area 22; thermocouple 41, located in device area 22 of first substrate 2 and disposed on a membrane thin film 4a; and a thermopile-type infrared detection element 4 which is a part of the thermocouple 41 and has cold junction 42 disposed outside a device area 22 and a hot junction 43 located on the membrane thin film 4a. A second metal junction film 52 provided on a bottom side 3A of the second substrate 3 has an infrared block part 52A, spaced from the cold junction 42 on the first substrate 2 while extending to oppose at least a part of the cold junction 42.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、赤外線センサ及び赤外線センサの製造方法に関する。 The present disclosure relates to an infrared sensor and a method of manufacturing an infrared sensor.

近年、各種の電子デバイスにおいて、これら電子デバイスの小型化や高機能化等に伴い、より一層の小型化及び薄型化が求められるようになっている。これに伴い、例えば、スマートフォン等の小型電子機器においても、さらなる小型化や薄型化が進められており、それに搭載される光センサ等に対しても、より一層の小型化が求められている。 In recent years, various electronic devices have been required to be further downsized and thinner as these electronic devices become smaller and more sophisticated. Along with this, for example, small electronic devices such as smartphones are becoming further smaller and thinner, and optical sensors and the like mounted thereon are also required to be further downsized.

電子機器の小型化の要求に対しては、例えば、それらの寸法を電子部品の寸法に近づけることが有効であり、例えば、ウエハーレベルパッケージ技術を用いること等も提案されている。
特に、サーモパイル型の赤外線センサは、モバイル機器等への搭載が積極的に検討されていることから、小型化の要望がさらに高まっている。
In response to the demand for miniaturization of electronic devices, for example, it is effective to make their dimensions closer to those of electronic components, and for example, it has been proposed to use wafer level packaging technology.
In particular, as thermopile-type infrared sensors are actively being considered for installation in mobile devices and the like, demands for miniaturization are increasing.

一方、サーモパイル型赤外線センサをモバイル機器等に搭載した場合、全体的な機器サイズが非常に小型であることから、サーモパイル型赤外線検出素子に備えられる冷接点と温接点との距離が小さくなることにより、センサ感度の低下が生じる。このようなサーモパイル型赤外線センサの感度低下を防止するための対策として、従来から、温接点を上方から覆うように赤外線吸収膜を配置し、センサ感度を向上させる方法が用いられている。しかしながら、上記の赤外線吸収膜が冷接点上にまで形成されると、赤外線が入射された際に冷接点においても温度上昇が生じるため、温接点と冷接点との温度差が小さくなり、効率的に起電力を発生させることが難しくなる。このため、サーモパイル型赤外線センサからの出力信号の低下、即ち、センサ感度の低下が生じるという問題があった。 On the other hand, when a thermopile-type infrared sensor is installed in a mobile device, etc., the overall device size is very small, so the distance between the cold junction and hot junction provided in the thermopile-type infrared detection element becomes small. , a decrease in sensor sensitivity occurs. As a measure to prevent such a decrease in sensitivity of a thermopile type infrared sensor, a method has conventionally been used in which an infrared absorbing film is disposed to cover the hot junction from above to improve the sensor sensitivity. However, if the above-mentioned infrared absorbing film is formed on the cold junction, the temperature will also rise at the cold junction when infrared rays are incident, so the temperature difference between the hot junction and the cold junction will become smaller, making it less efficient. It becomes difficult to generate an electromotive force. Therefore, there is a problem in that the output signal from the thermopile type infrared sensor decreases, that is, the sensor sensitivity decreases.

上記のような問題を解決するため、例えば、赤外線吸収膜の形成範囲を規制する部材を配置することで、赤外線吸収膜が冷接点上に形成されるのを防止し、センサ出力を増大させることで感度を向上させることが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 In order to solve the above problems, for example, by arranging a member that restricts the formation range of the infrared absorbing film, it is possible to prevent the infrared absorbing film from being formed on the cold junction and increase the sensor output. It has been proposed to improve the sensitivity (for example, see Patent Document 1).

特開2015-132470号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-132470

しかしながら、サーモパイル型赤外線センサに赤外線が入射された際の冷接点の温度上昇を抑制するために、上記のような、赤外線吸収膜の形成範囲を規制する部材、あるいは、外部から入射する赤外線を遮断する部材等を設けた場合、製造プロセスが複雑化する。このため、センサ品質の低下や製造管理の難しさ等の理由により、赤外線センサの歩留まりが低下するおそれがある。 However, in order to suppress the temperature rise of the cold junction when infrared rays are incident on a thermopile type infrared sensor, a member that restricts the formation range of the infrared absorbing film or a material that blocks infrared rays incident from the outside is used as described above. If such members are provided, the manufacturing process becomes complicated. Therefore, the yield of infrared sensors may decrease due to a decrease in sensor quality, difficulty in manufacturing management, and the like.

特に、サーモパイル型赤外線センサは、一般的に、温接点に効率的に熱吸収を生じさせることを目的として、熱電対の一部から構成される温接点がメンブレン薄膜上に配置されたメンブレン構造を採用している。このため、上記のような、赤外線吸収膜の形成範囲を規制する部材や、外部から入射する赤外線を遮断する部材等を追加すると、熱電対に想定外の応力が加わり、赤外線センサの破損が生じるおそれがある等、品質低下を招くという問題がある。 In particular, thermopile-type infrared sensors generally have a membrane structure in which a hot junction consisting of a part of a thermocouple is placed on a membrane thin film in order to efficiently absorb heat at the hot junction. We are hiring. For this reason, adding a member that restricts the formation range of the infrared absorbing film or a member that blocks infrared rays incident from the outside, as described above, will cause unexpected stress to be applied to the thermocouple, resulting in damage to the infrared sensor. There is a problem that the quality may be deteriorated due to the risk of the product being damaged.

さらには、複雑なプロセスを伴う構造であることから、製造管理及び歩留まりの低下が生じるおそれがあることから、市場からのコスト低減の要請に応えることができないという問題があった。 Furthermore, since the structure involves a complicated process, there is a risk that manufacturing control and yield will be lowered, so there is a problem that it is not possible to meet the market's demand for cost reduction.

本開示は上記問題点に鑑みてなされたものであり、新たな部材を追加することなく、簡便な構成並びに製造プロセスで、冷接点に赤外線が入射するのを回避することで冷接点の温度上昇を抑制でき、優れたセンサ感度並びにセンサ品質が得られるとともに、低コストで歩留まり及び生産性に優れた赤外線センサ及び赤外線センサの製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and the temperature of the cold junction is increased by avoiding infrared rays from entering the cold junction using a simple configuration and manufacturing process without adding any new components. It is an object of the present invention to provide an infrared sensor and a method for manufacturing an infrared sensor, which can suppress the noise, obtain excellent sensor sensitivity and sensor quality, and have excellent yield and productivity at low cost.

上記課題を解決するため、本開示の赤外線センサは、以下に示す構成を採用する。
[1] 本開示の一態様に係る赤外線センサは、第1基板の上面側に設けられた第1金属接合膜と、第2基板の下面側に設けられた第2金属接合膜とが接合されていることで、封止空間が確保されてなるサーモパイル型の赤外線センサであって、前記第2金属接合膜は、前記第2基板の前記下面側において、前記第1基板上に備えられた冷接点と離間しながら、該冷接点の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部を有することを特徴とする赤外線センサである。
In order to solve the above problems, the infrared sensor of the present disclosure adopts the configuration shown below.
[1] In the infrared sensor according to one aspect of the present disclosure, a first metal bonding film provided on the upper surface side of the first substrate and a second metal bonding film provided on the lower surface side of the second substrate are bonded. A thermopile-type infrared sensor is provided in which a sealed space is ensured by a thermopile type infrared sensor, in which the second metal bonding film is connected to a cooling layer provided on the first substrate on the lower surface side of the second substrate. The infrared sensor is characterized by having an infrared ray blocking part that is spaced apart from the contact and extends to a position facing at least a portion of the cold contact.

本態様によれば、第2金属接合膜が、第2基板の下面側において、第1基板上に備えられる冷接点と離間しながら、この冷接点の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部を有することで、外部から赤外線センサに入射する赤外線が冷接点に到達するのを抑制できる。これにより、冷接点の温度が上昇するのを抑制できるので、赤外線入射時の温接点と冷接点との温度差を維持でき、赤外線センサからの出力信号が低下するのを防止できるので、赤外線センサとしての感度を高めることが可能となる。
また、第2基板の下面側に設けられた赤外線遮断部が、第2金属接合膜が延設されることで形成されたものであり、第2金属接合膜との同時・一体形成が可能なので、赤外線遮断のための新たな部材を設けることなく、新たな工程の追加も不要であり、生産性に優れたものとなる。これにより、製造プロセスを複雑化することなく、簡便且つ安価な構成で赤外線の遮断構造が実現できる。また、新たな部材の追加が不要なので、赤外線センサの品質の低下や製造管理の困難さを招くことが無く、歩留まりも向上する。
According to this aspect, the second metal bonding film extends on the lower surface side of the second substrate to a position facing at least a portion of the cold contact while being separated from the cold contact provided on the first substrate. By having the infrared ray blocking section, it is possible to suppress infrared rays incident on the infrared sensor from the outside from reaching the cold junction. This suppresses the rise in temperature of the cold junction, maintains the temperature difference between the hot and cold junctions when infrared rays are incident, and prevents the output signal from the infrared sensor from decreasing. This makes it possible to increase the sensitivity of the device.
Furthermore, the infrared ray blocking section provided on the lower surface side of the second substrate is formed by extending the second metal bonding film, and can be formed simultaneously and integrally with the second metal bonding film. , there is no need to provide a new member for blocking infrared rays, and there is no need to add a new process, resulting in excellent productivity. Thereby, an infrared ray blocking structure can be realized with a simple and inexpensive configuration without complicating the manufacturing process. Further, since there is no need to add new members, there is no deterioration in the quality of the infrared sensor or difficulty in manufacturing control, and the yield is improved.

[2] 上記[1]の態様の赤外線センサにおいて、前記赤外線遮断部は、前記第2基板の前記下面側において、前記第1基板上に備えられる前記冷接点と離間しながら、該冷接点全体と対向する位置まで延設されていることがより好ましい。 [2] In the infrared sensor according to the aspect of [1] above, the infrared blocking section is arranged on the lower surface side of the second substrate, while being spaced apart from the cold junction provided on the first substrate. More preferably, it extends to a position facing the.

本態様の赤外線センサによれば、上記のように、第2金属接合膜が延設されてなる赤外線遮断部が、冷接点全体を覆うように対向する位置まで延設されていることで、外部から赤外線センサに入射する赤外線が冷接点に到達するのをより効果的に抑制できる。 According to the infrared sensor of this aspect, as described above, the infrared shielding part formed by extending the second metal bonding film extends to the opposing position so as to cover the entire cold junction, so that the external It is possible to more effectively suppress infrared rays incident on the infrared sensor from reaching the cold junction.

[3] 上記[1]又は[2]の態様の赤外線センサにおいて、前記第2基板は、前記赤外線遮断部を前記第1基板上の前記冷接点と離間させるように、前記赤外線遮断部に対応する位置が、前記下面側から掘り込まれるように設けられる離間領域とされていることが好ましい。 [3] In the infrared sensor according to the aspect [1] or [2] above, the second substrate corresponds to the infrared ray blocking section so as to separate the infrared ray blocking section from the cold contact on the first substrate. It is preferable that the position is a spaced region dug from the lower surface side.

本態様の赤外線センサによれば、上記のように、第2基板における赤外線遮断部に対応する位置が、第2基板の下面側から掘り込まれるように設けられる離間領域とされていることで、第2基板及び第2金属接合膜が延設されてなる赤外線遮断部が、冷接点に干渉することなく確実に離間させることができる。これにより、外部から入射する赤外線が冷接点に到達するのを確実に抑制しながら、冷接点及びその近傍の温度が上昇するのを効果的に抑制できる。また、追加部材の成膜による応力が印加されることがないので、サーモパイル型赤外線検出素子が破損するのを回避できる。 According to the infrared sensor of this aspect, as described above, the position corresponding to the infrared ray blocking part on the second substrate is a spaced area provided so as to be dug from the bottom surface side of the second substrate. The infrared ray blocking section formed by extending the second substrate and the second metal bonding film can be reliably separated from the cold contact without interfering with the cold contact. Thereby, it is possible to reliably suppress infrared rays incident from the outside from reaching the cold junction, and to effectively suppress the rise in temperature of the cold junction and its vicinity. Further, since no stress is applied due to the film formation of the additional member, damage to the thermopile type infrared detection element can be avoided.

[4] 上記[3]の態様の赤外線センサにおいて、前記第2基板の前記下面側に、前記封止空間を形成するための凹状のキャビティ部が設けられており、前記離間領域が、前記第2基板の前記下面と前記キャビティ部との間に設けられた段差形状とされている構成を採用できる。 [4] In the infrared sensor according to the aspect [3] above, a concave cavity portion for forming the sealed space is provided on the lower surface side of the second substrate, and the spaced region is It is possible to employ a configuration in which a stepped shape is provided between the lower surfaces of the two substrates and the cavity portion.

本態様の赤外線センサによれば、上記のように、第2基板に設けられる離間領域が、第2基板の下面とキャビティ部との間に設けられた段差形状とされていることで、第2基板及び第2金属接合膜が延設されてなる赤外線遮断部が、冷接点に干渉することなく、より確実に離間させることができる。これにより、外部から入射する赤外線が冷接点に到達するのをより確実に抑制しながら、冷接点及びその近傍の温度が上昇するのをより効果的に抑制できる。 According to the infrared sensor of this aspect, as described above, the separation area provided on the second substrate has a stepped shape provided between the lower surface of the second substrate and the cavity portion, so that the second The infrared ray blocking section formed by extending the substrate and the second metal bonding film can be separated more reliably without interfering with the cold junction. Thereby, it is possible to more reliably suppress infrared rays incident from the outside from reaching the cold junction, and more effectively suppress the rise in temperature of the cold junction and its vicinity.

[5] 上記[3]の態様の赤外線センサにおいて、前記離間領域が、前記第2基板の前記下面と前記キャビティ部との間で漸次傾斜するように設けられた斜面形状とされている構成を採用できる。 [5] In the infrared sensor according to the aspect [3] above, the separation region has a slope shape that is gradually inclined between the lower surface of the second substrate and the cavity portion. Can be adopted.

本態様の赤外線センサによれば、上記のように、第2基板に設けられる離間領域が、第2基板の下面とキャビティ部との間で漸次傾斜するように設けられた斜面形状とされていることで、上記同様、第2基板及び赤外線遮断部が、冷接点に干渉することなく確実に離間させることができる。これにより、外部から入射する赤外線が冷接点に到達するのを確実に抑制しながら、冷接点及びその近傍の温度が上昇するのを効果的に抑制できる。また、離間領域を段差とした場合に比べて、赤外線遮断部の成膜時に、段差による影が生じないため、より確実に均一な赤外線遮断部を成膜できる。 According to the infrared sensor of this aspect, as described above, the separation area provided on the second substrate has a slope shape that is gradually inclined between the lower surface of the second substrate and the cavity portion. As a result, similarly to the above, the second substrate and the infrared ray blocking section can be reliably separated from each other without interfering with the cold junction. Thereby, it is possible to reliably suppress infrared rays incident from the outside from reaching the cold junction, and to effectively suppress the rise in temperature of the cold junction and its vicinity. Further, compared to the case where the separated region is a step, no shadow is caused by the step when forming the infrared ray blocking portion, so that a uniform infrared ray blocking portion can be formed more reliably.

[6] 上記[5]の態様の赤外線センサにおいて、前記第2基板がシリコン基板からなり、前記第2基板に設けられた斜面形状の前記離間領域が、前記シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現した、前記シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とされ、且つ、該傾斜面の傾斜角度が、前記シリコン基板の結晶異方性に由来する角度とされた構成を採用してもよい。 [6] In the infrared sensor according to the aspect of [5] above, the second substrate is made of a silicon substrate, and the slope-shaped spaced region provided on the second substrate wets the (100) plane of the silicon substrate. An inclined surface formed by the (111) plane of the silicon substrate that appears by etching silicon anisotropically, and the inclination angle of the inclined surface is an angle derived from the crystal anisotropy of the silicon substrate. It is also possible to adopt the configuration described above.

本態様の赤外線センサによれば、まず、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、ウェットエッチングで加工するときの精度が向上する。また、一般的に流通している面方位が(100)面であるシリコン基板を採用することにより、入手容易性に優れるとともに、製造コストを抑制することが可能となる。
また、第2基板に設けられた斜面形状の離間領域が、前記シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現した、シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とされ、この傾斜面の傾斜角度がシリコン基板の結晶異方性に由来する角度、即ち、約54.7°の傾きを有していることで、安定した角度を有する傾斜面となる。これにより、第2基板及び赤外線遮断部が、冷接点に干渉することなく、より確実に離間させることができるので、外部から入射する赤外線が冷接点に到達するのを確実に抑制しながら、冷接点及びその近傍の温度が上昇するのをより効果的に抑制できる。
According to the infrared sensor of this embodiment, first, since the second substrate is made of a silicon substrate that has excellent workability, the precision when processing by wet etching is improved. Further, by employing a silicon substrate whose plane orientation is (100), which is generally available, it is easy to obtain and it is possible to suppress manufacturing costs.
Further, the slope-shaped separated region provided on the second substrate is an inclined surface formed by the (111) plane of the silicon substrate that appears by performing silicon anisotropic etching on the (100) plane of the silicon substrate by wet etching. Since the inclination angle of this inclined surface is an angle derived from the crystal anisotropy of the silicon substrate, that is, an inclination of approximately 54.7°, the inclined surface has a stable angle. As a result, the second board and the infrared cutoff part can be more reliably separated without interfering with the cold junction, so that the infrared rays incident from the outside can be reliably suppressed from reaching the cold junction. It is possible to more effectively suppress an increase in temperature at the contact point and its vicinity.

[7] 上記[1]~[6]の何れかの態様の赤外線センサにおいて、前記第1基板及び前記第2基板が平面視矩形状とされており、前記第1基板には、電極が設けられる電極配置領域が、前記上面側における平面視で外側に配置され、前記電極配置領域が、前記第1基板及び前記第2基板における平面視で少なくとも一辺側に沿って配置されている構成を採用してもよい。 [7] In the infrared sensor according to any of the aspects [1] to [6] above, the first substrate and the second substrate are rectangular in plan view, and the first substrate is provided with an electrode. Adopting a configuration in which an electrode placement area is placed on the outside in a plan view on the top surface side, and the electrode placement area is placed along at least one side of the first substrate and the second substrate in a plan view. You may.

本態様の赤外線センサによれば、電極を設けるための電極配置領域を、例えば、第1基板の一辺側のみに設けてもよいし、さらに、この一辺側と対向する他辺側にも設けることもできるので、例えば、赤外線センサをプリント基板等に対してCOBする場合のスペースや、赤外線センサの信号増幅回路及び信号入出力制御回路等が混載されたチップへの適用等を想定しながら、フレキシブルに構成できる。従って、例えば、第1基板の一辺側にのみ、電極配置領域を設けた場合には、赤外線センサが搭載されるプリント基板を小型化することが可能となり、さらに他辺側にも電極配置領域を設けた場合には、より複雑な電気的接続に対応することも可能となる。 According to the infrared sensor of this aspect, the electrode arrangement area for providing the electrodes may be provided, for example, only on one side of the first substrate, or may be further provided on the other side opposite to this one side. For example, it can be used flexibly to save space when COBing an infrared sensor to a printed circuit board, etc., or to be applied to a chip on which an infrared sensor's signal amplification circuit, signal input/output control circuit, etc. are mixed. It can be configured as follows. Therefore, for example, if the electrode arrangement area is provided only on one side of the first substrate, it is possible to downsize the printed circuit board on which the infrared sensor is mounted, and furthermore, the electrode arrangement area can be provided on the other side. If provided, it becomes possible to support more complicated electrical connections.

[8] 本開示の一態様に係る赤外線センサの製造方法は、基板材料の表面をエッチングすることにより、一面側に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、前記基板材料の少なくとも一部に貫通領域を形成するとともに、前記第1基板との接合面となる下面側に凹状のキャビティ部を形成し、さらに、平面視で前記キャビティ部を囲むように設けられる接合部を形成して第2基板を得る工程(2)と、前記工程(1)で得られた前記第1基板の一面側に、前記第2基板に設けられた前記接合部に対応する位置で第1金属接合膜を形成する工程(3)と、前記工程(1)で得られた前記第1基板の一面側における電極配置領域に電極を配置する工程(4)と、前記工程(1)で得られた前記第1基板の前記デバイス領域にサーモパイル型赤外線検出素子を配置する工程(5)と、前記工程(2)で得られた前記第2基板の前記接合部における前記第1基板と接合する位置を覆うように第2金属接合膜を形成する工程(6)と、前記第1基板と前記第2基板との間に前記遠赤外線検出素子が配置されるように前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせ、前記第1金属接合膜と前記第2金属接合膜とを互いに加圧して接合させることで、前記遠赤外線検出素子上に前記封止空間を確保しながら、前記第1基板と前記第2基板とを接合する工程(7)と、ダイシングラインに沿って前記第1基板を切断することにより、チップ単位に個片化する工程(8)と、を備え、前記工程(5)は、前記第1基板における前記デバイス領域の開口部を覆うようにメンブレン薄膜を形成した後、該メンブレン薄膜上に熱電対の少なくとも一部を配置し、該熱電対の一部である冷接点を前記デバイス領域の開口部よりも外側に配置するとともに、前記熱電対の一部である温接点を前記メンブレン薄膜上に配置することによって前記サーモパイル型赤外線検出素子を配置し、前記工程(6)は、前記第2金属接合膜を、前記第2基板の前記下面側において、前記第1基板上に備えられる前記冷接点と離間させながら、該冷接点の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部を有するように形成することを特徴とする赤外線センサの製造方法である。 [8] A method for manufacturing an infrared sensor according to one aspect of the present disclosure includes a step (1) of etching the surface of a substrate material to form a concave device region on one side to obtain a first substrate; By etching the surface of the material, a penetration region is formed in at least a portion of the substrate material, and a concave cavity portion is formed on the lower surface side that will be the bonding surface with the first substrate, and further, in a plan view, a step (2) of forming a joint portion provided so as to surround the cavity portion to obtain a second substrate; and a step (2) of forming a joint portion provided to surround the cavity portion to obtain a second substrate; a step (3) of forming a first metal bonding film at a position corresponding to the bonded portion, and a step of arranging an electrode in the electrode placement region on one surface side of the first substrate obtained in step (1). (4), a step (5) of arranging a thermopile-type infrared detection element in the device region of the first substrate obtained in step (1), and the second substrate obtained in step (2). a step (6) of forming a second metal bonding film so as to cover a position to be bonded to the first substrate in the bonding portion; The first substrate and the second substrate are overlapped so that the first substrate and the second substrate are arranged, and the first metal bonding film and the second metal bonding film are bonded to each other by applying pressure to each other. A step (7) of bonding the first substrate and the second substrate while securing the sealing space, and cutting the first substrate along dicing lines to separate the first substrate into chips. Step (8), the step (5) includes forming a membrane thin film so as to cover the opening of the device region in the first substrate, and then placing at least a portion of the thermocouple on the membrane thin film. the thermopile by arranging the cold junction, which is part of the thermocouple, outside the opening of the device region, and arranging the hot junction, which is part of the thermocouple, on the membrane thin film. type infrared detection element, and in step (6), the second metal bonding film is placed on the lower surface side of the second substrate while separating it from the cold junction provided on the first substrate. This is a method of manufacturing an infrared sensor, characterized in that the infrared sensor is formed to have an infrared blocking portion extending to a position facing at least a portion of a cold contact.

本態様によれば、工程(6)が、第2金属接合膜を、第2基板の下面側において、第1基板上に備えられる冷接点と離間させながら、この冷接点の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部を有するように形成することで、外部から入射する赤外線が冷接点に到達するのを抑制できる構造の赤外線センサを製造できる。
また、第2基板の下面側に設けられる赤外線遮断部を、第2金属接合膜を延設して形成することで、第2金属接合膜との同時・一体形成が可能なので、赤外線遮断のための新たな部材を設けることなく、新たな工程の追加も不要であり、優れた生産性が得られる。
これにより、センサ感度に優れるとともに、歩留まりにも優れた赤外線センサを生産性よく低コストで製造することが可能になる。
According to this aspect, in step (6), the second metal bonding film is placed on the lower surface side of the second substrate, while separating the second metal bonding film from the cold contact provided on the first substrate, and facing at least a part of the cold contact. By forming the infrared ray blocking portion to extend to the position where the cold junction is located, it is possible to manufacture an infrared sensor having a structure that can suppress infrared rays incident from the outside from reaching the cold junction.
In addition, by forming the infrared ray blocking part provided on the lower surface of the second substrate by extending the second metal bonding film, it is possible to form the infrared ray blocking part at the same time and integrally with the second metal bonding film. There is no need to provide new members or add new processes, and excellent productivity can be achieved.
This makes it possible to manufacture an infrared sensor with excellent sensor sensitivity and yield with good productivity and at low cost.

[9] 上記[8]の態様の赤外線センサの製造方法において、前記工程(6)が、前記赤外線遮断部を含む前記第2金属接合膜の全体を、同一の工程で一体形成する方法を採用できる。 [9] In the method for manufacturing an infrared sensor according to the aspect of [8] above, the step (6) adopts a method of integrally forming the entire second metal bonding film including the infrared blocking portion in the same step. can.

本態様の赤外線センサの製造方法によれば、上記のように、工程(6)が、赤外線遮断部を含む第2金属接合膜全体を同一工程で形成することで、工程(6)に要する時間を削減できる。これにより、生産性がより高められ、赤外線センサをより低コストで製造することが可能になる。 According to the method for manufacturing an infrared sensor of this aspect, as described above, step (6) forms the entire second metal bonding film including the infrared blocking portion in the same step, thereby reducing the time required for step (6). can be reduced. This further increases productivity and makes it possible to manufacture infrared sensors at lower cost.

[10] 上記[8]の態様の赤外線センサの製造方法において、前記工程(6)が、前記第2金属接合膜のうちの少なくとも前記赤外線遮断部の箇所を、前記工程(2)において前記第2基板に形成する前記離間領域と同時に形成する方法を採用できる。 [10] In the method for manufacturing an infrared sensor according to the aspect [8] above, in the step (6), at least the portion of the infrared ray blocking portion of the second metal bonding film is removed from the infrared sensor in the step (2). A method can be adopted in which the spaced regions are formed simultaneously on two substrates.

本態様の赤外線センサの製造方法によれば、上記のように、第2金属接合膜のうちの少なくとも赤外線遮断部の箇所を、第2基板に形成する離間領域と同時に形成することで、各工程に要する時間を削減できる。これにより、生産性がより高められ、赤外線センサをさらに低コストで製造することが可能になる。 According to the method for manufacturing an infrared sensor of this aspect, as described above, at least the infrared ray blocking portion of the second metal bonding film is formed at the same time as the separated region formed on the second substrate, so that each step The time required can be reduced. This further increases productivity and makes it possible to manufacture infrared sensors at even lower cost.

[11] 上記[8]の態様の赤外線センサの製造方法において、前記工程(2)が、前記第2基板の材料としてシリコン基板を用い、前記第2金属接合膜の前記赤外線遮断部が前記第1基板上の前記冷接点との間で離間するように、前記第2基板における前記赤外線遮断部に対応する位置を、前記第2基板の前記下面と前記キャビティ部との間で漸次傾斜する斜面形状として形成するとともに、斜面形状の前記離間領域を、前記シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現する、前記シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とし、且つ、該傾斜面の傾斜角度を、前記シリコン基板の結晶異方性に由来する角度として形成する方法であってもよい。 [11] In the method for manufacturing an infrared sensor according to the aspect [8] above, in the step (2), a silicon substrate is used as the material of the second substrate, and the infrared blocking portion of the second metal bonding film is a slope that gradually slopes between the lower surface of the second substrate and the cavity portion at a position corresponding to the infrared ray blocking portion on the second substrate so as to be spaced apart from the cold contact on the first substrate; In addition to forming the slope-shaped spaced region as a sloped surface formed by the (111) plane of the silicon substrate that appears by wet etching silicon anisotropically on the (100) plane of the silicon substrate. , and the method may be such that the inclination angle of the inclined surface is an angle derived from crystal anisotropy of the silicon substrate.

本態様の赤外線センサの製造方法によれば、上記のように、工程(2)において、まず、第2基板の材料として加工性に優れるシリコン基板を用いることで、ウェットエッチングで加工するときの精度が向上する。また、一般的に流通している面方位が(100)面であるシリコン基板を採用することにより、入手容易性に優れるとともに、製造コストを抑制することが可能となる。
また、工程(2)において、第2金属接合膜の赤外線遮断部が第1基板上の冷接点との間で離間するように、第2基板における赤外線遮断部に対応する位置を、第2基板の下面とキャビティ部との間で漸次傾斜する斜面形状として形成することにより、第2基板及び第2金属接合膜が延設されてなる赤外線遮断部を、冷接点に干渉することなく、より確実に離間させることができる。
さらに、工程(2)において、第2基板に形成する斜面形状の離間領域を、シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現した、シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とし、この傾斜面の傾斜角度を、シリコン基板の結晶異方性に由来する角度、即ち、約54.7°の傾きとすることで、安定した角度を有する斜面形状を形成できる。これにより、第2基板及び赤外線遮断部が、冷接点に干渉することなく、さらに確実に離間するように離間領域を形成できる。
According to the method for manufacturing an infrared sensor of this embodiment, as described above, in step (2), firstly, by using a silicon substrate with excellent workability as the material of the second substrate, the accuracy when processing by wet etching is improved. will improve. Further, by employing a silicon substrate whose plane orientation is (100), which is generally available, it is easy to obtain and it is possible to suppress manufacturing costs.
Further, in step (2), the position corresponding to the infrared ray blocking part on the second substrate is moved to the second substrate so that the infrared ray blocking part of the second metal bonding film is spaced apart from the cold contact on the first substrate. By forming a slope that gradually slopes between the lower surface and the cavity part, the infrared shielding part formed by extending the second substrate and the second metal bonding film can be made more secure without interfering with the cold junction. can be spaced apart.
Furthermore, in step (2), the (111) plane of the silicon substrate, which appears by performing silicon anisotropic etching on the (100) plane of the silicon substrate by wet etching, forms the slope-shaped separated region to be formed on the second substrate. By setting the slope angle of this slope to an angle derived from the crystal anisotropy of the silicon substrate, that is, approximately 54.7°, it is possible to form a slope shape with a stable angle. . Thereby, it is possible to form a separation area in which the second substrate and the infrared shielding part are separated more reliably without interfering with the cold junction.

本開示によれば、上記構成を備えることにより、外部から赤外線センサに入射する赤外線が冷接点に到達するのを抑制し、冷接点の温度が上昇するのを抑制できる。これにより、赤外線入射時の温接点と冷接点との温度差を維持でき、赤外線センサからの出力信号が低下するのを防止できるので、赤外線センサとしての感度を高めることが可能となる。
また、第2基板の下面側に設けられた赤外線遮断部が、第2金属接合膜が延設されることで形成されたものであり、第2金属接合膜との同時・一体形成が可能なので、赤外線遮断のための新たな部材を設けることなく、新たな工程の追加も不要であり、生産性に優れたものとなる。これにより、製造プロセスを複雑化することなく、簡便且つ安価な構成で赤外線の遮断構造が実現できる。また、新たな部材の追加が不要なので、赤外線センサの品質の低下や製造管理の困難さを招くことが無く、歩留まりも向上する。
従って、優れたセンサ感度が得られるとともに、低コストで歩留まり及び生産性に優れた赤外線センサ及び赤外線センサの製造方法を提供できる。
According to the present disclosure, by providing the above configuration, it is possible to suppress infrared rays incident on the infrared sensor from the outside from reaching the cold junction, and to suppress the temperature of the cold junction from increasing. This makes it possible to maintain the temperature difference between the hot junction and the cold junction when infrared rays are incident, and to prevent the output signal from the infrared sensor from decreasing, thereby making it possible to increase the sensitivity of the infrared sensor.
Furthermore, the infrared ray blocking section provided on the lower surface side of the second substrate is formed by extending the second metal bonding film, and can be formed simultaneously and integrally with the second metal bonding film. , there is no need to provide a new member for blocking infrared rays, and there is no need to add a new process, resulting in excellent productivity. Thereby, an infrared ray blocking structure can be realized with a simple and inexpensive configuration without complicating the manufacturing process. Further, since there is no need to add new members, there is no deterioration in the quality of the infrared sensor or difficulty in manufacturing control, and the yield is improved.
Therefore, it is possible to provide an infrared sensor and a method for manufacturing an infrared sensor that provides excellent sensor sensitivity, low cost, and excellent yield and productivity.

本開示の第1の実施形態である赤外線センサを模式的に説明する平面図である。FIG. 1 is a plan view schematically illustrating an infrared sensor according to a first embodiment of the present disclosure. 本開示の第1の実施形態である赤外線センサを模式的に説明する図であり、図1中に示すA-A断面図である。1 is a diagram schematically illustrating an infrared sensor according to a first embodiment of the present disclosure, and is a sectional view taken along line AA shown in FIG. 1. FIG. 本開示の第1の実施形態である赤外線センサの製造方法を模式的に説明する図であり、第2基板を得る工程(2)の手順を示す工程図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the method for manufacturing an infrared sensor according to the first embodiment of the present disclosure, and is a process diagram showing the procedure of step (2) of obtaining a second substrate. 本開示の第1の実施形態である赤外線センサの製造方法を模式的に説明する図であり、第2基板を得る工程(2)の手順を示す工程図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the method for manufacturing an infrared sensor according to the first embodiment of the present disclosure, and is a process diagram showing the procedure of step (2) of obtaining a second substrate. 本開示の第1の実施形態である赤外線センサの製造方法を模式的に説明する図であり、第2基板を得る工程(2)の手順を示す工程図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the method for manufacturing an infrared sensor according to the first embodiment of the present disclosure, and is a process diagram showing the procedure of step (2) of obtaining a second substrate. 本開示の第1の実施形態である赤外線センサの製造方法を模式的に説明する図であり、第2基板を得る工程(2)の手順を示す工程図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the method for manufacturing an infrared sensor according to the first embodiment of the present disclosure, and is a process diagram showing the procedure of step (2) of obtaining a second substrate. 本開示の第1の実施形態である赤外線センサの製造方法を模式的に説明する図であり、第2基板における接合部の第1基板と接合する位置に第2金属接合膜を形成するとともに、この第2金属接合膜から延設される赤外線遮断部を形成する工程(6)の手順を示す工程図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a method for manufacturing an infrared sensor according to a first embodiment of the present disclosure, in which a second metal bonding film is formed at a position where a bonding portion of a second substrate is bonded to the first substrate; FIG. 7 is a process diagram showing the procedure of step (6) of forming an infrared shielding portion extending from the second metal bonding film. 本開示の第1の実施形態である赤外線センサの製造方法を模式的に説明する図であり、第1基板を得る工程(1)、第1基板の一面側に、第2基板の接合部に対応する位置で第1金属接合膜を形成する工程(3)、第1基板の一面側における電極配置領域に電極を配置する工程(4)、及び、第1基板のデバイス領域にサーモパイル型赤外線検出素子を配置する工程(5)の手順を示す工程図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a method for manufacturing an infrared sensor according to a first embodiment of the present disclosure, in which step (1) of obtaining a first substrate, a bonding portion of a second substrate is placed on one side of the first substrate; A step (3) of forming a first metal bonding film at a corresponding position, a step (4) of arranging an electrode in an electrode arrangement region on one side of the first substrate, and a step (4) of forming a thermopile-type infrared detection film in a device region of the first substrate. It is a process diagram which shows the procedure of process (5) of arranging an element. 本開示の第1の実施形態である赤外線センサの製造方法を模式的に説明する図であり、第1基板と第2基板とを接合して赤外線センサを得る工程(7)、及び、ダイシングラインに沿って第1基板及び第2基板を切断することにより、チップ単位に個片化する工程(8)の手順を示す工程図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a method for manufacturing an infrared sensor according to a first embodiment of the present disclosure, including a step (7) of bonding a first substrate and a second substrate to obtain an infrared sensor, and a dicing line. FIG. 7 is a process diagram showing the procedure of a step (8) of dividing the first substrate and the second substrate into individual chips by cutting the first substrate and the second substrate along the lines. 本開示の第2の実施形態である赤外線センサを模式的に説明する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating an infrared sensor according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の第3の実施形態である赤外線センサを模式的に説明する平面図である。FIG. 7 is a plan view schematically illustrating an infrared sensor according to a third embodiment of the present disclosure. 本開示の第3の実施形態である赤外線センサを模式的に説明する図であり、図5中に示すB-B断面である。6 is a diagram schematically illustrating an infrared sensor according to a third embodiment of the present disclosure, and is a cross section taken along the line BB shown in FIG. 5. FIG.

以下、本開示の赤外線センサ及び赤外線センサ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説明する。なお、以下の説明で用いる各図面は、本開示の赤外線センサ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、本開示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 an infrared sensor and an infrared sensor manufacturing method of the present disclosure will be listed, and the configuration thereof will be described with appropriate reference to FIGS. 1 to 6. Note that each drawing used in the following explanation may show characteristic parts enlarged for convenience in order to make it easier to understand the characteristics of the infrared sensor of the present disclosure, and the dimensional ratios of each component may differ from the actual size. It may be different. Furthermore, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present disclosure is not limited thereto, and can be implemented with appropriate changes within the scope of the gist thereof.

<第1の実施形態>
以下に、本開示の第1の実施形態に係る赤外線センサ及びその製造方法について、図1、図2、及び図3A~図3Gを適宜参照しながら詳述する。
図1は、本実施形態の赤外線センサ1を模式的に説明する平面図であり、図2は、図1中に示す赤外線センサ1のA-A断面図である。また、図3A~図3Gは、本実施形態の赤外線センサ1の製造方法を説明する図であり、各工程の手順を示す工程図である。
<First embodiment>
Below, an infrared sensor and a method for manufacturing the same according to a first embodiment of the present disclosure will be described in detail with appropriate reference to FIGS. 1, 2, and 3A to 3G.
FIG. 1 is a plan view schematically explaining the infrared sensor 1 of this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the infrared sensor 1 shown in FIG. Further, FIGS. 3A to 3G are diagrams illustrating the method for manufacturing the infrared sensor 1 of this embodiment, and are process diagrams showing the procedure of each step.

[赤外線センサの構成]
図1及び図2に示すように、本実施形態の赤外線センサ1は、まず、第1基板2(ベース基板)と、第2基板3(リッド基板)とを備える。
そして、本実施形態の赤外線センサ1は、上記の第1基板2及び第2基板3に加え、さらに、第1基板2の上面(一面)2aに形成されたデバイス領域22内に配置されるサーモパイル型赤外線検出素子4を備え、概略構成される。
[Infrared sensor configuration]
As shown in FIGS. 1 and 2, the infrared sensor 1 of this embodiment first includes a first substrate 2 (base substrate) and a second substrate 3 (lid substrate).
In addition to the first substrate 2 and the second substrate 3 described above, the infrared sensor 1 of the present embodiment further includes a thermopile disposed within a device region 22 formed on the upper surface (one surface) 2a of the first substrate 2. It has a general configuration including a type infrared detection element 4.

より詳細に説明すると、本実施形態の赤外線センサ1は、まず、上述した第1基板2と第2基板3とからなる赤外線センサ用パッケージを備える。
さらに、本実施形態の赤外線センサ1は、第1基板2のデバイス領域22に配置されるサーモパイル型赤外線検出素子(以下、単にサーモパイル素子と略称する場合がある。)4と、第1基板2における電極配置領域23a,23bに配置される電極81,82と、第1基板2における、第2基板3に設けられた接合部31に対応する位置に設けられている第1金属接合膜51と、第2基板3の接合部31における、第1基板2と接合する位置である底面31aを覆うように設けられる第2金属接合膜52と、を備える。
本実施形態の赤外線センサ1においては、上記のサーモパイル素子4が、第1基板2のデバイス領域22に配置されている。より具体的には、デバイス領域22の開口部22aを覆うようにメンブレン薄膜4aが設けられており、少なくとも一部がメンブレン薄膜4a上に配置される熱電対41と、この熱電対41の一部であって、デバイス領域22の開口部22aよりも外側に配置される冷接点42と、熱電対41の一部であって、上記のメンブレン薄膜4a上に配置される温接点43とを有する。
また、本実施形態の赤外線センサ1は、第2基板3に設けられた第2金属接合膜52が、第2基板3の下面3a側において、第1基板2の上面2aに備えられる冷接点42と離間しながら、この冷接点42の少なくとも一部と対向する位置まで延設される赤外線遮断部52Aを有する。
そして、本実施形態の赤外線センサ1は、第1金属接合膜51と第2金属接合膜52とが、例えば、金属拡散接合によって接合されていることで、サーモパイル素子4上にキャビティCを確保しながら第1基板2と第2基板3とが接合されてなる、サーモパイル型の赤外線センサとして構成されている。
以下、本実施形態の赤外線センサ1の各構成についてさらに詳細に説明する。
To explain in more detail, the infrared sensor 1 of this embodiment first includes an infrared sensor package including the first substrate 2 and the second substrate 3 described above.
Furthermore, the infrared sensor 1 of the present embodiment includes a thermopile-type infrared detection element (hereinafter sometimes simply referred to as a thermopile element) 4 disposed in the device region 22 of the first substrate 2 and a Electrodes 81 and 82 arranged in the electrode arrangement regions 23a and 23b; a first metal bonding film 51 provided on the first substrate 2 at a position corresponding to the bonding portion 31 provided on the second substrate 3; A second metal bonding film 52 is provided so as to cover the bottom surface 31a of the bonding portion 31 of the second substrate 3, which is the position to be bonded to the first substrate 2.
In the infrared sensor 1 of this embodiment, the thermopile element 4 described above is arranged in the device region 22 of the first substrate 2. More specifically, a membrane thin film 4a is provided so as to cover the opening 22a of the device region 22, a thermocouple 41 at least partially disposed on the membrane thin film 4a, and a portion of this thermocouple 41. It has a cold junction 42 disposed outside the opening 22a of the device region 22, and a hot junction 43, which is part of the thermocouple 41 and disposed on the membrane thin film 4a.
Further, in the infrared sensor 1 of the present embodiment, the second metal bonding film 52 provided on the second substrate 3 is connected to the cold contact 42 provided on the upper surface 2a of the first substrate 2 on the lower surface 3a side of the second substrate 3. It has an infrared shielding part 52A that extends to a position facing at least a part of the cold contact 42 while being separated from the cold contact 42.
In the infrared sensor 1 of this embodiment, the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 are bonded by, for example, metal diffusion bonding, thereby ensuring a cavity C on the thermopile element 4. However, it is configured as a thermopile type infrared sensor in which a first substrate 2 and a second substrate 3 are joined.
Hereinafter, each configuration of the infrared sensor 1 of this embodiment will be explained in more detail.

第1基板2は、赤外線センサ1を構成する赤外線センサ用パッケージのベース基板であり、例えば、シリコン基板から構成される。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(一面)には、詳細を後述するサーモパイル素子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。また、第1基板2の上面2aには、平面視でデバイス領域22の外側に配置される電極配置領域23aが設けられている。 The first substrate 2 is a base substrate of an infrared sensor package that constitutes the infrared sensor 1, and is made of, for example, a silicon substrate. Further, in the example shown in FIG. 1, the first substrate 2 is formed into a rectangular shape when viewed from above. Further, on the upper surface 2a (one surface) of the first substrate 2, a device region 22 for arranging a thermopile element 4, which will be described in detail later, is formed in a concave shape. A region 22 is provided. Further, on the upper surface 2a of the first substrate 2, an electrode arrangement region 23a is provided which is arranged outside the device region 22 in plan view.

第1基板2は、例えば、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。
なお、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、赤外線センサ1としての平面視形状に合わせて他の形状を採用することも可能である。
また、本実施形態で説明する例では、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。
また、第1基板2は、シリコン基板をドライ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も可能である。
The first substrate 2 can be obtained by forming the device region 22 by wet etching a silicon substrate, for example. The device region 22 is, for example, a region formed in a rectangular shape in plan view.
Note that the planar view shape of the first substrate 2 is not limited to the roughly rectangular shape as shown in the illustrated example, and it is also possible to adopt other shapes according to the planar view shape of the infrared sensor 1. .
Furthermore, in the example described in this embodiment, the upper surface 2a and lower surface 2b of the first substrate 2 are configured to be approximately flat except for the device region 22.
Further, the first substrate 2 can also be obtained by forming the device region 22 by dry etching a silicon substrate.

また、第1基板2には、この第1基板2内に埋設され、サーモパイル素子4に電気的に接続される埋め込み配線71と、第1基板2上において、対向して配置される第2基板3よりも平面視で外側且つ一辺側に設けられ、埋め込み配線71と第1コンタクト91aを介して電気的に接続される電極81とが備えられている。
また、図1及び図2においては詳細な図示を省略しているが、第2コンタクト91bとサーモパイル素子4との間は、第1信号配線部61を介して電気的に接続されており、これにより、電極81は、サーモパイル素子4から出力された検出信号を外部に向けて送出できるように構成されている。
The first substrate 2 also includes an embedded wiring 71 that is embedded in the first substrate 2 and electrically connected to the thermopile element 4, and a second substrate that is disposed facing each other on the first substrate 2. An electrode 81 is provided on the outer side and on one side of the electrode 3 in plan view and is electrically connected to the embedded wiring 71 via the first contact 91a.
Although detailed illustrations are omitted in FIGS. 1 and 2, the second contact 91b and the thermopile element 4 are electrically connected via the first signal wiring section 61. Accordingly, the electrode 81 is configured to be able to send out the detection signal output from the thermopile element 4 to the outside.

また、図1及び図2等においては図示を省略しているが、本実施形態の赤外線センサ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、後述する埋め込み配線71又は電極81の周囲等に、さらに絶縁層が設けられていてもよい。具体的には、図示略の絶縁層は、第1基板2の上面2a側のうち、サーモパイル素子4よりも外側の領域に、平面視でサーモパイル素子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。 Although not shown in FIGS. 1, 2, etc., in the infrared sensor 1 of this embodiment, the area around the device area 22 on the first substrate 2 and the area around the embedded wiring 71 or electrode 81, which will be described later, is etc., an insulating layer may be further provided. Specifically, the insulating layer (not shown) can be provided in a region outside the thermopile element 4 on the upper surface 2a side of the first substrate 2 so as to surround the thermopile element 4 in a plan view. This insulating layer is made of an insulating material, for example, a silicon oxide film such as silicon dioxide (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN x ), or the like.

第2基板3は、赤外線センサ1のリッド基板(蓋)であり、第1基板2と同様、シリコン基板をエッチングすることで得られる。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。
より具体的には、第2基板3は、第1基板2の上面2a側にデバイス領域22を覆うように接合されるものであり、第1基板2との接合面である下面3a側に、デバイス領域22との間にキャビティCを確保するための凹状のキャビティ部32と、平面視でキャビティ部32を囲むように概略枠状で設けられる接合部31とを有する。
また、第2基板3は、平面視で接合部31の外側の少なくとも一部、図示例では、平面視矩形状とされた第2基板3において対向して配置された一辺側と他辺側に沿うように、第1基板2の電極配置領域23aを露出させるための貫通領域33を有する。
図1及び図2に示す例では、貫通領域33が、電極配置領域23aに対応する位置で一辺側に配置されている。また、図示例では、キャビティ部32が平面視矩形状とされている。
The second substrate 3 is a lid substrate (lid) of the infrared sensor 1, and like the first substrate 2, it is obtained by etching a silicon substrate. Further, the second substrate 3 in the illustrated example is formed into a rectangular shape in plan view, similarly to the first substrate 2.
More specifically, the second substrate 3 is bonded to the upper surface 2a side of the first substrate 2 so as to cover the device region 22, and the lower surface 3a side, which is the bonding surface with the first substrate 2, is bonded to the upper surface 2a side of the first substrate 2. It has a concave cavity part 32 for securing a cavity C between it and the device region 22, and a joint part 31 provided in a generally frame shape so as to surround the cavity part 32 in plan view.
Further, the second substrate 3 has at least a part of the outer side of the joint portion 31 when viewed from above, and in the illustrated example, the second substrate 3 has a rectangular shape when viewed from above, and has one side and the other side facing each other. Along the same line, there is a through area 33 for exposing the electrode arrangement area 23a of the first substrate 2.
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the penetration region 33 is arranged on one side at a position corresponding to the electrode arrangement region 23a. Further, in the illustrated example, the cavity portion 32 has a rectangular shape in plan view.

また、図2に示す例では、第2基板3が、赤外線遮断部52Aを第1基板2上の冷接点42と離間させるように、赤外線遮断部52Aに対応する位置が、下面3a側から掘り込まれるように設けられる離間領域34とされている。図示例では、離間領域34が、第2基板3の下面3aとキャビティ部32との間に設けられた段差形状とされている。離間領域34を段差形状とした場合の段差の高さ寸法は、特に限定されないが、第2基板3及び赤外線遮断部52Aと、第1基板2の上面2aに配置されるサーモパイル素子4の冷接点42との間を確実に離間させる観点から、例えば、5~10μm程度とすることが好ましい。 Further, in the example shown in FIG. 2, the second substrate 3 has a position corresponding to the infrared ray blocking portion 52A carved from the bottom surface 3a side so as to separate the infrared ray blocking portion 52A from the cold contact 42 on the first substrate 2. A spaced area 34 is provided so as to be inserted into the space. In the illustrated example, the separation region 34 has a stepped shape provided between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity portion 32. The height dimension of the step when the separation region 34 is formed into a step shape is not particularly limited, but is equal to the cold junction between the second substrate 3, the infrared ray blocking section 52A, and the thermopile element 4 disposed on the upper surface 2a of the first substrate 2. From the viewpoint of ensuring a sufficient distance from 42, it is preferable to set the distance to about 5 to 10 μm, for example.

また、第2基板3の下面3a側に設けられる離間領域34は、図示例のような段差形状のものには限定されない。詳細な図示は省略するが、第2基板3に設けられる離間領域を、例えば、第2基板3の下面3aとキャビティ部32との間で漸次傾斜するように設けられた斜面形状とされた構成としてもよい。
また、第2基板3に設けられる離間領域を斜面形状とする場合には、この斜面形状を、例えば、第2基板3に用いられるシリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現した、シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とすることも可能である。この場合、離間領域の傾斜面は、その傾斜角度が、シリコン基板の結晶異方性に由来する角度、即ち、約54.7°の傾きを有するものとなる。
Further, the separation area 34 provided on the lower surface 3a side of the second substrate 3 is not limited to a stepped shape as shown in the illustrated example. Although detailed illustrations are omitted, the spaced apart area provided on the second substrate 3 is configured to have a slope shape that is gradually inclined between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity portion 32, for example. You can also use it as
In addition, when the spaced apart region provided on the second substrate 3 is formed into a sloped shape, the sloped shape can be formed by, for example, silicon anisotropic etching of the (100) plane of the silicon substrate used as the second substrate 3 by wet etching. It is also possible to create an inclined surface formed by the (111) plane of the silicon substrate. In this case, the inclined plane of the separation region has an angle of inclination derived from the crystal anisotropy of the silicon substrate, that is, an inclination of approximately 54.7°.

そして、本実施形態においては、第2金属接合膜52が、第2基板3の下面3a側において、第1基板2上に備えられる冷接点42と離間しながら、この冷接点42の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部52Aを有する。図1及び図2等に示す例では、赤外線遮断部52Aが、第2基板3の下面3a側において、第1基板2の上面2aに備えられる冷接点42と離間しながら、この冷接点42の全体を覆うように対向する位置まで延設されている。 In the present embodiment, the second metal bonding film 52 is spaced apart from the cold contact 42 provided on the first substrate 2 on the lower surface 3a side of the second substrate 3, while at least a portion of the cold contact 42 is provided on the first substrate 2. It has an infrared ray blocking section 52A extending to a position facing the . In the example shown in FIGS. 1, 2, etc., the infrared cutoff section 52A is separated from the cold contact 42 provided on the top surface 2a of the first substrate 2 on the lower surface 3a side of the second substrate 3, while It extends to the opposite position so as to cover the entire area.

第2基板3は、例えば、シリコン基板をドライエッチングすることで接合部31、貫通領域33及び離間領域34を形成するとともに、シリコン基板をウェットエッチングすることでキャビティ部32を形成することが可能である。
あるいは、第2基板3は、例えば、接合部31、キャビティ部32、貫通領域33及び離間領域34の全てをウェットエッチングで形成することで、同じプロセスで同時に形成して得ることも可能である。
In the second substrate 3, for example, the joint portion 31, the penetration region 33, and the separation region 34 can be formed by dry etching the silicon substrate, and the cavity portion 32 can be formed by wet etching the silicon substrate. be.
Alternatively, the second substrate 3 can also be obtained by simultaneously forming the joint portion 31, the cavity portion 32, the penetrating region 33, and the spacing region 34 in the same process, for example, by forming all of them by wet etching.

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る。
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、赤外線センサ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、遠赤外線を透過可能なシリコン基板からなることで、サーモパイル素子4に遠赤外線を入射させることが可能な構成とされている。
The second substrate 3 is superimposed on the first substrate 2 so as to be approximately parallel to the first substrate 2.
Similarly to the case of the first substrate 2, the shape of the second substrate 3 in plan view is not limited to the approximately rectangular shape shown in the illustrated example, but may be shaped like the first substrate 2 in accordance with the shape of the infrared sensor 1 in plan view. It can have a corresponding shape.
Furthermore, the second substrate 3 is made of a silicon substrate that can transmit far infrared rays, so that it is configured to allow far infrared rays to enter the thermopile element 4 .

第2基板3におけるキャビティ部32の深さ、即ち、枠状の接合部31の高さとしては、キャビティCとして一定容量を有する空間を確保できる高さであれば、特に限定されず、例えば、30~100μmの高さとすることができる。 The depth of the cavity part 32 in the second substrate 3, that is, the height of the frame-shaped joint part 31, is not particularly limited as long as it can secure a space having a certain capacity as the cavity C. For example, The height can be from 30 to 100 μm.

また、接合部31における底面31aの平面視寸法(面積)としては、特に限定されないが、詳細を後述する、第1金属接合膜51と第2金属接合膜52との金属拡散接合による接合強度を確保することも勘案し、例えば、1.5~4.0mm角の概略矩形状とすることができる。 In addition, the planar dimension (area) of the bottom surface 31a of the bonding portion 31 is not particularly limited, but the bonding strength due to metal diffusion bonding between the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52, which will be described in detail later, is Taking into consideration the security of the space, it may have a generally rectangular shape of 1.5 to 4.0 mm square, for example.

また、本実施形態においては、第2基板3にシリコン基板を用いることで、第2基板3における遠赤外線の透過率が高められ、遠赤外線を効率よく受光することが可能になる。
また、第1基板2及び第2基板3の両方に、加工性に優れるシリコン基板を用いることで、ドライエッチング又はウェットエッチングで加工するときの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。
また、第1基板2及び第2基板3として、一般的に流通している、特に面方位が(100)面であるシリコン基板を採用することにより、入手容易性に優れるとともに、製造コストを抑制することが可能となる。
Furthermore, in this embodiment, by using a silicon substrate for the second substrate 3, the transmittance of far infrared rays in the second substrate 3 is increased, and it becomes possible to efficiently receive far infrared rays.
In addition, by using silicon substrates with excellent workability for both the first substrate 2 and the second substrate 3, the accuracy when processing by dry etching or wet etching is improved, resulting in even better device characteristics. Become.
In addition, by using commonly available silicon substrates, especially those with (100) plane orientation, as the first substrate 2 and second substrate 3, they are easily available and can reduce manufacturing costs. It becomes possible to do so.

サーモパイル素子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に配置される。また、サーモパイル素子4は、上述したように、その検出信号を、電極81から外部に向けて送出するように設けられており、第1基板2のデバイス領域22に設置された状態において、その上面側が、減圧空間とされたキャビティCに露出するように設けられる。 As described above, the thermopile element 4 is arranged in the concave device region 22 formed on the upper surface 2a side of the first substrate 2. Further, as described above, the thermopile element 4 is provided so as to send out its detection signal from the electrode 81 to the outside, and when installed in the device area 22 of the first substrate 2, the upper surface of the thermopile element 4 is The side is provided so as to be exposed to the cavity C which is a reduced pressure space.

サーモパイル素子4は、デバイス領域22の開口部22aを覆うように設けられるメンブレン薄膜4aと、少なくとも一部がメンブレン薄膜4a上に配置される熱電対41と、この熱電対41の一部であって、デバイス領域22の開口部22aよりも外側に配置される冷接点42と、熱電対41の一部であって、メンブレン薄膜4a上に配置される温接点43とを有する。また、図示例においては、メンブレン薄膜4a上に赤外線吸収膜4bが積層されており、この赤外線吸収膜4bは、メンブレン薄膜4a及び熱電対41を覆うように形成されている。 The thermopile element 4 includes a membrane thin film 4a provided to cover the opening 22a of the device region 22, a thermocouple 41 at least partially disposed on the membrane thin film 4a, and a part of the thermocouple 41. , has a cold junction 42 disposed outside the opening 22a of the device region 22, and a hot junction 43, which is part of the thermocouple 41 and disposed on the membrane thin film 4a. Further, in the illustrated example, an infrared absorbing film 4b is laminated on the membrane thin film 4a, and this infrared absorbing film 4b is formed to cover the membrane thin film 4a and the thermocouple 41.

メンブレン薄膜4aは、上記のように、開口部22aを覆うように設けられ、メンブレン構造で配置される熱電対41を支持する薄膜である。
メンブレン薄膜4aの材料としては、特に限定されないが、各種の機械的特性や電気的特性等を考慮し、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)、また、それらの積層膜等を用いることができる。
また、メンブレン薄膜4aの厚みとしても、特に限定されないが、熱電対41を支持できる強度を有し、且つ、熱電対41に与える温度面での影響を最小限に抑制する観点から、例えば、1~2μm程度とすることができる。
As described above, the membrane thin film 4a is a thin film that is provided to cover the opening 22a and supports the thermocouple 41 arranged in a membrane structure.
The material for the membrane thin film 4a is not particularly limited, but in consideration of various mechanical properties and electrical properties, for example, a silicon oxide film such as silicon dioxide (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN x ), Furthermore, a laminated film of these can be used.
Further, the thickness of the membrane thin film 4a is not particularly limited, but from the viewpoint of having strength enough to support the thermocouple 41 and minimizing the influence of temperature on the thermocouple 41, for example, 1. The thickness can be approximately 2 μm.

赤外線吸収膜4bは、上記のように、メンブレン薄膜4a上に、このメンブレン薄膜4a及びその上に設けられる熱電対41を覆うように形成される。これにより、図2等に示す例では、赤外線吸収膜4bが、詳細を後述する温接点43も覆うように形成されている。 As described above, the infrared absorbing film 4b is formed on the membrane thin film 4a so as to cover the membrane thin film 4a and the thermocouple 41 provided thereon. Accordingly, in the example shown in FIG. 2 and the like, the infrared absorbing film 4b is formed so as to also cover the hot junction 43, which will be described in detail later.

赤外線吸収膜4bは、赤外線センサ1に入射される赤外線を、熱電対41に向けて効率的に導入する作用を有するものである。
赤外線吸収膜4bの材質としても、特に限定されず、この分野において一般的に用いられる材料を用いることができ、例えば、金黒膜や樹脂材料等が好適である。
The infrared absorbing film 4b has the function of efficiently introducing infrared rays incident on the infrared sensor 1 toward the thermocouple 41.
The material of the infrared absorbing film 4b is not particularly limited, and materials commonly used in this field can be used, and for example, a black gold film, a resin material, etc. are suitable.

熱電対41は、図1に示す例のように、それぞれ異なる金属からなる第1熱電対41aと第2熱電対41bとが、櫛歯状で交互に配置され、直列に接続された構成とされている。熱電対41は、第1熱電対41aと第2熱電対41bとの接点が、それぞれ、後述の冷接点42及び温接点43とされ、これら冷接点42及び温接点43で発生する熱起電力により、冷接点42と温接点43との温度差を検出することで、赤外線の強度を検出する。 As shown in the example shown in FIG. 1, the thermocouple 41 has a configuration in which a first thermocouple 41a and a second thermocouple 41b, each made of a different metal, are arranged alternately in a comb-like shape and connected in series. ing. In the thermocouple 41, the contact points between the first thermocouple 41a and the second thermocouple 41b are a cold junction 42 and a hot junction 43, which will be described later, respectively. , the intensity of infrared rays is detected by detecting the temperature difference between the cold junction 42 and the hot junction 43.

熱電対41の材料としては、特に限定されず、従来から熱電対に用いられている金属材料を何ら制限無く採用することができる。第1熱電対41aの材料としては、例えば、p型のポリシリコンを用いることができ、この場合には、第2熱電対41bの材料としてn型のポリシリコンを用いる。 The material for the thermocouple 41 is not particularly limited, and metal materials conventionally used for thermocouples can be used without any restrictions. For example, p-type polysilicon can be used as the material for the first thermocouple 41a, and in this case, n-type polysilicon is used as the material for the second thermocouple 41b.

冷接点42は、上述したように、熱電対41における、第1熱電対41aと第2熱電対41bとの接点であり、平面視でデバイス領域22の外側に設けられ、第1基板2の上面2a上に配置される。冷接点42は、本実施形態においては、詳細を後述する赤外線遮断部52Aによって外部から入射する赤外線が遮断される位置に配置される。 As described above, the cold junction 42 is a contact point between the first thermocouple 41a and the second thermocouple 41b in the thermocouple 41, is provided outside the device region 22 in plan view, and is located on the top surface of the first substrate 2. 2a. In this embodiment, the cold junction 42 is arranged at a position where infrared rays incident from the outside are blocked by an infrared ray blocking section 52A, the details of which will be described later.

温接点43も、上述したように、熱電対41における、第1熱電対41aと第2熱電対41bとの接点であり、メンブレン薄膜4a上に配置される。温接点43は、冷接点42とは異なり、赤外線遮断部52Aによる赤外線の遮断の影響を受けず、メンブレン薄膜4a上において、赤外線が効率よく入射する位置で配置される。 As described above, the hot junction 43 is also a contact point between the first thermocouple 41a and the second thermocouple 41b in the thermocouple 41, and is arranged on the membrane thin film 4a. Unlike the cold junction 42, the hot junction 43 is not affected by the infrared rays blocked by the infrared rays blocking section 52A, and is arranged on the membrane thin film 4a at a position where infrared rays are efficiently incident.

第1金属接合膜51は、上述したように、第1基板2の上面2aにおける、第2基板3の接合部31に対応した位置に設けられる。
また、第2金属接合膜52は、上述したように、第2基板3の接合部31における、第1基板2と接合する位置、即ち、底面31aを覆うように設けられる。また、本実施形態の赤外線センサ1は、第2基板3の下面3aにおける平面視で内側に向けて第2金属接合膜52が延設されることで、上記の冷接点42の少なくとも一部と離間しながら覆うように赤外線遮断部52Aが形成されている。
As described above, the first metal bonding film 51 is provided at a position corresponding to the bonding portion 31 of the second substrate 3 on the upper surface 2a of the first substrate 2.
Furthermore, as described above, the second metal bonding film 52 is provided to cover the position of the bonding portion 31 of the second substrate 3 where it is bonded to the first substrate 2, that is, the bottom surface 31a. Furthermore, in the infrared sensor 1 of the present embodiment, the second metal bonding film 52 is extended inward in a plan view on the lower surface 3a of the second substrate 3, so that at least a portion of the cold junction 42 is connected to the second metal bonding film 52. The infrared rays blocking portion 52A is formed so as to cover the infrared rays while being spaced from each other.

本実施形態においては、第1基板2に設けられる第1金属接合膜51と、第2基板3に設けられる第2金属接合膜52とが、例えば、金属拡散接合によって接合されることで金属接合体50が形成され、この金属接合体50によって第1基板2と第2基板3とが接合される。 In this embodiment, the first metal bonding film 51 provided on the first substrate 2 and the second metal bonding film 52 provided on the second substrate 3 are bonded by metal diffusion bonding, for example. A body 50 is formed, and the first substrate 2 and the second substrate 3 are bonded by this metal bonded body 50.

第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52は、図1中に示すように、平面視矩形状で概略枠状に形成され、これら第1金属接合膜51と第2金属接合膜52とが金属拡散接合してなる金属接合体50も、平面視矩形状で概略枠状に形成される。
また、第1金属接合膜51と第2金属接合膜52とからなる金属接合体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及び金属接合体50に囲まれたキャビティCを形成する。
As shown in FIG. 1, the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 are formed in a rectangular frame shape in a plan view, and the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 The metal bonded body 50 formed by metal diffusion bonding is also formed into a rectangular frame shape in plan view.
Further, the metal bonding body 50 consisting of the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 is formed by bonding the first substrate 2 and the second substrate 3. and a cavity C surrounded by the metal bonded body 50 is formed.

より具体的には、金属接合体50は、第1基板2の上面2aに配置される第1下地層51a、及び、第1下地層51a上に積層して設けられる第1接合層51bからなる第1金属接合膜51と、第2基板3の接合部31の先端に配置される第2下地層52a、及び、第2下地層52a上に積層して設けられる第2接合層52bからなる第2金属接合膜52とから構成される。 More specifically, the metal bonded body 50 includes a first base layer 51a disposed on the upper surface 2a of the first substrate 2, and a first bonding layer 51b laminated on the first base layer 51a. A first metal bonding film 51, a second base layer 52a disposed at the tip of the joint portion 31 of the second substrate 3, and a second bonding layer 52b laminated on the second base layer 52a. It is composed of two metal bonding films 52.

第1下地層51a及び第2下地層52aは、それぞれ、第1基板2の上面2a、又は、第2基板3における接合部31の底面31aに接合されて設けられる。上記のような各下地層を備えることにより、第1接合層51bが第1基板2に対して強固に接合されるとともに、第2接合層52bが第2基板3の接合部31に対して強固に接合される。 The first base layer 51a and the second base layer 52a are provided to be bonded to the top surface 2a of the first substrate 2 or the bottom surface 31a of the joint portion 31 of the second substrate 3, respectively. By providing each base layer as described above, the first bonding layer 51b is firmly bonded to the first substrate 2, and the second bonding layer 52b is firmly bonded to the bonding portion 31 of the second substrate 3. is joined to.

第1下地層51a及び第2下地層52aは、第1基板2の上面2a上、又は、第2基板3の接合部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51a及び第2下地層52a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51aは、例えば、図示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 51a and the second base layer 52a are formed in a thin film shape from a conductive metal material on the upper surface 2a of the first substrate 2 or at the tip of the joint portion 31 of the second substrate 3. .
The materials for the first base layer 51a and the second base layer 52a are not particularly limited, but are preferably thin films made of tantalum (Ta) or titanium nitride (TiN), for example.
Further, the first base layer 51a 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 also be provided on the upper surface 2a side of the first substrate 2.

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

そして、本実施形態においては、第1接合層51bと第2接合層52b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51b及び第2接合層52b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。 In this embodiment, the first bonding layer 51b and the second bonding layer 52b are configured to be bonded using the same material. That is, the first bonding layer 51b and the second bonding layer 52b are configured to both include the same material, that is, either gold (Au) or aluminum (Al).

金属接合体50を構成する第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52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51a及び第2下地層52aをタンタルから構成し、第1接合層51b及び第2接合層52bを金から構成した場合には、例えば、{第1接合層51b(又は第2接合層52b):0.5nm~2μm/第1下地層51a(又は第2下地層52a):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51a及び第2下地層52aを窒化チタンから構成し、第1接合層51b及び第2接合層52b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51b(又は第2接合層52b):1~3μm/第1下地層51a(又は第2下地層52a):0.05~0.5μm}の範囲とすることが好ましい。
When the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 constituting the metal bonded body 50 are made of the above materials, the thickness of each layer is not particularly limited. On the other hand, in consideration of electrical characteristics and strength during bonding, when the first base layer 51a and the second base layer 52a are made of tantalum, and the first bonding layer 51b and the second bonding layer 52b are made of gold, For example, the range is {first bonding layer 51b (or second bonding layer 52b): 0.5 nm to 2 μm/first base layer 51a (or second base layer 52a): 0.05 to 0.2 μm}. It is preferable to do so.
Similarly, when the first base layer 51a and the second base layer 52a are made of titanium nitride, and the first bonding layer 51b and the second bonding layer 52b are made of aluminum, for example, {first bonding layer 51b( or second bonding layer 52b): 1 to 3 μm/first base layer 51a (or second base layer 52a): 0.05 to 0.5 μm}.

また、金属接合体50によるキャビティCに対する封止幅、即ち、接合部31に対応して平面視矩形状に形成された第2金属接合膜52及び第1金属接合膜51の最大幅としても、特に限定されない。一方、この部分の接合性を高め、キャビティCの封止気密性をより高めることを考慮した場合、第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52の最大幅は、第1下地層51a及び第2下地層52aをタンタルから構成し、第1接合層51b及び第2接合層52bを金から構成した場合には、例えば、0.10~0.30mmとすることが好ましい。また、第1下地層51a及び第2下地層52aを窒化チタンから構成し、第1接合層51b及び第2接合層52bをアルミニウムから構成した場合には、第2金属接合膜52及び第1金属接合膜51の最大幅は、例えば、0.03~0.1mmの幅とすることが好ましい。
なお、本実施形態で説明する封止幅(接合幅)とは、第2金属接合膜52から延設される赤外線遮断部52Aの部分を含めない寸法である。
Also, the sealing width for the cavity C by the metal bonding body 50, that is, the maximum width of the second metal bonding film 52 and the first metal bonding film 51, which are formed in a rectangular shape in plan view corresponding to the bonding portion 31, is as follows. Not particularly limited. On the other hand, when considering improving the bondability of this part and further increasing the sealing airtightness of the cavity C, the maximum widths of the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 are the same as those of the first base layer 51a and When the second base layer 52a is made of tantalum and the first bonding layer 51b and the second bonding layer 52b are made of gold, the thickness is preferably 0.10 to 0.30 mm, for example. Further, when the first base layer 51a and the second base layer 52a are made of titanium nitride, and the first bonding layer 51b and the second bonding layer 52b are made of aluminum, the second metal bonding film 52 and the first metal The maximum width of the bonding film 51 is preferably, for example, 0.03 to 0.1 mm.
Note that the sealing width (junction width) described in this embodiment is a dimension that does not include the portion of the infrared ray blocking portion 52A extending from the second metal bonding film 52.

本実施形態においては、金属接合体50をなす第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52を、上記のような層構造から構成することにより、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51a及び第1接合層51bと、第2下地層52a及び第2接合層52bとの間に金属拡散接合が発現される。これにより、金属接合体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、キャビティ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 this embodiment, the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 constituting the metal bonding body 50 have the layered structure described above, so that the first substrate 2 and the second substrate 3 can be connected to each other. When they are stacked and pressed, metal diffusion bonding is developed between the first base layer 51a and first bonding layer 51b and the second base layer 52a and second bonding layer 52b. This makes it possible to make the metal bonded body 50 a strong bonding structure and to firmly bond the first substrate 2 and the second substrate 3 while improving the sealing performance in the cavity C.

なお、本実施形態においては、第1基板2と第2基板3とを接合するにあたり、第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52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、第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52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51a及び第2下地層52a、並びに、第1接合層51b及び第2接合層52b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51a及び第1接合層51bと、第2下地層52a及び第2接合層52b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とを強固且つ安定して接合することができ、キャビティCの高い封止気密性が得られる。 In this embodiment, when bonding the first substrate 2 and the second substrate 3, the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 are made of the above materials and metal diffusion bonding is performed. Not limited. For example, each layer of the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 may be made of gold (Au) or tin (Sn) and Au--Sn eutectic bonding may be employed. In this case, for example, the first base layer 51a and the second base layer 52a, and the first bonding layer 51b and the second bonding layer 52b are each formed from an Au-Sn eutectic alloy, and heated and melted to the eutectic temperature. By doing so, a eutectic bond is formed between the first base layer 51a and the first bonding layer 51b and the second base layer 52a and the second bonding layer 52b. Thereby, the first substrate 2 and the second substrate 3 can be firmly and stably joined, and the cavity C can be sealed and hermetically sealed.

第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52の各層を金又はスズから構成した場合の、各層の組成としては、特に限定されないが、例えば、Au-Snを20~22%で含むものを用いることができる。
また、この場合の第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52の各層の厚みも、特に限定されないが、例えば、5~10μmの厚みを有するペースト状又はリボン状に構成することができる。
また、第1金属接合膜51と第2金属接合膜52とをAu-Sn共晶接合させた場合の封止幅、即ち、第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52の幅についても、特に限定されないが、例えば、0.1~0.5mmの範囲とすることができる。
When each layer of the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 is made of gold or tin, the composition of each layer is not particularly limited, but for example, one containing 20 to 22% of Au-Sn. Can be used.
Further, the thickness of each layer of the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 in this case is not particularly limited, but may be configured in a paste or ribbon shape having a thickness of 5 to 10 μm, for example.
Also, regarding the sealing width when the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 are Au-Sn eutectic bonded, that is, the width of the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52. Although not particularly limited, it can be, for example, in the range of 0.1 to 0.5 mm.

赤外線遮断部52Aは、上述したように、第2金属接合膜52が延設されることで、この第2金属接合膜52の一部として一体に形成される金属膜である。
本実施形態の赤外線センサ1においては、赤外線遮断部52Aが設けられていることにより、赤外線センサ1に入射される赤外線が冷接点42に向かうのを抑制し、冷接点42の温度が上昇するのを回避することで、冷接点42と温接点43との間の温度差が確保され、センサ感度が高められる。
As described above, the infrared shielding portion 52A is a metal film that is integrally formed as a part of the second metal bonding film 52 by extending the second metal bonding film 52.
In the infrared sensor 1 of this embodiment, by providing the infrared ray blocking section 52A, infrared rays incident on the infrared sensor 1 are suppressed from going toward the cold junction 42, and the temperature of the cold junction 42 is prevented from increasing. By avoiding this, a temperature difference between the cold junction 42 and the hot junction 43 is ensured, and sensor sensitivity is increased.

赤外線遮断部52Aは、第2基板3の下面3aに沿って第2金属接合膜52から延出する金属膜であり、図2に示す例においては、段差形状の離間領域34に沿って成膜されている。従って、赤外線遮断部52Aの材料や層構造は、上述した第2金属接合膜52と同様である。
また、赤外線遮断部52Aの膜厚としても、特に限定されないが、第2金属接合膜52における上記の膜厚と概略同一であることにより、十分な赤外線遮断能を確保することが可能となる。
The infrared shielding portion 52A is a metal film extending from the second metal bonding film 52 along the lower surface 3a of the second substrate 3, and in the example shown in FIG. has been done. Therefore, the material and layer structure of the infrared shielding section 52A are the same as those of the second metal bonding film 52 described above.
Further, the thickness of the infrared ray blocking portion 52A is not particularly limited, but by making it approximately the same as the above-mentioned thickness of the second metal bonding film 52, sufficient infrared ray blocking ability can be ensured.

図1及び図2に示す例においては、赤外線遮断部52Aが、上述した端面形状の離間領域34の表面を覆いながら、第1基板2側に設けられたサーモパイル素子4の冷接点42と対向する位置に形成されている。また、赤外線遮断部52Aは、端面形状の離間領域34の表面を覆いながら、キャビティ32の部分を取り囲むように、平面視囲繞形状で設けられている。 In the example shown in FIGS. 1 and 2, the infrared ray blocking portion 52A faces the cold junction 42 of the thermopile element 4 provided on the first substrate 2 side while covering the surface of the separation region 34 having the above-described end face shape. formed in position. Further, the infrared ray blocking section 52A is provided in an encircling shape in plan view so as to surround the cavity 32 while covering the surface of the end-shaped separation region 34.

赤外線遮断部52Aの寸法及び形状は、特に限定されず、第1基板2側に設けられたサーモパイル素子4の冷接点42に赤外線が向かうのを抑制できる寸法及び形状とすることが好ましく、図1及び図2等に示す例のように、冷接点42の全体を覆うように対向する形状・寸法とすることが好ましい。
一方、本実施形態においては、高いセンサ感度を確保する観点から、第2金属接合膜52から延出する赤外線遮断部52Aが、第1基板2側に設けられたサーモパイル素子4のメンブレン構造と重ならない位置、即ち、温接点43を含む熱電対41が表面に設けられたメンブレン薄膜4aと重ならない位置に設けられていることがより好ましい。
The dimensions and shape of the infrared ray blocking section 52A are not particularly limited, but are preferably dimensions and shapes that can suppress infrared rays from going toward the cold junction 42 of the thermopile element 4 provided on the first substrate 2 side. As shown in the example shown in FIG.
On the other hand, in this embodiment, from the viewpoint of ensuring high sensor sensitivity, the infrared ray blocking portion 52A extending from the second metal bonding film 52 overlaps with the membrane structure of the thermopile element 4 provided on the first substrate 2 side. It is more preferable that the thermocouple 41 including the hot junction 43 be provided at a location where the thermocouple 41 including the hot junction point 43 does not overlap the membrane thin film 4a provided on the surface.

第1基板2の上面2aには、上述した電極81、埋め込み配線71、第1コンタクト91a及び第2コンタクト91bが設けられている。 The above-mentioned electrode 81, embedded wiring 71, first contact 91a, and second contact 91b are provided on the upper surface 2a of the first substrate 2.

埋め込み配線71は、上述したように、サーモパイル素子4と電極81とを電気的に接続するものである。埋め込み配線71は、電極81及びサーモパイル素子4における図示略の出力端子の数に応じて複数で設けられており、図2中においては、埋め込み配線71の一部のみを示している。また、電極81は、サーモパイル素子4に対して、第1信号配線部61を介して電気的に接続されている。また、図示例の埋め込み配線71は、第1基板2の厚さ方向において、中央部よりも上方に埋設されており、電極81、並びに、第1信号配線部61の下方にわたるように配置されている。 The embedded wiring 71 electrically connects the thermopile element 4 and the electrode 81, as described above. A plurality of embedded wirings 71 are provided according to the number of electrodes 81 and output terminals (not shown) of the thermopile element 4, and in FIG. 2, only a part of the embedded wirings 71 are shown. Further, the electrode 81 is electrically connected to the thermopile element 4 via the first signal wiring section 61. Further, the embedded wiring 71 in the illustrated example is buried above the center part in the thickness direction of the first substrate 2, and is arranged so as to extend below the electrode 81 and the first signal wiring section 61. There is.

埋め込み配線71の材料としては、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等を何ら制限無く用いることができる。このような材料としては、例えば、ポリシリコン配線やアルミニウム(Al)配線等、埋め込み配線に一般的に用いられる導電性材料が挙げられる。 The material for the embedded wiring 71 is not particularly limited as long as it is a wiring material or electrode material that has excellent conductivity, and metal materials and the like conventionally used in this field can be used without any restrictions. Examples of such materials include conductive materials commonly used for buried wiring, such as polysilicon wiring and aluminum (Al) wiring.

電極81は、埋め込み配線71及び第1コンタクト91a等を介してサーモパイル素子4と電気的に接続され、サーモパイル素子4による検出信号等を外部に出力するものである。電極81は、第1基板2の上面2a上に確保された電極配置領域23a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81が2カ所に設けられている。また、電極81は、平面視で、第1基板2と対向して設けられる第2基板3よりも外側に、第2基板3から露出するように設けられている。電極81は、例えば、サーモパイル素子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。 The electrode 81 is electrically connected to the thermopile element 4 via the embedded wiring 71, the first contact 91a, etc., and outputs a detection signal etc. from the thermopile element 4 to the outside. The electrodes 81 are provided along opposing edges in the electrode placement area 23a secured on the upper surface 2a of the first substrate 2, and in the illustrated example, the electrodes 81 are provided at two locations. . Further, the electrode 81 is provided so as to be exposed from the second substrate 3 on the outside of the second substrate 3 which is provided opposite to the first substrate 2 in plan view. The electrode 81 is provided so as to be electrically connectable to various external devices that require detection signals from the thermopile element 4, for example.

電極81の材料としても、従来からこの分野で用いられている金属材料等を何ら制限無く用いることができ、例えば、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できる。
また、詳細を後述するように、電極81を、第1金属接合膜51と同じ工程で同時に形成する場合には、これら各電極の材料として、上述した第1金属接合膜51と同じ材料を用いればよい。
As the material of the electrode 81, any metal material conventionally used in this field can be used without any restrictions; for example, aluminum silicon alloy (AlSi) and titanium nitride (TiN) are sequentially laminated by a sputtering method. etc. can be used.
Further, as will be described in detail later, when the electrode 81 is formed simultaneously with the first metal bonding film 51 in the same process, the same material as the first metal bonding film 51 described above is used as the material for each of these electrodes. Bye.

第1コンタクト91aは、埋め込み配線71と電極81とを電気的に接続するものであり、第2コンタクト91bは、埋め込み配線71と第1信号配線部61とを電気的に接続するものである。図2に示す例においては、第1コンタクト91aが埋め込み配線71の一端側に接続され、第2コンタクト91bが、埋め込み配線71の他端側に接続されている。 The first contact 91a is for electrically connecting the embedded wiring 71 and the electrode 81, and the second contact 91b is for electrically connecting the embedded wiring 71 and the first signal wiring section 61. In the example shown in FIG. 2, the first contact 91a is connected to one end of the buried wiring 71, and the second contact 91b is connected to the other end of the buried wiring 71.

上記により、サーモパイル素子4は、第1信号配線部61、第2コンタクト91b、埋め込み配線71、及び、第1コンタクト91aを介して電極81と電気的に接続されている。 As described above, the thermopile element 4 is electrically connected to the electrode 81 via the first signal wiring section 61, the second contact 91b, the embedded wiring 71, and the first contact 91a.

第1コンタクト91a及び第2コンタクト91bを構成する材料としても、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。
また、電極81の場合と同様、第1コンタクト91a及び第2コンタクト91bを、第1金属接合膜51と同じ工程で同時に形成する場合には、これら各コンタクトの材料として、上述した第1金属接合膜51と同じ材料を用いればよい。
The materials constituting the first contact 91a and the second contact 91b are not particularly limited, and metal materials conventionally used in this field can be used without any restrictions.
Further, as in the case of the electrode 81, when forming the first contact 91a and the second contact 91b at the same time in the same process as the first metal bonding film 51, the above-mentioned first metal bonding film may be used as the material for each of these contacts. The same material as the film 51 may be used.

本実施形態の赤外線センサ1によれば、上述したように、第2金属接合膜52が、第2基板3の下面3a側において、第1基板2上に備えられる冷接点42と離間しながら、この冷接点42の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部52Aを有することで、外部から赤外線センサ1に入射する赤外線が冷接点42に到達するのを抑制できる。これにより、冷接点42の温度が上昇するのを抑制できるので、赤外線入射時の温接点43と冷接点42との温度差を維持でき、赤外線センサ1からの出力信号が低下するのを防止できるので、センサ感度を高めることが可能となる。 According to the infrared sensor 1 of this embodiment, as described above, the second metal bonding film 52 is separated from the cold junction 42 provided on the first substrate 2 on the lower surface 3a side of the second substrate 3, while By having the infrared ray blocking portion 52A extending to a position facing at least a portion of the cold junction 42, it is possible to suppress infrared rays incident on the infrared sensor 1 from the outside from reaching the cold junction 42. As a result, it is possible to suppress the temperature of the cold junction 42 from rising, so it is possible to maintain the temperature difference between the hot junction 43 and the cold junction 42 when infrared rays are incident, and it is possible to prevent the output signal from the infrared sensor 1 from decreasing. Therefore, it is possible to increase sensor sensitivity.

また、第2基板3の下面3a側に設けられた赤外線遮断部52Aが、第2金属接合膜52が延設されることで形成されたものであり、第2金属接合膜52との同時・一体形成が可能なので、赤外線遮断のための新たな部材を設けることなく、新たな工程の追加も不要であり、生産性に優れたものとなる。これにより、製造プロセスを複雑化することなく、簡便且つ安価な構成で赤外線の遮断構造が実現できる。また、新たな部材の追加が不要なので、赤外線センサ1の品質の低下や製造管理の困難さを招くことが無く、歩留まりも向上する。 Further, the infrared ray blocking portion 52A provided on the lower surface 3a side of the second substrate 3 is formed by extending the second metal bonding film 52, and is simultaneously formed with the second metal bonding film 52. Since integral formation is possible, there is no need to provide a new member for blocking infrared rays, and there is no need to add a new process, resulting in excellent productivity. Thereby, an infrared ray blocking structure can be realized with a simple and inexpensive configuration without complicating the manufacturing process. Further, since it is not necessary to add new members, the quality of the infrared sensor 1 does not deteriorate or the manufacturing management becomes difficult, and the yield is improved.

また、第2金属接合膜52が延設されてなる赤外線遮断部52Aが、冷接点42の全体を覆うように対向する位置まで延設された構成とした場合には、外部から赤外線センサ1に入射する赤外線が冷接点42に到達するのをより効果的に抑制できる。 In addition, when the infrared ray blocking section 52A formed by extending the second metal bonding film 52 is configured to extend to a position facing the cold junction 42 so as to cover the entire cold junction 42, the infrared ray sensor 1 can be connected to the infrared sensor 1 from the outside. It is possible to more effectively suppress incident infrared rays from reaching the cold junction 42.

また、第2基板3における赤外線遮断部52Aに対応する位置が、第2基板3の下面3a側から掘り込まれるように設けられる離間領域34とされていることで、第2基板3及び赤外線遮断部52Aが、冷接点42に干渉することなく確実に離間させることができる。これにより、外部から入射する赤外線が冷接点42に到達するのを確実に抑制しながら、冷接点42及びその近傍の温度が上昇するのを効果的に抑制できる。また、追加部材の成膜による応力が印加されることがないので、サーモパイル素子4が破損するのを回避できる。 Further, since the position corresponding to the infrared ray blocking portion 52A on the second substrate 3 is set as the separation region 34 provided so as to be dug from the lower surface 3a side of the second substrate 3, the second substrate 3 and the infrared ray blocking portion 52A The portion 52A can be reliably separated from the cold contact 42 without interfering with it. Thereby, it is possible to reliably suppress infrared rays incident from the outside from reaching the cold junction 42, while effectively suppressing an increase in the temperature of the cold junction 42 and its vicinity. Moreover, since no stress is applied due to the film formation of the additional member, damage to the thermopile element 4 can be avoided.

また、第2基板3に設けられる離間領域34が、第2基板3の下面3aとキャビティ部32との間に設けられた段差形状とされていることで、第2基板3及び赤外線遮断部52Aが、冷接点42に干渉することなく、より確実に離間させることができる。これにより、外部から入射する赤外線が冷接点42に到達するのをより確実に抑制しながら、冷接点42及びその近傍の温度が上昇するのをより効果的に抑制できる。 In addition, since the separation area 34 provided on the second substrate 3 has a step shape provided between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity portion 32, the second substrate 3 and the infrared shielding portion 52A However, they can be separated more reliably without interfering with the cold junction 42. Thereby, it is possible to more reliably suppress infrared rays incident from the outside from reaching the cold junction 42, and more effectively suppress the rise in temperature of the cold junction 42 and its vicinity.

また、第2基板3に設けられる離間領域を、第2基板3の下面3aとキャビティ部32との間で漸次傾斜するように設けられる斜面形状に構成した場合も、上記同様、第2基板3及び赤外線遮断部52Aが、冷接点42に干渉することなく確実に離間させることができる。これにより、外部から入射する赤外線が冷接点42に到達するのを確実に抑制しながら、冷接点42及びその近傍の温度が上昇するのを効果的に抑制できる。また、離間領域34を段差とした場合に比べて、例えば、スパッタリング法や蒸着法等の方法で赤外線遮断部52Aを成膜する場合に、段差による影が生じないため、より確実に均一な赤外線遮断部52Aを成膜できる。 Further, in the case where the spaced apart area provided on the second substrate 3 is configured to have a slope shape that is gradually inclined between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity portion 32, the second substrate 3 The infrared shielding section 52A can be reliably separated from the cold junction 42 without interfering with it. Thereby, it is possible to reliably suppress infrared rays incident from the outside from reaching the cold junction 42, while effectively suppressing an increase in the temperature of the cold junction 42 and its vicinity. Furthermore, compared to the case where the separation region 34 is a step, when forming the infrared ray blocking portion 52A using a method such as sputtering or vapor deposition, no shadow is caused by the step, so that more uniform infrared rays can be obtained. A blocking portion 52A can be formed.

また、第2基板3に設けられる離間領域を上記のような斜面形状とする場合、第2基板3に加工性に優れるシリコン基板を用いることで、ウェットエッチングで加工するときの精度が向上する。また、一般的に流通している面方位が(100)面であるシリコン基板を採用することで、入手容易性に優れるとともに、製造コストを抑制できる。
また、第2基板3に設けられる斜面形状の離間領域を、シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現した、シリコン基板の(111)面からなる傾斜面として形成した場合には、この傾斜面の傾斜角度がシリコン基板の結晶異方性に由来する角度、即ち、約54.7°の傾きを有していることで、安定した角度を有する傾斜面となる。これにより、第2基板3及び赤外線遮断部52Aが、冷接点42に干渉することなく、より確実に離間させることができるので、外部から入射する赤外線が冷接点42に到達するのを確実に抑制しながら、冷接点42及びその近傍の温度が上昇するのをより効果的に抑制できる。
Furthermore, when the spaced apart region provided on the second substrate 3 has the slope shape as described above, by using a silicon substrate with excellent workability as the second substrate 3, the precision when processing by wet etching is improved. Further, by employing a silicon substrate whose plane orientation is (100), which is generally available, it is easy to obtain and can suppress manufacturing costs.
In addition, the slope-shaped separation area provided on the second substrate 3 is an inclined surface formed by the (111) plane of the silicon substrate that appears by performing silicon anisotropic etching on the (100) plane of the silicon substrate by wet etching. When formed, the slope angle of this slope is an angle derived from the crystal anisotropy of the silicon substrate, that is, an slope of about 54.7°, so that the slope has a stable angle. Become. As a result, the second substrate 3 and the infrared ray blocking section 52A can be separated more reliably without interfering with the cold junction 42, thereby reliably suppressing infrared rays incident from the outside from reaching the cold junction 42. At the same time, it is possible to more effectively suppress an increase in the temperature of the cold junction 42 and its vicinity.

次に、本実施形態の赤外線センサ1を用いた各種検出に係る処理の一例について説明する。
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、サーモパイル素子4は、その遠赤外線を検出して検出信号を出力する。サーモパイル素子4から出力された検出信号は、第1信号配線部61、第2コンタクト91b、埋め込み配線71、及び、第1コンタクト91aを通り、電極81から外部に向けて出力される。電極81から出力された検出信号は、図示略の外部機器等に送信されて所定の動作が行われる。
Next, an example of processing related to various detections using the infrared sensor 1 of this embodiment 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 thermopile element 4 detects the far infrared rays and outputs a detection signal. The detection signal output from the thermopile element 4 passes through the first signal wiring section 61, the second contact 91b, the embedded wiring 71, and the first contact 91a, and is output from the electrode 81 to the outside. The detection signal output from the electrode 81 is transmitted to an external device (not shown) or the like, and a predetermined operation is performed.

[赤外線センサの製造方法]
次に、本実施形態の赤外線センサ1を製造する方法について、図3A~図3Gを適宜参照しながら詳述する(赤外線センサ1の構成については図1及び図2も適宜参照)。
[Infrared sensor manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the infrared sensor 1 of this embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3G as appropriate (see also FIGS. 1 and 2 as appropriate for the configuration of the infrared sensor 1).

本実施形態の赤外線センサ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赤外線センサ1を製造する方法であり、まず、第1基板2及び第2基板3からなる赤外線センサ用パッケージを製造するための、少なくとも以下の工程(1)~(8)を含む方法である。
工程(1):基板材料の一面側におけるデバイス領域22の形成予定位置に、熱電対41及びメンブレン薄膜4aを形成してサーモパイル型赤外線検出素子4を配置することで第1基板2を得る。本実施形態では、工程(1)において、第1基板2におけるデバイス領域22の形成予定位置を覆うようにメンブレン薄膜4aを形成した後、このメンブレン薄膜4a上に熱電対41の少なくとも一部を配置し、この熱電対41の一部である冷接点42がデバイス領域22の開口部22aよりも外側になるように配置するとともに、熱電対41の一部である温接点43をメンブレン薄膜4a上に配置することにより、サーモパイル素子4を配置して第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、シリコン基板の少なくとも一部に貫通領域33を形成するとともに、第1基板2との接合面となる下面3a側に凹状のキャビティ部32を形成し、さらに、平面視でキャビティ部32を囲むように設けられる接合部31を形成して第2基板3を得る。
工程(3):工程(1)で得られた第1基板2の上面2a側に、第2基板3に設けられた接合部31に対応する位置で第1金属接合膜51を形成する。
工程(4):工程(1)で得られた第1基板2の上面2a側における電極配置領域23aに、電極81を配置する。
工程(5):工程(1)で得られた第1基板2におけるデバイス領域22の形成予定位置の表面をエッチングすることにより、第1基板2の上面2a側に凹状のデバイス領域22を形成する。
工程(6):工程(2)で得られた第2基板3の接合部31における、第1基板2と接合する位置である底面31aを覆うように第2金属接合膜52を形成する。また、本実施形態では、工程(6)において、第2金属接合膜52を、第2基板3の下面3a側において、第1基板2上に備えられる冷接点42と離間させながら、この冷接点42の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部52Aを有するように形成する
工程(7):第1基板2と第2基板3との間にサーモパイル素子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51と第2金属接合膜52とを互いに加圧して金属拡散接合させることで、サーモパイル素子4上にキャビティCを確保しながら、第1基板2と第2基板3とを接合する。
工程(8):ダイシングラインLに沿って第1基板2及び第2基板3を切断することにより、チップ単位に個片化する。
The method for manufacturing the infrared sensor 1 of this embodiment is, for example, a method for manufacturing the infrared sensor 1 of this embodiment as shown in FIGS. 1 and 2. This method includes at least the following steps (1) to (8) for manufacturing an infrared sensor package.
Step (1): The first substrate 2 is obtained by forming the thermocouple 41 and the membrane thin film 4a and arranging the thermopile type infrared detecting element 4 at the position where the device region 22 is planned to be formed on one side of the substrate material. In this embodiment, in step (1), after forming the membrane thin film 4a so as to cover the planned formation position of the device region 22 on the first substrate 2, at least a part of the thermocouple 41 is disposed on the membrane thin film 4a. The cold junction 42, which is a part of the thermocouple 41, is arranged outside the opening 22a of the device region 22, and the hot junction 43, which is a part of the thermocouple 41, is placed on the membrane thin film 4a. By arranging the thermopile element 4, the first substrate 2 is obtained.
Step (2): By etching the surface of the substrate material, a penetration region 33 is formed in at least a portion of the silicon substrate, and a concave cavity portion 32 is formed on the lower surface 3a side that will be the bonding surface with the first substrate 2. The second substrate 3 is obtained by forming a bonding portion 31 that surrounds the cavity portion 32 in a plan view.
Step (3): A first metal bonding film 51 is formed on the upper surface 2a side of the first substrate 2 obtained in step (1) at a position corresponding to the bonding portion 31 provided on the second substrate 3.
Step (4): The electrode 81 is arranged in the electrode arrangement region 23a on the upper surface 2a side of the first substrate 2 obtained in step (1).
Step (5): Form a concave device region 22 on the upper surface 2a side of the first substrate 2 by etching the surface of the first substrate 2 obtained in step (1) at the planned formation position of the device region 22. .
Step (6): A second metal bonding film 52 is formed to cover the bottom surface 31a of the bonding portion 31 of the second substrate 3 obtained in step (2), which is the position to be bonded to the first substrate 2. Further, in the present embodiment, in step (6), the second metal bonding film 52 is separated from the cold contact 42 provided on the first substrate 2 on the lower surface 3a side of the second substrate 3, and the cold contact is Step (7): The thermopile element 4 is arranged between the first substrate 2 and the second substrate 3. A cavity C is secured above the thermopile element 4 by overlapping the first substrate 2 and the second substrate 3 and pressurizing the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 to perform metal diffusion bonding. At the same time, the first substrate 2 and the second substrate 3 are bonded.
Step (8): The first substrate 2 and the second substrate 3 are cut along the dicing line L to separate them into chips.

また、本実施形態においては、上記の工程(2)が、離間領域34を、第2基板3の下面3aとキャビティ部32との間に設けられる段差形状として形成する例を挙げて説明する。
また、本実施形態においては、上記の工程(6)が、第2基板3の下面3a側において、第2金属接合膜52の赤外線遮断部52Aを、第1基板2上に備えられる冷接点42と離間させながら、冷接点42全体と対向する位置まで延設して形成する例を挙げて説明する。
Further, in the present embodiment, an example will be described in which the above step (2) forms the separation region 34 as a stepped shape provided between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity portion 32.
Further, in the present embodiment, the above step (6) is performed by connecting the infrared ray blocking portion 52A of the second metal bonding film 52 to the cold contact 42 provided on the first substrate 2 on the lower surface 3a side of the second substrate 3. An example will be described in which the cold junction is formed by extending to a position facing the entire cold junction 42 while being separated from the cold junction.

まず、工程(1)において、例えばシリコン基板等からなる基板材料の表面におけるデバイス領域22の形成予定位置に、熱電対41及びメンブレン薄膜4aを形成してサーモパイル型赤外線検出素子4を配置することで第1基板2を得る(図3F中の第1基板2を参照)。
具体的には、工程(1)において、まず、第1基板2におけるデバイス領域22の形成予定位置を覆うようにメンブレン薄膜4aを形成する。この際、メンブレン薄膜4aの材料として、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)、あるいは、それらの積層膜からなる薄膜を用い、第1基板2の上面2aに接着することでデバイス領域22の形成予定位置を覆う。
First, in step (1), the thermopile type infrared detecting element 4 is arranged by forming a thermocouple 41 and a membrane thin film 4a at the planned formation position of the device region 22 on the surface of a substrate material made of, for example, a silicon substrate. Obtain a first substrate 2 (see first substrate 2 in FIG. 3F).
Specifically, in step (1), first, the membrane thin film 4a is formed so as to cover the planned formation position of the device region 22 on the first substrate 2. At this time, as the material of the membrane thin film 4a, for example, a silicon oxide film such as silicon dioxide (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN x ), or a thin film made of a laminated film thereof is used. By adhering to the upper surface 2a, the planned formation position of the device region 22 is covered.

次いで、メンブレン薄膜4a及び第1基板2の上面2aの両方にわたって配置されるように熱電対41を形成する。この際、図1に示す例のように、それぞれ異なる金属からなる第1熱電対41a及び第2熱電対41bを用い、これら第1熱電対41aと第2熱電対41bとが櫛歯状で交互に接続されるように、メンブレン薄膜4a上に配置する。より詳細には、例えば、第1熱電対41aの材料としてp型のポリシリコンを用いるとともに、第2熱電対41bの材料としてn型のポリシリコンを用い、これらの各材料から、第1熱電対41a及び第2熱電対41bを、スパッタリング法や蒸着法(CVD法)等の方法を用いて形成する。 Next, the thermocouple 41 is formed so as to be placed over both the membrane thin film 4a and the upper surface 2a of the first substrate 2. At this time, as in the example shown in FIG. 1, a first thermocouple 41a and a second thermocouple 41b each made of different metals are used, and the first thermocouple 41a and second thermocouple 41b are alternately arranged in a comb-like shape. It is placed on the membrane thin film 4a so as to be connected to the membrane thin film 4a. More specifically, for example, p-type polysilicon is used as the material for the first thermocouple 41a, and n-type polysilicon is used as the material for the second thermocouple 41b. 41a and the second thermocouple 41b are formed using a method such as a sputtering method or a vapor deposition method (CVD method).

工程(1)においては、図1中に示すように、第1熱電対41aと第2熱電対41bとの接点を、冷接点42又は温接点43として形成する。この際、冷接点42を、第1基板2の上面2aにおけるデバイス領域22の開口部22aの外側に配置し、温接点43を、メンブレン薄膜4a上に配置する。 In step (1), as shown in FIG. 1, the contact between the first thermocouple 41a and the second thermocouple 41b is formed as a cold junction 42 or a hot junction 43. At this time, the cold junction 42 is arranged outside the opening 22a of the device region 22 on the upper surface 2a of the first substrate 2, and the hot junction 43 is arranged on the membrane thin film 4a.

次いで、図2中に示すように、メンブレン薄膜4a上に、このメンブレン薄膜4a及びその上に設けられる熱電対41aを覆うように赤外線吸収膜4bを形成する。これにより、赤外線吸収膜4bは、温接点43も覆うように形成される。本実施形態の製造方法においては、赤外線吸収膜4bの材料として、例えば、金黒膜や、樹脂材料等を用い、蒸着法やスクリーン印刷法等の方法を用いて形成することができる。 Next, as shown in FIG. 2, an infrared absorbing film 4b is formed on the membrane thin film 4a so as to cover the membrane thin film 4a and the thermocouple 41a provided thereon. Thereby, the infrared absorbing film 4b is formed so as to also cover the hot junction 43. In the manufacturing method of this embodiment, the infrared absorbing film 4b can be formed using, for example, a black gold film, a resin material, or the like as a material, and using a method such as a vapor deposition method or a screen printing method.

次いで、本実施形態で説明する例においては、上記の工程(1)において、第1基板2におけるデバイス領域22を除く位置に埋め込み配線71を形成する(図3F中の第1基板2を参照)。 Next, in the example described in this embodiment, in the above step (1), embedded wiring 71 is formed in the first substrate 2 at a position excluding the device region 22 (see first substrate 2 in FIG. 3F). .

具体的には、まず、第1基板2の上面2aに、図示略の絶縁膜(酸化膜)を形成する。
次いで、上記の図示略の絶縁膜を形成した領域に、例えば、{TiN/AlSi/TiN}の積層構造、あるいは、ポリシリコンからなる埋め込み配線膜を、例えば、スパッタリング法や蒸着法(CVD法)等の方法で成膜する。
次いで、フォトリソグラフィ法により、埋め込み配線71を形成するための、図示略の酸化膜等からなるレジストパターンを形成する。
次いで、上記の埋め込み配線膜をドライエッチングすることにより、パターニングされた埋め込み配線71を形成する。
次いで、第1基板2からレジストパターンを剥離する。
Specifically, first, an insulating film (oxide film) (not shown) is formed on the upper surface 2a of the first substrate 2.
Next, a layered structure of {TiN/AlSi/TiN} or a buried wiring film made of polysilicon is formed in the region where the above-mentioned insulating film (not shown) is formed by, for example, sputtering method or vapor deposition method (CVD method). The film is formed using a method such as
Next, a resist pattern made of an oxide film (not shown), etc., for forming the buried wiring 71 is formed by photolithography.
Next, a patterned buried wiring 71 is formed by dry etching the buried wiring film.
Next, the resist pattern is peeled off from the first substrate 2.

次いで、埋め込み配線71上に、図示略の絶縁膜(酸化膜や窒化膜)を、例えば、蒸着法によって形成することにより、埋め込み配線71を覆い込む。
その後、必要に応じて、埋め込み配線71上に形成した図示略の絶縁膜を、例えば、CMP法(化学機械研磨:Chemical Mechanical Polishing)等の方法で平坦化する。
Next, an insulating film (not shown) (such as an oxide film or a nitride film) is formed on the buried wiring 71 by, for example, a vapor deposition method to cover the buried wiring 71.
Thereafter, if necessary, the insulating film (not shown) formed on the buried wiring 71 is planarized by, for example, a CMP method (Chemical Mechanical Polishing).

次いで、本実施形態で説明する例においては、上記の工程(1)において、さらに、後述する工程(3)において第1コンタクト91a及び第2コンタクト91bを設けるためのホールを形成する。
この際、まず、第1基板2の上面2aにおける、上記のホールの形成予定位置(第1コンタクト91a及び第2コンタクト91bに対応する位置)を除いた全面に、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。
次いで、第1基板2の上面2aをドライエッチングすることにより、埋め込み配線71の両端に対応する位置に、第1コンタクト91a及び第2コンタクト91bを設けるためのホールを形成する。
次いで、第1基板2からレジストパターンを剥離する。
Next, in the example described in this embodiment, in the above step (1), holes for providing the first contact 91a and the second contact 91b are formed in the step (3) described later.
At this time, first, a resist pattern is formed by photolithography on the entire surface of the upper surface 2a of the first substrate 2 except for the positions where the holes are planned to be formed (positions corresponding to the first contacts 91a and the second contacts 91b). do.
Next, by dry etching the upper surface 2a of the first substrate 2, holes for providing the first contact 91a and the second contact 91b are formed at positions corresponding to both ends of the embedded wiring 71.
Next, the resist pattern is peeled off from the first substrate 2.

本実施形態では、上記工程(1)を実施するとともに、工程(2)において、例えばシリコン基板等からなる基板材料をエッチングすることにより、シリコン基板の少なくとも一部に貫通領域33を形成するとともに、第1基板2との接合面となる下面3a側に凹状のキャビティ部32を形成し、さらに、平面視でキャビティ部32を囲むように設けられる接合部31を形成して第2基板3を作製するプロセスを実施する。また、本実施形態で説明する例では、工程(2)において、第2基板3の下面3aとキャビティ部32との間に設けられる段差形状からなる離間領域34を形成する(以上、図3A、図3B及び図3Cを参照)。 In the present embodiment, the above step (1) is carried out, and in step (2), a through region 33 is formed in at least a part of the silicon substrate by etching the substrate material made of, for example, a silicon substrate. The second substrate 3 is manufactured by forming a concave cavity portion 32 on the lower surface 3a side that will be the bonding surface with the first substrate 2, and further forming a bonding portion 31 provided so as to surround the cavity portion 32 in plan view. Implement processes to Further, in the example described in this embodiment, in step (2), a step-shaped separation region 34 is formed between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity portion 32 (as shown in FIG. 3A, (See Figures 3B and 3C).

即ち、工程(2)においては、まず、基板材料となるシリコン基板を準備する(図3Aを参照)。
次いで、シリコン基板の表面に、フォトリソグラフィ法により、キャビティ部32、貫通領域33、接合部31、及び段差形状の離間領域34をドライエッチングで形成するための、図示略の酸化膜等からなるレジストパターンを形成する。
That is, in step (2), first, a silicon substrate serving as a substrate material is prepared (see FIG. 3A).
Next, a resist consisting of an oxide film (not shown) is formed on the surface of the silicon substrate by dry etching to form the cavity portion 32, the penetration region 33, the bonding portion 31, and the step-shaped separation region 34 by photolithography. form a pattern.

次いで、シリコン基板の一面側(上面3b側)をドライエッチングすることにより、図3Bに示すように、まず、貫通領域33を形成しながらシリコン基板を矩形状に分割する。
また、工程(2)においては、図3Dに示すように、シリコン基板をエッチングして貫通領域33を形成するとともに、下面3a側に、凹状のキャビティ部32、平面視でキャビティ部32を囲むように設けられる概略枠状とされた接合部31、及び、段差形状からなる離間領域34を形成して第2基板3を得る。
Next, by dry etching one surface side (upper surface 3b side) of the silicon substrate, as shown in FIG. 3B, first, the silicon substrate is divided into rectangular shapes while forming penetration regions 33.
In addition, in step (2), as shown in FIG. 3D, the silicon substrate is etched to form a penetration region 33, and a concave cavity portion 32 is formed on the lower surface 3a side so as to surround the cavity portion 32 in plan view. The second substrate 3 is obtained by forming a generally frame-shaped joint portion 31 provided in the wafer and a step-shaped spaced apart region 34 .

工程(2)で形成する貫通領域33の寸法や平面視形状は、特に限定されず、電極81を露出させ、且つ、外部との結線等を施しやすい形状であれば、如何なる形状、寸法であってもよい。 The dimensions and planar view shape of the penetration region 33 formed in step (2) are not particularly limited, and may be any shape or dimension as long as it exposes the electrode 81 and is easily connected to the outside. It's okay.

次いで、工程(2)では、図3Cに示すように、シリコン基板を他面側(下面3a側)からドライエッチングで掘り込むことにより、図2中に示す段差形状の離間領域34の表面を構成する凹部を形成する。 Next, in step (2), as shown in FIG. 3C, the silicon substrate is etched from the other surface side (lower surface 3a side) by dry etching to form the surface of the step-shaped separation region 34 shown in FIG. form a recess.

次いで、図3Dに示すように、図3C中に示した凹部の周囲をドライエッチングで選択的に掘り込むことにより、この凹部を取り囲むように、接合部31を平面視囲繞形状で形成する。
次いで、図3Dに示すように、図3C中に示した凹部における平面視概略中央付近をドライエッチングで選択的に掘り込むことによってキャビティ部32を形成し、これと同時に、段差形状の離間領域34を形成する。これにより、平面視囲繞形状とされた離間領域34及び接合部31に囲まれるように、凹状のキャビティ部32が配置される。本実施形態の製造方法で得られる赤外線センサ1は、上記のキャビティ部32に対応する領域が封止空間であるキャビティCとして確保される。
その後、第2基板3から図示略のレジストパターンを剥離する。
Next, as shown in FIG. 3D, by selectively etching the periphery of the recess shown in FIG. 3C by dry etching, the joint 31 is formed in a surrounding shape in plan view so as to surround the recess.
Next, as shown in FIG. 3D, a cavity portion 32 is formed by selectively etching approximately the center of the concave portion shown in FIG. form. As a result, the concave cavity portion 32 is arranged so as to be surrounded by the spaced apart region 34 and the joint portion 31 which have an encircling shape in plan view. In the infrared sensor 1 obtained by the manufacturing method of this embodiment, a region corresponding to the cavity portion 32 is secured as a cavity C, which is a sealed space.
Thereafter, the resist pattern (not shown) is peeled off from the second substrate 3.

工程(2)においても、工程(1)と同様、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)においても、ドライエッチングを用いてシリコン基板をエッチング加工することができる一方、ウェットエッチングを用いた方法も採用できる。このように、工程(2)においてウェットエッチングを採用した場合の条件としても、工程(1)と同様のエッチング液を用いるとともに、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同様とすることができる。
In step (2), similarly to step (1), when forming a resist pattern by photolithography, the resist pattern can be formed under conventionally known conditions using, for example, a spin coating method.
Also in step (2), while the silicon substrate can be etched using dry etching, a method using wet etching can also be adopted. In this way, when wet etching is adopted in step (2), the same etching solution as in step (1) is used, and the conditions such as the temperature of the etching solution and etching time are also the same. I can do it.

次に、工程(3)においては、工程(1)で得られた第1基板2の上面2a側に、第2基板3に設けられた接合部31に対応する位置で、複数の金属膜からなる第1金属接合膜51を形成する(図3Fを参照)。
また、本実施形態で説明する例では、工程(3)及び工程(4)を同時に実施することにより、第1基板2の上面2aに、上記の第1金属接合膜51とともに、電極配置領域23aに電極81を形成することも可能である。また、本実施形態では、同時に実施する工程(3)及び工程(4)において、上記の第1金属接合膜51及び複数の電極81に加え、さらに、第1コンタクト91a、第2コンタクト91b、第1信号配線部61を同時に形成することも可能である。
Next, in step (3), a plurality of metal films are formed on the upper surface 2a side of the first substrate 2 obtained in step (1) at a position corresponding to the joint portion 31 provided on the second substrate 3. A first metal bonding film 51 is formed (see FIG. 3F).
In addition, in the example described in this embodiment, by performing step (3) and step (4) simultaneously, the electrode arrangement region 23a is applied to the upper surface 2a of the first substrate 2 together with the first metal bonding film 51. It is also possible to form the electrode 81 on the surface. Further, in this embodiment, in the step (3) and step (4) that are performed simultaneously, in addition to the first metal bonding film 51 and the plurality of electrodes 81, the first contact 91a, the second contact 91b, and the It is also possible to form the 1-signal wiring section 61 at the same time.

具体的には、まず、デバイス領域22が形成された第1基板2の上面2a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1金属接合膜51を形成するための、図示略の酸化膜等からなる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の接合部31に対応する位置、第1コンタクト91a、第1信号配線部61、第2コンタクト91bを形成するためのホールの位置、並びに、電極81の形成予定位置を除いた全面にレジストパターンを形成する。 Specifically, first, an oxide film (not shown) is formed on the upper surface 2a of the first substrate 2 on which the device region 22 is formed by a photolithography method such as a spray coating method to form the first metal bonding film 51. A resist pattern consisting of the following is formed. At this time, a position on the upper surface 2a of the first substrate 2 corresponding to the joint part 31 of the second substrate 3, a position of a hole for forming the first contact 91a, the first signal wiring part 61, and the second contact 91b, Additionally, a resist pattern is formed on the entire surface except for the position where the electrode 81 is to be formed.

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、第1下地層51aと第1接合層51bとが積層されてなる第1金属接合膜51を形成する。
なお、工程(3)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/Ta}構造、又は、{Al/TiN}構造の薄膜からなる第1金属接合膜51を形成することができる。
また、この際、第2基板3側に形成される第2金属接合膜52が{Au/Ta}構造である場合には、第1金属接合膜51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51のAu層(第1接合層51b)と第2金属接合膜52のAu層(第2接合層52b)とが接合するように、各層の積層順を調整する。
同様に、第2金属接合膜52が{Al/TiN}構造からなる場合には、第1金属接合膜51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51のAl層(第1接合層51b)と第2金属接合膜52のAl層(第2接合層52b)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の上面2aから図示略のレジストパターンを剥離する。
Next, a first metal bonding film 51 in which a first base layer 51a and a first bonding layer 51b are laminated on the upper surface 2a of the first substrate 2 by a method such as sputtering, vapor deposition, or plating is then formed. form.
In step (3), the first metal bonding film 51 made of a thin film having the above-mentioned {Au/Ta} structure or {Al/TiN} structure can be formed by appropriately selecting the material and the lamination order. can be formed.
Furthermore, at this time, if the second metal bonding film 52 formed on the second substrate 3 side has a {Au/Ta} structure, the first metal bonding film 51 is also formed from the same material. In this case, the stacking order of each layer is adjusted so that the Au layer of the first metal bonding film 51 (first bonding layer 51b) and the Au layer of the second metal bonding film 52 (second bonding layer 52b) are bonded. adjust.
Similarly, when the second metal bonding film 52 has a {Al/TiN} structure, the first metal bonding film 51 is also formed from the same material. In this case, the stacking order of each layer is adjusted so that the Al layer of the first metal bonding film 51 (first bonding layer 51b) and the Al layer of the second metal bonding film 52 (second bonding layer 52b) are bonded. adjust.
Thereafter, the resist pattern (not shown) is peeled off from the upper surface 2a of the first substrate 2.

また、本実施形態で説明する例の工程(3)においては、図3F中に示すように、第1基板2の上面2a側に、スパッタリング法、蒸着法又はめっき法等の方法によって導電性材料を積層することにより、第1コンタクト91a及び第2コンタクト91bを、それぞれ埋め込み配線71の両端側に接続するように形成する。
さらに、工程(4)において、第1コンタクト91aに対してそれぞれ接続するように、電極81を形成するとともに、第2コンタクト91bに対してそれぞれ接続するように、第1信号配線部61を形成する。
Further, in step (3) of the example described in this embodiment, as shown in FIG. 3F, a conductive material is deposited on the upper surface 2a side of the first substrate 2 by a method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a plating method. By stacking, the first contact 91a and the second contact 91b are formed so as to be connected to both ends of the buried wiring 71, respectively.
Furthermore, in step (4), electrodes 81 are formed so as to be respectively connected to the first contacts 91a, and first signal wiring parts 61 are formed so as to be respectively connected to the second contacts 91b. .

この際、第1コンタクト91a及び第2コンタクト91bを、例えば、タングステン(W)を用いて、スパッタリング法や蒸着法等の方法により、上記の工程(2)で形成したホール内に埋め込むように形成することができる。また、電極81については、これら電極81の形成予定位置(電極配置領域23a)に、TiN及びAlSiを、スパッタリング法等の方法で順次積層することで形成することができる。さらに、第1信号配線部61についても、これらの形成予定位置に、TiN及びAlSiを、スパッタリング法等の方法で順次積層することで形成することができる。 At this time, the first contact 91a and the second contact 91b are formed using, for example, tungsten (W) by a method such as a sputtering method or a vapor deposition method so as to be embedded in the hole formed in the above step (2). can do. Further, the electrodes 81 can be formed by sequentially stacking TiN and AlSi at the positions where the electrodes 81 are to be formed (electrode arrangement region 23a) by a method such as sputtering. Furthermore, the first signal wiring section 61 can also be formed by sequentially laminating TiN and AlSi at the intended formation positions using a method such as sputtering.

一方、例えば、第1コンタクト91a及び第2コンタクト91b、電極81、並びに第1信号配線部61を、第1金属接合膜51と同じ工程で同時に形成する場合には、上述した第1金属接合膜51と同じ材料を用い、例えば、スパッタリング法、蒸着法又はめっき法等によって形成することができる。この場合、第1コンタクト91a及び第2コンタクト91b、電極81、並びに第1信号配線部61は、第1金属接合膜51と同様の積層構造、即ち、{Au/Ta}構造、又は、{Al/TiN}構造を有するものとなる。 On the other hand, for example, when forming the first contact 91a, the second contact 91b, the electrode 81, and the first signal wiring part 61 at the same time in the same process as the first metal bonding film 51, the first metal bonding film described above It can be formed using the same material as 51, for example, by sputtering, vapor deposition, or plating. In this case, the first contact 91a, the second contact 91b, the electrode 81, and the first signal wiring section 61 have the same laminated structure as the first metal bonding film 51, that is, the {Au/Ta} structure, or the {Al /TiN} structure.

次に、本実施形態では、上記の工程(3)、工程(4)及び工程(5)を実施するとともに、これらと平行して、工程(6)において、上述したような、第2基板3の接合部31における、第1基板2と接合する位置である底面31aを覆うように第2金属接合膜52を形成するプロセスを実施する(図3Cを参照)。また、本実施形態では、工程(6)において、第2基板3の下面3a側に、第2金属接合膜52の赤外線遮断部52Aを、第1基板2上に備えられる冷接点42と離間させながら、冷接点42全体と対向する位置まで延設して形成する。また、本実施形態では、図3F及び図3Gに示す例のように、赤外線遮断部52Aを、段差形状の離間領域34上を覆うように延設させる。 Next, in this embodiment, the above-described steps (3), (4), and (5) are carried out, and in parallel with these, in step (6), the second substrate 3 as described above is A process is performed to form a second metal bonding film 52 so as to cover the bottom surface 31a, which is the position to be bonded to the first substrate 2, in the bonding portion 31 (see FIG. 3C). Further, in the present embodiment, in step (6), the infrared ray blocking portion 52A of the second metal bonding film 52 is separated from the cold contact 42 provided on the first substrate 2 on the lower surface 3a side of the second substrate 3. However, it is formed so as to extend to a position facing the entire cold junction 42. Further, in this embodiment, as in the example shown in FIGS. 3F and 3G, the infrared ray blocking section 52A is extended to cover the step-shaped separation region 34.

具体的には、まず、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、赤外線遮断部52Aを含む第2金属接合膜52を形成するための、図示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側における接合部31の底面31aの部分を除いた全面にレジストパターンを形成する。 Specifically, first, the second metal bonding film 52 including the infrared blocking portion 52A is formed on the lower surface 3a side of the second substrate 3 obtained in step (2) by a photolithography method such as a spray coating method. A resist pattern (not shown) is formed for this purpose. At this time, a resist pattern is formed on the entire surface of the second substrate 3 on the lower surface 3a side except for the bottom surface 31a of the joint portion 31.

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3Cに示すように、接合部31の底面31aに、第2下地層52aと第2接合層52bとが積層されてなる第2金属接合膜52を形成する。この際、第2金属接合膜52を、さらに、段差形状の離間領域34上を覆うように延設させることで、赤外線遮断部52Aを同時形成する。
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/Ta}構造、又は、{Al/TiN}構造の薄膜からなる、赤外線遮断部52Aを含む第2金属接合膜52を形成することができる。
その後、第2基板3の下面3aから図示略のレジストパターンを剥離する。
Next, as shown in FIG. 3C, a second base layer 52a and a second bonding layer 52b are laminated on the bottom surface 31a of the bonding portion 31 by a method such as sputtering, vapor deposition, or plating. A two-metal bonding film 52 is formed. At this time, the second metal bonding film 52 is further extended to cover the step-shaped separation region 34, thereby forming the infrared ray blocking portion 52A at the same time.
At this time, by appropriately selecting the material and the lamination order, the second metal bonding film 52 including the infrared ray blocking portion 52A, which is made of a thin film having the above-mentioned {Au/Ta} structure or {Al/TiN} structure, can be formed. can be formed.
Thereafter, the resist pattern (not shown) is peeled off from the lower surface 3a of the second substrate 3.

なお、上記の工程(3)及び工程(6)では、後述の工程(7)において、第1金属接合膜51と第2金属接合膜52とをAu-Sn共晶接合させることを目的として、例えば、第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52の各層を金(Au)又はスズ(Sn)から構成することも可能である。 In addition, in the above steps (3) and (6), for the purpose of Au-Sn eutectic bonding between the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 in the below-described step (7), For example, each layer of the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 may be made of gold (Au) or tin (Sn).

次に、工程(5)においては、工程(1)で得られた第1基板2の表面におけるデバイス領域22の形成予定位置をウェットエッチングし、サーモパイル素子4の下方に配置される凹状のデバイス領域22を形成する(図3F中の第1基板2を参照)。
具体的には、工程(5)では、まず、第1基板2の上面2aにおけるデバイス領域22の形成予定位置に、例えば、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、図示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。
Next, in step (5), wet etching is performed on the surface of the first substrate 2 obtained in step (1) at the planned formation position of the device region 22 to form a concave device region disposed below the thermopile element 4. 22 (see first substrate 2 in FIG. 3F).
Specifically, in step (5), first, a process is performed to form a concave device region 22 by wet etching, for example, by photolithography, at a position where the device region 22 is planned to be formed on the upper surface 2a of the first substrate 2. , a resist pattern (not shown) is formed.
Next, a recessed device region 22 is formed by wet etching the surface of the silicon substrate.
After that, the resist pattern is peeled off from the first substrate 2.

工程(5)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(5)においてウェットエッチングを行う場合の条件としても、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一般的に用いられている、ヒドラジン(N)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等のエッチング液を用いることができる。また、エッチング液の温度やエッチング時間等の各条件についても、従来公知の条件を何ら制限無く採用できる。
また、工程(5)においては、ウェットエッチングを用いてシリコン基板をエッチング加工することができる一方、ドライエッチングを用いた方法も採用できる。
In step (5), when forming a resist pattern by photolithography, the resist pattern can be formed under conventionally known conditions using, for example, a spin coating method.
Furthermore, the conditions for wet etching in step (5) are not particularly limited, and include, for example, hydrazine (N 2 H 4 ), potassium hydroxide, etc. Etching solutions such as (KOH) and tetramethylammonium hydroxide (TMAH) can be used. Further, regarding various conditions such as the temperature of the etching solution and the etching time, conventionally known conditions can be employed without any restrictions.
Further, in step (5), while the silicon substrate can be etched using wet etching, a method using dry etching can also be adopted.

次に、工程(7)においては、上述したように、第1基板2と第2基板3との間にサーモパイル素子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51と第2金属接合膜52とを互いに加圧して金属拡散接合させることで、サーモパイル素子4上にキャビティCを確保しながら、第1基板2と第2基板3とを接合する(図3Gを参照)。この際、第2基板3に設けられた段差形状の離間領域34により、この表面に形成される赤外線遮断部52Aが、第1基板2側に設けられた冷接点42を緩衝することなく、第1基板2と第2基板3とが接合される。 Next, in step (7), as described above, the first substrate 2 and the second substrate 3 are stacked so that the thermopile element 4 is placed between the first substrate 2 and the second substrate 3. By pressurizing the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 to perform metal diffusion bonding, the first substrate 2 and the second substrate 3 are bonded while securing the cavity C on the thermopile element 4. Join (see Figure 3G). At this time, due to the step-shaped separation area 34 provided on the second substrate 3, the infrared ray blocking portion 52A formed on this surface does not buffer the cold junction 42 provided on the first substrate 2 side. The first substrate 2 and the second substrate 3 are bonded.

具体的には、まず、図3Gに示すように、第1金属接合膜51と第2金属接合膜52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51と第2金属接合膜52との間に金属拡散接合を発現させ、これらの部分を接合することで、金属接合体50を形成させる。この際、第2金属接合膜52が延設されてなる赤外線遮断部52Aは、段差形状の離間領域34に形成されていることから、第1基板2側に設けられた第1金属接合膜51と接することはない。
Specifically, first, as shown in FIG. 3G, the first substrate 2 and the second substrate 3 are stacked so that the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 are butted against each other.
Next, by pressurizing the first substrate 2 and the second substrate 3 against each other, metal diffusion bonding is developed between the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52, and these parts are bonded. Then, a metal bonded body 50 is formed. At this time, since the infrared ray blocking portion 52A formed by extending the second metal bonding film 52 is formed in the step-shaped separation region 34, the first metal bonding film 52A provided on the first substrate 2 side There is no contact with

上記の拡散接合を行う際の条件、即ち、赤外線センサ1のキャビティ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51、並びに、第2基板3側の第2金属接合膜52が{Au(第1接合層51b又は第2接合層52b)/Ta(第1下地層51a又は第2下地層52a)}の層構造である場合には、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。 The conditions for performing the above diffusion bonding, that is, the conditions for sealing the cavity C of the infrared sensor 1, are not particularly limited, but for example, the first metal bonding film 51 on the first substrate 2 side and the second When the second metal bonding film 52 on the substrate 3 side has a layer structure of {Au (first bonding layer 51b or second bonding layer 52b)/Ta (first base layer 51a or second base layer 52a)} For example, it is preferable that the temperature conditions be in the range of 300 to 350°C and the applied pressure be in the range of 450 to 900 kPa.

一方、第1金属接合膜51、並びに、第2金属接合膜52が{Al(第1接合層51b又は第2接合層52b)/TiN(第1下地層51a又は第2下地層52a)}の層構造である場合には、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。 On the other hand, the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 are made of {Al (first bonding layer 51b or second bonding layer 52b)/TiN (first base layer 51a or second base layer 52a)}. In the case of a layered structure, it is preferable, for example, that the temperature conditions be in the range of 350 to 400° C. and the applied pressure be in the range of 27 to 60 MPa.

上述したように、第1基板2と第2基板3とを接合する際の、金属接合体50によるキャビティCに対する封止幅(接合幅)、即ち、接合部31に対応して形成された金属接合体50の最大幅としても特に限定されない。一方、この部分の接合性を高め、キャビティCの封止気密性をより高めること等を考慮すると、上記の封止幅(最大幅)は、第1下地層51a及び第2下地層52aをTaとし、第1接合層51b及び第2接合層52bをAuとした場合には、例えば、0.10~0.30mmとすることが好ましい。また、第1下地層51a及び第2下地層52aをTiN、第1接合層51b及び第2接合層52bをAlとした場合には、例えば、0.03~0.1mmの幅とすることが好ましい。 As described above, when the first substrate 2 and the second substrate 3 are bonded, the sealing width (joining width) of the cavity C by the metal bonding body 50, that is, the metal formed corresponding to the bonding portion 31. The maximum width of the joined body 50 is also not particularly limited. On the other hand, in consideration of improving the bondability of this part and further increasing the sealing airtightness of the cavity C, the above sealing width (maximum width) is When the first bonding layer 51b and the second bonding layer 52b are made of Au, the thickness is preferably 0.10 to 0.30 mm, for example. Further, when the first base layer 51a and the second base layer 52a are made of TiN, and the first bonding layer 51b and the second bonding layer 52b are made of Al, the width may be, for example, 0.03 to 0.1 mm. preferable.

また、工程(7)においては、上述したように、第1金属接合膜51及び第2金属接合膜52の各層を金(Au)又はスズ(Sn)から構成することで、Au-Sn共晶接合させることで金属接合体50を形成させてもよい。この場合には、例えば、温度条件を300~400℃の範囲とし、加圧力を0~1kPaの範囲としたうえで、封止幅を0.1~0.5mmとすることが好ましい。 Further, in step (7), as described above, each layer of the first metal bonding film 51 and the second metal bonding film 52 is made of gold (Au) or tin (Sn), so that Au-Sn eutectic The metal joined body 50 may be formed by joining. In this case, for example, it is preferable that the temperature conditions be in the range of 300 to 400° C., the pressure to be in the range of 0 to 1 kPa, and the sealing width to be in the range of 0.1 to 0.5 mm.

そして、本実施形態では、工程(8)において、図3G中に示すダイシングラインLに沿って、ブレードダイシング等によって第1基板2を切断することにより、チップ単位に個片化する。
以上の各工程により、図1及び図2に示すような、本実施形態の赤外線センサ用パッケージを含む赤外線センサ1を製造することができる。
なお、上記の各工程は、可能な範囲で、その工程順を変更したり、あるいは、同じ工程として行ったりすることも可能である。
In the present embodiment, in step (8), the first substrate 2 is cut into individual chips by blade dicing or the like along the dicing line L shown in FIG. 3G.
Through each of the above steps, an infrared sensor 1 including the infrared sensor package of this embodiment as shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured.
Note that each of the above steps can be performed in the same order or in a different order to the extent possible.

本実施形態の赤外線センサ1の製造方法によれば、まず、上記の工程(6)が、第2金属接合膜52を、第2基板3の下面3a側において、第1基板2上に備えられる冷接点42と離間させながら、この冷接点42の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部52Aを有するように形成することで、外部から入射する赤外線が冷接点42に到達するのを抑制できる構造の赤外線センサ1を製造できる。
また、第2基板3の下面3a側に設けられる赤外線遮断部52Aを、第2金属接合膜52を延設して形成することで、第2金属接合膜52との同時・一体形成が可能なので、赤外線遮断のための新たな部材を設けることなく、新たな工程の追加も不要であり、優れた生産性が得られる。
これにより、センサ感度に優れるとともに、歩留まりにも優れた赤外線センサ1を生産性よく低コストで製造することが可能になる。
According to the manufacturing method of the infrared sensor 1 of the present embodiment, first, the above step (6) is performed by providing the second metal bonding film 52 on the first substrate 2 on the lower surface 3a side of the second substrate 3. The infrared rays incident from the outside can reach the cold junction 42 by forming the infrared ray blocking part 52A that extends to a position facing at least a part of the cold junction 42 while being separated from the cold junction 42. It is possible to manufacture an infrared sensor 1 having a structure that can suppress the above.
Furthermore, by forming the infrared shielding part 52A provided on the lower surface 3a side of the second substrate 3 by extending the second metal bonding film 52, it is possible to form it simultaneously and integrally with the second metal bonding film 52. , there is no need to provide a new member for blocking infrared rays, there is no need to add a new process, and excellent productivity can be obtained.
This makes it possible to manufacture the infrared sensor 1 with high productivity and low cost, which has excellent sensor sensitivity and excellent yield.

また、工程(6)において、第2基板3の下面3a側における赤外線遮断部52Aを、第1基板2の上面3aに備えられる冷接点42と離間させながら、冷接点42の全体を覆うように対向する位置まで延設した場合には、外部から入射する赤外線が冷接点42に到達するのを効果的に抑制できる構造の赤外線センサ1を製造できる。 In addition, in step (6), the infrared ray blocking portion 52A on the lower surface 3a side of the second substrate 3 is separated from the cold contact 42 provided on the upper surface 3a of the first substrate 2, while covering the entire cold contact 42. When extended to opposing positions, it is possible to manufacture an infrared sensor 1 having a structure that can effectively suppress infrared rays incident from the outside from reaching the cold junction 42.

また、工程(2)において、第2基板3における赤外線遮断部52Aに対応する位置を、下面3a側から掘り込んだ離間領域34として形成する方法を採用することで、第2基板3、及び第2金属接合膜52が延設されてなる赤外線遮断部52Aを、冷接点42に干渉することなく確実に離間させることができる。 Further, in step (2), by adopting a method of forming a position corresponding to the infrared ray blocking portion 52A on the second substrate 3 as a spaced region 34 dug from the lower surface 3a side, the second substrate 3 and the The infrared shielding portion 52A formed by extending the two-metal bonding film 52 can be reliably separated from the cold contact 42 without interfering with it.

また、工程(2)において、離間領域34を、第2基板3の下面3aとキャビティ部32との間に設けられる段差形状として形成する方法を採用することで、上述したように、第2基板3、及び第2金属接合膜52が延設されてなる赤外線遮断部52Aを、冷接点42に干渉することなく、より確実に離間させることができる。 Further, in step (2), by adopting a method of forming the separation region 34 as a stepped shape provided between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity portion 32, as described above, the second substrate 3 and the infrared ray blocking portion 52A formed by extending the second metal bonding film 52 can be separated more reliably without interfering with the cold contact 42.

なお、本実施形態の製造方法においては、工程(2)が、離間領域34を、第2基板3の下面3aとキャビティ部32との間で漸次傾斜する斜面形状として形成する方法であってもよい。即ち、本実施形態の製造方法においては、工程(2)が、第2基板3の材料としてシリコン基板を用い、第2金属接合膜52の赤外線遮断部52Aが第1基板2上の冷接点42との間で離間するように、第2基板3における赤外線遮断部52Aに対応する位置を、第2基板3の下面3aとキャビティCとの間で漸次傾斜する斜面形状として形成することができる。また、本実施形態の製造方法においては、工程(2)が、第2基板3に形成する斜面形状の離間領域34を、シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現する、シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とし、且つ、この傾斜面の傾斜角度を、シリコン基板の結晶異方性に由来する角度として形成する方法を採用できる。 Note that in the manufacturing method of the present embodiment, step (2) may be a method in which the separation region 34 is formed as a slope shape that gradually slopes between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity portion 32. good. That is, in the manufacturing method of this embodiment, step (2) uses a silicon substrate as the material of the second substrate 3, and the infrared shielding part 52A of the second metal bonding film 52 is connected to the cold contact 42 on the first substrate 2. The position corresponding to the infrared ray blocking portion 52A on the second substrate 3 can be formed as a slope shape that gradually slopes between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity C so as to be spaced apart from each other. Further, in the manufacturing method of the present embodiment, step (2) includes performing silicon anisotropic etching on the (100) plane of the silicon substrate by wet etching to form the slope-shaped separation region 34 on the second substrate 3. It is possible to adopt a method of forming an inclined surface consisting of the (111) plane of the silicon substrate, which appears in , and the inclination angle of this inclined surface is an angle derived from the crystal anisotropy of the silicon substrate.

工程(2)において、まず、第2基板3の材料として加工性に優れるシリコン基板を用いることで、ウェットエッチングで加工するときの精度が向上する。また、一般的に流通している面方位が(100)面であるシリコン基板を採用することにより、入手容易性に優れるとともに、製造コストを抑制することが可能となる。
また、工程(2)において、第2金属接合膜52の赤外線遮断部52Aが第1基板2上の冷接点42との間で離間するように、第2基板3における赤外線遮断部52Aに対応する位置を、第2基板3の下面3aとキャビティ部32との間で漸次傾斜する斜面形状として形成することにより、第2基板3及び第2金属接合膜52が延設されてなる赤外線遮断部52Aを、冷接点42に干渉することなく、より確実に離間させることができる。
また、工程(2)において、第2基板3に形成する斜面形状の離間領域34を、シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現した、シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とし、この傾斜面の傾斜角度を、シリコン基板の結晶異方性に由来する角度、即ち、約54.7°の傾きとした場合には、安定した角度を有する斜面形状を有する離間領域34を形成できる。これにより、第2基板3、及び赤外線遮断部52Aが、冷接点42に干渉することなく、さらに確実に離間するように離間領域34を形成できる。
In step (2), first, by using a silicon substrate with excellent workability as the material of the second substrate 3, the accuracy when processing by wet etching is improved. Further, by employing a silicon substrate whose plane orientation is (100), which is generally available, it is easy to obtain and it is possible to suppress manufacturing costs.
In addition, in step (2), the infrared ray blocking portion 52A of the second metal bonding film 52 corresponds to the infrared ray blocking portion 52A on the second substrate 3 so that it is spaced apart from the cold contact 42 on the first substrate 2. By forming the position as a slope shape that gradually slopes between the lower surface 3a of the second substrate 3 and the cavity portion 32, the infrared ray blocking portion 52A is formed by extending the second substrate 3 and the second metal bonding film 52. can be separated more reliably without interfering with the cold junction 42.
In addition, in step (2), the slope-shaped separation region 34 formed on the second substrate 3 is formed by etching the (100) plane of the silicon substrate by wet etching. ) plane, and the inclination angle of this inclined plane is an angle derived from the crystal anisotropy of the silicon substrate, that is, an inclination of about 54.7°, the slope shape has a stable angle. A spaced apart region 34 can be formed. Thereby, the separation region 34 can be formed such that the second substrate 3 and the infrared ray blocking section 52A are further reliably separated from each other without interfering with the cold contact 42.

また、本実施形態の製造方法においては、工程(6)が、赤外線遮断部52Aを含む第2金属接合膜52の全体を、同一の工程で一体形成する方法を採用してもよい。
このように、工程(6)において、赤外線遮断部52Aを含む第2金属接合膜52全体を同一工程で形成することで、工程(6)に要する時間を削減できるので、生産性がより高められ、赤外線センサ1をより低コストで製造することが可能になる。
Further, in the manufacturing method of this embodiment, step (6) may adopt a method in which the entire second metal bonding film 52 including the infrared shielding portion 52A is integrally formed in the same step.
In this way, in step (6), by forming the entire second metal bonding film 52 including the infrared shielding portion 52A in the same step, the time required for step (6) can be reduced, so productivity can be further increased. , it becomes possible to manufacture the infrared sensor 1 at lower cost.

また、本実施形態の製造方法においては、工程(6)が、第2金属接合膜52のうちの少なくとも赤外線遮断部52Aの箇所を、工程(2)において第2基板3に形成する離間領域34と同時に形成する方法を採用してもよい。
このように、第2金属接合膜52のうちの少なくとも赤外線遮断部52Aの箇所を、第2基板3に形成する離間領域34と同時に形成することで、各工程に要する時間を削減できる。これにより、生産性がより高められ、赤外線センサ1をさらに低コストで製造することが可能になる。
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, step (6) includes at least the infrared ray blocking portion 52A of the second metal bonding film 52 in the spaced region 34 formed on the second substrate 3 in step (2). You may adopt the method of forming simultaneously.
In this manner, by forming at least the infrared ray blocking portion 52A of the second metal bonding film 52 at the same time as the separation region 34 formed on the second substrate 3, the time required for each process can be reduced. This further increases productivity and allows the infrared sensor 1 to be manufactured at even lower cost.

<第2の実施形態>
以下に、本開示の第2の実施形態に係る赤外線センサ、並びに、その製造方法について、図4を適宜参照しながら詳述する。
図4は、本実施形態の赤外線センサ100を模式的に説明する断面図である。
なお、以下に説明する第2の実施形態の赤外線センサ100において、上述した第1の実施形態の赤外線センサ1と共通する構成については、図中において同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
<Second embodiment>
Below, an infrared sensor according to a second embodiment of the present disclosure and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to FIG. 4 as appropriate.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically explaining the infrared sensor 100 of this embodiment.
In addition, in the infrared sensor 100 of the second embodiment described below, the same components as those of the infrared sensor 1 of the first embodiment described above are given the same reference numerals in the drawings, and detailed explanations thereof will be omitted. May be omitted.

図4に示すように、第2の実施形態の赤外線センサ100は、第2基板3A側に設けられる第2金属接合膜52から延設された赤外線遮断部52Aを有する点で、第1の実施形態の赤外線センサ1と同様である。
一方、本実施形態の赤外線センサ100は、第2基板3Aの下面3a側に設けられたキャビティ部32Aが、上面3b側から下面3a側に向かうに従って、平面視で第2基板3Aの外側方向に向かうように傾斜している傾斜面とされている点で、上述した第1の実施形態の赤外線センサ1とは異なる。即ち、本実施形態においては、第2基板3Aにおけるキャビティ部32Aの内側面32bが、立設面ではなく傾斜面とされている。より詳細には、第2の実施形態の赤外線センサ100は、第2基板3Aにおけるキャビティ部32Aの内側面32bが、シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現した、シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とされ、且つ、キャビティ部32Aの天井面32aから下面3a側に向かうに従って、平面視で第2基板3Aの外側方向に向かうように傾斜している点で、第1の実施形態の赤外線センサ1とは異なる。
As shown in FIG. 4, the infrared sensor 100 of the second embodiment is different from the first embodiment in that it has an infrared blocking section 52A extending from the second metal bonding film 52 provided on the second substrate 3A side. It is similar to the infrared sensor 1 of the form.
On the other hand, in the infrared sensor 100 of this embodiment, the cavity portion 32A provided on the lower surface 3a side of the second substrate 3A extends outward of the second substrate 3A in plan view as it goes from the upper surface 3b side to the lower surface 3a side. The infrared sensor 1 is different from the infrared sensor 1 of the first embodiment described above in that the infrared sensor 1 has an inclined surface that is inclined toward the opposite direction. That is, in this embodiment, the inner surface 32b of the cavity portion 32A in the second substrate 3A is not an upright surface but an inclined surface. More specifically, in the infrared sensor 100 of the second embodiment, the inner surface 32b of the cavity portion 32A in the second substrate 3A is formed by etching silicon anisotropically on the (100) plane of the silicon substrate by wet etching. The inclined surface is formed of the (111) plane of the silicon substrate, and is inclined toward the outer side of the second substrate 3A in plan view as it goes from the ceiling surface 32a of the cavity portion 32A toward the lower surface 3a side. This is different from the infrared sensor 1 of the first embodiment in that the infrared sensor 1 is different from the infrared sensor 1 of the first embodiment.

図4中に示すように、第2の実施形態の赤外線センサ100においても、第1の実施形態の赤外線センサ1と同様、第2基板3Aに設けられた第2金属接合膜52が、第2基板3の下面3a側において、第1基板2の上面2aに備えられる冷接点42と離間しながら、この冷接点42と対向する位置まで延設される赤外線遮断部52Aを有している。これにより、第1の実施形態の赤外線センサ1と同様、新たな部材、並びに、新たな製造プロセスを追加することなく、簡便且つ安価な構成で、優れたセンサ感度が得られる。 As shown in FIG. 4, in the infrared sensor 100 of the second embodiment as well, the second metal bonding film 52 provided on the second substrate 3A is similar to the infrared sensor 1 of the first embodiment. On the lower surface 3a side of the substrate 3, an infrared ray blocking portion 52A is provided that extends to a position facing the cold contact 42 provided on the upper surface 2a of the first substrate 2 while being separated from the cold contact 42. As a result, similar to the infrared sensor 1 of the first embodiment, excellent sensor sensitivity can be obtained with a simple and inexpensive configuration without adding new members or new manufacturing processes.

さらに、本実施形態の赤外線センサ100によれば、第2基板3Aにおけるキャビティ部32Aの内側面32bが傾斜面であることで、例えば、斜め方向から入射した赤外線が減衰するのを抑制する効果が期待できる。これにより、光の入射範囲をより広角化させることができるので、赤外線を広角化した検出角度で効率よく受光できる効果が安定的に得られる。 Furthermore, according to the infrared sensor 100 of the present embodiment, the inner surface 32b of the cavity portion 32A in the second substrate 3A is an inclined surface, which has the effect of suppressing attenuation of infrared rays incident from an oblique direction, for example. You can expect it. As a result, the incident range of light can be made wider, so that the effect of efficiently receiving infrared rays at a wider detection angle can be stably obtained.

また、赤外線センサ100においては、キャビティ部32Aの内側面32bが、シリコン基板の(111)面からなり、且つ、シリコン基板の結晶異方性に由来する結晶角度である約54.7°の傾きを有していてもよい。これにより、キャビティ部32Aの内側面32bが安定した角度を有する傾斜面となり、光の入射範囲をさらに広角化させる効果が期待できるので、上述したような、赤外線を広角化した検出角度で効率よく受光できる効果がより安定的に得られる。 Further, in the infrared sensor 100, the inner surface 32b of the cavity portion 32A is made of the (111) plane of the silicon substrate, and has an inclination of about 54.7°, which is a crystal angle derived from the crystal anisotropy of the silicon substrate. It may have. As a result, the inner surface 32b of the cavity portion 32A becomes an inclined surface with a stable angle, and the effect of further widening the light incident range can be expected. The effect of receiving light can be achieved more stably.

本実施形態の赤外線センサ100を製造する場合には、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により、第2基板3Aにおける下面3a側に、上面3b側から下面3a側に向かうに従って、平面視で第2基板3Aの外側方向に向かうように傾斜した内側面32bを形成してキャビティ部32Aを設ける方法を採用できる。
即ち、本実施形態では、キャビティ部32Aの内側面32bを、シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで、シリコン基板の(111)面を出現させた傾斜面として形成する方法を採用できる。これにより、キャビティ部32Aを、天井面32aから下面3a側に向かうに従って、平面視で第2基板3Aの外側に向かって傾斜するように形成することが可能となる。
さらに、本実施形態においては、工程(2)において、キャビティ部32Aの内側面32bにおける、シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることでシリコン基板の(111)面を出現させることにより、この(111)面の傾斜角度を、シリコン基板の結晶異方性に由来する角度である約54.7°とする方法を採用できる。
When manufacturing the infrared sensor 100 of this embodiment, in step (2), the silicon substrate is wet-etched so that the silicon substrate is wet-etched so that the silicon substrate is wet-etched so as to be etched from the upper surface 3b side to the lower surface 3a side of the second substrate 3A. A method can be adopted in which the cavity portion 32A is provided by forming an inner side surface 32b that is inclined toward the outer side of the second substrate 3A in a plan view.
That is, in this embodiment, the inner surface 32b of the cavity portion 32A is formed as an inclined surface where the (111) plane of the silicon substrate appears by anisotropically etching the (100) plane of the silicon substrate using wet etching. You can adopt the method of forming. Thereby, the cavity portion 32A can be formed so as to be inclined toward the outside of the second substrate 3A in plan view as it goes from the ceiling surface 32a toward the lower surface 3a.
Furthermore, in the present embodiment, in step (2), the (100) plane of the silicon substrate on the inner surface 32b of the cavity portion 32A is anisotropically etched by wet etching, thereby etching the (111) plane of the silicon substrate. By causing the (111) plane to appear, a method can be adopted in which the inclination angle of the (111) plane is approximately 54.7°, which is an angle derived from the crystal anisotropy of the silicon substrate.

本実施形態の工程(2)について、より具体的に説明すると、まず、第2基板3Aとして(100)面を有するシリコン基板を採用し、このシリコン基板をエッチングしたとき、シリコンの結晶異方性に起因するエッチング速度の勾配が生じる。このような作用により、図示例のような傾斜面とされた形状を有し、(111)面が出現した、キャビティ部32Aの内側面32bが得られる。このような手順で得られた第2基板3Aは、キャビティ部32Aの形状精度等がより高められたものとなる。 To explain step (2) of this embodiment in more detail, first, a silicon substrate having a (100) plane is adopted as the second substrate 3A, and when this silicon substrate is etched, the crystal anisotropy of silicon A gradient in etching rate occurs due to Due to this action, the inner surface 32b of the cavity portion 32A is obtained, which has an inclined surface shape as shown in the illustrated example, and in which a (111) plane appears. The second substrate 3A obtained by such a procedure has a cavity portion 32A with improved shape accuracy.

本実施形態において、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3Aを得るためのエッチング条件としては、特に限定されず、第1の実施形態で説明したエッチング条件を何ら制限無く採用することが可能である。
また、工程(2)において、キャビティ部32Aをウェットエッチングで形成するとともに、接合部31及び貫通領域33もウェットエッチングで形成した場合には、第2基板3Aを同じプロセスにおける一括処理で得ることができるので、生産効率が向上するとともに、製造コストを低減することも可能となる。
In this embodiment, the etching conditions for obtaining the second substrate 3A by wet etching the silicon substrate are not particularly limited, and the etching conditions described in the first embodiment can be adopted without any restrictions. It is.
Further, in the step (2), when the cavity portion 32A is formed by wet etching and the joint portion 31 and the penetration region 33 are also formed by wet etching, the second substrate 3A can be obtained by batch processing in the same process. This makes it possible to improve production efficiency and reduce manufacturing costs.

<第3の実施形態>
以下に、本開示の第3の実施形態に係る赤外線センサ用パッケージ及び赤外線センサ、並びに、それらの製造方法について、図5及び図6を適宜参照しながら詳述する。
図5は、本実施形態の赤外線センサ110を模式的に説明する平面図であり、図6は、図5中に示す赤外線センサ110のB-B断面図である。
なお、以下に説明する第3の実施形態の赤外線センサ110においても、上述した第1,2の実施形態の赤外線センサ1,100と共通する構成については、図中において同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
<Third embodiment>
Below, an infrared sensor package and an infrared sensor according to a third embodiment of the present disclosure, and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 as appropriate.
FIG. 5 is a plan view schematically explaining the infrared sensor 110 of this embodiment, and FIG. 6 is a BB cross-sectional view of the infrared sensor 110 shown in FIG.
In addition, in the infrared sensor 110 of the third embodiment described below, the same reference numerals are given to the same components in the figures as in the infrared sensors 1, 100 of the first and second embodiments described above. The detailed explanation may be omitted.

図5及び図6に示すように、第3の実施形態の赤外線センサ110は、第2基板3Bに設けられる貫通領域33,33、及び、第1基板2Aの上面2aに配置される、電極配置領域23a,23bに設けられた電極81,82が、第1基板2A及び第2基板3Bにおける平面視で、対向する一辺側と他辺側の両方に設けられている点で、第1,2の実施形態の赤外線センサ1,100とは異なる。 As shown in FIGS. 5 and 6, the infrared sensor 110 of the third embodiment has an electrode arrangement arranged in penetration regions 33, 33 provided on the second substrate 3B and on the upper surface 2a of the first substrate 2A. The electrodes 81 and 82 provided in the regions 23a and 23b are provided on both one side and the other side facing each other in a plan view of the first substrate 2A and the second substrate 3B. This is different from the infrared sensor 1,100 of the embodiment.

図5に示す例では、第1基板2Aにおける一方の電極配置領域23aに、電極81が計2箇所で等間隔で配置されており、他方の電極配置領域23bに、電極82が計4箇所で等間隔で配置されている。 In the example shown in FIG. 5, electrodes 81 are arranged at two locations at equal intervals in one electrode arrangement region 23a of the first substrate 2A, and electrodes 82 are arranged at four locations in the other electrode arrangement region 23b. They are placed at equal intervals.

また、図6に示すように、本実施形態の赤外線センサ110は、第1基板2Aに、サーモパイル素子4に電気的に接続される埋め込み配線71,72が設けられている点でも、第1,2の実施形態の赤外線センサ1,100とは異なる。
また、本実施形態の赤外線センサ110は、電極81,82と埋め込み配線71,72の一端側との間が、それぞれ、第1コンタクト91a又は第1コンタクト92aによって電気的に接続されている点でも、第1,2の実施形態の赤外線センサ1,100とは異なる。
さらに、本実施形態の赤外線センサ110は、埋め込み配線71,72の他端側に、それぞれ、第2コンタクト91b又は第2コンタクト92bを介して、第1信号配線部61又は第2信号配線部62が接続されている点でも、第1,2の実施形態の赤外線センサ1,100とは異なる。
Further, as shown in FIG. 6, the infrared sensor 110 of this embodiment has the first, This is different from the infrared sensor 1,100 of the second embodiment.
Furthermore, the infrared sensor 110 of this embodiment is also characterized in that the electrodes 81, 82 and one end side of the embedded wirings 71, 72 are electrically connected by the first contact 91a or the first contact 92a, respectively. , is different from the infrared sensor 1,100 of the first and second embodiments.
Furthermore, the infrared sensor 110 of this embodiment connects the first signal wiring section 61 or the second signal wiring section 62 to the other end side of the embedded wirings 71 and 72 via the second contact 91b or the second contact 92b, respectively. It also differs from the infrared sensor 1,100 of the first and second embodiments in that the infrared sensor 1,100 is connected.

図示例のように、第1基板2A及び第2基板3Bを平面視矩形状に構成した場合には、上述した第1,2の実施形態の赤外線センサ1,100のように、平面視で少なくとも一辺側に沿って電極配置領域が設けられていればよいが、本実施形態のように、平面視で対向する両辺に電極81,82(電極配置領域23a,23b)を配置することも可能である。従って、第1基板2Aに設けられる電極、及び、第2基板3Bに設けられる貫通領域の位置や数は、例えば、赤外線センサ用パッケージをプリント基板等に対してCOBする場合のスペースや、赤外線センサの信号増幅回路及び信号入出力制御回路等が混載されたチップへの適用を想定しながら、フレキシブルに設計することが可能となる。 As in the illustrated example, when the first substrate 2A and the second substrate 3B are configured to have a rectangular shape in plan view, at least Although it is sufficient that the electrode placement area is provided along one side, it is also possible to arrange the electrodes 81 and 82 (electrode placement areas 23a and 23b) on both sides that face each other in plan view, as in this embodiment. be. Therefore, the positions and numbers of the electrodes provided on the first substrate 2A and the penetration areas provided on the second substrate 3B are determined by, for example, the space required for COBing an infrared sensor package to a printed circuit board, etc. This makes it possible to design flexibly while assuming application to a chip on which a signal amplification circuit, a signal input/output control circuit, etc. are mixed.

上述した第1,2の実施形態の赤外線センサ1,100のように、第1基板2の一辺側にのみ電極配置領域23a(電極81)を設けた場合には、赤外線センサが搭載されるプリント基板を小型化することが可能となる。一方、第3の実施形態の赤外線センサ110のように、さらに、第1基板2Aの他辺側にも電極配置領域23b(電極82)を設けた場合には、より複雑な電気的接続に対応することも可能となる。 When the electrode arrangement area 23a (electrode 81) is provided only on one side of the first substrate 2 as in the infrared sensor 1,100 of the first and second embodiments described above, the print on which the infrared sensor is mounted It becomes possible to downsize the substrate. On the other hand, as in the infrared sensor 110 of the third embodiment, when the electrode arrangement area 23b (electrode 82) is further provided on the other side of the first substrate 2A, more complicated electrical connections can be accommodated. It is also possible to do so.

また、図6中に示すように、本実施形態の赤外線センサ110においても、第1,2の実施形態の赤外線センサ1,100と同様、第2基板3Bに設けられた第2金属接合膜52が、第2基板3の下面3a側において、第1基板2Aの上面2aに備えられる冷接点42と離間しながら、この冷接点42と対向する位置まで延設される赤外線遮断部52Aを有している。これにより、第1,2の実施形態の赤外線センサ1,100と同様、新たな部材、並びに、新たな製造プロセスを追加することなく、簡便且つ安価な構成で、優れたセンサ感度が得られる。 Further, as shown in FIG. 6, in the infrared sensor 110 of this embodiment, the second metal bonding film 52 provided on the second substrate 3B is similar to the infrared sensors 1, 100 of the first and second embodiments. However, on the lower surface 3a side of the second substrate 3, there is an infrared ray blocking portion 52A that extends to a position facing the cold contact 42 provided on the upper surface 2a of the first substrate 2A while being separated from the cold contact 42. ing. As a result, similar to the infrared sensors 1 and 100 of the first and second embodiments, excellent sensor sensitivity can be obtained with a simple and inexpensive configuration without adding new members or new manufacturing processes.

本開示の赤外線センサは、上述したように、新たな部材を追加することなく、簡便な構成並びに製造プロセスで、冷接点に赤外線が入射するのを回避することで冷接点の温度上昇を抑制でき、優れたセンサ感度並びにセンサ品質が得られるとともに、低コストで歩留まり及び生産性に優れたものである。従って、本開示の赤外線センサは、信頼性の高い赤外線検出精度が要求される小型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 infrared sensor of the present disclosure can suppress the temperature rise of the cold junction by avoiding infrared rays from entering the cold junction with a simple configuration and manufacturing process without adding any new members. , excellent sensor sensitivity and sensor quality can be obtained, as well as low cost and excellent yield and productivity. Therefore, the infrared sensor of the present disclosure is very useful in applications such as small electronic devices that require highly reliable infrared detection accuracy, such as mobile terminals, smartphones, sensor network devices, Internet of Things (IoT) technology, etc. suitable.

1,100,110…赤外線センサ
2,2A…第1基板
2a…上面
2b…下面
22…デバイス領域
22a…開口部
23a,23b…電極配置領域
3,3A,3B…第2基板
3a…下面
3b…上面
31…接合部
31a…底面
32,32A…キャビティ部
32a…天井面
33…貫通領域
4…サーモパイル型赤外線検出素子(サーモパイル素子)
4a…メンブレン薄膜
4b…赤外線吸収膜
41…熱電対
41a…第1熱電対
41b…第2熱電対
42…冷接点
43…温接点
50…金属接合体
51…第1金属接合膜
51a…第1下地層
51b…第1接合層
52…第2金属接合膜
52a…第2下地層
52b…第2接合層
52A…赤外線遮断部
61…第1信号配線部
62…第2信号配線部
71,72…埋め込み配線
81,82…電極
91a,92a…第1コンタクト
91b,92b…第2コンタクト
C…キャビティ
1, 100, 110... Infrared sensor 2, 2A... First substrate 2a... Top surface 2b... Bottom surface 22... Device area 22a... Opening 23a, 23b... Electrode placement area 3, 3A, 3B... Second substrate 3a... Bottom surface 3b... Top surface 31... Joint portion 31a... Bottom surface 32, 32A... Cavity portion 32a... Ceiling surface 33... Penetration region 4... Thermopile type infrared detection element (thermopile element)
4a... Membrane thin film 4b... Infrared absorbing film 41... Thermocouple 41a... First thermocouple 41b... Second thermocouple 42... Cold junction 43... Hot junction 50... Metal bonded body 51... First metal bonding film 51a... First bottom Geological layer 51b...First bonding layer 52...Second metal bonding film 52a...Second base layer 52b...Second bonding layer 52A...Infrared blocking section 61...First signal wiring section 62...Second signal wiring section 71, 72...Embedded Wiring 81, 82... Electrode 91a, 92a... First contact 91b, 92b... Second contact C... Cavity

Claims (11)

第1基板の上面側に設けられた第1金属接合膜と、第2基板の下面側に設けられた第2金属接合膜とが接合されていることで、封止空間が確保されてなるサーモパイル型の赤外線センサであって、
前記第2金属接合膜は、前記第2基板の前記下面側において、前記第1基板上に備えられた冷接点と離間しながら、該冷接点の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部を有することを特徴とする赤外線センサ。
A thermopile in which a sealed space is secured by bonding a first metal bonding film provided on the top surface of the first substrate and a second metal bonding film provided on the bottom surface of the second substrate. A type of infrared sensor,
The second metal bonding film extends on the lower surface side of the second substrate to a position facing at least a portion of the cold contacts while being separated from the cold contacts provided on the first substrate. An infrared sensor characterized by having an infrared blocking section.
前記赤外線遮断部は、前記第2基板の前記下面側において、前記第1基板上に備えられる前記冷接点と離間しながら、該冷接点全体と対向する位置まで延設されていることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。 The infrared ray blocking section is provided on the lower surface side of the second substrate, and extends to a position facing the entire cold contact while being separated from the cold contact provided on the first substrate. The infrared sensor according to claim 1. 前記第2基板は、前記赤外線遮断部を前記第1基板上の前記冷接点と離間させるように、前記赤外線遮断部に対応する位置が、前記下面側から掘り込まれるように設けられる離間領域とされていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の赤外線センサ。 The second substrate includes a separation area provided such that a position corresponding to the infrared ray blocking part is dug from the lower surface side so as to separate the infrared ray blocking part from the cold contact on the first substrate. The infrared sensor according to claim 1 or 2, characterized in that: 前記第2基板は、前記下面側に、前記封止空間を形成するための凹状のキャビティ部が設けられており、前記離間領域が、前記第2基板の前記下面と前記キャビティ部との間に設けられた段差形状とされていることを特徴とする請求項3に記載の赤外線センサ。 The second substrate is provided with a concave cavity portion on the lower surface side for forming the sealed space, and the separation region is between the lower surface of the second substrate and the cavity portion. The infrared sensor according to claim 3, wherein the infrared sensor has a stepped shape. 前記離間領域が、前記第2基板の前記下面と前記キャビティ部との間で漸次傾斜するように設けられた斜面形状とされていることを特徴とする請求項3に記載の赤外線センサ。 4. The infrared sensor according to claim 3, wherein the separation area has a slope shape that is gradually inclined between the lower surface of the second substrate and the cavity portion. 前記第2基板がシリコン基板からなり、前記第2基板に設けられた斜面形状の前記離間領域が、前記シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現した、前記シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とされ、且つ、該傾斜面の傾斜角度が、前記シリコン基板の結晶異方性に由来する角度とされていることを特徴とする請求項5に記載の赤外線センサ。 The second substrate is made of a silicon substrate, and the slope-shaped spaced region provided on the second substrate appears by wet etching silicon anisotropically on the (100) plane of the silicon substrate. 6. The slope of the silicon substrate is a (111) plane, and the slope angle of the slope is an angle derived from crystal anisotropy of the silicon substrate. infrared sensor. 前記第1基板及び前記第2基板が平面視矩形状とされており、
前記第1基板には、電極が設けられる電極配置領域が、前記上面側における平面視で外側に配置され、
前記電極配置領域が、前記第1基板及び前記第2基板における平面視で少なくとも一辺側に沿って配置されていることを特徴とする請求項1~請求項6の何れか一項に記載の赤外線センサ。
The first substrate and the second substrate have a rectangular shape in plan view,
In the first substrate, an electrode arrangement region in which an electrode is provided is arranged on the outside in a plan view on the upper surface side,
The infrared ray according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrode arrangement region is arranged along at least one side of the first substrate and the second substrate in plan view. sensor.
基板材料の一面側におけるデバイス領域の形成予定位置に、熱電対及びメンブレン薄膜を形成して前記サーモパイル型赤外線検出素子を配置することで第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、前記基板材料の少なくとも一部に貫通領域を形成するとともに、前記第1基板との接合面となる下面側に凹状のキャビティ部を形成し、さらに、平面視で前記キャビティ部を囲むように設けられる接合部を形成して第2基板を得る工程(2)と、
前記工程(1)で得られた前記第1基板の一面側に、前記第2基板に設けられた前記接合部に対応する位置で第1金属接合膜を形成する工程(3)と、
前記工程(1)で得られた前記第1基板の一面側における電極配置領域に電極を配置する工程(4)と、
前記工程(1)で得られた前記第1基板における前記デバイス領域の形成予定位置の表面をエッチングすることにより、前記第1基板の前記一面側に凹状のデバイス領域を形成する工程(5)と、
前記工程(2)で得られた前記第2基板の前記接合部における前記第1基板と接合する位置を覆うように第2金属接合膜を形成する工程(6)と、
前記第1基板と前記第2基板との間に前記遠赤外線検出素子が配置されるように前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせ、前記第1金属接合膜と前記第2金属接合膜とを互いに加圧して接合させることで、前記遠赤外線検出素子上に前記封止空間を確保しながら、前記第1基板と前記第2基板とを接合する工程(7)と、
ダイシングラインに沿って前記第1基板を切断することにより、チップ単位に個片化する工程(8)と、
を備え、
前記工程(1)は、前記第1基板における前記デバイス領域の形成予定位置を覆うようにメンブレン薄膜を形成した後、該メンブレン薄膜上に熱電対の少なくとも一部を配置し、該熱電対の一部である冷接点が前記デバイス領域の開口部よりも外側になるように配置するとともに、前記熱電対の一部である温接点を前記メンブレン薄膜上に配置することによって前記サーモパイル型赤外線検出素子を配置し、
前記工程(6)は、前記第2金属接合膜を、前記第2基板の前記下面側において、前記第1基板上に備えられる前記冷接点と離間させながら、該冷接点の少なくとも一部と対向する位置まで延設された赤外線遮断部を有するように形成することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
a step (1) of obtaining a first substrate by forming a thermocouple and a membrane thin film and arranging the thermopile-type infrared detection element at a position where a device region is planned to be formed on one side of the substrate material;
By etching the surface of the substrate material, a penetrating region is formed in at least a portion of the substrate material, and a concave cavity portion is formed on the lower surface side that will be the bonding surface with the first substrate, and further, when viewed from the top, a step (2) of forming a joint part provided so as to surround the cavity part to obtain a second substrate;
a step (3) of forming a first metal bonding film on one side of the first substrate obtained in the step (1) at a position corresponding to the bonding portion provided on the second substrate;
a step (4) of arranging an electrode in the electrode arrangement region on one side of the first substrate obtained in the step (1);
a step (5) of forming a concave device region on the one surface side of the first substrate by etching the surface of the first substrate obtained in the step (1) at a position where the device region is planned to be formed; ,
a step (6) of forming a second metal bonding film so as to cover a position to be bonded to the first substrate in the bonding portion of the second substrate obtained in the step (2);
The first substrate and the second substrate are stacked so that the far-infrared detecting element is disposed between the first substrate and the second substrate, and the first metal bonding film and the second metal bonding film are bonded to each other. a step (7) of bonding the first substrate and the second substrate while securing the sealing space above the far-infrared detecting element by pressurizing and bonding the films to each other;
a step (8) of dividing the first substrate into individual chips by cutting the first substrate along dicing lines;
Equipped with
The step (1) includes forming a membrane thin film so as to cover the planned formation position of the device region on the first substrate, and then arranging at least a part of the thermocouple on the membrane thin film. The thermopile type infrared detecting element is arranged so that the cold junction, which is a part of the thermocouple, is located outside the opening of the device region, and the hot junction, which is a part of the thermocouple, is arranged on the membrane thin film. place,
In the step (6), the second metal bonding film is separated from the cold contacts provided on the first substrate on the lower surface side of the second substrate, and faces at least a portion of the cold contacts. 1. A method of manufacturing an infrared sensor, the method comprising: forming an infrared sensor so as to have an infrared blocking portion extending to a position where the infrared sensor is
前記工程(6)は、前記赤外線遮断部を含む前記第2金属接合膜の全体を、同一の工程で一体形成することを特徴とする請求項8に記載の赤外線センサの製造方法。 9. The method of manufacturing an infrared sensor according to claim 8, wherein in the step (6), the entire second metal bonding film including the infrared blocking portion is integrally formed in the same step. 前記工程(6)は、前記第2金属接合膜のうちの少なくとも前記赤外線遮断部の箇所を、前記工程(2)において前記第2基板に形成する前記離間領域と同時に形成することを特徴とする請求項8に記載の赤外線センサの製造方法。 The step (6) is characterized in that at least the infrared ray blocking portion of the second metal bonding film is formed at the same time as the separation region formed on the second substrate in the step (2). The method for manufacturing an infrared sensor according to claim 8. 前記工程(2)は、前記第2基板の材料としてシリコン基板を用い、前記第2金属接合膜の前記赤外線遮断部が前記第1基板上の前記冷接点との間で離間するように、前記第2基板における前記赤外線遮断部に対応する位置を、前記第2基板の前記下面と前記キャビティ部との間で漸次傾斜する斜面形状として形成するとともに、斜面形状の前記離間領域を、前記シリコン基板の(100)面をウェットエッチングでシリコン異方性エッチングすることで出現する、前記シリコン基板の(111)面からなる傾斜面とし、且つ、該傾斜面の傾斜角度を、前記シリコン基板の結晶異方性に由来する角度として形成することを特徴とする請求項8に記載の赤外線センサの製造方法。 In step (2), a silicon substrate is used as the material of the second substrate, and the infrared ray blocking portion of the second metal bonding film is spaced apart from the cold contact on the first substrate. The position corresponding to the infrared ray blocking section on the second substrate is formed as a slope shape that gradually slopes between the lower surface of the second substrate and the cavity section, and the slope-shaped separation area is formed on the silicon substrate. The (100) plane of the silicon substrate is an inclined plane formed by the (111) plane of the silicon substrate that appears by anisotropic etching of silicon by wet etching, and the angle of inclination of the inclined plane is set according to the crystal anisotropy of the silicon substrate. 9. The method of manufacturing an infrared sensor according to claim 8, wherein the angle is formed as an angle derived from directionality.
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