JP7002390B2 - 赤外線センサ及び赤外線センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線センサ及び赤外線センサの製造方法に関する。

一般に、赤外線センサは、第１基板と、赤外線検出素子と、第２基板とが備えられる。赤外線検出素子は第１基板の上面に設けられており、赤外線を検出する。第２基板は蓋状に形成されており、赤外線検出素子を覆った状態で第１基板の上面に接合されている。また、第２基板は、赤外線を透過可能に形成されている。

赤外線センサに使用されているパッケージは、通常、有機物によるガスの発生を低減するため、減圧雰囲気で封止されている。このような、減圧雰囲気で封止するパッケージにおいては、一般的に製造コストが高いという問題がある。この問題を解決するため、蓋状の第２基板の接合部の構造を、突起部を有する凸形状構造とし、第１基板側に形成される金属配線に埋設するように接合することにより、高い製造歩留りと、接合による高い封止気密性を実現し、信頼性の高いウエハーレベルのパッケージを得ることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１６－０８２０６０号公報

しかしながら、ウエハーレベルのパッケージにおいて、蓋状の第２基板に適切な凸形状構造を形成するためには複雑な工程が必要となる。即ち、複雑な形状を有する凸形状構造を形成するためのパターニングやエッチング条件といった工程管理が必要になる。また、封止気密性を高める必要があることから、第１基板と第２基板との間の位置決めに高価なアライメント装置を用いる必要がある。このため、大きな労力を要するとともに、製造コストが増大するという問題があった。
さらに、従来の方法では、パッケージを形成して加熱による脱ガス処理を行った後、この脱ガス処理に用いたスペーサを引き抜く際にアライメントずれが生じる場合があり、封止気密性が低下してウエハーとしての歩留まりが低下するという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージが実現できるとともに、簡便な工程によって高い歩留りで製造することが可能な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。

上記課題を解決するため、本発明の赤外線センサは、
一面側に第１凸部を有する、シリコン基板からなる第１基板と、前記第１基板の前記一面側に接合され、接合面である下面側に、先端部に凹状領域が形成された第２凸部を有する、シリコン基板からなる第２基板と、前記第１凸部の側壁を覆うように設けられる第１金属配線と、前記第２凸部における前記凹状領域の側壁を覆うように設けられる第２金属配線と、前記第１基板の一面側に設けられ、赤外線を検出する赤外線検出素子と、を備え、前記第１凸部の側壁、及び、前記第２凸部に設けられる前記凹状領域の側壁が、前記シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることで形成される傾斜面とされており、前記第１凸部が前記第２凸部の前記凹状領域の内部に収容され、前記第１金属配線と前記第２金属配線とが金属拡散接合することで、前記第１金属配線が、前記凹状領域内に配置された前記第２金属配線に埋め込まれるように配置されることにより、前記第１基板と前記第２基板とが接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１凸部の側壁、及び、第２凸部に設けられる凹状領域の側壁がウェットエッチングによって形成される傾斜面とされ、第１凸部が凹状領域の内部に収容され、第１金属配線と第２金属配線とが金属拡散接合することによって第１基板と第２基板とが接合されていることで、傾斜面からなる互いの側壁に形成された第１金属配線と第２金属配線とが、加圧による摩擦で安定した金属拡散接合を発現し、封止気密性が向上する。
また、第１金属配線が、凹状領域内に配置された第２金属配線に埋め込まれることで、凹状領域内における加工精度に起因する凹凸等が吸収され、封止気密性及び内部における電気的特性がより良好になる。
また、第１凸部が凹状領域の内部に収容されていることから、脱ガス処理に用いたスペーサを引き抜く際にアライメントずれが生じるのを防止できる。
従って、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージを有する赤外線センサが実現できるとともに、簡便な工程によって高い歩留りで製造することが可能になる。

また、本発明の赤外線センサは、上記構成において、前記第１凸部の側壁、及び、前記第２凸部に設けられる前記凹状領域の側壁が、前記シリコン基板の（１１１）面とされていることが好ましい。

本発明によれば、第１凸部の側壁の表面、及び、第２凸部に設けられる凹状領域の側壁の表面が、良好な傾斜面となるので、第１金属配線と第２金属配線との金属拡散接合がより安定して発現され、封止気密性がさらに向上する。

また、本発明の赤外線センサは、上記構成において、前記第１凸部の側壁の傾斜角度、及び、前記第２凸部に設けられる前記凹状領域の側壁の傾斜角度が、シリコン基板の結晶異方性に由来する角度とすることができる。

本発明によれば、第１凸部の側壁の傾斜角度、及び、凹状領域の側壁の傾斜角度が、シリコン基板の結晶異方性に由来する角度であることで、ウェットエッチングで傾斜面を形成する際の加工性及び角度精度が向上し、第１金属配線と第２金属配線との金属拡散接合がさらに安定して発現され、封止気密性が顕著に向上する。

本発明の赤外線センサの製造方法は、少なくとも、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることにより、側壁が傾斜面とされた第１凸部を形成して第１基板を得る工程（１）と、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることにより、先端部に、側壁が傾斜面である凹状領域とされた第２凸部を形成して第２基板を得る工程（２）と、前記第１凸部の側壁を覆うように第１金属配線を形成する工程（５）と、前記第２凸部における前記凹状領域の側壁を覆うように第２金属配線を形成する工程（６）と、前記第１基板の一面側に赤外線検出素子を配置する工程（３）と、前記第１基板と前記第２基板との間に前記赤外線検出素子が配置されるように前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせ、前記第１凸部が前記第２凸部の前記凹状領域に収容された状態で、前記第１金属配線と前記第２金属配線とを互いに加圧して金属拡散接合させることで、前記第１金属配線を、前記凹状領域内に配置された前記第２金属配線に埋め込みながら、前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程（４）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、上記のように、ウェットエッチングにより、側壁が傾斜面とされた第１凸部を形成して第１基板を得るとともに、側壁が傾斜面とされた凹状領域を有する第２凸部を形成して第２基板を得たうえで、第１凸部が凹状領域に収容された状態で、第１金属配線と第２金属配線とを金属拡散接合することで、第１金属配線を、凹状領域内に配置された第２金属配線に埋め込む方法を採用することで、第１基板と第２基板とを、精度よく位置決めしながら、高い封止気密性で接合することができる。また、第１凸部を凹状領域の内部に収容することから、脱ガス処理に用いたスペーサを引き抜く際にアライメントずれが生じるのを防止できる。従って、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージを有する赤外線センサを、簡便な工程によって高い歩留りで製造することが可能になる。

また、本発明の赤外線センサの製造方法は、上記構成において、さらに、前記工程（１）が、ウェットエッチングにより、前記第１基板の一面側に、前記赤外線検出素子を収容するためのデバイス領域を形成する工程を含み、前記工程（２）が、ウェットエッチングにより、前記第２基板における接合面である下面側に、前記赤外線検出素子上に減圧空間を確保するためのキャビティ領域を形成する工程を含む方法とすることができる。

本発明によれば、上記工程を採用することにより、第１基板に設けられる第１凸部と、第２基板の第２凸部に設けられる凹状領域との位置決めがさらに容易になり、生産性が向上するとともに封止気密性も高められる。

また、本発明の赤外線センサの製造方法は、上記構成において、前記工程（１）及び前記工程（２）が、前記シリコン基板の（１００）面に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、ウェットエッチングを行う工程を含むことが好ましい。

本発明によれば、第１基板及び第２基板に第１凸部又は第２凸部をウェットエッチングで形成するにあたり、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成することで、第１凸部及び第２凸部を精度よく形成できるとともに、加工性・生産性も高められる。

また、本発明の赤外線センサの製造方法は、上記構成において、さらに、前記工程（１）及び前記工程（２）の後に、前記第１凸部の側壁を覆うように第１金属配線を形成する工程（５）と、前記第２凸部における前記凹状領域の側壁を覆うように第２金属配線を形成する工程（６）と、を備え、前記工程（４）は、前記工程（３）、前記工程（５）及び前記工程（６）の後に、前記第１金属配線を、前記凹状領域内に配置された前記第２金属配線に埋め込みながら、前記第１基板と前記第２基板とを接合する方法とすることができる。

本発明によれば、さらに、上記の工程（５）及び工程（６）を備え、第１金属配線を、凹状領域内の第２金属配線に埋め込みながら、第１基板と第２基板とを接合することで、凹状領域内における加工精度に起因する凹凸等が吸収され、封止気密性及び電気的特性がより良好になるので、優れた特性を有する赤外線センサを製造することができる。

また、本発明の赤外線センサの製造方法は、上記構成において、前記工程（４）は、前記第１凸部を、前記第２凸部の凹状領域に入り込ませることで、セルフアライメントによって前記第１基板と前記第２基板との間の位置決めを行うことが好ましい。

本発明によれば、高価で複雑な機構を有するアライメント装置を用いることなく、セルフアライメントで第１基板と第２基板との間の位置決めを行うことができるので、生産性がより高められるとともに、封止気密性に優れた赤外線センサを製造することが可能になる。

本発明の赤外線センサによれば、上記構成を備えることにより、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージが実現できるとともに、生産性及び歩留まりが高められた赤外線センサが実現できる。

また、本発明の赤外線センサの製造方法によれば、上記方法を採用することにより、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージを有する赤外線センサを、簡便な工程によって高い歩留りで製造することが可能になる。

本発明の第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。 本発明の第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Ｉ－Ｉ断面図である。 本発明の第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２中の要部を示す拡大断面図である。 本発明の第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基板を得るステップを示す工程図である。 本発明の第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ステップを示す工程図である。 本発明の第２の実施形態である赤外線センサを模式的に説明する平面図である。 本発明の第２の実施形態である赤外線センサを模式的に説明する図であり、図６中に示すＩＩ－ＩＩ断面図である。 本発明の第２の実施形態である赤外線センサを模式的に説明する図であり、図７中の要部を示す拡大断面図である。

以下、本発明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８を適宜参照しながら詳述する。なお、以下の説明で用いる各図面は、本発明の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、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

［第１の実施形態］
以下に、本発明の第１の実施形態について、図１～図５を参照しながら詳述する。
図１は、第１の実施形態の赤外線センサ１を模式的に説明する平面図であり、図２は、図１中に示す赤外線センサ１のＩ－Ｉ断面図、図３は、図２の赤外線センサ１の要部を示す拡大断面図である。また、図４及び図５は、第１の実施形態の赤外線センサ１の製造方法を模式的に説明する図であり、図４は、第２基板３を得るステップを示す工程図であり、図５は、第１基板２と第２基板３とを接合して赤外線センサを得るステップを示す工程図である。
図１に示すように、第１の実施形態の赤外線センサ１は、第１基板２（ベース基板）と、赤外線検出素子４と、第２基板３（リッド基板）とを備える。

より詳細には、本実施形態の赤外線センサ１は、上面２ａ側（一面側）に第１凸部２１を有する、シリコン基板からなる第１基板２と、第１基板２の上面２ａ側に接合され、接合面である下面３ａ側に、先端部に凹状領域３１Ａが形成された第２凸部３１を有する、シリコン基板からなる第２基板３と、第１凸部２１の側壁を覆うように設けられる第１金属配線５と、第２凸部３１における凹状領域３１Ａの側壁を覆うように設けられる第２金属配線６と、第１基板の上面２ａ側に設けられ、赤外線を検出する赤外線検出素子４と、を備えて概略構成される。図１に示すように、本実施形態の赤外線センサ１には、検出信号を出力するための電極８ａ，８ｂが備えられている。また、図示例においては、赤外線センサ１の内部で、赤外線検出素子４と電極８ａ，８ｂとを電気的に接続するための内部配線７ａ，７ｂの一部も示している。
以下、本実施形態の赤外線センサ１の構成について説明する。

第１基板２は、シリコン基板からなり、図１に示すように，平面視で矩形状に形成されている。また、第１基板２の上面２ａには、後述する赤外線検出素子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。

第１基板２は、上記のように、上面２ａ側に第１凸部２１を有している。本実施形態において、第１基板２に設けられる第１凸部２１は、側壁２１ａが、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることで形成される傾斜面とされている。また、第１凸部２１は、図１中に示すように、平面視において、第１基板２の内側を囲むような矩形状として形成されている。

第１凸部２１の大きさとしては、特に限定されないが、後述する第１基板２と第２基板３とを接合した後の封止気密性や、アライメントのし易さ、ウェットエッチングによる基板加工性等を総合的に考慮し、例えば、高さが３３～５０μｍ、幅が５０～１００μｍであることが好ましい。

赤外線検出素子４は、上述のように、第１基板２の上面２ａ側に形成された凹状のデバイス領域２２に収容されるように設けられている。赤外線検出素子４は、後述の第２基板３を透過して入射する赤外線を検出し、電極８ａ，８ｂから外部に向けて検出信号を出力する。

また、図１～図５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における第１凸部２１の周囲に絶縁層が設けられる。具体的には、図視略の絶縁層は、第１基板２の上面２ａ側のうち、赤外線検出素子４よりも外側の領域に、第１凸部２１に沿いながら、平面視で赤外線検出素子４を囲むように設けられている。この絶縁層は、絶縁性を有する材料により形成されており、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等のシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）等から形成される。

第２基板３は、シリコン基板からなり、第１基板２と同様、平面視で矩形状に形成されている。また、第２基板３は、縁部近傍に第２凸部３１を有し、概略で蓋状に形成され、赤外線を透過することが可能に構成されている。さらに、第２基板３における第２凸部３１よりも平面視で内側の領域は、詳細を後述するように、第１基板２の上面２ａ側に設けられた第１凸部２１と、第２基板３の下面３ａ側に設けられた第２凸部３１とを組み合わせて接合した際に、キャビティ領域３２によるキャビティＣを形成する。

第２基板３は、上記のように、第１基板２の上面２ａ側に接合される下面３ａ側に、先端部に凹状領域３１Ａが形成された第２凸部３１を有する。本実施形態において、第２基板３に設けられる第２凸部３１は、凹状領域３１ａの側壁３１ａが、第１基板２に設けられる第１凸部２１と同様、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることで形成される傾斜面とされている。また、図２及び図３に示す例においては、第２凸部３１の外壁３１ｂも、側壁３１ａと同様、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることで形成される傾斜面とされている。
また、第２凸部３１は、図１中に示すように、第１基板２に設けられる第１凸部２１と同様、平面視において、第２基板３の内側を囲むような矩形状として形成されている。

第２凸部３１の大きさとしても、特に限定されず、第１凸部２１の場合と同様、第１基板２と第２基板３とを接合した後の封止気密性や、アライメントのし易さ、ウェットエッチングによる基板加工性等を総合的に考慮して決定することができる。具体的には、第２凸部３１の大きさは、例えば、高さが３０～１００μｍ、幅が１００～２００μｍであることが好ましい。
また、第２凸部３１の先端部に形成される凹状領域３１Ａの大きさとしても、特に限定されず、内部に収容される第１凸部２１の大きさを考慮して決定することが好ましく、例えば、深さを３０～１００μｍ、幅を１００～２００μｍとすることができる。

第２基板３は、赤外線検出素子４を覆った状態で第１基板２と接合されている。本実施形態の赤外線センサ１においては、第１凸部２１が第２凸部３１の凹状領域３１Ａの内部に収容され、第１金属配線５と第２金属配線６とが金属拡散接合することで、第１金属配線５が、凹状領域３１Ａ内に配置された第２金属配線６に埋め込まれるように配置されることにより、第１基板２と第２基板３とが接合されている。即ち、図２及び図３に示す例においては、第１凸部２１の側壁２１ａと凹状領域３１Ａの側壁３１ａとが、後述する第１金属配線５及び第２金属配線６を挟み込むように接合されている。

第１金属配線５は、図２及び図３中に示すように、第１基板２の第１凸部２１の側壁２１ａを覆うように設けられている。図示例の第１金属配線５は、第１凸部２１の先端部も覆うように配置されている。

また、第１金属配線５は、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金属配線５の材料としては、特に限定されないが、例えば、タンタル層（Ｔａ層）の上に金層（Ａｕ層）が重ねられてなる薄膜、窒化チタン層（ＴｉＮ層）の上にアルミ層（Ａｌ層）が重ねられてなる薄膜等が挙げられる。第１金属配線５は、図視略のグラウンドに接続されている。このグラウンドは、例えば、第１基板２の他面（下面・外面）２ｂ側に設けることができるが、第１基板２の上面２ａ側に設けられてもよい。

第１金属配線５を、上記のような、Ｔａ層の上にＡｕ層が積層された薄膜から構成した場合、各層の厚さは特に限定されないが、電気的特性や接合時の強度等を勘案し、例えば、｛Ａｕ層：０．５ｎｍ～２μｍ／Ｔａ層：０．０５～０．２μｍ｝の範囲とすることが好ましい。同様に、第１金属配線５を、ＴｉＮ層の上にＡｌ層が積層された薄膜から構成した場合には、例えば、｛Ａｌ層：１～３μｍ／ＴｉＮ層：０．０５～０．５μｍ｝の範囲とすることが好ましい。

第２金属配線６は、図２及び図３中に示すように、第２基板３に設けられた第２凸部３１の凹状領域３１Ａの側壁３１ａを覆うように形成されている。より具体的には、第２金属配線６は、凹状領域３１Ａの側壁３１ａの表面に、断面略Ｖ字状に形成されている。

第２金属配線６も、第１金属配線５と同様、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。また、第２金属配線６の材料としても、特に限定されないが、第１金属配線５と同じ材料により形成される。例えば、第１金属配線５がタンタル層及び金層からなる場合には、第２金属配線６もタンタル層及び金層から構成する。この場合には、第１金属配線５の金層と第２金属配線６の金層とが接合するように、各層が積層される。また、例えば、第１金属配線５が窒化チタン層及びアルミ層からなる場合には、第２金属配線６も窒化チタン層及びアルミ層から構成する。この場合には、第１金属配線５のアルミ層と第２金属配線６のアルミ層とが接合するように、各層が積層される。

第２金属配線６を、上記のような、Ｔａ層の上にＡｕ層が積層された薄膜から構成した場合においても、各層の厚さは特に限定されないが、第１金属配線層５の場合と同様、例えば、｛Ａｕ層：０．５ｎｍ～数μｍ／Ｔａ層：数百ｎｍ｝程度とすることが好ましい。同様に、第２金属配線６を、ＴｉＮ層の上にＡｌ層が積層された薄膜から構成した場合には、例えば、｛Ａｌ層：数μｍ／ＴｉＮ層：数百ｎｍ｝程度とすることが好ましい。

第１基板２の上面２ａには、図視略の絶縁層の上に、内部配線７ａ，７ｂと、電極８ａ，８ｂとが設けられている。
内部配線７ａ，７ｂは、上述したように、赤外線検出素子４と電極８ａ，８ｂとを電気的に接続するものであり、図１～図３においては、内部配線７ａ，７ｂの一部のみを示している。また、内部配線７ａ，７ｂは、赤外線検出素子４に対して、図視略の配線によって電気的に接続されている。

電極８ａ，８ｂは、上述したように、赤外線検出素子４による検出信号を外部に出力するためのものである。電極８ａ，８ｂは、第１基板２の上面２ａ上において、それぞれ対向する縁部に沿って設けられており、図示例においては、電極８ａと電極８ｂとが、それぞれ対向して４カ所に設けられている。また、電極８ａ，８ｂは、平面視で第２基板３よりも外側に設けられている。電極８ａ，８ｂは、例えば、赤外線検出信号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。

上記の内部配線７ａ，７ｂ及び電極８ａ，８ｂを構成する材料としては、優れた導電性を有する配線材料又は電極材料であれば、特に限定されず、従来からこの分野で用いられている金属材料を何ら制限無く用いることができる。例えば、内部配線７ａ，７ｂ及び電極８ａ，８ｂとして、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミシリコン合金（ＡｌＳｉ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）を、スパッタリング法によって順次積層したもの等を用いることが可能である。

以下に、本実施形態の赤外線センサ１における、第１凸部２１の側壁２１ａを覆うように設けられる第１金属配線５と、第２凸部３１における凹状領域３１Ａの側壁３１ａを覆うように設けられる第２金属配線６との金属拡散接合について、図２の断面図、及び図３の部分拡大図を参照しながら、さらに詳しく説明する。
図２に示すように、第２基板３の下面３ａには、上述した第２凸部３１が下方に突出するように設けられ、図示例では、第２凸部３１が、第２基板３の下面３ａにおいて、赤外線検出素子４を囲むように設けられている（図１も参照）。即ち、第２凸部３１は、赤外線検出素子４を囲む矩形の枠状に形成されている。また、上述したように、第２凸部３１の先端部に形成された凹状領域３１Ａ内には、側壁３１ａを覆うように第２金属配線６が設けられている。

また、第１基板２の上面２ａには、上述した第２凸部３１が上方に突出するように設けられ、第１基板２の上面２ａにおいて、赤外線検出素子４を囲むように設けられている。即ち、第１凸部２１も、上記の第２凸部３１と同様、赤外線検出素子４を囲む矩形の枠状に形成されている。また、上述したように、第１凸部２１には、側壁２１を覆うように第１金属配線５が設けられている。

上述したように、本実施形態では、第１凸部２１の側壁２１ａと凹状領域３１Ａの側壁３１ａとが、第１金属配線５及び第２金属配線６を挟み込みながら金属拡散接合することで、第１基板２と第２基板３とが接合されている（図３の部分拡大図を参照）。
また、図２に示すように、第１基板２と第２基板３との間には、第２基板３に形成されたキャビティ領域３２によってキャビティ（減圧空間）Ｃが確保されている。キャビティＣは、所定以下の圧力で減圧雰囲気とされており、このキャビティＣ内に露出するように赤外線検出素子４が配置されている。

本実施形態においては、上記のように、第１凸部２１の側壁２１ａ、及び、第２凸部３１に設けられる凹状領域３１Ａの側壁３１ａが、ウェットエッチングによって形成される傾斜面とされている。具体的には、シリコン基板をＫＯＨ等のエッチング液を用い、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることで、シリコンの有する結晶異方性により、深さ方向に向けて斜面が形成され、側壁２１ａ及び側壁３１ａが約５４．７度の斜面として形成される。

そして、第１凸部２１が凹状領域３１Ａの内部に収容され、斜面状に形成された第１凸部２１の側壁２１ａと凹状領域３１Ａの側壁３１ａとが、第１金属配線５と第２金属配線６とを挟み込みながら加圧されることで、第１金属配線５と第２金属配線６との間に摩擦力が発生し、各金属配線同士が金属拡散接合され、第１基板２と第２基板３とが接合される。この際、従来のような加熱や加圧のみで接合を行う場合に比べて、摩擦によって各金属配線の表面の金属酸化膜が破壊されることで、安定した金属拡散接合を発現するので、接合品質が向上し、赤外線センサ１の封止気密性が顕著に向上する効果が得られる。

また、第１凸部２１が凹状領域３１Ａの内部に収容されていることから、赤外線センサ１の製造時、脱ガス処理に用いたスペーサを引き抜く際に、傾斜面からなる側壁同士でアライメントずれを吸収するセルフアライメント効果が得られるので、接合時のアライメント精度が確保される。
これにより、本実施形態によれば、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージを有する赤外線センサ１が実現できるとともに、簡便な工程によって高い歩留りで製造することが可能になる。

さらに、本実施形態においては、上記構成のように、第１凸部２１の側壁２１ａを覆う第１金属配線５が、凹状領域３１Ａ内に配置された第２金属配線６に埋め込まれることで、凹状領域３１内における加工精度に起因する凹凸等が吸収される。これにより、封止気密性及び内部における電気的特性がより良好になるので、優れたセンサ特性が実現できる。

なお、本実施形態の赤外線センサ１においては、第１凸部２１の側壁２１ａ、及び、第２凸部３１に設けられる凹状領域３１Ａの側壁３１ａが、シリコン基板の（１１１）面とされていることが好ましい。このように、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることで得られる斜面（側壁２１ａ及び側壁３１ａ）が、シリコン基板の（１１１）面であることで、これらの表面が良好な傾斜面となるので、第１金属配線５と第２金属配線６との間でより安定した金属拡散接合が発現され、封止気密性がさらに向上する効果が得られる。

また、本実施形態においては、第１凸部２１の側壁２１ａの傾斜角度、及び、第２凸部３１に設けられる凹状領域３１Ａの側壁３１ａ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することができる。このように、各側壁２１ａ，３１ａ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することで、ウェットエッチングで傾斜面を形成する際の加工性が向上し、傾斜角度を安定的に約５４．７度として精度よく加工することができる。また、各側壁２１ａ，３１ａの傾斜角度が上記角度であることで、第１金属配線５と第２金属配線６との間でさらに安定した金属拡散接合が発現され、封止気密性が顕著に向上する効果が得られる。

また、本実施形態で説明する例のように、赤外線検出素子４が第１凸部２１を備える第１基板２側に配置され、凹状領域３１Ａを有する第２凸部３１が備えられた第２基板３側にキャビティＣ（キャビティ領域３２）が設けられた構成を採用することが、第１凸部２と凹状領域３１Ａとの位置決めが容易になり、生産性が向上するとともに封止気密性も高められる観点からより好ましい。

また、本実施形態においては、第２基板３に備えられる第２凸部３１に凹状領域３１Ａを設けた例を説明しているが、これには限定されない。例えば、第１基板に備えられる第１凸部に凹状領域を設け、この中に、第２基板に備えられる第２凸部が収容される構成を採用してもよい。

次に、本実施形態の赤外線センサ１を用いた、赤外線の検出に係る処理について説明する。
まず、赤外線が上面３ｂ側から入射して第２基板３を透過すると、赤外線検出素子４は、その赤外線を検出して検出信号を出力する。赤外線検出素子４から出力された検出信号は、内部配線７ａ，７ｂ等を通り、複数の電極８ａ，８ｂから出力される。複数の電極８ａ，８ｂから出力された検出信号は、外部機器に送信されて所定の動作が行われる。

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４及び図５を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～図３も適宜参照）。

本実施形態の赤外線センサ１の製造方法は、少なくとも以下の工程（１）～（６）を備える方法である。
工程（１）：シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることにより、側壁２１ａが傾斜面とされた第１凸部２１を形成して第１基板２を得る。
工程（２）：シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることにより、先端部に、側壁３１ａが傾斜面である凹状領域３１Ａとされた第２凸部３１を形成して第２基板３を得る。
工程（５）：第１凸部２１の側壁２１ａを覆うように第１金属配線５を形成する。
工程（６）：第２凸部３１における凹状領域３１Ａの側壁３１ａを覆うように第２金属配線６を形成する。
工程（３）：第１基板２の上面２ａ側に赤外線検出素子４を配置する。
工程（４）：第１基板２と第２基板３との間に赤外線検出素子４が配置されるように第１基板２と第２基板３とを重ね合わせ、第１凸部２１が第２凸部３１の凹状領域３１Ａに収容された状態で、第１金属配線５と第２金属配線６とを互いに加圧して金属拡散接合させることで、第１金属配線５を、凹状領域３１Ａ内に配置された第２金属配線６に埋め込みながら、第１基板２と第２基板３とを接合する。

なお、本実施形態で説明する例においては、上記の工程（１）が、ウェットエッチングにより、赤外線検出素子４を収容するためのデバイス領域２２を形成する工程を含み、また、工程（２）が、ウェットエッチングにより、赤外線検出素子４上にキャビティ（減圧空間）Ｃを確保するためのキャビティ領域３２を形成する工程を含む例を説明する。

まず、工程（１）において、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングし、側壁２１ａが傾斜面とされた第１凸部２１を形成して、図５（ａ）中に示すような第１基板２を作製する。
具体的には、工程（１）では、まず、基板材料となるシリコン基板の（１００）面に、フォトリソグラフィ法により、凸状の第１凸部２１、及び、凹状のデバイス領域２２をウェットエッチングで形成するための、図視略のレジストパターンを形成する。
次いで、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることにより、第１凸部２１を形成する。これに引き続き、さらに、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることにより、凹状のデバイス領域２２を形成する。
その後、第１基板２からレジストパターンを剥離する。

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、シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングし、先端部に、側壁３１ａが傾斜面である凹状領域３１Ａとされた第２凸部３１を形成して第２基板３を作製する。
即ち、工程（２）においては、図４（ａ）に示すように、まず、基板材料となるシリコン基板３Ａの（１００）面に、フォトリソグラフィ法により、先端部に凹状領域３１Ａを有する第２凸部３１をウェットエッチングで形成するための、図視略のレジストパターンを形成する。
次いで、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板３Ａの（１００）面をウェットエッチングすることにより、凹状領域３１Ａを有する第２凸部３１を形成する。この際、図１にも示すように、第２凸部３１に囲まれた領域、即ち、キャビティ領域３２に対応する領域がキャビティＣとなる。
その後、第２基板３からレジストパターンを剥離する。

工程（１）及び工程（２）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、従来公知の条件でレジストパターンを形成することができる。
また、工程（１）及び工程（２）におけるウェットエッチング条件としても、特に限定されず、例えば、従来からシリコン基板のエッチングに用いられているエッチング液を用いることができる。また、エッチング液の温度やエッチング時間等の各条件についても、従来公知の条件を何ら制限無く採用できる。

次に、工程（５）において、図５（ａ）中に示すように、第１凸部２１の側壁２１ａを覆うように第１金属配線５を形成する。
具体的には、第１基板２の第１凸部２１の側面２１ａ及び先端部の全体に、例えば、スパッタリング法又は蒸着法により、第１金属配線５を形成する。この際、材料及び積層順を適宜選択することにより、上述したような｛Ａｕ層／Ｔａ層｝構造、又は、｛Ａｌ層／ＴｉＮ層｝構造の薄膜からなる第１金属配線５を形成することができる。

また、本実施形態においては、図５（ａ）中に示すように、第１基板２の上面２ａに、スパッタリング法によって導電性材料を積層することにより、内部配線７ａ，７ｂ及び電極８ａ，８ｂを形成する。この際、内部配線７ａ，７ｂに用いられる配線材料、及び、電極８ａ，８ｂに用いられる電極材料としては、特に限定されないが、例えば、上述したような、ＴｉＮ、ＡｌＳｉ、及びＴｉＮを順次積層することで形成することができる。

一方、本実施形態では、上記工程（５）を実施するとともに、工程（６）において、第２凸部３１における凹状領域３１Ａの側壁３１ａを覆うように第２金属配線６を形成する。
具体的には、まず、凹状領域３１Ａを含む第２凸部３が形成された第２基板３の下面３ａ上に、フォトリソグラフィ法、具体的にはスプレーコート方式によって、第１金属配線５を形成するための、図視略のレジストパターンを形成する。この際、第２基板３の下面３ａにおける、凹状領域３１Ａの部分を除いた全面にレジストパターンを形成する。

次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、スパッタリング法又は蒸着法により、凹状領域３１Ａ内の側壁３１ａ全体に第２金属配線６を形成する。
工程（６）においては、材料及び積層順を適宜選択することにより、上述したような｛Ａｕ層／Ｔａ層｝構造、又は、｛Ａｌ層／ＴｉＮ層｝構造の薄膜からなる第２金属配線６を形成することができる。また、この際、第１金属配線５が｛Ａｕ層／Ｔａ層｝からなる場合には、第２金属配線６も同様の材料から形成する。この場合には、第１金属配線５のＡｕ層と第２金属配線６のＡｕ層とが接合するように、各層の積層順を調整する。また、第１金属配線５が｛Ａｌ層／ＴｉＮ層｝からなる場合には、第２金属配線６も同様の材料から形成する。この場合には、第１金属配線５のＡｌ層と第２金属配線６のＡｌ層とが接合するように、各層の積層順を調整する。
その後、第２基板３からレジストパターンを剥離する。

次に、工程（３）において、第１基板２の上面２ａに形成された凹状のデバイス領域２２に、赤外線検出素子４を配置する（図５（ａ）等を参照）。

次に、工程（４）において、図５（ｂ）に示すように、第１基板２と第２基板３との間に赤外線検出素子４が配置されるように第１基板２と第２基板３とを重ね合わせ、第１基板２と第２基板３とを接合する。即ち、第１凸部２１が第２凸部３１の凹状領域３１Ａに収容された状態で、第１金属配線５と第２金属配線６とを互いに加圧して金属拡散接合させることで、第１金属配線５を、凹状領域３１Ａ内に配置された第２金属配線６に埋め込みながら、第１基板２と第２基板３とを接合する。

具体的には、まず、図５（ｂ）に示すように、第１凸部２１が第２凸部３１の凹状領域３１Ａに入り込むように、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凸部２１と第２凸部３１とを互いに加圧し、第１金属配線５と第２金属配線６とを摩擦することで金属拡散接合を発現させ、この部分を接合する。

上記の金属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凸部２１の側壁２１ａを覆う第１金属配線層５、及び、第２凸部３１における凹状領域３１Ａの側壁３１ａを覆う第２金属配線層６が｛Ａｕ層／Ｔａ層｝である場合には、例えば、温度条件を３００～３５０℃の範囲とし、加圧力を４５０～９００ｋＰａの範囲とすることが好ましい。
一方、第１金属配線層５及び第２金属配線層６が｛Ａｌ層／ＴｉＮ層｝である場合には、例えば、温度条件を３５０～４００℃の範囲とし、加圧力を２７～６０ＭＰａの範囲とすることが好ましい。

また、第１基板２と第２基板３とを接合する際の封止幅（接合幅）、即ち、第１金属配線層５で覆われた状態の第１凸部２１の側壁２１ａ、及び、第２金属配線層６で覆われた状態の凹状領域３１Ａの最大幅も、特に限定されない。一方、封止気密性の向上等を考慮した場合、上記の封止幅は、第１金属配線層５及び第２金属配線層６が｛Ａｕ層／Ｔａ層｝である場合には、例えば、０．１５～０．３０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、第１金属配線層５及び第２金属配線層６が｛Ａｌ層／ＴｉＮ層｝である場合には、上記の封止幅は、例えば、０．０３～０．１ｍｍの範囲であることが好ましい。
なお、上記の封止幅は、第１金属配線層５で覆われた状態の第１凸部２１の幅寸法と、第２金属配線層６で覆われた状態の凹状領域３１Ａの幅寸法を、第１凸部２１が凹状領域３１Ａ内に収容可能となるように、上記範囲内で調整して決定される。

そして、本実施形態では、上記の工程（４）の後、図５（ｃ）に示すように、ダイシングラインＬに沿って、第２基板３において対向する一対の縁部をダイシングすることにより、電極８ａ，８ｂを露出させる。
以上の各工程により、本実施形態の赤外線センサ１を製造することができる。
なお、上記の各工程は、可能な範囲で、その工程順を変更したり、あるいは、同じ工程として行ったりすることも可能である。

本実施形態の赤外線センサ１の製造方法によれば、上記のように、ウェットエッチングにより、側壁２１ａが傾斜面とされた第１凸部２１を形成して第１基板２を得るとともに、側壁３１ａが傾斜面とされた凹状領域３１Ａを有する第２凸部３１を形成して第２基板３を得たうえで、第１凸部２１が凹状領域３１Ａに収容された状態で、第１金属配線５と第２金属配線６とを金属拡散接合することで、第１金属配線５を、凹状領域３１Ａ内に配置された第２金属配線６に埋め込む方法を採用することで、第１基板２と第２基板３とを、精度よく位置決めしながら、高い封止気密性で接合することができる。また、第１凸部２１を凹状領域３１Ａの内部に収容することから、脱ガス処理に用いたスペーサを引き抜く際にアライメントずれが生じるのを防止できる。従って、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージを有する赤外線センサ１を、簡便な工程によって高い歩留りで製造することが可能になる。

また、本実施形態においては、第１凸部２の側壁２１ａに形成された第１金属配線５を、凹状領域３１Ａ内の第２金属配線に埋め込みながら、第１基板２と第２基板３とを接合する方法とすることで、凹状領域３１Ａ内における加工精度に起因する凹凸等が吸収され、封止気密性及び電気的特性がより良好になるので、優れた特性を有する赤外線センサ１を製造することができる。

また、本実施形態では、第１基板２及び第２基板３に第１凸部２１又は第２凸部３１をウェットエッチングで形成するにあたり、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成することで、第１凸部２１及び第２凸部３１を精度よく形成できるとともに、加工性・生産性も高められる。

また、本実施形態では、工程（１）が、赤外線検出素子４を収容するためのデバイス領域２２を形成する工程を含み、前記工程（２）が、赤外線検出素子４上にキャビティ（減圧空間）Ｃを確保するためのキャビティ領域３２を形成する工程を含むことで、工程（４）における第１凸部２１と第２凸部３１に設けられる凹状領域３１Ａとの位置決めも容易になるので、生産性が向上するとともに封止気密性も高められる。

また、本実施形態では、第１凸部２１を、第２凸部３１の凹状領域３１Ａに入り込ませることで、セルフアライメントによる位置決めを行うことで、高価で複雑な機構を有するアライメント装置を用いることなく第１基板２と第２基板３との間の位置決めを正確に行うことができる。これにより、生産性がより高められるとともに、封止気密性に優れた赤外線センサ１を製造することが可能になる。

［第２の実施形態］
以下に、本発明の第２の実施形態の赤外線センサ１０について、図６～８を適宜参照しながら詳述する。
なお、以下に説明する第２の実施形態の赤外線センサ１０において、上述した第１の実施形態の赤外線センサ１と共通する構成については、図中において同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。

図６は、第２の実施形態の赤外線センサ１０を模式的に説明する平面図であり、図７は、図６中に示すＩＩ－ＩＩ断面図である。また、図８は、図７中の要部を示す拡大断面図である。
図６～図８に示すように、第２の実施形態の赤外線センサ１０は、第１基板１２（ベース基板）と、赤外線検出素子４と、第２基板３（リッド基板）とを備える。そして、本実施形態の赤外線センサ１０は、第１基板１２に設けられる第１凸部１２１が、先端部に凹状領域１２１Ａを備えており、ともに凹状領域１２１Ａ，３１Ａを有する第１凸部１２１と第２凸部３１とが組み合わせられる点で、上述した第１の実施形態の赤外線センサ１とは異なる。

即ち、本実施形態の赤外線センサ１０は、第１凸部１２１及び第２凸部３１の両方が、実質的に計２本の凸部が平行して配列されるように形成されている。そして、図７及び図８に示すように、第１凸部１２１と第２凸部３１とは、凹状領域１２１Ａ又は凹状領域３１Ａに、他方の側の凸部の一部が入り込んで収容されるように構成されている。

本実施形態の赤外線センサ１０によれば、上記構成を採用することにより、凹状領域１２１Ａの内部、及び、凹状領域３１Ａの内部の両方に各凸部が収容されることで接合箇所が増加するため、封止気密性が顕著に向上する効果が得られる。
なお、本実施形態の赤外線センサ１０においては、セルフアライメントによる第１基板１２と第２基板３との位置決めについては、第１凸部１２１に備えられる凹状領域１２１Ａ又は第２凸部３１に備えられる凹状領域３１Ａの何れか一方で行えばよい。

さらに、本実施形態においては、詳細な図示については省略するが、例えば、第１基板に備えられる第１凸部、又は、第２基板に備えられる第２凸部の何れか一方あるいは両方が、先端部に複数の凹状領域を備える構成を採用してもよい。例えば、第１凸部又は第２凸部の先端部に２カ所（２本）の凹状領域が設けられた場合には、実質的に計３本の凸部が平行して配列されるように構成される。このように、第１凸部又は第２凸部に複数の凹状領域を設けた場合には、封止気密性がより顕著に向上するとともに、アライメントずれをより効果的に防止できる効果が得られる。

［作用効果］
以上説明したように、本発明に係る赤外線センサ１によれば、上記のように、第１凸部２１が凹状領域３１Ａの内部に収容され、第１金属配線５と第２金属配線６とが金属拡散接合されることで第１基板２と第２基板３とが接合された構成を採用している。これにより、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージが実現できるとともに、生産性及び歩留まりが高められた赤外線センサ１が実現できる。

また、本発明に係る赤外線センサ１の製造方法によれば、上記のように、ウェットエッチングにより、側壁２１ａが傾斜面とされた第１凸部２１を形成して第１基板２を得るとともに、側壁３１ａが傾斜面とされた凹状領域３１Ａを有する第２凸部３１を形成して第２基板３を得たうえで、第１凸部２１が凹状領域３１Ａに収容された状態で、第１金属配線５と第２金属配線６とを金属拡散接合させることで、第１金属配線５を、凹状領域３１Ａ内に配置された第２金属配線６に埋め込み、第１基板２と第２基板３とを接合する方法を採用している。これにより、第１基板２と第２基板３とを、精度よく位置決めしながら、高い封止気密性で接合できるので、ウエハーレベルのパッケージを有する赤外線センサを、簡便な工程によって高い歩留りで製造することが可能になる。

本発明の赤外線センサは、上述したように、封止気密性に優れたウエハーレベルのパッケージが実現できるとともに、生産性及び歩留まりが高められたものなので、例えば、信頼性の高い赤外線検出精度が要求される各種電子機器等における用途で非常に好適である。

１，１０…赤外線センサ
２，１２…第１基板
２ａ…上面（一面）
２ｂ…他面
２１…第１凸部
２１ａ…側壁
２２…デバイス領域
２Ａ…シリコン基板
３…第２基板
３ａ…下面
３ｂ…上面
３１…第２凸部
３１Ａ…凹状領域
３１ａ…側壁
３１ｂ…外壁
３２…キャビティ領域
４…赤外線検出素子
５…第１金属配線層
６…第２金属配線層
７ａ，７ｂ…内部配線
８ａ，８ｂ…電極
Ｃ…キャビティ（減圧空間）
Ｌ…ダイシングライン

Claims (7)

1. 一面側に第１凸部を有する、シリコン基板からなる第１基板と、
   前記第１基板の前記一面側に接合され、接合面である下面側に、先端部に凹状領域が形成された第２凸部を有する、シリコン基板からなる第２基板と、
   前記第１凸部の側壁を覆うように設けられる第１金属配線と、
   前記第２凸部における前記凹状領域の側壁を覆うように設けられる第２金属配線と、
   前記第１基板の一面側に設けられ、赤外線を検出する赤外線検出素子と、
   を備え、
   前記第１凸部の側壁、及び、前記第２凸部に設けられる前記凹状領域の側壁が、前記シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることで形成される傾斜面とされており、
   前記第１凸部が前記第２凸部の前記凹状領域の内部に収容され、前記第１金属配線と前記第２金属配線とが金属拡散接合することで、前記第１金属配線が、前記凹状領域内に配置された前記第２金属配線に埋め込まれるように配置されることにより、前記第１基板と前記第２基板とが接合されていることを特徴とする赤外線センサ。
2. 前記第１凸部の側壁、及び、前記第２凸部に設けられる前記凹状領域の側壁が、前記シリコン基板の（１１１）面とされていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
3. 前記第１凸部の側壁の傾斜角度、及び、前記第２凸部に設けられる前記凹状領域の側壁の傾斜角度が、シリコン基板の結晶異方性に由来する角度とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線センサ。
4. 少なくとも、
   シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることにより、側壁が傾斜面とされた第１凸部を形成して第１基板を得る工程（１）と、
   シリコン基板の（１００）面をウェットエッチングすることにより、先端部に、側壁が傾斜面である凹状領域とされた第２凸部を形成して第２基板を得る工程（２）と、
   前記第１凸部の側壁を覆うように第１金属配線を形成する工程（５）と、
   前記第２凸部における前記凹状領域の側壁を覆うように第２金属配線を形成する工程（６）と、
   前記第１基板の一面側に赤外線検出素子を配置する工程（３）と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に前記赤外線検出素子が配置されるように前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせ、前記第１凸部が前記第２凸部の前記凹状領域に収容された状態で、前記第１金属配線と前記第２金属配線とを互いに加圧して金属拡散接合させることで、前記第１金属配線を、前記凹状領域内に配置された前記第２金属配線に埋め込みながら、前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程（４）と、
   を備えることを特徴とする赤外線センサの製造方法。
5. さらに、前記工程（１）は、ウェットエッチングにより、前記第１基板の一面側に、前記赤外線検出素子を収容するためのデバイス領域を形成する工程を含み、
   前記工程（２）は、ウェットエッチングにより、前記第２基板における接合面である下面側に、前記赤外線検出素子上に減圧空間を確保するためのキャビティ領域を形成する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の赤外線センサの製造方法。
6. 前記工程（１）及び前記工程（２）は、前記シリコン基板の（１００）面に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、ウェットエッチングを行う工程を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の赤外線センサの製造方法。
7. 前記工程（４）は、前記第１凸部を、前記第２凸部の凹状領域に入り込ませることで、セルフアライメントによって前記第１基板と前記第２基板との間の位置決めを行うことを特徴とする請求項４～請求項６の何れか一項に記載の赤外線センサの製造方法。

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