JP7026553B2 - 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、赤外線検出素子が配置される領域が、減圧雰囲気で封止されている必要がある。このため、第１基板と第２基板との接合面を、例えば、エッチバック法や、ＣＭＰ法（化学機械研磨法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の技術を用いて平坦化し、封止性を高めながら接合することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００８－２９２３１０号公報

一般的に、特許文献１に記載されたようなエッチバック法においては、まず、ＣＶＤ法（化学気相成長法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって基板上に絶縁膜を堆積させた後、粘度の低いレジストを塗布し、レジストと絶縁膜の選択比がほぼ等しい条件で全面をドライエッチングする。その後、基板からレジストを剥離して、再度、ＣＶＤ法によって絶縁膜を堆積し、平坦化する方法が採用されている。さらに、必要に応じて、上記のＣＭＰ法を用いて絶縁膜表面の平坦化を行うこともある。このため、従来の方法で、パッケージ内に減圧空間を確保しながら赤外線センサを製造するプロセスにおいては、絶縁膜の平坦化のための工程数が多くなり、製造コストが増大するという問題があった。

また、上記のエッチバック法では、工程上において発塵する等の問題が生じることから、デバイスの歩留まりが低下するおそれがあった。
また、ＣＭＰ法では、マイクロスクラッチという小さな傷が発生することがあり、封止気密性の観点から品質が低下するおそれがあった。さらに、ＣＭＰ法は、使用する研磨剤が高価であることから、コストアップの大きな要因となっていた。

ここで、特に、絶縁膜中に信号線等の配線が埋設されているパッケージにおいては、絶縁膜の表面に大きな凹凸が表出することがあることから、平坦化するための工程数が非常に多くなる場合がある。このように、工程数が非常に多くなった場合には、上記のような、発塵による歩留まり低下や、マイクロスクラッチによる封止気密性の低下、製造コストが増大する問題がさらに顕著になる。このため、工程数を増大させることなく、且つ、複雑な構造とすることなく、高い封止気密性が得られるパッケージが切に求められていた。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な構成で高い封止気密性が得られ、信頼性に優れるとともに、簡便な工程によって低コスト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、第１基板と、前記第１基板の上面側に設けられ、赤外線を検出する赤外線検出素子と、前記第１基板において、前記赤外線検出素子が設けられるデバイス領域を除く位置に設けられた絶縁層と、前記赤外線検出素子を覆った状態で前記第１基板の上面側に接合層を介して接合され、前記第１基板に接合される凸部と、平面視で前記凸部に囲まれるように形成され、前記赤外線検出素子上に減圧空間を確保するための凹状のキャビティ領域と、を有し、赤外線を透過可能とされた第２基板と、前記絶縁層に埋設され、前記赤外線検出素子に電気的に接続されている信号線と、前記第２基板より外側に設けられ、前記信号線に電気的に接続される出力端子と、を備え、前記絶縁層には、前記第２基板に設けられる前記凸部に対応する位置で、少なくとも一部が前記信号線と直交する凹状領域が設けられており、前記接合層は、前記第１基板における前記絶縁層上に設けられる第１金属配線と、前記第２基板における前記凸部の先端に設けられる第２金属配線とからなり、前記第１金属配線は、少なくとも一部が、前記凹状領域の表面を覆うように凹状に形成され、前記第２金属配線は、少なくとも一部が、凹状に形成された前記第１金属配線に入り込むように接合されることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁層における第２基板の凸部に対応する位置で、信号線と直交する凹状領域が設けられるとともに、この凹状領域の表面を覆うように凹状の第１金属配線が設けられ、第２基板の凸部の先端に設けられた第２金属配線が、凹状に形成された第１金属配線に入り込むように接合されていることで、発塵が生じたり、工程数を増加させたりすることなく、接合部における封止気密性が高められる。これにより、絶縁層中に信号線等が埋設されている場合であっても、表面の凹凸等によって封止気密性が低下するのを防止でき、歩留まりが向上するとともに、優れたセンサ特性が得られる。
従って、簡便な構成で高い封止気密性が得られ、信頼性に優れるとともに、簡便な工程によって低コストで製造することが可能な赤外線センサが実現できる。

また、本発明の赤外線センサは、上記構成において、前記絶縁層に形成された前記凹状領域が、少なくとも一部に斜面を有する断面形状とされていることが好ましい。

本発明によれば、凹状領域が、斜面を有する断面形状に形成されていることにより、第１金属配線も斜面を有して形成されるので、第１金属配線と第２金属配線との接合状態が良好となり、歩留まりが向上するとともに、センサ特性も良好になる。さらに、第１金属配線と第２金属配線とを対向させた際、第２金属配線が、凹状に形成された第１金属配線に容易に入り込むので、生産性も高められる。

また、本発明の赤外線センサは、上記構成において、前記絶縁層に形成された前記凹状領域が、断面円弧状に形成されるとともに、前記第１金属配線が断面円弧状に形成されていることがより好ましい。

本発明によれば、凹状領域並びに第１金属配線が断面円弧状に形成されていることにより、第２金属配線が、断面円弧状に形成された第１金属配線に容易に入り込み、また、第１金属配線と第２金属配線との接合状態がより良好になる。これにより、封止気密性がより高められ、歩留まりが向上するとともに、センサ特性も良好になり、さらに、生産性もより高められる。

本発明の赤外線センサの製造方法は、少なくとも、基板材料の表面をエッチングすることにより、赤外線検出素子を収容する凹状のデバイス領域を形成して第１基板を得る工程（１）と、基板材料の表面をエッチングすることにより、凸部と、平面視で前記凸部に囲まれるように形成され、前記赤外線検出素子上に減圧空間を確保するための凹状のキャビティ領域と、を形成して第２基板を得る工程（２）と、前記第１基板における前記デバイス領域を除く位置に、少なくとも信号線が埋設された絶縁層を設ける工程（３）と、前記第１基板における前記絶縁層に、前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせたときに該第２基板の前記凸部と対応する位置で、少なくとも一部が前記信号線と直行する方向で延在するように凹状領域を形成する工程（４）と、前記第１基板における前記絶縁層の前記凹状領域の少なくとも一部を覆うように、凹状の第１金属配線を形成する工程（５）と、前記第２基板における前記凸部の先端に第２金属配線を形成する工程（６）と、前記第１基板に形成された前記デバイス領域に赤外線検出素子を配置する工程（７）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、凹状に形成された前記第１金属配線に入り込むように、前記第２基板の前記凸部に設けられた前記第２金属配線を接合することにより、前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程（８）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、少なくとも、第１基板における絶縁層に、信号線と直行する方向で延在するように凹状領域を形成する工程（４）と、絶縁層の凹状領域を覆うように凹状の第１金属配線を形成する工程（５）と、凹状に形成された第１金属配線に入り込むように第２金属配線を接合することにより、第１基板と第２基板とを接合する工程（８）とを備える方法を採用することで、発塵が生じたりすることがなく、また、平面同士で接合する場合に比べて、接合部における封止気密性を高めることができる。また、絶縁層に凹状領域を形成するステップが追加されるだけなので、工程が増加するのを抑制することができる。
従って、絶縁層中に信号線等が埋設されている場合であっても、表面の凹凸等によって封止気密性が低下するのを防止できるので、高い封止気密性を備え、信頼性に優れる赤外線センサを、簡便な工程によって低コスト且つ歩留まりよく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、絶縁層中に信号線等が埋設され、絶縁層の表面に凹凸が生じている場合であっても、簡便な構成で高い封止気密性が得られ、信頼性に優れるとともに、簡便な工程によって低コストで製造することが可能な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、絶縁層中に信号線等が埋設されている場合であっても、表面の凹凸等によって封止気密性が低下するのを防止できる。従って、高い封止気密性を備え、信頼性に優れる赤外線センサを、簡便な工程によって低コスト且つ歩留まりよく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３（ａ）は、絶縁層中に埋め込まれた信号線と凹状領域との配置関係を示す平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）中に示すＩＩ－ＩＩ断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）中に示すＩＩＩ－ＩＩＩ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、基板をエッチングすることで第２基板を得た後、凸部に第２金属配線を形成す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基板とを接合す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６を適宜参照しながら詳述する。なお、以下の説明で用いる各図面は、本発明の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断面図である。また、図３は、第１の実施形態の赤外線センサ１における、絶縁層６に埋め込まれた信号線７ａ，７ｂと、第２基板３の凸部３１及び接合層５との配置関係を説明する図である。また、図４，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、基板材料をエッチングすることで第２基板３を得た後、凸部３１に第２金属配線５２を形成するステップを示す工程図、図５は、第１基板２と第２基板３とを接合す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、第１基板２と、第１基板２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、第１基板２において、赤外線検出素子４が設けられるデバイス領域を除く位置に設けられた絶縁層６と、赤外線検出素子４を覆った状態で第１基板２の上面２ａ側に接合層５を介して接合され、第１基板２に接合される凸部３１と、平面視で凸部３１に囲まれるように形成され、赤外線検出素子４上にキャビティ（減圧空間）Ｃを確保するための凹状のキャビティ領域２２と、を有し、赤外線を透過可能とされた第２基板３と、絶縁層６に埋設され、赤外線検出素子４に電気的に接続されている信号線７ａ，７ｂと、第２基板３より外側に設けられ、信号線７ａ，７ｂに電気的に接続される出力端子８ａ，８ｂと、を備えて概略構成される。

そして、本実施形態の赤外線センサ１は、絶縁層６に、第２基板３に設けられる凸部３１に対応する位置で、少なくとも一部が信号線７ａ，７ｂと直交する凹状領域６１が設けられている。また、接合層５は、第１基板２における絶縁層６上に設けられる第１金属配線５１と、第２基板３における凸部３１の先端に設けられる第２金属配線５２とからなる。そして、第１金属配線５１は、少なくとも一部が、凹状領域６１の表面を覆うように凹状に形成され、第２金属配線５２は、少なくとも一部が、凹状に形成された第１金属配線５１に入り込むように接合される。

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に設けられる接続端子８１ａ，８１ｂ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、例えば、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。また、第１基板２には、平面視でデバイス領域２２の周囲を囲むように、絶縁層６を設けるための絶縁層領域２３が設けられている。

第１基板２は、シリコン基板をウェットエッチングすることにより、デバイス領域２２及び絶縁層領域２３を形成して得ることができる。デバイス領域２２は、例えば、平面視矩形状に形成される領域である。また、絶縁層領域２３は、例えば、平面視でデバイス領域２２の周囲を取り囲むように形成される領域である。

絶縁層６は、第１基板２における、赤外線検出素子４が備えられる領域、即ち、上記の絶縁層領域２３に設けられる。具体的には、絶縁層６は、第１基板２の上面２ａのうち、赤外線検出素子４よりも外側の領域に、この赤外線検出素子４の周囲を取り囲むように設けられている。絶縁層６は、絶縁性を有する材料から形成されており、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。

また、絶縁層６には、上述したように、第２基板３に設けられる凸部３１に対応する位置で、少なくとも一部が後述の信号線７ａ，７ｂと直交するように、凹状領域６１が設けられている。図示例では、平面視で矩形の枠状に形成された接合層６及び凹状領域６１のうち、対向する２辺の位置においてのみ、信号線７ａ，７ｂと直交している（図１中における横幅方向左右側）。

また、本実施形態においては、絶縁層６に設けられる凹状領域６１を、少なくとも一部に斜面を有する断面形状とすることができる。図２に示す例においては、凹状領域６１の表面が斜面状であるとともに、断面円弧状に形成されている。これに伴い、図示例においては、凹状領域６１の表面を覆うように形成される、詳細を後述する第１金属配線５１も、断面円弧状に形成されている。
なお、図２中に示す絶縁層６は、第１基板２の上面２ａよりも若干盛り上がるように形成されている。

凹状領域６１の深さとしては、特に限定されず、凹状領域６１の表面に形成される第１金属配線５１に、後述の第２金属配線５２を収容可能な深さで適宜設定すればよく、例えば、数百ｎｍ～１μｍ程度とすることができる。これは、埋設された信号線７ａ，７ｂによる凹凸が絶縁層６の表面に生じたとき、例えば、信号線７ａ，７ｂがポリシリコン配線からなる場合には凹凸が最大で数百ｎｍ程度となり、また、信号線７ａ，７ｂがＡｌ配線からなる場合には凹凸が最大で１μｍ程度となることに基づき、これらの凹凸を吸収できる深さである。

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。赤外線検出素子４は、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。

第２基板３は、例えば、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と、第２基板３の下面３ａ側に設けられた凸部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、赤外線検出素子４を覆った状態で、凸部３１が、絶縁層６の上面に接合層５を介して接合されている。これにより、第２基板３は、接合層５を介して第１基板２に接合されている。

接合層５は、導電性を有した金属材料からなり、以下に説明するような、第１基板２における絶縁層６上に設けられる第１金属配線５１と、第２基板３における凸部３１の先端に設けられる第２金属配線５２とから構成される。そして、第１金属配線５１は、少なくとも一部が、凹状領域６１の表面を覆うように凹状に形成され、第２金属配線５２は、少なくとも一部が、凹状に形成された第１金属配線５１に入り込むように接合される。

第１金属配線５１は、図２中に示すように、第１基板２の上面２ａに、第２基板３に設けられる凸部３１に対応する位置で設けられている。即ち、第１金属配線５１は、第１基板２における絶縁層６に設けられた凹状領域６１の表面を覆うように形成されている。図示例においては、第１金属配線５１の縁部が、凹状領域６１から若干はみ出すように形成されている。また、第１金属配線５１は、第１基板２を平面視して概略矩形の枠状に形成されている。

また、第１金属配線５１は、上述したように、導電性を有する金属材料により、絶縁層６の凹状領域６１の表面を覆うように薄膜状に形成されている。第１金属配線５１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５１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５１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５１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５２は、図２中に示すように、第２基板３に設けられた凸部３１の先端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５２は、凸部３１と同様、第２基板３の下面３ａ側において、平面視で概略矩形の枠状に形成されている。

第２金属配線５２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るか、あるいは、凸状の配線として形成される。また、第２金属配線５２の材料としても、特に限定されないが、第１金属配線５１と同じ材料により形成される。例えば、第１金属配線５１がタンタル層及び金層からなる場合には、第２金属配線５２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５１の金層と第２金属配線５２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５１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５２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５１のアルミ層と第２金属配線５２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５２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５１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５２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、絶縁層６の上に、接続端子８１ａ，８１ｂと、電極８ａ，８ｂと、が設けられている。
接続端子８１ａ，８１ｂは、上述したように、赤外線検出素子４と電極８ａ，８ｂとを電気的に接続するものであり、図２においては、接続端子８１ａ，８１ｂの一部のみを示している。また、接続端子８１ａ，８１ｂ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。また、各接続端子８１ａ，８１ｂは、詳細を後述する信号線７ａ，７ｂの一端に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５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の入力側は、詳細を後述する信号線７ａ，７ｂの他端に電気的に接続されている。また、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。

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。

図２に示すように、絶縁層６には、複数の信号線７ａ，７ｂが埋設されている。具体的には、複数の信号線７ａ，７ｂ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いる。信号線７ａ，７ｂは、接続端子８１ａ，８１ｂ、第１金属配線５１及び電極８ａ，８ｂの下方にわたるように配置されている。信号線７ａ，７ｂは、例えば、ポリシリコン配線やアルミニウム（Ａｌ）配線等、一般に埋め込み配線に用いられる導電性材料を何ら制限無く用いることができる。

また、絶縁層６には、信号線７ａ，７ｂの一端と接続端子８１ａ，８１ｂとを繋ぐ部分にビア９ｂが設けられている。これにより、信号線７ａ，７ｂの一端が、ビア９ｂを介して接続端子８１ａ，８１ｂに電気的に接続されている。
また、絶縁層６には、信号線７ａ，７ｂの他端と電極８ａ，８ｂとを繋ぐ部分にビア９ａが設けられている。これにより、信号線７ａ，７ｂの他端は、ビア９ａを介して電極８ａ，８ｂに電気的に接続されている。
上記により、これにより赤外線検出素子４は、複数の配線、複数の接続端子８１ａ，８１ｂ、複数のビア９ａ，９ｂ及び信号線信号線７ａ，７ｂを介して、複数の電極８ａ，８ｂに電気的に接続されている。

接続端子８１ａ，８１ｂ及びビア９ａ，９ｂ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。

図３（ａ）は、図１中に示すＡ部の拡大図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）中に示すＩＩ－ＩＩ断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）中に示すＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。以下の説明においては、絶縁層６中に埋設された信号線７ａ，７ｂのうち、電極８ａに接続された信号線７ａを例に挙げて説明する。

図３（ａ）～（ｃ）に示すように、絶縁層６には、複数の信号線７ａが、それぞれ並列に埋設されている。具体的には、複数の信号線７ａが、概略平行に並べられるように配置されている。また、各信号線７ａは、それぞれ、複数の電極８ａに向かって長尺に延設されている。

図３（ｃ）に示すように、絶縁層６に信号線７ａが埋め込まれていると、通常、絶縁層６の表面には、信号線７ａの厚さ方向の寸法等に起因する凹凸が生じる。
一方、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の赤外線センサ１においては、第１基板２と第２基板３との接合層５が設けられる位置で凹状領域６１が設けられている。これにより、絶縁層６の表面の凹凸に左右されることなく、第１金属配線５１と第２金属配線５２とが、強固且つ安定した状態で良好に接続される。

本実施形態の赤外線センサ１によれば、絶縁層６における第２基板３の凸部に対応する位置で、信号線７ａ，７ｂと直交する凹状領域６１が設けられるとともに、この凹状領域６１の表面を覆うように凹状の第１金属配線５１が設けられ、第２基板３の凸部３１の先端に設けられた第２金属配線５２が、凹状に形成された第１金属配線５１に入り込むように接合されている。即ち、信号線７ａ，７ｂ等に起因する絶縁層６の表面の凹凸を吸収できる深さで、絶縁層６に凹状領域６１を形成し、この内面に形成された凹状の第１金属配線５１と、この中に埋め込まれるように配置された第２金属配線５２との間が金属拡散接合されていることで、発塵が生じたり、工程数を増加させたりすることなく、接合層５における封止気密性が高められる。これにより、絶縁層６中に信号線７ａ，７ｂ等が埋設されている場合であっても、表面の凹凸等によって封止気密性が低下するのを防止でき、歩留まりが向上するとともに、優れたセンサ特性が得られる。従って、簡便な構成で高い封止気密性が得られ、信頼性に優れるとともに、簡便な工程によって低コストで製造することが可能な赤外線センサ１が実現できる。

また、絶縁層６に設けられる凹状領域６１を、斜面を有する断面形状とすることで、凹状領域６１の表面に形成される第１金属配線５１も斜面を有するものとなるので、第１金属配線５１と第２金属配線５２との金属拡散接合による接合状態が良好になる。また、第１金属配線５１と第２金属配線５２とを対向させた際、第２金属配線５２が、凹状に形成された第１金属配線５１に容易に入り込むので、生産性も高められる。

また、絶縁層６に設けられた凹状領域６１が断面円弧状に形成されるとともに、その表面に形成された第１金属配線５１も断面円弧状に形成されていることで、第２金属配線５２が断面円弧状の第１金属配線５１に容易に入り込み、また、第１金属配線５１と第２金属配線５２との間の金属拡散接合が効果的に発現され、接合状態がより良好になる。従って、第１基板２と第２基板３との間のキャビティＣにおける封止気密性がより高められ、歩留まりが向上するとともに、センサ特性も良好になり、さらに、生産性もより高められる。

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、複数の配線や複数の接続端子８１ａ，８１ｂ、複数のビア９ａ，９ｂ、複数の信号線７ａ，７ｂ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、上述した本実施形態の赤外線センサ１を製造する方法であり、少なくとも以下の工程（１）～（８）を備える方法である。
工程（１）：基板材料の表面をエッチングすることにより、赤外線検出素子４を収容する凹状のデバイス領域２２を形成して第１基板を得る。
工程（２）：基板材料の表面をエッチングすることにより、凸部３１と、平面視で凸部３１に囲まれるように形成され、赤外線検出素子４上にキャビティ（減圧空間）Ｃを確保するための凹状のキャビティ領域３２とを形成して第２基板を得る。
工程（３）：第１基板２におけるデバイス領域２２を除く位置に、少なくとも信号線７ａ，７ｂが埋設された絶縁層６を設ける。
工程（４）：第１基板２における絶縁層６に、第１基板２と第２基板３とを重ね合わせたときに該第２基板３の凸部３１と対応する位置で、少なくとも一部が信号線７ａ，７ｂと直行する方向で延在するように凹状領域６１を形成する。
工程（５）：第１基板２における絶縁層６の凹状領域６１の少なくとも一部を覆うように、凹状の第１金属配線５１を形成する。
工程（６）： 第２基板３における凸部３１の先端に第２金属配線５２を形成する。
工程（７）：第１基板２に形成されたデバイス領域２２に赤外線検出素子４を配置する。
工程（８）：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、凹状に形成された第１金属配線３１に入り込むように、第２基板３の凸部３１に設けられた第２金属配線５２を接合することにより、第１基板２と第２基板３とを接合する。

まず、工程（１）において、基板材料、例えばシリコン基板の表面をウェットエッチングし、赤外線検出素子４を収容する凹状のデバイス領域２２を形成して第１基板２を作製する（図５（ａ）を参照）。
具体的には、工程（１）では、まず、基板材料となるシリコン基板の表面に、フォトリソグラフィ法により、凹状のデバイス領域２２をウェットエッチングで形成するための、図視略のレジストパターンを形成する。
次いで、シリコン基板の表面をウェットエッチングすることにより、凹状のデバイス領域２２を形成する。
その後、第１基板２からレジストパターンを剥離する。

また、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、基板材料、例えばシリコン基板の表面をエッチングすることにより、凸部３１と、平面視で凸部３１に囲まれるように形成され、赤外線検出素子４上にキャビティＣを確保するための凹状のキャビティ領域３２とを形成して第２基板３を作製する。

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。
そして、シリコン基板の表面に、フォトリソグラフィ法により、凸部３１、キャビティ領域３２をウェットエッチングで形成するための図視略のレジストパターンを形成する。

次いで、シリコン基板の表面をウェットエッチングすることにより、図４（ａ）に示すように、凸部３１を形成するとともに、凸部３１に囲まれたキャビティ領域３２を形成する。本実施形態の製造方法で得られる赤外線センサ１は、上記のキャビティ領域３２に対応する領域がキャビティＣとなる。
その後、第２基板３から図視略のレジストパターンを剥離する。

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、例えばスピンコート法等を用いて、従来公知の条件でレジストパターンを形成することができる。
また、工程（１）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ＫＯＨ等のエッチング液を用いることができる。また、エッチング液の温度やエッチング時間等の各条件についても、従来公知の条件を何ら制限無く採用できる。

次に、工程（３）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、少なくとも信号線７ａ，７ｂが埋設された絶縁層６を設ける（図５（ａ）を参照）。
具体的には、第１基板２における、赤外線検出素子４が備えられる領域、即ち、第１基板２の上面２ａのうち、赤外線検出素子４よりも外側に位置する絶縁層領域２３に、この赤外線検出素子４の周囲を取り囲むように絶縁層６を形成する。

一般的に、絶縁層は、例えば、シリコン基板の表面に対して酸化処理あるいは窒化処理を行うことにより、この部分を、絶縁材料である二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等のシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ）等に改質することで形成することが可能である。
一方、本実施形態の工程（３）においては、信号線７ａ，７ｂが埋設された状態で絶縁層６を形成することから、例えば、まず、上記の工程（１）において、ウェットエッチングにより、デバイス領域２２と同時に凹状の絶縁層領域２３を形成しておく。
そして、本工程（３）において、上記のような絶縁材料を絶縁層領域２３に堆積させるとともに、内部に導電材料からなる信号線７ａ，７ｂ、及びビア９ａ，９ｂを形成しながら、絶縁層６を形成することができる。

次に、工程（４）において、絶縁層６に、第１基板２と第２基板３とを重ね合わせたときに該第２基板３の凸部３１と対応する位置で、少なくとも一部が信号線７ａ，７ｂと直行する方向で延在するように凹状領域６１を形成する（図５（ａ）を参照）。
具体的には、絶縁層６に対してウェットエッチングを施すことにより、デバイス領域２２の周囲を取り囲むように、枠状の凹状領域６１を形成する。本実施形態では、図１に示す例のように、枠状に形成された凹状領域６１（絶縁層６）のうち、対向する２辺の位置のみが信号線７ａ，７ｂと直交するように、凹状領域６１を形成する。

絶縁層６をウェットエッチングする際の条件としては、特に限定されず、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）やバッファードフッ酸（ＢＨＦ）等をエッチング液に用いて、従来公知の条件でウェットエッチングを行い、凹状領域６１を形成することができる。

本実施形態の製造方法は、従来の方法に対し、ウェットエッチングによって凹状領域６１を形成するステップのみが追加された方法なので、大幅な工程の増加を伴うことがなく、製造コストを抑制することができる。

次に、工程（５）において、絶縁層６の凹状領域６１の少なくとも一部を覆うように、凹状の第１金属配線５１を形成する（図５（ａ）を参照）。図示例においては、凹状領域６１の表面の全体に第１金属配線５１を形成するとともに、第１金属配線５１の幅方向の端部が、凹状領域６１から若干はみ出るように形成している。

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に配置された絶縁層６上に、上記同様、スプレーコート法等のフォトリソグラフィ法により、第１金属配線５１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、絶縁層６上における、凹状領域６１に対応する部分を除いた全面にレジストパターンを形成する。
その後、第１基板２から図視略のレジストパターンを剥離する。

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、凹状領域６１の内面に第１金属配線５１を形成する。
工程（５）においては、材料及び積層順を適宜選択することにより、上述したような｛Ａｕ層／Ｔａ層｝構造、又は、｛Ａｌ層／ＴｉＮ層｝構造の薄膜からなる第１金属配線５１を形成することができる。
その後、第１基板２から図視略のレジストパターンを剥離する。

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、電極８ａ，８ｂ及び接続端子８１ａ，８１ｂを形成する。この際、電極８ａ，８ｂ及び接続端子８１ａ，８１ｂに用いられる材料としては、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。

次に、工程（６）において、第２基板３における凸部３１の先端に第２金属配線５２を形成する。
具体的には、まず、図４（ａ）に示すような、工程（２）で得られた第２基板３の下面３ａ側に、スプレーコート法等のフォトリソグラフィ法により、第２金属配線５２を形成するための、図視略のレジストパターンを形成する。この際、第２基板３の下面３ａにおける、凸部３１の部分を除いた全面にレジストパターンを形成する。
次いで、例えば、スパッタリング法、蒸着法又はめっき法等の方法により、図４（ｂ）に示すように、凸部３１の先端に第２金属配線５２を形成する。この際、材料及び積層順を適宜選択することにより、上述したような｛Ａｕ層／Ｔａ層｝構造、又は、｛Ａｌ層／ＴｉＮ層｝構造の薄膜からなる第２金属配線５２を形成することができる。

また、この際、第１金属配線５１が｛Ａｕ層／Ｔａ層｝からなる場合には、第２金属配線５２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５２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５１が｛Ａｌ層／ＴｉＮ層｝からなる場合には、第２金属配線５２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５２のＡｌ層とが接合するように、各層の積層順を調整する。
その後、第１基板２から図視略のレジストパターンを剥離する。

次に、工程（７）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（８）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、凹状に形成された第１金属配線３１に入り込むように、第２基板３の凸部３１に設けられた第２金属配線５２を接合することにより、第１基板２と第２基板３とを接合する。即ち、第２基板３の凸部３１の先端に形成された第２金属配線５２を、凹状の第１金属配線５１内に収容した状態で、互いに加圧することで金属拡散接合を発現させることにより、第１基板２と第２基板３とを接合する。

具体的には、まず、図５（ｂ）に示すように、第２金属配線５２が凹状の第１金属配線５１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金属配線５と第２金属配線５２との間に金属拡散接合を発現させ、この部分を接合する。

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金属配線５１、及び、第２基板３側の第２金属配線５２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５１及び第２金属配線５２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、図５（ｂ）中に示す第１金属配線５１と第２金属配線５２との接触幅も、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５１及び第２金属配線５２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５１及び第２金属配線５２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。

そして、本実施形態では、上記の工程（８）の後、図５（ｂ）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。

本実施形態の製造方法においては、上記のように、少なくとも、第１基板２における絶縁層６に、信号線７ａ，７ｂと直行する方向で延在するように凹状領域６１を形成する工程（４）と、絶縁層６の凹状領域６１を覆うように凹状の第１金属配線５１を形成する工程（５）と、凹状に形成された第１金属配線５１に入り込むように第２金属配線５２を接合することにより、第１基板２と第２基板３とを接合する工程（８）とを備える方法を採用している。
これにより、発塵が生じたりすることがなく、また、平面同士で基板同士を接合する場合に比べて、接合部５における封止気密性を高めることができる。また、第１基板２及び第２基板３における凹凸等も吸収されるので、封止気密性の向上に加え、内部における電気的特性もより良好になる。
また、従来の方法に比べ、第１基板２における絶縁層６の表面を平坦化するための工程を省略できるので、製造コストをより低減することが可能になる。さらに、本実施形態においては、絶縁層６に凹状領域６１を形成するステップが追加されるだけなので、工程が増加するのを抑制できる。
従って、絶縁層６中に信号線７ａ，７ｂ等が埋設されている場合であっても、表面の凹凸等によって封止気密性が低下するのを防止できるので、高い封止気密性を備え、信頼性に優れる赤外線センサ１を、簡便な工程によって低コスト且つ歩留まりよく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断面図である。
図６７に示すように、第２の実施形態の赤外線センサ１０は、第１の実施形態の赤外線センサ１と同様、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。

本実施形態の赤外線センサ１０においては、第２基板３の凸部３１の全体にわたって第２金属配線１５２が形成されている。また、第１基板２側の絶縁層１０６に形成された凹状領域１６１は幅広に構成され、側面側が斜面に形成されている一方、下面側の一部は概略平坦面とされており、この凹状領域１６１を覆うように第２金属配線１５１が形成されている。そして、本実施形態においては、第２金属配線１５２が、第２基板３の凸部３１の全幅にわたって凹状領域１６１に収容されるように構成されている点で、上記の第１の実施形態の赤外線センサ１とは異なる。

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、信号線７ａ，７ｂ等に起因する絶縁層１０６の表面の凹凸を吸収できる深さで、絶縁層１０６に凹状領域１６１を形成し、この内面に形成された凹状の第１金属配線１５１と、この中に埋め込まれるように配置された第２金属配線１５２との間が金属拡散接合されていることで、発塵が生じたり、工程数を増加させたりすることなく、接合層１０５における封止気密性が高められる。これにより、絶縁層１０６中に信号線７ａ，７ｂ等が埋設されている場合であっても、表面の凹凸等によって封止気密性が低下するのを防止でき、歩留まりが向上するとともに、優れたセンサ特性が得られる。
従って、第１の実施形態の場合と同様、簡便な構成で高い封止気密性が得られ、信頼性に優れるとともに、簡便な工程によって低コストで製造することが可能な赤外線センサ１０が実現できる。

［作用効果］
以上説明したように、本実施形態の赤外線センサ１によれば、上記構成を備えることにより、絶縁層６中に信号線７ａ，７ｂ等が埋設され、絶縁層６の表面に凹凸が生じている場合であっても、簡便な構成で高い封止気密性が得られ、信頼性に優れるとともに、簡便な工程によって低コストで製造することが可能な赤外線センサ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、上記方法を採用することにより、絶縁層６中に信号線信号線７ａ，７ｂ等が埋設されている場合であっても、表面の凹凸等によって封止気密性が低下するのを防止できる。従って、高い封止気密性を備え、信頼性に優れる赤外線センサ１を、簡便な工程によって低コスト且つ歩留まりよく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、絶縁層中に信号線等が埋設されている場合であっても、簡便な構成で高い封止気密性が得られ、信頼性に優れるとともに、簡便な工程によって低コストで製造することが可能なものなので、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…第１基板
２ａ…一面
２ｂ…他面
２２…デバイス領域
２３…絶縁層領域
３…第２基板
３ａ…下面
３ｂ…上面
３１…凸部
３２…キャビティ領域
４…赤外線検出素子
５…接合層
５１…第１金属配線
５２…第２金属配線
６…絶縁層
７ａ，７ｂ…信号線
７１…ダミー線
８ａ，８ｂ…電極
８１ａ，８１ｂ…接続端子
９ａ，９ｂ…ビア
Ｃ…キャビティ（減圧空間）
Ｌ…ダイシングライン

Claims (4)

1. 第１基板と、
   前記第１基板の上面側に設けられ、赤外線を検出する赤外線検出素子と、
   前記第１基板において、前記赤外線検出素子が設けられるデバイス領域を除く位置に設けられた絶縁層と、
   前記赤外線検出素子を覆った状態で前記第１基板の上面側に接合層を介して接合され、前記第１基板に接合される凸部と、平面視で前記凸部に囲まれるように形成され、前記赤外線検出素子上に減圧空間を確保するための凹状のキャビティ領域と、を有し、赤外線を透過可能とされた第２基板と、
   前記絶縁層に埋設され、前記赤外線検出素子に電気的に接続されている信号線と、
   前記第２基板より外側に設けられ、前記信号線に電気的に接続される出力端子と、を備え、
   前記絶縁層には、前記第２基板に設けられる前記凸部に対応する位置で、少なくとも一部が前記信号線と直交する凹状領域が設けられており、
   前記接合層は、前記第１基板における前記絶縁層上に設けられる第１金属配線と、前記第２基板における前記凸部の先端に設けられる第２金属配線とからなり、
   前記第１金属配線は、少なくとも一部が、前記凹状領域の表面を覆うように凹状に形成され、
   前記第２金属配線は、少なくとも一部が、凹状に形成された前記第１金属配線に入り込むように接合されることを特徴とする赤外線センサ。
2. 前記絶縁層に形成された前記凹状領域が、少なくとも一部に斜面を有する断面形状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. 前記絶縁層に形成された前記凹状領域が、断面円弧状に形成されるとともに、前記第１金属配線が断面円弧状に形成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。
4. 少なくとも、
   基板材料の表面をエッチングすることにより、赤外線検出素子を収容する凹状のデバイス領域を形成して第１基板を得る工程（１）と、
   基板材料の表面をエッチングすることにより、凸部と、平面視で前記凸部に囲まれるように形成され、前記赤外線検出素子上に減圧空間を確保するための凹状のキャビティ領域と、を形成して第２基板を得る工程（２）と、
   前記第１基板における前記デバイス領域を除く位置に、少なくとも信号線が埋設された絶縁層を設ける工程（３）と、
   前記第１基板における前記絶縁層に、前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせたときに該第２基板の前記凸部と対応する位置で、少なくとも一部が前記信号線と直行する方向で延在するように凹状領域を形成する工程（４）と、
   前記第１基板における前記絶縁層の前記凹状領域の少なくとも一部を覆うように、凹状の第１金属配線を形成する工程（５）と、
   前記第２基板における前記凸部の先端に第２金属配線を形成する工程（６）と、
   前記第１基板に形成された前記デバイス領域に赤外線検出素子を配置する工程（７）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、凹状に形成された前記第１金属配線に入り込むように、前記第２基板の前記凸部に設けられた前記第２金属配線を接合することにより、前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程（８）と、
   を備えることを特徴とする赤外線センサの製造方法。

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