JPH06249708A - 赤外線センサおよびその製造方法 - Google Patents

赤外線センサおよびその製造方法

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JPH06249708A
JPH06249708A JP5033719A JP3371993A JPH06249708A JP H06249708 A JPH06249708 A JP H06249708A JP 5033719 A JP5033719 A JP 5033719A JP 3371993 A JP3371993 A JP 3371993A JP H06249708 A JPH06249708 A JP H06249708A
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infrared
silicon substrate
infrared sensor
substrate
section
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JP5033719A
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Inventor
Yasukazu Iwasaki
靖和 岩崎
Makoto Uchiyama
誠 内山
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線検出部が形成された半導体基板と赤外
線フィルタとのプリアッセンブリを実現することによ
り、工数を低下して量産性の向上を図る。 【構成】 赤外線検出部203が形成された半導体基板
201と、赤外線検出部203へ赤外光を導く赤外線フ
ィルタ部212とを備えた赤外線センサにおいて、半導
体基板201の表面に一体に設けられたシリコン基板1
01により赤外線フィルタ部212を構成し、かつ、シ
リコン基板101および半導体基板201の少なくとも
一方に、赤外線フィルタ部212から赤外線検出部20
3への赤外線導光路に対応する領域に空洞210を形成
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線の有無あるいは
その強弱を検出するための赤外線センサおよびその製造
方法に関し、特に、組立および実装の手間を低減したも
のである。
【0002】
【従来の技術】図13は、従来の赤外線センサの一例を
示す断面図である。図において、1はその一部に赤外線
検出部が形成された半導体基板、2はこの半導体基板1
が内部に実装されたカンパッケージであり、このカンパ
ッケージ2の上部には、赤外線以外の不要な光線を遮光
する赤外線フィルタ3が固定された窓部2aが形成され
ている。半導体基板1は、いわゆるワイヤボンディング
技術により、カンパッケージ2の下部から突出するピン
4にワイヤ5を介して電気的に接続されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の赤外線センサにあっては、赤外線検出部が形成
された半導体基板1と赤外線フィルタ3とが別体に構成
され、個別にカンパッケージ2に固定されていたので、
赤外線センサの組立(実装)行程時においてここにカン
パッケージ2に固定して組み立てる必要があり、工数が
多くなって量産性に難がある、という問題があった。ま
た、半導体基板1を直接配線用の基板上に実装する、い
わゆるCOB(Chip On Board)実装により赤外線セン
サを実装する場合には、別に赤外線フィルタ3をこの半
導体基板1上方に固定する治具が必要となり、この場合
でも工数が多くなって量産性に難がある、という問題が
あった。
【0004】本発明の目的は、赤外線検出部が形成され
た半導体基板と赤外線フィルタとのプリアッセンブリを
実現することにより、工数を低下して量産性の向上を図
ることの可能な赤外線センサおよびその製造方法を提供
することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】一実施例を示す図1およ
び図10に対応付けて説明すると、本発明は、赤外線検
出部203が形成された半導体基板201と、前記赤外
線検出部203へ赤外光を導く赤外線フィルタ部212
とを備えた赤外線センサに適用され、そして、上述の目
的は、前記半導体基板201の表面に一体に設けられた
シリコン基板101により前記赤外線フィルタ部212
を構成し、かつ、前記シリコン基板101および前記半
導体基板201の少なくとも一方に、前記赤外線フィル
タ部212から前記赤外線検出部203への赤外線導光
路に対応する領域に空洞210を形成することにより達
成される。また、請求項2の発明は、請求項1に記載の
赤外線センサにおいて、前記空洞210の内部を略真空
状態にしたものである。また、請求項3の発明は、請求
項1または2に記載の赤外線センサにおいて、前記赤外
線フィルタ部212の表面に、このフィルタ部212に
おける赤外線の反射率低減のための反射防止膜270を
設けたものである。さらに、請求項4の発明は、請求項
1、2および3のいずれかに記載の赤外線センサにおい
て、前記赤外線フィルタ部212の厚さを次式により定
めたようなものである。 dSi=m・λ/(2nSi) (但し dSi:赤外線フィルタ部の厚さ λ:赤外線検出部により検出される赤外線の波長 nSi:シリコンの屈折率 m:自然数) そして、請求項5の発明は、請求項1、2、3および4
のうちいずれかの請求項に記載の赤外線センサを、半導
体基板401の裏面に赤外線検出部411を形成する工
程と、前記半導体基板401の表面にシリコン基板40
4を積層する工程と、前記赤外線検出部411と前記シ
リコン基板404との間の前記半導体基板401を除去
して前記赤外線検出部411の赤外線入射側に空洞40
9を形成する工程とから製造する方法である。
【0006】
【作用】
−請求項1− 赤外線検出部203が形成された半導体基板201の表
面には、赤外線フィルタ部212として作用するシリコ
ン基板101が一体に設けられているので、いわば赤外
線フィルタがプリアッセンブリされた状態の赤外線セン
サを実現することができる。 −請求項2− 赤外線検出部203は、内部が略真空状態にされた空洞
210に接しており、すなわち、赤外線検出部203の
赤外線入射側が真空層とされている。 −請求項3− 反射防止膜270は、空気/シリコン界面における反射
損失を低下させ、赤外線フィルタ部212全体での赤外
線の減衰を低下させる。 −請求項4− 赤外線フィルタ部212の厚さが波長の1/2の整数倍
とされることにより、この赤外線フィルタ部212内で
の反射波と透過波とが強め合うようにこれらを重畳させ
て赤外線フィルタ部212全体での赤外線の減衰を低下
させる。
【0007】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
【0008】
【実施例】
−第1実施例− 図1は、本発明による赤外線センサの第1実施例を示す
断面図である。図において、201は第1のシリコン基
板であり、この第1のシリコン基板201の表面には、
赤外線を選択的に検出する赤外線検出部203と、この
赤外線検出部203からの出力電圧を取り出す電極部2
02とが形成されている。赤外線検出部203の構成は
周知のものから適宜選択すればよく、一例として、カン
チレバー部の先端に形成した赤外線吸収部により赤外線
を吸収し、これを熱に変換して赤外線量を検出するよう
な構成が挙げられる(P. M. Sarro et. al., TRANSDUCE
RS'87, pp.227〜230参照)。
【0009】101は第1のシリコン基板201の上に
設けられた第2のシリコン基板であり、この第2のシリ
コン基板101は第1のシリコン基板201の表面に直
接接合、接着されて固着されている。また、第2のシリ
コン基板201の赤外線検出部203の上方に位置する
第1のシリコン基板101は、その下面が削られてダイ
ヤフラム部207とされている。ダイヤフラム部207
の下方に形成された第1のシリコン基板201との間の
空洞210は、その内部がほぼ真空とされている。同様
に、電極部202の上方に位置する第1のシリコン基板
101には電極取り出し用のスルーホール108が形成
されている。
【0010】第1のシリコン基板201と第2のシリコ
ン基板101を接合、接着する手法は周知のものから適
宜選択すれば良い。一例として、低融点ガラスを用いた
アノーディックボンディング法、フリットガラス等のセ
ラミック系接着剤、半田等の金属系接着剤、有機系接着
剤等を用いたろう接、あるいはシリコン基板同士を直接
熱圧着する手法等が挙げられる。
【0011】シリコンは、透過波長域が1.2〜1.5μmの
優れた赤外線透過材料であり、上述のダイヤフラム部2
07のうち膜厚の薄い領域は、赤外光以外の不要な光を
遮光する赤外線フィルタ部212として作用する。ただ
し、シリコンはこの赤外線領域における屈折率が大き
く、赤外線フィルタ部212の膜厚を考慮しない場合に
はこのフィルタ部212での反射損失が大きくなってし
まう。例えば、フィルタ部212に光線が垂直入射した
場合、空気/シリコンの界面での反射損失は、
【数1】反射損失=((nSi−n0)/(nSi+n0))2 ((3.43−1)/(3.43+1))2 =0.30 (nSi:シリコンの赤外域での屈折率=3.43 n0:大気の赤外域での屈折率 =1 ) であり、入射赤外光の30%は空気/シリコンの界面で
反射されてしまうことになる。従って、フィルタ部21
2の膜厚を
【数2】nSi・dSi=(λ/2)・m (nSi:シリコンの赤外域での屈折率 dSi:フィル
タ部の膜厚 λ:使用する赤外光の波長 m:自然数
) を満たすように設計、製作すれば、フィルタ部212全
体での反射損失を低減することができる。例えば、人間
の近接を感知する赤外線センサであれば、人間の体温に
おける黒体輻射のピーク波長である10μm程度の赤外線
を検出する必要があるので、λ=10μmとすれば、 dSi=(λ/2・nSi)・m (m=1,2,3,……) =1.46μm,2.92μm,4.37μm,…… なるダイヤフラム部207を製作すればよい。
【0012】次に、図2〜図3を参照して、本実施例の
赤外線センサの製造方法について説明を行う。まず、第
2のシリコン基板101となるシリコン基板の表裏面
に、例えばシリコン窒化(Si3N4)膜、シリコン酸化(S
iO2)膜等の保護膜102、103を形成し(図2
(a))、フォトリソグラフィおよびエッチング工程によ
り裏面側の保護膜103にダイヤフラム部207形成の
ための開口部104を形成する(図2(b))。そして、
異方性エッチングにより開口部104からシリコン基板
101の裏面をエッチングし、エッチング時間をコント
ロールして所望の膜厚を有するダイヤフラム部207を
形成する(図2(c))。
【0013】次いで、同様にフォトリソグラフィ及びエ
ッチング工程により表面側の保護膜102にスルーホー
ル108用の開口部106を形成する(図2(d))とと
もに、シリコン基板101の裏面に、例えばワックス等
により保護膜107を形成する(図2(e))。そして、
等方性エッチングにより開口部106からシリコン基板
101をエッチングしてスルーホール108を形成し
(図2(f))、保護膜102、103、107のすべて
を溶解、除去して第2のシリコン基板101が完成する
(図2(g))。但し、ダイヤフラム部207及びスルー
ホール108の形成順序は任意であり、スルーホール1
08を先に形成してもよい。
【0014】一方、第1のシリコン基板201となるシ
リコン基板の表面に、各種半導体プロセスを経て赤外線
検出部203及び電極取り出し部202を形成する(図
3(a))。次いで、第1のシリコン基板201の表面に
レジスト204でパターンを形成し(図3(b))、シリ
コン基板201及びレジスト204の表面にスパッタ等
により低融点ガラス205を成膜する(図3(c))。そ
して、レジスト204を除去して不要な部分の低融点ガ
ラス205をリフトオフし、所望の位置に低融点ガラス
205を残して第1のシリコン基板201が完成する
(図3(d))。
【0015】最後に、低融点ガラス205を介して第1
のシリコン基板201及び第2のシリコン基板101を
アノーディックボンディングにより接合し、ウエハプロ
セスを終了する。この後は、ダイシング工程によりチッ
プをセンサ単位に分割して図1に示すような赤外線セン
サが完成する(図3(e))。
【0016】従って、本実施例では赤外線検出部203
が形成された第1のシリコン基板201と赤外線フィル
タ部212として作用するダイヤフラム部207が形成
された第2のシリコン基板101とを直接接合、接着し
て赤外線センサを形成しているので、例えばこれを上述
のカンパッケージ2に実装し、あるいはCOB実装によ
り他の基板上に実装する際に赤外線フィルタの実装工程
を省略できて工数の低下を図ることができ、結果として
赤外線センサ全体のコスト低減に寄与することができ
る。また、本実施例の赤外線センサは、いわば赤外線フ
ィルタをプリアッセンブリした状態で実装工程に移行す
ることができるため、赤外線フィルタを別体で実装する
場合に比較して赤外線フィルタ部212を薄く形成する
ことができ、ひいてはフィルタによる赤外光の減衰を小
さく抑えることができる。
【0017】−第1実施例の変形例− 図4は本発明による赤外線センサの第1実施例の変形例
を示す断面図である。まず、図4(a)に示す例では、上
述の赤外線検出部203の上方に相当する第2のシリコ
ン基板101の表面(すなわち赤外線フィルタ部212
の上面)に反射防止膜270が形成されている。
【0018】反射防止膜270は、周知の蒸着法、熱酸
化法などによってフィルタ部212の上面に単層あるい
は多層の膜を形成して構成される。反射防止膜270の
材質は、空気/シリコン界面での反射損失を低減しうる
ものが選択される。一例として、単層の膜で反射防止膜
270が構成される場合、膜を形成する材質の屈折率を
C、膜厚をdC、使用する赤外光の波長をλとすれば、
C・dC=λ/4のときに反射損失が最も小さくなり、
このときの反射損失は
【数3】 反射損失=((nC 2−n0・nSi)/(nC 2+n0・nSi))2 (nSi:シリコンの赤外域での屈折率=3.43 n0:大気の赤外域での屈折率 =1 ) である。従って、反射防止膜270の材質としては、n
C 2=n0・nSiを満足する材質、すなわちnC≒1.85近傍
の材質が好ましい。具体的には、λ=10μmとし、反射
防止膜270の材質としてZnS(透過波長域:0.4〜1
4μm、屈折率nZnS2.25)を用いれば、このZnS膜
の厚さdZnS=λ/(4・nC)=1.1μmとなり、このと
きの反射損失は((2.252−1×3.43)/(2.252+1×3.43))
2=0.04となって反射損失を約4%まで低減することが
できる。
【0019】あるいは、目的の波長の赤外線のみを選択
的に透過させ、波長選択性を増す目的で、赤外線フィル
タ部212の上面に交互多層膜型フィルタを形成する場
合は、シリコンの屈折率(nSi=3.43)よりも大きな屈
折率を有する材料、例えばTe(透過波長域3.5〜20μ
m、屈折率nTe=5.6)と、シリコンの屈折率よりも小
さな屈折率を有する材料、例えばZnS(透過波長域:
0.4〜14μm、屈折率nZnS2.25)とを交互に積層して
フィルタを形成すればよい。この際、各材質の層の厚さ
は、それぞれ nTe・dTe=λ/4,nZnS・dZnS=λ/4 なる条件を満たすことが好ましく、例えば波長λ=10μ
mとすればそれぞれdTe=0.45μm,dZnS=1.1μmと
なる。
【0020】その他にも、干渉フィルタを赤外線フィル
タ部212の上面に形成して波長選択性を付加してもよ
く、また、これら反射防止膜270は、周知の蒸着法、
スパッタ法、熱酸化法などにより容易に形成することが
できる。さらには、フィルタ部212の下面にも反射防
止膜270を形成することができる。
【0021】一方、図4(b)に示す例では、上述の赤外
線吸収部220を有する構成の赤外線検出部203(P.
M. Sarro et. al., TRANSDUCERS'87, pp.227〜230参
照)を備えた赤外線センサにおいて、ダイヤフラム部2
07の上面に熱線反射膜271が形成されているととも
に、赤外線吸収部220の上方に相当する領域の熱線反
射膜271が取り除かれて赤外線取り入れ窓272が形
成されている。この熱線反射膜271は、赤外線吸収部
220による赤外線感知の感度を向上させ、かつ、誤動
作を低減するために形成されるものであり、金属蒸着膜
等により構成される。
【0022】また、上述した第1実施例(およびその変
形例)の赤外線センサを製造する方法は上述の図2〜図
3に示した方法に限定されない。図5は、第1実施例の
赤外線センサの他の製造方法を示す図である。まず、高
不純物濃度のシリコン基板301の表面に低不純物濃度
のシリコン膜302をエピタキシャル成長させ、このシ
リコン膜302の表面およびシリコン基板301の裏面
にそれぞれ保護膜303、304を形成する(図5
(a))。次いで、シリコン膜302の表面に形成された
保護膜304の一部を取り除いてスルーホール108形
成用の開口部305を形成し(図5(b))、この開口部
305からシリコン膜302を貫通する溝306を反応
性イオンエッチングにより形成する(図5(c))。
【0023】さらに、シリコン基板301の裏面に形成
された保護膜303の一部を取り除いてスルーホール1
08およびダイヤフラム部207形成用の開口部31
0、311をそれぞれ形成するとともに、保護膜304
の表面に上述の溝306を埋めるワックス等の保護膜3
07を形成する(図5(d))。そして、選択エッチング
(例えば弗酸:硝酸:酢酸=1:3:8のエッチング液
による)により開口部310、311から高不純物濃度
のシリコン基板301を等方的にエッチングする(図5
(e))。この後、保護膜303、304、307を全て
除去すれば、第2のシリコン基板101が完成する(図
5(f))。
【0024】また、図6は、第1実施例の赤外線センサ
の他の製造方法を示す図である。まず、第2のシリコン
基板101の両面にそれぞれ保護膜102、103を形
成した(図6(a))後、裏面側の保護膜103の一部を
除去してスルーホール108およびダイヤフラム部20
7形成用の開口部104、106をそれぞれ形成する
(図6(b))。次いで、異方性エッチングにより開口部
104、106からシリコン基板101をエッチング
し、スルーホール108(但し、この時点では完全に貫
通していない)およびダイヤフラム部207を形成する
(図6(c))。なお、図示例は異方性エッチングにより
ダイヤフラム部207等を形成しているが、等方性エッ
チング、あるいは等方性選択エッチングにより形成して
もよい。この後、保護膜102、103を全て除去し
て、第2のシリコン基板101がほぼ完成する(図6
(d))。
【0025】次いで、第1のシリコン基板201と第2
のシリコン基板101を周知の手法により接合、接着し
た(図6(e))後、ダイシングによりチップを素子単位
に切断、分割する。この際、ダイシングによるハーフカ
ッティングにより電極取り出し用の溝320を形成し
て、電極取り出し部202につながるスルーホール10
8を形成する(図6(f))。
【0026】さらに、図7は、第1実施例の赤外線セン
サの他の製造方法を示す図である。まず、p型シリコン
基板330の表面にエピタキシャル成長によりn型シリ
コン基板331を形成し、n型シリコン基板331の表
面およびp型シリコン基板330の裏面にそれぞれ保護
膜102、103を形成する(図7(a))。次に、p型
シリコン基板330の裏面に形成された保護膜103の
一部を除去して、スルーホール108およびダイヤフラ
ム部207形成用の開口部104、106をそれぞれ形
成する(図7(b))。次いで、エレクトロケミカルエッ
チングにより開口部104、106から第2のシリコン
基板201をエッチングし、スルーホール108(但
し、この時点では完全に貫通していない)およびダイヤ
フラム部207を形成する(図7(c))。この後、保護
膜102、103を全て除去して、第2のシリコン基板
101がほぼ完成する(図7(d))。以降は、図6と同
様の工程を経ることにより赤外線センサが完成する。
【0027】なお、上述のように反射防止膜270をダ
イヤフラム部107の上面に形成する場合は、保護膜1
02を形成する前に反射防止膜270を形成してもよ
く、あるいは、第2のシリコン基板101を完成した後
であってもよい。
【0028】−第2実施例− 図8は、本発明の赤外線センサの第2実施例を示す断面
図である。なお、以下の説明において、上述の第1実施
例と同様の構成要素については同一の符号を付し、その
説明を省略する。図8(a)に示す例は、本発明の赤外線
センサをいわゆるサーモパイル型赤外線センサに適用し
た例であり、赤外線を吸収してこれを熱に変換する赤外
線吸収部221の下部に空洞209が形成され、ダイヤ
フラム部207の下部に形成された空洞210とあいま
って、この赤外線吸収部221の上下が空洞209、2
10で取り囲まれた熱分離構造になっている。なお、赤
外線吸収部221の下部にある空洞209は、周知の表
面マイクロマシーニング法により形成される(Technica
l Digest of the 9th Sensor Symposium (1990), pp.71
〜74参照)。
【0029】本実施例では、赤外線吸収部221の上部
にある空洞210は、その内部が略真空状態となってい
る。空洞210の内部を真空にするには、上述の第1の
シリコン基板201および第2のシリコン基板101を
真空中で接合、接着すればよい。
【0030】従って、本実施例によっても、上述した第
1実施例と同様の作用効果を得ることができる。加え
て、本実施例では、熱分離構造の赤外線吸収部221が
略真空状態の空洞210と接した状態にあるため、この
空洞210がいわば断熱層として作用することにより赤
外線吸収部221の熱分離度を向上させ、ひいては赤外
線センサの感度向上に寄与することができる、という優
れた利点がある。また、本実施例の赤外線センサは、こ
われやすい熱分離構造の赤外線吸収部221を第2のシ
リコン基板101で保護した構造となっているので、実
装工程での不良発生を低減できて歩留りの向上にも寄与
しうる。
【0031】一方、図8(b)に示す例は、同様に本発明
の赤外線センサをいわゆるサーモパイル型赤外線センサ
に適用した例であり、赤外線検出部203の一部がカン
チレバー(片持ち梁)状に形成されて熱分離構造とさ
れ、このカンチレバー部208の先端に赤外線吸収部2
21が設けられている。カンチレバー部208の下部
は、第1のシリコン基板201裏面からのマイクロマシ
ーニングによりくり抜かれている(P. M. Sarro et. a
l., TRANSDUCERS'87, pp.227〜230参照)。第1のシリ
コン基板201の裏面には第3の基板250が接着、接
合されており、この第3の基板250とカンチレバー部
208との間に空洞211が形成されている。なお、第
3の基板の材質はシリコンに限定されず、ガラス基板な
ど任意の基板が適用可能である。
【0032】本実施例では、赤外線吸収部221の上下
にある空洞210、211は、その内部がそれぞれ略真
空状態となっている。空洞210、211の内部を真空
にするには、上述の第1のシリコン基板201、第2の
シリコン基板101および第3の基板をそれぞれ真空中
で接合、接着すればよい。従って、図8(b)に示す例に
よっても、図8(a)と同様の作用効果を得ることができ
る。
【0033】−第3実施例− 図9は、本発明による赤外線センサの第3実施例を示す
図であり、赤外線センサチップのFC(フリップチッ
プ)実装の例を示す断面図である。
【0034】図において、401は第1のシリコン基
板、404は第1のシリコン基板401の上に形成され
た第2のシリコン基板である。第1のシリコン基板40
1の裏面には赤外線を選択的に検出する赤外線検出部4
11が形成されているとともに、赤外線検出部411の
周囲の第1のシリコン基板401には、シリコン基板4
01の裏面から赤外線検出部411の上方の第2のシリ
コン基板404の裏面にまで至る空洞409が形成され
ている。したがって、この空洞409に接する部分の第
2のシリコン基板404は、上述の各実施例と同様に赤
外線フィルタ410として作用する。なお、本実施例の
赤外線検出部411は、図10(d)に示すように、赤外
線吸収部412が赤外線を吸収して自身の温度が上昇し
たことをポリシリコンダイオード406により検出する
構成である。413は実装用ボードであり、この実装用
ボード413の表面にはハンダバンプ414を介して第
1のシリコン基板401の裏面が電気的に接続された状
態で実装されている。
【0035】次に、図10を参照して本実施例の赤外線
センサの製造方法について説明を行う。なお、図10で
は図9と上下を逆にして図示している。
【0036】まず、図10(a)に示すように、第1のシ
リコン基板401となるp型基板の裏面(図中では上
面)に、たとえば熱酸化法、CVD法などにより酸化膜
402を形成し、この酸化膜402上にポリシリコンか
らなる犠牲層403を形成する。一方、p型基板401
の表面(図中では下面)には第2のシリコン基板404
となるn型エピタキシャル層を形成する。
【0037】次いで、図10(b)に示すように、酸化膜
402および犠牲層403の上面にCVD法などにより
シリコン窒化(Si3N4)膜405を形成し、ついでシリ
コン窒化膜405の上面にポリシリコン層を堆積した
後、フォトリソグラフィー、エッチング工程により犠牲
層403上方にあるポリシリコン層の一部を残してポリ
シリコン層を除去し、ポリシリコンダイオード406を
形成する。そして、シリコン窒化膜405およびポリシ
リコンダイオード406の上面にさらにシリコン窒化膜
407を形成する。
【0038】次いで、図10(c)に示すように、ドライ
エッチング工程などによりシリコン窒化膜407の上面
から犠牲層403にまで至る開口部408を形成した
後、弗酸および硝酸からなる混合酸により犠牲層403
を全てエッチンングして除去する。
【0039】さらに、図10(d)に示すように、n型エ
ピタキシャル層404にバイアス電圧を印加しつつ、ヒ
ドラジン等のアルカリ液により開口部308からn型エ
ピタキシャル層404の界面にまで至るp型基板401
をエレクトロケミカルエッチングし、空洞409および
赤外線フィルタ410を形成する。最後に、空洞409
により熱分離構造とされたシリコン窒化膜407の上面
に赤外線吸収能を有する赤外線吸収部412を形成して
ウエハプロセスを終了する。この後は、ダイシング工程
によりチップをセンサ単位に分割して図9に示すような
赤外線センサが完成する。
【0040】以上のような構成の赤外線センサにあって
は、図9の上方から入射する入射光Lは赤外線フィルタ
410として作用する第2のシリコン基板404を透過
して赤外線のみが空洞409内に至り、この赤外線は赤
外線検出部411の赤外線吸収部412により吸収され
て赤外線検出部411の温度を上昇させる。赤外線検出
部411の温度上昇はポリシリコンダイオード406に
より検出され、これにより赤外線の検出が行われる。し
たがって、本実施例によっても、上述の各実施例と同様
の作用効果を得ることができる。
【0041】なお、本実施例においても、上述の各実施
例と同様に、赤外線フィルタ410の反射損失を低減さ
せる目的でフィルタ410の膜厚を適宜設定することが
でき、加えて、反射防止膜をフィルタ410の表面に形
成してもよい。また、本実施例ではエレクトロケミカル
エッチングにより空洞409を形成したが、アルカリ液
により第1のシリコン基板401を異方性エッチング
し、エッチング時間によりそのエッチング領域を制御し
てもよい。
【0042】−第3実施例の変形例− 図11および図12は本発明による赤外線センサの第3
実施例の変形例を示す断面図である。
【0043】まず、図11に示す例では、第1のシリコ
ン基板401と支持基板513とが直接接合、接着され
て固定されている。支持基板513の上面には、第1の
シリコン基板401側の空洞409に対応した形状の凹
部514が形成されており、これら空洞409および凹
部514により赤外線検出部411を取り囲む空洞が形
成されている。第1のシリコン基板401と支持基板5
13とを接合、接着する手法は周知のものから適宜選択
すればよい。アノーディックボンディング(陽極接合)
法を用いる場合、支持基板513を耐熱ガラスで形成す
れば第1のシリコン基板401の接合面を清浄鏡面仕上
げすればよく、あるいは、他の金属基板等の導電性基板
で支持基板を形成すればその接合面にスパッタ法などで
耐熱ガラス膜を形成すればよい。なお、赤外線検出部4
11との電気接続は、ハンダバンプをシリコン基板40
1と支持基板513との間に介在させた状態でこれら基
板401および支持基板513を接合すればよい。他の
接合方法としては、接着剤による接着、半田付けなどが
ある。
【0044】図11に示す例では、赤外線検出部411
が完全に外気から遮断されており、風や熱対流の影響を
受けにくく、低ノイズで安定した特性が得られて正確な
計測が可能となる。加えて、破損しやすい構造の赤外線
検出部411が外部に露出していないため、実装工程で
のセンサの破損等を抑制できて歩留りの向上に寄与す
る。また、真空中で第1のシリコン基板401と支持基
板513とを接合すれば、空洞409内を概ね真空とす
ることができ、赤外線検出部411の熱抵抗を大きくで
きて高感度化を図ることができる。
【0045】一方、図12に示す例では、図11の構成
に加えて赤外線フィルタ410の表面にピエゾ拡散抵抗
601を付加したものであり、ピエゾ拡散抵抗601
は、赤外線フィルタ410に作用する応力を検出して空
洞409内の真空度あるいはリークの有無を検出する圧
力センサとして作用する。したがって、ピエゾ拡散抵抗
601の検出信号を用いて赤外線センサの故障診断ある
いは出力信号の補正を行い、計測精度の向上を図ること
ができる。
【0046】なお、本発明の赤外線センサは、その細部
が上述の各実施例に限定されず、種々の変形例が可能で
ある。一例として、赤外線検出部の構成は任意であり、
周知のものが適用可能である。また、赤外線検出部を有
する半導体基板が赤外線フィルタ部として作用するシリ
コン基板を兼ねる構成でもよい。
【0047】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、赤外線検出部を有する半導体基板の表面に赤外線
フィルタ部として作用するシリコン基板を一体に設けて
赤外線センサを構成しているので、いわば赤外線フィル
タをプリアッセンブリした状態の赤外線センサを実現す
ることができる。従って、赤外線センサの実装工程時に
赤外線フィルタの実装工程を省略できて工数の低下を図
ることができ、結果として赤外線センサ全体のコスト低
減に寄与することができる。加えて、本発明の赤外線セ
ンサは、赤外線フィルタを別体で実装する場合に比較し
て赤外線フィルタ部を薄く形成することができ、ひいて
はフィルタによる赤外光の減衰を小さく抑えることがで
きる。また、請求項2の発明によれば、空洞内部の真空
層により赤外線検出部の熱分離度を向上させることがで
き、センサ全体の感度向上に寄与しうる。また、請求項
3、4の発明によれば、赤外線フィルタ部における赤外
線の反射損失を低減することができ、これもまたセンサ
全体の感度向上に寄与しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例である赤外線センサを示す
断面図である。
【図2】第1実施例の赤外線センサの製造方法の一例を
説明するための工程図である。
【図3】図2と同様の工程図である。
【図4】第1実施例の変形例を示す断面図である。
【図5】第1実施例の赤外線センサの製造方法の他の例
を説明するための工程図である。
【図6】第1実施例の赤外線センサの製造方法の他の例
を説明するための工程図である。
【図7】第1実施例の赤外線センサの製造方法の他の例
を説明するための工程図である。
【図8】本発明の第2実施例である赤外線センサを示す
断面図である。
【図9】本発明の第3実施例である赤外線センサを示す
断面図である。
【図10】第3実施例の赤外線センサの製造方法を説明
するための工程図である。
【図11】第3実施例の変形例を示す断面図である。
【図12】第3実施例の他の変形例を示す断面図であ
る。
【図13】従来の赤外線センサの一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
101、404 第2のシリコン基板 108 スルーホール 201、401 第1のシリコン基板 202 電極取り出し部 203、411 赤外線検出部 205 低融点ガラス 207 ダイヤフラム部 208 カンチレバー部 209〜211、409 空隙 212、410 赤外線フィルタ部 220、221、412 赤外線吸収部 250 第3の基板 270 反射防止膜 271 熱線反射膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外線検出部が形成された半導体基板
    と、 前記赤外線検出部へ赤外光を導く赤外線フィルタ部とを
    備えた赤外線センサにおいて、 前記赤外線フィルタ部は、前記半導体基板の表面に一体
    に設けられたシリコン基板からなり、 前記シリコン基板および前記半導体基板の少なくとも一
    方には、前記赤外線フィルタ部から前記赤外線検出部へ
    の赤外線導光路に対応する領域に空洞が形成されている
    ことを特徴とする赤外線センサ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の赤外線センサにおい
    て、 前記空洞の内部は略真空状態にされていることを特徴と
    する赤外線センサ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の赤外線センサ
    において、 前記赤外線フィルタ部の表面には、このフィルタ部にお
    ける赤外線の反射率低減のための反射防止膜が設けられ
    ていることを特徴とする赤外線センサ。
  4. 【請求項4】 請求項1、2および3のうちいずれかの
    請求項に記載の赤外線センサにおいて、 前記赤外線フィルタ部の厚さは、次式により定められて
    いることを特徴とする赤外線センサ。 dSi=m・λ/(2nSi) (但し dSi:赤外線フィルタ部の厚さ λ:赤外線検出部により検出される赤外線の波長 nSi:シリコンの屈折率 m:自然数)
  5. 【請求項5】 請求項1、2、3および4のうちいずれ
    かの請求項に記載の赤外線センサを製造する方法であっ
    て、 半導体基板の裏面に赤外線検出部を形成する工程と、 前記半導体基板の表面にシリコン基板を積層する工程
    と、 前記赤外線検出部と前記シリコン基板との間の前記半導
    体基板を除去して前記赤外線検出部の赤外線入射側に空
    洞を形成する工程とを備えたことを特徴とする赤外線セ
    ンサの製造方法。
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