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JP2012058084A - Method of manufacturing infrared sensor device, and the infrared sensor device manufactured by the method - Google Patents

Method of manufacturing infrared sensor device, and the infrared sensor device manufactured by the method Download PDF

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JP2012058084A
JP2012058084A JP2010201832A JP2010201832A JP2012058084A JP 2012058084 A JP2012058084 A JP 2012058084A JP 2010201832 A JP2010201832 A JP 2010201832A JP 2010201832 A JP2010201832 A JP 2010201832A JP 2012058084 A JP2012058084 A JP 2012058084A
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JP
Japan
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infrared sensor
sensor device
silicon
semiconductor chip
wafer
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Application number
JP2010201832A
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Japanese (ja)
Inventor
Kuniyuki Hishinuma
邦之 菱沼
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Seiko NPC Corp
Original Assignee
Seiko NPC Corp
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Publication date
Application filed by Seiko NPC Corp filed Critical Seiko NPC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an infrared sensor device which is low-priced and superior in mass-productivity and productivity using a photosensitive dry film for an adhesive, and the infrared sensor device which is compact and low-priced.SOLUTION: When the infrared sensor device is manufactured which includes a silicon cover, a semiconductor chip, and a spacer layer for arranging the both opposite to each other at an interval, a spacer layer 11 as an adhesive layer is formed by patterning the photosensitive dry film 110 on an adhesion surface side of a silicon wafer 120 as a material of the silicon cover, and the silicon wafer 120 is bonded to a semiconductor wafer where a plurality of infrared sensor devices are formed, through the adhesive layer. The silicon wafer 120 and the semiconductor wafer which are joined together are diced thereafter into the individual infrared sensor devices. The adhesive layer is used for the spacer layer 11 of the individual infrared sensor device.

Description

本発明は、サーモパイル素子を利用した赤外線センサ装置の製造方法及びこの方法により製造された赤外線センサ装置に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing an infrared sensor device using a thermopile element and an infrared sensor device manufactured by this method.

サーモパイル素子は、非接触で個々の物体から放射される赤外線を受け、そのエネルギーに応じた熱起電力を発生する赤外線センサ装置に用いられる。従来技術にはサーモパイル素子と増幅器とを1つのチップに搭載した赤外線センサ装置がある。従来の赤外線センサ装置は、特許文献1にも開示されているように金属缶(通常TO−5型という)にパッケージングされている。この金属缶にはシリコンフィルタが取り付けられており、シリコンフィルタを通して赤外線が缶内部に入射される。特許文献1に開示された発明では、金属缶内部表面を鏡面仕上げするか光沢メッキを施している。金属缶内部表面をこのように処理することにより、金属缶から熱型感知素子への赤外線放射が大幅に減少して動作が安定し、高信頼性、高精度の赤外線検出器が得られる。   The thermopile element is used in an infrared sensor device that receives infrared rays radiated from individual objects in a non-contact manner and generates a thermoelectromotive force according to the energy. In the prior art, there is an infrared sensor device in which a thermopile element and an amplifier are mounted on one chip. A conventional infrared sensor device is packaged in a metal can (usually referred to as TO-5 type) as disclosed in Patent Document 1. A silicon filter is attached to the metal can, and infrared rays are incident on the inside of the can through the silicon filter. In the invention disclosed in Patent Document 1, the inner surface of the metal can is mirror-finished or gloss-plated. By treating the inner surface of the metal can in this way, infrared radiation from the metal can to the thermal sensing element is greatly reduced, the operation is stabilized, and a highly reliable and highly accurate infrared detector is obtained.

また、特許文献2には、効率良くセンサの出力を外部に取り出すことができる赤外線センサが開示されている。このセンサは第1の基板の表面に形成され、温接点および冷接点を有するサーモパイル素子と、第1の基板のサーモパイル素子の形成部を覆い、第1の基板と70μm〜1mmの間隔で設けられた赤外線を透過する第2の基板と、サーモパイル素子の冷接点部上に設けられ、第1の基板および第2の基板を前記間隔で接着するエポキシなどの樹脂製のスペーサ部材とを有することを特徴としている。この赤外線センサでは、ダイシング工程やダイボンディング工程での素子の保護を可能とした上部基板を重ねた構造において、この上部基板を設けたことに起因する素子の冷接点と温接点との温度差の減少を防ぎ、効率よくセンサの出力を外部に取り出すことが可能となる。
特開平1−307628号公報 特開2008−190992号公報
Patent Document 2 discloses an infrared sensor that can efficiently extract the output of the sensor to the outside. This sensor is formed on the surface of the first substrate, covers the thermopile element having a hot junction and a cold junction, and the formation portion of the thermopile element of the first substrate, and is provided at an interval of 70 μm to 1 mm from the first substrate. A second substrate that transmits infrared light, and a spacer member made of resin such as epoxy that is provided on the cold junction portion of the thermopile element and bonds the first substrate and the second substrate at the intervals. It is a feature. In this infrared sensor, in the structure in which the upper substrate that can protect the element in the dicing process or the die bonding process is stacked, the temperature difference between the cold junction and the hot junction of the element due to the provision of the upper substrate. It is possible to prevent the decrease and efficiently extract the output of the sensor to the outside.
JP-A-1-307628 JP 2008-190992 A

赤外線センサ装置は、小型化、低価格化が推し進められている。このような開発方向に対して、金属缶は、その開発を疎外する大きな要因の1つである。また、金属缶は赤外線透過窓等の取り付けが欠かせないのである程度の厚さが必要である。また、ステムのピン(リード)のために表面実装用端子部品を搭載するためのフットプリントも必要な場合があり、このような場合には金属缶に実装するためにその小型化が制限される。また、サーモパイル素子が形成された第1の基板に対して第2の基板を重ねることにより小型化した形態のものが特許文献2に開示されているが、両基板は液状エポキシ樹脂の塗布などにより接着層を形成するものであり、素子が更に微細化、小型化した場合には塗布が困難になり使えない。更に、小型化により接着層の厚さを20μm程度で均一性を管理したい場合も生じるが、塗布された接着層ではその制御が困難である。
本願発明は、このような事情によりなされたものであり、量産性及び生産性に優れた小型化、低価格化の赤外線センサ装置の製造方法を提供すると共に、この製造方法により小型化、低価格化の赤外線センサ装置、配線基板などに搭載し易い赤外線センサ装置を提供する。
Infrared sensor devices are being reduced in size and price. For such development direction, metal cans are one of the major factors that alienate their development. Moreover, since a metal can is indispensable for attaching an infrared transmission window or the like, a certain thickness is required. In addition, a footprint for mounting the surface mounting terminal parts for the pins (leads) of the stem may be necessary. In such a case, the mounting on a metal can limits the miniaturization thereof. . Moreover, although the thing of the form reduced in size by superimposing the 2nd board | substrate on the 1st board | substrate with which the thermopile element was formed is disclosed by patent document 2, both board | substrates are apply | coated by liquid epoxy resin etc. The adhesive layer is formed, and when the element is further miniaturized and miniaturized, it becomes difficult to apply and cannot be used. Furthermore, there is a case where it is desired to control the uniformity by reducing the size of the adhesive layer to about 20 μm, but the applied adhesive layer is difficult to control.
The present invention has been made under such circumstances, and provides a method for manufacturing a miniaturized and low-priced infrared sensor device excellent in mass productivity and productivity. An infrared sensor device, an infrared sensor device that can be easily mounted on a wiring board, and the like are provided.

本発明の赤外線センサ装置の一態様は、半導体チップと、前記半導体チップに形成され、縦横に配列された複数のサーモパイル素子からなるサーモパイルアレイと、前記半導体チップ上に配置されたシリコンカバーと、前記半導体チップ上に形成され、前記サーモパイルアレイの周辺部を囲むように形成されたスペーサ層とを具備し、前記スペーサ層はフォトリソグラフィーによりパターニングされた感光性ドライフィルムからなり、前記シリコンカバーは、前記半導体チップ表面に前記スペーサ層により接着されていることを特徴としている。前記シリコンカバーの周辺部には、前記半導体チップに形成されたボンディングパッド部に対応した切り欠き部が設けられているようにしても良い。前記シリコンカバーの側面は、裾広がりに傾斜しているようにしても良い。   One aspect of the infrared sensor device of the present invention includes a semiconductor chip, a thermopile array formed of a plurality of thermopile elements formed in the semiconductor chip and arranged in rows and columns, a silicon cover disposed on the semiconductor chip, A spacer layer formed on a semiconductor chip and surrounding a peripheral portion of the thermopile array, the spacer layer comprising a photosensitive dry film patterned by photolithography, and the silicon cover includes The semiconductor chip is adhered to the surface of the semiconductor chip by the spacer layer. A cutout portion corresponding to the bonding pad portion formed on the semiconductor chip may be provided in the peripheral portion of the silicon cover. The side surface of the silicon cover may be inclined so as to widen the bottom.

また、本発明の赤外線センサ装置の製造方法の一態様は、半導体ウエハに縦横に配列された複数の赤外線センサ装置を形成する工程と、シリコンウエハ表面に感光性ドライフィルムを貼り付ける工程と、前記感光性ドライフィルムをフォトリソグラフィーによりパターニングして、前記複数の赤外線センサ装置の各赤外線センサ装置周辺に配置されるスペーサ層を形成する工程と、前記半導体ウエハ上に前記シリコンウエハを搭載し、前記シリコンウエハを前記スペーサ層により前記半導体ウエハに接着する工程と、前記半導体ウエハ及び前記シリコンウエハをダイシングして前記複数の赤外線センサ装置を各赤外線センサ装置毎に個片化する工程とを具備したことを特徴としている。前記シリコンウエハには前記半導体ウエハに形成されたボンディングパッド部に対応した部分に貫通孔を設け、前記複数の赤外線センサ装置を個片化したときに各赤外線センサ装置のボンディングパッド部は前記シリコンウエハから露出するようにしても良い。前記パターニングされた感光性ドライフィルムは、前記半導体ウエハに設けられた前記複数の赤外線センサ装置の境界を被覆し、前記境界にはダイシングラインが施されているようにしても良い。   Further, according to one aspect of the method for manufacturing an infrared sensor device of the present invention, a step of forming a plurality of infrared sensor devices arranged vertically and horizontally on a semiconductor wafer, a step of attaching a photosensitive dry film to a silicon wafer surface, Patterning a photosensitive dry film by photolithography to form a spacer layer disposed around each infrared sensor device of the plurality of infrared sensor devices; mounting the silicon wafer on the semiconductor wafer; and Adhering a wafer to the semiconductor wafer by the spacer layer, and dicing the semiconductor wafer and the silicon wafer to separate the plurality of infrared sensor devices into individual infrared sensor devices. It is a feature. The silicon wafer is provided with a through hole in a portion corresponding to the bonding pad portion formed on the semiconductor wafer, and when the plurality of infrared sensor devices are separated, the bonding pad portion of each infrared sensor device is the silicon wafer. You may make it expose from. The patterned photosensitive dry film may cover boundaries of the plurality of infrared sensor devices provided on the semiconductor wafer, and a dicing line may be applied to the boundaries.

本発明の赤外線センサ装置の製造方法は、接着層を感光性ドライフィルムによるパターニングによって形成し、印刷や塗布を使わないため素子が更に微細化、小型化した場合にも使用できる。また、ウエハ状態で感光性ドライフィルムをダイシングライン上にも形成しておくので、ダイシング時のチッピングを防止することができる。そして、低価格であり量産性、生産性に優れた赤外線センサ装置の製造方法が得られる。また、半導体チップとシリコンカバーとを感光性ドライフィルムを加工して作られたスペーサ層により接合されているので、両者間には均一な空間が形成され、小型であり、且つ低価格の赤外線センサ装置が得られる。また、シリコンカバーの側面を傾斜させた場合は、赤外線センサ装置を配線基板などに搭載し易くする事ができる。   The manufacturing method of the infrared sensor device of the present invention can be used even when the element is further miniaturized and miniaturized because the adhesive layer is formed by patterning with a photosensitive dry film and printing or coating is not used. Moreover, since the photosensitive dry film is also formed on the dicing line in the wafer state, chipping during dicing can be prevented. And the manufacturing method of the infrared sensor apparatus which is low-cost and excellent in mass productivity and productivity is obtained. Further, since the semiconductor chip and the silicon cover are joined by a spacer layer made by processing a photosensitive dry film, a uniform space is formed between the two, and the infrared sensor is small and inexpensive. A device is obtained. Moreover, when the side surface of the silicon cover is inclined, the infrared sensor device can be easily mounted on a wiring board or the like.

実施例1に係る赤外線センサ装置の斜視図。1 is a perspective view of an infrared sensor device according to Embodiment 1. FIG. 表面のシリコンカバーを除いた図1の赤外線センサ装置の平面図。The top view of the infrared sensor apparatus of FIG. 1 except the surface silicon cover. 図2に示す赤外線センサ装置を構成するサーモパイル素子が形成された半導体チップの平面図及び断面図。The top view and sectional drawing of the semiconductor chip in which the thermopile element which comprises the infrared sensor apparatus shown in FIG. 2 was formed. 実施例1に係る赤外線センサ装置において、パターニングされた感光性ドライフィルムからなる接着剤層が接着面側に形成されたシリコンウエハの平面図。The top view of the silicon wafer in which the adhesive bond layer which consists of a patterned photosensitive dry film was formed in the adhesive surface side in the infrared sensor apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る赤外線センサ装置において、赤外線センサ装置が作り込まれたチップ領域が形成された半導体ウエハの平面図。The top view of the semiconductor wafer in which the chip | tip area | region in which the infrared sensor apparatus was built in the infrared sensor apparatus which concerns on Example 1 was formed. 図4のシリコンウエハを図5の半導体ウエハに貼り付けた平面図。The top view which affixed the silicon wafer of FIG. 4 on the semiconductor wafer of FIG. 図6のA−A′線に沿う部分の斜視図。The perspective view of the part which follows the AA 'line of FIG. 実施例1において用いられる感光性ドライフィルムのパターニング工程を説明する工程断面図。2 is a process cross-sectional view illustrating a patterning process of a photosensitive dry film used in Example 1. FIG. プリント基板に搭載した実施例2に係る赤外線センサ装置の断面図。Sectional drawing of the infrared sensor apparatus which concerns on Example 2 mounted in the printed circuit board.

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
本発明は、シリコンカバーと、半導体チップと、両者を間隔をおいて対向配置させるスペーサ層とを備えた赤外線センサ装置を製造する際に、シリコンカバーの材料になるシリコンウエハの接着面側に感光性ドライフィルムをパターニングして最終的にスペーサ層となる接着剤層を形成し、この接着剤層を介してシリコンウエハを複数の赤外線センサ装置が形成された半導体ウエハに接合し、その後接合されたシリコンウエハと半導体ウエハをダイシングして赤外線センサ装置を個片化するものである。
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.
When manufacturing an infrared sensor device including a silicon cover, a semiconductor chip, and a spacer layer that is opposed to each other with a gap therebetween, the present invention is sensitive to the bonding surface side of a silicon wafer that is a material of the silicon cover. An adhesive layer that finally becomes a spacer layer is formed by patterning the conductive dry film, and the silicon wafer is bonded to the semiconductor wafer on which the plurality of infrared sensor devices are formed via the adhesive layer, and then bonded. A silicon wafer and a semiconductor wafer are diced to separate the infrared sensor device.

まず、図1乃至図8を参照して実施例1を説明する。
赤外線センサ装置は、サーモパイル素子をアレイ状に形成配置したものである。サーモパイルは、非接触で個々の物体から放射される赤外線を受けると、そのエネルギーに応じた熱起電力を発生する装置であって、そのエネルギー絶対量(温度)が検出可能である。
図1乃至図3は、この実施例に係る方法により形成された赤外線センサ装置の詳細を示している。
First, Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.
The infrared sensor device has thermopile elements formed and arranged in an array. A thermopile is a device that generates a thermoelectromotive force according to energy when receiving infrared rays radiated from an individual object in a non-contact manner, and the absolute amount (temperature) of the energy can be detected.
1 to 3 show details of an infrared sensor device formed by the method according to this embodiment.

図1に示すように、赤外線センサ装置は、アレイ状に作り込まれたサーモパイル素子を有するシリコンなどからなる半導体チップ1と、半導体チップ1の表面に配置されたスペーサ層(図示しない)と、半導体チップ1表面を被覆するシリコンカバー12とから構成されている。赤外線センサ装置は、シリコンカバー12を通して入射された赤外線を検出する。シリコンカバー12の4隅には切り欠き部13が形成されており、それに対応して半導体チップ1の4隅は、シリコンカバー12から露出している。そして、その4隅にはそれぞれ複数の電極パッド14が形成されている。図2は、赤外線センサ装置のシリコンカバーを除いた状態の半導体チップ1の表面を示している。半導体チップ1の表面領域の中央部分には、例えば、64個のサーモパイル素子10が縦横にアレイ状に配置形成され、4隅には複数のアルミニウムなどのパッド(接続電極)14が形成されている。そして、半導体チップ1表面の周辺部であって、パッド14が形成された領域と中央部分との間には感光性ドライフィルムをパターニングして得られたスペーサ層11が形成されている。   As shown in FIG. 1, the infrared sensor device includes a semiconductor chip 1 made of silicon having thermopile elements formed in an array, a spacer layer (not shown) disposed on the surface of the semiconductor chip 1, a semiconductor It is comprised from the silicon | silicone cover 12 which coat | covers the chip | tip 1 surface. The infrared sensor device detects infrared light incident through the silicon cover 12. Cutouts 13 are formed at the four corners of the silicon cover 12, and the four corners of the semiconductor chip 1 are exposed from the silicon cover 12 correspondingly. A plurality of electrode pads 14 are formed at the four corners. FIG. 2 shows the surface of the semiconductor chip 1 with the silicon cover of the infrared sensor device removed. In the central portion of the surface area of the semiconductor chip 1, for example, 64 thermopile elements 10 are arranged in an array in the vertical and horizontal directions, and a plurality of pads (connection electrodes) 14 such as aluminum are formed in the four corners. . A spacer layer 11 obtained by patterning a photosensitive dry film is formed on the periphery of the surface of the semiconductor chip 1 between the region where the pad 14 is formed and the central portion.

サーモパイル素子のアレイ領域は、例えば、1辺が2930μmである。そして、このアレイ領域が形成された半導体チップ1上のパッド14が形成された領域との間は、例えば、約30μmと非常に狭く、この間に半導体チップ1とシリコンカバー12とを接着する接着剤として液状のものを用いることは非常に困難な工程を伴う。これに反して、本発明のような感光性ドライフィルムは、狭小な領域に適用するのに非常に有利である。
感光性ドライフィルムは、例えば、片面、両面、多層基板の回路形成に使用されるフィルム状のエッチングレジストであり、ベースフィルム上に塗布したフォトレジスト層を乾燥後、保護フィルムをフォトレジスト層にラミネートして形成されるものである。
スペーサ層11は、シリコンカバーと半導体チップ間の距離を一定に保つことができる。
The array area of the thermopile element has, for example, 2930 μm on one side. The space between the semiconductor chip 1 on which the array area is formed and the area on which the pad 14 is formed is very narrow, for example, about 30 μm, and an adhesive that bonds the semiconductor chip 1 and the silicon cover 12 therebetween. It is very difficult to use a liquid material as the process. On the other hand, the photosensitive dry film as in the present invention is very advantageous to be applied to a narrow area.
A photosensitive dry film is, for example, a film-like etching resist used for circuit formation of single-sided, double-sided, and multilayer substrates. After drying the photoresist layer applied on the base film, the protective film is laminated to the photoresist layer. Is formed.
The spacer layer 11 can keep the distance between the silicon cover and the semiconductor chip constant.

図3は、赤外線センサ装置を構成するサーモパイル素子の詳細な構造を示している。サーモパイル素子を構成する熱電対は、温度計の1種であり、異なる2種類の導電材料の細線の両端を接合し、2つの接合点の温度差により発生する電位差を測定することにより温度を測定する装置である。
半導体チップ1上に、異種の導電材料からなる熱電対6を複数個直列に接続した構造のサーモパイル素子10を設ける。熱電対6の温接点部5は半導体チップ1の中心付近に、冷接点部4は半導体チップ1の周辺部に配置する。熱電対6の上は黒体用絶縁膜8で覆われている。黒体用絶縁膜8上には、熱電対6の温接点部5上で、且つ冷接点部4上にかからないように熱吸収膜(黒体)9が配設される。半導体チップ1上には、図示しないが基準温度、即ち冷接点部4の温度を測定するための温度検出素子が設置されている。この温度検出素子は、薄膜サーミスタやPN接合型の素子を使うことが出来る。
FIG. 3 shows a detailed structure of the thermopile element constituting the infrared sensor device. The thermocouple that constitutes the thermopile element is a kind of thermometer, measuring the temperature by joining both ends of fine wires of two different kinds of conductive materials and measuring the potential difference caused by the temperature difference between the two joining points. It is a device to do.
A thermopile element 10 having a structure in which a plurality of thermocouples 6 made of different conductive materials are connected in series is provided on the semiconductor chip 1. The hot junction 5 of the thermocouple 6 is arranged near the center of the semiconductor chip 1, and the cold junction 4 is arranged around the semiconductor chip 1. The thermocouple 6 is covered with a black body insulating film 8. A heat absorption film (black body) 9 is disposed on the black body insulating film 8 so as not to cover the hot junction portion 5 and the cold junction portion 4 of the thermocouple 6. Although not shown, a temperature detection element for measuring a reference temperature, that is, a temperature of the cold junction portion 4 is installed on the semiconductor chip 1. As this temperature detection element, a thin film thermistor or a PN junction type element can be used.

サーモパイル素子10は、半導体チップ1上のダイヤフラム構造の上に設けられている。このサーモパイル素子10を載置するダイヤフラム構造は、キャビティ2とこのキャビティ2を覆ってシリコン基板1の表面上に形成されるメンブレン3から構成される。キャビティ2は、エッチングなどにより形成され、メンブレン3は、例えば、シリコン窒化膜を、例えば、LP−CVD法により形成してなる。厚さは、100nm程度である。メンブレン3上に熱電対6が形成される。測定物から赤外線の入射があると、熱吸収膜9がこの赤外線を吸収し、熱電対6の温接点部5の温度が上昇し、温接点部5と冷接点部4との間に温度差を生じ、これによって熱電対6にそれぞれ熱起電力が生じる。サーモパイル素子10には、これらの熱電対6の熱起電力が足し合わされ、サーモパイル引き出し電極7から出力を取り出す。この場合、基準温度となる冷接点部4の温度を薄膜サーミスタを用いて測定することによって、測定物の赤外線量を正確に測定でき、したがって測定物の温度を測定することができる。赤外線センサ装置を構成する、例えば、サーモパイル型エリアセンサは、以上のように説明したサーモパイル素子を複数個、例えば、3×3個あるいは8×8個などアレイ状に配置してなるものである。   The thermopile element 10 is provided on the diaphragm structure on the semiconductor chip 1. The diaphragm structure on which the thermopile element 10 is placed includes a cavity 2 and a membrane 3 that covers the cavity 2 and is formed on the surface of the silicon substrate 1. The cavity 2 is formed by etching or the like, and the membrane 3 is formed by, for example, a silicon nitride film by, for example, the LP-CVD method. The thickness is about 100 nm. A thermocouple 6 is formed on the membrane 3. When infrared rays are incident from the measurement object, the heat absorption film 9 absorbs the infrared rays, the temperature of the hot junction part 5 of the thermocouple 6 rises, and the temperature difference between the hot junction part 5 and the cold junction part 4 is increased. This generates a thermoelectromotive force in each of the thermocouples 6. The thermopile element 10 adds the thermoelectromotive forces of these thermocouples 6 and takes out the output from the thermopile lead electrode 7. In this case, by measuring the temperature of the cold junction portion 4 serving as the reference temperature using a thin film thermistor, the amount of infrared rays of the measurement object can be accurately measured, and therefore the temperature of the measurement object can be measured. For example, a thermopile type area sensor constituting an infrared sensor device is formed by arranging a plurality of thermopile elements as described above, for example, 3 × 3 or 8 × 8 in an array.

次に、図4乃至図8を参照して、図1乃至図3で示した赤外線センサ装置を製造する方法を説明する。
図4に示すように、シリコンウエハ120は、複数の貫通孔130が形成されている。互いに隣接する4つの貫通孔130に囲まれた領域は、赤外線センサ装置を構成するシリコンカバー12となる。即ち、シリコンウエハ120には複数のシリコンカバー12の領域がアレイ状に配置形成されている。更に、シリコンウエハ120には、パターニングされた感光性ドライフィルム110が貼り付けられている。図5に示すように、半導体ウエハ100には、ダイシングライン101が縦横に形成され、赤外線センサ装置を構成する半導体チップ1の領域が区画される。この領域は、中央部分にはサーモパイル素子がアレイ状に配置されたサーモパイル部15が形成され、4隅には複数のパッド14が形成されている。感光性ドライフィルムは、シリコンウエハ120と半導体ウエハ100とを接合する接着剤層として用いられるが、赤外線センサ装置としては、図1に示すように、シリコンカバー12の領域の外周部分に配置形成され、シリコンカバーと半導体チップ1との間隔を維持するスペーサ層11として用いられる。
Next, a method for manufacturing the infrared sensor device shown in FIGS. 1 to 3 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 4, the silicon wafer 120 has a plurality of through holes 130 formed therein. A region surrounded by the four through holes 130 adjacent to each other serves as a silicon cover 12 constituting the infrared sensor device. That is, a plurality of silicon cover 12 regions are arranged and formed on the silicon wafer 120 in an array. Further, a patterned photosensitive dry film 110 is attached to the silicon wafer 120. As shown in FIG. 5, dicing lines 101 are formed vertically and horizontally on the semiconductor wafer 100, and the region of the semiconductor chip 1 constituting the infrared sensor device is partitioned. In this region, a thermopile portion 15 in which thermopile elements are arranged in an array is formed at the center, and a plurality of pads 14 are formed at four corners. The photosensitive dry film is used as an adhesive layer for bonding the silicon wafer 120 and the semiconductor wafer 100, and as an infrared sensor device, as shown in FIG. The spacer layer 11 is used to maintain the distance between the silicon cover and the semiconductor chip 1.

感光性ドライフィルムをシリコンウエハに貼り付け、パターニングする工程は図8に示される。研磨、薬品などにより前処理を行ったシリコンウエハ120の表面に感光性ドライフィルム110を載置し、60〜80℃、1.0kPa等の条件で真空ラミネートを行う(図8(a)、(b))。次に、シリコンウエハ120にラミネートされた感光性ドライフィルム110上にUVマスク102を介して紫外線(UV)(例えば、80〜250mJ/cm2 )を照射103する(図8(c))。照射された感光性ドライフィルム110を、例えば、1%NaCO3 溶液、45〜90秒、30℃の条件で、現像して接着剤層として用いられるスペーサ層11を形成する(図8(d))。
その後、図6に示すように、シリコンウエハ120を半導体ウエハ100に載置し、スペーサ層11を、例えば、160〜200℃、30〜90秒の条件で、硬化して、半導体ウエハ100とシリコンウエハ120とを接合する。
A process of attaching a photosensitive dry film to a silicon wafer and patterning it is shown in FIG. The photosensitive dry film 110 is placed on the surface of the silicon wafer 120 that has been pretreated by polishing, chemicals, etc., and vacuum lamination is performed under conditions such as 60 to 80 ° C. and 1.0 kPa (FIG. 8A, ( b)). Next, ultraviolet rays (UV) (for example, 80 to 250 mJ / cm 2 ) are irradiated 103 on the photosensitive dry film 110 laminated on the silicon wafer 120 through the UV mask 102 (FIG. 8C). The irradiated photosensitive dry film 110 is developed, for example, under the conditions of a 1% NaCO 3 solution, 45 to 90 seconds, and 30 ° C. to form a spacer layer 11 used as an adhesive layer (FIG. 8D). ).
Thereafter, as shown in FIG. 6, the silicon wafer 120 is placed on the semiconductor wafer 100, and the spacer layer 11 is cured under conditions of, for example, 160 to 200 ° C. and 30 to 90 seconds. The wafer 120 is bonded.

図7は、図6のA−A′線に沿う部分の斜視図である。
半導体ウエハ100は、シリコンウエハ120と接着剤層(スペーサ層11)により接合されて、両者間は、スペーサ層11により一定間隔を均一に維持している。図には、半導体ウエハ100にはスクライブライン101を介して左右に隣接した半導体チップ領域の一部が形成されている。各領域には複数のサーモパイル素子10が形成されている。スクライブライン101上にはシリコンウエハ120の貫通孔130が設けられている。
次に、図4乃至図6に示す半導体ウエハ100及びシリコンウエハ120をダイシングライン101に沿ってダイシングして各赤外線センサ装置毎にチップ形状に個片化する(図1、図2参照)。
以上、この実施例では、半導体チップとシリコンカバーとを感光性ドライフィルムを加工して作られたスペーサ層により接合されているので、両者間には均一な空間が形成されると共に小型化され、低価格の赤外線センサ装置が得られる。特に、小型化により接着層の厚さを20μm以上で均一性を管理したい場合にも有効である。また、赤外線センサ装置を製造する方法は、接着層を感光性ドライフィルムによるパターニングによって形成し、印刷や塗布を使わないため素子が更に微細化、小型化した場合にも使用できる。また、ウエハ状態で感光性ドライフィルムをダイシングライン上にも形成しておくので、ダイシング時のチッピングを防止することができる。そして、低価格であり量産性、生産性に優れている。
FIG. 7 is a perspective view of a portion along the line AA ′ in FIG. 6.
The semiconductor wafer 100 is bonded to the silicon wafer 120 by an adhesive layer (spacer layer 11), and a constant interval is maintained between the two by the spacer layer 11. In the figure, a part of a semiconductor chip region adjacent to the left and right via a scribe line 101 is formed on the semiconductor wafer 100. A plurality of thermopile elements 10 are formed in each region. A through hole 130 of the silicon wafer 120 is provided on the scribe line 101.
Next, the semiconductor wafer 100 and the silicon wafer 120 shown in FIGS. 4 to 6 are diced along the dicing line 101 and separated into chips for each infrared sensor device (see FIGS. 1 and 2).
As described above, in this embodiment, since the semiconductor chip and the silicon cover are joined by the spacer layer made by processing the photosensitive dry film, a uniform space is formed between the two and the size is reduced. A low-cost infrared sensor device can be obtained. In particular, it is also effective when it is desired to control uniformity by reducing the thickness of the adhesive layer to 20 μm or more by downsizing. In addition, the method of manufacturing the infrared sensor device can be used even when the element is further miniaturized and miniaturized because the adhesive layer is formed by patterning with a photosensitive dry film and printing or coating is not used. Moreover, since the photosensitive dry film is also formed on the dicing line in the wafer state, chipping during dicing can be prevented. And it is low price and excellent in mass productivity and productivity.

次に、図9を参照して実施例2を説明する。
この実施例では実施例1と同じ製造方法を用いているが、この方法で形成される赤外線センサ装置は、感光性ドライフィルムから形成されたスペーサ層の構造に特徴がある。
赤外線センサ装置が形成された半導体チップ20は、プリント基板200に搭載される。赤外線センサ装置は、サーモパイル素子のアレイ21が形成された半導体チップ20と、アレイ21を被覆するように、半導体チップ20上に形成されたシリコンカバー22と、半導体チップ20とシリコンカバー22とを接合するスペーサ層25と、半導体チップ20上であって、シリコンカバー22の切り欠き部23に形成された複数のボンディングパッド26とを備えている。
この実施例では、ワイヤボンディングツール(以下、キャピラリという)210を使用して、半導体チップ20のパッド22とプリント配線200上の配線201とをボンディングワイヤ220で接続する。
Next, Embodiment 2 will be described with reference to FIG.
In this example, the same manufacturing method as in Example 1 is used, but the infrared sensor device formed by this method is characterized by the structure of the spacer layer formed from a photosensitive dry film.
The semiconductor chip 20 on which the infrared sensor device is formed is mounted on the printed board 200. The infrared sensor device joins the semiconductor chip 20 on which the array 21 of thermopile elements is formed, the silicon cover 22 formed on the semiconductor chip 20 so as to cover the array 21, and the semiconductor chip 20 and the silicon cover 22. And a plurality of bonding pads 26 formed on the notch 23 of the silicon cover 22 on the semiconductor chip 20.
In this embodiment, a wire bonding tool (hereinafter referred to as a capillary) 210 is used to connect the pads 22 of the semiconductor chip 20 and the wiring 201 on the printed wiring 200 with the bonding wires 220.

この実施例ではシリコンカバー22の側面24は、裾広がりに傾斜している。この様な構成によりキャピラリ210を使用するボンディング工程において、キャピラリ210先端とシリコンカバーの側面24との距離dを実施例1のシリコンカバーの垂直な側面より大きくする事ができる。パッド26は、接着剤層として用いられるスペーサ層25に近接して配置されており、キャピラリ210の動作範囲は大きく制限されるが、この実施例のような構成によってキャピラリの動作範囲の制限が緩和される。
以上、この実施例では、半導体チップとシリコンカバーとを感光性ドライフィルムを加工して作られたスペーサ層により接合されているので、両者間には均一な空間が形成され、小型化され、低価格の赤外線センサ装置が得られる。また、シリコンカバーの側面を傾斜させているので、赤外線センサ装置を配線基板などに搭載しやすくする事ができる。また、赤外線センサ装置を製造する方法は、低価格であり量産性、生産性に優れている。
In this embodiment, the side surface 24 of the silicon cover 22 is inclined so as to widen the bottom. With such a configuration, in the bonding process using the capillary 210, the distance d between the tip of the capillary 210 and the side surface 24 of the silicon cover can be made larger than the vertical side surface of the silicon cover of the first embodiment. The pad 26 is disposed close to the spacer layer 25 used as an adhesive layer, and the operating range of the capillary 210 is greatly limited. However, the configuration of this embodiment eases the limitation of the operating range of the capillary. Is done.
As described above, in this embodiment, since the semiconductor chip and the silicon cover are joined by the spacer layer formed by processing the photosensitive dry film, a uniform space is formed between the two, and the size is reduced. A priced infrared sensor device is obtained. Moreover, since the side surface of the silicon cover is inclined, the infrared sensor device can be easily mounted on a wiring board or the like. In addition, the method for manufacturing the infrared sensor device is inexpensive and excellent in mass productivity and productivity.

1、20・・・半導体チップ
2・・・キャビティ
3・・・メンブレン
4・・・冷接点部
5・・・温接点部
6・・・熱電対
7・・・サーモパイル引き出し電極
8・・・黒体用絶縁膜
9・・・熱吸収膜
10・・・サーモパイル素子
11、25・・・スペーサ層
12、22・・・シリコンカバー
13、23・・・切り欠き部
14・・・パッド/ボンディングパッド
15・・・サーモパイル部
21・・・アレイ
26・・・ボンディングパッド
100・・・半導体ウエハ
101・・・ダイシングライン
102・・・UVマスク
103・・・紫外線照射
110・・・感光性ドライフィルム
120・・・シリコンカバー
130・・・貫通孔
200・・・プリント配線
201・・・配線
210・・・ワイヤボンディングツール(キャピラリ)
220・・・ボンディングワイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 20 ... Semiconductor chip 2 ... Cavity 3 ... Membrane 4 ... Cold junction part 5 ... Hot junction part 6 ... Thermocouple 7 ... Thermopile extraction electrode 8 ... Black Body insulating film 9 ... Heat absorption film 10 ... Thermopile element 11, 25 ... Spacer layer 12, 22 ... Silicon cover 13, 23 ... Notch 14 ... Pad / bonding pad DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Thermopile part 21 ... Array 26 ... Bonding pad 100 ... Semiconductor wafer 101 ... Dicing line 102 ... UV mask 103 ... Ultraviolet irradiation 110 ... Photosensitive dry film 120 ... Silicon cover 130 ... Through hole 200 ... Printed wiring 201 ... Wiring 210 ... Wire bonding tool (capillary
220: Bonding wire

Claims (6)

半導体ウエハに縦横に配列された複数の赤外線センサ装置を形成する工程と、シリコンウエハ表面に感光性ドライフィルムを貼り付ける工程と、前記感光性ドライフィルムをフォトリソグラフィーによりパターニングして、前記複数の赤外線センサ装置の各赤外線センサ装置周辺に配置されたスペーサ層を形成する工程と、前記半導体ウエハ上に前記シリコンウエハを搭載し、前記シリコンウエハを前記スペーサ層により前記半導体ウエハに接着する工程と、前記半導体ウエハ及び前記シリコンウエハをダイシングして前記複数の赤外線センサ装置を各赤外線センサ装置毎に個片化する工程とを具備したことを特徴とする赤外線センサ装置の製造方法。 Forming a plurality of infrared sensor devices arranged vertically and horizontally on a semiconductor wafer; attaching a photosensitive dry film to a silicon wafer surface; patterning the photosensitive dry film by photolithography; and Forming a spacer layer disposed around each infrared sensor device of the sensor device; mounting the silicon wafer on the semiconductor wafer; and bonding the silicon wafer to the semiconductor wafer by the spacer layer; And a step of dicing the semiconductor wafer and the silicon wafer to separate the plurality of infrared sensor devices for each infrared sensor device. 前記シリコンウエハには前記半導体ウエハに形成されたボンディングパッド部に対応した部分に貫通孔を設け、前記複数の赤外線センサ装置を個片化したときに各赤外線センサ装置のボンディングパッド部は前記シリコンウエハから露出しているようにしたことを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ装置の製造方法。 The silicon wafer is provided with a through hole in a portion corresponding to the bonding pad portion formed on the semiconductor wafer, and when the plurality of infrared sensor devices are separated, the bonding pad portion of each infrared sensor device is the silicon wafer. The method for manufacturing an infrared sensor device according to claim 1, wherein the infrared sensor device is exposed from the surface. 前記パターニングされた感光性ドライフィルムは、前記複数の赤外線センサ装置の境界を被覆し、前記境界にはダイシングラインが施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装置の製造方法。 3. The infrared sensor according to claim 1, wherein the patterned photosensitive dry film covers a boundary of the plurality of infrared sensor devices, and a dicing line is applied to the boundary. 4. Device manufacturing method. 半導体チップと、前記半導体チップに形成され、アレイ状に配列された複数のサーモパイル素子からなるサーモパイルアレイと、前記半導体チップ上に配置されたシリコンカバーと、前記半導体チップ上に形成され、前記サーモパイルアレイの周辺部を囲むように形成されたスペーサ層とを具備し、前記スペーサ層はフォトリソグラフィーによりパターニングされた感光性ドライフィルムからなり、前記シリコンカバーは、前記半導体チップ表面に前記スペーサ層により接着されていることを特徴とする赤外線センサ装置。 A semiconductor chip, a thermopile array formed of a plurality of thermopile elements arranged in an array formed on the semiconductor chip, a silicon cover disposed on the semiconductor chip, and the thermopile array formed on the semiconductor chip A spacer layer formed so as to surround the periphery of the substrate, and the spacer layer is made of a photosensitive dry film patterned by photolithography, and the silicon cover is bonded to the surface of the semiconductor chip by the spacer layer. An infrared sensor device. 前記シリコンカバーの周辺部には、前記半導体チップに形成されたボンディングパッド部に対応した切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の赤外線センサ装置。 The infrared sensor device according to claim 4, wherein a notch portion corresponding to a bonding pad portion formed on the semiconductor chip is provided in a peripheral portion of the silicon cover. 前記シリコンカバーの側面は、裾広がりに傾斜している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装置。 6. The infrared sensor device according to claim 4, wherein a side surface of the silicon cover is inclined so as to spread toward the bottom.
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