JP2023133922A - Infrared sensor and infrared sensor manufacturing method - Google Patents
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Abstract
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).
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.
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
[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
In addition to the
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
Furthermore, the
In the
Further, in the
In the
Hereinafter, each configuration of the
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
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
Note that the planar view shape of the
Furthermore, in the example described in this embodiment, the
Further, the
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
Although detailed illustrations are omitted in FIGS. 1 and 2, the
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(SiO2)等のシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜(SiNx)等から形成される。
Although not shown in FIGS. 1, 2, etc., in the
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
More specifically, the
Further, the
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the
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
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
In addition, when the spaced apart region provided on the
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
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
Alternatively, the
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
Similarly to the case of the
Furthermore, the
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
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
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
In addition, by using silicon substrates with excellent workability for both the
In addition, by using commonly available silicon substrates, especially those with (100) plane orientation, as the
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
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
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(SiO2)等のシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜(SiNx)、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
The material for the membrane
Further, the thickness of the membrane
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
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
The material of the infrared
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
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
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
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
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
Furthermore, as described above, the second
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
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
Further, the
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
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
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
The materials for the
Further, the
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
The material for the
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
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
Similarly, when the
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
Note that the sealing width (junction width) described in this embodiment is a dimension that does not include the portion of the infrared
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
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
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
Further, the thickness of each layer of the first
Also, regarding the sealing width when the first
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
In the
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
Further, the thickness of the infrared
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
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
On the other hand, in this embodiment, from the viewpoint of ensuring high sensor sensitivity, the infrared
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
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
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
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
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
Further, as will be described in detail later, when the
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
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
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
Further, as in the case of the
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
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
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
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
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
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
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
In addition, the slope-shaped separation area provided on the
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
First, when infrared rays enter from the
[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
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
Step (1): The
Step (2): By etching the surface of the substrate material, a
Step (3): A first
Step (4): The
Step (5): Form a
Step (6): A second
Step (8): The
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
Further, in the present embodiment, the above step (6) is performed by connecting the infrared
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(SiO2)等のシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜(SiNx)、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
Specifically, in step (1), first, the membrane
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
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
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
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
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
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
Next, a patterned buried
Next, the resist pattern is peeled off from the
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
Thereafter, if necessary, the insulating film (not shown) formed on the buried
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
At this time, first, a resist pattern is formed by photolithography on the entire surface of the
Next, by dry etching the
Next, the resist pattern is peeled off from the
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
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
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 (
In addition, in step (2), as shown in FIG. 3D, the silicon substrate is etched to form a
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
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 (
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
Thereafter, the resist pattern (not shown) is peeled off from the
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
In addition, in the example described in this embodiment, by performing step (3) and step (4) simultaneously, the
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
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
In step (3), the first
Furthermore, at this time, if the second
Similarly, when the second
Thereafter, the resist pattern (not shown) is peeled off from the
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
Furthermore, in step (4),
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
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
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
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
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
At this time, by appropriately selecting the material and the lamination order, the second
Thereafter, the resist pattern (not shown) is peeled off from the
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
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
Specifically, in step (5), first, a process is performed to form a
Next, a recessed
After that, the resist pattern is peeled off from the
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(N2H4)、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
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
Next, by pressurizing the
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
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
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
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
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
Through each of the above steps, an
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
Furthermore, by forming the
This makes it possible to manufacture the
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
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
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
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
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
In addition, in step (2), the infrared
In addition, in step (2), the slope-shaped
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
In this way, in step (6), by forming the entire second
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
In this manner, by forming at least the infrared
<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
In addition, in the
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
On the other hand, in the
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
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
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
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
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
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
<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
In addition, in the
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
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,
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
Furthermore, the
Furthermore, the
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
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
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
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...
4a... Membrane
Claims (11)
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
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