(57)【要約】【課題】簡便な構成で半導体装置の内部空間の気密性を損なうことなく、より信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】凹部１ａが形成されたセラミックパッケージ１と、該セラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側に実装された赤外線センサ素子２と、該赤外線センサ素子２に対して窓となる開口部３ａが設けられセラミックパッケージ１の凹部１ａを覆うように気密接合されたリッド３と、該リッド３の前記開口部３ａを覆うように接合部５を介して気密接合されたキャップ４と、を有する半導体装置２０であって、接合部５には、リッド３とキャップ４とを気密接合させた接合部５の外周面５ａを覆うように補強部６が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成されたセラミックパッケージと、該セラミックパッケージの前記凹部の内底面側に実装された半導体素子と、該半導体素子に対して窓となる開口部が設けられ前記セラミックパッケージの前記凹部を覆うように気密接合されたリッドと、該リッドの前記開口部を覆うように接合部を介して気密接合されたキャップと、を有する半導体装置であって、
前記接合部には、前記リッドと前記キャップとを気密接合させた前記接合部の外周面を覆うように前記接合部に生ずる応力を緩和することが可能な補強部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記接合部は、低融点ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記補強部は、合成樹脂よりなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記合成樹脂は、導電性樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記セラミックパッケージの前記凹部の前記内底面側には、前記半導体素子に加えて、ゲッタが実装されており、該ゲッタの実装が前記セラミックパッケージの前記凹部の前記内底面側に設けられた一対の溶接用電極へそれぞれ溶接固定されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ゲッタは、前記セラミックパッケージの外部からの通電により前記ゲッタを抵抗加熱できるように前記セラミックパッケージの前記凹部の前記内底面に設けられた配線電極と前記溶接用電極とが電気的に接続されてなることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載された半導体装置の製造方法であって、前記リッドと前記キャップとを気密接合させた前記接合部の外周面を覆い前記接合部に生ずる応力を緩和することが可能な補強部を形成した前記リッドと、前記ゲッタおよび前記半導体素子が前記凹部の内底面側に実装された前記セラミックパッケージとを真空シーム溶接するシーム溶接工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記シーム溶接工程に先立って、真空雰囲気または不活性雰囲気下で前記リッドに前記キャップを気密接合するキャップ接合工程を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記シーム溶接工程の後に、前記ゲッタに通電して該ゲッタを活性化することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に半導体素子を実装し気密封止が可能な半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の電気機器や電子機器に用いられる半導体装置は、より耐熱性、耐湿性を向上させ高信頼性を得るために、ＩＣ素子やセンサ素子などの各種の半導体素子をパッケージの凹部の内底面に実装し、該パッケージの凹部を覆うリッドによって半導体装置の内部空間を真空或いは不活性ガス雰囲気として気密に封止されることがある。
【０００３】
このような半導体装置のうち、前記リッドに前記半導体素子に対して窓となる開口部を設け、該開口部を覆うように接合したキャップを通して半導体装置の内部状況を確認したり、例えば、半導体素子として赤外線光源素子や半導体レーザ素子を用い、キャップを通して電磁波を半導体装置から放出する或いは、半導体素子として赤外線センサ素子、フォトダイオード素子、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサを用い、キャップを通して電磁波を半導体装置の内部に入射させるものがある。
【０００４】
より具体的には、半導体装置の一例として、図４に示すように凹部１ａが形成されたセラミックパッケージ１と、該セラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側に実装された赤外線センサ素子２と、該赤外線センサ素子２に対して窓となる開口部３ａが設けられ前記セラミックパッケージ１の前記凹部１ａを覆うように気密接合されたリッド３と、該リッド３の前記開口部３ａを覆うように気密接合されたキャップ４と、を有する半導体装置２０’が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この半導体装置２０’では、キャップ４が低融点ガラスなどからなる接合部を用いてリッド３に気密接合されている。また、半導体装置２０’の内部空間１ｃは、真空とされ半導体装置２０’に内蔵させたゲッタ１３で不要な残留ガスを吸着することが行われている。また、赤外線センサ素子２は、駆動時に赤外線センサ素子２の温度を所定の温度に安定化させるペルチェ効果を利用した電子冷却素子１８上に搭載されており、電子冷却素子１８は、セラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂに実装されている。赤外線センサ素子２は、金属ワイヤ８を介してセラミックパッケージ１の外部電極１２’と電気的に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０１６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、通常、リッド３とキャップ４とを気密封止する前記接合部の材料には前記低融点ガラスのように弾性率が高いものが多く、また、リッド３とキャップ４との線膨張係数も異なるため応力がかかっている。そのため、半導体装置２０’に昇温と降温が繰り返される温度サイクルや外部から力が加わった場合、リッド３とキャップ４とを気密封止する前記接合部の破損により半導体装置２０’の気密性が損なわれる恐れがあった。
【０００８】
したがって、より信頼性の高い半導体装置が求められる現在においては、上記半導体装置の構成では十分ではない。
【０００９】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、簡便な構成で半導体装置の内部空間の気密性を損なうことなく、より信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、凹部が形成されたセラミックパッケージと、該セラミックパッケージの前記凹部の内底面側に実装された半導体素子と、該半導体素子に対して窓となる開口部が設けられ前記セラミックパッケージの前記凹部を覆うように気密接合されたリッドと、該リッドの前記開口部を覆うように接合部を介して気密接合されたキャップと、を有する半導体装置であって、前記接合部には、前記リッドと前記キャップとを気密接合させた前記接合部の外周面を覆うように前記接合部に生ずる応力を緩和することが可能な補強部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、半導体装置に温度サイクルや外部から力が加わっても、簡便な構成で半導体装置の内部空間の気密性を損なうことなく、より信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記接合部は、低融点ガラスにより形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、前記半導体装置を共晶半田などの加熱溶融によりプリント基板などの配線基板に実装させる場合においても、前記半導体装置の内部空間の気密性が低下することを防ぐことが可能となる。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記補強部は、合成樹脂より形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記接合部への応力や外部からの力を吸収可能な前記補強部を比較的簡単に形成させることができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、前記補強部は、導電性樹脂であることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記補強部を介して、前記キャップと前記リッドとを導電位とすることが可能となる。特に、前記キャップが導電性を有する場合、前記半導体装置の内部空間に不要な電磁波が入ることを防止するシールド機能を持たすことが可能となる。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記セラミックパッケージの前記凹部の前記内底面側には、前記半導体素子に加えて、ゲッタが実装されており、該ゲッタの実装が前記セラミックパッケージの前記凹部の前記内底面側に設けられた一対の溶接用電極へそれぞれ溶接固定されたものであることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、ゲッタを用いて半導体装置の内部空間の真空度を高く保つことができる。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項５に記載の発明において、前記ゲッタは、前記セラミックパッケージの外部からの通電により前記ゲッタを抵抗加熱できるように前記セラミックパッケージの前記凹部の前記内底面に設けられた配線電極と前記溶接用電極とが電気的に接続されてなることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記ゲッタと前記溶接用電極を介して接続された配線電極に電流を流すだけで、半導体装置の内部空間に配置された前記半導体素子や前記接合部に熱的な悪影響を与えることを避けつつ、前記ゲッタを活性化することができる。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項６に記載された半導体装置の製造方法であって、前記リッドと前記キャップとを気密接合させた前記接合部の外周面を覆い前記接合部に生ずる応力を緩和することが可能な補強部を形成した前記リッドと、前記ゲッタおよび前記半導体素子が前記凹部の内底面側に実装された前記セラミックパッケージとを真空シーム溶接するシーム溶接工程を有することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、半導体装置に温度サイクルや外部から力が加わっても、半導体装置の内部空間の気密性を損なうことなく、より信頼性の高い半導体装置を比較的簡単に製造することができる。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項７に記載の発明において、前記シーム溶接工程に先立って、真空雰囲気または不活性雰囲気下で前記リッドに前記キャップを気密接合するキャップ接合工程を有することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前記リッドと前記キャップとを気密性よく接合することができる。特に、前記リッドの表面が酸化されるようなこともなく、後に行われるシーム溶接工程において、溶接不良を防止することが可能となる。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項７または請求項８に記載の発明において、前記シーム溶接工程の後に、前記ゲッタに通電して該ゲッタを活性化することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、前記ゲッタへの通電により直接加熱させ前記半導体素子や前記接合部に熱的な悪影響を与えることなく比較的簡単にゲッタを活性化させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１の発明では、キャップが、リッドの開口部を覆うように接合部によって気密接合され、接合部には、前記リッドと前記キャップとを気密接合させた接合部の外周面を覆うように前記接合部に生ずる応力を緩和することが可能な補強部が形成されている。このような簡便な構成で半導体装置の内部空間の気密性を損なうことなく、信頼性の高い半導体装置とすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態１の半導体装置を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面に相当する概略断面図である。
【図２】同上の半導体素子を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’概略断面図である。
【図３】同上の要部の概略斜視片側断面図である。
【図４】従来の半導体装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（実施形態１）
本実施形態の半導体装置について図１および図２を参照して説明する。
【００３１】
本実施形態の半導体装置２０は、図１（ｂ）の断面図で示すように、凹部１ａが形成されたセラミックパッケージ１と、該セラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側に実装された半導体素子となる赤外線センサ素子２と、該赤外線センサ素子２に対して窓となる開口部３ａが設けられセラミックパッケージ１の凹部１ａを覆うように気密接合されたリッド３と、該リッド３の開口部１ａを覆うように接合部５を介して気密接合されたキャップ４と、を有しており、接合部５には、リッド３とキャップ４とを気密接合させた接合部５の外周面５ａを覆うように接合部５に生ずる応力を緩和することが可能な補強部６が形成されている。
【００３２】
以下、本実施形態に用いられる各構成について、詳述する。
【００３３】
セラミックパッケージ１は、半導体素子となる赤外線センサ素子２を収納するための凹部１ａが形成されており、凹部１ａの内底面１ｂ側に赤外線センサ素子２が実装されている。
【００３４】
本実施形態において、より具体的には、セラミックパッケージ１の凹部１ａは、断面視において階段状に二段構成で形成され、凹部１ａの内底面１ｂは、半導体装置２０の厚み方向において深さが異なる第一の底面１ｂ’と、より深い第二段目の底面１ｂ’’とからなっている。いいかえれば、第一段目の底面１ｂ’には、窪み１ａ’が設けられ、この窪み１ａ’により第一段目の底面１ｂ’から、さらに一段下がった第二段目の底面１ｂ’’が形成されることになる。
【００３５】
赤外線センサ素子２は、ダイボンド材９によって窪み１ａ’内にダイボンド実装されており、赤外線センサ素子２の厚みは、凹部１ａの内底面１ｂにおける第一段目の底面１ｂ’から第二段目の底面１ｂ’’までの深さと略等しい。そのため、赤外線センサ素子２をセラミックパッケージ１の凹部１ａの底面１ｂ側に実装させた状態で、赤外線センサ素子２の導体パターン２９が設けれたベース基板２１（図２を参照）の表面は、セラミックパッケージ１の凹部１ａの第一段目の底面１ｂ’と略同一平面を形成してある。
【００３６】
平面視においては、図１（ａ）に示すようにセラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂは、外形が長方形状の第一段目の底面１ｂ’と、第一段目の底面１ｂ’内に前記長方形状の中心からずれて正方形状の第二段目の底面１ｂ’’が形成（図中左側）されており、第二段目の底面１ｂ’’が形成されていない第一段目の底面1ｂ’（図中右側）には、半導体装置２０の内部空間１ｄで不要な残留ガスを吸着可能なゲッタ１３が配置可能なスペースが設けられている。
【００３７】
なお、図１（ａ）は、半導体装置２０の内部配置を参照するためリッド３が接合されていない状態で示してある。
【００３８】
また、配線電極１０は、セラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂのうち第一段目の底面１ｂ’上に複数個設けられており、配線電極１０の一部は、赤外線センサ素子２の導体パターン２９と金属ワイヤ（例えば、金線など）８によってワイヤボンディングされている。同様に、他の配線電極１０の一部には、溶接用電極（例えば、コバール）１４，１４がろう付けされ、溶接部１７，１７によって平板形状（いわゆるリボン状）のゲッタ１３を溶接用電極１４，１４に固定し電気的に接続させている。
【００３９】
配線電極１０は、セラミックパッケージ１の厚み方向に設けられた貫通配線１１を介してセラミックパッケージ１の裏面と側面とに跨って設けられた外部電極１２と電気的に接続させてある。したがって、赤外線センサ素子２からの信号は、金属ワイヤ８、配線電極１０、貫通配線１１を通ってセラミックパッケージ１の外部電極１２に引き出すことができる。
【００４０】
赤外線センサ素子２が実装されたセラミックパッケージ１には、赤外線が透過可能なキャップ４が設けられたリッド３を蓋として、半導体装置２０の内部空間１ｃを気密封止してある。リッド３とセラミックパッケージ１とを気密性よく強固に接合するためには、抵抗シーム溶接で行うことができる。そのため、セラミックパッケージ１上には、リッド３と抵抗シーム溶接が可能なようにシームリング（例えば、コバールからなるリングなど）７が設けられている。なお、抵抗シーム溶接する場合には、シームリング７と当接するセラミックパッケージ１上に、シーム溶接用の金属膜（例えば、Ｗ膜、Ｎｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜など）１５を形成することが好ましい。
【００４１】
セラミックパッケージ１の形状、セラミックパッケージ１に設けられた配線電極１０、貫通配線１１、外部電極１２やシーム溶接用の金属膜１５の一部は、セラミックパッケージ１の焼成と同時に形成させることができる。
【００４２】
このようなセラミックパッケージ１は、その形成時に配線電極１０、貫通配線１１、外部電極１２等を所望の形状に形成することが容易で、キャンパッケージと比較して複雑な配線を行うことが可能になる。そのため、半導体装置２０をプリント配線板などの配線基板（図示しない）に実装するときに実装配置の自由度が向上する。また、セラミックパッケージ１は、半導体装置２０を前記配線基板へ実装させる際に、セラミックパッケージ１の前記裏面と前記側面に設けられた外部電極１２で表面実装することもできるし、上記外部電極１２の代わりにリード端子を用いて挿入実装するなど所望に応じて実装方法の選択の幅を広くすることができる。
【００４３】
セラミックパッケージ１の材料としては、不活性ガスを封入したり真空排気させるなど気密封止のためには、ガスバリア性が高いことが要求され、窒化アルミニウム、炭化珪素、アルミナやシリカ系セラミックを用いることがより好ましい。なお、セラミックパッケージ１をアルミナで形成させた場合は、線膨張係数がおよそ７．１ｐｐｍ／Ｋとなる。
【００４４】
次に、本実施形態の半導体装置２０に用いられる半導体素子の一例として、赤外線センサ素子２を図２により説明する。
【００４５】
赤外線センサ素子２は、平面視形状が矩形板状となるベース基板２１、ベース基板２１の一表面側に配置され赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部２３、および温度検知部２３がベース基板２１から離間して配置されるように温度検知部２３を支持する支持部４１から構成されている。また、温度検知部２３がベース基板２１の一表面から離間して配置されており、ベース基板２１の前記一表面上に、温度検知部２３を透過した赤外線を温度検知部２３側へ反射する赤外線反射部２６が形成されている。
【００４６】
ベース基板２１は、シリコン基板２１ａと、当該シリコン基板２１ａの前記一表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜２１ｂと、当該シリコン基板２１ａの他表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜２１ｃとで構成してある。なお、図２（ｂ）における赤外線センサ素子２の断面は、同図（ａ）における赤外線センサ素子２のＤ−Ｄ’断面に相当する。
【００４７】
ベース基板２１には、２つの支持ポスト部４２ａ，４２ａが立設され、ベース基板２１側とは反対側に温度検知部２３が形成される支持部４１が梁部４２ｂ，４２ｂを介して支持ポスト４２ａ，４２ａと連結保持されている。
【００４８】
温度検知部２３は、温度に応じて電気的抵抗値が変化する抵抗ボロメータ形のセンシングエレメントを用いており、支持部４１側のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＴｉＯ２膜との積層膜を例えば、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの薄膜形成方法により形成してある。なお、温度検知部２３は、Ｔｉ膜とＴｉＯ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＴｉＯＮ膜との積層膜で形成してもよいし、抵抗ボロメータ形のセンシングエレメントの材料としては、Ｔｉに限られず、例えば、アモルファスＳｉ、ＶＯｘなどを採用してもよい。
【００４９】
また、温度検知部２３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するセンシングエレメントに限られず、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメントなどを採用してもよく、いずれのセンシングエレメントを採用した場合でも、材料を適宜選択することで一般的な薄膜形成技術を利用して形成することができる。ここにおいて、温度に応じて誘電率の変化するセンシングエレメントの材料としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）などを採用することができる。
【００５０】
温度検知部２３は、平面視形状において、蛇行した形状（ここでは、つづら折れ状の形状）に形成されており、両端部が脚部４２，４２に沿って延長された配線層２８，２８を介してベース基板２１の上記一表面上の金属膜（例えば、Ａｕ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる上記導体パターン２９，２９と電気的に接続されている（図２（ａ）を参照）。なお、配線層２８，２８を温度検知部２３と同じ積層膜で構成し、配線層２８，２８と温度検知部２３とを同時に形成することができるが、配線層２８，２８の材料は、特に限定するものではなく、Ａｌ、Ｗ、ＷＮ、ＷＳｉ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉの群から選択される１種類でもよい。配線層２８，２８を複数層により形成する場合には、これらの群から選択される複数種類の材料を適宜採用すればよい。
【００５１】
温度検知部２３は、支持部４１に保持され、支持部４１は、ベース基板２１側の表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止するシリコン酸化膜からなる第１のバリア膜４１ｂと、支持部４１のベース基板２１側とは反対側の表面に形成されたシリコン酸化膜からなる第２のバリア膜４１ｃとから構成されている。すなわち、多孔質シリカ膜４１ａがシリコン酸化膜からなる第１および第２のバリア膜４１ｂ，４１ｃで挟まれた板状に構成され、この板状の第２のバリア膜４１ｃ上に温度検知部２３を設けている。
【００５２】
支持部４１を構成する多孔質シリカの材料としては、多孔質の酸化シリコンの一種である多孔質シリカを採用することができ、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマーの一種であるメチル含有ポリシリキサン、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの一種であるＳｉ−Ｈ含有ポリシロキサン、シリカエアロゲルなどを採用してもよい。ここで、支持部４１として、多孔質シリカを用いているため、シリコンと比較して熱伝導率を低くし、赤外線センサ素子２の感度を向上することができる。多孔質シリカの多孔度は、小さすぎると断熱し難くなり、多孔度を大きくし過ぎると機械的強度が低くなる傾向にある。そのため、支持部４１に用いられる多孔質シリカの多孔度は、所望の特性によって適宜設定することができるが、１０％から９０％が好ましい。
【００５３】
赤外線反射部２６は、赤外線を反射し温度検知部２３で効率よく吸収できるようにベース基板２１上に好適に設けられる。赤外線反射部２６の材料としては、例えば、人体から放射される８μｍから１３μｍの波長帯の赤外線を検出対象とする場合、導体パターン２９，２９の材料と同じＡｕを採用することができる。なお、製造プロセスの簡略化のため、導体パターン２９，２９の材料としてＡｕ−Ｓｉを用いた場合は、赤外線反射部２６の材料としてＡｕ−Ｓｉを用いることもできる。
【００５４】
脚部４２，４２は、ベース基板２１の上記一表面側において導体パターン２９，２９に立設された２つの円筒状の支持ポスト部４２ａ，４２ａと、各支持ポスト部４２ａ，４２ａそれぞれの上端部と支持部４１とを連結した梁部４２ｂ，４２ｂとで構成されており、支持部４１とベース基板２１との間に間隙２７が形成されている。ここで、支持部４１の外周形状が矩形状であって、各梁部４２ｂ，４２ｂは、支持部４１の一側縁の長手方向の一端部から当該一側縁に直交する方向に延長され更に当該一側縁の上記一端部から他端部に向う方向に沿って延長された平面形状に形成されており、支持部４１の厚み方向に沿った中心軸に対して回転対称性を有するように配置されている。
【００５５】
また、配線層２８，２８のうち脚部４２，４２の梁部４２ｂ，４２ｂ上に形成された部位の幅は、当該配線層２８，２８を通した熱伝導を抑制するために梁部４２ｂ，４２ｂの幅寸法よりも小さく設定してある。また、配線層２８，２８のうち支持ポスト部４２ａ，４２ａに形成されている部位は、支持ポスト部４２ａ，４２ａの内周面の全体と導体パターン２９，２９の表面とに跨って形成されており、支持ポスト部４２ａ，４２ａが配線層２８，２８により補強されている。なお、支持ポスト部４２ａ，４２ａは、例えば、Ｔｉ膜からなる金属で構成させるよりも、Ｔｉ膜とＡｕ膜などとの積層膜により構成し、当該積層膜の膜厚を適宜設定することで支持ポスト部４２ａ，４２ａの機械的強度を高めることもできる。
【００５６】
このような赤外線センサ素子２を形成するためには、例えば、ベース基板２１の基礎となる単結晶のシリコン基板２１ａの前記一表面側および前記他表面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜２１ｂ，２１ｃを熱酸化法により形成した後、ベース基板２１の一表面側に金属膜をＣＶＤ法や蒸着など各種成膜方法で成膜し、所望の形状にエッチングすることで導体パターン２９，２９や赤外線反射部２６を形成する。
【００５７】
次に、ベース基板２１の前記一表面の全面に、後にアッシング除去され間隙２７を構成する樹脂層（例えば、ポリイミドなど）を回転塗布により形成する。この樹脂層を支持部４１を形成するために利用する。すなわち、前記樹脂層上に、スパッタ法などによりシリコン酸化膜からなる第１のバリア層４１ｂ、ゾルゲル法などにより多孔質シリカ膜４１ａ、スパッタ法などによりシリコン酸化膜からなる第２のバリア層４１ｃをそれぞれ成膜し、所望の形状にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることで、支持部４１を形成する。
【００５８】
こうして形成された支持部４１上に温度検知部２３を所望の形状に形成した後、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガスやＮ２ガスとＨｅガスとの混合ガスの群から選択される１種のガスのプラズマを利用してアッシング処理することで、前記樹脂層を除去して図２のごとき間隙２７を有する赤外線センサ素子２を形成することができる。
【００５９】
こうして形成された赤外線センサ素子２は、セラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側の所定位置にダイボンド材９により実装することができる。なお、ダイボンド材９の材料としては、半導体装置２０の内部空間１ｃで不要なガスが生じないように無機材料が好ましく、例えば、Ａｕ-Ｓｎ共晶、Ａｕ−Ｓｉ共晶や低融点ガラスを好適に用いることができる。ダイボンド材９として低融点ガラスを用いた場合には半導体素子にもよるが、低融点ガラスの軟化点を半導体素子に熱的な悪影響が生じないように４５０℃以下とすることが好ましい。また、低融点ガラスの軟化点は、半導体装置２０を半田によって配線基板に実装する場合において、半田の溶融温度よりも十分高くすることができ、ダイボンド材９が再び軟化溶融する問題もない。さらに、半導体素子のダイボンド実装される面側の材料によらず実装することもできる。また、ダイボンド材９には、有機材料であってもエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等では、ガスの発生が少ないものもあり、適用することも可能である。
【００６０】
また、図１で示した半導体装置２０においては、赤外線センサ素子２の導体パターン２９と、セラミックパッケージ１の配線電極１０とを金属ワイヤ８により電気的に接続させてあるが、赤外線センサ素子２のベース基板２１に予め貫通孔配線を形成すると共にベース基板２１の前記他表面側に前記貫通孔配線に電気的に接続させた外部接続用電極を形成しておき、半田などを介してセラミックパッケージ１の配線電極１０と電気的に接続（図示しない）することにより、温度検知部２３の出力をセラミックパッケージ１の外部へ取り出すこともできる。
【００６１】
次に、半導体装置２０に用いられるリッド３は、セラミックパッケージ１を気密封止が可能な蓋として用いられる。リッド３には、セラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側に実装させた半導体素子に対して窓となる開口部３ａを有し、開口部３ａを覆うようにキャップ４が気密接合される。したがって、例えば、半導体素子として赤外線センサ素子２を用いた場合、リッド３は、赤外線センサ素子２にノイズの原因となる不要な電磁波を遮蔽して、気密接合が可能なものが好ましい。リッド３とセラミックパッケージ１とをシーム溶接する場合は、リッド３が導電性を有することが好ましい。
【００６２】
また、リッド３は、セラミックパッケージ１の材料およびキャップ４の材料それぞれの線膨張係数を考慮して、線膨張係数が４〜６ｐｐｍ／Ｋ程度の材料を用いることが好ましい。このようなリッド３の材料として、コバール、ステンレスや鉄などを用いることができる。なお、リッド３に設けられる開口部３ａの形状は、円形、楕円形、正方形や長方形など所望に応じて種々形成することができる。
【００６３】
なお、リッド３をセラミックパッケージ１にシーム溶接させる場合、リッド３がセラミックパッケージ１或いはシームリング７と当接するリッド３の表面にＮｉメッキ層を設けることが好ましい。しかしながら、Ｎｉメッキ層が設けられたリッド３は、３５０℃以上の高温雰囲気では酸化されやすく、表面抵抗の増加を招きシーム溶接不良を引き起こす可能性がある。そのため、高温雰囲気下で予めリッド３とキャップ４とを接合部の材料として低融点ガラスなどを用いて気密接合させたリッド３をセラミックパッケージ１にシーム溶接する場合には、キャップ４のリッド３への接合時に真空雰囲気または不活性雰囲気下で気密封止しリッド３の表面（Ｎｉメッキ層）の酸化を防止することが好ましい。
【００６４】
キャップ４は、リッド３の開口部３ａを覆うように接合され、図１に示すように平板の板状に形成することもできるが、所望に応じてレンズ形状とすることもできる。このようなキャップ４のレンズ形状としては、例えば、凸レンズとすることもできるが、これに限られず、凹レンズ、シリンドリカルレンズ、楕円球面レンズ、フレネルレンズや回折レンズなどとすることもできる。
【００６５】
キャップ４の材料としては、例えば、半導体素子として赤外線センサ素子２を用いた場合は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅなどの半導体材料が好適に挙げられるが、これに限られない。キャップ４の材料の線膨張係数としては、２．７〜３ｐｐｍ／Ｋのものを好適に用いることができる。なお、キャップ４をレンズ形状とするには、例えば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの形成方法により形成することができる。
【００６６】
より具体的には、陽極酸化技術を応用してキャップ４となる半導体レンズを形成する（特許第３８９７０５６号公報参照）ために、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板（例えば、シリコン基板）の一表面側に半導体基板とオーミック接触をなすように形成する。例えば、図１に示したように凸レンズ形状のキャップ４を形成するために、前記半導体基板の前記一表面上に陽極の基礎となる導電性層を形成した後、該導電性層に円形状に開口した部位を設け前記半導体基板の前記一表面の一部が円形状に露出するようにパターニングを行う。
【００６７】
次に、前記半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去可能な電解液中に、前記半導体基板の他表面における多孔質部の形成予定領域全域を浸す。
【００６８】
その後、前記半導体基板の前記他表面側に対向配置される陰極と陽極との間に通電させ、前記半導体基板の前記他表面側に所望形状の多孔質部を酸化により形成する。続いて、前記半導体基板に形成された前記多孔質部をエッチングなどにより除去することで、凸レンズ形状の赤外線が透過可能なキャップ４を形成することができる。
【００６９】
なお、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極の代わりに、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した絶縁層を半導体基板の一表面側に形成し、前記絶縁層を有する前記半導体基板の前記一表面側に導電層を形成する、或いは前記絶縁層を有する前記半導体基板の一表面側と電解液を介して通電用電極を対向配置することで、前記半導体基板の前記他表面側に、後に除去される多孔質部を形成することもできる。また、前記導電性層に円形状に開口した部位を設ける代わりに、平面形状が長方形状の陽極を形成すれば、キャップ４として平凹型のシリンドリカルレンズを形成することもできる。
【００７０】
接合部５は、リッド３の開口部３ａを塞ぐようにリッド３とキャップ４とを気密接合が可能なものであり、このような接合部５の材料の一例としては、ろう材、半田、気密封止可能な樹脂や低融点ガラスが挙げられる。また、接合部５は、リッド３とキャップ４との中間的な線膨張係数とすることができるものが好ましい。特に、リッド３とキャップ４の線膨張係数が大きく異なる場合には、その線膨張係数の違いで生ずる応力に起因して、キャップ４や接合部５が破損し半導体装置２０の気密性が損なわれないものが好ましく、半田やガラスを好適に用いることができる。また、ガラス５を用いた場合は、リッド３とキャップ４との気密接合時に、ろう材や半田と比較して不要なガスの発生が少なくより好ましい。さらに、半導体装置２０をプリント基板へ共晶半田などにより実装させる場合には、実装に伴って接合部５が再び溶融しないように共晶半田の融点よりも高い高融点半田や軟化点が高いガラスを用いることで、リッド３とキャップ４との気密性を損なうことを防止することもできる。また、接合部５としてガラスを用いた場合は、ガラスの接合時に半導体装置２０に悪影響が生じないように、ガラス軟化点が例えば４５０℃以下程度の低融点ガラスを用いることが好ましい。リッド３とキャップ４とを低融点ガラスからなる接合部５を介して気密接合する場合は、リッド３やキャップ４への表面処理を行うことなく、簡便にリッド３とキャップ４とを他の材料と比較して気密性が高く接合することもできる。例えば、キャップ４として、赤外線が透過可能なＳｉを用いた凸レンズ形状の半導体レンズをリッド３の開口部３ａの周縁に合わせて低融点ガラスからなる接合部５を介して気密接合する場合、鉛フリーのビスマス系低融点ガラスのフリットをリング状にプリフォームした成形品を好適に用いることができる。
【００７１】
補強部６は、リッド３とキャップ４を気密接合させた接合部５の外周面５ａを覆うように形成され（図３を参照）、接合部５に生ずる応力を緩和することが可能なものである。すなわち、リッド３の開口部３ａを覆ってキャップ４を接合する接合部５を補強し、半導体装置２０に温度サイクルや外部から力が加わっても、接合部５から半導体装置２０の内部空間１ｃの気密性を損なうことを抑制可能なものである。
【００７２】
このような補強部６の材料として、接合部５よりも弾性率が低い各種の合成樹脂（例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂）を利用することができる。特に、補強部６として熱硬化性樹脂を用いることで、接合部５の外周面５ａに塗布し熱硬化させるだけで、補強部６を比較的簡便に形成することができる。
【００７３】
また、補強部６として合成樹脂中に導電性部材が含有された導電性樹脂を用いてもよい。このような導電性樹脂は、リッド３とキャップ４とを気密接合させる接合部５を補強し、キャップ４とリッド３とを導通し同電位とすることができる。導電性樹脂からなる補強部６は、例えば、各種の導電性部材が含有された樹脂ペーストを硬化させることにより形成することができる。導電性部材としてはＡｇ，Ａｕ，Ｃｕなどの金属やＩＴＯやＺｎＯなどの金属酸化物から選択される少なくとも１種を用いることができる。導電性部材の形状も球状、針状や燐片状など所望に応じて用いればよい。
【００７４】
例えば、半導体素子として赤外線センサ素子２、キャップ４としてＳｉ、リッド３にコバール、補強部６の材料としてＡｇペーストを用いて半導体装置２０を構成させた場合、Ａｇを含有する合成樹脂は、リッド３とキャップ４を気密接合させた接合部５の外周面５ａを覆うように形成させるだけで、キャップ４とリッド３とを同電位にすることができる。そのため、リッド３をセラミックパッケージ１の貫通配線電極などにより外部とアース接続させておくと、キャップ４が半導体装置２０の内部空間１ｃに不要な電磁波が入射されることなく、キャップ４により電磁波が吸収可能なシールドとして機能させることができる（図示しない）。
【００７５】
ゲッタ１３は、活性化させて気密封止した半導体装置２０の内部空間１ｃの残留ガスを除去するものであって、半導体装置２０の信頼性をより高めるために好適に設けられるものである。ゲッタ１３の形状は、配置される半導体装置２０の内部空間１ｃによって、種々選択することができるが、活性表面積が大きく機械強度を高めやすい、平板形状に形成することが好ましい。また、ゲッタ１３の材料としては、例えば、ニッケルクロム鉄からなる平板の基体上にＴｉとＺｒ−Ｖ−Ｆｅ合金とを焼結させたものを用いることができる。このようなゲッタ１３は、平面板のゲッタ１３の長手方向における両端部において、配線電極１０上に設けられた一対の溶接用電極１４，１４とをそれぞれ溶接固定することで比較的簡単に形成することができる。
【００７６】
ゲッタ１３は、その活性化時に半導体装置２０の内部に配置される半導体素子や接合部５に熱的な悪影響を与えないように、ゲッタ１３だけを部分的に加熱できるようなものが好ましい。このような加熱手段として、ゲッタ１３を溶接固定した一対の溶接用電極１４，１４を介して外部から電流を流し、ゲッタ１３を抵抗加熱させることで活性化を行うことができる。なお、配線電極１０は、ゲッタ１３を抵抗加熱により活性化させるために十分な電流が流せるように形成する必要があり、ゲッタ１３の種類によって大きさ、厚みや材料を適宜選択すればよい。
【００７７】
次に、本実施形態の半導体装置２０の製造工程について説明する。
【００７８】
予めセラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側となる第二段目の底面１ｂ’’上に赤外線センサ素子２をエポキシ樹脂によってダイボンド実装し、赤外線センサ素子２の導体パターン２９と第一段目の底面１ｂ’の配線電極１０とを金属ワイヤ８によりワイヤボンディングしておく。同様に、セラミックパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂとなる第一段目の底面１ｂ’に設けられた他の配線電極１０上には、一対のコバールからなる溶接用電極１４，１４がそれぞれろう付けによって取り付けられ、この一対の溶接用電極１４，１４にゲッタ１３を溶接部１７，１７でそれぞれ溶接しておく。なお、溶接用電極１４，１４の表面にはＮｉ／Ａｕメッキ膜を施してある。
【００７９】
他方、リッド３とキャップ４とを接合部５を介して気密接合するため、リッド３の開口部３ａの端部上に接合部５となる低融点ガラスのプリフォーム成形品を設置し、その上に開口部３ａを塞ぐようにキャップ４を重ね合わせる。
【００８０】
低融点ガラスのプリフォーム成形品内の不要なバインダを除去した後、リッド３の酸化防止のため真空雰囲気またはＮ２ガス雰囲気など不活性雰囲気下で低融点ガラスの焼成温度まで加熱することでリッド３とキャップ４とを低融点ガラスからなる接合部５を介して気密接合することができる。
【００８１】
引き続き、エポキシ樹脂をリッド３とキャップ４とを気密接合させた接合部５の外周面５ａを覆うように塗布し、硬化させることで補強部６を形成させる。
【００８２】
赤外線センサ素子２などが実装されたセラミックパッケージ１の凹部１を覆うように、シームリング７を介して、接合部５の外周面が補強部６で覆われたリッド３を真空雰囲気でシーム溶接し半導体装置２０を気密封止する。
【００８３】
さらに、シーム溶接により気密接合された半導体装置２０の内部空間１ｃに残留する不要なガスを除去するため、平板状のゲッタ１３に半導体装置２０の外部から溶接用電極１４，１４を介して電流を流し、ゲッタ１３を抵抗加熱により活性化させて気密封止した半導体装置２０の内部空間１ｃの残留ガスを除去する。
【００８４】
このようにして製造された半導体装置２０は、半導体装置２０に温度サイクルや外部から力が加わっても、半導体装置２０の内部空間１ｃの気密性を損なうことなく、より信頼性の高い半導体装置２０とすることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１  セラミックパッケージ
１ａ  凹部
１ｂ  内底面
２  赤外線センサ素子（半導体素子）
３  リッド
３ａ  開口部
４  キャップ
５  接合部
５ａ  外周面
６  補強部
１３  ゲッタ
１４  溶接用電極
２０  半導体装置
【図１】
2010177298.tif 000003
【図２】
2010177298.tif 000004
【図３】
2010177298.tif 000005
【図４】
2010177298.tif 000006