(57)【要約】【課題】封止空間を真空にするパッケージおいて、小型化かつ高性能化が可能であり、かつ信頼性を向上させることが可能な真空封止パッケージを提供する。【解決手段】凸部１１を有する第１基板１０と、第２基板１５と、第１基板の凸部の端部に配置される金属配線１２と、第２基板上に配置される金属材料からなる金属配線１３と、を備え、前記第１基板および前記第２基板は前記金属配線を介して接合され形成される封止空間において、前記封止空間が真空となるように、前記第１基板の内面側面部に段差部４０を設け、段差部表面にガスを吸着するゲッター材２０を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸部を有する第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板の凸部の端部に配置される第１の接合材と、
前記第２基板上に配置され、前記第１の接合材と接合され、前記第１基板と前記第２基板の間に封止空間を形成する第２の接合材と、
を備え、
前記第１基板の内面に複数の段差を有する段差部を有し、
前記段差部の表面に前記封止空間のガスを吸収するゲッター材を有するパッケージ。
【請求項２】
前記ゲッター材が、前記段差部表面から延長され、前記第１基板の前記第２基板に向かい合う面上の、前記段差部の周辺に配置される請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記段差部が、前記第１基板側から前記第２基板側に向かい開口幅が広くなるテーパー状である請求項１または２に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記ゲッター材が、複数の金属層の積層構造である請求項１に記載のパッケージ。
【請求項５】
前記第１基板がシリコンからなる請求項１から４のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項６】
シリコンからなり、一方の面に凸部を有する第１基板と、
前記第１基板と向かい合う面に赤外線検出素子を有する第２基板と、
前記凸部の端部に配置される第１の接合材と、
前記第２基板の前記赤外線検出素子を有する面に、前記第１の接合材と接合され前記第１基板と前記第２基板の間に封止空間を形成する第２の接合材と、
前記第１基板の内面の段差部と、前記第１基板の前記赤外線検出素子と向かい合う面上でかつ前記赤外線検出素子の受光領域の外側にゲッター材を有する赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージおよび赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線センサ、加速度センサ、角速度センサおよび水晶振動子に用いられるパッケージは、内部を減圧雰囲気とし、パッケージ内部のガスや水分を最小限にする必要がある。そのため、ガスや水分を吸着するゲッター材料をパッケージ内部に設置している。
【０００３】
しかしながら、電子部品に対しては小型化と高機能化の両立が求められており、これにより、減圧雰囲気といった真空状態での環境で封止状態を維持するためのガス吸着を行うゲッター材料を形成する箇所が十分に確保することができない状態となると、素子の処理能力が顕著に低下し、電子部品の信頼性低下につながる。
【０００４】
そこで、省スペース化を図ることのできるゲッター材の取り付け方法が提案されている。例えば、ゲッター材を構成している素子の側面を基板に取り付け立設する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２１８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に記載の技術では、ゲッター材を下部の基板の平面上に配置するため、ゲッター材料を構成している素子の側面に取り付けによる省スペース化に一定の効果があるものの、小型化と高機能化の両立を図ることに限界がある。即ち、従来技術では、ゲッター材を構成している素子の側面積を考慮した基板の底面積を確保する必要があるため、効果的な小型化、高機能化を図りつつ、かつ信頼性を向上させることが可能なパッケージの構成は何ら開示されていない。
【０００７】
そこで本発明は、封止空間を真空にするパッケージおいて、小型化かつ高性能化が可能であり、かつ信頼性を向上させることが可能なパッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明のパッケージは、凸部を有する第１基板と、第２基板と、前記第１基板の凸部の端部に配置される第１の接合材と、前記第２基板上に配置され、前記第１の接合材と接合され、前記第１基板と前記第２基板の間に封止空間を形成する第２の接合材と、を備え、前記第１基板の内面に複数の段差を有する段差部を有し、前記段差部の表面に前記封止空間のガスを吸収するゲッター材を有することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、第１基板の封止空間の内部側面の表面積を大きくすることができる。即ち、ゲッター材料を形成する面積を確保することができる。よって、封止空間内、即ち、パッケージ内部を減圧雰囲気といった真空状態を達成することができるとともに、維持することができるため、電子部品の高性能化および信頼性向上を図ることが可能になる。
また、前記ゲッター材を、前記段差部の表面から延長し、前記第１基板の前記第２基板に向かい合う面上の、前記段差部の周辺にも配置してもよい。前記第１基板の段差部の周辺にゲッター材を配置することにより、ゲッター材の表面積を増加することができ、ガスの吸収効果を高めることができる。
また段差部を、前記第１基板側から前記第２基板側に向かい開口幅が広くなるテーパー状とることができる。テーパー状の段差構造を設けることにより、段差部の長さを長くすることができ、ゲッター材の表面積を増し、ガス吸収効果をたかめることができる。さらに、第１基板の段差部の基部の強度を向上することができる。
【００１０】
また、本発明にあっては、前記ゲッター材料は、２層以上の金属層で積層されていると好適である。かかる構成によれば、パッケージ内部で発生するガスの種類に応じたゲッター材料を形成することで、発生したガスを効率よく吸着することが可能である。よって、パッケージ内部の雰囲気を真空状態にすることができるとともに、真空状態を維持することができるため、電子部品の高性能化および信頼性向上を図ることが可能となる。
【００１１】
また、本発明にあっては、前記ゲッター材料の形成箇所は、  前記第１基板の内面側面部と、前記第１基板と前記第２基板の接合時に前記第１基板の前記凸部と前記第２基板とによって形成される封止空間かつ前記第２基板上に配置されるセンサ素子の検出部端部から、垂直方向に伸ばした直線上で、前記第１基板の内面底部との接点までに形成されると好適である。
かかる構成によれば、第１基板の側面部だけでなく上端部までゲッター材料を形成することができる。よって、ゲッター材料形成の面積を可能な限り増やすことができるため、パッケージ内部を減圧雰囲気といった真空状態にすることができるとともに、維持することができるため、電子部品の信頼性向上を図ることが可能となる。
また、ゲッター材料形成箇所は、センサ検出部上の第１基板の上底部には形成されていないため、入射光の減衰をさせることなく、効率よくセンサ素子の検出部で受光することが可能になる。
【００１２】
また、本発明にあっては、
前記第１基板は、シリコン材料によって形成されていると好適である。
かかる構成によれば、センサ素子の検出部へ入射する赤外光の減衰を最小限にすることができる。即ち、効率よく赤外光を受光することが可能となる。
また、センサ素子の検出部が搭載された第２基板と第１基板とが、同じシリコン材料から構成されることで、熱膨張係数の差が発生しない組合せとすることができる。即ち、第１基板と第２基板を金属材料からなる接合材料を介して接合封止した際の第１基板と第２基板との接合界面で発生する応力を最小限にすることができる。よって、真空状態を維持することが可能となり、電子部品の高性能化および信頼性向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、封止空間を真空にするパッケージにおいて、小型化かつ高性能化が可能であり、かつ信頼性を向上させることが可能なパッケージを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係るパッケージの構成断面図である。
【図２】第１実施形態に係るパッケージの製造方法の工程を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係るパッケージの製造方法の工程を説明する図である。
【図４】第１実施形態に係る第１基板における斜面部の拡大図である。
【図５】第２実施形態におけるパッケージの構成断面図である。
【図６】第３実施形態におけるパッケージの構成断面図である。
【図７】第４実施形態におけるパッケージの構成断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１６】
[第１実施形態]
図１から図４を参照して、本発明に係る第１実施形態について説明する。
（１：パッケージの構成）
図１に、本実施形態におけるパッケージの構成断面図を示す。
図１に示すようにパッケージ１は、第１基板１０と第２基板１５を備える。また、第１基板１１と第２基板１５の間には、センサ１７を封入する封止空間３０が形成される。
第１基板１０は、シリコン基板である。凸部１１は、第１基板１０に一体的に形成されている。そして、凸部１１の先端面上には、第１金属配線１２が配置されている。第１金属配線１２は、金属薄膜である。第１金属配線１２の材料は、拡散接合しやすい材料であり、例えば、金（Ａｕ）とタンタル（Ｔａ）、またはアルミニウム（Ａｌ）と窒化チタン（ＴｉＮ）の二層構成である。その第１金属の薄膜構成は、タンタル（Ｔａ）薄膜の下地層上に金（Ａｕ）薄膜を形成、または窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜の下地層上にＡｌ（アルミニウム）形成されている。ＡｕとＴａの場合の膜厚それぞれは、例えばＡｕが０．５μｍ〜数μｍ、Ｔａが数百ｎｍである。また、ＡｌとＴｉＮの場合の膜厚それぞれは、例えばＡｌが数μｍ、ＴｉＮが数百ｎｍである。
【００１７】
さらに、第１基板１０の封止空間３０内面の側面形状が階段状形状をしている段差部４０からセンサ１７の幅方向の端部から垂直方向に伸ばした点で第１基板１０の底部と接する位置までゲッター材２０が形成されている。すなわち、ゲッター材２０は、段差部４０から第１基板１０の内側表面の平坦部の外周まで形成されている。このゲッター材２０は、金属材料によって形成されている膜であり、加熱されることにより活性化し、酸素や水素を吸着することができるゲッタリング機能を有している。ゲッター材２０は、ゲッタリング機能を高めるために、チタンを下地層とし、上層にジルコニウムを主体とした合金からなる二層構造としても良い。
【００１８】
第２基板１５は、シリコン基板であり、第１基板１０と略平行に配置される。第２基板１５の位置１６上に、第２金属配線１３が配置されている。また、第２基板１５上には、電極１６（１６ａと１６ｂ）とセンサ１７とが配置されている。以下、電極１８ａと電極１８ｂのうち１つを特定しない場合は、電極１８という。
【００１９】
第２金属配線１３は、金属薄膜である。第２金属配線１３の材料は、第１金属配線１２と同様であり、膜厚それぞれも第１金属配線１２と同様である。また、第１金属配線１２の材料がＡｕとＴａの場合の場合は、第２金属配線１３の材料もＡｕとＴａであり、第１金属配線１２の材料がＡｌとＴｉＮの場合の場合は、第２金属配線１３の材料もＡｌとＴｉＮである。
【００２０】
第１基板１１と第２基板１５は、それぞれに形成されている第１金属配線１２および第２金属１３を介して、第１金属配線１２と第２金属配線１３とを拡散接合することによって、封止空間３０を形成する。
よって、封止空間３０は、気密空間として、減圧雰囲気を維持することができる。
センサ１７は、赤外線を検知する赤外線センサである。
センサ１７は、第２基板１５に形成されており、第１基板１０と第２基板１５の間の封止空間３０に形成されている。
【００２１】
電極１８は、センサ１７が検出した情報を外部に出力するためのパッドである。センサ１７と電極１８は、第２基板１５内に埋め込まれている不図示の配線材によって接続されている。なお、第２基板１５内には、センサ１７が出力する情報を処理する読み出し回路等のトランジスタ等の部品および配線などが形成されていてもよい。
【００２２】
（２：製造工程）
図２を参照して、本実施形態に係る電子部品１の構成を説明する。
図２は、本実施形態に係るパッケージ１の製造工程の一例を示す図である。  まず、図２（Ａ）に示すように、フォトリソグラフィとドライエッチングを行うことで、第１基板１０の不要部分を除去することで、凸部１１を形成する。
ここで、封止空間３０内面側に形成の階段状の凸部１１を形成する際には、フォトリソグラフィと上記記載のドライエッチングを所望の回数繰り返すことで、階段状形状を形成することができる。具体的には、フォトリソグラフィよって形成するレジスト膜を、その階段状形状を形成する分、即ち、水平方向成分を考慮して、フォトリソグラフィ形成位置をずらして形成後、ドライエッチングをする。そして、その後、レジスト膜を剥離する。
そして、さらにレジスト膜を。階段状形状を形成する分、即ち、水平方向成分を考慮して、フォトリソグラフィ形成位置をずらして形成後、ドライエッチングをする。そして、レジスト膜を剥離する。
これを繰り返すことによって、所望の階段状形状を形成することができる。続けて、図２（Ｂ）に示すように、金属配線の材料を成膜（スパッタリングや蒸着など）した後、例えばスプレーコート法でレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィで凸部１１の頂面にのみレジスト膜が残るように形成する。その後、不要部分の金属をドライエッチングあるいはウエットエッチング加工で除去して、第１金属配線１２を形成する。
【００２３】
そして、その後、図２（Ｃ）に示すように、段差部４０の内面に薄膜からなるゲッター材２０を形成する。
続けて、図３（Ａ）に示すように、第２基板１５にセンサ１７と第２金属配線１３と電極１６を形成する。センサ１７は、シリコン基板である第２基板１５に周知の手法によって形成される。第２基板１５に、例えば、成膜（スパッタリングや蒸着など）を行った後、スピンコートやスプレーコート法でレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィで所望のレジスト膜を残す。その後、成膜した箇所の不要部分をドライエッチングあるいはウエットエッチングすることで、第２金属配線１７と電極１８形成する。
【００２４】
続けて、図３（Ｂ）に示すように、第１基板１０と第２基板１５の位置を合わせた後、第１基板１０を第２基板１５に加圧し、さらに加熱する。これにより、第１金属配線１２と、第２金属配線１３とが金属拡散接合される。
【００２５】
続けて、接合した後の第２基板１５を不図示のダイシング装置に保持し、第１基板１０をダイシングライン１９の位置で切断する。
図４は、封止空間３０内面側に形成された階段部４０および凸部１１の断面拡大図である。ゲッター材２０の形成方法は、メタルマスクを使用することで、形成したい箇所、即ち、封止空間３０内面側の階段部４０の内面と、センサ１７の検出部端部から、垂直方向に伸ばした直線上で、第１基板１０の封止空間３０内面底部との接点までの箇所にゲッター膜２０を形成する。
【００２６】
また、ゲッター膜２０の形成箇所は、封止空間３０内面側に形成した階段部４０のみに形成してもよい。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、封止空間３０内面側にゲッター膜２０を形成の凸部１１を階段状形状にすることにより、表面積を増やすことができる。また、赤外線が入射する箇所はゲッター膜２０を形成しない構成とすることによって、効率よく赤外線を検知することが可能となっている。よって、封止空間３０を減圧雰囲気といった真空状態にすることができるとともに、維持することができる。さらに入射光の減衰をさせることなく、効率よくセンサ１７の検出部で受光することが可能になる。
【００２８】
このことにより、本実施形態によれば、小型化かつ高性能化が可能であり、かつ信頼性を向上することができる。
【００２９】
［第２実施形態］
次に、パッケージ１の変形例を説明する。
図４を参照して、第２実施形態に係るパッケージ２について説明する。なお、構成は第１実施形態で説明した構成を適宜採用することが可能であるので、ここではその説明を省略する。
図５は、第２実施形態に係るパッケージ２の断面構成の一例を示す図である。図５に示すようにパッケージ２は、第１基板１０と第２基板１５を備える。また、第１基板１０と第２基板１５の間には、センサ１７を封入する封止空間３０が形成される。
第２基板１５に、貫通電極１４（１４ａと１４ｂ）と、電極１６（１６ａと１６ｂ）とが配置されている。第２金属配線１３は、第１基板１０と対向する第２基板１５上の面に形成されている。貫通電極１４（１４ａと１４ｂ）は、第２基板１５を貫通して形成されている。電極１６（１６ａと１６ｂ）は、第２基板１５の第２金属配線１３が配置されている面と反対側の面、すなわち第１基板１０の裏面に形成されている。
このように、パッケージ２は、センサ１７が検出した検出信号を、貫通電極１４を介して、第２基板１５の裏面に配置されている電極１６（１６ａ、１６ｂ）から出力する。なお、貫通電極１４とセンサ１７とは、不図示の配線で接続されている。
【００３０】
パッケージ２では、第２基板１５の裏面に電極１６（１６ａ、１６ｂ）が配置されているので、接合後に、第１基板１０の縁をｙ軸方向に切断する工程が不要である。
【００３１】
［第３実施形態］
次に、図６を参照して、第３実施形態に係るパッケージ３について説明する。なお、構成は第１実施形態または、第２実施形態で説明した構成を適宜採用することが可能であるので、ここではその説明を省略する。
図６は、第３実施形態に係るパッケージ３の断面構成の一例を示す図である。図６に示すようにパッケージ３は、第１基板１０と第２基板１５を備える。また、第１基板１０と第２基板１５の間には、センサ１７Ａを封入する封止空間３０が形成される。
【００３２】
パッケージ３では、センサ１７Ａが、第２基板１５とは別に形成され、形成後に第２基板１５上にＡｕＳｎ共晶接合により実装されている。センサ１７Ａは、例えば、ＭＥＭＳのセンサである。センサ１７Ａは、配線材２１ａを介して電極１６ａに接続され、配線材２１ｂを介して電極１６ｂに接続される。配線材２１（２１ａと２１ｂ）は、ワイヤであり、ワイヤボンディングの手法で接続される。パッケージ３では、接合後に、第１基板１０のダイシングライン１９の位置で切断する工程を行う必要がある。
【００３３】
［第４実施形態］
次に、図７を参照して、第４実施形態に係るパッケージ４について説明する。なお、構成は第１実施形態または、第２実施形態または、第３実施形態で説明した構成を適宜採用することが可能であるので、ここではその説明を省略する。
【００３４】
図６は、第４実施形態に係るパッケージ４の断面構成の一例を示す図である。
図６に示すようにパッケージ４は、第１基板１０と第２基板１５を備える。また、第１基板１０と第２基板１５の間には、センサ１７Ａを封入する封止空間３０が形成される。パッケージ４では、パッケージ３と同様にセンサ１７Ａが、第２基板１５とは別に形成され、形成した後に第２基板１５上に取り付けられる。さらに、パッケージ２では、センサ１７Ａが、配線材２１（２１ａと２１ｂ）と貫通電極１４（１４ａと１４ｂ）を介して、第２基板１５の裏面に配置されている電極１６（１６ａと１６ｂ）に接続されている。パッケージ４では、パッケージ２と同様に、第２基板１５の裏面に電極１６（１６ａ、１６ｂ）が配置されているので、接合後に、第１基板１０の縁を切断する工程が不要である。
【００３５】
［その他の実施形態］
本発明の実施形態は、上記第１実施形態〜第４実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、封止空間３０内面側に形成の階段状の凸部１１を形成する際には、フォトリソグラフィとウエットエッチングを使用してしてもよい。
この場合は、ウエットエッチングにより、シリコン結晶方位に沿ってエッチングされるため、斜面部が形成される。通常、シリコン基板の基板表面が、結晶面＜１００＞面が使用されることが多いが、その場合、ウエットエッチングによる斜面角度は５４．７度で形成される。そのため、斜面部がある階段形状が凸部１１には形成されることになる。即ち、本発明における、凸部１１に形成の階段形状の形成工程は、階段形状の段数やコストなどの観点から適宜選択することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１…パッケージ、１０…第１基板、１１…凸部、１２…第１金属配線、１５…第２基板、１３…第２金属配線、１６，１６ａ，１６ｂ…電極、１７，１７Ａ…センサ、１９…ダイシングライン、３０…封止空間、４０…段差部１４，１４ａ，１４ｂ…貫通電極、２１，２１ａ，２１ｂ…配線材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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