(57)【要約】【課題】窓側基板と素子側基板との間のクリアランスをより簡便に、さらにより確実に確保することができるとともに、真空封止の信頼性を確保することができるパッケージおよび赤外線センサを提供することを目的としている。【解決手段】パッケージ１は、第一基板２と、第二基板３と、前記第一基板に配置される枠状の第一の接合材１２と、前記第二基板上に形成される凹部Hと、前記凹部内面に配置される枠状の第二の接合材１５と、を備え、第二の接合材の端部が第二の接合材と接合され、封止空間Cを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板と、
前記第一基板の面と対向して配置される第二基板と、
前記第一基板の、前記第二基板と向かい合う面の外周近傍に配置される枠状の第一の接合材と、
前記第二基板の前記第一基板と向かい合う面に配置される枠状の凹部と、
前記凹部の内面に配置され、前記第一の接合材の端部の外周面及び側面と接合する第二の接合材と、を有するパッケージ。
【請求項２】
前記凹部は、前記第二基板の厚み方向の断面が、前記第一の基板に向かう面側に開口する円弧状であり、前記第二の接合材の前記開口の最大の内径が、前記第一の接合材の端部の幅よりも大きい請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記第一の接合材の先端部が、前記第二基板上の凹部内に配置される請求項１または２に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記第一の接合材が、メッキ層である請求項１から３のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項５】
前記第一基板がシリコンからなる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のパッケージと、
前記第二基板上の、前記第一の接合材と前記第二の接合材により形成される封止空間内に配置される赤外線検出素子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】
従来、電子部品用のパッケージは、二枚の基板を接合し、基板間に封止構造を設けた構造が知られており、この構造を利用した赤外線センサとして、窓側基板と素子側基板に平面状の基板を使用し、窓側基板と素子側基板を、はんだにより接合し、基板間に封止空間を設けた構造がある。ここで窓側基板には、反射防止膜を設け、赤外線検出部を配置する空間を真空として検出部を覆うように素子側基板と対向して配置し、赤外線検出部の周囲を囲むよう、はんだにより素子側基板と接続した構造が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３９６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、はんだによる封止構造のため、はんだの融解や冷却時の収縮のため、窓側基板と素子側基板との間のクリアランスを一定に確保することが困難であり。また、静電気による窓側基板と素子側基板の接触を避けるため、導電性の反射防止膜を使用し、その反射防止膜と素子側基板を電気的な接続を確実にすることが難しく、真空封止の信頼性確保が困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、窓側基板と素子側基板との間のクリアランスを確実に確保することができるとともに、真空封止の信頼性を確保することができるパッケージおよび赤外線センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るパッケージは、第一基板と、前記第一基板の面と対向して配置される第二基板と、前記第一基板の、前記第二基板と向かい合う面の外周近傍に配置される枠状の第一の接合材と、前記第二基板の前記第一基板と向かい合う面に配置される枠状の凹部と、前記凹部の内面に配置され、前記第一の接合材の端部の外周面及び側面と接合する第二の接合材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、接合時の加圧により、第一の接合材表面が第二の接合材表面と接触する際に単位面積当たりの圧力が高まるため、接合強度が高まり、真空封止の信頼性確保が可能となる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係るパッケージにおいて、前記凹部は、前記第二基板の厚み方向の断面が、前記第一の基板に向かう面側に開口する円弧状であり、前記第二の接合材の前記開口の最大の内径が、前記第一の接合材の端部の幅よりも大きいと好適である。
【０００９】
かかる構成によれば、接合の際の加圧時に第一の接合材と第二の接合材において、互いの表面が滑り摩擦により、表面酸化膜などが破壊されるため、第一の接合材と第二の接合材の拡散接合が確実に行うことができる。よって、接合強度を高めることが可能となり、真空封止の信頼性確保が可能となる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係るパッケージにおいて、前記第一の接合体の先端部が前記第二基板上の凹部内に配置されると好適である。
【００１１】
かかる構成によれば、第一の接合材が第二基板の表面に埋め込まれるように配置され、第一の接合材と第二の接合材との接触面積を大きくすることができるため、真空封止の信頼性向上が可能となる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係るパッケージにおいて、前記第一の接合材は、めっき層で形成されていると好適である。
【００１３】
かかる構成によれば、第一の接合材の高さを第一基板と第二基板とのクリアランスが十分に確保できる高さにすることができる。よって、封止空間の高さや体積を大きくすることができ第一基板が第二基板上に形成されているセンサに接触することなく、真空封止時の特性劣化を防ぐことが可能である。
【００１４】
また、本発明の一態様に係るパッケージにおいて、前記第一基板がシリコン材とすると好適である。
【００１５】
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二基板と第一基板とが、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、第一基板と第二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一基板と第二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、真空封止の信頼性を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
窓側基板と素子側基板との間のクリアランスの確保することができるとともに、真空封止の信頼性を確保することができるパッケージおよび赤外線センサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパッケージを示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】第１実施形態に係る第一の接合材と第二の接合材が接合した状態の構成断面図である。
【図４】第１実施形態に係るパッケージの製造工程を説明する図である。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１から図４までを参照して、本発明に関わる第１実施形態について説明する。
【００１９】
（１：パッケージの構成）
図１は、本発明の第一実施形態に係るパッケージを示す平面図であり、上部の基板となる第一基板を除いた状態を表した平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００２０】
図１に示すように、第二基板３の中央に素子５を有し、素子５の周辺から第二基板３の周縁にかけて絶縁膜６を有する。絶縁膜６の表面に素子５と電気的に接続する電極端子１３と、外部接続端子１４を有し、電極端子１３と外部接続端子１４の間は配線材２１により電気的に接続され、外部接続端子１４を介して素子５の外部の回路が接続される。ここで、素子５を取り囲む領域でかつ、電極端子１３と外部接続端子１４との間に、枠状の第二の接合部材を有する。
【００２１】
図２に示すようにパッケージ１は、第一基板２と第二基板３を備える。また、第一基板２と第二基板３の間には、下地膜１１と第一接合膜１２と第二接合膜１５を介して素子５を封入する封止空間Ｃが形成される。
【００２２】
第一基板２は、シリコン基板である。平板である第一基板２の表面に、下地膜１１とその下地膜１１の上に第一の接合材が配置されている。
【００２３】
下地膜１１は、金属薄膜である。下地膜１１は、メッキにて形成する第一の接合材１２を形成するための下地膜となる材料であり、例えば、クロム（Ｃr）と銅（Ｃｕ）、またはチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）である。ＣｒとＣｕの場合の膜厚それぞれは、例えばＣｒが数十ｎｍ〜数百ｎｍ、Ｃｕが数十ｎｍ〜数百ｎｍである。また、ＴｉとＰｔとＡｕの場合の膜厚それぞれは、例えばＴｉが数十ｎｍ〜数百ｎｍ、Ｐｔが数十ｎｍ〜数百ｎｍ、Ａｕが数十ｎｍ〜数百ｎｍである。
【００２４】
また、下地膜１１上にメッキで形成される第一の接合材１２の材質は、その下に形成される下地膜１１の材料によって異なる。また、第一の接合材１２は、拡散接合しやすい材料であり、例えば、下地膜１１がＣｒとＣｕの場合は、第一の接合材１２は、Ｃｕ、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｕである。Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕの膜厚は、それぞれ、例えばＣｕが数百ｎｍ〜数十μｍ、Ｎｉが数百ｎｍ〜数μｍ、Ａｕが数十ｎｍ〜数百ｎｍである。そして、下地膜１１がＴｉとＰｔとＡｕの場合は、第一の接合材１２は、Ａｕである。Ａｕの膜厚は、数μｍ〜数十μｍである。
【００２５】
第二基板３は、シリコン基板であり、第一基板２と基板の厚み方向に略平行に配置される。第二基板３に配置されている絶縁膜６の表面に、凹部Ｈが半球面状に形成されている。凹部Ｈの上面に第二の接合材１５が形成されている。絶縁層６としては、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）等が挙げられる。第二の接合材１５は、金属薄膜である。第二の接合材１５の材料は、例えば、金（Ａｕ）とタンタル（Ｔａ）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が数百ｎｍ〜数μｍ、Ｔａが数百ｎｍである。また、絶縁層６は、絶縁性を有する材料により形成されている。
【００２６】
そして、第二基板３上に、電極端子１３（素子５に対し、左側の電極端子１３ａと右側の電極端子１３ｂ）と外部接続端子１４（素子５に対し、左側の外部接続端子１４ａと右川の外部接続端子１４ｂ）が配置されている。また、第二基板上には、素子５が配置されている。以下、電極端子１３ａと電極端子１３ｂのうち１つを特定しない場合は、電極端子１３という。以下、外部接続端子１４ａと外部接続端子１４ｂのうち１つを特定しない場合は、外部接続端子１４という。
【００２７】
電極端子１３および外部接続端子１４は絶縁膜６の表面に形成された金属薄膜である。電極端子１３および外部接続端子１４の材料は、第二の接合材１５と同じあり、膜厚もそれぞれ第二の接合材料１５と同様である。また、第二の接合材料がＡｕとＴａの場合は、電極端子１３および外部接続端子１４もＡｕとＴａである。
【００２８】
第一基板２と第二基板３は、それぞれに形成されている第一の接合材および第二の接合材を介して、第一の接合材と第二の接合材とを拡散接合することによって、封止空間Ｃを形成する。
【００２９】
よって、封止空間Ｃは気密空間として、減圧雰囲気を維持することができる。
【００３０】
素子５は、赤外線を検知する赤外線センサである。素子５は、第二基板上に形成されており、第一基板２と第二基板３の間の封止空間Ｃに形成されている。
【００３１】
外部接続端子１４は、素子５が検出した情報を外部に出力するための電極パッドである。素子５と外部接続端子１４ａは、電極端子１３ａと縁膜６に埋設されているコンタクト２５aと配線材２１ａとコンタクト２６ａとを介して接続されている。また、同様にして、素子５と外部接続端子１４ｂは、電極端子１３ｂと絶縁膜６に埋設されているコンタクト２５ｂと配線材２１ｂとコンタクト２６ｂとを介して接続されている。以下、コンタクト２５ａとコンタクト２５ｂのうち１つを特定しない場合は、コンタクト２５という。以下、コンタクト２６ａとコンタクト２６ｂのうち１つを特定しない場合は、コンタクト２６という。以下、配線材２１ａと配線材２１ｂのうち１つを特定しない場合は、配線材２１という。なお、第二基板３内には、素子５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。
【００３２】
次に、第一の接合材１２と第二の接合材１５が接合した状態を説明する。
【００３３】
図３は、第一実施形態に係る第一の接合材と第二の接合材が接合した状態の構成断面図である。基板表面の下地層１１の表面に形成された第一の接合材１２は、メッキにより形成される金属材料である。このため、接合材の厚みを数十μｍ以上とすることが可能である。そのため、本実施形態では、第一基板２が第二基板３上に形成されている素子５に対し、静電気などの影響により、接触することを防止できる十分なクリアランスを確保することが可能である。
【００３４】
これにより、本実施形態では、センサの特性劣化を防ぐことができる。
【００３５】
また、基板の厚み方向の断面が円弧状である凹部Ｈ上に形成された第二の接合材の最大の内径より、第一の接合材１２の最上面の短辺側寸法が小さい。このため、図３に示すように、接合後、第一の接合材１２が第二の接合材１５の側面に接するように接触され、凹部Ｈに埋め込まれる。
【００３６】
本実施形態では、接合時の加圧により、第一の接合材１２の最上面角部が半球面状の第二の接合材１５に鋭角に接触するため、単位面積当たりの加圧を高めることができることから、第一の接合材１２を変形しやすくするとともに、表面酸化膜を破壊しやすくすることが可能である。さらに、第一の接合材１２の材料をＣｕやＡｕなどの変形しやすい材料を使用した構成とするとさらに効果的である。そして、第二の接合材１５は、半球面状の凹部Ｈ上に形成されているため、接合面積を大きくすることが可能である。これにより、本実施形態によれば、封止空間Ｃは、減圧化に安定して維持される。
【００３７】
なお、凹部の断面形状は円弧状に限定されず、第二基板の表面から、第二基板の厚み方法の中心側に向かい、断面の幅が狭まる斜面またはテーパー状またはくさびの形状でもよい。このように凹部の側面に傾斜を設けることで、第一の接合材と第二の接合材の接触面積を広くすることができ、接合強度を増し信頼性を高めることできる。
【００３８】
また、第二基板３の表面には、その下部にある不図示のトランジスタ等の部品および配線材２１の有無を反映した凹凸が存在する場合がある。こうした凹凸は、例えば、数十ｎｍから数百ｎｍレベルの凹凸である。仮に、パッケージ１が第一の接合材１２と半球状の凹部Ｈ上に形成された第二の接合材１５を有していず、第一基板２と第二基板３とを接合させた場合、第一基板２上に形成された第一の接合材１２と第二基板３上に形成された第二の接合材１５との間に空隙が発生する可能性がある。
【００３９】
本実施形態では、図３に示したように、数十μｍ以上の厚みのある第一の接合材１２と半球状の凹部Ｈ上に形成された第二の接合材料を接合させることで、第一の接合材１２が第二の接合材が形成された凹部Ｈの間に埋め込まれることによって、前記の凹凸を吸収する。これにより、本実施形態によれば、第一の接合材１２と第二の接合材１５における空隙の発生が防止される。さらに、本実施形態によれば、封止空間Ｃは、減圧下に安定して維持される。
【００４０】
（２：製造工程）
次に、図４を参照して、本実施形態に係るパッケージの製造工程を説明する。
【００４１】
図４は、第一実施形態に係るパッケージの製造工程を説明する図である。
【００４２】
まず、図４（Ａ）に示すように、第一基板２上に下地膜となる材料を成膜（スパッタリングや蒸着など）した後、例えばドライフィルムレジストを貼付し、フォトリソグラフィで所望の形状にフィルムレジストが残るように形成する。また、ドライフィルムレジストの代わりに厚膜レジストをスピンコートして塗布し形成してもよい。その後、メッキ法にて接合材を形成する。それから、フィルムレジストを除去した後、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、下地膜１１と第一の接合材１２の積層構造を形成する。
【００４３】
一方、図４（Ａ）に示すように、第二基板３に素子５と絶縁膜６に埋め込まれた配線材２１とコンタクト２５およびコンタクト２６を形成する。絶縁膜６、配線材２１、コンタクト２５、コンタクト２６は、シリコン基板である第二基板３に周知の方法によって形成する。また、素子５も同様にシリコン基板である第二基板３に周知の手法によって形成される。そして、第二基板３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、絶縁膜６を形成した箇所をウエットエッチングすることで半球状に等方エッチングされた凹部Ｈを形成する。
【００４４】
続けて、図４（Ｂ）示すように、第二基板３に第二の接合材１５と電極端子１３および外部接続端子１４を形成する。第二基板３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、第二の接合材１５と電極端子１３および外部接続端子１４を形成する。第二の接合材１５と電極端子１３および外部接続端子１４は同一工程で形成すことが可能であり、製造工程の効率化を図ることが可能である。また、素子５からの信号について、直接に配線材２１を介して外部接続端子から出力する構造とすることで、電極端子１３およびコンタクト２５の形成しないことも可能である。
【００４５】
なお、第二の接合材１５と電極端子１３および外部接続端子１４は、第一の接合材１２と同様にメッキで形成してもよい。また、第二の接合材１５をメッキで形成し、電極端子１３および外部接続端子１４をスパッタリングや蒸着などで形成することも可能である。
【００４６】
続けて、図４（Ｃ）に示すように、第一基板２と第二基板３の位置を合わせた後、減圧環境下において、第一基板２を第二基板３に加圧し、さらに加熱する。これにより、第一の接合材１２の一部が半球面上の凹部Ｈに埋め込まれるように第二の接合材１５と接触され、第一の接合材１２と第二の接合材１５とが金属拡散接合される。
【００４７】
続けて、接合した後の第二基板３を不図示のダイシング装置に保持し、第一基板２をダイシングライン３０の位置で切断する。なお、ダイシングライン３０で第一基板２をカットする箇所までを予め、例えばブラスト加工により、不要部分を除外する加工をしておいてもよい。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、第一の接合材１２をメッキ層で形成することで、第一の接合材１２の高さを第一基板１２と第二基板１５とのクリアランスが十分に確保できる高さにすることができる。また、接合の際の加圧時に第一の接合材１２と第二の接合材１５において、互いの表面が摩擦により、表面酸化膜などが破壊されるため、第一の接合材１２と第二の接合材１５の金属拡散接合を確実に行うことができる。さらに、第一の接合材１２と第二の接合材１５との接触面積を大きくすることができる。
【００４９】
そして、第一基板２を赤外線透過率の高いシリコン材料とすることで、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二基板３と第一基板２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、第一基板２と第二基板３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一基板２と第二基板と３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。
【００５０】
このことにより、本実施形態によれば、第一基板２が第二基板３上に形成されている素子５に接触することなく、真空封止時の特性劣化を防ぐことが可能であるとともに真空状態を維持することが可能となり、真空封止の信頼性を確保することが可能となる。
【００５１】
次に、パッケージ１の変形例を説明する。
【００５２】
図５を参照して、第二実施形態に係るパッケージ１０１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。
【００５３】
図５は、第２実施形態におけるパッケージの構成断面図である。
【００５４】
図５に示すようにパッケージ１０１は、第一基板２と第二基板を備える。また、第一基板２と第二基板３の間には、素子５を封入する封止空間Ｃが形成される。
【００５５】
平板である第一基板２に、下地膜１１ａ上に第一の接合材１２ａが配置されている。さらに、隣接する位置に下地膜１１ｂ上に第二の接合材１２ｂが配置されている。
【００５６】
そして、第二基板３に掲載されている絶縁膜６の箇所で、凹部Ｈ１が半球面状に形成されている。凹部Ｈ１の上面に第二の接合材１５aが形成されている。また、隣接する位置に凹部Ｈ２が凹部Ｈ１と同様に半球面上に形成されており、その凹部Ｈ２の上面に第二の接合材１５ｂが形成されている。
【００５７】
さらに、第二基板３上に、電極端子１３と外部接続端子１４が配置されている。外部接続端子１４は、素子５が検出した情報を外部に出力するための電極パッドである。素子５と外部接続端子１４は、電極端子１３と縁膜６に埋設されているコンタクト２５と配線材２１とコンタクト２６とを介して接続されている。
【００５８】
また、第２実施形態におけるパッケージにおいては、２本の接合材を形成しているが、３本以上の接合材を形成してもよい。
【００５９】
これにより、第一基板と第二基板との接合箇所が、素子を取り囲む二重構造となるため、更なる気密における信頼性向上をはかることが可能である。
【００６０】
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】
【００６１】
１・・・パッケージ
２・・・第一基板
３・・・第二基板
５・・・素子
６・・・絶縁膜
１１・・・下地膜
１２・・・第一の接合材
１３，１３ａ，１３ｂ・・・電極端子
１４，１４ａ，１４ｂ・・・外部接続端子
１５・・・第二の接合材
２１，２１ａ，２１ｂ・・・配線材
２５，２５ａ，２５ｂ・・・コンタクト
２６，２６a，２６ｂ・・・コンタクト
３０・・・ダイシングライン
Ｃ・・・封止空間
Ｈ・・・凹部
【図１】
2018160573.tif 000003
【図２】
2018160573.tif 000004
【図３】
2018160573.tif 000005
【図４】
2018160573.tif 000006
【図５】
2018160573.tif 000007