(57)【要約】【課題】薄型化され、コンパクト化を図ることができる表面実装型の電子デバイスを提供することを目的とする。【解決手段】外部からの赤外線Ｒを受光する赤外線受光部３２を有する赤外線センサ素子３０と、当該赤外線センサ素子３０を外部と電気的に導通させるように形成される電極１３と、当該電極１３が表面に形成されるとともに赤外線Ｒを透過するシリコンベース１０とを備えることを特徴とする赤外線センサとして用いられる電子デバイス１を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を受光する赤外線受光部を有する赤外線センサ素子と、
前記赤外線センサ素子を外部と電気的に導通させる電極と、
前記電極が形成され、前記赤外線を透過するシリコンベースと、を備えることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の電子デバイスであって、
前記シリコンベースの少なくとも前記赤外線受光部に対向する面には酸化膜が形成されることを特徴とする電子デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の電子デバイスであって、
前記酸化膜の厚みは５ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることを特徴とする電子デバイス。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子デバイスであって、
前記赤外線センサ素子を内包した状態で前記シリコンベースの接合部と接合されるガラスリッドを備えることを特徴とする電子デバイス。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載の電子デバイスであって、
前記酸化膜は、前記電極の下地にも形成され、
前記シリコンベースの前記接合部の反対側には前記酸化膜が形成されない穴部が形成されることを特徴とする電子デバイス。
【請求項６】
シリコン製のシリコンベースに貫通孔を形成する工程と、
貫通孔を形成した前記シリコンベースに酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を形成したシリコンベースに金属膜を形成する工程と、
前記金属膜をエッチングして電極を形成する工程と、
前記赤外線センサ素子を前記シリコンベースに前記電極を介して実装する実装工程と、
前記赤外線センサ素子を内包した状態で前記シリコンベースにガラス製のガラスリッドを接合する接合工程と、
接合された前記シリコンベースと前記ガラスリッドとを前記赤外線センサ素子を個別に内包したまま切断する個片化工程と、を備えることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線の吸収による温度上昇で発生する電気的変化を利用して、対象物からの赤外線を検出する赤外線センサに用いられる電子デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の赤外線センサ装置としては、基板の裏面側に凹部を形成することにより表面側に薄肉部としてのメンブレンを形成するとともに、該基板の表面側に検出用電極を有し、該メンブレンには赤外線吸収膜を有する赤外線センサ素子と、この赤外線センサ素子を搭載する回路基板と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図４は、このような従来の赤外線センサ装置の全体概略断面構成を示す図である。図４に示される赤外線センサ装置１００においては、赤外線センサ素子１４０には、シリコン基板等からなる基板に凹部が形成されており、それによって、薄肉部としてのメンブレンが形成されている。
また、図示しない熱電対等からなる検出用電極が形成されており、赤外線を受光することにより赤外線のエネルギーを吸収する赤外線吸収膜１６０が形成されている。
【０００４】
そして、赤外線センサ素子１４０は、回路基板１３０上に搭載され、メンブレンの周囲部すなわち厚肉部において、回路基板１４０と導電性接着剤１５０を介して接着固定されている。このように赤外線センサ素子１４０が積層された回路基板１３０は、ステム１１０に図示しない接着剤を介して搭載固定され、ステム１１０には、当該積層体を保護するようにキャップ１７０が取り付けられている。なお、このキャップ１７０には、赤外線のみを透過させる赤外線透過フィルタ１８０が設けられている。
【０００５】
また、ステム１１０における回路基板１３０の周囲には、リードピン１２０が設けられており、回路基板１３０とリードピン１２０とはボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。それにより、回路基板１３０と外部とがリードピン１２０を介して電気的に接続可能となっている。
【０００６】
このような従来の赤外線センサ装置１００は、ステム１１０に回路基板１３０を搭載した上に更に赤外センサ素子１４０を搭載し、キャップ１７０によって保護する構造であるので、どうしても厚みが生じてしまい、これ以上のさらなる薄型化を図ることが困難なものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−４７０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、従来よりも薄型化され、コンパクト化を図ることができる電子デバイスを提供することである。また、該電子デバイスを、一度に効率良く製造する電子デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の電子デバイスは、赤外線を受光する赤外線受光部を有する赤外線センサ素子と、  前記赤外線センサ素子を外部と電気的に導通させる電極と、前記電極が形成され、前記赤外線を透過するシリコンベースと、を備えることを特徴とする。
かかる特徴により、シリコンベースが、赤外線センサ素子を搭載するために用いられるだけではなく、赤外線センサ素子が受光する赤外線を透過するためにも用いられるので、赤外線センサとしての電子デバイスを薄型にすることができる。
【００１０】
また、本発明の電子デバイスは、前記シリコンベースの少なくとも前記赤外線受光部に対向する面には酸化膜が形成されることを特徴とする。
かかる特徴により、容易に赤外線量の調整自由度を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の電子デバイスは、前記酸化膜の厚みは５ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることを特徴とする。
かかる特徴により、赤外線センサ素子に適した受光量を設定することができる。
【００１２】
また、本発明の電子デバイスは、前記赤外線センサ素子を内包した状態で前記シリコンベースの接合部と接合されるガラスリッドを備えることを特徴とする。
かかる特徴により、シリコンベース側からの赤外線を優先的に選択的に受光することができ、赤外線センサの設計の最適化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の電子デバイスは、前記酸化膜は、前記電極の下地にも形成され、前記シリコンベースの前記接合部の反対側には前記酸化膜が形成されない穴部が形成されることを特徴とする。
かかる特徴により、シリコンベースとガラスリッドとの接合時に発生する電界が赤外線センサ素子や電極に作用することを極力抑えることができ、品質の良い赤外線センサを提供することができる。
【００１４】
また、本発明の電子デバイスの製造方法は、シリコン製のシリコンベースに貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、貫通孔を形成した前記シリコンベースに酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜を形成したシリコンベースに金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記金属膜をエッチングして電極を形成する電極形成工程と、前記赤外線センサ素子を前記シリコンベースに前記電極を介して実装する実装工程と、前記赤外線センサ素子を内包した状態で前記シリコンベースにガラス製のガラスリッドを接合する接合工程と、接合された前記シリコンベースと前記ガラスリッドとを前記赤外線センサ素子を個別に内包したまま切断する個片化工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る電子デバイスにおいては、赤外線センサ素子を搭載するシリコンベースが、赤外線センサ素子が受光する赤外線を透過するセンサ面として兼用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施形態の電子デバイスの断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態の電子デバイスの製造工程を示す図である。
【図３】本発明に係る実施形態の電子デバイスの製造工程の一部を変形した例を示す図である。
【図４】従来の赤外線センサ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る電子デバイスの断面図である。電子デバイス１は、シリコンベース１０及び電極パターン１３及びガラス製カバーのガラスリッド４０で囲まれた、外気と遮断された空洞部に赤外線センサ素子３０が搭載されている。
【００１８】
図１に示す電子デバイス１は、赤外線センサ素子を搭載した赤外線センサ装置である。  本願発明において、電子デバイス１は、これに限らず、圧電素子、水晶振動子、半導体回路、各種センサなど、ベース１０上に搭載可能な各種の電子部品を搭載したものを含む。
【００１９】
赤外線センサ素子３０には、シリコン基板等からなる基板に凹部が形成されており、それによって、薄肉部としてのメンブレンが形成されている。また、図示しない熱電対等からなる検出用電極および、回路が形成されている。また、図中点線で示す赤外線Ｒのエネルギーを吸収する赤外線吸収膜がメンブレン部に形成されていてもよい。これらの赤外線を受光する部位を赤外線受光部３２と称する。
【００２０】
シリコンベース１０には、ガラスリッド４０との接合部を除いて、酸化膜１１が形成され、電極パターン１３が電気的に独立している。
酸化膜１１はより厚いほど、電極パターン１３の耐電圧が増加するが、一方で、酸化膜１１は赤外線を吸収するため、酸化膜１１の厚さは５ｎｍ以上、４００ｎｍ以下、望ましくは５０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下が、赤外線センサとしての性能と、耐電圧を兼ねる最適値である。また、酸化膜１１はシリコンベース１０の表面を酸化させたシリコン酸化膜なので、膜厚の微小調整が容易となる。
【００２１】
電極パターン１３はめっきによって金属膜が形成され、貫通孔を塞いでいる。また、電極パターン１３の最表面は金、銀、白金等の貴金属を使用した層状からなる。ここで、貴金属は、イオン化傾向が小さく、耐腐食性があるため、電極パターン１３の長期的劣化を抑えることができるので、本願発明を用いた電子デバイス１の信頼性を向上させることができる。なお、金属拡散を防ぐための拡散防止層として、貴金属で形成された表面層の下地にニッケル等の金属層を形成しても良い。なお、電極パターンのうち外部電極として形成される部位は表面実装型の平面的な端子として構成される。よって、更なる薄型の電子デバイス１を提供できる。
【００２２】
また、赤外線センサ素子３０と電極パターン１３との実装は、熱圧着によって接合する金−金接合などで実装される。また、銀ペースト等の導電接着剤を焼成して実装されてもよい。
【００２３】
赤外線センサ素子３０は、凹部を形成したガラスリッド４０、及び、シリコンベース１０に覆われることで、外部からの影響を受けずに、信頼性の高いデータを得ることができる。ガラスリッド４０とシリコンベース１０とは陽極接合によって接合部において接合される。接合時、シリコンベース１０の下面の酸化膜１１が形成されない穴部５０に陽極接合用の電極が接続され、陽極接合される。接合時に真空下の状態で行うことにより、より高感度な電子デバイス１を得ることができる。また、ガラスリッド４０は赤外線を吸収するため、赤外線Ｒを受光するセンサ面でないところからの外乱は抑えられる。
【００２４】
（電子デバイスの製造方法）
次に、本実施形態に係る電子デバイス１の製造方法について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、ウェハーレベルで作製され、最後にダイシング等で切断されて得られる電子デバイスの製造方法を示す図である。なお、本実施形態に係る電子デバイス１は、これに限定されず、はじめから個別パッケージで形成されてもよい。
【００２５】
図２は、本発明に係る電子デバイスの製造工程を示す図である。
図２（ａ）は、シリコンベース１０に貫通孔を形成する貫通孔形成工程である。貫通孔は、サンドブラスト、レーザー加工、ドリル加工、熱プレス加工等で製造する。
【００２６】
図２（ｂ）は、酸化膜１１を形成する酸化膜形成工程である。酸化膜１１は熱酸化により緻密なＳｉＯ膜を形成する。ＴＥＯＳ-ＣＶＤ等によって形成してもよい。また、ＳｉＯでなく、例えば窒化膜の絶縁膜でもよい。
【００２７】
図２（ｃ）は、めっきにより、金属膜１２を施す金属膜形成工程である。金属膜１２を施すために、下地として、スパッタや無電解めっきによる薄膜を形成してもよい。金属膜１２を形成するときに、貫通孔の少なくとも一方の孔を塞ぐようにする。シリコンベース１０で気密が確保できる状態であればよく、例えば、貫通孔がストレートな形状であるときは、貫通孔の中央部が塞がれる形状でも良い。
【００２８】
図２（ｄ）は電極パターン１３を形成する電極形成工程である。金属膜１３はフォトリソ等を用いて、エッチングすることにより形成する。予めフォトリソ等を用いてパターニング後に金属膜１２を形成し、リフトオフすることで、電極パターン１３を形成してもよい。
図２（ｅ）は、酸化膜１１の一部を除去する工程である。これにより、シリコンベース１０とガラス製リッド４０の接合を可能にする。
【００２９】
図２（ｆ）は、赤外線センサ素子３０を設置し、電極パターン１３とバンプ２０を介して電気的に導通するように接続する、実装工程を説明するための図である。ここで、電極パターン１３とバンプ２０との接続には、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。その場合、電極パターン１３とバンプ２０とは、銀ペースト等の導電接着剤を焼成して接合される。また、バンプ２０の構成によっては、接続部として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、電極パターン１３の最表面に金を使用した場合、バンプ２０に形成した金バンプを実装部として用いることができる。その場合、バンプ２０上に形成した金バンプと電極パターン１３の金膜とを熱圧着によって接合する金−金接合などを導電接着剤の代わりに用いて接合することができる。
【００３０】
図２（ｇ）は、シリコンベース１０に搭載された赤外線センサ素子３０を保護するため、凹状に加工したガラス製リッド４０をシリコンベース１０と接合する接合工程を説明するための図である。シリコンとガラスの接合方法として、陽極接合を用いる。接合時、シリコンベース１０の下面の酸化膜１１が形成されない穴部５０に陽極接合用の電極が接続され、陽極接合される。この工程において、シリコンベース１０の上述した一の面とガラス製リッド４０の凹状箇所とで外気と遮断された空洞部を形成する。これにより、空洞部に電子部品を密封した状態で配設できる。
【００３１】
図２（ｈ）は、パッケージを個片化する個片化工程を説明するための図である。すなわち、図２（ｈ）が示唆する工程は、１つのシリコンベース１０上に複数の電子デバイスを一括形成した後、電子デバイスをそれぞれ分離し個片化する工程である。シリコンベース１０とガラス製リッド４０との接合面をその接合幅より小さな切断幅を有するように切断する。具体的な一例として、ダイシング、またはレーザーカットによって電子デバイスの個片化を行うことができる。これにより、本発明に係る電子デバイスを一括で製造することができ、電子デバイスの大量生産における製造時間及び工程の短縮及び低コスト化が図れる。
【００３２】
次に、図３はウェハーレベルで作製され、最後にダイシング等で切断されて得られる電子デバイスの製造方法を示す図である。図２との違いは酸化膜１１を除去しないことである。
【００３３】
図３（ａ）は、シリコンベース１０に貫通孔を形成する貫通孔形成工程である。貫通孔は、サンドブラスト、レーザー加工、ドリル加工、熱プレス加工等で製造する。
図３（ｂ）は、酸化膜１１を形成する酸化膜形成工程である。酸化膜１１は熱酸化により緻密なＳｉＯ膜を形成する。ＴＥＯＳ-ＣＶＤ等によって形成してもよい。また、ＳｉＯでなく、例えば窒化膜の絶縁膜でもよい。
【００３４】
図３（ｃ）は、めっきにより、金属膜１２を施す金属膜形成工程である。金属膜１２を施すために、下地として、スパッタや無電解めっきによる薄膜を形成してもよい。金属膜１２を形成するときに、貫通孔の少なくとも一方の孔を塞ぐようにする。シリコンベース１０で気密が確保できる状態であればよく、例えば、貫通孔がストレートな形状であるときは、貫通孔の中央部が塞がれる形状でも良い。
【００３５】
図３（ｄ）は電極パターン１３を形成する電極形成工程である。金属膜１３はフォトリソ等を用いて、エッチングすることにより形成する。予めフォトリソ等を用いてパターニング後に金属膜１２を形成し、リフトオフすることで、電極パターン１３を形成してもよい。
【００３６】
また、このとき、図示しない接合用のパターンを別途形成してもよい。例えば、ガラス製リッド４０の接合部に錫膜を形成しておき、酸化膜１１にガラス製リッド４０との接続部に金膜を形成しておくことで、後述する工程で金錫接合が可能となる。
【００３７】
図３（ｅ）は、赤外線センサ素子３０を設置し、電極パターン１３とバンプ２０を介して電気的に導通するように接続する、実装工程を説明するための図である。ここで、電極パターン１３とバンプ２０との接続には、例えば銀ペースト等の導電接着剤を用いることができる。その場合、電極パターン１３とバンプ２０とは、銀ペースト等の導電接着剤を焼成して接合される。また、バンプ２０の構成によっては、接続部として導電接着剤を用いなくても良い。例えば、電極パターン１３の最表面に金を使用した場合、バンプ２０に形成した金バンプを実装部として用いることができる。その場合、バンプ２０上に形成した金バンプと電極パターン１３の金膜とを熱圧着によって接合する金−金接合などを導電接着剤の代わりに用いて接合することができる。
【００３８】
図３（ｆ）は、シリコンベース１０に搭載された赤外線センサ素子３０を保護するため、凹状に加工したガラス製リッド４０をシリコンベース１０と接合する接合工程を説明するための図である。このとき、図３（ｄ）の工程で説明した方法をとることで、金錫接合ができ、シリコンベース１０とガラス製リッド４０とを接合できる。また、金錫接合に限らず、低融点ガラスを用いての接合も可能である。この工程において、シリコンベース１０の上述した一の面とガラス製リッド４０の凹状箇所とで外気と遮断された空洞部を形成する。これにより、空洞部に電子部品を密封した状態で配設できる。
【００３９】
図３（ｇ）は、パッケージを個片化する個片化工程を説明するための図である。すなわち、図３（ｇ）が示唆する工程は、１つのシリコンベース１０上に複数の電子デバイスを一括形成した後、電子デバイスをそれぞれ分離し個片化する工程である。シリコンベース１０とガラス製リッド４０との接合面をその接合幅より小さな切断幅を有するように切断する。具体的な一例として、ダイシング、またはレーザーカットによって電子デバイスの個片化を行うことができる。これにより、本発明に係る電子デバイスを一括で製造することができ、電子デバイスの大量生産における製造時間及び工程の短縮及び低コスト化が図れる。
【００４０】
本発明の実施形態は上述以外にも種々採用可能であり、本発明の課題を解決できる範囲において変更可能であり、実施形態同士を組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１      電子デバイス
１０    シリコンベース
１１    酸化膜
１２    金属膜
１３    電極パターン（電極）
２０    バンプ（電極）
３０    赤外線センサ素子
３２    赤外線受光部
４０    ガラスリッド
１００  赤外線センサ装置
１１０  ステム
１２０  リードピン
１３０  回路基板
１４０  赤外線センサ素子
１５０  導電性接着剤
１６０  赤外線吸収膜
１７０  キャップ
１８０  赤外線透過フィルタ
【図１】
2015099046.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2015099046.tif 000006