(57)【要約】【課題】高い気密性を維持するとともに、受光素子から外部へ確実に導通させることができる光センサを提供する。【解決手段】光センサにおいて、赤外光を透過する配線基板は、第１の面から第２の面まで貫通し、受光素子と電気的に接続する配線部と、受光部と対向し、赤外光を導光する導光部と、を有し、支持基板は、前記第２の面側から反対側まで貫通するとともに、前記配線部と接続する貫通電極と、前記第２の面側から反対側まで貫通し、前記導光部を露出する貫通窓とを有するとともに、前記配線部の前記第２の面側を封止することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光を透過する配線基板と、
前記配線基板の第１の面に接合され、前記配線基板との間にキャビティを形成する蓋基板と、
赤外光を受光する受光部を有し、前記キャビティの内部に実装される受光素子と、
絶縁性を有し、前記配線基板の前記第１の面と反対側の第２の面に接合される支持基板と、を備え、
前記配線基板は、前記第１の面から前記第２の面まで貫通し、前記受光素子と電気的に接続する配線部と、前記受光部と対向し、赤外光を導光する導光部と、を有し、
前記支持基板は、前記第２の面側から反対側まで貫通するとともに、前記配線部と接続する貫通電極と、前記第２の面側から反対側まで貫通し、前記導光部を露出する貫通窓とを有するとともに、前記配線部の前記第２の面側を封止することを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記受光素子は、前記第１の面に金属バンプを介して実装されることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記導光部は、前記第２の面側にレンズを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記支持基板は、ガラスで形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項５】
前記支持基板は、赤外光を遮光することを特徴とする請求項４に記載の光センサ。
【請求項６】
前記配線部は、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内部に形成される内部電極とを有し、
前記貫通孔は、前記第１の面から前記第２の面に向かって狭くなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項７】
前記支持基板は、前記配線基板と直接接合されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外光の受光により情報を取得する光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、赤外光を検出する光センサにおいて、検出感度が良好な光センサの需要が高まっている。そこで、パッケージの内部の空間に受光素子を封止する光センサが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
この光センサのパッケージは、セラミックに実装される受光素子と、セラミックに形成され、受光素子と外部とを導通させる配線を有している。また、ガラス膜がセラミック及び配線の上に絶縁膜として形成されている。このガラス膜とＳｉとが陽極接合されて、受光素子をパッケージの内部に封止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このガラス膜はスパッタで形成される薄膜であるため、Ｓｉとの陽極接合において高い接合強度を実現し難い。また、このガラス膜は配線上にも形成される。この配線の表面形状はガラス膜のＳｉ側の表面形状に影響を与えるため、ガラス膜とＳｉとが適切に接合できない可能性がある。そのため、これらの接合が適切に行われず、パッケージの内部の気密性を低下させてしまう可能性がある。
【０００６】
また、ガラス膜に段差が発生する場合、Ｓｉと陽極接合できなくなってしまう。そのため、配線上に形成されるガラス膜に段差が発生しないように、配線をセラミックに埋め込み、セラミックと同一面を構成する必要がある。このような構成では、接合する部材との位置関係で、配線の外部への引出しも難しくなってしまう可能性がある。
また、セラミックとＳｉとの接合する部分に、配線が配置されるため、接合するための材料が絶縁性のガラス膜などに限定されてしまう。
【０００７】
そこで本発明は、高い気密性を維持するとともに、受光素子から外部へ確実に導通させることができる光センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
本発明に係る光センサは、赤外光を透過する配線基板と、前記配線基板の第１の面に接合され、前記配線基板との間にキャビティを形成する蓋基板と、赤外光を受光する受光部を有し、前記キャビティの内部に実装される受光素子と、絶縁性を有し、前記配線基板の前記第１の面と反対側の第２の面に接合される支持基板と、を備え、前記配線基板は、前記第１の面から前記第２の面まで貫通し、前記受光素子と電気的に接続する配線部と、前記受光部と対向し、赤外光を導光する導光部と、を有し、前記支持基板は、前記第２の面側から反対側まで貫通するとともに、前記配線部と接続する貫通電極と、前記第２の面側から反対側まで貫通し、前記導光部を露出する貫通窓とを有するとともに、前記配線部の前記第２の面側を封止することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、配線基板は、支持基板及び蓋基板と確実かつ容易に接合することができる。また、支持基板の貫通電極から外部への導通を行っている。この貫通電極は、配線基板と支持基板及び蓋基板との接合に影響しない位置に形成されている。そのため、受光素子から外部への導通において、複雑な構成が必要ない。よって、キャビティの内部の気密性を維持するとともに、受光素子から外部へ確実に導通させることができる。
【００１０】
また、前記受光素子は、前記第１の面に金属バンプを介して実装されてもよい。
また、前記導光部は、前記第２の面側にレンズを有してもよい。
また、前記支持基板は、ガラスで形成されてもよい。また、この場合、前記支持基板は、赤外光を遮光してもよい。
【００１１】
また、前記配線部は、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内部に形成される内部電極とを有し、前記貫通孔は、前記第１の面から前記第２の面に向かって狭くなってもよい。
また、前記支持基板は、前記配線基板と直接接合されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明において、配線基板は、支持基板及び蓋基板と確実かつ容易に接合することができる。また、支持基板の貫通電極から外部への導通を行っている。この貫通電極は、配線基板と支持基板及び蓋基板との接合に影響しない位置に形成されている。そのため、受光素子から外部への導通において、複雑な構成が必要ない。よって、キャビティの内部の気密性を維持するとともに、受光素子から外部へ確実に導通させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態に係る光センサの断面図である。
【図２】第一実施形態に係る光センサの平面図である。
【図３】第一実施形態に係る光センサの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】第一実施形態に係る光センサの製造工程を示す断面図である。
【図５】第一実施形態に係る光センサの製造工程を示す断面図である。
【図６】第一実施形態に係る光センサの製造工程を示す断面図である。
【図７】第一実施形態に係る光センサの製造工程を示す平面図である。
【図８】第一実施形態に係る光センサの製造工程を示す平面図である。
【図９】第一実施形態に係る光センサの製造工程を示す平面図である。
【図１０】第一実施形態に係る光センサの製造工程を示す平面図である。
【図１１】第二実施形態に係る光センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
（第一実施形態）
図１は第一実施形態に係る光センサの断面図である。図２は第一実施形態に係る光センサの平面図である。なお、図２は、蓋基板側からキャビティの内部を平面視する図である。また、図面では、蓋基板を省略し、平面視した際に見えない部分を破線で示す。また、図１に示す断面図は、図２に示すＡＡ線の断面図である。
【００１５】
図１に示す通り、光センサ１００は、赤外光を透過する配線基板１０と、配線基板１０の第１の面１０ａに接合され、配線基板１０との間にキャビティＣを形成する蓋基板２０と、赤外光を受光する受光部３１を有し、キャビティＣの内部に実装される受光素子３０と、絶縁性を有し、配線基板１０の第１の面１０ａと反対側の第２の面１０ｂに接合される支持基板４０と、を備える。
【００１６】
配線基板１０は、第１の面１０ａから第２の面１０ｂまで貫通し、受光素子３０と電気的に接続する配線部１８と、受光部３０と対向し、赤外光を導光する導光部１９と、を有する。支持基板４０は、第２の面１０ｂ側から反対側まで貫通するとともに、配線部１８と接続する貫通電極４１と、第２の面１０ｂ側から反対側まで貫通し、導光部１９を露出する貫通窓４２とを有する。また、支持基板４０は、配線部１８の第２の面１０ｂ側を封止する。
【００１７】
また、配線基板１０は、配線部１８を形成可能な材料、例えばシリコンやＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｒａｔｏｒ）などＳｉを有する半導体基板で構成される。また、配線基板１０は平板状に形成される。配線基板１０がＳｉを有する半導体基板で構成される場合、他の基板との接合、配線部１８の形成が容易である。
【００１８】
また、配線基板１０は、このほかに、例えばゲルマニウムなど、赤外光を透過し、蓋基板２０及び支持基板４０と接合する半導体基板でもよい。また、配線基板１０は、赤外光を透過すればよく、例えばセレン、テルルなどのカルコゲン化物を主成分としたカルコゲン化物ガラスで構成されてもよい。
【００１９】
本実施形態において、配線部１８は、第１の面１０ａから第２の面１０ｂまで貫通する貫通孔１４と、貫通孔１４の内部に形成される内部電極１２とを有する。また、貫通孔１４は、第１の面１０ａから第２の面１０ｂに向かって狭くなる。
また、配線部１８は、配線基板１０上に形成される絶縁膜１１と、絶縁膜１１上に形成される内部電極１２とで構成される。
【００２０】
本実施形態において、絶縁膜１１は、第１の面１０ａから第２の面１０ｂまで貫通する貫通孔１４の内面から、第１の面１０ａまで形成される。また、絶縁膜１１は、配線基板１０と内部電極１２とを絶縁する。また、絶縁膜１１は、例えば、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）などから形成されるシリコン酸化膜で構成される。このシリコン酸化膜は、熱酸化法やＣＶＤ法を用いて形成される。
【００２１】
内部電極１２は、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部から、第１の面１０ａの受光素子３０と対向する部分まで形成される。また、内部電極１２は、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端で、貫通電極４１の第２の面１０ｂ側の端面と接続する。また、内部電極１２は、第１の面１０ａの受光素子３０と対向する部分で、後述する金属バンプ１３と接続する。また、内部電極１２は、金属膜で構成され、例えば絶縁膜１１上からＣｒ、Ｎｉ、Ａｕの順で積層される積層膜で形成される。なお、内部電極１２は、この構成に限定されず、種々の金属膜で形成することができる。例えば、内部電極１２は、絶縁膜１１上からＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕの順で積層される積層膜で形成されてもよい。内部電極１２は、スパッタ、無電解メッキ等により成膜される。
【００２２】
なお、本実施形態では、内部電極１２は、貫通孔１４の内面に沿って形成されているが、これに限られない。例えば、内部電極１２は、貫通孔１４の内部を封止してもよい。この場合、内部電極１２は、貫通孔１４の内部に無電解    メッキにより埋設される。また、内部電極１２は、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部を覆っている。なお、内部電極１２は、貫通孔１４の内面に沿って形成されていればよく、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部を覆う必要はない。
【００２３】
また本実施形態の配線部１８のうち、内部電極１２が、配線基板１０に複数形成される。本実施形態において、複数の内部電極１２は、配線基板１０の一方向に沿って並列されている。本実施形態においては、図２に示す通り、６個の内部電極１２が２列に配列されている。ただし、内部電極１２の個数及び配列は、本実施形態に限定されない。例えば、内部電極１２の個数及び配列は、後述する受光素子３０の素子電極３２の個数及び配列に対応する。
【００２４】
また、配線基板１０は、絶縁膜１１を形成せず、配線基板１０を露出する非絶縁部を有する。非絶縁部は、第１の面１０ａの蓋基板２０と接合する部分（第１の非絶縁部）と、第１の面１０ａの受光素子３０の受光部３１と対向する部分（第２の非絶縁部）と、配線基板１０の貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部（第３の非絶縁部）と、に設けられる。なお、本実施形態において、非絶縁部は、これらの部分からこれらの周辺部まで設けているが、周辺部まで設ける必要はない。図２において、絶縁膜１１と非絶縁部との境界１１ａ、１１ｂ、１１ｃを破線で示す。このとき、境界１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、それぞれ、絶縁膜１１と第１の非絶縁部、第２の非絶縁部、第３の非絶縁部との境界である。すなわち、境界１１ａは、絶縁膜１１の外縁であり、境界１１ｂは、絶縁膜１１の内縁である。
【００２５】
なお、配線部１８は、本実施形態に限られず、第１の面１０ａから第２の面１０ｂまで貫通し、受光素子３０と電気的に接続するものであればよい。例えば、配線基板１０と内部電極１２とが絶縁されていれば、絶縁膜１１を形成する必要はない。また、貫通孔１４は、本実施形態に限られず、第１の面１０ａから第２の面１０ｂに向かって広がってもよいし、第１の面１０ａから第２の面１０ｂまで同一径で形成されてもよい。
【００２６】
導光部１９は、受光部３１と対向する部分に形成される。また、配線基板１０が赤外光を透過するため、導光部１９も赤外光を透過する。また、導光部１９は、第２の非絶縁部によって、第１の面１０ａを露出される。また、導光部１９は、後述する支持基板４０の貫通窓４２によって、第２の面１０ｂを露出される。すなわち、導光部１９は、第１の面１０ａの露出する面から第２の面１０ｂの露出する面の間に形成される。そのため、導光部１９の領域は、露出される第１の面１０ａ及び第２の面１０ｂのうち領域の小さい方に対応して形成される。本実施形態の場合、第１の面１０ａが第２の面１０ｂより露出される領域が小さいため、導光部１９の領域は、露出される第１の面１０ａの領域に対応する。これにより、導光部１９は、外部からの光を入射することができ、赤外光を導光する。この際、導光部１９は、赤外光を第２の面１０ｂ側から第１の面１０ａ側に導光し、キャビティＣの内部に出射する。
【００２７】
また、金属バンプ１３が、内部電極１２の第１の面１０ａにおいて受光素子３０の後述する素子電極３２と対向する部分に形成される。金属バンプ１３は、それぞれの内部電極１２上に形成される。金属バンプ１３は、内部電極１２と素子電極３２とを接続する。また、金属バンプ１３は、受光部３１と第１の面１０ａとを離間する。そのため、金属バンプ１３は、例えば数μｍから数十μｍまでの高さに形成される。
【００２８】
なお、内部電極１２と素子電極３２との接続は、金属バンプ１３に限られない。例えば、導電性樹脂、Ａｕ−Ｓｎはんだ等で、内部電極１２と素子電極３２とが接続されてもよい。
【００２９】
蓋基板２０は、第１の面１０ａ側に凹部を形成される。この凹部は、配線基板１０の第１の面１０ａとの間にキャビティＣを形成する。また、蓋基板２０は、ガラスやセラミックなどの絶縁性を有する基板、金属又はシリコンなどの半導体基板で形成する。
【００３０】
また、蓋基板２０と配線基板１０とは、材料によって種々の接合方法を用いる。例えば、蓋基板２０がガラスで形成され、配線基板１０がシリコンで形成される場合は、陽極接合、表面活性化接合などを用いることができ、蓋基板２０がセラミックで形成される場合は、ろう付けなどを用いることができる。また、蓋基板２０及び配線基板１０がシリコンで形成される場合、拡散接合、常温接合などの直接接合で接合することができる。蓋基板２０は、配線基板１０がシリコンで形成される場合、配線基板１０と近い熱膨張係数を有するホウケイ酸ガラスなどの材料で形成してもよい。この場合、キャビティ内部の気密封止を確実に維持することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、蓋基板２０は、凹部の壁部と底部とを一体に形成しているが、別体で形成してもよい。この場合、凹部の壁部と底部とを同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。また、配線基板１０と蓋基板２０との間にキャビティＣが形成することができれば、蓋基板２０に凹部を形成する必要はない。例えば、配線基板１０は第１の面１０ａ側を凹部に形成されてもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、蓋基板２０は、凹部の壁部を底部から開口部まで同一幅で形成される。なお、これに限られず、蓋部２０は、凹部の壁部を底部から開口部に向かって広がってもよい。
【００３３】
また、蓋基板２０は、第１の非絶縁部に接合される。第１の非絶縁部は配線基板１０の外周部に形成され、蓋基板２０は、配線基板１０の外周部に接合される。この際、配線基板１０の蓋基板２０と接合する部分に、受光素子３０から外部への導通を行う配線が形成されない。これにより、配線基板１０と蓋基板２０との接合で配線等を考慮する必要がない。また、このため、配線基板１０の蓋基板２０と接合する部分を非絶縁部で構成することができる。また、蓋基板２０も配線を考慮する必要がないため、種々の材料を採用できる。従って、配線基板１０と蓋基板２０とを容易かつ確実に接合させることができる。
【００３４】
受光素子３０は、赤外光を受光する半導体素子で構成される。また受光素子３０は、受光部３１と、受光部３１と電気的に接続する素子電極３２と、を有する。本実施形態において、素子電極３２は、６個で構成され、２列に配列されている。また、素子電極３２は、金属バンプ１３を介して、内部電極１２の第１の面１０ａに形成される部分と接続される。
【００３５】
また、本実施形態において、受光部３１は、複数の素子電極３２の間に設けられる。また、受光部３１は、素子電極３２と同一面に形成される。すなわち、受光素子３０を実装する面で受光部３１から光を受光する。これにより、受光部３１から素子電極３２までの導通を同一面で行うことができる。そのため、受光部３１から素子電極３２までの導通のために、ビア貫通電極や引き回し電極等を形成する必要がない。また、受光部３１から素子電極３２までを容易かつ確実に導通させることができる。そのため、受光素子３０における導通による受光部３２の検出感度の低下を抑制することができる。また、受光素子３０を実装する際、実装する面と反対の面を保持しながら受光素子３０を実装する。このとき、受光部３１が実装する面に形成されるため、受光部３１を損傷することなく、受光素子３０を実装できる。
【００３６】
また、受光部３１は、第１の面１０ａと離間して形成される。これにより、受光部３１と第１の面１０ａとの間で、受光によって発生する熱を放熱することができる。
なお、受光素子３０は、必ずしも受光部３１と素子電極３２とを同一面に形成する必要はなく、導光部１９と対向し、キャビティＣの内部に実装されていればよい。例えば、受光部３０は、蓋基板２０の導光部１９と対向する部分に実装されてもよい。この場合、蓋基板２０の凹部の内面に内部電極が引き回される。
【００３７】
支持基板４０は、貫通電極４１と、貫通窓４２とを有する。また、支持基板４０は、板状に形成される。支持基板４０は、絶縁性を有し、例えばガラスやセラミックなどで形成される。また、支持基板４０は、配線基板１０と近い熱膨張係数を有するホウケイ酸ガラスなどの材料で形成することができる。この場合、キャビティ内部の貫通孔１４を形成する部分の気密封止を確実に維持することができる。また支持基板４１は、例えばガラスなどの赤外光を遮光する材料で形成することができる。
【００３８】
支持基板４０がガラスで形成され、配線基板１０がシリコンで形成される場合は、陽極接合、表面活性化接合などの直接接合を用いる。この際、支持基板４０は、配線基板１０と表面活性化接合及び陽極接合の少なくともいずれか一方で直接接合される。この際、支持基板４０及び配線基板１０の対向する面は、平面で構成される。
【００３９】
貫通電極４１は、本実施形態において、支持基板４０において貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部と対向する部分に形成される。また、この部分は第３の非絶縁部を形成するため、貫通電極４１は貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部に形成される内部電極１２と接続される。また、本実施形態においては、内部電極１２が貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部を覆っている。そのため、貫通電極４１は内部電極１２と容易かつ確実に電気的に接合することができる。なお、内部電極１２が貫通孔１４の内面のみに形成されている場合であっても、貫通電極１４は、内部電極１２の貫通孔１４の内面に形成される部分と接続する。また、貫通電極４１の個数は、内部電極１２の個数に対応する。
【００４０】
本実施形態において、貫通電極４１の第２の面１０ｂ側の端面は、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部に囲まれる。すなわち本実施形態においては、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部は、貫通電極４１の第２の面１０ｂ側の端面と、支持基板４０の第２の面１０ｂのうち貫通電極４１の周辺部と対向する。なお、貫通電極４１の第２の面１０ｂ側の端面が、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部の中に位置すればよく、貫通電極４１の第２の面１０ｂ側の端面が、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部と同一形状でもよい。
【００４１】
これにより、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部が支持基板４０に囲まれる。支持基板４０が配線基板１０と接合することにより、支持基板４０により貫通孔１４を封止することができる。また、本実施形態において、貫通孔１４には、配線部１８の内部電極１２が形成されている。そのため、支持基板４０は、配線部１８の第２の面１０ｂ側を封止する。このとき、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部に内部電極１２が覆っていない場合でも、支持基板４０が配線基板１０と接合することにより、貫通孔１４が封止される。そのため、この場合でも、支持基板４０が、貫通孔１４に形成された配線部１８を封止している。
【００４２】
このとき、支持基板４０及び配線基板１０の対向する面には、外部へ導通するための配線等が形成されない。これにより、配線基板１０と支持基板４０との接合で配線等を考慮する必要がない。従って、配線基板１０と蓋基板２０とを容易かつ確実に接合させることができる。
【００４３】
さらに、支持基板４０は配線基板１０と表面活性化接合及び陽極接合の少なくとも一方で直接接合する場合、両基板の間には、接合膜等を形成する必要がない。このため、両基板を高い接合強度で接合できる。なお、支持基板４０は配線基板１０と直接接合する場合、表面活性化接合及び陽極接合の一方で接合してもよいし、両方を併用して接合してもよい。また、支持基板４０及び配線基板１０の材料によって、上記の直接接合に限らず、拡散接合、常温接合などの直接接合を用いてもよい。
【００４４】
また、支持基板４０を用いて配線部１８の第２の面１０ｂを封止している。この場合、配線部１８を形成する貫通孔１４を配線基板１０で封止する必要がない。このため、貫通孔１４を配線部１８で封止する必要がないため、配線部１８を容易に形成することができる。
【００４５】
また、支持基板４０は、受光素子３０で受光する光を透過する必要がない。そのため、支持基板４０は、種々の材料を選択できる。この場合、支持基板４０は、ガラスやセラミックなどの貫通電極４１での気密を維持し易い材料で形成される。
【００４６】
また、貫通電極４１は、支持基板４０との溶着によって固定されており、キャビティＣ内の気密を維持している。貫通電極４１は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）等の、熱膨張係数が支持基板４０と近い（好ましくは同等か高め）材料により円柱状に形成された導電性の金属芯材で構成され、両端面が平坦で且つ支持基板４０の厚さと同じ厚さである。支持基板４０がガラスで形成される場合、貫通電極４１はＦｅ−Ｎｉ合金で形成されると熱膨張係数の関係が上記を満たす。
【００４７】
これにより、貫通電極４１は、キャビティＣ内の気密を維持することができる。なお、貫通電極４１は、キャビティＣ内の気密を維持できればよく、例えばメッキ等で形成され、支持基板４０に充填される金属層で形成されてもよい。
【００４８】
貫通窓４２は、第２の面１０ｂ側から反対側まで貫通し、導光部１９を露出する。また、貫通窓４２は、平面視において第２の非絶縁部と重なっている。また、本実施形態において、貫通窓４２の側壁は、絶縁膜１１と第２の非絶縁部との境界１１ｂよりも絶縁膜１１側に形成される。すなわち、貫通窓４２の外縁は、平面視において、第２の非絶縁部の外縁より大きい。言い換えると、貫通窓４２の外縁は、絶縁膜１１の内縁より大きい。この場合、導光部１９の領域は、第２の非絶縁部の領域に対応する。貫通窓４２が第２の非絶縁部より大きく形成されるため、外部からの光を導光部１９へ多く導光させることができ、受光部３１での受光率を向上させることができる。
【００４９】
なお、貫通窓４２の側壁は、絶縁膜の内縁、すなわち絶縁膜１１と第２の非絶縁膜との境界１１ｂと同一の大きさに形成されてもよい。この場合においても、導光部１９の領域は、第２の非絶縁部の領域に対応する。そのため、外部からの光を導光部１９へ多く導光させることができ、受光部３１での受光率を向上させることができる。
【００５０】
また、貫通窓４２の側壁は、本実施形態において、第２の面１０ｂ側から反対側まで同一の大きさに形成されている。このため、外部からの光を導光部１９へ効率的に導光させることができ、受光部３１での受光率を向上させることができる。
【００５１】
なお、貫通窓４２の側壁は、本実施形態に限定されない。例えば、貫通窓４２の側壁は、第２の面１０ｂ側から反対側に向かって広がって形成されてもよい。この場合、さらに、外部からの光を導光部１９へ多く導光させることができ、受光部３１での受光率を向上させることができる。
【００５２】
支持基板４０の第２の面１０ｂ側と反対側には、外部電極５０が形成されている。外部電極５０の個数は、貫通電極４１の個数に対応する。外部電極５０は、貫通電極４１と接続する。また、本実施形態において、受光部３１は、受光素子３０の支持基板４０側に設けられている。外部電極５０は、支持基板４０上に設けられているため、受光部３１と同一側に形成される。
【００５３】
次に受光部３１での受光について説明する。
支持基板４０側から入射される光は、貫通窓４２を通過し、導光部１９の第２の面１０ｂ側に入射される。導光部１９の第２の面１０ｂ側に入射された入射光は、導光部１９の内部を導光し、第１の面１０ａ側から出射される。出射される光は、導光部１９に対向する受光部３１に受光される。以上により、光を受光部３１へより効率的に導光することができる。
【００５４】
本実施形態において、配線基板１０は、支持基板４０及び蓋基板２０と確実かつ容易に接合することができる。また、支持基板４０の貫通電極４１から外部への導通を行っている。この貫通電極４１は、配線基板１０と支持基板４０及び蓋基板２０との接合に影響しない位置に形成されている。そのため、受光素子３０から外部への導通において、複雑な構成が必要ない。よって、キャビティＣの内部の気密性を維持するとともに、受光素子３０から外部へ確実に導通させることができる。
【００５５】
また、受光素子３０が第１の面１０ａに金属バンプ１３を介して実装された場合、受光部３１を第１の面１０ａから確実に離間させることができる。これにより、受光部３１と第１の面１０ａとの間で、受光によって発生する熱を放熱することができる。また、例えば導電樹脂などの金属バンプと異なる材料で受光素子３０の実装を行う場合に比べ、熱による脱ガスが発生しないため、真空度低下を抑制することができる。
【００５６】
また、支持基板４０をガラスで形成する場合、支持基板４０は配線基板１０と直接接合することができる。すなわち、両基板の間には、接合膜等を形成する必要がない。このため、両基板を高い接合強度で接合できる。なお、支持基板４０は配線基板１０と直接接合する場合、表面活性化接合及び陽極接合の一方で接合してもよいし、両方を併用して接合してもよい。また、このほかに、支持基板４０は配線基板１０と拡散接合、常温接合などの直接接合で接合することができる。また、支持基板４０をガラスで形成する場合、貫通電極４１を形成し易く、さらに貫通電極４１の気密性も維持し易い。
【００５７】
この場合、支持基板４０が赤外光を遮光する場合、支持基板４０側から入射する光において、支持基板４０の貫通窓４２以外の部分からの光は、遮光される。これにより、受光部は、検出するための光を貫通窓４２から効率的に受光し、検出に寄与しない外光を支持基板によって遮光することができる。
また、支持基板４０が赤外光を遮光しない場合でも、絶縁膜１１が赤外光を遮光する材料で形成されることで同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、本実施形態において、配線部１８が第１の面１０ａから第２の面１０ｂまで貫通する貫通孔１４と、貫通孔１４の内部に形成される内部電極１９とを有し、貫通孔１４が第１の面１０ａから第２の面１０ｂに向かって狭くなって形成される。この場合、貫通孔１４の内部が第１の面１０ａ側に現れているため、配線部１８を貫通孔１４の内部に成膜し易い。
【００５９】
次に、上述した光センサの製造方法について説明する。図３は、本実施形態に係る光センサの製造方法のフローチャートである。また、図４乃至図６は、本実施形態に係る光センサの製造工程を示す断面図である。また図７乃至図１０は、本実施形態に係る光センサの製造工程を示す平面図である。また、図面では、平面視した際に見えない部分を破線で示す。
【００６０】
本実施形態において、光センサはウエハレベルでパッケージを製造される。なお、図４乃至図１０は、ウエハ上の１つの光センサを製造する部分を示している。また、本実施形態に係る製造方法は、ウエハレベルでの多数の光センサを一括して製造する方法を示すが、１つの光センサを製造する場合も適用できる。
【００６１】
初めに、支持基板形成工程Ｓ１０を行う。まず、支持基板用ウエハを形成する。支持基板用ウエハをガラスで形成する場合、ガラスを所定の厚さまで表裏面を研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去する。
続いて、支持基板用ウエハに貫通電極を形成する貫通電極形成工程Ｓ１１を行う。図４（ａ）は、貫通電極形成工程Ｓ１１を示す断面図である。
【００６２】
まず、支持基板用ウエハ４０に金属芯材が溶着される。なお、特に支持基板用ウエハ４０の厚みに支障がなければ、上述の研磨等の工程を省いても良い。続いて、支持基板用ウエハ４０の表裏面を研磨する。これにより、図４（ａ）に示すように支持基板用ウエハ４０の表面と貫通電極４１の表面とが、略面一な状態となる。このようにして、支持基板用ウエハ４０に貫通電極４１が形成される。なお、貫通電極の突出した部分は除去せずに、そのまま使用してもよい。
【００６３】
次に、貫通窓形成工程Ｓ１２を行う。図４（ｂ）、図７（ａ）はそれぞれ貫通窓形成工程Ｓ１２を示す断面図、平面図である。支持基板用ウエハ４０に、フォトリソグラフィ技術により、貫通窓４２を形成する。貫通窓４２は、支持基板用ウエハ４０のそれぞれの支持基板の中央部に形成される。また、貫通窓４２の形成位置は、接合工程後Ｓ２１に導光部１９に対向する位置である。本実施形態では、貫通窓４２の側壁は支持基板用ウエハ４０の表裏面に対して垂直に形成される。なお、貫通窓４２の側壁は、用いるエッチングの種類によって表裏面に対して傾斜して形成してもよい。この工程により、支持基板形成工程Ｓ１０が終了する。
【００６４】
なお、貫通電極形成工程Ｓ１１において、貫通電極４１をメッキにより形成する場合、貫通孔を形成し、この貫通孔に金属膜を充填して貫通電極４１を形成してもよい。この際、この貫通孔と貫通窓４２を同時に形成することができる。
【００６５】
次に、配線基板形成工程を行う。配線基板形成工程は、貫通孔形成工程Ｓ２０で構成される。図４（ｃ）、図７（ｂ）は、それぞれ貫通孔形成工程Ｓ２０を示す断面図、平面図である。
【００６６】
まず、平板状のシリコンで構成される配線基板用ウエハ１０を用意する。配線基板用ウエハ１０に、フォトリソグラフィ技術により貫通孔１４を形成する。この際、貫通孔１４は、加工したマスク材を用いて、水酸化カリウムによる異方性ウエットエッチングを行って形成される。また、貫通孔１４は、ブラスト加工、ＳＦ6，Ｃ4Ｆ8，Ｏ2ガスなどによるドライエッチングを行って形成されてもよい。また、貫通孔１４は、接合工程Ｓ２１後に貫通電極４１と対向する位置に形成される。また、貫通孔１４の側壁は、配線基板用ウエハの第１の面１０ａから第２の面１０ｂに向かって狭くなっている。なお、貫通孔１４の側壁は、第１の面１０ａから第２の面１０ｂまで垂直に形成されてもよい。これにより配線基板形成工程を終了する。
【００６７】
次に、接合工程Ｓ５０を行う。図４（ｄ）、図７（ｃ）は、それぞれ接合工程Ｓ５０を示す断面図、平面図である。
まず、支持基板用ウエハ４０及び配線基板用ウエハ１０を正しい位置にアライメントし、重ね合わせる。２枚の基板用ウエハの重ね合わせ後、重ね合わせた２枚の各基板用ウエハを接合する。この際、配線基板用ウエハ１０は、第２の面１０ｂ側を対向させる。
【００６８】
本実施形態においては、支持基板用ウエハ４０がガラスで構成され、配線基板用ウエハ１０がシリコンで形成されるため、陽極接合及び表面活性化接合の少なくともいずれか一方を用いて直接接合する。この際、支持基板用ウエハ４０をホウケイ酸ガラスなどの耐熱性ガラスで構成することで、両基板用ウエハの熱膨張係数を近づけることができるため、接合工程において両基板用ウエハの反りを抑制することができる。
【００６９】
次に、配線部形成工程を行う。まず絶縁膜形成工程Ｓ６０を行う。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、絶縁膜形成工程Ｓ６０を示す断面図であり、図８（ａ）は絶縁膜形成工程Ｓ６０を示す平面図である。
【００７０】
まず、配線基板用ウエハ１０の第１の面１０ａの全面に絶縁膜１１を成膜する。この際、絶縁膜１１は、例えば、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）などから形成されるシリコン酸化膜で構成される。このシリコン酸化膜は、熱酸化法やＣＶＤ法を用いて形成される。また、絶縁膜１１は、貫通孔１４に形成される部分は、貫通孔１４の内面に沿って形成される。
【００７１】
次に、絶縁膜１１のうち、接合工程Ｓ９０において第１の面１０ａの蓋基板２０と接合する部分、実装工程Ｓ８０において第１の面１０ａの受光素子３０の受光部３１と対向する部分、及び貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部に形成される部分をフォトリソグラフィ技術により除去する。これにより、第１の非絶縁部、第２の非絶縁部、及び第３の非絶縁部が形成される。図８（ａ）において、絶縁膜と第１の非絶縁部、第２の非絶縁部、及び第３の非絶縁部との境界は、境界１１ａ、１１ｂ、１１ｃで示される。すなわち、境界１１ａは絶縁膜１１の内縁を構成し、境界１１ｂは絶縁膜１１の外縁を構成する。
【００７２】
次に内部電極形成工程Ｓ７０を行う。図５（ｃ）、図８（ｂ）は、それぞれ内部電極形成工程Ｓ７０を示す断面図、平面図である。
まず、金属膜が絶縁膜１１上及び露出する第１の面１０ａの全面にスパッタ等により成膜される。金属膜は、例えば絶縁膜１１上からＣｒ、Ｎｉ、Ａｕの順で積層される積層膜で形成される。なお、金属膜は、絶縁膜１１上からＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕの順で積層される積層膜で形成されてもよい。
【００７３】
次にこの金属膜がフォトリソグラフィ技術によりパターニングされる。具体的には、金属膜のうち、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部に露出する貫通電極４１上から、実装工程Ｓ８０後に第１の面１０ａの受光素子３０と対向する部分まで残して、その他の部分を除去する。これにより、内部電極１２が形成される。また、内部電極１２は、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端で、貫通電極４１の第２の面１０ｂ側の端面と接続する。
【００７４】
なお、内部電極形成工程Ｓ７０において、無電解メッキにより形成してもよい。この場合、まず、フォトリソグラフィ技術により、Ｃｒ、Ｎｉの積層膜又はＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉの積層膜を、貫通孔１４の第２の面１０ｂ側の開口端部に露出する貫通電極４１上から、実装工程Ｓ８０後に第１の面１０ａの受光素子３０と対向する部分まで成膜する。次に、無電解メッキにより、積層膜上にＮｉ、Ａｕのメッキ膜を形成する。これにより、内部電極１２を形成する。この工程によって、配線部が形成され、配線部形成工程を終了する。
【００７５】
次に、受光素子形成工程Ｓ３０を行う。シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により複数の受光素子３０を形成する。このとき、受光素子３０に、赤外光を受光する受光部３１と、受光部３１と電気的に接続する素子電極３２と形成される。これにより、受光素子３０が形成される。
【００７６】
次に、実装工程Ｓ８０を行う。図５（ｄ）、図９（ａ）は、それぞれ実装工程Ｓ８０を示す断面図、平面図である。まず、内部電極１２の第１の面１０ａに形成される部分に金属バンプ１３を超音波接合により形成する。このとき、金属バンプ１３はＡｕで形成される。
【００７７】
次に、素子電極３２と内部電極１２とを金属バンプ１３を用いてフリップチップボンディングにより接合する。これにより、受光素子３０が配線基板４０に実装される。このとき、受光部３１が、導光部１９に対向する。導光部１９は、配線部が形成されず第１の面１０ａを露出しているため、受光部３１に光を導光できる。
【００７８】
次に、蓋基板形成工程を行う。蓋基板形成工程は、凹部形成工程Ｓ４０で構成される。図６（ａ）は、凹部形成工程Ｓ４０を示す断面図である。
まず、蓋基板用ウエハを形成する。蓋基板用ウエハをガラスで形成する場合、ガラスを所定の厚さまで表裏面を研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去する。
【００７９】
次に、凹部形成工程Ｓ４０において、蓋基板用ウエハにおける配線基板用ウエハ１０との接合面に、キャビティ用の凹部を複数形成する。キャビティ用凹部の形成は、成形型を使用しての加熱プレス成型等のプレス加工によって行う。次に、配線基板用ウエハ１０との接合面を研磨する。これにより、蓋基板用ウエハ２０を形成する。なお、凹部形成工程において、フォトリソグラフィ技術により凹部が形成されてもよい。
【００８０】
また、蓋基板用ウエハ２０がガラスと異なる材料で構成される場合は、上述する方法に限定されない。例えば、凹部の底部と側壁とを別体で形成し、それぞれを一体化して凹部を形成してもよい。
【００８１】
次に、接合工程Ｓ９０を行う。まず、蓋基板用ウエハ２０及び配線基板用ウエハ１０を正しい位置にアライメントし、重ね合わせる。このとき、蓋基板用ウエハ２０の凹部の側壁と配線基板１０の第１の非絶縁部とが対向する位置に重ね合せる。２枚の基板用ウエハの重ね合わせ後、重ね合わせた２枚の各基板用ウエハを接合する。
【００８２】
本実施形態においては、蓋基板用ウエハ２０がガラスで構成され、配線基板用ウエハ１０がシリコンで形成されるため、陽極接合及び表面活性化接合の少なくともいずれか一方を用いて直接接合する。この際、蓋基板用ウエハ２０をホウケイ酸ガラスなどの耐熱性ガラスで構成することで、両基板用ウエハの熱膨張係数を近づけることができるため、接合工程において両基板用ウエハの反りを抑制することができる。これにより、接合工程Ｓ９０を終了する。
【００８３】
なお、蓋基板用ウエハ２０は、金属材料、セラミックなどの絶縁材料、シリコンなどの半導体材料などで形成することができ、配線基板用ウエハ１０との接合は種々の接合方法を選択できる。例えば、接合工程Ｓ９０において、金スズ接合、インジウムスズ接合などのはんだ接合を用いることができる。また、蓋基板用ウエハ２０の材料によって、接合膜を介して両基板用ウエハを接合してもよい。
【００８４】
また、接合工程Ｓ９０において、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖなどのゲッタリング材を蓋基板用ウエハ１０の凹部又は配線基板用ウエハ１０の第１の面１０ａに配置することができる。これにより、接合工程Ｓ９０によってキャビティ内の真空度を向上させることができる。
【００８５】
次に、外部電極形成工程Ｓ１００を行う。図６（ｂ）、図９（ｂ）は、それぞれ外部電極形成工程Ｓ１００を示す断面図、平面図である。外部電極形成工程Ｓ１００において、支持基板用ウエハ４０の第２の面１０ｂ側と反対側に、スパッタリング及びフォトリソグラフィにより金属膜をパターニングし、金属膜上に電解メッキまたは無電解メッキを行う。このときこの金属膜は、貫通電極４１の第２の面１０ｂ側の端面と接続する。これにより、外部電極５０を形成する。なお、外部電極５０の形成は、種々の方法を用いることができる。図９（ｂ）において、蓋基板用ウエハの蓋基板２０及びその側壁２０ａを示す。
【００８６】
次に切断工程Ｓ１１０を行う。図１０は切断工程Ｓ１１０を示す平面図であり、蓋基板用ウエハ２０側から見た図ある。図１０のように、基板用ウエハの接合体を所望の大きさに個片化する。これにより個片化された光センサ１００が形成される。また切断工程Ｓ１１０後に電気特性検査を行ってもよい。
【００８７】
以上によって光センサ１００を製造する。なお、製造工程において、支持基板形成工程Ｓ１０、貫通孔形成工程Ｓ２０、受光素子形成工程Ｓ３０及び凹部形成工程Ｓ４０は並行して行うことができ、接合工程Ｓ５０、絶縁膜形成工程Ｓ６０及び内部電極形成工程Ｓ７０と、受光素子形成工程Ｓ３０と、凹部形成工程Ｓ４０とは並行して行うことができる。
【００８８】
（第二実施形態）
次に第二実施形態に係る光センサを説明する。図１１は第二実施形態に係る光センサの断面図である。なお、第１実施形態に係る光センサと同様の構成については、説明を省略する。
【００８９】
本実施形態において、導光部１９は、第２の面１０ｂ側にレンズ１９ａを有する。本実施形態において、レンズ１９ａは、第２の面１０ｂに対して窪んで形成される。またレンズ１９ａは、階段形状で近似される曲面で形成する回折光学素子で構成される。すなわち、レンズ１９ａは、同心円の円筒が階段状に形成されるものである。また、レンズ１９ａの中心は、受光部３１の中央部と一致する。レンズ１９ａは、配線基板１０が例えばシリコンで形成される場合、フォトリソグラフィ技術により形成される。このレンズに１９ａより、導光部１９に入射される光を受光部３１に向かって集光することができる。これにより、受光部３１での受光率を向上させることができる。
【００９０】
なお、レンズ１９ａは第２の面１０ｂに対して突出して形成されてもよい。この場合、レンズ１９ａは、貫通窓４２の内部に位置する。この際、貫通窓４２が形成されているため、レンズ１９ａが突出していても支持基板４０と配線基板１０との接合に影響しない。また、この場合においても、上述の効果を得ることができる。
【００９１】
なお、本発明の光センサは上述の実施形態に限定されず、赤外光を透過する配線基板と、配線基板の第１の面に接合され、配線基板との間にキャビティを形成する蓋基板と、赤外光を受光する受光部を有し、キャビティの内部に実装される受光素子と、絶縁性を有し、配線基板の第１の面と反対側の第２の面に接合される支持基板と、を備え、配線基板が、第１の面から前記第２の面まで貫通し、受光素子と電気的に接続する配線部と、受光部と対向し、赤外光を導光する導光部と、を有し、支持基板が、第２の面側から反対側まで貫通するとともに、配線部と接続する貫通電極と、第２の面側から反対側まで貫通し、導光部を露出する貫通窓とを有するとともに、配線部の前記第２の面側を封止していれば、種々の形態を採用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１０…配線基板
１１…絶縁膜
１２…内部電極
１３…金属バンプ
１４…貫通孔
１８…配線部
１９…導光部
２０…蓋基板
３０…受光素子
３１…受光部
３２…素子電極
４０…支持基板
４１…貫通電極
４２…貫通窓
５０…外部電極
１００…光センサ
【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１１】
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