(57)【要約】【課題】  感光性ドライフィルムを接着剤に用いて、低価格化で量産性、生産性に優れた赤外線センサ装置の製造方法を得ると共に、小型化、低価格化の赤外線センサ装置を得る。【解決手段】  シリコンカバーと、半導体チップと、両者を間隔をおいて対向配置させるスペーサ層とを備えた赤外線センサ装置を製造する際に、シリコンカバーの材料になるシリコンウエハ１２０の接着面側に感光性ドライフィルム１１０をパターニングして接着剤層となるスペーサ層１１を形成し、この接着剤層を介してシリコンウエハ１２０を複数の赤外線センサ装置が形成された半導体ウエハに接合する。その後接合されたシリコンウエハ１２０と半導体ウエハをダイシングして赤外線センサ装置を個片化する。接着剤層は、個片化された赤外線センサ装置のスペーサ層１１に用いられる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハに縦横に配列された複数の赤外線センサ装置を形成する工程と、シリコンウエハ表面に感光性ドライフィルムを貼り付ける工程と、前記感光性ドライフィルムをフォトリソグラフィーによりパターニングして、前記複数の赤外線センサ装置の各赤外線センサ装置周辺に配置されたスペーサ層を形成する工程と、前記半導体ウエハ上に前記シリコンウエハを搭載し、前記シリコンウエハを前記スペーサ層により前記半導体ウエハに接着する工程と、前記半導体ウエハ及び前記シリコンウエハをダイシングして前記複数の赤外線センサ装置を各赤外線センサ装置毎に個片化する工程とを具備したことを特徴とする赤外線センサ装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコンウエハには前記半導体ウエハに形成されたボンディングパッド部に対応した部分に貫通孔を設け、前記複数の赤外線センサ装置を個片化したときに各赤外線センサ装置のボンディングパッド部は前記シリコンウエハから露出しているようにしたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ装置の製造方法。
【請求項３】
前記パターニングされた感光性ドライフィルムは、前記複数の赤外線センサ装置の境界を被覆し、前記境界にはダイシングラインが施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線センサ装置の製造方法。
【請求項４】
半導体チップと、前記半導体チップに形成され、アレイ状に配列された複数のサーモパイル素子からなるサーモパイルアレイと、前記半導体チップ上に配置されたシリコンカバーと、前記半導体チップ上に形成され、前記サーモパイルアレイの周辺部を囲むように形成されたスペーサ層とを具備し、前記スペーサ層はフォトリソグラフィーによりパターニングされた感光性ドライフィルムからなり、前記シリコンカバーは、前記半導体チップ表面に前記スペーサ層により接着されていることを特徴とする赤外線センサ装置。
【請求項５】
前記シリコンカバーの周辺部には、前記半導体チップに形成されたボンディングパッド部に対応した切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の赤外線センサ装置。
【請求項６】
前記シリコンカバーの側面は、裾広がりに傾斜していることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の赤外線センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーモパイル素子を利用した赤外線センサ装置の製造方法及びこの方法により製造された赤外線センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サーモパイル素子は、非接触で個々の物体から放射される赤外線を受け、そのエネルギーに応じた熱起電力を発生する赤外線センサ装置に用いられる。従来技術にはサーモパイル素子と増幅器とを１つのチップに搭載した赤外線センサ装置がある。従来の赤外線センサ装置は、特許文献１にも開示されているように金属缶（通常ＴＯ−５型という）にパッケージングされている。この金属缶にはシリコンフィルタが取り付けられており、シリコンフィルタを通して赤外線が缶内部に入射される。特許文献１に開示された発明では、金属缶内部表面を鏡面仕上げするか光沢メッキを施している。金属缶内部表面をこのように処理することにより、金属缶から熱型感知素子への赤外線放射が大幅に減少して動作が安定し、高信頼性、高精度の赤外線検出器が得られる。
【０００３】
また、特許文献２には、効率良くセンサの出力を外部に取り出すことができる赤外線センサが開示されている。このセンサは第１の基板の表面に形成され、温接点および冷接点を有するサーモパイル素子と、第１の基板のサーモパイル素子の形成部を覆い、第１の基板と７０μｍ〜１ｍｍの間隔で設けられた赤外線を透過する第２の基板と、サーモパイル素子の冷接点部上に設けられ、第１の基板および第２の基板を前記間隔で接着するエポキシなどの樹脂製のスペーサ部材とを有することを特徴としている。この赤外線センサでは、ダイシング工程やダイボンディング工程での素子の保護を可能とした上部基板を重ねた構造において、この上部基板を設けたことに起因する素子の冷接点と温接点との温度差の減少を防ぎ、効率よくセンサの出力を外部に取り出すことが可能となる。
【特許文献１】特開平１−３０７６２８号公報
【特許文献２】特開２００８−１９０９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
赤外線センサ装置は、小型化、低価格化が推し進められている。このような開発方向に対して、金属缶は、その開発を疎外する大きな要因の１つである。また、金属缶は赤外線透過窓等の取り付けが欠かせないのである程度の厚さが必要である。また、ステムのピン（リード）のために表面実装用端子部品を搭載するためのフットプリントも必要な場合があり、このような場合には金属缶に実装するためにその小型化が制限される。また、サーモパイル素子が形成された第１の基板に対して第２の基板を重ねることにより小型化した形態のものが特許文献２に開示されているが、両基板は液状エポキシ樹脂の塗布などにより接着層を形成するものであり、素子が更に微細化、小型化した場合には塗布が困難になり使えない。更に、小型化により接着層の厚さを２０μｍ程度で均一性を管理したい場合も生じるが、塗布された接着層ではその制御が困難である。
本願発明は、このような事情によりなされたものであり、量産性及び生産性に優れた小型化、低価格化の赤外線センサ装置の製造方法を提供すると共に、この製造方法により小型化、低価格化の赤外線センサ装置、配線基板などに搭載し易い赤外線センサ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の赤外線センサ装置の一態様は、半導体チップと、前記半導体チップに形成され、縦横に配列された複数のサーモパイル素子からなるサーモパイルアレイと、前記半導体チップ上に配置されたシリコンカバーと、前記半導体チップ上に形成され、前記サーモパイルアレイの周辺部を囲むように形成されたスペーサ層とを具備し、前記スペーサ層はフォトリソグラフィーによりパターニングされた感光性ドライフィルムからなり、前記シリコンカバーは、前記半導体チップ表面に前記スペーサ層により接着されていることを特徴としている。前記シリコンカバーの周辺部には、前記半導体チップに形成されたボンディングパッド部に対応した切り欠き部が設けられているようにしても良い。前記シリコンカバーの側面は、裾広がりに傾斜しているようにしても良い。
【０００６】
また、本発明の赤外線センサ装置の製造方法の一態様は、半導体ウエハに縦横に配列された複数の赤外線センサ装置を形成する工程と、シリコンウエハ表面に感光性ドライフィルムを貼り付ける工程と、前記感光性ドライフィルムをフォトリソグラフィーによりパターニングして、前記複数の赤外線センサ装置の各赤外線センサ装置周辺に配置されるスペーサ層を形成する工程と、前記半導体ウエハ上に前記シリコンウエハを搭載し、前記シリコンウエハを前記スペーサ層により前記半導体ウエハに接着する工程と、前記半導体ウエハ及び前記シリコンウエハをダイシングして前記複数の赤外線センサ装置を各赤外線センサ装置毎に個片化する工程とを具備したことを特徴としている。前記シリコンウエハには前記半導体ウエハに形成されたボンディングパッド部に対応した部分に貫通孔を設け、前記複数の赤外線センサ装置を個片化したときに各赤外線センサ装置のボンディングパッド部は前記シリコンウエハから露出するようにしても良い。前記パターニングされた感光性ドライフィルムは、前記半導体ウエハに設けられた前記複数の赤外線センサ装置の境界を被覆し、前記境界にはダイシングラインが施されているようにしても良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の赤外線センサ装置の製造方法は、接着層を感光性ドライフィルムによるパターニングによって形成し、印刷や塗布を使わないため素子が更に微細化、小型化した場合にも使用できる。また、ウエハ状態で感光性ドライフィルムをダイシングライン上にも形成しておくので、ダイシング時のチッピングを防止することができる。そして、低価格であり量産性、生産性に優れた赤外線センサ装置の製造方法が得られる。また、半導体チップとシリコンカバーとを感光性ドライフィルムを加工して作られたスペーサ層により接合されているので、両者間には均一な空間が形成され、小型であり、且つ低価格の赤外線センサ装置が得られる。また、シリコンカバーの側面を傾斜させた場合は、赤外線センサ装置を配線基板などに搭載し易くする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係る赤外線センサ装置の斜視図。
【図２】表面のシリコンカバーを除いた図１の赤外線センサ装置の平面図。
【図３】図２に示す赤外線センサ装置を構成するサーモパイル素子が形成された半導体チップの平面図及び断面図。
【図４】実施例１に係る赤外線センサ装置において、パターニングされた感光性ドライフィルムからなる接着剤層が接着面側に形成されたシリコンウエハの平面図。
【図５】実施例１に係る赤外線センサ装置において、赤外線センサ装置が作り込まれたチップ領域が形成された半導体ウエハの平面図。
【図６】図４のシリコンウエハを図５の半導体ウエハに貼り付けた平面図。
【図７】図６のＡ−Ａ′線に沿う部分の斜視図。
【図８】実施例１において用いられる感光性ドライフィルムのパターニング工程を説明する工程断面図。
【図９】プリント基板に搭載した実施例２に係る赤外線センサ装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
本発明は、シリコンカバーと、半導体チップと、両者を間隔をおいて対向配置させるスペーサ層とを備えた赤外線センサ装置を製造する際に、シリコンカバーの材料になるシリコンウエハの接着面側に感光性ドライフィルムをパターニングして最終的にスペーサ層となる接着剤層を形成し、この接着剤層を介してシリコンウエハを複数の赤外線センサ装置が形成された半導体ウエハに接合し、その後接合されたシリコンウエハと半導体ウエハをダイシングして赤外線センサ装置を個片化するものである。
【実施例１】
【００１０】
まず、図１乃至図８を参照して実施例１を説明する。
赤外線センサ装置は、サーモパイル素子をアレイ状に形成配置したものである。サーモパイルは、非接触で個々の物体から放射される赤外線を受けると、そのエネルギーに応じた熱起電力を発生する装置であって、そのエネルギー絶対量（温度）が検出可能である。
図１乃至図３は、この実施例に係る方法により形成された赤外線センサ装置の詳細を示している。
【００１１】
図１に示すように、赤外線センサ装置は、アレイ状に作り込まれたサーモパイル素子を有するシリコンなどからなる半導体チップ１と、半導体チップ１の表面に配置されたスペーサ層（図示しない）と、半導体チップ１表面を被覆するシリコンカバー１２とから構成されている。赤外線センサ装置は、シリコンカバー１２を通して入射された赤外線を検出する。シリコンカバー１２の４隅には切り欠き部１３が形成されており、それに対応して半導体チップ１の４隅は、シリコンカバー１２から露出している。そして、その４隅にはそれぞれ複数の電極パッド１４が形成されている。図２は、赤外線センサ装置のシリコンカバーを除いた状態の半導体チップ１の表面を示している。半導体チップ１の表面領域の中央部分には、例えば、６４個のサーモパイル素子１０が縦横にアレイ状に配置形成され、４隅には複数のアルミニウムなどのパッド（接続電極）１４が形成されている。そして、半導体チップ１表面の周辺部であって、パッド１４が形成された領域と中央部分との間には感光性ドライフィルムをパターニングして得られたスペーサ層１１が形成されている。
【００１２】
サーモパイル素子のアレイ領域は、例えば、１辺が２９３０μｍである。そして、このアレイ領域が形成された半導体チップ１上のパッド１４が形成された領域との間は、例えば、約３０μｍと非常に狭く、この間に半導体チップ１とシリコンカバー１２とを接着する接着剤として液状のものを用いることは非常に困難な工程を伴う。これに反して、本発明のような感光性ドライフィルムは、狭小な領域に適用するのに非常に有利である。
感光性ドライフィルムは、例えば、片面、両面、多層基板の回路形成に使用されるフィルム状のエッチングレジストであり、ベースフィルム上に塗布したフォトレジスト層を乾燥後、保護フィルムをフォトレジスト層にラミネートして形成されるものである。
スペーサ層１１は、シリコンカバーと半導体チップ間の距離を一定に保つことができる。
【００１３】
図３は、赤外線センサ装置を構成するサーモパイル素子の詳細な構造を示している。サーモパイル素子を構成する熱電対は、温度計の１種であり、異なる２種類の導電材料の細線の両端を接合し、２つの接合点の温度差により発生する電位差を測定することにより温度を測定する装置である。
半導体チップ１上に、異種の導電材料からなる熱電対６を複数個直列に接続した構造のサーモパイル素子１０を設ける。熱電対６の温接点部５は半導体チップ１の中心付近に、冷接点部４は半導体チップ１の周辺部に配置する。熱電対６の上は黒体用絶縁膜８で覆われている。黒体用絶縁膜８上には、熱電対６の温接点部５上で、且つ冷接点部４上にかからないように熱吸収膜（黒体）９が配設される。半導体チップ１上には、図示しないが基準温度、即ち冷接点部４の温度を測定するための温度検出素子が設置されている。この温度検出素子は、薄膜サーミスタやＰＮ接合型の素子を使うことが出来る。
【００１４】
サーモパイル素子１０は、半導体チップ１上のダイヤフラム構造の上に設けられている。このサーモパイル素子１０を載置するダイヤフラム構造は、キャビティ２とこのキャビティ２を覆ってシリコン基板１の表面上に形成されるメンブレン３から構成される。キャビティ２は、エッチングなどにより形成され、メンブレン３は、例えば、シリコン窒化膜を、例えば、ＬＰ−ＣＶＤ法により形成してなる。厚さは、１００ｎｍ程度である。メンブレン３上に熱電対６が形成される。測定物から赤外線の入射があると、熱吸収膜９がこの赤外線を吸収し、熱電対６の温接点部５の温度が上昇し、温接点部５と冷接点部４との間に温度差を生じ、これによって熱電対６にそれぞれ熱起電力が生じる。サーモパイル素子１０には、これらの熱電対６の熱起電力が足し合わされ、サーモパイル引き出し電極７から出力を取り出す。この場合、基準温度となる冷接点部４の温度を薄膜サーミスタを用いて測定することによって、測定物の赤外線量を正確に測定でき、したがって測定物の温度を測定することができる。赤外線センサ装置を構成する、例えば、サーモパイル型エリアセンサは、以上のように説明したサーモパイル素子を複数個、例えば、３×３個あるいは８×８個などアレイ状に配置してなるものである。
【００１５】
次に、図４乃至図８を参照して、図１乃至図３で示した赤外線センサ装置を製造する方法を説明する。
図４に示すように、シリコンウエハ１２０は、複数の貫通孔１３０が形成されている。互いに隣接する４つの貫通孔１３０に囲まれた領域は、赤外線センサ装置を構成するシリコンカバー１２となる。即ち、シリコンウエハ１２０には複数のシリコンカバー１２の領域がアレイ状に配置形成されている。更に、シリコンウエハ１２０には、パターニングされた感光性ドライフィルム１１０が貼り付けられている。図５に示すように、半導体ウエハ１００には、ダイシングライン１０１が縦横に形成され、赤外線センサ装置を構成する半導体チップ１の領域が区画される。この領域は、中央部分にはサーモパイル素子がアレイ状に配置されたサーモパイル部１５が形成され、４隅には複数のパッド１４が形成されている。感光性ドライフィルムは、シリコンウエハ１２０と半導体ウエハ１００とを接合する接着剤層として用いられるが、赤外線センサ装置としては、図１に示すように、シリコンカバー１２の領域の外周部分に配置形成され、シリコンカバーと半導体チップ１との間隔を維持するスペーサ層１１として用いられる。
【００１６】
感光性ドライフィルムをシリコンウエハに貼り付け、パターニングする工程は図８に示される。研磨、薬品などにより前処理を行ったシリコンウエハ１２０の表面に感光性ドライフィルム１１０を載置し、６０〜８０℃、１．０ｋＰａ等の条件で真空ラミネートを行う（図８（ａ）、（ｂ））。次に、シリコンウエハ１２０にラミネートされた感光性ドライフィルム１１０上にＵＶマスク１０２を介して紫外線（ＵＶ）（例えば、８０〜２５０ｍＪ／ｃｍ2 ）を照射１０３する（図８（ｃ））。照射された感光性ドライフィルム１１０を、例えば、１％ＮａＣＯ3 溶液、４５〜９０秒、３０℃の条件で、現像して接着剤層として用いられるスペーサ層１１を形成する（図８（ｄ））。
その後、図６に示すように、シリコンウエハ１２０を半導体ウエハ１００に載置し、スペーサ層１１を、例えば、１６０〜２００℃、３０〜９０秒の条件で、硬化して、半導体ウエハ１００とシリコンウエハ１２０とを接合する。
【００１７】
図７は、図６のＡ−Ａ′線に沿う部分の斜視図である。
半導体ウエハ１００は、シリコンウエハ１２０と接着剤層（スペーサ層１１）により接合されて、両者間は、スペーサ層１１により一定間隔を均一に維持している。図には、半導体ウエハ１００にはスクライブライン１０１を介して左右に隣接した半導体チップ領域の一部が形成されている。各領域には複数のサーモパイル素子１０が形成されている。スクライブライン１０１上にはシリコンウエハ１２０の貫通孔１３０が設けられている。
次に、図４乃至図６に示す半導体ウエハ１００及びシリコンウエハ１２０をダイシングライン１０１に沿ってダイシングして各赤外線センサ装置毎にチップ形状に個片化する（図１、図２参照）。
以上、この実施例では、半導体チップとシリコンカバーとを感光性ドライフィルムを加工して作られたスペーサ層により接合されているので、両者間には均一な空間が形成されると共に小型化され、低価格の赤外線センサ装置が得られる。特に、小型化により接着層の厚さを２０μｍ以上で均一性を管理したい場合にも有効である。また、赤外線センサ装置を製造する方法は、接着層を感光性ドライフィルムによるパターニングによって形成し、印刷や塗布を使わないため素子が更に微細化、小型化した場合にも使用できる。また、ウエハ状態で感光性ドライフィルムをダイシングライン上にも形成しておくので、ダイシング時のチッピングを防止することができる。そして、低価格であり量産性、生産性に優れている。
【実施例２】
【００１８】
次に、図９を参照して実施例２を説明する。
この実施例では実施例１と同じ製造方法を用いているが、この方法で形成される赤外線センサ装置は、感光性ドライフィルムから形成されたスペーサ層の構造に特徴がある。
赤外線センサ装置が形成された半導体チップ２０は、プリント基板２００に搭載される。赤外線センサ装置は、サーモパイル素子のアレイ２１が形成された半導体チップ２０と、アレイ２１を被覆するように、半導体チップ２０上に形成されたシリコンカバー２２と、半導体チップ２０とシリコンカバー２２とを接合するスペーサ層２５と、半導体チップ２０上であって、シリコンカバー２２の切り欠き部２３に形成された複数のボンディングパッド２６とを備えている。
この実施例では、ワイヤボンディングツール（以下、キャピラリという）２１０を使用して、半導体チップ２０のパッド２２とプリント配線２００上の配線２０１とをボンディングワイヤ２２０で接続する。
【００１９】
この実施例ではシリコンカバー２２の側面２４は、裾広がりに傾斜している。この様な構成によりキャピラリ２１０を使用するボンディング工程において、キャピラリ２１０先端とシリコンカバーの側面２４との距離ｄを実施例１のシリコンカバーの垂直な側面より大きくする事ができる。パッド２６は、接着剤層として用いられるスペーサ層２５に近接して配置されており、キャピラリ２１０の動作範囲は大きく制限されるが、この実施例のような構成によってキャピラリの動作範囲の制限が緩和される。
以上、この実施例では、半導体チップとシリコンカバーとを感光性ドライフィルムを加工して作られたスペーサ層により接合されているので、両者間には均一な空間が形成され、小型化され、低価格の赤外線センサ装置が得られる。また、シリコンカバーの側面を傾斜させているので、赤外線センサ装置を配線基板などに搭載しやすくする事ができる。また、赤外線センサ装置を製造する方法は、低価格であり量産性、生産性に優れている。
【符号の説明】
【００２０】
１、２０・・・半導体チップ
２・・・キャビティ
３・・・メンブレン
４・・・冷接点部
５・・・温接点部
６・・・熱電対
７・・・サーモパイル引き出し電極
８・・・黒体用絶縁膜
９・・・熱吸収膜
１０・・・サーモパイル素子
１１、２５・・・スペーサ層
１２、２２・・・シリコンカバー
１３、２３・・・切り欠き部
１４・・・パッド／ボンディングパッド
１５・・・サーモパイル部
２１・・・アレイ
２６・・・ボンディングパッド
１００・・・半導体ウエハ
１０１・・・ダイシングライン
１０２・・・ＵＶマスク
１０３・・・紫外線照射
１１０・・・感光性ドライフィルム
１２０・・・シリコンカバー
１３０・・・貫通孔
２００・・・プリント配線
２０１・・・配線
２１０・・・ワイヤボンディングツール（キャピラリ）
２２０・・・ボンディングワイヤ
【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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【図８】
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【図９】
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