(57)【要約】【課題】本発明は、低減された製造コストで製造できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板または半導体基板上に導電膜が形成された導電膜形成半導体基板を作用電極とし、前記作用電極上に形成される絶縁膜の原料となる電解質を含む電解質溶液を電解液とし、前記電解液中で前記作用電極と対極との間に電圧を印加し、前記作用電極上に絶縁膜を形成することを特徴とする。【選択図】図１
2013161910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板または半導体基板上に導電膜が形成された導電膜形成半導体基板を作用電極とし、
前記作用電極上に形成される絶縁膜の原料となる電解質を含む電解質溶液を電解液とし、
前記電解液中で前記作用電極と対極との間に電圧を印加し、前記作用電極上に絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁膜は、３ｅＶ以上５ｅＶ以下のバンドギャップを有する材料からなる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜は、硫化亜鉛からなる請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記電解液は、チオ硫酸ナトリウムと硫酸亜鉛とを含む請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜は、０．５μｍ以上１０μｍ以下の膜厚を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板に貫通孔を形成する工程をさらに備え、
前記絶縁膜を形成する工程は、前記貫通孔内に前記絶縁膜を形成する工程である請求項１〜５のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項７】
前記貫通孔内に形成された前記絶縁膜上に導電部を形成する工程をさらに備える請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板は、ゲルマニウムレンズである請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法により製造された半導体装置。
【請求項１０】
複数の半導体装置が形成された窓側基板と、赤外線検知素子をそれぞれ有する複数のセンサ部が複数形成された素子側基板とを、前記導電部が前記赤外線検知素子と電気的に接続するように接合する工程と、
接合した前記窓側基板と前記素子側基板をダイシングする工程とを含み、
前記複数の半導体装置がそれぞれ請求項８に記載の方法により製造された赤外線センサの製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法により製造されかつ受光面およびその裏面を有する半導体装置と、前記半導体装置の裏面側に設けられかつ赤外線検知素子を有するセンサ部と、前記半導体装置の受光面上に設けられた電極とを備え、
前記電極は、前記導電部を介して前記赤外線検知素子と電気的に接続した赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、半導体装置、赤外線センサの製造方法および赤外線センサに関し、特に半導体基板上に絶縁膜を形成する方法およびこの絶縁膜を用いた半導体装置および赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置において、リーク電流を防止するためや配線のために半導体基板上に絶縁膜が設けられる。この絶縁膜は、一般的に熱酸化法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、電子ビーム蒸着法などにより形成される。
熱酸化法による絶縁膜の形成方法は、高温にした半導体基板を酸化性雰囲気に晒し、半導体基板と酸素または水分とを化学反応させることで、半導体基板表面に熱酸化膜を形成する。
プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、電子ビーム蒸着法による絶縁膜の形成方法は、半導体基板を真空雰囲気または減圧雰囲気に設置した状態で絶縁膜を形成する（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０１０３８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、熱酸化法では、半導体基板を高温にする必要があるため製造コストが高く、プラズマＣＶＤ法などでは、半導体基板を真空雰囲気に設置する必要があるため製造コストが高い。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低減された製造コストで製造できる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、半導体基板または半導体基板上に導電膜が形成された導電膜形成半導体基板を作用電極とし、前記作用電極上に形成される絶縁膜の原料となる電解質を含む電解質溶液を電解液とし、前記電解液中で前記作用電極と対極との間に電圧を印加し、前記作用電極上に絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、半導体基板または半導体基板上に導電膜が形成された導電膜形成半導体基板を作用電極とし、作用電極上に形成される絶縁膜の原料となる電解質を含む電解質溶液を電解液とし、前記電解液中で作用電極と対極との間に電圧を印加し、作用電極上に絶縁膜を形成するため、電気炉や真空チャンバーを絶縁膜の形成に使用する必要がなく、半導体基板上に絶縁膜を有する半導体装置を低減された製造コストで製造することができる。
また、本発明によれば、電解液中で絶縁膜を形成するため、複数の半導体装置を同時に製造することが可能となり、半導体基板上に絶縁膜を有する半導体装置を量産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法に用いる電解槽の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の赤外線センサの構成を示す概略上面図である。
【図５】図４の点線Ａ−Ａにおける赤外線センサの概略断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の赤外線センサの製造方法の説明図である。
【図７】実験１において作製した試料の電圧印加時間と析出量との関係を示すグラフである。
【図８】実験１において作製した試料の析出層のＳＥＭ写真である。
【図９】実験１において作製した試料の析出層のＳＥＭ写真である。
【図１０】実験１において作製した試料の析出層のＳＥＭ写真である。
【図１１】実験１において作製した試料のＸＲＤ測定結果である。
【図１２】実験１において作製した試料のＸＲＤ測定結果である。
【図１３】実験１において作製した試料のＸＲＤ測定結果である。
【図１４】実験２において作製した試料の写真である。
【図１５】実験２において作製した試料の析出層のＳＥＭ写真である。
【図１６】実験２において作製した試料のＸＲＤ測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板または半導体基板上に導電膜が形成された導電膜形成半導体基板を作用電極とし、前記作用電極上に形成される絶縁膜の原料となる電解質を含む電解質溶液を電解液とし、前記電解液中で前記作用電極と対極との間に電圧を印加し、前記作用電極上に絶縁膜を形成することを特徴とする。
本実施形態の半導体装置の製造方法により形成される絶縁膜の材料は、絶縁体に限定されず、高い電気抵抗率を有する半導体であってもよい。また、この絶縁膜は、誘電体膜、電荷保持膜などであってもよい。
【０００９】
本実施形態の製造方法において、前記絶縁膜は、３ｅＶ以上５ｅＶ以下のバンドギャップを有する材料からなることが好ましい。（請求項２の態様）
このような構成によれば、作用電極上に電解質を原料として析出する析出層が薄いうちは析出層の電解液側の表面と作用電極との間に電気が流れ析出層が成長することができ、析出層が厚くなると析出層の電解液側の表面と作用電極との間に電気が流れなくなり絶縁膜を形成することができる。
本実施形態の製造方法において、前記絶縁膜は、硫化亜鉛からなることが好ましい。（請求項３の態様）
このような構成によれば、バンドギャップが約３．７ｅＶである硫化亜鉛からなる絶縁膜を半導体基板上に形成できる。また、硫化亜鉛は、０．３７〜１３．５μｍの赤外線波長領域に透過波長帯を有するため、赤外線センサに用いられるゲルマニウムレンズに絶縁膜を設けた場合に、絶縁膜による赤外線の吸収を抑制することができる。
【００１０】
本実施形態の製造方法において、前記電解液は、チオ硫酸ナトリウムと硫酸亜鉛とを含むことが好ましい。（請求項４の態様）
このような構成によれば、硫化亜鉛からなる絶縁膜を半導体基板上に形成できる。
本実施形態の製造方法において、前記絶縁膜は、０．５μｍ以上１０μｍ以下の膜厚を有することが好ましい。（請求項５の態様）
このような構成によれば、絶縁膜が高抵抗の半導体からなる場合でも、絶縁膜が十分な電気的絶縁性を有することができる。
【００１１】
本実施形態の製造方法において、前記半導体基板に貫通孔を形成する工程をさらに備え、前記絶縁膜を形成する工程は、前記貫通孔内に前記絶縁膜を形成する工程であることが好ましい。（請求項６の態様）
このような構成によれば、半導体基板の貫通孔の側壁に絶縁膜を形成することができる。
本実施形態の製造方法において、前記貫通孔内に形成された前記絶縁膜上に導電部を形成する工程をさらに備えることが好ましい。（請求項７の態様）
このような構成によれば、半導体基板にコンタクトホールを形成することができる。
【００１２】
本実施形態の製造方法において、前記半導体基板は、ゲルマニウムレンズであることが好ましい。（請求項８の態様）
このような構成によれば、ゲルマニウムレンズにコンタクトホールを形成することができる。
本実施形態は、本実施形態の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置も提供する。（請求項９の態様）
本実施形態の半導体装置によれば、半導体基板上に低減された製造コストで形成された絶縁膜を有する半導体装置を提供することができる。
【００１３】
本実施形態は、複数の半導体装置が形成された窓側基板と、赤外線検知素子をそれぞれ有する複数のセンサ部が複数形成された素子側基板とを、前記導電部が前記赤外線検知素子と電気的に接続するように接合する工程と、接合した前記窓側基板と前記素子側基板をダイシングする工程とを含み、前記複数の半導体装置がそれぞれ本実施形態の製造方法により製造された赤外線センサの製造方法も提供する。（請求項１０の態様）
本実施形態の赤外線センサの製造方法によれば、窓側基板と素子側基板とを接合した後、ダイシングし赤外線センサを製造するため、ゲルマニウムレンズとセンサ部をまとめて接合することができ、赤外線センサの製造コストを低減することができる。
【００１４】
本実施形態は、本実施形態の半導体装置の製造方法により製造されかつ受光面およびその裏面を有する半導体装置と、前記半導体装置の裏面側に設けられかつ赤外線検知素子を有するセンサ部と、前記半導体装置の受光面上に設けられた電極とを備え、前記電極は、前記導電部を介して前記赤外線検知素子と電気的に接続した赤外線センサも提供する。（請求項１１の態様）
本実施形態の赤外線センサによれば、半導体装置の裏面側に赤外線検知素子を有するセンサ部が設けられるため、半導体装置を透過した赤外線を赤外線検知素子により検知することができる。なお、絶縁膜の材料に硫化亜鉛を用いた場合、硫化亜鉛は赤外域で良好な透過性能を有するため、絶縁膜による赤外線吸収を抑制することができ、赤外線検知素子が受光する赤外線量の低下を抑制することができる。
また、本実施形態の赤外線センサによれば、半導体装置の受光面上に設けられた電極が、導電部を介して赤外線検知素子と電気的に接続するため、赤外線検知素子の電気的特性の変化を半導体装置の受光面上に設けられた電極から出力することができる。このことにより、赤外線検知素子の出力のための配線を容易に設けることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００１５】
半導体装置の製造方法および構成
図１は、本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法に用いる電解槽の概略断面図である。図２、３は、それぞれ本発明の一実施形態の半導体装置の構成を示す概略断面図である。
本実施形態の半導体装置１０の製造方法は、半導体基板１または半導体基板１上に導電膜８が形成された導電膜形成半導体基板９を作用電極４２とし、作用電極４２上に形成される絶縁膜３の原料となる電解質を含む電解質溶液を電解液４４とし、電解液４４中で作用電極４２と対極４３との間に電圧を印加し、作用電極４２上に絶縁膜３を形成することを特徴とする。
本実施形態の半導体装置１０は、半導体基板１と、半導体基板１上に設けられた絶縁膜３とを備え、絶縁膜３は、電解析出により形成されたことを特徴とする。
本実施形態の半導体装置１０は、導電膜８、第１導電部４をさらに備えてもよい。
以下、本実施形態の半導体装置１０の構成および製造方法について説明する。
【００１６】
１．半導体装置
本実施形態の半導体装置１０は、半導体基板１と絶縁膜３とを含む装置であれば特に限定されない。半導体装置１０は、たとえば、その表面に絶縁膜３が形成されたゲルマニウムレンズ１３である。また、半導体装置１０は、ダイオード、トランジスタ、光デバイスなどの半導体素子であってもよく、ＬＳＩやメモリなどの集積回路であってもよい。
【００１７】
２．半導体基板
半導体基板１は、半導体からなる基板であれば特に限定されないが、例えば、ゲルマニウム基板、シリコン基板、ガリウム砒素基板などである。半導体基板１は、ドーパントを含んでもよく、含まなくてもよい。また、半導体基板１は、ドーパントを部分的に含んでもよい。さらに半導体基板１は、表面などに半導体層、導電層、絶縁層などが形成されていてもよい。
半導体基板１は、板状であってもよく、その表面に凹凸が形成されていてもよい。また、半導体基板１の主要面は、曲面であってもよい。
半導体基板１は、絶縁膜３を電解析出により形成するとき、作用電極４２となる。また、半導体基板１の上に導電膜８を形成した導電膜形成半導体基板９を作用電極４２として絶縁膜３を形成してもよい。
【００１８】
半導体基板１は、貫通孔を有することができる。この貫通孔は、半導体基板１の両主要面に開口を有することができる。また、半導体装置１０は、この貫通孔の内部に第１導電部４を備えることができる。このことにより、半導体装置１０は、半導体基板１の両主要面を電気的に接続させるコンタクトホール６を有することができる。また、半導体装置１０は、第１導電部４と半導体基板１との間に後述する絶縁膜３を有する。
このことにより、第１導電部４と半導体基板１との間にリーク電流が流れることを抑制することができる。また、絶縁膜３と半導体基板１との間に導電膜８を設けることもできる。このことにより、半導体基板１の貫通孔の側壁に容易に絶縁膜３を形成することができる。
半導体基板１が有するコンタクトホール６は、半導体基板１に貫通孔を形成する工程と、貫通孔の側壁に絶縁膜３を形成する工程と、貫通孔内に形成された絶縁膜３上に第１導電部４を形成する工程により形成することができる。貫通孔は、例えば、半導体基板上に開口を有するマスクを形成し、その後ドライエッチングをすることにより形成することができる。半導体基板１が十分な導電性を有する場合、形成した貫通孔の側壁を作用電極として後述する絶縁膜３を形成するができる。半導体基板１が十分な導電性を有さない場合、貫通孔の側壁に導電膜８を設けて導電膜８を作用電極にして絶縁膜３を形成してもよい。貫通孔内に形成された絶縁膜３上に形成する第１導電部４は、例えば、蒸着法またはめっき法などにより形成することができる。
半導体基板１は、たとえば、ゲルマニウムレンズ１３である。このゲルマニウムレンズ１３がコンタクトホール６を有することにより、ゲルマニウムレンズ１３の受光面側と裏面側とを電気的に接続することができる。このことにより、ゲルマニウムレンズ１３の受光面側に配線を形成することが可能になる。
【００１９】
絶縁膜３が形成される半導体基板１の表面は、絶縁膜３を電解析出できるように導電性を有することができる。半導体基板１が十分な導電性を有する場合には、半導体基板１を作用電極として絶縁膜３を電解析出させることができ、半導体基板１の導電性が不十分な場合には、半導体基板１に不純物をドーピングして導電性を高めてもよい。また、半導体装置１０は、半導体基板１と絶縁膜３との間に導電膜８を備えてもよい。このことにより、導電膜形成半導体基板９を作用電極４２として絶縁膜３を電解析出させることができる。
【００２０】
３．絶縁膜
絶縁膜３は、半導体基板１上に設けられる。絶縁膜３は、半導体基板１の主要面上に設けられてもよく、半導体基板１が有する貫通孔の側面上に設けられてもよい。絶縁膜３の耐電圧は高くても低くてもよい。絶縁膜３は、半導体基板１または導電膜形成半導体基板９を作用電極４２として、電解液に含まれる電解質を原料として電解析出により形成される。
なお、電解析出による絶縁膜３の形成プロセスは、明らかではないが、例えば次の２つが考えられる。まず一つ目は、絶縁膜３の材料が高抵抗の半導体の場合、電解質を原料として形成される析出層４５が薄いうちは析出層４５の電解液側の表面と作用電極４２との間に電気が流れ析出層４５の成長が進み、析出層４５が厚くなると析出層４５の電解液側の表面と作用電極４２との間に電気が流れなくなり析出層４５の成長が止まり絶縁膜３が形成されるというプロセスが考えられる。二つ目は、電解質を原料として作用電極４２上に前駆体の膜が形成され、この前駆体が電気化学的に反応し絶縁膜３が形成されるというプロセスが考えられる。
絶縁膜３を構成する材料は、無機化合物であってもよく、有機化合物であってもよいが、無機化合物であることが好ましい。絶縁膜３を構成する材料は、絶縁体であってもよく、電気抵抗率の高い半導体であってもよい。絶縁膜３が半導体からなる場合、絶縁膜３が十分な厚さを有することにより、耐電圧を高くすることができる。絶縁膜３の材料は、例えば、その結晶が室温において３ｅＶ以上５ｅＶ以下のバンドギャップを有してもよい。このことにより、絶縁膜を構成する材料を高い電気抵抗率とすることができる。絶縁膜３の材料にバンドギャップが３ｅＶ以上の材料を用いることにより、絶縁膜３の電気的絶縁性を高くすることができる。また、絶縁膜３の材料にバンドギャップが５ｅＶ以下の材料を用いることにより、十分な厚さを有する絶縁膜３を形成することができる。
また、絶縁膜３の材料は、例えば、硫化亜鉛である。硫化亜鉛はバンドギャップが約３．７ｅＶであるため、絶縁膜が電気的絶縁性を有することができる。また、硫化亜鉛は、０．３７〜１３．５μｍの赤外線波長領域に透過波長帯を有するため、赤外線センサに用いられるゲルマニウムレンズに絶縁膜を設けた場合に、絶縁膜による赤外線の吸収を抑制することができる。
【００２１】
絶縁膜３の形成方法を具体的に説明すると、半導体基板１または導電膜形成半導体基板９を作用電極４２として電解槽４１に溜められた電解液４４中に設置し、電源４６により作用電極４２と対極４３との間に電圧を印加することにより、作用電極４２上に電解液４４に含まれる電解質を原料として析出層４５を析出させる。この析出層４５が電気的絶縁性を有するまで作用電極４２と対極４３との間に電圧を印加することにより絶縁膜３を形成することができる。
この析出層４５は、絶縁膜３を構成する材料として析出するものであってもよく、析出時には前駆体として析出しその後電気化学反応などにより絶縁膜３を構成する材料となるものであってもよい。
【００２２】
作用電極４２と対極４３との間に電圧を印加しているとき、作用電極４２と析出層４５の電解液側の表面との間の電気抵抗が比較的低いと析出層４５は成長し、作用電極４２と析出させた析出層４５の電解液側の表面との間の電気抵抗が比較的高くなると析出層４５の成長は止まる。このように作用電極４２上に析出層４５が実質上析出しなくなるまで、作用電極４２と対極４３との間に電圧を印加し析出層４５を析出させることにより所望の厚さの析出層４５を得ることができる。この析出層４５の厚さは、析出層４５を構成する材料の電気伝導率、作用電極４２と対極４３との間に印加する電圧などにより制御することができる。
【００２３】
析出層４５が絶縁膜３を構成する材料として析出するものである場合、絶縁膜３の耐電圧は、絶縁膜３形成時の作用電極４２と対極４３との間に印加する電圧などにより決まる。例えば、作用電極４２と対極４３との間に印加する電圧が高い場合絶縁膜３の耐電圧は高くなり、作用電極４２と対極４３との間に印加する電圧が低い場合、絶縁膜３の耐電圧は低くなる。
【００２４】
析出層４５が前駆体として析出しその後電気化学反応により絶縁膜３を構成する材料となるものである場合、析出層４５が絶縁膜３を構成する材料として析出するものである場合に比べ、絶縁膜３の電気的絶縁性をより高くすることができる。
絶縁膜３は、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下の膜厚を有することができる。絶縁膜３の膜厚を０．５μｍ以上とすることにより、絶縁膜３の材料の電気抵抗率が比較的低いときでも絶縁膜の耐電圧を高くすることができる。絶縁膜３の膜厚を１０μｍ以下とすることにより、絶縁膜３を用いて微細な配線パターンを形成することができる。
【００２５】
絶縁膜３を電解析出により形成するときに用いる電解液４４は、絶縁膜３の原料となる金属塩などの電解質を含む。図１を用いて説明すると、電解液は電解質Ａ、Ｂを含み、作用電極４２と対極４３との間に電圧を印加したとき、電解液に含まれる電解質Ａ、Ｂが作用電極上または析出層の表面において電気化学的に反応することにより析出層４５が析出し、絶縁膜３が形成される。例えば、絶縁膜３を構成する材料が硫化亜鉛の場合、電解液は、電解質として硫酸亜鉛とチオ硫酸ナトリウムを含むことができる。この電解液中で作用電極４２と対極４３との間に電圧を印加することにより、硫酸亜鉛とチオ硫酸ナトリウムを電気化学的に反応させることができ、作用電極４３上に硫化亜鉛（前駆体を含む）を析出させることができる。
なお、作用電極４２上に硫化亜鉛（前駆体を含む）を析出させる場合、電解液中の硫酸亜鉛とチオ硫酸ナトリウムの比率は、硫酸亜鉛の濃度を０．２５Ｍとしたときチオ硫酸ナトリウムの濃度が０．３Ｍ以上となるような比率であることが好ましい。このような比率にすると、硫化亜鉛からなる絶縁膜３を形成することができる。このことは、後述する「硫化亜鉛（ＺｎＳ）層形成実験１」で確かめられた。
なお、この電解質は、絶縁膜３を構成する材料により適宜変更される。
また、電解液は、金属塩のほかに、ｐＨ調整剤、ｐＨ緩衝剤、錯化剤などを含むことができる。
【００２６】
赤外線センサの構成および製造方法
図４は、本発明の一実施形態の赤外線センサの構成を示す概略上面図であり、図５は、図４の点線Ａ−Ａにおける赤外線センサの概略断面図である。また、図６は、本発明の一実施形態の赤外線センサの製造方法の説明図である。
本実施形態の赤外線センサ３０は、半導体基板１がゲルマニウムレンズ１３であり、受光面およびその裏面を有する半導体装置１０と、半導体装置１０の裏面側に設けられかつ赤外線検知素子１７を有するセンサ部２５と、半導体装置１０の受光面上に設けられた電極１５とを備え、電極１５は、第１導電部４を介して赤外線検知素子１７と電気的に接続する。
本実施形態の赤外線センサ３０は赤外線カメラであってもよい。
また、赤外線センサ３０は、セラミックス基板１１、封止部２８、第２導電部２９などを有することができる。
【００２７】
本実施形態の赤外線センサ３０の製造方法は、半導体基板１がゲルマニウムレンズ１３である半導体装置１０が複数形成された窓側基板３２と、赤外線検知素子１７を有するセンサ部２５が複数形成された素子側基板３３とを、第１導電部４が赤外線検知素子１７と電気的に接続するように接合する工程と、接合した窓側基板３２と素子側基板３３をダイシングする工程とを含む。
以下、本実施形態の赤外線センサ３０の構成および製造方法について説明する。
【００２８】
１．センサ部
センサ部２５は、少なくとも１つの赤外線検知素子１７を有する。このことにより、赤外線センサ３０は、赤外線を検知することができる。また、センサ部２５は、赤外線検知素子１７を複数有してもよい。さらにセンサ部２５の複数の赤外線検知素子１７は、それぞれ画素であり、熱画像を出力できるように設けられてもよい。
センサ部２５は、ゲルマニウムレンズ１３を透過した赤外線が赤外線検知素子１７に照射されるようにゲルマニウムレンズ１３と接合される。
赤外線検知素子１７は、熱型（非冷却型）の赤外線検知素子であってもよい。熱型の赤外線検知素子１７は、物体から放射された赤外線を赤外線吸収膜により熱に変換し、感熱抵抗体の温度を上昇させてその電気抵抗値を変化させて、その電気抵抗値の変化から対象物の温度を検知するものであってもよい。
【００２９】
センサ部２５は、シリコンウェハに赤外線検知素子１７および配線を形成することにより製造することができる。赤外線検知素子１７は、例えば、ｐｎ接合ダイオードからなる感熱抵抗体と、シリコン窒化膜からなる赤外線吸収膜とから構成される。配線は、この感熱抵抗体の電気抵抗値を測定できるように設けられる。
【００３０】
熱型の赤外線検知素子１７の断熱性を高くし検知感度を高くするために図５に示すように赤外線検知素子１７の受光面側に第１空洞部２０を設けることができる。第１空洞部２０は真空状態または減圧状態とすることができる。第１空洞部２０は、センサ部２５とゲルマニウムレンズ１３との間に設けることができる。
また、赤外線検知素子１７の断熱性を高くし検知感度を高くするために図５に示すように赤外線検知素子１７の裏面側に第２空洞部２１を設けることができる。第２空洞部２１は、センサ部２５の製造においてマイクロマシニング技術を用いて形成できる。
【００３１】
２．ゲルマニウムレンズ
ゲルマニウムレンズ１３は、上述した半導体基板１に相当する。また、ゲルマニウムレンズ１３は、赤外線検知素子１７が受光する赤外線のレンズとなる。これは、単結晶ゲルマニウムは、１．８〜２３μｍの赤外線波長領域に透過波長帯があり、２〜１４μｍの波長域において高い屈折率を有しているためである。
ゲルマニウムレンズ１３は、赤外線検知素子１７を有するセンサ部２５の受光面側に配置されるようにセンサ部２５と接合される。また、ゲルマニウムレンズ１３は、センサ部２５と接合することにより、第１空洞部２０を形成する。
【００３２】
ゲルマニウムレンズ１３は、その表面に赤外線検知素子１７が受光する赤外線量が増加するよう形成された凹部または凸部を有することができる。また、ゲルマニウムレンズ１３は、その表面に凹部または凸部が形成されていないフラットな表面を有するものであってもよい。
また、ゲルマニウムレンズ１３には、赤外線検知素子１７に含まれる感熱体の電圧値や感熱抵抗体の電気抵抗値を測定するための配線としてコンタクトホール６が設けられる。コンタクトホール６は、ゲルマニウムレンズ１３（ゲルマニウム基板）の貫通孔の側面に硫化亜鉛からなる絶縁膜３を上述した電解析出により形成し、絶縁膜３内の貫通孔を銅などの配線金属で充填することにより形成することができる。絶縁膜３の材料に硫化亜鉛を用いることにより、赤外線検知素子１７が受光する赤外線量が減少するのを抑制することができる。つまり、硫化亜鉛は、０．３７〜１３．５μｍの赤外線波長領域に透過波長帯を有するため、ゲルマニウムレンズ１３の貫通孔の側面に硫化亜鉛からなる絶縁膜を設けた場合でも、赤外線検知素子１７が受光する赤外線量の減少を抑制することができる。
【００３３】
また、コンタクトホール６の受光面側に電極１５を設けることができる。この出力電極１５より、赤外線検知素子１７に含まれる感熱体の電圧値や感熱抵抗体の電気抵抗値を測定することができる。
【００３４】
３．赤外線センサの製造方法
シリコンウェハを用いて上述のような赤外線検知素子１７を有するセンサ部２５が複数形成された素子側基板３３を形成する。
また、ゲルマニウム基板を用いて、上述のようなコンタクトホール６が形成された半導体基板１がゲルマニウムレンズ１３である半導体装置１０が複数形成された窓側基板３２を形成する。
【００３５】
真空チャンバー内において、この複数のセンサ部２５を有する素子側基板３３と、複数の半導体装置１０が形成された窓側基板３２とを、１つのセンサ部２５と１つの半導体装置１０とが対応するように接合する。この接合は、１つのセンサ部２５の周りの端部または１つの半導体装置１０の周りの端部に配置されたはんだなどにより接合される。このことにより、センサ部２５と半導体装置１０とがはんだ（封止部２８）により接合され、第１空洞部２０が形成される。また、センサ部２５と半導体装置１０との接合は、はんだによる接合に限定されず、直接接合（半導体同士の接合や異種金属接合）や金メッキ同士の原子拡散による接合であってもよい。
また、この接合時においてセンサ部２５に形成された配線と半導体装置１０に形成されたコンタクトホール６に含まれる第１導電部４とが第２導電部２９により電気的に接続される。このことにより、第１導電部４を介して赤外線検知素子１７に含まれる感熱体の電圧値や感熱抵抗体の電気抵抗値を測定することができる。
【００３６】
接合された素子側基板３３と窓側基板３２は、ダイシングされ、１つのセンサ部と１つの半導体装置１０からなり、封止部２８により接合された赤外線センサ１０が完成する。この赤外線センサ１０は、図５のようにセラミックス基板１１にダイボンディングされてもよい。さらに赤外線センサに設けられた電極１５に配線が接続されてもよい。
【００３７】
硫化亜鉛（ＺｎＳ）層形成実験１
この実験では、各１ｃｍ角の銅板上に電解析出により析出層を形成し、複数の試料を作製した。
まず、銅板の前処理を行った。前処理においては、銅板を水酸化ナトリウム水溶液に１分浸漬し、その後水洗いをし、さらに塩酸に１分浸漬し、その後水洗いをした。
この前処理を行った銅板に無電解Ｎｉめっき膜を形成した。この無電解Ｎｉめっきは、銅板上に形成する硫化亜鉛（ＺｎＳ）層の密着性向上のために行っている。
無電解Ｎｉめっきは、銅板を表１に示す浴組成を有するめっき浴に浸漬し１０分間めっきを行った。めっき浴の浴温は７０℃とし、浴ｐＨは４．８とした。
【００３８】
【表１】
2013161910.tif 000003
【００３９】
次に、種々の条件で、無電解Ｎｉめっき膜を形成した銅板上に電解析出により析出層を成長させた。
この電解析出のために表２に示す浴組成を有する３種類の電解液Ａ〜Ｃを調製した。電解液Ａ〜Ｃはチオ硫酸ナトリウムの濃度のみが異なる。
【００４０】
【表２】
2013161910.tif 000004
【００４１】
各電解液Ａ〜Ｃ中でＣｕ板上のＮｉめっき膜を作用電極とし対極をＴｉ板として電圧を印加することにより直流電流を流し、作用電極上に析出層を形成した。電解液の浴温は４０℃とし、作用電極と対極との間の電流密度は１０００ｍＡ／ｃｍ2とした。また、作用電極と対極との間に印加する最大電圧は６０Ｖとした。
また、各電解液中での電圧印加時間を６０、４００、１０００、１８００、２４００、３０００、３６００秒と変化させて合計２１個の試料を作製した。
【００４２】
これらの２１個の試料について、電解析出前の質量と電解析出後の質量とを比較する実験を行った。この結果を図７に示す。
図７に示したように、電解液Ａを用いた試料では、電圧印加時間を長くすると析出量が増加したが、電解液Ｂ、Ｃを用いた試料では、電圧印加時間が１８００秒を超えると析出量の増加は見られなかった。
【００４３】
次に、ＦＥ−ＳＥＭにより、各電解液Ａ〜Ｃ中で電圧印加時間を２４００秒として作製した合計３つの試料の析出層の表面ＳＥＭ観察を行った。
電解液Ａ中で作製した試料のＳＥＭ写真を図８に示し、電解液Ｂ中で作製した試料のＳＥＭ写真を図９に示し、電解液Ｃ中で作製した試料のＳＥＭ写真を図１０に示した。
図８〜１０から、電解液に含まれるチオ硫酸ナトリウムの濃度により、析出層の表面形態に違いがあることがわかった。
また、これらの３つの試料の析出層についてテスターによる導通試験を行った。その結果、電解液Ｂ、Ｃ中で作製した試料の析出層では導電性は確認されなかった。
【００４４】
次に、各電解液Ａ〜Ｃ中で電圧印加時間を１０００秒、２４００秒として作製した合計６つの試料についてＸＲＤ測定を行った。
電解液Ａ中で作製した試料のＸＲＤ測定結果を図１１に示し、電解液Ｂ中で作製した試料のＸＲＤ測定結果を図１２に示し、電解液Ｃ中で作製した試料のＸＲＤ測定結果を図１３に示す。
図１１〜１３から、電解液Ｂ、Ｃを用いた試料では電圧印加時間が１０００秒の試料に比べ電圧印加時間が２４００秒の試料のほうがＺｎＳのピークが強くなることがわかった。また、電圧印加時間が２４００秒の試料において、電解液中のチオ硫酸ナトリウム濃度が高くなるとＺｎＳのピークが強くなることがわかった。
【００４５】
硫化亜鉛（ＺｎＳ）層形成実験２
この実験では、１ｃｍ角のＧｅ基板上に電解析出によりＺｎＳ（硫化亜鉛）層を形成した。
まず、実験１と同様の方法で、Ｇｅ基板上にＮｉめっき膜を形成した。
このＮｉめっき膜を形成したＧｅ基板を表２に示した浴組成の電解液Ｃに浸漬し、Ｎｉめっき膜を作用電極とし、Ｔｉ板を対極として電圧を印加することにより直流電流を流し、作用電極上に析出層を形成した。電解液の浴温は４０℃とし、作用電極と対極との間の電流密度は１０００ｍＡ／ｃｍ2とし、電圧印加時間は２４００秒とした。また、作用電極と対極との間に印加する最大電圧は６０Ｖとした。
このようにして作製した試料の析出層の表面観察を行った。
この試料の写真を図１４に示し、析出層のＳＥＭ写真を図１５に示す。
図１４、１５からＧｅ基板上に析出層が形成されていることがわかった。
【００４６】
次に、この作製した試料のＸＲＤ測定を行った。なお、比較のためにＧｅ基板についてもＸＲＤ測定を行った。この測定結果を図１６に示す。
図１６から、作製した試料ではＺｎＳ（２２０）のピークが確認され、析出層がＺｎＳ層であることが確認された。
【符号の説明】
【００４７】
１： 半導体基板    ３：絶縁膜    ４：第１導電部    ６：コンタクトホール    ８：導電膜    ９：導電膜形成半導体基板    １０：半導体装置    １１：セラミックス基板    １３：ゲルマニウムレンズ    １５：電極    １７：赤外線検知素子    １８：センサ用基板    ２０：第１空洞部    ２１：第２空洞部    ２５：センサ部    ２８：封止部    ２９：第２導電部    ３０：赤外線センサ    ３２：窓側基板    ３３：素子側基板    ４１：電解槽    ４２：作用電極    ４３：対極    ４４：電解液    ４５：析出層    ４６：電源
【図１】
2013161910.tif 000005
【図２】
2013161910.tif 000006
【図３】
2013161910.tif 000007
【図４】
2013161910.tif 000008
【図５】
2013161910.tif 000009
【図６】
2013161910.tif 000010
【図７】
2013161910.tif 000011
【図８】
2013161910.tif 000012
【図９】
2013161910.tif 000013
【図１０】
2013161910.tif 000014
【図１１】
2013161910.tif 000015
【図１２】
2013161910.tif 000016
【図１３】
2013161910.tif 000017
【図１４】
2013161910.tif 000018
【図１５】
2013161910.tif 000019
【図１６】
2013161910.tif 000020