JP2008292311A

JP2008292311A - センサ装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2008292311A
Application number: JP2007138274A
Authority: JP
Inventors: Akira Tomoida; 亮友井田; Yoshiyuki Takegawa; 宜志竹川; Koji Tsuji; 幸司辻
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: JP5260890B2

Abstract

【課題】熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板において熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】センサ基板１は、第１の半導体基板１０の主表面側の絶縁層において熱型赤外線検出部１３が形成された第１の領域と第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８が形成された第２の領域との間に段差が形成されている。熱型赤外線検出部１３と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線１６の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とが独立して設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線センサからなるセンサ装置およびその製造方法に関するものである。

従来から、図１１に示すように、シリコン基板などの半導体基板１０’の主表面側に熱型赤外線検出部１３’およびスイッチングトランジスタからなる回路素子１３０’が形成されたセンサ基板１’と、当該センサ基板１’の主表面側に封着されるパッケージ用基板２’とを備え、センサ基板１’とパッケージ用基板２’とを常温接合法を利用して接合してなるセンサ装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

ここにおいて、図１１に示した構成のセンサ装置は、センサ基板１’において半導体基板１０’の主表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜（第１の絶縁膜）１１６’と当該層間絶縁膜１１６’上に形成されたパッシベーション膜（第２の絶縁膜）１１７’との積層膜からなる絶縁層１１５’上に封止用金属層１１８’を設けるとともに、パッケージ用基板２’の一表面側に封止用金属層１２８’を設けて、センサ基板１’とパッケージ用基板２’との封止用金属層１１８’，１２８’同士を常温接合法により直接接合している。

ところで、この種のセンサ装置としては、パッケージ用基板に貫通孔配線を形成するとともに当該貫通孔配線に電気的に接続された電気接続用金属層を封止用金属層と同一レベル面上に設ける一方で、センサ基板の絶縁層上に封止用金属層および電気接続用金属層を設け、センサ基板とパッケージ用基板との封止用金属層同士および電気接続用金属層同士を常温接合法により直接接合してなるセンサ装置も提案されている。
特許第３５１９７２０号公報

しかしながら、上述のようにセンサ基板とパッケージ用基板との封止用金属層同士および電気接続用金属層同士を常温接合法により直接接合してなるセンサ装置では、封止用金属層および電気接続用金属層が上述のような層間絶縁膜とパッシベーション膜との積層膜のように比較的厚い絶縁層上に形成されている場合には、封止用金属層および電気接続用金属層の表面の平坦性が悪く、センサ基板とパッケージ用基板との接合工程の歩留まりが低下してしまうという問題があった。

そこで、図１２に示すように、半導体基板１０’の主表面側の絶縁層１１５’の一部をエッチバックして平坦化し、平坦化された表面上に封止用金属層１１８’および電気接続用金属層１１９’を形成するようにし、熱型赤外線検出部１３’と電気接続用金属層１１９’とを電気的に接続する引き出し配線１６’を電気接続用金属層１１９’と同時に形成することが考えられる。

しかしながら、電気接続用金属層１１９’および封止用金属層１１８’の膜厚は表面の平坦度を高めるために薄くすることが望ましく、例えば図１２に示したように、半導体基板１０’の主表面側に形成された絶縁層１１５’において熱型赤外線検出部１３’が形成された領域と電気接続用金属層１１９’および封止用金属層１１８’が形成された領域との間に段差が形成されている場合には、絶縁層１１５’の表面に沿って形成された引き出し配線１６’が絶縁層１１５’の段差の部分で薄くなって断線してしまう懸念があった。なお、この種のセンサ装置において絶縁層１１５’の構成要素となる絶縁膜としては、層間絶縁膜やパッシベーション膜（保護膜）に限らず、熱型赤外線検出部１３’と半導体基板１０’とを熱絶縁し且つ熱型赤外線検出部１３’の下地となる絶縁膜などもある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板において熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置およびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板と、熱型赤外線検出部に電気的に接続される貫通孔配線が形成されたパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されたセンサ装置であって、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部が形成された第１の領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された第２の領域との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなることを特徴とする。

この発明によれば、引き出し配線の膜厚と封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚とを独立して制御することができるから、封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚を薄くすることで封止用金属層および電気接続用金属層の表面の平坦性を高めることができて熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板において熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の膜厚を厚くすることで引き出し配線の断線を防止できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記各封止用金属層および前記各電気接続用金属層は、下地との密着性改善用金属膜と当該密着性改善用金属膜上に積層されたＡｕ膜との積層膜により構成され、Ａｕ膜の設定膜厚が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。なお、ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金でもよいし、不純物を添加したものでもよい。

この発明によれば、Ａｕ膜の設定膜厚が５００ｎｍ以下なので、接合工程の歩留りの向上を図れる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記センサ基板は、前記半導体基板の前記主表面側に、前記熱型赤外線検出部と協働するＩＣ部が形成されてなり、前記熱型赤外線検出部は、当該ＩＣ部を介して前記電気接続用金属層と電気的に接続されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記熱型赤外線検出部とＩＣ部との間の配線長を短くすることができる。

請求項４の発明は、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、熱型赤外線検出部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部が形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の絶縁層の表面側に引き出し配線および封止用金属層および電気接続用金属層を引き出し配線の設定膜厚からなる第１の規定膜厚で同時形成する同時形成工程と、同時形成工程の後で封止用金属層および電気接続用金属層を所望の設定膜厚である第２の規定膜厚とするようにエッチングする膜厚調整工程と、膜厚調整工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とする。

この発明によれば、半導体基板の主表面側の絶縁層の表面側に引き出し配線および封止用金属層および電気接続用金属層を引き出し配線の設定膜厚からなる第１の規定膜厚で同時形成した後、封止用金属層および電気接続用金属層を所望の設定膜厚である第２の規定膜厚とするようにエッチングするので、熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板において熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置を提供することができる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記同時形成工程は、前記第２の規定膜厚に膜厚が設定された第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、第１の金属層上に前記第１の規定膜厚と前記第２の規定膜厚との差分に膜厚が設定された第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程とからなり、前記膜厚調整工程では、前記封止用金属層および前記電気接続用金属層において第２の金属層により形成されている部位を第１の金属層をエッチングストッパ層としてエッチングすることで前記第２の規定膜厚とすることを特徴とする。

この発明によれば、前記封止用金属層および前記電気接続用金属層の膜厚制御性が向上するとともに前記封止用金属層および前記電気接続用金属層の表面の平坦性を高めることができ、接合工程の歩留まりを高めることができる。

請求項６の発明は、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、熱型赤外線検出部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部が形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の絶縁層の表面側に第１の引き出し配線用金属層を形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層上に第２の引き出し配線用金属層を形成する第２の配線用金属層形成工程とを備え、第２の配線用金属層形成工程において前記封止用金属層および前記電気接続層金属層を同時形成するようにし、第２の配線用金属層形成工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とする。

この発明によれば、第２の引き出し配線用金属層の膜厚を前記封止用金属層および前記電気接続用金属層の所望の膜厚に設定し、第１の引き出し配線用金属層と第２の引き出し配線用金属層との合計膜厚を前記引き出し配線の所望の膜厚に設定しておくことにより、熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板において熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置を提供することができる。

請求項７の発明は、半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、熱型赤外線検出部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部が形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の絶縁層の表面側に第１の引き出し配線用金属層を形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層上に第２の引き出し配線用金属層を形成する第２の配線用金属層形成工程とを備え、第１の配線用金属層形成工程において前記封止用金属層および前記電気接続層金属層を同時形成するようにし、第２の配線用金属層形成工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とする。

この発明によれば、第１の引き出し配線用金属層の膜厚を前記封止用金属層および前記電気接続用金属層の所望の膜厚に設定し、第１の引き出し配線用金属層と第２の引き出し配線用金属層との合計膜厚を前記引き出し配線の所望の膜厚に設定しておくことにより、熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板において熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置を提供することができる。

請求項８の発明は、請求項４ないし請求項７の発明において、前記接合工程が終了するまでの全工程を前記センサ基板および前記パッケージ用基板それぞれについてウェハレベルで行うことで前記センサ装置を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から前記センサ装置に分割する分割工程を備えることを特徴とする。

この発明によれば、前記パッケージ用基板の平面サイズを前記センサ基板のサイズに合わせることができるとともに、量産性を高めることができる。

請求項１〜３の発明では、熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板において熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるという効果がある。

請求項４〜８の発明では、熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板において熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置を提供することができるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態のセンサ装置について図１および図２を参照しながら説明した後、特徴となる製造方法について図３および図４を参照しながら説明する。なお、図１は、図２をＡ−Ａ’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の概略の断面図に対応するものである。

本実施形態のセンサ装置は、赤外線センサであり、第１の半導体基板１０の主表面側に周囲と熱絶縁された熱型赤外線検出部１３を形成したセンサ基板１と、第２の半導体基板２０を用いて形成されセンサ基板１の主表面側において熱型赤外線検出部１３を囲みセンサ基板１との間にキャビティ３０が形成される形でセンサ基板１の主表面側に封着されたパッケージ用基板２とを備えている。ここにおいて、センサ基板１およびパッケージ用基板２の外周形状は矩形状であり、パッケージ用基板２はセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されている。なお、本実施形態では、各半導体基板１０，２０それぞれに、シリコン基板を採用している。

センサ基板１は、第１の半導体基板１０と当該第１の半導体基板１０の主表面上に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜１１とで構成されるベース基板部１２と、上述の熱型赤外線検出部１３と、熱型赤外線検出部１３とベース基板部１２とを熱絶縁する断熱部１４とを備えている。なお、本実施形態における断熱部１４は、ベース基板部１２の一表面から熱型赤外線検出部１３が離間して配置されるように熱型赤外線検出部１３を支持している。

断熱部１４は、熱型赤外線検出部１３を保持した保持部１４ａと、保持部１４ａとベース基板部１２とを連結した２つの脚部１４ｂ，１４ｂとを有している。なお、断熱部１４については、後述する。

熱型赤外線検出部１３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するボロメータ形のセンシングエレメントであり、保持部１４ａ側のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＴｉＮ膜とからなるセンサ層で構成されている。ここで、ＴｉＮ膜は、Ｔｉ膜の酸化防止膜として設けてある。なお、センサ層の材料としては、Ｔｉに限らず、例えば、アモルファスＳｉ、ＶＯｘなどを採用してもよい。また、熱型赤外線検出部１３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するセンシングエレメントに限らず、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメント、焦電型のセンシングエレメントなどを採用してもよく、いずれのセンシングエレメントを採用した場合でも、材料を適宜選択することで一般的な薄膜形成技術を利用して形成することができる。ここにおいて、温度に応じて誘電率の変化するセンシングエレメントの材料としては、例えば、ＰＺＴ、ＢＳＴなどを採用すればよい。

熱型赤外線検出部１３は、平面形状が蛇行した形状（ここでは、つづら折れ状の形状）に形成されており、両端部が断熱部１４の脚部１４ｂ，１４ｂに沿って延長された配線層１５，１５および当該配線層１５，１５に電気的に接続された引出し配線１６，１６を介してベース基板部１２の周部の接合用領域部Ｅ３における絶縁膜１１上の第１の電気接続用金属層１９，１９と電気的に接続されている。ここにおいて、本実施形態におけるセンサ基板１では、引き出し配線１６の一端部が配線層１５上に形成されるとともに、他端部が絶縁膜１１上に形成された第１の電気接続用金属層１９上に形成されている。本実施形態では、断熱部１４が、絶縁膜１１の表面側に形成した絶縁膜である多孔質シリカ膜からなる多孔質膜１４０（図３（ｃ）参照）をパターニングすることにより形成されており、シリコン窒化膜からなる絶縁膜１１と当該絶縁膜１１の表面側に形成された多孔質膜１４０とで、第１の半導体基板１０の主表面側に形成された絶縁層を構成している。要するに、本実施形態におけるセンサ基板１では、第１の半導体基板１０の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部１３および配線層１５，１５が形成された第１の領域と第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８が形成された第２の領域との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部１３と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線１６が絶縁層の表面に沿って形成されている。ここで、本実施形態では、引き出し配線１６の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とが独立して設定されており、引き出し配線１６の設定膜厚（第１の規定膜厚）を第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の設定膜厚（第２の規定膜厚）よりも厚く設定してある。なお、引き出し配線１６は、密着性改善用のＴｉ膜と、Ａｕ膜との積層膜により構成してある。また、本実施形態では、配線層１５，１５の材料として、熱型赤外線検出部１３を構成するセンサ層と同じ材料を採用しており（ここでは、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜）、配線層１５，１５と熱型赤外線検出部１３とを同時に形成している。

上述の断熱部１４における脚部１４ｂ，１４ｂは、ベース基板部１２の上記一表面側において立設された支持ポスト部１４ｂ_２，１４ｂ_２と、支持ポスト部１４ｂ_２，１４ｂ_２の上端部と保持部１４ａとを連結した梁部１４ｂ_１，１４ｂ_１とで構成されており、保持部１４ａとベース基板部１２との間に間隙１７が形成されている。ここで、保持部１４ａの外周形状が矩形状であって、各梁部１４ｂ_１，１４ｂ_１は、保持部１４ａの一側縁の長手方向の一端部から当該一側縁に直交する方向に延長され更に当該一側縁の上記一端部から他端部に向う方向に沿って延長された平面形状に形成されており、保持部１４ａの厚み方向に沿った中心軸に対して回転対称性を有するように配置されている。なお、上述の配線層１５，１５の線幅は、当該配線層１５，１５を通した熱伝達を抑制するために梁部１４ｂ_１，１４ｂ_１の幅寸法よりも十分に小さく設定してある。また、支持ポスト部１４ｂ_２，１４ｂ_２は、引き出し配線１６，１６により補強されている。

また、上述の断熱部１４の脚部１４ｂ，１４ｂおよび保持部１４ａは、電気絶縁性を有する多孔質材料により形成されている。ここで、断熱部１４の脚部１４ｂ，１４ｂおよび保持部１４ａの多孔質材料として、多孔質の酸化シリコンの一種であるポーラスシリカを採用しているが、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマーの一種であるメチル含有ポリシロキサン、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの一種であるＳｉ−Ｈ含有ポリシロキサン、シリカエアロゲルなどを採用してもよく、多孔質材料として、多孔質の酸化シリコン、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマー、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの群から選択される材料を採用すれば、断熱部１４の形成にあたっては、ゾルゲル溶液をベース基板部１２の上記一表面側に回転塗布してから、乾燥させるプロセスを採用することができ、断熱部１４を容易に形成することが可能となる。

ここにおいて、本実施形態における断熱部１４は、多孔度が６０％のポーラスシリカ膜（多孔質シリコン酸化膜）により構成してあるが、多孔度が小さ過ぎると十分な断熱効果が得られず多孔度が大き過ぎると機械的強度が弱くなって構造形成が困難となるので、ポーラスシリカ膜の多孔度は例えば１０％〜８０％程度の範囲内で適宜設定すればよい。

上述のセンサ基板１では、断熱部１４における保持部１４ａが多孔質材料により形成されているので、保持部１４ａがＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４などの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、保持部１４ａの低熱容量化を図れ、応答速度のより一層の高速化を図れる。さらに、本実施形態におけるセンサ基板１では、断熱部１４における脚部１４ｂも多孔質材料により形成されているので、脚部１４ｂがＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４などの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、脚部１４ｂの熱コンダクタンスを小さくできて高感度化を図れるとともに脚部１４ｂの熱容量を小さくできて応答速度の高速化を図れるから、高性能化を図れる。

ところで、センサ基板１の接合用領域部Ｅ３では、上述の絶縁膜１１上に、枠状（矩形枠状）の第１の封止用金属層１８が形成されており、上述の複数の第１の電気接続用金属層１９が第１の封止用金属層１８よりも内側で絶縁膜１１上に形成されている。要するに、センサ基板１は、第１の封止用金属層１８と各電気接続用金属層１９とが、絶縁膜１１を下地層として同一レベル面上に同一厚さで形成されている。

第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜１１との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、絶縁膜１１上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とは同一の金属材料により形成されているので、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とを同時に形成することができるとともに、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Ａｕ膜と絶縁膜１１との間に密着性改善用の密着層（密着性改善用金属膜）としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。

一方、パッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面である一表面に、熱型赤外線検出部１３を熱絶縁する熱絶縁用凹部２１が形成されている。また、パッケージ用基板２は、熱絶縁用凹部２１の周部に、厚み方向に貫通する複数（本実施形態では、２個）の貫通孔２２が形成されており、上記一表面および他表面と各貫通孔２２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成され、貫通孔２２の内側に形成された貫通孔配線２４と貫通孔２２の内面との間に絶縁膜２３の一部が介在している。ここにおいて、パッケージ用基板２は、熱絶縁用凹部２１の開口面の投影領域内にセンサ基板１の熱型赤外線検出部１３および断熱部１４が収まるように熱絶縁用凹部２１の開口面積を大きくしてある。なお、貫通孔配線２４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。また、パッケージ用基板２における絶縁膜２３は、熱絶縁用凹部２１の開口面の投影領域内には形成されていない。

また、パッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面において熱絶縁用凹部２１の周部に、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の第２の電気接続用金属層２９が形成されている。また、パッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面の周部の全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用金属層２８が形成されており、上述の複数の第２の電気接続用金属層２９が第２の封止用金属層２８よりも内側に配置されている（ここで、第２の封止用金属層２８と各電気接続用金属層２９とは絶縁膜２３の同一レベル面上に同一厚さで形成してある）。ここにおいて、第２の電気接続用金属層２９は、外周形状が長方形状であり、長手方向の一端部が貫通孔配線２４と接合されており、他端側の部位がセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、貫通孔配線２４と当該貫通孔配線２４に対応する第１の電気接続用金属層１９との位置をずらしてあり、第２の電気接続用金属層２９を、貫通孔配線２４と第１の電気接続用金属層１９とに跨る形で配置してある。

また、第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９は、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とは同一の金属材料により形成されているので、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とを同時に形成することができるとともに、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Ａｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用の密着層（密着性改善用金属膜）としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。

また、パッケージ用基板２におけるセンサ基板１側とは反対側の表面には、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極２５が形成されている。なお、各外部接続用電極２５の外周形状は矩形状となっている。

ところで、上述のセンサ基板１とパッケージ用基板２とは、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とが接合されるとともに、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とが接合されている。本実施形態の赤外線センサの製造にあたっては、上述の第１の半導体基板１０の基礎となる第１のシリコンウェハにセンサ基板１を複数形成したセンサウェハと、上述の第２の半導体基板２０の基礎となる第２のシリコンウェハにパッケージ用基板２を複数形成したパッケージウェハとをウェハレベルで常温接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、個々の赤外線センサに分割する分割工程（ダイシング工程）により個々の赤外線センサに分割されている。したがって、パッケージ用基板２とセンサ基板１とが同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。ここにおいて、本実施形態の赤外線センサでは、センサ基板１とパッケージ用基板２とで囲まれた空間が真空雰囲気となっている。また、本実施形態では、センサ基板１とパッケージ用基板２との接合方法として、センサ基板１の残留応力（熱応力）を少なくするためにより低温での接合が可能な常温接合法を採用している。

以下、センサ基板１の製造方法について図３を参照しながら説明する。なお、図３では、図２をＡ−Ａ’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の断面に対応する部位の断面を示してある。

まず、第１の半導体基板１０の主表面側にシリコン窒化膜からなる絶縁膜１１を例えばＬＰＣＶＤ法により形成する絶縁膜形成工程を行うことによって、図３（ａ）に示す構造を得る。

その後、第１の半導体基板１０と絶縁膜１１とからなるベース基板部１２の一表面側（図３（ａ）における上面側）に断熱部１４を形成するためにポリイミドからなる犠牲層３１を形成する犠牲層形成工程を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。

続いて、ベース基板部１２の上記一表面側の全面に断熱部１４の材料である多孔質材料（例えば、ポーラスシリカ、シリカエアロゲルなど）からなる多孔質膜１４０を成膜する多孔質膜成膜工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、多孔質膜１４０の形成にあたっては、上記多孔質材料がポーラスシリカの場合には、ゾルゲル溶液をベース基板部１２の上記一表面側に回転塗布してから、熱処理で乾燥させるプロセスを採用することで容易に形成することができ、上記多孔質材料がシリカエアロゲルの場合には、ゾルゲル溶液をベース基板部１２の上記一表面側に回転塗布してから、超臨界乾燥処理で乾燥させるプロセスを採用することで容易に形成することができる。なお、本実施形態では、絶縁膜１１と当該絶縁膜１１の表面側の絶縁膜である多孔質膜１４０とで第１の半導体基板１０の主表面側に形成された絶縁層を構成しているが、この段階では絶縁層に上記段差は形成されていない。

上述の多孔質膜成膜工程の後、ベース基板部１２の上記一表面側の全面に熱型赤外線検出部１３および配線層１５，１５の基礎となるＴｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜からなるセンサ材料層をスパッタ法などにより成膜するセンサ材料層成膜工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してセンサ材料層をパターニングすることでそれぞれセンサ材料層の一部からなる熱型赤外線検出部１３および配線層１５，１５を形成するパターニング工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。

次に、上述の多孔質膜１４０のうち断熱部１４に対応する部位に形成されている部分以外をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してエッチング除去する多孔質膜パターニング工程を行うことによって、図３（ｅ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、多孔質膜パターニング工程が、第１の半導体基板１０の主表面側に形成された絶縁層のうち接合用領域部Ｅ３に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部Ｅ３の表面を平坦化する平坦化工程を兼ねており、当該平坦化工程のエッチバックでは、シリコン窒化膜からなる絶縁膜１１をエッチングストッパ層として利用している。また、平坦化工程を行うことにより、絶縁層に上記段差が形成される。

その後、接合用領域部Ｅ３の絶縁膜１１の表面上に第２の規定膜厚の第１の封止用金属層１８および第２の規定膜厚の第１の電気接続用金属層１９を形成する金属層形成工程を行うことによって、図３（ｆ）に示す構造を得る。したがって、第１の半導体基板１０の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部１３が形成された領域と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９が形成された接合用領域部Ｅ３との間には段差が形成されている。ここにおいて、金属層形成工程では、第１の半導体基板１０の主表面側に、第１の封止用金属層１８、第１の電気接続用金属層１９をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。

上述の金属層形成工程の後、第１の半導体基板１０の主表面側に第１の規定膜厚の引き出し配線１６を形成する引き出し配線形成工程を行うことによって、図３（ｇ）に示す構造を得る。ここにおいて、引き出し配線形成工程では、第１の半導体基板１０の主表面側に、引き出し配線１６をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。

その後、第１の半導体基板１０の主表面側の犠牲層３１を選択的にエッチング除去することで間隙１７を形成することによって、図３（ｈ）に示す構造のセンサ基板１を得る。

以下、パッケージ用基板２の製造方法について図４を参照しながら説明する。なお、図４では、図２のＡ−Ａ’断面に対応する部位の断面を示してある。

まず、第２の半導体基板２０の一表面に熱絶縁用凹部２１をリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成する熱絶縁用凹部形成工程を行った後で、第２の半導体基板２０に貫通孔２２をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成する貫通孔形成工程を行い、その後、第２の半導体基板２０の厚み方向の上記一表面側および他表面側および各貫通孔２２の内周面に熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３を熱酸化法により形成する熱酸化工程を行い、続いて、電気メッキ技術およびＣＭＰ技術を利用して貫通孔配線２４を形成する貫通孔配線形成工程を行ってから、第２の半導体基板２０の上記他表面側に外部接続用電極２５を形成する外部接続用電極形成工程を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得る。

その後、第２の半導体基板２０の上記一表面側に第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９を形成する金属層形成工程を行うことによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、金属層形成工程では、第２の半導体基板２０の上記一表面側に、第２の封止用金属層２８、第２の電気接続用金属層２９をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。

その後、第２の半導体基板２０に形成されている絶縁膜２３のうち上記一表面側および上記他表面側に形成されている部分のうち熱絶縁用凹部２１の開口面の投影領域内に形成されている部位をエッチング除去することによって、図４（ｃ）に示す構造のパッケージ用基板２を得る。

上述のセンサ基板１およびパッケージ用基板２それぞれを形成した後、センサ基板１とパッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を直接接合する接合工程を行うことによって、図１に示す構造の赤外線センサを得る。要するに、接合工程では、センサ基板１とパッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士が金属−金属（ここでは、Ａｕ−Ａｕ）の常温接合により接合されている。なお、常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。ここで、接合工程では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とを直接接合するのと同時に、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とを直接接合している。

ところで、本実施形態の赤外線センサの製造方法では、上述の接合工程が終了するまでの全工程をセンサ基板１およびパッケージ用基板２それぞれについてウェハレベルで行うことで赤外線センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々の赤外線センサに分割する分割工程（ダイシング工程）を行うようにしている。したがって、パッケージ用基板２の外形サイズ（平面サイズ）をセンサ基板１の外形サイズ（平面サイズ）に合わせることができるとともに、量産性を高めることができる。

以上説明した本実施形態の赤外線センサの製造方法によれば、第１の半導体基板１０の主表面側に形成された上記絶縁層のうちセンサ基板１におけるパッケージ用基板２との接合用領域部Ｅ３に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部Ｅ３の表面を平坦化した後で、接合用領域部Ｅ３の表面上に第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成しているので、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を同一レベル面上に同一厚さで形成することができるとともに、第１の封止用金属層１８の表面および第１の電気接続用金属層１９の表面の平坦性を高めることができ、センサ基板１とパッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を直接接合する接合工程の歩留まりを高めることができるから、製造歩留まりの向上を図れる。

ここにおいて、本願発明者らは、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を接合する接合工程の歩留りを向上するために、封止用金属層１８，２８および電気接続用金属層１９，２９のＡｕ膜の膜厚について検討した。具体的には、センサウェハの基礎となる第１のシリコンウェハの一表面側の全面に絶縁膜１１とＴｉ膜とＡｕ膜とを積層した第１の接合試験用シリコンウェハと、パッケージウェハの基礎となる第２のシリコンウェハの一表面側の全面に絶縁膜２３とＴｉ膜とＡｕ膜とを積層した第２の接合試験用シリコンウェハとをＡｕ膜厚（Ａｕ膜の膜厚）を同じとして種々のＡｕ膜厚について用意して常温接合法による接合工程を行ってから、超音波顕微鏡法によって第１の接合試験用シリコンウェハと第２の接合試験用シリコンウェハとの接合面積がウェハ面積に占める割合を接合面積率として評価した。その結果、Ａｕ膜の膜厚の増加とともに接合面積率が減少し、Ａｕ膜の膜厚が５００ｎｍ以下であれば、接合面積率として９０％よりも大きな値が得られるという知見を得た。ところで、センサ装置の製造にあたっての総合歩留りを向上するためには、各工程ごとの歩留りを向上する必要があり、各工程ごとの歩留りを９０％以上の値にすることが望ましいが、上述の結果から、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を接合する接合工程の歩留りを９０％以上とするためには、各Ａｕ膜の設定膜厚を５００ｎｍ以下に設定すればよいことが分かる。なお、各Ａｕ膜の膜厚の下限値については、Ａｕ膜が薄くなりすぎると、Ａｕ膜の膜連続性が低下して抵抗が高くなったり、電気接続用金属層１９，２９間で導通不良が起こりやすくなるので、１０ｎｍ以上に設定することが望ましい。

以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、第１の半導体基板１０の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部１３が形成された第１の領域と第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８が形成された第２の領域との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部１３と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線１６の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とが独立して設定されているので、引き出し配線１６の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とを独立して制御することができるから、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚を薄くすることで第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の表面の平坦性を高めることができて、センサ基板１とパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れる。しかも、センサ基板１において熱型赤外線検出部１３と第１の電気接続用金属層１８とを電気的に接続する引き出し配線１６の膜厚を厚くすることで絶縁層において段差が形成されている部位での引き出し配線１６のカバレッジを改善できて、引き出し配線１６が絶縁層の段差に起因して断線するのを防止することができる。

要するに、本実施形態の赤外線センサの製造方法によれば、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成する金属層形成工程と、引き出し配線１６を形成する引き出し配線形成工程とが独立しているので、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚と引き出し配線１６の膜厚とを独立して制御することができるから、センサ基板１とパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板１において熱型赤外線検出部１３と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線１６の断線を防止できる赤外線センサを提供することができる。

また、本実施形態の赤外線センサでは、パッケージ用基板２の第２の電気接続用金属層２９におけるセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９との接合部位を、当該第２の電気接続用金属層２９における貫通孔配線２４との接続部位からずらしてあるので、第２の電気接続用金属層２９において第１の電気接続用金属層１９との接合部位の接合前の表面の平滑性を高めることができ（第２の電気接続用金属層２９の成膜時の表面の平滑性を高めることができ）、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とを上述のように常温接合法により直接接合する場合の接合信頼性を高めることが可能となる。

ところで、上述の赤外線センサでは、引き出し配線１６の一部が第１の電気接続用金属層１９の一部の表面側に重なる形で形成されているが、図５に示すように、第１の電気接続用金属層１９の一部が引き出し配線１６の表面側に重なる形で形成してもよく、この場合には、第１の半導体基板１０の主表面側に上述の引き出し配線１６を形成する引き出し配線形成工程を行ってから、接合用領域部Ｅ３の絶縁膜１１の表面上に第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成する金属層形成工程を行うようにすればよい。

また、上述の赤外線センサでは、引き出し配線１６と第１の電気接続用金属層１９とが別々に形成されており、センサ基板１における引き出し配線１６および第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の形成にあたって、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成する金属層形成工程と引き出し配線１６を形成する引き出し配線形成工程とが独立しているが、図６に示すように、引き出し配線１６と第１の電気接続用金属層１９とが連続一体に形成され且つ引き出し配線１６の膜厚を第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８の膜厚よりも厚くした構造を採用してもよい。図６に示す構造を採用する場合には、第１の半導体基板１０の主表面側の絶縁層の表面側に引き出し配線１６および第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を引き出し配線１６の設定膜厚（第１の規定膜厚）で同時形成する同時形成工程と、同時形成工程の後で第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を所望の設定膜厚（第２の規定膜厚）とするようにエッチングする膜厚調整工程とを設ければよく、絶縁層において段差が形成されている部位での引き出し配線１６のカバレッジを改善できて引き出し配線１６の断線を防止でき、しかも、センサ基板１とパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れる。

ここで、上述の同時形成工程を、上記第２の規定膜厚に膜厚が設定された第１の金属層（例えば、Ｔｉ膜とＴｉ膜上のＡｕ膜との積層膜）を形成する第１の金属層形成工程と、第１の金属層上に上記第１の規定膜厚と上記第２の規定膜厚との差分に膜厚が設定された第２の金属層（例えば、Ｔｉ膜とＴｉ膜上のＡｕ膜との積層膜）を形成する第２の金属層形成工程とで構成し、膜厚調整工程では、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９において第２の金属層により形成されている部位を第１の金属層をエッチングストッパ層としてエッチングすることで上記第２の規定膜厚とするようにしてもよく、このような製造方法を採用すれば、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚制御性が向上するとともに第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の表面の平坦性を高めることができ、接合工程の歩留まりを高めることができる。

また、図７に示すように、引き出し配線１６を第１の引き出し配線用金属層１６ａと第２の引き出し配線用金属層１６ｂとの２層構造とし、第２の引き出し配線用金属層１６ｂと第１の電気接続用金属層１９とが連続一体に形成された構造を採用してもよい。ここで、第１の引き出し配線用金属層１６ａおよび第２の引き出し配線用金属層１６ｂは、例えば、Ｔｉ膜とＴｉ膜上のＡｕ膜との積層膜により構成すればよい。

図７に示す構造を採用する場合には、引き出し配線１６の形成にあたって、第１の半導体基板１０の主表面側の絶縁層の表面側に第１の引き出し配線用金属層１６ａを形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層１６ａ上に第２の引き出し配線用金属層１６ｂを形成する第２の配線用金属層形成工程とを設け、第２の配線用金属層形成工程において第１の封止用金属層１８および第１の電気接続層金属層１９を同時形成するようにすればよく、第２の引き出し配線用金属層１６ｂの膜厚を第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の所望の膜厚（上記第２の規定膜厚）に設定し、第１の引き出し配線用金属層１６ａと第２の引き出し配線用金属層１６ｂとの合計膜厚を引き出し配線１６の所望の膜厚（上記第１の規定膜厚）に設定しておくことにより、センサ基板１とパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板１において熱型赤外線検出部１３と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線１６の断線を防止できる。

また、図７では第２の引き出し配線用金属層１６ｂと第１の電気接続用金属層１９とが連続一体に形成された構造を採用しているが、第２の引き出し配線用金属層１６ｂではなく第１の引き出し配線用金属層１６ａと第１の電気接続用金属層１９とが連続一体に形成された構造を採用してもよい。この場合には、第１の引き出し配線用金属層１６ａを形成する第１の配線用金属層形成工程において第１の封止用金属層１８および第１の電気接続層金属層１９を同時形成するようにすればよく、第１の引き出し配線用金属層１６ａの膜厚を上記第２の規定膜厚に設定し、第１の引き出し配線用金属層１６ａと第２の引き出し配線用金属層１６ｂとの合計膜厚を上記第１の規定膜厚に設定しておくことにより、センサ基板１とパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板１において熱型赤外線検出部１３と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線１６の断線を防止できる。

また、本実施形態の赤外線センサの製造方法では、センサ基板１とパッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士が金属−金属の常温接合により接合されており、金属−金属の組み合わせが、化学的に安定な材料であるＡｕ−Ａｕの組み合わせなので、製造歩留まりを向上できるとともに接合安定性を向上できる。ここにおいて、金属−金属の組み合せは、Ａｕ−Ａｕに限らず、例えば、Ｃｕ−Ｃｕの組み合わせや、Ａｌ−Ａｌの組み合わせでもよく、Ｃｕ−Ｃｕの組み合わせの場合には、各電気接続用金属層１９，２９の低抵抗化を図れることができ、Ａｌ−Ａｌの組み合わせの場合には、Ａｕ−Ａｕの組み合わせを採用する場合に比べて、材料コストを低減することができる。

なお、センサ基板１の主表面側に熱型赤外線検出部１３を保護する保護膜として例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成するような場合には、熱型赤外線検出部１３の形成後に第１の半導体基板１０の主表面側に保護膜を形成してから、絶縁膜１１と当該保護膜との積層膜からなる絶縁層のうち接合用領域部Ｅ３に形成されている部分をエッチバックすることにより接合用領域部Ｅ３の表面を平坦化し、その後、第１の封止用金属層１８、第１の電気接続用金属層１９、引き出し配線１６を形成するようにしてもよい。

（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すように、センサ基板１において第１の半導体基板１０の主表面側にＩＣ部Ｅ２が形成されており、熱型赤外線検出部１３に電気的に接続された引き出し配線１６がＩＣ部Ｅ２を介して第１の電気接続用金属層１９と電気的に接続されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ＩＣ部Ｅ２は、熱型赤外線検出部１３の出力信号を増幅回路、当該増幅回路の後段のウィンドウコンパレータなどが集積化されている。

しかして、本実施形態の赤外線センサでは、熱型赤外線検出部１３とＩＣ部Ｅ２との間の配線長を短くすることができるとともに、両者を接続する配線から入るノイズを防止でき、高感度化を図れる。

なお、本実施形態の赤外線センサにおいても、実施形態１と同様に、パッケージ用基板２の第２の電気接続用金属層２９におけるセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９との接合部位を、当該第２の電気接続用金属層２９における貫通孔配線２４との接続部位からずらすようにすれば、第２の電気接続用金属層２９において第１の電気接続用金属層１９との接合部位の接合前の表面の平滑性を高めることができ（第２の電気接続用金属層２９の成膜時の表面の平滑性を高めることができ）、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とを上述のように常温接合法により直接接合する場合の接合信頼性を高めることが可能となる。

（実施形態３）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図９に示すように、センサ基板１におけるベース基板部１２が第１の半導体基板１０と第１の半導体基板１０の主表面側に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜１１と裏面側に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜１０ｄとで構成され、ベース基板部１２に厚み方向に貫通する開孔部１２ａが形成され、第１の半導体基板１０の主表面側において開孔部１２ａが断熱部１４により閉塞されている点が相違する。ここにおいて、センサ基板１は、断熱部１４がダイヤフラム状の形状に形成されている。なお、本実施形態においても、実施形態１と同様、第１の半導体基板１０の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部１３が形成された第１の領域と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９が形成された第２の領域（接合用領域部Ｅ３）との間に段差が形成されている。他の構成は実施形態１と同じなので、説明を省略する。

（実施形態４）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図１０に示すように、センサ基板１の構造が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるセンサ基板１は、第１の半導体基板１０の主表面側の絶縁膜１１が当該第１の半導体基板１０の主表面側の熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる第１の絶縁膜１１ａと第１の絶縁膜１１ａ上のシリコン窒化膜からなる第２の絶縁膜１１ｂとで構成されており、当該絶縁膜１１の一部からなる断熱部１４上に熱型赤外線検出部１３および配線層１５，１５が形成されている。ここにおいて、センサ基板１は、断熱部１４および第１の半導体基板１０の主表面に形成された凹所１０ａにより熱型赤外線検出部１３とベース基板部１２とが熱絶縁されている。なお、本実施形態では、第１の半導体基板１０として、導電形がｎ形で、主表面が（１００）面のシリコン基板を用いており、凹所１０ａは、アルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ水溶液など）を用いた異方性エッチングにより形成されている。

また、第１の半導体基板１０の主表面側には熱型赤外線検出部１３および配線層１５，１５を保護するシリコン酸化膜からなる保護層（第３の絶縁膜）１１ｃが形成されており、絶縁膜１１と保護層１１ｃとで構成される絶縁層のうち接合用領域部Ｅ３に対応する部分をエッチバックすることにより平坦化された接合用領域部Ｅ３の表面上に、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９が形成されている。また、引き出し配線１６は、保護層１１ｃに形成したコンタクトホールを通して配線層１５と電気的に接続されている。

以上説明した本実施形態の赤外線センサにおいても、実施形態１と同様、第１の半導体基板１０の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部１３が形成された第１の領域と第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８が形成された第２の領域との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部１３と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線１６の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とが独立して設定されているので、引き出し配線１６の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とを独立して制御することができるから、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚を薄くすることで第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の表面の平坦性を高めることができて、センサ基板１とパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れる。しかも、センサ基板１において熱型赤外線検出部１３と第１の電気接続用金属層１８とを電気的に接続する引き出し配線１６の膜厚を厚くすることで絶縁層において段差が形成されている部位での引き出し配線１６のカバレッジを改善できて、引き出し配線１６が絶縁層の段差に起因して断線するのを防止することができる。

また、本実施形態の赤外線センサでは、熱型赤外線検出部１３および配線層１５，１５が保護層１１ｃにより保護されているので、熱型赤外線検出部１３および配線層１５に水分などが吸着するのを抑制できる。

ところで、上述の各実施形態で説明した赤外線センサは、センサ基板１とセンサ基板１の主表面側に封着されたパッケージ用基板２とで構成されているが、センサ基板１の構造によっては、センサ基板１の裏面側にも別途にパッケージ用基板を封着する構造としてもよいことは勿論である。

また、上述の上記各実施形態で説明した赤外線センサは、熱型赤外線検出部１３を１つだけ設けた赤外線センサであるが、熱型赤外線検出部１３をセンサ基板１の主表面側において２次元アレイ状（マトリクス状）に配列し各熱型赤外線検出部１３それぞれが画素を構成するようにした赤外線画像センサでもよい。

実施形態１の赤外線センサの概略断面図である。同上におけるセンサ基板の概略斜視図である。同上におけるセンサ基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上におけるパッケージ用基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の赤外線センサの他の構成例を示す要部概略断面図である。同上の赤外線センサの別の構成例を示す要部概略断面図である。同上の赤外線センサの更に別の構成例を示す要部概略断面図である。実施形態２の赤外線センサの概略断面図である。実施形態３の赤外線センサの概略断面図である。実施形態４の赤外線センサの概略断面図である。従来例を示す赤外線センサの概略断面図である。同上の赤外線センサの他の構成例を示す要部概略断面図である。

符号の説明

１センサ基板
２パッケージ用基板
１０第１の半導体基板
１３熱型赤外線検出部
１４断熱部
１５配線層
１６引き出し配線
１７間隙
１８第１の封止用金属層
１９第１の電気接続用金属層
２０第２の半導体基板
２８第２の封止用金属層
２９第２の電気接続用金属層
Ｅ３接合用領域部

Claims

半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部が形成されたセンサ基板と、熱型赤外線検出部に電気的に接続される貫通孔配線が形成されたパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されたセンサ装置であって、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部が形成された第１の領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された第２の領域との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなることを特徴とするセンサ装置。
前記各封止用金属層および前記各電気接続用金属層は、下地との密着性改善用金属膜と当該密着性改善用金属膜上に積層されたＡｕ膜との積層膜により構成され、Ａｕ膜の設定膜厚が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
前記センサ基板は、前記半導体基板の前記主表面側に、前記熱型赤外線検出部と協働するＩＣ部が形成されてなり、前記熱型赤外線検出部は、当該ＩＣ部を介して前記電気接続用金属層と電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセンサ装置。
半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、熱型赤外線検出部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部が形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の絶縁層の表面側に引き出し配線および封止用金属層および電気接続用金属層を引き出し配線の設定膜厚からなる第１の規定膜厚で同時形成する同時形成工程と、同時形成工程の後で封止用金属層および電気接続用金属層を所望の設定膜厚である第２の規定膜厚とするようにエッチングする膜厚調整工程と、膜厚調整工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。
前記同時形成工程は、前記第２の規定膜厚に膜厚が設定された第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、第１の金属層上に前記第１の規定膜厚と前記第２の規定膜厚との差分に膜厚が設定された第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程とからなり、前記膜厚調整工程では、前記封止用金属層および前記電気接続用金属層において第２の金属層により形成されている部位を第１の金属層をエッチングストッパ層としてエッチングすることで前記第２の規定膜厚とすることを特徴とする請求項４記載のセンサ装置の製造方法。
半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、熱型赤外線検出部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部が形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の絶縁層の表面側に第１の引き出し配線用金属層を形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層上に第２の引き出し配線用金属層を形成する第２の配線用金属層形成工程とを備え、第２の配線用金属層形成工程において前記封止用金属層および前記電気接続層金属層を同時形成するようにし、第２の配線用金属層形成工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。
半導体基板の主表面側に熱型赤外線検出部を形成したセンサ基板と、熱型赤外線検出部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層において熱型赤外線検出部が形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、熱型赤外線検出部と電気接続用金属層とを電気的に接続するように絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、半導体基板の主表面側に形成された絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の絶縁層の表面側に第１の引き出し配線用金属層を形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層上に第２の引き出し配線用金属層を形成する第２の配線用金属層形成工程とを備え、第１の配線用金属層形成工程において前記封止用金属層および前記電気接続層金属層を同時形成するようにし、第２の配線用金属層形成工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。
前記接合工程が終了するまでの全工程を前記センサ基板および前記パッケージ用基板それぞれについてウェハレベルで行うことで前記センサ装置を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から前記センサ装置に分割する分割工程を備えることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載のセンサ装置の製造方法。