JPH06249708A - 赤外線センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線検出部が形成された半導体基板と赤外
線フィルタとのプリアッセンブリを実現することによ
り、工数を低下して量産性の向上を図る。 【構成】 赤外線検出部２０３が形成された半導体基板
２０１と、赤外線検出部２０３へ赤外光を導く赤外線フ
ィルタ部２１２とを備えた赤外線センサにおいて、半導
体基板２０１の表面に一体に設けられたシリコン基板１
０１により赤外線フィルタ部２１２を構成し、かつ、シ
リコン基板１０１および半導体基板２０１の少なくとも
一方に、赤外線フィルタ部２１２から赤外線検出部２０
３への赤外線導光路に対応する領域に空洞２１０を形成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線の有無あるいは
その強弱を検出するための赤外線センサおよびその製造
方法に関し、特に、組立および実装の手間を低減したも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、従来の赤外線センサの一例を
示す断面図である。図において、１はその一部に赤外線
検出部が形成された半導体基板、２はこの半導体基板１
が内部に実装されたカンパッケージであり、このカンパ
ッケージ２の上部には、赤外線以外の不要な光線を遮光
する赤外線フィルタ３が固定された窓部２ａが形成され
ている。半導体基板１は、いわゆるワイヤボンディング
技術により、カンパッケージ２の下部から突出するピン
４にワイヤ５を介して電気的に接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の赤外線センサにあっては、赤外線検出部が形成
された半導体基板１と赤外線フィルタ３とが別体に構成
され、個別にカンパッケージ２に固定されていたので、
赤外線センサの組立（実装）行程時においてここにカン
パッケージ２に固定して組み立てる必要があり、工数が
多くなって量産性に難がある、という問題があった。ま
た、半導体基板１を直接配線用の基板上に実装する、い
わゆるＣＯＢ（Chip On Board）実装により赤外線セン
サを実装する場合には、別に赤外線フィルタ３をこの半
導体基板１上方に固定する治具が必要となり、この場合
でも工数が多くなって量産性に難がある、という問題が
あった。

【０００４】本発明の目的は、赤外線検出部が形成され
た半導体基板と赤外線フィルタとのプリアッセンブリを
実現することにより、工数を低下して量産性の向上を図
ることの可能な赤外線センサおよびその製造方法を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１およ
び図１０に対応付けて説明すると、本発明は、赤外線検
出部２０３が形成された半導体基板２０１と、前記赤外
線検出部２０３へ赤外光を導く赤外線フィルタ部２１２
とを備えた赤外線センサに適用され、そして、上述の目
的は、前記半導体基板２０１の表面に一体に設けられた
シリコン基板１０１により前記赤外線フィルタ部２１２
を構成し、かつ、前記シリコン基板１０１および前記半
導体基板２０１の少なくとも一方に、前記赤外線フィル
タ部２１２から前記赤外線検出部２０３への赤外線導光
路に対応する領域に空洞２１０を形成することにより達
成される。また、請求項２の発明は、請求項１に記載の
赤外線センサにおいて、前記空洞２１０の内部を略真空
状態にしたものである。また、請求項３の発明は、請求
項１または２に記載の赤外線センサにおいて、前記赤外
線フィルタ部２１２の表面に、このフィルタ部２１２に
おける赤外線の反射率低減のための反射防止膜２７０を
設けたものである。さらに、請求項４の発明は、請求項
１、２および３のいずれかに記載の赤外線センサにおい
て、前記赤外線フィルタ部２１２の厚さを次式により定
めたようなものである。 ｄ_Si＝ｍ・λ／(２ｎ_Si) （但し ｄ_Si：赤外線フィルタ部の厚さ λ：赤外線検出部により検出される赤外線の波長 ｎ_Si：シリコンの屈折率 ｍ：自然数） そして、請求項５の発明は、請求項１、２、３および４
のうちいずれかの請求項に記載の赤外線センサを、半導
体基板４０１の裏面に赤外線検出部４１１を形成する工
程と、前記半導体基板４０１の表面にシリコン基板４０
４を積層する工程と、前記赤外線検出部４１１と前記シ
リコン基板４０４との間の前記半導体基板４０１を除去
して前記赤外線検出部４１１の赤外線入射側に空洞４０
９を形成する工程とから製造する方法である。

【０００６】

【作用】

−請求項１− 赤外線検出部２０３が形成された半導体基板２０１の表
面には、赤外線フィルタ部２１２として作用するシリコ
ン基板１０１が一体に設けられているので、いわば赤外
線フィルタがプリアッセンブリされた状態の赤外線セン
サを実現することができる。 −請求項２− 赤外線検出部２０３は、内部が略真空状態にされた空洞
２１０に接しており、すなわち、赤外線検出部２０３の
赤外線入射側が真空層とされている。 −請求項３− 反射防止膜２７０は、空気／シリコン界面における反射
損失を低下させ、赤外線フィルタ部２１２全体での赤外
線の減衰を低下させる。 −請求項４− 赤外線フィルタ部２１２の厚さが波長の１／２の整数倍
とされることにより、この赤外線フィルタ部２１２内で
の反射波と透過波とが強め合うようにこれらを重畳させ
て赤外線フィルタ部２１２全体での赤外線の減衰を低下
させる。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００８】

【実施例】

−第１実施例− 図１は、本発明による赤外線センサの第１実施例を示す
断面図である。図において、２０１は第１のシリコン基
板であり、この第１のシリコン基板２０１の表面には、
赤外線を選択的に検出する赤外線検出部２０３と、この
赤外線検出部２０３からの出力電圧を取り出す電極部２
０２とが形成されている。赤外線検出部２０３の構成は
周知のものから適宜選択すればよく、一例として、カン
チレバー部の先端に形成した赤外線吸収部により赤外線
を吸収し、これを熱に変換して赤外線量を検出するよう
な構成が挙げられる（P. M. Sarro et. al., TRANSDUCE
RS'87, pp.227〜230参照）。

【０００９】１０１は第１のシリコン基板２０１の上に
設けられた第２のシリコン基板であり、この第２のシリ
コン基板１０１は第１のシリコン基板２０１の表面に直
接接合、接着されて固着されている。また、第２のシリ
コン基板２０１の赤外線検出部２０３の上方に位置する
第１のシリコン基板１０１は、その下面が削られてダイ
ヤフラム部２０７とされている。ダイヤフラム部２０７
の下方に形成された第１のシリコン基板２０１との間の
空洞２１０は、その内部がほぼ真空とされている。同様
に、電極部２０２の上方に位置する第１のシリコン基板
１０１には電極取り出し用のスルーホール１０８が形成
されている。

【００１０】第１のシリコン基板２０１と第２のシリコ
ン基板１０１を接合、接着する手法は周知のものから適
宜選択すれば良い。一例として、低融点ガラスを用いた
アノーディックボンディング法、フリットガラス等のセ
ラミック系接着剤、半田等の金属系接着剤、有機系接着
剤等を用いたろう接、あるいはシリコン基板同士を直接
熱圧着する手法等が挙げられる。

【００１１】シリコンは、透過波長域が1.2〜1.5μｍの
優れた赤外線透過材料であり、上述のダイヤフラム部２
０７のうち膜厚の薄い領域は、赤外光以外の不要な光を
遮光する赤外線フィルタ部２１２として作用する。ただ
し、シリコンはこの赤外線領域における屈折率が大き
く、赤外線フィルタ部２１２の膜厚を考慮しない場合に
はこのフィルタ部２１２での反射損失が大きくなってし
まう。例えば、フィルタ部２１２に光線が垂直入射した
場合、空気／シリコンの界面での反射損失は、

【数１】反射損失＝((ｎ_Si−ｎ₀)／(ｎ_Si＋ｎ₀))² ((3.43−1)／(3.43＋1))² ＝0.30 （ｎ_Si：シリコンの赤外域での屈折率＝3.43 ｎ₀：大気の赤外域での屈折率 ＝１ ） であり、入射赤外光の３０％は空気／シリコンの界面で
反射されてしまうことになる。従って、フィルタ部２１
２の膜厚を

【数２】ｎ_Si・ｄ_Si＝(λ／２)・ｍ （ｎ_Si：シリコンの赤外域での屈折率 ｄ_Si：フィル
タ部の膜厚 λ：使用する赤外光の波長 ｍ：自然数
） を満たすように設計、製作すれば、フィルタ部２１２全
体での反射損失を低減することができる。例えば、人間
の近接を感知する赤外線センサであれば、人間の体温に
おける黒体輻射のピーク波長である10μｍ程度の赤外線
を検出する必要があるので、λ＝10μｍとすれば、 ｄ_Si＝(λ／２・ｎ_Si)・ｍ （ｍ＝１，２，３，……） ＝1.46μｍ，2.92μｍ，4.37μｍ，…… なるダイヤフラム部２０７を製作すればよい。

【００１２】次に、図２〜図３を参照して、本実施例の
赤外線センサの製造方法について説明を行う。まず、第
２のシリコン基板１０１となるシリコン基板の表裏面
に、例えばシリコン窒化（Si₃N₄）膜、シリコン酸化（S
iO₂）膜等の保護膜１０２、１０３を形成し（図２
(ａ)）、フォトリソグラフィおよびエッチング工程によ
り裏面側の保護膜１０３にダイヤフラム部２０７形成の
ための開口部１０４を形成する（図２(ｂ)）。そして、
異方性エッチングにより開口部１０４からシリコン基板
１０１の裏面をエッチングし、エッチング時間をコント
ロールして所望の膜厚を有するダイヤフラム部２０７を
形成する（図２(ｃ)）。

【００１３】次いで、同様にフォトリソグラフィ及びエ
ッチング工程により表面側の保護膜１０２にスルーホー
ル１０８用の開口部１０６を形成する（図２(ｄ)）とと
もに、シリコン基板１０１の裏面に、例えばワックス等
により保護膜１０７を形成する（図２(ｅ)）。そして、
等方性エッチングにより開口部１０６からシリコン基板
１０１をエッチングしてスルーホール１０８を形成し
（図２(ｆ)）、保護膜１０２、１０３、１０７のすべて
を溶解、除去して第２のシリコン基板１０１が完成する
（図２(ｇ)）。但し、ダイヤフラム部２０７及びスルー
ホール１０８の形成順序は任意であり、スルーホール１
０８を先に形成してもよい。

【００１４】一方、第１のシリコン基板２０１となるシ
リコン基板の表面に、各種半導体プロセスを経て赤外線
検出部２０３及び電極取り出し部２０２を形成する（図
３(ａ)）。次いで、第１のシリコン基板２０１の表面に
レジスト２０４でパターンを形成し（図３(ｂ)）、シリ
コン基板２０１及びレジスト２０４の表面にスパッタ等
により低融点ガラス２０５を成膜する（図３(ｃ)）。そ
して、レジスト２０４を除去して不要な部分の低融点ガ
ラス２０５をリフトオフし、所望の位置に低融点ガラス
２０５を残して第１のシリコン基板２０１が完成する
（図３(ｄ)）。

【００１５】最後に、低融点ガラス２０５を介して第１
のシリコン基板２０１及び第２のシリコン基板１０１を
アノーディックボンディングにより接合し、ウエハプロ
セスを終了する。この後は、ダイシング工程によりチッ
プをセンサ単位に分割して図１に示すような赤外線セン
サが完成する（図３(ｅ)）。

【００１６】従って、本実施例では赤外線検出部２０３
が形成された第１のシリコン基板２０１と赤外線フィル
タ部２１２として作用するダイヤフラム部２０７が形成
された第２のシリコン基板１０１とを直接接合、接着し
て赤外線センサを形成しているので、例えばこれを上述
のカンパッケージ２に実装し、あるいはＣＯＢ実装によ
り他の基板上に実装する際に赤外線フィルタの実装工程
を省略できて工数の低下を図ることができ、結果として
赤外線センサ全体のコスト低減に寄与することができ
る。また、本実施例の赤外線センサは、いわば赤外線フ
ィルタをプリアッセンブリした状態で実装工程に移行す
ることができるため、赤外線フィルタを別体で実装する
場合に比較して赤外線フィルタ部２１２を薄く形成する
ことができ、ひいてはフィルタによる赤外光の減衰を小
さく抑えることができる。

【００１７】−第１実施例の変形例− 図４は本発明による赤外線センサの第１実施例の変形例
を示す断面図である。まず、図４(ａ)に示す例では、上
述の赤外線検出部２０３の上方に相当する第２のシリコ
ン基板１０１の表面（すなわち赤外線フィルタ部２１２
の上面）に反射防止膜２７０が形成されている。

【００１８】反射防止膜２７０は、周知の蒸着法、熱酸
化法などによってフィルタ部２１２の上面に単層あるい
は多層の膜を形成して構成される。反射防止膜２７０の
材質は、空気／シリコン界面での反射損失を低減しうる
ものが選択される。一例として、単層の膜で反射防止膜
２７０が構成される場合、膜を形成する材質の屈折率を
ｎ_C、膜厚をｄ_C、使用する赤外光の波長をλとすれば、
ｎ_C・ｄ_C＝λ／４のときに反射損失が最も小さくなり、
このときの反射損失は

【数３】 反射損失＝((ｎ_C ²−ｎ₀・ｎ_Si)／(ｎ_C ²＋ｎ₀・ｎ_Si))² （ｎ_Si：シリコンの赤外域での屈折率＝3.43 ｎ₀：大気の赤外域での屈折率 ＝１ ） である。従って、反射防止膜２７０の材質としては、ｎ
_C ²＝ｎ₀・ｎ_Siを満足する材質、すなわちｎ_C≒1.85近傍
の材質が好ましい。具体的には、λ＝10μｍとし、反射
防止膜２７０の材質としてＺｎＳ（透過波長域：0.4〜1
4μｍ、屈折率ｎ_ZnS＝_2.25）を用いれば、このＺｎＳ膜
の厚さｄ_ZnS＝λ／(４・ｎC)＝1.1μｍとなり、このと
きの反射損失は((2.25²−1×3.43)／(2.25²＋1×3.43))
²＝0.04となって反射損失を約４％まで低減することが
できる。

【００１９】あるいは、目的の波長の赤外線のみを選択
的に透過させ、波長選択性を増す目的で、赤外線フィル
タ部２１２の上面に交互多層膜型フィルタを形成する場
合は、シリコンの屈折率（ｎ_Si＝3.43）よりも大きな屈
折率を有する材料、例えばＴｅ（透過波長域3.5〜20μ
ｍ、屈折率ｎ_Te＝5.6）と、シリコンの屈折率よりも小
さな屈折率を有する材料、例えばＺｎＳ（透過波長域：
0.4〜14μｍ、屈折率ｎ_ZnS＝_2.25）とを交互に積層して
フィルタを形成すればよい。この際、各材質の層の厚さ
は、それぞれ ｎ_Te・ｄ_Te＝λ／４，ｎ_ZnS・ｄ_ZnS＝λ／４ なる条件を満たすことが好ましく、例えば波長λ＝10μ
ｍとすればそれぞれｄ_Te＝0.45μｍ，ｄ_ZnS＝1.1μｍと
なる。

【００２０】その他にも、干渉フィルタを赤外線フィル
タ部２１２の上面に形成して波長選択性を付加してもよ
く、また、これら反射防止膜２７０は、周知の蒸着法、
スパッタ法、熱酸化法などにより容易に形成することが
できる。さらには、フィルタ部２１２の下面にも反射防
止膜２７０を形成することができる。

【００２１】一方、図４(ｂ)に示す例では、上述の赤外
線吸収部２２０を有する構成の赤外線検出部２０３（P.
M. Sarro et. al., TRANSDUCERS'87, pp.227〜230参
照）を備えた赤外線センサにおいて、ダイヤフラム部２
０７の上面に熱線反射膜２７１が形成されているととも
に、赤外線吸収部２２０の上方に相当する領域の熱線反
射膜２７１が取り除かれて赤外線取り入れ窓２７２が形
成されている。この熱線反射膜２７１は、赤外線吸収部
２２０による赤外線感知の感度を向上させ、かつ、誤動
作を低減するために形成されるものであり、金属蒸着膜
等により構成される。

【００２２】また、上述した第１実施例（およびその変
形例）の赤外線センサを製造する方法は上述の図２〜図
３に示した方法に限定されない。図５は、第１実施例の
赤外線センサの他の製造方法を示す図である。まず、高
不純物濃度のシリコン基板３０１の表面に低不純物濃度
のシリコン膜３０２をエピタキシャル成長させ、このシ
リコン膜３０２の表面およびシリコン基板３０１の裏面
にそれぞれ保護膜３０３、３０４を形成する（図５
(ａ)）。次いで、シリコン膜３０２の表面に形成された
保護膜３０４の一部を取り除いてスルーホール１０８形
成用の開口部３０５を形成し（図５(ｂ)）、この開口部
３０５からシリコン膜３０２を貫通する溝３０６を反応
性イオンエッチングにより形成する（図５(ｃ)）。

【００２３】さらに、シリコン基板３０１の裏面に形成
された保護膜３０３の一部を取り除いてスルーホール１
０８およびダイヤフラム部２０７形成用の開口部３１
０、３１１をそれぞれ形成するとともに、保護膜３０４
の表面に上述の溝３０６を埋めるワックス等の保護膜３
０７を形成する（図５(ｄ)）。そして、選択エッチング
（例えば弗酸：硝酸：酢酸＝１：３：８のエッチング液
による）により開口部３１０、３１１から高不純物濃度
のシリコン基板３０１を等方的にエッチングする（図５
(ｅ)）。この後、保護膜３０３、３０４、３０７を全て
除去すれば、第２のシリコン基板１０１が完成する（図
５(ｆ)）。

【００２４】また、図６は、第１実施例の赤外線センサ
の他の製造方法を示す図である。まず、第２のシリコン
基板１０１の両面にそれぞれ保護膜１０２、１０３を形
成した（図６(ａ)）後、裏面側の保護膜１０３の一部を
除去してスルーホール１０８およびダイヤフラム部２０
７形成用の開口部１０４、１０６をそれぞれ形成する
（図６(ｂ)）。次いで、異方性エッチングにより開口部
１０４、１０６からシリコン基板１０１をエッチング
し、スルーホール１０８（但し、この時点では完全に貫
通していない）およびダイヤフラム部２０７を形成する
（図６(ｃ)）。なお、図示例は異方性エッチングにより
ダイヤフラム部２０７等を形成しているが、等方性エッ
チング、あるいは等方性選択エッチングにより形成して
もよい。この後、保護膜１０２、１０３を全て除去し
て、第２のシリコン基板１０１がほぼ完成する（図６
(ｄ)）。

【００２５】次いで、第１のシリコン基板２０１と第２
のシリコン基板１０１を周知の手法により接合、接着し
た（図６(ｅ)）後、ダイシングによりチップを素子単位
に切断、分割する。この際、ダイシングによるハーフカ
ッティングにより電極取り出し用の溝３２０を形成し
て、電極取り出し部２０２につながるスルーホール１０
８を形成する（図６(ｆ)）。

【００２６】さらに、図７は、第１実施例の赤外線セン
サの他の製造方法を示す図である。まず、ｐ型シリコン
基板３３０の表面にエピタキシャル成長によりｎ型シリ
コン基板３３１を形成し、ｎ型シリコン基板３３１の表
面およびｐ型シリコン基板３３０の裏面にそれぞれ保護
膜１０２、１０３を形成する（図７(ａ)）。次に、ｐ型
シリコン基板３３０の裏面に形成された保護膜１０３の
一部を除去して、スルーホール１０８およびダイヤフラ
ム部２０７形成用の開口部１０４、１０６をそれぞれ形
成する（図７(ｂ)）。次いで、エレクトロケミカルエッ
チングにより開口部１０４、１０６から第２のシリコン
基板２０１をエッチングし、スルーホール１０８（但
し、この時点では完全に貫通していない）およびダイヤ
フラム部２０７を形成する（図７(ｃ)）。この後、保護
膜１０２、１０３を全て除去して、第２のシリコン基板
１０１がほぼ完成する（図７(ｄ)）。以降は、図６と同
様の工程を経ることにより赤外線センサが完成する。

【００２７】なお、上述のように反射防止膜２７０をダ
イヤフラム部１０７の上面に形成する場合は、保護膜１
０２を形成する前に反射防止膜２７０を形成してもよ
く、あるいは、第２のシリコン基板１０１を完成した後
であってもよい。

【００２８】−第２実施例− 図８は、本発明の赤外線センサの第２実施例を示す断面
図である。なお、以下の説明において、上述の第１実施
例と同様の構成要素については同一の符号を付し、その
説明を省略する。図８(ａ)に示す例は、本発明の赤外線
センサをいわゆるサーモパイル型赤外線センサに適用し
た例であり、赤外線を吸収してこれを熱に変換する赤外
線吸収部２２１の下部に空洞２０９が形成され、ダイヤ
フラム部２０７の下部に形成された空洞２１０とあいま
って、この赤外線吸収部２２１の上下が空洞２０９、２
１０で取り囲まれた熱分離構造になっている。なお、赤
外線吸収部２２１の下部にある空洞２０９は、周知の表
面マイクロマシーニング法により形成される（Technica
l Digest of the 9th Sensor Symposium (1990), pp.71
〜74参照）。

【００２９】本実施例では、赤外線吸収部２２１の上部
にある空洞２１０は、その内部が略真空状態となってい
る。空洞２１０の内部を真空にするには、上述の第１の
シリコン基板２０１および第２のシリコン基板１０１を
真空中で接合、接着すればよい。

【００３０】従って、本実施例によっても、上述した第
１実施例と同様の作用効果を得ることができる。加え
て、本実施例では、熱分離構造の赤外線吸収部２２１が
略真空状態の空洞２１０と接した状態にあるため、この
空洞２１０がいわば断熱層として作用することにより赤
外線吸収部２２１の熱分離度を向上させ、ひいては赤外
線センサの感度向上に寄与することができる、という優
れた利点がある。また、本実施例の赤外線センサは、こ
われやすい熱分離構造の赤外線吸収部２２１を第２のシ
リコン基板１０１で保護した構造となっているので、実
装工程での不良発生を低減できて歩留りの向上にも寄与
しうる。

【００３１】一方、図８(ｂ)に示す例は、同様に本発明
の赤外線センサをいわゆるサーモパイル型赤外線センサ
に適用した例であり、赤外線検出部２０３の一部がカン
チレバー（片持ち梁）状に形成されて熱分離構造とさ
れ、このカンチレバー部２０８の先端に赤外線吸収部２
２１が設けられている。カンチレバー部２０８の下部
は、第１のシリコン基板２０１裏面からのマイクロマシ
ーニングによりくり抜かれている（P. M. Sarro et. a
l., TRANSDUCERS'87, pp.227〜230参照）。第１のシリ
コン基板２０１の裏面には第３の基板２５０が接着、接
合されており、この第３の基板２５０とカンチレバー部
２０８との間に空洞２１１が形成されている。なお、第
３の基板の材質はシリコンに限定されず、ガラス基板な
ど任意の基板が適用可能である。

【００３２】本実施例では、赤外線吸収部２２１の上下
にある空洞２１０、２１１は、その内部がそれぞれ略真
空状態となっている。空洞２１０、２１１の内部を真空
にするには、上述の第１のシリコン基板２０１、第２の
シリコン基板１０１および第３の基板をそれぞれ真空中
で接合、接着すればよい。従って、図８(ｂ)に示す例に
よっても、図８(ａ)と同様の作用効果を得ることができ
る。

【００３３】−第３実施例− 図９は、本発明による赤外線センサの第３実施例を示す
図であり、赤外線センサチップのＦＣ（フリップチッ
プ）実装の例を示す断面図である。

【００３４】図において、４０１は第１のシリコン基
板、４０４は第１のシリコン基板４０１の上に形成され
た第２のシリコン基板である。第１のシリコン基板４０
１の裏面には赤外線を選択的に検出する赤外線検出部４
１１が形成されているとともに、赤外線検出部４１１の
周囲の第１のシリコン基板４０１には、シリコン基板４
０１の裏面から赤外線検出部４１１の上方の第２のシリ
コン基板４０４の裏面にまで至る空洞４０９が形成され
ている。したがって、この空洞４０９に接する部分の第
２のシリコン基板４０４は、上述の各実施例と同様に赤
外線フィルタ４１０として作用する。なお、本実施例の
赤外線検出部４１１は、図１０(ｄ)に示すように、赤外
線吸収部４１２が赤外線を吸収して自身の温度が上昇し
たことをポリシリコンダイオード４０６により検出する
構成である。４１３は実装用ボードであり、この実装用
ボード４１３の表面にはハンダバンプ４１４を介して第
１のシリコン基板４０１の裏面が電気的に接続された状
態で実装されている。

【００３５】次に、図１０を参照して本実施例の赤外線
センサの製造方法について説明を行う。なお、図１０で
は図９と上下を逆にして図示している。

【００３６】まず、図１０(ａ)に示すように、第１のシ
リコン基板４０１となるｐ型基板の裏面（図中では上
面）に、たとえば熱酸化法、ＣＶＤ法などにより酸化膜
４０２を形成し、この酸化膜４０２上にポリシリコンか
らなる犠牲層４０３を形成する。一方、ｐ型基板４０１
の表面（図中では下面）には第２のシリコン基板４０４
となるｎ型エピタキシャル層を形成する。

【００３７】次いで、図１０(ｂ)に示すように、酸化膜
４０２および犠牲層４０３の上面にＣＶＤ法などにより
シリコン窒化（Si₃N₄）膜４０５を形成し、ついでシリ
コン窒化膜４０５の上面にポリシリコン層を堆積した
後、フォトリソグラフィー、エッチング工程により犠牲
層４０３上方にあるポリシリコン層の一部を残してポリ
シリコン層を除去し、ポリシリコンダイオード４０６を
形成する。そして、シリコン窒化膜４０５およびポリシ
リコンダイオード４０６の上面にさらにシリコン窒化膜
４０７を形成する。

【００３８】次いで、図１０(ｃ)に示すように、ドライ
エッチング工程などによりシリコン窒化膜４０７の上面
から犠牲層４０３にまで至る開口部４０８を形成した
後、弗酸および硝酸からなる混合酸により犠牲層４０３
を全てエッチンングして除去する。

【００３９】さらに、図１０(ｄ)に示すように、ｎ型エ
ピタキシャル層４０４にバイアス電圧を印加しつつ、ヒ
ドラジン等のアルカリ液により開口部３０８からｎ型エ
ピタキシャル層４０４の界面にまで至るｐ型基板４０１
をエレクトロケミカルエッチングし、空洞４０９および
赤外線フィルタ４１０を形成する。最後に、空洞４０９
により熱分離構造とされたシリコン窒化膜４０７の上面
に赤外線吸収能を有する赤外線吸収部４１２を形成して
ウエハプロセスを終了する。この後は、ダイシング工程
によりチップをセンサ単位に分割して図９に示すような
赤外線センサが完成する。

【００４０】以上のような構成の赤外線センサにあって
は、図９の上方から入射する入射光Ｌは赤外線フィルタ
４１０として作用する第２のシリコン基板４０４を透過
して赤外線のみが空洞４０９内に至り、この赤外線は赤
外線検出部４１１の赤外線吸収部４１２により吸収され
て赤外線検出部４１１の温度を上昇させる。赤外線検出
部４１１の温度上昇はポリシリコンダイオード４０６に
より検出され、これにより赤外線の検出が行われる。し
たがって、本実施例によっても、上述の各実施例と同様
の作用効果を得ることができる。

【００４１】なお、本実施例においても、上述の各実施
例と同様に、赤外線フィルタ４１０の反射損失を低減さ
せる目的でフィルタ４１０の膜厚を適宜設定することが
でき、加えて、反射防止膜をフィルタ４１０の表面に形
成してもよい。また、本実施例ではエレクトロケミカル
エッチングにより空洞４０９を形成したが、アルカリ液
により第１のシリコン基板４０１を異方性エッチング
し、エッチング時間によりそのエッチング領域を制御し
てもよい。

【００４２】−第３実施例の変形例− 図１１および図１２は本発明による赤外線センサの第３
実施例の変形例を示す断面図である。

【００４３】まず、図１１に示す例では、第１のシリコ
ン基板４０１と支持基板５１３とが直接接合、接着され
て固定されている。支持基板５１３の上面には、第１の
シリコン基板４０１側の空洞４０９に対応した形状の凹
部５１４が形成されており、これら空洞４０９および凹
部５１４により赤外線検出部４１１を取り囲む空洞が形
成されている。第１のシリコン基板４０１と支持基板５
１３とを接合、接着する手法は周知のものから適宜選択
すればよい。アノーディックボンディング（陽極接合）
法を用いる場合、支持基板５１３を耐熱ガラスで形成す
れば第１のシリコン基板４０１の接合面を清浄鏡面仕上
げすればよく、あるいは、他の金属基板等の導電性基板
で支持基板を形成すればその接合面にスパッタ法などで
耐熱ガラス膜を形成すればよい。なお、赤外線検出部４
１１との電気接続は、ハンダバンプをシリコン基板４０
１と支持基板５１３との間に介在させた状態でこれら基
板４０１および支持基板５１３を接合すればよい。他の
接合方法としては、接着剤による接着、半田付けなどが
ある。

【００４４】図１１に示す例では、赤外線検出部４１１
が完全に外気から遮断されており、風や熱対流の影響を
受けにくく、低ノイズで安定した特性が得られて正確な
計測が可能となる。加えて、破損しやすい構造の赤外線
検出部４１１が外部に露出していないため、実装工程で
のセンサの破損等を抑制できて歩留りの向上に寄与す
る。また、真空中で第１のシリコン基板４０１と支持基
板５１３とを接合すれば、空洞４０９内を概ね真空とす
ることができ、赤外線検出部４１１の熱抵抗を大きくで
きて高感度化を図ることができる。

【００４５】一方、図１２に示す例では、図１１の構成
に加えて赤外線フィルタ４１０の表面にピエゾ拡散抵抗
６０１を付加したものであり、ピエゾ拡散抵抗６０１
は、赤外線フィルタ４１０に作用する応力を検出して空
洞４０９内の真空度あるいはリークの有無を検出する圧
力センサとして作用する。したがって、ピエゾ拡散抵抗
６０１の検出信号を用いて赤外線センサの故障診断ある
いは出力信号の補正を行い、計測精度の向上を図ること
ができる。

【００４６】なお、本発明の赤外線センサは、その細部
が上述の各実施例に限定されず、種々の変形例が可能で
ある。一例として、赤外線検出部の構成は任意であり、
周知のものが適用可能である。また、赤外線検出部を有
する半導体基板が赤外線フィルタ部として作用するシリ
コン基板を兼ねる構成でもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、赤外線検出部を有する半導体基板の表面に赤外線
フィルタ部として作用するシリコン基板を一体に設けて
赤外線センサを構成しているので、いわば赤外線フィル
タをプリアッセンブリした状態の赤外線センサを実現す
ることができる。従って、赤外線センサの実装工程時に
赤外線フィルタの実装工程を省略できて工数の低下を図
ることができ、結果として赤外線センサ全体のコスト低
減に寄与することができる。加えて、本発明の赤外線セ
ンサは、赤外線フィルタを別体で実装する場合に比較し
て赤外線フィルタ部を薄く形成することができ、ひいて
はフィルタによる赤外光の減衰を小さく抑えることがで
きる。また、請求項２の発明によれば、空洞内部の真空
層により赤外線検出部の熱分離度を向上させることがで
き、センサ全体の感度向上に寄与しうる。また、請求項
３、４の発明によれば、赤外線フィルタ部における赤外
線の反射損失を低減することができ、これもまたセンサ
全体の感度向上に寄与しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である赤外線センサを示す
断面図である。

【図２】第１実施例の赤外線センサの製造方法の一例を
説明するための工程図である。

【図３】図２と同様の工程図である。

【図４】第１実施例の変形例を示す断面図である。

【図５】第１実施例の赤外線センサの製造方法の他の例
を説明するための工程図である。

【図６】第１実施例の赤外線センサの製造方法の他の例
を説明するための工程図である。

【図７】第１実施例の赤外線センサの製造方法の他の例
を説明するための工程図である。

【図８】本発明の第２実施例である赤外線センサを示す
断面図である。

【図９】本発明の第３実施例である赤外線センサを示す
断面図である。

【図１０】第３実施例の赤外線センサの製造方法を説明
するための工程図である。

【図１１】第３実施例の変形例を示す断面図である。

【図１２】第３実施例の他の変形例を示す断面図であ
る。

【図１３】従来の赤外線センサの一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０１、４０４ 第２のシリコン基板 １０８ スルーホール ２０１、４０１ 第１のシリコン基板 ２０２ 電極取り出し部 ２０３、４１１ 赤外線検出部 ２０５ 低融点ガラス ２０７ ダイヤフラム部 ２０８ カンチレバー部 ２０９〜２１１、４０９ 空隙 ２１２、４１０ 赤外線フィルタ部 ２２０、２２１、４１２ 赤外線吸収部 ２５０ 第３の基板 ２７０ 反射防止膜 ２７１ 熱線反射膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線検出部が形成された半導体基板
   と、 前記赤外線検出部へ赤外光を導く赤外線フィルタ部とを
   備えた赤外線センサにおいて、 前記赤外線フィルタ部は、前記半導体基板の表面に一体
   に設けられたシリコン基板からなり、 前記シリコン基板および前記半導体基板の少なくとも一
   方には、前記赤外線フィルタ部から前記赤外線検出部へ
   の赤外線導光路に対応する領域に空洞が形成されている
   ことを特徴とする赤外線センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の赤外線センサにおい
   て、 前記空洞の内部は略真空状態にされていることを特徴と
   する赤外線センサ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の赤外線センサ
   において、 前記赤外線フィルタ部の表面には、このフィルタ部にお
   ける赤外線の反射率低減のための反射防止膜が設けられ
   ていることを特徴とする赤外線センサ。
4. 【請求項４】 請求項１、２および３のうちいずれかの
   請求項に記載の赤外線センサにおいて、 前記赤外線フィルタ部の厚さは、次式により定められて
   いることを特徴とする赤外線センサ。 ｄ_Si＝ｍ・λ／(２ｎ_Si) （但し ｄ_Si：赤外線フィルタ部の厚さ λ：赤外線検出部により検出される赤外線の波長 ｎ_Si：シリコンの屈折率 ｍ：自然数）
5. 【請求項５】 請求項１、２、３および４のうちいずれ
   かの請求項に記載の赤外線センサを製造する方法であっ
   て、 半導体基板の裏面に赤外線検出部を形成する工程と、 前記半導体基板の表面にシリコン基板を積層する工程
   と、 前記赤外線検出部と前記シリコン基板との間の前記半導
   体基板を除去して前記赤外線検出部の赤外線入射側に空
   洞を形成する工程とを備えたことを特徴とする赤外線セ
   ンサの製造方法。