KR20070015527A

KR20070015527A - 적외선 센서 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20070015527A
Application number: KR1020067019767A
Authority: KR
Inventors: 가츠미 시바야마
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2007-02-05
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: EP1719988B1; EP1719988A1; US7635605B2; WO2005083374A1; JP2005241457A; KR101118797B1; US20070278605A1; TWI336394B; CN100552393C; CN1914490A; TW200540401A; EP1719988A4

Abstract

이 적외선 센서의 관통 구멍 P는 접착층 AD에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 접착층 AD에 의하여 화성되는 공간의 내외에서 압력차가 생겨도, 관통 구멍 P와 그 저부는 접착층 AD에 의하여 지지를 받게 되고, 관통 구멍 P와 그 저부 및 이것에 형성되는 절연막 Pi의 열화ㆍ파손이 억제되어서 적외선 센서의 특성이 향상한다.

Description

적외선 센서 및 그 제조 방법{INFRARED SENSOR AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 적외선 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 서모파일 형태의 적외선 센서로서는 하기와 같이 특허 문헌 1 ~ 3에 나타내는 것이 알려져 있다. 이와 같은 적외선 센서에서는 인접한 폴리 실리콘과 알루미늄으로 열전대(熱電對)가 형성되어 있고, 이 열전대에 의한 적외선 검출부에 의하여 입사한 적외선을 검지하고 있다.

서모파일(thermopile)은 열전대를 미소한 면적안에 직렬로 늘어놓은 것이다. 열전대는 2종류의 금속으로 회로를 만들고, 그 두 개의 접합점을 다른 온도로 유지하면, 열기전력이 생기고 전류가 흐르는 「제벡(seebeck) 효과」의 원리를 이용한 온도 센서이다. 열전대에서는 측온(測溫) 접점(온접점)과 기준 접점(냉접점)의 사이의 열기전력을 측정하고 있다.

특허 문헌 1에 나타내는 적외선 센서는 p형 반도체와 n형 반도체로 이루어지는 열전대가 편지(片持) 대들보(梁)상에 형성되어 있는 예이다. 이들은 제벡 효과에 의한 열전대의 온접점과 냉접점과의 온도차에 의하여 생기는 기전력으로부터, 적외선 센서에 입사한 적외선량을 측정하는 것으로, 열전대를 복수 배치함으로써, 적외선 센서의 고감도화를 실현하고 있다. 또, 적외선 필터를 구비한 적외선 센서는 특허 문헌 3에 기재되어 있다. 특허 문헌 3에서는 절연 기판상에 적외선 센서를 형성한 예가 나타나 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 2663612호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특개평 6－249708호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특개 2001－174324호 공보

그러나, 반도체 기판에 출력 취출용의 관통 구멍을 형성하고, 이것에 실리콘 기판을 첩부(貼付)하는 경우, 적외선 검출부와 실리콘 기판과의 사이에는 온도 검출 특성 향상을 위한 공간이 필요하게 되고, 이 공간 내부와 적외선 센서의 외부와의 압력차에 의해, 관통 구멍에 형성한 절연막 등이 열화ㆍ파손하여 특성이 열화한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제에 감안하여 이루어진 것으로서, 특성을 향상시킬 수 있는 적외선 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 적외선 센서는 적외선 검출부가 형성된 반도체 기판과, 반도체 기판에 대향하는 적외선 투과 기판과, 상기 반도체 기판 및 상기 적외선 투과 기판간에 부분적으로 개재하여, 이러한 기판간에 공간을 주는 접착층을 구비하고, 상기 반도체 기판은 접착층에 대향하는 위치에 적외선 검출부로부터의 전기 신호를 취출하기 위한 관통 구멍을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.

적외선 센서에 입사한 적외선은 적외선 투과 기판을 투과하고, 열전대 등의 적외선 검출부에 입사한다. 적외선 검출부는 이것에 입사한 적외선을 전기 신호로 변환한다. 이 전기 신호는 관통 구멍을 통하여 외부에 취출된다. 적외선 검출부는 반도체 기판 및 적외선 투과 기판간에 개재하는 접착층에 의하여 형성된 공간내에 배치되어 있다. 따라서, 적외선 검출부의 온도 변화에 대한 응답 특성은 향상한다.

관통 구멍은 이 접착층에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 따라서, 예를 들면 실장할 때 등에 상기 공간 내외의 압력차가 생겨도, 관통 구멍 및 그 저(底)부는 접착층에 의하여 지지를 받게 되고, 해당 관통 구멍 및 이것에 형성되는 절연막의 열화ㆍ파손이 억제되어서 적외선 센서의 특성이 향상한다.

또, 상기 공간내에는 적외선 투과 기판의 적외선 검출부측으로의 휨(撓)을 억제하는 휨 방지벽이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 적외선 투과 기판이 휘었을 경우, 이것이 적외선 검출부에 맞닿고(當接), 적외선 검출부가 파손하거나 맞닿아서 열전도가 커져서 감도 감소를 초래하는 일이 있다. 이 휨 방지벽은 이같은 파손이나 감도 열화를 방지하기 위하여 설치되어 있고, 휨 방지벽의 반도체 기판으로부터의 높이는 적외선 검출부의 표면보다 높고, 적외선 투과 기판이 휘었을 경우에는 이것이 휨 방지벽에 맞닿고, 적외선 투과 기판의 휨량이 억제되게 된다.

적외선 검출부의 수가 복수인 경우, 휨 방지벽은 적외선 검출부 사이에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 적외선 검출부가 복수인 경우에는 적외선 투과 기판은 대형화하지만, 이 경우에는 휨 방지벽을 적외선 검출부 사이에 설치하는 것으로, 휨량을 전체적으로 억제할 수 있다.

적외선 검출부는 반도체 기판에 형성된 멤브레인(membrane) 구조상에 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이 경우에는 적외선 검출부의 온도 변화에 대한 응답성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 접착층을 통하여 상기 반도체 기판과 상기 적외선 투과 기판과의 사이의 공간은 진공인 것이 바람직하다. 열에너지의 이동에는 열전도, 대류(對流), 복사가 고려된다. 후술하지만, 적외선 검출부로부터의 열의 이동중, 열전도에 관한 부분은 열을 전하기 어려운 박막의 위에 적외선 검출부를 형성하는 것으로, 열을 내보내고 있다. 적외선 투과 기판과 반도체 기판과의 사이에서 구성되는 공간을 진공으로 하는 것으로, 반도체 기판상에 형성된 적외선 검출부에 입사한 적외선(열)을 대류에 의하여 공간의 옆으로 내보내는 일이 없기 때문에, 보다 고감도의 검출이 가능하게 된다. 남는 복사에 관해서는 반도체 기판의 적외선 검출부에 대향하는 면에 금속 등으로 이루어지는 적외선 반사막을 설치하는 것으로 더욱 고감도의 검출이 가능하게 된다.

상술한 적외선 센서의 제조 방법은 반도체 기판상의 멤브레인되는 박막상에 적외선 검출부를 형성하는 공정과, 상기 적외선 검출부가 형성된 상기 박막의 하측에 중공(中空)부를 형성하는 것으로 멤브레인 구조를 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판과, 실리콘 등으로 이루어지는 적외선 투과 기판과의 사이에, 공간이 주어지도록 접착층을 상기 반도체 기판 또는 상기 적외선 투과 기판 중 적어도 한 쪽에 부분적으로 형성한 후, 이 접착층을 통하여 상기 반도체 기판에 상기 적외선 투과 기판을 첩합(貼合)하는 공정과, 상기 반도체 기판의 상기 적외선 투과 기판과는 반대측으로부터 상기 반도체 기판에 관통 구멍을 형성하는 공정을 구비하고, 상기 관통 구멍은 상기 접착층에 대향하는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

제조 방법에 의하면, 관통 구멍 형성시의 관통 구멍 등의 파손ㆍ열화를, 접착층에 의한 지지에 의하여 억제하는 것으로, 특성이 뛰어난 상술한 적외선 센서를 제조할 수 있다.

또, 복수의 적외선 센서를 형성하는 경우, 관통 구멍의 형성 후에, 적외선 센서간의 다이싱 라인위를 절단하고, 개개의 적외선 센서로 분리하는 것이 바람직하다. 이 경우, 반도체 기판 및 적외선 투과 기판의 첩부, 및 관통 구멍의 형성이 종료하고 있으므로, 해당 다이싱에 의해서, 개개의 적외선 센서를 분리하는 것으로 최종 출하 형태에 가까운 제품이 완성한다. 따라서, 이 제조 방법에 의하면, 저비용으로 생산성이 향상하게 된다.

본 발명의 적외선 센서 및 그 제조 방법에 의하면, 그 특성을 향상시킬 수 있고, 더욱 저비용으로 생산성도 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시 형태에 관한 적외선 센서의 측면도.

도 2는 실시 형태에 관한 적외선 센서의 정면도(적외선 센서로부터 적외선 투과 기판을 제외한 평면도).

도 3은 적외선 센서의 저면도.

도 4는 도 2에 있어서의 적외선 센서의 IV－IV 화살표 단면도.

도 5는 관통 구멍 P의 주변 부분의 확대도.

도 6은 적외선 검출부의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.

도 7은 적외선 투과 기판 FL의 장착 공정을 설명하기 위한 도면.

도 8은 관통 구멍 P의 형성 공정을 설명하기 위한 도면.

도 9는 범프의 장착 공정을 설명하기 위한 도면.

도 10은 기판 이면에 대하여 거의 수직으로 에칭하여 형성된 관통 구멍 P를 갖는 적외선 센서의 단면도.

도 11은 적외선 센서로부터 적외선 투과 기판 FL을 생략하여 나타내는 다른 실시 형태에 관한 적외선 센서의 평면도.

도 12는 도 11에 나타낸 적외선 센서의 XII－XII 화살표 단면도.

도 13은 적외선 검출부(4, 6)를 복수 구비한 적외선 센서의 단면도.

도 14는 이 실시 형태에 관한 적외선 센서를 분해 부품을 배열하여 나타내는 적외선 센서의 분해 사시도.

<부호의 설명>

1 반도체 기판

2 중공 부분

3 박막

4 폴리 실리콘막

5 절연막

6 알루미늄막

7 패시베이션막

8 적외선 흡수막

9 절연막

10 단자

11 온접점

12 냉접점

13 에칭 홀

AD 접착층

B 범프

CE 컨택트 전극

CH 컨택트 홀

DL 상부 공간

FL 적외선 투과 기판

IRP 적외선 검출부

P 관통 구멍

Pi 절연막

SP 내부 공간

STP 휨 방지벽

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 형태에 대해 설명한다. 단, 동일 요소에는 동일 부호를 부여하여 중복하는 설명은 생략한다. 또, 각 구성 요소의 치수의 비율, 특히 각 층의 두께 등은 설명의 형편상 강조하기 위하여, 현실과 다른 경우가 있다.

도 1은 실시 형태에 관한 적외선 센서의 측면도이다. 도 2는 적외선 센서로부터 적외선 투과 기판을 제외한 평면도이다. 도 3은 적외선 센서의 저면도이다. 도 4는 도 2에 있어서의 적외선 센서의 IV－IV 화살표 단면도이다. 또, 도 14는 이 실시 형태에 관한 적외선 센서를 분해 부품을 배열하여 나타내는 적외선 센서의 분해 사시도이다.

멤브레인 구조의 지지 부재는 중공 부분(2)을 갖는 박판(薄板)부를 구비한 반도체 기판(1)과 박판부를 지지ㆍ보강하는 박막(열절연막)(3)을 갖고 있다. 또, 반도체 기판(1)은 실리콘 기판으로 이루어진다. 적외선 센서의 뒤편은 반도체 기판(1)으로 폐쇄되어 있고, 표면의 패시베이션막(7)의 4개 장소에 에칭 홀(13)을 갖고 있다. 즉, 중공 부분(2)가 박막(3)의 하부에 형성되어 있다. 이 적외선 센서에서는 뒤편이 반도체 기판(1)에 의해 폐쇄된 구조로 되어 있기 때문에, 리드 프레임이나 회로 기판 등의 지지 부재에 다이 본딩 하는 것이 용이하게 되어서 기계적인 강도가 높아진다.

또, 박막(3)은 SiN 단층, SiO₂ 단층, 또는 SiN, SiO₂, PSG, BPSG 중 어느 하나를 포함하는 다층막으로 이루어지는 것이어도 되며, 막 두께는 0.1 ~ 5㎛ 이다.

박막(3)상에는 n형 또는 p형의 불순물을 10¹⁷ ~ 10²⁰cm^－3 도핑한 폴리 실리콘막(4)과, 절연막으로 되는 SiO₂막(5)을 통하여 알루미늄막(6)이 적층되어 있다. 그 리고, SiO₂막(5)의 개구 구멍부에 의하여 폴리 실리콘막(4)과 알루미늄막(6)은 접속되어서 열전대를 형성하고 있다.

박막(3) 및 열전대의 노출 표면은 SiN 으로 이루어지는 패시베이션막(7)으로 피복(被覆)되어 있고, 중공 부분(2) 상부의 패시베이션막(7)상에는 적외선 흡수막(8)이 형성되어 있다. 또, 폴리 실리콘막(4)과 알루미늄막(6)과의 사이에는 이러한 접촉점으로 되는 개구 구멍부를 제외하여 SiO₂막(5)이 개재하고, 알루미늄막(6)상에는 패시베이션막(7)이 존재하고 있으나, 도 14에서는 구조의 명확화를 위해, SiO₂막(5)과 패시베이션막(7)의 기재를 생략하고 있다.

적외선 흡수막(8)은 열(熱)형의 적외선 센서에 있어서는 적외선을 열에너지로서 잡기 위하여 설치되어 있다.

또, SiO₂막(5)의 대신으로서 PSG, BPSG, SiN 등의 단층 또는 이들 절연층 등으로 이루어지는 적층막을 이용해도 되고, 패시베이션막(7)은 SiO₂ 나 PSG, BPSG, 폴리이미드막 등 단층 또는 이들로부터 완성되는 적층의 절연막이어도 된다. 또, 적외선 흡수막(8)에는 흑화(黑化) 수지가 사용되어 있고, 이 흑화 수지에는 카본 필러 등의 흑색 필러를 혼합한 수지(에폭시계, 실리콘계, 아크릴계, 우레탄계, 폴리이미드계 등)나, 흑색 레지스터 등을 이용해도 된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 폴리 실리콘막(4)과 알루미늄막(6)의 길이가 긴 적층 구조는 반도체 기판(1) 외연(外緣) 상부로부터, 중앙의 중공 부분(2) 상부에 걸쳐서 뻗도록 형성되어 있다. 또, 중공 부분(2)의 형상은 직사각형(정방형 또는 장방형)이며, 각 적층 구조는 중공 부분(2)의 사방에 수직인 4개 방향을 따라서 뻗고 있다.

폴리 실리콘막(4)과 알루미늄막(6)과는 중공 부분(2)상에서 적층되고, 알루미늄막(6)의 폭은 폴리 실리콘막(4)의 폭보다 가늘게 형성되어 있다. 그리고, 적외선 흡수막(8)이 형성되어 있는 영역의 SiO₂막(5)의 개구 구멍부에서, 적층된 폴리 실리콘막(4)과 알루미늄막(6)과는 접속되고, 온접점(11)이 형성되어 있다. 또, 반도체 기판(1) 상부의 SiO₂막(5)의 개구 구멍부에서, 인접한 폴리 실리콘막(4)로 알루미늄막(6)과는 접속되고, 냉접점(12)가 형성되어 있다. 이들 열전대는 직렬로 접속되어 있고, 제벡 효과에 의해 생긴 기전력은 단자(10)에 의해 취출된다.

이 적층 구조는 열전대이기 때문에 열전형의 적외선 검출부(서모파일)(4, 6)로서 기능한다. 즉, 반도체 기판(1)에는 적외선 검출부가 형성되어 있다. 반도체 기판(1)에는 실리콘 기판으로 이루어지는 적외선 투과 기판 FL이 대향하고 있다. 적외선 투과 기판 FL은 적외선 투과 필터로서 기능한다. 또는 적외선 투과 기판의 한 면 또는 양면에 반사 방지막을 부가하는 것으로 투과율을 향상시키거나 필요한 파장만을 투과시키는 밴드 패스 필터를 형성할 수 있다.

반도체 기판(제1의 실리콘 기판)(1)과, 적외선 투과 기판(제2의 실리콘 기판) FL과의 사이에는 접착층 AD가 부분적으로 개재하고 있다. 접착층 AD는 반도체 기판(1)과 적외선 투과 기판 FL과의 사이에 공간을 주고 있다. 접착층 AD의 두께는 적외선 흡수막(8)의 상면보다 높도록 설정되어 있고, 적외선 흡수막(8)이나 적외선 검출부와 적외선 투과 기판 FL의 반도체 기판과 대향하는 면 사이에는 틈새(隙間)가 개재한다.

본 예의 접착층 AD는 예를 들면 파이렉스(등록 상표) 유리 등의 실리콘과의 사이에 양극 접합이 가능한 층으로 이루어진다. 반도체 기판(제1의 실리콘 기판)(1)과 적외선 투과 기판(제2의 실리콘 기판) FL의 적어도 한 쪽과 접착층 AD와는 양극(陽極) 접합되어 있다. 적외선 투과 기판 FL의 중공 부분(2)에 대향하는 내측 표면은 요(凹)부를 구성해도 되고, 이 경우는 적외선 투과 기판 FL의 내측 표면의 주위는 철(凸)부를 구성하고, 이러한 철(凸)부와 접착층 AD가 접착되게 된다. 접착층 AD는 반도체 기판(1)의 외연부에 설치되어 있고, 직사각형 고리(環) 형상의 틀부를 구성하고 있다. 따라서, 접착층 AD는 반도체 기판(1)의 외연부와 적외선 투과 기판 FL의 외연부와의 사이에 개재하여, 적외선 센서의 내부 공간을 바깥 공기로부터 밀폐하고 있다. 이 내부 공간은 바람직하게는 진공 상태로 설정된다. 적외선 투과 기판과 반도체 기판과의 사이의 내부 공간을 진공으로 하는 것으로, 반도체 기판상에 형성된 적외선 검출부의 적외선 흡수막에 입사한 적외선(열)을 대류에 의하여 공간의 옆으로 내보내는 일이 없기 때문에, 보다 고감도의 검출이 가능하게 된다.

접착층 AD는 예를 들면, 코닝사의 ＃7740 등의 알칼리 금속을 포함하는 호우 규산 유리로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 유리의 열팽창 계수 α가 3.4×10^－ ⁶ 이며, 실리콘의 열팽창 계수 β(=3.6×10^－6)에 가깝기 때문이다. 즉, 이 경우, 제조 공정에 있어서의 열팽창 계수의 차에 의한 열응력이 최소한으로 억제되고, 중공 부분 등의 기계적 강도가 약한 장소에, 응력이 걸리기 어려워진다.

즉, 본 예에서는 α/β=94.4％ 이지만, α/β=90％ 이상 110％ 이하인 것이 바람직하다.

접착층 AD의 접착에는 양극 접합 장치를 이용하고, 반도체 기판과 접착층 AD를 양극 접합하지만, 양극 접합은 400℃ 이하의 저온으로 행해진다. 양극 접합시에는 반도체 기판(1)과 적외선 투과 기판 FL과의 사이에 250 ~ 800V 정도의 전압을 인가하지만, 양극 접합시의 온도는 비교적 저온이기 때문에, 상술한 열응력도 억제할 수 있다. 양극 접합을 진공 장치내에서 행함으로써, 적외선 센서의 내부 공간을 진공 상태로 밀폐할 수 있다.

또, 양극 접합을 질소나 키세논 등의 불활성 가스 분위기중에서 행하면, 적외선 센서의 내부 공간을 질소나 크세논, 크리프톤, 아르곤 등의 불활성 가스를 충전한 상태로 밀폐할 수 있다. 적외선 투과 기판과 반도체 기판과의 사이의 내부 공간에 질소나 크세논을 충전하여 밀폐하는 것으로, 적외선 검출부나 멤브레인 구조, 적외선 흡수막이 산소에 접하는 것을 막을 수 있기 위해, 열화가 없는 적외선 검출기로 할 수 있다. 또한, 크세논이나 크리프톤, 아르곤 등의 열전도율이 작고, 또한 중량의 무거운 가스를 예를 들어 10 ~ 100 mmHg 의 저압으로 충전함으로써, 대류의 발생을 곤란하게 할 수 있고, 대류에 의한 적외선 검출부로부터의 열의 내보냄이 억제되므로, 보다 고감도의 검출이 가능하게 된다.

또, 진공 밀폐에 있어서는 반도체 기판(1)과 적외선 투과 기판 FL과의 사이의 내부 공간내에 겟타 재료를 설치해도 된다. 이로 인해, 내부 공간내의 압력을 장기간에 걸쳐서 진공으로 유지할 수 있고, 적외선 센서의 안정성이 향상한다. 겟타 재료로서는 바륨, 티탄, 지르코늄 등을 주성분으로 하는 재료를 이용할 수 있다.

적외선 투과 기판 FL을 접착층 AD와 함께 이용하는 경우, 적외선 센서의 기계적 강도는 높아지기 때문에, 반도체 기판(1)의 두께를 얇게 할 수 있다고 하는 이점이 있다. 즉, 적외선 투과 기판 FL의 접착 후에, 반도체 기판(1)의 이면을 기계적 및 화확적으로 연마하는 것으로 박판화하고, 관통 구멍 P의 깊이 방향의 어스펙트비를 작게 할 수 있다. 박판화 공정에 있어서는 기계 연마 외에, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 이용할 수 있다. 또, 이면측의 프로세스를 행할 때는 이면측을 상향시켜서 프로세스를 행한다.

이 박판화에 의한 어스펙트비의 저감은 매우 유용하고, 관통 구멍 P의 형성 시간을 짧게 할 수 있는 동시에, 관통 구멍 P의 내벽면에 용이하게 양질인 절연막 Pi를 형성할 수 있게 된다. 즉, 관통 구멍 P의 내벽면상에 절연막 Pi를 형성하는 경우, 관통 구멍 P의 깊이가 얕은 경우에는 플라즈마 CVD법이나 스패터링법에 따라 피복성이 좋은 양질인 절연막 Pi를 형성할 수 있게 된다.

환언하면, 접착층 AD와 적외선 투과 기판 FL을 이용하는 것으로, 관통 구멍 P의 내벽면상에 형성되는 절연막 Pi를 양호하게 제조할 수 있게 되고, 결과적으로 는 적외선 센서의 특성의 향상이 전망된다. 이하, 박판화의 이점들이다.

ㆍ관통 구멍 P의 깊이가 얕아지기 때문에, 단자(전극 패드)(10) 및 컨택트 전극 CE를 미세화하여 좁은 틈새로 형성할 수 있다.

ㆍ단자(10)의 면적을 작게 할 수 있기 때문에, 적외선 검출부(4, 6)의 면적을 상대적으로 크게 할 수 있고, 검출 감도를 향상시킬 수 있다.

ㆍ관통 구멍 P를 형성할 때의 에칭 시간이 짧아진다.

ㆍ관통 구멍 P의 깊이가 얕기 때문에, 절연막 Pi의 피복성을 높일 수 있다.

ㆍ절연막 Pi의 피복성이 높아지기 때문에, 범프 B와 반도체 기판(1)과의 단락 발생 확률을 저감시킬 수 있다.

ㆍ관통 구멍 P의 깊이가 얕기 때문에, 컨택트 전극 CE를 형성할 때의 포토레지스트(photoresist)의 도포가 용이하게 되고, 또 포토리소그래피(photolithography) 공정에 있어서의 관통 구멍 P의 저부에서의 노광 패턴의 희미함량도 작아진다.

ㆍ관통 구멍 P내에 이른바 관통 배선과 같이 긴 배선을 형성할 필요가 없어지기 때문에, 제품 비율이 향상한다.

상술한 바와 같이 적외선 검출부(4, 6)는 열기전력이 발생하는 이종(異種) 재료(알루미늄, 폴리 실리콘)를 전기적으로 직렬로 접속하고 있다. 이 직렬 접속 회로의 양(兩)단의 단자(패드)(10)는 반도체 기판(1)의 박막(3)상에 형성되어 있다. 한편, 반도체 기판(1)은 접착층 AD에 대향하는 위치에 적외선 검출부의 출력을 단자(10)으로부터 취출하기 위한 관통 구멍 P를 갖고 있다. 즉, 관통 구멍 P의 축 선상에, 반도체 기판(1)의 외연부, 단자(10), 접착층 AD 및 적외선 투과 기판 FL의 외연부가 위치하고 있다.

또, 단자(10)는 평면 형상이 직사각형의 반도체 기판(1)에 있어서의 2개의 모퉁이(隅)부에 위치한다. 나머지의 모퉁이부에는 더미 단자(10')이 설치되어 있고, 적외선 센서의 설치 안정성을 향상시키고 있다.

관통 구멍 P는 각뿔 사다리꼴 형상을 갖고 있고, 이 안에 직사각형에 가까운 형상의 범프 B가 배치되어 있다. 관통 구멍 P의 직경은 반도체 기판(1)의 이면측으로부터 표면측에 향해 작아지고 있고, 테이퍼 형상으로 되어 있다. 본 예에서는 하나의 관통 구멍 P에 하나의 범프 B가 배치되어도 되고, 개구 직경의 한 쪽만이 다른 쪽보다 매우 길게 설정되고, 관통 구멍 P가 그루브(groove)를 구성하여 그 그루브에 다수의 범프 B가 배치되어 있어도 된다. 또, 관통 구멍 P의 개구 직경에 대한 구멍 깊이의 어스펙트비(구멍 깊이/개구 직경)는 바람직하게는 1 이하이다. 범프 B는 반도체 기판(1)의 관통 구멍 P로부터 다소 약간만 나온 부분을 갖고 있고, 회로 기판에의 설치가 용이하게 된다.

도 5는 관통 구멍 P의 주변 부분의 확대도이다.

관통 구멍 P의 내면에는 SiO₂ 로 이루어지는 절연막 Pi가 형성되어 있다. 범프 B는 절연막 Pi에 맞닿고 있다. 또, 관통 구멍 P내의 절연막 Pi는 반도체 기판(1)의 이면을 피복하는 절연막(9)에 연속하고 있다. 범프 B는 박막(3)에 설치된 컨택트 홀 CH내의 컨택트 전극 CE를 통하여 단자(10)에 접속되어 있다.

즉, 도 2를 참조하면, 한 쪽의 범프 B는 한 쪽의 단자(10)를 통하여, 알루미늄막(6), 폴리 실리콘막(4), 알루미늄막(6), 폴리 실리콘막(4),ㆍㆍㆍ의 차례로 전기적으로 접속되고, 폴리 실리콘막(4), 배선, 다른 쪽의 단자(10)를 통하여, 다른 쪽의 범프 B에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 더미 단자(10')의 바로 아래하에도 단자(10)의 주변부와 동일하게, 도 3에 나타내는 더미용의 범프 B'를 설치할 수도 있다.

또, 절연막 Pi는 SiO₂에 한정한 것이 아니고, PSG, BPSG, SiN, SiON, 폴리머 등의 단층 절연막 또는 이들로 이루어지는 적층막이어도 된다.

상술한 적외선 센서의 기능에 대해 설명한다.

이 적외선 센서에 입사한 적외선은 반사 방지막 코팅을 행한 실리콘 기판으로 이루어지는 적외선 투과 기판(적외선 투과창) FL을 투과하고, 열전대 등의 적외선 검출부(4, 6)에 입사한다. 적외선 검출부(4, 6)는 이것에 입사한 적외선을 전기 신호로 변환하고 있다.

이 전기 신호는 관통 구멍 P를 통하여 외부에 취출된다. 적외선 검출부(4, 6)는 반도체 기판(1)과 적외선 투과 기판 FL과의 사이에 개재하는 접착층 AD에 의하여 형성된 공간내에 배치되어 있다. 따라서, 적외선 검출부(4, 6)의 온도 변화에 대한 응답 특성은 향상하고 있다.

특히, 적외선 검출부(4, 6)는 반도체 기판(1)에 형성된 박막(3)으로 이루어지는 멤브레인 구조상에 형성되어 있고, 중공 부분(2)을 박막(3)의 하부에 갖고 있 으므로, 적외선 검출부(4, 6)의 온도 변화에 대한 응답성이 더욱 향상하고 있다.

상술한 바와 같이, 관통 구멍 P는 접착층 AD에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 따라서, 접착층 AD에 의하여 화성(畵成)되는 공간의 내외에서 압력차가 생겨도, 관통 구멍 P와 그 저부는 접착층 AD에 의하여 지지를 받게 되고, 관통 구멍 P 및 이것에 형성되는 절연막 Pi의 열화ㆍ파손이 억제되어서 적외선 센서의 특성, 제품 비율, 생산성이 향상한다.

또, 상술한 적외선 센서에서는 폴리 실리콘막(4)과 알루미늄막(6)이 적층하여 형성되어 있는 것으로, 1개의 열전대에 대한 배치 영역이 좁아지기 때문에, 고밀도로 열전대를 배치할 수 있다. 또, SiO₂막(5)을 통하여 폴리 실리콘막(4)과 알루미늄막(6)을 적층한 서모파일 패턴은 3층 구조로 한 것에 의해 기계적인 지지 강도가 향상하며, 이것이 중공 부분(2) 상부에 있는 박막(3)의 상부로부터 반도체 기판(1)의 외연(外延)부의 상부에 걸쳐서 메사 형상으로 형성되어 있기 때문에, 박막(3)의 기계적 강도를 높일 수 있다.

또, 중공 부분(2) 상부에 있는 박막(3)의 상부에 있어서 접착력을 갖는 재료로 이루어지는 단일의 덩어리의 적외선 흡수막(8)이 박막(3)으로 서모파일 패턴의 모두를 고착시키고 있기 때문에, 중공 부분(2)이므로, 중공 부분(2)의 상부에 있는 박막(3)으로 육박(肉薄)으로 되어 있는 영역의 기계적 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또, 적외선 흡수막(8)은 서모파일 패턴의 온접점(11)을 모두 덮도록 형성되어 있기 때문에, 적외선의 흡수에 의해 적외선 흡수막(8)에서 발생한 열을 효율적으로 온접점(11)에 전할 수 있다.

또, 알루미늄막(6)은 열전도율이 좋기 때문에 온접점에서 얻어진 열을 반도체 기판(1)으로 보내지고, 적외선 센서의 감도 저하를 초래할 가능성이 있으나, 알루미늄막(6)은 폴리 실리콘막(4)상에 SiO₂막(5)을 통하여 얇고 가늘게 적층되어 있기 때문에, 반도체 기판(1)과 열절연되어 있고, 적외선 센서의 감도를 저하시키는 일은 없다. 또, SiO₂막(5)은 폴리 실리콘막(4)과 알루미늄막(6)과의 전기 절연뿐만 아니라, 폴리 실리콘막(4)의 열을 알루미늄막(6)에 전하기 어렵게 하기 위한 열절연 기능도 갖고 있다.

또, 적외선 흡수막(8)에 입사한 적외선이 적외선 흡수막(8) 아래에 형성되어 있는 알루미늄막(6)에서 반사되는 것으로 적외선 센서의 감도 저하를 초래할 가능성이 있으나, 알루미늄막(6)은 가늘게 형성되어 있기 때문에 반사를 최소한으로 할 수 있고, 반사한 적외선은 다시 적외선 흡수막(8)에서 흡수되기 때문에, 적외선 센서의 감도를 저하시키는 일은 없다.

또, 제1 실시 형태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 중공 부분(2)의 형상은 직사각형에 한해지는 것이 아니고, 원형 등이어도 되고, 그 형상에 맞추어서 서모파일 패턴을 형성할 수 있다.

다음에, 상술한 적외선 센서의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 6은 적외선 검출부의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판(1)(제1의 실리콘 기판)을 준비한 다. 반도체 기판(1)의 표면상에 폴리 실리콘으로 이루어지는 희생(犧牲)층을 형성한다. 이 희생층은 후속 공정으로 제거되고, 중공 부분(2)의 상부 공간 DL을 구성하게 된다. 즉, 희생층의 에칭전에는 상부 공간 DL내에 희생층이 충전되고 있던 것으로 된다.

여기서, 중공 부분(2)은 희생층만을 에칭하는 것으로 형성해도 되고, 벌크의 반도체 기판(1)을 두께 방향으로 더욱 에칭함으로써 형성해도 된다. 이와 같은 의미로, 도 6에 있어서의 중공 부분(2)은 반도체 기판(1)측을 점선으로 가리키고 있다.

희생층의 형성 후, 절연층으로 이루어지는 박막(3)을 반도체 기판(1)의 표면상에 형성하고, 반도체 기판(1) 및 희생층의 노출 표면을 박막(3)으로 피복한다. 또, 상기의 희생층은 반도체 기판(1)의 박막(3)측에 중공 부분(2)과 거의 동일한 사이즈로 형성되어 있다. 다음에, 폴리 실리콘막(4), 절연막(5), 알루미늄막(6)으로 이루어지는 서모파일 패턴, 및 단자(10)를 형성한 후, 패시베이션막(7)을 형성한다.

그 후에, 박막(3) 및 패시베이션막(7)을 개구하고, 에칭 홀(13)을 형성하고, 서모파일 패턴상에 적외선 흡수막(8)을 형성한다(도 2 참조). 또, 적외선 흡수막(8)은 후술하는 에칭 후에 형성해도 상관없다.

또, 반도체 기판(제1의 실리콘 기판)(1)의 이면에는 필요에 따라서 보호용의 마스크를 형성한다. 에칭 홀(13)내에 도입되는 에칭액에는 예를 들면 에틸렌 디아민과 피로카테코르와 물의 혼합액을 따뜻하게 한 것을 이용한다. 또, 반도체 기 판(1)은(100) 기판이며, (100) 면이 노출하고 있다. 에칭액을 에칭 홀(13)내에 도입하면, 에칭 홀(13)로부터 에칭액이 폴리 실리콘의 희생층에 침투하고, 이 희생층을 에칭하면서, 또는 모두 에칭한 후 설계에 따라 반도체 기판(1)의 이방성(異方性) 에칭을 개시한다.

이로 인해, 중공 부분(2)을 갖는 멤브레인 구조를 형성할 수 있다. 또, 에칭은 깊이 2 ~ 30㎛ 정도 행한다. 또, 멤브레인 구조를 형성하기 위하여 폴리 실리콘 희생층만을 에칭해도 된다. 이 경우는 폴리 실리콘 희생층의 두께를 0.2㎛ 에서 3㎛ 로 한다. 또, 에칭에는 상기 에칭액 외에 히드라진 수용액 등이어도 되고, 또는 XeF₂ 등을 이용한 드라이 에칭에서도 가능하다.

도 7은 적외선 투과 기판 FL의 장착 공정을 설명하기 위한 도면이다.

중공 부분(2)의 형성 후, 기계적 강도의 증가도 겸하여 실리콘으로 이루어지는 적외선 투과 기판(제2의 실리콘 기판) FL의 설치를 행한다. 우선, 반도체 기판(제1의 실리콘 기판)(1)의 외연부상에 파이렉스 유리로 이루어지는 접착층 AD를 형성한다. 접착층 A의D 위에 적외선 투과 기판(제2의 실리콘 기판) FL을 중합하고, 접착층 AD와 적외선 투과 기판(제2의 실리콘 기판) FL을, 진공중 또는 질소 분위기중에서 양극 접합한다. 또, 접착층 AD의 형성은 상기 에칭전에 행하고 있어도 된다. 또, 접착층 AD의 형성은 적외선 투과 기판(제2의 실리콘 기판) FL측에 형성해도 된다.

그 후에, 반도체 기판(제1의 실리콘 기판)(1)의 이면측을 기계적 및 화확적 으로 연마하여, 반도체 기판(1)을 박판화한다. 박판화 후의 반도체 기판(1)의 외연부의 두께는 50 ~ 200㎛ 정도이다.

도 8은 관통 구멍 P의 형성 공정을 설명하기 위한 도면이다.

다음에, 반도체 기판(1)의 이면상에 에칭액에 내성이 있는 마스크(9)를 형성한다. 여기서는 마스크(9)는 SiN 으로 이루어지는 것으로 한다. 마스크(9)의 관통 구멍 형성 예정 영역을 개구한 후, 이 개구 안에 KOH 수용액 등의 에칭액을 도입하고, 제1의 반도체 기판(1)을 내부 방향으로 에칭한다.

이 웨트 에칭에서는 이방성 에칭이 진행하고, 박막(열절연막)(3)에 에칭액이 도달한 시점에서 에칭이 정지하고, 테이퍼 형상의 관통 구멍 P가 형성된다. 또, 상술한 마스크(9)는 필요에 따라서 제거하고, 그 후 새로운 절연막(9)을 기판 이면상에 형성해도 된다.

또, 에칭액에는 KOH 수용액 외, 히드라진, EDP(Ethylene Diamine Pyrocatechol), TMAH(TetraMethyl Ammonium Hydroxide) 등의 알칼리 수용액을 이용할 수 있다. 또, 마스크 재료로서는 SiN의 외, SiO₂ 등의 알칼리 내성이 높은 막을 이용할 수 있고, 이것은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등에 의해 형성할 수 있다. 또, 본 예의 경우, 에칭이 완료해도 접착층 AD를 통하여 적외선 투과 기판(제2의 실리콘 기판) FL이 존재하기 때문에, 에칭 완료시나 완료 후의 막 파손이 없고, 제품 비율을 떨어뜨리는 일 없이 공정을 진행시킬 수 있다.

도 9는 범프 전극의 장착 공정을 설명하기 위한 도면이다.

다음에, 관통 구멍 P의 내벽면상에 CVD법 또는 스패터링법에 따라 패시베이션막으로 이루어지는 절연층 Pi를 형성한다. 그 후에, 절연층 Pi의 저부 및 이것에 대응하는 박막(3)의 영역에 개구(컨택트 홀 CH)를 형성하고, 단자(10)의 이면측을 노출시킨다. 이 단자(10)의 노출면상에 무전해 도금 등에 의하여 컨택트 전극(언더 범프 메탈) CE를 형성한다. 범프 B를 관통 구멍 P내에 배치하고, 컨택트 전극 CE에 접촉시킨다. 또, 범프 B의 컨택트 전극 CE와는 반대측인 단부는 반도체 기판(1)의 이면으로부터 돌출하고 있다.

컨택트 전극 CE는 무전해 도금 외에 증착, 스패터 등에 의해 형성할 수도 있다. 컨택트 전극 CE의 재질은 Ni, Au, Cr, Cu, Pt 등의 메탈 단층, 합금 또는 이들 적층막이면 좋다. 컨택트 전극 CE에 접촉하도록, 땜납 등에서 되는 범프 B가 형성되지만, 범프 B의 형성에는 볼 탑재법이나 인쇄법, 도금법, 본딩법 등을 이용할 수 있다. 볼 탑재법에서는 범프 형성부가 요(凹)로 되어 있고 위치 어긋남을 방지할 수 있고, 또 인쇄법에서는 요(凹)부에 직접 땜납 페이스트를 스키지로 매설(埋設)하여 리플로우 하는 것으로 볼을 형성하는 것이 가능하게 된다.

상술한 공정을 웨이퍼 상태에서 행하고, 마지막에 기판 접합부를 다이싱 하는 것으로 칩이 완성된다. 즉, 상술한 범프 배치 공정의 후, 접착층 AD를 통하여 양극 접합된 반도체 기판 또는 적외선 투과 기판 FL상의 영역을, 다이싱 라인으로 설정하여 이 다이싱 라인을 절단한다.

즉, 복수의 적외선 센서를 형성하는 경우, 관통 구멍 P의 형성 후에, 적외선 센서간의 다이싱 라인위를 절단하면, 개개의 적외선 센서로 분리할 수 있다. 이 경 우, 반도체 기판(1) 및 적외선 투과 기판 FL의 첩부, 및 관통 구멍 P의 형성이 종료하고 있으므로, 해당 다이싱에 의해 칩 사이즈의 개개의 적외선 센서로 분리하는 것으로, 최종 출하 형태에 가까운 제품이 완성한다. 따라서, 이 제조 방법에 의하면, 소형 박형의 적외선 센서가 저비용으로 생산성 높게 제조할 수 있게 된다.

도 10은 기판 이면에 대하여 거의 수직으로 에칭하여 형성된 관통 구멍 P를 갖는 적외선 센서의 단면도이다.

이 적외선 센서는 관통 구멍 P의 형상 이외는 상술한 적외선 센서와 동일하다. 범프 B가 형성되는 관통 구멍이 드라이 에칭으로 만들어지는 경우, 그 형성 방법은 알칼리 웨트 에칭과 거의 동일하고, 에칭용의 마스크(9)를 SiO₂ 또는 레지스터 또는 알루미늄 등의 금속층 또는 이들 적층막으로서 반응성 이온 에칭(RIE)법을 이용하여 반도체 기판(1)의 관통 구멍 해당 장소를 드라이 에칭한다.

실리콘과 알루미늄의 단자(10) 바로 아해의 박막(절연막)(3)에 있어서, 에칭은 선택적으로 스톱한다. RIE 로서 고밀도 플라즈마를 이용한 ICP－RIE 를 이용하면, 에칭 속도가 빠르고 거의 수직으로 에칭 가능하게 된다. 에칭 마스크로서 레지스터를 이용했을 경우에는 그 레지스터를 산소 앗싱 등에 의해 제거하고, 관통 구멍 형성 후의 공정을 실행한다. 관통 구멍 P의 평면 형상으로서는 원형으로 할 수도 있다.

도 11은 적외선 센서로부터 적외선 투과 기판 FL을 생략하여 나타내는 다른 실시 형태에 관한 적외선 센서의 평면도이다. 이 평면도의 표기는 도 2에 나타낸 다. 도 12는 도 11에 나타낸 적외선 센서의 XII－XII 화살표 단면도이다.

이 적외선 센서는 도 2에 나타낸 것과 비교하여, 중공 부분(2)의 형상과 그 부분의 제조 방법만이 달며, 다른 구성 및 제조 방법은 동일하다. 또, 본 예의 경우, 중공 부분(2)이 반도체 기판(1)의 이면측에 개방하고 있기 때문에, 에칭 홀은 생략된다.

중공 부분(2)의 형성 방법을 설명하면, 중공 부분(2)을 형성하고 있지 않는 반도체 기판(1)의 표면에 박막(3), 서모파일 패턴, 패시베이션막(7), 적외선 흡수막(8)을 형성한 후, 반도체 기판(1)의 박막(3)이 형성되어 있는 것과는 반대측인 면(이면)에, 실리콘 에칭액에 내성이 있는 SiN 등으로 이루어지는 마스크를 형성한다. 그리고, 중공 부분(2)을 형성하고자 하는 영역의 해당 마스크를 개구하고, 반도체 기판(1)의 표면을 보호하면서 에칭을 행한다.

이로 인해, 이면의 마스크의 개구부로부터 에칭을 개시하고, 에칭액에 내성이 있는 박막(3)에 도달하면 에칭이 멈춘다. 에칭액에는 예를 들면 KOH 수용액 등을 이용하여 제1의 반도체 기판(1)에 (100) 기판을 이용하면, 이방성 에칭을 행할 수 있다. 이 에칭에 의해, 도 12에 나타내는 중공 부분(2)을 갖는 멤브레인 구조를 형성할 수 있다. 또, 이 이면의 에칭은 제1의 실시 형태에서 설명한 이면으로부터의 관통 구멍 P의 형성과 동시에 행할 수 있다.

또, 반도체 기판(1)의 이면측에는 필요에 따라서 절연막(9)이 형성되어 있다. 또, 필요에 따라서 반도체 기판의 이면에서 개방되어 있는 중공 부분(2)을 공간을 설치하도록 기판 등을 접착함으로써 막아도 된다. 이렇게 하는 것으로 멤브레 인의 파손을 막는 것이 가능하게 된다.

또, 상술한 중공 부분(2)의 형상은 직사각형에 한해지는 것이 아니고, 원형 등이어도 되고, 그 형상에 맞추어서 서모파일 패턴을 형성할 수 있다. 또, 에칭 홀을 이용하는 경우, 그 형상 및 개소는 서모파일 패턴에 의해 변경하는 것이 가능하다.

도 13은 상술한 적외선 검출부(4, 6)를 복수 구비한 적외선 센서의 단면도이다. 여기서는 설명의 명확화를 위해, 적외선 검출부(4, 6)를 부호 IRP로 나타내고, 상세한 구성의 기재를 생략한다. 적외선 센서는 반도체 기판(1)과 적외선 투과 기판 FL과의 사이에 내부 공간 SP를 갖고 있다. 이 공간 SP내에는 적외선 투과 기판 FL의 적외선 검출부 IRP측으로 휨을 억제하는 휨 방지벽(스페이서) STP가 설치되어 있다.

적외선 투과 기판 FL이 휘었을 경우, 이것이 적외선 검출부 IRP에 맞닿고, 적외선 검출부 IRP가 열적으로 접속되어서 감도가 감소하거나 또는 파손하는 일이 있다. 이 휨 방지벽 STP는 이같은 감도 감소와 파손을 방지하기 위하여 설치되어 있고, 휨 방지벽 STP의 반도체 기판(1)으로부터의 높이는 적외선 검출부 IRP의 높이보다 높고, 적외선 투과 기판 FL이 휘었을 경우에는 이것이 휨 방지벽 STP에 맞닿고, 적외선 투과 기판 FL의 휨량이 억제된다.

적외선 검출부 IRP의 수는 복수이며, 개개의 적외선 검출부 IRP는 화소를 구성하여, 독립에 신호를 출력하지만, 본 예에서는 설명의 명확화를 위해, 출력 취출용의 범프 B는 2개만 표시되어 있다. 휨 방지벽 STP는 아래에 중공 부분이 없는 박 막(3)상에 형성되어 있고, 적외선 검출부 IRP 사이에 설치되어 있다.

적외선 검출부 IRP가 복수인 경우에는 적외선 투과 기판 FL과 함께 센서는 대형화하지만, 휨 방지벽 STP가 적외선 검출부 IRP 사이에 설치되어 있으므로, 휨량을 전체적으로 억제할 수 있다. 또, 휨 방지벽 STP의 형성 위치는 인접하는 중공 영역(2)의 사이의 영역으로 설정된다.

휨 방지벽 STP에 대해서는 이하에 상세히 설명한다.

1 차원 또는 2 차원의 적외선 검출부 어레이를 제작할 때, 칩 사이즈가 커진다. 이 칩 사이즈가 큰 경우, 칩 주위에만 반도체 기판(1)과 적외선 투과 기판 FL을 접착하면, 내부 공간 SP의 평면 방향의 사이즈가 커진다.

따라서, 웨이퍼의 휘어진 상태나 외력(예를 들면 웨이퍼 접합시나 칩화한 후의 실장 때)에 의해, 기판 표면의 적외선 검출부 IRP와 적외선 투과 기판 FL이 접촉해 버릴 우려가 있고, 소자부를 파손시키거나 또는 적외선 투과 기판 FL의 접촉에 의한 열의 내보냄에 의한 감도 저하 등의 문제가 발생한다.

상기 문제의 해결책으로서 인접하는 화소 사이마다 또는 어느 화소 간격의 화소 사이에 휨 방지벽 STP가 설치되어 있다. 이로 인해, 내부 공간 SP의 평면 방향의 사이즈를 작게 하고, 웨이퍼의 휘어진 상태나 외력에 의한 적외선 검출부 IRP와 적외선 투과 기판 FL의 접촉을 막을 수 있다. 또, 휨 방지벽 STP는 플립칩 본딩 등의 실장 때, 압력 인가에 의한 소자 파괴를 억제할 수 있다.

휨 방지벽 STP는 반도체 기판(1)상의 휨 방지벽을 형성하고자 하는 장소에, Al, Ti, Au, Ni, Ti, Cr, W, Si, Pt, Cu, SiN, SiO₂, BPSG, PSG 등의 재료나 이들 화합물 또는 합금을 단층이나 적층하여 증착이나 스패터, CVD 등에서 퇴적하여, 에칭이나 리프트 오프 등에 의해 패터닝하여 형성한다.

이 형성에는 도금법을 이용해도 된다. 또, 이 형성에는 유리 플리트나 수지, 땜납 페이스트를 인쇄하여 경화시켜도 좋다. 또 감광성의 수지를 이용해도 된다. 감광성 수지의 수지 주성분으로서는 폴리이미드나 아크릴레이트, PMMA(폴리 메틸 메타크릴레이트), 실리콘, 에폭시 등을 줄 수 있다. 감광성 수지는 공정이 적고 매우 염가로 형성 가능하게 된다.

이상, 설명한 바와 같이, 상술한 적외선 센서의 제조 방법은 반도체 기판(1)에 박막(3)으로 이루어지는 멤브레인 구조를 형성하는 공정과 멤브레인 구조상에 적외선 검출부 IRP를 형성하는 공정과 반도체 기판(1)과 실리콘으로 이루어지는 적외선 투과 기판 FL과의 사이에, 공간이 주어지도록 접착층 AD를 반도체 기판(1) 또는 적외선 투과 기판 FL 또는 쌍방의 기판에 부분적으로 형성한 후, 이 접착층 AD를 통하여 반도체 기판(1)과 적외선 투과 기판 FL을 첩합하는 공정과, 반도체 기판(1)의 적외선 투과 기판 FL과는 반대측으로부터, 반도체 기판(1)에 관통 구멍 P를 형성하는 공정을 구비하고 있다.

또, 관통 구멍 P는 접착층 AD에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 이 제조 방법에 의하면, 관통 구멍 형성시의 관통 구멍과 그 저부, 절연막 Pi 등의 파손ㆍ열화를, 접착층 AD에 의한 지지에 의하여 억제하는 것으로, 특성이 뛰어난 상술한 적 외선 센서를 제조할 수 있다.

또, 적외선 검출부 IRP로서 서모파일 외, 브로미터, 서미스트, 초전소자, 바이메탈 소자, 다이오드, 수정진동자, 고레이셀을 이용할 수도 있다.

지금까지의 설명에서는 적외선 투과 기판 FL로서 실리콘 기판을 이용하였으나, 적외선 투과 기판 FL은 실리콘 기판의 외, 게르마늄 기판이나 적외선 투과 유리 등의 적외선을 투과하는 기판을 이용할 수도 있다.

또, 접착층 AD의 재료로서는 저융점 유리, 땜납, 금속(단체(單體), 합금), 수지 등을 이용할 수 있고, 그 접착 강도, 신뢰성을 증가시키기 위하여 단층, 적층이어도 좋다. 상술한 접착 방법은 양극 접합에 한정한 것이 아니고, 필요에 따라서 열, 압력 또는 초음파 등을 인가하여 접착하면 된다.

또, 도시하고 있지 않지만 접착층 AD와 기판과의 밀착을 양호하게 하기 위한 밀착층을 설치해도 된다. 접착층 AD를, 적외선 투과 기판 FL측에 설치하고 나서 접착을 행해도 되고, 쌍방으로 설치하고 나서 접착을 행해도 된다. 더욱, 접착층 AD는 적외선 투과 기판 FL측에만 설치해도 상관없다.

또, 적외선 검출부로부터의 입출력 단자(10)를 직접 범프 전극에 접속하는 수법 외에, 적외선 검출부의 출력 신호를 처리하는 회로를 반도체 기판(1)상에 설치하고, 이 회로의 입출력 단자와 범프 전극을 접속하는 구성으로 해도 된다. 또, 기판 온도를 모니터하기 위한 서미스트나 다이오드를 반도체 기판(1)상에 형성하고, 그 단자와 범프를 전기적으로 접속할 수도 있다.

또, 반도체 기판측으로부터 입사하는 적외선의 미광을 막기 위하여, 반도체 기판의 적외선 투과 기판과 반대측인 면에서 관통 구멍이 없는 부분에, 예를 들어 금속 등의 차광막을 설치해도 된다.

또, 적외선 검출부로부터 복사로 반도체 기판측에 열이 내보지는 것을 막기 위하여, 반도체 기판의 적외선 검출부에 대향하는 면에 금속 등으로 이루어지는 적외선 반사막을 설치해도 된다. 이렇게 하여, 반도체 기판측으로부터 입사하는 적외선을 반도체 기판 자체로부터의 것도 포함하여 차단할 수 있다.

본 발명은 적외선 센서 및 그 제조 방법으로 이용할 수 있다.

Claims

적외선 센서에 있어서,

적외선 검출부가 형성된 반도체 기판과,

상기 반도체 기판에 대향하는 적외선 투과 기판과,

상기 반도체 기판 및 상기 적외선 투과 기판간에 부분적으로 개재하여, 이러한 기판간에 공간을 주는 접착층을 구비하고,

상기 반도체 기판은 상기 접착층에 대향하는 위치에 상기 적외선 검출부로부터의 전기 신호를 취출하기 위한 관통 구멍을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제1항에 있어서,

상기 공간내에는 상기 적외선 투과 기판의 상기 적외선 검출부측으로의 휨(撓)을 억제하는 휨 방지벽이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제2항에 있어서,

상기 적외선 검출부의 수는 복수이고,

상기 휨 방지벽은 상기 적외선 검출부 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제1항에 있어서,

상기 적외선 검출부는 상기 반도체 기판에 형성된 멤브레인(membrane) 구조상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제1항에 있어서,

상기 접착층을 통하여 상기 반도체 기판과 상기 적외선 투과 기판과의 사이의 공간은 진공인 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
적외선 센서의 제조 방법에 있어서,

반도체 기판상에 형성 예정의 멤브레인의 일부를 이루는 박막상에 적외선 검출부를 형성하는 공정과,

상기 적외선 검출부가 형성된 상기 박막의 하측에 중공(中空)부를 형성하는 것으로 멤브레인 구조를 형성하는 공정과,

상기 반도체 기판과, 적외선 투과 기판과의 사이에, 공간이 주어지도록 접착층을 상기 반도체 기판 또는 상기 적외선 투과 기판의 적어도 한 쪽에 부분적으로 형성한 후, 상기 접착층을 통하여 상기 반도체 기판에 상기 적외선 투과 기판을 첩합(貼合)하는 공정과,

상기 반도체 기판의 상기 적외선 투과 기판과는 반대측으로부터 상기 반도체 기판에 관통 구멍을 형성하는 공정을 구비하고,

상기 관통 구멍은 상기 접착층에 대향하는 위치에 설치되어 있는 것을 특징 으로 하는 적외선 센서의 제조 방법.
제6항에 있어서,

복수의 적외선 센서를 형성하는 경우,

상기 관통 구멍의 형성 후에, 상기 적외선 센서간의 다이싱 라인위를 절단하고, 개개의 적외선 센서로 분리하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서의 제조 방법.