電子デバイスの製造方法
【課題】比較的簡単な方法で、電子デバイスを構成する部材間の接合強度をより高めることが可能な電子デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基体２と、半導体基体２を実装する基体１と、半導体基体２を基体１側に接合する接合部３とを備えた電子デバイス１０の製造方法であって、接合部３がＡｕを含む接合材料からなり、半導体基体２の接合部３側が接合材料を構成する元素以外から構成される母材材料からなり、基体１に設けた接合部３を溶融する温度以上に加熱して液相状態にした接合材料と固相状態の母材材料とを接触させる接触工程と、接触工程後に、Ａｕと母材材料を構成する元素との合金の融点の温度以上に加熱して、半導体基体２を基体１側に接合する接合工程とを有する。
【解決手段】半導体基体２と、半導体基体２を実装する基体１と、半導体基体２を基体１側に接合する接合部３とを備えた電子デバイス１０の製造方法であって、接合部３がＡｕを含む接合材料からなり、半導体基体２の接合部３側が接合材料を構成する元素以外から構成される母材材料からなり、基体１に設けた接合部３を溶融する温度以上に加熱して液相状態にした接合材料と固相状態の母材材料とを接触させる接触工程と、接触工程後に、Ａｕと母材材料を構成する元素との合金の融点の温度以上に加熱して、半導体基体２を基体１側に接合する接合工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に気密空間を有する電子デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加速度センサ装置、ジャイロセンサ装置や圧力センサ装置などの各種のＭＥＭＳ（Micro Electro MechanicalSystems）や赤外線センサ装置などの電子デバイスは、機能素子が配される内部の空間を気密空間とするものがある。電子デバイスは、電子デバイスの内部を気密空間とすることにより、外部からの異物の混入を抑制し、内部の機能素子の保護などを行うことができる。
【０００３】
この種の電子デバイスとしては、たとえば、機能素子を備えたシリコン基板と、機能素子を覆い内部に空間を形成する保護キャップとを備え、シリコン基板と、保護キャップに設けたＡｕ膜からなる接合層とを接触させて、ＡｕＳｉ共晶温度の３６３℃以上に加熱して接合するものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、別の電子デバイスとして、機能素子たるＭＥＭＳデバイスを備えたＭＥＭＳ基板と、ＭＥＭＳデバイスを囲む枠部と、ＭＥＭＳ基板と枠部とで囲まれたキャビティ内にＭＥＭＳデバイスを密閉状態で収容させるＩＣ基板とを備え、ＭＥＭＳ基板と枠部とＩＣ基板とが、各々重ね合わされる接合面に予め形成させた金属膜を利用したＡｕＳｉ共晶接合やＡｕＳｎ共晶接合などにより、接合されたものも知られている（たとえば、特許文献２参照。）。
【０００５】
電子デバイスは、アウトガスの放出により、電子デバイスの内部の気密空間の気密性を阻害する有機材料からなる接着剤を用いることなく、電子デバイスを構成する部材間を接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３１６４９７号公報
【特許文献２】特開２００９−５９９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電子デバイスは、電子デバイスを構成する部材間のＡｕＳｉ共晶接合により電子デバイスの内部の空間を気密空間とする場合、接合面の表面の粗度が高ければ未接合領域が生じやすい。この場合、電子デバイスは、十分な接合強度を備えた接合や気密空間の気密性を維持することが困難な場合がある。
【０００８】
また、電子デバイスは、電子デバイスを構成する部材間をＡｕＳｎ共晶接合することにより電子デバイスを製造する場合、部材間の対向する一方の接合面にＡｕＳｎ膜を設け、他方の接合面にＡｕ等の金属膜を予め形成しておく必要がある。そのため、電子デバイスは、製造コストの増加を招くという弊害がある。
【０００９】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、比較的簡単な方法で、電子デバイスを構成する部材間の接合強度をより高めることが可能な電子デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電子デバイスの製造方法は、半導体基体と、該半導体基体を実装する基体と、上記半導体基体を上記基体側に接合する接合部とを備えた電子デバイスの内部の気密空間に、上記接合部の一部が露出する電子デバイスの製造方法であって、上記接合部がＡｕを含む接合材料からなり、上記半導体基体の上記接合部側が上記接合材料を構成する元素以外から構成される母材材料からなり、上記基体に設けた上記接合部を溶融する温度以上に加熱して液相状態にした上記接合材料と固相状態の上記母材材料とを接触させる接触工程と、該接触工程後に、Ａｕと上記母材材料を構成する元素との合金の融点の温度以上に加熱して、上記半導体基体を上記基体側に接合する接合工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
この電子デバイスの製造方法において、上記半導体基体の側面と、上記基体上の上記接合部とを接合させることが好ましい。
【００１２】
この電子デバイスの製造方法において、上記半導体基体は、上記接合部との接触にあたって、上記接合部との接合面が予めダイシング処理またはエッチング処理により、上記母材材料が露出されていることが好ましい。
【００１３】
この電子デバイスの製造方法において、上記Ａｕを含む接合材料がＡｕ−Ｓｎであり、上記母材材料がＳｉであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電子デバイスの製造方法は、比較的簡単な方法で、電子デバイスを構成する部材間の接合強度をより高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図２】同上の電子デバイスの製造方法を示す別の要部の概略断面図である。
【図３】同上における電子デバイスの概略断面図である。
【図４】同上における電子デバイスの要部を示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＡＡ’概略断面図である。
【図５】同上の他の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図６】同上の別の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図７】実施形態２の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図８】同上の電子デバイスの製造方法を示す別の要部の概略断面図である。
【図９】同上の他の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図１０】実施形態３の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図１１】実施形態４の電子デバイスの製造方法を示す概略断面図である。
【図１２】同上の電子デバイスの製造方法を示す別の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態の電子デバイス１０の製造方法の一例として、図３に示す構造の電子デバイス１０たる赤外線センサ装置１０Ａの製造方法を説明する。まず、赤外線センサ装置１０Ａの構造について図３を用いて説明する。また、赤外線センサ装置１０Ａの内部の気密空間１０ａに配される赤外線アレイセンサ２ａについて、図４を用いて説明する。
【００１７】
図３に示す赤外線センサ装置１０Ａは、凹状のセラミック製のパッケージ１ａを備えている。パッケージ１ａは、接合部３を用いて、凹状のパッケージ１ａの内底面１ａｂに赤外線アレイセンサ２ａを実装している。すなわち、電子デバイス１０である赤外線センサ装置１０Ａは、半導体基体２である赤外線アレイセンサ２ａと、赤外線アレイセンサ２ａを実装する基体１たるパッケージ１ａとを接合部３により接合している。
【００１８】
また、赤外線センサ装置１０Ａは、金属製の蓋体に貫通孔１ｂａが貫設されたリッド１ｂを備えている。赤外線センサ装置１０Ａは、接合部３を用いて貫通孔１ｂａを覆うように、半導体材料により形成された赤外線通過部２ｃをリッド１ｂに接合している。言い換えれば、赤外線センサ装置１０Ａは、半導体基体２である赤外線透過部材２ｃと、赤外線透過部材２ｃを実装する基体１たるリッド１ｂとを接合部３により接合している。
【００１９】
なお、赤外線透過部材２ｃは、Ｓｉにより形成されており、外部からの赤外線を集光して赤外線アレイセンサ２ａに照射できるように平凸レンズ形状に形成されている。また、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線入射面側に、所定の赤外線を透過させる誘電体多層膜により形成させたフィルタ２ｃａを備えている。同様に、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線出射面側に、所定の赤外線を透過させる誘電体多層膜により形成させたフィルタ２ｃｂを備えている。
【００２０】
赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂが凹状のパッケージ１ａを覆うようにシーム溶接されている。赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂと凹状のパッケージ１ａとで囲まれた空間を気密空間１０ａとしている。なお、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線センサ装置１０Ａの内部の気密空間１０ａに、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合する接合部３の一部および赤外線透過部材２ｃをリッド１ｂ側に接合する接合部３の一部が露出している。
【００２１】
赤外線センサ装置１０Ａは、ワイヤ６（たとえば、金線やアルミニウム線）により、赤外線アレイセンサ２ａと、パッケージ１ａ上の回路パターン（図示していない）とを電気的に接続させている。赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａの検知出力をワイヤ６や回路パターンを介して赤外線センサ装置１０Ａの外部へ出力できるように構成している。
【００２２】
以下、本実施形態に用いられる赤外線センサ装置１０Ａの各構成について、詳述する。
【００２３】
赤外線センサ装置１０Ａのパッケージ１ａは、たとえば、パッケージ１ａの内底面１ａｂ側に赤外線アレイセンサ２ａが実装可能なものであり、セラミックなどから構成することができる。パッケージ１ａは、たとえば、アルミナを主成分としたセラミックにより形成することができる。パッケージ１ａは、アルミナを主成分としたセラミックだけでなく、アルミナにガラス系材質を加えることで、たとえば９００℃以下のより低い温度で焼成されたＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）を用いることができる。パッケージ１ａは、ＬＴＣＣの材料として、具体的には、アルミノケイ酸塩系（Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂａ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）のガラス組成物を用いることができる。
【００２４】
パッケージ１ａは、不活性ガスを封入したり真空排気させるなど気密封止のため、ガスバリア性が高いことが要求される。そのため、パッケージ１ａは、パッケージ１ａの材料として、窒化アルミニウム、アルミナやシリカ系セラミックを用いることがより好ましい。また、パッケージ１ａは、金属やシリコン材料により形成させてもよい。パッケージ１ａは、凹状のセラミック製のパッケージ１ａの構成だけに限定されず、キャンパッケージに使用されるステムでもよし、半導体ウエハを利用するものでもよい。
【００２５】
赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂを蓋体として、リッド１ｂと、赤外線アレイセンサ２ａが実装されたパッケージ１ａとを接合して気密封止することで、赤外線センサ装置１０Ａの内部を気密空間としている。金属製のリッド１ｂとセラミック製のパッケージ１ａとを気密性よく強固に接合するためには、たとえば、抵抗シーム溶接を行えばよい。そのため、パッケージ１ａは、パッケージ１ａ上にリッド１ｂと抵抗シーム溶接が可能なように、たとえば、コバールからなるシームリング（図示していない）が設けられている。なお、パッケージ１ａは、リッド１ｂと抵抗シーム溶接する場合、シームリングと当接するパッケージ１ａ上にシーム溶接用金属膜（たとえば、Ｗ膜、Ｎｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜など）を予め形成しておくことが好ましい。
【００２６】
次に、赤外線アレイセンサ２ａは、赤外線イメージセンサなどに用いられるものであり、図４（ａ）の平面視において、ｍ×ｎ個（図示例では、２×２個）の熱型赤外線検出部４０ａを２次元アレイ状に配置して構成している。熱型赤外線検出部４０ａは、図４（ｃ）の断面図で示すように、シリコン基板４１の一表面側に形成されたシリコン酸化膜４２ａと、シリコン酸化膜４２ａ上に形成されたシリコン窒化膜４２ｂと、シリコン窒化膜４２ｂ上に形成されたセンシングエレメント２０と、シリコン窒化膜４２ｂの表面側でセンシングエレメント２０を覆うように形成された層間絶縁膜４２ｇと、層間絶縁膜４２ｇ上に形成されたパッシベーション膜４２ｉとの積層構造をパターニングすることで赤外線センサ薄膜４２を形成してある。
【００２７】
ここにおいて、赤外線センサ薄膜４２の一部は、シリコン基板４１における一表面側から形成された空洞４５によってシリコン基板４１と空間的に分離されている。また、赤外線センサ薄膜４２には、空洞４５と連通するスリット４４が赤外線センサ薄膜４２の厚み方向に貫設されている。熱型赤外線検出部４０ａは、赤外線センサ薄膜４２のうちシリコン基板４１から空間的に分離された部分が赤外線を吸収する赤外線吸収部２１を構成している。
【００２８】
熱型赤外線検出部４０ａは、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho SilicateGlass）膜により層間絶縁膜４２ｇを構成している。熱型赤外線検出部４０ａは、ＰＳＧ（PhosphoSilicate Glass)膜とＰＳＧ膜上のＮＳＧ（Non-doped Silicate Glass)膜との積層膜によりパッシベーション膜４２ｉを構成している。熱型赤外線検出部４０ａは、層間絶縁膜４２ｇとパッシベーション膜４２ｉとの積層膜が赤外線吸収膜２２を兼ねている。
【００２９】
ここで、熱型赤外線検出部４０ａは、赤外線吸収膜２２の屈折率をｎ、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜２２の厚さｔをλ／４ｎに設定すると、検出対象の波長（たとえば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ高感度化を図ることができる。赤外線吸収膜２２は、たとえば、ｎ＝１．４、λ＝１０μｍである場合にはｔ≒１．８μｍとすればよく、層間絶縁膜４２ｇの膜厚を０．８μｍ、ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍとしてある。なお、パッシベーション膜４２ｉは、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜の積層膜に限らず、たとえば、シリコン窒化膜で形成してもよい。
【００３０】
熱型赤外線検出部４０ａのセンシングエレメント（感温部）２０は、サーモパイルを備えている。サーモパイルは、図４（ｂ）における、中央部側の赤外線吸収部２１と外周部側の空洞４５を囲むシリコン基板４１とに跨って形成されたｐ型ポリシリコン層４２ｅおよびｎ型ポリシリコン層４２ｃを有している。また、サーモパイルは、赤外線吸収部２１の赤外線入射面側でｐ型ポリシリコン層４２ｅの一端部とｎ型ポリシリコン層４２ｃの一端部とを電気的に接合した金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部２３を有している。ここで、サーモパイルは、シリコン基板４１の一表面側で互いに隣り合う熱電対のｐ型ポリシリコン層４２ｅの他端部とｎ型ポリシリコン層４２ｃの他端部とが金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる配線４２ｈで接合することにより、４個の熱電対が直列接続されている。
【００３１】
サーモパイルは、ｎ型ポリシリコン層４２ｃの一端部とｐ型ポリシリコン層４２ｅの一端部と接続部２３とで赤外線吸収部２１側の温接点を構成し、ｐ型ポリシリコン層４２ｅの他端部とｎ型ポリシリコン層４２ｃの他端部と配線４２ｈとでシリコン基板４１側の冷接点を構成している。
【００３２】
なお、接続部２３は、ｎ型ポリシリコン層４２ｃおよびｐ型ポリシリコン層４２ｅに対して、層間絶縁膜４２ｇに形成したコンタクトホール２５を通してそれぞれ、電気的に接続させてある。赤外線吸収部２１となる矩形領域の四隅には、赤外線センサ薄膜４２の厚み方向に貫通するスリット４４をシリコン基板４１の一表面側からエッチングにより形成している。スリット４４は、各熱電対を熱的に分離させ熱型赤外線検出部４０ａのセンサ感度を向上させることができる。
【００３３】
さらに、赤外線アレイセンサ２ａは、赤外線吸収部２１の赤外線入射面側に、赤外線センサ薄膜４２の応力バランスの均一性を高めることが可能なｎ型補償ポリシリコン層４２ｄおよび電気的に中性なｐ型補償ポリシリコン層４２ｆを好適に備えている。ｎ型補償ポリシリコン層４２ｄやｐ型補償ポリシリコン層４２ｆは、ｎ型ポリシリコン層４２ｃおよびｐ型ポリシリコン層４２ｅの形成時に、ｎ型ポリシリコン層４２ｃやｐ型ポリシリコン層４２ｅと同様に成膜などして形成することができる。
【００３４】
赤外線センサ薄膜４２の厚みは、シリコン基板４１の厚みと比較して十分に薄く形成している。赤外線センサ薄膜４２の厚みは、上述した赤外線吸収膜２２等により構成された赤外線センサ薄膜４２の厚みに限られず、たとえば、０．１μｍ〜１０μｍ程度の厚みとすることもできる。なお、赤外線アレイセンサ２ａは、個別電極２４と共通電極２６とを介して、検知出力を外部に出力させることができる。
【００３５】
次に、赤外線センサ装置１０Ａに用いられるリッド１ｄは、パッケージ１ａに実装された赤外線アレイセンサ２ａを囲ってパッケージ１ａと気密封止が可能なものである。リッド１ｂには、パッケージ１ａの内底面１ａｂ側に実装させた赤外線アレイセンサ２ａに対して窓となる貫通孔１ｂａを有し、貫通孔１ｂａを覆うように赤外線アレイセンサ２ａに赤外線を入射させるレンズ形状の赤外線透過部材２ｃが気密接合してある。なお、赤外線センサ装置１０Ａは、蓋体として、パッケージ１ａを封止するリッド１ｂだけに限らずキャンパッケージに用いられるキャップでもよし、半導体ウエハを利用するものでもよい。
【００３６】
リッド１ｂは、ノイズの原因となる不要な赤外線が赤外線アレイセンサ２ａに入射することを抑制し、パッケージ１ａと気密接合することが可能なものが好ましい。リッド１ｂとパッケージ１ａとをシーム溶接する場合、リッド１ｂは、導電性を有することが好ましい。リッド１ｂは、リッド１ｂの材料として、コバール、ステンレスや鉄などを用いることができる。
【００３７】
また、赤外線センサ装置１０Ａは、リッド１ｂをパッケージ１ａにシーム溶接させる場合、リッド１ｂがパッケージ１ａ或いはシームリングと当接するリッド１ｂの表面にＮｉメッキ層を設けることが好ましい。
【００３８】
次に、接合部３は、Ａｕを含む接合材料から構成している。接合部３は、Ａｕを含む接合材料として、たとえば、２７８℃以上で溶融するＡｕＳｎ、３５６℃以上で溶融するＡｕＧｅや３００℃以上で焼結を生ずるＡｕペーストなどを好適に用いることができる。なお、接合部３は、接合部３の接合材料として、Ａｕペーストを利用する場合、サブミクロンオーダのＡｕ粒子と、有機溶剤と、界面活性剤とを混ぜ合わせたスラリーを用いることができる。Ａｕペーストを接合材料とする接合部３は、Ａｕの融点が通常、１０６４℃であるに対し、３００℃の低温においても溶融させることができる。
【００３９】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａに用いられる赤外線透過部材２ｃは、リッド１ｂの貫通孔１ｂａを封止するように接合され、図３に示すように平凸レンズ形状に形成している。赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの形状として、平凸レンズ形状に限られず、たとえば、凹レンズ、シリンドリカルレンズ、楕円球面レンズ、フレネルレンズや回折レンズなどのレンズ形状や板状の平板形状としてもよい。
【００４０】
また、赤外線透過部材２ｃの材料としては、赤外線が透過可能なＳｉやＧｅなど半導体材料が好適に用いられるが、これに限られない。なお、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの形状をレンズ形状とするには、たとえば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの形成方法により形成することができる。
【００４１】
より具体的には、陽極酸化技術を応用して赤外線透過部材２ｃとなる半導体レンズを形成するために、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板（たとえば、シリコン基板）の一表面側に半導体基板とオーミック接触をなすように形成する。たとえば、凸レンズ形状の赤外線透過部材２ｃを形成するために、半導体基板は、半導体基板の一表面上に陽極の基礎となる導電性層を形成した後、導電性層に円形状に開口した部位を設け半導体基板の一表面の一部が円形状に露出するようにパターニングを行う。
【００４２】
次に、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去可能な電解液中に、半導体基板の他表面における多孔質部の形成予定領域全域を浸す。
【００４３】
その後、半導体基板の他表面側に対向配置される陰極と陽極との間に通電させ、半導体基板の他表面側に所望形状の多孔質部を酸化により形成する。続いて、半導体基板に形成された多孔質部をエッチングなどにより除去することで、凸レンズ形状の赤外線透過部材２ｃを形成することができる。
【００４４】
なお、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極の代わりに、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した絶縁層を半導体基板の一表面側に形成し、絶縁層を有する半導体基板の一表面側に導電層を形成する、或いは絶縁層を有する半導体基板の一表面側と電解液を介して通電用電極を対向配置することで、半導体基板の他表面側に、後に除去される多孔質部を形成することもできる。また、導電性層に円形状に開口した部位を設ける代わりに、平面形状が長方形状の陽極を形成すれば、赤外線透過部材２ｃとして平凹型のシリンドリカルレンズを形成することもできる。赤外線透過部材２ｃは、ウエハレベルの半導体基板に複数個のレンズ形状を形成し、ダイシングにより格別に個片化することで形成することができる。
【００４５】
次に、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法について説明する。赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合させるに先立って、メッキ法により、Ａｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎの接合部３をパッケージ１ａの内底面１ａｂに設けている（図１（ａ）を参照）。なお、接合部３は、メッキ法により形成させるだけでなく、スパッタ法や蒸着法により形成させたものでもよい。また、接合部３は、Ａｕ−Ｓｎからなるリボン状の薄膜をレーザ溶着により溶融させて、パッケージ１ａに設けたものでもよい。本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａでは、接合部３がＡｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎからなり、赤外線アレイセンサ２ａの接合部３側となるシリコン基板４１が接合部３を構成する元素（ここでは、ＡｕとＳｎ）以外から構成される母材材料（ここでは、Ｓｉ）からなっている。
【００４６】
赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、たとえば、内部を所定の真空雰囲気とした加熱炉の真空チャンバ（図示していない）内で、パッケージ１ａに設けたＡｕ−Ｓｎからなる接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱する。加熱炉は、パッケージ１ａごと接合部３を加熱して接合材料を溶融し液相状態にすることができる。続いて、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、真空チャンバ内において、加熱による溶融により液相状態にした接合材料に、赤外線アレイセンサ２ａの固相状態であるシリコン基板４１を接触させる接触工程を行う。なお、接触工程において、シリコン基板４１は、液相状態の接合材料に載置させるだけでなく、液相状態の接合材料に押圧してもよい。また、接合部３を溶融する加熱は、加熱炉によるものだけに限られない。したがって、接合部３は、たとえば、レーザを照射して液相状態に溶融させることもできる。
【００４７】
続いて、接触工程後に、加熱炉の温度を上昇させ、Ａｕと赤外線アレイセンサ２ａにおけるシリコン基板４１の母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（ここでは、Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）の温度以上に加熱して赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合する接合工程を行う（図１（ｂ）を参照）。ここで、赤外線アレイセンサ２ａと接合部３との固液界面近傍では、ＡｕＳｎ中にＳｉが析出などする、あるいはＳｉ中にＡｕやＳｎが析出などする。これにより、赤外線アレイセンサ２ａと接合部３との固液界面近傍は、図１（ｂ）中の破線により模式的に例示した接合反応部３ａ（たとえば、Ａｕ−Ｓｉ（−Ｓｎ）など）が形成される。
【００４８】
これにより、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、凹状のパッケージ１ａの内底面１ａｂに赤外線アレイセンサ２ａを実装することができる。
【００４９】
なお、赤外線センサ装置１０Ａは、液相状態の接合部３と固相状態の赤外線アレイセンサ２ａとを接触して反応させる固液反応により接合している。そのため、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に凹凸があっても液相状態の接合部３が凹凸を埋め込んで接合することができる。これにより、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に凹凸があっても、接合部３との接触面積を増やすことができる。そのため、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａと接合部３との接合強度を高めることが可能となる。なお、接合部３は、赤外線アレイセンサ２ａと電気的に接続させるパッケージ１ａの内底面１ａｂに形成させた回路パターンと共有してもよい。
【００５０】
続いて、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、ワイヤ６により、赤外線アレイセンサ２ａの個別電極２４や共通電極２６と、回路パターンとをワイヤボンディングして電気的に接続する。
【００５１】
また、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａに実装することとは別途に、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｄに接合させている。
【００５２】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｄ側に接合させるに先立って、メッキ法により、Ａｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎの接合部３を、リッド１ｂ上に設けている（図２（ａ）を参照）。接合部３は、リッド１ｂに貫設された貫通孔１ｂａの周部であって、リッド１ｂに形成された金属からなる下地層１ｂｂ上に設けている。なお、接合部３は、メッキ法により形成させるだけでなく、スパッタ法や蒸着法により形成させたものでもよい。また、接合部３は、Ａｕ−Ｓｎからなるリボン状の薄膜をレーザ溶着により溶融させて、リッド１ｄに設けたものでもよい。本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａでは、接合部３がＡｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎからなり、赤外線透過部材２ｃが接合部３を構成する元素（ここでは、ＡｕとＳｎ）以外から構成される母材材料（ここでは、Ｓｉ）からなっている。なお、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線入射面側に、誘電体多層膜により形成させたフィルタ２ｃａが形成され、赤外線透過部材２ｃの赤外線出射面側に、誘電体多層膜により形成させたフィルタ２ｃｂが形成されている。また、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの側面２ｃｃにおける接合部３側で母材材料が露出している。
【００５３】
赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、たとえば、内部を所定の真空雰囲気とした加熱炉の真空チャンバ（図示していない）内で、リッド１ｄに設けたＡｕ−Ｓｎからなる接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱する。加熱炉は、リッド１ｄごと接合部３を加熱して接合材料を溶融し液相状態にすることができる。続いて、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、真空チャンバ内において、加熱による溶融により液相状態にした接合材料に、固相状態である赤外線透過部材２ｃの側面２ｃｃを接触させる接触工程を行う。なお、接合部３を溶融する加熱は、加熱炉によるものだけに限られない。したがって、接合部３は、たとえば、レーザを照射して液相状態に溶融させることもできる。
【００５４】
続いて、接触工程後に、加熱炉の温度を上昇させ、Ａｕと赤外線透過部材２ｃの母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（ここでは、Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）の温度以上に加熱して赤外線透過部材２ｃをリッド１ｄ側に接合する接合工程を行う（図２（ｂ）を参照）。ここで、赤外線透過部材２ｃと接合部３との固液界面近傍では、ＡｕＳｎ中にＳｉが析出などする、あるいはＳｉ中にＡｕやＳｎが析出などする。これにより、赤外線透過部材２ｃと接合部３との固液界面近傍では、図２（ｂ）中の破線により模式的に例示した接合反応部３ａ（たとえば、Ａｕ−Ｓｉ（−Ｓｎ）など）が形成される。
【００５５】
これにより、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、リッド１ｄの貫通孔１ｂａを覆って塞ぐように、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｄに接合することができる。
【００５６】
その後、赤外線センサ装置１０Ａの内部に気密空間１０ａを形成するように、パッケージ１ａと、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂとをシーム溶接する。具体的には、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａなどが実装されたパッケージ１ａを覆うように、シームリングを介して、リッド１ｂを真空雰囲気でシーム溶接し気密封止する。赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、気密封止工程により赤外線センサ装置１０Ａを形成することができる（図３を参照）。
【００５７】
また、図１で示した本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、液相状態にした接合材料と接触する母材材料として、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側となるシリコン基板４１を用いているが、これのみに限られるものではない。
【００５８】
したがって、赤外線センサ装置１０Ａは、たとえば、図５に示すように、赤外線アレイセンサ２ａのパッケージ１ａ側に液相状態にした接合材料と接合させる母材材料を反応層２ｂとして設けたものでもよい。
【００５９】
反応層２ｂは、たとえば、ＳｉやＧｅなどを母材材料とするものが挙げられる。反応層２ｂは、各種のＣＶＤ法を用いて、赤外線アレイセンサ２ａのパッケージ１ａ側に比較的簡単に形成することができる。反応層２ｂは、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に直接設けてもよいし、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁層２ａａを介して、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に設けてもよい。なお、図５に示す赤外線センサ装置１０Ａでは、パッケージ１ａ上に設けたＷやＴｉなどの高融点金属などからなる下地層１ａａ上に接合部３を設けている。
【００６０】
また、図６（ａ），（ｂ）に示す本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、図２（ａ），（ｂ）で示した赤外線透過部材２ｃとリッド１ｂとの接合と同様に、赤外線アレイセンサ２ａの側面２ａｃを液相状態にした接合材料と接触させて接合するものでもよい。
【００６１】
これにより、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に設けた絶縁膜２ａａを除去することなしに、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合することができる。
【００６２】
（実施形態２）
図７ないし図９に示す本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａは、図３に示す実施形態１の赤外線センサ装置１０Ａと略同一の構造としている。本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａや赤外線透過部材２ｃが、液相状態にした接合材料と接触する前に、接合部３との接合面を予めダイシング処理またはエッチング処理されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
【００６３】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法において、パッケージ１ａ側では、図７（ａ）に示すように、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に実装できるように、Ａｕ−Ｓｎよりなる接合部３が、下地層１ａａを介してパッケージ１ａに設けられている。
【００６４】
ここで、赤外線アレイセンサ２ａは、赤外線アレイセンサ２ａのパッケージ１ａ側にＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁層２ａａを備えている。赤外線アレイセンサ２ａは、接合部３側との接合面が予めダイサー（図示していない）によるダイシング処理により、絶縁層２ａａごと部分的に除去した溝部２ａｅを備えている。赤外線アレイセンサ２ａは、ダイシング処理により、溝部２ａｅの内周面においてＳｉからなる母材材料を露出させている。
【００６５】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、パッケージ１ａに設けた接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱して液相状態にした接合材料（ここでは、Ａｕ−Ｓｎ）と、赤外線アレイセンサ２ａの溝部２ａｅ内で露出した固相状態の母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）とを接触させる接触工程を行う。接触工程において、接合部３は、加熱により液相状態としているため、比較的簡単に赤外線アレイセンサ２ａの溝部２ａｅ内に入り込むことができる（図７（ｂ）を参照）。
【００６６】
接触工程後に、Ａｕと母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）以上に加熱して、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合する接合工程を行うことができる。
【００６７】
また、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法において、リッド１ｂ側では、図８（ａ）に示すように、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｂ側に接合できるように、Ａｕ−Ｓｉよりなる接合部３が、下地層１ｂｂを介してリッド１ｂに設けられている。
【００６８】
ここで、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線入射面側に、誘電体多層膜（たとえば、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２などの金属酸化物や弗化物などの積層膜）により形成させたフィルタ２ｃａを備えている。同様に、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線出射面側に、誘電体多層膜（たとえば、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２などの金属酸化物や弗化物などの積層膜）により形成させたフィルタ２ｃｂを備えている。赤外線透過部材２ｃは、接合部３側の外周部がダイシング処理により、フィルタ２ｃｂごと部分的に除去された切欠部２ｃｄが形成されている。
【００６９】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、リッド１ｂに設けた接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱して液相状態する。赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、液相状態にした接合材料（ここでは、Ａｕ−Ｓｎ）と、赤外線透過部材２ｃの切欠部２ｃｄで露出した固相状態の母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）とを接触させる接触工程を行う。接触工程において、接合部３は、加熱により液相状態としているため、比較的簡単に赤外線透過部材２ｃの切欠部２ｃｄに入り込む（図８（ｂ）を参照）。
【００７０】
続いて、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、接触工程後に、Ａｕと母材材料を構成する元素との合金（Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）以上に加熱して、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｂ側に接合する接合工程を行うことができる。
【００７１】
なお、赤外線透過部材２ｃは、図８の赤外線透過部材２ｃのように、赤外線透過部材２ｃの外周部に切欠部２ｃｄを設けたものだけでなく、図９に示すごとく、接合部３と接する赤外線透過部材２ｃの接合部３側に複数個の溝部２ｃｅを予め形成したものでもよい。
【００７２】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、接合部３との接合面が予めダイシング処理やエッチング処理により、母材材料が露出されていることにより、半導体基体２と接合部３との接合面積を広く得ることができる。そのため、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａの接合面の表面に凹凸があっても気密性を確保しながら接合強度を向上することも可能となる。
【００７３】
（実施形態３）
本実施形態の電子デバイス１０たる加速度センサ装置１０Ｂの製造方法は、図３に示す実施形態１の赤外線アレイセンサ２ａを備えた赤外線センサ装置１０Ａを製造する代わりに、図１０に示す加速度センサ素子２ｄを備えた加速度センサ装置１０Ｂを製造する点が異なる。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適宜省略する。
【００７４】
以下、図１０に示す加速度センサ装置１０Ｂおよび加速度センサ素子２ｄについて説明する。
【００７５】
加速度センサ素子２ｄは、図１０に示すように、支持部２ｄａと、支持部２ｄａに揺動自在に支持されたカンチレバー部２ｄｂとを備えたベース基板と、ベース基板の一表面側においてカンチレバー部２ｄｂに形成されカンチレバー部２ｄｂの撓みに応じて抵抗値が変化する歪検知センサ部２ｄｄとを備えている。歪検知センサ部２ｄｄは、図示していないが、それぞれ歪み検出素子として２個ずつのピエゾ抵抗が形成されており、ブリッジ回路を構成するように接続されている。なお、ベース基板は、カンチレバー部２ｄｂを介して、支持部２ｄａと対向する側に錘部２ｄｃを備えている。
【００７６】
加速度センサ素子２ｄは、外力（すなわち、加速度）が作用すると、支持部２ｄａと錘部２ｄｃとの位置が相対的に変位し、カンチレバー部２ｄｂが撓むことによって、歪検知センサ部２ｄｄにおけるピエゾ抵抗の抵抗値が変化する。加速度センサ素子２ｄは、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することにより加速度を検出することができる。
【００７７】
ここで、加速度センサ素子２ｄのベース基板は、たとえば、ＳＯＩ基板や単結晶のシリコン基板などを用いて形成している。したがって、図１に示す実施形態１の赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合する代わりに、図１０に示す加速度センサ素子２ｄをパッケージ１ａ側に接合することができる。
【００７８】
具体的には、本実施形態の加速度センサ装置１０Ｂの製造方法は、パッケージ１ａの内底面１ａｂに設けたＡｕ−Ｓｎからなる接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱する。続いて、加速度センサ装置１０Ｂの製造方法は、加熱して液相状態にした接合材料と、加速度センサ素子２ｄの固相状態であるベース基板とを接触させる接触工程を行う。
【００７９】
続いて、接触工程後に、Ａｕと加速度センサ素子２ｄにおけるベース基板の母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（ここでは、Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）の温度以上に加熱して加速度センサ素子２ｄをパッケージ１ａ側に接合する接合工程を行う。これにより、加速度センサ装置１０Ａは、パッケージ１ａに加速度センサ素子２ｄを実装することができる。なお、加速度センサ装置１０Ｂは、赤外線センサ装置１０Ａのように赤外線を透過させる必要がないため、金属製の平板状のリッド１ｂをパッケージ１ａとシーム溶接させている。
【００８０】
本実施形態により製造された加速度センサ装置１０Ｂは、パッケージ１ａとリッド１ｂとの間の気密空間１０ａにおいて、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などのダイボンド材によりパッケージ１ａに加速度センサ素子２ｄを実装するものと比較して、ダイボンド材からアウトガスが放出されることがない。そのため、加速度センサ装置１０Ｂは、放出されたアウトガスが内部の気密空間１０ａの高真空化の阻害要因となることもなく、加速度センサ素子２ｄの性能劣化を引き起こすことも抑制される。
【００８１】
また、本実施形態の加速度センサ装置１０Ｂの製造方法で製造された加速度センサ装置１０Ｂは、一般に、４００℃以上の加熱が必要となるガラスフリットを用いて加速度センサ素子２ｄを実装したものと比較して、より低温の４００℃未満で加速度センサ素子２ｄを実装することも可能となる。
【００８２】
なお、本実施形態の電子デバイス１０の製造方法は、加速度センサ装置１０Ｂや上述の実施形態１で説明した赤外線センサ装置１０Ａだけでなく、ジャイロセンサ装置、圧力センサ装置、振動発電装置、ＭＥＭＳ光スキャナなどの製造方法にも適用できることは、いうまでもない。
【００８３】
（実施形態４）
本実施形態の電子デバイス１０は、図３に示す実施形態１の赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂとパッケージ１ａとの間の気密空間１０ａにおいて赤外線アレイセンサ２ａを接合部３により実装した赤外線センサ装置１０Ａの代わりに、図１１に示すように、凹所２ｅｅを備えた半導体カバー２ｅと赤外線アレイセンサ１ｃとを接合させて凹所２ｅｅ内を気密空間１０ａとする赤外線センサ装置１０Ｃを形成する点が相違する。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適宜省略する。
【００８４】
図１１（ａ），（ｂ）に示した電子デバイス１０たる赤外線センサ装置１０Ｃは、半導体カバー２ｅの基礎となるカバーウエハ２ｆと、赤外線アレイセンサ１ｃの基礎となる半導体素子ウエハ１ｆとを用いて形成している。なお、カバーウエハ２ｆは、赤外線センサ薄膜４２を保護する凹所２ｅｅを備えたシリコンウエハを用いればよい。また、半導体素子ウエハ１ｆは、たとえば、実施形態１で説明した赤外線アレイセンサ２ａを個片化により形成する前のウエハを用いればよい。ここで、カバーウエハ２ｆと、半導体素子ウエハ１ｆとは、Ａｕ−Ｓｎを接合材料とする接合部３により接合する。また、接合部３は、絶縁層１ａｃを介して、半導体素子ウエハ１ｆに設けている（図１１（ａ）を参照）。
【００８５】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、まず、半導体素子ウエハ１ｆに設けたＡｕ−Ｓｎからなる接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱する。続いて、赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、加熱して液相状態にした接合材料と、固相状態であるカバーウエハ２ｆとを接触させる接触工程を行う。
【００８６】
続いて、接触工程後に、Ａｕとカバーウエハ２ｆの母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（ここでは、Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）の温度以上に加熱して、カバーウエハ２ｆを半導体素子ウエハ１ｆ側に接合する接合工程を行う。これにより、赤外線センサ装置１０Ｃは、カバーウエハ２ｆと、半導体素子ウエハ１ｆとを接合することができる。赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、カバーウエハ２ｆと、半導体素子ウエハ１ｆとを接合する接合工程が終了するまでをウェハレベルで行う。最後に、赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、カバーウエハ２ｆと、半導体素子ウエハ１ｆとが接合されたものをダイシングするダイシング工程を行うことにより、個片化した赤外線センサ装置１０Ｃを形成することができる。ダイシング工程は、カバーウエハ２ｆと半導体素子ウエハ１ｆとが接合されたものを、ダイシングレーン(図１１（ｂ）で例示する破線)に沿ってダイシングすればよい。
【００８７】
なお、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、図１２に示すように、カバーウエハ２ｆと半導体素子ウエハ１ｆとを絶縁層１ａｃを設けることなく、接合部３により接合させている。図１２に示す赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法では、カバーウエハ２ｆと半導体素子ウエハ１ｆとの両方に接合反応部３ａ（たとえば、Ａｕ−Ｓｉ（−Ｓｎ）など）を形成させることができる。
【００８８】
これにより、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、比較的簡単な方法で、赤外線センサ装置１０Ｃを構成する部材間の接合強度をより高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００８９】
１ 基体
２ 半導体基体
３ 接合部
１０ 電子デバイス
１０ａ 気密空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に気密空間を有する電子デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加速度センサ装置、ジャイロセンサ装置や圧力センサ装置などの各種のＭＥＭＳ（Micro Electro MechanicalSystems）や赤外線センサ装置などの電子デバイスは、機能素子が配される内部の空間を気密空間とするものがある。電子デバイスは、電子デバイスの内部を気密空間とすることにより、外部からの異物の混入を抑制し、内部の機能素子の保護などを行うことができる。
【０００３】
この種の電子デバイスとしては、たとえば、機能素子を備えたシリコン基板と、機能素子を覆い内部に空間を形成する保護キャップとを備え、シリコン基板と、保護キャップに設けたＡｕ膜からなる接合層とを接触させて、ＡｕＳｉ共晶温度の３６３℃以上に加熱して接合するものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、別の電子デバイスとして、機能素子たるＭＥＭＳデバイスを備えたＭＥＭＳ基板と、ＭＥＭＳデバイスを囲む枠部と、ＭＥＭＳ基板と枠部とで囲まれたキャビティ内にＭＥＭＳデバイスを密閉状態で収容させるＩＣ基板とを備え、ＭＥＭＳ基板と枠部とＩＣ基板とが、各々重ね合わされる接合面に予め形成させた金属膜を利用したＡｕＳｉ共晶接合やＡｕＳｎ共晶接合などにより、接合されたものも知られている（たとえば、特許文献２参照。）。
【０００５】
電子デバイスは、アウトガスの放出により、電子デバイスの内部の気密空間の気密性を阻害する有機材料からなる接着剤を用いることなく、電子デバイスを構成する部材間を接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３１６４９７号公報
【特許文献２】特開２００９−５９９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電子デバイスは、電子デバイスを構成する部材間のＡｕＳｉ共晶接合により電子デバイスの内部の空間を気密空間とする場合、接合面の表面の粗度が高ければ未接合領域が生じやすい。この場合、電子デバイスは、十分な接合強度を備えた接合や気密空間の気密性を維持することが困難な場合がある。
【０００８】
また、電子デバイスは、電子デバイスを構成する部材間をＡｕＳｎ共晶接合することにより電子デバイスを製造する場合、部材間の対向する一方の接合面にＡｕＳｎ膜を設け、他方の接合面にＡｕ等の金属膜を予め形成しておく必要がある。そのため、電子デバイスは、製造コストの増加を招くという弊害がある。
【０００９】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、比較的簡単な方法で、電子デバイスを構成する部材間の接合強度をより高めることが可能な電子デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電子デバイスの製造方法は、半導体基体と、該半導体基体を実装する基体と、上記半導体基体を上記基体側に接合する接合部とを備えた電子デバイスの内部の気密空間に、上記接合部の一部が露出する電子デバイスの製造方法であって、上記接合部がＡｕを含む接合材料からなり、上記半導体基体の上記接合部側が上記接合材料を構成する元素以外から構成される母材材料からなり、上記基体に設けた上記接合部を溶融する温度以上に加熱して液相状態にした上記接合材料と固相状態の上記母材材料とを接触させる接触工程と、該接触工程後に、Ａｕと上記母材材料を構成する元素との合金の融点の温度以上に加熱して、上記半導体基体を上記基体側に接合する接合工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
この電子デバイスの製造方法において、上記半導体基体の側面と、上記基体上の上記接合部とを接合させることが好ましい。
【００１２】
この電子デバイスの製造方法において、上記半導体基体は、上記接合部との接触にあたって、上記接合部との接合面が予めダイシング処理またはエッチング処理により、上記母材材料が露出されていることが好ましい。
【００１３】
この電子デバイスの製造方法において、上記Ａｕを含む接合材料がＡｕ−Ｓｎであり、上記母材材料がＳｉであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電子デバイスの製造方法は、比較的簡単な方法で、電子デバイスを構成する部材間の接合強度をより高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図２】同上の電子デバイスの製造方法を示す別の要部の概略断面図である。
【図３】同上における電子デバイスの概略断面図である。
【図４】同上における電子デバイスの要部を示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＡＡ’概略断面図である。
【図５】同上の他の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図６】同上の別の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図７】実施形態２の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図８】同上の電子デバイスの製造方法を示す別の要部の概略断面図である。
【図９】同上の他の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図１０】実施形態３の電子デバイスの製造方法を示す要部の概略断面図である。
【図１１】実施形態４の電子デバイスの製造方法を示す概略断面図である。
【図１２】同上の電子デバイスの製造方法を示す別の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態の電子デバイス１０の製造方法の一例として、図３に示す構造の電子デバイス１０たる赤外線センサ装置１０Ａの製造方法を説明する。まず、赤外線センサ装置１０Ａの構造について図３を用いて説明する。また、赤外線センサ装置１０Ａの内部の気密空間１０ａに配される赤外線アレイセンサ２ａについて、図４を用いて説明する。
【００１７】
図３に示す赤外線センサ装置１０Ａは、凹状のセラミック製のパッケージ１ａを備えている。パッケージ１ａは、接合部３を用いて、凹状のパッケージ１ａの内底面１ａｂに赤外線アレイセンサ２ａを実装している。すなわち、電子デバイス１０である赤外線センサ装置１０Ａは、半導体基体２である赤外線アレイセンサ２ａと、赤外線アレイセンサ２ａを実装する基体１たるパッケージ１ａとを接合部３により接合している。
【００１８】
また、赤外線センサ装置１０Ａは、金属製の蓋体に貫通孔１ｂａが貫設されたリッド１ｂを備えている。赤外線センサ装置１０Ａは、接合部３を用いて貫通孔１ｂａを覆うように、半導体材料により形成された赤外線通過部２ｃをリッド１ｂに接合している。言い換えれば、赤外線センサ装置１０Ａは、半導体基体２である赤外線透過部材２ｃと、赤外線透過部材２ｃを実装する基体１たるリッド１ｂとを接合部３により接合している。
【００１９】
なお、赤外線透過部材２ｃは、Ｓｉにより形成されており、外部からの赤外線を集光して赤外線アレイセンサ２ａに照射できるように平凸レンズ形状に形成されている。また、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線入射面側に、所定の赤外線を透過させる誘電体多層膜により形成させたフィルタ２ｃａを備えている。同様に、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線出射面側に、所定の赤外線を透過させる誘電体多層膜により形成させたフィルタ２ｃｂを備えている。
【００２０】
赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂが凹状のパッケージ１ａを覆うようにシーム溶接されている。赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂと凹状のパッケージ１ａとで囲まれた空間を気密空間１０ａとしている。なお、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線センサ装置１０Ａの内部の気密空間１０ａに、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合する接合部３の一部および赤外線透過部材２ｃをリッド１ｂ側に接合する接合部３の一部が露出している。
【００２１】
赤外線センサ装置１０Ａは、ワイヤ６（たとえば、金線やアルミニウム線）により、赤外線アレイセンサ２ａと、パッケージ１ａ上の回路パターン（図示していない）とを電気的に接続させている。赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａの検知出力をワイヤ６や回路パターンを介して赤外線センサ装置１０Ａの外部へ出力できるように構成している。
【００２２】
以下、本実施形態に用いられる赤外線センサ装置１０Ａの各構成について、詳述する。
【００２３】
赤外線センサ装置１０Ａのパッケージ１ａは、たとえば、パッケージ１ａの内底面１ａｂ側に赤外線アレイセンサ２ａが実装可能なものであり、セラミックなどから構成することができる。パッケージ１ａは、たとえば、アルミナを主成分としたセラミックにより形成することができる。パッケージ１ａは、アルミナを主成分としたセラミックだけでなく、アルミナにガラス系材質を加えることで、たとえば９００℃以下のより低い温度で焼成されたＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）を用いることができる。パッケージ１ａは、ＬＴＣＣの材料として、具体的には、アルミノケイ酸塩系（Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂａ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）のガラス組成物を用いることができる。
【００２４】
パッケージ１ａは、不活性ガスを封入したり真空排気させるなど気密封止のため、ガスバリア性が高いことが要求される。そのため、パッケージ１ａは、パッケージ１ａの材料として、窒化アルミニウム、アルミナやシリカ系セラミックを用いることがより好ましい。また、パッケージ１ａは、金属やシリコン材料により形成させてもよい。パッケージ１ａは、凹状のセラミック製のパッケージ１ａの構成だけに限定されず、キャンパッケージに使用されるステムでもよし、半導体ウエハを利用するものでもよい。
【００２５】
赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂを蓋体として、リッド１ｂと、赤外線アレイセンサ２ａが実装されたパッケージ１ａとを接合して気密封止することで、赤外線センサ装置１０Ａの内部を気密空間としている。金属製のリッド１ｂとセラミック製のパッケージ１ａとを気密性よく強固に接合するためには、たとえば、抵抗シーム溶接を行えばよい。そのため、パッケージ１ａは、パッケージ１ａ上にリッド１ｂと抵抗シーム溶接が可能なように、たとえば、コバールからなるシームリング（図示していない）が設けられている。なお、パッケージ１ａは、リッド１ｂと抵抗シーム溶接する場合、シームリングと当接するパッケージ１ａ上にシーム溶接用金属膜（たとえば、Ｗ膜、Ｎｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜など）を予め形成しておくことが好ましい。
【００２６】
次に、赤外線アレイセンサ２ａは、赤外線イメージセンサなどに用いられるものであり、図４（ａ）の平面視において、ｍ×ｎ個（図示例では、２×２個）の熱型赤外線検出部４０ａを２次元アレイ状に配置して構成している。熱型赤外線検出部４０ａは、図４（ｃ）の断面図で示すように、シリコン基板４１の一表面側に形成されたシリコン酸化膜４２ａと、シリコン酸化膜４２ａ上に形成されたシリコン窒化膜４２ｂと、シリコン窒化膜４２ｂ上に形成されたセンシングエレメント２０と、シリコン窒化膜４２ｂの表面側でセンシングエレメント２０を覆うように形成された層間絶縁膜４２ｇと、層間絶縁膜４２ｇ上に形成されたパッシベーション膜４２ｉとの積層構造をパターニングすることで赤外線センサ薄膜４２を形成してある。
【００２７】
ここにおいて、赤外線センサ薄膜４２の一部は、シリコン基板４１における一表面側から形成された空洞４５によってシリコン基板４１と空間的に分離されている。また、赤外線センサ薄膜４２には、空洞４５と連通するスリット４４が赤外線センサ薄膜４２の厚み方向に貫設されている。熱型赤外線検出部４０ａは、赤外線センサ薄膜４２のうちシリコン基板４１から空間的に分離された部分が赤外線を吸収する赤外線吸収部２１を構成している。
【００２８】
熱型赤外線検出部４０ａは、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho SilicateGlass）膜により層間絶縁膜４２ｇを構成している。熱型赤外線検出部４０ａは、ＰＳＧ（PhosphoSilicate Glass)膜とＰＳＧ膜上のＮＳＧ（Non-doped Silicate Glass)膜との積層膜によりパッシベーション膜４２ｉを構成している。熱型赤外線検出部４０ａは、層間絶縁膜４２ｇとパッシベーション膜４２ｉとの積層膜が赤外線吸収膜２２を兼ねている。
【００２９】
ここで、熱型赤外線検出部４０ａは、赤外線吸収膜２２の屈折率をｎ、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜２２の厚さｔをλ／４ｎに設定すると、検出対象の波長（たとえば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ高感度化を図ることができる。赤外線吸収膜２２は、たとえば、ｎ＝１．４、λ＝１０μｍである場合にはｔ≒１．８μｍとすればよく、層間絶縁膜４２ｇの膜厚を０．８μｍ、ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍとしてある。なお、パッシベーション膜４２ｉは、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜の積層膜に限らず、たとえば、シリコン窒化膜で形成してもよい。
【００３０】
熱型赤外線検出部４０ａのセンシングエレメント（感温部）２０は、サーモパイルを備えている。サーモパイルは、図４（ｂ）における、中央部側の赤外線吸収部２１と外周部側の空洞４５を囲むシリコン基板４１とに跨って形成されたｐ型ポリシリコン層４２ｅおよびｎ型ポリシリコン層４２ｃを有している。また、サーモパイルは、赤外線吸収部２１の赤外線入射面側でｐ型ポリシリコン層４２ｅの一端部とｎ型ポリシリコン層４２ｃの一端部とを電気的に接合した金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部２３を有している。ここで、サーモパイルは、シリコン基板４１の一表面側で互いに隣り合う熱電対のｐ型ポリシリコン層４２ｅの他端部とｎ型ポリシリコン層４２ｃの他端部とが金属材料（たとえば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる配線４２ｈで接合することにより、４個の熱電対が直列接続されている。
【００３１】
サーモパイルは、ｎ型ポリシリコン層４２ｃの一端部とｐ型ポリシリコン層４２ｅの一端部と接続部２３とで赤外線吸収部２１側の温接点を構成し、ｐ型ポリシリコン層４２ｅの他端部とｎ型ポリシリコン層４２ｃの他端部と配線４２ｈとでシリコン基板４１側の冷接点を構成している。
【００３２】
なお、接続部２３は、ｎ型ポリシリコン層４２ｃおよびｐ型ポリシリコン層４２ｅに対して、層間絶縁膜４２ｇに形成したコンタクトホール２５を通してそれぞれ、電気的に接続させてある。赤外線吸収部２１となる矩形領域の四隅には、赤外線センサ薄膜４２の厚み方向に貫通するスリット４４をシリコン基板４１の一表面側からエッチングにより形成している。スリット４４は、各熱電対を熱的に分離させ熱型赤外線検出部４０ａのセンサ感度を向上させることができる。
【００３３】
さらに、赤外線アレイセンサ２ａは、赤外線吸収部２１の赤外線入射面側に、赤外線センサ薄膜４２の応力バランスの均一性を高めることが可能なｎ型補償ポリシリコン層４２ｄおよび電気的に中性なｐ型補償ポリシリコン層４２ｆを好適に備えている。ｎ型補償ポリシリコン層４２ｄやｐ型補償ポリシリコン層４２ｆは、ｎ型ポリシリコン層４２ｃおよびｐ型ポリシリコン層４２ｅの形成時に、ｎ型ポリシリコン層４２ｃやｐ型ポリシリコン層４２ｅと同様に成膜などして形成することができる。
【００３４】
赤外線センサ薄膜４２の厚みは、シリコン基板４１の厚みと比較して十分に薄く形成している。赤外線センサ薄膜４２の厚みは、上述した赤外線吸収膜２２等により構成された赤外線センサ薄膜４２の厚みに限られず、たとえば、０．１μｍ〜１０μｍ程度の厚みとすることもできる。なお、赤外線アレイセンサ２ａは、個別電極２４と共通電極２６とを介して、検知出力を外部に出力させることができる。
【００３５】
次に、赤外線センサ装置１０Ａに用いられるリッド１ｄは、パッケージ１ａに実装された赤外線アレイセンサ２ａを囲ってパッケージ１ａと気密封止が可能なものである。リッド１ｂには、パッケージ１ａの内底面１ａｂ側に実装させた赤外線アレイセンサ２ａに対して窓となる貫通孔１ｂａを有し、貫通孔１ｂａを覆うように赤外線アレイセンサ２ａに赤外線を入射させるレンズ形状の赤外線透過部材２ｃが気密接合してある。なお、赤外線センサ装置１０Ａは、蓋体として、パッケージ１ａを封止するリッド１ｂだけに限らずキャンパッケージに用いられるキャップでもよし、半導体ウエハを利用するものでもよい。
【００３６】
リッド１ｂは、ノイズの原因となる不要な赤外線が赤外線アレイセンサ２ａに入射することを抑制し、パッケージ１ａと気密接合することが可能なものが好ましい。リッド１ｂとパッケージ１ａとをシーム溶接する場合、リッド１ｂは、導電性を有することが好ましい。リッド１ｂは、リッド１ｂの材料として、コバール、ステンレスや鉄などを用いることができる。
【００３７】
また、赤外線センサ装置１０Ａは、リッド１ｂをパッケージ１ａにシーム溶接させる場合、リッド１ｂがパッケージ１ａ或いはシームリングと当接するリッド１ｂの表面にＮｉメッキ層を設けることが好ましい。
【００３８】
次に、接合部３は、Ａｕを含む接合材料から構成している。接合部３は、Ａｕを含む接合材料として、たとえば、２７８℃以上で溶融するＡｕＳｎ、３５６℃以上で溶融するＡｕＧｅや３００℃以上で焼結を生ずるＡｕペーストなどを好適に用いることができる。なお、接合部３は、接合部３の接合材料として、Ａｕペーストを利用する場合、サブミクロンオーダのＡｕ粒子と、有機溶剤と、界面活性剤とを混ぜ合わせたスラリーを用いることができる。Ａｕペーストを接合材料とする接合部３は、Ａｕの融点が通常、１０６４℃であるに対し、３００℃の低温においても溶融させることができる。
【００３９】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａに用いられる赤外線透過部材２ｃは、リッド１ｂの貫通孔１ｂａを封止するように接合され、図３に示すように平凸レンズ形状に形成している。赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの形状として、平凸レンズ形状に限られず、たとえば、凹レンズ、シリンドリカルレンズ、楕円球面レンズ、フレネルレンズや回折レンズなどのレンズ形状や板状の平板形状としてもよい。
【００４０】
また、赤外線透過部材２ｃの材料としては、赤外線が透過可能なＳｉやＧｅなど半導体材料が好適に用いられるが、これに限られない。なお、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの形状をレンズ形状とするには、たとえば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの形成方法により形成することができる。
【００４１】
より具体的には、陽極酸化技術を応用して赤外線透過部材２ｃとなる半導体レンズを形成するために、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板（たとえば、シリコン基板）の一表面側に半導体基板とオーミック接触をなすように形成する。たとえば、凸レンズ形状の赤外線透過部材２ｃを形成するために、半導体基板は、半導体基板の一表面上に陽極の基礎となる導電性層を形成した後、導電性層に円形状に開口した部位を設け半導体基板の一表面の一部が円形状に露出するようにパターニングを行う。
【００４２】
次に、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去可能な電解液中に、半導体基板の他表面における多孔質部の形成予定領域全域を浸す。
【００４３】
その後、半導体基板の他表面側に対向配置される陰極と陽極との間に通電させ、半導体基板の他表面側に所望形状の多孔質部を酸化により形成する。続いて、半導体基板に形成された多孔質部をエッチングなどにより除去することで、凸レンズ形状の赤外線透過部材２ｃを形成することができる。
【００４４】
なお、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極の代わりに、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した絶縁層を半導体基板の一表面側に形成し、絶縁層を有する半導体基板の一表面側に導電層を形成する、或いは絶縁層を有する半導体基板の一表面側と電解液を介して通電用電極を対向配置することで、半導体基板の他表面側に、後に除去される多孔質部を形成することもできる。また、導電性層に円形状に開口した部位を設ける代わりに、平面形状が長方形状の陽極を形成すれば、赤外線透過部材２ｃとして平凹型のシリンドリカルレンズを形成することもできる。赤外線透過部材２ｃは、ウエハレベルの半導体基板に複数個のレンズ形状を形成し、ダイシングにより格別に個片化することで形成することができる。
【００４５】
次に、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法について説明する。赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合させるに先立って、メッキ法により、Ａｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎの接合部３をパッケージ１ａの内底面１ａｂに設けている（図１（ａ）を参照）。なお、接合部３は、メッキ法により形成させるだけでなく、スパッタ法や蒸着法により形成させたものでもよい。また、接合部３は、Ａｕ−Ｓｎからなるリボン状の薄膜をレーザ溶着により溶融させて、パッケージ１ａに設けたものでもよい。本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａでは、接合部３がＡｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎからなり、赤外線アレイセンサ２ａの接合部３側となるシリコン基板４１が接合部３を構成する元素（ここでは、ＡｕとＳｎ）以外から構成される母材材料（ここでは、Ｓｉ）からなっている。
【００４６】
赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、たとえば、内部を所定の真空雰囲気とした加熱炉の真空チャンバ（図示していない）内で、パッケージ１ａに設けたＡｕ−Ｓｎからなる接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱する。加熱炉は、パッケージ１ａごと接合部３を加熱して接合材料を溶融し液相状態にすることができる。続いて、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、真空チャンバ内において、加熱による溶融により液相状態にした接合材料に、赤外線アレイセンサ２ａの固相状態であるシリコン基板４１を接触させる接触工程を行う。なお、接触工程において、シリコン基板４１は、液相状態の接合材料に載置させるだけでなく、液相状態の接合材料に押圧してもよい。また、接合部３を溶融する加熱は、加熱炉によるものだけに限られない。したがって、接合部３は、たとえば、レーザを照射して液相状態に溶融させることもできる。
【００４７】
続いて、接触工程後に、加熱炉の温度を上昇させ、Ａｕと赤外線アレイセンサ２ａにおけるシリコン基板４１の母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（ここでは、Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）の温度以上に加熱して赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合する接合工程を行う（図１（ｂ）を参照）。ここで、赤外線アレイセンサ２ａと接合部３との固液界面近傍では、ＡｕＳｎ中にＳｉが析出などする、あるいはＳｉ中にＡｕやＳｎが析出などする。これにより、赤外線アレイセンサ２ａと接合部３との固液界面近傍は、図１（ｂ）中の破線により模式的に例示した接合反応部３ａ（たとえば、Ａｕ−Ｓｉ（−Ｓｎ）など）が形成される。
【００４８】
これにより、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、凹状のパッケージ１ａの内底面１ａｂに赤外線アレイセンサ２ａを実装することができる。
【００４９】
なお、赤外線センサ装置１０Ａは、液相状態の接合部３と固相状態の赤外線アレイセンサ２ａとを接触して反応させる固液反応により接合している。そのため、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に凹凸があっても液相状態の接合部３が凹凸を埋め込んで接合することができる。これにより、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に凹凸があっても、接合部３との接触面積を増やすことができる。そのため、赤外線センサ装置１０Ａは、赤外線アレイセンサ２ａと接合部３との接合強度を高めることが可能となる。なお、接合部３は、赤外線アレイセンサ２ａと電気的に接続させるパッケージ１ａの内底面１ａｂに形成させた回路パターンと共有してもよい。
【００５０】
続いて、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、ワイヤ６により、赤外線アレイセンサ２ａの個別電極２４や共通電極２６と、回路パターンとをワイヤボンディングして電気的に接続する。
【００５１】
また、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａに実装することとは別途に、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｄに接合させている。
【００５２】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｄ側に接合させるに先立って、メッキ法により、Ａｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎの接合部３を、リッド１ｂ上に設けている（図２（ａ）を参照）。接合部３は、リッド１ｂに貫設された貫通孔１ｂａの周部であって、リッド１ｂに形成された金属からなる下地層１ｂｂ上に設けている。なお、接合部３は、メッキ法により形成させるだけでなく、スパッタ法や蒸着法により形成させたものでもよい。また、接合部３は、Ａｕ−Ｓｎからなるリボン状の薄膜をレーザ溶着により溶融させて、リッド１ｄに設けたものでもよい。本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａでは、接合部３がＡｕを含む接合材料としてＡｕ−Ｓｎからなり、赤外線透過部材２ｃが接合部３を構成する元素（ここでは、ＡｕとＳｎ）以外から構成される母材材料（ここでは、Ｓｉ）からなっている。なお、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線入射面側に、誘電体多層膜により形成させたフィルタ２ｃａが形成され、赤外線透過部材２ｃの赤外線出射面側に、誘電体多層膜により形成させたフィルタ２ｃｂが形成されている。また、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの側面２ｃｃにおける接合部３側で母材材料が露出している。
【００５３】
赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、たとえば、内部を所定の真空雰囲気とした加熱炉の真空チャンバ（図示していない）内で、リッド１ｄに設けたＡｕ−Ｓｎからなる接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱する。加熱炉は、リッド１ｄごと接合部３を加熱して接合材料を溶融し液相状態にすることができる。続いて、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、真空チャンバ内において、加熱による溶融により液相状態にした接合材料に、固相状態である赤外線透過部材２ｃの側面２ｃｃを接触させる接触工程を行う。なお、接合部３を溶融する加熱は、加熱炉によるものだけに限られない。したがって、接合部３は、たとえば、レーザを照射して液相状態に溶融させることもできる。
【００５４】
続いて、接触工程後に、加熱炉の温度を上昇させ、Ａｕと赤外線透過部材２ｃの母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（ここでは、Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）の温度以上に加熱して赤外線透過部材２ｃをリッド１ｄ側に接合する接合工程を行う（図２（ｂ）を参照）。ここで、赤外線透過部材２ｃと接合部３との固液界面近傍では、ＡｕＳｎ中にＳｉが析出などする、あるいはＳｉ中にＡｕやＳｎが析出などする。これにより、赤外線透過部材２ｃと接合部３との固液界面近傍では、図２（ｂ）中の破線により模式的に例示した接合反応部３ａ（たとえば、Ａｕ−Ｓｉ（−Ｓｎ）など）が形成される。
【００５５】
これにより、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、リッド１ｄの貫通孔１ｂａを覆って塞ぐように、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｄに接合することができる。
【００５６】
その後、赤外線センサ装置１０Ａの内部に気密空間１０ａを形成するように、パッケージ１ａと、赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂとをシーム溶接する。具体的には、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａなどが実装されたパッケージ１ａを覆うように、シームリングを介して、リッド１ｂを真空雰囲気でシーム溶接し気密封止する。赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、気密封止工程により赤外線センサ装置１０Ａを形成することができる（図３を参照）。
【００５７】
また、図１で示した本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法では、液相状態にした接合材料と接触する母材材料として、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側となるシリコン基板４１を用いているが、これのみに限られるものではない。
【００５８】
したがって、赤外線センサ装置１０Ａは、たとえば、図５に示すように、赤外線アレイセンサ２ａのパッケージ１ａ側に液相状態にした接合材料と接合させる母材材料を反応層２ｂとして設けたものでもよい。
【００５９】
反応層２ｂは、たとえば、ＳｉやＧｅなどを母材材料とするものが挙げられる。反応層２ｂは、各種のＣＶＤ法を用いて、赤外線アレイセンサ２ａのパッケージ１ａ側に比較的簡単に形成することができる。反応層２ｂは、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に直接設けてもよいし、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁層２ａａを介して、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に設けてもよい。なお、図５に示す赤外線センサ装置１０Ａでは、パッケージ１ａ上に設けたＷやＴｉなどの高融点金属などからなる下地層１ａａ上に接合部３を設けている。
【００６０】
また、図６（ａ），（ｂ）に示す本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、図２（ａ），（ｂ）で示した赤外線透過部材２ｃとリッド１ｂとの接合と同様に、赤外線アレイセンサ２ａの側面２ａｃを液相状態にした接合材料と接触させて接合するものでもよい。
【００６１】
これにより、赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａの他表面側に設けた絶縁膜２ａａを除去することなしに、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合することができる。
【００６２】
（実施形態２）
図７ないし図９に示す本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａは、図３に示す実施形態１の赤外線センサ装置１０Ａと略同一の構造としている。本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａや赤外線透過部材２ｃが、液相状態にした接合材料と接触する前に、接合部３との接合面を予めダイシング処理またはエッチング処理されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
【００６３】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法において、パッケージ１ａ側では、図７（ａ）に示すように、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に実装できるように、Ａｕ−Ｓｎよりなる接合部３が、下地層１ａａを介してパッケージ１ａに設けられている。
【００６４】
ここで、赤外線アレイセンサ２ａは、赤外線アレイセンサ２ａのパッケージ１ａ側にＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁層２ａａを備えている。赤外線アレイセンサ２ａは、接合部３側との接合面が予めダイサー（図示していない）によるダイシング処理により、絶縁層２ａａごと部分的に除去した溝部２ａｅを備えている。赤外線アレイセンサ２ａは、ダイシング処理により、溝部２ａｅの内周面においてＳｉからなる母材材料を露出させている。
【００６５】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、パッケージ１ａに設けた接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱して液相状態にした接合材料（ここでは、Ａｕ−Ｓｎ）と、赤外線アレイセンサ２ａの溝部２ａｅ内で露出した固相状態の母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）とを接触させる接触工程を行う。接触工程において、接合部３は、加熱により液相状態としているため、比較的簡単に赤外線アレイセンサ２ａの溝部２ａｅ内に入り込むことができる（図７（ｂ）を参照）。
【００６６】
接触工程後に、Ａｕと母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）以上に加熱して、赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合する接合工程を行うことができる。
【００６７】
また、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法において、リッド１ｂ側では、図８（ａ）に示すように、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｂ側に接合できるように、Ａｕ−Ｓｉよりなる接合部３が、下地層１ｂｂを介してリッド１ｂに設けられている。
【００６８】
ここで、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線入射面側に、誘電体多層膜（たとえば、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２などの金属酸化物や弗化物などの積層膜）により形成させたフィルタ２ｃａを備えている。同様に、赤外線透過部材２ｃは、赤外線透過部材２ｃの赤外線出射面側に、誘電体多層膜（たとえば、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２などの金属酸化物や弗化物などの積層膜）により形成させたフィルタ２ｃｂを備えている。赤外線透過部材２ｃは、接合部３側の外周部がダイシング処理により、フィルタ２ｃｂごと部分的に除去された切欠部２ｃｄが形成されている。
【００６９】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、リッド１ｂに設けた接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱して液相状態する。赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、液相状態にした接合材料（ここでは、Ａｕ−Ｓｎ）と、赤外線透過部材２ｃの切欠部２ｃｄで露出した固相状態の母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）とを接触させる接触工程を行う。接触工程において、接合部３は、加熱により液相状態としているため、比較的簡単に赤外線透過部材２ｃの切欠部２ｃｄに入り込む（図８（ｂ）を参照）。
【００７０】
続いて、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、接触工程後に、Ａｕと母材材料を構成する元素との合金（Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）以上に加熱して、赤外線透過部材２ｃをリッド１ｂ側に接合する接合工程を行うことができる。
【００７１】
なお、赤外線透過部材２ｃは、図８の赤外線透過部材２ｃのように、赤外線透過部材２ｃの外周部に切欠部２ｃｄを設けたものだけでなく、図９に示すごとく、接合部３と接する赤外線透過部材２ｃの接合部３側に複数個の溝部２ｃｅを予め形成したものでもよい。
【００７２】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、接合部３との接合面が予めダイシング処理やエッチング処理により、母材材料が露出されていることにより、半導体基体２と接合部３との接合面積を広く得ることができる。そのため、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ａの製造方法は、赤外線アレイセンサ２ａの接合面の表面に凹凸があっても気密性を確保しながら接合強度を向上することも可能となる。
【００７３】
（実施形態３）
本実施形態の電子デバイス１０たる加速度センサ装置１０Ｂの製造方法は、図３に示す実施形態１の赤外線アレイセンサ２ａを備えた赤外線センサ装置１０Ａを製造する代わりに、図１０に示す加速度センサ素子２ｄを備えた加速度センサ装置１０Ｂを製造する点が異なる。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適宜省略する。
【００７４】
以下、図１０に示す加速度センサ装置１０Ｂおよび加速度センサ素子２ｄについて説明する。
【００７５】
加速度センサ素子２ｄは、図１０に示すように、支持部２ｄａと、支持部２ｄａに揺動自在に支持されたカンチレバー部２ｄｂとを備えたベース基板と、ベース基板の一表面側においてカンチレバー部２ｄｂに形成されカンチレバー部２ｄｂの撓みに応じて抵抗値が変化する歪検知センサ部２ｄｄとを備えている。歪検知センサ部２ｄｄは、図示していないが、それぞれ歪み検出素子として２個ずつのピエゾ抵抗が形成されており、ブリッジ回路を構成するように接続されている。なお、ベース基板は、カンチレバー部２ｄｂを介して、支持部２ｄａと対向する側に錘部２ｄｃを備えている。
【００７６】
加速度センサ素子２ｄは、外力（すなわち、加速度）が作用すると、支持部２ｄａと錘部２ｄｃとの位置が相対的に変位し、カンチレバー部２ｄｂが撓むことによって、歪検知センサ部２ｄｄにおけるピエゾ抵抗の抵抗値が変化する。加速度センサ素子２ｄは、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することにより加速度を検出することができる。
【００７７】
ここで、加速度センサ素子２ｄのベース基板は、たとえば、ＳＯＩ基板や単結晶のシリコン基板などを用いて形成している。したがって、図１に示す実施形態１の赤外線アレイセンサ２ａをパッケージ１ａ側に接合する代わりに、図１０に示す加速度センサ素子２ｄをパッケージ１ａ側に接合することができる。
【００７８】
具体的には、本実施形態の加速度センサ装置１０Ｂの製造方法は、パッケージ１ａの内底面１ａｂに設けたＡｕ−Ｓｎからなる接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱する。続いて、加速度センサ装置１０Ｂの製造方法は、加熱して液相状態にした接合材料と、加速度センサ素子２ｄの固相状態であるベース基板とを接触させる接触工程を行う。
【００７９】
続いて、接触工程後に、Ａｕと加速度センサ素子２ｄにおけるベース基板の母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（ここでは、Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）の温度以上に加熱して加速度センサ素子２ｄをパッケージ１ａ側に接合する接合工程を行う。これにより、加速度センサ装置１０Ａは、パッケージ１ａに加速度センサ素子２ｄを実装することができる。なお、加速度センサ装置１０Ｂは、赤外線センサ装置１０Ａのように赤外線を透過させる必要がないため、金属製の平板状のリッド１ｂをパッケージ１ａとシーム溶接させている。
【００８０】
本実施形態により製造された加速度センサ装置１０Ｂは、パッケージ１ａとリッド１ｂとの間の気密空間１０ａにおいて、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などのダイボンド材によりパッケージ１ａに加速度センサ素子２ｄを実装するものと比較して、ダイボンド材からアウトガスが放出されることがない。そのため、加速度センサ装置１０Ｂは、放出されたアウトガスが内部の気密空間１０ａの高真空化の阻害要因となることもなく、加速度センサ素子２ｄの性能劣化を引き起こすことも抑制される。
【００８１】
また、本実施形態の加速度センサ装置１０Ｂの製造方法で製造された加速度センサ装置１０Ｂは、一般に、４００℃以上の加熱が必要となるガラスフリットを用いて加速度センサ素子２ｄを実装したものと比較して、より低温の４００℃未満で加速度センサ素子２ｄを実装することも可能となる。
【００８２】
なお、本実施形態の電子デバイス１０の製造方法は、加速度センサ装置１０Ｂや上述の実施形態１で説明した赤外線センサ装置１０Ａだけでなく、ジャイロセンサ装置、圧力センサ装置、振動発電装置、ＭＥＭＳ光スキャナなどの製造方法にも適用できることは、いうまでもない。
【００８３】
（実施形態４）
本実施形態の電子デバイス１０は、図３に示す実施形態１の赤外線透過部材２ｃを備えたリッド１ｂとパッケージ１ａとの間の気密空間１０ａにおいて赤外線アレイセンサ２ａを接合部３により実装した赤外線センサ装置１０Ａの代わりに、図１１に示すように、凹所２ｅｅを備えた半導体カバー２ｅと赤外線アレイセンサ１ｃとを接合させて凹所２ｅｅ内を気密空間１０ａとする赤外線センサ装置１０Ｃを形成する点が相違する。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適宜省略する。
【００８４】
図１１（ａ），（ｂ）に示した電子デバイス１０たる赤外線センサ装置１０Ｃは、半導体カバー２ｅの基礎となるカバーウエハ２ｆと、赤外線アレイセンサ１ｃの基礎となる半導体素子ウエハ１ｆとを用いて形成している。なお、カバーウエハ２ｆは、赤外線センサ薄膜４２を保護する凹所２ｅｅを備えたシリコンウエハを用いればよい。また、半導体素子ウエハ１ｆは、たとえば、実施形態１で説明した赤外線アレイセンサ２ａを個片化により形成する前のウエハを用いればよい。ここで、カバーウエハ２ｆと、半導体素子ウエハ１ｆとは、Ａｕ−Ｓｎを接合材料とする接合部３により接合する。また、接合部３は、絶縁層１ａｃを介して、半導体素子ウエハ１ｆに設けている（図１１（ａ）を参照）。
【００８５】
本実施形態の赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、まず、半導体素子ウエハ１ｆに設けたＡｕ−Ｓｎからなる接合部３を溶融する温度（ここでは、２７８℃）以上に加熱する。続いて、赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、加熱して液相状態にした接合材料と、固相状態であるカバーウエハ２ｆとを接触させる接触工程を行う。
【００８６】
続いて、接触工程後に、Ａｕとカバーウエハ２ｆの母材材料を構成する元素（ここでは、Ｓｉ）との合金（ここでは、Ａｕ−Ｓｉ）の融点（ここでは、３６３℃）の温度以上に加熱して、カバーウエハ２ｆを半導体素子ウエハ１ｆ側に接合する接合工程を行う。これにより、赤外線センサ装置１０Ｃは、カバーウエハ２ｆと、半導体素子ウエハ１ｆとを接合することができる。赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、カバーウエハ２ｆと、半導体素子ウエハ１ｆとを接合する接合工程が終了するまでをウェハレベルで行う。最後に、赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、カバーウエハ２ｆと、半導体素子ウエハ１ｆとが接合されたものをダイシングするダイシング工程を行うことにより、個片化した赤外線センサ装置１０Ｃを形成することができる。ダイシング工程は、カバーウエハ２ｆと半導体素子ウエハ１ｆとが接合されたものを、ダイシングレーン(図１１（ｂ）で例示する破線)に沿ってダイシングすればよい。
【００８７】
なお、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、図１２に示すように、カバーウエハ２ｆと半導体素子ウエハ１ｆとを絶縁層１ａｃを設けることなく、接合部３により接合させている。図１２に示す赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法では、カバーウエハ２ｆと半導体素子ウエハ１ｆとの両方に接合反応部３ａ（たとえば、Ａｕ−Ｓｉ（−Ｓｎ）など）を形成させることができる。
【００８８】
これにより、本実施形態の赤外線センサ装置１０Ｃの製造方法は、比較的簡単な方法で、赤外線センサ装置１０Ｃを構成する部材間の接合強度をより高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００８９】
１ 基体
２ 半導体基体
３ 接合部
１０ 電子デバイス
１０ａ 気密空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体と、該半導体基体を実装する基体と、前記半導体基体を前記基体側に接合する接合部とを備えた電子デバイスの内部の気密空間に、前記接合部の一部が露出する電子デバイスの製造方法であって、
前記接合部がＡｕを含む接合材料からなり、前記半導体基体の前記接合部側が前記接合材料を構成する元素以外から構成される母材材料からなり、
前記基体に設けた前記接合部を溶融する温度以上に加熱して液相状態にした前記接合材料と固相状態の前記母材材料とを接触させる接触工程と、
該接触工程後に、Ａｕと前記母材材料を構成する元素との合金の融点の温度以上に加熱して、前記半導体基体を前記基体側に接合する接合工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記半導体基体の側面と、前記基体上の前記接合部とを接合させることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記半導体基体は、前記接合部との接触にあたって、前記接合部との接合面が予めダイシング処理またはエッチング処理により、前記母材材料が露出されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記接合材料がＡｕ−Ｓｎであり、前記母材材料がＳｉであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１】
半導体基体と、該半導体基体を実装する基体と、前記半導体基体を前記基体側に接合する接合部とを備えた電子デバイスの内部の気密空間に、前記接合部の一部が露出する電子デバイスの製造方法であって、
前記接合部がＡｕを含む接合材料からなり、前記半導体基体の前記接合部側が前記接合材料を構成する元素以外から構成される母材材料からなり、
前記基体に設けた前記接合部を溶融する温度以上に加熱して液相状態にした前記接合材料と固相状態の前記母材材料とを接触させる接触工程と、
該接触工程後に、Ａｕと前記母材材料を構成する元素との合金の融点の温度以上に加熱して、前記半導体基体を前記基体側に接合する接合工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記半導体基体の側面と、前記基体上の前記接合部とを接合させることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記半導体基体は、前記接合部との接触にあたって、前記接合部との接合面が予めダイシング処理またはエッチング処理により、前記母材材料が露出されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記接合材料がＡｕ−Ｓｎであり、前記母材材料がＳｉであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８７２０（Ｐ２０１３−８７２０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８５１４（Ｐ２０１１−１３８５１４）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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