专利名称：电子装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种把传感器和晶体管等封入负压气氛或惰性气体气氛内而构成的电子装置。
另一方面，也有以下所述的提案，即不是利用陶瓷等特别容器，而是通过利用了半导体装置的制造工艺的安装方法把已将传感器和发射元件等配置为阵列状的装置封入真空环境中，从而得到小型化、高集成化的电子装置。例如，在国际公开WO95/17014号公报中公开了以下所述方法在第一晶片上形成了红外线等的检测器或发射元件的单元阵列之后，在第一晶片上以给定间隔配置第二晶片，使两个晶片间保持真空状态，并通过使用焊锡接合单元阵列的周围来把配置有单元阵列的区域封入真空环境中。
但是，在所述公报的技术方案中却存在着以下所述问题。
第一，如果把多个红外线检测器等元件配置为阵列状，则很难使单元阵列周围的接合部全体完全平坦化，所以自然而然地使热压接所需要的按压力变得过大，有可能引起接合中的晶片破损和由残余应力所导致的真空状态的恶化、以及装置动作的不正常等。
第二，当在用于使多个红外线检测器等的元件保持真空状态的接合部的一部分产生接合不良时，单元阵列整体的真空状态被破坏，所以整个装置变得不合格，从而使不合格率上升。
第三，在使用焊锡的接合中，由于焊锡膏中所含有机材料的脱气化，使配置有单元阵列的内部空间的真空度无法达到某一程度以上，所以，例如可能无法提高红外线传感器等的灵敏度。
本发明的第二目的在于通过使用提高配置有单元阵列的内部空间的真空度的装置来提高红外线传感器等电子装置的功能。
本发明的电子装置包括具有配置了至少一个元件的多个单元区域的主体衬底；在所述主体衬底上配置的盖体；设置在配置了所述多个单元区域中至少一个单元区域的所述元件的部位，并且被所述主体衬底和所述盖体包围，被负压气氛或惰性气体气氛维持的空洞部；设置在所述主体衬底和所述盖体之间，用于把所述空洞部从外部空间遮断的环状接合部。
据此，就能把需要由负压气氛或惰性保护气等从外部空间遮断的保护气的元件例如红外线传感器、电子发射元件等个别地配置在空洞部中，所以能得到适合于分立型电子装置和配置了多个元件的集成型电子装置的结构。
还包括在所述主体衬底上形成，并且包围所述元件的第一环状膜；在所述盖体上形成的第二环状膜；所述环状接合部在所述第一和第二环状膜之间形成。由此，能选择构成第一、第二环状膜的材料，设置牢固的环状接合部。
所述第一、第二环状膜的材料最好是从In、Cu、Al、Au、Ag、Ti、W、Co、Ta、Al-Cu合金、氧化膜中的至少一种中选择的材料。
所述第一、第二环状膜的材料最好是彼此相同的材料。
所述主体衬底由半导体构成，所述主体衬底上的所述元件和外部电路通过在所述主体衬底内横贯所述环状接合部而形成的杂质扩散层，彼此电气连接。由此，能提高所述元件和外部电路的电气连接的可靠性。
在所述盖体上设置有形成所述空洞部的凹部和包围该凹部的筒部，在所述主体衬底上设置有与所述筒部配合的配合部。由此，得到了主体衬底和盖体位置关系稳定、接合的可靠性高的电子装置。
所述电子装置最好是从红外线传感器、压力传感器、加速度传感器以及真空晶体管中的任意一种中选择的元件。
当所述电子装置是红外线传感器时，在所述主体衬底上设置的元件是热电变换元件。
此时，所述盖体通过具有Si衬底和在该Si衬底之上设置的具有小于1.1eV的带隙的半导体层，能避免接近可见光的光导致的背景信号的重叠，所以能确保用于红外线检测的动态范围很大，结果，能得到适用于动物和人的检测的电子装置。
此时，通过使所述盖体的最上层由形成了成为菲涅耳透镜的衍射晶格的Si层构成，能在红外线传感器的热电变换元件上汇聚红外线，能提高红外线的检测效率。
所述电子装置最好是具有热电变换元件、用于支撑所述热电变换元件的支撑构件、在所述支撑构件的下方形成的第二空洞部的红外线检测用传感器。
此时，由于所述第二空洞部内未设置从所述支撑构件延伸的柱或壁，所以能进一步提高红外线的检测灵敏度和检测精度。
由于所述第二空洞部与所述空洞部连通，所以能提高红外线的检测灵敏度和检测精度。
设置有多个所述环状接合部，使其包围所述多个单元区域。由此，得到集成型的电子装置。
本发明的第一电子装置的制造方法，包括准备具有配置了至少一个元件的多个单元区域的主体衬底和盖用衬底，在所述主体衬底以及所述盖用衬底中的至少一方上形成包围所述多个单元区域中的至少一个单元区域的多个凹部的步骤(a)；通过在所述主体衬底和所述盖用衬底之间施加按压力，在所述主体衬底和所述盖用衬底之间，形成环状接合部，使所述凹部的至少一部分作为与外部空间遮断的空洞部而留下来的步骤(b)。
通过该方法，能制造利用了Si工艺等已经存在的电子装置的制造工艺的分立型、集成型的电子装置。并且，因为在各单元区域分别设置有盖体，所以即使一部分的单元区域产生接合不良，还能实际使用其他的单元区域，所以能提高分立型、集成型的电子装置的成品率。
在所述步骤(a)中，在所述主体衬底、盖用衬底上分别形成包围所述凹部的多个第一、第二环状膜；在所述步骤(b)中，在所述第一、第二环状膜的彼此之间形成所述环状接合部。由此，通过选择第一、第二环状膜的材料，能形成更牢固的环状接合部。
所述步骤(b)是通过利用了氢键或金属键的接合、或常温接合进行了。由此，能更准确地把空洞部从外部空间遮断。
所述步骤(a)最好是使用从In、Cu、Al、Au、Ag、Ti、W、Co、Ta、Al-Cu合金、氧化膜中的至少一种中选择的材料作为第一、第二环状膜的材料而进行的。
作为所述第一、第二环状膜的材料最好是彼此相同的材料。
所述步骤(b)是在不把所述本体衬底和所述盖衬底加热到450℃以上的情况下来进行的。由此，能在不对Al布线造成损伤的前提下进行接合。
在所述步骤(a)中，在所述盖用衬底上预先形成把所述盖用衬底划分为多个区域的切口。由此，当外加按压力，接合第一、第二环状膜的彼此间时，即使在晶片上有翘曲，也能抑制由于在局部外加大的应力导致的接合不良的发生。
在所述步骤(a)中，在所述盖用衬底上形成被所述各第二环状膜包围的凹部和包围了该凹部的多个筒部。由此，因为只在盖用衬底上形成凹部，所以能避免主体衬底的制造过程的困难化。
在所述步骤(a)中，通过准备具有与所述盖用衬底的筒部配合的配合部的主体衬底，能提高第一、第二环状膜彼此间的定位精度，得到接合的可靠性高的电子装置。
所述步骤(b)最好是在负压气氛或惰性气体气氛中进行的。
所述步骤(b)是在比10-4Pa还高压的负压气氛中进行的。由此，能避免为了保持高真空状态的困难性，所以能进行适合于实用和大批生产的接合。
还包含在所述步骤(b)后，把所述主体衬底分割为各单元的步骤。由此，能得到分立型电子装置。
本发明的第二电子装置的制造方法，包括准备具有配置了至少一个元件的多个单元区域的主体衬底和盖用衬底，在所述主体衬底以及所述盖用衬底中的至少一方上形成包围所述多个单元区域的凹部的步骤(a)；在所述主体衬底和所述盖用衬底之间施加按压力，通过利用了氢键或金属键的接合、或常温接合，形成环状接合部的步骤(b)。在所述步骤(b)中，在所述多个单元区域形成所述环状接合部，使所述凹部的至少一部分作为与外部空间遮断的空洞部而留下来。
通过该方法，与利用焊锡的接合相比，能提高把空洞部内的保护气保持为所希望的保护气的功能。例如，在需要高的真空环境的红外线传感器等电子装置中，能把空洞部保持为高的真空环境。
在所述步骤(a)中，在所述主体衬底上形成包围多个单元区域的第一环状膜，在所述盖用衬底上形成具有与所述第一环状膜几乎相同的结构的第二环状膜。由此，能选择第一、第二环状部的材料，实现牢固的接合。
所述步骤(a)最好是使用从In、Cu、Al、Au、Ag、Ti、W、Co、Ta、Al-Cu合金、氧化膜中的至少一种中选择的材料作为第一、第二环状膜的材料而进行的。
此时，作为所述第一、第二环状膜的材料最好是使用彼此相同的材料。
所述步骤(b)最好是在不把所述本体衬底和所述盖衬底加热到450℃以上的情况下来进行的。
所述步骤(a)能通过所述第一、第二环状膜包围一个电子装置上配置的所有单元区域而进行。
图1(a)～(d)是简要表示本发明的电子装置的基本结构例的剖视图。
图2(a)～(d)是简要表示本发明的电子装置用于保持真空的接合部的结构例的剖视图。
图3(a)、(b)是依次分别表示适合于本发明电子装置的电气连接结构的例子的俯视图和剖视图。
图4(a)、(b)是本发明实施例1中的红外线传感器的剖视图和电路图。
图5(a)～(f)是表示本发明实施例1中的红外线传感器的制造过程的剖视图。
图6(a)、(b)是表示辐射热计以及它的周边区域的形成过程的俯视图。
图7(a)～(f)是表示实施例1的红外线传感器中使用的盖体的形成方法的剖视图。
图8是简要表示压接中使用的装置的结构的剖视图。
图9是用于说明本发明实施例2的红外线区域传感器的结构的电路图。
图10是表示实施例2的红外线区域传感器的控制方法的定时图表。
图11(a)～(f)是表示实施例2的具有单元阵列的红外线区域传感器的制造过程的立体图。
图12是表示本发明实施例3中的具有真空室结构的微小真空晶体管的例子的剖视图。
图13是表示本发明实施例1、2中的红外线传感器整体结构的剖视图。
图14是表示本发明实施例4的红外线传感器的整体结构的剖视图。
图15是表示本发明实施例4的变形例的红外线传感器的整体结构的剖视图。
下面简要说明附图符号。
10-主体衬底；11-单元区域；12-环状膜；20-盖体；21-衬底部；22-筒部；23-空洞部；24-Ge层；25-Si层；26-环状膜；27-光栅结构；30-开关晶体管；31-栅极；32-源极；33-漏极；35-杂质扩散层；40-元件；41-层间绝缘膜；42-钝化膜；51-布线；100-主体晶片；110-Si衬底；111-电阻；112-氮化硅膜；113-氧化硅膜；116-氧化硅膜；117钝化膜；119-空洞部；120-电阻元件(辐射热计)；130-开关晶体管；131-源区域、132-漏区域、133-栅极；140-盖体；141-衬底部；142-筒部；143-空洞部；144-环状膜；150-盖用晶片；151-Al膜；152-切口部。
单元区域11的配置了元件的区域由盖体保持在负压气氛中。作为在单元区域中设置的元件，有红外线传感器、压力传感器、加速度传感器、流速传感器、真空晶体管等。
在红外线传感器大致分为辐射热计、热电型传感器、热电元件等热式和使用了PbS、InSb、HgCdTe等的量子式。辐射热计中，有利用了多晶硅、Ti、TiON、VOx等的电阻变化的。热电元件中有利用了在P-N结部产生的赛贝克效应的，还有利用了PN二极管等的正向地拿流的过渡特性的。在热电型红外线传感器中，有利用了PZT、BST、ZnO、PbTiO3等材料的介电常数的变化的。量子型红外线传感器检测电子激励产生的电流。这些红外线传感器总的来说具有一旦在盖体中把它封入真空环境或惰性气体保护气中，特性就提高的特性。
因为在压力传感器、加速度传感器中，一旦使空气的粘性阻力减小，灵敏度就提高，所以具有一旦在盖体中把它封入真空环境或惰性气体保护气中，特性就提高的特性。
并且，在此种传感器的一个单元区域中配置的元件的数量可以是单个也可以是多个。在单元区域中，按照需要，也可以同所述真空度一提高，特性就提高的元件一起设置开关元件(晶体管)。
-第一基本结构例-
如图1(a)所示，第一基本结构例的电子装置包括由Si晶片形成的主体衬底10、用于把主体衬底10的所希望的区域封入负压气氛中的由Si晶片形成的盖体20A。在主体衬底10上设置有配置了红外线传感器等的单体元件和用于向元件提供信号的电路的单元区域11。而盖体20A具有由硅构成的衬底部21、包围着成为保持在负压气氛中的空洞部23的筒部22。总之，利用后述的各种接合方法，在负压气氛中，使主体衬底10的单元区域的一部分和盖体20A的筒部22彼此结合，形成用于密封保持在负压气氛中的空洞部23的环状接合部15。由此，形成了使单元区域11内的元件能发挥所希望的功能的结构。
在此，作为凹部的结构，有把平坦的衬底的一部分通过蚀刻去除到某一深度而形成的空间和通过在平坦的衬底上存在闭环状的壁即筒部，由筒部围成的空间。图1(a)表示了由筒部22围成的空间，但是在本发明中，在形成空洞部之前，在主体衬底或盖用衬底或这两方上形成的凹部的结构并不局限于图1(a)表示的形态。以下的各基本构造例和在各实施例中的也同样。
另外，作为包围凹部的筒部的形成方法，可以使用以下的任意方法通过留下平坦的衬底的闭环状的区域，把其他的区域去除到某一深度，形成包围凹部的筒部的方法；通过在平坦的衬底上，堆起闭环状的壁，形成包围凹部的筒部的方法。
-第二基本结构例-如图1(b)所示，第二基本结构例的电子装置的盖体20B除了衬底部21、包围着成为保持在负压气氛中的空洞部23的筒部22，还具有由厚度为3μm左右的Ge构成的Ge滤光器部24。第二基本结构例的主体衬底10的结构与第一基本结构例的主体衬底10相同。此时，衬底部21使波长约0.8μm以上的光(红外线)透射，而Ge滤光器部24只使波长约1.4μm以上的光(红外线)透射，遮挡波长约1.4μm以下的接近可见光的波长区域的光。
因此，通过把第二基本结构例适用于在单元区域11中内置了红外线传感器的装置中，能防止基于接近可见光的光的入射的电子电路中晶体管的电流量变化等导致的误检测。特别是红外线传感器用于在夜间检测人体和动物等，但是，因为车和照明用灯等的接近可见光的光有可能激励电子电路的晶体管的活性区域的载流子，导致基于背景信号的重叠的红外线成分的检测界限变小。
另外，当在硅晶片之上外延生长Ge层时，在硅晶片之上，使Ge成分x从0到1变化，外延生长Si1-xGex层后，可以使Ge层只外延生长给定的厚度。
另外，也可以在Ge层上使Ge成分比x从1到0变化，外延生长Si1-xGex层后，可以使Si层只外延生长给定的厚度。如果在使Ge层暴露的状态下进入其后的过程，则制造装置有可能被Ge污染，如果表面层由Si层构成，接着的用于形成菲涅耳透镜的加工中能不做变动地利用电子装置的制造工艺，所以最好使Ge层不暴露在最表面上。
另外，也可以用含有Ge以外的元素的材料构成起滤光器作用的层。特别是因为具有比Si的带隙1.1eV还小的带隙的材料能吸收波长长于0.8μm长波区域的光(主要是近红外线)，所以能避免由于激励配置在单元内的晶体管等的杂质扩散层的载流子而产生的问题。
-第三基本结构例-如图1(c)所示，第三基本结构例的电子装置的盖体20C除了衬底部21、包围着成为保持在负压气氛中的空洞部23的筒部22，还具有Ge滤光器部24、在其表面上刻入了成为具有凸透镜功能的菲涅耳透镜的光栅结构27的Si层25。第三基本结构例的主体衬底10的结构与第一基本结构例的主体衬底10相同。在第三基本结构例中，由于与第二基本结构例同样的理由，适于内置了红外线传感器的装置，特别是由于表面的光栅结构的凸透镜功能，能有效地把光聚集到电阻的存在位置，所以能得到适于小型化、高性能化的电子装置。
在大气中，有对于电磁波的波长区域3μm～5μm和8μm～10μm被称作“大气的窗口”的红外线的透射率高的部分，在该频带中红外线能通过，在该大气的窗口以外的部分，是红外线由于干扰噪声而难于检测的区域。而且，人体和动物体发生的红外线的波长区域是3μm～10μm，所以通过设置Ge滤光器部24，能避免接近可见光的区域0.8μm～1.4μm的范围的光导致的误检测，能以良好的精度进行作为红外线传感器的目的的人和动物的检测。
另外，代替Ge滤光器层，也可以设置SiGe滤光器层(组成为Si1-xGex)。此时，根据Ge的成分比x能遮断的红外线的频带在0.8μm～1.4μm的范围中变动。因此，通过设置SiGe滤光器层，能按照目的调整遮断频带。
-第四基本结构例-如图1(d)所示，第四基本结构例的电子装置包括由硅构成的主体衬底10、用于把主体衬底10的所希望的区域封入负压气氛中的由Si形成的盖体20D。在主体衬底10上设置有配置了红外线传感器等的一个元件和用于向元件提供信号的电路的多个单元区域11。而盖体20D具有衬底部21、包围着成为保持在负压气氛中的空洞部23的筒部22。总之，通过利用后述的各种接合方法，在负压气氛中，使主体衬底10的单元区域的一部分和盖体20D的各筒部22彼此结合，形成闭环状的环状接合部15，形成了使各空洞部23保持在负压气氛中，各单元区域11的元件能发挥所希望的功能的结构。
并且，在衬底部21上形成了用于把衬底部21划分为各单元区域的切口，在接合时或接合后，在各切口部分割为各单元区域。可以，也可以不用切口部分割。此时，即使由于各盖体的接合厚度和晶片的变形等，使对各单元的按压力(压接力)存在着微妙的差，但是用切口部，通过弹性变形，能尽可能地使各单元上的接合按压力均匀化。
另外，在图1(d)中，盖体20D虽然只有衬底部21，但是也可以具有Ge盖部，还可以在表面上具有菲涅耳透镜等透镜功能。
在图1(a)～(d)中，表示了通过Si彼此间的接合实现主体衬底和盖体的接合的状态。但是，一般，与Si彼此间的接合相比，还是使用金属彼此间的接合的制造工艺更容易。下面，就接合部的结构的例子加以说明。
(接合部的构造例)图2(a)～(d)是简要表示本发明的电子装置的用于保持真空的接合部的结构例的剖视图。
在此，就本发明中使用的利用了氢键的接合、利用了金属键的接合以及常温接合加以说明。
氢键是在从常压到10-4Pa左右的低真空状态的范围中进行，氢键中有非加热和加热。金属键既有加压到1000Pa左右后进行的，也有在到比10-8还低压的超真空状态的范围中进行的，还有加热到高温的和非加热的。常温接合是在非加热、原子水平下，把被接合构件彼此直接接合的方法，在从10-4Pa左右的比较低的真空状态到比10-8还低压的超真空状态的范围中进行的。通过常温接合，能把金属材料彼此间、陶瓷材料彼此间和由硅等金属以外的材料构成的被接合构件彼此间接合起来。另外，在常温接合中，也有原子水平的直接接合(在10-6～10-9Pa的范围中进行)和利用了金属键的接合。
-第一接合部的结构例-如图2(a)所示，在第一接合部的结构例中，在主体衬底10之上设置有由接合用材料即金属(例如，铝(Al))构成的环状膜12，盖体20的筒部22的的顶端上设置有由接合用材料即金属(例如Al)构成的环状膜26。而且，在负压气氛中，通过氢键使各环状膜12、26彼此结合，形成环状接合部15，从而把单元区域11上的空洞部23密封在负压气氛中。
并且，在第一接合部的结构例以及后述的第二～第四接合部的结构例中，作为接合用材料即金属，除了Al，还有In、Cu、Au、Ag、Ti、W、Co、Ta、Al-Cu合金等金属或合金，能利用这些金属彼此间或金属和合金间或合金彼此间的金属键。作为接合用材料，还能使用金属以外的材料。例如，能利用氧化硅膜彼此间、氧化硅膜和Si之间、或Si彼此间的氢键。当进行使用了这些金属键或氢键的接合或常温接合时，可以说在低温并且在低真空环境下的接合容易的点上适于本发明。
并且，在第一接合部的结构例以及后述的第二～第四接合部的结构例中，当利用Si彼此间的氢键时，没必要设置各环状膜12、26。
-第二接合部的结构例-如图2(b)所示，在第二接合部的结构例中，在主体衬底10之上设置有由绝缘膜构成的环状突起部14，在单元区域11的环状突起部14的内侧的区域上设置有环状膜12。而在盖体20的筒部22的顶端设置有环状膜26。在负压气氛中，把筒部22嵌入环状突起部14中，通过使各环状膜12、26彼此结合，形成环状接合部15，从而把单元区域11上的空洞部23密封在负压气氛中。总之，环状突起部14作为与筒部22的配合部而起作用。但是，在主体衬底10上设置有具有与筒部22的外侧面配合的内侧面的凹部，但是筒部22的内侧面也可以与主体衬底的配合部的外侧面配合。
根据本接合部的结构例，能把盖体20准确地固定在主体衬底10上，所以本接合部的结构例是特别适于具有多个单元区域11的电子装置的结构。
-第三接合部的结构例-如图2(c)所示，在第三接合部的结构例中，在主体衬底10之上设置有由内侧面为锥形面的绝缘体构成的环状突起部14，在单元区域11的环状突起部14的内侧的区域上设置有环状膜12。盖体20的筒部22的外侧面也是与环状突起部14的内侧面的锥形面具有几乎相同的倾角的锥形面，在盖体20的筒部22的顶端设置有环状膜26。而且，在负压气氛中，在把环状突起部14的内侧面和筒部22的外侧面嵌在一起的状态下，通过使各环状膜12、26彼此结合，形成环状接合部15，从而把单元区域11上的空洞部23密封在负压气氛中。此时，环状突起部14作为与筒部22的配合部而起作用。但是，也可以在主体衬底10上设置具有与筒部22的外侧面配合的内侧面的凹部作为配合部。另外，筒部22的内侧面也可以与主体衬底的配合部的外侧面配合。
根据本接合部的结构例，把盖体20在主体衬底10上定位变得容易，所以本接合部的结构例是特别适于具有多个单元区域11的电子装置的结构。
-第四接合部的结构例-如图2(d)所示，在主体衬底10之上设置有由内侧面为台阶面的绝缘体构成的环状突起部14，在比单元区域11的环状突起部14更靠内侧的区域上设置有环状膜12。而盖体20的筒部22的外侧面成为与环状突起部14的内侧面的台阶面配合的台阶面，在筒部22的顶端设置有环状膜26。在负压气氛中，在把环状突起部14的内侧面和筒部22的外侧面嵌在一起的状态下，通过使各环状膜12、26彼此结合，形成环状接合部15，从而把单元区域11上的空洞部23密封在负压气氛中。
此时，环状突起部14也作为与筒部22的配合部而起作用。但是，也可以在筒部22上设置带台阶的外侧面，在主体衬底10上设置具有与它配合的内侧面的凹部作为配合部。另外，也可以在筒部22上设置带台阶的内侧面，在主体衬底上设置具有带台阶的外侧面的配合部。
根据本接合部的结构例，把盖体20在主体衬底10上定位变得容易，所以本接合部的结构例是特别适于具有多个单元区域11的电子装置的结构。
(电气连接结构)图3(a)、(b)是分别表示适合于本发明的电子装置的电气连接结构的俯视图和剖视图。但是，图3(a)表示了去除了盖体的状态的电子装置的平面结构。
如图3(a)、(b)所示，主体衬底10和盖体20通过环状膜12、26彼此间的接合相互机械地连接，在两者间形成了保持着真空状态的空洞部23。另外，在主体衬底10之上，设置有例如用虚线表示的辐射热计等的元件40和具有栅极31、源区域32、漏区域33的N通道型开关晶体管30。通过该开关晶体管30，控制了元件40和外部电路的电气连接。而且，控制了在被盖体20密封的区域上配置的元件40和外部电路的电气连接的通/断。该开关晶体管30的漏区域33和栅极31设置在由盖体20包围的区域内。如图3(a)所示，源区域32在主体衬底10内横切各环状膜12、26。另外，在位于盖体20的筒部的正下方的区域，设置有在主体衬底10内横切各环状膜12、26而形成，并且作为布线起作用的杂质扩散层(N+扩散层)32、35、36。
另外，在主体衬底10之上，形成了覆盖在开关晶体管30以及主体衬底10之上的由氧化硅构成的层间绝缘膜41、覆盖在层间绝缘膜41之上的钝化膜42。还设置有连接了开关晶体管30的栅极31和杂质扩散层36的触点31a、把开关晶体管30的源区域32和外部电路(图中未显示)彼此相连的第一布线51a、把杂质扩散层36和外部电路(图中未显示)彼此相连的第二布线51b、把开关晶体管30的漏区域33和元件40彼此相连的第三布线51c、把元件40和杂质扩散层35彼此相连的第四布线51d、把杂质扩散层35和外部电路(图中未显示)彼此相连的第五布线51e。即元件40和开关晶体管30通过第三布线51c以及漏区域33相连。并且，元件40通过第四布线51d、杂质扩散层35以及第五布线51e，与外部电路相连。
通过采用这样的电气连接结构，因为在盖体20的环状膜26和主体衬底10的环状膜12之间存在的环状接合部15的正下方不存在金属布线，所以能防止连接环状膜彼此间时的按压力(压接力)导致的布线断裂、断线、一部分的断裂导致的连接的可靠性恶化。另外，在空洞部23内，因为用钝化膜42覆盖层间绝缘膜41是容易的，所以能防止从层间绝缘膜41产生的气体等侵入空洞部23内，从而能把空洞部23的真空状态保持得良好。
并且，外部电路也可以在主体衬底10之上，盖体20未覆盖的区域上形成，也可以设置在与红外线传感器不同的部分。
并且，在图3(a)、(b)所示电子装置的结构中，设置有盖体20，使其包围单元区域中的元件40和开关晶体管30(特别是漏区域33)。这样，通过在盖体20上设置具有滤光器功能的Ge层，能避免单元区域中的开关晶体管30的漏区域上激励的载流子导致的问题的发生。另外，即使不在盖体20上设置Ge层，也可以在妨碍光入射到开关晶体管30的位置设置由Ge等构成的滤光器。如果不在盖体20上设置Ge等的滤光器部，则没有必要用盖体20包围开关晶体管30(特别是漏区域33)。
(实施例1)下面，就在分立型红外线传感器中使用了本发明的电子装置的例子即实施例1加以说明。
图4(a)、(b)是本发明实施例1中的红外线传感器的剖视图和电路图。
如图4(a)所示，本实施例的红外线传感器包括厚度约300μm的Si衬底110；在Si衬底110之上设置的电阻元件(辐射热计)120；在Si衬底110之上形成，用于通/断到电阻元件120的电流的开关晶体管130；用于把设置有电阻元件120的区域保持在负压气氛中的盖体140。该红外线传感器的整体的大小是数mm左右。在Si衬底110之上，设置有成形为曲折线路状的电阻111、支撑电阻111的氮化硅膜112以及氧化硅膜113、覆盖在电阻111之上的BPSG膜116以及钝化膜(氮化硅膜)117。氧化硅膜113、BPSG膜116以及氮化硅膜112与电阻111一起成形为曲折线路状，并且延伸到硅衬底110之上。曲折线路状的电阻111、氧化硅膜113、BPSG膜116以及钝化膜117的下方和上方分别设置有保持为真空的空洞部119、143，空洞部119、143通过氧化硅膜113、BPSG膜116以及氮化硅膜112的一体化的部分的间隙以及侧面，彼此相连。而且，在空洞部119之上电阻111、氧化硅膜113、BPSG膜116、钝化膜117以及氮化硅膜112的全体被架设为曲折线路状。
电阻111的材料有Ti、TiO、多晶硅、Pt等，可以使用其中任意的材料。
另外，在钝化膜117中位于盖体140的下方的部分设置有由软质金属次材料(铝)构成的环状膜118，在筒部142的顶端也设置有由软质金属次材料(铝)构成的环状膜144，通过在两个接合部118、142彼此间形成的环状接合部15，在盖体140、衬底、Si衬底110之间存在的空洞部119、143被保持在负压气氛(真空状态)中。即通过设置空洞部119、143电阻111与Si衬底110绝热，维持了从红外线向热的高的转换效率。
另外，盖体140的衬底部141的结构为在厚度约300μm的硅衬底上，外延生长厚度约3μm的Ge层和在表面上形成了菲涅耳透镜的厚度约1μm的Si层。通过盖体140的筒部142，形成了深度数μm以上的空洞部。并且，可以通过蚀刻使成为窗部的部分变得更薄。
另外，开关晶体管130包括源区域131、漏区域132、栅极133。而且，漏区域132在盖体140的筒部142的下方形成，漏区域132作为连接被密封为真空状态的电阻111和外部的构件之间的信号的布线起作用。
并且，在图4(a)中虽然未显示，但是在Si衬底110的下面安装了用于冷却电阻元件的珀耳帖效应元件。该珀耳帖效应元件是使用了伴随着通过肖特基接触部的载流子的移动的热吸收作用的元件，在本实施例中，能使用具有众所周知的结构的各种珀耳帖效应元件。
如图4(b)所示，电阻111的一端与提供电源电压Vdd的布线135相连，电阻111的另一端与开关晶体管130的漏区域132相连。另外，在开关晶体管130的栅极上，通过布线136，输入通/断切换用信号，开关晶体管130的源极通过在另一端设置有标准电阻的布线138与用于检测电阻111接收的红外线量的检测部(图中未显示)相连，开关晶体管130的衬底区域通过布线137与提供接地电压的接地相连。即如果按照红外线量电阻111的温度变化，电阻值发生变化，则布线138的电位变化，所以从该电位变化能检测红外线量。
并且，在分立型红外线传感器中，可以在衬底上设置放大来自辐射热计的输出的运算放大器。此时，除了本实施例的辐射热计、开关晶体管，在由盖体密封的区域中还能配置运算放大器。
下面，就本是实力的红外线传感器的制造过程的一个例子加以说明。图5(a)～(f)是表示本发明实施例1(参照图4(a)、(b))的红外线传感器的制造过程的剖视图。另外，图6(a)、(b)是表示辐射热计以及它的周边区域的形成过程的俯视图。而且，图5(a)是图6(c)所示Va-Va线上的剖视图，图5(b)是图6(d)所示Vb-Vb线上的剖视图，图5(d)是图6(e)所示Vd-Vd线上的剖视图。
图13是表示本实施例中的红外线传感器整体结构的剖视图。如同一图所示，红外线传感器包括把具有辐射热计等电阻元件和开关晶体管的单元区域配置为阵列状的传感器区域Rsens；配置了用于控制各单元区域的电流和动作的晶体管的周边电路区域Rperi(控制电路)(参照图9)。但是，在本实施例中，只说明制造过程中的传感器区域Rsens的结构的变化。关于制造过程中的周边电路区域Rperi的结构的变化，与本发明的特征无关，能使用众所周知的CMOS过程。
首先，在图5(a)所示过程中，在主体晶片100上，形成图6(a)所示的具有多个孔112x的平板状的氮化硅膜112。接着，以该氮化硅膜112为掩模，在Si衬底110上进行干蚀刻，在孔112x的正下方形成带底孔后，通过湿蚀刻把孔在横向和纵向扩大，形成图6(b)所示深度约1μm的空洞部119x。此时，在图5(a)中小的空洞部119x彼此间一定存在壁部110x，但是在接近的孔112x彼此间的下方，119x也可以彼此结合，变为比较大的空洞部。
而且，如果在氮化硅膜112上形成多晶硅膜113，因为多晶硅膜113没有完全覆盖孔112x，所以如图6(c)所示，在多晶硅膜113上也形成小孔113x。
接着，在图5(b)所示过程中，如果对多晶硅膜113进行热氧化，就形成氧化硅膜113a，由于该氧化硅膜113a，孔113x被破坏。在氧化硅膜113a之上堆积了Ti等的导体构成的电阻膜后，对它进行刻膜，形成图6(d)所示具有弯曲线路状的结构的电阻111。
然后，在衬底上堆积了多晶硅膜后，对多晶硅膜后刻膜，形成栅极133。然后，在位于Si衬底110的栅极133的两侧的区域中注入杂质(例如，砷，磷等n型杂质)，形成源区域131以及漏区域132。
此时，传感器区域以外的周边晶体管区域(图中未显示)的MIS晶体管也同时形成。然后，图中虽然未显示，但是在衬底上，形成覆盖传感器区域和周边晶体管区域的已形成构件的几层层间绝缘膜和布线层(即多层布线层)。但是，在本实施例中，该过程中，不形成布线层，在传感器区域上只堆积几层的层间绝缘膜。
接着，在图5(c)所示过程中，在传感器区域的层间绝缘膜上，堆积覆盖了含有栅极133以及电阻111的衬底的整个上表面的氧化硅膜116。
接着，在图5(d)以及图6(e)所示过程中，除去氧化硅膜116中位于电阻111的间隙部的部分。此时，剩下氧化硅膜116的一部分，覆盖了电阻111。然后，在衬底上堆积由氮化硅膜构成的钝化膜117。该钝化膜117用于防止水分和潮气侵入电阻111和开关晶体管130中。然后，除去钝化膜117、氧化硅膜113以及氮化硅膜112中位于电阻111的间隙部的部分。由此，电阻元件(辐射热计)120的形成结束了。此时，在空洞部119x彼此间存在的壁部110x也被除去，形成了宽的空洞部119。然后，通过由该蚀刻形成的孔Het，空洞部119与外部空间连通。另外，电阻111处于被氧化硅膜113、氧化硅膜116以及钝化膜117包围的状态。
并且，在图中未显示的周边晶体管区域中，也能形成该钝化膜117，使其覆盖多层布线的最上层。该钝化膜在LSI制造过程中是极一般形成的。在本实施例中，能由和覆盖周边晶体管区域的钝化膜公共的氮化膜，在公共的过程中，形成传感器区域的钝化膜117。
接着，在图5(e)所示过程中，在钝化膜117中电阻111的周围的区域上形成由把电阻111和开关晶体管130围在环状中的厚度约600nm的金属(铝(Al))构成的环状膜118，此时，环状膜118的一部分位于开关晶体管130的源区域131的上方。
另外，在图5(e)中虽然未显示，但是形成了图3(a)、(b)所示的布线51a～51e。即在形成了贯穿钝化膜117和氧化硅膜116到达杂质扩散层(包含源/漏区域)和辐射热计的电阻111的接触孔后，形成填上接触孔，在钝化膜上延伸的布线。
接着，在图5(f)所示过程中，在硅衬底之上准备具有成为使1.4μm以上波长区域的红外线通过的窗的衬底部141、包围凹部的筒部142、在筒部142的顶端上设置的由Al构成的环状膜144的盖体140。然后，使盖体140的环状膜144和Si衬底110上的环状膜118对位，使两者彼此结合，形成环状接合部15。此时，单元区域全体具有与图3(a)、(b)所示几乎相同的平面形状和电路结构。
在此，通过对由Al的溅射法形成的Al进行刻膜，形成了各环状膜118、144。然后，对环状膜118、144进行FAB(First Atom Beam)处理即照射Ar原子的处理，使Al的表面上露出悬空链，通过压接把二者接合。后面将具体描述该接合过程。
并且，在本实施例中，虽然说明了利用了被称作辐射热计的电阻的红外线传感器的制造过程，但是本发明中能利用的辐射热计的形成方法并不局限于该制造过程。另外，也能利用其他类型的红外线传感器。此时，进行的是完全不同的制造过程，但是，本发明的特征并不在于辐射热计的结构，所以省略了把本发明适用于其他类型的红外线传感器、压力传感器、加速度传感器时的制造过程的说明。
以上，通过图(a)～(f)所示的制造过程，得到以下两个效果。
第一，在图(d)和图6(e)的过程中，因为在空洞部119x彼此间存在的壁部110x也被除去，形成宽的空洞部119，所以在空洞部119内不存在连接上方的电阻元件120和下方的衬底区域的壁和柱，所以能尽可能减少电阻元件120的散热，从而能提高红外线传感器的检测灵敏度和检测精度。
第二，因为通过孔Het，在电阻元件120的下方形成的空洞部119与盖141内的空间连通，所以空洞部119的保护气具有与盖141内的保护气相同的真空度。即当空洞部119孤立时，空洞部119以图5(b)所示的氧化过程中的保护气的状态被密封，所以不能使空洞部119维持太高的真空度。对此，在本实施例中，空洞部119的真空度是盖体140内的真空度即形成盖体140的环状接合部15时的真空度(例如，10-2Pa～10-4Pa左右的真空度)。因此，能抑制红外线传感器的散热，能提高红外线传感器的检测灵敏度和检测精度。
但是，也可以不象本实施例那样除去所有的壁部，而是留下部分的壁部和柱。此时，能发挥基于利用金属键和氢键形成环状接合部15的效果和在各单元区域上分别设置盖体的效果。
并且，图5所示空洞部119和盖体140内的空间也可以不连通。此时，能发挥基于利用金属键和氢键形成环状接合部15的效果和在各单元区域上分别设置盖体的效果。
-盖体的形成方法-图7(a)～(f)是表示本实施例的红外线传感器中使用的盖体的形成方法的剖视图。
首先，在图(a)所示过程中，在硅晶片之上按顺序外延生长Ge层、Si层后得到的盖用晶片150。当在硅晶片之上外延生长厚度约3μm的Ge层时，如上所述，在硅晶片之上，使Ge成分x从0到1变化，外延生长Si1-xGex层后，只外延生长给定的厚度的Ge层。另外，然后在Ge层上使Ge成分比x从1到0变化，外延生长Si1-xGex层后，外延生长厚度约1μm的Si层。然后，在Si层的表面上形成成为用于把红外线汇聚到各红外线传感器的凸透镜的菲涅耳透镜。
然后，在盖用晶片150的形成了菲涅耳透镜的面在下方的状态下，如图7(a)所示，在与盖用晶片150的Ge层以及Si层相对的面上，通过蒸镀法、溅射法，形成厚度约600nm的Al膜。
接着，在图7(b)所示过程中，在Al膜151上形成保护膜，以保护膜为掩模，对Al膜151蚀刻，形成环状膜144。
接着，在图7(c)所示过程中，以环状膜144为掩模(硬掩模)，或留下保护膜进行干蚀刻(RIE)，在盖用晶片150上形成包围了成为各红外线传感器的空洞的凹部。此时，盖用晶片150由具有晶片的残部、Ge层、Si层以及菲涅耳透镜的衬底部141、筒部142构成，筒部142高度即凹部的深度是数μm以上。
并且，作为盖体的生成方法，能用具有氧化绝缘层(例如所谓的BOX层)的SOI衬底代替氧化绝缘层。此时，因为能在绝缘层和Si层底的蚀刻选择比高的条件下，蚀刻Si衬底，所以能在绝缘层的部分，准确地使凹部的形成停止。
接着，在图7(d)所示的过程中，在使盖用晶片150的衬底部141向上的状态下，通过使用了ICP-RIE的干蚀刻，在盖用晶片150的盖体140上，形成用于分离衬底部141，分别形成各红外线传感器的盖体的切口部152。而且，准备具有图5(f)和图3(a)所示的结构的主体晶片100，在主体晶片100之上形成具有5(f)和图3(a)所示形状，并且由Al构成的环状膜118。
接着，在图7(e)所示过程中，例如经过图5(a)～图5(e)所示过程，在形成了红外线传感器的主体晶片100之上，放上盖用晶片150，通过使环状膜118、144彼此间结合，进行基于用于形成图5(f)所示环状接合部的压接的接合过程。
接着，图7(f)所示过程中，通过在盖用晶片150的切口部152，把盖用晶片按各红外线传感器分割，并且把主体晶片100按各红外线传感器切割，得到由Si衬底110和盖体140构成的分立型红外线传感器(参照图5(f))。
-基于压接的接合过程的详情-图8是简要表示压接中使用的装置的结构的剖视图。
如同一图所示，罐160安装了用于施加压接用压了的支撑构件161、用于保持罐160内的真空的宽带旋转式泵162、用于照射Ar的照射装置163、164。而且，在把主体晶片100配置在上方，把盖用晶片150配置在下方的状态下，从照射装置163、164向各环状膜118、144(参照图7(d))分别照射Ar原子束。通过盖处理，除去构成环状膜118、144的Al表面的污染物和氧化膜。然后，在把罐160内的真空度保持在10-4Pa的状态下，在常温下(例如30℃左右)，通过在两环状膜118、144之间外加0.5MPa～20MPa的压力，使各环状膜118、144彼此接合。
此时，可以通过在压接之前，把环状膜118、144加热到150℃，进行表面吸附的Ar的去除。
并且，因为也可以照射氧原子或其他的中性原子，代替照射Ar原子，能使Al等的金属的表面露出悬空链，所以能取得与本实施例同样的效果。
作为压接用金属，能使用Al以外的其他金属(包含合金)，特别是，熔点低的In、Cu、Au、Ag、Al-Cu合金等能在常温或近常温的低温下进行接合。可以使用同种的金属，也可以使用彼此不同的金属。
例如，通过蒸镀In膜形成环状膜，如果加压，In膜的表面被破坏，In膜的表面存在的自然氧化膜被破坏，形成了In彼此间的金属键。能使用这样的压接。
另外，在压接方法中，不仅有热压接，还有使用超声波接合的方法、在常温下产生组成变形进行接合的方法等，可以使用上述任意方法。也能使用利用了Si彼此间、Si-氧化膜间、氧化膜彼此间的氢键的接合。
特别是通过在10-2Pa～10-4Pa左右的真空度下的接合，能使内部空间具有高真空度，把红外线传感器的功能维持在某一高水平，能避免为了保持高真空状态的困难性，所以能进行适于实用并且批量生产的接合。
根据本实施例，不用象所述以往的装置那样，把包含多个传感器、发射元件等元件的单元阵列全体保持真空状态，而是使用形成了多个红外线传感器的晶片，因为能把各红外线传感器分别密封为真空状态，所以能容易地适用于分立型元件。
特别是因为本实施例能原封不动地使用CMOS用工艺，所以是适用于实用的制造方法。
领外，因为不用象以往的技术那样，用焊锡接合形成密封部，而是利用Al等软质金属彼此间的接合形成密封部，所以能容易地适用于红外线传感器等元件的小型化。
另外，根据本实施例的制造过程，当在晶片上形成多个分立型红外线传感器时，也能把各红外线传感器与盖体接合。如图7(d)所示，通过在衬底部141上形成切口部152，能使各单元中对接合部施加的应力均匀，所以在接合时能不在局部作用大的应力，从而能提高连接部的可靠性。
(实施例2)图9是用于说明本发明实施例2的红外线区域传感器的结构的电路图。本实施例的红外线区域传感器的具体结构如图13所示。
如同一图所示，在主体衬底上设置有把具有辐射热计201和开关晶体管202的多个单元A1～E5配置为行列状的阵列。一个单元的大小例如为40μm～50μm左右，但是只要是相当于要检测的红外线的波长的2倍的20μm以上就可以了。各单元的开关晶体管202的栅极与从纵向扫描电路209(V-SCAN)延伸的选择线SEL-1～SEL-5相连。各单元的辐射热计201的一端与电源提供线205相连，开关晶体管202的源极与从接地通过基准电阻Ra～Re延伸的数据线204a～204e相连。并且，数据线204a～204e分别经过开关晶体管SWa～SWe，与输出放大器206相连。各开关晶体管SWa～SWe的栅极与从横向扫描电路208(H-SCAN)延伸的信号线207a～207e相连。
图10是表示实施例2的红外线区域传感器的控制方法的定时图表。如果根据纵向扫描电路(V-SCAN)的控制，选择线SEL-1被驱动，则各单元A1～E1的开关晶体管202导通，为辐射热计201提供了经过基准电阻Ra～Re的电压。而根据横向扫描电路(H-SCAN)，开关晶体管SWa～SWe被按顺序驱动，从各输出放大器206输出了各单元A1～E1的数据Da1～De1。接着，如果根据纵向扫描电路(V-SCAN)的控制，选择线SEL-2被驱动，根据横向扫描电路(H-SCAN)，开关晶体管SWa～SWe被按顺序驱动，从各输出放大器206输出了各单元A2～E2的数据Da2～De2。同样，根据纵向扫描电路(V-SCAN)、横向扫描电路(H-SCAN)的控制，从各输出放大器206按顺序输出了各单元A3～E3的数据Da3～De3、各单元A4～E4的数据Da4～De、各单元A5～E5的数据Da5～De5。
然后，配置了各辐射热计201的单元的红外线的输入水平被合计，得到关于检测对象的二维信息。
图11(a)～(f)是表示实施例2的具有单元阵列的红外线区域传感器的制造过程的立体图。
在图11(a)～(e)所示过程中，进行与所述实施例1中的图7(a)～(e)所示过程相同的处理。
而且，在图11(f)所示过程中，通过在切口部152分割盖用晶片150，得到在单元阵列的各单元上设置有盖体140的红外线传感器。
在此，图11(f)所示的分割可以设置切口部152的残存部的厚度，使其在施加用于接合的压接力的时刻自然地进行，也可以通过在基于压接的接合结束后，在切口部152上另外地施加用于分割的按压力而进行。
而且，在11(a)～(f)中，因为与图7(a)～(f)所示红外线区域传感器的结构基本相似，所以采用了相同的符号，但是，分立型装置中的单元和集成型装置中的单元一般在尺寸上有很大区别。
用以往的技术还无法实现具有直径(或一边)在数百μm以下、高度在数百μm以下的尺寸的真空室的电子装置，但是根据本实施例，能形成有关的电子装置。此时，盖体的筒部的壁厚为数十μm以下，顶部的厚度在数百μm以下。特别是能把尺寸为直径(或一边)在数十μm以下、深度在数μm以下的真空室称作“μ真空室”。并且，因为用于形成这样的真空室的技术有必要把具有亚微米的厚度的环状膜彼此间接合，所以也能称作“纳米接合真空室”。
另外，当是具有单元阵列的红外线区域传感器时，在主体晶片100上设置有辐射热计、连接各单元彼此间的布线、电路等，但是在图11(a)～(f)中，省略了对这些的图示。具有单元阵列的红外线区域传感器一般是在一个晶片上形成多个，所以在图11(f)的过程之后，进行把主体晶片100分割为各芯片的切割。
根据本实施例，能发挥以下的效果。
第一，在以往，用一个盖体覆盖包含单元阵列整体的大面积的区域，在进行用于压接的接合时，有时在局部施加了大的压接力，有可能造成接合部的破坏和衬底的破裂。与此相比，在本实施例中，当在各单元上分别接合盖体时，如图11所示，通过在盖用晶片150上设置切口部152，能使在基于压接的接合时施加的应力均匀化。此时，也可以通过接合的压接力使在切口部自然地使盖用晶片被分割。即能防止在局部产生国大的引力，所以能提高接合时、之后的过程或实际使用时的可靠性。
第二，在以往的红外线传感器中，当把单元阵列整体通过一个盖体密封时，当接合部的一部分产生接合不良时，单元阵列整体成为废品，几乎不可能进行补救。与此相比，根据本实施例，在把配置了传感器等元件的多个单元配置为阵列状的电子装置中，因为采用了在各单元上分别安装真空密封用盖体的结构，所以即使由于一部分的单元的接合部的接合不良导致无法维持正常的真空状态时，也能通过采取使用与盖单元相邻的单元的信息等的装置，进行补救。
第三，在以往的把包含单元阵列整体整体的大面积区域通过一个盖体密封结构中，当单元阵列的面积特别大时或盖体窗部的厚度薄时，由于外部的大气和盖体内的负压气氛的压力差，在窗部产生挠曲，又可能造成窗部的断裂或窗部和单元的接触。与此相比，在本实施例中，因为为每个单元设置有小面积的盖体，所以不会产生这样的问题。因此，能减小窗部的厚度，提高红外线的检测灵敏度，谋求装置的小型化。
(实施例3)图12是表示本发明实施例3中的具有真空室结构的微小真空晶体管的例子的剖视图。本实施例的微小真空晶体管包括蓝宝石衬底201；在蓝宝石衬底201之上设置的作为电子提供层起作用的n-GaN层202；在n-GaN层202之上设置，并且作为由成分几乎连续变化的成分倾斜层构成的电子移动层而起作用的AlxGa1-xN层203；在AlxGa1-xN层203之上设置，作为表面层而起作用的AlN层204；在n-GaN层202之上设置的下部电极205；在AlN层204之上设置，并且与AlN层204肖特基接触的表面电极 206；在AlN层204之上形成，并且具有开口部的第一绝缘层207。而且，第一绝缘层207的开口部的底面的开口露出的AlN层204的表面经过第一绝缘层207的的侧面到第一绝缘层207的上表面的区域上形成表面电极206的薄膜部206a。表面电极206的薄膜部206a由厚度5～10nm左右的薄金属(Cu等)构成，在薄膜部206a中的开口部内，与AlN层204肖特基接触的部分成为电子发射部。而且，表面电极206的厚膜部206b由第一绝缘层207之上设置的厚度100nm以上的金属构成，厚膜部206b与薄膜部206a相连，作为布线的连接用小块而起作用。
而且，在第一绝缘层207之上奢者具有包围真空室210的源同步的盖体208，在盖体208的顶部的内表面上设置有用于收集电子的上部电极209a，在盖体208的顶部的外表面上设置有外部电极209b，上部电极209a和外部电极209b通过贯穿盖体210的顶部的通孔彼此相连。另外，设置有覆盖表面电极206的由氮化硅构成的钝化膜211、在钝化膜211之上形成的由Al构成的环状膜212、在盖体208的圆筒部的顶端形成的环状膜213，通过压接，各环状膜212、213彼此间接合，形成了环状接合部15。而且，真空室210成为内径约10μm、压力为10-4Pa左右的减压状态。
并且，AlxGa1-xN层203在下端部对于Ga的Al的含有比几乎为0(x＝0)，相反，在上端部，Al的含有比几乎为1，即具有倾斜的成分。
该真空晶体管把对应于外加在表面电极206和下部电极205之间的信号而发射的电子用减压的电子飞越室加速，用上部电极209接收，因为电子飞越为真空的，所以可以作为绝缘性高，内部损失小，温度依赖性小的放大元件或开关元件。
(实施例4)在所述各实施例中，说明了为各单元区域分别设置盖体的结构，但是本发明并不局限于相关的实施例。
图14是表示本发明实施例4的红外线传感器的整体结构的剖视图。如同一图所示，在本实施例中，盖体不是以一个单元单位覆盖各单元区域，而是覆盖传感器区域Rsens的多个单元区域。而且，环状接合部包围多个单元区域。盖体的材料和构成环状接合部的材料以及形成方法与所述实施例1同样。
图15是表示本发明实施例4的红外线传感器的整体结构的剖视图。如同一图所示，在本实施例中，不是分别覆盖各单元区域，而是覆盖传感器区域Rsens的所有单元区域。而且，环状接合部包围传感器区域Rsens的全体。盖体的材料和构成环状接合部的材料以及形成方法与所述实施例1同样。
根据本实施例或它的变形例，环状接合部与以往的利用焊锡的环状接合部不同，是通过利用了金属键或氢键的接合或常温接合形成的，所以能使密封了电阻元件的空间保持高的真空度，从而能进一步提高密封在盖体内的各种传感器的检测灵敏度和检测精度。
(其他的实施例)在所述各实施例中，说明了保持在负压气氛中的元件为辐射热计和真空晶体管时的情况，但是本发明并不局限于相关的实施例。能适用于例如辐射热计以外的p-n结二极管等热电变换元件和检测或发射波长40μm～50μm的太拉波的元件等所有需要负压气氛或惰性保护气的元件。
并且，在所述各实施例中，虽然只在盖体上设置有成为空洞部的凹部和包围它的闭环状的筒部，但是本发明并不局限于相关的实施例，也可以在盖体以及主体衬底的双方上具有成为空洞部的凹部和包围它的闭环状的筒部。另外，也可以只在主体衬底上具有成为空洞部的凹部和包围它的闭环状的筒部，此时，盖体可以是平板状的。
另外，作为包围空洞部的筒部的形状可以是圆筒状，也可以是四角筒状的多角筒状的。但是，为了使空洞部维持在负压气氛中，应该具有闭环的环状结构。
也能利用在平坦的主体衬底上只设置有凹部，而不存在筒部的。此时，盖用衬底可以是平板状的，也可以是具有凹部的。
也能利用在平坦的盖用衬底上只设置有凹部，而不存在筒部的。此时，主体衬底可以是平板状的，也可以是具有凹部的。
另外，在所述各实施例中，是假设由盖体密封的空洞部是真空室。此时，如果考虑到基于制造过程中的压接的环状膜的接合的容易性，空洞部内的压力最好室10-2Pa～10-4Pa左右，但是在10-4Pa以下，在达到10- 7Pa的真空环境下也能进行接合。
另外，本发明也能适用于等离子体发光元件。在压力为133Pa以下的负压气氛中，对于在含有某一特定的气体(例如氦气、氩气、氖气、氙气、氪气、氢气、氧气、氮气等)特定保护气中的元件，只要能利用基于压接的接合，就能适用本发明。
另外，在所述等离子体发光元件中，本发明的盖体也可以由半导体以外的材料构成。例如，通过由氧化膜、氮化膜等透明性材料构成盖体，就能得到把发出可见光的发光元件封入负压气氛等中的装置。当采用该结构时，在Si衬底上堆积了透明性绝缘膜等之后，在透明性绝缘膜上形成包围未到达Si衬底的凹部的筒部(外侧面也可以到达Si衬底)，利用在所述各实施例中说明的接合方法，在主体衬底上的每个单元上密封盖体，而且，通过用干蚀刻等只把Si衬底除去的步骤，就能在各单元上设置透明性的盖体。
根据本发明，因为设置有用于把配置了至少一个元件的至少一个单元区域保持在负压气氛或惰性保护气中的盖体，所以就能利用已经存在的电子装置的制造工艺，提供适用于分立型、集成型的任意结构的可靠性高的电子装置及其制造方法。
权利要求
1.一种电子装置，其特征在于包括具有配置了至少一个元件的多个单元区域的主体衬底；配置在所述主体衬底上的盖体；设置在配置了所述多个单元区域中至少一个单元区域的所述元件的部位上，并被所述主体衬底和所述盖体所包围，被负压气氛或惰性气体气氛维持的空洞部；设置在所述主体衬底和所述盖体之间，用于从外部空间来遮断所述空洞部的环状接合部。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于还包括形成在所述主体衬底上，并包围所述元件的第一环状膜；形成在所述盖体上的第二环状膜；所述环状接合部形成在所述第一和第二环状膜之间。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其特征在于所述第一、第二环状膜的材料是从Al、In、Cu、Au、Ag、Ti、W、Co、Ta、Al-Cu合金、氧化膜中的至少一种中选择的材料。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于所述第一、第二环状膜的材料是彼此相同的材料。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于所述主体衬底由半导体所构成；所述主体衬底上的所述元件和外部电路，通过在所述主体衬底内横贯所述环状接合部而形成的杂质扩散层来彼此电气连接。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的电子装置，其特征在于在所述盖体上设置有形成所述空洞部的凹部和包围该凹部的筒部；在所述主体衬底上设置有与所述筒部配合的配合部。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述的电子装置，其特征在于所述电子装置是从红外线传感器、压力传感器、加速度传感器以及真空晶体管中的任意一种中选择的元件。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于所述电子装置是红外线传感器；在所述主体衬底上设置的元件是热电变换元件。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于所述盖体具有Si衬底和设置在该Si衬底上的、具有小于1.1eV的带隙的半导体层。
10.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于所述盖体的最上层由形成了成为菲涅耳透镜的衍射晶格的Si层所构成。
11.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于所述电子装置是具有热电变换元件、用于支撑所述热电变换元件的支撑构件、和形成在所述支撑构件下方的第二空洞部的红外线检测传感器。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其特征在于所述第二空洞部内未设置从所述支撑构件延伸的柱或壁。
13.根据权利要求11所述的电子装置，其特征在于所述第二空洞部与所述空洞部连通。
14.根据权利要求1～5中任意一项所述的电子装置，其特征在于设置有多个所述环状接合部，使其包围所述多个单元区域。
15.一种电子装置的制造方法，其特征在于包括准备具有配置了至少一个元件的多个单元区域的主体衬底和盖用衬底，在所述主体衬底以及所述盖用衬底中的至少一方上形成包围所述多个单元区域中至少一个单元区域的多个凹部的步骤(a)；通过在所述主体衬底和所述盖用衬底之间施加按压力，在所述主体衬底和所述盖用衬底之间形成环状接合部，使所述多个凹部中的至少一部分凹部作为从外部空间遮断的空洞部而留下来的步骤(b)。
16.根据权利要求15所述的电子装置的制造方法，其特征在于在所述步骤(a)中，在所述主体衬底、盖用衬底上分别形成包围所述凹部的多个第一、第二环状膜；在所述步骤(b)中，在所述第一、第二环状膜彼此之间形成所述环状接合部。
17.根据权利要求15所述的电子装置的制造方法，其特征在于所述步骤(b)是通过利用了氢键或金属键的接合、或常温接合来进行的。
18.根据权利要求16所述的电子装置的制造方法，其特征在于所述步骤(a)是使用从In、Cu、Al、Au、Ag、Ti、W、Co、Ta、Al-Cu合金、氧化膜中的至少一种中选择的材料，作为第一、第二环状膜的材料来进行的。
19.根据权利要求18所述的电子装置的制造方法，其特征在于使用彼此相同的材料作为所述第一、第二环状膜的材料。
20.根据权利要求15～19中任意一项所述的电子装置的制造方法，其特征在于所述步骤(b)是在不把所述本体衬底和所述盖衬底加热到450℃以上的情况下来进行的。
21.根据权利要求15～19中任意一项所述的电子装置的制造方法，其特征在于在所述步骤(a)中，在所述盖用衬底上预先形成把所述盖用衬底划分为多个区域的切口。
22.根据权利要求16所述的电子装置的制造方法，其特征在于在所述步骤(a)中，在所述盖用衬底上形成被所述各第二环状膜包围的凹部和包围该凹部的多个筒部。
23.根据权利要求22所述的电子装置的制造方法，其特征在于在所述步骤(a)中，在所述主体衬底上形成与所述盖用衬底的筒部配合的配合部。
24.根据权利要求15～19中任意一项所述的电子装置的制造方法，其特征在于所述步骤(b)是在负压气氛或惰性气体气氛中进行的。
25.根据权利要求24所述的电子装置的制造方法，其特征在于所述步骤(b)是在比10-4Pa还高压的负压气氛中进行的。
26.根据权利要求15～19中任意一项所述的电子装置的制造方法，其特征在于还包括在所述步骤(b)之后，把所述主体衬底分割为各单元的步骤。
27.一种电子装置的制造方法，其特征在于包括准备具有配置了至少一个元件的多个单元区域的主体衬底和盖用衬底，在所述主体衬底和所述盖用衬底中的至少一方上形成包围所述多个单元区域的凹部的步骤(a)；在所述主体衬底和所述盖用衬底之间施加按压力，通过利用了氢键或金属键的接合、或常温接合，来形成环状接合部的步骤(b)；在所述步骤(b)中，在所述多个单元区域形成所述环状接合部，使所述凹部的至少一部分作为与外部空间遮断的空洞部而留下来。
28.根据权利要求27所述的电子装置的制造方法，其特征在于在所述步骤(a)中，在所述主体衬底上形成包围多个单元区域的第一环状膜，在所述盖用衬底上形成具有与所述第一环状膜几乎相同的结构的第二环状膜。
29.根据权利要求28所述的电子装置的制造方法，其特征在于所述步骤(a)是使用从In、Cu、Al、Au、Ag、Ti、W、Co、Ta、Al-Cu合金、氧化膜中的至少一种中选择的材料，作为第一、第二环状膜的材料来进行的。
30.根据权利要求29所述的电子装置的制造方法，其特征在于使用彼此相同的材料作为所述第一、第二环状膜的材料。
31.根据权利要求27～30中任意一项所述的电子装置的制造方法，其特征在于所述步骤(b)是在不把所述本体衬底和所述盖衬底加热到450℃以上的情况下来进行的。
32.根据权利要求27～30中任意一项所述的电子装置的制造方法，其特征在于所述步骤(a)是利用所述第一、第二环状膜包围配置在一个电子装置上的所有单元区域来进行的。
全文摘要
提供利用现有的电子装置的制造工艺，在每个单元中设置真空保持用盖体的电子装置及其制造方法。在盖用晶片(150)之上形成Al膜(151)，对Al膜(151)进行刻膜来形成环状膜(144)。以环状膜(144)为掩模进行干蚀刻，形成包围成为真空室的凹部的筒部(142)。在盖用晶片(150)的衬底部(141)上形成了切口部(152)之后，在形成有红外线区域传感器的主体晶片(100)上，载置盖用晶片(150)。然后，通过压接使盖用晶片(150)的环状膜(144)和主体晶片(100)的环状膜(118)接合，从而形成环状接合部(15)。
文档编号H01L27/146GK1391280SQ0212305
公开日2003年1月15日 申请日期2002年6月11日 优先权日2001年6月11日
发明者菰渕宽仁, 久保实, 桥本雅彦, 冈嶋道生, 山本真一 申请人:松下电器产业株式会社