JP6127747B2

JP6127747B2 - 赤外線センサ、及び、赤外線センサの製造方法

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Publication number: JP6127747B2
Application number: JP2013120809A
Authority: JP
Inventors: 真樹右田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-06-07
Also published as: JP2014239147A

Description

本発明は、赤外線センサと赤外線センサの製造方法とに関する。

特許文献１は、固体撮像素子と、固体撮像素子の製造方法とを開示する。特許文献１の個体撮像素子は、第１の半導体基板と、第２の半導体基板とを備える。第１の半導体基板は、光電変換部を備える。光電変換部は、フォトダイオードを一次元或いは二次元に配設し、入射光を光電変換する。第２の半導体基板は、信号処理部を備える。信号処理部は、入力ダイオードを一次元或いは二次元に配設し、光電変換部で変換された信号を読み出す。特許文献１の個体撮像素子は、入力ダイオード毎に設けたバンプにより電気的に接続して一体化するハイブリッド型の固体撮像素子である。第１の半導体基板の光電変換部を形成する領域以外の領域に凹部又は凸部が設けられている。第２の半導体基板の信号処理部５を形成する領域以外の領域に凹部又は凸部と嵌合する凸部又は凹部が設けられている。特許文献１の発明では、第１の半導体基板と第２の半導体基板との接合時における横ずれを防ぐために、凹凸嵌合わせが用いられている。

特許文献２は、ボンディング方法を開示する。特許文献２のボンディング方法は、第１の半導体基板と第２の半導体基板とを対向させて、接続導体によって互いに対向する素子領域と接続領域とを接続する際に、接続導体を溶融した状態で、第１の半導体基板と第２の半導体基板との間隔が離れる方向に力を作用させる。第１の半導体基板は、素子領域が二次元に配列されている。第２の半導体基板は、素子領域と同じピッチで二次元に配列された接続領域を有する。特許文献２の発明では、第１の半導体基板と第２の半導体基板との接合時における縦方向の接合不良を防ぐために、間隔調整部材が用いられている。

特許文献３は、半導体装置と、半導体装置の製造方法とを開示する。特許文献３の半導体装置は、第一の半導体チップと、第二の半導体チップとの間に絶縁部材が挿入されている。第一の半導体チップ１の多数のバンプと第二の半導体チップの多数のバンプとは、接合されている。第一の半導体チップは、ＨｇＣｄＴｅダイオード・アレイを形成する。第二の半導体チップは、Ｓｉ−ＣＣＤを形成する。絶縁部材は、複数のバンプの接合体の総ての隣接する二個を隔て、且つ、第一の半導体チップと第二の半導体チップ２との何れにも固着されていない。特許文献３の発明では、画素毎の接合部の間をポリイミドで隔離することによって、横方向の短絡を防止されるように意図されている。

特開平７−３８０７６号公報特開２００２−２９９６５０号公報特開平７−１５３９０５号公報

特許文献１では、凹凸を形成するためのエッチング（ドライエッチング）工程が必要となり、工数が多いので、製造コストが上昇する。特許文献２では、Ｉｎバンプ接合時のチップ間隙間を固定することができないので、接合初期の状態で、接合むらが発生する場合があり、よって、接合歩留りが低下する。特許文献３では、横方向の短絡は防止できても、特許文献２の場合と同様に、高さ方向における接合むらの抑制が困難であり、よって、接合歩留りが低下する。更に、特許文献１〜特許文献３の技術では、ボンディング時のセンサ入射面への保護が無いので、よって、センサ受光面の外観歩留りが低下する。

本発明の目的は、第１半導体基板と第２半導体基板とをハイブリッド接合する場合において、簡便に第１半導体基板と第２半導体基板との間隔を略一定に保持することで、画素欠陥の少ない赤外線センサを実現することである。

本発明に係る赤外線センサは、第１半導体基板と、第２半導体基板と、複数の高さ調整部材と、を備えており、前記第１半導体基板と、前記第２半導体基板とは、ハイブリッド接合されており、前記第１半導体基板は、受光素子アレイを備えており、前記受光素子アレイは、前記第１半導体基板の第１主面に設けられており、複数の受光素子を備えており、前記複数の受光素子は、前記第１主面において、格子状に配置されており、前記複数の高さ調整部材は、前記第１主面のうち前記受光素子アレイが設けられているアレイ領域において、１ｍｍ^２の単位面積当たり一個以上の密度で配置されており、前記第２半導体基板は、前記第２半導体基板の第２主面を介して前記複数の受光素子のそれぞれから出力される電気的な光信号を読み出すための回路基板であり、前記第２主面を介して、前記複数の受光素子のそれれぞれと電気的に接続されており、前記受光素子アレイと、前記複数の高さ調整部材とは、前記第１主面と、前記第２主面との間に設けられている、ことを特徴とする。

複数の高さ調整部材が、アレイ領域において、１ｍｍ^２の単位面積当たり一個以上の密度で、均一に分散されるので、第１半導体基板と第２半導体基板とを接合する時から製品として用いられるまで、第１半導体基板と第２半導体基板との間隔を、均一に（第１主面における場所には依らずに）、且つ、一定に保つことが、可能となる。第１半導体基板と第２半導体基板との間隔が均一且つ一定に保たれることによって、第１半導体基板の撓みが低減されるので、赤外線センサの外側に露出される第１半導体基板の裏面（赤外線センサの受光面）の撓みも低減され、よって、赤外線センサの外観異常も低減できる。更に、第１半導体基板の撓みによる第１半導体基板と第２半導体基板との間に生じる不測の電気的な短絡も低減できるので、受光素子アレイにおいてドット落ちを低減できる。

本発明に係る赤外線センサでは、前記第１半導体基板又は前記第２半導体基板は、溝部を備えており、前記溝部は、前記溝部が前記第１半導体基板に設けれらている場合には前記第１主面に、又は、前記溝部が前記第２半導体基板に設けられている場合には前記第２主面に、設けられており、前記複数の受光素子の格子状の配置に合わせた格子形状を成しており、注入口を備えており、前記注入口は、前記高さ調整部材を前記溝部に導入するための開口であり、前記複数の高さ調整部材は、前記アレイ領域において、前記密度で、前記溝部に沿って、前記アレイ領域に分散されている、ことが好ましい。格子形状の溝部によって、複数の高さ調整部材が、アレイ領域の内側において、均一に分散される。

本発明に係る赤外線センサでは、前記第１半導体基板の設けられている前記溝部に前記高さ調整部材が配置されている状態において、前記第１主面からの高さは、前記高さ調整部材の方が前記受光素子よりも高い、ことが好ましい。従って、高さ調整部材は、第１半導体基板と第２半導体基板とに確実に接し、よって、第１半導体基板と第２半導体基板との間隔を確実に一定に維持できる。

本発明に係る赤外線センサでは、前記高さ調整部材の形状は、球である、ことが好ましい。高さ調整部材の形状が球なので、溝部における高さ調整部材の移動が容易となり、よって、複数の高さ調整部材のそれぞれが、溝部の全体にわたって偏ることなく一様に配置されることが可能となる。

本発明に係る赤外線センサでは、前記高さ調整部材の材料は、石英である、ことが好ましい。高さ調整部材は、比較的に高い硬度の石英なので、第１半導体基板と第２半導体基板とから受ける応力による変形が回避される。

本発明に係る赤外線センサでは、補強部材を備え、前記補強部材は、前記第１主面と前記第２主面との間に充填されており、前記補強部材の材料は、樹脂である、ことが好ましい。複数の高さ調整部材と共に補強部材を用いれば、第１半導体基板と第２半導体基板とを接合する時から製品として用いられるまで、第１半導体基板と第２半導体基板との間隔を、より均一に（第１主面における場所には依らずに）、且つ、より一定に保つことが、可能となる。更に、補強部材によって、高さ調整部材の配置を、より確実に固定できる。

本発明に係る赤外線センサの製造方法は、第１半導体基板と第２半導体基板とを用意する工程と、第１半導体基板と第２半導体基板とをハイブリッド接合する工程と、を備えており、前記第１半導体基板は、受光素子アレイを備えており、前記受光素子アレイは、前記第１半導体基板の第１主面に設けられており、複数の受光素子を備えており、前記複数の受光素子は、前記第１主面において、格子状に配置されており、前記第２半導体基板は、前記第２半導体基板の第２主面を介して前記複数の受光素子のそれぞれから出力される電気的な光信号を読み出すための回路基板であり、前記第１半導体基板又は前記第２半導体基板は、溝部を備えており、前記溝部は、前記溝部が前記第１半導体基板に設けれらている場合には前記第１主面に、又は、前記溝部が前記第２半導体基板に設けられている場合には前記第２主面に、設けられており、前記複数の受光素子の格子状の配置に合わせた格子形状を成しており、注入口を備えており、前記注入口は、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に配置する高さ調整部材を前記溝部に導入するための開口であり、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とを用意する工程は、揮発性溶剤に含ませた前記複数の高さ調整部材を、前記揮発性溶剤と共に、前記注入口を介して前記溝部に注入し、前記溝部に沿って、前記第１主面のうち前記受光素子アレイが設けられているアレイ領域に分散させる工程を備え、前記複数の高さ調整部材を注入し分散させる工程では、前記複数の高さ調整部材は、前記アレイ領域において、１ｍｍ^２の単位面積当たり一個以上の密度で配置される、ことを特徴とする。

複数の高さ調整部材は、揮発性溶剤と共に溝部に注入され、アレイ領域において、１ｍｍ^２の単位面積当たり一個以上の密度で、均一に分散されるので、よって、第１半導体基板と第２半導体基板とを接合する時から製品として用いられるまで、第１半導体基板と第２半導体基板との間隔を、均一に（第１主面における場所には依らずに）、且つ、一定に保つことが、可能となる。格子形状の溝部によって、複数の高さ調整部材が、アレイ領域の内側において、均一に分散される。第１半導体基板と第２半導体基板との間隔が均一且つ一定に保たれることによって、第１半導体基板の撓みが低減されるので、赤外線センサの外側に露出される第１半導体基板の裏面（赤外線センサの受光面）の撓みも低減され、よって、赤外線センサの外観異常も低減できる。更に、第１半導体基板の撓みによる第１半導体基板と第２半導体基板との間に生じる不測の電気的な短絡も低減できるので、受光素子アレイにおいてドット落ちを低減できる。

本発明に係る赤外線センサの製造方法では、前記第１半導体基板は、受光面を備えており、前記受光面は、前記第１主面の反対側にあり、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とを用意する工程は、前記受光面を覆う保護シートを前記受光面に設ける工程を備え、前記保護シートを設ける工程は、前記複数の高さ調整部材を注入し分散させる工程の前に行われ、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とをハイブリッド接合する工程では、前記保護シートを用いて、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とをハイブリッド接合する、ことが好ましい。保護シートによって受光面を覆うことによって、キズ及び異物から受光面を保護できる。

本発明に係る赤外線センサの製造方法では、前記溝部は、格子状に配置された前記複数の受光素子の間の空間によって成る、ことが好ましい。従って、第１半導体基板の第１主面に溝を実際に設ける場合に比較して、プロセスコストが低減される。

本発明に係る赤外線センサの製造方法では、前記高さ調整部材の材料は、石英である、ことが好ましい。高さ調整部材は、比較的に高い硬度の石英なので、第１半導体基板と第２半導体基板とから受ける応力による変形が回避される。

本発明に係る赤外線センサの製造方法では、前記揮発性溶剤は、アルコール系溶剤である、ことが好ましい。従って、揮発性溶剤は、効率良く揮発可能となる。

本発明に係る赤外線センサの製造方法では、前記第１半導体基板の設けられている前記溝部に前記高さ調整部材が配置されている状態において、前記第１主面からの高さは、前記高さ調整部材の方が前記受光素子よりも高い、ことが好ましい。従って、高さ調整部材は、第１半導体基板と第２半導体基板とに確実に接し、よって、第１半導体基板と第２半導体基板との間隔を確実に一定に維持できる。

本発明によれば、第１半導体基板と第２半導体基板とをハイブリッド接合する場合において、簡便に第１半導体基板と第２半導体基板との間隔を略一定に保持できる。

図１は、実施形態に係る赤外線センサの内部構造を説明するための図である。図２は、実施形態に係る赤外線センサの第１半導体基板の構成を説明するための図である。図３は、実施形態に係る第１半導体基板の溝部の構成を説明するための図である。図４は、実施形態に係る赤外線センサの製造方法のうち、複数の主要な工程を示すフローチャートである。図５は、実施形態に係る赤外線センサの製造方法を説明するための図である。図６は、実施形態に係る赤外線センサの製造方法を説明するための図である。図７は、実施形態に係る赤外線センサの製造方法を説明するための図である。図８は、実施形態に係る赤外線センサの第１半導体基板の他の構成を示す図である。図９は、実施形態に係る赤外線センサの第１半導体基板の他の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１〜図３を参照して、実施形態に係る赤外線センサ１の構成を説明する。図１は、赤外線センサ１の内部構造を説明するための図である。図１は、赤外線センサ１の内部構造を、第１半導体基板２と第２半導体基板３との積層方向に沿った面からみた図である。図２は、赤外線センサ１の第１半導体基板２の構成を説明するための図である。図２は、第１半導体基板２を、第１半導体基板２の第１主面２ｄの上から斜めに見た図である。図３は、第１半導体基板２の溝部２ｃの構成を説明するための図である。図３は、図２に示す領域Ｒ１における構成を示す図である。領域Ｒ１は、第１半導体基板２の第１主面２ｄの領域である。図２に示す領域Ｒ１に含まれる構成は、第１主面２ｄの他の領域に設けられた構成と同様である。

赤外線センサ１は、第１半導体基板２、第２半導体基板３、複数の高さ調整部材４を備える。第１半導体基板２と第２半導体基板３とはハイブリッド接合されている。複数の高さ調整部材４は、第１半導体基板２と第２半導体基板３との間に配置されている。ハイブリッド接合とは、機能の異なる複数部品を電気的あるいは物理的に接合することを意味する。本実施形態の場合、第１半導体基板２は光電変換することを、第２半導体基板３は画素毎に信号の読み出しを行うことを、それぞれの機能としており、これら基板同士は、Ｉｎ半田バンプを媒体として、加熱溶融プロセス（フリップチップボンド）により接合されている。

第１半導体基板２は、半導体積層２ａ、受光素子２ｂ、溝部２ｃ、第１主面２ｄ、受光面２ｅを備える。半導体積層２ａは、低反射コーティング膜２ａ１、支持基体２ａ２、ｎ型層２ａ３を備える。低反射コーティング膜２ａ１の上に支持基体２ａ２が設けられ、支持基体２ａ２の上にｎ型層２ａ３が設けられ、ｎ型層２ａ３の上に、複数の受光素子２ｂが設けられている。

第１半導体基板２は、溝部２ｃを備えている。溝部２ｃは、第１主面２ｄに設けられている。溝部２ｃは、複数の受光素子２ｂの格子状の配置に合わせた格子形状を成している。溝部２ｃは、注入口２ｃ１を備えている。注入口２ｃ１は、高さ調整部材４を溝部に導入するための開口である。

第１半導体基板２は、受光素子アレイ２１を備える。受光素子アレイ２１は、第１半導体基板２の第１主面２ｄに設けられている。受光素子アレイ２１は、複数の受光素子２ｂを備えている。受光素子２ｂは、第１主面２ｄにおいて、メサ形状を有する。受光素子２ｂは、フォトダイオードである。受光素子２ｂは、受光素子２ｂのメサの端部に設けられたｐ側の電極を、備える。受光素子２ｂのメサ形状によって、溝部２ｃの形状が画定される。すなわち、溝部２ｃは、格子状に配置された複数の受光素子２ｂの間の空間によって成る。この場合、アレイ領域２１ａを囲む領域は、第１主面２ｄから突出しており、注入口２ｃ１はこの領域に埋め込まれている。なお、溝部２ｃは、複数の受光素子２ｂの間において、露出される第１主面２ｄに実際に溝を設けることによって構成されたものであっても、良い。

複数の受光素子２ｂは、図２に示すように、第１主面２ｄにおいて、格子状に配置されている。隣り合う二つの受光素子２ｂの間の距離は、画素間隔に対応しており、例えば、８μｍの程度である。複数の高さ調整部材４は、図２に示すように、第１主面２ｄのうち受光素子アレイ２１が設けられているアレイ領域２１ａにおいて、１ｍｍ^２の単位面積当たり一個以上の密度で配置されている。複数の高さ調整部材４は、アレイ領域２１ａにおいて、上記密度で、溝部２ｃに沿って、アレイ領域２１ａに分散されている。高さ調整部材４の材料は、高硬度の材料であり、例えば、石英である。高さ調整部材４は、球体である。第１半導体基板２の設けられている溝部２ｃに高さ調整部材４が配置されている状態において、第１主面２ｄからの高さは、高さ調整部材４の方が受光素子２ｂよりも高い。受光素子２ｂの第１主面２ｄからの高さは、例えば、５μｍの程度であり、高さ調整部材４の直径は、例えば、１０μｍの程度である。

低反射コーティング膜２ａ１の材料は、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２等の誘電体である。支持基体２ａ２の材料は、例えば、ＩｎＰである。ｎ型層２ａ３の材料は、例えば、ｎ型のＳｉ、ｎ型のＩｎＰ、である。

また、第１半導体基板２は、受光面２ｅを備える。受光面２ｅは、第１主面２ｄの反対側にある。受光面２ｅは、低反射コーティング膜２ａ１の表面に対応する。

第２半導体基板３は、第２半導体基板３の第２主面３ａを介して、第１半導体基板２の複数の受光素子２ｂのそれぞれから出力される電気的な光信号を読み出すための回路基板である。第２半導体基板３は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いたマルチプレクサ（Multiplexer）である。第２半導体基板３に係る上記の回路基板は、第２主面３ａを介して、第１半導体基板２の複数の受光素子２ｂのそれれぞれと電気的に接続されている。受光素子アレイ２１と、複数の高さ調整部材４とは、第１半導体基板２の第１主面２ｄと、第２半導体基板３の第２主面３ａとの間に設けられている。

なお、赤外線センサ１は、必要に応じて、補強部材５を更に備えることができる。補強部材５は、第１半導体基板２の半導体積層２ａの第１主面２ｄと、第２半導体基板３の第２主面３ａとの間に、均一に充填される。補強部材５の材料は、樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂である。

上記のような複数の高さ調整部材４が、アレイ領域２１ａにおいて、上記のように比較的に高い密度（１個／１ｍｍ^２以上）で、均一に分散されるので、第１半導体基板２と第２半導体基板３とを接合する時から製品として用いられるまで、第１半導体基板２と第２半導体基板３との間隔を、均一に（第１主面２ｄにおける場所には依らずに）、且つ、一定に保つことが、可能となる。格子形状の溝部２ｃによって、複数の高さ調整部材４が、アレイ領域２１ａの内側において、均一に分散される。第１半導体基板２と第２半導体基板３との間隔が均一且つ一定に保たれることによって、第１半導体基板２の撓みが低減されるので、赤外線センサ１の外側に露出される受光面２ｅの撓みも低減され、よって、赤外線センサ１の外観異常も低減できる。更に、第１半導体基板２と第２半導体基板３との間隔が均一且つ一定に保たれることによって、第１半導体基板２の撓みが低減されるので、第１半導体基板２の撓みによる第１半導体基板２と第２半導体基板３との間に生じる不測の電気的な短絡も低減できるので、受光素子アレイ２１においてドット落ちを低減できる。更に、高さ調整部材４は、比較的に高い硬度の石英なので、第１半導体基板２と第２半導体基板３とから受ける応力による変形が回避される。更に、第１主面２ｄからの高さは、高さ調整部材４の方が受光素子２ｂよりも高いので、高さ調整部材４は、第１半導体基板２と第２半導体基板３とに確実に接し、よって、第１半導体基板２と第２半導体基板３との間隔を確実に一定に維持できる。更に、複数の高さ調整部材４と共に補強部材５を用いれば、第１半導体基板２と第２半導体基板３とを接合する時から製品として用いられるまで、第１半導体基板２と第２半導体基板３との間隔を、より均一に（第１主面２ｄにおける場所には依らずに）、且つ、より一定に保つことが、可能となる。更に、補強部材５によって、高さ調整部材４の配置を、より確実に固定できる。

なお、複数の高さ調整部材４の密度が１ｍｍ^２の単位面積当たり一個未満の場合には、密度の低下に伴って第１半導体基板２の撓みが増加し、第１半導体基板２と第２半導体基板３との間が部分的に狭まり、これによって、第１半導体基板２と第２半導体基板３との間において不測の電気的な短絡が生じる場合がある。

次に、実施形態に係る赤外線センサの製造方法を説明する。図４は、実施形態に係る赤外線センサ１の製造方法のうち、複数の主要な工程を示すフローチャートである。図５〜図７は、何れも、実施形態に係る赤外線センサ１の製造方法を説明するための図である。まず、工程Ｓ１において、第１半導体基板２と第２半導体基板３とを用意する（工程Ｓ１）。工程Ｓ１において用意される第１半導体基板２を、図５の（Ａ）部に示す。

工程Ｓ１は、更に、工程Ｓ１ａと工程Ｓ１ｂとを備える。工程Ｓ１ａは、保護シート６を受光面２ｅに設ける工程である。保護シート６は、受光面２ｅを覆い、キズ及び異物から受光面２ｅを保護する。

工程Ｓ１ａの後、工程Ｓ１ｂを行う。工程Ｓ１ｂは、注入用治具８から、揮発性溶剤Ｆ１に含ませた複数の高さ調整部材４を、揮発性溶剤Ｆ１と共に、注入口２ｃ１を介して溝部２ｃに注入する工程である。図７には、工程Ｓ１ｂの様子が、示されている。図７の（Ａ）部には、工程Ｓ１ｂの様子であって、注入用治具８から高さ調整部材４を揮発性溶剤Ｆ１と共に注入口２ｃ１に投入する様子が、示されている。図７の（Ｂ）部には、工程Ｓ１ｂの様子であって、揮発性溶剤Ｆ１と共に注入口２ｃ１に投入された高さ調整部材４が、揮発性溶剤Ｆ１と共に溝部２ｃを介してアレイ領域２１ａに分散されている様子が示されている。揮発性溶剤Ｆ１は、アルコール系溶剤である。溝部２ｃは、揮発性溶剤Ｆ１と共に、毛細管現象によって、溝部２ｃの中を進行する。工程Ｓ１ｂによって、複数の高さ調整部材４は、アレイ領域２１ａにおいて、１ｍｍ^２の単位面積当たり一個以上の密度で配置される。

工程Ｓ１の後、工程Ｓ２を行う。工程Ｓ２は、工程Ｓ１ｂが行われた後の第１半導体基板２と、第２半導体基板３とを、保護シート６を用いて、ハイブリッド接合する工程である。工程Ｓ２では、図６に示すように、保護シート６の表面にボンディングツール７ａを設け、更に、第２半導体基板３の表面（第２主面３ａの反対側の面）にボンディングツール７ｂを設けた後に、ボンディングツール７ａとボンディングツール７ｂとを操作することによって、第１半導体基板２と第２半導体基板３とをハイブリッド接合する。図６には、ボンディングツール７ａとボンディングツール７ｂとを用いて第１半導体基板２と第２半導体基板３がハイブリッド接合され様子が、示されている。揮発性溶剤Ｆ１は、遅くとも工程Ｓ２の終了時には、揮発等によって、第１半導体基板２と第２半導体基板３との間（特に、溝部２ｃ）から、概ね除かれいている。

揮発性溶剤Ｆ１は、アルコール系溶剤なので、効率良く揮発可能となる。更に、溝部２ｃは、格子状に配置された複数の受光素子２ｂの間の空間によって成るので、第１半導体基板２の第１主面２ｄに溝を実際に設ける場合に比較して、プロセスコストが低減される。

なお、第１半導体基板２に替えて、図８に示す第１半導体基板２０ａを用いる場合も考えられる。第１半導体基板２０ａは、溝部２ｃに替えて溝部２ｃａが設けられている。溝部２ｃａは、第１主面２ｄの外周に沿って、設けられている。図８に示す場合、溝部２ｃａは、第１主面２ｄの二つの端部に設けられている。また、第１半導体基板２に替えて、図９に示す第１半導体基板２０ｂを用いる場合も考えられる。第１半導体基板２０ｂは、溝部２ｃに替えて、四つの注入口２ｃ１を備える。四つの注入口２ｃ１のそれぞれは、第１主面２ｄの四隅に、配置されている。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１…赤外線センサ、２，２０ａ，２０ｂ…第１半導体基板、２１…受光素子アレイ、２１ａ…アレイ領域、２ａ…半導体積層、２ａ１…低反射コーティング膜、２ａ２…支持基体、２ａ３…ｎ型層、２ｂ…受光素子、２ｃ，２ｃａ…溝部、２ｃ１…注入口、２ｄ…第１主面、２ｅ…受光面、３…第２半導体基板、３ａ…第２主面、４…高さ調整部材、５…補強部材、６…保護シート、７ａ，７ｂ…ボンディングツール、Ｆ１…揮発性溶剤、Ｒ１…領域。

Claims

第１半導体基板と、第２半導体基板と、複数の高さ調整部材と、を備えており、
前記第１半導体基板と、前記第２半導体基板とは、ハイブリッド接合されており、
前記第１半導体基板は、受光素子アレイを備えており、
前記受光素子アレイは、前記第１半導体基板の第１主面に設けられており、複数の受光素子を備えており、
前記複数の受光素子は、前記第１主面において、格子状に配置されており、
前記複数の高さ調整部材は、前記第１主面のうち前記受光素子アレイが設けられているアレイ領域において、１ｍｍ^２の単位面積当たり一個以上の密度で配置されており、
前記第２半導体基板は、前記第２半導体基板の第２主面を介して前記複数の受光素子のそれぞれから出力される電気的な光信号を読み出すための回路基板であり、前記第２主面を介して、前記複数の受光素子のそれれぞれと電気的に接続されており、
前記受光素子アレイと、前記複数の高さ調整部材とは、前記第１主面と、前記第２主面との間に設けられており、
前記第１半導体基板又は前記第２半導体基板は、溝部を備えており、
前記溝部は、前記溝部が前記第１半導体基板に設けれらている場合には前記第１主面に、又は、前記溝部が前記第２半導体基板に設けられている場合には前記第２主面に、設けられており、前記複数の受光素子の格子状の配置に合わせた格子形状を成しており、注入口を備えており、
前記注入口は、前記高さ調整部材を前記溝部に導入するための開口であり、
前記複数の高さ調整部材は、前記アレイ領域において、前記密度で、前記溝部に沿って、前記アレイ領域に分散されている、
ことを特徴とする赤外線センサ。
前記第１半導体基板の設けられている前記溝部に前記高さ調整部材が配置されている状態において、前記第１主面からの高さは、前記高さ調整部材の方が前記受光素子よりも高い、
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
前記高さ調整部材の形状は、球である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線センサ。
前記高さ調整部材の材料は、石英である、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の赤外線センサ。
補強部材を備え、
前記補強部材は、前記第１主面と前記第２主面との間に充填されており、
前記補強部材の材料は、樹脂である、
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の赤外線センサ。
第１半導体基板と第２半導体基板とを用意する工程と、
第１半導体基板と第２半導体基板とをハイブリッド接合する工程と、
を備えており、
前記第１半導体基板は、受光素子アレイを備えており、
前記受光素子アレイは、前記第１半導体基板の第１主面に設けられており、複数の受光素子を備えており、
前記複数の受光素子は、前記第１主面において、格子状に配置されており、
前記第２半導体基板は、前記第２半導体基板の第２主面を介して前記複数の受光素子のそれぞれから出力される電気的な光信号を読み出すための回路基板であり、
前記第１半導体基板又は前記第２半導体基板は、溝部を備えており、
前記溝部は、前記溝部が前記第１半導体基板に設けられている場合には前記第１主面に、又は、前記溝部が前記第２半導体基板に設けられている場合には前記第２主面に、設けられており、前記複数の受光素子の格子状の配置に合わせた格子形状を成しており、注入口を備えており、
前記注入口は、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板との間に配置する高さ調整部材を前記溝部に導入するための開口であり、
前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とを用意する工程は、揮発性溶剤に含ませた前記複数の高さ調整部材を、前記揮発性溶剤と共に、前記注入口を介して前記溝部に注入し、前記溝部に沿って、前記第１主面のうち前記受光素子アレイが設けられているアレイ領域に分散させる工程を備え、
前記複数の高さ調整部材を注入し分散させる工程では、前記複数の高さ調整部材は、前記アレイ領域において、１ｍｍ^２の単位面積当たり一個以上の密度で配置される、
ことを特徴とする赤外線センサの製造方法。
前記第１半導体基板は、受光面を備えており、
前記受光面は、前記第１主面の反対側にあり、
前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とを用意する工程は、前記受光面を覆う保護シートを前記受光面に設ける工程を備え、
前記保護シートを設ける工程は、前記複数の高さ調整部材を注入し分散させる工程の前に行われ、
前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とをハイブリッド接合する工程では、前記保護シートを用いて、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とをハイブリッド接合する、
ことを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサの製造方法。
前記溝部は、格子状に配置された前記複数の受光素子の間の空間によって成る、
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の赤外線センサの製造方法。
前記高さ調整部材の材料は、石英である、
ことを特徴とする請求項６〜請求項８の何れか一項に記載の赤外線センサの製造方法。
前記揮発性溶剤は、アルコール系溶剤である、
ことを特徴とする請求項６〜請求項９の何れか一項に記載の赤外線センサの製造方法。
前記第１半導体基板の設けられている前記溝部に前記高さ調整部材が配置されている状態において、前記第１主面からの高さは、前記高さ調整部材の方が前記受光素子よりも高い、
ことを特徴とする請求項６〜請求項１０の何れか一項に記載の赤外線センサの製造方法。