JP2014239147A - Infrared sensor and method of manufacturing the infrared sensor - Google Patents

Infrared sensor and method of manufacturing the infrared sensor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simply keep an interval between a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate substantially fixed when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are joined together in a hybrid manner.SOLUTION: A first semiconductor substrate 2 and a second semiconductor substrate 3 are jointed together in a hybrid manner. The first semiconductor substrate 2 has a photodetector array 21 on a first main surface 2d. A plurality of photodetectors 2b of the photodetector array 21 are arranged in a lattice shape on the first main surface 2d. The photodetector array 21 and a plurality of height adjustment members are provided between the first main surface 2d and a second main surface 3a of the second semiconductor substrate 3. The plurality of height adjustment members are arranged in a density of one piece or more per unit area of 1 mmin an array area 21a where the photodetector array 21 out of the first main surface 2d is provided.

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。 The present invention relates to an infrared sensor and a method for manufacturing the infrared sensor.

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。 Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device. The solid-state image sensor of Patent Document 1 includes a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate. The first semiconductor substrate includes a photoelectric conversion unit. The photoelectric conversion unit arranges photodiodes one-dimensionally or two-dimensionally and photoelectrically converts incident light. The second semiconductor substrate includes a signal processing unit. The signal processing unit arranges the input diodes one-dimensionally or two-dimensionally and reads the signal converted by the photoelectric conversion unit. The solid-state imaging device of Patent Document 1 is a hybrid solid-state imaging device that is electrically connected and integrated by a bump provided for each input diode. A concave portion or a convex portion is provided in a region other than the region where the photoelectric conversion portion of the first semiconductor substrate is formed. Protrusions or recesses that fit into the recesses or protrusions are provided in regions other than the region where the signal processing unit 5 of the second semiconductor substrate is formed. In the invention of Patent Document 1, concave-convex fitting is used in order to prevent lateral displacement at the time of joining the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate.

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。 Patent Document 2 discloses a bonding method. In the bonding method of Patent Document 2, when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are opposed to each other and the element region and the connection region facing each other are connected by the connection conductor, the connection conductor is melted. A force is applied in a direction in which the distance between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate is increased. The element region of the first semiconductor substrate is two-dimensionally arranged. The second semiconductor substrate has connection regions arranged two-dimensionally at the same pitch as the element region. In the invention of Patent Document 2, an interval adjusting member is used in order to prevent a vertical bonding failure when bonding the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate.

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。 Patent Document 3 discloses a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. In the semiconductor device of Patent Document 3, an insulating member is inserted between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip. A large number of bumps of the first semiconductor chip 1 and a large number of bumps of the second semiconductor chip are joined. The first semiconductor chip forms an HgCdTe diode array. The second semiconductor chip forms a Si-CCD. The insulating member is not fixed to either the first semiconductor chip 2 or the second semiconductor chip 2, separating all two adjacent bonded bodies of the plurality of bumps. In the invention of Patent Document 3, it is intended that the short circuit in the lateral direction is prevented by separating the joints for each pixel with polyimide.

特開平7−38076号公報JP-A-7-38076 特開2002−299650号公報JP 2002-299650 A 特開平7−153905号公報JP-A-7-153905

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。 In Patent Document 1, an etching (dry etching) process for forming irregularities is required, and the number of steps is large, so that the manufacturing cost increases. In Patent Document 2, since the inter-chip gap at the time of In bump bonding cannot be fixed, bonding unevenness may occur in the initial bonding state, thus reducing the bonding yield. In Patent Document 3, even if a short circuit in the lateral direction can be prevented, it is difficult to suppress unevenness in joining in the height direction, as in Patent Document 2, so that the joint yield decreases. Furthermore, in the techniques of Patent Documents 1 to 3, since there is no protection on the sensor incident surface at the time of bonding, the appearance yield of the sensor light receiving surface is reduced.

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。 An object of the present invention is to reduce pixel defects by simply maintaining a substantially constant distance between a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate when a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate are hybrid-bonded. It is to realize an infrared sensor.

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。 An infrared sensor according to the present invention includes a first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate, and a plurality of height adjusting members, and the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are hybrid bonded. The first semiconductor substrate includes a light receiving element array, the light receiving element array is provided on a first main surface of the first semiconductor substrate, and includes a plurality of light receiving elements; The plurality of light receiving elements are arranged in a lattice pattern on the first main surface, and the plurality of height adjusting members are arranged in an array region of the first main surface where the light receiving element array is provided. The first semiconductor substrate is arranged at a density of 1 or more per unit area of 1 mm 2 , and the second semiconductor substrate is electrically output from each of the plurality of light receiving elements via the second main surface of the second semiconductor substrate. A simple optical signal And is electrically connected to each of the plurality of light receiving elements via the second main surface, and the light receiving element array and the plurality of height adjusting members are The first main surface and the second main surface are provided between the first main surface and the second main surface.

複数の高さ調整部材が、アレイ領域において、1mm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。 The plurality of height adjusting members are uniformly dispersed at a density of one or more per unit area of 1 mm 2 in the array region, so that they are used as products from the time of joining the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate. Thus, the distance between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate can be kept uniform (regardless of the location on the first main surface) and constant. Since the distance between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate is kept uniform and constant, the deflection of the first semiconductor substrate is reduced, so that the back surface of the first semiconductor substrate exposed to the outside of the infrared sensor ( The deflection of the light receiving surface) of the infrared sensor is also reduced, and thus the appearance abnormality of the infrared sensor can be reduced. Furthermore, since an unexpected electrical short circuit between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate due to the bending of the first semiconductor substrate can be reduced, dot dropping can be reduced in the light receiving element array.

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。 In the infrared sensor according to the present invention, the first semiconductor substrate or the second semiconductor substrate includes a groove portion, and the groove portion is formed when the groove portion is provided on the first semiconductor substrate. A grid shape that is provided on one main surface, or on the second main surface when the groove is provided on the second semiconductor substrate, and that matches the grid-like arrangement of the plurality of light receiving elements. The injection port is an opening for introducing the height adjustment member into the groove portion, and the plurality of height adjustment members are arranged in the array region, In terms of density, it is preferably distributed in the array region along the groove. The plurality of height adjusting members are uniformly distributed inside the array region by the lattice-shaped grooves.

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。 In the infrared sensor according to the present invention, in a state where the height adjusting member is disposed in the groove portion provided with the first semiconductor substrate, the height from the first main surface is the height adjusting member. Is preferably higher than the light receiving element. Therefore, the height adjusting member reliably contacts the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate, so that the distance between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate can be reliably maintained constant.

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。 In the infrared sensor according to the present invention, it is preferable that a shape of the height adjusting member is a sphere. Since the shape of the height adjustment member is a sphere, the movement of the height adjustment member in the groove portion is facilitated. Therefore, each of the plurality of height adjustment members can be arranged uniformly without being biased over the entire groove portion. It becomes.

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。 In the infrared sensor according to the present invention, it is preferable that a material of the height adjusting member is quartz. Since the height adjusting member is quartz having a relatively high hardness, deformation due to stress received from the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate is avoided.

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。 The infrared sensor according to the present invention includes a reinforcing member, the reinforcing member is filled between the first main surface and the second main surface, and a material of the reinforcing member is a resin. Is preferred. When the reinforcing member is used together with the plurality of height adjusting members, the distance between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate is more uniform from the time when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are joined to the time when they are used as products. (Regardless of the location on the first main surface) and more constant. Furthermore, the arrangement of the height adjusting member can be more reliably fixed by the reinforcing member.

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。 An infrared sensor manufacturing method according to the present invention includes a step of preparing a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate, and a step of hybrid-bonding the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate, The first semiconductor substrate includes a light receiving element array, and the light receiving element array is provided on a first main surface of the first semiconductor substrate, includes a plurality of light receiving elements, and the plurality of light receiving elements. Are arranged in a lattice pattern on the first main surface, and the second semiconductor substrate is electrically output from each of the plurality of light receiving elements via the second main surface of the second semiconductor substrate. When the first semiconductor substrate or the second semiconductor substrate is provided with a groove portion, and the groove portion is provided in the first semiconductor substrate. In the first main surface, Is provided on the second main surface when the groove is provided on the second semiconductor substrate, and has a lattice shape that matches the lattice arrangement of the plurality of light receiving elements. And an injection port, and the injection port is an opening for introducing a height adjusting member disposed between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate into the groove portion, and the first semiconductor The step of preparing the substrate and the second semiconductor substrate includes the step of injecting the plurality of height adjusting members contained in a volatile solvent together with the volatile solvent into the groove portion through the injection port. And a step of dispersing the plurality of height adjusting members in the array region in which the light receiving element array is provided in the first main surface. member in the array area, 1 mm 2 They are arranged in one or more of a density per unit area, characterized in that.

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。 The plurality of height adjusting members are injected into the groove together with the volatile solvent, and are uniformly dispersed at a density of one or more per unit area of 1 mm 2 in the array region. Therefore, the first semiconductor substrate and the second semiconductor The interval between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate can be kept uniform (regardless of the location on the first main surface) and constant from when the substrate is bonded to when it is used as a product. It becomes possible. The plurality of height adjusting members are uniformly distributed inside the array region by the lattice-shaped grooves. Since the distance between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate is kept uniform and constant, the deflection of the first semiconductor substrate is reduced, so that the back surface of the first semiconductor substrate exposed to the outside of the infrared sensor ( The deflection of the light receiving surface) of the infrared sensor is also reduced, and thus the appearance abnormality of the infrared sensor can be reduced. Furthermore, since an unexpected electrical short circuit between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate due to the bending of the first semiconductor substrate can be reduced, dot dropping can be reduced in the light receiving element array.

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。 In the infrared sensor manufacturing method according to the present invention, the first semiconductor substrate includes a light receiving surface, the light receiving surface is on the opposite side of the first main surface, and the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are provided. The step of preparing the semiconductor substrate includes a step of providing a protective sheet covering the light receiving surface on the light receiving surface, and the step of providing the protective sheet is performed before the step of injecting and dispersing the plurality of height adjusting members. Preferably, in the step of hybrid bonding the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate, the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are preferably hybrid bonded using the protective sheet. By covering the light receiving surface with the protective sheet, the light receiving surface can be protected from scratches and foreign matters.

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。 In the infrared sensor manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the groove portion is formed by a space between the plurality of light receiving elements arranged in a lattice shape. Therefore, the process cost is reduced as compared with the case where grooves are actually provided on the first main surface of the first semiconductor substrate.

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。 In the infrared sensor manufacturing method according to the present invention, the material of the height adjusting member is preferably quartz. Since the height adjusting member is quartz having a relatively high hardness, deformation due to stress received from the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate is avoided.

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。 In the infrared sensor manufacturing method according to the present invention, the volatile solvent is preferably an alcohol solvent. Therefore, the volatile solvent can be volatilized efficiently.

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。 In the infrared sensor manufacturing method according to the present invention, in the state in which the height adjusting member is disposed in the groove provided in the first semiconductor substrate, the height from the first main surface is the height. It is preferable that the height adjusting member is higher than the light receiving element. Therefore, the height adjusting member reliably contacts the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate, so that the distance between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate can be reliably maintained constant.

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。 According to the present invention, when the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are hybrid-bonded, the distance between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate can be easily kept substantially constant.

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。Drawing 1 is a figure for explaining the internal structure of the infrared sensor concerning an embodiment. 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。FIG. 2 is a view for explaining the configuration of the first semiconductor substrate of the infrared sensor according to the embodiment. 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。FIG. 3 is a view for explaining the configuration of the groove of the first semiconductor substrate according to the embodiment. 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。FIG. 4 is a flowchart showing a plurality of main steps in the method of manufacturing the infrared sensor according to the embodiment. 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。FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the infrared sensor according to the embodiment. 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。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of manufacturing the infrared sensor according to the embodiment. 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。FIG. 7 is a diagram for explaining a method of manufacturing the infrared sensor according to the embodiment. 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。FIG. 8 is a diagram illustrating another configuration of the first semiconductor substrate of the infrared sensor according to the embodiment. 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。FIG. 9 is a diagram illustrating another configuration of the first semiconductor substrate of the infrared sensor according to the embodiment.

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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, if possible, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

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。 With reference to FIGS. 1-3, the structure of the infrared sensor 1 which concerns on embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a diagram for explaining the internal structure of the infrared sensor 1. FIG. 1 is a view of the internal structure of the infrared sensor 1 as seen from the plane along the stacking direction of the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3. FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the first semiconductor substrate 2 of the infrared sensor 1. FIG. 2 is a view of the first semiconductor substrate 2 as viewed obliquely from above the first main surface 2d of the first semiconductor substrate 2. FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the groove 2 c of the first semiconductor substrate 2. FIG. 3 is a diagram showing a configuration in the region R1 shown in FIG. The region R1 is a region of the first main surface 2d of the first semiconductor substrate 2. The configuration included in the region R1 illustrated in FIG. 2 is the same as the configuration provided in another region of the first main surface 2d.

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。 The infrared sensor 1 includes a first semiconductor substrate 2, a second semiconductor substrate 3, and a plurality of height adjusting members 4. The first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 are hybrid bonded. The plurality of height adjusting members 4 are disposed between the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3. The hybrid joining means that a plurality of parts having different functions are joined electrically or physically. In the case of this embodiment, the first semiconductor substrate 2 performs photoelectric conversion, and the second semiconductor substrate 3 performs signal readout for each pixel. These substrates have In solder bumps. The medium is bonded by a heat melting process (flip chip bonding).

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。 The first semiconductor substrate 2 includes a semiconductor stack 2a, a light receiving element 2b, a groove 2c, a first main surface 2d, and a light receiving surface 2e. The semiconductor laminate 2a includes a low reflection coating film 2a1, a support base 2a2, and an n-type layer 2a3. A support base 2a2 is provided on the low reflection coating film 2a1, an n-type layer 2a3 is provided on the support base 2a2, and a plurality of light receiving elements 2b are provided on the n-type layer 2a3.

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。 The first semiconductor substrate 2 includes a groove 2c. The groove 2c is provided on the first main surface 2d. The groove 2c has a lattice shape that matches the lattice arrangement of the plurality of light receiving elements 2b. The groove 2c is provided with an inlet 2c1. The inlet 2c1 is an opening for introducing the height adjusting member 4 into the groove.

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。 The first semiconductor substrate 2 includes a light receiving element array 21. The light receiving element array 21 is provided on the first main surface 2 d of the first semiconductor substrate 2. The light receiving element array 21 includes a plurality of light receiving elements 2b. The light receiving element 2b has a mesa shape on the first main surface 2d. The light receiving element 2b is a photodiode. The light receiving element 2b includes a p-side electrode provided at the end of the mesa of the light receiving element 2b. The shape of the groove 2c is defined by the mesa shape of the light receiving element 2b. That is, the groove 2c is formed by a space between the plurality of light receiving elements 2b arranged in a lattice shape. In this case, a region surrounding the array region 21a protrudes from the first main surface 2d, and the injection port 2c1 is embedded in this region. In addition, the groove part 2c may be comprised by actually providing a groove | channel in the exposed 1st main surface 2d between the some light receiving elements 2b.

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。 As shown in FIG. 2, the plurality of light receiving elements 2b are arranged in a lattice pattern on the first main surface 2d. The distance between two adjacent light receiving elements 2b corresponds to the pixel interval and is, for example, about 8 μm. As shown in FIG. 2, the plurality of height adjusting members 4 are arranged at a density of one or more per unit area of 1 mm 2 in the array region 21 a where the light receiving element array 21 is provided on the first main surface 2 d. ing. The plurality of height adjusting members 4 are dispersed in the array region 21a at the above density along the groove 2c in the array region 21a. The material of the height adjusting member 4 is a high hardness material, for example, quartz. The height adjusting member 4 is a sphere. In a state where the height adjusting member 4 is disposed in the groove 2c provided with the first semiconductor substrate 2, the height from the first main surface 2d is higher in the height adjusting member 4 than in the light receiving element 2b. high. The height of the light receiving element 2b from the first main surface 2d is, for example, about 5 μm, and the diameter of the height adjusting member 4 is, for example, about 10 μm.

低反射コーティング膜2a1の材料は、例えば、SiON、SiN、SiO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。 Material of the low-reflective coating film 2a1 is, for example, SiON, SiN, a dielectric such as SiO 2. The material of the support base 2a2 is, for example, InP. The material of the n-type layer 2a3 is, for example, n-type Si or n-type InP.

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。 The first semiconductor substrate 2 includes a light receiving surface 2e. The light receiving surface 2e is on the opposite side of the first main surface 2d. The light receiving surface 2e corresponds to the surface of the low reflection coating film 2a1.

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。 The second semiconductor substrate 3 is a circuit board for reading out an electrical optical signal output from each of the plurality of light receiving elements 2b of the first semiconductor substrate 2 via the second main surface 3a of the second semiconductor substrate 3. It is. The second semiconductor substrate 3 is a multiplexer using CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) or the like. The circuit board related to the second semiconductor substrate 3 is electrically connected to each of the plurality of light receiving elements 2b of the first semiconductor substrate 2 via the second main surface 3a. The light receiving element array 21 and the plurality of height adjusting members 4 are provided between the first main surface 2 d of the first semiconductor substrate 2 and the second main surface 3 a of the second semiconductor substrate 3.

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。 The infrared sensor 1 can further include a reinforcing member 5 as necessary. The reinforcing member 5 is uniformly filled between the first main surface 2 d of the semiconductor stack 2 a of the first semiconductor substrate 2 and the second main surface 3 a of the second semiconductor substrate 3. The material of the reinforcing member 5 is a resin, for example, an epoxy resin.

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。 Since the plurality of height adjusting members 4 as described above are uniformly dispersed at a relatively high density (1 piece / 1 mm 2 or more) as described above in the array region 21a, the first semiconductor substrate 2 and The space between the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 is uniform (regardless of the location on the first main surface 2d) from when the second semiconductor substrate 3 is bonded to when it is used as a product. And it becomes possible to keep constant. The plurality of height adjusting members 4 are uniformly distributed inside the array region 21a by the lattice-shaped grooves 2c. Since the distance between the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 is kept uniform and constant, the deflection of the first semiconductor substrate 2 is reduced, so that the light receiving surface 2e exposed to the outside of the infrared sensor 1 is reduced. Therefore, the appearance abnormality of the infrared sensor 1 can also be reduced. Furthermore, since the distance between the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 is kept uniform and constant, the bending of the first semiconductor substrate 2 is reduced, so the first due to the bending of the first semiconductor substrate 2. Since an unexpected electrical short circuit between the semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 can also be reduced, dot drop in the light receiving element array 21 can be reduced. Furthermore, since the height adjusting member 4 is made of quartz having a relatively high hardness, deformation due to stress received from the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 is avoided. Furthermore, since the height adjustment member 4 is higher than the light receiving element 2b in height from the first main surface 2d, the height adjustment member 4 is reliably attached to the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3. Therefore, the distance between the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 can be reliably maintained constant. Furthermore, if the reinforcing member 5 is used together with the plurality of height adjusting members 4, the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate are used from the time when the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 are joined until they are used as products. 3 can be kept more uniform (regardless of the location on the first main surface 2d) and more constant. Furthermore, the arrangement of the height adjusting member 4 can be more reliably fixed by the reinforcing member 5.

なお、複数の高さ調整部材4の密度が1mm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。 When the density of the plurality of height adjusting members 4 is less than one per unit area of 1 mm 2 , the deflection of the first semiconductor substrate 2 increases with the decrease in density, and the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 2 The space between the semiconductor substrate 3 and the semiconductor substrate 3 is partially narrowed, which may cause an unexpected electrical short circuit between the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3.

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。 Next, a method for manufacturing the infrared sensor according to the embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a plurality of main steps in the method for manufacturing the infrared sensor 1 according to the embodiment. 5-7 is a figure for demonstrating the manufacturing method of the infrared sensor 1 which all concern on embodiment. First, in step S1, a first semiconductor substrate 2 and a second semiconductor substrate 3 are prepared (step S1). The 1st semiconductor substrate 2 prepared in process S1 is shown to the (A) part of FIG.

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。 The step S1 further includes a step S1a and a step S1b. Step S1a is a step of providing the protective sheet 6 on the light receiving surface 2e. The protective sheet 6 covers the light receiving surface 2e and protects the light receiving surface 2e from scratches and foreign matters.

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の単位面積当たり一個以上の密度で配置される。 After step S1a, step S1b is performed. Step S1b is a step of injecting the plurality of height adjusting members 4 included in the volatile solvent F1 from the injection jig 8 into the groove portion 2c through the injection port 2c1 together with the volatile solvent F1. FIG. 7 shows the state of step S1b. Part (A) of FIG. 7 shows the state of step S1b, in which the height adjusting member 4 is introduced from the injection jig 8 into the injection port 2c1 together with the volatile solvent F1. In part (B) of FIG. 7, the state of the process S1b is shown, and the height adjusting member 4 introduced into the injection port 2c1 together with the volatile solvent F1 is inserted into the array region 21a via the groove 2c together with the volatile solvent F1. It is shown that they are distributed. The volatile solvent F1 is an alcohol solvent. The groove 2c travels in the groove 2c together with the volatile solvent F1 by capillary action. By the step S1b, the plurality of height adjusting members 4 are arranged at a density of one or more per unit area of 1 mm 2 in the array region 21a.

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。 Step S2 is performed after step S1. Step S2 is a step in which the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 after Step S1b are performed are hybrid-bonded using the protective sheet 6. In step S2, as shown in FIG. 6, a bonding tool 7a is provided on the surface of the protective sheet 6, and further, a bonding tool 7b is provided on the surface of the second semiconductor substrate 3 (the surface opposite to the second main surface 3a). After that, the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 are hybrid-bonded by operating the bonding tool 7a and the bonding tool 7b. FIG. 6 shows a state in which the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 are hybrid-bonded using the bonding tool 7a and the bonding tool 7b. The volatile solvent F1 is generally removed from between the first semiconductor substrate 2 and the second semiconductor substrate 3 (particularly, the groove 2c) by volatilization or the like at the end of step S2 at the latest.

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。 Since the volatile solvent F1 is an alcohol solvent, it can be volatilized efficiently. Further, since the groove 2c is formed by a space between the plurality of light receiving elements 2b arranged in a lattice shape, the process cost is compared with the case where the groove is actually provided on the first main surface 2d of the first semiconductor substrate 2. Is reduced.

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。 Note that the first semiconductor substrate 20a shown in FIG. 8 may be used instead of the first semiconductor substrate 2. The first semiconductor substrate 20a is provided with a groove 2ca instead of the groove 2c. The groove 2ca is provided along the outer periphery of the first main surface 2d. In the case shown in FIG. 8, the groove 2ca is provided at two ends of the first main surface 2d. In addition, the first semiconductor substrate 20b shown in FIG. 9 may be used instead of the first semiconductor substrate 2. The first semiconductor substrate 20b includes four inlets 2c1 instead of the groove 2c. Each of the four injection ports 2c1 is arranged at four corners of the first main surface 2d.

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。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.

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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Infrared sensor, 2, 20a, 20b ... 1st semiconductor substrate, 21 ... Light receiving element array, 21a ... Array area | region, 2a ... Semiconductor lamination, 2a1 ... Low reflection coating film, 2a2 ... Supporting base, 2a3 ... N-type layer, 2b ... light receiving element, 2c, 2ca ... groove, 2c1 ... injection port, 2d ... first main surface, 2e ... light receiving surface, 3 ... second semiconductor substrate, 3a ... second main surface, 4 ... height adjusting member, 5 ... reinforcing member, 6 ... protective sheet, 7a, 7b ... bonding tool, F1 ... volatile solvent, R1 ... region.

Claims (12)

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、
ことを特徴とする赤外線センサ。
A first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate, and a plurality of height adjustment members,
The first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are hybrid-bonded,
The first semiconductor substrate includes a light receiving element array;
The light receiving element array is provided on a first main surface of the first semiconductor substrate, and includes a plurality of light receiving elements,
The plurality of light receiving elements are arranged in a lattice shape on the first main surface,
The plurality of height adjusting members are arranged at a density of one or more per unit area of 1 mm 2 in the array region in which the light receiving element array is provided in the first main surface.
The second semiconductor substrate is a circuit board for reading an electrical optical signal output from each of the plurality of light receiving elements through the second main surface of the second semiconductor substrate, and the second main surface Are electrically connected to each of the plurality of light receiving elements via
The light receiving element array and the plurality of height adjusting members are provided between the first main surface and the second main surface.
An infrared sensor characterized by that.
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、
ことを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。
The first semiconductor substrate or the second semiconductor substrate includes a groove,
The groove is formed on the first main surface when the groove is provided on the first semiconductor substrate, or on the second main when the groove is provided on the second semiconductor substrate. Is provided on the surface, has a lattice shape according to the lattice arrangement of the plurality of light receiving elements, and has an injection port,
The inlet is an opening for introducing the height adjusting member into the groove,
The plurality of height adjusting members are distributed in the array region along the groove portion at the density in the array region.
The infrared sensor according to claim 1.
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2に記載の赤外線センサ。
In the state where the height adjusting member is disposed in the groove portion provided with the first semiconductor substrate, the height from the first main surface is higher in the height adjusting member than in the light receiving element. high,
The infrared sensor according to claim 2.
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〜請求項3の何れか一項に記載の赤外線センサ。
The shape of the height adjusting member is a sphere,
The infrared sensor as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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4の何れか一項に記載の赤外線センサ。
The material of the height adjusting member is quartz.
The infrared sensor as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
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5の何れか一項に記載の赤外線センサ。
A reinforcing member,
The reinforcing member is filled between the first main surface and the second main surface,
The material of the reinforcing member is resin,
The infrared sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein:
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。
Preparing a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate;
Hybrid bonding the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate;
With
The first semiconductor substrate includes a light receiving element array;
The light receiving element array is provided on a first main surface of the first semiconductor substrate, and includes a plurality of light receiving elements,
The plurality of light receiving elements are arranged in a lattice shape on the first main surface,
The second semiconductor substrate is a circuit board for reading an electrical optical signal output from each of the plurality of light receiving elements via a second main surface of the second semiconductor substrate;
The first semiconductor substrate or the second semiconductor substrate includes a groove,
The groove is formed on the first main surface when the groove is provided on the first semiconductor substrate, or on the second main when the groove is provided on the second semiconductor substrate. Is provided on the surface, has a lattice shape according to the lattice arrangement of the plurality of light receiving elements, and has an injection port,
The injection port is an opening for introducing a height adjusting member disposed between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate into the groove portion,
The step of preparing the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate includes injecting the plurality of height adjusting members contained in a volatile solvent into the groove portion together with the volatile solvent through the injection port. And a step of dispersing along the groove portion in an array region of the first main surface where the light receiving element array is provided,
In the step of injecting and dispersing the plurality of height adjusting members, the plurality of height adjusting members are arranged at a density of one or more per unit area of 1 mm 2 in the array region.
An infrared sensor manufacturing method characterized by the above.
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7に記載の赤外線センサの製造方法。
The first semiconductor substrate includes a light receiving surface;
The light receiving surface is on the opposite side of the first main surface;
The step of preparing the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate includes a step of providing a protective sheet covering the light receiving surface on the light receiving surface,
The step of providing the protective sheet is performed before the step of injecting and dispersing the plurality of height adjusting members,
In the step of hybrid-bonding the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate, using the protective sheet, the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are hybrid-bonded.
The manufacturing method of the infrared sensor of Claim 7 characterized by the above-mentioned.
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7又は請求項8に記載の赤外線センサの製造方法。
The groove portion is formed by a space between the plurality of light receiving elements arranged in a lattice pattern.
The method for manufacturing an infrared sensor according to claim 7 or 8, wherein:
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7〜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。
The material of the height adjusting member is quartz.
The method for manufacturing an infrared sensor according to any one of claims 7 to 9, wherein:
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7〜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。
The volatile solvent is an alcohol solvent,
The manufacturing method of the infrared sensor as described in any one of Claims 7-10 characterized by the above-mentioned.
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7〜請求項11の何れか一項に記載の赤外線センサの製造方法。
In the state where the height adjusting member is disposed in the groove portion provided with the first semiconductor substrate, the height from the first main surface is higher in the height adjusting member than in the light receiving element. high,
The manufacturing method of the infrared sensor as described in any one of Claims 7-11 characterized by the above-mentioned.
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