JP3315466B2 - Semiconductor energy ray detector and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor energy ray detector and method of manufacturing the same

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JP3315466B2
JP3315466B2 JP10702793A JP10702793A JP3315466B2 JP 3315466 B2 JP3315466 B2 JP 3315466B2 JP 10702793 A JP10702793 A JP 10702793A JP 10702793 A JP10702793 A JP 10702793A JP 3315466 B2 JP3315466 B2 JP 3315466B2
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ccd
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雅治 村松
本比呂 須山
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Hamamatsu Photonics KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、紫外線やγ線、あるい
は荷電粒子線などの吸収係数が極めて大きいエネルギー
線の照射に対して有効な、裏面照射型の電荷転送型半導
体エネルギー検出器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a back-illuminated charge-transfer type semiconductor energy detector which is effective for irradiating an energy ray having an extremely large absorption coefficient, such as ultraviolet rays, .gamma. Rays, or charged particle rays. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】電荷転送素子(CCD)は、アナログ電
荷群を外部からクロックパルスに同期した速度で一方向
に順繰りに送るものであり、一端に出力部を設けておけ
ば、空間情報を時系列信号に変換できる極めて巧妙な機
能デバイスである。一般に、実用的なCCD撮像デバイ
スとしては、フレーム転送(FT)、フル・フレーム転
送(FFT)、インターライン転送(IT)構成の三方
式が代表的であり、このうち計測用としては、主にフル
・フレーム転送方式が用いられる。
2. Description of the Related Art A charge transfer device (CCD) sequentially transmits an analog charge group in one direction at a speed synchronized with a clock pulse from the outside. It is a very clever functional device that can be converted to a series signal. Generally, as a practical CCD image pickup device, there are three typical systems of a frame transfer (FT), a full frame transfer (FFT), and an interline transfer (IT) configuration. A full frame transfer method is used.

【0003】図6及び7はフル・フレーム転送方式の構
成を示すものであり、図6はその上面図、図7はその要
部の断面図である。図6に示すようにこの方式では、基
板に形成されたチャンネルストップ拡散層1によって電
荷転送のチャンネルが垂直方向に分割され、水平画素数
に対応する画素列を形成する。一方、このチャンネルス
トップ拡散層1に直交して転送電極群2を配置してい
る。フル・フレーム転送方式CCDでは蓄積部はなく、
電荷を転送する時間中即ち読みだし時間中は、シャッタ
を閉じるなどしてCCDに光が入射しないようにしてい
る。なお、垂直方向の4列の画素列の間には3本のオー
バーフロードレイン5が形成されている。
FIGS. 6 and 7 show a configuration of a full frame transfer system, FIG. 6 is a top view thereof, and FIG. 7 is a sectional view of a main part thereof. As shown in FIG. 6, in this method, the charge transfer channel is divided in the vertical direction by the channel stop diffusion layer 1 formed on the substrate to form a pixel column corresponding to the number of horizontal pixels. On the other hand, a transfer electrode group 2 is arranged orthogonal to the channel stop diffusion layer 1. There is no storage unit in the full frame transfer type CCD,
During the charge transfer time, that is, during the reading time, the shutter is closed so that light does not enter the CCD. Note that three overflow drains 5 are formed between the four pixel columns in the vertical direction.

【0004】図7に示すように、一画素はCCDの一段
分を構成するクロックパルス(φ1〜φ4 )の相数
(4)に対応する数の電極20とチャンネルストップ拡
散層1で囲まれた面積となる。垂直転送クロックパルス
電極群2はクロックパルスφ1 〜φ4 をポリシリコン電
極20に供給する。PSG(リンガラス)による層間絶
縁膜19はポリシリコン電極20の上面に堆積され、こ
の電極20とシリコン基板48上のn−ウェル22との
間にはゲート酸化膜21が介在されている。
As shown in FIG. 7, one pixel is surrounded by a number of electrodes 20 and channel stop diffusion layers 1 corresponding to the number of phases (4) of clock pulses (φ 1 to φ 4 ) constituting one stage of the CCD. Area. The vertical transfer clock pulse electrode group 2 supplies clock pulses φ 1 to φ 4 to the polysilicon electrode 20. An interlayer insulating film 19 made of PSG (phosphorus glass) is deposited on the upper surface of the polysilicon electrode 20, and a gate oxide film 21 is interposed between the electrode 20 and the n-well 22 on the silicon substrate 48.

【0005】受光領域に光が入射すると、図7に示すよ
うに励起された信号電荷が一つの転送電極(蓄積電
極)、即ち立ち上がったクロックパルスφ1 が加えられ
たポリシリコン電極20下のポテンシャル井戸3に集め
られる。
When light is incident on the light receiving region, the excited signal charges are transferred to one transfer electrode (storage electrode), that is, the potential under the polysilicon electrode 20 to which the rising clock pulse φ 1 is applied, as shown in FIG. Collected in well 3.

【0006】光信号を信号電荷に変換する電荷蓄積時間
が終わると、受光領域上にある垂直転送電極群2に与え
られたクロック電圧φ1 〜φ4 が順次立ち上がり、信号
電荷の読み出しが開始される。しかしフル・フレーム転
送CCDにおいては、前述したようにFT−CCDのよ
うな受光部とは別のいわゆる蓄積部というものがない。
このため、信号読み出しを開始する前にシャッタを閉じ
るなどして光信号の入力を遮断しなければ、転送してい
る途中の信号に新たに光信号が混入してくることにな
り、信号純度が低下する。但し、単発現象をとらえる場
合には、信号電荷の転送中に新たな光入力はないと考え
られるから、シャッタ等は必要ない。
When the charge storage time for converting the optical signal into the signal charge ends, the clock voltages φ 1 to φ 4 applied to the vertical transfer electrode group 2 on the light receiving region sequentially rise, and the reading of the signal charge is started. You. However, in the full frame transfer CCD, there is no so-called storage unit different from the light receiving unit such as the FT-CCD as described above.
Therefore, if the input of the optical signal is not interrupted by closing the shutter or the like before starting the signal reading, the optical signal is newly mixed into the signal being transferred, and the signal purity is reduced. descend. However, in the case of capturing a one-shot phenomenon, it is considered that there is no new light input during the transfer of the signal charge, so that a shutter or the like is not required.

【0007】ここで、図6を用いて信号読みだし動作に
ついて説明する。信号電荷は垂直転送用クロックパルス
電極群2に与えられるパルスφ1 〜φ4 によって1行ず
つ下方に送られ、水平読みだしレジスタ6を通して出力
端に転送される。すなわち同図において、まず一番下の
行にある信号電荷が同時に水平読みだしレジスタ6に送
り込まれ、水平方向に高い周波数のクロックφ5 、φ6
で転送され、時系列信号として出力端から読み出され
る。なお、水平転送クロックφ5 、φ6 は水平転送用ク
ロックパルス電極群7から加えられる。このときすでに
次の信号電荷が垂直レジスタの1段下方に移動している
ので、次の垂直転送クロックパルスで水平読みだしレジ
スタ6に入り、出力端に読み出される。このようにし
て、1画面分の信号電荷が全て水平読み出しレジスタ6
を通して読み出されると、シャッタを開き新たな信号蓄
積動作を開始する。以上のように、水平読みだしレジス
タ6は垂直レジスタに比べて高速で動作するので、2相
クロックパルスφ5 、φ6 として高速転送を可能にして
いる。
Here, a signal reading operation will be described with reference to FIG. The signal charges are sent downward one row at a time by pulses φ 1 to φ 4 applied to the clock pulse electrode group 2 for vertical transfer, and are transferred to the output terminal through the horizontal read register 6. That is, in the figure, first, the signal charges in the bottom row are simultaneously sent to the horizontal read register 6, and the clocks φ 5 , φ 6
And read from the output terminal as a time series signal. The horizontal transfer clocks φ 5 and φ 6 are applied from the horizontal transfer clock pulse electrode group 7. At this time, since the next signal charge has already moved one step below the vertical register, the signal charge enters the horizontal read register 6 at the next vertical transfer clock pulse and is read to the output terminal. Thus, the signal charges for one screen are all transferred to the horizontal readout register 6.
, The shutter is opened and a new signal accumulation operation is started. As described above, since the horizontal read register 6 operates at a higher speed than the vertical register, high-speed transfer is enabled by using the two-phase clock pulses φ 5 and φ 6 .

【0008】フル・フレーム転送方式の特徴は、蓄積部
がなく受光部の面積が大きくとれるので、光の利用率が
高く、したがって計測用など微弱光の用途に広く用いら
れる。反面、入射光が転送電極で吸収されるので、波長
が短い青色の光に対する感度低下が著しい。これは、ポ
リシリコン電極20が隙間なく表面を覆い、またそれぞ
れの電極の分離のため、厚さ数ミクロンにも及ぶPSG
膜19が重ねられているので、これらの膜で光が吸収さ
れることに起因している。特に、ポリシリコンは、40
0nm以下の波長の光や電子を吸収するという性質があ
る。
The feature of the full frame transfer method is that the light receiving section has a large area without a storage section, so that the utilization rate of light is high, and therefore, it is widely used for faint light use such as measurement. On the other hand, since the incident light is absorbed by the transfer electrode, the sensitivity to blue light having a short wavelength is significantly reduced. This is because the polysilicon electrode 20 covers the surface without any gaps, and the PSG reaches a thickness of several microns due to the separation of each electrode.
Since the films 19 are superimposed, light is absorbed by these films. In particular, polysilicon has a 40
It has the property of absorbing light and electrons having a wavelength of 0 nm or less.

【0009】このような光検出器に関しては、基板48
を15μmから20μm程度に薄くして、光を裏面から
照射するようにしたものがある。光電変換部はゲ−ト酸
化膜21の下に設けられて、ポリシリコン電極20が隙
間無く覆い、短波長光を吸収してしまうが、基板48の
裏面には薄い酸化膜23の他に障害物はなく、短波長光
に対して高感度が期待できる。この裏面照射型CCDは
0.1nm程度の短波長光まで感度があり、更に電子衝
撃型CCD撮像デバイスにも応用される。このデバイス
は電子衝撃により生じる信号電荷の増倍作用を利用でき
るので、高感度撮像デバイスとして期待される。
For such a photodetector, the substrate 48
Is reduced to about 15 μm to about 20 μm so that light is irradiated from the back surface. The photoelectric conversion portion is provided below the gate oxide film 21 so that the polysilicon electrode 20 covers the gap without any gap and absorbs short-wavelength light. There is nothing, and high sensitivity to short wavelength light can be expected. This back-illuminated CCD has sensitivity to light having a short wavelength of about 0.1 nm, and is further applied to an electron impact CCD imaging device. This device can be used as a high-sensitivity imaging device because it can use the multiplication effect of signal charges generated by electron impact.

【0010】この裏面照射型CCDは新しいタイプのC
CDなので、例は少ないのだが、その製造プロセスの例
としてはつぎのものがある。
This back-illuminated CCD is a new type of C
Although there are few examples because it is a CD, the following are examples of the manufacturing process.

【0011】図8(a)は、保護板(サブストレイト)
120の断面構造を示したものであり、この保護板12
0の材料には焼結セラミックなどが用いられる。保護板
のうち後にウエファのCCDが形成された部分には貫通
した穴27が設けられており、セラミックの部分25に
は金属配線26が施されている。
FIG. 8A shows a protection plate (substrate).
120 shows a sectional structure of the protective plate 12.
For the material of No. 0, a sintered ceramic or the like is used. A through hole 27 is provided in a portion of the protection plate where the CCD is formed later on the wafer, and a metal wiring 26 is provided in the ceramic portion 25.

【0012】図8(b)は、CCD31が形成されたウ
エファ130の断面を示したものである。このウエファ
130は、P+ 型ウエファ28にP型エピ層29を成長
させた後、CCD31及びCCD31と外部回路をつな
ぐ金属配線(パッド)32を形成したものである。
FIG. 8B shows a cross section of the wafer 130 on which the CCD 31 is formed. This wafer 130 is formed by growing a P-type epi layer 29 on a P + -type wafer 28 and then forming a CCD 31 and a metal wiring (pad) 32 connecting the CCD 31 and an external circuit.

【0013】ここで、ウエファ130には、P/P+
エピウエファが用いられ、このエピ層29の比抵抗及び
厚さは、それぞれ30Ω−cm、20μmである。P+
型サブストレイト28の比抵抗及び厚さは、それぞれ
0.01Ω−cm、500μmである。CCDは通常P
/P+ 型エピタキシャル成長ウェファが用いられるのだ
が、これはCCD内蔵読みだし回路のFETがNチャン
ネルになるので、PチャンネルFETに比較してオン抵
抗を小さくでき、発生する熱ノイズ(ジョンソンノイ
ズ)を低減できるから、という理由に基づく。さらに、
基板がP/P+ 型であれば、バルク(ウエファ)中の少
数キャリアのライフタイムが短くなり、バルク中の暗電
流成分がCCDのポテンシャル井戸に流れ込んで暗電流
が大きくなるのが抑えられる、という利点がある。
Here, a P / P + type epi wafer is used as the wafer 130, and the specific resistance and thickness of the epi layer 29 are 30 Ω-cm and 20 μm, respectively. P +
The specific resistance and the thickness of the mold substrate 28 are 0.01 Ω-cm and 500 μm, respectively. CCD is usually P
/ P + type epitaxial growth wafer is used, but since the FET of the readout circuit with built-in CCD is N-channel, the on-resistance can be made smaller than that of P-channel FET, and the generated thermal noise (Johnson noise) is reduced. It is based on the reason that it can be reduced. further,
If the substrate is of the P / P + type, the lifetime of minority carriers in the bulk (wafer) is shortened, and the dark current component in the bulk is prevented from flowing into the potential well of the CCD and the dark current is suppressed from increasing. There is an advantage.

【0014】また、通常バルク領域は酸素濃度を高くし
ており、プロセス中の熱処理でバルク中には多くの結晶
欠陥が励起されるのであるが、ウェファにはP+ 型領域
が形成されており、この高濃度層が欠陥のシンクとなる
のを抑え、CCDを構成する表面付近に結晶欠陥が生じ
るのが抑えられる。
Usually, the oxygen concentration is high in the bulk region, and many crystal defects are excited in the bulk by the heat treatment during the process. However, a P + type region is formed on the wafer. This prevents the high-concentration layer from becoming a sink for defects, and suppresses the occurrence of crystal defects near the surface constituting the CCD.

【0015】保護板120及びウエファ130の位置合
わせをし、金属配線26と金属配線32とをワイアボン
ディングし、ボンディングワイア38aで接続する(図
8(c))。つぎに、保護板120の貫通穴27に低融
点ガラスやエポキシ樹脂などの充填物33を満たす(図
8(d))。この充填物33は、CCD基板130と保
護板120との接着,ボンディングワイアの保護,CC
D基板130に薄膜を形成する際のCCDの保護,CC
D冷却時の冷却媒体などとして機能する。
The protective plate 120 and the wafer 130 are aligned, the metal wiring 26 and the metal wiring 32 are wire-bonded, and connected by a bonding wire 38a (FIG. 8C). Next, the through-hole 27 of the protection plate 120 is filled with a filler 33 such as low-melting glass or epoxy resin (FIG. 8D). The filler 33 is used for bonding the CCD substrate 130 and the protection plate 120, protecting the bonding wires,
Protection of CCD when forming thin film on D substrate 130, CC
It functions as a cooling medium for D cooling.

【0016】そして、CCD基板130の裏面を削って
機械的及び化学的に薄形化する(図9(e))。まず、
グラインダー(ディスコ社)などの機械的な研磨で、C
CD基板130の残り厚が30〜40μmになるまでP
+ 型サブストレイト28を削って機械的なエッチングを
し、バルク中の高濃度欠陥層を除去する。始めに機械的
なエッチングをするのはつぎの理由による。化学的エッ
チングは微視的には酸化−エッチングのプロセスの繰り
返しであり、欠陥層の酸化速度は純粋シリコンの酸化速
度とは異なる。化学的エッチングのみで薄形化するとな
ると、エッチング後の表面に凸凹や曇りを生じそれなり
の手間と工夫が必要になる。そのため、予め機械的なエ
ッチングをある程度行うことで、良好な薄形化を行って
いる。
Then, the rear surface of the CCD substrate 130 is shaved to make it mechanically and chemically thin (FIG. 9E). First,
Mechanical polishing with a grinder (Disco Corporation)
P until the remaining thickness of the CD substrate 130 becomes 30 to 40 μm.
The + -type substrate 28 is shaved and mechanically etched to remove the high concentration defect layer in the bulk. The mechanical etching is performed first for the following reason. Chemical etching is microscopically a repetition of the oxidation-etching process, and the oxidation rate of the defective layer is different from that of pure silicon. If the thickness is reduced only by chemical etching, the surface after the etching will be uneven or cloudy, requiring a certain amount of time and effort. Therefore, good thinning is performed by performing mechanical etching to some extent in advance.

【0017】また、機械的なエッチングの後に化学的エ
ッチングを行うのは、機械的エッチングの後はどうして
も表面破砕層が残り、その除去が必要なのと、所定の厚
さにCCD基板130をコントロールする必要があるた
めであり、フッ酸−硝酸−酢酸系のエッチング液で化学
的エッチングを行う。例えば、HF:HNO3 :CH3
COOH=1:3:8の割合のエッチング液を用いる
と、数μm/min の速度でエッチングされるが、0.0
68Ω−cm以上の比抵抗を持つP層はエッチングされな
い。したがって、P/P+ 型エピウエファのうち機械的
なエッチングでP+ 層34を残した状態から化学的エッ
チングを行うと20μmのエピタキシャル成長層29は
完全に残り、さらに1018cm-3のP+ 層を残した状態
でエッチングはストップする。このプロセスにより、2
0μmの膜厚のコントロールとアキュムレーションが同
時に行われることになり、P+ 層34がアキュムレーシ
ョン層として機能することになる(アキュムレーション
については後述する)。
In addition, the reason why chemical etching is performed after mechanical etching is that the surface crushed layer always remains after mechanical etching and that removal is necessary, and the CCD substrate 130 is controlled to a predetermined thickness. This is because it is necessary to perform chemical etching with a hydrofluoric acid-nitric acid-acetic acid-based etchant. For example, HF: HNO 3 : CH 3
When an etching solution having a COOH ratio of 1: 3: 8 is used, etching is performed at a rate of several μm / min.
The P layer having a specific resistance of 68 Ω-cm or more is not etched. Therefore, if chemical etching is performed from the P / P + -type epitaxial wafer while leaving the P + layer 34 by mechanical etching, the epitaxially grown layer 29 of 20 μm completely remains, and the P + layer of 10 18 cm -3 is further removed. Etching is stopped in a state where is left. By this process, 2
The control of the film thickness of 0 μm and the accumulation are performed at the same time, and the P + layer 34 functions as an accumulation layer (the accumulation will be described later).

【0018】エネルギー線がUV光である場合、反射防
止膜としてSi酸化膜35を形成する(図9(e)の符
号35)。その条件としては120℃水蒸気中で48時
間酸化を行う。
When the energy beam is UV light, a Si oxide film 35 is formed as an antireflection film (reference numeral 35 in FIG. 9E). As the condition, oxidation is performed in steam at 120 ° C. for 48 hours.

【0019】つぎに、ダイシングを行い、個々のチップ
140に分割する(図9(f)、符号36はダイシング
ラインを示す)。分割された個々のチップ140のアセ
ンブリを行う(図9(f))。まず、セラミックパッケ
ージ37にチップ140をダイボンディングし、チップ
140の金属配線26とパッケージ37の端子41とを
ワイアボンディングし、ボンディングワイア38bで接
続する。そして、チップ140の低融点ガラスの充填物
33と熱的に容易に接続できるように、熱容量が小さい
充填物39を介して放熱用の冷却ブロック40で封止す
る。CCDを冷却してリーク電流やrmsノイズを下げ
ることは微弱光を計測するのに適したものにしている。
Next, dicing is performed to divide the chips into individual chips 140 (FIG. 9F, reference numeral 36 denotes a dicing line). The divided individual chips 140 are assembled (FIG. 9F). First, the chip 140 is die-bonded to the ceramic package 37, and the metal wiring 26 of the chip 140 and the terminal 41 of the package 37 are wire-bonded and connected by the bonding wire 38b. Then, the chip 140 is sealed with a cooling block 40 for heat radiation through a filler 39 having a small heat capacity so as to be easily thermally connected to the filler 33 of the low-melting glass of the chip 140. Cooling the CCD to reduce the leak current and rms noise makes it suitable for measuring weak light.

【0020】裏面照射型CCDでは、アキュムレーショ
ン層が必要なのはつぎの理由による。
The need for an accumulation layer in a backside illuminated CCD is based on the following reasons.

【0021】前述したように、裏面照射型CCDは、C
CDの裏面が光の入射面となる。通常CCDを形成する
シリコンウエファの厚さは400〜600μmである。
また、200nmから300nmの光は吸収係数が非常
に大きく、そのほとんどが表面からわずかに入ったとこ
ろ(具体的には0.01μm程度)で吸収されてしま
う。したがって、数百μmの厚さを有するCCDをその
まま裏面照射型として使用しても、裏面で発生した光電
子は表面にあるCCDのポテンシャル井戸に拡散してい
くことができず、ほとんどは再結合して失われてしま
う。また、そのうちのいくらかはポテンシャル井戸まで
到達できたとしても、長い道のりを拡散してくる間に信
号同士が混じり合い、いわゆる解像度を著しく低下させ
る。そこで、裏面照射型CCDでは、受光面である裏面
をエッチング、研磨によって薄くして、発生した電子が
最短距離で表面のポテンシャル井戸に到達できるように
している。
As described above, the backside illuminated CCD has a C
The back surface of the CD becomes the light incident surface. Usually, the thickness of the silicon wafer forming the CCD is 400 to 600 μm.
In addition, light having a wavelength of 200 nm to 300 nm has a very large absorption coefficient, and most of the light is absorbed at a position slightly entering the surface (specifically, about 0.01 μm). Therefore, even if a CCD having a thickness of several hundred μm is used as it is as a backside illumination type, the photoelectrons generated on the backside cannot diffuse into the potential well of the CCD on the front side, and most of them recombine. Lost. Also, even if some of them can reach the potential well, the signals are mixed while spreading along a long way, so that the so-called resolution is remarkably reduced. Therefore, in a backside illumination type CCD, the backside, which is the light receiving surface, is thinned by etching and polishing so that the generated electrons can reach the potential well on the front surface in the shortest distance.

【0022】しかし、酸化膜には酸化膜電荷や界面準位
が必ず存在し、これらはいずれもP型シリコン基板の表
面を空乏化させるように働く。そのため、裏面から浅い
ところで生じた光電子はCCDのポテンシャル井戸には
行くことができず、裏面酸化膜とシリコンの界面に押し
やられ再結合するのを待つ運命となる。したがって、受
光部を薄形化し裏面にP型シリコンの表面をアキューム
レーション状態にすることにより、裏面の浅いところで
生じた光電子も効率よく表面側のCCDのポテンシャル
井戸に到達することができる。
However, oxide film charges and interface states always exist in the oxide film, and all of them work to deplete the surface of the P-type silicon substrate. Therefore, photoelectrons generated at a position shallow from the back surface cannot reach the potential well of the CCD, and are destined to be pushed to the interface between the back surface oxide film and silicon and wait for recombination. Therefore, by making the light receiving section thin and making the front surface of the P-type silicon into an accumulation state on the rear surface, photoelectrons generated at a shallow rear surface can efficiently reach the potential well of the CCD on the front surface side.

【0023】図10は、ポテンシャルプロファイルを比
較して示したものであり、実線はアキュームレーション
層がない場合、点線はある場合を示す。左側が裏面、右
側が表面を表している。基板48の裏面には、保護膜で
ある酸化膜23が成長されている。なお、代表的な検出
器において受光面のシリコンの厚さは10〜15μm程
度であり、酸化膜23は、厚さ数十オングストロームか
ら数百オングストロームである。実線のように、裏面か
ら浅いところで生じた光電子は、裏面酸化膜23とシリ
コンの界面に押しやられ再結合し、CCD表面に形成さ
れた蓄積用のポテンシャル井戸には行くことが難しいも
のになる。これに対し、点線のように、裏面の酸化膜2
3に近付くにしたがって電子に対するポテンシャルが高
くなり、裏面から電極側に傾斜を持つポテンシャルが形
成されることにより、光電子が効率よく表面側に到達す
ることができるようになる。
FIG. 10 shows a comparison of potential profiles. The solid line shows the case without the accumulation layer, and the dotted line shows the case with the accumulation layer. The left side shows the back side and the right side shows the front side. On the rear surface of the substrate 48, an oxide film 23 as a protective film is grown. In a typical detector, the silicon on the light receiving surface has a thickness of about 10 to 15 μm, and the oxide film 23 has a thickness of several tens Å to several hundred Å. As shown by the solid line, photoelectrons generated at a position shallow from the back surface are pushed to the interface between the back surface oxide film 23 and silicon and recombine, making it difficult to go to the accumulation potential well formed on the CCD surface. On the other hand, as shown by the dotted line, the oxide film 2
As the distance approaches 3, the potential for electrons increases, and a potential having a slope from the back surface to the electrode side is formed, so that photoelectrons can efficiently reach the front surface side.

【0024】上述の工程では、エピウエファは予めアル
ミニウム(Al)配線工程まで含めたすべてのCCD製
造プロセスを終了させている。そのため、後の工程で受
光部シリコンの薄形化後にアルミニウム配線を施す場合
と比較して、薄形化した膜の部分に写真食刻法を用いる
のは困難であり、またアルミニウム配線プロセス中に薄
形化した部分が割れるなどのおそれがある、という問題
が抑えられるので、その意味では良好な工程と考えられ
る。
In the above-described process, the epi-wafer has already completed all the CCD manufacturing processes including the aluminum (Al) wiring process. For this reason, it is more difficult to use the photolithography method for the thinned film portion than in the case where aluminum wiring is applied after thinning the light-receiving portion silicon in a later step, and it is difficult to use the photolithography method during the aluminum wiring process. Since the problem that the thinned portion may be broken is suppressed, it is considered to be a good process in that sense.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】しかし、つぎのような
問題点がある。まず第1に、図8(c)において保護板
120及びCCD基板130の位置合わせを必要として
いるが、この作業は非常に微妙なものであり、熟練を要
し、作業時間やコストなどを大幅に削減するのは困難で
ある。
However, there are the following problems. First, in FIG. 8C, it is necessary to position the protection plate 120 and the CCD substrate 130, but this work is very delicate, requires skill, and greatly reduces the work time and cost. It is difficult to reduce.

【0026】第2に、ボンディングワイアで保護板12
0とCCD基板130との電気的な接続を行っている
が、ボンディングワイアが形成するワイアーループのた
め、図の横方向に余分な面積を必要とする。例えば、チ
ップの両側にワイアボンディングする場合、トータルで
およそ2mmチップが長くなる。1チップが大きくなれば
1枚のウェファからの取れ数が減りチップ単価を上げる
ことになる。また、チップが大きくなった分だけ装置全
体が大きくなり、それだけ熱容量が大きくなる。そのた
め、冷却時の効率が悪くなり、装置の小形化、軽量化の
妨げになる。
Second, the protective plate 12 is bonded with a bonding wire.
0 and the CCD substrate 130 are electrically connected, but an extra area is required in the horizontal direction of the drawing because of the wire loop formed by the bonding wires. For example, when wire bonding is performed on both sides of a chip, the chip becomes longer by about 2 mm in total. If one chip becomes larger, the number of chips taken from one wafer decreases, and the chip unit price increases. In addition, the whole device is enlarged by the size of the chip, and the heat capacity is increased accordingly. For this reason, the efficiency at the time of cooling deteriorates, which hinders downsizing and weight reduction of the device.

【0027】第3に、図8(d)において充填物33を
満たす必要があるが、ボンディングワイアを保護するた
めに、ワイアーループを覆えるだけの厚みで充填物33
を満たす必要がある。したがって、その分だけ余分な充
填物33を必要とし、その分だけ装置全体が大きくな
り、それだけ熱容量が大きくなる。そのため、冷却時の
効率が悪くなり、装置の小形化、軽量化の妨げになる。
信頼性の観点からボンディングワイアの保護は不可欠で
あり、これによる厚さの増加はおよそ500μmと、お
よそ倍の厚みになる。
Third, in FIG. 8D, it is necessary to fill the filler 33. In order to protect the bonding wire, the filler 33 has a thickness enough to cover the wire loop.
Needs to be satisfied. Therefore, the extra filler 33 is required by that much, and the whole apparatus becomes large by that much, and the heat capacity becomes large accordingly. For this reason, the efficiency at the time of cooling deteriorates, which hinders downsizing and weight reduction of the device.
From the viewpoint of reliability, protection of the bonding wire is indispensable, and the increase in the thickness is about 500 μm, which is about double.

【0028】また、第4に、充填物33は保護板120
及びCCD基板130を十分に接着するだけの強度を要
するので硬化後に堅くなるものでなければならない。し
かも、その後の工程や使用環境を加味すれば、保護板1
20及びCCD基板130と熱膨張率が良くあってお
り、ボンディングワイアに応力を与えないような材料が
必要である。接着強度の観点からは低融点ガラスが望ま
しいが、低融点ガラスは硬化後は非常に堅くなる一方、
熱膨張率がCCD基板130の材料であるSiとやや異
なる。そのため、冷却時或いは室温に戻す際非常にゆっ
くり行う必要がある。低融点ガラス以外の硬化後はあま
り堅くならず、ある程度柔らかな材料(例えば、ゲル状
の樹脂)を用いれば、Siと熱膨張率が完全に一致して
いなくても急冷急熱を行った場合にただちに破損すると
いうのが少なくなるが、保護板120及びCCD基板1
30の接着強度が十分でなく、その後の工程を加味すれ
ば好ましいものではない。このように、充填物33に用
いる材料は限られているうえに使用上の制限がある。
Fourth, the filler 33 is provided on the protective plate 120.
In addition, it must have sufficient strength to sufficiently adhere the CCD substrate 130, so that it must be hard after curing. Moreover, considering the subsequent process and use environment, the protection plate 1
20 and the CCD substrate 130 have a good coefficient of thermal expansion, and a material that does not give stress to the bonding wire is required. From the viewpoint of adhesive strength, low-melting glass is desirable, while low-melting glass becomes very hard after curing,
The coefficient of thermal expansion is slightly different from Si which is the material of the CCD substrate 130. Therefore, it must be performed very slowly when cooling or returning to room temperature. When a material other than low-melting glass is not hardened after hardening and a material that is somewhat soft (for example, a gel-like resin) is used, even if the coefficient of thermal expansion does not completely match that of Si, rapid cooling and rapid heating are performed. Although it is less likely to be damaged immediately, the protection plate 120 and the CCD substrate 1
The adhesive strength of No. 30 is not sufficient, and it is not preferable if the subsequent steps are taken into consideration. As described above, the materials used for the filler 33 are limited, and there are restrictions on use.

【0029】そこで本発明は、上記の問題点を解決した
半導体エネルギー検出器を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor energy detector which has solved the above-mentioned problems.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体エネルギー線検出器は、撮像機能を
持つ回路がその一方の面に形成され、他方の面から入射
したエネルギー線を検出するための基板と、基板をその
内部に格納すると共に外部との電気的接続をするための
リード配線を持つパッケージと、基板を一方の面の側か
ら保護するとともに、リード配線と基板に形成された回
路とを電気的に接続するための保護板とを備え、基板と
保護板、保護板とリード配線はそれぞれバンプボンディ
ングされるとともに、保護板はバンプボンディングされ
た部分に凹部が設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor energy ray detector according to the present invention has a circuit having an imaging function formed on one surface thereof and detects energy rays incident from the other surface. A package that has a board for detection, a lead wire for storing the board inside and electrical connection to the outside, and protecting the board from one side and forming the lead wire and the board. A protection plate for electrically connecting the circuit with the substrate, the substrate and the protection plate, and the protection plate and the lead wiring are respectively bump-bonded, and the protection plate is provided with a concave portion in the bump-bonded portion. It is characterized by being.

【0031】保護板は、基板に形成された回路上に開口
部を有するとともに前記開口部には硬化した充填物がつ
められていることを特徴としても良い。
The protection plate may have an opening on a circuit formed on the substrate, and the opening may be filled with a cured filler.

【0032】パッケージは、充填物若しくは保護板を介
して基板で発生した熱を放熱するとともに、パッケージ
と充填物との間には熱抵抗を低下させるための熱媒体が
塗布されていることを特徴としても良い。
The package is characterized in that heat generated on the substrate is radiated through the filling or the protection plate, and a heat medium for reducing thermal resistance is applied between the package and the filling. It is good.

【0033】凹部に導電材料をさらに有することを特徴
としても良い。
[0033] The recess may further include a conductive material.

【0034】また、本発明の半導体エネルギー線検出器
の製造方法は、基板の一方の面に形成された撮像機能を
持つ回路の端子にバンプを形成する第1の工程と、保護
板に、基板上の回路の位置に対応して開口部と、回路の
各端子及びパッケージのリード配線の位置に対応して凹
部と、回路に電気的に接続するための配線とを設けてお
き、凹部とバンプとを重ね合わせて保護板と基板とのバ
ンブボンディングをする第2の工程と、開口部に硬化性
の流動物をいれて硬化させ、開口部に充填物をつめる第
3の工程と、回路が形成された反対側の基板の面を機械
的或いは化学的に削る第4の工程と、保護板及び基板を
回路ごとに切断し、切断された保護板及び基板をパッケ
ージにいれて保護板の配線と前記リード配線とのバンブ
ボンディングをする第5の工程とを有する。
The method of manufacturing a semiconductor energy ray detector according to the present invention includes a first step of forming a bump on a terminal of a circuit having an imaging function formed on one surface of the substrate; An opening corresponding to the position of the circuit above, a recess corresponding to the position of each terminal of the circuit and the lead wiring of the package, and wiring for electrically connecting to the circuit are provided. A second step of performing a bump bonding between the protective plate and the substrate by superimposing the above, a third step of putting a curable fluid into the opening and curing it, and filling the opening with a filler; A fourth step of mechanically or chemically shaving the surface of the formed opposite substrate, cutting the protective plate and the substrate for each circuit, placing the cut protective plate and the substrate in a package, and wiring the protective plate Perform bump bonding between And a fifth step.

【0035】第2の工程では、凹部に導電材料を注入し
た後にバンブボンディングをすることを特徴としても良
い。
The second step may be characterized in that bumping is performed after a conductive material is injected into the recess.

【0036】第5の工程では、パッケージと充填物との
間には熱抵抗を低下させるための熱媒体を塗布すること
を特徴としても良い。
The fifth step may be characterized in that a heat medium for reducing the thermal resistance is applied between the package and the filling.

【0037】[0037]

【作用】本発明の半導体エネルギー線検出器では、保護
板で製造時及び使用時で基板の機械的な保護がなされる
ので、基板を薄くして基板上の回路を冷却しやすくな
る。そのため、より感度の良くエネルギー線(例えば、
紫外線、軟X線、電子線など)を検出できる。
In the semiconductor energy ray detector according to the present invention, since the substrate is mechanically protected by the protective plate at the time of manufacture and during use, the substrate is thinned and the circuit on the substrate is easily cooled. Therefore, more sensitive energy rays (for example,
Ultraviolet rays, soft X-rays, electron beams, etc.).

【0038】ここで、基板と保護板、保護板とリード配
線がバンプボンディングで重なるように接続・接着がな
されることから、保護板、基板及びパッケージの面積及
び体積を小さくすることができる。また、保護板には凹
部が設けられ、これにあわせてバンプボンディングが可
能であることから、電気的接続・機械的接着をより確実
にして小形化することができる。
Here, since the connection and bonding are performed so that the substrate and the protection plate and the protection plate and the lead wiring overlap by bump bonding, the area and volume of the protection plate, the substrate and the package can be reduced. In addition, since the protection plate is provided with a concave portion and bump bonding can be performed in accordance with the concave portion, electrical connection and mechanical adhesion can be made more reliable and the size can be reduced.

【0039】また、開口部に硬化した充填物を詰めるよ
うにすることで、基板上の回路へのダメージを減少させ
ることができ、熱抵抗を低下させるための液体が塗布さ
れていることでより放熱しやすいものになる。さらに、
凹部または貫通口に導電材料をさらに有することで、電
気的接続をより確実にすることができる。
Further, by filling the opening with the cured filler, damage to the circuit on the substrate can be reduced, and the liquid for lowering the thermal resistance is applied. It becomes easy to radiate heat. further,
By further providing a conductive material in the concave portion or the through hole, electrical connection can be further ensured.

【0040】本発明の半導体エネルギー線検出器の製造
方法では、予め保護板にもうけられた凹部または貫通口
がバンブとあわさるので、基板と保護板、保護板とリー
ド配線の位置合わせが簡単になる。そのため、簡単にバ
ンブボンディングが可能で、基板と保護板、保護板とリ
ード配線の電気的接続・及び接着が簡単なものになる。
保護板で基板の機械的保護がなされることから、基板の
面を機械的薄く削ることができ、開口部につめた充填物
で回路が保護されるから、合わせて化学的に精密に削る
こともできる。そして、保護板及び基板がバンプボンデ
ィングで重なるように接続・接着がなされることから、
保護板、基板及びパッケージの面積及び体積を小さくす
ることができる。
In the method of manufacturing a semiconductor energy ray detector according to the present invention, since the concave portion or the through hole formed in the protective plate in advance corresponds to the bump, the positioning between the substrate and the protective plate and between the protective plate and the lead wiring can be easily performed. Become. Therefore, bump bonding can be easily performed, and electrical connection and adhesion between the substrate and the protection plate, and between the protection plate and the lead wiring can be simplified.
Since the protective plate protects the substrate mechanically, the surface of the substrate can be mechanically thinned, and the circuit is protected by the filler filled in the opening. Can also. Since the connection and bonding are performed so that the protection plate and the substrate are overlapped by bump bonding,
The area and volume of the protection plate, the substrate, and the package can be reduced.

【0041】[0041]

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
前述の従来例と同一または同等のものについてはその説
明を簡略化し若しくは省略するものとする。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The description of the same or equivalent components as those of the above-described conventional example will be simplified or omitted.

【0042】図1は、本発明の半導体エネルギー線検出
器の実施例についての構造を示したものである。この検
出器は、パッケージ37の内部に、CCD基板130,
保護板220を有し、パッケージ37にはセラミックパ
ッケージが用いられ、基板130上の回路31で発生し
た熱を放熱し冷却できるようになっている。また、CC
D基板130の電極32と保護板220の電極126が
バンプ143で、保護板220の電極126とパッケー
ジ37のリード配線42とがバンプ144で接続され、
バンプ143,144が形成される位置に保護板220
に凹部が設けられている点に特徴を有する。
FIG. 1 shows the structure of an embodiment of the semiconductor energy ray detector according to the present invention. This detector includes a CCD substrate 130,
The package 37 has a protection plate 220, and a ceramic package is used as the package 37, so that heat generated in the circuit 31 on the substrate 130 can be radiated and cooled. Also, CC
The electrodes 32 of the D substrate 130 and the electrodes 126 of the protection plate 220 are connected by bumps 143, and the electrodes 126 of the protection plate 220 and the lead wires 42 of the package 37 are connected by bumps 144.
Protective plate 220 is formed at the position where bumps 143 and 144 are formed.
It is characterized in that a concave portion is provided in the.

【0043】CCD基板130は、パッケージ37の内
部にその底面を図の上側にしてバンプボンディングさ
れ、表面には撮像のためのフルフレーム転送方式のCC
D31が形成されている。CCD31の表面には、po
ly−Si電極,層間絶縁膜であるPSGが形成されて
いる。ここで、表面側では吸収係数が大きいエネルギー
線(例えば、紫外線、軟X線、電子線など)を吸収して
しまうので、表面照射型CCDはこのようなエネルギー
線に対して感度が持たない。また、無理に照射を行え
ば、CCDを構成するゲート酸化膜がいわゆる照射損傷
を受け、転送効率が低下する、ノイズが増大するなどの
損傷を生じる。図1の検出器では、吸収係数が大きいエ
ネルギー線に感度を持つようにするために、裏面型CC
Dの構造を持たせ図の上方からの入射光hνを検出する
ようになっている。
The CCD substrate 130 is bump-bonded inside the package 37 with its bottom surface facing upward in the drawing, and has a full frame transfer type CC for imaging on the surface.
D31 is formed. The surface of the CCD 31 has a po
A ly-Si electrode and a PSG which is an interlayer insulating film are formed. Here, the surface side absorbs energy rays having a large absorption coefficient (for example, ultraviolet rays, soft X-rays, electron beams, etc.), and thus the front-side illuminated CCD has no sensitivity to such energy rays. Further, if the irradiation is performed forcibly, the gate oxide film forming the CCD suffers so-called irradiation damage, which causes damage such as a decrease in transfer efficiency and an increase in noise. In the detector of FIG. 1, in order to have sensitivity to energy rays having a large absorption coefficient,
A structure D is provided to detect the incident light hv from above the figure.

【0044】また、通常のCCDを作る基板の厚みは4
00μmであるのに対し、図1の検出器では、CCD基
板130を15μm程度まで薄形化し、その後裏面をイ
オン注入などでアキュムレーション状態にしている。通
常の基板をそのまま用いると、基板の裏面入射面付近で
生じた信号電荷は、表面にあるCCDポテンシャル井戸
まで拡散で移動しなければならず、途中で再結合で失わ
れたり、長い距離を拡散してくる間に横方向に広がり、
解像度を著しく悪化させる。しかし、図1の検出器で
は、裏面界面付近で生じた信号電荷が効率良くCCDポ
テンシャル井戸に流れる構造にし、入射面である裏面か
ら表面にあるCCDポテンシャル井戸までの物理的な距
離を短くして、解像度の劣化を抑えている。そして、使
用時には、ペルチェ素子などでパッケージ37を冷却す
ることにより、CCD31の冷却がなされ、CCD31
で発生するノイズの低減が図られている。
The thickness of the substrate for making a normal CCD is 4
On the other hand, in the detector of FIG. 1, the CCD substrate 130 is thinned to about 15 μm, and then the back surface is in an accumulation state by ion implantation or the like. If a normal substrate is used as it is, the signal charge generated near the incident surface on the rear surface of the substrate must move to the CCD potential well on the surface by diffusion, and is lost by recombination on the way or diffused over a long distance. Spreading laterally while it is coming,
It significantly deteriorates the resolution. However, the detector shown in FIG. 1 has a structure in which signal charges generated near the back surface interface efficiently flow into the CCD potential well, and the physical distance from the back surface, which is the incident surface, to the CCD potential well on the front surface is shortened. , The degradation of the resolution is suppressed. At the time of use, the CCD 31 is cooled by cooling the package 37 with a Peltier element or the like.
The noise generated by the above is reduced.

【0045】保護板220は、薄形化したCCD基板1
30を組み立て時及び使用時において保護するとともに
電極126を介してパッケージ37のピン42(外部と
の電気的接続用)とCCD31との電気的に接続をも兼
ねている。保護板220の電極126との接続が、バン
ブ143,144で(導電ペーストを介して)なされ、
バンプ143が形成される位置に凹部が設けられている
ことから、保護板220と重なるようにして接続される
ので、この装置全体を小さく製作することが可能にな
る。これによって良好な冷却が行われ、リーク電流やr
msノイズを下げて微弱光を計測するのに適したものに
している。
The protection plate 220 is a thinned CCD substrate 1
30 is protected during the assembling and use, and also serves as an electrical connection between the pin 42 (for electrical connection to the outside) of the package 37 and the CCD 31 via the electrode 126. The connection between the protection plate 220 and the electrode 126 is made by bumps 143 and 144 (via a conductive paste).
Since the concave portion is provided at the position where the bump 143 is formed, the connection is made so as to overlap the protective plate 220, so that the entire device can be manufactured small. This results in good cooling, leakage current and r
ms noise is reduced to make it suitable for measuring weak light.

【0046】このように、図1の検出器は、薄くなった
シリコンのCCD基板130を十分に保護するとともに
暗電流を低減するための冷却も十分に行える構造になっ
ている。この構造を持つ検出器を良好に製作するには、
その製造工程もそれが十分に配慮されたものであること
を要する。図2,3,4は、図1の検出器の組み立て工
程を示したものであり、この工程は次のようになる。
As described above, the detector shown in FIG. 1 has a structure capable of sufficiently protecting the thinned silicon CCD substrate 130 and sufficiently cooling to reduce dark current. To make a detector with this structure well,
The manufacturing process also requires that it be carefully considered. 2, 3 and 4 show the steps of assembling the detector of FIG. 1. The steps are as follows.

【0047】図2(a)は、図1の検出器に用いられる
保護板220の断面構造を示したものである。保護板2
20は、前述の従来例と同様にCCD基板130のCC
D31が形成された部分には貫通した穴127が設けら
れ、セラミックの部分125には金属配線126が施さ
れている。さらに、CCD基板130の金属配線(パッ
ド)32のバンプが設けられる部分に凹部141aが設
けられ、保護板の反対側にも凹部141cが設けられ、
これらの凹部141a,141cはバンプに対して余裕
を持った大きさで形成され、凹部141a,141cま
で金属配線126が施されている点に特徴がある。ま
た、この保護板120の材料には、シリコン,ガラス,
窒化アルミニウムなどの研磨性セラミックを用いること
ができ、CCD基板130とよく熱膨張率があったもの
を用いるのがより望ましく、厚さは200μm程度の薄
いものを用いる。
FIG. 2A shows a sectional structure of the protection plate 220 used in the detector shown in FIG. Protection plate 2
Reference numeral 20 denotes the CC of the CCD substrate 130 as in the above-described conventional example.
A through hole 127 is provided in a portion where D31 is formed, and a metal wiring 126 is provided in a ceramic portion 125. Further, a concave portion 141a is provided on a portion of the CCD substrate 130 where the bump of the metal wiring (pad) 32 is provided, and a concave portion 141c is provided on the opposite side of the protection plate.
These recesses 141a and 141c are formed to have a sufficient size with respect to the bumps, and are characterized in that the metal wiring 126 is provided up to the recesses 141a and 141c. The material of the protection plate 120 is silicon, glass,
Abrasive ceramics such as aluminum nitride can be used, and it is more preferable to use one having a good thermal expansion coefficient with that of the CCD substrate 130, and to use a thin one having a thickness of about 200 μm.

【0048】図2(b)は、CCD基板130を示した
ものであり、このCCD基板130は、前述の従来例と
同様に、シリコンP+ 型ウエファ28にP型エピ層29
を成長させた後、CCD31を形成し、外部回路につな
ぐ金属配線(パッド)32が設けられたものである。
FIG. 2 (b) shows a CCD substrate 130. This CCD substrate 130 has a P-type epitaxial layer 29 on a silicon P + -type wafer 28 as in the above-described conventional example.
Is formed, a CCD 31 is formed, and a metal wiring (pad) 32 for connecting to an external circuit is provided.

【0049】まず、保護板220の凹部141aに熱硬
化性の導電ペースト142(例えば、銀ガラスなど、導
電性があって硬化前には液相の物質)をいれる(図2
(c))。つぎに、CCD基板130の金属配線32に
金属バンプ143を形成する(図2(d))。このバン
プ143は、ワイヤーボンダーを使用することにより、
直径60μm,高さ80μmのものが容易に形成でき
る。
First, a thermosetting conductive paste 142 (for example, a conductive material such as silver glass which is in a liquid phase before hardening) is put into the concave portion 141a of the protective plate 220 (FIG. 2).
(C)). Next, a metal bump 143 is formed on the metal wiring 32 of the CCD substrate 130 (FIG. 2D). This bump 143 is formed by using a wire bonder.
Those having a diameter of 60 μm and a height of 80 μm can be easily formed.

【0050】そして、導電ペースト142が入った保護
板220(図2(c))と、金属バンプ143を形成し
たCCD基板130(図2(d))とのバンプボンディ
ングを行う(図2(e))。このとき、保護板220の
凹部141aがバンプ143が設けられる部分に設けら
れていることから、凹部141aがバンプ143にかみ
あわさるので、保護板220とCCD基板130との位
置合わせは容易になされる。また、凹部141aの中に
バンプ143が入り込むので、ボンディング後の厚さが
より小さなものになる。そのため、より小さなものにす
ることができる。
Then, bump bonding is performed between the protective plate 220 containing the conductive paste 142 (FIG. 2C) and the CCD substrate 130 on which the metal bumps 143 are formed (FIG. 2D) (FIG. 2E). )). At this time, since the concave portion 141a of the protective plate 220 is provided in the portion where the bump 143 is provided, the concave portion 141a meshes with the bump 143, so that the positioning between the protective plate 220 and the CCD substrate 130 is easily performed. . Further, since the bumps 143 enter the recesses 141a, the thickness after bonding becomes smaller. Therefore, it can be made smaller.

【0051】ここで、保護板220の配線126が金
で、バンプ143が金であるならば互いに溶着するの
で、両者の接続に敢えて銀ガラスを使用する必要はない
ともいえる。しかし、バンプの高さのバラツキにより、
接続不良がないとはいえないので、電気的な伝導をより
確実にするため、銀ガラスを介したバンプボンディング
を行っている。
Here, if the wiring 126 of the protection plate 220 is made of gold and the bumps 143 are made of gold, they are welded to each other. Therefore, it can be said that there is no need to use silver glass to connect the two. However, due to variations in bump height,
Since it cannot be said that there is no connection failure, bump bonding via silver glass is performed to further ensure electrical conduction.

【0052】つぎに、低融点ガラス,エポキシ樹脂,ゲ
ル状樹脂など、硬化前には液相の充填物33を、保護板
220とCCD基板130とで形成された窪み(保護板
220の穴127の部分)に充填した後、充填物33を
硬化する(図3(f))。充填物33は、電気的に絶縁
性であることを要し、さらに、保護板220及びCCD
基板130と熱膨張係数があっていること、熱伝導が良
いことが重要で、シリコンのエッチングに用いるエッチ
ャント(酸またはアルカリ系)に耐えること、数百℃以
上の高温に耐えること、アウトガスがないことがさらに
望ましい。これは、数百℃以上の高温に耐えうること
で、薄形化後のアキュムレーションで熱処理が行いやす
いし、アウトガスがなければ、エレクトロンボンバート
メント用として電子管に封入するのに適するからであ
る。
Next, before curing, a liquid-phase filling material 33 such as a low-melting glass, an epoxy resin, or a gel resin is filled with a depression (a hole 127 of the protection plate 220) formed by the protection plate 220 and the CCD substrate 130. ), The filler 33 is cured (FIG. 3F). The filler 33 needs to be electrically insulative, and further has a protective plate 220 and a CCD.
It is important that the substrate 130 has a coefficient of thermal expansion and good thermal conductivity, withstands an etchant (acid or alkali) used for etching silicon, withstands high temperatures of several hundred degrees Celsius or more, and has no outgassing. It is even more desirable. This is because it can withstand a high temperature of several hundred degrees Celsius or more and is easy to perform heat treatment by accumulation after thinning, and if there is no outgas, it is suitable for sealing in an electron tube for electron bombardment.

【0053】また、つぎの薄形化の工程の前に充填物3
3を硬化させているので、もし硬化時に充填物33が体
積減少を起こしても、CCD基板に凸凹が生じることは
なく、薄形化の工程の後に入射面に凸凹が生じることも
少ない。また、従来構造では、充填物33は、接着剤と
しての機能が強く要求され、保護板220とCCD基板
130とを強く接着することを要するのだが、本実施例
では、保護板220とCCD基板130とはバンプで強
く固定されているので、それほど接着剤としての機能が
要求されず、硬化後は若干柔らかくても良い。
Before the next thinning step, the filling 3
Since 3 is cured, even if the volume of the filler 33 is reduced during curing, no irregularities are generated on the CCD substrate, and irregularities are rarely generated on the incident surface after the thinning process. In the conventional structure, the filler 33 is strongly required to function as an adhesive, and it is necessary to strongly bond the protection plate 220 and the CCD substrate 130. In the present embodiment, however, the protection plate 220 and the CCD substrate Since 130 is strongly fixed by bumps, it does not require much function as an adhesive and may be slightly soft after curing.

【0054】そして、前述の従来例と同様に、CCD基
板130の裏面を削って機械的または化学的に薄形化す
る(図3(g))。化学的エッチングのみで薄形化する
となると、基板のP+ 層は高濃度欠陥層を有し、欠陥層
の酸化速度は純粋シリコンの酸化速度とは異なるので、
エッチング後の表面に凸凹や曇りを生じそれなりの手間
と工夫が必要になる。しかし、この製造工程において
は、保護板220とCCD基板130とがバンプボンデ
ィングされ、充填物33が満たされた構造になっている
ので、CCD基板130全体が補強され、グラインダー
(ディスコ社)などの機械的な研磨での薄形化が可能と
なっている。薄形化後、裏面のアキュムレーション及び
酸化を行ってアキュムレーション層34及び酸化膜35
を形成する。
Then, similarly to the above-described conventional example, the back surface of the CCD substrate 130 is shaved to make it mechanically or chemically thin (FIG. 3 (g)). When thinning is performed only by chemical etching, the P + layer of the substrate has a high concentration defect layer, and the oxidation rate of the defect layer is different from the oxidation rate of pure silicon.
Irregularities and fogging occur on the surface after the etching, and a certain amount of time and effort are required. However, in this manufacturing process, since the protection plate 220 and the CCD substrate 130 are bump-bonded and have a structure filled with the filler 33, the entire CCD substrate 130 is reinforced and a grinder (Disco Corporation) or the like is used. Thinning by mechanical polishing is possible. After thinning, the backside is subjected to accumulation and oxidation to form an accumulation layer 34 and an oxide film 35.
To form

【0055】つぎに、ダイシングを行い、個々のチップ
140に分割する(図3(h)、符号36はダイシング
ラインを示す)。そして、分割された個々のチップ14
0のアセンブリを行う。まず、保護板220の凹部14
1bに導電ペースト142をいれ(図4(i))、パッ
ケージのリード配線42にバンプを形成する(図4
(j))。チップ140の低融点ガラスの充填物33と
熱的に容易に接続できるようにシリコン樹脂39を予め
ぬっておいてから、チップ140の裏面を上にしてバン
プボンディングをした後(図4(k))、封止する。
Next, dicing is performed to divide the chips into individual chips 140 (FIG. 3H, reference numeral 36 denotes a dicing line). Then, the divided individual chips 14
0 assembly. First, the concave portion 14 of the protection plate 220
1b is filled with a conductive paste 142 (FIG. 4 (i)), and bumps are formed on the lead wires 42 of the package (FIG. 4).
(J)). After the silicon resin 39 is wetted in advance so as to be easily thermally connected to the low melting glass filler 33 of the chip 140, bump bonding is performed with the back surface of the chip 140 facing up (FIG. 4 (k)). ), Sealing.

【0056】このように、本製造工程では、まず、保護
板220とCCD基板130との位置合わせが、凹部1
41a及びバンプ143でなされるので、高価で取扱い
の面倒なフリップチップボンダーを使用せずに容易に組
み立てが行える。また、従来例のように、保護板220
とCCD基板130との電気的接続をワイアボンディン
グで行う場合、ワイヤーループのために横方向と高さ方
向に余分なスペースを必要とし、チップ自体も離して配
置する必要があったので、1枚あたりのウエファのとれ
数が少なくなる。それに加えて、縦,横,高さ共に大き
くなり小型軽量化が困難なうえに、おおきくなった分熱
容量が大きく、パワーの大きな冷却装置(ペルチェ素
子)を必要としていた。しかし、本発明では、保護板2
20とCCD基板130との電気的接続がバンプ143
でなされるため、薄く小さく構成できるので、小型軽量
化が行え、熱容量が小さくなって冷却効率が向上する。
As described above, in the present manufacturing process, first, the alignment between the protection plate 220 and the CCD substrate 130 is performed in the concave portion 1.
Since it is performed by the 41a and the bump 143, the assembling can be easily performed without using an expensive and troublesome flip chip bonder. Also, as in the conventional example, the protection plate 220
When the electrical connection between the semiconductor device and the CCD substrate 130 is performed by wire bonding, extra space is required in the horizontal direction and the height direction for the wire loop, and the chips themselves have to be arranged separately. The number of wafers per hit is reduced. In addition, the height, width, and height are all large, and it is difficult to reduce the size and weight. In addition, a cooling device (Peltier element) having a large heat capacity and a large power is required. However, in the present invention, the protection plate 2
20 and the CCD substrate 130 are electrically connected to the bumps 143.
Therefore, it can be configured to be thin and small, so that the size and weight can be reduced, the heat capacity is reduced, and the cooling efficiency is improved.

【0057】さらに、バンプ143で保護板220とリ
ード配線42との接続がなされことから、ワイアボンデ
ィングで行う場合と比較するとワイヤーループのための
スペースを必要としないので、より小型軽量化が行える
(従来例に対し、約1/10程度の熱容量と見積られ
る)。
Furthermore, since the protection plate 220 and the lead wiring 42 are connected by the bumps 143, a space for a wire loop is not required as compared with the case where wire bonding is performed, so that the size and weight can be further reduced ( It is estimated that the heat capacity is about 1/10 of the conventional example).

【0058】また、本製造工程では、薄形化の際、保護
板220とCCD基板130とがバンプボンディングさ
れ、充填物33が満たされた構造で行っている。そのた
め、CCD基板130上のCCDは保護された構造であ
り、薄形化後に入射面に凸凹が生じることもない。さら
に、CCDがある部分は保護板220に穴が開けられて
おり、CCDの保護は充填物33でなされる形なので、
保護板220とCCD基板130との間に熱抵抗の大き
な空気層が入り込む可能性がほとんど無い。したがっ
て、CCDの冷却時に暗電流のユニフォミティが悪化す
るのが小さくなることになる。また、CCD基板130
全体を薄形化するので、機械研磨でほとんど削ってから
最後の仕上げで化学的なエッチングを行うことも可能で
あり、エッチング液の周り込みなどで生じるエッチング
の不均一も生じない。
Further, in the present manufacturing process, the protection plate 220 and the CCD substrate 130 are bump-bonded and the filling material 33 is filled when the thickness is reduced. Therefore, the CCD on the CCD substrate 130 has a protected structure, and there is no unevenness on the incident surface after the thickness is reduced. Further, a portion where the CCD is located is provided with a hole in the protection plate 220, and the protection of the CCD is performed by the filling material 33.
There is almost no possibility that an air layer having a large thermal resistance enters between the protection plate 220 and the CCD substrate 130. Therefore, the deterioration of dark current uniformity during cooling of the CCD is reduced. Also, the CCD substrate 130
Since the entire structure is thinned, it is possible to perform almost all of the polishing by mechanical polishing and then to perform chemical etching in the final finishing, so that non-uniformity of the etching caused by surrounding the etching solution does not occur.

【0059】さらに、セラミックパッケージで放熱を行
っていることから、放熱のための組み立て部品が減少
し、構成が簡素化するうえ、より小型軽量化が行える。
Further, since the heat is dissipated by the ceramic package, the number of parts for dissipating heat is reduced, the structure is simplified, and the size and weight can be further reduced.

【0060】図5は、本発明の検出器の変形例を示した
ものであり、保護板220の配線126をスルーホール
で貫通するように構成したものである。(a)はダイシ
ング後のチップ140の外観を、(b)は組み立て後の
チップ140の外観を示したものである。これらの場合
も図1と同様に組み立てられる。
FIG. 5 shows a modification of the detector of the present invention, which is configured so that the wiring 126 of the protection plate 220 is penetrated by a through hole. (A) shows the appearance of the chip 140 after dicing, and (b) shows the appearance of the chip 140 after assembly. These cases are also assembled in the same manner as in FIG.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上の通り本発明の半導体エネルギー線
検出器によれば、保護板、基板及びパッケージの面積及
び体積を小さくすることができ、保護板の凹部にあわせ
てバンプボンディングをして電気的接続をより確実にし
て小形化することができるので、より感度の良いエネル
ギー線の検出をすることができる。
As described above, according to the semiconductor energy ray detector of the present invention, the area and volume of the protective plate, the substrate and the package can be reduced, and the bump bonding is performed in accordance with the concave portion of the protective plate, and the electric energy is obtained. Since the electrical connection can be made more reliable and the size can be reduced, it is possible to detect energy rays with higher sensitivity.

【0062】また、本発明の半導体エネルギー線検出器
の製造方法によれば、保護板と基板との電気的接続・及
び接着が簡単なものになり、保護板で基板の機械的保護
がなされて基板の面を機械的薄く削ることができるの
で、上記半導体エネルギー線検出器を小さく製造する事
ができる。
Further, according to the method for manufacturing a semiconductor energy ray detector of the present invention, electrical connection and adhesion between the protection plate and the substrate are simplified, and the protection plate is used to mechanically protect the substrate. Since the surface of the substrate can be mechanically thinned, the semiconductor energy ray detector can be manufactured small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体エネルギー線検出器の第1実施
例の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a semiconductor energy ray detector according to the present invention.

【図2】第1実施例の製造工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the first embodiment.

【図3】第1実施例の製造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the first embodiment.

【図4】第1実施例の製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the first embodiment.

【図5】本発明の半導体エネルギー線検出器の変形例の
構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a modified example of the semiconductor energy ray detector of the present invention.

【図6】フル・フレーム転送方式の構成を示す上面図で
ある。
FIG. 6 is a top view showing a configuration of a full frame transfer system.

【図7】フル・フレーム転送方式の要部を示す断面図で
ある。
FIG. 7 is a sectional view showing a main part of a full frame transfer system.

【図8】従来例の製造工程図である。FIG. 8 is a manufacturing process diagram of a conventional example.

【図9】従来例の製造工程図である。FIG. 9 is a manufacturing process diagram of a conventional example.

【図10】従来の裏面照射型検出器のポテンシャルプロ
ファイルを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a potential profile of a conventional backside illumination type detector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31…CCD、32…配線、37…パッケージ、42…
リード配線、126…配線、130…CCD基板、14
1a,c…凹部、142…導電ペースト、143,14
4…金属バンプ、220…保護板
31 ... CCD, 32 ... Wiring, 37 ... Package, 42 ...
Lead wiring, 126 ... wiring, 130 ... CCD board, 14
1a, c: recess, 142: conductive paste, 143, 14
4: Metal bump, 220: Protective plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−159760(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/14 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-159760 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/14

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 撮像機能を持つ回路がその一方の面に形
成され、他方の面から入射したエネルギー線を検出する
ための基板と、 前記基板をその内部に格納すると共に外部との電気的接
続をするためのリード配線を持つパッケージと、 前記基板を前記一方の面の側から保護するとともに、前
記リード配線と前記基板に形成された回路とを電気的に
接続するための保護板とを備え、 前記基板と前記保護板、前記保護板と前記リード配線は
それぞれバンプボンディングされるとともに、前記保護
板はバンプボンディングされた部分に凹部が設けられて
いることを特徴とする半導体エネルギー線検出器。
A circuit having an imaging function is formed on one surface thereof, and a substrate for detecting energy rays incident from the other surface is stored in the substrate and electrically connected to the outside. And a protection plate for protecting the substrate from the one surface side and electrically connecting the lead wiring to a circuit formed on the substrate. The semiconductor energy ray detector, wherein the substrate and the protection plate, and the protection plate and the lead wiring are respectively bump-bonded, and the protection plate is provided with a concave portion in a bump-bonded portion.
【請求項2】 前記保護板は、前記基板に形成された回
路上に開口部を有するとともに前記開口部には硬化した
充填物がつめられていることを特徴とする請求項1記載
の半導体エネルギー線検出器。
2. The semiconductor energy according to claim 1, wherein the protective plate has an opening on a circuit formed in the substrate, and the opening is filled with a hardened filling material. Line detector.
【請求項3】 前記パッケージは、前記充填物若しくは
前記保護板を介して前記基板で発生した熱を放熱すると
ともに、前記パッケージと前記充填物との間には熱抵抗
を低下させるための熱媒体が塗布されていることを特徴
とする請求項2記載の半導体エネルギー線検出器。
3. A heat medium for dissipating heat generated in the substrate via the filling material or the protection plate, and reducing a thermal resistance between the package and the filling material. The semiconductor energy ray detector according to claim 2, wherein is applied.
【請求項4】 前記凹部に導電材料をさらに有すること
を特徴とする請求項1記載の半導体エネルギー線検出
器。
4. The semiconductor energy ray detector according to claim 1, further comprising a conductive material in the recess.
【請求項5】 基板の一方の面に形成された撮像機能を
持つ回路の端子にバンプを形成する第1の工程と、 保護板に、前記基板上の前記回路の位置に対応して開口
部と、前記回路の各端子及びパッケージのリード配線の
位置に対応して凹部と、前記回路に電気的に接続するた
めの配線とを設けておき、前記凹部と前記バンプとを重
ね合わせて前記保護板と前記基板とのバンブボンディン
グをする第2の工程と、 前記開口部に硬化性の流動物をいれて硬化させ、前記開
口部に充填物をつめる第3の工程と、 前記回路が形成された反対側の前記基板の面を機械的或
いは化学的に削る第4の工程と、 前記保護板及び前記基板を前記回路ごとに切断し、切断
された前記保護板及び前記基板をパッケージにいれて前
記保護板の配線と前記リード配線とのバンブボンディン
グをする第5の工程とを有する半導体エネルギー線検出
器の製造方法。
5. A first step of forming a bump on a terminal of a circuit having an imaging function formed on one surface of a substrate, and an opening corresponding to a position of the circuit on the substrate in a protective plate. And a recess corresponding to the position of each terminal of the circuit and the lead wiring of the package, and a wire for electrically connecting to the circuit are provided, and the recess is overlapped with the bump to provide the protection. A second step of performing bump bonding between a plate and the substrate, a third step of putting a curable fluid into the opening and curing it, and filling the opening with a filler; and forming the circuit. A fourth step of mechanically or chemically shaving the surface of the substrate on the other side, cutting the protection plate and the substrate for each circuit, and putting the cut protection plate and the substrate in a package. The wiring of the protection plate and the lead wiring The method of manufacturing a semiconductor energy ray detectors and a fifth step of the bump bonding.
【請求項6】 前記第2の工程では、前記凹部に導電材
料を注入した後にバンブボンディングをすることを特徴
とする請求項5記載の半導体エネルギー線検出器の製造
方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor energy ray detector according to claim 5, wherein in the second step, a bump material is injected after a conductive material is injected into the concave portion.
【請求項7】 前記第5の工程では、前記パッケージと
前記充填物との間には熱抵抗を低下させるための熱媒体
を塗布することを特徴とする請求項5記載の半導体エネ
ルギー線検出器の製造方法。
7. The semiconductor energy ray detector according to claim 5, wherein in the fifth step, a heat medium for reducing thermal resistance is applied between the package and the filling. Manufacturing method.
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