JP3486267B2 - 裏面照射型半導体装置とその製造方法 - Google Patents
裏面照射型半導体装置とその製造方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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- H01L2224/92247—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a wire connector
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
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- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光や電子等のエネ
ルギー線を裏面から入射し、二次元で検出する裏面照射
型半導体装置とその製造方法に関するものである。
ルギー線を裏面から入射し、二次元で検出する裏面照射
型半導体装置とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】裏面照射型半導体装置、例えば、裏面照
射型ＣＣＤは、シリコンを材料としたＣＣＤ素子（半導
体検出素子）と、セラミック等を材料とした保護枠と
を、接着剤によって接着した後、電気的に接続すること
により構成される。かかるＣＣＤ素子は、通常の半導体
プロセスにてポリシリコン電極よりなる電荷結合型の転
送部分と、電荷読み出し部分のＦＥＴとを半導体基板の
表面に形成して構成されるが、光や電子等のエネルギー
線を表面側から照射すると、上記の電極等により入射が
妨げられ、極微弱光に対する十分な感度が得られない。
射型ＣＣＤは、シリコンを材料としたＣＣＤ素子（半導
体検出素子）と、セラミック等を材料とした保護枠と
を、接着剤によって接着した後、電気的に接続すること
により構成される。かかるＣＣＤ素子は、通常の半導体
プロセスにてポリシリコン電極よりなる電荷結合型の転
送部分と、電荷読み出し部分のＦＥＴとを半導体基板の
表面に形成して構成されるが、光や電子等のエネルギー
線を表面側から照射すると、上記の電極等により入射が
妨げられ、極微弱光に対する十分な感度が得られない。
【０００３】そこで、エネルギー線を裏面から照射する
方式が採用されているが、その際には、周縁部分を残し
て裏面を化学的なエッチングにて２０μｍ程度に薄形化
している。これにより、検出面、すなわち、裏面側から
照射されたエネルギー線によって発生した信号電荷を読
み出せるようにし、ＣＣＤによるエネルギー線の検出感
度等の性能低下を抑制できるようにしている。ところ
が、ＣＣＤ素子が薄形化すると取り扱いミスによる破
損、または、検出面のたわみによるデフォーカスといっ
た問題点が生じる。このため、従来は薄板化工程の前に
保護枠を接着したり、保護枠を堆積したりする工夫が提
案されている（特開平６−３３４１５８号公報、特開平
６−３１８６８８号公報）。
方式が採用されているが、その際には、周縁部分を残し
て裏面を化学的なエッチングにて２０μｍ程度に薄形化
している。これにより、検出面、すなわち、裏面側から
照射されたエネルギー線によって発生した信号電荷を読
み出せるようにし、ＣＣＤによるエネルギー線の検出感
度等の性能低下を抑制できるようにしている。ところ
が、ＣＣＤ素子が薄形化すると取り扱いミスによる破
損、または、検出面のたわみによるデフォーカスといっ
た問題点が生じる。このため、従来は薄板化工程の前に
保護枠を接着したり、保護枠を堆積したりする工夫が提
案されている（特開平６−３３４１５８号公報、特開平
６−３１８６８８号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、例えば、ＣＣ
Ｄ素子を接着剤により保護枠と接着して機械的強度を改
善するとしても、ＣＣＤ素子を構成する半導体材料と保
護枠を構成するセラミック材料との熱膨張率の差に起因
して、本来は平面であるべき検出面がたわんでしまう。
この場合、例えば、両者の熱膨張率は極力合うように保
護枠の材料を選定することが考えられるが、その製造プ
ロセスで要求される温度である＋８００℃から使用温度
である−３０℃までの広い温度領域で、両者の熱膨張率
を完全に合せるのは事実上困難であるので、熱膨張率の
差によるたわみは避けることはできない。
Ｄ素子を接着剤により保護枠と接着して機械的強度を改
善するとしても、ＣＣＤ素子を構成する半導体材料と保
護枠を構成するセラミック材料との熱膨張率の差に起因
して、本来は平面であるべき検出面がたわんでしまう。
この場合、例えば、両者の熱膨張率は極力合うように保
護枠の材料を選定することが考えられるが、その製造プ
ロセスで要求される温度である＋８００℃から使用温度
である−３０℃までの広い温度領域で、両者の熱膨張率
を完全に合せるのは事実上困難であるので、熱膨張率の
差によるたわみは避けることはできない。
【０００５】また、保護枠を接着しなくても半導体基板
を薄化することでたわみが生じることがある。例えば、
１２×１２ｍｍ2の面積のＣＣＤ素子を２０μｍまで薄
板化すると、表面層の電極材料や絶縁膜材料と、基板で
あるシリコンとの熱膨張差に起因し、それ自体でたわみ
が生じることがあり、結局、検出面を平面にすることは
極めて困難であった。
を薄化することでたわみが生じることがある。例えば、
１２×１２ｍｍ2の面積のＣＣＤ素子を２０μｍまで薄
板化すると、表面層の電極材料や絶縁膜材料と、基板で
あるシリコンとの熱膨張差に起因し、それ自体でたわみ
が生じることがあり、結局、検出面を平面にすることは
極めて困難であった。
【０００６】したがって、検出すべきエネルギー線の像
を結像するための光学レンズや電子レンズの焦点を、検
出面全体で一様に合わせられないという解決すべき課題
があった。
を結像するための光学レンズや電子レンズの焦点を、検
出面全体で一様に合わせられないという解決すべき課題
があった。
【０００７】そこで本発明は、薄板化された半導体検出
素子の機械的強度を保持しながら、検出面のたわみを防
止できる裏面照射型半導体装置とその製造方法を提供す
ることを目的とする。
素子の機械的強度を保持しながら、検出面のたわみを防
止できる裏面照射型半導体装置とその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の裏面照射型半導体装置は、裏面に照射され
る光や電子等のエネルギー線に感度を有しており、かつ
周縁部の内側を裏面から薄化して構成された矩形で板状
の半導体検出素子と、半導体検出素子を構成する半導体
基板の熱膨張率より大きい熱膨張率を有する材料からな
る矩形で環状の保護枠と、半導体検出素子の周縁部と保
護枠との間に介在されて硬化温度Ｔ１で硬化された熱硬
化型の接着剤と、半導体検出素子の表面に形成された電
極部と保護枠に形成された配線部とを電気的に接続させ
る接続部材と、半導体検出素子の表面側に充填されて少
なくとも周縁部およびその内側を被覆すると共に接着剤
の硬化温度Ｔ１よりも高い硬化温度Ｔ２で硬化させられ
た充填材とを備える。
に、本発明の裏面照射型半導体装置は、裏面に照射され
る光や電子等のエネルギー線に感度を有しており、かつ
周縁部の内側を裏面から薄化して構成された矩形で板状
の半導体検出素子と、半導体検出素子を構成する半導体
基板の熱膨張率より大きい熱膨張率を有する材料からな
る矩形で環状の保護枠と、半導体検出素子の周縁部と保
護枠との間に介在されて硬化温度Ｔ１で硬化された熱硬
化型の接着剤と、半導体検出素子の表面に形成された電
極部と保護枠に形成された配線部とを電気的に接続させ
る接続部材と、半導体検出素子の表面側に充填されて少
なくとも周縁部およびその内側を被覆すると共に接着剤
の硬化温度Ｔ１よりも高い硬化温度Ｔ２で硬化させられ
た充填材とを備える。
【０００９】 また、本発明の裏面照射型半導体装置の
製造方法は、裏面に照射される光や電子等のエネルギー
線に感度を有しており、かつ周縁部の内側を裏面から薄
化して構成された矩形で板状の半導体検出素子の周縁部
を、半導体検出素子を構成する半導体基板の熱膨張率よ
り大きい熱膨張率を有する材料からなる矩形で環状の保
護枠に、熱硬化型の接着剤により硬化温度Ｔ１で接着さ
せる第１の工程と、半導体検出素子の表面に形成された
電極部と保護枠に形成された配線部を電気的に接続する
第２の工程と、半導体検出素子の表面側に熱硬化型の充
填材を充填し、少なくとも半導体検出素子の周縁部およ
びその内側を被覆する第３の工程と、接着剤の硬化温度
Ｔ１より高い硬化温度Ｔ２で充填材を硬化させる第４の
工程とを備える。
製造方法は、裏面に照射される光や電子等のエネルギー
線に感度を有しており、かつ周縁部の内側を裏面から薄
化して構成された矩形で板状の半導体検出素子の周縁部
を、半導体検出素子を構成する半導体基板の熱膨張率よ
り大きい熱膨張率を有する材料からなる矩形で環状の保
護枠に、熱硬化型の接着剤により硬化温度Ｔ１で接着さ
せる第１の工程と、半導体検出素子の表面に形成された
電極部と保護枠に形成された配線部を電気的に接続する
第２の工程と、半導体検出素子の表面側に熱硬化型の充
填材を充填し、少なくとも半導体検出素子の周縁部およ
びその内側を被覆する第３の工程と、接着剤の硬化温度
Ｔ１より高い硬化温度Ｔ２で充填材を硬化させる第４の
工程とを備える。
【００１０】本発明の裏面照射型半導体装置とその製造
方法では、半導体検出素子と保護枠との両者の熱膨張率
の差により、半導体検出素子は接着剤の硬化温度Ｔ１よ
り高温のＴ２にされたときに引っ張り応力を受け、伸張
する。そして、充填材は温度Ｔ２で硬化し、半導体検出
素子を機械的に支持する。このため、硬化された充填材
が半導体検出素子に密着してその保持部材として機能す
るので、裏面照射型半導体装置を常温に戻したり、裏面
照射型半導体装置の使用温度にしても、半導体検出素子
にたわみは生じない。
方法では、半導体検出素子と保護枠との両者の熱膨張率
の差により、半導体検出素子は接着剤の硬化温度Ｔ１よ
り高温のＴ２にされたときに引っ張り応力を受け、伸張
する。そして、充填材は温度Ｔ２で硬化し、半導体検出
素子を機械的に支持する。このため、硬化された充填材
が半導体検出素子に密着してその保持部材として機能す
るので、裏面照射型半導体装置を常温に戻したり、裏面
照射型半導体装置の使用温度にしても、半導体検出素子
にたわみは生じない。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を参照し
て説明する。前述の従来例と同一または同等のものにつ
いては簡略化若しくは省略するものとする。
て説明する。前述の従来例と同一または同等のものにつ
いては簡略化若しくは省略するものとする。
【００１２】図１は、本発明の裏面照射型半導体装置の
実施形態、すなわち本発明の製造方法の実施形態により
実際に製作される裏面照射型ＣＣＤの斜視図を一部断面
にて示したものである。この裏面照射型ＣＣＤは、半導
体基板をベースとする矩形で板状のＣＣＤ素子（半導体
検出素子）１０と、半導体基板の熱膨張率（３×１０-6
／℃）より大きい熱膨張率（７×１０-6／℃）を有する
アルミナセラミックを矩形で環状に成型した保護枠２０
と、ＣＣＤ素子１０を表面から機械的に補強する機能と
共に、これを冷却するためのヒートシンクとしての機能
とを具備した充填材３０と、保護枠２０の外側で対向し
た二面において固定されている外部入出力ピン６０とか
らなる。そして、図１において矢印に示すように、ＣＣ
Ｄ素子１０の裏面から光や軟Ｘ線、紫外線（ｈν）ある
いは電子線（ｅ-）等の検出すべきエネルギー線が入射
される。
実施形態、すなわち本発明の製造方法の実施形態により
実際に製作される裏面照射型ＣＣＤの斜視図を一部断面
にて示したものである。この裏面照射型ＣＣＤは、半導
体基板をベースとする矩形で板状のＣＣＤ素子（半導体
検出素子）１０と、半導体基板の熱膨張率（３×１０-6
／℃）より大きい熱膨張率（７×１０-6／℃）を有する
アルミナセラミックを矩形で環状に成型した保護枠２０
と、ＣＣＤ素子１０を表面から機械的に補強する機能と
共に、これを冷却するためのヒートシンクとしての機能
とを具備した充填材３０と、保護枠２０の外側で対向し
た二面において固定されている外部入出力ピン６０とか
らなる。そして、図１において矢印に示すように、ＣＣ
Ｄ素子１０の裏面から光や軟Ｘ線、紫外線（ｈν）ある
いは電子線（ｅ-）等の検出すべきエネルギー線が入射
される。
【００１３】図２は、図１で示した裏面照射型ＣＣＤに
おいて、充填材３０を取り除いたときの上面から見た図
である。ＣＣＤ素子１０の周縁部において対向する二辺
には、その表面上に電荷出力部としてのボンディングパ
ッド１１が設けられている。保護枠２０は３段の階段形
状を有し、最下段のダイアタッチ面２１から順に、メタ
ライズ配線２２の形成された中段の面、最上段面２３が
配置されている。ＣＣＤ素子１０の周縁部の裏面はダイ
アタッチ面２１で後述する接着剤４０により接着されて
いる。ボンディングパッド１１とメタライズ配線２２は
ワイヤー５０（接続部材）により電気的に接続され、ま
た、外部入出力ピン６０はメタライズ配線２２と電気的
に接続され、信号を外部に取り出すようになっている。
おいて、充填材３０を取り除いたときの上面から見た図
である。ＣＣＤ素子１０の周縁部において対向する二辺
には、その表面上に電荷出力部としてのボンディングパ
ッド１１が設けられている。保護枠２０は３段の階段形
状を有し、最下段のダイアタッチ面２１から順に、メタ
ライズ配線２２の形成された中段の面、最上段面２３が
配置されている。ＣＣＤ素子１０の周縁部の裏面はダイ
アタッチ面２１で後述する接着剤４０により接着されて
いる。ボンディングパッド１１とメタライズ配線２２は
ワイヤー５０（接続部材）により電気的に接続され、ま
た、外部入出力ピン６０はメタライズ配線２２と電気的
に接続され、信号を外部に取り出すようになっている。
【００１４】図３（ａ）は、図２で示したＣＣＤ素子１
０のＡ−Ａ線断面図である。ＣＣＤ素子１０は、Ｐ+型
シリコンウェハー上にＰ型シリコン層１３をエピタキシ
ャル成長させたＰ／Ｐ+シリコンウェハーを材料とした
半導体基板からなり、これをダイシング等によりチップ
状に分割して構成されている。また、ＣＣＤ素子１０は
半導体基板の周縁部を残して裏面側から薄化されてい
る。
０のＡ−Ａ線断面図である。ＣＣＤ素子１０は、Ｐ+型
シリコンウェハー上にＰ型シリコン層１３をエピタキシ
ャル成長させたＰ／Ｐ+シリコンウェハーを材料とした
半導体基板からなり、これをダイシング等によりチップ
状に分割して構成されている。また、ＣＣＤ素子１０は
半導体基板の周縁部を残して裏面側から薄化されてい
る。
【００１５】図３（ｂ）は、図３（ａ）で示したＣＣＤ
素子１０の周縁部近傍の拡大断面図である。ＣＣＤ素子
１０は、半導体基板の周縁部分を残して、加熱した水酸
化カリウム水溶液によりＰ+型シリコン１２がエッチン
グにより除去され、ほぼＰ型シリコン層１３の厚さまで
薄化されている。また、その周縁部の反対面（表面）上
に、前述したボンディングパッド１１が設けられてい
る。
素子１０の周縁部近傍の拡大断面図である。ＣＣＤ素子
１０は、半導体基板の周縁部分を残して、加熱した水酸
化カリウム水溶液によりＰ+型シリコン１２がエッチン
グにより除去され、ほぼＰ型シリコン層１３の厚さまで
薄化されている。また、その周縁部の反対面（表面）上
に、前述したボンディングパッド１１が設けられてい
る。
【００１６】図３（ｃ）は、図３（ｂ）で示したＣＣＤ
素子１０のうち、薄化しているところの拡大断面図であ
る。ＣＣＤ素子１０は、Ｐ型シリコン層１３を画素毎に
電気的に分離するアイソレーション（図示せず）と、電
荷転送部としてのｎウェル１４とが形成され、その表面
上にゲート酸化膜１５と、ポリシリコンからなる転送電
極１６ａ，ｂと、層間絶縁膜である酸化膜１７とが形成
され、スイッチあるいは転送ゲートとしてのＦＥＴ（図
示せず）が形成されている。また、Ｐ+型シリコン１２
を除去して基板を薄化させた面、すなわち、裏面より、
イオン注入によるアキュームレーション層１８が形成さ
れ、裏面の界面付近で生じた信号電荷がＣＣＤポテンシ
ャル井戸に流れやすい構造にしている。また裏面には、
必要に応じて、入射エネルギー線の反射防止膜を設け
る。可視光に対しては１０-5ｃｍの酸化膜が適する。な
お、このＣＣＤ素子１０は、主に、フレームトランスフ
ァー型、または、フルフレームトランスファー型で利用
されている。
素子１０のうち、薄化しているところの拡大断面図であ
る。ＣＣＤ素子１０は、Ｐ型シリコン層１３を画素毎に
電気的に分離するアイソレーション（図示せず）と、電
荷転送部としてのｎウェル１４とが形成され、その表面
上にゲート酸化膜１５と、ポリシリコンからなる転送電
極１６ａ，ｂと、層間絶縁膜である酸化膜１７とが形成
され、スイッチあるいは転送ゲートとしてのＦＥＴ（図
示せず）が形成されている。また、Ｐ+型シリコン１２
を除去して基板を薄化させた面、すなわち、裏面より、
イオン注入によるアキュームレーション層１８が形成さ
れ、裏面の界面付近で生じた信号電荷がＣＣＤポテンシ
ャル井戸に流れやすい構造にしている。また裏面には、
必要に応じて、入射エネルギー線の反射防止膜を設け
る。可視光に対しては１０-5ｃｍの酸化膜が適する。な
お、このＣＣＤ素子１０は、主に、フレームトランスフ
ァー型、または、フルフレームトランスファー型で利用
されている。
【００１７】通常の表面入射型ＣＣＤでは、ポリシリコ
ンの転送電極や層間絶縁膜がエネルギー線を吸収または
反射するため、可視光領域では最大４０％程度の量子効
率に制限されるが、本発明の裏面照射型ＣＣＤの場合で
は不具合はない。すなわち、エネルギー線の入射を阻害
するものが少ない半導体基板の裏側よりエネルギー線が
入射するので、エネルギー線はＰ型シリコン層１３で有
効に吸収され、信号電荷を発生する。さらに、半導体基
板は薄形化されているので、発生した電荷が表面側（転
送電極１４ａ，ｂのある側）まで移動する間に、再結合
による消滅や拡散による広がりが避けられる。よって、
可視光領域では最大９０％の量子効率また紫外線領域で
も５０％の感度が得られると共に、電子線に対しても高
い感度が得られる。
ンの転送電極や層間絶縁膜がエネルギー線を吸収または
反射するため、可視光領域では最大４０％程度の量子効
率に制限されるが、本発明の裏面照射型ＣＣＤの場合で
は不具合はない。すなわち、エネルギー線の入射を阻害
するものが少ない半導体基板の裏側よりエネルギー線が
入射するので、エネルギー線はＰ型シリコン層１３で有
効に吸収され、信号電荷を発生する。さらに、半導体基
板は薄形化されているので、発生した電荷が表面側（転
送電極１４ａ，ｂのある側）まで移動する間に、再結合
による消滅や拡散による広がりが避けられる。よって、
可視光領域では最大９０％の量子効率また紫外線領域で
も５０％の感度が得られると共に、電子線に対しても高
い感度が得られる。
【００１８】次に、このようなＣＣＤ素子１０と保護枠
２０を用いた裏面照射型ＣＣＤの組立工程を図４（ａ）
〜（ｃ）に従い説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は図２の
Ａ−Ａ線断面図を工程順に示している。
２０を用いた裏面照射型ＣＣＤの組立工程を図４（ａ）
〜（ｃ）に従い説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は図２の
Ａ−Ａ線断面図を工程順に示している。
【００１９】はじめに、上記のようなＣＣＤ素子１０と
保護枠２０を、別個のプロセスであらかじめ作製してお
く。そして、図４（ａ）に示すように、ＣＣＤ素子１０
の周縁部と保護枠２０のダイアタッチ部２１との間に液
状の熱硬化型の接着剤４０を介在させて、両者を貼り合
わせる。そして、加熱装置（図示せず）で昇温し、硬化
温度Ｔ１（８０℃）で接着剤４０を硬化させると、ＣＣ
Ｄ素子１０と保護枠２０との両者は接着された状態で固
着される。そのとき、ＣＣＤ素子１０には、引っ張り応
力も圧縮応力も発生していない。なお、剛性を有するＣ
ＣＤ素子１０の周縁部分と剛性を有するダイアタッチ面
２１との間で接着しているので、接着面のボイドはほと
んどなくなり、また、薄板化工程の後に保護枠２０とＣ
ＣＤ素子１０とを接着しているので、エッチング液に対
する耐薬品性を考慮する必要はなくなる。
保護枠２０を、別個のプロセスであらかじめ作製してお
く。そして、図４（ａ）に示すように、ＣＣＤ素子１０
の周縁部と保護枠２０のダイアタッチ部２１との間に液
状の熱硬化型の接着剤４０を介在させて、両者を貼り合
わせる。そして、加熱装置（図示せず）で昇温し、硬化
温度Ｔ１（８０℃）で接着剤４０を硬化させると、ＣＣ
Ｄ素子１０と保護枠２０との両者は接着された状態で固
着される。そのとき、ＣＣＤ素子１０には、引っ張り応
力も圧縮応力も発生していない。なお、剛性を有するＣ
ＣＤ素子１０の周縁部分と剛性を有するダイアタッチ面
２１との間で接着しているので、接着面のボイドはほと
んどなくなり、また、薄板化工程の後に保護枠２０とＣ
ＣＤ素子１０とを接着しているので、エッチング液に対
する耐薬品性を考慮する必要はなくなる。
【００２０】次に、加熱装置による昇温を停止して室温
まで冷却すると、保護枠２０とＣＣＤ素子１０との熱膨
張率の差により、ＣＣＤ素子１０は周縁部が固定された
状態で圧縮力を受ける。この状態で図４（ｂ）に示すよ
うに、ＣＣＤ素子１０表面上のボンディングパッド１１
と保護枠２０上のメタライズ配線２２とをワイヤー５０
でボンディングし、電気的に接続させる。
まで冷却すると、保護枠２０とＣＣＤ素子１０との熱膨
張率の差により、ＣＣＤ素子１０は周縁部が固定された
状態で圧縮力を受ける。この状態で図４（ｂ）に示すよ
うに、ＣＣＤ素子１０表面上のボンディングパッド１１
と保護枠２０上のメタライズ配線２２とをワイヤー５０
でボンディングし、電気的に接続させる。
【００２１】次に、図４（ｃ）に示すように、液状の充
填材３０を、ＣＣＤ素子１０の表面側に、少なくともＣ
ＣＤ素子１０の周縁部とその内側が被覆されるように、
かつ充填材３０の上面が最上段面２３と一致するように
均一に充填させる。充填材３０の選定に当たっては、硬
化の際収縮の小さい材料、例えばエポキシ樹脂やシリコ
ン樹脂が適する。またガラス転移点が８０℃程度で応力
を吸収できるタイプが望ましい。さらに、充填材３０の
熱膨張係数は、ＣＣＤ素子１０の熱膨張係数と、保護枠
２０の熱膨張係数の中間程度が望ましいが、エポキシ系
の充填材（熱膨張率は７０×１０-6／℃）でも特に問題
はない。
填材３０を、ＣＣＤ素子１０の表面側に、少なくともＣ
ＣＤ素子１０の周縁部とその内側が被覆されるように、
かつ充填材３０の上面が最上段面２３と一致するように
均一に充填させる。充填材３０の選定に当たっては、硬
化の際収縮の小さい材料、例えばエポキシ樹脂やシリコ
ン樹脂が適する。またガラス転移点が８０℃程度で応力
を吸収できるタイプが望ましい。さらに、充填材３０の
熱膨張係数は、ＣＣＤ素子１０の熱膨張係数と、保護枠
２０の熱膨張係数の中間程度が望ましいが、エポキシ系
の充填材（熱膨張率は７０×１０-6／℃）でも特に問題
はない。
【００２２】しかる後、再び加熱装置を用いて昇温させ
る。接着剤４０の硬化温度Ｔ１になると、ＣＣＤ素子１
０の圧縮力は解消され、さらに高温になるとＣＣＤ素子
１０には引っ張り応力が生じる。そこで、充填材３０を
接着剤の硬化温度Ｔ１（８０℃）より高い硬化温度Ｔ２
（１５０℃）で硬化させる。そのとき、アルミナセラミ
ックからできている保護枠２０の熱膨張率（７×１０-6
／℃）がＣＣＤ素子１０の熱膨張率（３×１０-6／℃）
より大きいので、ＣＣＤ素子１０は引っ張り応力を受け
て伸張すると共に、充填材３０は硬化する。
る。接着剤４０の硬化温度Ｔ１になると、ＣＣＤ素子１
０の圧縮力は解消され、さらに高温になるとＣＣＤ素子
１０には引っ張り応力が生じる。そこで、充填材３０を
接着剤の硬化温度Ｔ１（８０℃）より高い硬化温度Ｔ２
（１５０℃）で硬化させる。そのとき、アルミナセラミ
ックからできている保護枠２０の熱膨張率（７×１０-6
／℃）がＣＣＤ素子１０の熱膨張率（３×１０-6／℃）
より大きいので、ＣＣＤ素子１０は引っ張り応力を受け
て伸張すると共に、充填材３０は硬化する。
【００２３】最後に、再び加熱装置による昇温を停止
し、室温まで冷却すると、ＣＣＤ素子１０は圧縮力を受
けるが、充填材３０がＣＣＤ素子１０の機械的支持台と
して作用し、ＣＣＤ素子１０にたわみが生じることはな
い。
し、室温まで冷却すると、ＣＣＤ素子１０は圧縮力を受
けるが、充填材３０がＣＣＤ素子１０の機械的支持台と
して作用し、ＣＣＤ素子１０にたわみが生じることはな
い。
【００２４】このように製作された裏面照射型ＣＣＤ
を、その使用温度である−３０℃に冷却する実験を行っ
た。そのとき、クラック等の外観上の問題点、暗電流の
増加や画質の劣化等の特性的な問題点も生じなかった。
また、従来技術では検出面のたわみによりデフォーカ
ス、すなわち、画像となるエネルギー線を検出面全体で
フォーカスが合わせられないという問題があったが、本
発明の裏面照射型半導体装置の製造方法ではたわみが解
消されたことにより、デフォーカスのような問題は生じ
なかった。さらに、検出面が充填材３０で機械的に支持
されることにより、取扱ミスによる破損がなくなった。
その上、本発明により実際に製作された裏面照射型ＣＣ
ＤはＣＣＤ素子１０で発生した熱を充填材３０により放
熱し、ペルチエ素子等による冷却効率も著しく向上し
た。
を、その使用温度である−３０℃に冷却する実験を行っ
た。そのとき、クラック等の外観上の問題点、暗電流の
増加や画質の劣化等の特性的な問題点も生じなかった。
また、従来技術では検出面のたわみによりデフォーカ
ス、すなわち、画像となるエネルギー線を検出面全体で
フォーカスが合わせられないという問題があったが、本
発明の裏面照射型半導体装置の製造方法ではたわみが解
消されたことにより、デフォーカスのような問題は生じ
なかった。さらに、検出面が充填材３０で機械的に支持
されることにより、取扱ミスによる破損がなくなった。
その上、本発明により実際に製作された裏面照射型ＣＣ
ＤはＣＣＤ素子１０で発生した熱を充填材３０により放
熱し、ペルチエ素子等による冷却効率も著しく向上し
た。
【００２５】
【発明の効果】以上の通り本発明の裏面照射型半導体装
置とその製造方法によれば、半導体検出素子は保護枠よ
り引っ張り応力を受け、伸張した状態で充填材が硬化さ
れる。このため、裏面照射型半導体装置を常温に戻した
り、裏面照射型半導体装置の使用温度に冷却しても、半
導体検出素子にたわみは生ぜず、レンズの焦点を検出面
全体で合わせることができる。
置とその製造方法によれば、半導体検出素子は保護枠よ
り引っ張り応力を受け、伸張した状態で充填材が硬化さ
れる。このため、裏面照射型半導体装置を常温に戻した
り、裏面照射型半導体装置の使用温度に冷却しても、半
導体検出素子にたわみは生ぜず、レンズの焦点を検出面
全体で合わせることができる。
【００２６】また、充填材は半導体検出素子を機械的に
支持することで、取り扱いミスによる破損がなくなると
共に、充填材が半導体検出素子で発生する熱を放熱させ
る効果をも備え、ペルチエ素子等により短時間で冷却で
き、素子の性能は向上できる。
支持することで、取り扱いミスによる破損がなくなると
共に、充填材が半導体検出素子で発生する熱を放熱させ
る効果をも備え、ペルチエ素子等により短時間で冷却で
き、素子の性能は向上できる。
【図１】本発明の実施形態に係る裏面照射型半導体装置
の斜視図を一部断面にて示したものである。
の斜視図を一部断面にて示したものである。
【図２】図１で示した裏面照射型ＣＣＤにおいて、充填
材３０を取り除いたときの上面から見た図である。
材３０を取り除いたときの上面から見た図である。
【図３】図２で示したＣＣＤ素子１０のＡ−Ａ線断面図
である。
である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図について製造工程を示し
たものである。
たものである。
１０・・・ＣＣＤ素子、１１・・・ボンディングパッ
ド、１２・・・Ｐ+ 型シリコン、１３・・・Ｐ型シリコ
ン層、１４・・・ｎウェル、１５・・・酸化膜、１６
ａ，ｂ・・・転送電極、１７・・・酸化膜、１８・・・
アキュームレーション層、２０・・・保護枠、２１・・
・ダイアタッチ面、２２・・・メタライズ配線、２３・
・・最上段面、３０・・・充填材、４０・・・接着剤、
５０・・・ワイヤー、６０・・・外部入出力ピン。
ド、１２・・・Ｐ+ 型シリコン、１３・・・Ｐ型シリコ
ン層、１４・・・ｎウェル、１５・・・酸化膜、１６
ａ，ｂ・・・転送電極、１７・・・酸化膜、１８・・・
アキュームレーション層、２０・・・保護枠、２１・・
・ダイアタッチ面、２２・・・メタライズ配線、２３・
・・最上段面、３０・・・充填材、４０・・・接着剤、
５０・・・ワイヤー、６０・・・外部入出力ピン。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｄ
(56)参考文献 特開 平６−350068（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−45802（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−245386（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−196680（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/29
H01L 21/56
H01L 23/28
H01L 23/31
H01L 27/14
H04N 5/335
Claims (2)
- 【請求項１】 裏面に照射される光や電子等のエネルギ
ー線に感度を有しており、かつ周縁部の内側を前記裏面
から薄化して構成された矩形で板状の半導体検出素子
と、 前記半導体検出素子を構成する半導体基板の熱膨張率よ
り大きい熱膨張率を有する材料からなる矩形で環状の保
護枠と、 前記半導体検出素子の前記周縁部と前記保護枠との間に
介在されて硬化温度Ｔ１で硬化された熱硬化型の接着剤
と、 前記半導体検出素子の表面に形成された電極部と前記保
護枠に形成された配線部とを電気的に接続させる接続部
材と、 前記半導体検出素子の前記表面側に充填されて少なくと
も前記周縁部およびその内側を被覆すると共に前記接着
剤の硬化温度Ｔ１よりも高い硬化温度Ｔ２で硬化させら
れた充填材と、 を備える裏面照射型半導体装置。 - 【請求項２】 裏面に照射される光や電子等のエネルギ
ー線に感度を有しており、かつ周縁部の内側を前記裏面
から薄化して構成された矩形で板状の半導体検出素子の
前記周縁部を、前記半導体検出素子を構成する半導体基
板の熱膨張率より大きい熱膨張率を有する材料からなる
矩形で環状の保護枠に、熱硬化型の接着剤により硬化温
度Ｔ１で接着させる第１の工程と、 前記半導体検出素子の表面に形成された電極部と前記保
護枠に形成された配線部を電気的に接続する第２の工程
と、 前記半導体検出素子の前記表面側に熱硬化型の充填材を
充填し、少なくとも前記半導体検出素子の前記周縁部お
よびその内側を被覆する第３の工程と、 前記接着剤の硬化温度Ｔ１より高い硬化温度Ｔ２で前記
充填材を硬化させる第４の工程と、 を備える裏面照射型半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23693995A JP3486267B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 裏面照射型半導体装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23693995A JP3486267B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 裏面照射型半導体装置とその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003282137A Division JP2004006968A (ja) | 2003-07-29 | 2003-07-29 | 裏面照射型半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0982852A JPH0982852A (ja) | 1997-03-28 |
| JP3486267B2 true JP3486267B2 (ja) | 2004-01-13 |
Family
ID=17007994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23693995A Expired - Lifetime JP3486267B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 裏面照射型半導体装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3486267B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4606610B2 (ja) * | 2001-01-26 | 2011-01-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 裏面照射型半導体装置及び充填材充填方法 |
| JP2004134578A (ja) | 2002-10-10 | 2004-04-30 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出装置及びその製造方法 |
| JP4373695B2 (ja) * | 2003-04-16 | 2009-11-25 | 浜松ホトニクス株式会社 | 裏面照射型光検出装置の製造方法 |
| JP6802758B2 (ja) * | 2017-05-30 | 2020-12-16 | 富士フイルム株式会社 | 撮像モジュール、内視鏡、及び内視鏡装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06196680A (ja) * | 1992-12-22 | 1994-07-15 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体エネルギー検出器とその製造方法 |
| JPH06350068A (ja) * | 1993-06-03 | 1994-12-22 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体エネルギー線検出器の製造方法 |
| JPH0745802A (ja) * | 1993-07-27 | 1995-02-14 | Matsushita Electron Corp | 固体撮像装置 |
| JP3361378B2 (ja) * | 1994-03-02 | 2003-01-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体デバイスの製造方法 |
-
1995
- 1995-09-14 JP JP23693995A patent/JP3486267B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0982852A (ja) | 1997-03-28 |
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| Date | Code | Title | Description |
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