JP6212985B2

JP6212985B2 - 受光装置、及び、ハイブリッド型イメージセンサ

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Publication number: JP6212985B2
Application number: JP2013135183A
Authority: JP
Inventors: 博史稲田; 真樹右田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: JP2015012075A

Description

本発明は、受光装置と、ハイブリッド型イメージセンサとに関する。

特許文献１は、ハイブリッド素子と、ハイブリッド素子の製造方法とを開示する。ハイブリッド素子は、パンプ結合電極を有する。パンプ結合電極は、対向させた一対の半導体チップを電気的に接続する。パンプ結合電極は、基部と、中間部と、周辺部とを備える。基部は、インジウムからなり、一対の半導体チップに接する。中間部は、インジウムとガリウムとの合金からなる。一対の半導体チップの周辺部は、接着剤で機械的に結合される。具体的には、特許文献１には、ＨｇＣｄＴｅを用いたハイブリッド型の赤外イメージセンサの構造が記載されている。

特許文献２は、電子装置と、電子装置の製造方法とを開示する。電子装置は、バンプ電極と、保護層とを備える。バンプ電極は、低融点の金属単体によって形成される。バンプ電極は、Ｉｎ金属単体で形成される。バンプ電極は、第１の部品と第２の部品とを接合する。第１の部品と第２の部品との間隙には、アンダーフィル材が充填されている。保護層は、バンプ電極の特性を劣化させる物質の透過を防止する。保護層は、高融点の金属、例えば、貴金属で形成される。保護層は、バンプ電極の少なくとも側面に形成される。保護層は、バンプ電極が露出しないように、バンプ電極の側面、パッド電極の一部に形成されている。

非特許文献１は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂのタイプＩＩ型の多重量子井戸構造を用いたフォトダイオードアレイを開示する。非特許文献１の構成は、信号読み出し回路に接合されたハイブリッド型のイメージセンサを用いて、画像取得する。

特許第２５４６４０７号明細書特許第４１８２９９６号明細書

"UncooledSWIR InGaAs/GaAsSb type II quantum wells focal plane array"、H.Inada,K.Miura, H.Mori, Y.Nagai, Y.Iguchi, and Y.Kawamura、Proceedings of SPIE Vol.7660

従来のハイブリッド型のイメージセンサにおいて、イメージセンサを稼働させ画像取得を行った場合に、画像の欠けが発生する場合がある。また、ハイパースペクトルデータを取得した場合に、一部の波長において、スペクトルの欠落が発生する場合がある。

このような不具合の発生する原因としては、以下のものが考えられる。受光部と回路基板とが接合された従来のハイブリッド型のイメージセンサは、Ｉｎバンプを用いて受光部と回路基板とを接合した後に、受光部と回路基板との間をアンダーフィルによって充填する、という構造が採用されているが、アンダーフィルは、イメージセンサの外部に露出されるので、アンダーフィルの端部にフィレットが形成される。また、通常、イメージセンサの温度と室温との温度差は、低くても１００度近くに及ぶので、ハイブリッド型のイメージセンサを使用する場合、ノイズを低減するために、ペルチェ素や小型スターリングクーラーなどを用いて、イメージセンサを冷却する。この結果、イメージセンサに対し稼働とオフとを繰り返した場合、アンダーフィルの端部のフィレットの一部が、熱収縮の繰り返しによって剥がれ、この剥がれたフィレットの一部が、イメージセンサの光入射面に異物として付着し、結果として入射光を遮蔽し、画素の反応を妨げ、よって、画像に欠陥が生じることとなる。

そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、画素の欠陥が低減された受光装置、ハイブリッド型イメージセンサ、及び、撮像システムを提供することである。

本発明に係る受光装置は、半導体部と、枠部と、を備えており、ハイブリッド型イメージセンサに用いられ、前記半導体部は、支持基体と、受光素子アレイとを備えており、前記受光素子アレイは、前記支持基体の上に設けられており、複数の受光素子を備えており、前記複数の受光素子のそれぞれは、受光層と、キャップ層とを備えており、前記受光層、前記キャップ層は、前記支持基体の主面の上において、前記支持基体の主面の法線方向に向けて、順に設けられており、前記枠部は、前記受光素子アレイを囲むように設けられており、前記支持基体又は前記半導体部の上において、前記枠部によって囲まれた領域は、アンダーフィルによって充填されている、ことを特徴とする。従って、画素欠陥のないイメージングができる。

本発明に係る受光装置では、前記半導体部は、半導体積層を備えており、前記半導体積層は、前記支持基体の主面に設けられており、複数のｐ型領域を備えており、前記複数の受光素子のそれぞれは、前記複数のｐ型領域のそれぞれを備えており、前記半導体積層に埋め込まれており、前記半導体積層のうち前記ｐ型領域を除いた領域によって、互いに隔てられており、前記ｐ型領域は、ｐ型不純物が、前記半導体積層の主面から前記支持基体の側に、選択拡散している領域である、ことが好ましい。選択拡散型の受光素子により、暗電流の小さくＳＮ比に優れまた画素欠陥のないイメージを得ることができる。

本発明に係る受光装置では、前記半導体部は、複数の半導体メサ部を備えており、前記複数の半導体メサ部のそれぞれは、前記支持基体の主面に設けられており、前記複数の受光素子のそれぞれに対応している、ことが好ましい。半導体メサ部を有する受光素子アレイはドライエッチングプロセスを用いて作製されるので、画素感度、暗電流の均一性に優れる。従って、均一性に優れ画素欠陥の少ないイメージを得ることができる。

本発明に係る受光装置では、前記受光層は、タイプＩＩ型の多重量子井戸構造を備えている、ことが好ましい。カットオフ波長が２［μｍ］から１０［μｍ］まで及ぶ光を受光し、画素欠陥の少ないイメージを得ることができる。

本発明に係る受光装置では、前記受光層の多重量子井戸構造は、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＰ、及び、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＳｂの何れか一つによって構成される、ことが好ましい。
カットオフ波長が２［μｍ］から１０［μｍ］まで及ぶ光を受光し、画素欠陥の少ないイメージを得ることができる。

本発明に係る受光装置では、前記枠部の材料は、ポリイミド樹脂である、ことが好ましい。従って、加工性および耐久性に優れた枠部を有する受光素子アレイにより、画素欠陥の少ないイメージを得ることができる。

本発明に係るハイブリッド型イメージセンサは、上記の何れかの受光装置と、回路基板と、を備えており、前記回路基板は、前記複数の受光素子のそれぞれから出力される電気信号を処理するための電気回路が設けられており、前記回路基板と前記複数の受光素子のそれぞれとは、バンプを介して電気的に接続されている、ことを特徴とする。従って、信号が飽和した画素欠陥のないイメージを得ることができる。

本発明に係るハイブリッド型イメージセンサでは、前記枠部は、前記半導体部と前記回路基板とに接合しており、前記半導体部と前記回路基板との間に設けられており、前記半導体部と、前記枠部と、前記回路基板とによって囲まれた領域は、前記アンダーフィルによって充填されている、ことが好ましい。従って、半導体部と回路基板の剥離が抑制される。

本発明に係る撮像システムは、上記のハイブリッド型イメージセンサと、信号処理部と、を備えており、前記信号処理部は、前記ハイブリッド型イメージセンサを用いたハイパー・スペクトル・イメージングを行う、ことを特徴とする。
従って、画素欠陥が抑制され、ハイパースペクトルにイメージングで波長分解能を損なわない。

本発明によれば、画素の欠陥が低減された受光装置、ハイブリッド型イメージセンサ、及び、撮像システムを提供できる。

図１は、実施形態に係るハイブリッド型イメージセンサの構成を説明するための図である。図２は、実施形態に係る撮像システムの構成を、模式的に示す図である。図３は、実施形態に係る枠部の形状の具体例を示す図である。図４は、実施形態に係る枠部の形状の具体例を示す図である。図５は、実施形態に係るハイブリッド型イメージセンサの製造方法を説明するための図である。図６は、実施形態に係るハイブリッド型イメージセンサの製造方法を説明するための図である。図７は、変形例に係るハイブリッド型イメージセンサの構成を説明するための図である。

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

図１は、実施形態に係るハイブリッド型イメージセンサ１の構成を説明するための図である。図１の（Ａ）部は、ハイブリッド型イメージセンサ１の外観を示す図である。図１の（Ｂ）部は、図１の（Ａ）部のＩ−Ｉ線に沿ってとられた面から見たハイブリッド型イメージセンサ１の内部の構成を示す図である。図５〜図７は、何れも、図１の（Ａ）部のＩ−Ｉ線に沿ってとられた面から見た図である。また、図１、図３、図４、図７には、共通のｘｙｚ座標が記載されている。ｚ−ｘ平面は、Ｉ−Ｉ線に沿ってとられる面に対応している。ｚ軸は、法線方向Ｎｘに平行である。ｘ−ｙ面は、図１の（Ａ）部に示す裏面２１、図１の（Ｂ）部に示す支持基体２ａの主面２ａ１と、半導体積層Ｌ１の主面Ｌ１ｄと、半導体部３の表面３ａとに、平行である。

ハイブリッド型イメージセンサ１は、カットオフ波長が２［μｍ］から１０［μｍ］まで及ぶ光を受光する。ハイブリッド型イメージセンサ１は、受光装置２と、回路基板５とを備える。受光装置２は、半導体部３と、枠部４とを備える。半導体部３は、支持基体２ａと、受光素子アレイ２ｂとを備える。半導体部３は、更に、絶縁膜２ｅ１と、ｎ側電極２ｄ２とを備える。枠部４は、半導体部３と回路基板５との間に設けられている。枠部４は、半導体部３と回路基板５とに接合している。枠部４は、特に、半導体部３の表面３ａに接合している。半導体部３の表面３ａは、後述の絶縁膜２ｅ１の表面である。枠部４は、受光素子アレイ２ｂを囲むように設けられている。半導体部３と、枠部４と、回路基板５とによって囲まれた領域は、アンダーフィル６によって充填されている。具体的には、支持基体２ａ又は半導体部３の上（より具体的には、表面３ａ（絶縁膜２ｅ１の表面）上）において、枠部４によって囲まれた領域は、アンダーフィル６によって充填されている。ｎ側電極２ｄ２は、受光装置２の裏面２１（支持基体２ａの裏面に対応）に、設けられている。ｎ側電極２ｄ２は、開口２ｄ２ａを形成し、開口２ｄ２ａによって、裏面２１が露出される。

受光素子アレイ２ｂは、支持基体２ａの上に設けられている。受光素子アレイ２ｂは、複数の受光素子２ｃを備える。複数の受光素子２ｃのそれぞれは、選択拡散型の受光素子であり、受光層２ｃ１と、ｐ型のキャップ層２ｃ２とを備える。複数の受光素子２ｃのそれぞれは、更に、ｐ側電極２ｄ１を備える。受光層２ｃ１、ｐ型のキャップ層２ｃ２は、支持基体２ａの主面２ａ１の上において、支持基体２ａの主面２ａ１の法線方向Ｎｘに向けて、順に設けられている。

回路基板５は、受光素子アレイ２ｂの複数の受光素子２ｃのそれぞれから出力される電気信号を処理するための電気回路が、設けられている。回路基板と複数の受光素子２ｃのそれぞれとは、バンプ７を介して電気的に接続されている。

半導体部３は、半導体積層Ｌ１を備える。半導体積層Ｌ１は、支持基体２ａの主面２ａ１に設けられている。半導体積層Ｌ１は、量子井戸層Ｌ１ａと、半導体層Ｌ１ｂと、キャップ層Ｌ１ｃとを備える。量子井戸層Ｌ１ａ、半導体層Ｌ１ｂ、キャップ層Ｌ１ｃは、支持基体２ａの主面２ａ１から、法線方向Ｎｘの逆向きに、順に、設けられている。量子井戸層Ｌ１ａは、主面２ａ１を介して支持基体２ａに接触する。半導体層Ｌ１ｂは、量子井戸層Ｌ１ａに接触する。キャップ層Ｌ１ｃは、半導体層Ｌ１ｂに接触する。半導体積層Ｌ１の主面Ｌ１ｄには、絶縁膜２ｅ１が設けられている。キャップ層Ｌ１ｃは、絶縁膜２ｅ１に接触する。絶縁膜２ｅ１の上には、ｐ側電極２ｄ１が設けられている。ｐ側電極２ｄ１は、絶縁膜２ｅ１の開口を介して、ｐ型のキャップ層２ｃ２に接触する。

複数の受光素子２ｃは、半導体積層Ｌ１に埋め込まれている。半導体積層Ｌ１は、複数のｐ型領域Ｌ２を備える。複数の受光素子２ｃのそれぞれは、複数のｐ型領域Ｌ２のそれぞれを備える。ｐ型領域Ｌ２は、ｐ型不純物が、半導体積層Ｌ１の主面Ｌ１ｄから支持基体２ａの側に、選択拡散している領域である。複数の受光素子２ｃは、互いに、半導体部３のうちｐ型領域Ｌ２を除いた領域によって、隔てられている。

ｐ型領域Ｌ２は、ｐ型のキャップ層２ｃ２と、ｐ型の半導体層２ｃ１ｂとを備える。ｐ型のキャップ層２ｃ２、ｐ型の半導体層２ｃ１ｂは、法線方向Ｎｘに向かって、ｐ側電極２ｄ１から、順に、設けられている。ｐ型のキャップ層２ｃ２は、キャップ層Ｌ１ｃに埋め込まれている。ｐ型の半導体層２ｃ１ｂは、半導体層Ｌ１ｂに埋め込まれている。ｐ型のキャップ層２ｃ２は、ｐ側電極２ｄ１に接触する。ｐ型の半導体層２ｃ１ｂは、ｐ型のキャップ層２ｃ２に接触する。量子井戸層２ｃ１ａは、量子井戸層Ｌ１ａに含まれている。量子井戸層２ｃ１ａは、量子井戸層Ｌ１ａと同じタイプＩＩ型の多重量子井戸構造を備える。

図１に示すハイブリッド型イメージセンサ１は、図２に示す撮像システム１００に用いられる。図２は、実施形態に係る撮像システム１００の構成を、模式的に示す図である。撮像システム１００は、光源Ｄ１と、信号処理部Ｄ２と、カメラＤ３と、レンズＤ４と、分光器Ｄ５と、ディスプレイＤ６とを備える。

光源Ｄ１は、例えば、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、等である。信号処理部Ｄ２は、コンピュータであり、ハイブリッド型イメージセンサ１が用いられているカメラＤ３から送られるデジタル信号に基づいて、ハイパー・スペクトル・イメージングを行い、この結果を、ディスプレイＤ６を介して出力する。カメラＤ３は、ハイブリッド型イメージセンサ１と、アナログ信号処理部９ａと、デジタル信号処理部９ｂとを備える。アナログ信号処理部９ａは、ハイブリッド型イメージセンサ１から出力される電気信号をデジタル信号に変換して、デジタル信号処理部９ｂに渡す。デジタル信号処理部９ｂは、アナログ信号処理部９ａからのデジタル信号を、信号処理部Ｄ２が処理可能なデジタル信号に更に変換する。

レンズＤ４は、光源Ｄ１から撮影対象面１０に入射した入射光が撮影対象面１０によって反射された反射光を受け、この受けた光を、コリメートして分光器Ｄ５に送る。分光器Ｄ５は、レンズＤ４からの光を波長の違いに応じて分光し、分光後の光を、分光器Ｄ５に送る。

枠部４には、複数の開口４ａが設けられている。ハイブリッド型イメージセンサ１の製造時には、枠部４によって囲まれている領域に開口４ａからアンダーフィル６が充填される。複数の開口４ａが設けられているので、一の開口４ａからアンダーフィル６が充填される場合、他の開口４ａから、アンダーフィル６の充填に応じて空気が外部に抜けるので、アンダーフィル６の充填が効率よく行える。枠部４の形状の具体例を、図３及び図４に示す。図３及び図４に示す図は、法線方向Ｎｘ（ｚ軸）の方向から半導体部３の表面３ａを見た図である。

図３の（Ａ）部に示す枠部４は、二つの開口４ａを備える。二つの開口４ａは、対向する位置に配置されている。図３の（Ｂ）部に示す枠部４は、六つの開口４ａを備える。六つの開口４ａは、対称的に配置されている。図４の（Ａ）部に示す枠部４は、二つの開口４ａを備える。一の開口４ａは、半導体部３の表面３ａの一の辺の略中央に配置されているが、もう一方の開口４ａは、反対側の辺の端部に、配置されている。

図４の（Ｂ）部にしめす枠部４は、三つの開口４ａを備える。一の開口４ａは、半導体部３の表面３ａの一の辺の略中央に配置されているが、他の二つの開口４ａは、反対側の辺の両端に、それぞれ、配置されている。

支持基体２ａの材料は、例えば、ＩｎＰである。支持基体２ａの厚みは、例えば、３００［μｍ］の程度である。キャップ層Ｌ１ｃの厚みは、例えば、２．５［μｍ］の程度である。半導体層Ｌ１ｂの材料は、例えば、ＩｎＧａＡｓである。
半導体層Ｌ１ｂの厚みは、例えば、１．０［μｍ］の程度である。キャップ層Ｌ１ｃの材料は、例えば、ＩｎＰである。キャップ層Ｌ１ｃの厚みは、例えば、０．８［μｍ］の程度である。ｐ型のキャップ層２ｃ２の材料は、キャップ層Ｌ１ｃの材料にｐ型不純物が添加されたものであり、例えば、ｐ型のＩｎＰである。

ｐ型のキャップ層２ｃ２の厚みは、キャップ層Ｌ１ｃの厚みと同じである。ｐ型の半導体層２ｃ１ｂの材料は、半導体層Ｌ１ｂの材料にｐ型不純物が添加されたものであり、例えば、ｐ型のＩｎＧａＡｓである。ｐ型の半導体層２ｃ１ｂの厚みは、半導体層Ｌ１ｂの厚み以下である。ｐ型領域Ｌ２に添加されるｐ型不純物は、例えば、Ｚｎである。量子井戸層Ｌ１ａ及び量子井戸層２ｃ１ａの多重量子井戸構造は、例えば、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＰ、及び、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＳｂの何れか一つによって構成されている。ｐ側電極２ｄ１の材料は、例えば、ＡｕＺｎまたはＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉである。ｎ側電極２ｄ２の材料は、例えば、Ａｕ（５００［ｎｍ］）／Ｔｉ（１００［ｎｍ］）／ＡｕＧｅＮｉ（１８０［ｎｍ］）である。

枠部４の材料は、例えば、ポリイミド樹脂である。枠部４の材料は、エポキシ樹脂であることもできる。枠部４の幅（枠部４を表面３ａの上から見て、長手方向に垂直な枠部４の長さ）は、２００［μｍ］程度である。開口４ａの幅（枠部４を表面３ａの上から見た開口４ａの幅）は、５００［μｍ］〜１０００［μｍ］の程度である。なお、表面３ａの上から見た半導体部３の形状は、例えば、１０［ｍｍ］×９［ｍｍ］であることができる。枠部４の高さ（法線方向Ｎｘにおける枠部４の長さ）は、４［μｍ］〜７［μｍ］である。

次に、図５及び図６を参照して、実施形態に係るハイブリッド型イメージセンサ１の製造方法を説明する。まず、図５の（Ａ）部に示すように、半導体部３を用意し、半導体部３の表面３ａに、感光性ポリイミド樹脂部Ｐ１をスピンコート（例えば、回転数；２０００［ｒｐｍ］〜４０００［ｒｐｍ］、処理時間；３０秒〜６０秒）によって形成する。これによって、例えば、４［μｍ］〜７［μｍ］の厚みのハイブリッド型イメージセンサ１Ｐが形成される。そして、感光性ポリイミド樹脂部Ｐ１を、キュア炉に格納し、例えば、２００［ｐｐｍ］以下の酸素濃度、摂氏２００度〜摂氏３００度のなかで、１時間程度の間、感光性ポリイミド樹脂部Ｐ１に対し、雰囲気の窒素を、置換する。

次に、図５の（Ｂ）部に示すように、感光性ポリイミド樹脂部Ｐ１から、フォトリソグラフィによって、枠部４を形成する。枠部４の幅は、例えば、２００［μｍ］の程度である。

次に、図５の（Ｃ）部に示すように、受光素子２ｃを露出するように、半導体部３の表面３ａに、厚膜レジスト部Ｐ２を、スピンコート（例えば、回転数；２０００［ｒｐｍ］〜４０００［ｒｐｍ］、処理時間；３０秒〜６０秒）及びフォトリソグラフィによって、形成する。厚膜レジスト部Ｐ２は、受光素子２ｃの上にバンプ金属部Ｐ３を形成するためのパターンである。厚膜レジスト部Ｐ２の厚みは、例えば、２０［μｍ］〜２５［μｍ］である。

次に、図６の（Ａ）部に示すように、バンプ金属部Ｐ３を、厚膜レジスト部Ｐ２を用いて、Ｉｎの真空蒸着（抵抗加熱方式を用い、バックグラウンド真空度は２×１０^−４［Ｐａ］未満、蒸着レートは１００［Ａ／秒］）によって、受光素子２ｃ上に形成する。バンプ金属部Ｐ３は、受光素子２ｃのｐ側電極２ｄ１に接触する。バンプ金属部Ｐ３の厚みは、例えば、８［μｍ］の程度である。バンプ金属部Ｐ３の断面の直径は、１０［μｍ］〜１４［μｍ］の程度である。

次に、図６の（Ｂ）部に示すように、厚膜レジスト部Ｐ２をリフトオフする。このリフトオフは、３０分程度の間にアセトン浸漬し、この後、アセトンを用いた超音波洗浄を１０分程度行う。

次に、図６の（Ｃ）部に示すように、回路基板５を用意し、回路基板５と、半導体部３とを、ハイブリッド接合する。具体的には、回路基板５の各端子とバンプ金属部Ｐ３とを接合させるように、フリップチップ実装する。この実装時の周囲温度は、摂氏２００度〜摂氏２２０度であり、荷重は、０．１［ＭＰａ］の程度である。このハイブリッド接合の後、半導体部３の表面３ａと回路基板５との間の間隔は、４［μｍ］〜７［μｍ］（枠部４の高さに対応）となり、バンプ金属部Ｐ３は、圧縮されて、バンプ７となる。そして、枠部４の開口４ａから、アンダーフィル６を、表面３ａと回路基板５との間に、注入する。この注入は、内径０．１８［ｍｍ］キャピラリーを用いて、２０［ｋＰａ］の程度の圧力で、０．０３秒程度の間で、行われる。

以上説明した構成の受光装置２、ハイブリッド型イメージセンサ１、及び、撮像システム１００では、アンダーフィル６が枠部４によって囲まれているので、アンダーフィル６のフィレットの形成が回避される。より具体的には、半導体部３と、枠部４と、回路基板５とによって囲まれた領域にアンダーフィル６が充填される場合において、アンダーフィル６のフィレットの形成が、回避できる。従って、フィレットの剥がれも、回避できる。よって、剥がれたフィレットによる画素の欠陥も、回避できる。また、受光装置２と回路基板５とを接合する場合に、受光装置２と回路基板５との間隔は枠部４の高さを下回ることがないので、画素間のショートを回避できる。このように、画素の欠陥を抑制できるので、ハイブリッド型イメージセンサ１を備えた撮像システム１００において、ハイパー・スペクトル・イメージングが良好に行える。

このような構成の受光装置２は、画素欠陥のないイメージングができる。更に、選択拡散型の受光素子２ｃにより、暗電流の小さくＳＮ比に優れまた画素欠陥のないイメージを得ることができる。更に、半導体メサ部Ｌ３を有する受光素子アレイ２ｂはドライエッチングプロセスを用いて作製されるので画素感度、暗電流の均一性に優れ、よって、均一性に優れ、画素欠陥の少ないイメージを得ることができる。更に、受光層２ｃ１を用いるので、カットオフ波長が２［μｍ］から１０［μｍ］まで及ぶ光を受光し、画素欠陥の少ないイメージを得ることができる。更に、枠部４の材料がポリイミド樹脂なので、加工性および耐久性に優れた枠部４を有する受光素子アレイ２ｂにより、画素欠陥の少ないイメージを得ることができる。更に、ハイブリッド型イメージセンサ１は回路基板５を備え、回路基板５は複数の受光素子２ｃのそれぞれから出力される電気信号を処理するための電気回路を有するので、信号が飽和した画素欠陥のないイメージを得ることができる。更に、半導体部３と枠部４と回路基板５とによって囲まれた領域はアンダーフィル６によって充填されているので、半導体部３と回路基板５の剥離が抑制される。

（変形例）
図７に、受光装置２の変形例を示す。図７に示す受光装置２の半導体部３は、半導体積層Ｌ１に替えて、複数の半導体メサ部Ｌ３を備える。複数の半導体メサ部Ｌ３は、支持基体２ａの主面２ａ１に設けられている。複数の半導体メサ部Ｌ３のそれぞれは、複数の受光素子２ｃのそれぞれに対応している。複数の半導体メサ部Ｌ３は、複数の受光素子２ｃを残すように半導体積層Ｌ１をエッチングして得られたものに対応している。絶縁膜２ｅ１は、支持基体２ａの主面２ａ１と、半導体メサ部Ｌ３の側面とを覆う。ｐ側電極２ｄ１は、半導体メサ部Ｌ３の端面に設けられ、ｐ型のキャップ層２ｃ２の表面に接触する。このような図７に示す半導体部３及び枠部４を、図１、図３〜図６に示す半導体部３に替えて、用いることができる。

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

１…ハイブリッド型イメージセンサ、１０…撮影対象面、１００…撮像システム、２…受光装置、２１…裏面、２ａ…支持基体、２ａ１…主面、２ｂ…受光素子アレイ、２ｃ…受光素子、２ｃ１…受光層、２ｃ１ａ…量子井戸層、２ｃ１ｂ…ｐ型の半導体層、２ｃ２…ｐ型のキャップ層、２ｄ１…ｐ側電極、２ｄ２…ｎ側電極、２ｄ２ａ…開口、２ｅ１…絶縁膜、３…半導体部、３ａ…表面、４…枠部、４ａ…開口、５…回路基板、６…アンダーフィル、７…バンプ、９ａ…アナログ信号処理部、９ｂ…デジタル信号処理部、Ｄ１…光源、Ｄ２…信号処理部、Ｄ３…カメラ、Ｄ４…レンズ、Ｄ５…分光器、Ｄ６…ディスプレイ、Ｌ１…半導体積層、Ｌ１ａ…量子井戸層、Ｌ１ｂ…半導体層、Ｌ１ｃ…キャップ層、Ｌ１ｄ…主面、Ｌ２…ｐ型領域、Ｌ３…半導体メサ部、Ｎｘ…法線方向、Ｐ１…感光性ポリイミド樹脂部、Ｐ２…厚膜レジスト部、Ｐ３…バンプ金属部。

Claims

半導体部と、
枠部と、
を備えており、
ハイブリッド型イメージセンサに用いられ、
前記半導体部は、支持基体と、受光素子アレイとを備えており、
前記受光素子アレイは、前記支持基体の上に設けられており、複数の受光素子を備えており、
前記複数の受光素子のそれぞれは、受光層と、キャップ層と、前記受光層からの電気信号を出力するための電極とを備えており、
前記受光層、前記キャップ層は、前記支持基体の主面の上において、前記支持基体の主面の法線方向に向けて、順に設けられており、
前記枠部は、前記受光素子アレイを囲むように、前記受光素子アレイの全周に設けられており、
前記支持基体又は前記半導体部の上において、前記枠部によって囲まれており前記枠部と前記複数の受光素子の前記電極との間の領域は、アンダーフィルによって充填されており、
前記枠部は、前記アンダーフィルを充填するための一の開口と、前記アンダーフィルの充填に応じて空気が外部に抜けるための他の開口とを有している、
ことを特徴とする受光装置。
前記枠部は、前記一の開口と前記他の開口との間に延びている、
ことを特徴とする請求項１に記載の受光装置。
前記半導体部は、半導体積層を備えており、
前記半導体積層は、前記支持基体の主面に設けられており、複数のｐ型領域を備えており、
前記複数の受光素子のそれぞれは、前記複数のｐ型領域のそれぞれを備えており、前記半導体積層に埋め込まれており、前記半導体積層のうち前記ｐ型領域を除いた領域によって、互いに隔てられており、
前記ｐ型領域は、ｐ型不純物が、前記半導体積層の主面から前記支持基体の側に、選択拡散している領域である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受光装置。
前記半導体部は、複数の半導体メサ部を備えており、
前記複数の半導体メサ部のそれぞれは、前記支持基体の主面に設けられており、前記複数の受光素子のそれぞれに対応している、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受光装置。
前記受光層は、タイプＩＩ型の多重量子井戸構造を備えている、
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受光装置。
前記受光層の多重量子井戸構造は、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＰ、及び、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＮＳｂの何れか一つによって構成される、
ことを特徴とする請求項５に記載の受光装置。
前記枠部の材料は、ポリイミド樹脂である、
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の受光装置。
請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の受光装置と、
回路基板と、
を備えており、
前記回路基板は、前記複数の受光素子のそれぞれから出力される電気信号を処理するための電気回路が設けられており、
前記回路基板と前記複数の受光素子のそれぞれとは、バンプを介して電気的に接続されている、
ことを特徴とするハイブリッド型イメージセンサ。
前記枠部は、前記半導体部と前記回路基板とに接合しており、前記半導体部と前記回路基板との間に設けられており、
前記半導体部と、前記枠部と、前記回路基板とによって囲まれた領域は、前記アンダーフィルによって充填されている、
ことを特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型イメージセンサ。