JPH02214159A - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、多数の赤外線検知素子と、この赤外線検知
素子からの信号電極を転送する信号処理回路とを結合し
た赤外線撮像装置に関するものである。

〔従来の技術〕

物体表面から物体固有の温度によって放射される赤外線
を赤外線検知素子で受光し、その光電変換機能により生
じた電気信号を信号処理回路、すなわち電荷転送素子（
以下ＣＯＤと略称する）に送り込み、時系列化して外部
へ取り出すように構成した赤外線撮像装置は周知である
。このような赤外線撮像装置の構成法としては数種のも
のが考えられる。まず、エネルギーギャップが狭く赤外
光に対して感度を有する多元半導体、例えば水銀−カド
ミウム−テルル（ＨｇＳｄＴｅ）などの赤外線検知器用
材料そのものでＣＯＤを形成する方法が考えられるほか
、ＣＣＤを構成したシリコン・チップ上に赤外線検知部
としてインジウム−アンチそン（ＩｒｉＳｂ）を蒸着な
どによって形成する方法も考えられている。しかし、前
者は素子間のバラツキが大きく、また、後者は像のにじ
み出しや製造が困難で均一な組成の蒸着層が得難いなど
の問題があっていずれも実用的でない。そこで、既に製
造技術の確立された方法で赤外線検知素子を多元半導体
基板上に形成し、また、別にＳｔ基板上にＣＣＤを形成
してこれらを結合する方法が一般的である。

このような構成の赤外線撮像装置の分解能を高めるため
には、多数の赤外線検知素子を必要とするのは当然であ
り、これら赤外線検知素子とＣＣＤとの接続はワイヤボ
ンディング法では困難である。そこで、赤外線検知素子
およびＣＯＤ入力部の各々に金属突起を設け、これらを
対向させて赤外線検知素子とＣＯＤ入力部とを金属突起
を介して接続する方法が採られている。

第３図は特公昭６１−４２８６９号公報に示された従来
の赤外線撮像装置を示す図で、１０は、例えばｐ型の多
元半導体基板（例えばＨｇＣｄＴｅ：以下単にｐ型基板
という）であり、このｐ型基板１ｏにｎ型半導体層１１
を形成して赤外線検知素子１２が構成されており、さら
に、各赤外線検知素子１２には、例えばＩｎからなる突
起電極１３が形成しである。また、一方、ｐ型Ｓｉ基板
１４上には所定のＣＣＤ　（図示を省略）が形成され、
その入力部１５はｎ型拡散層１６で構成されている。そ
して、ＣＣＤの各入力部１５にはその一端が入力部１５
に結合し、垂直方向に突出して途中で水平方向に屈曲し
た状態で他端が宙づりになって緩衝機能を有する接続部
材１７が形成してあり、これら接続部材１７は、例えば
金（Ａ　ｕ　）などの導電体で構成しである。そして、
各赤外線検知素子１２とＣＣＤの人力部１５とが垂直方
向において非正対関係位置におかれ、かつ突起電極１３
と接続部材１７の水平部分とが対向して圧接されるよう
にｐ型基板１０およびｐ型Ｓｔ基板１４を固定し、さら
に、例えば約６０℃で加熱溶着することにより突起電極
１３と接続部材１７の水平部分とを接続しである。そし
て、ｐ型基板１０の上面側から入射した赤外線は赤外線
検知素子１２で光電変換され、突起電極１３および接続
部材１７を通してＣＯＤの人力部１５へ人力される。な
お、赤外線検知素子１２およびｃｃＤの入力部１５のｐ
−ｎ接合部は、例えばＳｔ０□等の表面保護層１８によ
って被覆されている。

次に動作について説明する。

このように、赤外線検知素子１２に設けた突起電極１３
とＣＯＤの入力部１５に設けた接続部材１７の垂直方向
に突出した部分とが接続部材１７の水平方向に屈曲した
部分を介して圧接されることになるので、この際、接続
部材１７の水平方向に屈曲した部分が緩衝帯となって赤
外線検知素子１２およびＣＣＤの入力部１５に加わる機
械的ストレスが緩和されて、特に赤外線検知素子１２に
生じていた機械的ストレスによる特性劣化を防止するこ
とができ、さらにまた、この赤外線撮像装置の使用時、
不使用時の際の熱履歴の過程においぞ、ｐ型基板１０と
ｐ型Ｓｉ基板１４との熱膨張係数の相異により生じる機
械的ストレスも接続部材１７の有する緩衝機能によって
緩和され、その結果、赤外線検知素子１２とＣＯＤの入
力部１５との接続部の熱履歴による断線をも防止するこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の赤外線撮像装置は以上のように構成されているの
で、赤外線検知素子１２が形成された基板面積、すなわ
ちｐ型基板１０がそれほど大きくない場合は、ｐ型基板
１０とｐ型Ｓｔ基板１４の熱履歴での熱膨張係数の相異
による機械的ストレスは、接続部材１７で吸収できるが
、ｐ型基板１０が大きくなった場合は機械的ストレスを
接続部材１７のみで吸収するのは困難となり接続部材１
７は断線してしまう。さらに、従来技術では赤外線検知
素子１２が形成された基板はｐ型基板１０のみであるが
、この場合は、このｐ型基板１０を赤外線の吸収係数に
応じて薄く（例えば数十μｍ）する必要があり、精度よ
く均一な厚みを得るのは非常に困難であり、通常、第４
図に示すように、赤外線に対する吸収係数が非常に小さ
い半絶縁性基板２０の表面にｐ型基板１０を結晶成長さ
せたものを用いる場合が多い。この構成の場合、ｐ型基
板１０と半絶縁性基板２０の熱膨張係数が等しければよ
いが、等しくない場合は、熱履歴による機械的ストレス
が赤外線検知素子１２にダメージを与える。なお、製造
コストを考えた場合、ｐ型基板１０と熱膨張係数の合っ
た安価な半絶縁性基板２０を探すのは非常に困難である
。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、赤外線検知素子の形成された基板を任意に
大きくできるとともに、半絶縁性基板との熱膨張係数の
相異を無視できる赤外線撮像装置を得ることを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） この発明に係る赤外線撮像装置は、各赤外線検知素子の
基板部をそれぞれ空間的に分離し、赤外線検知素子の形
成された基板面上に金属電極を、この金属電極の少なく
とも一部が空間部に橋渡しされるように形成したしたも
のである。

〔作用〕

この発明においては、各赤外線検知素子は空間的に分離
されているため熱履歴による熱膨張の相異は各空間の増
減となるのみで、赤外線検知素子には機械的ストレスに
よるダメージはほとんどかからない、また、空間部にあ
る金属電極が非常に薄いことと、各空間部の熱履歴によ
る増減は非常に少ないことにより、金属電極で熱履歴に
よる増減を容易に吸収できる。

〔実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す赤外線撮像装置の構
成断面図である。第１図において、第３図、第４図と同
一符号は同一構成部分を示し、半絶縁性基板２ｏは、例
えばＧａＡｓ等が用いられ、その表面に、例えばｐ型の
多元半導体基板（例えばＣｄＨｇＴｅ）（ｐ型基板）１
０が形成されるが、格子定数の違いによる欠陥発生を防
ぐために半絶縁性基板２０とｐ型基板１０の間にバッフ
ァ層２１を形成してあり、ｐ型基板１ｏの表面に部分的
にｎ型半導体層１１を形成しである。

各赤外線検知素子１２は図のように空間的に、すなわち
空間部１０ａがそ゛れぞれ形成され分離されていて、こ
の空間部１０ａに橋渡しされるように、つまり空間部１
０ａをまたぐように金属電極、すなわちｐ電極２２のみ
で接続されている。

１８は５ｉｎ２等の表面保護層であり、信号処理回路が
形成されたｐ型Ｓｔ基板１４とは導電部材からなる接続
部材１７により電気的、かつ機械的に接続されている。

次に動作について説明する。

各赤外線検知素子１２は空間的に分離されているので、
赤外線撮像装置の使用時、不使用時の際の熱履歴の過程
において、ｐ型基板１０とｐ型ｓｉ基板１４との熱膨張
係数の相異により生じる機械的ストレスは各空間で吸収
される。各空間部での空間の増減は微小なため、ｐ電極
２２に大きなストレスは生じない。半絶縁性基板２０と
ｐ型基板１０のストレスは赤外線検知素子１２のピッチ
を小さく（例えば２５μｍピッチ）すれば無視できる。

したがって、ｐ型基板１０をいくら大きくしても機械的
ストレスによる接続部材１７の断線や赤外線検知素子１
２の劣化は生じない。

次に前述のような構成の赤外線撮像装置の形成方法の一
例につき、第２図（ａ）〜（ｊ）に基づいて説明する。

まず、第２図（ａ）に示すように、ｐ型基板１０上にバ
ッファ層２１と半絶縁性基板２０を形成し、ｐ型基板１
０の表面に部分的にｎ型半導体層１１を形成し、５ｉ０
２等の表面保護層１８を形成する０次にｎ型半導体層１
１が形成された面を下にして、他の支持基板３０に接着
剤２４を用。

いて接着する。この接着剤２４は有機溶剤で容易にはが
せる、例えばポジレジストのようなものを用いる０次に
半絶縁性基板２０に溝形成のためのエツチングを施す。

このエツチングはダイヤモンドカッタで切るか、Ａｐｐ
ｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、４５　（５）　、Ｐ２Ｓ５　
。

１９８４に記載されている溶液とレーザ光を用いたエツ
チング等により行う。次に第２図（ｂ）に示すように、
半絶縁性基板２０側に支持基板３１を接着剤１９を用い
て接着する。この接着剤１９は有機溶剤に強い露光後の
ネガレジスト等を用いる。

次に接着剤２４を有機溶剤を用いて除去し、支持基板３
０を取り去り、第２図（Ｃ）の状態とする０次に第２図
（ｄ）に示すように、ｐ型基板１０の表面にレジスト３
２によるレジストパターンを施し、このレジストパター
ンをマスクにして異方性ドライエツチング、例えばイオ
ンミリング法等でｐ型基板１ｏとバッファ層２１をエツ
チングする。レジスト３２は有機溶剤で容易にはがせる
ポジレジストを用いる。次に第２図（ｅ）に示すように
、レジスト３２を除去した後、シート状のレジスト３３
を形成しパターンニングを施す。

加熱処理により間隙部のレジスト３３はだれる。

このレジスト３３は有機溶剤に強いネガレジストを用い
る。次に第２図（ｆ）に示すように、ｐ電極形成部分を
除く他の部分にレジスト３４を形成し、その上にｐ電極
金属２２′を形成する。レジスト３４はポジ型の有機溶
剤で容易に除去できるものを用いる。次に第２図（ｇ）
に示すように、レジスト３４を除去するとレジスト３４
の上のｐ電極金属２２′も除去され、ｐ電極部のみにｐ
電極２２が残る。次に第２図（ｈ）に示すように、ｎ電
極部を除く他の部分にレジスト３５を形成し、その上に
接続部材を兼ねるｎ電極金属１７′を形成する。なお、
レジスト３５は有機溶剤で容易に除去できるポジレジス
トを用いる。次に第２図（ｉ）に示すように、レジスト
３５を除去するとレジスト３５上のｎ電極金属１７′も
同時に除去され、ｎ型半導体層１１上のみにｎ電極とな
る接続部材１７が残る。最後に信号処理回路の形成され
たｐ型Ｓｔ基板１４を接続することにより第２図（ｊ）
に示すように、赤外線撮像装置が完成する。

なお、上記実施例では半絶縁性基板２０１．：ＧａＡｓ
基板を用いているが、これはサファイヤ等でもよく、ま
た、導電性の基板でもよい。すなわち赤外光を透過する
材質であればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明は、各赤外線検知素子の基
板部をそれぞれ空間的に分離し、赤外線検知素子の形成
された基板面上に金属電極を、この金属電極の少なくと
も一部が空間部に橋渡しされるように形成したので、各
赤外線検知素子の基板部が空間的に分離しているため使
用、不使用時の熱履歴による熱膨張の相異が各赤外線検
知素子および各赤外線検知素子と信号処理回路が形成さ
れた基板間の接続部材にダメージを与えず、高性能、高
信頼性の赤外線撮像装置が容易に得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による赤外線撮像装置を示
す断面図、第２図はこの発明による赤外線撮像装置の形
成工程を説明するための断面図、第３図は従来の赤外線
撮像装置を示す断面図、第４図は従来の他の赤外線撮像
装置を示す要部の断面図である。 図において、１０はｐ型の多元半導体基板、１１はｎ型
半導体層、１２は赤外線検知素子、１４はｐ型Ｓｔ基板
、１７は接続部材、１８は表面保護層、２０は半絶縁性
基板、２１はバッファ層、２２はｐ電極である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 第 図 そ の 第 図 そ の 第 図上 の １フ 第 図 第 図 平成２　年４　　Ａ９　　日 ３．補正をする者 事件との関係　特許出願人 代表者志岐守哉 ４、代理人 ５、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄２発明の詳細な説明の欄２
図面の簡単な説明の欄および図面６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙のように補正する
。 （２）明細書の第２頁１２行のｒＨｇｓｄＴｅＪを、ｒ
ｃｄＨｇＴｅＪと補正する。 （３）同じ（第３頁２行、１５行、第８頁１２行の「多
元半導体基板」を、いずれも「多元半導体層」と補正す
る。 （４）同じく第３頁１５〜１６行のｒＨｇ　ＣｄＴｅＪ
を、ｒｃｄＨｇＴｅＪと補正する。 （５）同じく第３頁１６行の「ｐ型基板という）」を、
［ｐ型半導体層という）」と補正する。 （６）同じ（第３頁１６〜１７行、第４頁１２行。 １５〜１６行、第５頁１５行、第６頁４行、５行２７行
、１１行、１２行、１７行、１９行、第７頁３行、第８
頁１３行、１５行、１６行、第９頁１０行、１４〜１５
行、第１０頁５行、第１１頁１行。 ５行の「ｐ型基板」を、いずれも「ｐ型半導体層」と補
正する。 （７）同じく第７頁１３行、第１２頁１８行の１基板面
」を、「半導体層」と補正する。 （８）同じく第９頁１７行の「ｐ型基板１０」を、「赤
外線撮像装置サイズ」と補正する。 （９）同じく第１０頁３〜５行の「ｐ型基板１０上にバ
ッファ層２１と半絶縁性基板２ｏを形成し、」を、「半
絶縁性基板２０上にバッファ層２１とｐ型半導体層１０
を形成し、」と補正する。 （１０）同じく第１２頁８行の「ｐ型Ｓｉ基板１４を接
続することにより」を、［ｐ型Ｓｉ基板１４を接続し、
レジスト３３を除去することにより、」と補正する。 （１１）同じく第１３頁１４行の［ｐ型の多元半導体基
板］を、「ｐ型の多元半導体層」と補正する。 （１２）図面中、第１図を別紙のように補正する。 以　　上 ２、特許請求の範囲 多数の赤外線検知素子が形成された基板と、これらの赤
外線検知素子からの信号電荷を転送する信号処理回路が
形成された基板とを対向配置し、前記各赤外線検知素子
と信号処理回路の対応する各入力部間を導電部材を介し
て接続してなる赤外線撮像装置において、前記各赤外線
検知素子の基板部をそれぞれ空間的に分離し、前記赤外
線検知素子の形成されたｆｌ上に金属電極を、この金属
電極の少なくとも一部が空間部に橋渡しされるように形
成したことを特徴とする赤外線撮像装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　多数の赤外線検知素子が形成された基板と、これらの
   赤外線検知素子からの信号電荷を転送する信号処理回路
   が形成された基板とを対向配置し、前記各赤外線検知素
   子と信号処理回路の対応する各入力部間を導電部材を介
   して接続してなる赤外線撮像装置において、前記各赤外
   線検知素子の基板部をそれぞれ空間的に分離し、前記赤
   外線検知素子の形成された基板面上に金属電極を、この
   金属電極の少なくとも一部が空間部に橋渡しされるよう
   に形成したことを特徴とする赤外線撮像装置。