JPH02277273A - 光検知装置 - Google Patents
光検知装置Info
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- JPH02277273A JPH02277273A JP1099772A JP9977289A JPH02277273A JP H02277273 A JPH02277273 A JP H02277273A JP 1099772 A JP1099772 A JP 1099772A JP 9977289 A JP9977289 A JP 9977289A JP H02277273 A JPH02277273 A JP H02277273A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
光検知装置に関し、
光検知装置の動作時の低温状態より非動作時の常温状態
の温度サイクルによって、異種基板に設けた半導体素子
間を接続するバンプに掛かる応力を緩和するのを目的と
し、 化合物半導体基板に設けた光検知素子と、前記化合物半
導体基板と異なる熱膨張率を有する半導体基板に設けた
半導体素子とを、前記化合物半導体基板の熱膨張率と、
前記半導体基板の熱膨張率との中間の熱膨張率を有する
基板に設けた導体パターンを中継にしてそれぞれ金属バ
ンプにて接続したことで構成する。
の温度サイクルによって、異種基板に設けた半導体素子
間を接続するバンプに掛かる応力を緩和するのを目的と
し、 化合物半導体基板に設けた光検知素子と、前記化合物半
導体基板と異なる熱膨張率を有する半導体基板に設けた
半導体素子とを、前記化合物半導体基板の熱膨張率と、
前記半導体基板の熱膨張率との中間の熱膨張率を有する
基板に設けた導体パターンを中継にしてそれぞれ金属バ
ンプにて接続したことで構成する。
本発明は光検知装置に関する。
例えば赤外線を検知する赤外線検知素子をエネルギーバ
ンドギャップの狭い水銀・カドミウム・テルルのような
化合物半導体基板に設け、該検知素子で得られた検知信
号を信号処理する電荷転送装置（ＣＯＤ）をシリコン（
Ｓｉ ）基板に設け、上記検知素子と電荷転送装置の入
力ダイオードとを金属バンプで接続したハイブリッド型
の赤外線検知装置は周知である。
ンドギャップの狭い水銀・カドミウム・テルルのような
化合物半導体基板に設け、該検知素子で得られた検知信
号を信号処理する電荷転送装置（ＣＯＤ）をシリコン（
Ｓｉ ）基板に設け、上記検知素子と電荷転送装置の入
力ダイオードとを金属バンプで接続したハイブリッド型
の赤外線検知装置は周知である。
従来のこのような赤外線検知装置の模式図を第３図（ａ
）に示す。
）に示す。
第３図（ａ）に示すように、エネルギーバンドギャップ
の狭い）Ｉｇ＋□Ｃｄ、 Ｔｅのような化合物半導体基
板１に、所定のパターンで該基板と逆導電型の不純物原
子を導入してホトダイオード２より成る赤外線検知素子
を形成する。
の狭い）Ｉｇ＋□Ｃｄ、 Ｔｅのような化合物半導体基
板１に、所定のパターンで該基板と逆導電型の不純物原
子を導入してホトダイオード２より成る赤外線検知素子
を形成する。
また該検知素子で得られた検知信号の信号処理用電荷転
送装置（ＣＣＤ）４を、シリコン（Ｓｉ ）基板５に形
成し、この電荷転送装置４の入力ダイオード６と前記し
たホトダイオード２とをインジウム（Ｉｎ）より成る金
属バンプ７を用いて熱圧着接合している。
送装置（ＣＣＤ）４を、シリコン（Ｓｉ ）基板５に形
成し、この電荷転送装置４の入力ダイオード６と前記し
たホトダイオード２とをインジウム（Ｉｎ）より成る金
属バンプ７を用いて熱圧着接合している。
ところでこのような赤外線検知素子と電荷転送装置とを
組み合わせた赤外線検知装置は、テレビ並みの多数の画
素数を要求される機運に成っており、そのため、該赤外
線検知装置を構成する赤外線検知素子も大面積の化合物
半導体基板１に多数のホトダイオード２より成る検知素
子を設けた構造が要求されるように成っている。
組み合わせた赤外線検知装置は、テレビ並みの多数の画
素数を要求される機運に成っており、そのため、該赤外
線検知装置を構成する赤外線検知素子も大面積の化合物
半導体基板１に多数のホトダイオード２より成る検知素
子を設けた構造が要求されるように成っている。
またこの赤外線検知装置を動作させる場合には、背景輻
射温度に関係する背景雑音を除去するために、液体窒素
温度（７７°ｋ）に冷却して使用する必要があり、この
動作時に於ける赤外線検知装置が設置されている周囲温
度と、非動作時に於ける赤外線検知装置が設置されてい
る周囲温度との間の温度変動によって赤外線検知素子を
形成する化合物半導体基板１と、電荷転送装置を形成す
るＳｉ基板５とが、収縮および膨張を繰り返すことにな
る。
射温度に関係する背景雑音を除去するために、液体窒素
温度（７７°ｋ）に冷却して使用する必要があり、この
動作時に於ける赤外線検知装置が設置されている周囲温
度と、非動作時に於ける赤外線検知装置が設置されてい
る周囲温度との間の温度変動によって赤外線検知素子を
形成する化合物半導体基板１と、電荷転送装置を形成す
るＳｉ基板５とが、収縮および膨張を繰り返すことにな
る。
そしてこの赤外線検知装置の環境温度、即ち非動作時の
２５°Ｃの温度より動作時の７７°にの間の温度変動に
よって、検知素子を形成するＩ’ｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅ
の化合物半導体基板ｌと類イ以した物理的性質を有する
ＣｄＴｅの基板は、長さ方向の寸法で０．９％収縮する
のに対し、Ｓｉ基板５は０．１％収縮する。
２５°Ｃの温度より動作時の７７°にの間の温度変動に
よって、検知素子を形成するＩ’ｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅ
の化合物半導体基板ｌと類イ以した物理的性質を有する
ＣｄＴｅの基板は、長さ方向の寸法で０．９％収縮する
のに対し、Ｓｉ基板５は０．１％収縮する。
そのため、第３図（ｂ）に示すこの化合物半導体基板１
とＳｉ基板５の熱膨張係数が異なることで生じる収縮率
の差によって赤外線検知素子のホトダイオード２と、Ｓ
ｉ基板５に設けた電荷転送装置の入力ダイオード６間を
結合するＩｎ金属バンプ７に応力が係り、この応力によ
って化合物半導体基板１に亀裂８を発生したり、或いは
甚だしい場合は、この亀裂がもとで化合物半導体基板が
割れるような事故が発生する。
とＳｉ基板５の熱膨張係数が異なることで生じる収縮率
の差によって赤外線検知素子のホトダイオード２と、Ｓ
ｉ基板５に設けた電荷転送装置の入力ダイオード６間を
結合するＩｎ金属バンプ７に応力が係り、この応力によ
って化合物半導体基板１に亀裂８を発生したり、或いは
甚だしい場合は、この亀裂がもとで化合物半導体基板が
割れるような事故が発生する。
また第４図（ａ）および第４図（ｂ）に示すように金属
バンプ７に歪を生じたり、クラックを発生したり、或い
は金属バンプ７が両方の基板１．５より剥離するような
事故が発生する。
バンプ７に歪を生じたり、クラックを発生したり、或い
は金属バンプ７が両方の基板１．５より剥離するような
事故が発生する。
このような問題は、該赤外線検知装置の解像度を向上さ
せるために検知素子形成用の化合物半導体基板１の面積
を増大させ、検知素子を多数−次元、或いは二次元に配
列して検知素子の多画素化を図った検知装置に於いて益
々多発するようになり、基板間の寸法ずれも大きくなり
、そのため、金属バンプに掛かる応力も大となり、歪も
発生し易くなり、また基板が割れるような事故が発生す
る。
せるために検知素子形成用の化合物半導体基板１の面積
を増大させ、検知素子を多数−次元、或いは二次元に配
列して検知素子の多画素化を図った検知装置に於いて益
々多発するようになり、基板間の寸法ずれも大きくなり
、そのため、金属バンプに掛かる応力も大となり、歪も
発生し易くなり、また基板が割れるような事故が発生す
る。
本発明は上記した問題点を解決するもので、上記検知素
子と電荷転送装置のような信号処理素子とを接続する金
属ハンプに掛かる応力を緩和するようにした半導体装置
の提供を目的とする。
子と電荷転送装置のような信号処理素子とを接続する金
属ハンプに掛かる応力を緩和するようにした半導体装置
の提供を目的とする。
〔課題を解決するための手段］
上記目的を達成する本発明の光検知装置は、化合物半導
体基板に設けた光検知素子と、前記化合物半導体基板と
異なる熱膨張率を有する半導体基板に設けた半導体素子
とを、前記化合物半導体基・板の熱膨張率と、前記半導
体基板の熱膨張率との中間の熱膨張率を有する基板に設
けた導体パターンを中継にしてそれぞれ金属ハンプにて
接続したことで構成する。
体基板に設けた光検知素子と、前記化合物半導体基板と
異なる熱膨張率を有する半導体基板に設けた半導体素子
とを、前記化合物半導体基・板の熱膨張率と、前記半導
体基板の熱膨張率との中間の熱膨張率を有する基板に設
けた導体パターンを中継にしてそれぞれ金属ハンプにて
接続したことで構成する。
光検知装置の非動作温度と動作温度との間の温度範囲、
即ち２５°Ｃより７７°にの間の温度変動によって、電
荷転送装置を形成しているＳｉ基板の長さ方向の収縮率
はＳｉが０．１％、ＩＩｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅの収縮率
は不明であるが、該Ｈｇ＋−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅと物理的
性質が類似しているＣｄＴｅ基板の長さ方向の収縮率は
０．９％であり、本発明に用いるサファイア基板の長さ
方向の収縮率は０．３％である。
即ち２５°Ｃより７７°にの間の温度変動によって、電
荷転送装置を形成しているＳｉ基板の長さ方向の収縮率
はＳｉが０．１％、ＩＩｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅの収縮率
は不明であるが、該Ｈｇ＋−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅと物理的
性質が類似しているＣｄＴｅ基板の長さ方向の収縮率は
０．９％であり、本発明に用いるサファイア基板の長さ
方向の収縮率は０．３％である。
従って第１図および第２図に示すように、Ｓｉ基板５に
形成した電荷転送装置の入力ダイオード６と、化合物半
導体基板１に形成したホトダイオード２よりなる赤外線
検知素子間を金属バンプで直接接続する代わりに、上記
Ｓｉ基板と化合物半導体基板との中間の収縮率を有する
サファイア基板１１に形成した導体パターン１２を中継
にして金属バンプ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ，７Ｄで検知素子と
電荷転送装置の入力ダイオードとを接続する。
形成した電荷転送装置の入力ダイオード６と、化合物半
導体基板１に形成したホトダイオード２よりなる赤外線
検知素子間を金属バンプで直接接続する代わりに、上記
Ｓｉ基板と化合物半導体基板との中間の収縮率を有する
サファイア基板１１に形成した導体パターン１２を中継
にして金属バンプ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ，７Ｄで検知素子と
電荷転送装置の入力ダイオードとを接続する。
このようにすると、検知装置の温度変動による応力が金
属バンプに及ぼす大きさが上記サファイア基板１１によ
って緩和され、金属バンプに掛かる歪が緩和されて温度
変動によって金属バンプの位置ずれが少なくなったり、
或いはＨｇＩ−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅ基板にかかる応力が少
なくなり、ｌ１ｇ、□Ｃｄ、 Ｔｅ基板に亀裂が入った
り、割れたりする事故が減少する。
属バンプに及ぼす大きさが上記サファイア基板１１によ
って緩和され、金属バンプに掛かる歪が緩和されて温度
変動によって金属バンプの位置ずれが少なくなったり、
或いはＨｇＩ−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅ基板にかかる応力が少
なくなり、ｌ１ｇ、□Ｃｄ、 Ｔｅ基板に亀裂が入った
り、割れたりする事故が減少する。
以下、図面を用いて本発明の実施例につき詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１実施例の平面図で、第２図は第１
図の１−１ ′面に沿った断面図である。
図の１−１ ′面に沿った断面図である。
第１図および第２図に図示するように、例えばホトダイ
オード２より成る赤外線検知素子が、５０μｍのピッチ
で２００個×２００個形成された１０１０ｍｍＸ１０の
ＨｇＩ−ｘ Ｃｄ）Ｉ Ｔｅ基板１に形成されティる。
オード２より成る赤外線検知素子が、５０μｍのピッチ
で２００個×２００個形成された１０１０ｍｍＸ１０の
ＨｇＩ−ｘ Ｃｄ）Ｉ Ｔｅ基板１に形成されティる。
そしてＨｇＩ−Ｘ Ｃｄｘ Ｔｅ基板１の側端部に形成
され、前記ホトダイオード２と導体パターン（図示せず
）等により接続されたＩｎ金属バンプ７Ａが、サファイ
ア基板１１に形成されたインジウム金属バンプ７Ｂに圧
着接続されている。またサファイア基板１１の裏面には
導体層パターン１２が形成され、この導体層パターン１
２の他端部より導出されたＩｎ金属バンプ７Ｃは、シリ
コン基板５に形成された電荷転送装置の入力ダイオード
６上のＩｎ金属バンプ７Ｄと圧着接合されている。
され、前記ホトダイオード２と導体パターン（図示せず
）等により接続されたＩｎ金属バンプ７Ａが、サファイ
ア基板１１に形成されたインジウム金属バンプ７Ｂに圧
着接続されている。またサファイア基板１１の裏面には
導体層パターン１２が形成され、この導体層パターン１
２の他端部より導出されたＩｎ金属バンプ７Ｃは、シリ
コン基板５に形成された電荷転送装置の入力ダイオード
６上のＩｎ金属バンプ７Ｄと圧着接合されている。
そしてこの電荷転送装置を形成したＳｉ基板５がクーリ
ングヘッド１３上に設置され、ｔ１ｇ＋−ｘ Ｃｄ）（
Ｔｅ基板１に形成された赤外線検知素子は、例えばジュ
ールトムソン型冷却装置を用いて冷却されたクーリング
ヘッド１３上より所定の間隔を隔てて設置され、これら
クーリングヘッド１３、赤外線検知素子を形成した化合
物半導体基板１、およびサファイア基板１１、および信
号処理装置を形成したＳｉ基板５等は総て真空容器の内
部に封入されている。
ングヘッド１３上に設置され、ｔ１ｇ＋−ｘ Ｃｄ）（
Ｔｅ基板１に形成された赤外線検知素子は、例えばジュ
ールトムソン型冷却装置を用いて冷却されたクーリング
ヘッド１３上より所定の間隔を隔てて設置され、これら
クーリングヘッド１３、赤外線検知素子を形成した化合
物半導体基板１、およびサファイア基板１１、および信
号処理装置を形成したＳｉ基板５等は総て真空容器の内
部に封入されている。
そして赤外線検知素子から発生した熱は、Ｉｉ＋金属バ
ンプ７Ａ、７Ｂを通過して、サファイア基板１１に到達
し、更にＳｉ基板５に到達して、このＳｉ基板５がクー
リングヘッドに依って冷却されて吸収される。このよう
な熱サイクルによって赤外線検知素子で発生した熱は、
充分クーリングヘッドで冷却されて吸収されるので、赤
外線検知装置は一定の温度に保たれる。
ンプ７Ａ、７Ｂを通過して、サファイア基板１１に到達
し、更にＳｉ基板５に到達して、このＳｉ基板５がクー
リングヘッドに依って冷却されて吸収される。このよう
な熱サイクルによって赤外線検知素子で発生した熱は、
充分クーリングヘッドで冷却されて吸収されるので、赤
外線検知装置は一定の温度に保たれる。
また赤外線検知素子を形成し、温度変動に対する収縮率
の大きいＨｇ１−ＸＣｄＸＴｅと、電荷転送装置のよう
な信号処理装置が形成され、温度変動に対する収縮率・
の小さいＳｉ基板は、直接Ｉｎ金属バンプで接続されて
いない。そして該Ｓｉ基板とｌ１ｇ、−ＸＣｄやＴｅの
基板の中間の収縮率を有するサファイア基板を中継にし
て接続されているので、赤外線検知装置の冷却および非
冷却の温度サイクルによってＨｇ１−ｘ Ｃｄ、 Ｔｅ
基板より導出されているＩｎ金属バンプに掛かる応力は
従来より減少されまたＨｇ＋□ＣｄＸＴｅ基板は直接冷
却ヘッドに接触されていないため、冷却の際における収
縮によって基板が破断するような事故が無くなり、高信
頼度の半導体装置が得られる。
の大きいＨｇ１−ＸＣｄＸＴｅと、電荷転送装置のよう
な信号処理装置が形成され、温度変動に対する収縮率・
の小さいＳｉ基板は、直接Ｉｎ金属バンプで接続されて
いない。そして該Ｓｉ基板とｌ１ｇ、−ＸＣｄやＴｅの
基板の中間の収縮率を有するサファイア基板を中継にし
て接続されているので、赤外線検知装置の冷却および非
冷却の温度サイクルによってＨｇ１−ｘ Ｃｄ、 Ｔｅ
基板より導出されているＩｎ金属バンプに掛かる応力は
従来より減少されまたＨｇ＋□ＣｄＸＴｅ基板は直接冷
却ヘッドに接触されていないため、冷却の際における収
縮によって基板が破断するような事故が無くなり、高信
頼度の半導体装置が得られる。
また第３図に示した従来の素子構造では、赤外線は化合
物半導体の裏面から入射することに成るが、本発明では
表面入射と成るため、画素間のクロストークが減少する
という効果もある。
物半導体の裏面から入射することに成るが、本発明では
表面入射と成るため、画素間のクロストークが減少する
という効果もある。
なお、クーリングヘッド１３とＳｉ基板５との間に前記
のようなサファイア基板を挿入にして、Ｓｉ基板の熱歪
を緩衝させるようにしても良い。
のようなサファイア基板を挿入にして、Ｓｉ基板の熱歪
を緩衝させるようにしても良い。
Claims (1)
- 化合物半導体基板（１）に設けた光検知素子（２）と、
前記化合物半導体基板（１）と異なる熱膨張率を有する
半導体基板（５）に設けた半導体素子（６）とを、前記
化合物半導体基板の熱膨張率と、前記半導体基板の熱膨
張率との中間の熱膨張率を有する基板（１１）に設けた
導体パターン（１２）を中継にしてそれぞれ金属バンプ
（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）にて接続したことを特徴と
する光検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1099772A JPH02277273A (ja) | 1989-04-18 | 1989-04-18 | 光検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1099772A JPH02277273A (ja) | 1989-04-18 | 1989-04-18 | 光検知装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02277273A true JPH02277273A (ja) | 1990-11-13 |
Family
ID=14256258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1099772A Pending JPH02277273A (ja) | 1989-04-18 | 1989-04-18 | 光検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02277273A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5314561A (en) * | 1976-07-26 | 1978-02-09 | Hitachi Ltd | Packaging device of semiconductor device |
| JPS5413782A (en) * | 1977-07-01 | 1979-02-01 | Nippon Denso Co Ltd | Semiconductor device |
| JPS58128762A (ja) * | 1982-01-27 | 1983-08-01 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS62214631A (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 混成集積回路 |
-
1989
- 1989-04-18 JP JP1099772A patent/JPH02277273A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5314561A (en) * | 1976-07-26 | 1978-02-09 | Hitachi Ltd | Packaging device of semiconductor device |
| JPS5413782A (en) * | 1977-07-01 | 1979-02-01 | Nippon Denso Co Ltd | Semiconductor device |
| JPS58128762A (ja) * | 1982-01-27 | 1983-08-01 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS62214631A (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 混成集積回路 |
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