JPH0453271A

JPH0453271A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0453271A
Application number: JP2161212A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Osawa; 滋大澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-02-20

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】［発明の目的］（産業−１−の利用分野）本発明は、赤外線撮像素子に使用される赤外線検知素子
（以ド、赤外線センサと略す）、特にインジウム・アン
チモン（ＩｎＳｂ）に複数個のｐ−ｎ接合を設けた赤外
線センサの製造方法に関する。

（従来の技術）赤外線撮像素子には数種類のものが提案されている。こ
こでは、赤外線センサであるフ第１・ダイオード・アレ
イ（以下ＰＤＡと略す）で赤外線を受光し、その光電変
換機能により生じた電気信号を、電荷転送素子（以下Ｃ
ＣＤと略す）で処理する構成を例にとって説明する。

赤外線用電荷転送素子（以ドＩ　Ｒ−ＣＣＤと略す）で
は、赤外線センサであるＰＤＡと、信号処理部であるＣ
ＣＤとを、通常インジウム・バンプによって電気的１機
械的に結合したノ１イブリッド構造とする場合が多い。

ＰＤＡによる光電変換で生じた赤外信号は、インジウム
・バンプを通じてＣＣＤに送られ、そこで電気的に処理
されて赤外線画像が得られる。この方式はＰＤＡ、ＣＣ
Ｄとも各々その特性を最適化できるという長所がある。

ＩＲ−ＣＯＤでは使用波長帯によって、赤外線センサと
して用いる材料が異なる。３〜５．５ｐｍ帯では量子効
率がよく、また良好な結晶が得られる二とからＩｎＳｂ
がしばしば用いられる。

従来法によるＩｎＳｂのＰＤＡの製作工程を第３図で説
明する。先ずｎ形基板１にＭｇ、又はＢｅのイオン注入
法、あるいはＣｄ又はＺｎの拡散法により、ｐ−ｎ接合
を形成する。その後で絶縁膜３を形成し、電極金属４を
形成するとウェハニー程は終了する。この後ダイシング
を行い、個々のチップに分離する（第３図（ａ））。上
に述べた方式のＩＲ−ＣＣＤては、ＰＤＡの裏面がら赤
外線を入射するのてＰＤＡチップの厚さを薄くしなけれ
ばならない。チップか厚いと、光電変換で生じたポール
か途中で再結合して消滅したり、またホールが隣のｐ−
ｎ接合に拡散してしまう、いわゆるクロスト−りで画像
が不鮮明になったりするからである。そこでチップにし
てから、表面をワックス５てガラス板等の保持板６に貼
り付け、裏面を研磨して２０１＋ｍ程度に薄くする（第
３図（ｂ））。

その後、裏面を紫外線硬化樹脂７でサファイア基板８に
貼り（−１け、表面の保持板６を除去するとＰＤＡの工
程は終了する（第３図（Ｃ））。この後、インジウム・
バンブてＣＣＤと接続し、■Ｒ−ＣＣＤ素子とする。こ
の方法では、赤外線センサであるＩ　ｎＳｂチップを１
個毎に研磨ｊ〜なければならない。

（発明が解決しようとする課題）上記の方法では、研磨工程では多大の手間と時間を必要
とし、またＩ　ｎＳｂは脆いので研磨で割れたり傷が生
したりして使えなくなるものが多く、歩留りが低いとい
う問題があった。また、つ工−ハ段階でもＩｎＳｂは脆
いので非常に割れやすく、取扱いに注意をしなければな
らないという欠点があった。

そこで本発明は、」二記の欠点を除去すべくなされたも
ので、ウェーハ段階でＩｎＳｂ層を薄く研磨し、チップ
状態にしてからの研磨工程を省略した、歩留りのよいＩ
ｎＳｂ赤外センザセンサ方法を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記［１的を達成するために、本発明では、脆い１ｎｓ
ｂウエーハと、波長５．５１」ｍ以下の赤外光に対し透
過波長帯を有する物質のウェーハとを前景て貼り合わせ
ることにより、丈夫で一体のウェハとする。次いでウェ
ーハ段階でＩｎＳｂ層を薄く研磨し、ここに複数個のｐ
−ｎ接合を形成することにより、チップ状態での研磨工
程を省略する。

（作用）本発明のＩｎＳｂ赤外線センサの製造方法では、ＩｎＳ
ｂウェーハと、波長５．５μｍ以下の赤外線に対し透過
波長帯を有する物質のウェーハとを貼り合わせて、丈夫
で一体のウェーハとする。

これをウェーハの状態でＩｎＳｂ層を研磨　エツチング
等により薄くした後、ＩｎＳｂ層に複数個のｐ−ｎ接合
を形成するので、チップ状態にしてからの研磨工程を省
略することができる。このためチップ状態で研磨した場
合に発生した、割れや傷不良、研磨二に程で必要であっ
た多大の時間と手数を著しく減少させることができる。

（実施例）以下、この発明の実施例について、図面を参照し２て説
明する。第１図は、この発明の一実施例に係る赤外線セ
ンサであるＰＤＡの製造の手順を示した工程断面図であ
る。まずＩ　ｎＳｂ基板１２と、波長３〜５．５１＋ｍ
の赤外線の全領域で、はぼ１００％の透過率を有する物
質であるサファイア基板］１とを、貼り合わせる。Ｉｎ
Ｓｂと貼り合わせる物質については、波長５．５１＋ｍ
以下の赤外線に対し、透過率のよいもの程好ましい。こ
のウェーハ同士の貼り合わせについては特許第１４２０
．１．０９号にＳｉウェーハ同士について述べられてい
る。

本発明も同様の工程で行う。Ｉ　ｎＳｂ基板１２を表面
粗さ５００Ａ以下の鏡面に研磨した後］・リクレン処理
、アセトン処理、エタノール置換により脱脂処理を行っ
た。次に濃リン酸に１分間浸漬した後、水洗し、スピン
ナ乾燥した。サファイア基板１１は表面粗さ５００Ａ以
下の鏡面に研磨した後、中性洗剤で洗浄してゴミ等の付
着物を除き、次いで過酸化水素：硫酸−に３の混合液中
でボイルして油分を除去してから、水洗した。さらに−
ｒ−タンール置換で脱水しスピンナ乾燥した後、ゴミｔ
￥＃ｍ　２０　個／　ｎｉ’以下のクリーンルーム内で
１ｎＳｂ基板１２とサファイア基板１１の鏡面研磨面同
士を密着させた。これだけでＩｎＳｂ基板１２とサファ
イア基板１１とが結合し、１枚のウェハになった。接着
剤は不要である。この結合方法では鏡面の平坦度が重要
であり、平坦度が悪いと結合しない。結合のメカニズム
に関しては鏡面部分に吸着した水分子の水素結合による
とが、ファン・デア・ワールス力によるとがの説がある
。

貼り合わせたウェーハは、このままでは結合力が弱いの
で、結合力を増すため、このウェーハを３００℃、窒素
芥囲気中で１時間熱処理を行う。

このようにすることにより、ＩｎＳｂｗ板］２とサファ
イア基板１１とが強固に結合し、ｉｌＪかれなくなる（
第１図（ｌ］））。このようにＩ　ｎＳｂとサファイア
とが一体化したウェーハて、サファイアは波長３〜５．
５ｐｍ帯の赤外線に対しては、はぼ透明であるから、Ｉ
　ｎＳｂの赤外領域の特性に同等悪影響を及ぼさない。

また、サファイアはＩ　ｎ　Ｓ　Ｉ）層の結晶性に関し
ても悪影響がなく、良好な結晶性がそのまま保持される
。

次に一体化したウェーハのＩｎＳｂ層］２を研磨で薄く
し、Ｉ　ｎ　Ｓ　ｂ　１２の厚さを約１．０１」ｍにす
る（第１図（Ｃ））。ＩｎＳｂｎＳｂ層薄くするには、
化学エツチングや電解研磨でも可能であるが、面内の厚
さの均一性を考えると通常の研磨による方法が勝れてい
る。研磨でダメージが入ったとしても最後に化学エツチ
ングによって簡＋１１−にダメージを除去できる。Ｉ　
ｎＳｂ層の厚さを５０　ｔ＋ｍ程度にすれば、一応の赤
外画像の特性が得られる。しかし、クロストークを考え
た場合、５ｏ１１ｍではクロストークが大きく、像がは
けるという欠点がある。

逆に極端に薄い場合は量子効率が悪くなる。これらのク
ロスＩ・−り、量子効率を考慮すると、Ｉ　ｎＳｂ層の
厚さが１．　ＯＩｎ＋程度で、最もよい特性が得られる
。

従来法ではＩｎＳｂが脆く、また軟いため、１、、０１
ｈｍまで研磨して薄くすることは困難であった。

しかし、本発明によれば、ＩｎＳｂは丈夫なサファイア
と一体になっているので割れ難く、研磨による傷が入り
難い。もし、研磨で傷が入ったとしても、前に述べたよ
うに研磨後に表面を化学エツチングすることにより、研
磨傷を容易に除去できる。また、この研磨工程では、最
初のウェーハ同士の貼り合せのときに必要であったよう
に厳密な表面の平坦度は必要ない。そのため、容易に１
、０１１ｍまで薄くすることができる。この後のウェー
ハ段階での素子製造工程は従来法と全く同じである。複
数のｐ−ｎ接合をイオン注入法、又は拡散法で形成し、
次いで絶縁膜１４．電極金属１５を順次形成すると、ウ
ェーハての工程は終了する。

次にこのウェーハをダイシングし、個々のチップする（
第１図（ｄ））。従来法では、この後側々のチップの研
磨を行った。しかし本発明によればつ工−ハ段階でＩｎ
Ｓｂを薄く研磨しているので個々のチップの研磨を行う
必要はない。このままＳｔＣＣＤ　１７とインジウム・
バンブ１６で接続することができ、Ｉ　Ｒ−ＣＣＤ素子
が得られる（第２図）。

なお、上記説明でＩｎＳｂと貼り合わせる物質としてサ
ファイア基板を用いたが、他の物質、例えばＧｅ（ゲル
マニウム）基板を用いても同様の効果が得られる。

［発明の効果］本発明によれば脆いＩｎＳｂウェーハを鏡面に研磨した
後、同じく鏡面に研磨した丈夫なサファイア基板に貼り
付け、その後加熱することで丈夫な単一ウェーハが得ら
れる。その結果、ウェハ工程で取扱いが楽になり、また
割れ難いので歩留が向上する。このＩｎＳｂウェーハの
サファイア基板への貼り付は工程で、ＩｎＳｂに関して
は結晶性が悪くなることもなく、サファイアに関しては
波長３〜５．５−の赤外線に対して透明であるので、何
等１ｎＳｂの赤外特性に悪影響を及ぼさない。この後で
ＩｎＳｂを研磨するときにＩｎＳｂはサファイアに保持
されているので、最もよい特性の得られる１０−程度ま
で研磨することも容易にできる。また、ウェーハ状態で
ＩｎＳｂ層を研磨して薄くした後、従来と同じ方法でｐ
−ｎ接合、絶縁膜、電極金属を形成するので、従来のよ
うにダイシングして個々のチップにした後に研磨を行う
必要がない。本発明ではダイシングして個々のチップに
した後、そのままＣＯＤと圧接することができるので工
程が簡ｔ）ｔになる。

また従来法では個々のチップでの研磨工程での不良発生
が多く、問題であったが、本発明によれば個々のチップ
での研磨工程が不要になる。その結果、従来と比較して
、赤外センサ製作に要する時間と手数を著しく減少し、
製作歩留を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の赤外線センサの製造工程を示す断面図
、第２図は本発明に係わる赤外線センサを使用したＩＲ
，ＣＣＤ素子を示す断面図、第３図は従来法による赤外
線センサの製造工程を示す断面図である。１、］２・・・・・・・・・・・・・・・・ＩｎＳｂ基
板（ｒｒ形）２．１．３・・・・・・・・・・・・・旧
・・Ｉ’ｎ５ｂ（ｐ形）１．０１．．１１．２・・・・
・・・・研磨等により除去したｎ５ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

　ＩｎＳｂの鏡面研磨した面と波長５．５μｍ以下の赤
外線に対し透過波長帯を有する物質の鏡面研磨した面と
を直接密着させて接合し、一体のウェーハにする工程と
、前記一体のウェーハのＩｎＳｂ層の厚さを減少する工
程と、厚さを減少した前記ＩｎＳｂ層に複数個のｐ−ｎ
接合を形成する工程とから成る半導体装置の製造方法。