JPH05259430A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH05259430A JPH05259430A JP4054668A JP5466892A JPH05259430A JP H05259430 A JPH05259430 A JP H05259430A JP 4054668 A JP4054668 A JP 4054668A JP 5466892 A JP5466892 A JP 5466892A JP H05259430 A JPH05259430 A JP H05259430A
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- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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- H01L2224/81007—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector involving a permanent auxiliary member being left in the finished device, e.g. aids for holding or protecting the bump connector during or after the bonding process
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Abstract
液体窒素温度より室温迄の温度変動の雰囲気に曝した場
合でも金属バンプが位置ずれしない装置の提供を目的と
する。 【構成】 第1の半導体基板1上に形成された半導体装
置3と、第2の半導体基板5上に形成された半導体装置
13とを、金属バンプ9,10を用いて電気的に結合するハイ
ブリッド型半導体装置において、第1、あるいは第2の
何れか一方の半導体基板1,5 を薄層化して、該薄層化し
た半導体基板1に、該薄層化していない半導体基板5に
近い熱膨張係数をもつ支持基板21を接着することで構成
する。
Description
化合物半導体基板に形成した光検知素子と、前記化合物
半導体基板と異なる熱膨張係数を有する半導体基板に形
成され、前記光検知素子で検知された信号を処理する信
号処理素子を金属バンプで接合したハイブリッド型の半
導体装置に関する。
外線に高感度を有する水銀・カドミウム・テルル(Hg
1-x Cdx Te)のような化合物半導体基板にフォトダイオ
ードのような光検知素子を形成し、該光検知素子で得ら
れた信号を信号処理する電荷転送素子のような信号処理
素子をシリコン(Si)基板に形成し、両者の素子をイン
ジウム(In)のような金属バンプで接合したハイブリッ
ド型の固体撮像素子のような光検知装置が形成されてい
る。
び高解像度化を図るために、前記した光検知素子を一枚
の化合物半導体基板に出来るだけ高密度に形成するとと
もに、該光検知素子自体の面積も大型化を図ることが望
まれ、そのため、前記素子に用いる化合物半導体基板、
或いはSi基板の面積を大型化することが望まれる。
面図を図2(a)に示す。図示するように、例えばp型のHg
1-x Cdx Te基板1には、所定のパターンでn型の不純物
原子であるボロン(B)原子がイオン注入されてn型層
2が形成され、pn接合が形成されてフォトダイオード
3が形成されている。そして該基板1の表面には硫化亜
鉛(ZnS) より成る絶縁膜4が形成されている。
オードで得られた信号を処理する電荷転送素子が形成さ
れ、前記p型のSi基板5に燐等の不純物原子をイオン注
入してn型層6を形成して該電荷転送素子の入力ダイオ
ード7が形成されている。
膜8が形成されている。そしてこの絶縁膜4,8 が開口さ
れ、フォトダイオード3のn型層2と、入力ダイオード
のn型層6同士がInの金属バンプ9,10を用いて接合され
ている。
固体撮像素子は熱雑音の影響を避けるために、通常77°
K の液体窒素温度で冷却して動作させている。上記した
Si基板5とHg1-x Cdx Te基板1とは熱膨張率が異なって
おり、動作時の液体窒素温度と、非動作時の室温迄の温
度変動で両者の基板1,5 に歪みが生じ、この歪みによる
応力が掛り、この応力が両者の基板1,5 間で異なる値を
示すので、両者の基板1,5 を接合している金属バンプ9,
10に亀裂や、位置ずれを発生したり、或いは甚だしい場
合には、金属バンプ9,10が、両者の基板1,5 より剥がれ
たりする問題がある。
ッド型の光検知装置においては、Si基板5とHg1-x Cdx
Te基板1のような異種半導体基板間の熱膨張係数の差に
より、熱歪みが生じるため、基板の面積を小さくした小
型のハイブリッド型固体撮像素子しか製造できない問題
がある。
子数の大規模化を図った場合、熱歪みにより金属バンプ
に応力が加わり接続不良が発生したり、両者の基板が損
傷し動作不良が起こり、信頼性を低下する問題を生じて
いた。
するために、特願平3-179301号に於いて図2(b)に示すよ
うに、光検知素子を形成したHg1-x Cdx Te基板1や、信
号処理素子を形成したSi基板5を薄層化し、該薄層化し
た基板1,5 をサファイア基板11に接着剤12を用いて貼着
することで、両者の基板1,5 の熱膨張率差によって金属
バンプ9,10が位置ずれするのを防止する方法を提案して
いる。
ド3を形成したHg1-x Cdx Te基板1を薄層化し、該薄層
化したHg1-x Cdx Te基板1をSi基板5に接着剤を用いて
貼着して、フォトダイオード3を形成したHg1-x Cdx Te
基板1の熱膨張率を信号処理素子13を形成したSi基板5
の熱膨張率に見掛け上合致するようにして金属バンプ9,
10の位置ずれを防止する方法を提案している。
5、或いはHg1-x Cdx Te基板1を薄層化する必要があ
る。そして図2(b)に示すように薄層化するHg1-x Cdx Te
基板1の研磨、或いはエッチングする寸法は、サファイ
ア基板11と接着した場合は、このサファイア基板11と薄
層化したHg1-x Cdx Te基板1を接着した基板の熱膨張量
が、相手のSi基板5と熱膨張量が合致する程度の寸法に
研磨する必要がある。
板1を薄層化する場合は、該薄層化したHg1-x Cdx Te基
板1とSi基板5を接着した熱膨張量は、相手の信号処理
素子13を形成したSi基板5の熱膨張量と等しく成る程度
の寸法に研磨、エッチングする必要があり、その作業が
複雑で困難である。
Hg1-x Cdx Te基板を薄層化して他の支持基板に接着して
合成した基板を形成した場合、この合成した基板の熱膨
張量が、相手のSi基板の熱膨張量と略等しくなるよう
に、前記支持基板の熱膨張量が制御できるような半導体
装置の提供を目的とする。
請求項1に示すように、第1の半導体基板上に形成され
た半導体装置と、第2の半導体基板上に形成された半導
体装置とを、金属電極を用いて電気的に結合するハイブ
リッド型半導体装置において、第1あるいは第2の何れ
か一方の半導体基板を薄層化して、該薄層化した半導体
基板に、該薄層化していない半導体基板に近い熱膨張係
数をもつ支持基板を接着することを特徴とするものであ
る。
2の両方の半導体基板を薄層化して、第1、第2の半導
体基板の中間の熱膨張係数をもつ支持基板を形成し、該
支持基板を前記第1および第2の半導体基板に接着した
ことを特徴とするものである。
を熱膨張係数の小さい半導体基板を構成する元素の粉
末、或いは該元素の酸化物を有機樹脂に混合して形成す
ることを特徴とするものである。
を形成し、薄層化したHg1-x Cd x Te基板1に、信号処理
素子13を形成したSi基板5に近い熱膨張係数を持ち、Si
の粉末、或いは二酸化シリコン( SiO2) よりなる粉末を
混合したエポキシ樹脂を固化した支持基板21を、エポキ
シ樹脂のような接着剤12にて貼着する。
形成したHg1-x Cdx Te基板1の熱膨張率は、支持基板21
の熱膨張率が支配的になり、この支持基板21の厚さを変
化させることで、支持基板21とHg1-x Cdx Te基板1とを
貼着した合成基板22の熱膨張率は、信号処理素子13を形
成したSi基板5の熱膨張率に近くなる。
板5の熱膨張率に近づけるには、支持基板21の厚さを変
動させることにより可能となる。つまり、合成基板22の
熱膨張率がSi基板5の熱膨張率と隔たっている場合は、
支持基板21の厚さを厚くする方向に持っていくことで可
能となる。
板21を接着した合成基板22とSi基板5を金属バンプ9,10
で接合して形成した半導体装置が、動作時の液体窒素温
度より非動作時の室温保管の温度に到る迄の温度変動が
生じても、金属バンプ9,10や両者の基板1,5 に加わる応
力が低減されるため、素子数の大規模化を行った場合で
も、上記した金属バンプ9,10の位置ずれや、剥離等の現
象が防止される。
細に説明する。図1(a)は本発明の第1実施例の半導体装
置の断面図であり、フォトダイオード3を形成したHg
1-x Cdx Te基板1は20μm 以下にエッチング、或いは研
磨により薄層化されている。このように20μm 以下に薄
層化する理由は、Si基板に近い熱膨張率を持つ支持基板
を形成して、Si基板とHg1-x Cdx Te基板の熱膨張係数差
が小さく保たれるようにするためである。
て信号処理素子13を形成する。そしてこの薄層化された
Hg1-x Cdx Te基板1には、エポキシ樹脂(商品名:アラ
ルダイト、チバガイギー社製)に粒径が10〜50μm のS
i、或いはSiO2を混入して固化した厚さが100 μm 程度
の支持基板21が、上記エポキシ樹脂より成る接着剤12に
て接着されている。このようにエポキシ樹脂にSi、或い
はSiO2の粉末を混合するのは、上記した支持基板21にSi
基板5と同様な熱膨張率を持たすようにするために行
い、この支持基板21の熱膨張係数の値は1.4 ×10
-6(k-1) で、上記したエポキシ樹脂の熱膨張係数は3.4
×10-5(k-1) である。
10-6(K-1) であるが、その上にSi粉末、或いはSiO2粉末
を混入したエポキシ樹脂よりなる支持基板の熱膨張係数
の値は1.4 ×10-6(k-1) であり、上記Hg1-x Cdx Te基板
1と支持基板21とを接着することで合成した基板の熱膨
張係数は、Siの熱膨張係数の1.21×10-6(K-1) に近い値
を示すようになる。
で、支持基板とHg1-x Cdx Te基板を接着した合成した合
成基板22の熱膨張率を、Si基板の熱膨張率により確実
に、近づけることが可能となる。
3を形成したHg1-x Cdx Te基板1と、信号処理素子13を
形成したSi基板5の両者の基板の熱膨張率が略等しくな
り、金属バンプ9,10の位置ずれや、亀裂を発生すること
が無くなり、高信頼度の半導体装置が得られる効果があ
る。
(b)に示すように、Hg1-x Cdx Te基板1のみでなく、Si
基板5をも薄層化して、両者の基板1,5 に共に、上記し
たエポキシ樹脂にSi、或いはSiO2の粉末を混入して固化
した支持基板21を接着剤12を用いて接着することで、両
者の基板1,5 の熱膨張率を支持基板21の熱膨張率に近く
することで、半導体装置の温度変動による基板の熱歪み
を緩和してもよい。
種半導体基板間の熱膨張係数差による熱歪みを緩和で
き、形成された固体撮像素子のような光検知装置を77°
K の低温より、室温の保管温度まで曝した場合でも、両
者の素子間を結合する金属バンプに位置ずれや、亀裂を
発生する現象が少なくなり、高信頼度のハイブリッド型
の光検知装置が得られる効果がある。
Claims (3)
- 【請求項1】 第1の半導体基板(1) 上に形成された半
導体装置(3) と、第2の半導体基板(5) 上に形成された
半導体装置(13)とを、金属バンプ(9,10)を用いて電気的
に結合するハイブリッド型半導体装置において、 第1、あるいは第2の何れか一方の半導体基板(1,5) を
薄層化して、該薄層化した半導体基板(1) に、該薄層化
していない半導体基板(5) に近い熱膨張係数をもつ支持
基板(21)を接着することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 第1の半導体基板(1) 上に形成された半
導体装置(3) と、第2の半導体基板(5) 上に形成された
半導体装置(13)とを、金属バンプ(9,10)を用いて電気的
に結合するハイブリッド型半導体装置において、 第1、第2両方の半導体基板(1,5) を薄層化して、該第
1、第2の半導体基板(1,5) の中間の熱膨張係数をもつ
支持基板(21)を形成し、該支持基板(21)を前記第1およ
び第2の半導体基板(1,5) に接着したことを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項3】 請求項1、或いは2に記載の支持基板(2
1)を熱膨張係数が小さい半導体基板(5) を構成する元素
の粉末、或いは該元素の酸化物を有機樹脂に混合して形
成したことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP04054668A JP3114759B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 半導体装置 |
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---|---|---|---|
JP04054668A JP3114759B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 半導体装置 |
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JPH05259430A true JPH05259430A (ja) | 1993-10-08 |
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JP04054668A Expired - Fee Related JP3114759B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 半導体装置 |
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JP (1) | JP3114759B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0817962A (ja) * | 1994-07-04 | 1996-01-19 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及び半導体パッケージ |
JPH08255887A (ja) * | 1995-03-17 | 1996-10-01 | Toshiba Corp | ハイブリッド型半導体装置およびその製造方法 |
JP2001150399A (ja) * | 1999-10-08 | 2001-06-05 | Agilent Technol Inc | 熱張係数の異なる材料間の低応力界面及びその製造方法 |
EP1134804A3 (en) * | 2000-03-16 | 2003-08-06 | Texas Instruments Incorporated | Thermally enhanced semiconductor carrier |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
FR3057706B1 (fr) | 2016-10-19 | 2018-12-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede de realisation d’une puce microelectronique destinee a etre hybridee a une deuxieme puce |
-
1992
- 1992-03-13 JP JP04054668A patent/JP3114759B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP3114759B2 (ja) | 2000-12-04 |
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