JPH0536894A - ハイブリツド型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

ハイブリツド型半導体装置及びその製造方法

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JPH0536894A
JPH0536894A JP21589491A JP21589491A JPH0536894A JP H0536894 A JPH0536894 A JP H0536894A JP 21589491 A JP21589491 A JP 21589491A JP 21589491 A JP21589491 A JP 21589491A JP H0536894 A JPH0536894 A JP H0536894A
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JP
Japan
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electrode
substrate
columnar
semiconductor device
planar
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Application number
JP21589491A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiharu Komine
義治 小峰
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/81Methods 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートサイクルで電極剥離,基板破壊等が発
生しない高信頼性ハイブリッド型半導体装置を得る。 【構成】 Si基板1のIn柱が形成された面を下方に
向けてInの融点(154℃)以上の160℃に加熱す
ることでIn柱を溶融し、重力の作用の利用して鉛直方
向に変形させた状態で、下方に配置したCdHgTe基
板2の平面電極8に当接させて固化させ、基板1,2を
電気的,機械的に接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は機能性素子が2次元的
に平面内に形成され、それぞれの素子の電極が各素子に
対応して2次元的に配置されている第1の平面基板と、
別の機能を有する素子及びその電極が第1の平面基板と
鏡像の位置に形成されている第2の平面基板とを、柱状
のインジウム等の電極(バンプ)で鏡像関係にある第1
及び第2の平面基板の各電極を結線することにより電気
的,機械的に結合させたいわゆるハイブリッド型デバイ
スの構造及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4はSPIE,Vol.1341,Infrared Technol
ogy XVI(1990), 316ページに示された従来のハイブリッ
ド型半導体装置の構造並びに製造方法を示す図であり、
例えばこの例では第1の平面基板1は、赤外線を吸収し
電気信号に変換するカドミウム水銀テルル(CdHgT
e)を機能性素子として有し、第2の平面基板2は第1
の平面基板1の各pn接合3で発生した電気信号を順番
に転送するシリコンの電荷結合素子(Charge Coupled D
evice:CCD)を機能性素子として有するものである。
【0003】図において、また2は第1の平面基板でC
dHgTeからなり、6は第2の基板1形成されたフォ
トダイオードのpn接合であり、各pn接合6に対応す
るCr/Au等の平面電極8が設けられ、さらに各電極
8間はZnS等の絶縁膜で隔てられている。1は第1の
平面基板でSiからなり、3は第1の基板1に形成され
たCCDの電荷注入用のpn接合であり、各pn接合3
に対応するAl等の平面電極5が設けられ、さらに各電
極5間はSiN等の絶縁膜で隔てられている。また、9
は基板2側に形成されたインジウム柱(バンプ電極)で
ある。
【0004】次に製造方法につてい説明する。まずCC
Dが形成された平面基板2に通常の写真製版技術を用い
てインジウムのバンプ電極9を各電極8上に形成した
後、バンプ電極9を上に向けて第2の平面基板2をイン
ジウムの溶融温度(154℃)以上に加熱するとインジ
ウムは図4(a) に示すように球状となる。この後第1及
び第2の平面基板1,2を図4(a) のように第1の基板
1を上に、第2の基板2を下に配置し、基板1を徐々に
下げると、インジウムが室温では軟らかい金属のため図
4(b) のように圧着され、第1及び第2の基板1,2が
電気的,機械的に接合される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のハイブリッド型
半導体装置は以上のようにして製造されているため、図
4(b) でも明らかなようにバンプ電極の基板垂直方向の
高さはその水平方向の径より大きくすることができな
い。一般にハイブリッド型デバイスでは第1の平面基板
と対向する第2の平面基板とはその材質が異なり、従っ
て熱膨張係数が異なる。例えば先の従来例では基板1
(CdHgTe),基板2(Si)の線膨張係数はそれ
ぞれ6×10-6/k,2×10-6/kである。そのため
デバイスを液体窒素温度(77k)で使用する場合など
では基板1に引張り応力が、また基板2には圧縮応力が
発生する。これら応力は軟らかいインジウムで吸収され
るが低温ではインジウムも硬くなり上記応力を充分吸収
できず、何回かの室温と低温(77k)のヒートサイク
ルで電極が剥がれたり、また基板が破壊したりする等の
問題点かあった。
【0006】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ヒートサイクルによる電極剥
離,基板破壊等を低減し、信頼性の高いハイブリッド型
半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係るハイブリ
ッド型半導体装置及びその製造方法は、第1の基板上に
バンプ電極を形成し、該電極を下方に向けた状態で基板
を加熱して電極を軟化させて鉛直方向に熱変形させた
後、第2の基板上に形成された平面電極に当接させて固
化し、第1及び第2の基板を機械的かつ電気的に接合す
るようにしたものである。
【0008】
【作用】この発明においては、第1の基板上に柱状電極
を形成し、該電極を下方に向けた状態で基板を加熱して
電極を軟化させるようにしたから、重力の作用により柱
状電極が鉛直方向に変形し、柱状電極の高さがその径よ
り大きくなり、第2の基板上に形成された平面電極に当
接させて固化することで、従来よりも基板間が離間し、
熱膨張係数の差により発生する基板間の応力が吸収され
易くなる。
【0009】
【実施例】以下この発明の一実施例によるハイブリッド
型デバイスの構造及びその製造方法について説明する。
図1において、図4と同一符号は同一または相当部分を
示し、91はインジウム(In)を用いたバンプ電極で
あり、基板間を接合する前は耐熱性の大きいSi基板1
側に形成されている。
【0010】次に製造方法について説明する。まずSi
基板1のAl電極5上に通常の厚膜リフトオフ法により
In柱を形成する。このときの電極5/In柱のピッチ
は50μmで、In柱の高さ(基板垂直方向)は25μ
m、径(基板水平方向)は30μmである。このSi基
板1をCdHgTe基板2上に互いの各電極が鏡像関係
の位置にくるように配置した後、Si基板1をInの融
点(154℃)以上の160℃に加熱する。するとIn
柱は溶融し図1(a) のように重力の作用により鉛直方向
に延び、径よりも高さの方が大きくなる(径/高=1.
5)。この状態でSi基板1を下げるとIn柱91の頂
点がCdHgTe基板2側の各電極8に接する。この状
態でSi基板1の移動を止め、同時に温度を下げると図
1(b) の状態でIn柱91が固化し、電極のアスペクト
比1.1〜1.2にて基板1,2が電気的,機械的に接
合される。
【0011】このように本実施例によれば、Si基板1
のIn柱が形成された面を下方に向けてInの融点(1
54℃)以上の160℃に加熱することでIn柱を溶融
し、重力の作用の利用して鉛直方向に変形させた状態
で、下方に配置したCdHgTe基板2の平面電極8に
当接させて固化させ、基板1,2を電気的,機械的に接
合するようにしたから、形成されたバンプ電極91は、
その径に比べ高さの方が大きいものとなり(径/高=
1.1〜1.2)、動作時のヒートサイクルで基板1,
2間に引っ張り応力や圧縮応力が働いても、従来に比べ
基板間が離間しているために応力が吸収され易く、その
ため電極91が剥がれたり、また基板1,2が破壊した
りする等の不具合を低減することができる。
【0012】図2は本発明の第2の実施例によるハイブ
リッド型デバイスの製造方法を示す図であり、上記実施
例と同様にして図2(a) に示すように、Si基板1にI
n柱を形成した後、平面基板1を160℃に加熱する。
その後基板1の上部を回転運動の中心側として、基板1
及び2の相対位置を変えずに基板1,2を回転させる。
この回転運動により図2(b) に示すように、In柱91
に遠心力が印加され図2(a) よりさらに伸長変形してそ
の径は細くなる。回転数を上げていきIn柱91が基板
2の平面電極8に接したら回転数増加を止め、一定にす
るとともに基板1の温度を下げる。そしてIn柱が固化
したら回転も止める。このようにすることで第1の実施
例よりもさらに細長いインジウムバンプ91aを形成す
ることができる。
【0013】なお下側に位置する基板2側に電極91を
形成して、基板2側を中心軸側に位置させて遠心運動の
みで細長いインジウムバンプを形成することも条件によ
っては可能である。
【0014】また図3は本発明の第3の実施例によるハ
イブリッド型デバイスの製造方法を示す図であり、上記
第2の実施例と同様にして図3(a) に示すように、In
柱を形成したSi基板1を160℃に加熱してIn柱を
溶融し、基板2の平面電極8と接触させる。そして基板
1の温度が160℃の状態で、即ちIn柱91が溶融し
ている状態で、基板1を基板2に対して上方へ戻す等し
て基板間の間隔を大きくすると図3(b) に示すように、
In柱91は伸長変形して長く細くなる。この後基板1
の温度を下げることにより細長いInバンプ91bで基
板1と基板2とが電気的,機械的に接合される。
【0015】なお上記各実施例では基板1にSiを用
い、基板2にCdHgTeを用いたが、基板1及び2の
材料はこれに限られるものではなく、また各基板に形成
される機能性素子の種類もCCDやフォトダイオード以
外であってもよいことは言うまでもない。
【0016】さらに上記実施例ではバンプ電極にインジ
ウム(In)を用いたものを示したが、バンプ電極とし
て用いられる材料はこれに限られるものでないことは言
うまでもない。
【0017】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第1の
基板上に柱状電極を形成し、該電極を下方に向けた状態
で基板を加熱して電極を軟化させるようにしたから、重
力の作用により電極が鉛直方向に変形し、バンプ電極の
高さがその径より大きくなり、第2の基板上に形成され
た平面電極に当接させて固化することで、従来よりも基
板間が離間し、細長いバンプ電極で接合することがで
き、熱膨張係数の差により発生する基板間の応力が容易
に吸収でき、その結果、電極剥離,基板破壊等の少ない
信頼性の高いハイブリッド型デバイスを得ることができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるハイブリッド型半導
体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図2】この発明の第2の実施例によるハイブリッド型
半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図3】この発明の第3の実施例によるハイブリッド型
半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図4】従来のハイブリッド型半導体装置及びその製造
方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1 第1の平面基板 2 第2の平面基板 3,6 pn接合 4,7 絶縁膜 5,8 電極 91 柱状電極(バンプ電極)
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年9月29日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】図において、2は第の平面基板でSi
らなり、6は第2の基板2上に形成されたCCDの電荷
注入用のpn接合であり、各pn接合6に対応するCr
/Au等の平面電極8が設けられ、さらに各電極8間は
SiN等の絶縁膜で隔てられている。1は第1の平面基
板でCdHgTeからなり、3は第1の基板1に形成さ
れたフォトダイオードのpn接合であり、各pn接合3
に対応するAl等の平面電極5が設けられ、さらに各電
極5間はZnS等の絶縁膜で隔てられている。また、9
は基板2側に形成されたインジウム柱(バンプ電極)で
ある。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】
【実施例】以下この発明の一実施例によるハイブリッド
型デバイスの構造及びその製造方法について説明する。
図1において、図4と同一符号は同一または相当部分を
示し、ここでは第1の平面基板1としてCCDのpn接
合が形成されたSi基板を用い、第2の平面基板2とし
てフォトダイオードのpn接合6が形成されたCdHg
Te基板を用いる。また91はインジウム(In)を用
いたバンプ電極であり、基板間を接合する前は耐熱性の
大きいSi基板1側に形成されている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】なお上記各実施例では基板1にSiを用
い、基板2にCdHgTeを用いたが、それぞれの基板
の材料が逆であっても、あるいは基板1及び2の材料
他のものを用いてもよく、また各基板に形成される機能
性素子の種類もCCDやフォトダイオード以外であって
もよいことは言うまでもない。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 25/07 25/18

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の平面基板面に形成された第1の平
    面電極と、第2の平面基板面の、上記第1の平面電極と
    対向する位置に形成された第2の平面電極と、上記第1
    及び第2の平面電極とを電気的かつ機械的に接合する柱
    状電極とを備えたハイブリッド型半導体装置において、 上記柱状電極は、その径方向の寸法よりも高さ方向の寸
    法の方が大きくなるように形成されたものであり、 該電極の高さの方向の寸法が上記第1及び第2の平面基
    板間の離間距離となっていることを特徴とするハイブリ
    ッド型半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1の平面基板面に第1の平面電極を形
    成し、第2の平面基板面の、上記第1の平面電極と対向
    する位置に第2の平面電極を形成し、上記第1及び第2
    の平面電極とを柱状電極を用いて電気的かつ機械的に接
    合し、ハイブリッド型半導体装置を製造する方法におい
    て、 第1の平面基板の平面電極上に柱状電極を形成した後、
    該柱状電極を鉛直方向に向けて第1の平面基板を加熱
    し、柱状電極を鉛直方向に熱変形させる第1の工程と、 第2の平面基板を、その表面に形成された第2の平面電
    極が上記熱変形した柱状電極と対向するように配置し、
    両基板間を近接させて上記熱変形した柱状電極を第2の
    平面電極に接着させる第2の工程と、 上記第1の平面基板の温度を下げて上記熱変形した柱状
    電極を固化し、両基板を固着する第3の工程とを含むこ
    とを特徴とするハイブリッド型半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のハイブリッド型半導体装
    置の製造方法において、 上記第2の工程は、 上記熱変形した柱状電極を第2の平面電極に対向するよ
    うに配置した状態で、第1の平面基板側を回転軸側とし
    て遠心運動を加えて柱状電極を伸長変形させて第2の平
    面電極に接着させるものであることを特徴とするハイブ
    リッド型半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のハイブリッド型半導体装
    置の製造方法において、 上記第2の工程は、 上記熱変形した柱状電極を第2の平面電極に接着させた
    後、両基板間を離間させて柱状電極を伸長変形させる工
    程を有することを特徴とするハイブリッド型半導体装置
    の製造方法。
JP21589491A 1991-07-31 1991-07-31 ハイブリツド型半導体装置及びその製造方法 Pending JPH0536894A (ja)

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