JPH06236981A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH06236981A
JPH06236981A JP5021592A JP2159293A JPH06236981A JP H06236981 A JPH06236981 A JP H06236981A JP 5021592 A JP5021592 A JP 5021592A JP 2159293 A JP2159293 A JP 2159293A JP H06236981 A JPH06236981 A JP H06236981A
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insulator
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Kenji Awamoto
健司 粟本
Yoichiro Sakachi
陽一郎 坂地
Shoji Doi
正二 土肥
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16135Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
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    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/38Effects and problems related to the device integration
    • H01L2924/381Pitch distance

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像素子に関し、熱膨張率が互いに異な
る半導体基板の膨張、収縮により金属バンプが位置ずれ
しても互いに接触しないようにした固体撮像素子を目的
とする。 【構成】 互いに熱膨張係数が異なるHgCdTe基板1とSi
基板5のうち、一方のHgCdTe基板1に光検知素子3を設
け、他方のSi基板5に前記光検知素子3の信号を処理す
る信号処理素子4を設けて、両者の半導体素子3,4を
金属バンプ6A, 6Bを用いて接続して成る固体撮像素子に
於いて、前記両者の基板1,5上に設けた金属バンプ6
A,6B間の隙間に絶縁体壁11A, 11Bを形成して、前記金
属バンプ6A,6Bを該絶縁体膜壁11A, 11Bにより隔離す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子に係り、特
に熱膨張係数が互いに異なる半導体基板に形成した半導
体素子同士を金属バンプで接続したハイブリッド型の固
体撮像素子に於いて欠陥画素の発生を防止した構造に関
する。
【0002】エネルギーギャップの狭い水銀・カドミウ
ム・テルル(HgCdTe)よりなる半導体基板上に複数の受
光素子を二次元的に配置した光電変換素子部と、光電変
換された信号を読み出すための信号処理部を設け、前記
HgCdTe基板より熱膨張係数が小さいSi基板とを金属バン
プで接続してハイブリッド型の固体撮像素子が形成され
ている。
【0003】このような赤外線固体撮像素子は、近年、
益々画素数を増大させ、高解像度化が図られている。こ
のような多数の画素のうち、一部でも欠陥画素が発生す
るとその固体撮像素子は使用できなくなるので、画素数
が増加しても欠陥画素の発生しない高信頼性、高耐久性
の赤外線固体撮像素子が要求されている。
【0004】
【従来の技術】従来のハイブリッド型の固体撮像素子
を、図4(a)の斜視図と図4(b)の断面図に示す。図4(a)と
図4(b)に示すように、例えばp型のHgCdTe基板1の所定
領域にボロン(B)等のn型の不純物原子をイオン注入
してn+ 層2を設けて形成した光検知素子3と、Si基板
5に上記光検知素子3で光電変換して得られた信号を処
理する信号処理素子4を設け、両者の半導体素子3,4 同
士をInの金属バンプ6A,6Bで接続してハイブリッド型の
固体撮像素子7が形成されている。
【0005】上記した光検知素子3と信号処理素子4と
は、室温に於いて両者の基板1,5 に同一のピッチで配設
しており、またその各々の半導体素子3,5 上に金属バン
プ6A,6B を設け、室温において金属バンプ6A,6B 同士を
赤外線カメラを備えたアライメント装置を用いて正確に
位置合わせしながら、2枚の基板1,5 を貼り合わせて金
属バンプ6A,6B 同士を圧着して接合している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した赤
外線を検知する固体撮像素子は、動作中に素子自身より
発生する熱によって生じる不要な熱雑音の信号を除去す
るために、例えば液体窒素温度(77 °K)の低温に冷却し
て動作させている。
【0007】図5(a)に示すように、この固体撮像素子7
の非動作時の温度T1は室温であり、図5(b)に示すよう
に、動作時には例えば液体窒素温度T2に冷却されている
ので、固体撮像素子を動作させる度に両者の基板1,5
は、(T1−T2)の温度差に曝されることになり、収縮、
膨張を繰り返すことになる。
【0008】上記したHgCdTe基板1とSi基板5のように
互いに熱膨張係数が異なる異種基板を貼り合わせた構造
の固体撮像素子に於いては、冷却時には両者の基板1,5
の端部の部分の金属バンプ6A-1と、6B-1の間に歪み量Δ
Lの歪みが発生する。この固体撮像素子の動作、非動作
による温度変動のサイクルを多数繰り返すと、図5(b)に
示すように金属バンプ6A,6B が変形し、図の切断部分で
示すように、金属バンプ6A-1,6B-1 に切断が発生するこ
とがある。
【0009】この場合、金属バンプが切断された1画素
の信号は読み出すことが出来ず、欠陥画素になるという
問題がある。また図6に示すように、例えば金属バンプ
6A-1と6B-1のつなぎ目の部分がずれると、図の金属バン
プ6A-1,6B-1 の接触部分Aで隣接する金属バンプ6A-2,6
B-2同士が互いに接触する場合がある。このような状態
では、光検知素子3Aと3Bで構成される2つの画素は互い
に混ざり合うために、2画素とも欠陥画素になる。
【0010】このように動作、非動作の温度サイクルを
繰り返す内に欠陥画素が発生するという不都合があり、
固体撮像素子の信頼性、或いは耐久性を低下させてい
た。本発明は上記した問題点を解決するもので、上記し
た温度変動によって仮に金属バンプが位置ずれしても、
画素同士が混じり合うような欠点を除去した固体撮像素
子の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、請求項1に示すように互いに熱膨張係数が異なる半
導体基板のうち、一方の半導体基板に光検知素子を設
け、他方の半導体基板に前記光検知素子の信号を処理す
る信号処理素子を設け、両者の半導体素子を金属バンプ
を用いて接続してなる固体撮像素子に於いて、前記各基
板上に設けた金属バンプ間の隙間に絶縁体壁を設け、前
記金属バンプを上記絶縁体壁で仕切られた空間部内に設
けたことを特徴とする。
【0012】また請求項2に示すように、前記絶縁体壁
を、前記両者の基板を貼り合わせて接続した時の基板間
の間隔と同程度の高さになるように設け、更に絶縁体壁
と金属バンプの間に隙間を設けたことを特徴とする。
【0013】また請求項3に示すように、前記各々の基
板に設ける各々の絶縁体壁の高さを、各々異なるように
設け、前記各々の基板に設ける金属バンプの間の隙間の
位置と、前記各々の基板に設ける絶縁体壁の間の隙間の
位置とを互いに異ならせたことを特徴とする。
【0014】
【作用】図1(a)と図1(b)に示す本発明の固体撮像素子に
於けるように、各々のHgCdTe基板1と、Si基板5に接続
する金属バンプ6A,6B の周辺部分で、金属バンプ6A,6B
の形成されていない両者の基板1,5 領域に絶縁体壁11を
設ける。この絶縁体壁11の高さが、両者の基板1,5 を貼
り合わせて接続した時の両者の基板1,5 間の間隔と略同
じ高さになるように、絶縁体壁11の高さを調整して形成
する。
【0015】また2枚の基板1,5 に設けた各々の絶縁体
壁11A,11B の間には適当な隙間dを設けておく。このよ
うな隙間dを設ける理由は、両者の基板1,5 の膨張、収
縮の際に絶縁体壁11A,11B が折れたり、曲がったりして
亀裂が発生しないようにする為に設ける。
【0016】また金属バンプ6A,6B と絶縁体壁11A,11B
の間にも適当な間隔の隙間sを設ける。この隙間sは前
記した歪み量ΔLに略等しくして、金属バンプ6A,6B が
収縮、膨張して傾いた時に絶縁体壁11A,11B に当たって
絶縁体壁11A,11B に亀裂や、位置ずれが発生しないよう
にする。
【0017】また本発明の固体撮像素子の他の構造とし
て図2に示すように、上記の両者の基板1,5 上に形成す
る金属バンプ6A,6B および絶縁体壁11A,11B の高さが、
互いに異なる高さとし、金属バンプ6A,6B 同士の接続点
AのSi基板5からの高さと、絶縁体壁11A,11B の接続点
BのSi基板5からの高さが異なるように形成する。この
ようにする理由は、金属バンプ6A,6B が両者の基板1,5
の歪みによって傾いた場合でも、上記した絶縁体壁11A,
11B で支えられるようになる。
【0018】更に図1(a)の構造と同様に、絶縁体壁11A,
11B 同士の間に隙間dを設けるとともに、縁体壁11A,11
B と金属バンプ6A,6B の間にも間隔sの隙間を設ける。
【0019】
【実施例】以下、図1〜図3を用いて本発明の実施例を
詳細に説明する。図1は本発明の固体撮像素子の第1実
施例を示す断面図と平面図、図2は第2実施例を示す断
面図、図3は本発明の固体撮像素子の動作断面図を示
し、図中において、図4〜図6と同一部材には同一符号
を付している。
【0020】本発明の固体撮像素子の第1実施例は、図
1(a)と図1(b)に示すように、金属バンプ6A,6B が設けら
れている両者の基板1,5 に於いて、該金属バンプ6A,6B
が設けられている領域の以外の領域にスピンオングラス
膜(SOG膜) や、或いはポリイミド膜のような絶縁性膜よ
りなる絶縁体壁11A,11B を設けた点にある。
【0021】この絶縁体壁11A,11B は金属バンプ6A,6B
より所定の間隔sを隔てて設けており、また絶縁体壁11
A,11B 同士は所定の間隔dを設けて形成している。この
ような間隔sとdを設けて絶縁体壁11A,11B を設けるこ
とで、図3(a)に示すように、接続された金属バンプ6A-
1,6B-1 の接続部分Aがずれた場合でも、隣接する金属
バンプ6A-2,6B-2 と接触するのが防止される。更に両者
の基板1,5 に歪みが発生した場合においても、絶縁体壁
11A と11B が隣接する正常な金属バンプ6A-2,6B-2 に接
触して影響を及ぼすことが無くなる。
【0022】また絶縁体壁11A と絶縁体壁11B の間に間
隔dを設けることで、両者の基板1,5 に仮に歪みが発生
した場合でも、両者の基板1,5 の膨張、収縮によって絶
縁体壁11A と11B が互いにぶつかり合い、折れたり,曲
がったりする事故を防止することができる。
【0023】また、本発明の固体撮像素子の第2実施例
を図2に示す。図示している如く、第2実施例では、両
者の基板1,5 に設ける金属バンプ6A,6B の接続点Aと、
両者の基板1,5 に設ける絶縁体壁11A,11B の接続点Bの
位置を互いに異ならせた点にある。
【0024】このようにすると、図3(b)に示すように、
仮に両者の基板1,5 の膨張、或いは収縮によって、両者
の金属バンプ6A,6B が折れ曲がり、位置ずれした場合で
も、接続のずれた位置が両者の絶縁体壁11B の接続点B
に合致しないので、絶縁体壁11A,11B が支えとなって、
金属バンプ6A,6B の接続のずれ量を低減でき、金属バン
プ6Aと6Bの接続部Aが剥がれるまでには至らない。
【0025】なお、上記した実施例では、絶縁体壁11A,
11B を両者の基板に設けているが、この絶縁体壁をHgCd
Te基板1、或いはSi基板5の何れか一方に設けても良
い。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば極めて簡単な構成で、固体撮像素子の動作、非動
作に於いて、両者の基板を室温の非動作温度より例えば
液体窒素温度の動作温度の間の温度変動の環境に曝した
場合でも、両者の金属のバンプの切断、或いは隣接する
金属バンプ同士の接触の機会を減少させることができ、
欠陥画素の発生を防止した高信頼度、高耐久度の固体撮
像素子を得ることが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の固体撮像素子の第1実施例を示す断
面図と平面図である。
【図2】 本発明の固体撮像素子の第2実施例を示す断
面図である。
【図3】 本発明の固体撮像素子の動作を示す断面図で
ある。
【図4】 従来の固体撮像素子の説明図である。
【図5】 従来の固体撮像素子の不都合な状態を示す断
面図である。
【図6】 従来の固体撮像素子の不都合な状態を示す断
面図である。
【符号の説明】
1はHgCdTe基板 2はn+ 層 3は光検知素子 4は信号処理素子 5はSi基板 6A,6B,6A-1,6B-1,6A-2,6B-2 は金属バンプ 7は固体撮像素子 11A,11B は絶縁体壁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに熱膨張係数が異なる半導体基板
    (1,5) のうち、一方の半導体基板(1) に光検知素子(3)
    を設け、他方の半導体基板(5) に前記光検知素子(3) の
    信号を処理する信号処理素子(4) を設けて、両者の半導
    体素子(3,4) を金属バンプ(6A,6B) を用いて接続してな
    る固体撮像素子に於いて、 前記両者の基板(1,5) 上に設けた金属バンプ(6A,6B) 間
    の隙間に絶縁体壁(11A,11B) を形成して、前記各金属バ
    ンプ(6A,6B) を該絶縁体壁(11A,11B) により隔離したこ
    とを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項2】 前記絶縁体壁(11A,11B) は、前記両者の
    基板(1,5) を貼り合わせて接合した時の両者の基板(1,
    5) 間の間隔と同程度の高さになるように形成し、更に
    絶縁体壁(11A,11B) と金属バンプ(6A,6B) の間に隙間を
    設けたことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
  3. 【請求項3】 前記両者の基板(1,5) に設ける前記絶縁
    体壁(11A,11B) の高さをそれぞれ異なるように形成し
    て、該基板(1,5) に設けた金属バンプ(6A,6B)間の接合
    面位置と、前記基板(1,5) に設ける絶縁体壁(11A,11B)
    間の隙間位置とを互いに位置ずれさせたことを特徴とす
    る請求項1の固体撮像素子。
JP5021592A 1993-02-10 1993-02-10 固体撮像素子 Withdrawn JPH06236981A (ja)

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