JPH08130297A - Infrared detector and manufacture thereof - Google Patents

Infrared detector and manufacture thereof

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JPH08130297A
JPH08130297A JP6267932A JP26793294A JPH08130297A JP H08130297 A JPH08130297 A JP H08130297A JP 6267932 A JP6267932 A JP 6267932A JP 26793294 A JP26793294 A JP 26793294A JP H08130297 A JPH08130297 A JP H08130297A
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JP
Japan
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infrared
detecting element
infrared detecting
layer
compound semiconductor
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Withdrawn
Application number
JP6267932A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Murakami
聡 村上
Koji Ebe
広治 江部
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08130297A publication Critical patent/JPH08130297A/en
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Abstract

PURPOSE: To enhance the reliability of an infrared detector having large chip size and high resolution by eliminating the release of In bump, and crack and release of an HgCdTe layer. CONSTITUTION: After a compound semiconductor layer 2 for an infrared detecting element is epitaxially grown on a silicon semiconductor substrate 1, a damage 3 is formed at one side of the layer 2 for forming the element, and a cleavage line 4 is formed from the damage 3 as a starting point, thereby dividing only the layer 2 into a plurality of small areas.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は赤外線検出装置及びその
製造方法に関するものであり、特に、10μm帯の赤外
線を検出する高感度のHgCdTe赤外線検出装置、及
び、HgCdTe赤外線検出装置とシリコン信号処理回
路基板とを一体化させた赤外線検出装置及びその製造方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared detector and a method of manufacturing the same, and more particularly to a highly sensitive HgCdTe infrared detector for detecting infrared rays in the 10 μm band, and an HgCdTe infrared detector and a silicon signal processing circuit. The present invention relates to an infrared detection device integrated with a substrate and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、赤外線検出装置としてはSiをは
じめとして、各種の化合物半導体が用いられているが、
10μm帯の赤外光を高感度に検出するためには、Hg
CdTe結晶が用いられていた。 図5参照 この従来の赤外線検出装置(赤外線固体撮像装置)は、
CdTe基板11上にエピタキシャル成長させた厚さ1
0〜20μmのHgCdTe層7に不純物の拡散等によ
り、多数のpn接合を形成して赤外線検出素子8からな
るアレイを形成し、この赤外線検出素子アレイと、赤外
線検出素子8からの検出信号を処理する信号処理回路を
設けたシリコン半導体基板からなるシリコン信号処理回
路基板9とをInバンプ10を介して貼り合わせて形成
していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, various compound semiconductors such as Si have been used as an infrared detector.
In order to detect infrared light in the 10 μm band with high sensitivity, Hg
CdTe crystals have been used. See FIG. 5. This conventional infrared detection device (infrared solid-state imaging device)
Thickness 1 epitaxially grown on CdTe substrate 11
A large number of pn junctions are formed in the HgCdTe layer 7 of 0 to 20 μm by diffusion of impurities or the like to form an array of infrared detection elements 8 and the detection signals from the infrared detection element array and the infrared detection elements 8 are processed. And a silicon signal processing circuit board 9 made of a silicon semiconductor substrate provided with a signal processing circuit for forming the signal processing circuit.

【0003】しかし、赤外線固体撮像装置の解像度の向
上が要求されるにつれて、画素数の増加が必要となり、
画素数の増加に伴ってチップサイズも大きくなっていっ
た。そして、チップサイズが大きくなるにつれて、赤外
線固体撮像装置の動作時において信号処理回路基板を構
成するSiと赤外線検出素子アレイを構成するHgCd
Teとの熱膨張係数の差に起因する熱歪みの絶対量も大
きくなり、この熱歪みにより基板の反り等が生じてIn
バンプの剥がれが発生し、赤外線固体撮像装置の信頼性
が低下する原因となっている。
However, as the resolution of the infrared solid-state image pickup device is required to be improved, the number of pixels must be increased,
As the number of pixels increased, so did the chip size. Then, as the chip size increases, Si forming the signal processing circuit board and HgCd forming the infrared detection element array during operation of the infrared solid-state imaging device.
The absolute amount of thermal strain caused by the difference in thermal expansion coefficient from Te also increases, and the thermal strain causes warpage of the substrate and the like.
Peeling of the bumps is a cause of deterioration in reliability of the infrared solid-state imaging device.

【0004】そこで、この問題を解決するために、成長
基板としてシリコン半導体基板を用い、このシリコン半
導体基板上にHgCdTe結晶からなる赤外線検出素子
アレイを形成することや、信号処理回路を形成したシリ
コン半導体基板上にHgCdTe赤外線検出素子を選択
的に形成することが提案されている。
In order to solve this problem, therefore, a silicon semiconductor substrate is used as a growth substrate, and an infrared detection element array made of HgCdTe crystal is formed on the silicon semiconductor substrate, and a silicon semiconductor having a signal processing circuit is formed. It has been proposed to selectively form an HgCdTe infrared detection element on a substrate.

【0005】図6(a)参照 まず、提案の一つは、シリコン半導体基板1上にヘテロ
エピタキシャル成長させたHgCdTe層7に不純物の
拡散等により、多数のpn接合を形成して赤外線検出素
子8からなるアレイを形成し、この赤外線検出素子アレ
イと、信号処理回路を形成したシリコン信号処理回路基
板9とをInバンプ10を介して貼り合わせるもので、
成長基板としてCdTe基板の代わりにシリコン半導体
基板1を用いることによって赤外線検出素子アレイと、
シリコン信号処理回路基板9との熱膨張係数を略等しく
させるものであり、この構成によりInバンプの剥がれ
を防止するものである。
Referring to FIG. 6A, one of the proposals is to form a large number of pn junctions in the HgCdTe layer 7 heteroepitaxially grown on the silicon semiconductor substrate 1 by diffusing impurities, etc. The infrared detection element array and the silicon signal processing circuit board 9 on which the signal processing circuit is formed are bonded to each other via the In bumps 10.
By using the silicon semiconductor substrate 1 as the growth substrate instead of the CdTe substrate, an infrared detection element array,
The coefficient of thermal expansion of the silicon signal processing circuit board 9 is made substantially equal, and this configuration prevents the peeling of the In bump.

【0006】図6(b)参照 次に、もう一つの提案は、シリコン信号処理回路基板9
の信号処理回路を形成した側の面にHgCdTe赤外線
検出素子12を選択的に形成し、信号処理回路要素とH
gCdTe赤外線検出素子12とをボンディングワイヤ
等により電気的に接続するものであり、この場合にはI
nバンプを用いていないので、Inバンプの剥がれの問
題は生じないものである。なお、選択的に形成する方法
としては、成長阻止マスクを用いた選択エピタキシャル
成長法を用いれば良いものである。
[0006] Next, another proposal is a silicon signal processing circuit board 9
HgCdTe infrared detection element 12 is selectively formed on the surface on which the signal processing circuit of FIG.
The gCdTe infrared detecting element 12 is electrically connected with a bonding wire or the like. In this case, I
Since the n-bump is not used, the problem of peeling the In-bump does not occur. As a selective formation method, a selective epitaxial growth method using a growth prevention mask may be used.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
2つの改良提案によって、Inバンプの剥がれの問題は
解消できるものの、前者においては成長基板としてシリ
コン半導体基板を用いているので、シリコン半導体基板
とHgCdTe層の熱膨張係数の差によりHgCdTe
層自体に剥離や割れが生じ、やはり信頼性に問題があっ
た。
However, although the problem of peeling of the In bump can be solved by the above two proposals for improvement, since the silicon semiconductor substrate is used as the growth substrate in the former, the silicon semiconductor substrate and HgCdTe are used. HgCdTe due to the difference in the thermal expansion coefficient of the layers
Peeling and cracking occurred in the layer itself, and there was still a problem with reliability.

【0008】このHgCdTe層の剥離や割れの問題を
解決するためには、エッチングにより分離溝を設けてH
gCdTe層を複数の小領域に分割して、HgCdTe
層にかかる歪みを低減すれば良いが、ウェット・エッチ
ングによってもドライ・エッチングによっても急峻な細
い溝を形成することが困難であるので、集積度の向上の
妨げとなり、また、分離溝部には赤外線検出素子を配置
できないので、解像度も低下することになる。
In order to solve the problem of peeling or cracking of the HgCdTe layer, a separation groove is provided by etching to form H
The gCdTe layer is divided into a plurality of small regions, and HgCdTe is
Although it is sufficient to reduce the strain applied to the layer, it is difficult to form a sharp narrow groove by wet etching or dry etching, which hinders the improvement of the integration degree. Since the detection element cannot be arranged, the resolution is also reduced.

【0009】一方、後者の場合には、信号処理回路要素
とHgCdTe赤外線検出素子12との電気的接続が非
常に困難であり、また、信号処理回路を形成したシリコ
ン半導体基板表面に選択エピタキシャル成長させること
も実際には非常に困難なものである。
On the other hand, in the latter case, the electrical connection between the signal processing circuit element and the HgCdTe infrared detecting element 12 is very difficult, and selective epitaxial growth is performed on the surface of the silicon semiconductor substrate on which the signal processing circuit is formed. Is actually very difficult.

【0010】したがって、本発明は、簡単な構造及び製
造工程によりInバンプの剥がれ及びHgCdTe層の
割れ・剥離をなくし、チップサイズの大きな高解像度の
赤外線検出装置の信頼性を高めることを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to eliminate the peeling of the In bump and the cracking / peeling of the HgCdTe layer by a simple structure and manufacturing process, and to enhance the reliability of a high resolution infrared detecting device having a large chip size. .

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理的
構成の説明図であり、また、図2は本発明の第2の実施
例の原理的構成の説明図であり、この図1及び図2を用
いて課題を解決するための手段を説明する。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle configuration of the second embodiment of the present invention. Means for solving the problems will be described with reference to FIGS.

【0012】図1(a)乃至(c)参照 本発明は、赤外線検出装置において、シリコン等の単結
晶半導体基板1上に赤外線検出素子形成用化合物半導体
層2をエピタキシャル成長させたのち、赤外線検出素子
形成用化合物半導体層2の一辺にキズ3(図においては
3箇所)をつけ、このキズ3を起点とした劈開線4を形
成することにより赤外線検出素子形成用化合物半導体層
2のみを小領域に分割することを特徴とするものであ
る。
1 (a) to 1 (c), the present invention relates to an infrared detecting device in which an infrared detecting device forming compound semiconductor layer 2 is epitaxially grown on a single crystal semiconductor substrate 1 such as silicon, and then the infrared detecting device is used. Scratches 3 (three places in the figure) are formed on one side of the compound semiconductor layer 2 for forming, and a cleavage line 4 starting from these scratches 3 is formed, so that only the compound semiconductor layer 2 for forming the infrared detection element is formed in a small region. It is characterized by division.

【0013】また、本発明は、単結晶半導体基板1上に
赤外線検出素子形成用化合物半導体層2をエピタキシャ
ル成長させた半導体ウェハに周期的熱サイクルを加え、
単結晶半導体基板と赤外線検出素子形成用化合物半導体
層2との熱膨張係数の差に基づく歪みにより、赤外線検
出素子形成用化合物半導体層2のみに劈開を生じさせる
ことを特徴とする。また、本発明は、半導体ウェハを急
冷することによって歪みを与え、劈開を生じさせること
を特徴とする。
Further, according to the present invention, a periodic thermal cycle is applied to a semiconductor wafer in which a compound semiconductor layer 2 for forming an infrared detection element is epitaxially grown on a single crystal semiconductor substrate 1.
It is characterized in that only the infrared detecting element forming compound semiconductor layer 2 is cleaved by the strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the single crystal semiconductor substrate and the infrared detecting element forming compound semiconductor layer 2. Further, the present invention is characterized in that the semiconductor wafer is rapidly cooled to be distorted and cleaved.

【0014】図2(b)参照 また、本発明は、単結晶半導体基板1上にエピタキシャ
ル成長させた赤外線検出素子形成用化合物半導体層2の
複数の赤外線検出素子アレイ形成領域5を分離溝6によ
って互いに分離し、赤外線検出素子アレイ形成領域5ご
とにキズ3を設けて劈開し、劈開線4を形成することを
特徴とする。
Further, according to the present invention, the plurality of infrared detecting element array forming regions 5 of the infrared detecting element forming compound semiconductor layer 2 epitaxially grown on the single crystal semiconductor substrate 1 are separated from each other by the separating groove 6. It is characterized in that the infrared ray detecting element array forming region 5 is separated, and a scratch 3 is provided for each infrared ray detecting element array forming region 5 for cleavage to form a cleavage line 4.

【0015】[0015]

【作用】本発明においては、赤外線検出素子形成用化合
物半導体層のみを劈開線によって複数の小領域に分割す
るので、単結晶半導体基板との熱膨張係数の差に基づく
赤外線検出素子形成用化合物半導体層の剥離や割れが生
じなくなる。
In the present invention, since only the compound semiconductor layer for forming the infrared detecting element is divided into a plurality of small regions by the cleavage line, the compound semiconductor for forming the infrared detecting element based on the difference in thermal expansion coefficient from the single crystal semiconductor substrate. No layer peeling or cracking occurs.

【0016】また、半導体ウェハにキズを付けたのち、
周期的熱サイクルや急冷等の熱処理を加えることによっ
て劈開を発生させるので、プレスによる押圧等の機械的
力を加える必要がなく、赤外線検出素子の特性に悪影響
を与えることがなくなる。
After scratching the semiconductor wafer,
Since cleavage is generated by applying a heat treatment such as a periodic heat cycle or rapid cooling, it is not necessary to apply a mechanical force such as pressing by a press, and the characteristics of the infrared detection element are not adversely affected.

【0017】図2(a)参照 また、単結晶半導体基板上にエピタキシャル成長させた
赤外線検出素子形成用化合物半導体層の複数の赤外線検
出素子アレイ形成領域を劈開前に分離溝によって互いに
分離しておくので、図2(a)の場合のように劈開の影
響が他の赤外線検出素子アレイ形成領域に及ぶことがな
く、したがって、劈開線4が他の赤外線検出素子アレイ
形成領域に形成した赤外線検出素子を分断して素子不良
を起こすことがなくなる。
Also, as shown in FIG. 2A, since a plurality of infrared detecting element array forming regions of the infrared detecting element forming compound semiconductor layer epitaxially grown on the single crystal semiconductor substrate are separated from each other by separation grooves before cleavage. As in the case of FIG. 2A, the influence of the cleavage does not extend to other infrared detecting element array forming regions, so that the cleavage line 4 can detect the infrared detecting elements formed in other infrared detecting element array forming regions. There is no possibility of device failure due to division.

【0018】[0018]

【実施例】図3は本発明の第1の実施例の説明図であ
り、図3(a)は赤外線検出素子アレイの上面図であ
り、図3(b)は図3(a)の一点鎖線で示すa−a’
間において切断した場合の断面図であり、図3(c)は
シリコン信号処理回路基板を一体化した場合の赤外線検
出装置の断面図である。
FIG. 3 is an explanatory view of the first embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is a top view of an infrared detecting element array, and FIG. 3 (b) is one point of FIG. 3 (a). Aa 'shown by a chain line
FIG. 3C is a cross-sectional view in the case of being cut in between, and FIG. 3C is a cross-sectional view of the infrared detection device in which the silicon signal processing circuit board is integrated.

【0019】図3(a)及び(b)参照 まず、(100)面のシリコン半導体基板1上に、(1
11)面を主面とするp型Hg0.8 Cd0.2 Te層7を
エピタキシャル成長させたのち、ボロン(B)等のn型
不純物をイオン注入等により導入してpn接合を形成し
て多数の赤外線検出素子8からなる赤外線検出素子アレ
イを形成する。
Referring to FIGS. 3A and 3B, first, (1) is formed on the (100) plane silicon semiconductor substrate 1.
11) After epitaxially growing the p-type Hg 0.8 Cd 0.2 Te layer 7 having the plane as the main surface, an n-type impurity such as boron (B) is introduced by ion implantation or the like to form a pn junction and a large number of infrared rays are detected. An infrared detection element array including the elements 8 is formed.

【0020】次いで、安全剃刀の刃により赤外線検出素
子アレイの少なくとも一つの上辺の劈開を開始したい場
所にキズ3(図の場合には4箇所)を設けたのち、シリ
コン半導体基板1とHg0.8 Cd0.2 Te層7とからな
る半導体ウェハを、液体N2中へ浸漬して液体N2 温度
(77°K)まで冷却し、次いで、半導体ウェハを液体
2 中から引き上げて乾燥N2 を吹きつけることによっ
て室温まで昇温する熱サイクル、即ち、室温−液体N2
温度−室温の熱サイクルを1サイクルの周期を5分とし
て5サイクル行なってシリコン半導体基板1とHg0.8
Cd0.2 Te層7との熱膨張係数の差に基づく歪みによ
って劈開線4に沿った劈開を発生させ、Hg0.8 Cd
0.2 Te層7のみを複数の小領域(図の場合には5個)
に分割する。
Next, a scratch 3 (4 in the case of FIG. 3) is provided at a position where cleavage of at least one upper side of the infrared detection element array is to be started by a blade of a safety razor, and then the silicon semiconductor substrate 1 and Hg 0.8 Cd are formed. a semiconductor wafer consisting of 0.2 Te layer 7 for, by immersing into liquid N 2 in cooling to liquid N 2 temperatures (77 ° K), then blown dry N 2 by pulling the semiconductor wafer from the liquid N 2 By heat cycle, that is, room temperature-liquid N 2
A temperature-room temperature thermal cycle is performed for 5 cycles with a cycle of 5 minutes, and the silicon semiconductor substrate 1 and Hg 0.8
The cleavage along the cleavage line 4 is generated by the strain based on the difference in the coefficient of thermal expansion from the Cd 0.2 Te layer 7, and Hg 0.8 Cd
0.2 Te layer 7 only in multiple small areas (5 in the figure)
Split into.

【0021】なお、この場合、シリコン半導体基板1と
Hg0.8 Cd0.2 Te層7との劈開方向・劈開面は異な
るので、劈開線4の形成の際にシリコン半導体基板1に
劈開線4が走ることはない。また、劈開線4が赤外線検
出素子8を分断しないように、劈開の方向と赤外線検出
素子の配列方向との位置関係をオリエンテーションフラ
ットやX線回折を利用して確認しておく必要がある。
In this case, since the cleavage direction and the cleavage plane of the silicon semiconductor substrate 1 and the Hg 0.8 Cd 0.2 Te layer 7 are different, the cleavage line 4 runs on the silicon semiconductor substrate 1 when the cleavage line 4 is formed. There is no. Further, it is necessary to confirm the positional relationship between the cleavage direction and the arrangement direction of the infrared detection elements by using orientation flat or X-ray diffraction so that the cleavage line 4 does not divide the infrared detection elements 8.

【0022】図3(c)参照 次いで、Inからなるバンプ10を用いて赤外線検出素
子アレイを信号処理回路を形成したシリコン信号処理回
路基板9にアップサイドダウンにしてマウントし、赤外
線検出装置を完成する。この場合、シリコン半導体基板
1は10μm帯の赤外線に対して透明であるので、シリ
コン半導体基板1側から入射した赤外線はシリコン半導
体基板1に吸収されることなくHg0.8 Cd0.2 Te層
7に設けたpn接合に達することができる。
Next, as shown in FIG. 3C, the infrared detecting element array is mounted upside down on the silicon signal processing circuit board 9 on which the signal processing circuit is formed using the bumps 10 made of In to complete the infrared detecting device. To do. In this case, since the silicon semiconductor substrate 1 is transparent to infrared rays in the 10 μm band, infrared rays incident from the silicon semiconductor substrate 1 side are provided on the Hg 0.8 Cd 0.2 Te layer 7 without being absorbed by the silicon semiconductor substrate 1. The pn junction can be reached.

【0023】この様にして完成した赤外線検出装置を、
液体N2 温度に冷却して使用した場にも、シリコン半導
体基板1とシリコン信号処理回路基板9の熱膨張係数は
同じなのでInバンプ10の剥がれは発生せず、また、
Hg0.8 Cd0.2 Te層7は劈開線4によって既に小領
域に分離されているので、分離された各Hg0.8 Cd
0.2 Te層にかかる歪みは少なくなり、新たな割れ・剥
離は発生しない。
The infrared detecting device thus completed is
Liquid N2Even when used after cooling to temperature, the silicon semiconductor
The thermal expansion coefficients of the body substrate 1 and the silicon signal processing circuit substrate 9 are
Since it is the same, peeling of the In bump 10 does not occur,
Hg0.8Cd0.2The Te layer 7 is already covered by the cleavage line 4.
Since it is separated into regions, each separated Hg0.8Cd
0.2The strain applied to the Te layer is reduced, and new cracks and peeling occur.
No separation occurs.

【0024】なお、上記第1の実施例においては、キズ
3は安全剃刀の刃により形成しているが、このような方
法に限られるものではなく、ドライ・エッチング等のエ
ッチング法によって形成しても良いし、また、結晶面も
(100)面と(111)面の組み合わせに限られるも
のではなく、例えば、(211)面のシリコン半導体基
板上に(211)面のHgCdTe層を形成するように
しても良いものである。
In the first embodiment, the scratches 3 are formed by the blade of a safety razor, but the invention is not limited to such a method, and the scratches 3 may be formed by an etching method such as dry etching. The crystal plane is not limited to the combination of the (100) plane and the (111) plane. For example, a (211) plane HgCdTe layer may be formed on a (211) plane silicon semiconductor substrate. However, it is good.

【0025】図4は、本発明の第2の実施例の説明図で
ある。 図4(a)参照 まず、上記第1の実施例と同様に、(100)面のシリ
コン半導体基板上に、(111)面を主面とするp型H
0.8 Cd0.2 Te層7をエピタキシャル成長させたの
ち、複数の赤外線検出素子アレイ形成領域5にボロン
(B)等のn型不純物をイオン注入等により導入してp
n接合を形成して多数の赤外線検出素子からなる赤外線
検出素子アレイを形成する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the second embodiment of the present invention. Refer to FIG. 4A. First, as in the first embodiment, a p-type H having a (111) plane as a main surface is formed on a (100) plane silicon semiconductor substrate.
After the g 0.8 Cd 0.2 Te layer 7 is epitaxially grown, an n-type impurity such as boron (B) is introduced into the plurality of infrared detecting element array forming regions 5 by ion implantation or the like to p.
An n-junction is formed to form an infrared detection element array including a large number of infrared detection elements.

【0026】図4(b)参照 次いで、ドライ・エッチングにより、シリコン半導体基
板に達する分離溝6を形成して複数の赤外線検出素子ア
レイ形成領域5を互いに分離する。
Next, referring to FIG. 4B, a plurality of infrared detecting element array forming regions 5 are separated from each other by forming a separation groove 6 reaching the silicon semiconductor substrate by dry etching.

【0027】図4(c)参照 次いで、ドライ・エッチングによって赤外線検出素子ア
レイ形成領域5の少なくとも一つの上辺における劈開を
開始したい場所にキズ3(図の場合には2箇所)を設け
たのち、シリコン半導体基板とHg0.8 Cd0.2 Te層
7とからなる半導体ウェハを、液体N2 中へ浸漬して液
体N2 温度まで冷却し、次いで、半導体ウェハを液体N
2 中から引き上げて乾燥N2 を吹きつけることによって
室温まで昇温する熱サイクル、即ち、室温−液体N2
度−室温の熱サイクルを1サイクルの周期を5分として
5サイクル行なって、シリコン半導体基板とHg0.8
0.2 Te層7との熱膨張係数の差に基づく歪みによっ
て劈開線4に沿った劈開を発生させ、Hg0.8 Cd0.2
Te層7のみを複数の小領域(図の場合には3個)に分
割する。なお、この場合、劈開の位置を確実にするため
に、キズ3は先端が鋭角の楔状の形状が望ましい。
Next, as shown in FIG. 4C, the infrared detection element array is dry-etched.
Cleavage on at least one upper side of the ray forming region 5
Provide scratches 3 (2 places in the figure) at the place you want to start
After that, silicon semiconductor substrate and Hg0.8Cd0.2Te layer
And a semiconductor wafer consisting of2Liquid immersed in
Body N2The semiconductor wafer is cooled to a temperature, and then the semiconductor wafer is cooled with liquid N.
2Pull out from the inside and dry N2By blowing
Thermal cycle of raising temperature to room temperature, that is, room temperature-liquid N2Warm
Degree-room temperature thermal cycle with one cycle of 5 minutes
After performing 5 cycles, silicon semiconductor substrate and Hg0.8C
d 0.2Due to strain due to the difference in coefficient of thermal expansion from the Te layer 7,
Cleavage along the cleavage line 4 to generate Hg0.8Cd0.2
Divide only the Te layer 7 into a plurality of small areas (3 in the figure).
Divide. In this case, in order to ensure the cleavage position
In addition, it is desirable that the scratch 3 has a wedge-like shape with an acute tip.

【0028】次いで、分離溝6に沿って半導体ウェハを
複数の赤外線検出素子アレイ形成領域5に分割してチッ
プ化した後、信号処理回路を形成したシリコン信号処理
回路基板9にInからなるバンプ10を用いて赤外線検
出素子アレイをアップサイドダウンにしてマウントし
て、赤外線検出装置を完成する。
Next, the semiconductor wafer is divided into a plurality of infrared detecting element array forming regions 5 along the separation groove 6 to be made into chips, and then the bumps 10 made of In are formed on the silicon signal processing circuit substrate 9 on which the signal processing circuit is formed. The infrared detection element array is mounted upside down by using to complete the infrared detection device.

【0029】この場合には、一つの赤外線検出素子アレ
イ形成領域5に走る劈開線4が、隣接する他の赤外線検
出素子アレイ形成領域5に及ぶことがないので、劈開の
方向と赤外線検出素子の配列方向との位置関係は、隣接
する他の赤外線検出素子アレイ形成領域5とは無関係に
一つの赤外線検出素子アレイ形成領域5内においてのみ
劈開線4が赤外線検出素子を分断しないように考慮すれ
ば良いので、劈開の方向と赤外線検出素子の配列方向と
の位置関係を極端に高精度に決める必要はなくなり、製
造が容易になる。
In this case, the cleavage line 4 running in one infrared detecting element array forming region 5 does not reach the other infrared detecting element array forming regions 5 adjacent to each other, so that the cleavage direction and the infrared detecting element The positional relationship with the arrangement direction should be considered so that the cleavage line 4 does not divide the infrared detecting elements only in one infrared detecting element array forming area 5 regardless of the other adjacent infrared detecting element array forming areas 5. Since it is good, it is not necessary to determine the positional relationship between the cleavage direction and the array direction of the infrared detection elements with extremely high accuracy, and the manufacturing becomes easy.

【0030】なお、上記の第1及び第2の実施例におい
ては、10μm帯の赤外線を検出するために赤外線検出
素子をHg0.8 Cd0.2 Te結晶で構成しているが、検
出対象の赤外線の波長に応じてその混晶比を任意に変化
させても良いものである。また、上記の第1及び第2の
実施例においては、劈開を発生させる熱処理として、室
温−液体N2 温度−室温の熱サイクルを1サイクルの周
期を5分として5サイクル行なっているが、この1サイ
クルの周期及び回数はこれらの数値に限られるものでは
なく、且つ、上下の温度も室温と液体N2 温度に限られ
るものではない。
In the above first and second embodiments, the infrared detecting element is composed of Hg 0.8 Cd 0.2 Te crystal for detecting infrared rays in the 10 μm band. The mixed crystal ratio may be arbitrarily changed according to the above. In the first and second embodiments described above, as a heat treatment for generating the cleavage, room temperature - Liquid N 2 temperature - but performed 5 cycles of thermal cycling at room temperature, the cycle of one cycle as 5 minutes, the The cycle and the number of times of one cycle are not limited to these numerical values, and the upper and lower temperatures are not limited to the room temperature and the liquid N 2 temperature.

【0031】また、上記の第1及び第2の実施例におい
ては、信号処理回路基板として単結晶シリコンを用いて
いるが、より高速処理をするために単結晶GaAs等の
単結晶化合物半導体を用いても良いものであり、その場
合には、Hg0.8 Cd0.2 Te層の成長基板としてもG
aAs基板を用いて、信号処理回路基板と成長基板との
熱膨張係数を合わせる必要がある。
In the first and second embodiments described above, single crystal silicon is used as the signal processing circuit board, but a single crystal compound semiconductor such as single crystal GaAs is used for higher speed processing. In this case, G may be used as a growth substrate for the Hg 0.8 Cd 0.2 Te layer.
It is necessary to match the coefficient of thermal expansion between the signal processing circuit substrate and the growth substrate using the aAs substrate.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、シリコン等の単結晶半
導体基板の上に成長させたHgCdTe等の化合物半導
体エピタキシャル層を用いた赤外線検出装置において、
チップサイズを大きくして画素数の多い高解像度の赤外
線検出装置を構成する場合に、HgCdTe等の化合物
半導体エピタキシャル層にのみ劈開線を形成して複数の
領域に分割することにより、熱膨張係数の差に起因する
熱歪みの影響を低減させて、Inバンプの剥がれ及びH
gCdTe等の化合物半導体エピタキシャル層の割れ・
剥離をなくし、高解像度の赤外線検出装置の信頼性を高
めることができる。
According to the present invention, in an infrared detecting device using a compound semiconductor epitaxial layer such as HgCdTe grown on a single crystal semiconductor substrate such as silicon,
When a high-resolution infrared detection device having a large chip size and a large number of pixels is configured, a cleavage line is formed only in a compound semiconductor epitaxial layer such as HgCdTe to divide it into a plurality of regions, thereby increasing the thermal expansion coefficient. In bump peeling and H
Cracking of compound semiconductor epitaxial layers such as gCdTe
It is possible to eliminate peeling and improve the reliability of the high-resolution infrared detection device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の原理的構成の説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a principle configuration of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a second embodiment of the present invention.

【図5】従来の赤外線検出装置の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a conventional infrared detection device.

【図6】従来の他の赤外線検出装置の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another conventional infrared detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン半導体基板(単結晶半導体基板) 2 赤外線検出素子形成用化合物半導体層 3 キズ 4 劈開線 5 赤外線検出素子アレイ形成領域 6 分離溝 7 HgCdTe層 8 赤外線検出素子 9 シリコン信号処理回路基板 10 バンプ 11 CdTe基板 12 HgCdTe赤外線検出素子 1 Silicon Semiconductor Substrate (Single Crystal Semiconductor Substrate) 2 Compound Semiconductor Layer for Forming Infrared Detecting Element 3 Scratch 4 Cleavage Line 5 Infrared Detecting Element Array Forming Area 6 Separation Groove 7 HgCdTe Layer 8 Infrared Detecting Element 9 Silicon Signal Processing Circuit Board 10 Bump 11 CdTe substrate 12 HgCdTe infrared detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/301 31/0264 H01L 31/08 N ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/301 31/0264 H01L 31/08 N

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶半導体基板上に設けた赤外線検出
素子形成用化合物半導体エピタキシャル層に複数の赤外
線検出素子からなる赤外線検出素子アレイを少なくとも
一つ設けると共に、前記赤外線検出素子形成用化合物半
導体エピタキシャル層にのみ劈開線を設けて複数の領域
に分割したことを特徴とする赤外線検出装置。
1. An infrared detecting element array comprising a plurality of infrared detecting elements is provided on an infrared detecting element forming compound semiconductor epitaxial layer provided on a single crystal semiconductor substrate, and the infrared detecting element forming compound semiconductor epitaxial layer is provided. An infrared detection device characterized in that a cleavage line is provided only on a layer and divided into a plurality of regions.
【請求項2】 上記単結晶半導体基板と上記赤外線検出
素子形成用化合物半導体エピタキシャル層とからなる赤
外線検出部を、信号処理回路を設けた信号処理回路基板
と導電体バンプを用いて貼り合わせたことを特徴とする
請求項1記載の赤外線検出装置。
2. An infrared detecting section comprising the single crystal semiconductor substrate and the compound semiconductor epitaxial layer for forming an infrared detecting element is bonded to a signal processing circuit board provided with a signal processing circuit by using a conductor bump. The infrared detection device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 上記単結晶半導体基板がシリコン半導体
基板であり、また、上記赤外線検出素子形成用化合物半
導体エピタキシャル層がHgCdTe層であることを特
徴とする請求項1または2記載の赤外線検出装置。
3. The infrared detecting device according to claim 1, wherein the single crystal semiconductor substrate is a silicon semiconductor substrate, and the compound semiconductor epitaxial layer for forming an infrared detecting element is a HgCdTe layer.
【請求項4】 単結晶半導体基板上に赤外線検出素子形
成用化合物半導体層をエピタキシャル層成長させたの
ち、前記赤外線検出素子形成用化合物半導体層に不純物
を導入して複数の赤外線検出素子からなる赤外線検出素
子アレイ形成領域を少なくとも一つ形成し、次いで、前
記赤外線検出素子形成用化合物半導体層のみを劈開して
前記赤外線検出素子アレイ形成領域を複数の領域に分割
したことを特徴とする赤外線検出装置の製造方法。
4. An infrared ray comprising a plurality of infrared ray detecting elements by epitaxially growing an infrared ray detecting element forming compound semiconductor layer on a single crystal semiconductor substrate, and introducing impurities into the infrared ray detecting element forming compound semiconductor layer. An infrared detecting device characterized in that at least one detecting element array forming region is formed, and then only the infrared detecting element forming compound semiconductor layer is cleaved to divide the infrared detecting element array forming region into a plurality of regions. Manufacturing method.
【請求項5】 上記劈開の形成工程に先立って、上記赤
外線検出素子形成用化合物半導体層に設けた複数の赤外
線検出素子アレイ形成領域を分離溝によって互いに分離
し、前記赤外線検出素子アレイ形成領域ごとに劈開する
ことを特徴とする請求項4記載の赤外線検出装置の製造
方法。
5. A plurality of infrared detection element array formation regions provided in the infrared detection element formation compound semiconductor layer are separated from each other by separation grooves prior to the cleavage formation step, and each infrared detection element array formation region is separated. The method for manufacturing an infrared detection device according to claim 4, wherein the cleavage is performed.
【請求項6】 上記劈開工程が、上記単結晶半導体基板
と上記赤外線検出素子形成用化合物半導体層とからなる
赤外線検出部の赤外線検出素子アレイ形成領域の周辺を
構成する一辺に少なくとも一つのキズを形成し、熱処理
を加えることにより前記キズを起点とした劈開を行うこ
とを特徴とする請求項4または5記載の赤外線検出装置
の製造方法。
6. The cleaving step has at least one flaw on one side which constitutes a periphery of an infrared detecting element array forming region of an infrared detecting section composed of the single crystal semiconductor substrate and the infrared detecting element forming compound semiconductor layer. The method for manufacturing an infrared detection device according to claim 4 or 5, wherein cleavage is performed by forming and performing heat treatment as a starting point.
【請求項7】 上記熱処理を加える工程が、上記赤外線
検出部に周期的な熱サイクルを加える工程であることを
特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の赤外
線検出装置の製造方法。
7. The infrared detecting apparatus according to claim 4, wherein the step of applying the heat treatment is a step of applying a periodic thermal cycle to the infrared detecting section. Method.
JP6267932A 1994-11-01 1994-11-01 Infrared detector and manufacture thereof Withdrawn JPH08130297A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5729020A (en) * 1995-08-25 1998-03-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Hybrid type infrared detector
KR20030048543A (en) * 2001-12-12 2003-06-25 주식회사 케이이씨 upper chip fabricating method in infrared detector and the chip structure

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