JPS60217671A - 半導体放射線検出器の製造方法 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、複数の出力端子電極が形成された放射線検出
素子基板と、その出力信号を処理する信号処理基板とを
突き合わせて一体化する半導体放射線検出器の製造方法
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来この種の検出器は赤外線イメージセッサに応用され
る。その−例の構造をｉｔ図に示す。１は赤外線上ンサ
基板、２はその出力信号を処理する８１．１−ＣＯＤ基
板であり、これらがバンプ電極３により突き合わせて一
体化されている。赤外線上ンサ基板ｌは例えばｎ型Ｈｇ
ｘＣｄＩＴｘ・ｆ６又はｐｂｘ８ｎｔ−ｘＴｅ　基板１
１を用い、その表面に、ｐ−嘴散層を複数個形成して光
起電力ホトダイオードアレイを構成しており、表面保護
膜１３でおおって出力端子電極工４を形成し、裏面には
全面に透明電極１５を形成している。また８ｌ−ＣＣＤ
基板２は、例えばｎ型８１基板２１を用いて転送電極２
２を配列したＣＯＤアレイを構成し、各ＣＯＤアレイｉ
二隣接して入力ダイオードを構成するｐ＋層おを形成し
、これらｐ＋拡散層２３に入力端子電極２４を形成して
いる。図では、赤外線センチ基板ｌ側を入射面としてい
る。

赤外線入射方向は、ＣＣＤ基板２側とすることも考えら
れる。しかしこの場合には、バンブ電極３や基板上金属
配線等によりフィルファクタ（有効導光面積と１画素の
面積との比）が低下し、十分な感度を得ることが難しい
。一方、第１図のようにセンサ基板ｉ側を赤外線入射面
とした場合にも基板１１の厚みが感度に大きく影響する
。一般にＨｇｘＣｄｌ−１Ｔｅ結晶やＰｂｘ８ｎ１−　
Ｘ　Ｔｅ結晶のような狭バンドギヤツプ化合物半導体は
直接遷極による光吸収特性を示すため吸収係数αが大き
く、使用波長帯においてｌ／αが数μｍのオーダーであ
る。この意味でこれらの結晶を基板として用いる場合は
できるだけ薄くすること、好ましくはｐ＋拡散Ｊ１１２
から伸びる空乏層の厚み程度まで薄くすることが望まれ
る。

ところで空乏層厚みは、基板結晶の不純物濃度に依存す
ることが知られている。ＨｇＸＣｄ、−Ｘ　Ｔｅ　。

Ｐｂｘ８町−ｘＴａ基板１１の不純物濃度を下げればそ
れだけ、ｐ＋拡散層１２から伸びる空乏層厚みを厚くす
ることができる。しかし、結晶純化や成長条件、素子化
プロセス条件等から基板不純物を下げるＣ二は限界があ
り、その下限はお裏七５　Ｘ　１０”　／ｄｉである。

又ブレークダウン限界による制限からバイアスを無制限
に大きくはできず、実用的な不純物濃度は１〜５　Ｘ　
、１０”　／　Ｃｄ位である。この程度の不純物濃度と
したときＨｇｘＣｄｌ−ｘＴｅ　（Ｐｂｘ８ｎ！ｚ　Ｔ
ｅ　）基板１１では、ｐ十拡散＃　１２と基板１１間に
逆バイアス印加できる限界が数Ｖであり、この条件で空
乏層の最大厚みは数μｍ程度となる。またＨｇｘＣｄ、
Ｘ　Ｔｅ（又はＰｂｘ８ｎ１−１　Ｔｏ　）は大きな吸
収係数をもつため、光学的には空乏層厚みが数μｍあれ
ば十分である。以上を総合すると、ＨｇｘＣｄ、ｚ　Ｔ
ｅ　（又は−Ｐｂｘ８ｎ、　−Ｘ　Ｔｅ　）基板１１を
数ｐｍ程度の厚さにすることが望ましいということにな
る。

しかしながら、赤外線センサ基板１をこのように薄くす
ることは、加工上容易ではなく、機械的研磨やエツチン
グを組合わせても通常１５μｍ程度が加工限界である。

実際これまで発表されている例でも、基板厚みが１５１
Ｉｍ程度である。また赤外線センチ基板は、薄くなれば
なる程、表面にｐ側電極、裏面にｎ　ｏ１１１電極をそ
れぞれ対向させて配設することが直列抵抗分による損失
を小さくする上で好ましい。このため通常に第１図に示
すように、ｐ側出力端子電極１４Ｃ：対向して裏面全面
にＴｊＯ，などの透明電極１５を形成するか、または不
透明導体であれば格子状電極パターンを形成したり、あ
るいはこれらを組合わせることが行われる。ところがこ
うすると、ｔＪｔ図のようにＣＣＤ基板２と一体化する
場合に、透明電極１５はバンブ電極を用いてＣＣＤ基板
２側と接続することができない。そのため例えばこの透
明電極１５についてはワイヤボンディング等による接続
を利用することになるが、これは余分な手間がかかるこ
とになる。また赤外線センサ基板１が非常に薄い場合に
は、ボンディングζ二よる破壊を防ぐため導電性エポキ
シ等の接着剤により透明電極１５側のリードを取出すこ
とになり、一層手間がかかり、また信頼性も低いものと
なる。

〔発明の目的〕

本発明は上記の如き問題を解決し、放射線検出素子基板
を十分に薄くしてしかもこれを信頼性よく信号処理基板
と一体化する半導体放射線検出器の製造方法を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明においては、まず赤外線センチ等の放射線検出素
子基板を、その出方端子１！極側を支持基板に仮りに接
着した状態で裏面を研磨および／またはエツチングして
十分に薄形化する。そして薄形化した検出素子基板の裏
面に対向電極を形成し、この対向電極側にこれと直接接
続される取出し電極が形成された光導入窓材を接着した
後に、前記支持基板を除去する。こうして光導入窓材と
一体化された薄い検出素子基板を、バンブ電極を介して
信号処理基板に突き合わせて一体化する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、放射線検出素子基板を素子形成工程後
に支持基板に仮接着して研磨および／またはエツチング
することにより、十分に薄形化して高感度化を図ること
ができる。また検出素子基板は薄形化した後にも単独に
分離されることはなく、上記支持基板を除去するときに
は裏面に光導入窓材が接着されている。従って検出素子
基板は薄形化されているが破壊されるおそれはなく、信
頼性の高い組立てが行われる。

また検出素子基板の対向電極は光導入窓材に設けた取出
し電極に直接接続され、出力端子電極と同時にバンブ電
極５二より信号処理基板側に導くことができる。従って
全ての電極を信号処理基板上のポンディングパッドから
一回のボンディング工程で外部に引出すことができ、工
程が簡単になり信頼性向上が図られる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を第２図と１照して説明する。この
実施例は、ＨｇｘＣｄ、−１Ｔｅを用いてホトダイオー
ドアレイを構成した赤外線センナ基板と、その信号処理
を行う８１−　ＣＯＤ基板とを一体化して赤外線画像セ
ンサを製造する例である。

第２図（ａ）は、素子形成工程の終った赤外線センナ基
板２０な、裏面を研磨、エツチングするため接着剤３０
により支持基板４０に仮接着した状態である。

赤外線センナ基板２０は、ｎ型ＨｇｘＣｄ１−ｘＴｅ基
板２１を用い、ｐ拡散層２２を複数個形成してホトダイ
オードアレイを構成したもので、表面は保護膜２３でお
おわれ出力端子電極２４が形成されている。支持基板４
０は例えばガラス板などでよい。接着剤３０は容品Ｉ：
剥離可能なワックス等を用いる。この状態でセンチ基板
２０の裏面を研磨し、更にＨＮＯ３＋　Ｈ２０ｔ＋Ｈ８
０によりエツチングして例えば一点鎖線で示す位置まで
削り１０〜２０１１ｍ程度の厚みにする。

この後同図（ｂ）に示すように、センチ基板２０の裏面
Ｃ：対向電機として例えばＴ１０１等の透明電極２５を
全面に蒸着する。次いで同図（ｃｌに示すように、支持
基板４０に支持したままのセンチ基板２０の裏面透明電
極２５側に光導入窓材５０を、例えば紫外線硬化型の導
電性エポキシ接着剤（図示せず）により貼り合わせる。

光導入窓材５０は使用波長帯で透明なもので、４μｍ以
下の波長では石英板、７μｍ位迄０波長ではチファイヤ
板、７〜１＞ｍ位の波長ではＺｎ８４が使用される。こ
こではサファイア板５１を用いており、その接着面には
周辺にＡ！膜からなる取出し電極５２が形成されている
。そして透明電極５はこの取出し電極５２に導電性接着
剤により直接接続される。

このように光導入窓材５０を貼りつけた後、同図（ｄ）
のように支持基板４０を除去する。接着剤３０とし′て
ワックスを用いた場合、６０〜１２０℃程度の所定温度
まで加熱してアルコール又はトリクロルエチレンを用い
ること１二より、光導入窓材５０とセンチ基板２０間を
剥離することなくワックスを溶かすことができる。

この後、同図（ｅｌのようにセンサ基板２０上の出力端
子電極Ｕおよび光導入窓材５ｏの取出し電ＩＭ　５２上
にＩｎバンプ電極６０ｍをメッキ法により形成する。

そしてこれを、同図（ｆ）に示すようにやはりＩｎバン
ブ電極６０ｂを形成した５ｉ−ＣＣＤ基板７ｏと突き合
わせて一体化する。ＣＣＤ基板７ｏは、ｎ型Ｓ１基板７
１を用いてその表面に転送ゲート電極７２を配列形成し
−（ＣＣＤ　アレイを構成したものである。各Ｃ’ＣＤ
アレイＣ二は隣接して、センチ基板２０の各出力端子電
極２４からの出力信号をとり込む複数のｐ＋拡散層７３
が形成されており、このｐ拡散層７３に形成された端子
電極７４上にＩｎバンブ電極６０ｂが形成されている。

またセンナ基板２０の裏面の透明電極２５も、光導入窓
材５０上の取出し電極５２（−設けたＩｎバンプ電極６
０鳳、ＣＯＤ基板７０上の電極７５に設けたバンプ電゛
極６０ｂを介してｐ側電極と同時にＣＣＤ基板７ｏ側Ｃ
ユ導かれることになる。

以上〕ようにして本実施例によれば、センチ基板を薄く
して高感度化を図った赤外線画像センチな、簡単な工程
で信頼性よく製造することができる。

なお実施例では、第２図（ｅ）から明らかなように、セ
ンチ基板２０の出力端子電極２４上と光導入窓材５０の
取出し電極５２上とではＩｎバンプ電極６０１１の長さ
を異ならせなければならない。これは選択メッキ法のみ
で実現することは困難である。これを解決するには例え
ば、Ｉｎバンブ電極を形成する前に、光導入窓材５０の
取出し電極５２上にＣｕ等をメッキしてその表面位置を
センサ基板２０上の端子電極２４の表面位置に合わせて
おけばよい。

１　その他車発明は種々変形実施することが可能である
。例えば実施例では、放射線検出素子基板としてＨｇＣ
ｄＴｅによる赤外線センサ基板を用いたが、センチ材料
としてＰｂ８ｎＴｅ　、’　ＩｎＧａＡｓＰ、　ＩｎＧ
ａＡｓ８ｂ。

Ｉｎ８ｂ　など他のｌ−Ｖ族、■−■族化合物半導体や
Ｇｅ、８１Ｃなどを用いることもできる。また赤外線セ
ンチに−限らず、チプミリ波〜Ｘ線の間の適当な波長に
感応する光起電力型や光導電型の半導体放射線検出素子
に対しても適用可能である。

また信号処理基板としても、ＣＣＤの他にＣＩＤ　。

ＭＯａ形スイッチアレイな利用することができ、その基
板材料も８Ｈ二限らずＩｎＰ、Ｇａ８ｂ、ＩｎＡｓ、Ｃ
ｄＴ’ｅ。

ＧａＡｓなど、信号処理回路を形成できるものであれば
よい。

透明電極あの代りに、不透明導体膜を格子状パターンに
形成した対向電極を用いてもよいし、さらにこれらを組
合わせて対同電極としてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の赤外線センナを示す図、第２図（ａ）〜
（１）は本発明の一案施例による赤外線センチの製造工
程を示す図である。 ２０・・・赤外線センサ基板、２１・・・ｎ型ＨｇｘＣ
ｄｘＴｅ基板、２２・・・ｐ１拡散層、　２３・・・表
面保護膜、２４・・・出力端子電極、２５・・・透明゛
電極（対向電極）、　３ｏ・・・接着剤・ ４０・・・支持基板、　５０・・・光導入窓材、５１・
・・チファイア版、５２・・・収出し゛電橋、６０ｍ、
６０ｂ　・・−Ｉｎバンブ電極、７０　・１９ｊ　−Ｃ
ＣＤ基板、　７１・１１型８３基板、７２・・・転送ゲ
ート電極、　７３・・・ｐ＋拡散層、７４．７５・・・
端子電極。 第１図 Ｗ＆２図 １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 亀 （１）　複数の出力端子が形成された半導体放射線検出
   素子基板を、その検出素子出力信号を処理する信号処理
   基板に突き合わせて一体化する半導体放射線検出器の製
   造方法において、がＩ記検出素子基板を、その出力端子
   電極側を支持基板に仮接着して裏面を研磨および／また
   はエツチングして薄形化する工程と、薄形化した検出素
   子基板の裏面に対向電極を形成する工程と、この検出素
   子基板の対向電極面側にこれと直接接続される取出し電
   極が形成された光導入窓材を接着して前記支持基板を除
   去する工程と、前記光導入窓材と一体化された検出素子
   基板をバンブー電極を介して前記信号処理基板に突き合
   わせて一体化する工程とを備えたことを特徴とする半導
   体放射線検出器の製造方法。 （２）　前記光導入窓材の前記検出素子基板との接着面
   側に形成された検出素子基板裏面の対向電極を取出すた
   めの取出し電極は、前記検出素子基板の出力端子電極と
   共Ｉ：バンプ電極を介して前記信号処理基板上の電極に
   突き合わせて接続するようにした特許請求の範囲第１Ｊ
   １４記載の半導体放射線検出器の製造方法。