量子型赤外線撮像素子およびその製造方法
【課題】
読み出し回路を備えた第一基板と受光素子を備えた第二基板をバンプ接続した量子型赤外線熱感知デバイスにおいて、HgCdTe等で構成された第二基板に影響を与えることなくシリコン基板等で構成された第一基板と、第二基板の熱膨張係数の違いに起因する隣接バンプ間の接触を防止する。
【解決手段】
量子型撮像素子は、読み出し回路を備えた第一基板と、前記第一基板とフリップチップボンディング（FCB）によって電気的に接続された、受光素子を備えた第二基板と、前記第一基板と前記第二基板をFCBによって電気的に接続する導体バンプ群と、各バンプの周囲を囲むように存在し、前記第一基板側にのみ固定され、前記第二基板との間に空隙を設けた絶縁壁とを有する。
読み出し回路を備えた第一基板と受光素子を備えた第二基板をバンプ接続した量子型赤外線熱感知デバイスにおいて、HgCdTe等で構成された第二基板に影響を与えることなくシリコン基板等で構成された第一基板と、第二基板の熱膨張係数の違いに起因する隣接バンプ間の接触を防止する。
【解決手段】
量子型撮像素子は、読み出し回路を備えた第一基板と、前記第一基板とフリップチップボンディング（FCB）によって電気的に接続された、受光素子を備えた第二基板と、前記第一基板と前記第二基板をFCBによって電気的に接続する導体バンプ群と、各バンプの周囲を囲むように存在し、前記第一基板側にのみ固定され、前記第二基板との間に空隙を設けた絶縁壁とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子型赤外線撮像素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
HgCdTe（水銀カドミウムテルル）等の化合物半導体の基板に受光素子を形成し、Si（シリコン）等の基板に読み出し回路を形成し、これらの基板をフリップチップボンディング（FCB：Flip-Chip-Bonding）で電気的に接続する量子型赤外線撮像素子が知られている。
【０００３】
このような量子型赤外線撮像素子では、赤外線を受けて励起状態となったHgCdTe等の受光素子が自由電子を放出することで、読み出し回路に電流が流れ、赤外線を検知することが可能となっている。
【０００４】
しかし、室温条件下で量子型赤外線撮像素子を動作させると、赤外線を受けなくても受光素子が励起状態になることで、赤外線の有無にかかわらず自由電子が放出され、ノイズが発生してしまうため、７７K付近という低温条件で動作させる必要がある。
【０００５】
動作に際して上記のような制約条件はあるものの、量子型赤外線撮像素子は非冷却型赤外線検知装置と比較してより高感度な観測が可能であることから、高精度な赤外線観測が必要となる分野で広く用いられている。
【０００６】
これら量子型赤外線撮像素子は常時冷却されているわけではなく、使用時には液体窒素等を用いて７７K付近まで冷却されるが、非使用時には冷却せずに保管されるのが通常であり、使用時の７７K程度の極低温と、非使用時の室温との間で度重なる温度変化にさらされる。
【０００７】
このため、受光素子を形成した化合物半導体基板と読み出し回路を形成したシリコン基板との熱膨張係数の違いに起因するストレスによってFCBで用いるバンプに歪みや変形が生じ、使用を重ねることでバンプが変形して隣接バンプ同士の接触が発生することがある。
【０００８】
バンプの接触が発生すると、接触した二つのバンプのうち電気抵抗が小さいものに大きな電流が流れ、他方にはほとんど電流が流れなくなるなどの影響により、結果としてどちらのバンプに対応する画素も無効画素となってしまう。
【０００９】
このため、この問題は多画素、狭ピッチ化が進む量子型赤外線撮像素子において、特に問題となる。
【００１０】
このような隣接バンプ間の接触を防ぐ一般的な方法として、例えば半導体実装分野では、バンプ間に熱硬化型の樹脂を充填させることでバンプ強度を高めつつ隣接バンプ間の絶縁を確保することができるアンダーフィルと呼ばれる手法が知られている。
【００１１】
また、隣接バンプ間に例えば樹脂などの絶縁体の壁状構造を持たせることによってバンプ間短絡の回避を試みる手法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６-２３６９８１号公報
【特許文献２】特開平８-２８８３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
量子型赤外線撮像素子は一般的な半導体デバイスと比べて狭ピッチ、高密度バンプ配置であるため、バンプの接触を防ぐためにアンダーフィル手法を適用すると樹脂充填時にボイド（気泡）が発生しやすい。
【００１４】
また、HgCdTe等の化合物半導体が非常にもろいことから、アンダーフィル樹脂のストレスでクラックが発生しやすいなどの技術的問題点を抱えている。
【００１５】
さらに、アンダーフィル樹脂の代わりに、受光素子基板とシリコン基板にその両端が固定された絶縁壁構造を隣接バンプ間に設置する場合にも、絶縁壁からのストレスによって受光素子基板にクラックが発生することがある。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、読み出し回路を備えた第一の基板と受光素子を備えた第二の基板をバンプ接続した量子型赤外線検知デバイスにおいて、HgCdTe等で構成される第二の基板に影響を与えることなく前記第一基板と前記第二基板の熱膨張係数の違いに起因する隣接バンプ間の接触を防止する量子型赤外線撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる量子型赤外線撮像素子は、量子型赤外線受光素子に対する読み出し回路を備えた第一基板と、前記第一基板とFCBによって電気的に接続された、受光素子を備えた第二基板と、前記第一基板と前記第二基板をFCBによって電気的に接続する導体バンプ群と、各バンプの周囲を囲むように存在し、前記第一基板側にのみ固定され、前記第二基板との間に空隙を設けた絶縁壁と、を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明はバンプ間に、第一の基板側にのみ固定された絶縁体の仕切り構造を持たせることで、熱サイクルに起因するバンプ変形による隣接バンプ間の接触を防止する。
【００１９】
しかも、絶縁壁は第一の基板にのみ固定され、第二の基板には固定されていない構造であるために、第二の基板は樹脂壁からのストレスを受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】量子型関外線撮像素子の構成例を示した模式断面図。
【図２】第一の実施形態において、絶縁性樹脂の塗布から樹脂壁の熱硬化処理までの手順を示した模式図。
【図３】レジストの形状の違いに起因する、バンプの蒸着形状の違いを示した模式図。
【図４】第一の実施形態において、第一層目のレジストの塗布から、インジウムの蒸着までの手順を示した模式図。
【図５】第一の実施形態において、レジストの除去から受光素子基板のフリップチップボンディングまでの手順を示した模式図。
【図６】第二の実施形態において、めっきシード層の成膜から感光性ポリイミドの現像までの手順を示した模式図。
【図７】第二の実施形態において、感光性ポリイミドの熱処理からインジウムのめっきまでの手順を示した模式図。
【図８】第二の実施形態において、レジストの除去から受光素子基板のフリップチップボンディングまでの手順を示した模式図。
【図９】第一、第二の実施例に共通して、絶縁壁の平面構造を例示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
まず始めに、図１に本発明で使用する量子型赤外線撮像素子の構成を表す模式図を示す。第一基板はシリコン基板に読み出し回路が形成されており、第二基板は化合物半導体基板に受光素子が形成されている。
【００２３】
なお、図１は読み出し回路が形成されている領域ではなく、フリップチップボンディングを行った電極形成領域を示している。それぞれの基板において、電極は次のように構成されている。
【００２４】
第一基板側の電極は、読み出し回路を備えたシリコン基板１側から、例えば第１Al-Si層４、第２Al-Si層５、Ti-Pd層６によって形成される３層構造を持ち、層間絶縁膜２上に配置されている。
【００２５】
層間絶縁膜２としては、例えばSiO2やPSG（Phospho-Silicate Glass）等を用いることができる。また、第一基板側電極はその周囲を例えばシリコン基板１側からSiO2／SiN層で構成された保護膜３によって覆われている。
【００２６】
第二基板側の電極は、受光素子を備えたHgCdTe基板８側から、例えば第１Au層１１、Mo層１２、Pt層１３、第２Au層１４によって形成される４層構造を持ち、n+ジャンクジョン９に接続されている。
【００２７】
また、第二基板側電極はその周囲を例えばZnSで構成され、受光素子基板８上に形成された保護膜１０で覆われている。さらに、第一基板側電極と第二基板側電極は、インジウム等の金属によって形成されたバンプ７によって電気的に接続されている。
【００２８】
なお、この量子型赤外線撮像素子の構成は一例であり、量子型赤外線撮像素子として必要な効果を奏することが可能であるなら、他の構造および材質を用いたものであっても構わない。
【００２９】
次に、図２乃至図５を基に、本発明における第一の実施形態について説明する。第一基板１０１はシリコン基板に周知の手法により読み出し回路が形成された構成を有している。
【００３０】
ただし、図２乃至図５では、第一基板１０１は回路を含む基板全体を模式的に表しており、読み出し回路の構成は省略し、ボンディングに用いる電極１０２のみを記載している。
【００３１】
図２（ａ）は第一基板１０１上に感光性ポリイミド等の絶縁性樹脂を塗布した状態を示す模式断面図である。電極１０２が形成された第一基板１０１上に、絶縁性樹脂として、例えば感光性ポリイミド１０３をスピンコートもしくはスプレーコートなどの方法で塗布する。
【００３２】
このとき、感光性ポリイミド１０３を塗布する際の膜厚は、現像工程による膜減りや熱硬化処理（キュア）時の熱収縮を考慮し、最終的に所望の絶縁壁の高さとなるように設定する。
【００３３】
具体的には、絶縁壁形成領域における両基板間隔の１００%〜１１０%ほどの厚さで感光性ポリイミドを塗布する。前記した両基板の間隔が、１０μm程度で設計されている場合には、１０〜１１μm程度の厚さの感光性ポリイミドを塗布すればよい。
【００３４】
次に図２（ｂ）に示すように、例えば格子状、円柱状など所望のパターンの絶縁壁構造に対応するマスクパターンを形成したマスク１０４を用いて感光性ポリイミド１０３に露光光１０５の照射を行う。
【００３５】
塗布された感光性ポリイミド１０３のうち、露光により光が当たった部分１０３Bのみ物性が変化し、非露光部１０３Aの物性は変化しない。
【００３６】
図２（ｂ）で例示されているようなポジ型の感光性ポリイミドの場合には、物性の変化した部分のみ現像液によって溶解されるので露光後に感光性ポリイミド１０３に現像処理を行うことで図２（ｃ）に例示されるような所定の絶縁壁パターンが形成される。
【００３７】
つづいて２５０℃〜３００℃程度の温度でポリイミドに熱硬化処理（キュア）を行う。図２（ｄ）は熱処理前後での樹脂壁の変化を表す模式図である。
【００３８】
点線で表された樹脂壁１０６は熱処理によって絶縁壁１０７のように一定の割合で収縮し、硬化する。使用する樹脂によっては紫外線を照射して硬化を促進させることも可能である。硬化後、例えばイオンミリング等の手段によって電極１０２表面の酸化膜を除去してもよい。
【００３９】
次に、バンプを形成するためのレジストパターンを形成する。蒸着リフトオフによってバンプを形成する場合、レジストには例えば図３（ａ）に例示するような庇構造２０４を持たせることが好ましい。以下、その理由について説明する。
【００４０】
図３（ａ）は庇構造を持ったレジストパターンを用いてバンプ蒸着を行った結果、図３（ｂ）は庇構造を持たないレジストパターンを用いて同様の行為を行った結果を例示した模式図である。
【００４１】
庇構造がない場合、バンプ２０７の蒸着を行う際に、図３（ｂ）のようにレジスト２０６が蒸着した金属によって覆われてしまい、レジスト２０６を除去することが困難となってしまう。
【００４２】
しかし、レジストに庇構造を持たせることで、図３（ａ）のようにバンプ２０７蒸着後もレジスト２０６が外部に露出した状態を保つことができるため、現像液によるリフトオフが可能となる。
【００４３】
レジストに庇構造を持たせる方法として、２段露光を用いたレジストパターン形成手順について以下で説明する。
【００４４】
図４（ａ）、図４（ｂ）は２段露光による庇構造を持ったレジスト作成手順を例示する模式図である。まず、第一基板１０１上に第一層目のレジストを塗布し、マスク１０８を通して露光光１０９を照射する。
【００４５】
露光光１０９が当たった部分のレジストは変性する。非露光部分のレジストを１１０A、露光部分のレジストを１１０Bで表す。
【００４６】
次に、塗布されたレジスト１１０A、１１０Bに重ねて第二層目のレジストとして新たなレジストを塗布し、マスク１０８よりも光を通す幅の小さいマスク１１１を通して露光光１０９を照射する。
【００４７】
光が当たった部分のレジストも同様に変性する。非露光部分のレジストを１１２A、露光部分のレジストを１１２Bで表す。現像液によって、露光された部分のレジスト１１０B、１１２Bが除去され、図４（ｃ）に例示されるような庇構造を持ったレジストバターンが形成される。
【００４８】
なお、庇構造を持ったレジスト全体（レジスト１１０Aとレジスト１１２Aの総称）をレジスト１１３として定義し、以後記載するものとする。
【００４９】
本実施例における庇構造の水平突起長は片側３μm程度であるが、この値は使用する装置、蒸着源、膜厚などによって異なるものであり、ここでの記載は庇構造の長さを何ら限定するものではない。
【００５０】
レジストパターン形成後、バンプとして使用する金属の蒸着を行う。本実施の形態においては、インジウムをバンプとして使用している。
【００５１】
インジウムは柔らかいために、ある程度の変形を吸収する緩衝材の役割を果たすことができ、また融点が低く、他の金属（例えばAu）に程よく接合するなどの特性がある。このため、量子型赤外線撮像素子の製造プロセスとの整合性がよい。
【００５２】
このことから、量子型赤外線撮像素子のバンプにはインジウムを用いることが一般的であるが、インジウム以外の金属を用いることも可能であり、ここでの記載はバンプの材質をインジウムのみに限定するものではない。
【００５３】
図４（ｄ）はインジウム蒸着後の状態を例示した模式図である。インジウムは電極１０２上およびレジスト１１３上にそれぞれ蒸着される。インジウム蒸着後、アセトン等の剥離液によって、リフトオフ洗浄を行う。図５（ａ）はリフトオフ洗浄後の状態を例示した模式図である。
【００５４】
剥離液によってレジスト１１３が除去されると同時に、レジスト１１３上に形成されたインジウム１１４も除去され、電極１０２上に形成されたインジウム１１５のみが第一の基板１０１上（電極１０２上）に残る。
【００５５】
また、ポリイミドからなる絶縁壁１０７は熱硬化処理が行われているため、リフトオフ剥離液により溶解せずに第一基板１０１上に残る。
【００５６】
次に、２００℃程度でインジウム１１５をリフローする。図５（ｂ）はインジウムをリフローした状態を例示した模式図である。硬化した感光性ポリイミドの樹脂壁１０７の耐熱性は３００℃以上あり、２００℃程度のリフロー処理によって影響を受けることはない。
【００５７】
次に、図５（ｃ）に示すように、バンプ１１５のリフロー後、第二基板１１７側の電極１１８とリフロー済みバンプ１１６をフリップチップ接合する。フリップチップ接合時に熱と荷重が加わることで、インジウムと電極との界面で相互拡散が生じ、バンプと電極が接合される。
【００５８】
なお、第二基板１１７は、周知の方法によりHgCdTe基板上に受光素子領域が形成され、第一基板に形成された読み出し回路と接続するための電極１１８があらかじめ形成された構成を有している。
【００５９】
ただし、図中では、第二基板１１７は受光素子を含む基板全体を模式的に表しており、受光素子の構成は省略し、ボンディングに用いる電極１１８のみを記載している。
【００６０】
図５（ｃ）に示すように、第一基板１０１側の電極１０２と第二基板１１７側の電極１１８がバンプ１１６によって電気的に接続されており、隣接バンプ間を仕切る絶縁壁１０７は第一基板１０１側のみに固定され、第二の基板１１７側には接触しない。
【００６１】
絶縁壁の高さは、基本的には受光素子が形成されたHgCdTe基板等からなる第二の基板に接しない範囲であれば高いほどよい。
【００６２】
しかし、バンプ作成時の誤差等が発生しうることを考慮すると、第二の基板に接触せず、かつバンプ間の接触を防止する絶縁壁として機能し得る高さ、例えばFCB後の絶縁壁形成領域における両基板間隔の７０〜９０%程度あればよいと考えられる。
【００６３】
このような構成にすることにより、本実施形態によれば第二の基板に物理的影響を与えることなく隣接バンプ間の絶縁を確保できるため、デバイスの品質、耐久性を向上させることができる。
【００６４】
特許文献１として前記した特開平６-２３６９８１号の構造を用いた場合、樹脂壁を受光素子基板であるHgCdTe基板側にも設置する必要がある。
【００６５】
しかしながら、HgCdTe基板は熱に弱く、約１００℃ほどで変性してしまうため、受光素子に影響を与えずに絶縁性樹脂を熱硬化することは困難である。
【００６６】
また、隣接バンプの接触は基板間ギャップの中央部で起こることが多いが、その部分が空隙となっているため絶縁壁が十分に効果を発揮できるとは考えにくい。しかし、本実施の形態によれば、このような問題に対応することが可能である。
【００６７】
また、特許文献２として前記した特開平８-２８８３３５号の構造を用いた場合、絶縁壁が移動することで微細なゴミが発生しやすくなり、コンタミネーションの原因となる。
【００６８】
それ以外にも、絶縁壁がHgCdTe基板に衝突することでクラックが発生する原因となるなどの問題が考えられるが、本実施の形態によれば、このような問題に対応することが可能である。
【００６９】
次に、図６乃至図８を基に、本発明の第二の実施形態にかかる量子型赤外線撮像素子の製造方法について説明する。
【００７０】
第一の実施形態では、インジウムバンプの形成を蒸着リフトオフ法で行った。第二の実施形態では、インジウムバンプの形成を蒸着リフトオフではなくパターンめっきで行っている。
【００７１】
第一基板３０１は周知の手法により読み出し回路が形成された構成を有している。ただし、図６乃至図８では、第一基板３０１は回路を含む基板全体を模式的に表しており、読み出し回路の構成は省略し、ボンディングに用いる電極３０２のみを記載している。
【００７２】
図６（ａ）は第一基板３０１上にめっきシード膜を成膜した状態を例示する模式断面図である。まず、第一の実施形態と同様に、読み出し回路を備えた第一の基板３０１上に電極３０２を形成した後に、めっきシード層３０３を成膜する。
【００７３】
ここで、めっきシード層の材質には、例えば第一基板側からTi/Cuの層状構造等を用いてもよい。第一基板側電極３０２のとりうる構造および材質は第一の実施形態と同様である。
【００７４】
第一の実施形態と同様の手順で、絶縁壁構造の形成までのプロセスを行う。図６（ｂ）はめっきシード層３０３が成膜された第一基板３０１上に絶縁性樹脂３０４を塗布した状態を例示した模式図である。
【００７５】
例えば感光性ポリイミド等の絶縁性樹脂をスピンコートもしくはスプレーコートなどの方法でめっきシード層３０３上に塗布する。
【００７６】
感光性ポリイミド３０４を塗布する際の膜厚は、現像工程による膜減りやキュア時の熱収縮を考慮し、最終的な絶縁壁の高さとなるように設定するのは、第一の実施形態と同様である。
【００７７】
具体的には、絶縁壁形成領域における両基板間隔の１００%〜１１０%ほどの厚さで感光性ポリイミドを塗布する。前記した両基板の間隔が、１０μm程度で設計されている場合には、１０〜１１μm程度の厚さの感光性ポリイミドを塗布すればよい。
【００７８】
絶縁隔壁の高さは、基本的には受光素子が形成されたHgCdTe基板等からなる第二の基板に接しない範囲であれば高いほどよい。
【００７９】
しかし、バンプ形成時の誤差等が発生し得ることを考慮すると、第二の基板に接触せず、かつバンプ間の接触を防止する絶縁壁として機能する高さ、例えばFCB後の絶縁壁形成領域における両基板間隔の７０〜９０％あればよいと考えられる。
【００８０】
次に図６（ｃ）に示すように、例えば格子状、円柱状など所望のパターンの絶縁壁構造に対応するマスクパターンを形成したマスク３０５を用いて、感光性ポリイミド３０４に露光光３０６の照射を行う。
【００８１】
塗布された感光性ポリイミド３０４のうち、露光光３０６が当たった部分３０４Bのみ物性が変化し、非露光部３０４Aの物性は変化しない。
【００８２】
図３で例示されているようなポジ型の感光性ポリイミドの場合には、物性の変化した部分のみ現像液によって溶解されるので露光後に感光性ポリイミド３０４に現像処理を行うことで図６（ｄ）に例示されるような所定の絶縁壁パターンが形成される。
【００８３】
第一の実施形態同様、つづいて２５０℃〜３００℃程度の温度でポリイミドに熱硬化処理を行う。図７（ａ）は熱処理前後での樹脂壁の変化を表す模式図である。
【００８４】
点線で表された樹脂壁３０７は熱処理によって３０８のように一定の割合で収縮し、硬化する。使用する樹脂によっては紫外線を照射して硬化を促進させる場合もある。硬化後、例えばイオンミリング等の手段によってシード層３０３表面の酸化膜を除去することもある。
【００８５】
次に、バンプを形成するためのレジストパターンを形成する。図７（ｂ）、図７（ｃ）はパターンめっきによるレジストパターン形成手順の一例を示す模式図である。
【００８６】
まず、第一基板３０１上にレジスト３１１を塗布し、電極３０２に対応する位置のみ光が通過するよう調整されたフォトマスク３０９を通して露光光３１０を照射する。
【００８７】
露光光３１０が当たった部分のレジスト３１１は変性する。非露光部分のレジストを３１１A、露光部分のレジストを３１１Bで表す。
【００８８】
現像液によって、露光部分のレジスト３１１Bが除去され、図７（ｃ）に示されるような、電極３０２上部が露出したレジストパターンが形成される。
【００８９】
なお、前記レジストパターンは、ネガ型レジストを使用した場合でも作成可能である。ネガ型レジストを使用する場合は、電極３０２に対応する位置のみ光を遮断するよう調整されたフォトマスクを通して露光光３１０を照射する。
【００９０】
露光によって変性しなかった部分のレジストが現像液によって除去され、電極３０２上部が露出したレジストパターンが形成される。
【００９１】
レジストパターン形成後、インジウム等のバンプとして使用する金属のめっきを行う。図７（ｄ）はめっき後の状態を例示した模式図である。
【００９２】
レジスト３１１Aに覆われていない電極３０２上部のめっきシード層３０３上にのみインジウム３１２が付着し、バンプを形成する。
【００９３】
インジウムめっき後、レジストの除去を行う。図８（ａ）はレジスト除去後の状態を示す模式図である。レジスト剥離液によってレジスト３１１Aが除去され、インジウムバンプ３１２と絶縁壁構造３０８が第一基板３０１上に残る。
【００９４】
その後、イオンミリング等によって余分なシード層３０３を除去する。シード層除去後の状態を図８（ｂ）に例示する。
【００９５】
２００℃程度でインジウムバンプ３１２をリフローする。図８（ｃ）はインジウムをリフローした状態を例示した模式図である。硬化した感光性ポリイミド樹脂壁３０８の耐熱性は３００℃以上あり、２００℃程度のリフロー処理によって影響を受けることはない。
【００９６】
図８（ｄ）はフリップチップボンディング後の状態を例示した模式図である。インジウムバンプ３１２のリフロー後、第二基板３１５側の電極３１４とリフロー済みインジウムバンプ３１３をフリップチップボンディングする。
【００９７】
第二基板３１５には、周知の方法によりHdCdTe基板上に受光素子領域が形成され、第一基板３０１に形成された読み出し回路と接続するための電極３１４があらかじめ形成された構成を有している。
【００９８】
ただし、図中では、第二基板３１５は受光素子を含む基板全体を模式的に表しており、受光素子の構成は省略し、ボンディングに用いる電極３１４のみを記載している。
【００９９】
図８（ｄ）に示すように、第一基板３０１側の電極３０２と第二基板３１５側の電極３１４がバンプ３１３によって電気的に接続されており、隣接バンプ間を仕切る絶縁壁３０８は第一基板３０１側のみに固定され、第二基板３１５側には接触しない。
【０１００】
図９は絶縁壁の平面構造を例示した模式図である。このように、第一の実施形態、第二の実施形態ともに、前記絶縁壁パターンは、格子状（図９（ａ））、バンプ周囲を囲む円状構造（図９（ｂ））、隣接バンプ間にある壁状構造（図９（ｃ））等の平面構造をとってもよい。
【０１０１】
また、第一の実施形態、第二の実施形態ともに絶縁壁の形成はインジウムバンプの形成前に行っている。これは、感光性ポリイミド等のバンプ間隔壁に使用する絶縁体の種類によっては、絶縁体形成途中の熱処理（例えば感光性ポリイミドの熱硬化処理等）の温度がインジウムバンプの融点より高くなる可能性があること、また、バンプを形成後に絶縁樹脂を塗布する場合、大きな凹凸が生じてしまい、十分な露光フォーカスマージンを確保することが難しいという問題があるためである。
【０１０２】
なお、前記第一、第二の実施の形態では、絶縁壁パターンをポジ型の感光性ポリイミドを使用して作成したが、ネガ型の感光性ポリイミドを使用して作成することも可能である。
【０１０３】
ネガ型感光性ポリイミドを使用する場合は、露光により光が当たった部分のみ物性が変化し、現像液によって溶解されなくなる。
【０１０４】
そこで、樹脂壁として残したい部分のみ光を透過させるようなマスクパターンを形成したマスクを使用して、感光性ポリイミドに露光光の照射を行えばよい。
【０１０５】
また、第一の実施形態及び第二の実施形態では感光性ポリイミドを用いたフォトリソグラフィによって絶縁壁構造を作成する手順について例示したが、絶縁壁パターンを作成する方法はこれに限らない。
【０１０６】
例えば非感光性の絶縁樹脂に、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ等を適用することによっても同様の構造を作成することが可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 読み出し回路を備えたシリコン基板
２ 層間絶縁膜
３ 保護膜
４ 第１Al-Si層
５ 第２Al-Si層
６ Ti-Pd層
７ バンプ
８ 受光素子を備えた基板
９ n+ジャンクジョン
１０ 保護膜
１１ 第１Au層
１２ Mo層
１３ Pt層
１４ 第２Au層
１０１ 読み出し回路を備えた第一の基板
１０２ 第一基板側の電極
１０３ 感光性ポリイミド等の絶縁性樹脂
１０３A 感光性ポリイミドの非露光部
１０３B 感光性ポリイミドの露光部
１０４ フォトマスク
１０５ 露光光
１０６ 熱処理前の樹脂壁
１０７ 絶縁壁
１０８ 第一のフォトマスク
１０９ 露光光
１１０ 第一層目のレジスト
１１０A第一層目のレジストの非露光部分
１１０B 第一層目のレジストの露光部分
１１１ 第一のフォトマスクより光を通す幅の小さい第二のフォトマスク
１１２ 第二層目のレジスト
１１２A 第二層目のレジストの非露光部分
１１２B 第二層目のレジストの露光部分
１１３ 庇構造を持ったレジスト
１１４ レジスト上に形成されたインジウム
１１５ 電極上に形成されたインジウム
１１６ インジウムバンプ（リフロー後）
１１７ 受光素子を備えた第二の基板
１１８ 第二基板側の電極
２０１ 読み出し回路を備えた第一の基板
２０２ 第一基板側の電極
２０３ 樹脂壁
２０４ 庇構造を持ったレジスト
２０５ レジストと癒着していないバンプ
２０６ 庇構造のないレジスト
２０７ レジストと癒着したバンプ
３０１ 読み出し回路を備えた第一の基板
３０２ 第一基板側の電極
３０３ めっきシード層
３０４ 感光性ポリイミド等の絶縁性樹脂
３０４A 感光性ポリイミドの非露光部分
３０４B 感光性ポリイミドの露光部分
３０５ フォトマスク
３０６ 露光光
３０７ 熱処理前の樹脂壁
３０８ 樹脂壁
３０９ フォトマスク
３１０ 露光光
３１１ レジスト
３１１Aレジストの非露光部分
３１１Bレジストの露光部分
３１２ インジウムバンプ
３１３ インジウムバンプ（リフロー後）
３１４ 第二基板側の電極
３１５ 受光素子を備えた第二の基板
４０１ 樹脂壁
４０２ インジウムバンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子型赤外線撮像素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
HgCdTe（水銀カドミウムテルル）等の化合物半導体の基板に受光素子を形成し、Si（シリコン）等の基板に読み出し回路を形成し、これらの基板をフリップチップボンディング（FCB：Flip-Chip-Bonding）で電気的に接続する量子型赤外線撮像素子が知られている。
【０００３】
このような量子型赤外線撮像素子では、赤外線を受けて励起状態となったHgCdTe等の受光素子が自由電子を放出することで、読み出し回路に電流が流れ、赤外線を検知することが可能となっている。
【０００４】
しかし、室温条件下で量子型赤外線撮像素子を動作させると、赤外線を受けなくても受光素子が励起状態になることで、赤外線の有無にかかわらず自由電子が放出され、ノイズが発生してしまうため、７７K付近という低温条件で動作させる必要がある。
【０００５】
動作に際して上記のような制約条件はあるものの、量子型赤外線撮像素子は非冷却型赤外線検知装置と比較してより高感度な観測が可能であることから、高精度な赤外線観測が必要となる分野で広く用いられている。
【０００６】
これら量子型赤外線撮像素子は常時冷却されているわけではなく、使用時には液体窒素等を用いて７７K付近まで冷却されるが、非使用時には冷却せずに保管されるのが通常であり、使用時の７７K程度の極低温と、非使用時の室温との間で度重なる温度変化にさらされる。
【０００７】
このため、受光素子を形成した化合物半導体基板と読み出し回路を形成したシリコン基板との熱膨張係数の違いに起因するストレスによってFCBで用いるバンプに歪みや変形が生じ、使用を重ねることでバンプが変形して隣接バンプ同士の接触が発生することがある。
【０００８】
バンプの接触が発生すると、接触した二つのバンプのうち電気抵抗が小さいものに大きな電流が流れ、他方にはほとんど電流が流れなくなるなどの影響により、結果としてどちらのバンプに対応する画素も無効画素となってしまう。
【０００９】
このため、この問題は多画素、狭ピッチ化が進む量子型赤外線撮像素子において、特に問題となる。
【００１０】
このような隣接バンプ間の接触を防ぐ一般的な方法として、例えば半導体実装分野では、バンプ間に熱硬化型の樹脂を充填させることでバンプ強度を高めつつ隣接バンプ間の絶縁を確保することができるアンダーフィルと呼ばれる手法が知られている。
【００１１】
また、隣接バンプ間に例えば樹脂などの絶縁体の壁状構造を持たせることによってバンプ間短絡の回避を試みる手法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６-２３６９８１号公報
【特許文献２】特開平８-２８８３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
量子型赤外線撮像素子は一般的な半導体デバイスと比べて狭ピッチ、高密度バンプ配置であるため、バンプの接触を防ぐためにアンダーフィル手法を適用すると樹脂充填時にボイド（気泡）が発生しやすい。
【００１４】
また、HgCdTe等の化合物半導体が非常にもろいことから、アンダーフィル樹脂のストレスでクラックが発生しやすいなどの技術的問題点を抱えている。
【００１５】
さらに、アンダーフィル樹脂の代わりに、受光素子基板とシリコン基板にその両端が固定された絶縁壁構造を隣接バンプ間に設置する場合にも、絶縁壁からのストレスによって受光素子基板にクラックが発生することがある。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、読み出し回路を備えた第一の基板と受光素子を備えた第二の基板をバンプ接続した量子型赤外線検知デバイスにおいて、HgCdTe等で構成される第二の基板に影響を与えることなく前記第一基板と前記第二基板の熱膨張係数の違いに起因する隣接バンプ間の接触を防止する量子型赤外線撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる量子型赤外線撮像素子は、量子型赤外線受光素子に対する読み出し回路を備えた第一基板と、前記第一基板とFCBによって電気的に接続された、受光素子を備えた第二基板と、前記第一基板と前記第二基板をFCBによって電気的に接続する導体バンプ群と、各バンプの周囲を囲むように存在し、前記第一基板側にのみ固定され、前記第二基板との間に空隙を設けた絶縁壁と、を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明はバンプ間に、第一の基板側にのみ固定された絶縁体の仕切り構造を持たせることで、熱サイクルに起因するバンプ変形による隣接バンプ間の接触を防止する。
【００１９】
しかも、絶縁壁は第一の基板にのみ固定され、第二の基板には固定されていない構造であるために、第二の基板は樹脂壁からのストレスを受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】量子型関外線撮像素子の構成例を示した模式断面図。
【図２】第一の実施形態において、絶縁性樹脂の塗布から樹脂壁の熱硬化処理までの手順を示した模式図。
【図３】レジストの形状の違いに起因する、バンプの蒸着形状の違いを示した模式図。
【図４】第一の実施形態において、第一層目のレジストの塗布から、インジウムの蒸着までの手順を示した模式図。
【図５】第一の実施形態において、レジストの除去から受光素子基板のフリップチップボンディングまでの手順を示した模式図。
【図６】第二の実施形態において、めっきシード層の成膜から感光性ポリイミドの現像までの手順を示した模式図。
【図７】第二の実施形態において、感光性ポリイミドの熱処理からインジウムのめっきまでの手順を示した模式図。
【図８】第二の実施形態において、レジストの除去から受光素子基板のフリップチップボンディングまでの手順を示した模式図。
【図９】第一、第二の実施例に共通して、絶縁壁の平面構造を例示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
まず始めに、図１に本発明で使用する量子型赤外線撮像素子の構成を表す模式図を示す。第一基板はシリコン基板に読み出し回路が形成されており、第二基板は化合物半導体基板に受光素子が形成されている。
【００２３】
なお、図１は読み出し回路が形成されている領域ではなく、フリップチップボンディングを行った電極形成領域を示している。それぞれの基板において、電極は次のように構成されている。
【００２４】
第一基板側の電極は、読み出し回路を備えたシリコン基板１側から、例えば第１Al-Si層４、第２Al-Si層５、Ti-Pd層６によって形成される３層構造を持ち、層間絶縁膜２上に配置されている。
【００２５】
層間絶縁膜２としては、例えばSiO2やPSG（Phospho-Silicate Glass）等を用いることができる。また、第一基板側電極はその周囲を例えばシリコン基板１側からSiO2／SiN層で構成された保護膜３によって覆われている。
【００２６】
第二基板側の電極は、受光素子を備えたHgCdTe基板８側から、例えば第１Au層１１、Mo層１２、Pt層１３、第２Au層１４によって形成される４層構造を持ち、n+ジャンクジョン９に接続されている。
【００２７】
また、第二基板側電極はその周囲を例えばZnSで構成され、受光素子基板８上に形成された保護膜１０で覆われている。さらに、第一基板側電極と第二基板側電極は、インジウム等の金属によって形成されたバンプ７によって電気的に接続されている。
【００２８】
なお、この量子型赤外線撮像素子の構成は一例であり、量子型赤外線撮像素子として必要な効果を奏することが可能であるなら、他の構造および材質を用いたものであっても構わない。
【００２９】
次に、図２乃至図５を基に、本発明における第一の実施形態について説明する。第一基板１０１はシリコン基板に周知の手法により読み出し回路が形成された構成を有している。
【００３０】
ただし、図２乃至図５では、第一基板１０１は回路を含む基板全体を模式的に表しており、読み出し回路の構成は省略し、ボンディングに用いる電極１０２のみを記載している。
【００３１】
図２（ａ）は第一基板１０１上に感光性ポリイミド等の絶縁性樹脂を塗布した状態を示す模式断面図である。電極１０２が形成された第一基板１０１上に、絶縁性樹脂として、例えば感光性ポリイミド１０３をスピンコートもしくはスプレーコートなどの方法で塗布する。
【００３２】
このとき、感光性ポリイミド１０３を塗布する際の膜厚は、現像工程による膜減りや熱硬化処理（キュア）時の熱収縮を考慮し、最終的に所望の絶縁壁の高さとなるように設定する。
【００３３】
具体的には、絶縁壁形成領域における両基板間隔の１００%〜１１０%ほどの厚さで感光性ポリイミドを塗布する。前記した両基板の間隔が、１０μm程度で設計されている場合には、１０〜１１μm程度の厚さの感光性ポリイミドを塗布すればよい。
【００３４】
次に図２（ｂ）に示すように、例えば格子状、円柱状など所望のパターンの絶縁壁構造に対応するマスクパターンを形成したマスク１０４を用いて感光性ポリイミド１０３に露光光１０５の照射を行う。
【００３５】
塗布された感光性ポリイミド１０３のうち、露光により光が当たった部分１０３Bのみ物性が変化し、非露光部１０３Aの物性は変化しない。
【００３６】
図２（ｂ）で例示されているようなポジ型の感光性ポリイミドの場合には、物性の変化した部分のみ現像液によって溶解されるので露光後に感光性ポリイミド１０３に現像処理を行うことで図２（ｃ）に例示されるような所定の絶縁壁パターンが形成される。
【００３７】
つづいて２５０℃〜３００℃程度の温度でポリイミドに熱硬化処理（キュア）を行う。図２（ｄ）は熱処理前後での樹脂壁の変化を表す模式図である。
【００３８】
点線で表された樹脂壁１０６は熱処理によって絶縁壁１０７のように一定の割合で収縮し、硬化する。使用する樹脂によっては紫外線を照射して硬化を促進させることも可能である。硬化後、例えばイオンミリング等の手段によって電極１０２表面の酸化膜を除去してもよい。
【００３９】
次に、バンプを形成するためのレジストパターンを形成する。蒸着リフトオフによってバンプを形成する場合、レジストには例えば図３（ａ）に例示するような庇構造２０４を持たせることが好ましい。以下、その理由について説明する。
【００４０】
図３（ａ）は庇構造を持ったレジストパターンを用いてバンプ蒸着を行った結果、図３（ｂ）は庇構造を持たないレジストパターンを用いて同様の行為を行った結果を例示した模式図である。
【００４１】
庇構造がない場合、バンプ２０７の蒸着を行う際に、図３（ｂ）のようにレジスト２０６が蒸着した金属によって覆われてしまい、レジスト２０６を除去することが困難となってしまう。
【００４２】
しかし、レジストに庇構造を持たせることで、図３（ａ）のようにバンプ２０７蒸着後もレジスト２０６が外部に露出した状態を保つことができるため、現像液によるリフトオフが可能となる。
【００４３】
レジストに庇構造を持たせる方法として、２段露光を用いたレジストパターン形成手順について以下で説明する。
【００４４】
図４（ａ）、図４（ｂ）は２段露光による庇構造を持ったレジスト作成手順を例示する模式図である。まず、第一基板１０１上に第一層目のレジストを塗布し、マスク１０８を通して露光光１０９を照射する。
【００４５】
露光光１０９が当たった部分のレジストは変性する。非露光部分のレジストを１１０A、露光部分のレジストを１１０Bで表す。
【００４６】
次に、塗布されたレジスト１１０A、１１０Bに重ねて第二層目のレジストとして新たなレジストを塗布し、マスク１０８よりも光を通す幅の小さいマスク１１１を通して露光光１０９を照射する。
【００４７】
光が当たった部分のレジストも同様に変性する。非露光部分のレジストを１１２A、露光部分のレジストを１１２Bで表す。現像液によって、露光された部分のレジスト１１０B、１１２Bが除去され、図４（ｃ）に例示されるような庇構造を持ったレジストバターンが形成される。
【００４８】
なお、庇構造を持ったレジスト全体（レジスト１１０Aとレジスト１１２Aの総称）をレジスト１１３として定義し、以後記載するものとする。
【００４９】
本実施例における庇構造の水平突起長は片側３μm程度であるが、この値は使用する装置、蒸着源、膜厚などによって異なるものであり、ここでの記載は庇構造の長さを何ら限定するものではない。
【００５０】
レジストパターン形成後、バンプとして使用する金属の蒸着を行う。本実施の形態においては、インジウムをバンプとして使用している。
【００５１】
インジウムは柔らかいために、ある程度の変形を吸収する緩衝材の役割を果たすことができ、また融点が低く、他の金属（例えばAu）に程よく接合するなどの特性がある。このため、量子型赤外線撮像素子の製造プロセスとの整合性がよい。
【００５２】
このことから、量子型赤外線撮像素子のバンプにはインジウムを用いることが一般的であるが、インジウム以外の金属を用いることも可能であり、ここでの記載はバンプの材質をインジウムのみに限定するものではない。
【００５３】
図４（ｄ）はインジウム蒸着後の状態を例示した模式図である。インジウムは電極１０２上およびレジスト１１３上にそれぞれ蒸着される。インジウム蒸着後、アセトン等の剥離液によって、リフトオフ洗浄を行う。図５（ａ）はリフトオフ洗浄後の状態を例示した模式図である。
【００５４】
剥離液によってレジスト１１３が除去されると同時に、レジスト１１３上に形成されたインジウム１１４も除去され、電極１０２上に形成されたインジウム１１５のみが第一の基板１０１上（電極１０２上）に残る。
【００５５】
また、ポリイミドからなる絶縁壁１０７は熱硬化処理が行われているため、リフトオフ剥離液により溶解せずに第一基板１０１上に残る。
【００５６】
次に、２００℃程度でインジウム１１５をリフローする。図５（ｂ）はインジウムをリフローした状態を例示した模式図である。硬化した感光性ポリイミドの樹脂壁１０７の耐熱性は３００℃以上あり、２００℃程度のリフロー処理によって影響を受けることはない。
【００５７】
次に、図５（ｃ）に示すように、バンプ１１５のリフロー後、第二基板１１７側の電極１１８とリフロー済みバンプ１１６をフリップチップ接合する。フリップチップ接合時に熱と荷重が加わることで、インジウムと電極との界面で相互拡散が生じ、バンプと電極が接合される。
【００５８】
なお、第二基板１１７は、周知の方法によりHgCdTe基板上に受光素子領域が形成され、第一基板に形成された読み出し回路と接続するための電極１１８があらかじめ形成された構成を有している。
【００５９】
ただし、図中では、第二基板１１７は受光素子を含む基板全体を模式的に表しており、受光素子の構成は省略し、ボンディングに用いる電極１１８のみを記載している。
【００６０】
図５（ｃ）に示すように、第一基板１０１側の電極１０２と第二基板１１７側の電極１１８がバンプ１１６によって電気的に接続されており、隣接バンプ間を仕切る絶縁壁１０７は第一基板１０１側のみに固定され、第二の基板１１７側には接触しない。
【００６１】
絶縁壁の高さは、基本的には受光素子が形成されたHgCdTe基板等からなる第二の基板に接しない範囲であれば高いほどよい。
【００６２】
しかし、バンプ作成時の誤差等が発生しうることを考慮すると、第二の基板に接触せず、かつバンプ間の接触を防止する絶縁壁として機能し得る高さ、例えばFCB後の絶縁壁形成領域における両基板間隔の７０〜９０%程度あればよいと考えられる。
【００６３】
このような構成にすることにより、本実施形態によれば第二の基板に物理的影響を与えることなく隣接バンプ間の絶縁を確保できるため、デバイスの品質、耐久性を向上させることができる。
【００６４】
特許文献１として前記した特開平６-２３６９８１号の構造を用いた場合、樹脂壁を受光素子基板であるHgCdTe基板側にも設置する必要がある。
【００６５】
しかしながら、HgCdTe基板は熱に弱く、約１００℃ほどで変性してしまうため、受光素子に影響を与えずに絶縁性樹脂を熱硬化することは困難である。
【００６６】
また、隣接バンプの接触は基板間ギャップの中央部で起こることが多いが、その部分が空隙となっているため絶縁壁が十分に効果を発揮できるとは考えにくい。しかし、本実施の形態によれば、このような問題に対応することが可能である。
【００６７】
また、特許文献２として前記した特開平８-２８８３３５号の構造を用いた場合、絶縁壁が移動することで微細なゴミが発生しやすくなり、コンタミネーションの原因となる。
【００６８】
それ以外にも、絶縁壁がHgCdTe基板に衝突することでクラックが発生する原因となるなどの問題が考えられるが、本実施の形態によれば、このような問題に対応することが可能である。
【００６９】
次に、図６乃至図８を基に、本発明の第二の実施形態にかかる量子型赤外線撮像素子の製造方法について説明する。
【００７０】
第一の実施形態では、インジウムバンプの形成を蒸着リフトオフ法で行った。第二の実施形態では、インジウムバンプの形成を蒸着リフトオフではなくパターンめっきで行っている。
【００７１】
第一基板３０１は周知の手法により読み出し回路が形成された構成を有している。ただし、図６乃至図８では、第一基板３０１は回路を含む基板全体を模式的に表しており、読み出し回路の構成は省略し、ボンディングに用いる電極３０２のみを記載している。
【００７２】
図６（ａ）は第一基板３０１上にめっきシード膜を成膜した状態を例示する模式断面図である。まず、第一の実施形態と同様に、読み出し回路を備えた第一の基板３０１上に電極３０２を形成した後に、めっきシード層３０３を成膜する。
【００７３】
ここで、めっきシード層の材質には、例えば第一基板側からTi/Cuの層状構造等を用いてもよい。第一基板側電極３０２のとりうる構造および材質は第一の実施形態と同様である。
【００７４】
第一の実施形態と同様の手順で、絶縁壁構造の形成までのプロセスを行う。図６（ｂ）はめっきシード層３０３が成膜された第一基板３０１上に絶縁性樹脂３０４を塗布した状態を例示した模式図である。
【００７５】
例えば感光性ポリイミド等の絶縁性樹脂をスピンコートもしくはスプレーコートなどの方法でめっきシード層３０３上に塗布する。
【００７６】
感光性ポリイミド３０４を塗布する際の膜厚は、現像工程による膜減りやキュア時の熱収縮を考慮し、最終的な絶縁壁の高さとなるように設定するのは、第一の実施形態と同様である。
【００７７】
具体的には、絶縁壁形成領域における両基板間隔の１００%〜１１０%ほどの厚さで感光性ポリイミドを塗布する。前記した両基板の間隔が、１０μm程度で設計されている場合には、１０〜１１μm程度の厚さの感光性ポリイミドを塗布すればよい。
【００７８】
絶縁隔壁の高さは、基本的には受光素子が形成されたHgCdTe基板等からなる第二の基板に接しない範囲であれば高いほどよい。
【００７９】
しかし、バンプ形成時の誤差等が発生し得ることを考慮すると、第二の基板に接触せず、かつバンプ間の接触を防止する絶縁壁として機能する高さ、例えばFCB後の絶縁壁形成領域における両基板間隔の７０〜９０％あればよいと考えられる。
【００８０】
次に図６（ｃ）に示すように、例えば格子状、円柱状など所望のパターンの絶縁壁構造に対応するマスクパターンを形成したマスク３０５を用いて、感光性ポリイミド３０４に露光光３０６の照射を行う。
【００８１】
塗布された感光性ポリイミド３０４のうち、露光光３０６が当たった部分３０４Bのみ物性が変化し、非露光部３０４Aの物性は変化しない。
【００８２】
図３で例示されているようなポジ型の感光性ポリイミドの場合には、物性の変化した部分のみ現像液によって溶解されるので露光後に感光性ポリイミド３０４に現像処理を行うことで図６（ｄ）に例示されるような所定の絶縁壁パターンが形成される。
【００８３】
第一の実施形態同様、つづいて２５０℃〜３００℃程度の温度でポリイミドに熱硬化処理を行う。図７（ａ）は熱処理前後での樹脂壁の変化を表す模式図である。
【００８４】
点線で表された樹脂壁３０７は熱処理によって３０８のように一定の割合で収縮し、硬化する。使用する樹脂によっては紫外線を照射して硬化を促進させる場合もある。硬化後、例えばイオンミリング等の手段によってシード層３０３表面の酸化膜を除去することもある。
【００８５】
次に、バンプを形成するためのレジストパターンを形成する。図７（ｂ）、図７（ｃ）はパターンめっきによるレジストパターン形成手順の一例を示す模式図である。
【００８６】
まず、第一基板３０１上にレジスト３１１を塗布し、電極３０２に対応する位置のみ光が通過するよう調整されたフォトマスク３０９を通して露光光３１０を照射する。
【００８７】
露光光３１０が当たった部分のレジスト３１１は変性する。非露光部分のレジストを３１１A、露光部分のレジストを３１１Bで表す。
【００８８】
現像液によって、露光部分のレジスト３１１Bが除去され、図７（ｃ）に示されるような、電極３０２上部が露出したレジストパターンが形成される。
【００８９】
なお、前記レジストパターンは、ネガ型レジストを使用した場合でも作成可能である。ネガ型レジストを使用する場合は、電極３０２に対応する位置のみ光を遮断するよう調整されたフォトマスクを通して露光光３１０を照射する。
【００９０】
露光によって変性しなかった部分のレジストが現像液によって除去され、電極３０２上部が露出したレジストパターンが形成される。
【００９１】
レジストパターン形成後、インジウム等のバンプとして使用する金属のめっきを行う。図７（ｄ）はめっき後の状態を例示した模式図である。
【００９２】
レジスト３１１Aに覆われていない電極３０２上部のめっきシード層３０３上にのみインジウム３１２が付着し、バンプを形成する。
【００９３】
インジウムめっき後、レジストの除去を行う。図８（ａ）はレジスト除去後の状態を示す模式図である。レジスト剥離液によってレジスト３１１Aが除去され、インジウムバンプ３１２と絶縁壁構造３０８が第一基板３０１上に残る。
【００９４】
その後、イオンミリング等によって余分なシード層３０３を除去する。シード層除去後の状態を図８（ｂ）に例示する。
【００９５】
２００℃程度でインジウムバンプ３１２をリフローする。図８（ｃ）はインジウムをリフローした状態を例示した模式図である。硬化した感光性ポリイミド樹脂壁３０８の耐熱性は３００℃以上あり、２００℃程度のリフロー処理によって影響を受けることはない。
【００９６】
図８（ｄ）はフリップチップボンディング後の状態を例示した模式図である。インジウムバンプ３１２のリフロー後、第二基板３１５側の電極３１４とリフロー済みインジウムバンプ３１３をフリップチップボンディングする。
【００９７】
第二基板３１５には、周知の方法によりHdCdTe基板上に受光素子領域が形成され、第一基板３０１に形成された読み出し回路と接続するための電極３１４があらかじめ形成された構成を有している。
【００９８】
ただし、図中では、第二基板３１５は受光素子を含む基板全体を模式的に表しており、受光素子の構成は省略し、ボンディングに用いる電極３１４のみを記載している。
【００９９】
図８（ｄ）に示すように、第一基板３０１側の電極３０２と第二基板３１５側の電極３１４がバンプ３１３によって電気的に接続されており、隣接バンプ間を仕切る絶縁壁３０８は第一基板３０１側のみに固定され、第二基板３１５側には接触しない。
【０１００】
図９は絶縁壁の平面構造を例示した模式図である。このように、第一の実施形態、第二の実施形態ともに、前記絶縁壁パターンは、格子状（図９（ａ））、バンプ周囲を囲む円状構造（図９（ｂ））、隣接バンプ間にある壁状構造（図９（ｃ））等の平面構造をとってもよい。
【０１０１】
また、第一の実施形態、第二の実施形態ともに絶縁壁の形成はインジウムバンプの形成前に行っている。これは、感光性ポリイミド等のバンプ間隔壁に使用する絶縁体の種類によっては、絶縁体形成途中の熱処理（例えば感光性ポリイミドの熱硬化処理等）の温度がインジウムバンプの融点より高くなる可能性があること、また、バンプを形成後に絶縁樹脂を塗布する場合、大きな凹凸が生じてしまい、十分な露光フォーカスマージンを確保することが難しいという問題があるためである。
【０１０２】
なお、前記第一、第二の実施の形態では、絶縁壁パターンをポジ型の感光性ポリイミドを使用して作成したが、ネガ型の感光性ポリイミドを使用して作成することも可能である。
【０１０３】
ネガ型感光性ポリイミドを使用する場合は、露光により光が当たった部分のみ物性が変化し、現像液によって溶解されなくなる。
【０１０４】
そこで、樹脂壁として残したい部分のみ光を透過させるようなマスクパターンを形成したマスクを使用して、感光性ポリイミドに露光光の照射を行えばよい。
【０１０５】
また、第一の実施形態及び第二の実施形態では感光性ポリイミドを用いたフォトリソグラフィによって絶縁壁構造を作成する手順について例示したが、絶縁壁パターンを作成する方法はこれに限らない。
【０１０６】
例えば非感光性の絶縁樹脂に、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ等を適用することによっても同様の構造を作成することが可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 読み出し回路を備えたシリコン基板
２ 層間絶縁膜
３ 保護膜
４ 第１Al-Si層
５ 第２Al-Si層
６ Ti-Pd層
７ バンプ
８ 受光素子を備えた基板
９ n+ジャンクジョン
１０ 保護膜
１１ 第１Au層
１２ Mo層
１３ Pt層
１４ 第２Au層
１０１ 読み出し回路を備えた第一の基板
１０２ 第一基板側の電極
１０３ 感光性ポリイミド等の絶縁性樹脂
１０３A 感光性ポリイミドの非露光部
１０３B 感光性ポリイミドの露光部
１０４ フォトマスク
１０５ 露光光
１０６ 熱処理前の樹脂壁
１０７ 絶縁壁
１０８ 第一のフォトマスク
１０９ 露光光
１１０ 第一層目のレジスト
１１０A第一層目のレジストの非露光部分
１１０B 第一層目のレジストの露光部分
１１１ 第一のフォトマスクより光を通す幅の小さい第二のフォトマスク
１１２ 第二層目のレジスト
１１２A 第二層目のレジストの非露光部分
１１２B 第二層目のレジストの露光部分
１１３ 庇構造を持ったレジスト
１１４ レジスト上に形成されたインジウム
１１５ 電極上に形成されたインジウム
１１６ インジウムバンプ（リフロー後）
１１７ 受光素子を備えた第二の基板
１１８ 第二基板側の電極
２０１ 読み出し回路を備えた第一の基板
２０２ 第一基板側の電極
２０３ 樹脂壁
２０４ 庇構造を持ったレジスト
２０５ レジストと癒着していないバンプ
２０６ 庇構造のないレジスト
２０７ レジストと癒着したバンプ
３０１ 読み出し回路を備えた第一の基板
３０２ 第一基板側の電極
３０３ めっきシード層
３０４ 感光性ポリイミド等の絶縁性樹脂
３０４A 感光性ポリイミドの非露光部分
３０４B 感光性ポリイミドの露光部分
３０５ フォトマスク
３０６ 露光光
３０７ 熱処理前の樹脂壁
３０８ 樹脂壁
３０９ フォトマスク
３１０ 露光光
３１１ レジスト
３１１Aレジストの非露光部分
３１１Bレジストの露光部分
３１２ インジウムバンプ
３１３ インジウムバンプ（リフロー後）
３１４ 第二基板側の電極
３１５ 受光素子を備えた第二の基板
４０１ 樹脂壁
４０２ インジウムバンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子型赤外線受光素子に対する読み出し回路を備えた第一基板と、
前記第一基板とフリップチップボンディングによって電気的に接続される、量子型赤外線受光素子を備えた第二基板と、
前記第一基板と前記第二基板をフリップチップボンディングによって電気的に接続する複数の導体バンプ群と、
各バンプの周囲を囲むように形成し、前記第一基板側にのみ固定され、前記第二基板との間に空隙を設けた絶縁壁と、
を有することを特徴とする量子型赤外線撮像素子。
【請求項２】
前記第一基板はシリコン基板から構成され、前記第二基板は化合物半導体から構成されることを特徴とする請求項１記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項３】
前記第二基板はHdCdTeから構成されることを特徴とする、請求項１又は２記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項４】
前記導体バンプは、インジウムによって形成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項５】
前記絶縁壁は感光性ポリイミドによって形成されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項６】
前記絶縁壁の高さは、前記絶縁壁形成領域における前記第二基板と前記第一基板との間の間隔の７０〜９０%の範囲であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項７】
量子型赤外線受光素子に対する読み出し回路を備えた第一基板上に絶縁性樹脂を塗布し、電極領域を囲むように所望の絶縁壁構造となるようにパターニングする手順と、
パターニングされた前記絶縁壁構造を熱硬化させる手順と、
前記第一基板側の電極上に導体バンプを形成する手順と、
形成された前記導体バンプをリフローする手順と、
前記第一基板と、受光素子を備えた第二基板を前記バンプによってフリップチップボンディングする手順と、
を有することを特徴とする、量子型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記バンプは、蒸着リフトオフで形成することを特徴とする、請求項７記載の量子型像素子の製造方法。
【請求項９】
前記バンプは、パターンめっきで形成することを特徴とする、請求項７記載の量子型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁性樹脂は感光性ポリイミドであり、フォトリソグラフィによって前記感光性ポリイミドのパターニングを行うことを特徴とする、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の量子型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
前記感光性ポリイミドを塗布する際の膜厚は、絶縁壁形成領域における両基板間隔の１００%〜１１０%であることを特徴とする、請求項１０記載の量子型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項１】
量子型赤外線受光素子に対する読み出し回路を備えた第一基板と、
前記第一基板とフリップチップボンディングによって電気的に接続される、量子型赤外線受光素子を備えた第二基板と、
前記第一基板と前記第二基板をフリップチップボンディングによって電気的に接続する複数の導体バンプ群と、
各バンプの周囲を囲むように形成し、前記第一基板側にのみ固定され、前記第二基板との間に空隙を設けた絶縁壁と、
を有することを特徴とする量子型赤外線撮像素子。
【請求項２】
前記第一基板はシリコン基板から構成され、前記第二基板は化合物半導体から構成されることを特徴とする請求項１記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項３】
前記第二基板はHdCdTeから構成されることを特徴とする、請求項１又は２記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項４】
前記導体バンプは、インジウムによって形成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項５】
前記絶縁壁は感光性ポリイミドによって形成されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項６】
前記絶縁壁の高さは、前記絶縁壁形成領域における前記第二基板と前記第一基板との間の間隔の７０〜９０%の範囲であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の量子型赤外線撮像素子。
【請求項７】
量子型赤外線受光素子に対する読み出し回路を備えた第一基板上に絶縁性樹脂を塗布し、電極領域を囲むように所望の絶縁壁構造となるようにパターニングする手順と、
パターニングされた前記絶縁壁構造を熱硬化させる手順と、
前記第一基板側の電極上に導体バンプを形成する手順と、
形成された前記導体バンプをリフローする手順と、
前記第一基板と、受光素子を備えた第二基板を前記バンプによってフリップチップボンディングする手順と、
を有することを特徴とする、量子型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記バンプは、蒸着リフトオフで形成することを特徴とする、請求項７記載の量子型像素子の製造方法。
【請求項９】
前記バンプは、パターンめっきで形成することを特徴とする、請求項７記載の量子型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁性樹脂は感光性ポリイミドであり、フォトリソグラフィによって前記感光性ポリイミドのパターニングを行うことを特徴とする、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の量子型赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
前記感光性ポリイミドを塗布する際の膜厚は、絶縁壁形成領域における両基板間隔の１００%〜１１０%であることを特徴とする、請求項１０記載の量子型赤外線撮像素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７７６８９（Ｐ２０１３−７７６８９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６４７０（Ｐ２０１１−２１６４７０）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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