(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン方位指数(ｎ１１)面基板上にII−IV族化合物半導体で構成されたｐｎ接合を備えてなるホトダイオードアレイ状の赤外検出部と、他のシリコン基板上に構成された信号処理回路と、ホトダイオード部で発生した信号電荷を信号処理部に注入するためのバンプ部で構成されたハイブリッド型赤外線検出器において、ホトダイオードが形成されている前記赤外検出部におけるシリコン方位指数(ｎ１１)面基板がII−IV族化合物半導体と対接する主面に設けられた線状の突起部と、この突起部から前記II−IV族化合物半導体に延在したクラックとを有することを特徴とするハイブリッド型赤外線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外線検知器に係り、特に化合物半導体材料を利用し
て赤外光を検知し、光電変換するハイブリッド型赤外検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線検出器としてＩＩ−ＩＶ族化合物半導体であるＨｇＣｄＴｅを用いることが知られている。ＨｇＣｄＴｅはＣｄＴｅとＨｇＴｅとの混晶であり、その組成を変化させることにより感度波長を変えることが可能である。
【０００３】
図６（ａ）にＩＩ−ＶＩ族半導体であるＨｇＣｄＴｅを光検出部としてシリコン方位指数（ｎ１１）面基板（以下（ｎ１１）面基板と略記する）上に形成し、他のシリコン基板上に形成した信号処理部とインジウムバンプよりなるハイブリッド型赤外線検出器の構造を断面図で示す。
【０００４】
シリコン（ｎ１１）面基板上に、赤外線検出層であるｐ−ＨｇＣｄＴｅ層が形成され、イオン注入によりｎ−ＨｇＣｄＴｅ部が形成されている。６はＺｎＳ保護層である。ｎ−ＨｇＣｄＴｅにＩｎ電極７が設けられ、このインジウム電極と別途信号処理部上に形成されたＩｎバンプとを圧接することにより電気的に接続し、ＨｇＣｄＴｅからなる複数のｐｎ接合素子を具備する赤外線素子が構成される。また、隣接するホトダイオード部との間隔は４０μｍ程度である。赤外光が光検出部であるＨｇＣｄＴｅのホトダイオードのｐｎ接合部に入射すると、接合部でホトキャリアを発生し、拡散したキャリアはインジウムバンプを介して他のシリコン基板上に形成された信号処理部ヘ注入され、画像として出カされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く構成される赤外線検出器のＨｇＣｄＴｅ層は、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法等により高温でエピタキシャル成長により形成される。
【０００６】
検出器の動作時には冷却して使用される。ＳｉとＨｇＣｄＴｅは熱膨張係数差が大きく、冷却時に熱応力が光検出部に生じ、基板が反ってしまう。このため、図６（ｂ）に示されるようにインジウムバンプの破断や剥がれによる欠陥画素を生じ信頼性を著しく低下させるという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッド型赤外線検出器は、シリコン方位指数(ｎ１１)面基板上にII−IV族化合物半導体で構成されたｐｎ接合を備えてなるホトダイオードアレイ状の赤外検出部と、他のシリコン基板上に構成された信号処理回路と、ホトダイオード部で発生した信号電荷を信号処理部に注入するためのバンプ部で構成されたハイブリッド型赤外線検出器において、ホトダイオードが形成されている前記赤外検出部におけるシリコン方位指数(ｎ１１)面基板がII−IV族化合物半導体と対接する主面に設けられた線状の突起部と、この突起部から前記II−IV族化合物半導体に延在したクラックとを有することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は上記事情を考慮してなされ、シリコン基板上に形成されたハイブリッド型赤外検出器において高信頼性、高感度の赤外線検出素子を提供する目的でなされたものである。
【００１１】
本発明は、ハイブリッド型赤外検出器において、光を検出するシリコン（ｎ１１）基板１には図２および図３に示されるように、あらかじめＳｉ  Ｏ２  の線状の突起２をＳｉ［０１１］方向と垂直にかつ線間隔４０μｍで形成した後、ＨｇＣｄＴｅ層をＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法等でエピタキシャル成長し、ＨｇＣｄＴｅ層に形成されたｐｎ接合からなるホトダイオードがアレイ状に配列された光検出部と他シリコン基板に形成された信号処理部とをインジウムバンプにより電気的に接合し構成される。
【００１２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
図４に示した実施例は、Ｓｉ（２１１）基板１上にＳｉ［０１１］方向と垂直で線間隔４０μｍでＳｉＯ２      の線状突起２を形成する。その後、該基板上にｐ型Ｈｇ０．７７Ｃｄ０．２３Ｔｅを気相または液相で１０μｍエピタキシャル成長する。成長層３は一旦、室温まで冷却される。Ｓｉの熱膨張係数は２．３×１０−６［Ｋ−１］であり一方、Ｈｇ０．７７Ｃｄ０．２３Ｔｅの膨張係数は約５×１０−６［Ｋ−１］である。この膨張係数差により、線状突起の位置に熱応力が生じ、ＨｇＣｄＴｅ層内にクラック９を発生する。クラックの発生した部分で区切られた領域をイオン注入法により、ほう素イオンを注入して、ｎ型ＨｇＣｄＴｅ層４を形成し、リソグラフィー技術によりＺｎＳ保護膜６を形成する。ＨｇＣｄＴｅ層上にはＩｎ電極７を真空蒸着法により蒸着する。その後、信号処理部５上にＩｎバンプを蒸着し、これと上記赤外検出部とを圧接接合（インジウム結合柱８）して赤外検出素子を完成する。
【００１４】
図５は線突起間隔をＷとしたときのＩｎバンプの破断、画素の剥がれ等による欠陥画素の不良率を示す。線間隔が４Ｏμｍ以下で急激に不良率が減少する。
【００１５】
要するにＨｇＣｄＴｅが（０１１）面で劈開しやすく、シリコン［０１１］方向と垂直な方向にクラックも生じやすい。このため、シリコン［０１１］方向と垂直な方向に線状の突起を形成することにより、冷却時のシリコン基板とＨｇＣｄＴｅ層間の熱歪みによる応力を線状突起に集中させることにより、任意の位置にＨｇＣｄＴｅ層にクラックを導入することができる。従って、熱膨張係数差による応力を緩和することができるため反りがなくなり、インジウムバンプの破断、剥がれによる欠陥画素を低減することができる。さらに、線突起を形成した位置にクラックを生じさせることができるため、素子間分離をすることができ、クロストークの低減ができる。従って高信頼の複合型赤外線検出素子を作製することが可能となる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のシリコン（ｎ１１）基板上にＳｉ［０１１］方向と垂直方向に線状突起を形成することにより、形成位置にクラックを導入できるため、ＳｉとＨｇＣｄＴｅ層との熱応力を緩和し、赤外検出部の反りを低減できるため、赤外検出部と信号処理部との結合をするインジウムバンプの破断や剥がれが低減できる。
【００１７】
また、線間隔を４０μｍ以下にすることにより、ＨｇＣｄＴｅエピタキシャル成長膜の剥がれ率を低減することができる。さらに、任意の位置にクラックを生じることにより、素子間分離をしクロストークを低減できる。以上により、高信頼の赤外線検出器を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例のハイブリッド型赤外線検出器の断面図、
【図２】一実施例のシリコン基板の斜視図、
【図３】一実施例のシリコン基板の断面図、
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る一実施例のハイブリッド型赤外線検出器の製造方法を説明する工程順の断面図、
【図５】線間隔と画素不良率との相関を示す線図、
【図６】（ａ）、（ｂ）は従来例のハイブリッド型赤外線検出器を説明するためのいずれも断面図。
【符号の説明】
１…シリコン基板
２…ＳｉＯ２  突起
３…ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層
４…ｎ型ＨｇＣｄＴｅ層
５…シリコン信号処理部
６…ＺｎＳ膜
７…金属膜
８…インジウム結合柱
９…クラック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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