(57)【要約】      （修正有）【課題】画素サイズを低減し、かつ接続信頼性の高い２波長型の赤外線検出器アレイとその製造方法を提供する。【解決手段】画素分離溝２で分離された複数の画素１が２次元配置された赤外線検出器アレイにおいて、絶縁性の半導体基板の上に、下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層１３、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、上部コンタクト層１５、及び絶縁層がこの順で積層された積層体を有し、前記複数の画素の各々は、第１のコーナーの近傍に配置される前記中間コンタクト層に達する第１のコンタクト穴３１と、画素中心から前記第１のコーナーの対角に向かう方向にオフセットして配置される単一のバンプ電極９と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素分離溝で分離された複数の画素が２次元配置された赤外線検出器アレイにおいて、
絶縁性の半導体基板の上に、下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、上部コンタクト層、及び絶縁層がこの順で積層された積層体を有し、前記複数の画素の各々は、
第１のコーナーの近傍に配置される前記中間コンタクト層に達する第１のコンタクト穴と、
画素中心から前記第１のコーナーの対角に向かう方向にオフセットして配置される単一のバンプ電極と、
を有することを特徴とする赤外線検出器アレイ。
【請求項２】
前記複数の画素の各々は、
前記第１のコーナーと隣り合う第２のコーナーの近傍に配置されて前記上部コンタクト層に達する第２のコンタクト穴、
を有することを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器アレイ。
【請求項３】
前記第２のコンタクト穴の一部が前記画素分離溝とオーバーラップして、前記画素分離溝の上端と連通し、
画素表面に前記第２のコンタクト穴の周囲を囲み、かつ前記画素分離溝まで延びる表面配線を有することを特徴とする請求項２に記載の赤外線検出器アレイ。
【請求項４】
前記バンプ電極は平面形状が楕円形の電極であり、楕円の短軸が前記第１のコンタクト穴に向かう方向と平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線検出器アレイ。
【請求項５】
前記バンプ電極は平面形状が多角形の電極であり、前記多角形のひとつの頂点が前記第２のコンタクト穴の方向を向いていることを特徴とする請求項２または３に記載の赤外線検出器アレイ。
【請求項６】
前記バンプ電極は平面形状が三角形の電極であり、前記バンプ電極は前記三角形の内部に３つの突起を有することを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出器アレイ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線検出器アレイと、
前記バンプ電極により前記赤外線検出器アレイと接続される読み出し回路部品と、
を有する赤外線撮像装置。
【請求項８】
絶縁性の半導体基板の上に、下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、上部コンタクト層、及び絶縁層をこの順で堆積して積層体を形成し、
前記積層体に、画素分離溝と前記中間コンタクト層に達する第１のコンタクト穴を形成し、前記第１のコンタクト穴は、前記画素分離溝で決まる画素の内部で前記画素の第１のコーナーの近傍に形成され、
前記画素の表面で、前記第１のコンタクト穴から前記第１のコーナーの対角に向かって延びる第１の表面配線を形成し、
画素中心から前記対角に向かってオフセットした位置で、前記第１の表面配線に接続されるバンプ電極を形成する、
ことを特徴とする赤外線検出器アレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出器アレイ、これを用いた赤外線撮像装置、及び赤外線検出器アレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出器アレイでは分離溝で分離された複数の画素が２次元的に配列されている。量子井戸型赤外線検出器（ＱＷＩＰ：Quantum  Well  Infrared  Photo-detector）、量子ドット型赤外線検出器（ＱＤＩＰ：Quantum  Dot  Infrared  Photo-detector）などの量子型検出器は、感度が高く、応答速度が速い。量子型の赤外線検出器は感度に波長依存性があるため、特定波長の赤外光検出の用途に合わせて活性層のバンドギャップが設計されている。
【０００３】
ＱＷＩＰ、ＱＤＩＰ等の赤外線検出器アレイでは、画像の高精細化への要求から、多画素化が進められている。一方、１画素で異なる波長帯に感度を有する多波長（たとえば２波長）の検出器アレイへの要求も高い。多画素化は、画素サイズの縮小を要求するのに対し、多波長化は画素あたりのコンタクト穴やバンプ電極の数が多くなる。多画素化と多波長化は、相反する要求である。
【０００４】
一般的な２波長型の赤外線検出器は、基板上に、下部コンタクト層、第１波長に感度を有する活性層、中間コンタクト層、第２波長に感度を有する活性層、及び上部コンタクト層がこの順に積層されている。１つの画素中に、３つのコンタクト層のそれぞれに接続される３つのコンタクト穴と３つのバンプ電極が配置される（例えば、特許文献１参照））。
【０００５】
図１は、一般的な赤外線検出器の１画素の平面図である。画素分離溝１０２で区切られた領域が１つの画素を形成する。バンプ電極Ｂ１は、コンタクト穴Ｃ１により上部コンタクト層ＴＣに接続される。バンプ電極Ｂ２は、コンタクト穴Ｃ２により中間コンタクト層ＭＣに接続される。バンプ電極Ｂ３は、コンタクト穴Ｃ３により下部コンタクト層ＢＣに接続される。バンプ電極Ｂ２から中間コンタクト層ＭＣにバイアス電圧をかけながら、バンプ電極Ｂ３から第１波長に感度を有する活性層からの信号電流を取り出し、バンプ電極Ｂ１から第２波長に感度を有する活性層からの信号電流を取り出す。
【０００６】
コンタクト穴やバンプは加工精度の限界から微細化が難しく、１画素につき３つのバンプを形成する場合、画素サイズの縮小の妨げになる。そこで、図２に示すように、１画素につき１つのバンプを配置する構成が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。図２では、画素の中央にバンプ電極Ｂ１が配置される。バンプ電極Ｂ１は引き出し電極Ｍにより、コンタクト穴Ｃ２を介して中間コンタクト層ＭＣに接続されている。もうひとつのコンタクト穴Ｃ１は上部コンタクト層ＴＣに接続されている。上部コンタクト層ＴＣとコンタクト穴Ｃ１は、画素表面の電極Ｍ２により、画素分離溝１０２の内壁と底面に形成された金属配線１０３に接続されている。この構成によると、各画素に１つのバンプ電極Ｂ１と２つのコンタクト穴Ｃ１、Ｃ２を形成すればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８５２６５号公報
【特許文献２】特開２００９−１６４３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２の配置構成では、１つの画素内のバンプ電極の数を減らしても、画素のサイズを十分に低減することはできない。フォトリソグラフィの露光及び加工の精度の限界から、コンタクト穴のサイズの縮小は制限される。また、コンタクト穴の内部にオーミックコンタクトを形成するため、コンタクト穴にはある程度の大きさが必要である。バンプ電極のサイズの低減も、接続信頼性と耐熱サイクルの観点から制限がある。図２のバンプ電極とコンタクト穴のサイズは図１の構成と同程度であり（バンプ径はともにφ１）、図２の画素ピッチＬ’を図１の画素ピッチＬと比較して十分に小さくすることができない。
【０００９】
別の問題として、単一のバンプ電極Ｂ１を画素の中央に配置したことで、バンプ電極Ｂ１とコンタクト穴Ｃ２の距離が近くなり、リフロー工程でバンプ電極Ｂ１とコンタクト穴Ｃ２が干渉する危険性がある。リフロー加熱で溶融したバンプ材料がコンタクト穴Ｃ２に落ち込んでバンプの体積が小さくなると、バンプの接続不良が発生し、不良画素が増加する。
【００１０】
本発明は、画素サイズを低減し、かつ接続信頼性の高い２波長型の赤外線検出器アレイとその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様では、画素分離溝で分離された複数の画素が２次元配置された赤外線検出器アレイにおいて、絶縁性の半導体基板の上に、下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、上部コンタクト層、及び絶縁層がこの順で積層された積層体を有し、前記複数の画素の各々は、
第１のコーナーの近傍に配置される前記中間コンタクト層に達する第１のコンタクト穴と、
画素中心から前記第１のコーナーの対角に向かう方向にオフセットして配置される単一のバンプ電極と、
を有する。
【発明の効果】
【００１２】
２波長型の赤外線検出器アレイの画素サイズを低減し、接続信頼性を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の２波長型の赤外線検出器の画素の平面構成を示す図である。
【図２】従来の１画素１バンプ型の画素構成を示す図である。
【図３】実施形態の赤外線検出器の画素の配置構成を示す図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ’断面図である。
【図５】実施形態の赤外線検出器アレイの平面構成図である。
【図６】図５のII-II’断面図である。
【図７】図５のＡ−Ａ’断面図である。
【図８】図５のＢ−Ｂ’断面図である。
【図９】実施形態の赤外線検出器アレイの製造工程図である。
【図１０】実施形態の赤外線検出器アレイの製造工程図である。
【図１１】実施形態の赤外線検出器アレイの製造工程図である。
【図１２】実施形態の赤外線検出器アレイの製造工程図である。
【図１３】実施形態の赤外線検出器アレイの製造工程図である。
【図１４】実施形態の赤外線検出器アレイの製造工程図である。
【図１５】実施形態の赤外線検出器アレイの製造工程図である。
【図１６】実施形態の赤外線検出器アレイの製造工程図である。
【図１７】画素分離溝の断面図である。
【図１８】バンプ形成用の開口の変形例を示す図である。
【図１９】バンプ電極の作製例を示す図である。
【図２０】バンプ形成の変形例を説明する図である。
【図２１】下部コンタクト取出し用溝の構成を示す図である。
【図２２】比較例として従来の下部コンタクト取出し用溝の構成を示す図である。
【図２３】実施形態の赤外線検出器アレイを用いた赤外線撮像装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施形態では、画素サイズを低減し、かつ接続信頼性を高く維持する２波長型の赤外線検出器アレイを提供する。
【００１５】
図３は、実施形態の赤外線検出器アレイの画素１の配置構成を示す図である。画素１は画素分離溝２により区画されている。画素分離溝２の側壁と底面には金属配線３ｃが形成されている。画素１の第１のコーナーの近傍に中間コンタクト層１３に達するコンタクト穴３１が配置され、第１のコーナーの対角の近傍にバンプ電極９が配置される。バンプ電極９は、画素１の中心から、コンタクト穴３１の対角に向かってオフセットしている。この構成で、バンプ電極９とコンタクト穴３１の間の距離を確保して接続信頼性を維持しつつ、画素サイズを低減することができる。
【００１６】
上部コンタクト層１５に達するコンタクト穴３２は、第１のコーナーと隣り合う第２のコーナーの近傍に配置される。コンタクト穴３２は、コンタクト穴３１とバンプ電極９が配置される対角位置以外のコーナー近傍に形成されていればよいので、図３の紙面上で画素１の右下の領域に配置されてもよい。コンタクト穴３２をコンタクト穴３１が配置するコーナーと隣り合うコーナーに配置することで、画素１の内部配置を最もコンパクトにすることができる。
【００１７】
バンプ電極９とコンタクト穴３１は、表面配線３ｂで接続されている。コンタクト穴３２Ｃ１は表面配線３ａにより、画素分離溝２の内部の金属配線３に接続されている。バンプ電極９とコンタクト穴３１は画素１の対角に位置するので、リフロー工程でバンプ電極９が溶融しても、コンタクト穴３１に流入しにくい。画素分離溝２の側壁と底面を覆う金属配線３ｃと、コンタクト穴３２に接続される表面配線３ａを、画素１の表面外周部とコンタクト穴３２の外周にオーバーラップさせてもよい。画素１の外周に金属配線３ｃをオーバーラップさせ、コンタクト穴３２の外周に表面配線３ａをオーバーラップさせることで、最表面に絶縁膜が堆積されたときに溶融したバンプ材料の障壁として機能させる。
【００１８】
この配置構成により、画素１の面積を低減し、かつバンプ電極９の溶融したバンプ材料がコンタクト穴３１及び／またはコンタクト穴３２に流れ込むのを抑制する。コンタクト穴３１よりも浅いコンタクト穴３２を、コンタクト穴３１とバンプ電極９が配置される対角と異なるコーナーに配置することで、縮小化された画素１の中で、なおバンプ電極９からの距離を保つことができる。
【００１９】
バンプ電極９の形状を楕円形とし、楕円の短軸をコンタクト穴３１に向かう方向と平行に配置することで、同じバンプ電極９の体積でコンタクト穴３１からの距離をかせぐことができる。楕円形のバンプ電極は画素１のサイズをさらに低減することができるが、楕円の長軸方向で、バンプ電極９からコンタクト穴３２までの距離、またはバンプ電極９から画素分離溝２までの距離が近くなる。上述したように、表面配線３ａでコンタクト穴３２の周囲を囲こみ、または画素分離溝２の内部に形成される金属配線３ｃの上端を画素１の表面に一部オーバーラップさせて、コンタクト穴３２の周囲及び／または画素１の外周が若干盛り上がる構成にすることで、溶融したバンプ材料がコンタクト穴３２または画素分離領域２の中に落ち込むのを防ぐことができる。
【００２０】
図３の配置構成によると、バンプ電極９は従来と同じサイズで接続の信頼性を担保し、かつ画素ピッチを図１の半分（Ｌ／２）に低減することができる。具体的には、図１の構成で、標準的な画素ピッチは４０μｍ程度である。バンプ径φ１は１０μｍ程度であり、コンタクト穴Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の径は、それぞれ３μｍ、４μｍ、６μｍである。これに対し、図３の構成では、バンプ電極９のバンプ径φ１を従来と同じ１０μｍ、コンタクト穴３１、３２のサイズをそれぞれ従来と同じ３μｍと４μｍにした場合に、画素ピッチを２０μｍまで縮小できる。
【００２１】
図４は、図３のＩ−Ｉ’断面の構成を示す図である。画素分離溝２で区画される画素１において、絶縁性の半導体基板１０の上に、下部コンタクト層１１、下部活性層１２、中間コンタクト層１３、上部活性層１４、上部コンタクト層１５、絶縁層１６がこの順で積層されている。絶縁層１６の表面に反射板１７が配置されて、半導体基板１０の裏面から入射する赤外光を上部活性層１４に戻す役割を果たす。画素１に配置されるひとつのバンプ電極９は、表面配線３ｂにより中間コンタクト層１３に届くコンタクト穴３１に接続されている。上部コンタクト層１５に届くコンタクト穴３２は、表面配線３ａにより画素分離溝２に接続されている。
【００２２】
減らした２つのバンプ電極の代わりに、下部コンタクト層１１と表面配線３ａを赤外線検出器アレイの外周に引き出す。上部コンタクト層１５から上部活性層１４にバイアス電圧が印加され、下部コンタクト層１１から下部活性層１２にバイアス電圧が印加される。バイアス電圧は、上部活性層１４と下部活性層１２に交互に印加される。上部活性層１４にバイアス電圧が印加されたときは、上部活性層１４で吸収される波長の赤外線の光量に比例する光電流が流れ、中間コンタクト層１３と表面配線３ｂを介して、電流信号がバンプ電極９から取り出される。下部活性層１２にバイアス電圧が印加されたときは、下部活性層１２で吸収される波長の赤外線の光量に比例する光電流が流れ、中間コンタクト層１３と表面配線３ｂを介して、電流信号がバンプ電極９から取り出される。
【００２３】
この構成で、１画素あたりバンプ電極の数を１個、コンタクト穴の数を２個にして、画素ピッチを従来の約半分に低減することができる。
【００２４】
図５は、実施形態の赤外線検出器アレイ１００の上面図である。赤外線検出器アレイ１００は、画素領域１０１の外周に、表面配線取出し用バンプ領域１１２が配置され、さらにその外周に、下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１が配置される。画素領域１０１でのバンプ電極９の形成と同時に、表面配線取出し用バンプ領域１１２と、下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１にバンプ電極が形成される。表面配線取出し用バンプ領域１１２と下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１の間に、下部コンタクト層１１に接続された下部コンタクト取出し用溝３３が配置される。下部コンタクト取出し用溝３３と下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１は、下部コンタクト引出し用の表面配線３ｄで接続されている。
【００２５】
図６は、図５のII−II’断面の概略図である。画素領域１０１の外周の表面配線取り出し用バンプ領域１１２には、画素領域１０１に配置される画素１と同じ構成のダミー画素が形成されている。各ダミー画素は、画素１と同様に、画素分離溝２で隔てられている。表面配線取出し用バンプ領域１１２と下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１は、下部コンタクト取出し用溝３３で隔てられている。画素領域１０１では、各画素１にひとつのバンプ電極９が配置される。表面配線取出し用バンプ領域１１２では、各ダミー画素にひとつのバンプ電極１０９Ｔが配置される。下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１にはバンプ電極１０９Ｂが配置される。バンプ電極１０９Ｔは、画素領域１０１の上部コンタクト層１５にバイアス電圧を印加するための電極である。バンプ電極１０９Ｂは、全画素に接続される下部コンタクト層１１にバイアス電圧を印加するための電極である。
【００２６】
図７は、図５のＡ−Ａ’断面の模式図である。下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１の下部コンタクト取出し用溝３３は、下部コンタクト層１１に達している。下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１の表面と、下部コンタクト取出し用溝３３の側面及び底面に表面配線３ｄが形成されている。バンプ電極１０９Ｂは、絶縁膜１８の開口で表面配線３ｄは、下部コンタクト取出し用溝３３の底面で、金属膜２６に接続されている。金属膜２６は、下部コンタクト層１１とオーミック接触しており、バンプ電極１０９Ｂから下部コンタクト層１１にバイアス電圧を印加することができる。
【００２７】
図８は、図５のＢ−Ｂ’断面の模式図である。表面配線取出し用バンプ領域１１２に、画素分離溝２で区画されたダミー画素が配置され、各ダミー画素にバンプ電極１０９Ｔが配置されている。バンプ電極１０９Ｔは、絶縁膜１８に形成された開口により表面配線３ｅに接続されている。表面配線３ｅは画素分離溝２の側面と底面を覆っている。画素分離溝２は下部コンタクト層１１に達しているが、画素分離溝２の内壁の表面配線３ｅは、絶縁膜１８により絶縁されているので、下部コンタクト層１１とは電気的に接続しない。バンプ電極１０９Ｔに印加されるバイアス電圧は、表面配線３ｅにより画素領域１０１に供給され、画素領域１０１の画素分離溝２内の金属配線３ｃと、各画素１のコンタクト穴３２により上部コンタクト層１５に印加される。
【００２８】
図９〜図１６は、実施形態の赤外線検出器アレイの製造工程図である。製造工程は、図５のII−II’断面のうち、下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１と、表面配線取出し用バンプ領域１１２と、画素領域１０１の一部を断面模式図で示す。図示を簡単にするために、下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１と表面配線取出し用バンプ領域１１２のバンプ電極の数をそれぞれ１つずつにしている。
【００２９】
図９（Ａ）は加工プロセス前のエピタキシャルレイヤ構造である。エピタキシャルレイヤ構造（以下、「エピ構造」と略称する）は、半導体基板１０上に、下部コンタクト層１１、下部活性層１２、中間コンタクト層１３、上部活性層１４、上部コンタクト層１５、絶縁層１６がこの順で積層されている。半導体基板１０は、たとえばノンドープのＧａＡｓ基板上にノンドープのＧａＡｓ層を成長し、ストッパ層を介してノンドープのＧａＡｓバッファ層が形成された絶縁性の化合物半導体基板である。半導体基板１０の最上層はノンドープのＧａＡｓバッファ層であり、絶縁層となっている。
【００３０】
下部コンタクト層１１は、たとえばｎ型のＧａＡｓ層であり、画素領域１０１の外周部の下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１に引き出されている。ＧａＡｓの気相成長時に、ｎ型ドーパントガスとしてシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）等を含む原料ガスを導入することで、ｎ型のＧａＡｓ層が形成される。下部活性層１２は、第１の波長に感度を有し、量子井戸または量子ドットの層と障壁層が繰り返し積層された光吸収層である。中間コンタクト層１３は、たとえばｎ型のＧａＡｓ層である。上部活性層１４は、第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する光吸収層である。上部コンタクト層１５は、たとえばｎ型のＧａＡｓ層である。絶縁層１６は、たとえばノンドープのＧａＡｓ層である。
【００３１】
図９（Ｂ）で、中間コンタクト層１３に達する穴２１をドライエッチングで形成する。穴２１は、この例では、画素領域１０１の端部で隣接する２つの画素に配置されるコンタクト穴３１のための穴２１だけが描かれているが、画素領域１０１内のすべての画素に穴２１が同時に形成される。
【００３２】
図１０（Ａ）で、上部コンタクト層１５に達する穴２２をドライエッチングまたはウェットエッチングで形成する。ここでは、画素領域１０１の最も外側の画素に配置されるコンタクト穴３２を形成するための穴２２と、表面配線取出し用バンプ領域１１２のダミー画素に配置されるコンタクト穴を形成するための穴２２が描かれているが、画素領域１０１内のすべての画素に穴２２が同時に形成される。
【００３３】
図１０（Ｂ）で、下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１と表面配線取出し用バンプ領域１１２の境界の近傍に、下部コンタクト層１１に達する溝２３を形成する。溝２３は下部コンタクト取出し用溝３３を形成するための溝であり、画素領域１０１の外周と平行な方向に所定の長さで延設されている。
【００３４】
図１１（Ａ）で、全面に絶縁膜２５を形成する。絶縁膜２５の種類は問わないが、たとえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）等の絶縁膜をプラズマＣＶＤで形成する。エピ構造の上面と、穴２１、穴２２、及び溝２３の内壁（側面と底面）が絶縁膜２５で覆われる。
【００３５】
図１１（Ｂ）で、所定の開口パターンを有するレジストマスクを形成し、ドライエッチングとウェットエッチングにより、穴２１、穴２２、及び溝２３の底面の絶縁膜２５を除去する。穴２１の底面で中間コンタクト層１３が露出し、穴２２の底面で上部コンタクト層１５が露出し、溝２３の底面で下部コンタクト層１１が露出する。その後、各コンタクト層とオーミック接触する金属を蒸着し、リフトオフで不要な金属部分とレジストマスクを除去する。これにより、穴２１の底面に中間コンタクト層１３とオーミック接触する金属膜１９が配置されてコンタクト穴３１が形成される。穴２２の底面に、上部コンタクト層１５とオーミック接触する金属膜１９が配置されてコンタクト穴３２が形成される。溝２３の底面に、下部コンタクト層１１とオーミック接触する金属膜２６が配置されて下部コンタクト取出し用溝３３が形成される。オーミック接触する金属膜１９及び２６は、たとえば金（Ａｕ）上にゲルマニウム（Ｇｅ）を重ねたＧｅ／Ａｕ膜とする。
【００３６】
図１２（Ａ）で、画素領域１０１の表面の所定の領域で、絶縁膜２５の一部をエッチングにより除去して開口３４を形成する。図示は省略されているが、開口３４が形成される領域以外はレジストマスクで覆われている。
【００３７】
図１２（Ｂ）で、反射板となる金属を蒸着し、リフトオフにより開口３４内に反射板１７を形成する。反射板１７の金属材料は、たとえば金（Ａｕ）である。反射板１７を形成することで、半導体基板１０の底面から入射する赤外線をエピ構造に戻して、光吸収効率を向上する。
【００３８】
図１３（Ａ）で、画素分離溝２を形成する。画素分離溝２は、画素領域１０１と、表面配線取出し用バンプ領域１１２に形成される。まず、絶縁膜２５をドライエッチングで開口した後、続けてエピ構造の積層を下部コンタクト層１１に達するまでドライエッチングする。画素分離溝２は、下部コンタクト層１１の深さ方向に若干食い込んでもよいが、下部コンタクト層１１は全画素へのバイアス印加のために用いられるので、下部コンタクト層１１が残る深さでドライエッチングを停止する。これにより、下部コンタクト層１１で全画素がつながった状態が維持される。画素分離溝２の形成により、隣接する画素またはダミー画素でコンタクト穴３２の一部が画素分離溝２とオーバーラップして、画素分離溝２の上端に開口が形成されてもよい。隣接する画素間で、上部コンタクト層１５とオーミック接触する金属膜１９は画素分離溝２によって互いに隔てられている。なお、後述するように、隣接する画素のコンタクト穴３２同士は、必ずしも連通していなくてもよいが、バンプ電極の形状を楕円形とするときは、バンプ電極からの距離をかせぐために、コンタクト穴３２を画素分離溝２になるべく寄せて形成するのが望ましい。
【００３９】
図１３（Ｂ）で、再度、全面に絶縁膜２７を堆積して反射板１７を被覆する。絶縁膜２７は、たとえばＳｉＯ2、ＳｉＮなどのシリコン系の絶縁材料で形成する。
【００４０】
図１４（Ａ）で、コンタクト穴３１、３２、及び下部コンタクト取出し用溝３３の底面の絶縁膜２７をドライエッチングで除去して、金属膜１９及び２６を露出する。
【００４１】
図１４（Ｂ）で、全面に金属をスパッタしてから、不要部分をミリングで除去して配線を形成する。配線は、画素領域１０１の表面配線３ａ及び３ｂ、画素分離溝２の内壁及び底面を覆う金属配線３ｃ、下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１の表面配線３ｄ、及び表面配線取出し用バンプ領域１１２の表面配線３ｅを含む。表面配線３ａは、画素領域１０１の表面から上部コンタクト層１５に接続される開口３５の内部に延びて、上部コンタクト層１５と画素分離溝２内の金属配線３ｃに接続される。表面配線３ｂは、画素領域１０１の表面からコンタクト穴３１の内部に延びて中間コンタクト層１３に接続される。表面配線３ｄは、下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１の表面から下部コンタクト取出し用溝３３の内部に延びて、下部コンタクト層１１と接続される。表面配線３ｅは、ダミー画素に配置されるバンプ電極１０９Ｔを画素領域１０１の上部コンタクト層１５と電気的に接続するための配線である。
【００４２】
図１５（Ａ）で、全面に絶縁膜１８を形成する。表面配線３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅが途切れている部分では、絶縁膜１８は配線の下地の絶縁膜２７と一体になる。
【００４３】
図１５（Ｂ）で、絶縁膜１８の一部をドライエッチングで除去して、バンプ形成用パッドとなる配線部分を露出する開口２９を形成する。画素領域１０１の開口２９の内部に表面配線３ｂの一部が露出してバンプ形成用パッドとなる。下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１で、開口２９の内部に表面配線３ｄの一部が露出する。表面配線取出し用バンプ領域１１２で、開口２９の内部に表面配線３ｅの一部が露出する。
【００４４】
図１６で、インジウム（Ｉｎ）等の金属を蒸着し、リフトオフで開口２９内にバンプ電極９、１０９Ｔ、及び１０９Ｂを形成する。この工程により、画素領域１０１の各画素１の平面形状は図３に示されるものとなる。画素領域１０１のバンプ電極９は、各画素に１個配置されている。表面配線取出し用バンプ領域１１２で、各ダミー画素につき、１個のバンプ電極１０９Ｔが配置される。下部コンタクト取出し用バンプ領域１１１に配置されるバンプ電極１０９Ｂにより、下部コンタクト層１１にバイアス電圧が印加される。
【００４５】
図１７は、画素分離溝２の断面図である。図１５（Ａ）の工程で全体に絶縁膜１８を堆積した後の状態を示す。画素分離溝２の内壁に形成された絶縁膜２７のライナーの上に金属配線３ｃが形成される。このとき、金属配線３ｃが画素分離溝２の上端から画素１の表面にかかる形状にミリングする。金属配線３ｃが画素１の表面とオーバーラップする幅ｄは、たとえば１μｍ以下である。この状態で絶縁膜１８を堆積すると、画素１の外周が盛り上がってバンク２４が生じる。バンク２４は、リフロー時に溶融したバンプ材料（たとえばＩｎ）が画素分離溝２に流れ込むことを防止する。同様に、表面配線３ａを画素１の表面でコンタクト穴３２の周囲を取り巻くように形成することで、絶縁膜１８が堆積されたときにコンタクト穴３２の周囲にバンクを形成することができる。
【００４６】
図１８は、絶縁膜１８に形成されるバンプ配置用の開口２９の変形例を示す。図１８（Ａ）は、平面形状が八角形のバンプ電極９を形成するときの開口２９Ａを示す。開口２９Ａ内に、下地の表面配線３ｂが露出している。表面配線３ｂは、バンプ電極９の下地金属パッドとなる。表面配線３ｂは点線で示すように、絶縁膜３６の下でコンタクト穴３１まで延びている。蒸着とリフトオフにより、図３に示す形状のバンプ電極９が開口２９Ａに形成される。形成されたバンプ電極９の八角形のひとつの頂点は上部コンタクト層１５につながるコンタクト穴３２の方向を向いている。
【００４７】
多角形の形状は八角形に限定されず、三角形、五角形、六角形、その他の多角形であってもよい。この場合、ひとつの頂点を浅い方のコンタクト穴３２の方向に向けることで、中間コンタクト層１３に達するコンタクト穴３１から距離をかせぐことができる。
【００４８】
図１８（Ｂ）は、平面形状が楕円形のバンプ電極を形成するときの開口２９Ｂを示す。楕円の短軸がコンタクト穴３１に向かう方向と平行になるように楕円形の開口２９Ｂを形成する。この配置により、バンプ電極９は同じ体積でコンタクト穴３１と画素分離溝２の両方に対して十分な距離を保つことができる。楕円の形状によっては、長軸方向でコンタクト穴３２と近くなるが、画素１の表面でコンタクト穴３２の周囲を囲む表面配線３ａが、絶縁膜１８の形成後に土手の役割を果たす。また、コンタクト穴３２は上部コンタクト層１５に接続される浅い穴なので、溶融したバンプ材料（Ｉｎなど）の一部がコンタクト穴３２に入り込んでも接続不良になりにくい。
【００４９】
図１９は、バンプ電極９の作製例を示す図である。バンプ電極９を蒸着とリフトオフで形成するときに、所定の領域に開口を有するレジストマスク４３を用いる。図１９（Ａ）では２層のレジストパターンを用いる。下層のレジストパターン４１の開口２９２は、上層のレジストパターン４２の開口２９３よりも大きい。レジストの塗布、露光、現像を２回行い、異なるパターンで露光することで、図１９（Ａ）のオーバーハング形状のレジストマスク４３が形成される。レジストマスク４３を用いてバンプ材料の金属を蒸着することで、図１９（Ｂ）の形状のバンプ電極１１９ｂが形成される。バンプ電極１１９ｂは、絶縁膜１８に形成された開口２９内に露出する表面配線３ｂに接続される。レジストマスク４３上に堆積した金属膜１１９ａは、リフトオフで除去される。
【００５０】
図２０は、バンプ形成の変形例を説明する図である。図２０では、平面形状が三角形であり、三角形の内部に３つの突起（山）を有するバンプ電極９を形成する。図２０（Ａ）で、１層目（下層）のレジストパターン４１に、バンプ形成領域を露出する三角形の開口２９２を形成する。三角形の開口２９２の１つの頂点を、コンタクト穴３２の方向に向けることで、形成されるバンプ電極９を中間コンタクト層１３につながるコンタクト穴３１から遠ざけることができる。
【００５１】
図２０（Ｂ）で、２層目（上層）のレジストパターン４２に、３つの円形の開口２９３ａ、２９３ｂ、２９３ｃを形成する。開口２９３ａ、２９３ｂ、２９３ｃは三角形の内部に３つの突起または山を形成するための開口である。レジストパターン４１の上にレジストパターン４２が重ねられたレジストマスク４３を用いてバンプ材料の金属を蒸着することで、底面が三角形、頭頂部が３つに分かれた山形のバンプが形成される。３つの頭頂部を有する山形のバンプ電極は、コンタクト穴３１からも、画素分離溝２からも比較的長く距離をとることができる。３つの頭頂部を有するバンプ電極の形状は、ハイブリッド化するときのフリップチップボンディング時のずれの防止にも効果がある。
【００５２】
図２１は、下部コンタクト取出し用溝３３の構成例を示す図である。画素領域１０１の外周に沿って、所定の長さＬ２に分割された複数の下部コンタクト取出し用溝３３が配置されている。下部コンタクト取り出し用溝３３の幅はＷ２、長軸方向で隣接する下部コンタクト取り出し用溝３３との間隔はＳ２である。下部コンタクト取出し用溝３３の配列全体の長さはＬ３である。間隔Ｓ２は長さＬ２よりも小さい。
【００５３】
下部コンタクト取出し用溝３３の底面に、金属膜２６による複数のオーミックコンタクト２６ｃが形成されている。オーミックコンタクト２６ｃは、下部コンタクト取出し溝３３の長軸方向に沿って配置される。オーミックコンタクト２６ｃの長さはＬ１、幅はＷ１、隣接するオーミックコンタクト２６ｃとの間隔はＳ１である。間隔Ｓ１は長さＬ１よりも小さい。分割された下部コンタクト取出し溝３３の底面に、オーミックコンタクト２６ｃを密に配置することで、オーミックコンタクトの総面積を従来とそれほど変えずに、オーミックコンタクト２６ｃの数を減らし、かつ１個あたりのオーミックコンタクト２６ｃの面積を大きくとることができる。
【００５４】
たとえば、画素領域１０１の各辺に沿って、分割された４つの下部コンタクト取出し用溝３３を配置する。下部コンタクト取出し用溝３３の長さＬ２を３０００μｍ、幅Ｗ２を２５μｍ、間隔Ｓ２を１５００μｍ、下部コンタクト取り出し用溝３３の配列のトータルの長さＬ３は１６５００μｍとする。下部コンタクト取出し用溝３３の底面に配置されるオーミックコンタクト２６ｃの長さＬ１を２２μｍ、幅Ｗ１を１０μｍ、間隔Ｓ１を９μｍとする。
【００５５】
この場合、オーミックコンタクト１個の面積は２２μｍ×１０μｍ（＝２２０μｍ２）である。画素領域１０１の１辺あたりのオーミックコンタクト２６ｃの数は、３０００／（２２＋９）＝９６．７７となり、４辺では９６×４＝３８４個である。１辺あたりのオーミックコンタクト２６ｃの総面積は、２２０×３８４＝８４４８０μｍ２である。
【００５６】
図２２は、比較のために従来の下部コンタクト取出し用溝３０３の構成を示す。下部コンタクト取出し溝３０３は、画素領域の各辺に沿って、ひとつの連続した溝として形成され、下部コンタクト取出し溝３０３の底面に、オーミックコンタクト２０６が配置されている。オーミックコンタクト２０６の長さＬ４と間隔Ｓ４は同じである。
【００５７】
図２１のスケールに対応させると、下部コンタクト取出し溝３０３の長さＬ３は１６５００μｍ、幅Ｗ２は２５μｍ、オーミックコンタクト２０６の長さＬ４は１５μｍ、幅Ｗ１は１０μｍ、間隔Ｓ４は１５μｍである。この条件で、オーミックコンタクト２０６一個当たりの面積は１５０μｍ２、溝内のオーミックコンタクト２０６の個数は５５０個、一辺当たりのオーミックコンタクト２０６の総面積は８２５００μｍ２である。
【００５８】
図２１の実施形態の構成は、下部コンタクト取出し用溝３３を分割して長さを短くし、各溝内のオーミックコンタクト２６ｃの面積を大きくして数を減らすことで、オーミックコンタクトの総面積を従来と同程度以上に維持しながら、抵抗のばらつきを低減することができる。また、下部コンタクト取出し用溝３３を分割したことで、クラック等により素子チップが破損する危険性を低減することができる。
【００５９】
図２３は、実施形態の赤外線検出器アレイ１００を用いた赤外線撮像装置１５０の概略図である。赤外線検出器アレイ１００は、バンプ電極９、バンプ電極１０９Ｔ、及びバンプ電極１０９Ｂにより、読み出し回路部品５０にフリップチップ接続されている。読み出し回路部品５０は、たとえばシリコン基板で作製されたＲＯＩＣ（Read-Out  Integrated  Circuit：読み出し集積回路）チップである。上部コンタクト層１５と下部コンタクト層１１に交互にバイアス電活を印加することで、半導体基板１０の裏面から入射する異なる波長の赤外光が検出領域２０の各画素で検出され、電荷が蓄積される。蓄積された電荷は、各画素１から所定のタイミングで光電流として読み出される。光電流は、バンプ電極９から読み出し回路部品５０の対応するチャネルに読み出され、外部の信号処理回路に出力される。読み出し回路部品５０には、画素ごとにトランスインピーダンスアンプ、ピーク検出回路、時間検出回路等が形成されている。
【００６０】
赤外線検出器アレイ１００は、画素サイズが低減され、かつ抵抗のばらつきが低減されているので、高解像、高感度のセンシングが可能である。赤外線撮像装置１５０は、レンズ、ミラー等を含む光学系や、表示装置と組み合わせてもよい。
【００６１】
以上の説明に対して、以下の付記を呈示する。
（付記１）
画素分離溝で分離された複数の画素が２次元配置された赤外線検出器アレイにおいて、
絶縁性の半導体基板の上に、下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、上部コンタクト層、及び絶縁層がこの順で積層された積層構造を有し、前記複数の画素の各々は、
第１のコーナーの近傍に配置される前記中間コンタクト層に達する第１のコンタクト穴と、
画素中心から前記第１のコーナーの対角に向かう方向にオフセットして配置される単一のバンプ電極と、
を有することを特徴とする赤外線検出器アレイ。
（付記２）
前記複数の画素の各々は、
前記第１のコーナーと隣り合う第２のコーナーの近傍に配置されて前記上部コンタクト層に達する第２のコンタクト穴、
を有することを特徴とする付記１に記載の赤外線検出器アレイ。
（付記３）
前記第２のコンタクト穴の一部が前記画素分離溝とオーバーラップして、前記画素分離溝の上端と連通し、
画素表面に前記第２のコンタクト穴の周囲を囲み、かつ前記画素分離溝まで延びる表面配線を有することを特徴とする付記２に記載の赤外線検出器アレイ。
（付記４）
前記バンプ電極は平面形状が楕円形の電極であり、楕円の短軸が前記第１のコンタクト穴に向かう方向と平行であることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の赤外線検出器アレイ。
（付記５）
前記バンプ電極は平面形状が多角形の電極であり、前記多角形のひとつの頂点が前記第２のコンタクト穴の方向を向いていることを特徴とする付記２または３に記載の赤外線検出器アレイ。
（付記６）
前記バンプ電極は平面形状が三角形の電極であり、前記バンプ電極は前記三角形の内部に３つの突起を有することを特徴とする付記５に記載の赤外線検出器アレイ。
（付記７）
前記画素分離溝の内部に金属配線が配置され、前記金属配線は前記画素分離溝の上端から画素表面にオーバーラップしていることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の赤外線検出器アレイ。
（付記８）
画素領域の外周に沿って分割された複数の下部コンタクト取出し用溝が配置され、前記下部コンタクト取出し用溝の各々の底面に、前記下部コンタクト層に接続されるオーミックコンタクトが複数配置され、前記オーミックコンタクトの長さは、溝の長さ方向で隣接するオーミックコンタクト間の間隔よりも大きいことを特徴とする付記１〜７のいずれかに記載の赤外線検出器アレイ。
（付記９）
付記１〜８のいずれかに記載の赤外線検出器アレイと、
前記バンプ電極により前記赤外線検出器アレイと接続される読み出し回路部品と、
を有する赤外線撮像装置。
（付記１０）
絶縁性の半導体基板の上に、下部コンタクト層、赤外帯域の第１の波長に感度を有する下部活性層、中間コンタクト層、前記赤外帯域で前記第１の波長と異なる第２の波長に感度を有する上部活性層、上部コンタクト層、及び絶縁層をこの順で堆積して積層体を形成し、
前記積層体に、画素分離溝と前記中間コンタクト層に達する第１のコンタクト穴を形成し、前記第１のコンタクト穴は、前記画素分離溝で決まる画素の内部で前記画素の第１のコーナーの近傍に形成され、
前記画素の表面で、前記第１のコンタクト穴から前記第１のコーナーの対角に向かって延びる第１の表面配線を形成し、
画素中心から前記対角に向かってオフセットした位置で、前記第１の表面配線に接続されるバンプ電極を形成する、
ことを特徴とする赤外線検出器アレイの製造方法。
（付記１１）
前記画素の内部で、前記第１のコーナーと隣り合う第２のコーナーの近傍に前記上部コンタクト層に達する第２のコンタクト穴を形成する、
ことを特徴とする付記１０に記載の赤外線検出器アレイの製造方法。
（付記１２）
前記第２のコンタクト穴を、前記第２のコンタクト穴の一部が前記画素分離溝とオーバーラップさせて形成し、
前記画素の表面に、前記第２のコンタクト穴の周囲を囲み、かつ前記画素分離溝まで延びる第２の表面配線を形成することを特徴とする付記１１に記載の赤外線検出器アレイの製造方法。
（付記１３）
前記バンプ電極を、上層が下層の開口にオーバーハングする２層のレジストパターンを用いて形成することを特徴とする付記１０〜１２のいずれかに記載の赤外線検出器アレイの製造方法。
（付記１４）
前記バンプ電極を、下層が三角形の開口を有し、上層が３つの開口を有する２層のレジストパターンを用いて形成することを特徴とする付記１０〜１２のいずれかに記載の赤外線検出器アレイの製造方法。
【符号の説明】
【００６２】
１  画素
９  バンプ電極
１０  半導体基板
１１  下部コンタクト層
１２  下部活性層
１３  中間コンタクト層
１４  上部活性層
１５  上部コンタクト層
１６  絶縁層
１７  反射板
１８  絶縁膜
１９、２６  金属膜
２６ｃ  オーミックコンタクト
２０  検出領域
２１、２２  穴
２３  溝
３１、３２  コンタクト穴
３３  下部コンタクト取出し用溝
５０  読み出し回路部品
１００  赤外線検出器アレイ
１０１  画素領域
１１１  下部コンタクト取出し用バンプ領域
１１２  表面配線取出し用バンプ領域
１０９Ｔ、１０９Ｂ  バンプ電極
１５０  赤外線撮像装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2019009355.tif 000018
【図１７】
2019009355.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2019009355.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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