(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配列した赤外線イメージセンサと、
前記赤外線イメージセンサから信号を読み出す読み出し回路と、
前記赤外線イメージセンサと前記読み出し回路との間に設けられた中継部材と、
を有し、
前記複数の画素の各々は、
互いに相違する波長の赤外線を吸収する複数の吸収層と、
前記複数の吸収層にバイアスを印加するバイアスバンプと、
前記複数の吸収層毎に設けられた出力バンプと、
を有し、
前記出力バンプは、前記読み出し回路に設けられた入力バンプに接続され、
前記バイアスバンプは、前記読み出し回路に設けられたバイアス供給バンプに、前記中継部材に設けられた中継配線を介して接続されていることを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記中継部材には、前記出力バンプ及び前記入力バンプがその内部で接触する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記中継部材は、前記貫通孔の側面を覆う絶縁膜を有することを特徴とする請求項２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記出力バンプは、前記バイアスバンプよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
前記赤外線イメージセンサの熱膨張率と前記中継部材の熱膨張率との差は、前記赤外線イメージセンサの熱膨張率と前記読み出し回路の熱膨張率との差以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線撮像装置には、赤外線イメージセンサ、読み出し回路及び光学系等が備えられている。赤外線イメージセンサには、赤外線の入射量に応じた電気信号を発生する画素が２次元状に配列した画素アレイが設けられている。画素には、例えば量子井戸型赤外線センサ（ＱＷＩＰ：quantum well infrared photodetector）が用いられている。また、画素毎に２種類の吸収層が設けられた２波長の赤外線が検出可能な赤外線イメージセンサもある。
【０００３】
但し、２波長の赤外線が検出可能な赤外線イメージセンサでは、画素毎に、バイアス用のバンプ及び吸収層毎のバンプが必要とされる。つまり、画素毎に３個のバンプが必要される。このため、単波長の赤外線が検出可能な赤外線イメージセンサと比較して、バンプの密度が高く、赤外線イメージセンサと読み出し回路とをフリップチップボンディングにより大きな加重が必要とされ、接続不良が生じやすい。この傾向は、特に、画素数を多くするほど顕著になる。
【０００４】
更に、赤外線イメージセンサは主に化合物半導体を用いて構成されているのに対し、読み出し回路の基板にシリコンが用いられている。赤外線イメージセンサは低温で動作するため、動作時にはこれらの熱膨張率の相違により、バンプに大きな熱ストレスが作用する。このため、大きなバンプを用いることが好ましいが、バンプが大きくなるほど、画素内でのバンプ間の最短距離が短くなり、短絡が生じやすくなる。
【０００５】
そこで、画素同士を分離する分離溝内にバイアス用の配線を設け、この配線を画素アレイの外部まで引き回し、そこから読み出し回路に接続する構成が提案されている。この構成によれば、画素毎に必要とされるバンプの数は２個となる。
【０００６】
しかしながら、この構造では、バイアス用の配線の領域を確保するために、分離溝の幅を広げる必要がある。この結果、バイアス用の配線が存在しない場合と比較して、有効画素面積を一定とすると、画素アレイが大きくなってしまい、画素ピッチを一定とすると、有効画素面積が小さくなってしまう。前者であれば、赤外線イメージセンサの微細化が困難になり、後者であれば、感度が低下してしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Infrared Physics & Technology 50 (2007) 217-226
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、画素毎のバンプが増加してもフリップチップボンディングを適切に行うことができる赤外線撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
赤外線撮像装置には、複数の画素が配列した赤外線イメージセンサと、前記赤外線イメージセンサから信号を読み出す読み出し回路と、前記赤外線イメージセンサと前記読み出し回路との間に設けられた中継部材と、が設けられている。前記複数の画素の各々には、互いに相違する波長の赤外線を吸収する複数の吸収層と、前記複数の吸収層にバイアスを印加するバイアスバンプと、前記複数の吸収層毎に設けられた出力バンプと、が設けられている。前記出力バンプは、前記読み出し回路に設けられた入力バンプに接続され、前記バイアスバンプは、前記読み出し回路に設けられたバイアス供給バンプに、前記中継部材に設けられた中継配線を介して接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
上記の赤外線撮像装置によれば、中継部材が赤外線イメージセンサと読み出し回路との間に設けられているため、画素毎のバンプが増加してもフリップチップボンディングを適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】赤外線イメージセンサに設けられたバンプを示す図である。
【図２】実施形態に係る赤外線撮像装置の構造を示す断面図である。
【図３】吸収層の構造を示す断面図である。
【図４】バンプ間の最短距離を示す図である。
【図５】フィルファクタを示す図である。
【図６Ａ】赤外線イメージセンサを製造する方法を示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに引き続き、赤外線イメージセンサを製造する方法を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｂに引き続き、赤外線イメージセンサを製造する方法を示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｃに引き続き、赤外線イメージセンサを製造する方法を示す断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｄに引き続き、赤外線イメージセンサを製造する方法を示す断面図である。
【図７】中継部材を製造する方法を示す断面図である。
【図８Ａ】赤外線撮像装置を製造する方法を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに引き続き、赤外線撮像装置を製造する方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、実施形態に係る赤外線撮像装置の赤外線イメージセンサに設けられたバンプを示す図であり、図２は、実施形態に係る赤外線撮像装置の構造を示す断面図である。図２は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面を示している。
【００１３】
図１に示すように、赤外線イメージセンサ１００には、複数の画素１８０が２次元状に配列した画素アレイ１８１が設けられている。また、画素アレイ１８１の外側に中継部１８２が設けられている。各画素１８０に、２個の出力バンプ１５７及び１５８、並びに１個のバイアスバンプ１５９が設けられている。各画素１８０には、コンタクトホール１２１及び１２２も形成されている。
【００１４】
図２に示すように、基板１０１上にｉ−ＧａＡｓ層１０２がバッファ層として形成されている。基板１０１は、例えば、表面のミラー指数が（１００）の絶縁性ＧａＡｓ基板である。ｉ−ＧａＡｓ層１０２の厚さは、例えば１μｍ程度である。また、ｉ−ＧａＡｓ層１０２上にｎ−ＧａＡｓ層１０３が下部電極層として形成され、ｎ−ＧａＡｓ層１０３上にｎ−ＩｎＧａＰ層１０４がエッチングストッパとして形成され、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０４上にｎ−ＧａＡｓ層１０５が形成されている。ｎ−ＧａＡｓ層１０３、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０４、及びｎ−ＧａＡｓ層１０５の厚さは、例えば、それぞれ、０．５μｍ程度、２０ｎｍ程度、５０ｎｍ程度である。ｎ−ＧａＡｓ層１０３、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０４、及びｎ−ＧａＡｓ層１０５の不純物濃度は、例えば、いずれも、１×１０18ｃｍ-3程度である。そして、ｎ−ＧａＡｓ層１０５上に吸収層１０６が形成されている。吸収層１０６としては、例えば多重量子井戸（ＭＱＷ：multiple quantum well）層が形成されている。なお、バッファ層としてＡｌＧａＡｓ層が形成されていてもよい。
【００１５】
吸収層１０６上にｎ−ＧａＡｓ層１０７がバイアス電極層として形成され、ｎ−ＧａＡｓ層１０７上にｎ−ＩｎＧａＰ層１０８がエッチングストッパとして形成され、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０８上にｎ−ＧａＡｓ層１０９が形成されている。ｎ−ＧａＡｓ層１０７、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０８、及びｎ−ＧａＡｓ層１０９の厚さは、例えば、それぞれ、０．５μｍ程度、２０ｎｍ程度、５０ｎｍ程度である。ｎ−ＧａＡｓ層１０７、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０８、及びｎ−ＧａＡｓ層１０９の不純物濃度は、例えば、いずれも、１×１０18ｃｍ-3程度である。そして、ｎ−ＧａＡｓ層１０９上に吸収層１１０が形成されている。吸収層１１０としては、例えばＭＱＷ層が形成されている。
【００１６】
吸収層１１０上にｎ−ＧａＡｓ層１１１、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２、及びｎ−ＧａＡｓ層１１３が上側電極層として形成されている。ｎ−ＧａＡｓ層１１１、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２、及びｎ−ＧａＡｓ層１１３の総厚は、例えば０．５μｍ程度であり、ｎ−ＧａＡｓ層１１１、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２、及びｎ−ＧａＡｓ層１１３の不純物濃度は、例えば、いずれも、１×１０18ｃｍ-3程度である。また、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２のＡｌ組成は、例えば０．３程度である。
【００１７】
層１０３〜１１３に、画素１８０同士の境界に沿って平面視で縦横に延びる分離溝１５１が形成されている。コンタクトホール１２１は層１０８〜１１３に形成され、コンタクトホール１２２は層１０４〜１１３に形成されている。ｎ−ＧａＡｓ層１０７のコンタクトホール１２１から露出した部分上にバイアス電極１３３が形成されている。ｎ−ＧａＡｓ層１０３のコンタクトホール１２２から露出した部分上に下部電極１３２が形成されている。下部電極１３２及びバイアス電極１３３は、例えばオーミック電極である。更に、層１０３〜１１３に、画素アレイ１８１と中継部１８２とを分離する溝１１５が形成されている。
【００１８】
また、画素アレイ１８１では、ｎ−ＧａＡｓ層１１３に複数の段差が形成されており、回折格子（光カップラ）１１４が層１１１〜１１３を含んでいる。画素１８０毎に、回折格子１１４の一部に上部電極１３１が形成されている。上部電極１３１は、例えばｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２の表面に接するようにして形成されている。そして、回折格子１１４及び上部電極１３１を覆うようにして反射金属膜１３４が形成されている。なお、中継部１８２では、ｎ−ＧａＡｓ層１１３が除去されている。
【００１９】
分離溝１５１、溝１１５、及びコンタクトホール１２１〜１２２の底面及び側面、反射金属膜１３４、及び中継部１８２内のｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２を覆うパッシベーション膜１３５が形成されている。パッシベーション膜１３５には、反射金属膜１３４、下部電極１３２、及びバイアス電極１３３を露出する開口部が形成されている。下部電極１３２には、パッシベーション膜１３５の開口部を介して反射金属膜１３４の上方まで延びる下部配線１３７が接続されている。バイアス電極１３３には、パッシベーション膜１３５の開口部を介して反射金属膜１３４の上方まで延びるバイアス配線１３８が接続されている。反射金属膜１３４には、パッシベーション膜１３５の開口部内に形成された上部配線１３６が接続されている。
【００２０】
下部配線１３７及びバイアス配線１３８を覆うパッシベーション膜１５２がパッシベーション膜１３５上に形成されている。パッシベーション膜１５２には、上部配線１３６を露出する開口部、下部配線１３７の一部を露出する開口部、及びバイアス配線１３８の一部を露出するが形成されており、これら開口部内に、それぞれ、下地膜１５３、下地膜１５４、及び下地膜１５５が形成されている。そして、下地膜１５３上に出力バンプ１５７が形成され、下地膜１５４上に出力バンプ１５８が形成され、下地膜１５５上にバイアスバンプ１５９が形成されている。
【００２１】
吸収層１０６には、図３（ａ）に示すように、互いに交互に積層された複数のｉ−ＡｌＧａＡｓ層１４１及びｎ−ＧａＡｓ層１４２が含まれている。最下部及び最上部には、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１４１が位置しており、ｎ−ＧａＡｓ層１４２の数は、例えば２０である。例えば、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１４１のＡｌ組成は０．２５程度であり、その厚さは５０ｎｍ程度であり、ｎ−ＧａＡｓ層１４２の不純物濃度は２×１０17ｃｍ-3程度であり、その厚さは５ｎｍ程度である。ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１４１は障壁層として機能し、ｎ−ＧａＡｓ層１４２は量子井戸層として機能する。
【００２２】
一方、吸収層１１０には、図３（ｂ）に示すように、互いに交互に積層された複数のｉ−ＡｌＧａＡｓ層１４３及びｎ−ＧａＩｎＡｓ層１４４が含まれている。最下部及び最上部には、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１４３が位置しており、ｎ−ＧａＩｎＡｓ層１４４の数は、例えば２０である。例えば、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１４３のＡｌ組成は０．３程度であり、その厚さは３０ｎｍ程度であり、ｎ−ＧａＩｎＡｓ層１４４のＩｎ組成は０．２程度であり、その不純物濃度は５×１０18ｃｍ-3程度であり、その厚さは３ｎｍ程度である。
【００２３】
このように、吸収層１０６及び１１０の構造が相違するため、これらは互いに異なる波長の赤外線を吸収する。
【００２４】
中継部１８２では、パッシベーション膜１３５上に中継配線１３９が形成されている。中継配線１３９はパッシベーション膜１５２により覆われている。但し、パッシベーション膜１５２に２個の開口部が形成されており、これら開口部内に、それぞれ、下地膜１５６ａ及び下地膜１５６ｂが形成されている。そして、下地膜１５６ａ上に低バンプ１６０ａが形成され、下地膜１５６ｂ上に高バンプ１６０ｂが形成されている。低バンプ１６０ａが第１のバンプに含まれ、高バンプ１６０ｂが第２のバンプに含まれる。
【００２５】
例えば、基板１０１の表面を基準としたバイアスバンプ１５９の表面の高さ、及び低バンプ１６０ａの表面の高さは互いに同等である。また、例えば、基板１０１の表面を基準とした出力バンプ１５７の表面の高さ、出力バンプ１５８の表面の高さ、及び高バンプ１６０ｂの表面の高さは互いに同等である。そして、基板１０１の表面を基準としたバイアスバンプ１５９の表面の高さ、及び低バンプ１６０ａの表面の高さは、出力バンプ１５７の表面の高さ、出力バンプ１５８の表面の高さ、及び高バンプ１６０ｂの表面の高さよりも低くなっている。また、平面視でのバイアスバンプ１５９及び低バンプ１６０ａのサイズは互いに同等であり、平面視での出力バンプ１５７、出力バンプ１５８、及び高バンプ１６０ｂのサイズは互いに同等である。
【００２６】
本実施形態には、図２に示すように、読み出し回路３００が設けられている。読み出し回路３００には、吸収層１１０により生成された光電流が入力される入力バンプ３０２、及び吸収層１０６により生成された光電流が入力される入力バンプ３０３が、各画素１８０に対応するようにして設けられている。読み出し回路３００には、更に、赤外線イメージセンサ１００にバイアスを供給するバイアス供給バンプ３０４も設けられている。読み出し回路３００ドライバ等の素子を含む基部３０１の表面を基準とした入力バンプ３０２、入力バンプ３０３、及びバイアス供給バンプ３０４の各表面の高さは、互いに同等である。
【００２７】
本実施形態では、更に、赤外線イメージセンサ１００と読み出し回路３００との間に、中継部材２００が設けられている。中継部材２００にｉ−ＧａＡｓ層２０４が含まれている。ｉ−ＧａＡｓ層２０４に、出力バンプ１５７、出力バンプ１５８、及び高バンプ１６０ｂ並びに入力バンプ３０２、入力バンプ３０３、及びバイアス供給バンプ３０４が入り込むことが可能な複数の貫通孔２０５ａが形成されている。ｉ−ＧａＡｓ層２０４の赤外線イメージセンサ１００側の面及び貫通孔２０５ａの内面がパッシベーション膜２０６により覆われている。パッシベーション膜２０６上に、読み出し回路３００のバイアス供給バンプ３０４から供給されたバイアスをバイアスバンプ１５９に伝達する中継配線２０７が形成されている。中継配線２０７はパッシベーション膜２０８により覆われている。パッシベーション膜２０８には、中継配線２０７のバイアスバンプ１５９と対向する部分を露出する開口部が形成されており、この開口部内に下地膜２０９が形成されている。パッシベーション膜２０８には、更に、中継配線２０７の低バンプ１６０ａと対向する部分を露出する開口部も形成されており、この開口部内に下地膜２１２が形成されている。そして、下地膜２０９上にバンプ２１０が形成され、下地膜２１２上に中継バンプ２１１が形成されている。高バンプ１６０ｂ及びバイアス供給バンプ３０４が入り込むことが可能な貫通孔２０５ａが第２の貫通孔に含まれる。また、パッシベーション膜２０６及び２０８のうち、このような貫通孔２０５ａの内側面を覆う部分が第２の絶縁膜に含まれる。
【００２８】
そして、中継部材２００及び赤外線イメージセンサ１００がフリップチップボンディングにより一体化されている。つまり、バイアスバンプ１５９とバンプ２１０とが接続され、低バンプ１６０ａと中継バンプ２１１とが接続されている。また、貫通孔２０５ａ内に出力バンプ１５７、出力バンプ１５８、及び高バンプ１６０ｂが入り込んでいる。
【００２９】
更に、中継部材２００を間に介在させて、読み出し回路３００及び赤外線イメージセンサ１００がフリップチップボンディングにより一体化されている。つまり、入力バンプ３０２、入力バンプ３０３、及びバイアス供給バンプ３０４も貫通孔２０５ａ内に入り込み、貫通孔２０５ａ内で、出力バンプ１５７と入力バンプ３０２とが接続され、出力バンプ１５８と入力バンプ３０３とが接続され、高バンプ１６０ｂとバイアス供給バンプ３０４とが接続されている。
【００３０】
このように構成された赤外線撮像装置では、読み出し回路３００のバイアス供給バンプ３０４から、高バンプ１６０ｂ、中継配線１３９、低バンプ１６０ａ、中継配線２０７、バンプ２１０、バイアスバンプ１５９、及びバイアス配線１３８を介して、バイアス電極層として機能するｎ−ＧａＡｓ層１０７にバイアスが印加される。また、吸収層１０６により生成された光電流は、下部配線１３７、出力バンプ１５８、及び入力バンプ３０３を介して読み出し回路３００に読み出され、吸収層１１０により生成された光電流は、上部配線１３６、出力バンプ１５７、及び入力バンプ３０２を介して読み出し回路３００に読み出される。従って、２種類の波長の赤外線の検出に伴う撮像が可能である。
【００３１】
更に、本実施形態では、読み出し回路３００に接続される１画素当たりのバンプの数は２個である。このため、バンプ数の増加に伴うフリップチップボンディング時の接続不良の増加を回避することができる。更に、出力バンプ１５７と入力バンプ３０２との接続、出力バンプ１５８と入力バンプ３０３との接続、及び高バンプ１６０ｂとバイアス供給バンプ３０４との接続が貫通孔２０５ａ内で行われているため、フリップチップボンディング時にこれらに変形が生じたとしても、バンプ同士の短絡は極めて生じにくい。
【００３２】
また、中継部材２００に主に赤外線イメージセンサ１００と同様の材料が用いられている。その一方で、読み出し回路３００には、例えばシリコン基板等が用いられている。つまり、赤外線イメージセンサ１００の熱膨張率と中継部材２００の熱膨張率との差が、赤外線イメージセンサ１００の熱膨張率と読み出し回路３００の熱膨張率との差以下である。このため、バイアスバンプ１５９の平面視でのサイズを出力バンプ１５７及び１５８ほど大きくせずとも、中継部材２００と赤外線イメージセンサ１００とのフリップチップボンディングを適切に行うことが可能である。従って、中継部材２００を用いずに読み出し回路に１画素当たり３個のバンプが直接接続される従来技術と比較して、バイアスバンプ１５９を小型化し、その分だけ出力バンプ１５７及び１５８を大型化して耐久性を向上することが可能である。この結果、読み出し回路３００と赤外線イメージセンサ１００とのフリップチップボンディングをより適切に行うことが可能となる。
【００３３】
更に、図４（ａ）に示すように、出力バンプ１５７及び１５８が、平面形状が正方形状の画素１８０の対角線に沿って配置されているため、図４（ｂ）に示す読み出し回路に１画素当たり３個のバンプ４０１が直接接続される従来技術（例えば、非特許文献１）と比較して、読み出し回路に直接接続されるバンプ間の最短距離Ｌｍｉｎを長く確保することができる。従って、この点でも、バンプ同士の短絡を抑制することが可能である。
【００３４】
また、画素同士を分離する分離溝内にバイアス用の配線を設けた構造と比較して、有効画素面積が一定であれば、画素アレイを微細化することができ、画素ピッチが一定であれば、有効画素面積を大きくすることができる。例えば、本実施形態であれば、図５（ａ）に示すように、画素４１１のピッチが３０μｍ、構造物の間隔、つまり分離溝４１２の幅が２μｍの場合、画素４１１の形状は、一辺の長さが２８μｍの正方形となる。一方、画素４１１のピッチが３０μｍであっても、分離溝４１２内にバイアス用の配線４１３が存在すると（比較例）、配線４１３の分だけ分離溝４１２の幅を広げる必要がある。例えば、図５（ｂ）に示すように、配線４１３の幅が２μｍであり、構造物の間隔、つまり配線４１３と画素４１１との間隔が２μｍであると、分離溝４１２の幅は６μｍとなり、画素４１１の形状は、長辺の長さが２８μｍ、短辺の長さが２４μｍの長方形となる。従って、下記表１に示すように、本実施形態の方が高いフィルファクタが得られる。
【００３５】
【表１】
0005703730.tif 000002
【００３６】
次に、赤外線イメージセンサ１００を製造する方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｅは、赤外線イメージセンサ１００を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【００３７】
先ず、図６Ａ（ａ）に示すように、基板１０１上に、ｉ−ＧａＡｓ層１０２、ｎ−ＧａＡｓ層１０３、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０４、ｎ−ＧａＡｓ層１０５、及び吸収層１０６を結晶成長法により形成する。次いで、吸収層１０６上に、ｎ−ＧａＡｓ層１０７、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０８、ｎ−ＧａＡｓ層１０９、及び吸収層１１０を結晶成長法により形成する。その後、吸収層１１０上に、ｎ−ＧａＡｓ層１１１、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２、及びｎ−ＧａＡｓ層１１３を結晶成長法により形成する。結晶成長法としては、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：molecular beam epitaxy）法及び有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：metal organic chemical vapor deposition）法等が挙げられる。
【００３８】
続いて、ｎ−ＧａＡｓ層１１３の表面に、ウェットエッチングにより深さが０．１μｍ程度の位置合わせ用マーカーを形成し、これを用いて位置合わせを行う。次いで、ｎ−ＧａＡｓ層１１３のパターニングを行い、図６Ｂ（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ層１１３に段差を形成する。このパターニングでは、例えば、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２をエッチングストッパとして用いた選択性ドライエッチングを行う。この結果、ｎ−ＧａＡｓ層１１１、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２、及びｎ−ＧａＡｓ層１１３を含む回折格子１１４が形成される。
【００３９】
その後、層１１３〜１１０のパターニングを行い、図６Ｂ（ｃ）に示すように、層１１３〜１１０に、画素アレイ１８１と中継部１８２とを分離する溝１１５を形成する。
【００４０】
続いて、層１１３〜１０８のパターニングを行い、図６Ｂ（ｄ）に示すように、層１１３〜１０８に、後にバイアス電極１３３を形成するコンタクトホール１２１を形成する。このパターニングでは、例えば、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０８をエッチングストッパとして用いた選択性ドライエッチングを行い、その後に、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０８の露出している部分をウェットエッチングする。コンタクトホール１２１の形成と並行して、後に下部電極１３２を形成するコンタクトホール１２２の層１１３〜１０８の深さの部分を形成する。
【００４１】
次いで、層１０７〜１０４のパターニングを行い、図６Ｃ（ｅ）に示すように、コンタクトホール１２２の層１０７〜１０４の深さの部分を形成する。このパターニングでは、例えば、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０４をエッチングストッパとして用いた選択性ドライエッチングを行い、その後に、ｎ−ＩｎＧａＰ層１０４の露出している部分をウェットエッチングする。
【００４２】
続いて、図６Ｃ（ｆ）に示すように、例えばリフトオフ法により、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１２上に上部電極１３１を形成し、ｎ−ＧａＡｓ層１０７上にバイアス電極１３３を形成し、ｎ−ＧａＡｓ層１０３上に下部電極１３２を形成する。このとき、ＡｕＧｅ膜を蒸着し、その後にＡｕ膜を蒸着する。上部電極１３１、下部電極１３２、及びバイアス電極１３３はオーミック電極である。
【００４３】
次いで、図６Ｃ（ｇ）に示すように、例えばリフトオフ法により、回折格子１１４上に反射金属膜１３４を形成する。このとき、Ｔｉ膜をスパッタ蒸着し、その後にＡｕ膜をスパッタ蒸着する。
【００４４】
その後、図６Ｄ（ｈ）に示すように、全面にパッシベーション膜１３５を形成する。パッシベーション膜１３５としては、例えばシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。続いて、パッシベーション膜１３５に、上部電極１３１を露出する開口部、下部電極１３２を露出する開口部、及びバイアス電極１３３を露出する開口部を形成する。これら開口部は、例えばドライエッチングにより形成する。
【００４５】
次いで、図６Ｄ（ｉ）に示すように、上部電極１３１と接続される上部配線１３６、下部電極１３２と接続される下部配線１３７、及びバイアス電極１３３と接続されるバイアス配線１３８を形成する。上部配線１３６、下部配線１３７、及びバイアス配線１３８の形成では、例えば、Ｔｉ膜をスパッタ蒸着し、その後にＡｕ膜をスパッタ蒸着し、これらをイオンミリング法等によりパターニングする。上部配線１３６、下部配線１３７、及びバイアス配線１３８の形成と並行して、中継部１８２内でパッシベーション膜１３５上に中継配線１３９を形成する。
【００４６】
その後、層１１２〜１０３のパターニングを行い、図６Ｄ（ｊ）に示すように、画素１８０同士を分離する分離溝１５１を形成する。
【００４７】
続いて、図６Ｅ（ｋ）に示すように、全面にパッシベーション膜１５２を形成する。パッシベーション膜１５２としては、例えばシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。次いで、パッシベーション膜１５２に、上部配線１３６の少なくとも一部を露出する開口部、下部配線１３７の一部を露出する開口部、及びバイアス配線１３８の一部を露出する開口部を形成する。このとき、中継部１８２内では、中継配線１３９の一部を露出する２個の開口部をパッシベーション膜１５２に形成する。
【００４８】
その後、図６Ｆ（ｌ）に示すように、例えばリフトオフ法により、パッシベーション膜１５２の開口部を介して、上部配線１３６に接続される下地膜１５３及び出力バンプ１５７、下部配線１３７に接続される下地膜１５４及び出力バンプ１５８、バイアス配線１３８に接続される下地膜１５５及びバイアスバンプ１５９、中継配線１３９に接続される下地膜１５６ａ及び低バンプ１６０ａ、並びに中継配線１３９に接続される下地膜１５６ｂ及び高バンプ１６０ｂを形成する。下地膜１５３、１５４、１５５、１５６ａ、及び１５６ｂの形成では、Ｔｉ膜を蒸着し、その後にＰｔ膜を蒸着する。バンプ１５７、１５８、１５９、１６０ａ、及び１６０ｂの形成では、Ｉｎ膜を蒸着する。
【００４９】
このようにして、赤外線イメージセンサ１００を製造することができる。
【００５０】
次に、中継部材２００を製造する方法について説明する。図７は、中継部材２００を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【００５１】
先ず、図７（ａ）に示すように、基板２０１上に、ｉ−ＧａＡｓ層２０２、ｉ−ＧａＩｎＰ層２０３、及びｉ−ＧａＡｓ層２０４を結晶成長法により形成する。結晶成長法としては、例えば、ＭＢＥ法及びＭＯＣＶＤ法等が挙げられる。基板２０１は、例えば、基板１０１と同様に、絶縁性ＧａＡｓ基板である。ｉ−ＧａＡｓ層２０４の厚さは、中継部材２００と赤外線イメージセンサ１００とをフリップチップボンディングしたときに、出力バンプ１５７、出力バンプ１５８、及び高バンプ１６０ｂがｉ−ＧａＩｎＰ層２０３まで到達しない厚さとする。
【００５２】
次いで、ｉ−ＧａＡｓ層２０４のパターニングを行い、図７（ｂ）に示すように、ｉ−ＧａＡｓ層２０４に、出力バンプ１５７、出力バンプ１５８、及び高バンプ１６０ｂが入り込むことが可能な複数の開口部２０５を形成する。このパターニングでは、例えば、ｉ−ＧａＩｎＰ層２０３をエッチングストッパとして用いた選択性ドライエッチングを行う。
【００５３】
その後、図７（ｃ）に示すように、全面にパッシベーション膜２０６を形成する。パッシベーション膜２０６としては、例えばシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。続いて、パッシベーション膜２０６上に中継配線２０７を形成する。中継配線２０７の形成では、例えば、Ｔｉ膜をスパッタ蒸着し、その後にＡｕ膜をスパッタ蒸着し、これらをイオンミリング法等によりパターニングする。
【００５４】
次いで、図７（ｄ）に示すように、全面にパッシベーション膜２０８を形成する。パッシベーション膜２０８としては、例えばシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。その後、パッシベーション膜２０８に、中継配線２０７のバイアスバンプ１５９と対向する部分を露出する開口部、及び低バンプ１６０ａと対向する部分を露出する開口部を形成する。これら開口部は、例えばドライエッチングにより形成する。続いて、例えばリフトオフ法により、パッシベーション膜２０８の開口部を介して、画素アレイ１８１に対向する領域では、中継配線２０７に接続される下地膜２０９及びバンプ２１０を形成し、中継部１８２に対向する領域では、中継配線２０７に接続される下地膜２１２及び中継バンプ２１１を形成する。
【００５５】
このようにして、中継部材２００を製造することができる。この中継部材２００と赤外線イメージセンサ１００とをフリップチップボンディングした後に、基板２０１、ｉ−ＧａＡｓ層２０２、及びｉ−ＧａＩｎＰ層２０３を除去し、パッシベーション膜２０６及び２０８の一部並びにｉ−ＧａＡｓ層２０４の一部を除去すると、中継部材２００の状態が図２に示すものとなる。
【００５６】
次に、赤外線イメージセンサ１００及び中継部材２００を用いて赤外線撮像装置を製造する方法について説明する。図８Ａ〜図８Ｂは、赤外線撮像装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【００５７】
先ず、図８Ａ（ａ）に示すように、中継部材２００と赤外線イメージセンサ１００とをフリップチップボンディングする。このとき、画素アレイ１８１において、バイアスバンプ１５９とバンプ２１０とを接続し、中継部１８２において、低バンプ１６０ａと中継バンプ２１１とを接続する。また、出力バンプ１５７、出力バンプ１５８、及び高バンプ１６０ｂを開口部２０５内に入り込ませる。
【００５８】
次いで、図８Ａ（ｂ）に示すように、例えば、ｉ−ＧａＩｎＰ層２０３をエッチングストッパとして用いたウェットエッチングを行い、中継部材２００から基板２０１及びｉ−ＧａＡｓ層２０２を除去する。
【００５９】
その後、図８Ｂ（ｃ）に示すように、ｉ−ＧａＩｎＰ層２０３をウェットエッチングにより除去する。更に、ｉ−ＧａＡｓ層２０４の開口部２０５の底部に残存するパッシベーション膜２０６及び２０８をドライエッチングにより除去し、貫通孔２０５ａを形成する。
【００６０】
続いて、図８Ｂ（ｄ）に示すように、中継部材２００を間に介在させて、読み出し回路３００と赤外線イメージセンサ１００とをフリップチップボンディングする。このとき、画素アレイ１８１において、貫通孔２０５ａ内で、出力バンプ１５７と入力バンプ３０２とを接続し、出力バンプ１５８と入力バンプ３０３とを接続する。また、中継部１８２において、貫通孔２０５ａ内で、高バンプ１６０ｂとバイアス供給バンプ３０４とを接続する。
【００６１】
このようにして、赤外線撮像装置を製造することができる。
【００６２】
なお、赤外線イメージセンサに含まれる各層の材料は特に限定されない。例えば、吸収層として、量子ドット、量子細線又は量子箱等を含む半導体層等が用いられてもよい。また、赤外線を吸収可能な禁制帯幅を有するバルク半導体材料（ＨｇＣｄＴｅ及びＩｎＳｂ等）を含む半導体層が用いられてもよく、半導体超格子材料（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子）を含む半導体層が用いられてもよい。また、ＭＱＷ層に、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＡｌＡｓ層との組み合わせ、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＰ層との組み合わせ、又はＳｉ層とＳｉＧｅ層との組み合わせ等が用いられていてもよい。また、赤外線イメージセンサ及び中継部材がＩｎＰ系材料を用いて構成されていてもよい。
【００６３】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６４】
（付記１）
複数の画素が配列した赤外線イメージセンサと、
前記赤外線イメージセンサから信号を読み出す読み出し回路と、
前記赤外線イメージセンサと前記読み出し回路との間に設けられた中継部材と、
を有し、
前記複数の画素の各々は、
互いに相違する波長の赤外線を吸収する複数の吸収層と、
前記複数の吸収層にバイアスを印加するバイアスバンプと、
前記複数の吸収層毎に設けられた出力バンプと、
を有し、
前記出力バンプは、前記読み出し回路に設けられた入力バンプに接続され、
前記バイアスバンプは、前記読み出し回路に設けられたバイアス供給バンプに、前記中継部材に設けられた中継配線を介して接続されていることを特徴とする赤外線撮像装置。
【００６５】
（付記２）
前記中継部材には、前記出力バンプ及び前記入力バンプがその内部で接触する貫通孔が形成されていることを特徴とする付記１に記載の赤外線撮像装置。
【００６６】
（付記３）
前記中継部材は、前記貫通孔の側面を覆う絶縁膜を有することを特徴とする付記２に記載の赤外線撮像装置。
【００６７】
（付記４）
前記出力バンプは、前記バイアスバンプよりも大きいことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の赤外線撮像装置。
【００６８】
（付記５）
前記赤外線イメージセンサの熱膨張率と前記中継部材の熱膨張率との差は、前記赤外線イメージセンサの熱膨張率と前記読み出し回路の熱膨張率との差以下であることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の赤外線撮像装置。
【００６９】
（付記６）
前記中継部材と前記赤外線イメージセンサとがフリップチップボンディングされ、
前記読み出し回路と前記赤外線イメージセンサとが、前記中継部材を間に介在させてフリップチップボンディングされていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の赤外線撮像装置。
【００７０】
（付記７）
前記赤外線イメージセンサは、
前記複数の画素を含む画素アレイと、
前記画素アレイの外側に設けられ、第２の中継配線を備えた中継部と、
を有し、
前記第２の中継配線を介して、前記バイアス供給バンプと前記中継部材の前記中継配線とが接続されていることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の赤外線撮像装置。
【００７１】
（付記８）
前記赤外線イメージセンサは、
前記第２の中継配線に接続された第１のバンプと、
前記第２の中継配線及び前記バイアス供給バンプに接続された第２のバンプと、
を有し、
前記中継部材は、前記中継配線及び前記第１のバンプに接続された中継バンプを有することを特徴とする付記７に記載の赤外線撮像装置。
【００７２】
（付記９）
前記中継部材には、前記第２のバンプ及び前記バイアス供給バンプがその内部で接触する第２の貫通孔が形成されていることを特徴とする付記８に記載の赤外線撮像装置。
【００７３】
（付記１０）
前記中継部材は、前記第２の貫通孔の側面を覆う第２の絶縁膜を有することを特徴とする付記９に記載の赤外線撮像装置。
【符号の説明】
【００７４】
１００：赤外線イメージセンサ
１５７、１５８：出力バンプ
１５９：バイアスバンプ
１６０ａ：低バンプ
１６０ｂ：高バンプ
１８０：画素
１８１：画素アレイ
１８２：中継部
２００：中継部材
２０５ａ：貫通孔
２１０：バンプ
２１１：中継バンプ
３００：読み出し回路
３０２、３０３：入力バンプ
３０４：バイアス供給バンプ
【図１】
0005703730.tif 000003
【図２】
0005703730.tif 000004
【図３】
0005703730.tif 000005
【図４】
0005703730.tif 000006
【図５】
0005703730.tif 000007
【図６Ａ】
0005703730.tif 000008
【図６Ｂ】
0005703730.tif 000009
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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