(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面照射型の第１半導体撮像素子を、該第１半導体撮像素子とは別の半導体材料からなる第２半導体撮像素子に、前記第１及び第２半導体撮像素子それぞれの光感応領域が近接するように配置した半導体装置であって、
前記第１及び第２半導体撮像素子の互いに向き合う面は、少なくとも３つ以上のバンプを介して貼り付けられており、
前記第１半導体撮像素子は該第１半導体撮像素子上の前記光感応領域を挟む領域に形成されたシフトレジスタを備えており、前記シフトレジスタは前記バンプを介して前記第２半導体撮像素子に電気的に接続されており、前記シフトレジスタを駆動することにより前記第２半導体撮像素子からの信号を読み出すことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１及び第２半導体撮像素子の互いに向き合う面は樹脂を介して貼り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１半導体撮像素子はＳｉを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２半導体撮像素子は化合物半導体を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記化合物半導体はＩｎＧａＡｓを含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２半導体撮像素子の前記第１半導体撮像素子とは反対側の面に冷却器を当接させたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
裏面照射型の第１半導体撮像素子を、該第１半導体撮像素子とは別の半導体材料からなる第２半導体撮像素子に、前記第１及び第２半導体撮像素子それぞれの光感応領域が近接するように配置した半導体装置であって、
前記第２半導体撮像素子の前記第１半導体撮像素子とは反対側の面に冷却器が当接しており、
前記第１及び第２半導体撮像素子は、その一部分のみが重なっており、前記第１半導体撮像素子における前記第２半導体撮像素子と重なっていない領域には、前記第２半導体撮像素子と同一の材料を含み、前記第２半導体撮像素子が有する基板と同等の熱伝導率、及び、高さを有する別の基板が当接していることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像素子を備えた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広波長範囲の光検出は、分光分析装置や所定波長域の光の吸収に基づく材料の分析、異物検出装置等で広く行われている。例えば、特許文献１には２段構造の半導体装置が示されている。図１０は、かかる従来の装置を示すシステム構成図であり、本装置は各チャネル１０５を通過した米粒の色彩を検出する。符号１２７で示されるものを被写体とすると、この被写体１２７の像は集光レンズ１１９によって集光され、２段構造の半導体撮像素子１２２Ａ，１２３Ａからなる半導体装置に入射する。すなわち、同公報内には、集光レンズ１１９のもとで、可視光域に高い感度を有する第１受光素子（Ｓｉフォトダイオード）１２２Ａと、第２受光素子（ＩｎＧａＡｓアレイセンサ）１２３Ａとが重ね合わされて配設された２段構造の半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３０４１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した２段構造の半導体装置においては、異なる半導体材料を用いた２つの撮像素子を組み合せることにより、異なる波長域の光を検出することができるものである。
【０００５】
しかしながら、上記半導体装置においては、第１及び第２撮像素子のいずれか一方にしか被写体像を結像させることができず良好な撮像を行うことができない。本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、異なる半導体材料を用いた２つの撮像素子を組み合せた場合においても良好な撮像を行うことができる半導体装置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】
【０００６】
本発明は、裏面照射型の第１半導体撮像素子を、該第１半導体撮像素子とは別の半導体材料からなる第２半導体撮像素子に、第１及び第２半導体撮像素子それぞれの光感応領域（光吸収層）が近接するように重ねて配置したことを特徴とする。裏面照射型の半導体撮像素子は、光感応領域が、光入射面とは反対側に位置しているので、第１及び第２半導体撮像素子を重ねることにより、それぞれの半導体撮像素子の光感応領域を近接させることができ、したがって、被写体像の結像位置が近接するので、像のボケを最小限に抑えて良好な撮像を行うことができる。
好適には、本発明は、裏面照射型の第１半導体撮像素子を、該第１半導体撮像素子とは別の半導体材料からなる第２半導体撮像素子に、前記第１及び第２半導体撮像素子それぞれの光感応領域が近接するように配置した半導体装置であって、前記第１及び第２半導体撮像素子の互いに向き合う面は、少なくとも３つ以上のバンプを介して貼り付けられており、前記第１半導体撮像素子は該第１半導体撮像素子上の前記光感応領域を挟む領域に形成されたシフトレジスタを備えており、前記シフトレジスタは前記バンプを介して前記第２半導体撮像素子に電気的に接続されており、前記シフトレジスタを駆動することにより前記第２半導体撮像素子からの信号を読み出すことを特徴とする。
好適には、本発明は、裏面照射型の第１半導体撮像素子を、該第１半導体撮像素子とは別の半導体材料からなる第２半導体撮像素子に、前記第１及び第２半導体撮像素子それぞれの光感応領域が近接するように配置した半導体装置であって、前記第２半導体撮像素子の前記第１半導体撮像素子とは反対側の面に冷却器が当接しており、前記第１及び第２半導体撮像素子は、その一部分のみが重なっており、前記第１半導体撮像素子における前記第２半導体撮像素子と重なっていない領域には、前記第２半導体撮像素子と同一の材料を含み、前記第２半導体撮像素子が有する基板と同等の熱伝導率、及び、高さを有する別の基板が当接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の半導体装置は、良好な撮像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】  図１は本発明による半導体装置の第１実施形態を示す外観斜視図である。
【図２】  図２は本発明による半導体装置の第１実施形態を示す上面図である。
【図３】  図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った断面図である。
【図４】  図４は図２のＩＶ−ＩＶ’線に沿った断面図である。
【図５】  図５は本発明による半導体装置の第１実施形態に含まれる、第１基板の外観斜視図である。
【図６】  図６は本発明による半導体装置の第１実施形態に含まれる、第２基板の外観斜視図である。
【図７】  図７は本発明による半導体装置の第２実施形態を示す外観斜視図である。
【図８】  図８は本発明による半導体装置の第２実施形態を示す、半導体装置長手方向に沿った縦断面図である。
【図９】  図９は図８のＩＸ−ＩＸ’線に沿った断面図である。
【図１０】  図１０は従来の装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
発明を実施するための最良の形態 本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００１０】
（第１実施形態）
【００１１】
図１は第１実施形態に係る半導体装置の外観斜視図であり、図２は半導体装置の上面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿って切った半導体装置の断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ’線に沿って切った半導体装置の断面図である。第１実施形態においては、所定方向に波長分布のある光の波長による強度分布を測定する測定装置（分光分析装置）に半導体装置を適用した例を示している。
【００１２】
本実施形態の半導体装置は、裏面照射型の第１半導体撮像素子１０を、第１半導体撮像素子１０とは別の半導体材料からなる第２半導体撮像素子２０に、第１及び第２半導体撮像素子１０，２０それぞれの光感応領域（光吸収層）１２，２２が近接するように重ねて配置したことを特徴とする。裏面照射型の半導体撮像素子は、光感応領域が、光入射面とは反対側に位置しているので、第１及び第２半導体撮像素子を重ねることにより、それぞれの半導体撮像素子の光感応領域を近接させることができ、したがって、被写体像の結像位置が近接するので、像のボケを最小限に抑えて良好な撮像を行うことができる。また、撮像素子１０、２０としては、１次元又は２次元撮像素子を利用することができる。以下、詳説する。
【００１３】
半導体装置１は、主として第１受光素子（第１半導体撮像素子）１０、第２受光素子（第２半導体撮像素子）２０及び冷却器３０により構成されている。半導体装置１は、分光器又はプリズム等からなる分光手段（図示せず）により分光され、所定方向（第１基板１１の平面視長軸方向）に波長分布を有する光が、結像レンズ等の１つの光学系（図示せず）によって第１受光素子（第１半導体撮像素子）１０上に入射（図１における矢印方向から入射）するように配設されている。
【００１４】
第１受光素子１０は平面視で略長方形状の第１基板１１を有しており、この第１基板１１はＰ型Ｓｉ基板にて構成されている。第１基板１１には、第１基板１１の平面視短軸方向の中央位置に、平面視長軸方向に伸びる薄形部１２が形成されている。薄形部１２の厚さは、１０〜３０μｍ程度に設定されている。薄形部１２の両側に位置する端部１３ａ，１３ｂは、第１基板１１の機械的強度を確保するために、厚さが約３００μｍに設定されている。第１基板１１の第１入射面１１ａに対する表面１１ｂは、略平面状に形成されている。なお、端部１３ａ，１３ｂはなくても光検出機能は動作する。
【００１５】
第１基板１１の第１光入射面（裏面とする）１１ａには、保護膜としてのＳｉ酸化膜１１ａ’が例えば厚さ０．１μｍ程度に形成され、また、薄形部１２の第１入射面１１ａ側部分には、アキュムレーション層１１ａａ（ポテンシャルスロープを形成）としてのＰ＋高濃度層が形成されている。Ｐ＋高濃度層は、例えば厚さ０．２μｍ程度に形成され、第１入射面１１ａに近い部位で光電変換されて生じた電荷を電荷転送のためのポテンシャル井戸へ容易に拡散させる機能を有している。第１光電変換部を構成する薄形部（光感応領域：光吸収層）１２におけるＳｉ（第１半導体）は、０．１２〜１．１μｍの波長範囲で吸収特性（感度特性）を有している。薄形部１２は、厚さが約３００μｍのＰ型Ｓｉ基板を、第１入射面１１ａ側から２７０〜２９０μｍ程度の深さでエッチングすることにより形成（端部１３ａ，１３ｂはエッチングが行われないことにより形成）することも可能であるが、これに限られるものではない。
【００１６】
図５にも示されるように、薄形部１２の第１入射面１１ａに対向する表面１１ｂ側の一部には電荷転送電極及びその深部に位置する半導体材料を含むＣＣＤ部１４が形成されており、このＣＣＤ部１４では、第１電荷読み出し部を構成する第１セル１５１〜ｎが、第１基板１１の平面視長軸方向の一方の端部近傍位置から薄形部１２の伸びる方向（第１基板１１の平面視長軸方向）にアレイ状に、例えば２５６列配設されている。第１基板１１の平面視長軸方向の他方の端部側は、ＣＣＤ部１４の非形成領域とされている。また、ＣＣＤ部１４には、第１セル１５１〜ｎを挟んで第１電荷転送部としての第１シフトレジスタ１６と、第２電荷転送部としての第２シフトレジスタ１７とが設けられている。第１シフトレジスタ１６は、各第１セル１５１〜ｎを順次走査して、第１セル１５１〜ｎから読み出された電荷を転送し、この電荷に対応する信号を出力信号として電極部（図示せず）から出力するよう構成されている。
【００１７】
第２受光素子２０は略長方体状に形成された第２基板２１を有しており、第２基板２１の平面視長軸方向の長さは、第１基板１１の平面視長軸方向の長さより短く設定されている。図６にも示されるように、第２基板２１の第２入射面２１ａ側にはＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２が形成されており、このＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２には、第２光電変換部及び第２電荷読み出し部を構成する第２セル２３１〜ｎが、第２基板２１の平面視長軸方向にアレイ状に第１セル１５１〜ｎと同等のピッチを有して、例えば２５６列配設されている。第２光電変換部を構成するＩｎＧａＡｓ（第２半導体）は、０．７〜１．７μｍの波長範囲で吸収特性（感度特性）を有しており、Ｓｉ（第１半導体）の吸収特性（感度特性）範囲の０．１２〜１．１μｍより長波長側となっている。詳細には、ＩｎＧａＡｓ（第２半導体）は、Ｓｉ（第１半導体）の吸収特性（感度特性）範囲の０．１２〜１．１μｍより長波長側となるように、Ｓｉ（第１半導体）の禁止帯幅（１．２１ｅＶ）より小さい禁止帯幅を有する必要がある。ＩｎＧａＡｓ（第２半導体）の禁止帯幅をＳｉ（第１半導体）の禁止帯幅より小さくするためには、ＩｎとＧａとの比率を調整する必要があり、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓにおいて、０＜ｘ＜０．８６に設定される。
【００１８】
第１基板１１と第２基板２１とは、図２又は図３に示されるように、平面視で、ＣＣＤ部１４の第１光電変換領域１５の一部が、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２の第２光電変換領域２３の一部と対応して重なり合うように、第２基板２１を第１基板１１の他方の端部側（ＣＣＤ部１４の非形成領域側）に位置させた状態で、第１基板１１（薄形部１２）の表面１１ｂと第２基板２１の第２入射面２１ａとを対向させて重ね合わされている。第１基板１１と第２基板２１との間には高さ約５０μｍのバンプ２４，２５が設けられており、第１基板１１（薄形部１２）の表面（第２基板に対向する面）と第２基板２１の第２光入射面２１ａとの間隔が約５０μｍに管理された状態で、第１基板１１（薄形部１２）の表面１１ｂと第２基板２１の第２入射面２１ａとが近接されて配設されている。なお、バンプ２４，２５を介した状態での接続は、バンプボンディングと呼ばれている。バンプ２４，２５は、第１基板１１と第２基板２１とを重ね合わせる際に、ＣＣＤ部１４の第１光電変換領域１５の一部が、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２の第２光電変換領域２３の一部と対応して重なり合うように、位置合わせのためのマーカーとしても機能している。
【００１９】
バンプ２４は、導電性を有するバンプ（少なくとも３つ以上）であり、第２セル２３は、第２セル２３１〜ｎと電気的に接続された電極パッド部２６及びバンプ２４を介して第２シフトレジスタ１７に接続されている。第２シフトレジスタ１７は、各第２セル２３を順次走査して、第２セル２３１〜ｎから読み出された電荷を転送し、この電荷に対応する信号を出力信号として電極部（図示せず）から出力するよう構成されている。すなわち、第１半導体撮像素子１０は第１半導体撮像素子１０上に形成されたシフトレジスタ１７を備えており、シフトレジスタ１７はバンプ２４を介して第２半導体撮像素子２０に電気的に接続されており、シフトレジスタ１７を駆動することにより第２半導体撮像素子２０からの信号を読み出している。
【００２０】
バンプ２５は、非導電性のバンプ（ダミーバンプ）である。バンプ２５としては、必ずしも非導電性のバンプ（ダミーバンプ）を用いる必要はなく、導電性を有するバンプを用いてもよい。導電性を有するバンプを用いる場合には、このバンプに対して電極パッド部を形成しない、バンプに対応する電極パッド部に配線を接続しない等、バンプを介して第２基板２１側と第１基板１１側とが電気的に接続されないように構成する必要がある。
【００２１】
第１基板１１と第２基板２１との間には、ＩｎＧａＡｓの吸収特性（感度特性）範囲である０．７〜１．７μｍの波長域に関して光学的に透明な絶縁性樹脂２７、例えばシリコーン樹脂が充填されて、硬化されている。
第１基板１１と第２基板２１とで形成される空間には、略直方体状に形成された第３基板２８が設けられている。第３基板２８は、第２基板２１の側方、且つ、第１基板１１の一方の端部側（ＣＣＤ部１４の形成領域側）に位置させた状態で、第１基板１１（薄形部１２）の表面１１ｂと第３基板２８とを対向させて重ね合わされている。第３基板２８は、第２基板２１と同等の熱伝導率、及び、高さを有している。第１基板１１と第３基板２８とは、第２基板２１の場合と同様に、バンプボンディングされており、第１基板１１と第３基板２８との間には高さ約５０μｍのバンプ２５が設けられている。従って、バンプ２５により、第１基板１１（薄形部１２）の表面１１ｂと第３基板２８の表面２８ａとの間隔が約５０μｍに管理された状態で、第１基板１１（薄形部１２）の表面１１ｂと第３基板２８の表面２８ａとが近接されて配設されている。第３基板２８は、第２半導体から形成することができる。すなわち、第１及び第２半導体撮像素子１０，２０は、その一部分のみが重なっており、第１半導体撮像素子１０における第２半導体撮像素子２０と重なっていない領域には、第２半導体撮像素子２０と同一の材料を含む基板（第３基板２８）が当接している。
【００２２】
第２基板２１及び第３基板２８の第１基板１１に対向する面２１ａ，２８ａに対して面２１ｂ，２８ｂ側は、略平面状に形成されており、この裏面には冷却器３０が当接されている。冷却器３０は、ペルチェ素子３２と、第２基板２１及び第３基板２８に当接し、Ａｌ等からなる熱伝導性の優れた部材３１とを有しており、ペルチェ素子３２の吸熱部が熱伝導性の優れた部材３１に当接されて設けられている。吸熱部と反対側に位置するペルチェ素子３２の発熱部がペルチェ素子３２に電源を供給するための電源供給部（図示せず）に接続されている。
【００２３】
上述したように構成された半導体装置１によれば、半導体装置１に入射した光のうち第１受光素子１０のＳｉ（第１半導体）の吸収特性範囲である０．１２〜１．１μｍの光はＳｉ（第１半導体）に吸収されて、電荷に変換される。Ｓｉ（第１半導体）内で変換された電荷は、ＣＣＤ部１４において、第１セル１５１〜ｎから読み出され、第１シフトレジスタ１６により転送されて、電極部（図示せず）から出力信号として出力される。半導体装置１に入射した光がＳｉ（第１半導体）に吸収されて、電荷に変換される際に、第１基板１１（Ｐ型Ｓｉ基板）に薄形部１２が形成されているため、第１入射面１１ａ近傍で、光電変換されて生じた電子が、ＣＣＤ部１４（各第１セル１５１〜ｎ）により形成されているポテンシャル井戸に拡散するまでに再結合によって消滅しないようにし、また、光電変換する薄形部１２の第１入射面１１ａとＣＣＤ部１４（各第１セル１５１〜ｎ）との距離を短くして、隣接するセルへの拡散を抑制させて分解能の低下を防ぐことができる。
【００２４】
半導体装置１に入射した光のうちＳｉ（第１半導体）の吸収特性範囲より長波長側の光は、Ｓｉ（第１半導体）に吸収されずに、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３１〜ｎ）に到達する。ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３）に到達した光は、ＩｎＧａＡｓ（第２半導体）に吸収され、電荷に変換される。ＩｎＧａＡｓ（第２半導体）内で変換された電荷は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３１〜ｎ）から読み出され、第２シフトレジスタ１７により転送されて、電極部（図示せず）から出力信号として出力される。
【００２５】
０．７〜１．１μｍの近赤外線領域の光は、第１半導体としてのＳｉが１．１μｍ程度の波長の光まで吸収特性（感度特性）を示すために、本来、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３１〜ｎ）に到達すべき光がＳｉで吸収されてしまい、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３１〜ｎ）に到達できなくなる。これにより、第１基板１１と第２基板２１とを重ね合わせた構造の半導体装置１では、通常０．７〜１．７μｍの波長範囲で吸収特性（感度特性）を有しているＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２のうち、０．７〜１．１μｍの近赤外線領域を検出する位置にある第２光電変換領域２３において感度が著しく低下してしまうという問題も含んでいる。しかしながら、第１基板１１（Ｐ型Ｓｉ基板）に薄形部１２が形成され、この薄形部１２に対向してＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３１〜ｎ）が配設されるため、０．７〜１．１μｍの近赤外線領域の光も、その一部はＳｉに吸収されることなく、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３１〜ｎ）に到達する。これにより、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３１〜ｎ）にて、０．７〜１．７μｍの波長範囲の光が検出可能となる。
【００２６】
また、薄形部１２が形成されると共に、第１基板１１と第２基板２１とは、平面視で、第１基板１１（薄形部１２）の表面１１ｂと第２基板２１の第２入射面２１ａとを近接対向させて重ね合わされているので、薄形部１２と第２光電変換領域２３とが近接した状態とされる。これにより、１つの光学系を採用した場合においても、例えば、薄形部１２の第１入射面１１ａに対する表面１１ｂ（第２基板２１に対向する面）と第２基板２１（第２光電変換領域２３）の第２入射面２１ａとの略中間位置に光学系の結像位置を設定することで、薄形部１２及び第２光電変換領域２３のいずれに対しても、半導体装置１に入射する光を略結像させることができ、第１受光素子１０及び第２受光素子２０での受光感度の低下を抑制することが可能となる。また、光学系の結像位置が、薄形部１２の第１入射面１１ａに対する表面１１ｂ（第２基板２１に対向する面）と第２基板２１（第２光電変換領域２３）の第２入射面２１ａとの略中間位置からずれた場合においても、薄形部１２と第２光電変換領域２３とが近接した状態にされているので、上述したずれによる第１受光素子１０、あるいは、第２受光素子２０での受光感度の低下も抑制される。
【００２７】
また、第１基板１１と第２基板２１との間には、ＩｎＧａＡｓの吸収特性（感度特性）範囲である０．７〜１．７μｍの波長域に関して光学的に透明な絶縁性樹脂２７、例えばシリコーン樹脂が充填されて、硬化されているので、第１基板１１と第２基板２１とが絶縁性樹脂２７により接続され、特に、第１基板１１の薄形部１２の機械的強度を増大させることができる。また、絶縁性樹脂２７は、ＩｎＧａＡｓの吸収特性（感度特性）範囲である０．７〜１．７μｍの波長域に関して光学的に透明であるので、第２受光素子２０（ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２）での受光感度に影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００２８】
また、第１基板１１と第２基板２１とは、平面視で、ＣＣＤ部１４の第１光電変換領域１５の一部が、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２の第２光電変換領域２３の一部と対応して重なり合うように、第２基板２１を第１基板１１の他方の端部側（ＣＣＤ部１４の非形成領域側）に位置させた状態で、第１基板１１（薄形部１２）の表面１１ｂと第２基板２１の第２入射面２１ａとを対向させて重ね合わされているので、半導体装置１の小型化が可能となる。また、ＣＣＤ部１４の第１光電変換領域１５の一部が、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２の第２光電変換領域２３の一部と対応して重なり合うように設けられているので、半導体装置１に入射される光の連続した強度分布情報の取得が可能となる。
【００２９】
また、アレイ状に配列された第２セル２３１〜ｎのうち端部に位置する第２セル２３１〜ｎは、他のものに比して暗電流が大きくなるため、端部に位置する第２セル２３１〜ｎにて読み出された電荷に基づく出力信号の信頼性は低くなるが、ＣＣＤ部１４の第１光電変換領域１５の一部が、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２の第２光電変換領域２３の一部と対応して重なり合うように設けられているので、この重ねられた部分において、第２光電変換領域２３からの出力信号を第１光電変換領域１５からの出力信号で補完する信号処理を行うことができ、半導体装置１全体として、出力信号の信頼性を高めることが可能となる。なお、重ねられた部分において、第１光電変換領域１５からの出力信号を第２光電変換領域２３からの出力信号で補完する信号処理を行うことも可能であり、補完に関しても、一方の出力信号を択一的に選択する、あるいは、一方の出力信号を他方の出力信号に基づいて補正する等、様々な手法を取り得ることができる。
【００３０】
また、ＣＣＤ部１４には、第１光電変換領域１５を挟んで、第１電荷転送部としての第１シフトレジスタ１６と、第２電荷転送部としての第２シフトレジスタ１７とが設けられているので、ＣＣＤ部１４の第１光電変換領域１５の一部が、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２の第２光電変換領域２３の一部と対応して重ねられた部分において、一方の出力信号を他方の出力信号で補完する場合に、第１シフトレジスタ１６又は第２シフトレジスタ１７にて各々独立して転送され、第１シフトレジスタ１６及び第２シフトレジスタ１７から並行して出力信号が得られるため、簡易な構成で、速やかな補完が可能となる。
【００３１】
また、第１基板１１のＣＣＤ部１４には、第１シフトレジスタ１６と、第２シフトレジスタ１７とが設けられているので、第２基板２１には、シフトレジスタを設ける必要が無く、半導体装置１の小型化が可能となる。
【００３２】
また、第１セル１５１〜ｎを挟んで、第１シフトレジスタ１６と、第２シフトレジスタ１７とが設けられ、第２セル２３は、第２セル２３１〜ｎと電気的に接続された電極パッド部２６及びバンプ２４を介して第２シフトレジスタ１７に接続されているので、第２基板２１には、シフトレジスタを設ける必要が無く、半導体装置１の小型化が可能となる。また、第１基板１１と第２基板２１とは、バンプ２４，２５を介在した状態で接続（バンプボンディング）されているので、第１基板１１（薄形部１２）の表面１１ｂと第２基板２１の第２入射面２１ａとの間隔を確実に管理（本実施形態においては、約５０μｍ：１０〜８０μｍ）することができ、第１基板１１（薄形部１２）の表面１１ｂと第２基板２１の第２入射面２１ａとの間隔が変化することによる、第１受光素子１０及び第２受光素子２０の受光感度のバラツキ発生を抑制することも可能となる。
【００３３】
また、第２基板２１の第１基板１１に対向する面（第２入射面）２１ａに対して裏面２１ｂ側は、略平面状に形成されており、この裏面２１ｂには冷却器３０が当接されているので、第２基板２１の冷却効率を向上させることが可能となる。冷却器３０による第２基板２１の冷却により、特に、常温状態で使用される場合のＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３１〜ｎ）での暗電流の発生を抑制することができる。第２セル２３１〜ｎは、第２セル２３と電気的に接続された電極パッド部２６及びバンプ２４を介して第２シフトレジスタ１７に接続されているので、第２基板２１の裏面は他からの制約を受けることなく略平面状に形成することが可能である。
【００３４】
また、第２基板２１の平面視長軸方向の長さは、第１基板１１の平面視長軸方向の長さより短く設定されているので、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部２２（第２セル２３１〜ｎ）が形成されない不必要な基板部分を無くして、半導体装置１のコストダウンを図ることが可能である。
【００３５】
また、第２基板２１の平面視長軸方向の長さは、第１基板１１の平面視長軸方向の長さより短く設定されて、第１基板１１と第２基板２１とで形成される空間には、第２基板２１と同等の熱伝導率を有し、略直方体状に形成された第３基板２８が設けられており、第２基板２１及び第３基板２８の第１基板１１に対向する面２１ａ，２８ａに対して裏面２１ｂ，２８ｂ側は略平面状に形成され、この裏面に冷却器３０が当接されている。第２基板２１の所定方向の長さが第１基板１１の所定方向の長さより短く設定された場合、第１基板１１において、第２基板２１を介して冷却器３０からの熱が伝達される部分と、熱が伝達されない（第２基板２１が存在しない）部分とが存在するため、第１基板１１内で温度が不均一となり、ＣＣＤ部１４での検出精度、第１シフトレジスタ１６及び第２シフトレジスタ１７での転送速度に悪影響を与える可能性がある。上述した構成によれば、冷却器３０と第１基板１１との間に第３基板２８が介在するので、第１基板１１において、第２基板２１を介して冷却器３０からの熱が伝達される部分と、第３基板２８を介して冷却器３０からの熱が伝達される部分とが存在するが、第３基板２８は第２基板２１と同等の熱伝導率を有するため、第１基板１１内で温度が略均一となり、ＣＣＤ部１４での検出精度、第１シフトレジスタ１６及び第２シフトレジスタ１７での転送速度に影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００３６】
なお、第１実施形態の変形例として、第３基板２８の第１基板１１と対向する面２８ａ側に配線パターンを形成し、この配線パターンと第１シフトレジスタ１６及び第２シフトレジスタ１７とを電気的に接続し、第３基板２８から信号を外部に出力するように構成しても良い。
【００３７】
（第２実施形態）
【００３８】
図７は第２実施形態に係る半導体装置の外観斜視図であり、図８は半導体装置長手方向に沿って切った半導体装置の縦断面図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ’線に沿って切った半導体装置の断面図である。第２実施形態においては、半導体装置を所定波長域の光の吸収に基づく異物検出装置に適用した例を示している。
【００３９】
半導体装置４１は、主として第１受光素子５０、第２受光素子６０及び冷却器３０により構成されている。半導体装置４１は、照明手段（図示せず）により異物に対して光が照射され、照射された穀粒からの光が、１つの光学系（図示せず）から第１受光素子５０側に入射（図７における矢印方向から入射）するように配設されている。
【００４０】
第１受光素子５０は、第１実施形態と同様に、平面視で略長方形状の第１基板５１を有しており、この第１基板５１はＰ型Ｓｉ基板にて構成されている。第１基板５１には、第１基板５１の平面視短軸方向の中央位置に、平面視長軸方向に伸びる薄形部５２が形成されている。薄形部５２の厚さは、１０〜３０μｍ程度に設定されている。薄形部５２の両側に位置する端部５３ａ，５３ｂは、第１基板５１の機械的強度を確保するために、厚さが約３００μｍに設定されている。第１基板５１の第１入射面５１ａに対する裏面５１ｂは、略平面状に形成されている。
【００４１】
薄形部５２の第１入射面５１ａに対する裏面５１ｂ側にはＣＣＤ部５４が形成されており、このＣＣＤ部５４では、第１電荷読み出し部を構成する第１セル（画素）５５１〜ｎが、第１基板５１の平面視長軸方向の一方の端部近傍位置から他方の端部近傍までの部分に、薄形部５２の伸びる方向（第１基板５１の平面視長軸方向）にアレイ状に（例えば２４μｍピッチで２５６列配設されている。また、ＣＣＤ部５４には、第１セル（画素）５５１〜ｎを挟んで第１電荷転送部としての第１シフトレジスタ５６と、第２電荷転送部としての第２シフトレジスタ５７とが設けられている。第１シフトレジスタ５６は、各第１セル（画素）５５１〜ｎを順次走査して、第１セル（画素）５５１〜ｎから読み出された電荷を転送し、各第１セル（画素）５５の位置情報を時系列信号として電極部（図示せず）から出力するよう構成されている。
【００４２】
第２受光素子６０は略長方体状に形成された第２基板６１を有しており、第２基板６１の平面視長軸方向の長さは、第１基板５１の平面視長軸方向の長さと同等に設定されている。第２基板６１の第２入射面６１ａ側にはＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２が形成されており、このＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２には、第２光電変換部及び第２電荷読み出し部を構成する第２セル（画素）６３１〜ｎが、第２基板６１の平面視長軸方向にアレイ状に、第１セル（画素）５５の第１基板５１の平面視長軸方向の配列長さと略一致するように配設されている。第２光電変換部を構成するＩｎＧａＡｓ（第２半導体）は、第１実施形態と同様に、０．７〜１．７μｍの波長範囲で吸収特性（感度特性）を有しており、Ｓｉ（第１半導体）の吸収特性（感度特性）範囲の０．１２〜１．１μｍより長波長側となっている。
【００４３】
第１基板５１と第２基板６１とは、図８に示されるように、平面視で、ＣＣＤ部５４の第１光電変換領域５５が、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２の第２光電変換領域６３と重なり合うように、第１基板５１（薄形部５２）の裏面５１ｂと第２基板６１の第２入射面６１ａとを対向させて重ね合わされている。第１基板５１と第２基板６１との間には高さ約５０μｍのバンプ２４，２５が設けられており、第１基板５１（薄形部５２）の裏面５１ｂと第２基板６１の第２入射面６１ａとの間隔が約５０μｍに管理された状態で、第１基板５１（薄形部５２）の裏面５１ｂと第２基板６１の第２入射面６１ａとが近接されて配設されている。また、第１基板５１の平面視長軸方向の位置合わせ精度は、±５μｍ程度に設定されている。
【００４４】
バンプ２４は、導電性を有するバンプであり、第２セル（画素）６３１〜ｎは、第２セル（画素）６３１〜ｎと電気的に接続された電極パッド部２６及びバンプ２４を介して第２シフトレジスタ５７に接続されている。第２シフトレジスタ５７は、各第２セル（画素）６３１〜ｎを順次走査して、第２セル（画素）６３１〜ｎから読み出された電荷を転送し、各第２セル（画素）６３の位置情報を時系列信号として電極部（図示せず）から出力するよう構成されている。バンプ２５は、非導電性のバンプ（ダミーバンプ）である。
【００４５】
第１基板５１と第２基板６１との間には、ＩｎＧａＡｓの吸収特性（感度特性）範囲である０．７〜１．７μｍの波長域に関して光学的に透明な絶縁性樹脂２７、例えばシリコーン樹脂が充填されて、硬化されている。
【００４６】
第２基板６１の第１基板５１に対向する面（第２入射面）６１ａに対して裏面６１ｂ側は、略平面状に形成されており、この裏面６１ｂには冷却器３０が当接されている。冷却器３０は、ペルチェ素子３２と、第２基板６１に当接し、Ａｌ等からなる熱伝導性の優れた部材３１とを有しており、ペルチェ素子３２の吸熱部が熱交換板３１に当接されて設けられている。吸熱部と反対側に位置するペルチェ素子３２の発熱部がペルチェ素子３２に電源を供給するための電源供給部（図示せず）に接続されている。
【００４７】
上述したように構成された半導体装置４１によれば、半導体装置４１に入射した光のうちＳｉ（第１半導体）の吸収特性範囲である０．１２〜１．１μｍの光はＳｉ（第１半導体）に吸収されて、電荷に変換される。Ｓｉ（第１半導体）内で変換された電荷は、ＣＣＤ部５４において、第１セル（画素）５５１〜ｎから読み出され、第１シフトレジスタ５６により転送されて、電極部（図示せず）から各第１セル（画素）５５１〜ｎの位置情報を時系列信号として出力される。そして、電極部からの出力信号に基づいて、着色粒の検出（位置検出）が為される。
【００４８】
半導体装置４１に入射した光のうちＳｉ（第１半導体）の吸収特性範囲である０．１２〜１．１μｍより長波長側の光は、Ｓｉ（第１半導体）に吸収されずに、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２（第２セル（画素）６３１〜ｎ）に到達する。ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２（第２セル（画素）６３１〜ｎ）に到達した光は、ＩｎＧａＡｓ（第２半導体）に吸収され、電荷に変換される。ＩｎＧａＡｓ（第２半導体）内で変換された電荷は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２（第２セル（画素）６３１〜ｎ）から読み出され、第２シフトレジスタ５７により転送されて、電極部（図示せず）から各第２セル（画素）６３１〜ｎの位置情報を時系列信号として出力される。そして、電極部からの出力信号に基づいて、プラスチック片、ガラス片及び白色の石の検出（位置検出）が為される。
【００４９】
第２実施形態においても第１実施形態と同様の作用効果を奏し、第１基板５１（Ｐ型Ｓｉ基板）に薄形部５２が形成されるため、第１入射面５１ａ近傍で、光電変換されて生じた電子が、各第１セル（画素）５５１〜ｎに形成されるポテンシャル井戸に拡散するまでに再結合によって消滅しないようにし、また、光電変換する薄形部５２の第１入射面５１ａと各第１セル（画素）５５１〜ｎとの距離を短くして、隣接するセルへの拡散を抑制させて分解能の低下を防ぐことができる。また、第１基板５１（Ｐ型Ｓｉ基板）に薄形部５２が形成され、この薄形部５２に対向して第２セル（画素）６３１〜ｎが配設されるため、０．７〜１．１μｍの近赤外線領域の光も、その一部はＳｉに吸収されることなく、第２セル（画素）６３１〜ｎに到達する。これにより、第２セル（画素）６３１〜ｎにて、０．７〜１．７μｍの波長範囲の光が検出可能となる。
【００５０】
また、薄形部５２が形成されると共に、第１基板５１と第２基板６１とは、平面視で、第１基板５１（薄形部５２）の裏面５１ｂと第２基板６１の第２入射面６１ａとを近接対向させて重ね合わされているので、薄形部５２及び第２光電変換領域６３のいずれに対しても、半導体装置４１に入射する光を略結像させることができ、第１受光素子５０及び第２受光素子６０での受光感度の低下を抑制することが可能となる。また、薄形部５２と第２光電変換領域６３とが近接した状態とされているので、ずれによる第１受光素子５０、あるいは、第２受光素子６０での受光感度の低下も抑制される。
【００５１】
また、第１基板５１と第２基板６１との間には、ＩｎＧａＡｓの吸収特性（感度特性）範囲である０．７〜１．７μｍの波長域に関して光学的に透明な絶縁性樹脂２７、例えばシリコーン樹脂が充填されて、硬化されているので、第１基板５１と第２基板６１とが絶縁性樹脂２７により接続され、特に、第１基板５１の薄形部５２の機械的強度を増大させることができる。また、絶縁性樹脂２７は、ＩｎＧａＡｓの吸収特性（感度特性）範囲である０．７〜１．７μｍの波長域に関して光学的に透明であるので、第２受光素子６０（ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２）での受光感度に影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００５２】
また、第１基板５１のＣＣＤ部５４には、第１シフトレジスタ５６と、第２シフトレジスタ５７とが設けられているので、第２基板６１には、シフトレジスタを設ける必要が無く、半導体装置４１の小型化が可能となる。
【００５３】
また、第１光電変換領域を挟んで、第１シフトレジスタ５６と、第２シフトレジスタ５７とが設けられ、第２セル（画素）６３は、第２セル（画素）６３１〜ｎと電気的に接続された電極パッド部２６及びバンプ２４を介して第２シフトレジスタ５７に接続されているので、第２基板６１には、シフトレジスタを設ける必要が無く、半導体装置４１の小型化が可能となる。また、第１基板５１と第２基板６１とは、バンプ２４，２５を介在した状態で接続（バンプボンディング）されているので、第１基板５１（薄形部５２）の裏面５１ｂと第２基板６１の第２入射面６１ａとの間隔を確実に管理（本実施形態においては、約５０μｍ）することができ、第１基板５１（薄形部５２）の裏面５１ｂと第２基板６１の第２入射面６１ａとの間隔が変化することによる、第１受光素子５０及び第２受光素子６０の受光感度のバラツキ発生を抑制することも可能となる。
【００５４】
また、第２基板６１の第１基板５１に対向する面（第２入射面）６１ａに対して裏面６１ｂ側は、略平面状に形成されており、この裏面６１ｂには冷却器３０が当接されているので、第２基板６１の冷却効率を向上させることが可能となる。冷却器３０による第２基板６１の冷却により、特に、常温状態で使用される場合のＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２（第２セル（画素）６３１〜ｎ）での暗電流の発生を抑制することができる。第２セル（画素）６３１〜ｎは、第２セル（画素）６３と電気的に接続された電極パッド部２６及びバンプ２４を介して第２シフトレジスタ５７に接続されているので、第２基板６１の裏面６１ｂは他からの制約を受けることなく略平面状に形成することが可能である。
【００５４】
また、第１基板５１と第２基板６１とは一体化されるため、半導体装置４１に光を入射させる光学系（図示せず）に対するＣＣＤ部５４の第１セル（画素）５５１〜ｎの光軸調整を行うことで、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２の第２セル（画素）６３の光軸調整も行われることになるため、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード部６２の第２光電変換領域６３の光軸調整作業を省略でき、半導体装置４１での光軸調整作業を簡素化することが可能となる。
【００５５】
第１実施形態においては、半導体装置１が所定方向に波長分布のある光の波長による強度分布を測定する測定装置（分光分析装置）に適用され、第２実施形態においては、半導体装置４１が所定波長域の光の吸収に基づく異物検出装置に適用されているが、これらに限られることなく、光（エネルギー線）検出装置に適用することが可能である。また、半導体装置１，４１に光を入射させる光学系を複数設けることも可能である。
【００５６】
また、第１実施形態及び第２実施形態においては、第１シフトレジスタ１６，５６と第２シフトレジスタ１７，５７の２つのシフトレジスタを設けているが、１つのシフトレジスタを設け、第１セル１５１〜ｎ，５５１〜ｎ側と第２セル２３１〜ｎ，６３１〜ｎ側とを時間的にずらして時系列的に読み出す、あるいは、同時に読み出すように構成しても良い。また、第２セル２３１〜ｎ，６３１〜ｎは、導電性を有するバンプ２４を介して第２シフトレジスタ１７，５７に接続されているが、ワイヤボンディング等により接続されるように構成しても良い。また、第１シフトレジスタ１６，５６と第２シフトレジスタ１７，５７を第２基板２１，６１に設けるように構成しても良い。
【００５７】
入射する光を光電変換する半導体として、第１受光素子ではＳｉを、第２受光素子ではＩｎＧａＡｓを、各々適用しているが、これに限られるものではなく、他の半導体（化合物半導体）を適用しても良い。例えば、ＩｎＧａＡｓの代わりに、０．８〜１．８μｍの吸収（感度）特性範囲を有するＧｅ、１〜３．１μｍの吸収（感度）特性範囲を有するＩｎＡｓ（７７Ｋ）、あるいは、１〜５．５μｍの吸収（感度）特性範囲を有するＩｎＳｂ（７７Ｋ）等を適用してもよい。また、３つ以上の受光素子を重ねるよう構成することも可能であり、第１受光素子及び第２受光素子が有する吸収（感度）特性範囲の波長域よりも長波長側に吸収（感度）特性範囲を有する第３受光素子を、第２受光素子の第１受光素子に対向する面に対して裏面側に重ね合わすように配設しても良い。この場合には、例えば、第１受光素子ではＳｉ、第２受光素子ではＩｎＡｓ、第３受光素子では２〜１６μｍの吸収（感度）特性範囲を有するＨｇＣｄＴｅ（７７Ｋ）を適用することも可能である。
【００５８】
以上、説明したように、上記半導体装置は、第１半導体からなり、第１入射面から所定の第１波長域のエネルギー線が入射することにより電荷が生じる第１光電変換部と、第１光電変換部にて生じた電荷を読み出す第１電荷読み出し部と、を有する第１受光素子と、第２半導体からなり、第２入射面から第１波長域より長波長側の第２波長域のエネルギー線が入射することにより電荷が生じる第２光電変換部と、第２光電変換部にて生じた電荷を読み出す第２電荷読み出し部と、を有する第２受光素子と、が備えられた半導体装置であって、第１受光素子は、第１入射面に対する裏面側に複数の第１電荷読み出し部が所定方向に配設され、且つ、第１光電変換部の第１電荷読み出し部に対応する部分が薄形状に形成される第１基板を有し、第２受光素子は、第２入射面側に複数の第２電荷読み出し部が所定方向に配設される第２基板を有し、第１基板及び第２基板は、第１基板の第１入射面に対する裏面と第２基板の第２入射面とを近接対向させて重ね合わされ、且つ、第１基板の第１入射面からエネルギー線が入射するように配設されていることを特徴としている。
【００５９】
このような構成を採用した場合、第１光電変換部の第１電荷読み出し部に対応する部分が薄形状に形成されると共に、第１受光素子の第１基板及び第２受光素子の第２基板は、第１基板の第１入射面に対する裏面と第２基板の第２入射面とを近接対向させて重ね合わされ、且つ、第１基板の第１入射面からエネルギー線が入射するように配設されるので、第１光電変換部と第２光電変換部とが近接した状態となる。従って、上述した構成の採用により、１つの光学系を採用した場合においても、例えば、第１基板の第１入射面に対する裏面と第２基板の第２入射面との略中間位置に光学系の結像位置を設定することで、第１光電変換部及び第２光電変換部のいずれに対しても、エネルギー線を略結像させることができ、第１受光素子及び第２受光素子での受光感度の低下を抑制することが可能となる。また、光学系の結像位置が、第１基板の第１入射面に対する裏面と第２基板の第２入射面との略中間位置からずれた場合においても、第１光電変換部と第２光電変換部とが近接した状態とされているので、上述したずれによる第１受光素子、あるいは、第２受光素子での受光感度の低下も抑制される。
【００６０】
また、第１基板の第１入射面に対する裏面と第２基板の第２入射面との間には、第２波長域に関して光学的に透明な絶縁性樹脂が充填されていることが好ましい。このような構成を採用した場合、第１基板と第２基板とが絶縁性樹脂により接続され、特に、第１光電変換部（第１基板）の薄形状に形成された部分の機械的強度を増大させることができる。また、絶縁性樹脂は、第２波長域に関して光学的に透明であるので、第２受光素子での受光感度に影響を及ぼすことを抑制することができる。ここで、光学的に透明とは、均質性が高く、使用される波長域において実質的に吸収、散乱が起こることなく透過性の極めて高い状態のことをいう。
【００６１】
また、エネルギー線の入射方向から見て、第１電荷読み出し部と第２電荷読み出し部とは、所定方向において、少なくともその一部領域が互いに重ねられて設けられていることが好ましい。このような構成を採用した場合、半導体装置の小型化が可能となる。また、所定方向に配列された電荷読み出し部のうち端部に位置する電荷読み出し部に対応する光電変換部は、他の光電変換部に比して暗電流が大きくなるため、端部に位置する電荷読み出し部での読み出された電荷に基づく出力信号の信頼性は低くなるが、第１光電変換部と第２光電変換部とはエネルギー線の入射方向から見て互いに重ねられて設けられているので、この重ねられた部分において、一方の光電変換部からの出力信号を他方の光電変換部からの出力信号で補完することができ、出力信号の信頼性を高めることが可能となる。また、半導体装置を所定方向に波長分布のある光の波長による強度分布を測定する測定装置に採用した場合には、連続した強度分布情報の取得が可能となる。
【００６２】
また、第１電荷読み出し部にて読み出された電荷を所定方向に転送する第１電荷転送部と、第２電荷読み出し部にて読み出された電荷を所定方向に転送する第２電荷転送部とを有していることが好ましい。このような構成を採用した場合、第１電荷読み出し部と第２電荷読み出し部とのエネルギー線の入射方向から見て互いに重ねられた部分において、一方の電荷読み出し部からの出力信号を他方の電荷読み出し部からの出力信号で補完する場合に、第１又は第２電荷転送部にて第１又は第２電荷読み出し部にて読み出された電荷が各々独立して転送され、第１及び第２電荷転送部から並行して出力信号が得られるため、簡易な構成で、速やかな補完が可能となる。
【００６３】
また、第１基板又は第２基板のいずれか一方に、第１電荷転送部及び第２電荷転送部が設けられていることが好ましい。このような構成を採用した場合、第１基板又は第２基板のいずれか他方には、電荷転送部を設ける必要が無く、半導体装置の小型化が可能となる。
【００６４】
また、第１基板に第１電荷転送部及び第２電荷転送部が設けられており、第２電荷読み出し部にて読み出された電荷が第２電荷転送部に送られるように、第２電荷読み出し部と第２電荷転送部とがバンプボンディングにより接続されていることが好ましい。このような構成を採用した場合、第２基板には電荷転送部を設ける必要が無く、半導体装置の小型化が可能となる。また、第２電荷読み出し部と第２電荷転送部とがバンプボンディングにより接続されているので、第１基板の第１入射面に対する裏面と第２基板の第２入射面との間隔を確実に管理することができ、第１基板の第１入射面に対する裏面と第２基板の第２入射面との間隔が変化することによる、第１受光素子及び第２受光素子の受光感度のバラツキ発生を抑制することが可能となる。
【００６５】
また、第２基板の第２入射面に対する裏面は、略平面状に形成されており、第２基板を冷却するための冷却器が、第２基板の裏面に当接させた状態で設けられていることが好ましい。このような構成を採用した場合、第２基板の冷却効率を向上させることが可能となる。第２光電変換部にて生じた電荷はバンプボンディングを介して第１基板に設けられた第２電荷転送部に送られるように構成されているので、第２基板の裏面は他からの制約を受けることなく略平面状に形成することが可能である。
【００６６】
また、第２基板の所定方向の長さは、第１基板の所定方向の長さより短く設定され、第１基板の第１入射面に対する裏面と近接対向して設けられ、且つ、第２基板と同等の熱伝導率を有する第３基板が、第２基板の側方に設けられ、冷却器は、第３基板にも当接された状態で設けられていることが好ましい。このような構成を採用した場合、第２基板の所定方向の長さは、第１基板の所定方向の長さより短く設定されるので、コストダウンを図ることが可能である。また、第２基板の所定方向の長さが第１基板の所定方向の長さより短く設定された場合、第１基板において、第２基板を介して冷却器からの熱が伝達される部分と、熱が伝達されない（第２基板が存在しない）部分とが存在するため、第１基板内で温度が不均一となり、第１光電変換部及び第１電荷読み出し部での検出精度、電荷転送部での転送速度に悪影響を与える可能性がある。上述した構成によれば、冷却器と第１基板との間に第３基板が介在するので、第１基板において、第２基板を介して冷却器からの熱が伝達される部分と、第３基板を介して冷却器からの熱が伝達される部分とが存在するが、第３基板は第２基板と同等の熱伝導率を有するため、第１基板内で温度が略均一となり、第１光電変換部及び第１電荷読み出し部での検出精度、電荷転送部での転送速度に影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００６７】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、複数の受光素子に対して１つの光学系を採用した場合においても、重ね合わされて配設される複数の受光素子に関し、各受光素子での受光感度の低下を抑制することが可能な半導体装置を提供することができる。なお、上記第２半導体としてはＩｎＧａＡｓ以外の化合物半導体としてＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＨｇＣｄＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＨｇＣｄＴｅからなる群のいずれか１つを用いることができ、また真性Ｇｅ或いはＡｕＨｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓからなる群の少なくともいずれか１つを添加したＧｅを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は１次元又は２次元撮像素子を備えた半導体装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１２・・・薄形部、１１ｂ・・・表面、１４・・・ＣＣＤ部、１５１〜ｎ・・・第１セル、２３１〜ｎ・・・第２セル、１１・・・第１基板、２１・・・第２基板、２２・・・フォトダイオード部、１５・・・第１光電変換領域、２３・・・第２光電変換領域。
【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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