(57)【要約】      （修正有）【課題】バンプの形成されている基板において、隣接するバンプ間においてショートが生じることなく、バンプ同士を接続し、歩留まりを向上する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】第１の金属バンプ３１と第２の金属バンプ３２及び第１の絶縁体バンプと第２の絶縁体バンプとが対向するように位置合わせする工程と、第１の絶縁体バンプと第２の絶縁体バンプ及び第１の金属バンプ３１と第２の金属バンプ３２とを接触させる工程と、その状態で加熱し、第１の絶縁体バンプと第２の絶縁体バンプ及び第１の金属バンプ３１と第２の金属バンプ３２を溶融する工程と、溶融後冷却することにより、第１の絶縁体バンプ及び第２の絶縁体バンプにより絶縁体バンプ接合部４０を形成する工程と、第１の金属バンプ３１及び第２の金属バンプ３２により金属バンプ接合部３０を形成する工程と、を有する。【選択図】図５
2016086093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属バンプと第１の絶縁体バンプが設けられた第１の基板と、前記第１の金属バンプと同じ材料で設けられた第２の金属バンプと第２の絶縁体バンプが設けられた第２の基板とを、前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプ及び前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとが対向するように位置合わせする工程と、
前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとを接触させ、前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとを接触させる工程と、
前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融する工程と、
前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融する工程と、
前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプにより絶縁体バンプ接合部を形成する工程と、
前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプにより金属バンプ接合部を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１の基板の一方の面に、複数の第１の金属バンプと、複数の第１の絶縁体バンプを形成する工程と、
第２の基板の一方の面に、前記第１の金属バンプに対応する位置に、前記第１の金属バンプを形成している材料と同じ材料により第２の金属バンプを形成し、前記第１の絶縁体バンプに対応する位置に、前記第１の絶縁体バンプを形成している材料と同じ材料により第２の絶縁体バンプを形成する工程と、
前記第１の基板の一方の面と、前記第２の基板の一方の面とを対向させて、前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとを接触させ、前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとを接触させる工程と、
前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融する工程と、
前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融する工程と、
前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプにより絶縁体バンプ接合部を形成する工程と、
前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプにより金属バンプ接合部を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
隣接する前記第１の金属バンプの間または隣接する前記第１の金属バンプの間の一部には、前記第１の絶縁体バンプが形成されており、
隣接する前記第２の金属バンプの間または隣接する前記第２の金属バンプの間の一部には、前記第２の絶縁体バンプが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを形成している材料の融点は、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを形成している材料の融点よりも低いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の基板において、前記第１の絶縁体バンプが形成されている領域には、第１の下地絶縁層が形成されており、
前記第１の下地絶縁層は、前記第１の基板において前記第１の下地絶縁層が形成されていない領域よりも、前記第１の絶縁体バンプを形成している材料が溶融した際の濡れ性が高く、
前記第２の基板において、前記第２の絶縁体バンプが形成されている領域には、第２の下地絶縁層が形成されており、
前記第２の下地絶縁層は、前記第２の基板において前記第２の下地絶縁層が形成されていない領域よりも、前記第２の絶縁体バンプを形成している材料が溶融した際の濡れ性が高いことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の基板と前記第２の基板とは、異なる材料により形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の基板には、複数の赤外線検出素子が２次元状に形成されており、
前記第２の基板には、前記赤外線検出素子に対応した回路が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の基板には、複数の光検出素子が２次元状に形成されており、
前記第２の基板には、前記光検出素子に対応した回路が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融する工程においては、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプが溶融する温度を所定の時間保ち、
前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融する工程においては、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプが溶融する温度を所定の時間保つことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体材料により形成された第１の基板と、
半導体材料により形成された第２の基板と、
対向している前記第１の基板の一方の面と前記第２の基板の一方の面の間に形成された複数の金属バンプ接合部と、
対向している前記第１の基板の一方の面と前記第２の基板の一方の面の間に形成された複数の絶縁体バンプ接合部と、
を有し、
前記第１の基板と前記第２の基板は、前記金属バンプ接合部及び前記絶縁体バンプ接合部により接合されており、
前記絶縁体バンプ接合部を形成している材料は、前記金属バンプ接合部を形成している材料よりも融点が低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の基板には、複数の赤外線検出素子が２次元状に形成されており、
前記第２の基板には、前記赤外線検出素子に対応した回路が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の一種として、赤外線を検出するための赤外線検出素子を２次元状に配列した構造の赤外線イメージセンサがある。このような赤外線イメージセンサにおいては、より一層の多画素化が求められており、このため、画素を形成している赤外線検出素子の大きさが小さくなり、各々の赤外線検出素子に対応して形成されたバンプ間のピッチも狭くなる傾向にある。赤外線イメージセンサは、赤外線検出素子が２次元状に形成された化合物半導体基板と、赤外線検出素子を駆動するための回路が形成されたシリコン基板とにより形成されており、各々の基板に設けられた対応するバンプ同士を電気的に接続することにより作製される。
【０００３】
具体的には、化合物半導体基板には、各々の赤外線検出素子に対応してバンプが形成されており、シリコン基板にも化合物半導体基板に形成されたバンプに対応するバンプが形成されている。赤外線イメージセンサを作製する際には、化合物半導体基板に形成されたバンプと、このバンプに対応するシリコン基板に形成されたバンプとを１対１で接続することにより作製される。このように、化合物半導体基板に形成されたバンプとシリコン基板に形成されたバンプとを接合する際には、化合物半導体基板とシリコン基板との位置合わせを行った後、加熱してバンプを形成している材料を溶かすことにより、バンプ同士を接合する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Infrared Physics & Technology 52 (2009) 395-398
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、化合物半導体基板とシリコン基板との間で位置がずれていると、化合物半導体基板に形成された１つのバンプがシリコン基板に形成された複数のバンプと接続されてしまう場合や、シリコン基板に形成された１つのバンプが化合物半導体基板に形成された複数のバンプと接続されてしまう場合がある。また、化合物半導体基板を形成しているＧａＡｓ等の化合物半導体材料とシリコン基板を形成しているシリコンとの間には、熱膨張率に差がある。このため、これらの基板に熱を加えた場合には、シリコン基板よりもＧａＡｓ等からなる化合物半導体基板の方が大きく膨張する。よって、化合物半導体基板とシリコン基板との間において、僅かな位置ずれがあった場合でも、熱を加えることにより生じる熱膨張差によりずれが大きくなり、シリコン基板または化合物半導体基板における隣接するバンプ間においてショートが生じる場合がある。このようなショートが生じてしまうと、赤外線イメージセンサ等の半導体装置は、正常に動作しなくなり不良となる。
【０００６】
従って、化合物半導体基板に設けられたバンプとシリコン基板に設けられたバンプとを、隣接するバンプ間においてショートによる不良が生じることなく接合することのできる赤外線イメージセンサ等の半導体装置の製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施の形態の一観点によれば、第１の金属バンプと第１の絶縁体バンプが設けられた第１の基板と、前記第１の金属バンプと同じ材料で設けられた第２の金属バンプと第２の絶縁体バンプが設けられた第２の基板とを、前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプ及び前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとが対向するように位置合わせする工程と、前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとを接触させ、前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとを接触させる工程と、前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融する工程と、前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融する工程と、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプにより絶縁体バンプ接合部を形成する工程と、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプにより金属バンプ接合部を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
開示の半導体装置の製造方法によれば、各々の基板に形成されている対応するバンプ同士を、隣接するバンプ間においてショートによる不良が生じることなく接続することができ、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】赤外線イメージセンサの説明図
【図２】赤外線イメージセンサの製造方法の工程図
【図３】赤外線イメージセンサの製造方法の説明図
【図４】本実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（１）
【図５】本実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（２）
【図６】本実施の形態におけるセルフアライメントの説明図
【図７】本実施例における半導体装置の製造方法の説明図（１）
【図８】本実施例における半導体装置の製造方法の説明図（２）
【図９】本実施例における半導体装置の製造方法の説明図（３）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
最初に、半導体装置の一種である赤外線イメージセンサを作製する工程のうち、２次元状に赤外線検出素子が形成された化合物半導体基板と、赤外線検出素子を駆動するための回路が形成されたシリコン基板とを接合する工程について説明する。
【００１２】
図１に示されるように、赤外線イメージセンサは、２次元状に複数の赤外線検出素子９１１が形成された化合物半導体基板９１０と各々の赤外線検出素子９１１を駆動するための読み出し回路９２１が形成されたシリコン基板９２０とを接合することにより作製される。具体的には、図２（ａ）に示されるように、化合物半導体基板９１０には、２次元状に形成された各々の赤外線検出素子９１１に対応してバンプ９３１が形成されており、シリコン基板９２０には、このバンプ９３１に対応するバンプ９３２が形成されている。バンプ９３１及びバンプ９３２は、インジウム（Ｉｎ）等を含む比較的融点の低い金属材料により形成されている。赤外線イメージセンサを作製する際には、最初に、化合物半導体基板９１０に形成されたバンプ９３１とシリコン基板９２０に形成されたバンプ９３２との位置合わせを行い、図２（ｂ）に示すように、対応するバンプ９３１とバンプ９３２とを接触させる。この工程は、常温で行われる。この後、バンプ９３１とバンプ９３２とが接触している状態で２００℃まで加熱することにより、図２（ｃ）に示すように、バンプ９３１とバンプ９３２を形成している材料が溶け、溶融したバンプ金属９３０となる。この溶融したバンプ金属９３０は、冷却することにより固体となり、固体となったバンプ金属９３０により、化合物半導体基板９１０とシリコン基板９２０とにおいて所望の電気的な接続がなされ、化合物半導体基板９１０とシリコン基板９２０とが接合される。
【００１３】
ところで、化合物半導体基板９１０とシリコン基板９２０とを接合する際、図３に示すように、バンプ金属９３０が溶けて液体状態となるため濡れ広がり、濡れ広がったバンプ金属９３０ａ、９３０ｂにより隣接するバンプ金属９３０同士が接続される場合がある。このように隣接するバンプ金属９３０同士が接続されてしまうと、製造される赤外線イメージセンサが正常に動作しなくなってしまうため好ましくない。尚、図３（ａ）は、化合物半導体基板９１０側において、濡れ広がったバンプ金属９３０ａにより、隣接するバンプ金属９３０同士が接続されている状態を示す。また、図３（ｂ）は、シリコン基板９２０側において、濡れ広がったバンプ金属９３０ｂにより、隣接するバンプ金属９３０同士が接続されている状態を示す。
【００１４】
（半導体装置の製造方法）
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法として、半導体装置の一種である赤外線イメージセンサの製造方法について説明する。
【００１５】
最初に、図４（ａ）に示すように、２次元状に赤外線検出素子１１が形成された化合物半導体基板１０において、各々の赤外線検出素子１１に対応する第１の金属バンプ３１を形成し、隣接する第１の金属バンプ３１の間に第１の絶縁体バンプ４１を形成する。また、化合物半導体基板１０の赤外線検出素子１１を駆動するための読み出し回路が形成されたシリコン基板２０において、第１の金属バンプ３１に対応する第２の金属バンプ３２を形成し、第１の絶縁体バンプ４１に対応する第２の絶縁体バンプ４２を形成する。
【００１６】
尚、本願においては、化合物半導体基板１０を第１の基板と記載し、化合物半導体基板１０において、第１の金属バンプ３１及び第１の絶縁体バンプ４１が形成されている面を第１の基板の一方の面と記載する場合がある。また、シリコン基板２０を第２の基板と記載し、シリコン基板２０において、第２の金属バンプ３２及び第２の絶縁体バンプ４２が形成されている面を第２の基板の一方の面と記載する場合がある。
【００１７】
化合物半導体基板１０は、例えば、ＧａＡｓ基板により形成されており、第１の金属バンプ３１は、インジウムを含む金属材料やハンダ等により形成されている。化合物半導体基板１０において、第１の金属バンプ３１が形成される領域には、アンダーバンプメタルと呼ばれる第１の下地金属層１３が形成されており、第１の金属バンプ３１は、第１の下地金属層１３の上に形成されている。第１の下地金属層１３は、第１の金属バンプ３１を形成している材料に対し濡れ性の高い材料により形成されており、例えば、金等を含む膜により形成されている。また、化合物半導体基板１０において、第１の金属バンプ３１と第１の金属バンプ３１との間には、第１の絶縁体バンプ４１が形成されている。第１の絶縁体バンプ４１は、ＰＭＭＡ（Poly(methyl methacrylate)：ポリメタクリル酸メチル樹脂）等の絶縁性樹脂材料により形成されている。化合物半導体基板１０において、第１の絶縁体バンプ４１が形成される領域には、第１の下地絶縁層１４が形成されており、第１の絶縁体バンプ４１は、第１の下地絶縁層１４の上に形成されている。第１の下地絶縁層１４は、第１の絶縁体バンプ４１を形成しているＰＭＭＡ等の絶縁性樹脂材料に対し、濡れ性の高いフッ素含有絶縁材料により形成されている。
【００１８】
同様に、シリコン基板２０に形成されている第２の金属バンプ３２は、インジウムを含む金属材料やハンダ等により形成されている。シリコン基板２０において、第２の金属バンプ３２が形成される領域には、アンダーバンプメタルと呼ばれる第２の下地金属層２３が形成されており、第２の金属バンプ３２は、第２の下地金属層２３の上に形成されている。第２の下地金属層２３は、第２の金属バンプ３２を形成している材料に対し濡れ性の高い材料により形成されており、例えば、金等を含む膜により形成されている。また、シリコン基板２０において、隣接する第２の金属バンプ３２の間、即ち、隣接する第２の金属バンプ３２と第２の金属バンプ３２との間には、ＰＭＭＡ等の絶縁性樹脂材料により第２の絶縁体バンプ４２が形成されている。シリコン基板２０おいて、第２の絶縁体バンプ４２が形成される領域には、第２の下地絶縁層２４が形成されており、第２の絶縁体バンプ４２は、第２の下地絶縁層２４の上に形成されている。第２の下地絶縁層２４は、第２の絶縁体バンプ４２を形成しているＰＭＭＡ等の絶縁性樹脂材料に対し、濡れ性の高いフッ素含有絶縁材料により形成されている。
【００１９】
次に、図４（ｂ）に示すように、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０の位置合わせを行った後、第１の金属バンプ３１と第２の金属バンプ３２とを接触させるとともに、第１の絶縁体バンプ４１と第２の絶縁体バンプ４２とを接触させる。この際、図４（ｂ）に示すように、第１の金属バンプ３１と第２の金属バンプ３２とが所望の位置で接触し、第１の絶縁体バンプ４１と第２の絶縁体バンプ４２とが所望の位置で接触している状態が理想である。しかしながら、位置合わせの際に、化合物半導体基板１０に対しシリコン基板２０の位置が僅かにずれてしまう場合がある。この場合には、図４（ｃ）に示すように、第１の金属バンプ３１と第２の金属バンプ３２との接触位置及び第１の絶縁体バンプ４１と第２の絶縁体バンプ４２との接触位置は僅かにずれた状態となる。
【００２０】
次に、図５（ａ）に示すように、第１の絶縁体バンプ４１及び第２の絶縁体バンプ４２を形成している材料の融点、または、この融点よりも少し高い温度まで加熱する。これにより、第１の絶縁体バンプ４１及び第２の絶縁体バンプ４２を形成している材料が溶けて一体となり溶融した絶縁体バンプ接合部４０が形成される。溶融した絶縁体バンプ接合部４０は、溶けて液体状態となっているため表面張力が発生し、この表面張力は、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０とが、所望の位置に近づく方向に働く。即ち、図４（ｃ）に示すように、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０とが僅かにずれている場合には、溶融した絶縁体バンプ接合部４０の表面張力によるセルフアライメントにより、所望の位置に近づくように移動させることができる。
【００２１】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１の金属バンプ３１及び第２の金属バンプ３２を形成している材料の融点、または、この融点よりも少し高い温度まで加熱する。尚、本実施の形態においては、第１の絶縁体バンプ４１及び第２の絶縁体バンプ４２を形成している材料の融点よりも、第１の金属バンプ３１及び第２の金属バンプ３２を形成している材料の融点の方が高いものとする。これにより、第１の金属バンプ３１及び第２の金属バンプ３２を形成している材料が溶けて一体となり溶融した金属バンプ接合部３０が形成される。溶融した金属バンプ接合部３０は、溶けて液体状態となっているため表面張力が発生し、この表面張力は、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０とが、所望の位置に近づく方向に働く。即ち、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０とが、溶融した金属バンプ接合部３０の表面張力によるセルフアライメントにより、所望の位置となるように、移動させることができる。
【００２２】
本実施の形態においては、溶けて溶融している絶縁体バンプ接合部４０を溶融した絶縁体バンプ接合部４０と記載し、凝固し固体となった絶縁体バンプ接合部４０を単に絶縁体バンプ接合部４０と記載する場合がある。また、溶けて溶融している金属バンプ接合部３０を溶融した金属バンプ接合部３０と記載し、凝固し固体となった金属バンプ接合部３０を単に金属バンプ接合部３０と記載する場合がある。
【００２３】
よって、図４（ｃ）に示されるように、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０とにおいて僅かな位置ずれが生じていても、溶融した絶縁体バンプ接合部４０と溶融した金属バンプ接合部３０の表面張力により、所望の位置に位置合わせをすることができる。即ち、本実施の形態においては、溶融した絶縁体バンプ接合部４０による表面張力と、溶融した金属バンプ接合部３０における表面張力とにより、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０とにおいてセルフアライメントによる位置合わせを行うことができる。従って、溶融した金属バンプ接合部３０における表面張力のみにより、セルフアライメントが行われる場合と比べて、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０の位置合わせをより正確に行うことができる。
【００２４】
また、本実施の形態においては、化合物半導体基板１０における隣接する第１の金属バンプ３１の間には、第１の絶縁体バンプ４１が設けられており、シリコン基板２０における隣接する第２の金属バンプ３２の間には、第２の絶縁体バンプ４２が設けられている。このため、第１の金属バンプ３１が溶融しても、隣接する第１の金属バンプ３１の間に形成されている第１の絶縁体バンプ４１が溶融した絶縁体バンプ接合部４０により遮られるため、隣接する第１の金属バンプ３１同士が接合されることはない。同様に、第２の金属バンプ３２が溶融しても、隣接する第２の金属バンプ３２の間に形成されている第２の絶縁体バンプ４２が溶融した絶縁体バンプ接合部４０により遮られるため、隣接する第２の金属バンプ３２同士が接合されることはない。
【００２５】
よって、本実施の形態においては、化合物半導体基板１０における隣接する第１の金属バンプ３１の間及びシリコン基板２０における隣接する第２の金属バンプ３２の間において、ショートが発生することなく、赤外線イメージセンサを製造することができる。これにより、赤外線イメージセンサを製造する際の歩留まりを向上させることができる。
【００２６】
本実施の形態においては、第１の絶縁体バンプ４１は、隣接する第１の金属バンプ３１の間に形成されており、第２の絶縁体バンプ４２は、隣接する第２の金属バンプ３２の間に形成されている場合について説明した。しかしながら、隣接する第１の金属バンプ３１の間において、第１の絶縁体バンプ４１を１つおき、または２つおきに形成してもよく、隣接する第２の金属バンプ３２の間において、第２の絶縁体バンプ４２を１つおき、または２つおきに形成してもよい。これらの場合においても、セルフアライメントにおける効果を得ることができるからである。
【００２７】
また、化合物半導体基板１０における第１の絶縁体バンプ４１の周囲となる第１の下地絶縁層１４の周囲は、第１の絶縁体バンプ４１が溶融し液体状態となっているものに対し、第１の下地絶縁層１４よりも濡れ性の低い材料により形成されていることが好ましい。即ち、化合物半導体基板１０において、第１の絶縁体バンプ４１の周囲となる第１の下地絶縁層１４の周囲は、第１の絶縁体バンプ４１を形成している材料が溶融した際に、この溶融した材料を弾きやすい材料により形成されていることが好ましい。このように、第１の下地絶縁層１４の周囲を第１の下地絶縁層１４よりも濡れ性の低い材料により形成することにより、第１の絶縁体バンプ４１が溶融し、溶融した絶縁体バンプ接合部４０となっても、第１の下地絶縁層１４の周囲に濡れ広がることが抑制される。
【００２８】
同様に、シリコン基板２０において、第２の絶縁体バンプ４２の周囲となる第２の下地絶縁層２４の周囲は、第２の絶縁体バンプ４２が溶融し液体状態となっているものに対し、第２の下地絶縁層２４よりも濡れ性の低い材料により形成されていることが好ましい。即ち、シリコン基板２０において、第２の絶縁体バンプ４２の周囲となる第２の下地絶縁層２４の周囲は、第２の絶縁体バンプ４２を形成している材料が溶融した際に、この溶融した材料を弾きやすい材料により形成されていることが好ましい。このように、第２の下地絶縁層２４の周囲を第２の下地絶縁層２４よりも濡れ性の低い材料により形成することにより、第２の絶縁体バンプ４２が溶融し、溶融した絶縁体バンプ接合部４０となっても、第２の下地絶縁層２４の周囲に濡れ広がることが抑制される。
【００２９】
尚、本実施の形態においては、溶融した絶縁体バンプ接合部４０の表面張力、または、溶融した金属バンプ接合部３０の表面張力により化合物半導体基板１０とシリコン基板２０とが、所望の位置となるように動くことをセルフアライメントと呼ぶ。即ち、セルフアライメントとは、図６に示すように、第１の基板２１０と第２の基板２２０との間に存在している液状となった溶融はんだ等の表面張力により、第１の基板２１０と第２の基板２２０とにおける位置合わせが自動的に行われることを意味する。尚、図６（ａ）は、セルフアライメントがなされる直前の状態を示し、図６（ｂ）は、セルフアライメントがなされた後の状態を示す。
【００３０】
また、本実施の形態における説明では、半導体装置の一例として２次元の赤外線イメージセンサの場合について説明したが、他の波長におけるイメージセンサ、例えば、可視光、紫外光等における２次元のイメージセンサであってもよい。更には、イメージセンサ以外の半導体装置であって、一方の基板に２次元状に金属バンプ及び絶縁体バンプを形成し、他方の基板には、これらのバンプに対応した金属バンプ及び絶縁体バンプを形成したものであってもよい。また、化合物半導体基板としてＧａＡｓ基板を用いた場合について説明したが、ＩｎＰ基板等を用いてもよく、化合物半導体基板に代えてシリコン基板を用いてもよい。即ち、接合される２枚の基板がシリコン基板同士であってもよい。
【００３１】
（実施例）
次に、本実施の形態における実施例について説明する。
【００３２】
本実施例においては、図７（ａ）に示されるように、化合物半導体基板１０である絶縁性のＧａＡｓ基板の上に、化合物半導体層が積層して形成されている。化合物半導体層は、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）等のエピタキシャル成長により形成されている。具体的には、化合物半導体基板１０である絶縁性のＧａＡｓ基板の上に、エピタキシャル成長により、不図示のバッファ層、下部電極層１１２、光吸収層１１３、上部電極層１１４、金属電極層１１５、反射膜１１６等が積層して形成されている。
【００３３】
不図示のバッファ層は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓにより形成されている。下部電極層１１２は、膜厚が１μｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されており、ｎ型となる不純物元素としてＳｉが１×１０１８／ｃｍ３の濃度となるようにドープされている。
【００３４】
光吸収層１１３は、多重量子移動層により形成されており、バリア層となるＡｌＧａＡｓ層と井戸層となるｎ−ＧａＡｓ層等が交互に２０回積層することにより形成されている。バリア層となるＡｌＧａＡｓ層は、膜厚が５０ｎｍ、Ａｌ組成比が０．２５となるＡｌＧａＡｓにより形成されている。井戸層となるＧａＡｓ層は、膜厚が５ｎｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されており、ｎ型となる不純物元素としてＳｉが、５×１０１７／ｃｍ３の濃度となるようにドープされている。
【００３５】
上部電極層１１４は、膜厚が１１００ｎｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されており、ｎ型となる不純物元素としてＳｉが１×１０１８／ｃｍ３の濃度となるようにドープされている。上部電極層１１４の表面には、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより凹凸を形成することにより回折格子構造が形成されている。また、各々の赤外線検出素子１１の周囲の化合物半導体層をフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより除去することにより溝部１１７が形成されている。溝部１１７は、下部電極層１１２に表面が露出するまで、化合物半導体層を除去することにより形成する。
【００３６】
次に、上部電極層１１４の上に、金属電極層１１５を形成し、溝部１１７において露出している下部電極層１１２の上に、金属電極層１１８を形成する。金属電極層１１５及び金属電極層１１８は、オーミック電極であり、Ａｕ／Ｇｅ、Ａｕ等の金属材料により、リフトオフにより形成する。
【００３７】
次に、上部電極層１１４の表面に形成された回折格子構造及び金属電極層１１５の上に、反射膜１１６を形成する。反射膜１１６は、Ａｕ等の金属材料により、リフトオフにより形成する。
【００３８】
次に、画素分離溝を形成し、画素分離溝及び溝部１１７等をＳＯＧ（Spin on Glass）により埋め込み平坦化することにより絶縁膜１１９を形成し、更に、第１の下地金属層１３を形成する。第１の下地金属層１３は、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、反射膜１１６の上の第１の下地金属層１３が形成される領域の絶縁膜１１９を除去した後、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属材料により、リフトオフにより形成する。
【００３９】
次に、隣接する第１の下地金属層１３と第１の下地金属層１３との間において、絶縁膜１１９の上に第１の下地絶縁層１４を形成する。具体的には、絶縁膜１１９の上に、第１の絶縁体バンプ４１に対して濡れ性の高いフッ素含有絶縁材料によりフッ素含有絶縁膜を成膜した後、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより不要な部分のフッ素含有絶縁膜を除去する。これにより、第１の下地絶縁層１４を形成する。
【００４０】
次に、第１の下地絶縁層１４の上に、第１の絶縁体バンプ４１を形成する。第１の絶縁体バンプ４１は、絶縁性を有する樹脂材料により形成されており、例えば、ＰＭＭＡ等により形成する。
【００４１】
次に、第１の下地金属層１３の上に、第１の金属バンプ３１を形成する。第１の金属バンプ３１はインジウム（Ｉｎ）を含む金属材料により、リフトオフにより形成する。
【００４２】
以上の工程により、化合物半導体基板１０を形成する。
【００４３】
次に、図７（ｂ）に示されるようなシリコン基板２０を作製する。シリコン基板２０は、シリコン基板の表面に不図示の回路及び配線を形成した後、第２の下地金属層２３、第２の金属バンプ３２、第２の下地絶縁層２４、第２の絶縁体バンプ４２を形成することにより作製する。尚、第２の下地金属層２３は第１の下地金属層１３と同様の方法により形成することができ、第２の金属バンプ３２は第１の金属バンプ３１と同様の方法により形成することができる。第２の下地絶縁層２４は第１の下地絶縁層１４と同様の方法により形成することができ、第２の絶縁体バンプ４２は第１の絶縁体バンプ４１と同様の方法により形成することができる。
【００４４】
次に、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０とにおける位置合わせを行った後、第１の金属バンプ３１と第２の金属バンプ３２とを接触させ、第１の絶縁体バンプ４１と第２の絶縁体バンプ４２とを接触させる。この状態は、前述した図４（ｂ）または図４（ｃ）等に示される状態であり、この工程は、常温で行われる。
【００４５】
この後、図８に示すように、第１の絶縁体バンプ４１及び第２の絶縁体バンプ４２を形成している材料の融点または、この融点よりも若干高い温度Ｔ１まで加熱する。尚、図８は、本実施例における加熱工程の時間と温度の関係を示す図である。本実施例においては、第１の絶縁体バンプ４１及び第２の絶縁体バンプ４２を形成している材料であるＰＭＭＡが溶融する約１００℃となる温度Ｔ１まで、約５分の昇温時間で加熱する。この後、温度Ｔ１で温度が一定となる状態を１〜２分間保った後、再び、第１の金属バンプ３１及び第２の金属バンプ３２を形成している材料の融点または、この融点よりも若干高い温度Ｔ２まで加熱する。本実施例においては、第１の金属バンプ３１及び第２の金属バンプ３２を形成している材料であるインジウムが溶融する約２００℃となる温度Ｔ２まで、約５分の昇温時間で加熱する。この後、温度Ｔ２で温度が一定となる状態を約１０秒保った後、冷却する。
【００４６】
これにより、図９に示されるように、第１の金属バンプ３１及び第２の金属バンプ３２により金属バンプ接合部３０が形成され、第１の絶縁体バンプ４１及び第２の絶縁体バンプ４２により絶縁体バンプ接合部４０が形成される。このように形成された金属バンプ接合部３０と絶縁体バンプ接合部４０により、化合物半導体基板１０とシリコン基板２０が接合される。
【００４７】
温度Ｔ１で温度が一定となる状態を１〜２分間保つ理由は、溶融した第１の絶縁体バンプ４１及び第２の絶縁体バンプ４２によるセルフアライメントがなされる時間を確保するためである。
【００４８】
また、温度Ｔ２で温度が一定となる状態を約１０秒保つ理由は、溶融した第１の絶縁体バンプ４１及び第２の絶縁体バンプ４２、及び、溶融した第１の金属バンプ３１及び第２の金属バンプ３２によるセルフアライメントがなされる時間を確保するためである。セルフアライメントは、溶融した液体の表面張力により行われるため、セルフアライメントがなされる際には、一定の時間を要するからである。
【００４９】
以上により、本実施例においては、隣接する第１の金属バンプ３１の間の間隔及び隣接する第２の金属バンプ３２の間の間隔が狭い場合であっても、所定の金属バンプ同士を１：１で接続することができ、高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。
【００５０】
尚、本実施例においては、光吸収層１１３が多重量子井戸構造であるものについて説明したが、光吸収層１１３は、量子細線、量子箱等の構造により形成されているものであってもよい。
【００５１】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００５２】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１の金属バンプと第１の絶縁体バンプが設けられた第１の基板と、前記第１の金属バンプと同じ材料で設けられた第２の金属バンプと第２の絶縁体バンプが設けられた第２の基板とを、前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプ及び前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとが対向するように位置合わせする工程と、
前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとを接触させ、前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとを接触させる工程と、
前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融する工程と、
前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融する工程と、
前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプにより絶縁体バンプ接合部を形成する工程と、
前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプにより金属バンプ接合部を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２）
第１の基板の一方の面に、複数の第１の金属バンプと、複数の第１の絶縁体バンプを形成する工程と、
第２の基板の一方の面に、前記第１の金属バンプに対応する位置に、前記第１の金属バンプを形成している材料と同じ材料により第２の金属バンプを形成し、前記第１の絶縁体バンプに対応する位置に、前記第１の絶縁体バンプを形成している材料と同じ材料により第２の絶縁体バンプを形成する工程と、
前記第１の基板の一方の面と、前記第２の基板の一方の面とを対向させて、前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとを接触させ、前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとを接触させる工程と、
前記第１の絶縁体バンプと前記第２の絶縁体バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融する工程と、
前記第１の金属バンプと前記第２の金属バンプとが接触している状態で加熱し、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融する工程と、
前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプにより絶縁体バンプ接合部を形成する工程と、
前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融した後、冷却することにより、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプにより金属バンプ接合部を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記３）
隣接する前記第１の金属バンプの間または隣接する前記第１の金属バンプの間の一部には、前記第１の絶縁体バンプが形成されており、
隣接する前記第２の金属バンプの間または隣接する前記第２の金属バンプの間の一部には、前記第２の絶縁体バンプが形成されていることを特徴とする付記１または２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記４）
前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを形成している材料の融点は、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを形成している材料の融点よりも低いことを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記５）
前記第１の基板において、前記第１の絶縁体バンプが形成されている領域には、第１の下地絶縁層が形成されており、
前記第１の下地絶縁層は、前記第１の基板において前記第１の下地絶縁層が形成されていない領域よりも、前記第１の絶縁体バンプを形成している材料が溶融した際の濡れ性が高く、
前記第２の基板において、前記第２の絶縁体バンプが形成されている領域には、第２の下地絶縁層が形成されており、
前記第２の下地絶縁層は、前記第２の基板において前記第２の下地絶縁層が形成されていない領域よりも、前記第２の絶縁体バンプを形成している材料が溶融した際の濡れ性が高いことを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記６）
前記第１の下地絶縁層及び前記第２の下地絶縁層は、フッ素を含む材料により形成されていることを特徴とする付記５に記載の半導体装置の製造方法。
（付記７）
前記第１の基板と前記第２の基板とは、異なる材料により形成されていることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記８）
前記第１の基板は化合物半導体基板であり、前記第２の基板はシリコン基板であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）
前記第１の基板には、複数の赤外線検出素子が２次元状に形成されており、
前記第２の基板には、前記赤外線検出素子に対応した回路が形成されていることを特徴とする付記７または８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）
前記第１の基板には、複数の光検出素子が２次元状に形成されており、
前記第２の基板には、前記光検出素子に対応した回路が形成されていることを特徴とする付記７または８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１）
前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプは、インジウムを含む金属材料、または、ハンダを含む金属材料により形成されていることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２）
前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプは、ポリメタクリル酸メチル樹脂を含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）
前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプを溶融する工程においては、前記第１の絶縁体バンプ及び前記第２の絶縁体バンプが溶融する温度を所定の時間保ち、
前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプを溶融する工程においては、前記第１の金属バンプ及び前記第２の金属バンプが溶融する温度を所定の時間保つことを特徴とする付記１から１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）
半導体材料により形成された第１の基板と、
半導体材料により形成された第２の基板と、
対向している前記第１の基板の一方の面と前記第２の基板の一方の面の間に形成された複数の金属バンプ接合部と、
対向している前記第１の基板の一方の面と前記第２の基板の一方の面の間に形成された複数の絶縁体バンプ接合部と、
を有し、
前記第１の基板と前記第２の基板は、前記金属バンプ接合部及び前記絶縁体バンプ接合部により接合されており、
前記絶縁体バンプ接合部を形成している材料は、前記金属バンプ接合部を形成している材料よりも融点が低いことを特徴とする半導体装置。
（付記１５）
隣接する前記金属バンプ接合部の間または隣接する前記金属バンプ接合部の間の一部には、前記絶縁体バンプ接合部が形成されていることを特徴とする付記１４に記載の半導体装置。
（付記１６）
前記第１の基板において、前記絶縁体バンプ接合部が形成されている領域には、第１の下地絶縁層が形成されており、
前記第１の下地絶縁層は、前記第１の基板において前記第１の下地絶縁層が形成されていない領域よりも、前記絶縁体バンプ接合部を形成している材料が溶融した際の濡れ性が高く、
前記第２の基板において、前記絶縁体バンプ接合部が形成されている領域には、第２の下地絶縁層が形成されており、
前記第２の下地絶縁層は、前記第２の基板において前記第２の下地絶縁層が形成されていない領域よりも、前記絶縁体バンプ接合部を形成している材料が溶融した際の濡れ性が高いことを特徴とする付記１４または１５に記載の半導体装置。
（付記１７）
前記第１の基板と前記第２の基板とは、異なる材料により形成されていることを特徴とする付記１４から１６のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１８）
前記第１の基板には、複数の赤外線検出素子が２次元状に形成されており、
前記第２の基板には、前記赤外線検出素子に対応した回路が形成されていることを特徴とする付記１７に記載の半導体装置。
（付記１９）
前記絶縁体バンプ接合部は、ポリメタクリル酸メチル樹脂を含む材料により形成されていることを特徴とする付記１４から１８のいずれかに記載の半導体装置。
【符号の説明】
【００５３】
１０        化合物半導体基板
１１        赤外線検出素子
１３        第１の下地金属層
１４        第１の下地絶縁層
２０        シリコン基板
２３        第２の下地金属層
２４        第２の下地絶縁層
３０        金属バンプ接合部
３１        第１の金属バンプ
３２        第２の金属バンプ
４０        絶縁体バンプ接合部
４１        第１の絶縁体バンプ
４２        第２の絶縁体バンプ
１１２      下部電極層
１１３      光吸収層
１１４      上部電極層
１１５      金属電極層
１１６      反射膜
１１７      溝部
１１８      金属電極層
１１９      絶縁膜
【図１】
2016086093.tif 000003
【図２】
2016086093.tif 000004
【図３】
2016086093.tif 000005
【図４】
2016086093.tif 000006
【図５】
2016086093.tif 000007
【図６】
2016086093.tif 000008
【図７】
2016086093.tif 000009
【図８】
2016086093.tif 000010
【図９】
2016086093.tif 000011