(57)【要約】      （修正有）【課題】赤外線に感応する半導体受光素子の割れやひびの発生頻度を低減可能な受光装置を提供する。【解決手段】受光装置１１は、化合物半導体基板上にアレイ状に配列されたフォトダイオードを含む半導体受光素子１３と、シリコン半導体基板２３にアレイ状に配列された読出回路を含み半導体受光素子１３にバンプ電極を介して接合された半導体集積素子１５を備える。半導体受光素子１３の裏面１３ｂは、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向に延在する第１１縁１３ｃ及び第１２縁１３ｄを有し、半導体受光素子１３は、第３基準面Ｒ３ＥＦに対して傾斜する第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って第１１縁１３ｃから延在する第１側面１３ｋと、第３基準面Ｒ３ＥＦに対して傾斜する第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って第１２縁１３ｄから延在する第２側面１３ｍとを含む。化合物半導体基板３１の裏面は第１軸Ａｘ１に交差する第３基準面Ｒ３ＥＦに沿って延在する。【選択図】図１
2017037871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線に感応する受光装置であって、
化合物半導体基板と、前記化合物半導体基板の主面上にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードとを含む半導体受光素子と、
シリコン半導体基板、及び該シリコン半導体基板にアレイ状に配列された複数の読出回路を含み、前記半導体受光素子にバンプ電極を介して接合された半導体集積素子と、
を備え、
前記半導体受光素子及び前記半導体集積素子は、前記フォトダイオードの電極が前記読出回路のそれぞれのために設けられた電極に前記バンプ電極を介して接続されるように、第１軸の方向に配列されており、
前記半導体受光素子の裏面は、前記第１軸に交差する第２軸の方向に延在する第１１縁及び第１２縁を有し、
前記半導体受光素子は、前記第１１縁から第１基準面に沿って延在する第１側面と、前記第１２縁から第２基準面に沿って延在する第２側面とを含み、
前記化合物半導体基板の前記裏面は前記第１軸に交差する第３基準面に沿って延在しており、前記第１基準面及び前記第２基準面は、前記第３基準面に対して傾斜する、受光装置。
【請求項２】
前記半導体集積素子の主面は、前記第２軸の方向に延在する第３１縁及び第３２縁を有し、
前記半導体集積素子は、前記第３１縁から前記第１基準面に沿って延在する第１１側部と、前記第３２縁から前記第２基準面に沿って延在する第１２側部とを含む、請求項１に記載された受光装置。
【請求項３】
前記半導体集積素子の前記裏面は、前記第２軸の方向に延在する第４１縁及び第４２縁を有し、
前記半導体集積素子は、前記第４１縁から前記第１軸の方向に延在する第２１側部と、前記第４２縁から前記第１軸の方向に延在する第２２側部とを含む、請求項１又は請求項２に記載された受光装置。
【請求項４】
前記化合物半導体基板は、ＩＩＩ族構成元素としてガリウムを含むと共にＶ族構成元素としてアンチモンを備える、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された受光装置。
【請求項５】
赤外線に感応する受光装置を作製する方法であって、
第１軸の方向に配列されて互いに接合された半導体受光素子チップ及び半導体集積素子チップを含む貼合デバイスを準備する工程と、
前記貼合デバイスの前記半導体受光素子チップの裏面の第１縁及び第２縁に機械的な加工を施すことによって前記半導体受光素子チップに第１側面及び第２側面を形成して、第１側面及び第２側面を有する半導体受光素子を作製する工程と、
を備え、
前記半導体受光素子チップは、主面及び裏面を有する化合物半導体支持体と、該化合物半導体支持体の前記主面上にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードとを含み、
前記半導体集積素子チップは、主面及び裏面を有するシリコン半導体基板と、該シリコン半導体基板にアレイ状に配列された複数の読出回路とを含み、前記半導体受光素子チップにバンプ電極を介して接合され、
前記半導体受光素子の裏面は、前記第１軸に交差する第２軸の方向に延在する第１１縁及び第１２縁を有し、
前記半導体受光素子の前記第１側面は、前記第１１縁から第１基準面に沿って延在し、前記半導体受光素子の前記第２側面は、前記第１２縁から第２基準面に沿って延在し、
前記半導体受光素子の前記裏面は前記第１軸に交差する第３基準面に沿って延在しており、前記第１基準面及び前記第２基準面は、前記第３基準面に対して傾斜する、受光装置を作製する方法。
【請求項６】
貼合デバイスを準備する前記工程は、
第１軸の方向に配列されて半導体受光素子チップ及び半導体集積素子チップを互いに接合して、前記貼合デバイスを作製する工程と、
前記貼合デバイスの前記化合物半導体支持体の裏面に機械的な加工を施して、前記半導体受光素子チップに加工面を形成する工程と、
前記半導体受光素子チップの前記加工面にエッチングを施して、前記半導体受光素子チップの前記裏面として前記半導体受光素子チップにエッチング面を形成する工程と、
を含む、請求項５に記載された受光装置を作製する方法。
【請求項７】
半導体受光素子を前記半導体受光素子チップから作製する前記工程では、前記加工が前記半導体集積素子チップに施されて、前記半導体集積素子チップから半導体集積素子が形成され、
前記半導体集積素子の主面は、前記第２軸の方向に延在する第３１縁及び第３２縁を有し、
前記半導体集積素子は、前記第３１縁から前記第１基準面に沿って延在する第１１側部と、前記第３２縁から前記第２基準面に沿って延在する第１２側部とを含む、請求項５又は請求項６に記載された受光装置を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光装置、及び受光装置を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子を含むカットオフ波長５μｍの受光層の二次元センサアレイを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】M.  Walther  et  al.   Journal  of  Crystal  Growth  278  (2005)   156-161
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次元センサアレイでは、入射光は、半導体受光素子の裏面から化合物半導体基板を介して各フォトダイオードに到達する。入射光の受光のために、半導体受光素子の裏面は受光装置の外観に現れている。半導体受光素子の裏面に入射した光の一部は、フォトダイオードに到達する前に化合物半導体基板によって吸収される。化合物半導体基板は、この光吸収を所望の程度にまで低減するような厚さを有する。一方、化合物半導体基板は、当該半導体受光素子の作製工程において、フォトダイオードのための半導体膜を成長するための下地の提供と、成長された半導体膜の支持との役割を有する支持体に由来する。このための支持体に求められる厚さは、光吸収から求められる厚さより大きい。化合物半導体基板の厚さは、受光装置における光吸収に係る要求を満たす薄さである。薄く加工された化合物半導体基板は、単独では、元の支持体に比べて機械的な強度の点で弱く、これ故に、半導体受光素子及び半導体集積素子を互いに接合した後に、半導体集積素子を支持部材として用いて、例えば化学的機械的研磨、機械的な研磨・研削及び化学的な処理といった加工を行って、所望の厚さの化合物半導体基板を作製する。
【０００５】
発明者らの知見によれば、半導体受光素子チップの作製や半導体受光素子の薄化といった処理のための加工を為したままの化合物半導体は、使用に際して行われる受光装置の冷却に係る温度変化に起因して割れやすい。具体的には、薄化のために、研磨やエッチングといった加工が化合物半導体に行われる。赤外吸収に係る受光装置が、室温より低い温度、例えば絶対温度１００Ｋ以下の温度に冷却されることを考慮すると、上記のような加工に起因するダメージは、化合物半導体の割れやひびの発生頻度を増加させる可能性がある。
【０００６】
本発明の一側面は、上記の背景に基づき為されたものであって、赤外線に感応する半導体受光素子の割れやひびの発生の可能性を低減可能な受光装置を提供することを目的とする。また。本発明の別の側面は、赤外線に感応する半導体受光素子の割れやひびの発生頻度を低減可能な受光装置を作製する方法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】
【０００７】
本発明の一側面に係る受光装置は、化合物半導体基板と、前記化合物半導体基板の主面上にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードとを含む半導体受光素子と、シリコン半導体基板、及び該シリコン半導体基板にアレイ状に配列された複数の読出回路を含み、前記半導体受光素子にバンプ電極を介して接合された半導体集積素子と、を備え、前記半導体受光素子及び前記半導体集積素子は、前記フォトダイオードの電極が前記読出回路のそれぞれのために設けられた電極に前記バンプ電極を介して接続されるように、第１軸の方向に配列されており、前記半導体受光素子の裏面は、前記第１軸に交差する第２軸の方向に延在する第１１縁及び第１２縁を有し、前記半導体受光素子は、前記第１１縁から第１基準面に沿って延在する第１側面と、前記第１２縁から第２基準面に沿って延在する第２側面とを含み、前記化合物半導体基板の前記裏面は前記第１軸に交差する第３基準面に沿って延在しており、前記第１基準面及び前記第２基準面は、前記第３基準面に対して傾斜する。
【０００８】
本発明の別の側面に係る受光装置を作製する方法は、第１軸の方向に配列されて互いに接合された半導体受光素子チップ及び半導体集積素子チップを含む貼合デバイスを準備する工程と、前記貼合デバイスの前記半導体受光素子チップの裏面の第１縁及び第２縁に機械的な加工を施すことによって前記半導体受光素子チップに第１側面及び第２側面を形成して、第１側面及び第２側面を有する半導体受光素子を作製する工程と、を備え、前記半導体受光素子チップは、主面及び裏面を有する化合物半導体支持体と、該化合物半導体支持体の前記主面上にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードとを含み、前記半導体集積素子チップは、主面及び裏面を有するシリコン半導体基板と、該シリコン半導体基板にアレイ状に配列された複数の読出回路とを含み、前記半導体受光素子チップにバンプ電極を介して接合され、前記半導体受光素子の裏面は、前記第１軸に交差する第２軸の方向に延在する第１１縁及び第１２縁を有し、前記半導体受光素子の前記第１側面は、前記第１１縁から第１基準面に沿って延在し、前記半導体受光素子の前記第２側面は、前記第１２縁から第２基準面に沿って延在し、前記半導体受光素子の前記裏面は前記第１軸に交差する第３基準面に沿って延在しており、前記第１基準面及び前記第２基準面は、前記第３基準面に対して傾斜する。
【０００９】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、赤外線に感応する半導体受光素子の割れやひびの発生の可能性を低減可能な受光装置が提供される。また。本発明の別の側面によれば、赤外線に感応する半導体受光素子の割れやひびの発生頻度を低減可能な受光装置を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態に係る受光装置を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、図１に示された受光装置の半導体受光素子の素子面及び半導体集積素子の素子面を示す図面である。
【図３】図３は、半導体受光素子、及び半導体受光素子上のバンプ電極を示す図面である。
【図４】図４は、本実施形態に係る受光装置を作製する方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施形態に係る受光装置を作製する方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施形態に係る受光装置を作製する方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施形態に係る受光装置を作製する方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、本実施形態に係る受光装置を作製する方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図９】図９は、本実施形態に係る受光装置を作製する方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る受光装置を作製する方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る受光装置を作製する方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
引き続き、いくつかの具体例を説明する。
【００１３】
一形態に係る受光装置は、（ａ）化合物半導体基板と、前記化合物半導体基板の主面上にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードとを含む半導体受光素子と、（ｂ）シリコン半導体基板、及び該シリコン半導体基板にアレイ状に配列された複数の読出回路を含み、前記半導体受光素子にバンプ電極を介して接合された半導体集積素子と、を備え、前記半導体受光素子及び前記半導体集積素子は、前記フォトダイオードの電極が前記読出回路のそれぞれのために設けられた電極に前記バンプ電極を介して接続されるように、第１軸の方向に配列されており、前記半導体受光素子の裏面は、前記第１軸に交差する第２軸の方向に延在する第１１縁及び第１２縁を有し、前記半導体受光素子は、前記第１１縁から第１基準面に沿って延在する第１側面と、前記第１２縁から第２基準面に沿って延在する第２側面とを含み、前記化合物半導体基板の前記裏面は前記第１軸に交差する第３基準面に沿って延在しており、前記第１基準面及び前記第２基準面は、前記第３基準面に対して傾斜する。
【００１４】
この受光装置によれば、半導体受光素子には、第３基準面に対して傾斜する第１基準面に沿って第１１縁から延在する第１側面と、第３基準面に対して傾斜する第２基準面に沿って第１２縁から延在する第２側面とが提供される。第１側面及び第２側面は、裏面に対して鈍角を成すように傾斜しているので、受光装置の冷却に起因した割れ発生の可能性を低減できる。
【００１５】
一形態に係る受光装置では、前記半導体集積素子の主面は、前記第２軸の方向に延在する第３１縁及び第３２縁を有し、前記半導体集積素子は、前記第３１縁から前記第１基準面に沿って延在する第１１側部と、前記第３２縁から前記第２基準面に沿って延在する第１２側部とを含む。
【００１６】
受光装置によれば、半導体受光素子の第１側面が、その全体にわたって、第３基準面に対して傾斜することを確実にでき、半導体受光素子の第２側面が、その全体にわたって、第３基準面に対して傾斜することを確実にできる。
【００１７】
一形態に係る受光装置では、前記半導体集積素子の裏面は、前記第２軸の方向に延在する第４１縁及び第４２縁を有し、前記半導体集積素子は、前記第１軸の方向に前記第４１縁から延在する第２１側部と、前記第１軸の方向に前記第４２縁から延在する第２２側部とを含む。
【００１８】
受光装置によれば、第４１縁及び第４２縁において半導体集積素子の裏面が半導体集積素子の側面に対して鋭角を形成することを避けることできる。
【００１９】
一形態に係る受光装置では、前記化合物半導体基板は、ＩＩＩ族構成元素としてガリウムを含むと共にＶ族構成元素としてアンチモンを備える。
【００２０】
受光装置によれば、ＩＩＩ族構成元素としてガリウムを含むと共にＶ族構成元素としてアンチモンを備える化合物半導体基板は、赤外線の波長帯において比較的大きな光吸収を有する。
【００２１】
一形態に係る受光装置を作製する方法は、（ａ）第１軸の方向に配列されて互いに接合された半導体受光素子チップ及び半導体集積素子チップを含む貼合デバイスを準備する工程と、（ｂ）前記貼合デバイスの前記半導体受光素子チップの裏面の第１縁及び第２縁に機械的な加工を施すことによって前記半導体受光素子チップに第１側面及び第２側面を形成して、第１側面及び第２側面を有する半導体受光素子を作製する工程と、を備え、前記半導体受光素子チップは、主面及び裏面を有する化合物半導体支持体と、該化合物半導体支持体の前記主面上にアレイ状に配列された複数のフォトダイオードとを含み、前記半導体集積素子チップは、主面及び裏面を有するシリコン半導体基板と、該シリコン半導体基板にアレイ状に配列された複数の読出回路とを含み、前記半導体受光素子チップにバンプ電極を介して接合され、前記半導体受光素子の裏面は、前記第１軸に交差する第２軸の方向に延在する第１１縁及び第１２縁を有し、前記半導体受光素子の前記第１側面は、前記第１１縁から第１基準面に沿って延在し、前記半導体受光素子の前記第２側面は、前記第１２縁から第２基準面に沿って延在し、前記半導体受光素子の前記裏面は前記第１軸に交差する第３基準面に沿って延在しており、前記第１基準面及び前記第２基準面は、前記第３基準面に対して傾斜する。
【００２２】
この受光装置を作製する方法によれば、受光装置のための半導体受光素子チップの作製に際して、該チップの作製のための加工を半導体受光素子のための基板生産物に施して、半導体受光素子チップが作製される。この半導体受光素子チップ及び半導体集積素子チップから貼合デバイスを作製すると共に、貼合デバイスの半導体受光素子チップの裏面の第１縁及び第２縁に機械的な加工を施すことによって第１側面及び第２側面を生成して、半導体受光素子を半導体受光素子チップから作製する。この加工によって、半導体受光素子には、第３基準面に対して傾斜する第１基準面に沿って第１１縁から延在する第１側面と、第３基準面に対して傾斜する第２基準面に沿って第１２縁から延在する第２側面とが提供される。これ故に、この受光装置によれば、冷却に起因した割れの頻度を低減できる。
【００２３】
一形態に係る受光装置を作製する方法では、貼合デバイスを準備する前記工程は、第１軸の方向に配列されて半導体受光素子チップ及び半導体集積素子チップを互いに接合して、前記貼合デバイスを作製する工程と、前記貼合デバイスの前記化合物半導体支持体の裏面に機械的な加工を施して、前記半導体受光素子チップに加工面を形成する工程と、前記半導体受光素子チップの加工面にエッチングを施して、前記半導体受光素子チップの前記裏面として前記半導体受光素子チップにエッチング面を形成する工程と、を含む。
【００２４】
この受光装置を作製する方法によれば、入射光は、半導体受光素子の裏面から化合物半導体基板を介して各フォトダイオードに到達する。この受光のために、半導体受光素子の裏面は受光装置の外観に現れている。半導体受光素子の裏面に入射した光の一部は、フォトダイオードに到達する前に化合物半導体基板によって吸収される。化合物半導体基板は、この光吸収を所望の程度にまで低減するような厚さを有する。一方、化合物半導体基板は、当該半導体受光素子の作製工程において、フォトダイオードのための半導体膜を成長するための下地の提供と、及び成長された半導体膜の支持との役割を有する支持体に由来する。このための支持体に求められる厚さは、光吸収から求められる厚さより大きい。化合物半導体基板の厚さは、受光装置における光吸収に係る要求を満たす薄さである。薄い化合物半導体基板は、単独では、元の支持体に比べて機械的な強度の点で弱く、これ故に、半導体受光素子チップ及び半導体集積素子チップは互いに接合した後に、半導体集積素子チップを支持部材として用いて半導体受光素子チップの加工を行って、所望の厚さの化合物半導体基板を作製する。上記の加工は、例えば化学的機械的研磨、機械的な加工（研磨、研削）及び化学的な処理を含む。加工されたままの化合物半導体は、使用に際して行われる受光装置の冷却に係る温度変化に起因して割れやすい。しかしながら、半導体受光素子には、第３基準面に対して傾斜する第１基準面に沿って第１１縁から延在する第１側面と、第３基準面に対して傾斜する第２基準面に沿って第１２縁から延在する第２側面とが提供される。これ故に、受光装置の冷却に起因した割れ発生の可能性を低減できる。
【００２５】
一形態に係る受光装置を作製する方法は、半導体受光素子を前記半導体受光素子チップから作製する前記工程では、前記機械的な加工が、前記半導体集積素子チップに施されて、半導体集積素子が形成され、前記半導体集積素子の主面は、前記第２軸の方向に延在する第３１縁及び第３２縁を有し、前記半導体集積素子は、前記第３１縁から前記第１基準面に沿って延在する第１１側部と、前記第３２縁から前記第２基準面に沿って延在する第１２側部とを含む。
【００２６】
受光装置を作製する方法によれば、半導体受光素子の第１側面が、その全体にわたって、第３基準面に対して傾斜することを確実にでき、半導体受光素子の第２側面が、その全体にわたって、第３基準面に対して傾斜することを確実にできる。
【００２７】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、受光装置、及び受光装置を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る受光装置を模式的に示す図面である。図２は、図１に示された受光装置の半導体受光素子の素子面及び半導体集積素子の素子面を示す図面である。本実施例に係る受光装置１１は、赤外線に感応する。受光装置１１は、半導体受光素子１３及び半導体集積素子１５を備える。半導体受光素子１３は、主面３１ａ及び裏面３１ｂを有する化合物半導体基板３１と、複数のフォトダイオード２５とを含む。フォトダイオード２５は、化合物半導体基板３１の主面３１ａ上にアレイ状に配列されている。半導体集積素子１５は、主面２３ａ及び裏面２３ｂを有するシリコン半導体基板２３と、シリコン半導体基板２３にアレイ状に配列された複数の読出回路２６とを含む。半導体受光素子１３及び半導体集積素子１５は、シリコン半導体基板２３の主面２３ａ上に読出回路２６のそれぞれのために設けられた電極に複数のフォトダイオード２５の電極がバンプ電極２７を介して接続されるように、第１軸Ａｘ１の方向に配列されている。半導体集積素子１５は、バンプ電極２７を介して半導体受光素子１３に接合を成す。互いに接合された半導体受光素子１３及び半導体集積素子１５の間には、アンダーフィルとして樹脂体２９が設けられている。樹脂体２９は、例えばエポキシ等であることができる。半導体受光素子１３の厚さは、例えば３〜５０μｍの範囲であり、半導体集積素子１５の厚さは、例えば３５０〜４５０μｍの範囲である。半導体受光素子１３の厚さは、半導体集積素子１５の厚さより小さい。半導体受光素子１３の主面１３ａは、フォトダイオード２５のアレイを備える。半導体受光素子１３の裏面１３ｂは、第１１縁１３ｃ、第１２縁１３ｄ、第１３縁１３ｅ及び第１４縁１３ｆを有する。また、半導体受光素子１３の主面１３ａは、第２１縁１３ｇ、第２２縁１３ｈ、第２３縁１３ｉ及び第２４縁１３ｊを有する。第１１縁１３ｃ及び第１２縁１３ｄは、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向に延在し、また第１３縁１３ｅ及び第１４縁１３ｆは、第１軸Ａｘ１及び第２軸Ａｘ２に交差する第３軸Ａｘ３の方向に延在する。好ましくは、第１軸Ａｘ１、第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３は、互いに直交する。半導体受光素子１３は、第１１縁１３ｃから第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って第２１縁１３ｇまで延在する第１側面１３ｋと、第１２縁１３ｄから第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って第２２縁１３ｈまで延在する第２側面１３ｍとを含む。半導体受光素子１３の裏面１３ｂは第１軸Ａｘ１に交差する第３基準面Ｒ３ＥＦに沿って延在しており、第１基準面Ｒ１ＥＦ及び第２基準面Ｒ２ＥＦは、第３基準面Ｒ３ＥＦに対して傾斜する。第１基準面Ｒ１ＥＦは、第３基準面Ｒ３ＥＦに第１角度ＡＮ１Ｇで傾斜し、第２基準面Ｒ２ＥＦは、第３基準面Ｒ３ＥＦに第２角度ＡＮ２Ｇで傾斜する。第１角度ＡＮ１Ｇ及び第２角度ＡＮ２Ｇは、例えば30〜60度の範囲にあることができる。本実施例では、第１角度ＡＮ１Ｇ及び第２角度ＡＮ２Ｇは、例えば４５度にある。
【００２９】
この受光装置１１によれば、半導体受光素子１３は、第３基準面Ｒ３ＥＦに対して傾斜する第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って第１１縁１３ｃから延在する第１側面１３ｋと、第３基準面Ｒ３ＥＦに対して傾斜する第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って第１２縁１３ｄから延在する第２側面１３ｍとを備える。これ故に、受光装置１１の冷却に起因した割れ発生の頻度を低減できる。受光装置１１の作製の際に、半導体受光素子１３の裏面は加工により形成される。第１側面１３ｋ及び第２側面１３ｍは、この加工により形成される裏面１３ｂの縁の角度を鈍らせて、裏面１３ｂの縁に鈍角を提供できる。
【００３０】
本実施例では、半導体受光素子１３は、第１３縁１３ｅから第１軸Ａｘ１の方向に延在する第３側面１３ｐと、第１４縁１３ｆから第１軸Ａｘ１の方向に延在する第４側面１３ｑとを含む。これ故に、半導体受光素子１３の第３側面１３ｐ及び第４側面１３ｑは、第１側面１３ｋ及び第２側面１３ｍのような傾斜面を備えない。第３側面１３ｐは、第１側面１３ｋの一縁と第２側面１３ｍの一縁に繋ぎ、第４側面１３ｑは、第１側面１３ｋの他縁と第２側面１３ｍの他縁に繋ぐ。半導体受光素子１３の裏面１３ｂは、実質的に四辺形であって、半導体受光素子１３の主面１３ａも、実質的に四辺形である。第３軸Ａｘ３の方向に規定される長さに関して、半導体受光素子１３の裏面１３ｂの幅は、半導体受光素子１３の主面１３ａの幅より小さい。半導体受光素子１３の主面１３ａ上においてフォトダイオード２５のアレイは、半導体受光素子１３の裏面１３ｂの幅内に収まるように配列される。使用に際して、半導体受光素子１３の裏面１３ｂが光で照射される。この光は、半導体受光素子１３の第１側面１３ｋ及び第２側面１３ｍに煩わされることなく半導体受光素子１３の裏面１３ｂからフォトダイオード２５のアレイに入射する。
【００３１】
具体的には、互いに接合された半導体受光素子１３及び半導体集積素子１５の間には樹脂体２９が充填される。この樹脂体２９も、第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って第１側面１３ｋに続けて延在する第１樹脂面２９ａと、第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って第２側面１３ｍに続けて延在する第２樹脂面２９ｂとを備える。
【００３２】
半導体集積素子１５は、主面１５ａと、主面１５ａと反対側に位置する裏面１５ｂとを有する。半導体集積素子１５の主面１５ａ（例えば主面２３ａ）には、読出回路２６がアレイ状に配列されている。半導体集積素子１５の主面１５ａは、第３１縁１５ｃ、第３２縁１５ｄ、第３３縁１５ｅ及び第３４縁１５ｆを有する。第３１縁１５ｃ及び第３２縁１５ｄは第２軸Ａｘ２の方向に延在し、第３３縁１５ｅ及び第３４縁１５ｆは第３軸Ａｘ３の方向に延在する。
【００３３】
半導体集積素子１５は、第３１縁１５ｃから第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って延在する第１１側部１５ｋと、第３２縁１５ｄから第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って延在する第１２側部１５ｍとを含む。この受光装置１１によれば、半導体受光素子１３の第１側面１３ｋが、その全体にわたって、第１基準面Ｒ１ＥＦに対して傾斜することを確実にでき、半導体受光素子１３の第２側面１３ｍが、その全体にわたって、第２基準面Ｒ２ＥＦに対して傾斜することを確実にできる。第１側面１３ｋが半導体受光素子１３の主面１３ａと鋭角を成すと共に第２側面１３ｍが半導体受光素子１３の主面１３ａと鋭角を成すけれども、半導体集積素子の第１１側部１５ｋ及び第１２側部１５ｍが、これらの鋭角の縁が受光装置１１から突出することを防止する。半導体集積素子１５の裏面１５ｂは、第４１縁１５ｇ、第４２縁１５ｈ、第４３縁１５ｉ及び第４４縁１５ｊを有する。第４１縁１５ｇ及び第４２縁１５ｈは第２軸Ａｘ２の方向に延在し、第４３縁１５ｉ及び第４４縁１５ｊは第３軸Ａｘ３の方向に延在する。
【００３４】
半導体集積素子１５は、第４１縁１５ｇから第１軸Ａｘ１の方向に延在する第２１側部１５ｐと、第４２縁１５ｈから第１軸Ａｘ１の方向に延在する第２２側部１５ｑとを含む。本実施例では、第１１側部１５ｋ及び第１２側部１５ｍは、それぞれ、第２１側部１５ｐ及び第２２側部１５ｑと出会って、鈍角を形成する。第２１側部１５ｐ及び第２２側部１５ｑが第１軸Ａｘ１の方向に延在するので、半導体集積素子１５の裏面１５ｂの第４１縁１５ｇ及び第４２縁１５ｈに小さい鋭角の縁が形成されることを避けることができる。
【００３５】
本実施例では、半導体受光素子１３は、第１３縁１３ｅから第１軸Ａｘ１の方向に第２３縁１３ｉまで延在する第３側面１３ｐと、第１４縁１３ｆから第１軸Ａｘ１の方向に第２４縁１３ｊまで延在する第４側面１３ｑとを含む。
【００３６】
また、半導体集積素子１５は、第４３縁１５ｉから第３３縁１５ｅまで第１軸Ａｘ１の方向に延在する第４３側面１５ｒと、第４４縁１５ｊから第３４縁１５ｆまで第１軸Ａｘ１の方向に延在する第４４側面１５ｓとを含む。
【００３７】
半導体集積素子１５は、第３３縁１５ｅ及び第３４縁１５ｆの各々に沿って配列されたパッド電極３０を備える。パッド電極３０は、受光装置１１から電気信号を取り出すために用いられる。半導体集積素子１５の読出回路２６は、パッド電極３０に接続されている。受光装置１１では、半導体受光素子１３の裏面１３ｂを介して入射した光は、フォトダイオード２５によって電気信号に変換される。電気信号は、フォトダイオード２５上のバンプ電極２７を介して半導体集積素子１５の読出回路２６に送られる。読出回路２６は電気信号を処理する。
【００３８】
図３は、半導体受光素子及び半導体受光素子上のバンプ電極を示す図面である。図３の（ａ）部は、第３軸Ａｘ３の方向の線に沿ってとられた断面を示し、図３の（ｂ）部は、第２軸Ａｘ２の方向の線に沿ってとられた断面を示す。フォトダイオード２５は、化合物半導体基板３１の主面３１ａ上に二次元に配列されている。化合物半導体基板３１は、ＩＩＩ族構成元素としてガリウムを含むと共にＶ族構成元素としてアンチモンを備えることができ、例えばＧａＳｂを備える。フォトダイオード２５の各々は、半導体メサを含み、半導体メサを規定する溝によって分離されている。各フォトダイオード２５は、第１導電型化合物半導体層３３、化合物半導体からなる超格子層３５、及び第２導電型化合物半導体層３７を備える。第１導電型化合物半導体層３３、超格子層３５、及び第２導電型化合物半導体層３７は、化合物半導体基板３１の主面３１ａにおいて順に配列されている。第１導電型化合物半導体層３３は、フォトダイオード２５に共通に設けられている。フォトダイオード２５の半導体表面は、パッシベーション膜３９によって覆われており、パッシベーション膜３９は、各フォトダイオード２５の半導体メサ上面に位置する第１開口３９ａと、フォトダイオード２５に共通の第１導電型化合物半導体層３３上に位置する第２開口３９ｂとを有する。第１電極４１ａは、第１開口３９ａを介して半導体メサの第２導電型化合物半導体層３７の上面に接触を成す。第２電極４１ｂは、第２開口３９ｂを介して第１導電型化合物半導体層３３の上面に接触を成すと共に、半導体メサの側面上のパッシベーション膜３９上を延在して半導体メサの上面まで延在する。バンプ電極２７は、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ上に設けられている。フォトダイオード２５は、化合物半導体基板３１の裏面３１ｂａ上に設けられた反射防止膜４３を含むことができる。フォトダイオード２５は、反射防止膜４３を介して光を受ける。
フォトダイオード２５の構造の例示。
化合物半導体基板３１：Ｔｅドープのｎ型ＧａＳｂ（厚さ５０μｍ以下）。
主面３１ａ：（１００）面、０．５度以内のオフ。
第１導電型化合物半導体層３３：Ｂｅドープのｐ型ＧａＳｂ層（厚さ０．５μｍ）。
超格子層３５：。ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子（厚さ２．９ｎｍ／２．１ｎｍ）。
第２導電型化合物半導体層３７：Ｓｉドープのｎ型ＩａＡｓ層（厚さ２０ｎｍ）。
結晶成長には分子線エピタキシー法を使用する。
パッシベーション膜３９：シリコン酸化物。
反射防止膜４３：シリコン酸化物。
第１電極４１ａ：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極。
第２電極４１ｂ： Ti/Pt/Au電極。
バンプ電極２７：インジウム。
【００３９】
本実施例では、半導体受光素子１３の裏面１３ｂの第１３縁１３ｅ及び第１４縁１３ｆは、裏面１３ｂに対して傾斜した傾斜面を有する。この傾斜面は、エッチング速度の速いＧａＳｂの（１１１）Ｂ面を備える。第１３縁１３ｅ及び第１４縁１３ｆの傾斜面は、裏面１３ｂを形成するためのウエットエッチングにより形成される。一方、既に説明したように、半導体受光素子１３は、裏面１３ｂに対して傾斜して第１１縁１３ｃから第２１縁１３ｇまで延在する第１側面１３ｋ（傾斜面）と、裏面１３ｂに対して傾斜して第１２縁１３ｄから第２２縁１３ｈまで延在する第２側面１３ｍ（傾斜面）とを含む。第１３縁１３ｅ及び第１４縁１３ｆの傾斜面の幅は、それぞれ、第１１縁１３ｃから第２１縁１３ｇまで延在する傾斜面（第１側面１３ｋ）の幅より小さく、また裏面１３ｂに対して傾斜して第１２縁１３ｄから第２２縁１３ｈまで延在する傾斜面（第２側面１３ｍ）の幅より小さい。本実施例における半導体受光素子１３の裏面１３ｂの四辺が共に傾斜面を有するので、半導体受光素子１３の破損の可能性を低減できる。
【００４０】
引き続き、受光装置１１を作製する方法を説明する。引き続く説明において、理解を容易にするために、可能な場合には図１〜図３に示された参照符合を用いる。
【００４１】
工程Ｓ１０１では、半導体受光素子チップ５１及び半導体集積素子チップ５３を含む貼合デバイス５５を準備する。工程Ｓ１０１−１では、図４に示されるように、半導体受光素子チップ５１及び半導体集積素子チップ５３を準備する。半導体受光素子チップ５１の主面５１ａは、半導体受光素子１３の主面１３ａと同様に、フォトダイオード２５のアレイを備える。フォトダイオード２５上には、バンプ電極２７が設けられている。半導体集積素子チップ５３は、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）として知られている。工程Ｓ１０１−２では、図５に示されるように、貼合デバイス５５を準備する。貼合デバイス５５は、第１軸Ａｘ１の方向に配列されて互いに接合された半導体受光素子チップ５１及び半導体集積素子チップ５３を含む。貼合わせは、バンプ電極２７を介して行われる。バンプ電極２７は、電気接続及び機械的接合のために用いられる。半導体受光素子チップ５１と半導体集積素子チップ５３との間には、アンダーフィルとして樹脂５７が充填されている。図６は、第１軸Ａｘ１及び第３軸Ａｘ３によって規定される断面において貼合デバイス５５を模式的に示す図面である。半導体受光素子チップ５１は、主面５９ａ及び裏面５９ｂを有する化合物半導体支持体５９と、化合物半導体支持体５９の主面５９ａ上にアレイ状に配列された複数のフォトダイオード２５とを含む。半導体集積素子チップ５３は、主面６１ａ及び裏面６１ｂを有するシリコン半導体基板６１と、シリコン半導体基板６１にアレイ状に配列された複数の読出回路２６とを含み、半導体受光素子チップ５１にバンプ電極２７を介して接合される。
【００４２】
半導体受光素子チップ５１の作製の概要。
６５０〜２００マイクロメートル厚の化合物半導体ウエハ上にフォトダイオード２５のための半導体積層を成長して、エピタキシャルウエハを作製する。エピタキシャルウエハは、光センサとして使用されるフォトダイオードのための半導体メサの配列を備えるように加工されると共に、パッシベーション膜３９並びに第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂを形成して、基板生産物を作製する。このように作製された基板生産物からダイシングによりセンサチップを半導体受光素子チップ５１として作製する。センサチップは、例えば３２０×２５６個の画素アレイを含む。
【００４３】
半導体受光素子チップ５１の第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂは、それぞれ、半導体集積素子チップ５３の第３電極５３ａ及び第４電極５３ｂにバンプ電極２７を介して接合される。半導体集積素子チップ５３の第３電極５３ａは、読出回路２６毎に設けられる。
【００４４】
接合に際して、半導体受光素子チップ５１は半導体集積素子チップ５３に対して向き付けされる。貼合デバイス５５では、図７に示されるように、半導体受光素子チップ５１の裏面５１ｂ（主面５１ａの反対側）の縁５１ｃ、５１ｄは、第２軸Ａｘ２の方向に延在しており、縁５１ｃ、５１ｄにおいては、矢印Ａ１１１の方向に化合物半導体基板３１の（１１１）Ａ面が向いている。半導体受光素子チップ５１の裏面５１ｂの縁５１ｅ、５１ｆは、第３軸Ａｘ３の方向に延在しており、縁５１ｅ、５１ｆにおいては、矢印Ｂ１１１の方向に化合物半導体基板３１の（１１１）Ｂ面が向いている。半導体集積素子チップ５３は、第３軸Ａｘ３の方向に延在する縁（１５ｅ、１５ｆ）に沿ってパッド電極３０が配列される。
【００４５】
工程Ｓ１０１−３では、貼合デバイス５５を支持体に固定した後に、図８に示されるように、貼合デバイス５５の化合物半導体支持体５９の裏面５９ｂに加工装置６３を用いて機械的な加工を施して、半導体受光素子チップ５１に加工面５９ｃ（新たな裏面）を形成する。機械的な加工は、例えば、機械研磨及び／又は化学的機械的研磨等により行われる。この加工の結果、加工された化合物半導体支持体５９の厚さは、例えば１０〜７０マイクロメートル程度である。
【００４６】
機械的な加工を行った後に、工程Ｓ１０１−３では、図９に示されるように、エッチング装置６５を用いて半導体受光素子チップ５１の加工面５９ｃにエッチングを施して、半導体受光素子チップ５１の裏面としてエッチング面５９ｄ（更に新たな裏面）を形成する。ウエットエッチングのためにエッチャントは、リン酸、塩酸と過酸化水素の混合溶液、リン酸と過酸化水素とクエン酸の混合溶液等であることできる。ウエットエッチングによりエッチング面５９ｄを形成した後において、加工された化合物半導体支持体５９は、例えば５０μｍ以下であることが良い。本実施例では、加工された化合物半導体支持体５９は、例えば２０μｍ程度の厚さを有する。
【００４７】
ウェットエッチングにはエッチング異方性があり、（１１１）Ｂ面のエッチング速度は（１００）面と比較して速く、（１１１）Ａ面のエッチング速度は（１００）面より遅い。この異方性により、エッチング面５９ｄの４縁には、特徴的な形状が形成される。図９に示されるように、半導体受光素子チップ５１のエッチング面５９ｄの縁５１ｇ、５１ｈは第２軸Ａｘ２の方向に延在しており、縁５１ｇ、５１ｈには、化合物半導体基板３１の（１１１）Ａ面のエッチング異方性に起因して、第１軸Ａｘ１の方向に突出するくさび状の壁が形成される。くさび状の壁の斜面は、エッチング速度の遅い（１１１）Ａ面を備える。一方、半導体受光素子チップ５１の裏面５１ｂのエッチング面５９ｄの縁５１ｉ、５１ｊは、第３軸Ａｘ３の方向に延在しており、縁５１ｉ、５１ｊには、化合物半導体基板３１の（１１１）Ｂ面のエッチング異方性に起因して、エッチング速度の速い（１１１）Ｂ面を備える斜面が現れる。縁５１ｇ、５１ｈにおける壁の高さ及び縁５１ｉ、５１ｊにおける斜面の幅は、ウェットエッチングにより加工される半導体の厚さに依存しており、通常、ウェットエッチング量はそれほど多くなく、例えば５〜２０μｍ程度である。
【００４８】
工程Ｓ１０２では、貼合デバイス５５の半導体受光素子チップ５１の裏面（エッチング面５９ｄ）の縁５１ｇ、５１ｈに機械的な加工を施して、図１０に示されるように、第１側面１３ｋ及び第２側面１３ｍを有する半導体受光素子１３を半導体受光素子チップ５１から作製する。この機械的な加工によって、図１に示されるような受光装置１１が完成する。
【００４９】
図１１は、工程Ｓ１０２を詳細に示す図面である。図１１の（ａ）部は、ウェットエッチングの後に、図１１の（ｂ）部に示される加工装置６７により工程Ｓ１０２において加工されるべき貼合デバイス５５の上面及び側面を示す。加工装置６７は、ウェットエッチングされた貼合デバイス５５の縁５１ｇ、５１ｈにおける壁を除去するために用いられる。半導体受光素子チップ５１の縁５１ｈの壁は、図１１の（ｃ）部に示されるように、半導体受光素子チップ５１及び半導体集積素子チップ５３の両方の加工により除去された。同様にして、半導体受光素子チップ５１の縁５１ｇの壁も、半導体受光素子チップ５１及び半導体集積素子チップ５３の両方の加工により除去されて、図１１の（ｄ）部に示されるように、受光装置１１が完成される。加工装置６７は、例えば円盤状の研磨器具、例えば円盤状の砥石であって、研磨器具の回転により、半導体受光素子チップ５１の縁５１ｇ及び５１ｈの壁を削って斜面を形成する。加工装置６７の研磨面の傾斜角ＴＨは、例えば角度４５度である。
【００５０】
この受光装置１１を作製する方法によれば、受光装置１１のための半導体受光素子チップ５１の作製に際して、該チップの作製のための加工、及び／又は化合物半導体支持体５９の薄化のための加工が行われて、半導体受光素子チップ５１が作製される。この半導体受光素子チップ５１及び半導体集積素子チップ５３から貼合デバイス５５を作製すると共に、貼合デバイス５５の半導体受光素子チップ５１の裏面の縁５１ｇ及び５１ｈに機械的な加工を施して、第１側面１３ｋ及び第２側面１３ｍを有する半導体受光素子１３を半導体受光素子チップ５１から作製する。半導体受光素子１３には、第３基準面Ｒ３ＥＦに対して傾斜する第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って第１１縁１３ｃから延在する第１側面１３ｋと、第３基準面Ｒ３ＥＦに対して傾斜する第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って延在する第１２縁１３ｄから第２側面１３ｍとが提供される。これ故に、受光装置１１の冷却に係る温度変化に起因した割れ発生を低減できる。
【００５１】
受光装置１１への入射光は、半導体受光素子１３の裏面から化合物半導体基板３１を介して各フォトダイオード２５に到達する。この受光のために、半導体受光素子１３の裏面は受光装置１１の外観に現れている。半導体受光素子１３の裏面に入射した光の一部は、フォトダイオード２５に到達する前に化合物半導体基板３１によって吸収される。化合物半導体基板３１は、この光吸収を所望の程度にまで低減するような厚さを有する。一方、化合物半導体基板３１は、当該半導体受光素子１３の作製工程において、フォトダイオード２５のための半導体膜（３３、３５、３７）を成長するための下地の提供と、及び成長された半導体膜（３３、３５、３７）の支持との役割を有する支持体に由来する。このための支持体に求められる厚さは、光吸収から求められる厚さより大きい。化合物半導体基板３１の厚さは、受光装置１１における光吸収に係る要求を満たす薄さである。薄い化合物半導体基板３１は、単独では、元の支持体に比べて機械的な強度の点で弱く、これ故に、半導体受光素子１３及び半導体集積素子１５は互いに接合した後に加工を行う際に半導体集積素子１５を支持部材として用いて、所望の厚さの化合物半導体基板３１を作製する。加工は、例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）、機械的な加工及び化学的な処理を含む。加工されたままの化合物半導体は、使用に際して行われる受光装置１１の冷却に係る温度変化起因して割れやすい。しかしながら、半導体受光素子１３には、第１側面１３ｋ及び第２側面１３ｍが提供される。これ故に、受光装置１１の冷却に起因した割れの頻度を低減できる。
【００５２】
工程Ｓ１０２において貼合デバイス５５を加工して受光装置１１を作製した後に、工程Ｓ１０２の後の工程では、受光装置１１をパッケージに実装すると共に、受光装置１１の半導体集積素子１５のパッド電極３０とパッケージの電極とをワイヤーボンディングにより互いに接続する。
【００５３】
（実施例）
工程Ｓ１０１の後におけるデバイス（縁５１ｇ、５１ｈにおける壁を有する受光装置）、並びに工程Ｓ１０１及び工程Ｓ１０２の後におけるデバイス（第１側面１３ｋ及び第２側面１３ｍを有する受光装置）を準備する。これらの受光装置における半導体集積素子は、シリコン製の半導体集積回路であって、シリコン基板の厚さは、４００マイクロメートルである。
工程Ｓ１０１の後におけるデバイスの構造。
貼合デバイスの半導体受光素子の化合物半導体基板はガリウムアンチモン基板であって、裏面に縁５１ｇ、５１ｈにおける壁を有する半導体受光素子の厚さは、壁の厚さを含めて、２５〜３０マイクロメートルである。
工程Ｓ１０１及び工程Ｓ１０２の後におけるデバイスの構造。
この実施例における貼合デバイスの半導体受光素子の化合物半導体基板はガリウムアンチモン基板であって、実質的に平坦な裏面を有する半導体受光素子の厚さは、２０〜２５マイクロメートルである。
これらの受光装置を室温から絶対温度７７ケルビンに冷却すると共に、絶対温度７７ケルビンの冷却温度から室温に戻した。縁５１ｇ、５１ｈにおける壁を有する受光装置内の半導体受光素子が割れていた。第１側面１３ｋ及び第２側面１３ｍを有する受光装置においては、半導体受光素子が割れていない。
【００５４】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、赤外線に感応する半導体受光素子の割れやひびの発生頻度を低減可能な受光装置が提供され、また。赤外線に感応する半導体受光素子の割れやひびの発生頻度を低減可能な受光装置を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【００５６】
１１…受光装置、１３…半導体受光素子、１３ｂ…裏面、１３ｃ…第１１縁、１３ｄ…第１２縁、１３ｅ…第１３縁、１３ｆ…第１４縁、１３ｇ…第２１縁、１３ｈ…第２２縁、１３ｉ…第２３縁、１３ｊ…第２４縁、１５…半導体集積素子、２３…シリコン半導体基板、２５…フォトダイオード、２６…読出回路、２７…バンプ電極、２９…樹脂体、３１…化合物半導体基板、ＡＮ１Ｇ…第１角度、ＡＮ２Ｇ…第２角度。
【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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