JP2004235254A - Infrared detector and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】金属バンプ等の端子を保護する保護材を容易に除去することが可能な赤外検出器とその製造方法を提供すること。
【解決手段】基板1上に下部コンタクト層3、多重量子井戸層4を順に形成する工程と、多重量子井戸層4に画素分離溝10を形成する工程と、画素分離溝10内にパッシベーション層(絶縁層)11を形成する工程と、第1金属バンプ(端子)12aをパッシベーション層11のホール11a内に形成する工程と、半導体チップ14を第1金属バンプ12aに接合するする工程と、フォトレジスト(保護材)15で金属バンプ11aを保護しながら基板1をエッチングして除去する工程と、フォトレジスト15を除去する工程と、を有し、画素分離溝10の幅又はパッシベーション層11の膜厚を画素分離溝10の開口端がパッシベーション層11により塞がれる値にすることを特徴とする赤外線検出器の製造方法による。
【選択図】 図7An infrared detector capable of easily removing a protective material for protecting a terminal such as a metal bump and a method for manufacturing the same.
A step of sequentially forming a lower contact layer and a multiple quantum well layer on a substrate, a step of forming a pixel isolation groove in the multiple quantum well layer, and a passivation layer in the pixel isolation groove. A step of forming an insulating layer) 11, a step of forming a first metal bump (terminal) 12a in a hole 11a of the passivation layer 11, a step of joining a semiconductor chip 14 to the first metal bump 12a, (Protective material) A step of etching and removing the substrate 1 while protecting the metal bumps 11 a with 15 and a step of removing the photoresist 15. The width of the pixel isolation groove 10 or the thickness of the passivation layer 11 is provided. Is set to a value at which the opening end of the pixel separation groove 10 is closed by the passivation layer 11.
[Selection diagram] FIG.
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線検出器及びその製造方法に関し、より詳細には、多重量子井戸のサブバンド間遷移を用いて赤外線を検出する赤外線検出器及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
赤外線画像は、防衛、防犯、医療機器、工場内の熱監視装置、及び環境ガスセンサ等に広く使用されており、赤外線画像を得るためのデバイスとしても種々のものが研究されている。中でも、IRFPA(Infrared Focal Plane Array)は、高い空間分解能と良好な検出性を以って赤外線画像を得ることができるキーデバイスとして注目されている。そのIRFPAは、狭ギャップの半導体フォトダイオードを集積形成してなり、各フォトダイオードを一つの画素として使用する。大気は遠赤外線領域において高い透過率を示すため、遠赤外線領域の光を検出すべく、通常はHgCdTeフォトダイオードがIRFPAに使用される。しかしながら、HgCdTeフォトダイオードを使用するIRFPAは、デバイスの平面面積が大きくなるほど開発に困難性を伴ってしまう。
【0003】
そこで、IRFPAよりも大きな検出面積と高いパフォーマンスを持つデバイスの候補として、量子井戸赤外線検出器(QWIP; Quantum Well Infrared Photodetector)が挙げられている。QWIP−FPA (QWIP Focal Plane Array)は、今日では十分に確立されたGaAs系化合物半導体の製造技術で作製できるため、コストが安く、良好なプロセス再現性を呈する。
【0004】
非特許文献1には、GaAs基板にQWIP−FPAの素子構造を形成し、読み出し集積回路(ROIC: Read Out Integrated Circuit)が形成されたROICチップとそのQWIP−FPAとを金属バンプを介してフリップチップボンディングした後、GaAs基板をウエットエッチングして除去する点が開示される。このようにGaAs基板を除去すると、入射赤外線が一つの画素内に閉じ込められ易くなるため、多重反射によって入射赤外線が複数の画素に出入りするのが防止されて、画素間のクロストークが抑制される。
【0005】
一方、非特許文献2には、そのようなQWIP−FPAにおいて、SiON層の窓の中にGaAsを再成長させ、それをGaAs基板と電気的に接続されたプラグとして使用することが開示される。
【0006】
これら非特許文献1、2のQWIP−FPAは冷却型の検知器であって、通常は冷却効率を向上させるために、内部が真空に保持された封止容器内に収められて使用される。
【0007】
なお、上記とは異種の技術として、特許文献1には、電荷注入型電荷転送素子の画素分離溝に絶縁層を埋め込んで平坦化する技術が開示される。また、特許文献2には、半導体基板に素子分離用の溝を形成し、その溝内に不純物含有の絶縁層を形成した後、該絶縁層を平坦化する技術が開示される。
【0008】
【特許文献1】
特開昭60−88461号公報
【特許文献2】
特開平7−74237号公報
【非特許文献1】
H. Nishino et al., ”Sensitivity enhancement of quantum well infrared photodetector with a pseudo−random optical coupler by confinement of internal multi reflection”, Proc. Infrared Technology and Applications XXV, SPIE vol. 3698, 574 (1999)
【非特許文献2】
Y. Matsukura et al., ”Quantum Well Infrared Photodetecotors (QUIP) with Selectively re−grown N−GaAs Plugs”, Proc. Infrared Technology and Applications XXVII, SPIE vol. 4369, 481 (2001)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、非特許文献1に記載の技術では、GaAs基板をウエットエッチングする際、ROICチップとQWIP−FPAとを電気的に接続する金属バンプがエッチングされないよう、ROICチップとGaAs基板との隙間にフォトレジスト等の保護材を塗布し、金属バンプがエッチング液に触れないようにする必要がある。そのフォトレジストは、GaAs基板がエッチングされた後に除去される。
【0010】
しかしながら、上記のフォトレジストは毛細管現象によりROICチップとGaAs基板との隙間を浸透してQWIP−FPAの狭い画素分離溝にまで入り込んでしまうため、画素分離溝内のフォトレジストを完全に除去するのが困難となってしまって、フォトレジストが画素分離溝内に残留してしまう。これだと、残留するフォトレジストが脱ガスの発生源となって封止容器内の真空度が悪化し、QWIP−FPAの装置全体の信頼性が損なわれてしまう。この不都合を回避すべく、フォトレジストを完全に除去しようとすると、フォトレジストの除去に時間がかかり、QWIP−FPAの作製時間が長くなるという新たな不都合を招いてしまう。
【0011】
本発明は係る従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、金属バンプ等の端子を保護する保護材を容易に除去することが可能な赤外検出器とその製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、下面が露出した下部コンタクト層と、前記下部コンタクト層の上面上に形成された多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層に形成され、該多重量子井戸層を画素毎に分離する画素分離溝と、前記画素分離溝内に形成されると共に前記多重量子井戸層を覆う絶縁層と、前記絶縁層に形成されたホールと、少なくとも下部が前記ホール内に形成され、前記多重量子井戸層と電気的に接続された端子と、前記端子と接合された半導体チップと、を有し、前記画素分離溝の開口端が前記絶縁層により塞がれたことを特徴とする赤外線検出器によって解決する。
【0013】
又は、上記した課題は、基板の上又は上方に下部コンタクト層を形成する工程と、前記下部コンタクト層の上に多重量子井戸層を形成する工程と、前記多重量子井戸層に画素分離溝を形成して該多重量子井戸層を画素毎に分離する工程と、前記多重量子井戸層の上方と前記画素分離溝内に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層にホールを形成する工程と、前記多重量子井戸層と電気的に接続される端子の少なくとも下部を前記ホール内に形成する工程と、半導体チップを前記端子に接合するする工程と、前記半導体チップと前記絶縁層との間に保護材を形成する工程と、前記保護材で前記端子を保護しながら前記基板をエッチングして除去する工程と、前記保護材を除去する工程と、を有し、前記画素分離溝の幅又は前記絶縁層の膜厚を前記画素分離溝の開口端が前記絶縁層により塞がれる値にし、前記保護材が前記画素分離溝内に浸入するのを防止することを特徴とする赤外線検出器の製造方法によって解決する。
【0014】
次に、本発明の作用について説明する。
【0015】
本発明によれば、画素分離溝の開口端を絶縁層で塞ぎ、保護材が画素分離溝内に浸入しないようにするので、基板をエッチングする工程の後に保護材を容易に除去することができ、絶縁層上に残留する保護材の量が低減される。これにより、封止容器内の真空度が上昇するのが防止され、ひいては赤外線検出器全体の特性が向上される。
【0016】
しかも、画素分離溝を防ぐ絶縁膜として、多重量子井戸層の上方に形成される膜の中で最上層に形成されるパッシベーション層を利用することにより、特許文献1や特許文献2のように溝を塞ぐための新たな絶縁膜を形成する必要が無く、工程数の増加を招くこと無しに上記の利点が得られる。
【0017】
また、画素分離溝の上方の絶縁層は完全に平坦化される必要はなく、画素分離溝が反映された窪みが形成されてもよいが、その場合は、その窪みのアスペクト比を0以上1以下とすることで、窪み内にフォトレジスト等の保護材が残留するのが防がれる。
【0018】
なお、上記のように画素分離溝の開口端を塞ぐには、前記画素分離溝の幅を400nm以下とするのが実用上好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態に係る赤外線検出器について、図1〜図6を参照しながら説明する。図1〜図6は、本発明の実施の形態に係る赤外線検出器の製造方法について説明する断面図である。
【0020】
最初に、図1(a)に示す構造を得るまでの工程について説明する。
【0021】
まず、GaAs基板1の格子欠陥等が吸収される厚さ、例えば300nm程度の厚さのGaAs層を有機金属成長法によりGaAs基板1上に形成し、それを緩衝層2とする。その後、緩衝層2上に下部コンタクト層3としてn型GaAs層を有機金属成長法により厚さ約1μm程度に形成する。下部コンタクト層3には、n型不純物としてシリコンが例えば1×1018cm−3の濃度でドープされている。
【0022】
続いて、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、及びアルシンを反応ガスとして使用する有機金属気相成長法により、アルミニウムの組成が0.25で厚さが30nmのAlGaAs層と、n型不純物としてシリコンが1×1017cm−3の濃度でドープされた厚さが5nmのn−GaAs層とが所要周期、例えば50周期繰り返してなる多重量子井戸層4を形成する。その多重量子井戸層4の受光波長域は8〜12μmの赤外線となるが、本発明はこの波長域を受光する赤外線検出器に限定されるものではない。
【0023】
次に、n型不純物としてシリコンが1×1018cm−3の濃度でドープされたn型GaAs層を有機金属成長法により多重量子井戸層4上に厚さ約200nmに形成し、それを上部コンタクト層5とする。
【0024】
その後に、半導体層6としてn型GaAs層を厚さ約650nm程度に上部コンタクト層5上に有機金属気相成長法で形成する。
【0025】
続いて、図1(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により半導体層6をパターニングし、表面が凹凸形状となる光結合層6a、6bとする。光結合層6a、6bのパターンは限定されず、図示のように上部コンタクト層5上までエッチングを行ってもよいし、エッチングを半導体層6の途中で停止させて表面が凹凸の光結合層6a、6bを形成してもよい。その光結合層6a、6bは、各画素P1、P2毎に群をなして形成される。
【0026】
次いで、図1(c)に示すように、多重量子井戸層4と上部コンタクト層5とをフォトリソグラフィ法によりパターニングして、基板1の周縁部分の下部コンタクト層3を露出させる。
【0027】
次に、図2(a)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【0028】
まず、電極形状の窓を有するレジストパターン(不図示)を光結合層6a、6b上と露出した下部コンタクト層3上とに形成し、レジストパターン上とその窓内にAuGe層を真空蒸着法により厚さ約20nm程度に形成する。その後に、AuGe層上にAu層を真空蒸着法により厚さ約50nm程度に形成し、リフトオフ法によりレジストパターンを除去してその窓内にのみAuGe層とAu層とを残す。残されたAuGe層とAu層とは、下部コンタクト層3上では下部オーミック電極7a、7bとして使用され、光結合層6a、6bの一部領域上では上部オーミック電極8a、8bとして使用される。
【0029】
その後に、図2(b)に示すように、反射電極形状の窓を有するレジストパターン(不図示)を全面に形成し、レジストパターン上とその窓内にAu層を真空蒸着法により厚さ約100nmに形成した後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去してAu層を各画素P1、P2上にのみ残してそれを反射電極9a、9bとする。
【0030】
次いで、図2(c)に示すように、画素分離溝形状の窓を有するレジストパターン(不図示)を反射電極9a、9b上と上部コンタクト層5上とに形成し、そのレジストパターンをマスクとして使用するプラズマエッチングにより多重量子井戸層4と上部コンタクト層5とをエッチングする。これにより、多重量子井戸層4と上部コンタクト層5とを画素P1、P2毎に分離する画素分離溝10がこれらの層4、5に形成される。
【0031】
本実施形態では、この画素分離溝10の幅を400nmよりも狭く形成し、また、多重量子井戸層4と上部コンタクト層5とのエッチングにはSiCl4とCl2との混合ガスをエッチングガスとして使用する。そして、各画素P1、P2の平面サイズは凡そ数10μm×数10μm程度であり、そのような画素P1、P2が例えば256×256個平面的に配列される。
【0032】
次に、図3(a)に示すように、下部オーミック電極7a、7b上、反射電極9a、9b上、及び画素分離溝10内にパッシベーション層11としてSiN層をCVD法(化学的気相成長法)により形成する。このパッシベーション層11は、多重量子井戸層4の上方に形成される膜の中で最上層に形成される絶縁層であって、その下にある各層を外部の雰囲気から保護するように機能する。
【0033】
本実施形態では、画素分離溝10の開口端が塞がれる程度の厚さにこのパッシベーション層11を形成するのであるが、反射電極9a、9b上での厚さを約350nmとすることで、画素分離溝10の側面におけるパッシベーション層11の最大厚さが約200nmとなって、幅が400nmである画素分離溝10の開口端を塞ぐことができる。
【0034】
なお、パッシベーション層11としては、SiN層の他に、SiON層を形成してもよい。また、パッシベーション層11を形成するCVD法の種類も限定されず、プラズマCVD法や熱CVD法を採用することができ、これら各種のCVD法で成膜される膜の特性に合わせてパッシベーション層11の膜厚を調節して画素分離溝10を塞げばよい。
【0035】
その後に、図3(b)に示すように、フォトリソグラフィ法によりパッシベーション層11をパターニングして上部オーミック電極8a、8bの上方にホール11a、11bを形成すると共に、基板1の周縁部でパッシベーション層11の側面11c、11dを後退させて下部オーミック電極7a、7bを剥き出す。
【0036】
次いで、図3(c)に示すように、ホール11a、11b上に窓を有するレジストパターン(不図示)を形成し、レジストパターンとその窓内とにInを真空蒸着法により形成した後、レジストパターンをリフトオフ法により除去して、これにより残ったInを第1金属バンプ(端子)12a、12bとする。その第1金属バンプ12a、12bは、その下部がホール11a、11b内に形成され、反射電極9a、9bと上部コンタクト層5とを介して多重量子井戸層5と電気的に接続される。
【0037】
ここまでの工程により、QWIP−FPAの素子構造が完成したことになる。この後は、このQWIP−FPAに対して信号の入出力を行う半導体チップとQWIP−FPAとをフリップチップボンディングする工程に移行する。そこで、図4(a)に示すように、読み出し回路(ROIC: Read Out Integrated Circuit)が形成された半導体チップ14の第2金属バンプ13a、13bを上述の第1金属バンプ12a、12bに当接させ、これらのバンプを超音波等により圧着し、接合させる。なお、特に明示はしないが、下部オーミック電極7a、7bもInバンプ等の金属バンプを介して半導体チップ14と電気的に接続される。
【0038】
ところで、基板1は、本工程までハンドリングを容易にする役割を果たすが、半導体チップ14を接合した後は、半導体チップ14がその役割を担うので、基板1は不要となる。よって、これ以降は、不要となった基板1を除去する工程に移る。
【0039】
まず、図4(b)に示すように、基板1の周縁部にフォトレジスト(保護材)15を滴下し、毛細管現象を利用してそのフォトレジスト15を半導体チップ14とパッシベーション層11との間の狭い空間に流し込んだ後、フォトレジスト15をベークして固化する。そのフォトレジスト15は、後述のエッチング工程において第1、第2金属バンプ12a、12b、13a、13bを保護すべく形成されるので、これらの金属バンプが外界から完全に隔離される程度の量のフォトレジスト15を流し込むのが好ましい。
【0040】
また、画素分離溝10は、既述のようにパッシベーション層11により塞がれているので、画素分離溝10にフォトレジスト15が入り込むことは無い。
【0041】
続いて、図5(a)に示すように、フォトレジスト15で各金属バンプ12a、12b、13a、13bを保護しながら基板1と緩衝層2をウエットエッチングして除去する。この際、下部コンタクト層3の下でエッチングが自動停止するように、下部コンタクト層3と緩衝層2との間にエッチングストッパ層を予め形成しておいてもよい。
【0042】
次いで、図5(b)に示すように、フォトレジスト15をブタノール等の有機溶剤で溶解して除去する。
【0043】
ここまでの工程により、本実施形態に係る赤外線検出器の概略が完成する。
【0044】
この赤外線検出器は、露出した下部コンタクト層3の下面から赤外線が入射して多重量子井戸層4においてその一部が吸収されるが、その吸収には選択側があり、電場の振動面が多重量子井戸層4の法線方向にある赤外線の吸収確率が最大となる。反射電極9a、9bは、その下の凹凸状の光結合層6a、6bと協同して入射した赤外線を乱反射させ、上記したような電場成分を有する赤外線を生成し、多重量子井戸層4において赤外線が効率良く吸収されるように機能する。
【0045】
また、画素分離溝10は、各画素P1、P2を分離することにより、それぞれの画素P1、P2に入射した赤外線が他の画素に漏れ出すのを防ぎ、画素間のクロストークを低減するように機能する。
【0046】
更に、基板1を除去したことにより、赤外線が基板1内で多重反射して複数の画素に入射するのが防止され、上記のクロストークをより一層低減することができる。
【0047】
この後は、図6に示すように、赤外線透過の窓18が設けられた封止容器16内の底部に半導体チップ14の裏面を接着材等により固着する。封止容器16の外部には、その内部を所望の温度に冷却するためのスターリングクーラ等の冷却機構17が設けられると共に、内部を所望の真空度にまで真空引きするための真空ポンプ(不図示)が封止容器16に連通して設けられる。以上によって、本実施形態に係る赤外線検出器が完成する。
【0048】
以上説明した本実施形態によれば、画素分離溝10の開口端をパッシベーション層11で塞ぎ、該開口端においてパッシベーション層11の表面形状を略平坦形状としたので、各金属バンプ12a、12b、13a、13bをエッチング液から保護する目的で形成されるフォトレジスト15が狭い画素分離溝10に浸入するのが防がれる。そのため、基板1をエッチングして除去した後、フォトレジスト15を有機溶剤等で除去するのが容易となり、パッシベーション層11上に残留して脱ガスの原因となるフォトレジスト15の量が低減され、封止容器16内の真空度が上昇するのを防ぐことができ、ひいては赤外線検出器全体の特性を向上させることが可能となる。
【0049】
しかも、この方法によれば、最上層に形成されるパッシベーション層11を利用して画素分離溝10を塞ぐので、特許文献1や特許文献2のように溝を塞ぐための新たな絶縁膜を形成する必要がなく、工程数の増加を招くこと無しに上記の利点を得ることができる。
【0050】
上記のように画素分離溝10の開口端をパッシベーション層11で塞ぐには、図7に示すように、画素分離溝10の幅W1を狭めるか、或いはパッシベーション層11の膜厚tを厚くすればよい。幅W1や膜厚tの設定を誤ると、図8に示すように、フォトレジスト15を除去した後でもその一部が画素分離溝15内に残留し、封止容器16内の真空度が劣化してしまう。
【0051】
また、パッシベーション層11の上面は完全に平坦形状とする必要はなく、フォトレジスト15を除去しやすい程度の窪みが画素分離溝10を反映して残っていてもよい。具体的には、図7の点線円内に示すように、幅がW2で深さがDの窪み11aが画素分離溝10の上方に残っても、窪み11aのアスペクト比(=D/W2)が0以上概ね1以下であれば、窪み11a内にフォトレジスト15が残留することは無い。
【0052】
以下に、本発明の特徴を付記する。
【0053】
(付記1) 下面が露出した下部コンタクト層と、
前記下部コンタクト層の上面上に形成された多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層に形成され、該多重量子井戸層を画素毎に分離する画素分離溝と、
前記画素分離溝内に形成されると共に前記多重量子井戸層を覆う絶縁層と、
前記絶縁層に形成されたホールと、
少なくとも下部が前記ホール内に形成され、前記多重量子井戸層と電気的に接続された端子と、
前記端子と接合された半導体チップと、
を有し、
前記画素分離溝の開口端が前記絶縁層により塞がれたことを特徴とする赤外線検出器。
【0054】
(付記2) 基板の上又は上方に下部コンタクト層を形成する工程と、
前記下部コンタクト層の上に多重量子井戸層を形成する工程と、
前記多重量子井戸層に画素分離溝を形成して該多重量子井戸層を画素毎に分離する工程と、
前記多重量子井戸層の上方と前記画素分離溝内に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層にホールを形成する工程と、
前記多重量子井戸層と電気的に接続される端子の少なくとも下部を前記ホール内に形成する工程と、
半導体チップを前記端子に接合するする工程と、
前記半導体チップと前記絶縁層との間に保護材を形成する工程と、
前記保護材で前記端子を保護しながら前記基板をエッチングして除去する工程と、
前記保護材を除去する工程と、
を有し、
前記画素分離溝の幅又は前記絶縁層の膜厚を前記画素分離溝の開口端が前記絶縁層により塞がれる値にし、前記保護材が前記画素分離溝内に浸入するのを防止することを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
【0055】
(付記3) 前記絶縁層は、前記多重量子井戸層の上方に形成される膜の中で最上層に形成されるパッシベーション層であることを特徴とする付記2に記載の赤外線検出器の製造方法。
【0056】
(付記4) 前記画素分離溝の幅を400nm以下とすることを特徴とする付記2又は付記3に記載の赤外線検出器の製造方法。
【0057】
(付記5) 前記素子分離溝の上方の前記絶縁層に形成される窪みのアスペクト比を0以上1以下とすることを特徴とする付記2乃至付記4のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
【0058】
(付記6) 前記絶縁層としてSiN層又はSiON層を形成することを特徴とする付記2乃至付記5のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
【0059】
(付記7) 前記端子として金属バンプを形成することを特徴とする付記2乃至付記6のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
【0060】
(付記8) 前記保護材としてフォトレジストを使用することを特徴とする付記2乃至付記7のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
【0061】
(付記9) 前記基板としてGaAs基板を使用することを特徴とする付記2乃至付記付記8のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
【0062】
(付記10) 前記多重量子井戸層の上に上部コンタクト層を形成する工程と、
表面が凹凸の光結合層を前記上部コンタクト層上に形成する工程と、
前記光結合層上に反射電極を形成する工程と、
を有し、
前記端子を前記反射電極上に形成することを特徴とする付記2乃至付記9のいずれかに記載の赤外線検出器。
【0063】
(付記11) 前記保護材を除去した後、赤外線透過窓を有する封止容器内に前記半導体チップを収める工程が行われることを特徴とする付記2乃至付記10のいずれかに記載の赤外線検出器。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画素分離溝の開口端を絶縁層で塞ぎ、保護材が画素分離溝内に浸入しないようにするので、基板をエッチングする工程の後に保護材を除去するのが容易となり、絶縁層上に残留する保護材の量が低減され、封止容器内の真空度が上昇するのを防ぐことができ、ひいては赤外線検出器全体の特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る赤外線検出器の製造方法について示す断面図(その1)である。
【図2】図2(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る赤外線検出器の製造方法について示す断面図(その2)である。
【図3】図3(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る赤外線検出器の製造方法について示す断面図(その3)である。
【図4】図4(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る赤外線検出器の製造方法について示す断面図(その4)である。
【図5】図5(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る赤外線検出器の製造方法について示す断面図(その5)である。
【図6】図6は、本発明の実施の形態に係る赤外線検出器の製造方法について示す断面図(その6)である。
【図7】図7は、本発明の実施の形態において、画素分離溝の幅とパッシベーション層の厚さとについて説明するための断面図である。
【図8】図8は、画素分離溝の幅とパッシベーション層の厚さとの設定を誤った場合に見られる不都合について示す断面図である。
【符号の説明】
1…基板、2…緩衝層、3…下部コンタクト層、4…多重量子井戸層、5…上部コンタクト層、6…半導体層、6a、6b…光結合層、7a、7b…下部オーミック電極、8a、8b…上部オーミック電極、9a、9b…反射電極、10…画素分離溝、11…パッシベーション層、11a、11b…ホール、11c、11d…側面、12a、12b…第1金属バンプ、13a、13b…第2金属バンプ、14…半導体チップ、15…フォトレジスト、16…封止容器、17…冷却機構、18…窓、P1、P2…画素。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an infrared detector and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an infrared detector that detects infrared light using intersubband transition of a multiple quantum well and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Infrared images are widely used for defense, crime prevention, medical equipment, heat monitoring devices in factories, environmental gas sensors, and the like, and various devices for obtaining infrared images have been studied. Above all, IRFPA (Infrared Focal Plane Array) has attracted attention as a key device capable of obtaining an infrared image with high spatial resolution and good detectability. The IRFPA is formed by integrating semiconductor photodiodes with a narrow gap, and uses each photodiode as one pixel. Since the atmosphere shows high transmittance in the far-infrared region, a HgCdTe photodiode is usually used for IRFPA to detect light in the far-infrared region. However, IRFPAs using HgCdTe photodiodes are more difficult to develop as the planar area of the device increases.
[0003]
Therefore, a quantum well infrared detector (QWIP; Quantum Well Infrared Photodetector) is mentioned as a candidate for a device having a larger detection area and higher performance than IRFPA. QWIP-FPA (QWIP Focal Plane Array) can be manufactured by a well-established technique for manufacturing a GaAs-based compound semiconductor today, and thus has low cost and good process reproducibility.
[0004]
[0005]
On the other hand, Non-Patent
[0006]
The QWIP-FPAs described in
[0007]
As a technique different from the above,
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-60-88461 [Patent Document 2]
JP-A-7-74237 [Non-Patent Document 1]
H. Nishino et al. , "Sensitivity enhancement of quantum well infrared photodetector with a pseudo-random optical coupler by reference international reference. Infrared Technology and Applications XXV, SPIE vol. 3698, 574 (1999)
[Non-patent document 2]
Y. Matsukura et al. Quantum Well Infrared Photodetectors (QUIP) with Selective re-grown N-GaAs Plugs, Proc. Infrared Technology and Applications XXVII, SPIE vol. 4369, 481 (2001)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, according to the technology described in
[0010]
However, the above-mentioned photoresist penetrates the gap between the ROIC chip and the GaAs substrate by capillary action and enters the narrow pixel separation groove of the QWIP-FPA, so that the photoresist in the pixel separation groove is completely removed. Is difficult, and the photoresist remains in the pixel separation groove. In this case, the remaining photoresist becomes a source of degassing, the degree of vacuum in the sealed container deteriorates, and the reliability of the entire QWIP-FPA device is impaired. If it is attempted to completely remove the photoresist to avoid this inconvenience, it takes a long time to remove the photoresist, resulting in a new inconvenience that the manufacturing time of the QWIP-FPA becomes long.
[0011]
The present invention has been made in view of the problems of the conventional example, and provides an infrared detector capable of easily removing a protective material for protecting terminals such as metal bumps and a method for manufacturing the same. With the goal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The above-described problems are caused by a lower contact layer having an exposed lower surface, a multiple quantum well layer formed on an upper surface of the lower contact layer, and a multiple quantum well layer formed in the multiple quantum well layer, and the multiple quantum well layer is separated for each pixel. A pixel isolation groove, an insulating layer formed in the pixel isolation groove and covering the multiple quantum well layer, a hole formed in the insulating layer, and at least a lower portion formed in the hole. An infrared detector comprising: a terminal electrically connected to the well layer; and a semiconductor chip bonded to the terminal, wherein an opening end of the pixel isolation groove is closed by the insulating layer. Solved by.
[0013]
Alternatively, the above-described problems may include forming a lower contact layer on or above a substrate, forming a multiple quantum well layer on the lower contact layer, and forming a pixel isolation groove in the multiple quantum well layer. Separating the multiple quantum well layer for each pixel, forming an insulating layer above the multiple quantum well layer and in the pixel isolation groove, forming a hole in the insulating layer, Forming at least a lower portion of a terminal electrically connected to the multiple quantum well layer in the hole, joining a semiconductor chip to the terminal, and providing a protective material between the semiconductor chip and the insulating layer Forming, removing the substrate by etching the substrate while protecting the terminals with the protective material, and removing the protective material, wherein the width of the pixel isolation groove or the insulating layer The film thickness of The values open end of the element separation groove is closed by the insulating layer, wherein the protective material is solved by the method of manufacturing an infrared detector, characterized in that to prevent from entering into the pixel isolation trench.
[0014]
Next, the operation of the present invention will be described.
[0015]
According to the present invention, since the opening end of the pixel separation groove is closed with the insulating layer so that the protection material does not enter the pixel separation groove, the protection material can be easily removed after the step of etching the substrate. In addition, the amount of the protective material remaining on the insulating layer is reduced. Thus, the degree of vacuum in the sealed container is prevented from increasing, and the characteristics of the entire infrared detector are improved.
[0016]
In addition, by using a passivation layer formed on the uppermost layer of the film formed above the multiple quantum well layer as an insulating film for preventing the pixel isolation groove, the groove as in
[0017]
Further, the insulating layer above the pixel isolation groove does not need to be completely flattened, and a depression reflecting the pixel isolation groove may be formed. In this case, the aspect ratio of the depression is 0 or more and 1 or more. By doing so, it is possible to prevent a protective material such as a photoresist from remaining in the depression.
[0018]
In order to close the opening end of the pixel separation groove as described above, it is practically preferable that the width of the pixel separation groove is 400 nm or less.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an infrared detector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an infrared detector according to an embodiment of the present invention.
[0020]
First, steps required until a structure shown in FIG.
[0021]
First, a GaAs layer having a thickness capable of absorbing lattice defects and the like of the
[0022]
Subsequently, by a metal organic chemical vapor deposition method using trimethylgallium, trimethylaluminum, and arsine as a reaction gas, an AlGaAs layer having a composition of aluminum of 0.25 and a thickness of 30 nm, and 1 × of silicon as an n-type impurity were formed. The n-GaAs layer doped at a concentration of 10 17 cm −3 and having a thickness of 5 nm forms a multiple
[0023]
Next, an n-type GaAs layer doped with silicon at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 as an n-type impurity is formed on the multiple
[0024]
Thereafter, an n-type GaAs layer is formed as the
[0025]
Subsequently, as shown in FIG. 1B, the
[0026]
Next, as shown in FIG. 1C, the multiple
[0027]
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.
[0028]
First, a resist pattern (not shown) having an electrode-shaped window is formed on the
[0029]
Thereafter, as shown in FIG. 2B, a resist pattern (not shown) having a window in the shape of a reflective electrode is formed on the entire surface, and an Au layer is formed on the resist pattern and in the window by a vacuum deposition method to a thickness of about 5 mm. After being formed to a thickness of 100 nm, the resist pattern is removed by a lift-off method, and the Au layer is left only on each of the pixels P1 and P2 to be used as the
[0030]
Next, as shown in FIG. 2C, a resist pattern (not shown) having a window in the shape of a pixel separation groove is formed on the
[0031]
In the present embodiment, the width of the
[0032]
Next, as shown in FIG. 3A, a SiN layer is formed as a
[0033]
In the present embodiment, the
[0034]
In addition, as the
[0035]
Thereafter, as shown in FIG. 3B, the
[0036]
Next, as shown in FIG. 3C, a resist pattern (not shown) having a window on the
[0037]
By the steps so far, the element structure of the QWIP-FPA is completed. Thereafter, the process proceeds to a step of flip-chip bonding the semiconductor chip for inputting / outputting signals to / from the QWIP-FPA and the QWIP-FPA. Therefore, as shown in FIG. 4A, the
[0038]
By the way, the
[0039]
First, as shown in FIG. 4B, a photoresist (protective material) 15 is dropped on a peripheral portion of the
[0040]
Further, since the
[0041]
Subsequently, as shown in FIG. 5A, the
[0042]
Next, as shown in FIG. 5B, the
[0043]
The outline of the infrared detector according to the present embodiment is completed by the steps described above.
[0044]
In this infrared detector, infrared rays enter from the exposed lower surface of the
[0045]
The
[0046]
Furthermore, by removing the
[0047]
Thereafter, as shown in FIG. 6, the back surface of the
[0048]
According to the present embodiment described above, the opening end of the
[0049]
In addition, according to this method, the
[0050]
To close the opening end of the
[0051]
In addition, the upper surface of the
[0052]
Hereinafter, features of the present invention will be additionally described.
[0053]
(Supplementary Note 1) A lower contact layer having an exposed lower surface;
A multiple quantum well layer formed on the upper surface of the lower contact layer;
A pixel separation groove formed in the multiple quantum well layer and separating the multiple quantum well layer for each pixel;
An insulating layer formed in the pixel isolation groove and covering the multiple quantum well layer;
A hole formed in the insulating layer;
At least a lower portion is formed in the hole, and a terminal electrically connected to the multiple quantum well layer;
A semiconductor chip bonded to the terminal,
Has,
An infrared detector wherein an opening end of the pixel separation groove is closed by the insulating layer.
[0054]
(Supplementary Note 2) a step of forming a lower contact layer on or above the substrate;
Forming a multiple quantum well layer on the lower contact layer;
Forming a pixel separation groove in the multiple quantum well layer and separating the multiple quantum well layer for each pixel;
Forming an insulating layer above the multiple quantum well layer and in the pixel isolation trench;
Forming a hole in the insulating layer;
Forming at least a lower portion of a terminal electrically connected to the multiple quantum well layer in the hole;
Joining a semiconductor chip to the terminal,
Forming a protective material between the semiconductor chip and the insulating layer;
A step of etching and removing the substrate while protecting the terminals with the protective material;
Removing the protective material;
Has,
The width of the pixel separation groove or the thickness of the insulating layer is set to a value such that the opening end of the pixel separation groove is closed by the insulating layer, to prevent the protection material from entering the pixel separation groove. Characteristic method of manufacturing an infrared detector.
[0055]
(Supplementary note 3) The method for manufacturing an infrared detector according to
[0056]
(Supplementary Note 4) The method for manufacturing an infrared detector according to
[0057]
(Supplementary Note 5) The manufacturing of the infrared detector according to any one of
[0058]
(Supplementary note 6) The method for manufacturing an infrared detector according to any one of
[0059]
(Supplementary note 7) The method for manufacturing an infrared detector according to any one of
[0060]
(Supplementary Note 8) The method for manufacturing an infrared detector according to any one of
[0061]
(Supplementary note 9) The method for manufacturing an infrared detector according to any one of
[0062]
(Supplementary Note 10) a step of forming an upper contact layer on the multiple quantum well layer;
A step of forming an optical coupling layer having an uneven surface on the upper contact layer,
Forming a reflective electrode on the optical coupling layer,
Has,
10. The infrared detector according to
[0063]
(Supplementary note 11) The infrared detector according to any one of
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the opening end of the pixel separation groove is closed with the insulating layer so that the protection material does not enter the pixel separation groove, so that the protection material is removed after the step of etching the substrate. And the amount of the protective material remaining on the insulating layer can be reduced, the degree of vacuum in the sealed container can be prevented from increasing, and the characteristics of the entire infrared detector can be improved. .
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views (part 1) illustrating a method of manufacturing an infrared detector according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views (part 2) illustrating a method for manufacturing an infrared detector according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views (part 3) illustrating a method for manufacturing an infrared detector according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views (part 4) illustrating a method for manufacturing an infrared detector according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views (part 5) illustrating a method for manufacturing an infrared detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view (part 6) illustrating the method for manufacturing the infrared detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for describing a width of a pixel isolation groove and a thickness of a passivation layer in the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing inconvenience seen when the width of the pixel isolation groove and the thickness of the passivation layer are incorrectly set.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記下部コンタクト層の上面上に形成された多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層に形成され、該多重量子井戸層を画素毎に分離する画素分離溝と、
前記画素分離溝内に形成されると共に前記多重量子井戸層を覆う絶縁層と、
前記絶縁層に形成されたホールと、
少なくとも下部が前記ホール内に形成され、前記多重量子井戸層と電気的に接続された端子と、
前記端子と接合された半導体チップと、
を有し、
前記画素分離溝の開口端が前記絶縁層により塞がれたことを特徴とする赤外線検出器。A lower contact layer having an exposed lower surface;
A multiple quantum well layer formed on the upper surface of the lower contact layer;
A pixel separation groove formed in the multiple quantum well layer and separating the multiple quantum well layer for each pixel;
An insulating layer formed in the pixel isolation groove and covering the multiple quantum well layer;
A hole formed in the insulating layer;
At least a lower portion is formed in the hole, and a terminal electrically connected to the multiple quantum well layer;
A semiconductor chip bonded to the terminal,
Has,
An infrared detector wherein an opening end of the pixel separation groove is closed by the insulating layer.
前記下部コンタクト層の上に多重量子井戸層を形成する工程と、
前記多重量子井戸層に画素分離溝を形成して該多重量子井戸層を画素毎に分離する工程と、
前記多重量子井戸層の上方と前記画素分離溝内に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層にホールを形成する工程と、
前記多重量子井戸層と電気的に接続される端子の少なくとも下部を前記ホール内に形成する工程と、
半導体チップを前記端子に接合するする工程と、
前記半導体チップと前記絶縁層との間に保護材を形成する工程と、
前記保護材で前記端子を保護しながら前記基板をエッチングして除去する工程と、
前記保護材を除去する工程と、
を有し、
前記画素分離溝の幅又は前記絶縁層の膜厚を前記画素分離溝の開口端が前記絶縁層により塞がれる値にし、前記保護材が前記画素分離溝内に浸入するのを防止することを特徴とする赤外線検出器の製造方法。Forming a lower contact layer on or above the substrate;
Forming a multiple quantum well layer on the lower contact layer;
Forming a pixel separation groove in the multiple quantum well layer and separating the multiple quantum well layer for each pixel;
Forming an insulating layer above the multiple quantum well layer and in the pixel isolation trench;
Forming a hole in the insulating layer;
Forming at least a lower portion of a terminal electrically connected to the multiple quantum well layer in the hole;
Joining a semiconductor chip to the terminal,
Forming a protective material between the semiconductor chip and the insulating layer;
A step of etching and removing the substrate while protecting the terminals with the protective material;
Removing the protective material;
Has,
The width of the pixel separation groove or the thickness of the insulating layer is set to a value such that the opening end of the pixel separation groove is closed by the insulating layer, to prevent the protection material from entering the pixel separation groove. Characteristic method of manufacturing an infrared detector.
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- 2003-01-28 JP JP2003019394A patent/JP2004235254A/en not_active Withdrawn
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