JPH056936A

JPH056936A - 半導体部品とその製造方法

Info

Publication number: JPH056936A
Application number: JP3156786A
Authority: JP
Inventors: Shuji Watanabe; 修治渡辺; Yuichiro Ito; 雄一郎伊藤; Kazuya Kubo; 和寿也久保; Hiroshi Daiku; 博大工; Kisou Yamada; 競山田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、半導体部品とその製造方法に関
し、苛酷な温度条件下でも耐え得る半導体部品、特に、
赤外ダイオードアレイと組み合わせて赤外線撮像装置と
したときにその効果を発揮する半導体部品とその製造方
法を提供することを目的とするものである。【構成】絶縁基板２上に薄層化された半導体回路層１
１を形成した半導体部品において、絶縁基板２と半導体
回路層１１とが親水性膜１３ｗ、２３ｗを介して貼り合
わした構成とする。上記の半導体回路層１１が赤外線ダ
イオードアレイ３００より得られる信号を処理する信号
処理回路１１１である場合は、該赤外線ダイオードアレ
イ３００と膨張率が同じ程度である上記絶縁基板２が選
択される。これによって、赤外線ダイオードアレイ３０
０が過酷な熱サイクル下で使用されても信号処理回路１
１１との接続が外れることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体部品とその製造
方法に関し、特に赤外線撮像装置に用いる半導体装置と
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】赤外線撮像装置は赤外線ダイオードアレイ
と、該ダイオードアレイより得られる画像信号を処理す
る信号処理回路よりなっている。近年、部品の小型化、
回路の高密化が要請されるに至って、上記２つの要素を
フリップチップボンディングによって接合したハイブリ
ッド構造の赤外線撮像装置が用いられるようになってい
る。

【０００３】すなわち、図４に示すように信号処理回路
１１１と赤外線ダイオードアレイ３００の電極にインジ
ウム等のバンプ１１ｂ、３１ｂを形成し、両バンプ１１
ｂ、３１ｂを圧着するものである。

【０００４】一方、半導体回路の高速化（低誘電率
化）、高強度化等を目的として薄層化された半導体回路
層を絶縁基板上に貼り付けた構成（ＳＯＩ：Silicon on
Insula-tor)が開発されている。

【０００５】すなわち、図５（ａ）に示すように、片面
の所定深さ迄に回路層１１０が形成されたシリコンのウ
ェハー１２０を上記回路層１１０側に支持基板２１０を
接着剤Ａで貼り付けて支持させておいて（図５
（ｂ））、上記シリコンウェハー１２０の回路層１１０
に対向する側を該回路層１１０を残してエッチングある
いは選択ポリッシングによって除去し（図５（ｃ））、
更に、その後、回路層１１０の上記支持基板２１０の反
対側に接着剤Ｂで絶縁基板２００を貼り付ける（図５
（ｄ））。もちろん、半導体回路層２１０の上側に貼り
付けた支持基板２１０、接着剤Ａはその後取り除かれる
（図５（ｅ）、（ｆ））。

【０００６】尚、上記選択ポリッシングとは応用物理誌
第５６巻第１１号７０〜７４ページに記載するように、
シリコンと二酸化シリコンのポリッシング性が著しく異
なることを利用した化学的作用と研磨作用を併用したエ
ッチング方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】赤外線ダイオードアレ
イ３００は液体窒素温度で使用可能となるところから、
使用時には液体窒素温度（７７Ｋ）下に、不使用時は常
温（３００Ｋ）下におかれるという苛酷な温度環境にさ
らされる。このような温度環境下で、上記ハイブリッド
構造とすると、赤外線ダイオードアレイ３００を形成し
た基板と信号処理回路１１１を形成した基板との熱膨張
率が異なるため、上記フリップチップボンディングがな
されるバンプ１１ｂ、３１ｂに応力が集中して、該ボン
ディングが外れ、両基板間の電気的接続が保たれない等
の不都合が生じる。

【０００８】そこで、信号処理回路１１１（図５の回路
層１１０）を赤外線ダイオードアレイ３００と同じ程度
の熱膨張率を有する絶縁基板２００に貼り付けてＳＯＩ
構造とした上で、赤外線ダイオードアレイ３００とフリ
ップチップボンディングによってハイブリッド化するこ
とによって、上記不都合を除去することが考えられる。

【０００９】しかしながら、上記ＳＯＩ形成方法では、
接着剤を使用しているところから、該接着剤が赤外線撮
像装置が置かれる苛酷な温度条件下で劣化し、耐久性が
確保できない難点があった。

【００１０】この発明は上記従来の事情に鑑みて提案さ
れたものであって、苛酷な温度条件下でも耐え得る半導
体部品、特に、赤外線ダイオードアレイと組み合わせて
赤外線撮像装置としたときにその効果を発揮する半導体
部品とその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するために以下の手段を採用している。すなわち、図
１に示すように絶縁基板２上に薄層化された半導体回路
層１１を形成した半導体部品において、絶縁基板２と半
導体回路層１１とが親水性膜１３ｗ、２３ｗを介して貼
り合わされたものである。

【００１２】上記半導体回路層１１が赤外線ダイオード
アレイ３００とハイブリッド化される場合には上記絶縁
基板２の膨張率を赤外線ダイオードアレイ３００の膨張
率と同じ程度にする。

【００１３】上記構成の半導体部品は、以下の手順で製
造される。即ち、図２に示すように、片面に親水性膜２
３ｗを形成した絶縁基板２と、同じく片面に親水性膜１
３ｗを形成した半導体基板１を、上記親水性膜１３ｗ、
２３ｗ相互が面接するように貼り合わせておいて、その
後半導体基板１を薄層化して回路素子を形成した半導体
回路層１１とする。

【００１４】上記製造手順において半導体基板１がエピ
タキシャル層を備えている場合には該エピタキシャル層
側に親水性膜１３ｗを形成し、選択エッチングを用いて
該エピタキシャル層のみを絶縁基板２上に残すことがで
きる。また、上記半導体基板１がバルク基板である場合
には、半導体基板１に予め半導体回路層１１となる深さ
にチャネルストップ１５を形成しておいて、該チャネル
ストップ１５側に親水性膜１３ｗを形成し、選択ポリッ
シング法で絶縁基板２上にチャネルストップ１５のみを
残すようにする。

【００１５】

【作用】絶縁基板２と半導体基板１を親水性処理する
と、それによって得られた親水性膜１３ｗ、２３ｗ相互
が接着性を発現することとなる。そこで、親水性膜１３
ｗ、２３ｗを介して半導体基板１を絶縁基板２に接着さ
せると、接着剤なしに強力な接合が得られる。また、赤
外線ダイオードアレイ３００と膨張率が同じ程度の絶縁
基板２を使用するとともに、半導体回路層１１に上記赤
外線ダイオードアレイ３００より得られる信号を処理す
る信号処理回路１１１を形成して、上記赤外線ダイオー
ドアレイ３００とハイブリッド構造にすることによっ
て、常温から液体窒素温度の熱サイクルで使用されても
バンプ部（接続部）に伸縮による応力が働くことがな
い。

【００１６】

【実施例】図２は本発明の手順を示すフロー図である。
後の工程（同図（ｇ）参照）で半導体回路層１１（例え
ば図４に示した信号処理回路１１１）に成形される厚さ
５μｍ以上のＳｉ半導体基板１と、該半導体基板１が接
着される厚さ１〜３μｍのＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳＯＳ
（シリコン・オン・サファイア）等の絶縁基板２が用意
される。上記半導体基板１及び絶縁基板２の片面にＳｉ
Ｏ₂、ＰＳＧ（Pho-sph Silicate Glass）、ＢＰＳＧ
（Boron Phosph SilicateGlass ）等の酸化膜１３、２
３がＣＶＤ、スパッタリング等の方法で形成される（図
２（ａ））。その後、該半導体基板１及び絶縁基板２を
Ｈ₂Ｏ₂とＨ₂ＳＯ₄が１対１の溶液に浸漬し、８０〜
１００℃で１０〜２０分程度ボイルして、上記酸化膜１
３、２３上に親水性膜１３ｗ、２３ｗが形成される（図
２（ｂ））。

【００１７】このような親水性処理が施された半導体基
板１と絶縁基板２との上記親水性膜１３ｗ、２３ｗが接
するように接合される（図２（ｃ））。ここで、親水性
処理は半導体基板１と絶縁基板２に形成された酸化膜１
３、２３の水酸基が水素結合する。従って、上記のよう
に２つの親水性膜１３ｗ、２３ｗが接合されたとき、両
面の水酸基が相互に反応して吸着性を発現することにな
る。この吸着性は更に次工程（図２（ｄ））の熱処理炉
４における酸素と窒素の混合雰囲気中で４００℃、２０
分程度の熱処理をすることによって強力となる。

【００１８】その後、図２（ｅ）に示すように、半導体
基板１が回路を形成するに必要な厚さ、例えば２〜５μ
ｍに迄薄層化される。この薄層化の方法には以下の２つ
の方法がある。

【００１９】すなわち、真性半導体上にエピタキシャル
層を成長させた半導体基板１では、上記酸化膜１３をエ
ピタキシャル層側の面に形成しておき、薄層化に際して
は真性層とエピタキシャル層の不純物濃度の差を利用し
た選択エッチング（硝酸、フッ酸、酢酸の混合液を用い
る）を用いる。

【００２０】一方、半導体基板１が真性のバルクである
場合には、図３に示すように上記酸化膜１３を形成する
前段階で半導体回路層１１となる部分に幅１μｍ程度、
深さ２〜５μｍ、ピッチ２０〜４０μｍのチャネルスト
ップ溝１４を形成し、該チャネルストップ溝１４にＳｉ
Ｏ₂をＣＶＤ法で被着してチャネルストップ１５を形成
しておく。その後、上記酸化膜形成工程で該チャネルス
トップ１５を形成した側に酸化膜１３を形成しておき、
薄層化工程では選択ポリッシング法を用いる。すなわ
ち、エチレンジアミンピロカテコールを含浸した繊維
で、上記半導体基板（シリコン）１のバルクをポリッシ
ングしていくと、シリコンは少しずつ研磨され、ＳｉＯ
₂よりなる半導体回路層１１となる部分の高さに形成さ
れた上記チャネルストップ１５までポリッシングされる
と、研磨が止まることを利用したものである。

【００２１】このようにして薄層化が完了すると、例え
ば、赤外線ダイオードアレイからの信号を処理するＭＯ
Ｓトランジスタ等の回路素子の形成が行われて、半導体
回路層１１となる（図２（ｆ））。この素子形成は絶縁
基板２からの温度による不純物の浸み込みを阻止する目
的で４００℃〜５００℃の低温で処理されるのが望まし
い。

【００２２】この工程でＭＯＳトランジスタを形成する
場合、イオン注入によるソースドレインの形成、あるい
はゲートとしての多結晶シリコンの形成、更に酸化膜の
形成、ソースドレイン、ゲートの取り出し電極の形成等
があるが、既に公知であるのでここでは説明を省略す
る。尚、上記ソースドレインのイオン注入後、高温（１
１００℃）でのアニール処理が必要であるが絶縁基板２
から半導体回路層１１への不純物の浸み込みを避けるた
めに、その時間も数十秒にとどめられる。

【００２３】更に、ソースと赤外線ダイオードアレイ３
００との接続のためにバンプ１１ｂが形成され、最後に
赤外線ダイオードアレイ３００に形成されたバンプ３１
ｂと、上記半導体回路層１１に形成された信号処理回路
１１１のバンプ１１ｂとがフリップチップボンディング
によって接合される。

【００２４】上記構成において、絶縁基板２として膨張
率が赤外線ダイオードアレイ３００と膨張率が同程度の
材質を選択すると、上記信号処理回路１１１と赤外線ダ
イオードアレイ３００とをフリップチップボンディング
でハイブリッドに接合した赤外線撮像装置は、常温から
液体窒素温度の間の熱サイクル下で使用されても、上記
フリップチップボンディング部に応力が集中しないの
で、耐久性を増すことになる。また、絶縁基板２上と半
導体回路層１１が接着剤を使用しないで接着されている
ので、上記熱サイクルに起因する接着剤の劣化によって
耐久性を低下させることもない。

【００２５】尚、上記実施例では半導体回路層１１に形
成される回路が赤外線ダイオードアレイ３００より得ら
れる信号を処理する信号処理回路１１１を例にしたが、
この発明は基本的にはＳＯＩ構造全般に適用することが
できる。また、絶縁基板２と半導体回路層１１の接着剤
を用いないで接合しているので、その後の回路形成の段
階で所定温度に加熱されても半導体回路層１１への接着
剤による不純物の侵入がなく、回路特性を劣化させるこ
とはない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、絶縁基
板と半導体回路層とが接着剤を用いないで親水性膜を介
して貼り合わされているので、接着剤を用いた場合に生
じる欠陥、例えば、熱サイクルによる劣化、あるいは素
子形成時の接着剤より不純物のしみ込みを防止すること
ができる。特にこの発明に係る半導体部品と赤外線ダイ
オードアレイとがハイブリッド構造で組み合わされて赤
外線撮像素子とされたとき、上記熱サイクルに耐える効
果が一層顕著となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念図である。

【図２】本発明の手順を示すフロー図である。

【図３】本発明の更に詳しい手順を示すフロー図であ
る。

【図４】従来例概念図である。

【図５】従来例フロー図である。

【符号の説明】

１半導体基板２絶縁基板１１半導体回路層１３ｗ親水性膜１５チャネルストップ２３ｗ親水性膜１１１信号処理回路３００赤外線ダイオードアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大工博神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者山田競神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板(2) 上に薄層化された半導体回
路層(11)を形成した半導体部品において、絶縁基板(2)
と半導体回路層(11)とが親水性膜(13w) 、(23w) を介し
て貼り合わされたことを特徴とする半導体部品。
【請求項２】上記半導体回路層(11)が赤外線ダイオー
ドアレイ(300) より得られる信号を処理する信号処理回
路(111) であって、かつ、上記絶縁基板(2)が赤外線ダ
イオードアレイ(300) と膨張率が同じ程度である請求項
１に記載の半導体部品。
【請求項３】絶縁基板(2) 上に薄層化された半導体回
路層(11)を形成する方法において、片面に親水性膜(23
w) を形成した絶縁基板(2) と、同じく片面に親水性膜
(13w) を形成した半導体基板(1) を、上記親水性膜(13
w) 、(23w) 相互が面接するように貼り合わせ、その
後、半導体基板(1) を薄層化して回路素子を形成した半
導体回路層(11)となしたことを特徴とする半導体部品の
製造方法。
【請求項４】上記半導体基板(1) が半導体回路層(11)
となるエピタキシャル層を備え、該エピタキシャル層の
側の面に上記親水性膜(13w) が形成されるとともに、上
記薄層化に選択エッチングを用いた請求項３に記載の半
導体部品の製造方法。
【請求項５】上記半導体基板(1) がバルク基板であっ
て、予め半導体回路層(11)となる深さにチャネルストッ
プ(15)が形成され、該チャネルストップ(15)が形成され
た側に上記親水性膜(13w) が形成されるとともに、上記
薄層化に選択ポリッシング法を用いる請求項３に記載の
半導体部品の製造方法。