專利名稱：背面入射型光檢測(cè)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種背面入射型光檢測(cè)元件。
背景技術(shù)：
圖32所示的現(xiàn)有的背面入射型光電二極管100中，在N型硅基板101的上表面?zhèn)缺韺又行纬捎蠵+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域102及N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域103。P+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域102及N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域103，分別連接陽(yáng)電極104及陰電極105。兩電極104、105上形成有由焊錫形成的凸塊電極106。此外，N型硅基板101是從背面?zhèn)葘?duì)應(yīng)于P+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域102的部分薄板化。此被薄板化的部分成為被檢測(cè)光的入射部。
如圖32所示，背面入射型光電二極管100通過(guò)倒裝芯片接合安裝在陶瓷封裝體107上。即，背面入射型光電二極管100的凸塊電極106與設(shè)置在陶瓷封裝體107的底面配線108上的焊錫焊盤(pán)109連接。底面配線108利用引線接合與輸出端子銷子110電連接。此外，窗框體111通過(guò)焊材112縫焊于陶瓷封裝體107的上表面。在窗框體111上對(duì)應(yīng)于背面入射型光電二極管100的薄板化部分的位置上形成有開(kāi)口，在該開(kāi)口部分上設(shè)置有可使被檢測(cè)光透過(guò)的鐵鎳鈷合金(kovar)玻璃等的透明窗板113。
背面入射型光電二極管中，使用陶瓷封裝體的上述構(gòu)造，會(huì)產(chǎn)生其封裝體變大的問(wèn)題。
另一方面，在專利文獻(xiàn)1中揭示了一種針對(duì)半導(dǎo)體電子部件的CSP(芯片尺寸封裝)技術(shù)。在此技術(shù)中，由樹(shù)脂等有機(jī)材料將制入半導(dǎo)體電子部件的晶片兩面密封，同時(shí)，通過(guò)光刻法在設(shè)置于晶片的一面?zhèn)鹊挠袡C(jī)材料上形成開(kāi)口，在此開(kāi)口上形成電極。
然而，在背面入射型光電二極管中應(yīng)用上述CSP技術(shù)，使其封裝體變小，會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題。以樹(shù)脂密封背面的背面入射型光電二極管中，其樹(shù)脂表面成為被檢測(cè)光的入射面。然而，存在在被檢測(cè)光的波長(zhǎng)等級(jí)難以使樹(shù)脂表面充分平坦化的情況。若樹(shù)脂表面未被充分地平坦化，被檢測(cè)光的入射面粗糙，因此入射面中存在被檢測(cè)光受到散射的問(wèn)題。而且，被檢測(cè)光受到散射將降低背面入射型光電二極管的敏感度。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平9-219421號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決該課題的，其目的在于提供一種背面入射型光檢測(cè)元件，可以使得封裝體充分小，并且能夠抑制被檢測(cè)光的散射。
為了解決上述課題，本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件，具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板；設(shè)置在半導(dǎo)體基板的第一面?zhèn)鹊谋韺拥牡诙?dǎo)電型的雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域；在半導(dǎo)體基板第二面中的與雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域相對(duì)的區(qū)域上形成的、入射被檢測(cè)光的凹部；設(shè)置在第二面上，由透過(guò)射向凹部的被檢測(cè)光的樹(shù)脂構(gòu)成的、表面實(shí)質(zhì)上平坦的覆蓋層；和設(shè)置在覆蓋層的表面上，透過(guò)射向覆蓋層的被檢測(cè)光的窗板。
在此背面入射型光檢測(cè)元件中，通過(guò)設(shè)置有覆蓋層，提高了背面入射型光檢測(cè)元件的機(jī)械強(qiáng)度。通過(guò)提高機(jī)械強(qiáng)度，使得可以進(jìn)行晶片等級(jí)的切割，能夠得到芯片尺寸的背面入射型光檢測(cè)元件。由此，實(shí)現(xiàn)了封裝體充分小的背面入射型光檢測(cè)元件。此外，由于覆蓋層是由透過(guò)被檢測(cè)光的樹(shù)脂構(gòu)成的，所以不僅可以提高背面入射型光檢測(cè)元件的機(jī)械強(qiáng)度，也能夠作為被檢測(cè)光的透過(guò)窗材發(fā)揮功能。
再者，窗板設(shè)置在覆蓋層的表面上。因而，窗板的表面成為被檢測(cè)光的入射面，抑制入射面的被檢測(cè)光的散射。此外，設(shè)置窗板時(shí)，通過(guò)將覆蓋層的表面壓在窗板上，使得窗板和覆蓋層的界面，即覆蓋層的表面被充分的平坦化。因此，可抑制覆蓋層表面的被檢測(cè)光的散射。由此，實(shí)現(xiàn)了高敏感度的背面入射型光檢測(cè)元件。此外，窗板可以進(jìn)一步提高背面入射型光檢測(cè)元件的機(jī)械強(qiáng)度。
覆蓋層由設(shè)置在第二面上的第一樹(shù)脂層；和設(shè)置在第一樹(shù)脂層上、與第一樹(shù)脂層相反側(cè)的面實(shí)質(zhì)上平坦的第二樹(shù)脂層構(gòu)成，其中，優(yōu)選第一樹(shù)脂層設(shè)置在第二面的凹部上的部分，相對(duì)于設(shè)置在凹部的外邊緣部上的部分下陷。此時(shí)，在制造工序中，即使利用平筒夾，也可保證背面入射型光檢測(cè)元件高敏感度的光檢測(cè)。
本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件優(yōu)選具備設(shè)置在半導(dǎo)體基板第一面上，支承半導(dǎo)體基板的支承膜。此時(shí)，可以進(jìn)一步提高背面入射型光檢測(cè)元件的機(jī)械強(qiáng)度。
本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件優(yōu)選具備貫穿支承膜，同時(shí)一端與雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域電連接的填充電極。此時(shí)，能夠容易的將檢測(cè)信號(hào)取出到背面入射型光檢測(cè)元件的外部。
窗板的垂直于其厚度方向的面的截面形狀適宜為至少一個(gè)角被切除的四角形。此時(shí)，可在背面入射型光檢測(cè)元件的切割時(shí)抑制碎裂的產(chǎn)生。
半導(dǎo)體基板的整個(gè)側(cè)面適宜露出到以高濃度添加有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域。此時(shí)，即使半導(dǎo)體基板側(cè)面因切割等受到損傷，也能夠通過(guò)高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域，捕捉在半導(dǎo)體基板側(cè)面附近產(chǎn)生的不需要的載波，抑制暗電流或噪聲。
半導(dǎo)體基板的第二面?zhèn)鹊谋韺又械陌疾康牡酌娌糠稚?，適宜設(shè)置以高濃度添加有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層。此高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層作為累積層發(fā)揮作用。由此，可以防止由被檢測(cè)光的入射產(chǎn)生的載波在凹部的底面附近再結(jié)合，載波較容易移向設(shè)置在半導(dǎo)體基板的第一面?zhèn)缺韺拥牡诙?dǎo)電型的雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域，可以提高敏感度。
半導(dǎo)體基板外邊緣部的第二面?zhèn)鹊谋韺又?，適宜設(shè)置以高濃度添加有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層。此時(shí)，在外邊緣部的第二面?zhèn)鹊谋砻娓浇?，即使產(chǎn)生結(jié)晶缺陷，也可以通過(guò)高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層抑制結(jié)晶缺陷引起而產(chǎn)生的暗電流或噪聲。
根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)封裝體充分小，且可以抑制被檢測(cè)光散射的背面入射型光檢測(cè)元件。
圖1是本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第一實(shí)施方式的截面圖。
圖2是表示圖1的背面入射型光電二極管1的立體圖。
圖3是為了說(shuō)明圖1所示的背面入射型光電二極管1效果的圖。
圖4是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖5是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖6是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖7是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖8是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖9是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖10是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖11是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖12是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖13是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖14是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖15是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖16是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖17是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖18是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖19是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖20是制造圖1的背面入射型光電二極管1的方法的工序圖。
圖21是圖1的背面入射型光電二極管1的變形例的立體圖。
圖22是圖21的背面入射型光電二極管1中，從窗板14側(cè)觀察切割前的晶片時(shí)的俯視圖。
圖23是圖21的背面入射型光電二極管1a中，從窗板14側(cè)觀察切割前的晶片時(shí)的俯視圖。
圖24是本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第二實(shí)施方式的截面圖。
圖25是本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第三實(shí)施方式的截面圖。
圖26是說(shuō)明形成圖25的N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28的方法的一例的圖。
圖27是說(shuō)明形成圖25的N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28的方法的一例的圖。
圖28是說(shuō)明形成圖25的N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28的方法的一例的圖。
圖29是本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第四實(shí)施方式的截面圖。
圖30是本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第五實(shí)施方式的俯視圖。
圖31是圖30所示的背面入射型光電二極管陣列5的沿著XIX-XIX線的截面圖。
圖32是現(xiàn)有的背面入射型光電二極管的截面圖。符號(hào)說(shuō)明1、1a、2、3、4背面入射型光電二極管；5背面入射型光電二極管陣列；10、20、50N型半導(dǎo)體基板；11、51P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域；12、52凹部；13、16、53覆蓋層；13a、13b、53a、53b樹(shù)脂層；14、54窗板；14a切除部；14b孔部；15、55外邊緣部；21、61N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層；22、28、62N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域；23、24、63、64絕緣膜；25、65陽(yáng)極；26、66陰極；31、71鈍化膜；32、72支承膜；33a、33b、73a、73b填充電極；34a、34b、74a、74b UBM；35a、35b、75a、75b凸塊；S1上表面；S2背面；S3覆蓋層13的表面；S4凹部底面；S5N型半導(dǎo)體基板20的側(cè)面具體實(shí)施方式
以下，參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的優(yōu)選實(shí)施方式。其中，針對(duì)
中的相同元素賦予相同的符號(hào)，并省略重復(fù)說(shuō)明。此外，附圖的尺寸比例和說(shuō)明的內(nèi)容不一定完全一致。
圖1是本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第一實(shí)施方式的截面圖。背面入射型光電二極管1是從背面?zhèn)热肷浔粰z測(cè)光，通過(guò)被檢測(cè)光的入射生成載波，將生成的載波作為檢測(cè)信號(hào)從上表面?zhèn)容敵龅奈镔|(zhì)。背面入射型光電二極管1具備N型半導(dǎo)體基板10、P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11、凹部12、覆蓋層13及窗板14?？梢允褂锰砑佑欣缌椎鹊腘型雜質(zhì)的硅基板作為N型半導(dǎo)體基板10。N型半導(dǎo)體基板10的雜質(zhì)濃度例如為1012～1015/cm3。此外，N型半導(dǎo)體基板10的厚度t1例如為200～500μm。
在N型半導(dǎo)體基板10的上表面(第一面)S1側(cè)的表層一部分中形成有P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11。P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11添加有硼等的P型雜質(zhì)，與N型半導(dǎo)體基板10構(gòu)成PN結(jié)。P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11的雜質(zhì)濃度例如為1015～1020/cm3。此外，P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11的深度例如為0.1～20μm。
在N型半導(dǎo)體基板10背面(第二面)S2中的與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11相對(duì)的區(qū)域上形成有凹部12。凹部12成為被檢測(cè)光的入射部。凹部12形成從背面S2向上表面S1寬度逐漸變窄的形狀。具體而言，凹部12可以形成例如從背面S2向上表面S1寬度逐漸變窄的四角錐狀或圓錐狀。凹部12的深度例如為2～400μm。此外，通過(guò)形成凹部12，以在N型半導(dǎo)體基板10內(nèi)的凹部底面S4及P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11夾持的區(qū)域比其他區(qū)域更薄板化，使得通過(guò)從背面S2側(cè)的被檢測(cè)光入射產(chǎn)生的載波容易到達(dá)設(shè)置在上表面S1側(cè)表層的P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11附近。此外，此被薄板化的區(qū)域的厚度例如為10～200μm。
在N型半導(dǎo)體基板10的背面S2上設(shè)置有覆蓋層13。覆蓋層13填充在N型半導(dǎo)體基板10和后述的窗板14之間，同時(shí)，光連接N型半導(dǎo)體基板10和窗板14。此外，覆蓋層13也將N型半導(dǎo)體基板10和窗板14物理連接。覆蓋層13由設(shè)置在背面S2上的樹(shù)脂層13a(第一樹(shù)脂層)，和設(shè)置在樹(shù)脂層13a上的樹(shù)脂層13b(第三樹(shù)脂層)構(gòu)成。樹(shù)脂層13a、13b中，使用相對(duì)被檢測(cè)光透明的樹(shù)脂，即，相對(duì)被檢測(cè)光的波長(zhǎng)具有充分透過(guò)率的樹(shù)脂。作為此類樹(shù)脂，例如可舉出環(huán)氧樹(shù)脂類、硅樹(shù)脂類、丙烯類或聚酰亞胺類的樹(shù)脂，或是這些的復(fù)合材料構(gòu)成的樹(shù)脂。此外，優(yōu)選樹(shù)脂具有粘著性，此時(shí)，由于能夠牢固地粘合N型半導(dǎo)體基板10和窗板14，因此可以進(jìn)一步提高物理強(qiáng)度。樹(shù)脂層13a、13b可以使用相同的樹(shù)脂，也可以使用不同的樹(shù)脂。使用不同的樹(shù)脂時(shí)，優(yōu)選使用具有相互相同程度折射率的樹(shù)脂。此覆蓋層13作為保護(hù)背面S2的保護(hù)層起作用，同時(shí)，也作為透過(guò)射向凹部12的被檢測(cè)光的透過(guò)窗材起作用。
樹(shù)脂層13a設(shè)置在凹部12上的部分相對(duì)于設(shè)置在凹部12的外邊緣部15上的部分下陷。即，在形成凹部12的部分上設(shè)置的樹(shù)脂層13a的表面，與設(shè)置在凹部12的外邊緣部15的樹(shù)脂層13a表面相比，更深入N型半導(dǎo)體基板10側(cè)。樹(shù)脂層13b無(wú)間隙地與樹(shù)脂層13a緊貼，因此，樹(shù)脂層13a側(cè)形成具有與樹(shù)脂層13a的凹陷一致的突出部的形狀。另一方面，樹(shù)脂層13b的表面S3(與樹(shù)脂層13a相反側(cè)的面)的形狀，實(shí)質(zhì)上為平坦?fàn)?。此處，所謂外邊緣部15是指從側(cè)面包圍N型半導(dǎo)體基板10中的凹部12的部分。將外邊緣部15作為基準(zhǔn)的覆蓋層13的厚度t2，例如為1～200μm，優(yōu)選為30μm左右。
覆蓋層13的表面，即在樹(shù)脂層13b的表面S3上設(shè)置有窗板14。窗板14無(wú)間隙地與覆蓋層13緊貼。窗板14作成平板狀，由相對(duì)被檢測(cè)光的波長(zhǎng)具有充分的透過(guò)率的材料構(gòu)成。作為窗板14的材料，例如可以使用玻璃或光學(xué)結(jié)晶。作為窗板14的材料的具體例子可舉出石英、藍(lán)寶石、科瓦鐵鎳鈷合金玻璃(kovar glass)等。窗板14的厚度，例如為0.2mm～1mm。其中，也可以對(duì)窗板14進(jìn)行AR(抗反射anti-reflection)涂敷。
此外，背面入射型光電二極管1具備N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21、N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22、絕緣膜23、24、陽(yáng)極25及陰極26。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21在N型半導(dǎo)體基板10的背面S2側(cè)的整個(gè)表層上形成。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21以比N型半導(dǎo)體基板10更高的濃度添加N型雜質(zhì)。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21的雜質(zhì)濃度例如為1015～1020/cm3。此外，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21的深度例如為0.1～20μm。
在N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1側(cè)中的表層上，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11隔著規(guī)定的距離形成。與N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21相同，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22以高濃度添加有N型雜質(zhì)，且為與后述的陰極26的接觸層。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22的雜質(zhì)濃度例如為1015～1020/cm3。此外，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22的深度例如為0.1～30μm。
絕緣膜23及絕緣膜24分別在N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1及背面S2上形成。絕緣膜23、24例如由SiO2構(gòu)成。絕緣膜23的厚度例如為0.1～2μm。另一方面，絕緣膜24的厚度例如為0.05～1μm。此外，絕緣膜23上形成有開(kāi)口(接觸孔)23a、23b，一側(cè)的開(kāi)口23a設(shè)置在P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11的部分上，另一側(cè)的開(kāi)口23b設(shè)置在N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22的部分上。
包含絕緣膜23上的開(kāi)口23a、23b的區(qū)域，分別形成有陽(yáng)極25及陰極26。這些電極25、26的厚度例如為1μm。此外，電極25、26以分別填充開(kāi)口23a、23b的方式設(shè)置。由此，陽(yáng)極25通過(guò)開(kāi)口23a與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11直接連接；陰極26通過(guò)開(kāi)口23b與N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22直接連接。作為陽(yáng)極25及陰極26，例如可以使用Al。
再者，背面入射型光電二極管1具備鈍化膜31、支承膜32、填充電極33a、33b、UBM(Under Bump Metal；凸塊下金屬)34a、34b及凸塊35a、35b。鈍化膜31設(shè)置在N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1上，覆蓋絕緣膜23、陽(yáng)極25及陰極26。此外，在設(shè)置于鈍化膜31內(nèi)中的陽(yáng)極25及陰極26上的部分，形成填充后述填充電極33a、33b的貫通孔31a。鈍化膜31例如由SiN形成，用以保護(hù)N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1。鈍化膜31例如通過(guò)等離子體CVD法形成。此外，鈍化膜31的厚度例如為1μm。
在鈍化膜31上形成有支承膜32。支承膜32支承N型半導(dǎo)體基板10。此外，支承膜32中的與鈍化膜31的貫通孔31a對(duì)應(yīng)的部分形成有與貫通孔31a一起填充填充電極33a、33b的貫通孔32a。作為支承膜32的材料，例如可以使用樹(shù)脂，或是通過(guò)等離子體CVD等形成的SiO2等。此外，支承膜32的厚度例如為2～100μm，優(yōu)選為50μm。
填充電極33a、33b充填在貫通孔31a、32a中的同時(shí)，一端分別與陽(yáng)極25及陰極26連接，由此，與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11及N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22電連接。此外，填充電極33a、33b的另一端均露出到支承膜32的表面。即，填充電極33a、33b貫穿鈍化膜31及支承膜32，分別從陽(yáng)極25及陰極26延伸到支承膜32的表面。此外，填充電極33a、33b作成大致圓柱狀。填充電極33a、33b將電極25、26和后述的凸塊35a、35b電連接。填充電極33a、33b例如由Cu形成。此外，貫通孔31a、32a的直徑例如為10～200μm，優(yōu)選為100μm。
填充電極33a、33b露出到支承膜32表面的部分上形成有UBM34a、34b。UBM34a、34b例如由Ni及Au的層疊膜構(gòu)成。此外，UBM34a、34b的厚度例如為0.1～5μm。
UBM34a、34b的與填充電極33a、33b的相反側(cè)的面上形成有凸塊35a、35b。因此，凸塊35a、35b分別與陽(yáng)極25及陰極26電連接。凸塊35a、35b除了與UBM34a、34b的接觸面之外，大致呈球狀?？梢允褂美绾稿a、金、Ni-Au、Cu或含有金屬填料的樹(shù)脂等作為凸塊35a、35b。
圖2表示上述構(gòu)造的背面入射型光電二極管1的立體圖。由此圖可得知，背面入射型光電二極管1除UBM34a、34b及凸塊35a、35b之外的整體形狀被切割成大致呈長(zhǎng)方體狀。其中，圖2中，省略了露出到N型半導(dǎo)體基板10側(cè)面的N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21、N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22的圖示。
針對(duì)背面入射型光電二極管1的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。此處，將在背面入射型光電二極管1上施加反向偏壓，在N型半導(dǎo)體基板10中，作成在薄板化的區(qū)域中生成耗盡層的物質(zhì)。依序透過(guò)窗板14及覆蓋層13，從凹部12入射至N型半導(dǎo)體基板10的被檢測(cè)光，主要被薄板化的區(qū)域吸收。如此，在此區(qū)域生成載波(空穴及電子)。生成的空穴及電子隨著反向偏壓電場(chǎng)，分別向P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11及N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22移動(dòng)。到達(dá)P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11與N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22的空穴及電子通過(guò)填充電極33a、33b及UBM34a、34b向凸塊35a、35b移動(dòng)，從凸塊35a、35b作為檢測(cè)信號(hào)輸出。
針對(duì)背面入射型光電二極管1的效果進(jìn)行說(shuō)明。在背面入射型光電二極管1中，通過(guò)設(shè)置有覆蓋層13，提高背面入射型光電二極管1的機(jī)械強(qiáng)度。尤其是，通過(guò)在凹部12上設(shè)置覆蓋層13，即使在安裝時(shí)在背面入射型光電二極管1上施加壓力或熱，也能夠防止N型半導(dǎo)體基板10的薄板化區(qū)域的翹起、彎曲、破損等。此外，通過(guò)提高機(jī)械強(qiáng)度，使得可以進(jìn)行晶片等級(jí)的切割，所以能夠得到芯片尺寸的背面入射型光電二極管1。由此，實(shí)現(xiàn)了封裝體充分小的背面入射型光電二極管1。此外，因?yàn)椴恍枰沾煞庋b體等，所以可以降低背面入射型光電二極管1的制造成本。如上所述，實(shí)現(xiàn)了廉價(jià)、可靠性高且小型的背面入射型光電二極管1。
再者，在覆蓋層13的表面S3上設(shè)置有窗板14。因而，窗板14的表面成為被檢測(cè)光的入射面，可抑制入射面中被檢測(cè)光的散射。此外，設(shè)置窗板14時(shí)，覆蓋層13的表面S3被壓在窗板14上，由此窗板14和覆蓋層13的界面，即覆蓋層13的表面S3被充分平坦化。因此，也可以抑制覆蓋層13的表面S3上的被檢測(cè)光的散射。由此，實(shí)現(xiàn)了高敏感度的背面入射型光電二極管1。此外，窗板14可以進(jìn)一步提高背面入射型光電二極管1的機(jī)械強(qiáng)度。再者，所謂表面S3平坦，是指對(duì)被檢測(cè)光的波長(zhǎng)等級(jí)而言，表面S3為平滑的。由此，覆蓋層13的表面S3的形狀并不僅限于平面，也可以為曲面。
此外，通過(guò)將覆蓋層13的表面S3作成實(shí)質(zhì)上為平坦的形狀，可以抑制向凹部12入射的被檢測(cè)光透過(guò)損失的增大。若覆蓋層13僅由樹(shù)脂層13a構(gòu)成，對(duì)應(yīng)于樹(shù)脂層13a的凹陷，在樹(shù)脂層13a和窗板14之間產(chǎn)成空氣層。由此，樹(shù)脂層13a作為凹透鏡起作用，可能使被檢測(cè)光擴(kuò)散。引起此類擴(kuò)散，會(huì)降低入射凹部12的被檢測(cè)光的光量，因此，會(huì)產(chǎn)生背面入射型光電二極管1的敏感度降低的不當(dāng)現(xiàn)象。
針對(duì)此，在背面入射型光電二極管1中，通過(guò)在樹(shù)脂層13a上設(shè)置樹(shù)脂層13b，使得覆蓋層13的表面S3實(shí)質(zhì)上平坦化。由此，在背面入射型光電二極管1中，覆蓋層13和窗板14之間不會(huì)產(chǎn)生空氣層，因此可以保證背面入射型光電二極管1的高敏感度的光檢測(cè)。
此外，通過(guò)在外邊緣部15上也設(shè)置覆蓋層13，平筒夾不與外邊緣部15直接接觸。因此，可以抑制與平筒夾接觸而在外邊緣部15上產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷，因而，可以抑制結(jié)晶缺陷引起產(chǎn)生的暗電流或噪聲。
此外，由于作為覆蓋層13使用樹(shù)脂，因此容易將覆蓋層13加工成期望的形狀。
覆蓋層13由樹(shù)脂層13a、13b兩層構(gòu)成，不僅可以保證背面入射型光電二極管1的高敏感度的光檢測(cè)，也提供在制造工序中適宜使用平筒夾的機(jī)會(huì)。即，在設(shè)置窗板14前使用平筒夾時(shí)，同時(shí)在設(shè)置樹(shù)脂層13a、13b之后，如上所述，由于與平筒夾接觸，可能使得樹(shù)脂層13b的表面S3受損，另一方面，未設(shè)置樹(shù)脂層13a、13b任一個(gè)的狀態(tài)下，如上所述，由于與平筒夾的接觸可能在外邊緣部15上產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。該結(jié)晶缺陷伴隨著暗電流的增加或噪聲的增加。針對(duì)此，若覆蓋層13是由樹(shù)脂層13a、13b兩層構(gòu)成，可以在僅設(shè)置有樹(shù)脂層13a、13b中的樹(shù)脂層13a的狀態(tài)下使用平筒夾。而且，由于樹(shù)脂層13a的設(shè)置在凹部12上的部分凹陷，如圖3所示，設(shè)置在凹部12上的樹(shù)脂層13a的表面，不與平筒夾FC接觸。由此，樹(shù)脂層13a表面中的透過(guò)被檢測(cè)光的部分不會(huì)受損。因而，即使在制造工序中使用平筒夾，也可保證背面入射型光電二極管1的高敏感度的光檢測(cè)。
再者，樹(shù)脂層13b可以作為在覆蓋層13的表面S3上設(shè)置有窗板14時(shí)的粘著劑發(fā)揮作用。
通過(guò)設(shè)置支承膜32，可以進(jìn)一步提高背面入射型光電二極管1的機(jī)械強(qiáng)度。
通過(guò)設(shè)置填充電極33a、33b，可以容易地將檢測(cè)信號(hào)從電極25、26取出至外部。其中，填充電極33a、33b在貫通孔31a、32a的側(cè)壁上形成，也可以與陽(yáng)極25及陰極26電連接。
N型半導(dǎo)體基板10的背面S2側(cè)的整個(gè)表層上形成有N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21。在背面S2表層中凹部12的底面S4部分上設(shè)置的N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21作為累積層起作用。由此，能夠?qū)型半導(dǎo)體基板10產(chǎn)生的載波，通過(guò)此電場(chǎng)分布有效地導(dǎo)向上表面S1側(cè)的PN結(jié)部。因此，實(shí)現(xiàn)了更高敏感度的背面入射型光電二極管1。此時(shí)，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21的雜質(zhì)濃度優(yōu)選為1015/cm3以上。此時(shí)，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21適宜作為累積層起作用。
此外，在N型半導(dǎo)體基板10的外邊緣部15的背面S2側(cè)的表層中設(shè)置有N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21，即使有在外邊緣部15產(chǎn)生結(jié)晶缺陷的情況，也可以抑制結(jié)晶缺陷引起產(chǎn)生的暗電流或噪聲。因此，根據(jù)背面入射型光電二極管1，可以得到高SN比的檢測(cè)信號(hào)。此時(shí)，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21的雜質(zhì)濃度優(yōu)選為1015/cm3以上。此時(shí)，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21可以充分抑制結(jié)晶缺陷引起產(chǎn)生的噪聲。
參照?qǐng)D4～圖20，說(shuō)明圖1所示的背面入射型光電二極管1的制造方法的一例。首先，準(zhǔn)備以上表面S1及背面S2為(100)面的N型硅晶片形成的N型半導(dǎo)體基板10。通過(guò)對(duì)此N型半導(dǎo)體基板10進(jìn)行熱氧化，在N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1上形成由SiO2構(gòu)成的絕緣膜。此外，在絕緣膜的規(guī)定部分形成有開(kāi)口，通過(guò)從開(kāi)口將磷摻入N型半導(dǎo)體基板10，形成N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22。之后，將N型半導(dǎo)體基板10氧化，在上表面S1形成絕緣膜。同樣，在絕緣膜的規(guī)定部分形成有開(kāi)口，通過(guò)從開(kāi)口將硼摻入N型半導(dǎo)體基板10，形成P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11。之后，將N型半導(dǎo)體基板10氧化，在上表面S1上形成絕緣膜23(圖4)。
接著，研磨N型半導(dǎo)體基板10的背面S2，并通過(guò)LP-CVD在N型半導(dǎo)體基板10的背面S2上堆積SiN84(圖5)。此外，為了形成凹部12，在背面S2上的SiN84形成開(kāi)口85(圖6)。然后，通過(guò)從開(kāi)口85，利用KOH等進(jìn)行蝕刻形成凹部12(圖7)。
接著，除去背面S2上的SiN84之后，利用離子注入等將N型雜質(zhì)摻雜在形成有凹部12的N型半導(dǎo)體基板10的背面S2中，在背面S2側(cè)的整個(gè)表層形成N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21(圖8)。之后，通過(guò)進(jìn)行熱氧化在背面S2上形成絕緣膜24(圖9)。為在上表面S1的絕緣膜23上的電極形成接觸孔，使鋁堆積于上表面S1之后，通過(guò)實(shí)施圖案化，形成陽(yáng)極25及陰極26(圖10)。
其次，通過(guò)等離子體CVD法，在形成有陽(yáng)極25及陰極26的N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1上堆積由SiN構(gòu)成的鈍化膜31。此外，在鈍化膜31中對(duì)應(yīng)于凸塊35a、35b的部分形成開(kāi)口31a(圖11)。再者，在上表面S1上形成由樹(shù)脂或無(wú)機(jī)絕緣膜構(gòu)成的厚的支承膜32，同時(shí)，對(duì)應(yīng)于鈍化膜31的開(kāi)口31a的部分形成開(kāi)口32a。此時(shí)，作為支承膜32，若為樹(shù)脂，可以使用例如環(huán)氧樹(shù)脂類、丙烯類或聚酰亞胺類樹(shù)脂，若為無(wú)機(jī)絕緣膜，可以使用例如利用CVD或SOG(Spin On Glass；旋涂式玻璃)等形成的SiO2等。此外，支承膜32的開(kāi)口32a，可以使用例如感光性物質(zhì)作為樹(shù)脂，以光刻法形成，或是利用蝕刻等圖案化形成(圖12)。此外，以填充開(kāi)口31a及開(kāi)口32a的方式，在上表面S1上堆積由Cu構(gòu)成的導(dǎo)電性部件33。通過(guò)濺射等將Cu種層等堆積在從開(kāi)口31a及開(kāi)口32a露出的陽(yáng)極25及陰極26的表面后，可以在該Cu種層上通過(guò)電鍍進(jìn)行Cu等的堆積(圖13)。
接著，通過(guò)研磨導(dǎo)電性部件33的表面，除去堆積在支承膜32上的導(dǎo)電性部件33。由此，形成填充電極33a、33b(圖14)。此外，在背面S2上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂敷或印刷等涂敷樹(shù)脂層13a，同時(shí)固化涂敷的樹(shù)脂層13a。此時(shí)，設(shè)置在樹(shù)脂層13a中的凹部12上的部分下陷(圖15)。再者，在樹(shù)脂層13a上涂敷樹(shù)脂層13b(圖16)。
接著，將窗板14貼在樹(shù)脂層13b的表面S3上。此時(shí)，固化樹(shù)脂層13b之前進(jìn)行窗板14的貼合，由此，樹(shù)脂層13b作為粘著劑起作用。此外，貼合時(shí)，通過(guò)相對(duì)樹(shù)脂層13b輕壓窗板14，使得樹(shù)脂層13b的表面S3充分平坦化(圖17)。此外，在上表面S1上的填充電極33a、33b上，通過(guò)無(wú)電解電鍍形成分別由Ni和Au等的層疊膜構(gòu)成的UBM34a、34b。再者，在UBM 34a、34b上，通過(guò)印刷或球搭載法等形成由焊錫等構(gòu)成的凸塊35a、35b(圖18)。
最后，為了得到單片化的背面入射型光電二極管1，進(jìn)行切割。切割是如圖19以點(diǎn)劃線L1所示，通過(guò)N型半導(dǎo)體基板10的背面S2的外邊緣部15中央，進(jìn)行切割。由此，得到背面入射型光電二極管1(圖20)。
圖21是表示圖1的背面入射型光電二極管1的變形例的立體圖。背面入射型光電二極管1a與圖1的背面入射型光電二極管1的不同點(diǎn)在于在窗板14上形成有切除部14a。背面入射型光電二極管1a的其它構(gòu)造，均與圖1的背面入射型光電二極管1相同。由圖21可知，窗板14的與厚度方向垂直的面的截面為四方形，此四方形的四個(gè)角分別形成切除部14a。在該截面中，切除部14a的形狀是以四方形的角為中心的中心角90°的扇形。此外，覆蓋層13(樹(shù)脂層13b)的表面S3從切除部14a露出。其中，切除部14a的上述截面中的形狀并不僅限于扇形，也可以為方形。
由此，背面入射型光電二極管1a中，由于在窗板14的角，即切割時(shí)二條切割線交叉的位置上形成有切除部14a，可以抑制切割時(shí)碎裂(裂縫)的產(chǎn)生。
利用圖22，說(shuō)明窗板14和切割線的位置關(guān)系。圖22是表示圖1的背面入射型光電二極管1從窗板14側(cè)觀察切割前的晶片(例如，圖19所示狀態(tài)的晶片)時(shí)的俯視圖。此平面圖中，以虛線L2表示形成凹部12的部分?？芍疾?2是在切割前的晶片上，以等間隔排列成格子狀。此外，以點(diǎn)劃線L3表示切割時(shí)的切割線。切割線分別設(shè)置在圖中的上下方向與左右方向，切割線通過(guò)相鄰接的凹部12間的正中央。切割線包圍的各個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于切割后的背面入射型光電二極管1。由圖22可知，切割后的背面入射型光電二極管1上的窗板14的角位于兩條切割線交叉的位置P。N型半導(dǎo)體基板10中對(duì)應(yīng)于位置P的位置，即背面S2的四個(gè)角，由于切割時(shí)集中受到應(yīng)力，將有可能產(chǎn)生碎裂。
針對(duì)此，在圖21的背面入射型光電二極管1a中，通過(guò)在窗板14的角上形成切除部14a，可以避免切割線交叉位置P上的窗板14的切割。由此，可以緩和施加在N型半導(dǎo)體基板10的背面S2的四個(gè)角上的應(yīng)力，從而抑制在背面入射型光電二極管1a中切割時(shí)產(chǎn)生的碎裂。
圖23是圖21的背面入射型光電二極管1a中，從窗板14側(cè)觀察切割前的晶片的俯視圖。如此俯視圖所示，在切割線交叉的位置P形成圓柱狀的孔部14b。此孔部14b在窗板14上形成，因此貫穿窗板14。切除部14a來(lái)自于孔部14b。即，孔部14b通過(guò)切割為4等分，成為背面入射型光電二極管1a的切除部14a。其中，在背面入射型光電二極管1a的制造工序中，以使切割線的交叉位置P與孔部14b一致的方式，將預(yù)先在規(guī)定位置上形成孔部14b的窗板14，貼合在覆蓋層13的表面S3上。其中，孔部14b并不限于圓柱狀，也可以為方柱狀。
圖24是表示本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第二實(shí)施方式的截面圖。背面入射型光電二極管2具備N型半導(dǎo)體基板10、P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11、凹部12、覆蓋層16及窗板14。在N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1側(cè)的表層一部分上，形成P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11。在N型半導(dǎo)體基板10背面S2上的與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11相對(duì)的區(qū)域上形成有凹部12。
N型半導(dǎo)體基板10的背面S2上設(shè)置有覆蓋層16。覆蓋層16由相對(duì)于被檢測(cè)光透明的樹(shù)脂形成，設(shè)置在N型半導(dǎo)體基板10的背面S2上。此外，覆蓋層16的表面S3的形狀實(shí)質(zhì)上為平坦?fàn)睢２煌谟蓛蓚€(gè)樹(shù)脂層13a、13b構(gòu)成的圖1的覆蓋層13，覆蓋層16由一層構(gòu)成。以外邊緣部15為基準(zhǔn)的覆蓋層16的厚度t3，例如為1～100μm，優(yōu)選為20μm。此外，在覆蓋層16的表面S3上設(shè)置有窗板14。
此外，背面入射型光電二極管2具備N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21、N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22、絕緣膜23、24、陽(yáng)極25及陰極26。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21在N型半導(dǎo)體基板10的背面S2側(cè)的整個(gè)表層上形成。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22在N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1側(cè)的表層，與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11相隔規(guī)定的距離形成。絕緣膜23及絕緣膜24分別在N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1及背面S2上形成。在絕緣膜23上形成有開(kāi)口23a、23b。包含絕緣膜23上的開(kāi)口23a、23b的區(qū)域，分別形成有陽(yáng)極25及陰極26。
再者，背面入射型光電二極管2具備鈍化膜31、支承膜32、填充電極33a、33b、UBM34a、34b及凸塊35a、35b。鈍化膜31設(shè)置在N型半導(dǎo)體基板10的上表面S1上，覆蓋絕緣膜23、陽(yáng)極25及陰極26。在鈍化膜31上形成有支承膜32。此外，填充電極33a、33b貫穿鈍化膜31及支承膜32，分別從陽(yáng)極25及陰極26延伸到支承膜32的表面。在填充電極33a、33b露出到支承膜32表面的部分上形成UBM34a、34b。UBM34a、34b的與填充電極33a、33b相反側(cè)的面上形成有凸塊35a、35b。
針對(duì)背面入射型光電二極管2的效果進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)在背面入射型光電二極管2中設(shè)置覆蓋層16，提高了背面入射型光電二極管2的機(jī)械強(qiáng)度。此外，通過(guò)提高機(jī)械強(qiáng)度，使得可以進(jìn)行晶片級(jí)的切割，可得到芯片尺寸的背面入射型光電二極管2。由此，實(shí)現(xiàn)了封裝體充分小的背面入射型光電二極管2。
再者，在覆蓋層16的表面S3上設(shè)置有窗板14。因而，窗板14的表面成為被檢測(cè)光的入射面，抑制入射面的被檢測(cè)光的散射。此外，通過(guò)使窗板14和覆蓋層16的界面，即覆蓋層16的表面S3充分平坦化，可抑制覆蓋層16的表面S3上被檢測(cè)光的散射。由此，實(shí)現(xiàn)了高敏感度的背面入射型光電二極管2。
此外，在背面入射型光電二極管2中，覆蓋層16由一層構(gòu)成。因此，與由兩層構(gòu)成的圖1的覆蓋層13相比，簡(jiǎn)化了覆蓋層16的制造工序，進(jìn)而簡(jiǎn)化了整個(gè)背面入射型光電二極管2的制造工序。
圖25是表示本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第三實(shí)施方式的截面圖。背面入射型光電二極管3具備N型半導(dǎo)體基板20、P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11、凹部12、覆蓋層13及窗板14。
在N型半導(dǎo)體基板20的上表面S1側(cè)的表層一部分上，形成有P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11。在N型半導(dǎo)體基板20的背面S2中與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11相對(duì)的區(qū)域上，形成有凹部12。N型半導(dǎo)體基板20的背面S2上設(shè)置有由樹(shù)脂層13a、13b構(gòu)成的覆蓋層13。覆蓋層13的表面S3的形狀實(shí)質(zhì)上為平坦?fàn)?。在覆蓋層13的表面S3上設(shè)置有窗板14。
此外，背面入射型光電二極管3具備N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28、絕緣膜23、24、陽(yáng)極25及陰極26。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28以露出到N型半導(dǎo)體基板20的整個(gè)側(cè)面S5的方式形成。此外，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28也到達(dá)N型半導(dǎo)體基板20的整個(gè)背面S2。因而，N型半導(dǎo)體基板20中，未形成P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11及N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28中任一個(gè)的部分20a，從N型半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S5及背面S2側(cè)，完全被N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28包圍。
參照?qǐng)D26～圖28，表示形成有N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28方法的一例。首先，準(zhǔn)備N型半導(dǎo)體基板20。在N型半導(dǎo)體基板20中，N+型高濃度雜質(zhì)層41殘留上表面S1側(cè)的一部分從背面S2擴(kuò)散。殘留在上表面S1側(cè)的一部分是雜質(zhì)濃度比N+型高濃度雜質(zhì)層41低的N型雜質(zhì)層42(圖26)。接著，通過(guò)從上表面S1側(cè)，以高濃度摻雜N型雜質(zhì)，形成N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域43(圖27)。然后，通過(guò)熱處理，使N型雜質(zhì)更深入的擴(kuò)散，并使此N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域43到達(dá)N+型高濃度雜質(zhì)層41為止(圖28)。因而，由N+型高濃度雜質(zhì)層41和N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域43形成N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28。其中，圖28中，分別由虛線L4、L5表示形成P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11及凹部12的區(qū)域。根據(jù)此方法，可以省略從N型半導(dǎo)體基板20的背面S2側(cè)摻雜雜質(zhì)的工序，簡(jiǎn)化了N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層28的制造工序，進(jìn)而簡(jiǎn)化了整個(gè)背面入射型光電二極管3的制造工序。
回到圖25，在N型半導(dǎo)體基板20的上表面S1及背面S2中，分別形成有絕緣膜23及絕緣膜24。此外，在絕緣膜23上形成開(kāi)口23a、23b，一側(cè)的開(kāi)口23a設(shè)置在P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11的部分上，另一側(cè)的開(kāi)口23b設(shè)置在N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28的部分上。
包含絕緣膜23上的開(kāi)口23a、23b的區(qū)域，分別形成陽(yáng)極25及陰極26。這些電極25、26以分別填充開(kāi)口23a、23b的方式設(shè)置。由此，陽(yáng)極25通過(guò)開(kāi)口23a與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11直接連接，陰極26通過(guò)開(kāi)口23b與N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28直接連接。
再者，背面入射型光電二極管3具備鈍化膜31、支承膜32、填充電極33a、33b、UBM34a、34b及凸塊35a、35b。鈍化膜31設(shè)置在N型半導(dǎo)體基板20的上表面S1上，覆蓋絕緣膜23、陽(yáng)極25及陰極26。在鈍化膜31上形成有支承膜32。此外，填充電極33a、33b貫穿鈍化膜31及支承膜32，分別從陽(yáng)極25及陰極26，延伸至支承膜32的表面。在填充電極33a、33b的露出到支承膜32表面的部分上形成有UBM34a、34b。在UBM34a、34b的與填充電極33a、33b相反側(cè)的面上形成有凸塊35a、35b。
針對(duì)背面入射型光電二極管3的效果進(jìn)行說(shuō)明。在背面入射型光電二極管3中，通過(guò)設(shè)置覆蓋層13，提高了背面入射型光電二極管3的機(jī)械強(qiáng)度。此外，通過(guò)提高機(jī)械強(qiáng)度，使得可以進(jìn)行晶片等級(jí)的切割，由此可以得到芯片尺寸的背面入射型光電二極管3。由此，實(shí)現(xiàn)了封裝體充分小的背面入射型光電二極管3。
再者，在覆蓋層13的表面S3上設(shè)置有窗板14。因而，窗板14的表面成為被檢測(cè)光的入射面，抑制入射面的被檢測(cè)光的散射。此外，通過(guò)使得窗板14和覆蓋層13的界面，即覆蓋層13的表面S3充分平坦化，可以抑制覆蓋層13表面S3中被檢測(cè)光的散射。由此，實(shí)現(xiàn)了高敏感度的背面入射型光電二極管3。
此外，在背面入射型光電二極管3中，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28以露出到N型半導(dǎo)體基板20的整個(gè)側(cè)面S5上的方式形成。由此，可以通過(guò)N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28抑制由于切割時(shí)的損害在N型半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S5附近產(chǎn)成的不需要的載波造成的暗電流或噪聲。由于側(cè)面S5位于切割線上，因此在切割時(shí)有可能產(chǎn)生結(jié)晶缺陷，但是通過(guò)N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28，可抑制結(jié)晶缺陷引起產(chǎn)生的暗電流等的噪聲。因此，背面入射型光電二極管3，可以得到更高的SN比的檢測(cè)信號(hào)。
此外，N型半導(dǎo)體基板20的一部分20a，從N型半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S5及背面S2側(cè)，完全被N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28包圍。由此，實(shí)現(xiàn)了將包圍的部分20a作為I層的PIN構(gòu)造。因此，背面入射型光電二極管3利用如此的PIN構(gòu)造，通過(guò)增加耗盡層厚度增加光吸收的長(zhǎng)度增加敏感度，并通過(guò)厚的耗盡層增大電雙層(electric doublelayer)的間隔，使電容降低，可以高速響應(yīng)。
圖29是表示本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第四實(shí)施方式的截面圖。背面入射型光電二極管4具備N型半導(dǎo)體基板20、P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11、凹部12、覆蓋層16及窗板14。N型半導(dǎo)體基板20的上表面S1側(cè)的表層的一部分上，形成有P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11。N型半導(dǎo)體基板20的背面S2中與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11相對(duì)的區(qū)域上形成有凹部12。
N型半導(dǎo)體基板20的背面S2上設(shè)置有覆蓋層16。覆蓋層16由相對(duì)被檢測(cè)光透明的樹(shù)脂形成，設(shè)置在N型半導(dǎo)體基板20的背面S2上。此外，覆蓋層16的表面S3的形狀實(shí)質(zhì)上為平坦?fàn)睢８采w層16的表面S3上設(shè)置有窗板14。
此外，背面入射型光電二極管4具備N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28、絕緣膜23、24、陽(yáng)極25及陰極26。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層28以露出到N型半導(dǎo)體基板20的整個(gè)側(cè)面S5上的方式形成。此外，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層28也到達(dá)N型半導(dǎo)體基板20的整個(gè)背面S2。因而，N型半導(dǎo)體基板20中，未形成P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11和N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28中任一個(gè)的部分20a，從N型半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S5及背面S2側(cè)，完全被N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28包圍。
在N型半導(dǎo)體基板20的上表面S1及背面S2中，分別形成有絕緣膜23及絕緣膜24。此外，在絕緣膜23中形成有開(kāi)口23a、23b，一側(cè)的開(kāi)口23a設(shè)置在P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11的部分上，另一側(cè)的開(kāi)口23b設(shè)置在N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28的部分上。
包含絕緣膜23上的開(kāi)口23a、23b的區(qū)域，分別形成有陽(yáng)極25及陰極26。這些電極25、26以分別填充開(kāi)口23a、23b的方式形成。由此，陽(yáng)極25通過(guò)開(kāi)口23a與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11直接連接，陰極26通過(guò)開(kāi)口23b與N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28直接連接。
再者，背面入射型光電二極管4具備鈍化膜31、支承膜32、填充電極33a、33b、UBM34a、34b及凸塊35a、35b。鈍化膜31設(shè)置在N型半導(dǎo)體基板20的上表面S1上，覆蓋絕緣膜23、陽(yáng)極25及陰極26。鈍化膜31上形成有支承膜32。此外，填充電極33a、33b貫穿鈍化膜31和支承膜32，分別從陽(yáng)極25及陰極26延伸至支承膜32的表面。在填充電極33a、33b露出到支承膜32表面的部分形成有UBM34a、34b。UBM34a、34b的與填充電極33a、33b相反側(cè)的面上形成有凸塊35a、35b。
針對(duì)背面入射型光電二極管4的效果進(jìn)行說(shuō)明。背面入射型光電二極管4中，通過(guò)設(shè)置覆蓋層16，提高了背面入射型光電二極管4的機(jī)械強(qiáng)度。此外，通過(guò)提高機(jī)械強(qiáng)度，使得可以進(jìn)行晶片等級(jí)的切割，可以得到芯片尺寸的背面入射型光電二極管4。由此，實(shí)現(xiàn)了封裝體充分小的背面入射型光電二極管4。
再者，在覆蓋層16的表面S3上設(shè)置有窗板14。因而，窗板14的表面成為被檢測(cè)光的入射面，抑制入射面的被檢測(cè)光的散射。此外，通過(guò)使得窗板14和覆蓋層16的界面，即覆蓋層16的表面S3充分平坦化，可以抑制覆蓋層16的表面S3中被檢測(cè)光的散射。由此，實(shí)現(xiàn)了高敏感度的背面入射型光電二極管4。
此外，背面入射型光電二極管4中，覆蓋層16由一層構(gòu)成。因此，簡(jiǎn)化了覆蓋層16的制造工序，進(jìn)而簡(jiǎn)化了整個(gè)背面入射型光電二極管4的制造工序。
此外，在背面入射型光電二極管4中，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28以露出到N型半導(dǎo)體基板20的整個(gè)側(cè)面S5的方式形成。由此，通過(guò)N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28，能夠抑制由于切割時(shí)的損害在N型半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S5附近產(chǎn)生的不需要的載波造成的暗電流或噪聲。因此，背面入射型光電二極管4，可以得到更高的SN比的檢測(cè)信號(hào)。再者，N型半導(dǎo)體基板20的一部分20a，從N型半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S5及背面S2側(cè)，完全被N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28包圍。因此，背面入射型光電二極管4利用如此的PIN構(gòu)造，通過(guò)增加耗盡層厚度增加光吸收的長(zhǎng)度而增加敏感度，并通過(guò)厚的耗盡層使得電雙層的間隔分離，使電容降低，可以高速響應(yīng)。
圖30是表示本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第五實(shí)施方式的俯視圖。背面入射型光電二極管陣列5是縱橫各為8列、全部為64個(gè)的背面入射型光電二極管配置成格子狀形成的。這些光電二極管的配置間距例如設(shè)為1mm。圖30是表示從背面?zhèn)扔^察背面入射型光電二極管陣列5時(shí)的樣子。各光電二極管中，與圖1的背面入射型光電二極管1相同，背面被覆蓋層及窗板覆蓋。其中，圖18，以虛線L6表示形成凹部的部分。
圖31是圖30所示的背面入射型光電二極管陣列5的沿著XIX-XIX線的截面圖。在此截面圖中，顯示圖30所示的64個(gè)光電二極管中的兩個(gè)光電二極管P1、P2。如圖31所示，背面入射型光電二極管陣列5具備N型半導(dǎo)體基板50、P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51、凹部52、覆蓋層53及窗板54。
在N型半導(dǎo)體基板50的上表面S1側(cè)的表層中，形成有多個(gè)P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51。這些P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51分別相對(duì)于光電二極管P1、P2設(shè)置。各P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51的面積例如為0.75×0.75mm2。N型半導(dǎo)體基板50的背面S2中與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51相鄰的區(qū)域形成有凹部52。此處，伴隨設(shè)置多個(gè)P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51，也形成多個(gè)凹部52。P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51及凹部52是各一組分別設(shè)置在各光電二極管P1、P2中。此外，在N型半導(dǎo)體基板50的背面S2上設(shè)置有覆蓋層53。
覆蓋層53由設(shè)置在背面S2上的樹(shù)脂層53a，和設(shè)置在樹(shù)脂層53a上的樹(shù)脂層53b構(gòu)成。樹(shù)脂層53a、53b使用相對(duì)被檢測(cè)光透明的樹(shù)脂。樹(shù)脂層53a設(shè)置在凹部52上的部分，相對(duì)于設(shè)置在凹部52的外邊緣部55上的部分下陷。樹(shù)脂層53b與樹(shù)脂層53a無(wú)縫隙的貼合，因此，在樹(shù)脂層53a側(cè)形成具有與樹(shù)脂層53a凹陷一致的多個(gè)突出部的形狀。另一方面，樹(shù)脂層53b的表面S3的形狀，實(shí)質(zhì)上為平坦?fàn)?。在覆蓋層53的表面S3上設(shè)置有窗板54。
此外，背面入射型光電二極管5具備N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層61、N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域62、絕緣膜63、64、陽(yáng)極65及陰極66。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層61在N型半導(dǎo)體基板50的背面S2側(cè)的整個(gè)表層上形成。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域62在N型半導(dǎo)體基板50的上表面S1側(cè)的表層上形成。此N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域62優(yōu)選以包圍構(gòu)成各光電二極管的P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51的方式設(shè)置。
在N型半導(dǎo)體基板50的上表面S1與背面S2上分別形成有絕緣膜63和絕緣膜64。在絕緣膜63上形成有開(kāi)口63a、63b，一側(cè)的開(kāi)口63a設(shè)置在P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51的部分上，另一側(cè)的開(kāi)口63b設(shè)置在N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域62的部分上。
包含絕緣膜63上的開(kāi)口63a、63b的區(qū)域，分別形成有陽(yáng)極65及陰極66。陽(yáng)極65及陰極66各一組分別設(shè)置在各光電二極管P1、P2中。此外，這些電極65、66以分別填充開(kāi)口63a、63b的方式設(shè)置。由此，陽(yáng)極65通過(guò)開(kāi)口63a與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51直接連接；陰極66通過(guò)開(kāi)口63b與N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域62直接連接。
再者，背面入射型光電二極管陣列5具備鈍化膜71、支承膜72、填充電極73a、73b、UBM74a、74b及凸塊75a、75b。鈍化膜71設(shè)置在N型基板50的上表面S1上，覆蓋絕緣膜63、陽(yáng)極65及陰極66。在鈍化膜71上形成有支承膜72。此外，填充電極73a、73b貫穿鈍化膜71及支承膜72，分別從陽(yáng)極65與陰極66延伸至支承膜72。填充電極73a、73b的露出到支承膜72表面的部分上形成有UBM74a、74b。UBM74a、74b的與填充電極73a、73b相反側(cè)的面上形成有凸塊75a、75b。
針對(duì)背面入射型光電二極管陣列5的效果進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)在背面入射型光電二極管陣列5中設(shè)置覆蓋層16，提高了背面入射型光電二極管陣列5的機(jī)械強(qiáng)度。此外，通過(guò)提高機(jī)械強(qiáng)度，可以進(jìn)行晶片等級(jí)的切割，可以得到周圍沒(méi)有多余面積的合適陣列尺寸的背面入射型光電二極管陣列5。由此，實(shí)現(xiàn)了封裝體充分小的背面入射型光電二極管陣列5。
再者，在覆蓋層53的表面S3上設(shè)置有窗板54。因而，窗板54的表面成為被檢測(cè)光的入射面，可抑制入射面的被檢測(cè)光的散射。此外，通過(guò)使得窗板54和覆蓋層53的界面，即覆蓋層53的表面S3充分平坦化，可抑制覆蓋層53的表面S3上的被檢測(cè)光的散射。由此，實(shí)現(xiàn)了高敏感度的背面入射型光電二極管陣列5。
再者，通過(guò)在N型半導(dǎo)體基板50的上表面S1側(cè)的表層的多個(gè)區(qū)域上形成P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51，同時(shí)在背面S2的分別與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51相對(duì)的區(qū)域形成凹部52，構(gòu)成多個(gè)光電二極管。因此，背面入射型光電二極管陣列5能夠適用于對(duì)應(yīng)于各光電二極管為1像素的攝像傳感器等。
本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件，并不限于上述實(shí)施方式，可以有各種的變形。例如，在圖1的背面入射型光電二極管1中，也可以使用P型半導(dǎo)體基板取代N型半導(dǎo)體基板10。此時(shí)，雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11具有N型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層21，高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22具有P型的導(dǎo)電型。
此外，圖13中，以堆積由Cu構(gòu)成的導(dǎo)電性部件33為例，也可以使用Ni取代Cu，也可以對(duì)從開(kāi)口31a及32a露出的陽(yáng)極25及陰極26的表面直接進(jìn)行Ni的無(wú)電解電鍍。此時(shí)，可以省略在圖14中說(shuō)明的研磨導(dǎo)電性部件33表面的工序。
此外，圖18中，以在填充電極33a、33b上形成UBM34a、34b及凸塊35a、35b為例，但也有將填充電極33a、33b本身作為凸塊的方法。即，使用O2等對(duì)開(kāi)口32a已填充有填充電極33a、33b狀態(tài)下的支承膜32(參照?qǐng)D17)表面進(jìn)行干蝕刻。由此，因?yàn)樘畛潆姌O33a、33b的一部分從支承膜32表面突出，也可以將此突出部分作為凸塊使用。此時(shí)，也不必形成UBM34a、34b?；蛘?，也可以使用導(dǎo)電性樹(shù)脂作為形成填充電極33a、33b的導(dǎo)電性部件。由此，便可通過(guò)印刷等方式在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)貫穿孔的電極填充作業(yè)。
此外，圖21中，顯示在窗板14的四個(gè)角上分別形成切除部14a的構(gòu)造，也可以在窗板14的四個(gè)角中的至少一個(gè)角形成切除部14a。與完全未設(shè)置切除部14a的情況相比較，此時(shí)能夠降低碎裂的發(fā)生機(jī)率。
此外，圖26中，也可以使用貼合有N+型高濃度雜質(zhì)層，和比N+型高濃度雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度更低的N型雜質(zhì)層的貼合晶片，作為N型半導(dǎo)體基板20使用。此時(shí)，在N型半導(dǎo)體基板20的上表面S1側(cè)設(shè)置N型雜質(zhì)層，在背面S2側(cè)設(shè)置N+型高濃度雜質(zhì)層。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了一種背面入射型光檢測(cè)元件，能夠使得封裝體充分小，并且能夠抑制被檢測(cè)光的散射。
權(quán)利要求
1.一種背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于，具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板；設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板的第一面?zhèn)鹊谋韺由系牡诙?dǎo)電型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域；在所述半導(dǎo)體基板的第二面中與所述雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域相對(duì)的區(qū)域上形成的入射被檢測(cè)光的凹部；設(shè)置在所述第二面上，由透過(guò)射向所述凹部的所述被檢測(cè)光的樹(shù)脂構(gòu)成的且表面實(shí)質(zhì)上為平坦?fàn)畹母采w層；和設(shè)置在所述覆蓋層的所述表面上，透過(guò)射向所述覆蓋層的所述被檢測(cè)光的窗板。
2.如權(quán)利要求1所述的背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于所述覆蓋層由設(shè)置在所述第二面上的第一樹(shù)脂層；和設(shè)置在所述第一樹(shù)脂層上的，與所述第一樹(shù)脂層相反側(cè)的面實(shí)質(zhì)上為平坦?fàn)畹牡诙?shù)脂層構(gòu)成；所述第一樹(shù)脂層的設(shè)置在所述第二面的所述凹部上的部分，相對(duì)于設(shè)置在所述凹部的外邊緣部上的部分下陷。
3.如權(quán)利要求1或2所述的背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于，具有設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板的所述第一面上，支承所述半導(dǎo)體基板的支承膜。
4.如權(quán)利要求3所述的背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于，具有貫穿所述支承膜，同時(shí)一端與所述雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域電連接的填充電極。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于所述窗板垂直于其厚度方向的面的截面形狀是至少一個(gè)角被切除的四方形。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于以高濃度添加有所述第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域露出到所述半導(dǎo)體基板的整個(gè)側(cè)面上。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于所述半導(dǎo)體基板的所述第二面?zhèn)鹊谋韺又?，在所述凹部的底面部分上設(shè)置有以高濃度添加有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于在所述半導(dǎo)體基板的所述外邊緣部的所述第二面?zhèn)鹊谋韺又校O(shè)置有以高濃度添加有所述第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠使得封裝體充分小、且能夠抑制被檢測(cè)光的散射的背面入射型光檢測(cè)元件。背面入射型光電二極管(1)具備N型半導(dǎo)體基板(10)、P
文檔編號(hào)H04N5/335GK1830094SQ20048002174
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者柴山勝己 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社