光檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件（10）將包含以蓋革模式動(dòng)作的多個(gè)雪崩光電二極管（APD）、相對(duì)于各雪崩光電二極管（APD）串聯(lián)連接的滅弧電阻（R1）、及并聯(lián)連接有滅弧電阻（R1）的信號(hào)線（TL）的光電二極管陣列（PDA）作為一個(gè)信道且具有多個(gè)信道。搭載基板（20）與各信道對(duì)應(yīng)的多個(gè)電極（E9）配置于主面（20a）側(cè)，并且處理來(lái)自各信道的輸出信號(hào)的信號(hào)處理部（SP）配置于主面（20b）側(cè)。在半導(dǎo)體基板（1N）中，在各信道形成有與信號(hào)線（TL）電連接的貫通電極（TE）。貫通電極（TE）與電極（E9）經(jīng)由凸塊電極（BE）而電連接。
【專利說(shuō)明】光檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種光檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已知有一種光電二極管陣列(半導(dǎo)體光檢測(cè)元件)，其包括以蓋革模式(Geigermode)動(dòng)作的多個(gè)雪崩光電二極管(avalanche photodiode)、及相對(duì)于各雪崩光電二極管串聯(lián)連接的滅弧電阻(quenching resistance)(例如,參照專利文獻(xiàn)I)。該光電二極管陣列中，在構(gòu)成像素的雪崩光電二極管檢測(cè)光子并進(jìn)行蓋革放電時(shí)，由連接于雪崩光電二極管的滅弧電阻的動(dòng)作而獲得脈沖狀的信號(hào)。各雪崩光電二極管對(duì)光子進(jìn)行計(jì)數(shù)。因此，即便在相同時(shí)刻有多個(gè)光子入射時(shí)，也可根據(jù)總輸出脈沖的輸出電荷量或信號(hào)強(qiáng)度而判明已入射的光子數(shù)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2011-003739號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0007]在光檢測(cè)裝置中，為了應(yīng)對(duì)大面積化的要求，有將上述光電二極管陣列作為一個(gè)信道，使用具有多個(gè)信道的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的情形。在具有多個(gè)信道的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件中，存在用于引導(dǎo)自各信道輸出的信號(hào)的配線的距離(以下稱為「配線距離」)在信道間不同的情形。若配線距離在信道間不同，則受到配線所具有的電阻及電容的影響，時(shí)間分辨率在信道間不同。
[0008]為了在信道間使時(shí)間分辨率相同，而必需根據(jù)配線距離較長(zhǎng)的信道設(shè)定各信道的配線距離。然而，在該情況下，各信道的配線距離相對(duì)較長(zhǎng)，且時(shí)間分辨率的提高存在極限。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)大面積化并且更進(jìn)一步地提高時(shí)間分辨率的光檢測(cè)裝置。
[0010]解決問(wèn)題的技術(shù)手段
[0011]本發(fā)明為一種光檢測(cè)裝置，其包括:半導(dǎo)體光檢測(cè)元件，其具有包含相互相對(duì)的第一及第二主面的半導(dǎo)體基板；以及搭載基板，其與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件相對(duì)配置并且包含與半導(dǎo)體基板的第二主面相對(duì)的第三主面及與該第三主面相對(duì)的第四主面；且半導(dǎo)體光檢測(cè)元件將包含以蓋革模式動(dòng)作并且形成于半導(dǎo)體基板內(nèi)的多個(gè)雪崩光電二極管、相對(duì)于各雪崩光電二極管串聯(lián)連接并且配置于半導(dǎo)體基板的第一主面?zhèn)鹊臏缁‰娮?、以及并?lián)連接滅弧電阻并且配置于半導(dǎo)體基板的第一主面?zhèn)鹊男盘?hào)線的光電二極管陣列作為一個(gè)信道且具有多個(gè)信道；搭載基板中，與各信道對(duì)應(yīng)的多個(gè)第一電極配置于第三主面?zhèn)?，并且與多個(gè)第一電極電連接且處理來(lái)自各信道的輸出信號(hào)的信號(hào)處理部配置于第四主面?zhèn)?，且在半?dǎo)體基板中，在每個(gè)信道形成有與信號(hào)線電連接且自第一主面?zhèn)蓉炌ㄖ恋诙髅鎮(zhèn)葹橹沟呢炌姌O，且貫通電極與對(duì)應(yīng)于該貫通電極的第一電極經(jīng)由凸塊電極而電連接。
[0012]在本發(fā)明中，半導(dǎo)體光檢測(cè)元件將上述光電二極管陣列作為一個(gè)信道且具有多個(gè)信道。由此，可實(shí)現(xiàn)達(dá)成大面積化的光檢測(cè)裝置。
[0013]在本發(fā)明中，在半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的半導(dǎo)體基板上，與信號(hào)線電連接且自第一主面?zhèn)蓉炌ㄖ恋诙髅鎮(zhèn)葹橹沟呢炌姌O在每個(gè)信道形成，且半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的貫通電極與搭載基板的第一電極經(jīng)由凸塊電極而電連接。由此，可使各信道的配線距離極短并且可使其值無(wú)偏差而一致。因此，配線所具有的電阻及電容的影響明顯得到抑制，時(shí)間分辨率提聞。
[0014]在本發(fā)明中，也可進(jìn)一步包括玻璃基板，其配置于半導(dǎo)體基板的第一主面?zhèn)惹野c半導(dǎo)體基板的第一主面相對(duì)的第五主面及與該第五主面相對(duì)的第六主面，且使半導(dǎo)體基板的側(cè)面與玻璃基板的側(cè)面為同一面。在該情況下，可通過(guò)玻璃基板而提高半導(dǎo)體基板的機(jī)械強(qiáng)度。因半導(dǎo)體基板的側(cè)面與玻璃基板的側(cè)面為同一面，故可減少無(wú)效空間。
[0015]在本發(fā)明中，玻璃基板的第六主面也可以是平坦的。在該情況下，可極其容易地進(jìn)行閃爍器對(duì)玻璃基板的設(shè)置。
[0016]在本發(fā)明中，貫通電極也可位于信道的中央?yún)^(qū)域。在該情況下，可在各信道，縮短自雪崩光電二極管至貫通電極為止的配線距離。
[0017]在本發(fā)明中，貫通電極也可位于各信道間的區(qū)域。在該情況下，可防止于各信道的開(kāi)口率的降低。
[0018]在本發(fā)明中，半導(dǎo)體光檢測(cè)元件也可進(jìn)一步包含配置于半導(dǎo)體基板的第一主面?zhèn)惹覍⑿盘?hào)線與貫通電極連接的第二電極。在該情況下，可將信號(hào)線與貫通電極確實(shí)地電連接。
[0019]發(fā)明的效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，可提供一種可實(shí)現(xiàn)大面積化并且更進(jìn)一步地提高時(shí)間分辨率的光檢測(cè)裝置。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為表示本發(fā)明的實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的概略立體圖。
[0022]圖2為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0023]圖3為半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。
[0024]圖4為半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。
[0025]圖5為光電二極管陣列的概略平面圖。
[0026]圖6為光檢測(cè)裝置的電路圖。
[0027]圖7為搭載基板的概略平面圖。
[0028]圖8為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0029]圖9為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0030]圖10為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0031]圖11為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0032]圖12為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0033]圖13為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。[0034]圖14為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0035]圖15為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0036]圖16為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0037]圖17為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0038]圖18為半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。
[0039]圖19為光電二極管陣列的概略平面圖。
[0040]圖20為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的變形例的光檢測(cè)裝置的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0041]圖21為半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。
[0042]符號(hào)說(shuō)明
[0043]I 光檢測(cè)裝置
[0044]IN半導(dǎo)體基板
[0045]I Na，INb 主面
[0046]INc 側(cè)面
[0047]IPA第一半導(dǎo)體區(qū)域
[0048]IPB第二半導(dǎo)體區(qū)域
[0049]10 半導(dǎo)體光檢測(cè)元件
[0050]20 搭載基板
[0051]20a, 20b 主面
[0052]30 玻璃基板
[0053]30a, 30b 主面
[0054]30c 側(cè)面
[0055]APD雪崩光電二極管
[0056]BE 凸塊電極
[0057]El 電極
[0058]E3 電極
[0059]E9 電極
[0060]PDA光電二極管陣列
[0061]Rl 滅弧電阻
[0062]SP 信號(hào)處理部
[0063]TE 貫通電極
[0064]TL 信號(hào)線
【具體實(shí)施方式】
[0065]以下，參照附圖，對(duì)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。再者，在說(shuō)明中，對(duì)于相同要素或具有相同功能的要素使用相同符號(hào)，并省略重復(fù)的說(shuō)明。
[0066]參照?qǐng)D1?圖7，對(duì)本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置I的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖1為表示本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的概略立體圖。圖2為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖3及圖4為半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。圖5為光電二極管陣列的概略平面圖。圖6為光檢測(cè)裝置的電路圖。圖7為搭載基板的概略平面圖。[0067]如圖1及圖2所示，光檢測(cè)裝置I包括半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10、搭載基板20、及玻璃基板30。搭載基板20與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10相對(duì)配置。玻璃基板30與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10相對(duì)配置。半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10配置于搭載基板20與玻璃基板30之間。
[0068]半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10如圖3所示，將一個(gè)光電二極管陣列PDA (photodiodearray)作為一個(gè)信道且具有多個(gè)信道即具有多個(gè)光電二極管陣列PDA。半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10具有俯視時(shí)呈矩形形狀的半導(dǎo)體基板IN。半導(dǎo)體基板IN包含相互相對(duì)的主面INa與主面1Nb。半導(dǎo)體基板IN為由Si構(gòu)成的N型(第一導(dǎo)電類型)半導(dǎo)體基板。
[0069]各光電二極管陣列PDA包含形成于半導(dǎo)體基板IN的多個(gè)雪崩光電二極管APD。在各雪崩光電二極管Aro中，如圖5所示，串聯(lián)連接有滅弧電阻Rl。一個(gè)雪崩光電二極管APD構(gòu)成各光電二極管陣列PDA中的一個(gè)像素。各雪崩光電二極管APD，在分別與滅弧電阻Rl串聯(lián)連接的狀態(tài)下全部并聯(lián)連接，且自電源施加逆向偏壓。來(lái)自雪崩光電二極管APD的輸出電流由下述信號(hào)處理部SP而檢測(cè)。
[0070]各雪崩光電二極管APD包含P型(第二導(dǎo)電類型)第一半導(dǎo)體區(qū)域1PA、及P型(第二導(dǎo)電類型)第二半導(dǎo)體區(qū)域1PB。第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA形成于半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)。第二半導(dǎo)體區(qū)域1PB形成于第一半導(dǎo)體區(qū)域1PA內(nèi)且雜質(zhì)濃度高于第一半導(dǎo)體區(qū)域1PA。第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB的平面形狀為例如多邊形(在本實(shí)施方式中為四邊形)。第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA的深度比第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB深。
[0071]半導(dǎo)體基板IN包含N型(第一導(dǎo)電類型)半導(dǎo)體區(qū)域1PC。半導(dǎo)體區(qū)域IPC形成于半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)。半導(dǎo)體區(qū)域IPC防止形成于N型半導(dǎo)體基板IN與P型第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA之間的PN結(jié)在下述配置有貫通電極TE的貫通孔TH露出。半導(dǎo)體區(qū)域IPC形成于與貫通孔TH(貫通電極TE)對(duì)應(yīng)的位置。
[0072]如圖5所示，各雪崩光電二極管APD包含電極E1。各電極El配置于半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)。電極El電連接于第二半導(dǎo)體區(qū)域1PB。各雪崩光電二極管APD包含電連接于半導(dǎo)體基板IN的電極(省略圖示)。該電極分別配置于半導(dǎo)體基板IN的主面INb偵U。第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA經(jīng)由第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB而電連接于電極E1。
[0073]如圖5所示，光電二極管陣列PDA具有在第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB的外側(cè)的半導(dǎo)體基板IN上經(jīng)由絕緣層LI而配置的信號(hào)線TL及電極E3。信號(hào)線TL及電極E3配置于半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)。電極E3位于各信道(光電二極管陣列PDA)的中央?yún)^(qū)域。
[0074]信號(hào)線TL包含多條信號(hào)線TLl及多條信號(hào)線TL2。各信號(hào)線TLl在俯視時(shí)在鄰接的雪崩光電二極管APD間沿Y軸方向延伸。各信號(hào)線TL2在鄰接的雪崩光電二極管APD間沿X軸方向延伸，且將多條信號(hào)線TLl彼此電連接。信號(hào)線TL2連接于電極E3。信號(hào)線TLl除直接連接于電極E3以外，也經(jīng)由信號(hào)線TL2而電連接于電極E3。
[0075]光電二極管陣列PDA在各雪崩光電二極管APD的每一個(gè)，具有滅弧電阻R1。各滅弧電阻Rl在第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB的外側(cè)的半導(dǎo)體基板IN上經(jīng)由絕緣層LI而配置。滅弧電阻Rl配置于半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)。滅弧電阻Rl的一端連接于電極El，另一端連接于信號(hào)線TL1。在圖3及圖5中，為使結(jié)構(gòu)明確化，而省略圖2所示的絕緣層L1、L3的記載。
[0076]雪崩光電二極管APD (第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA的正下方的區(qū)域)分別經(jīng)由滅弧電阻Rl而連接于信號(hào)線TLl。在I條信號(hào)線TLl中，多個(gè)雪崩光電二極管APD分別經(jīng)由滅弧電阻Rl而連接。
[0077]在半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)配置有絕緣層L3。絕緣層L3以覆蓋電極El、E3、滅弧電阻R1、及信號(hào)線TL的方式形成。
[0078]各光電二極管陣列PDA包含貫通電極TE。貫通電極TE在各光電二極管陣列PDA的每一個(gè)、即在各信道的每一個(gè)中設(shè)置。貫通電極TE自主面INa側(cè)至主面INb側(cè)為止貫通半導(dǎo)體基板IN而形成。貫通電極TE配置于貫通半導(dǎo)體基板IN的貫通孔TH內(nèi)。絕緣層L2也形成于貫通孔TH內(nèi)。因此，貫通電極TE經(jīng)由絕緣層L2而配置于貫通孔TH內(nèi)。
[0079]貫通電極TE的一端連接于電極E3。電極E3將信號(hào)線TL與貫通電極TE連接。滅弧電阻Rl經(jīng)由信號(hào)線TL及電極E3而電連接于貫通電極TE。
[0080]滅弧電阻Rl的電阻率高于連接滅弧電阻Rl的電極EI。滅弧電阻Rl例如由多晶娃構(gòu)成。作為滅弧電阻Rl的形成方法，可使用CVD(Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積)法。
[0081]電極El、E3及貫通電極TE由鋁等金屬構(gòu)成。在半導(dǎo)體基板由Si構(gòu)成的情況下，作為電極材料，除鋁以外，也較多地使用AuGe/Ni等。作為電極El、E3及貫通電極TE的形成方法，可使用濺鍍法。
[0082]作為使用Si的情況下的P型雜質(zhì)，使用B等3族元素，同樣地作為N型雜質(zhì)，使用N、P、或As等5族元素。即便作為半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型的N型與P型相互置換而構(gòu)成元件，也能夠使該元件發(fā)揮功能。作為這些雜質(zhì)的添加方法，可使用擴(kuò)散法或離子注入法。
[0083]作為絕緣層L1、L2、L3的材料，可使用SiO2或SiN。作為絕緣層L1、L2、L3的形成方法，在絕緣層L1、L2、L3由SiO2構(gòu)成的情況下，可使用熱氧化法或?yàn)R鍍法。
[0084]在上述結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)在N型半導(dǎo)體基板IN與P型第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA之間構(gòu)成PN結(jié)，而形成有雪崩光電二極管APD。半導(dǎo)體基板IN電連接于形成于基板IN的背面的電極(省略圖示)，第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA經(jīng)由第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB而連接于電極E1。滅弧電阻Rl相對(duì)于雪崩光電二極管APD而串聯(lián)連接(參照?qǐng)D6)。
[0085]在光電二極管陣列PDA中，使各雪崩光電二極管APD以蓋革模式動(dòng)作。在蓋革模式中，將大于雪崩光電二極管APD的擊穿電壓(breakdown voltage)的逆向電壓(反向偏壓)施加于雪崩光電二極管APD的陽(yáng)極與陰極之間。對(duì)陽(yáng)極施加(_)電位VI，對(duì)陰極施加(+)電位V2。這些電位的極性相對(duì)，能夠?qū)⑵渲幸粋€(gè)電位設(shè)為接地電位。
[0086]陽(yáng)極為P型第一半導(dǎo)體區(qū)域1PA，陰極為N型半導(dǎo)體基板IN。若光(光子)入射至雪崩光電二極管APD，則于基板內(nèi)部進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生光電子。在第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA的PN結(jié)界面的附近區(qū)域，進(jìn)行雪崩倍增，經(jīng)放大的電子群向形成于半導(dǎo)體基板IN的背面的電極流動(dòng)。即，光(光子)入射至光電二極管陣列PDA中的任一像素(雪崩光電二極管APD)時(shí)，進(jìn)行倍增而作為信號(hào)自電極E3(貫通電極TE)取出。
[0087]連接于各個(gè)雪崩光電二極管APD的滅弧電阻Rl的另一端沿著半導(dǎo)體基板IN的表面而電連接于共享的信號(hào)線TL。多個(gè)雪崩光電二極管APD以蓋革模式動(dòng)作，且各雪崩光電二極管AH)連接于共享的信號(hào)線TL。因此，在光子同時(shí)入射至多個(gè)雪崩光電二極管APD的情況下，多個(gè)雪崩光電二極管APD的輸出全部輸入至共享的信號(hào)線TL，且整體作為對(duì)應(yīng)于入射光子數(shù)的高強(qiáng)度的信號(hào)而測(cè)量。而且，在半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10中，針對(duì)每個(gè)信道(光電二極管陣列PDA)，通過(guò)所對(duì)應(yīng)的貫通電極TE而輸出信號(hào)。[0088]搭載基板20如圖2所示具有相互相對(duì)的主面20a與主面20b。搭載基板20俯視時(shí)呈矩形形狀。主面20a與半導(dǎo)體基板IN的主面INb相對(duì)。搭載基板20包含配置于主面20a側(cè)的多個(gè)電極E9。如圖2及圖7所示，電極E9對(duì)應(yīng)于貫通電極TE而配置。即，電極E9配置于主面20a的與貫通電極TE相對(duì)的各區(qū)域上。電極E9在每個(gè)信道(光電二極管陣列PDA)而設(shè)置。在圖2中，省略記載于搭載基板20的主面20b側(cè)的凸塊電極的圖示。
[0089]貫通電極TE與電極E9由凸塊電極BE而連接。由此，電極E3經(jīng)由貫通電極TE及凸塊電極BE而電連接于電極E9。而且，滅弧電阻Rl經(jīng)由信號(hào)線TL、電極E3、貫通電極TE、及凸塊電極BE而電連接于電極E9。電極E9與電極E1、E3及貫通電極TE同樣地由鋁等金屬構(gòu)成。作為電極材料，除鋁以外，也可使用AuGe/Ni等。凸塊電極BE例如由焊料構(gòu)成。凸塊電極BE隔著UBM(Under Bump Metal,凸塊底層金屬)40而形成于貫通電極TE。
[0090]搭載基板20具有信號(hào)處理部SP。信號(hào)處理部SP配置于搭載基板20的主面20b偵!|。信號(hào)處理部 SP 構(gòu)成 ASIC(Application Specific Integrated Circuit,特殊應(yīng)用集成電路)。各電極E9經(jīng)由形成于搭載基板20內(nèi)的配線(省略圖示)及接線(bonding wire)等而與信號(hào)處理部SP電連接。在信號(hào)處理部SP中，輸入來(lái)自各信道(光電二極管陣列PDA)的輸出信號(hào)，信號(hào)處理部SP處理來(lái)自各信道的輸出信號(hào)。信號(hào)處理部SP包含將來(lái)自各信道的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖的CMOS電路。
[0091]在半導(dǎo)體基板IN的主面INb側(cè)及搭載基板20的主面20a側(cè)，配置有在對(duì)應(yīng)于凸塊電極BE的位置形成有開(kāi)口的鈍化膜PF。鈍化膜PF例如由SiN構(gòu)成。作為鈍化膜PF的形成方法，可使用CVD法。
[0092]玻璃基板30包含相互相對(duì)的主面30a與主面30b。玻璃基板30俯視時(shí)呈矩形形狀。主面30a與半導(dǎo)體基板IN的主面INb相對(duì)。主面30b是平坦的。在本實(shí)施方式中，主面30a也是平坦的。玻璃基板30與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10通過(guò)光學(xué)接著劑(省略圖標(biāo))而光學(xué)性地連接。玻璃基板30也可直接形成于半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10上。
[0093]雖省略圖示，但在玻璃基板30的主面30b由光學(xué)粘合劑而光學(xué)性地連接有閃爍器。來(lái)自閃爍器的閃爍光通過(guò)玻璃基板30入射至半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10。
[0094]半導(dǎo)體基板IN的側(cè)面INc與玻璃基板30的側(cè)面30c如圖1所示為同一面。在俯視時(shí)，半導(dǎo)體基板IN的外緣與玻璃基板30的外緣一致。
[0095]其次，參照?qǐng)D8~圖17，對(duì)上述光檢測(cè)裝置I的制造過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。圖8~圖17為用以說(shuō)明本實(shí)施方式的光檢測(cè)裝置的制造過(guò)程的圖。
[0096]首先，準(zhǔn)備形成有與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10對(duì)應(yīng)的部分、即與各信道(光電二極管陣列PDA)對(duì)應(yīng)的部分(第一半導(dǎo)體區(qū)域1PA、第二半導(dǎo)體區(qū)域1PB、絕緣層L1、滅弧電阻R1、電極E1、E3、及信號(hào)線TL)的半導(dǎo)體基板1N(參照?qǐng)D8)。半導(dǎo)體基板IN以形成有多個(gè)與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10對(duì)應(yīng)的部分的半導(dǎo)體晶圓的方式準(zhǔn)備。
[0097]其次，在所準(zhǔn)備的半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)形成絕緣層L3，其后，使半導(dǎo)體基板IN自主面INb側(cè)薄化(參照?qǐng)D9)。絕緣層L3由SiO2構(gòu)成。絕緣層L3的形成方法可使用CVD法。半導(dǎo)體基板IN的薄化方法可使用機(jī)械研磨法或化學(xué)研磨法。
[0098]繼而，在所準(zhǔn)備的半導(dǎo)體基板IN的主面INb側(cè)形成絕緣層L2 (參照?qǐng)D10)。絕緣層L2由SiO2構(gòu)成。絕緣層L2的形成方法可使用CVD法。
[0099]繼而，去除絕緣層L2中的形成貫通孔TH的區(qū)域(參照?qǐng)D11)。絕緣層L2的去除方法可使用干式蝕刻法。
[0100]繼而，在半導(dǎo)體基板IN形成用以配置貫通電極TE的貫通孔TH(參照?qǐng)D12)。在貫通孔TH的形成方法中，可適當(dāng)選擇應(yīng)用干式蝕刻法及濕式蝕刻法。在使用堿性蝕刻法作為濕式蝕刻法的情況下，絕緣層LI作為蝕刻終止層而發(fā)揮功能。
[0101]繼而，在所準(zhǔn)備的半導(dǎo)體基板IN的主面INb側(cè)再次形成絕緣層L2后，為使電極E3露出而去除絕緣層LI及絕緣層L2的一部分(參照?qǐng)D13)。絕緣層LI與絕緣層L2的去除方法可使用干式蝕刻法。
[0102]繼而，形成貫通電極TE(參照?qǐng)D14)。如上所述，貫通電極TE的形成方法可使用濺鍛法。
[0103]繼而，在半導(dǎo)體基板IN的主面INb側(cè)形成在與凸塊電極BE對(duì)應(yīng)的位置形成有開(kāi)口的鈍化膜PF，其后，形成凸塊電極BE(參照?qǐng)D15)。由此，獲得半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10。在形成凸塊電極BE之前，在貫通電極TE的自鈍化膜PF露出的區(qū)域形成UBM40。UBM40由與凸塊電極BE電性及物理連接優(yōu)異的材料。UBM40的形成方法可使用非電解電鍍法。凸塊電極BE的形成方法可使用搭載焊球的方法或印刷法。
[0104]繼而，經(jīng)由光學(xué)粘合劑將玻璃基板30粘合于半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10(參照?qǐng)D16)。由此，玻璃基板30與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10光學(xué)性地連接。玻璃基板30也與半導(dǎo)體基板IN同樣地以包含多個(gè)玻璃基板30的玻璃基板母材的方式準(zhǔn)備。將玻璃基板30與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10粘合的步驟也可在將絕緣層L3形成于半導(dǎo)體基板IN之后實(shí)施。
[0105]繼而，通過(guò)切割而切斷由玻璃基板30(玻璃基板母材)及半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10 (半導(dǎo)體晶圓)的層疊體。由此，半導(dǎo)體基板IN的側(cè)面INc與玻璃基板30的側(cè)面30c為同一面。
[0106]繼而，將相對(duì)配置有玻璃基板30的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10與另外準(zhǔn)備的搭載基板20進(jìn)行凸塊連接(參照?qǐng)D17)。通過(guò)這些過(guò)程，而獲得光檢測(cè)裝置I。在搭載基板20的主面20a側(cè)，在與電極E9對(duì)應(yīng)的位置形成有凸塊電極BE。
[0107]如以上那樣，在本實(shí)施方式中，因半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10將光電二極管陣列PDA作為一個(gè)信道且具有多個(gè)信道，故可實(shí)現(xiàn)達(dá)成大面積化的光檢測(cè)裝置I。
[0108]在光檢測(cè)裝置I中，在半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10的半導(dǎo)體基板IN，與信號(hào)線TL電連接且自主面INa側(cè)貫通至主面INb側(cè)為止的貫通電極TE在每個(gè)信道形成，半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10的貫通電極TE與搭載基板20的電極E9經(jīng)由凸塊電極BE而電連接。由此，可使用于從各信道引導(dǎo)信號(hào)的配線的距離極短，并且可使其值無(wú)偏差而一致。因此，配線所具有的電阻及電容的影響明顯得到抑制，時(shí)間分辨率提高。
[0109]光檢測(cè)裝置I包括配置于半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)的玻璃基板30。由此，可通過(guò)玻璃基板30而提高半導(dǎo)體基板IN的機(jī)械強(qiáng)度。半導(dǎo)體基板IN的側(cè)面INc與玻璃基板30的側(cè)面30c為同一面。由此，可減少無(wú)效空間。
[0110]玻璃基板30的主面30b是平坦的。由此，可極其容易地進(jìn)行閃爍器對(duì)玻璃基板30的設(shè)置。
[0111]貫通電極TE位于各信道的中央?yún)^(qū)域。由此，可在各信道，縮短自各雪崩光電二極管APD至貫通電極TE為止的配線距離。
[0112]半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10包含配置于半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)且將信號(hào)線TL與貫通電極TE連接的電極E3。由此，可將信號(hào)線TL與貫通電極TE確實(shí)地電連接。
[0113]以上，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明未必限定于上述實(shí)施方式，可于不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。
[0114]貫通電極TE也可如圖18及圖19所示，位于各信道(光電二極管陣列I3DA)間的區(qū)域。在該情況下，可防止于各信道的開(kāi)口率的降低。在圖18及圖19中，為使結(jié)構(gòu)明確化，而省略圖2所示的絕緣層LI的記載。
[0115]凸塊電極BE也可如圖20及圖21所示，配置于貫通孔TH的外側(cè)。在圖20及圖21所示的例中，相對(duì)于一個(gè)貫通電極TE形成有多個(gè)凸塊電極(在本例中為4個(gè)凸塊電極)BE。凸塊電極BE配置于，與貫通電極TE連續(xù)且配置于半導(dǎo)體基板IN的主面INb側(cè)的電極部分上。在圖21中，為使結(jié)構(gòu)明確化,而省略圖2所示的鈍化膜PF的記載。
[0116]第一及第二半導(dǎo)體區(qū)域IPBUPB的形狀并不限定于上述形狀，也可為其它形狀(例如圓形狀等)。雪崩光電二極管APD(第二半導(dǎo)體區(qū)域1PB)的數(shù)量(行數(shù)及列數(shù))及排列并不限定于上述方式。另外，信道(光電二極管陣列PDA)的數(shù)量或排列也不限定于上述方式。
[0117]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0118]本發(fā)明可利用于檢測(cè)微弱光的光檢測(cè)裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種光檢測(cè)裝置，其特征在于， 具備: 半導(dǎo)體光檢測(cè)元件，其具有包含相互相對(duì)的第一及第二主面的半導(dǎo)體基板；以及搭載基板，其與所述半導(dǎo)體光檢測(cè)元件相對(duì)配置，并且包含與所述半導(dǎo)體基板的所述第二主面相對(duì)的第三主面及與該第三主面相對(duì)的第四主面， 所述半導(dǎo)體光檢測(cè)元件將光電二極管陣列作為一個(gè)信道，且具有多個(gè)所述信道，所述光電二極管陣列包含以蓋革模式動(dòng)作并且形成于所述半導(dǎo)體基板內(nèi)的多個(gè)雪崩光電二極管、相對(duì)于各所述雪崩光電二極管串聯(lián)連接并且配置于所述半導(dǎo)體基板的第一主面?zhèn)鹊臏缁‰娮?、及并?lián)連接有所述滅弧電阻并且配置于所述半導(dǎo)體基板的所述第一主面?zhèn)鹊男盘?hào)線， 所述搭載基板中，與各所述信道對(duì)應(yīng)的多個(gè)第一電極配置于所述第三主面?zhèn)龋⑶遗c所述多個(gè)第一電極電連接且處理來(lái)自各所述信道的輸出信號(hào)的信號(hào)處理部配置于所述第四主面?zhèn)龋? 在所述半導(dǎo)體基板中，在各所述信道形成有與所述信號(hào)線電連接且自所述第一主面?zhèn)蓉炌ㄖ了龅诙髅鎮(zhèn)葹橹沟呢炌姌O， 所述貫通電極與對(duì)應(yīng)于該貫通電極的所述第一電極經(jīng)由凸塊電極而電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光檢測(cè)裝置，其特征在于， 進(jìn)一步包括玻璃基板，其配置于所述半導(dǎo)體基板的所述第一主面?zhèn)惹揖哂信c所述半導(dǎo)體基板的所述第一主面相對(duì)的第五主面及與該第五主面相對(duì)的第六主面， 所述半導(dǎo)體基板的側(cè)面與所述玻璃基板的側(cè)面為同一面。
3.如權(quán)利要求2所述的光檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述玻璃基板的所述第 六主面是平坦的。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述貫通電極位于所述信道的中央?yún)^(qū)域。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述貫通電極位于各所述信道間的區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體光檢測(cè)元件進(jìn)一步包含配置于所述半導(dǎo)體基板的所述第一主面?zhèn)惹覍⑺鲂盘?hào)線與所述貫通電極連接的第二電極。
【文檔編號(hào)】H01L27/14GK103907206SQ201280051795
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月21日
【發(fā)明者】永野輝昌, 細(xì)川暢郎, 鈴木智史, 馬場(chǎng)隆 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社