光檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】光檢測(cè)裝置（1）具備：半導(dǎo)體光檢測(cè)元件（10A），其具有半導(dǎo)體基板（1N）；以及搭載基板（20），其與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件（10）相對(duì)配置。半導(dǎo)體光檢測(cè)元件（10A）包含：多個(gè)雪崩光電二極管（APD），其以蓋革模式動(dòng)作并且形成在半導(dǎo)體基板（1N）內(nèi)；以及電極（E7），其相對(duì)于各雪崩光電二極管（APD）電連接并且配置在半導(dǎo)體基板（1N）的主面（1Nb）側(cè)。搭載基板（20）包含：多個(gè)電極（E9），其對(duì)應(yīng)于每個(gè)電極（E7）而配置在主面（20a）側(cè)；以及滅弧電阻（R1），其相對(duì)于各電極（E9）電連接并且配置在主面（20a）側(cè)。電極（E7）與電極（E9）經(jīng)由凸點(diǎn)電極（BE）而連接。
【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]已知的有一種表面入射型的光電二極管陣列(半導(dǎo)體光檢測(cè)元件)，其具備以蓋革模式(Geiger mode)動(dòng)作的多個(gè)雪崩光電二極管(avalanche photodiode)、以及相對(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)。在該光電二極管陣列中，在形成有構(gòu)成各像素的雪崩光電二極管的半導(dǎo)體基板設(shè)置有滅弧電阻。
[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2011-003739號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的問題
[0007]在專利文獻(xiàn)I中記載的表面入射型的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件中，滅弧電阻配置在半導(dǎo)體基板的光入射面(表面)側(cè)。因此，對(duì)應(yīng)于配置滅弧電阻的空間，開口率不得不降低，開口率的提高存在極限。
[0008]此外，在背面入射型的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件中，滅弧電阻配置在半導(dǎo)體基板的與光入射面相對(duì)的面(背面)側(cè)。在背面入射型的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件中，存在因像素?cái)?shù)的增加等因素而導(dǎo)致各像素的尺寸小的情況。在該情況下，在工藝(Process)設(shè)計(jì)的制約上，有時(shí)不得不在各像素的區(qū)域(有源區(qū)域)外配置滅弧電阻。各雪崩光電二極管以蓋革模式動(dòng)作時(shí)所形成的倍增區(qū)域位于有源區(qū)域內(nèi)。結(jié)果，對(duì)應(yīng)于將滅弧電阻配置在有源區(qū)域外，開口率不得不降低。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種可以顯著提高開口率的光檢測(cè)裝置。
[0010]解決問題的技術(shù)手段
[0011]本發(fā)明是一種光檢測(cè)裝置，其具備:半導(dǎo)體光檢測(cè)元件，其具有包含相互相對(duì)的第一和第二主面的半導(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)配置并且具有與半導(dǎo)體基板的第二主面相對(duì)的第三主面；半導(dǎo)體光檢測(cè)元件包含以蓋革模式動(dòng)作并且形成在半導(dǎo)體基板內(nèi)的多個(gè)雪崩光電二極管、以及相對(duì)于各雪崩光電二極管電連接并且配置在半導(dǎo)體基板的第二主面?zhèn)鹊牡谝浑姌O；搭載基板包含對(duì)應(yīng)于每個(gè)第一電極而配置在第三主面?zhèn)鹊亩鄠€(gè)第二電極、以及相對(duì)于各第二電極電連接并且配置在第三主面?zhèn)鹊臏缁‰娐?；第一電極與對(duì)應(yīng)于該第一電極的第二電極經(jīng)由凸點(diǎn)電極而連接。
[0012]在本發(fā)明中，滅弧電路配置在搭載基板而非半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的半導(dǎo)體基板。因此，在半導(dǎo)體基板中，不考慮配置滅弧電路的空間而形成各雪崩光電二極管。其結(jié)果，能夠顯著提高光檢測(cè)裝置(半導(dǎo)體光檢測(cè)元件)的開口率。[0013]在本發(fā)明中，可選地,各雪崩光電二極管具有:第一導(dǎo)電體的半導(dǎo)體基板；第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，其形成在半導(dǎo)體基板的第一主面?zhèn)?；第二?dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，其形成在第一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)且雜質(zhì)濃度比第一半導(dǎo)體區(qū)域高；以及第三電極，其配置在半導(dǎo)體基板的第一主面?zhèn)惹译娺B接于第二半導(dǎo)體區(qū)域；在半導(dǎo)體基板中，針對(duì)雪崩光電二極管而形成有從第一主面?zhèn)蓉炌ㄖ恋诙髅鎮(zhèn)葹橹骨覍?duì)應(yīng)的第三電極與第一電極電連接的貫通電極。在該情況下，在使用表面入射型的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的情況下，也能夠顯著提高開口率。另外，第三電極與第一電極經(jīng)由貫通電極而電連接，故經(jīng)由第三電極、貫通電極、第一電極、凸點(diǎn)電極、以及第二電極的從第二半導(dǎo)體區(qū)域至滅弧電路為止的配線距離比較較短。因此，配線所具有的電阻及電容的影響得到抑制，時(shí)間分辨率提高。
[0014]在本發(fā)明中，可選地，各雪崩光電二極管具有:第一導(dǎo)電體的半導(dǎo)體基板；第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，其形成在半導(dǎo)體基板的第二主面?zhèn)龋坏谝粚?dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，其與第一半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成PN結(jié)且雜質(zhì)濃度比半導(dǎo)體基板高；第一半導(dǎo)體區(qū)域與第一電極電連接。在該情況下，在使用背面入射型的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的情況下，也能夠顯著提高開口率。另外，第一電極與第二電極經(jīng)由凸點(diǎn)電極而電連接，故從第一半導(dǎo)體區(qū)域至滅弧電路為止的配線距離極其短。因此，配線所具有的電阻及電容的影響明顯得到抑制，時(shí)間分辨率更進(jìn)一步地提聞。
[0015]在本發(fā)明中，可選地，搭載基板還包含并聯(lián)連接有滅弧電路的共用電極。在該情況下，不延長(zhǎng)配線距離便能夠并聯(lián)地連接各雪崩光電二極管(滅弧電路)。
[0016]在本發(fā)明中，可選地，滅弧電路是無(wú)源滅弧電路或有源滅弧電路。
[0017]發(fā)明的效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種可以顯著提高開口率的光檢測(cè)裝置。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置的概略立體圖。
[0020]圖2是用以說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置的截面結(jié)構(gòu)的圖。
[0021]圖3是半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。
[0022]圖4是半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。
[0023]圖5是搭載基板的概略平面圖。
[0024]圖6是光檢測(cè)裝置的電路圖。
[0025]圖7是用以說(shuō)明本實(shí)施方式的變形例所涉及的光檢測(cè)裝置的截面結(jié)構(gòu)的圖。
[0026]圖8是半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。
[0027]圖9是用以說(shuō)明本實(shí)施方式的變形例所涉及的光檢測(cè)裝置的截面結(jié)構(gòu)的圖。
[0028]圖10是搭載基板的概略平面圖。
[0029]符號(hào)的說(shuō)明:
[0030]L...光檢測(cè)裝置，IN, 2N…半導(dǎo)體基板，INa, INb, 2Na, 2Nb…主面，IPA…第一半導(dǎo)體區(qū)域，1PB...第二半導(dǎo)體區(qū)域，2PA...第一半導(dǎo)體區(qū)域，2PB...第二半導(dǎo)體區(qū)域，10A, 10B...半導(dǎo)體光檢測(cè)兀件，20…搭載基板,20a, 20b…主面，APD...雪崩光電二極管，AQ…有源滅弧電路，BE…凸點(diǎn)電極，CE…共用電極，El, E5, E7, E9, E1L...電極，PDA I, PDA2…光電二極管陣列，Rl…滅弧電阻，TE…貫通電極。【具體實(shí)施方式】
[0031]以下，參照附圖，對(duì)于本發(fā)明的優(yōu)選的實(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。
[0032]參照?qǐng)D1?圖6，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置I的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置的概略立體圖。圖2是用以說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖3及圖4是半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。圖5是搭載基板的概略平面圖。圖6是光檢測(cè)裝置的電路圖。
[0033]如圖1及圖2所示，光檢測(cè)裝置I具備半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10A、搭載基板20、以及玻璃基板30。搭載基板20與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA相對(duì)而配置。玻璃基板30與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA相對(duì)而配置。半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA配置在搭載基板20與玻璃基板30之間。
[0034]半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA由表面入射型的光電二極管陣列PDAl構(gòu)成。光電二極管陣列PDAl是具有在俯視下呈矩形形狀的半導(dǎo)體基板IN。半導(dǎo)體基板IN包含相互相對(duì)的主面INa和主面INb。半導(dǎo)體基板IN是由Si構(gòu)成的N型(第一導(dǎo)電型)的半導(dǎo)體基板。
[0035]光電二極管陣列PDAl包含形成在半導(dǎo)體基板IN的多個(gè)雪崩光電二極管APD。一個(gè)雪崩光電二極管Aro構(gòu)成光電二極管陣列PDAl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)地連接，且從電源施加反向偏壓。來(lái)自雪崩光電二極管APD的輸出電流由后述的信號(hào)處理部SP檢測(cè)。
[0036]各雪崩光電二極管APD具有P型(第二導(dǎo)電型)的第一半導(dǎo)體區(qū)域1PA、以及P型(第二導(dǎo)電型)的第二半導(dǎo)體區(qū)域1PB。第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA形成在半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)。第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB形成在第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA內(nèi)且雜質(zhì)濃度比第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA高。第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB的平面形狀例如為多邊形(在本實(shí)施方式中為八邊形)。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。
[0037]半導(dǎo)體基板IN具有N型(第一導(dǎo)電型)的半導(dǎo)體區(qū)域1PC。半導(dǎo)體區(qū)域IPC形成在半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)。半導(dǎo)體區(qū)域IPC防止形成在N型的半導(dǎo)體基板IN與P型的第一半導(dǎo)體區(qū)域IPA之間的PN結(jié)在后述的配置有貫通電極TE的貫通孔TH露出。半導(dǎo)體區(qū)域IPC形成在與貫通孔TH (貫通電極TE)對(duì)應(yīng)的位置。
[0038]雪崩光電二極管APD也如圖3所示具有配置在半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)的電極E1。電極El連接于第二半導(dǎo)體區(qū)域1PB。電極El從主面INa側(cè)看經(jīng)由絕緣層LI而配置在第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB的外側(cè)的半導(dǎo)體基板IN上。在圖3中，為了構(gòu)造的明確化，省略了圖2所示的絕緣層LI的記載。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El。
[0039]雪崩光電二極管APD也如圖4所示包含分別配置在半導(dǎo)體基板IN的主面INb側(cè)的、電連接于半導(dǎo)體基板IN的電極(省略圖示)、電極E5、以及連接于該電極E5的電極E7。電極E5從主面INb側(cè)看經(jīng)由絕緣層L2而配置在第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB的外側(cè)的半導(dǎo)體基板IN上。電極E7從主面INb側(cè)看經(jīng)由絕緣層L2而配置在與第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB重復(fù)的半導(dǎo)體基板IN上。即，電極E7配置在主面INb的與第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB對(duì)應(yīng)的區(qū)域上。在圖4中，為了構(gòu)造的明確化，而省略圖2所示的鈍化膜PF的記載。[0040]光電二極管陣列PDAl包含多個(gè)貫通電極TE。貫通電極TE針對(duì)各個(gè)雪崩光電二極管APD的每一個(gè)而設(shè)置。貫通電極TE從主面INa側(cè)至主面INb側(cè)為止貫通半導(dǎo)體基板IN而形成。即，貫通電極TE配置在貫通半導(dǎo)體基板IN的貫通孔TH內(nèi)。絕緣層L2也形成在貫通孔TH內(nèi)。因此，貫通電極TE經(jīng)由絕緣層L2而配置在貫通孔TH內(nèi)。
[0041]貫通電極TE的一端連接于電極E1，其另一端連接于電極E5。第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB經(jīng)由電極El、貫通電極TE、以及電極E5而電連接于電極E7。
[0042]貫通電極TE在俯視下配置在雪崩光電二極管AH)間的區(qū)域。在本實(shí)施方式中，雪崩光電二極管APD 二維排列成在第一方向上有M行，在與第一方向正交的第二方向上有N列(M、N為自然數(shù))。貫通電極TE形成在被4個(gè)雪崩光電二極管AH)包圍的區(qū)域。貫通電極TE針對(duì)每個(gè)雪崩光電二極管APD而設(shè)置，故二維排列成在第一方向上有M行，在第二方向上有N列。
[0043]電極E1、E5、E7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，也常常使用AuGe/Ni等。雖也取決于工藝設(shè)計(jì)，但電極E5、電極E7、以及貫通電極TE可一體地形成。作為電極E1、E5、E7及貫通電極TE的形成方法，可使用濺射法。
[0044]作為使用Si的情況下的P型雜質(zhì)，使用B等3族元素，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。
[0045]作為絕緣層L1、L2的材料，可使用Si02或SiN。作為絕緣層L1、L2的形成方法，在絕緣層L1、L2由Si02構(gòu)成的情況下，可使用熱氧化法或?yàn)R射法。
[0046]搭載基板20具有相互相對(duì)的主面20a和主面20b。搭載基板20在俯視下呈矩形形狀。主面20a與半導(dǎo)體基板IN的主面INb相對(duì)。搭載基板20包含配置在主面20a側(cè)的多個(gè)電極E9。如圖2及圖6所示，電極E9對(duì)應(yīng)于貫通電極TE而配置。具體而言，電極E9形成在主面20a的與電極E7相對(duì)的各區(qū)域上。
[0047]如圖1及圖2所示，半導(dǎo)體基板IN的側(cè)面INc與搭載基板20的側(cè)面20c成為同一平面。即，在俯視下，半導(dǎo)體基板IN的外緣與搭載基板20的外緣一致。
[0048]電極E7與電極E9通過(guò)凸點(diǎn)電極BE而連接。由此，貫通電極TE經(jīng)由電極E5、電極E7、以及凸點(diǎn)電極BE而電連接于電極E9。而且，第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB經(jīng)由電極E1、貫通電極TE、電極E5、電極E7、以及凸點(diǎn)電極BE而電連接于電極E9。電極E9也與電極E1、E5、E7以及貫通電極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。凸點(diǎn)電極BE例如由焊料構(gòu)成。
[0049]凸點(diǎn)電極BE經(jīng)由未圖示的UBM (Under Bump Metal,凸點(diǎn)下金屬層)而形成在電極E7。UBM由與凸點(diǎn)電極BE電及物理連接優(yōu)異的材料構(gòu)成。UBM的形成方法可使用無(wú)電鍍法。凸點(diǎn)電極BE的形成方法可使用搭載焊球的辦法或印刷法。
[0050]如圖5所示，搭載基板20分別包含多個(gè)滅弧電阻Rl及信號(hào)處理部SP。搭載基板20 構(gòu)成 ASIC (Application Specific Integrated Circuit,專用集成電路)。在圖 5 中，為了構(gòu)造的明確化，省略了圖2所示的鈍化膜PF的記載。
[0051]滅弧電阻Rl配置在主面20a側(cè)。滅弧電阻Rl其一端電連接于電極E9，其另一端連接于共用電極CE。滅弧電阻Rl構(gòu)成無(wú)源滅弧電路。在共用電極CE，并聯(lián)地連接有滅弧電阻Rl。
[0052]信號(hào)處理部SP配置在主面20a側(cè)。信號(hào)處理部SP其輸入端電連接于電極E9，其輸出端連接于信號(hào)線TL。在信號(hào)處理部SP中，經(jīng)由電極E1、貫通電極TE、電極E5、電極E7、凸點(diǎn)電極BE、以及電極E9而輸入來(lái)自各雪崩光電二極管APD (半導(dǎo)體光檢測(cè)兀件10A)的輸出信號(hào)。信號(hào)處理部SP處理來(lái)自各雪崩光電二極管AH)的輸出信號(hào)。信號(hào)處理部SP包含將來(lái)自各雪崩光電二極管APD的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖的CMOS電路。
[0053]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)，配置有在與凸點(diǎn)電極BE對(duì)應(yīng)的位置形成有開口的鈍化膜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 (Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積)法。
[0054]玻璃基板30具有相互相對(duì)的主面30a和主面30b。玻璃基板30在俯視下呈矩形形狀。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IOA通過(guò)光學(xué)粘合劑OA而光學(xué)性地連接。玻璃基板30也可直接形成在半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA上。
[0055]雖省略圖示，但在玻璃基板30的主面30b通過(guò)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而入射至半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA0
[0056]半導(dǎo)體基板IN的側(cè)面INc與玻璃基板30的側(cè)面30c也如圖1所示成為同一平面。即，在俯視下，半導(dǎo)體基板IN的外緣與玻璃基板30的外緣一致。
[0057]在光檢測(cè)裝置I (半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10A)中，通過(guò)在N型的半導(dǎo)體基板IN與P型的第一半導(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電連接于形成在基板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串聯(lián)連接(參照?qǐng)D6)。
[0058]在光電二極管陣列PDAl中，使各個(gè)雪崩光電二極管APD以蓋革模式動(dòng)作。在蓋革模式中，將比雪崩光電二極管APD的擊穿電壓更大的反向電壓(反向偏壓)施加于雪崩光電二極管APD的正極與負(fù)極之間。即，對(duì)正極施加(_)電位VI，對(duì)負(fù)極施加(+ )電位V2。這些電位的極性相對(duì)，還能夠?qū)⑵渲幸粋€(gè)電位設(shè)為接地電位。
[0059]正極為P型的第一半導(dǎo)體區(qū)域1PA，負(fù)極為N型的半導(dǎo)體基板IN。若光(光子)入射至雪崩光電二極管APD，則在基板內(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在半導(dǎo)體基板IN的背面的電極流動(dòng)。即，若光(光子)入射至半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA (光電二極管陣列PDAl)中的任一像素(雪崩光電二極管APD)，則被倍增并作為信號(hào)從電極E9被取出，并輸入至所對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理部SP。
[0060]如以上所述，在本實(shí)施方式中，滅弧電阻Rl配置在搭載基板20而非半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA的半導(dǎo)體基板IN。因此，在半導(dǎo)體基板IN中，不考慮配置滅弧電阻Rl的空間而形成各雪崩光電二極管APD。結(jié)果，能夠顯著提高光檢測(cè)裝置I (半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10A)的開口率。
[0061]各個(gè)雪崩光電二極管Aro具有半導(dǎo)體基板IN、第一半導(dǎo)體區(qū)域1PA、第二半導(dǎo)體區(qū)域1PB、以及電連接于第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB的電極El，在半導(dǎo)體基板IN中，針對(duì)每個(gè)雪崩光電二極管APD而形成有從主面INa側(cè)貫通至主面INb側(cè)且將對(duì)應(yīng)的電極El與電極E5電連接的貫通電極TE。由此，即便在使用表面入射型的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA的情況下，也能夠顯著提高開口率。另外，電極El與電極E5經(jīng)由貫通電極TE而電連接，故經(jīng)由電極E1、貫通電極TE、電極E5、E7、凸點(diǎn)電極BE、以及電極E9的從第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB至滅弧電阻Rl為止的配線距離比較短。因此，在光檢測(cè)裝置I中，從第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB至滅弧電阻Rl為止的配線所具有的電阻及電容的影響得到抑制，時(shí)間分辨率提高。
[0062]搭載基板20包含并聯(lián)地連接有滅弧電阻Rl的共用電極CE。由此，不延長(zhǎng)配線距離便能夠并聯(lián)地連接各雪崩光電二極管APD (滅弧電阻Rl)。
[0063]在本實(shí)施方式中，能夠通過(guò)與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOA相對(duì)配置的玻璃基板30來(lái)提高半導(dǎo)體基板IN的機(jī)械強(qiáng)度。尤其在半導(dǎo)體基板IN已薄化的情況下極其有效。
[0064]接下來(lái)，參照?qǐng)D7及圖8，說(shuō)明對(duì)本實(shí)施方式的變形例所涉及的光檢測(cè)裝置I的結(jié)構(gòu)。圖7是用以說(shuō)明本實(shí)施方式的變形例所涉及的光檢測(cè)裝置的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖8是半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的概略平面圖。
[0065]如圖7及圖8所示，光檢測(cè)裝置I具備半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10B、搭載基板20、以及玻璃基板30。搭載基板20與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOB相對(duì)配置。玻璃基板30與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOB相對(duì)配置。半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOB配置在搭載基板20與玻璃基板30之間。
[0066]半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOB由背面入射型的光電二極管陣列PDA2構(gòu)成。光電二極管陣列PDA2具有在俯視下呈矩形形狀的半導(dǎo)體基板2N。半導(dǎo)體基板2N包含相互相對(duì)的主面2Na和主面2Nb。半導(dǎo)體基板2N是由Si構(gòu)成的P型(第一導(dǎo)電型)的半導(dǎo)體基板。半導(dǎo)體基板2N電連接于形成在基板IN的主面2Nb側(cè)的電極(省略圖示)。
[0067]光電二極管陣列PDA2包含形成在半導(dǎo)體基板2N的多個(gè)雪崩光電二極管APD。一個(gè)雪崩光電二極管APD構(gòu)成光電二極管陣列PDA2中的一個(gè)像素。
[0068]各雪崩光電二極管APD具有N型(第一導(dǎo)電型)的第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA、以及P型(第二導(dǎo)電型)的第二半導(dǎo)體區(qū)域2PB。第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA形成在半導(dǎo)體基板2N的主面2Nb側(cè)。第二半導(dǎo)體區(qū)域2PB與第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA構(gòu)成PN結(jié)且雜質(zhì)濃度比半導(dǎo)體基板2N高。第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA的平面形狀例如為多邊形(在本實(shí)施方式中為八邊形)。第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA作為負(fù)極層而發(fā)揮功能，第二半導(dǎo)體區(qū)域2PB作為倍增層而發(fā)揮功能。
[0069]在半導(dǎo)體基板2N的主面2Na側(cè)配置有累積層(accumulation layer)及絕緣層(均未圖示)。累積層通過(guò)在半導(dǎo)體基板2N內(nèi)使P型雜質(zhì)以成為雜質(zhì)濃度比半導(dǎo)體基板2N高的方式從主面2Na側(cè)離子注入或擴(kuò)散而形成。絕緣層形成在累積層上。作為絕緣層的材料，可使用Si02或SiN。作為絕緣層的形成方法，在絕緣層由Si02構(gòu)成的情況下，可使用熱氧化法或?yàn)R射法。
[0070]雪崩光電二極管APD也如圖8所示具有配置在半導(dǎo)體基板2N的主面2Nb側(cè)的電極E11。電極Ell連接于第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA。電極Ell從主面2Nb側(cè)看經(jīng)由絕緣層L4而配置在與第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體基板2N上。在圖8中，為了構(gòu)造的明確化，而省略圖2所示的絕緣層L4及鈍化膜PF的記載。
[0071]電極Ell與電極E9通過(guò)凸點(diǎn)電極BE而連接。由此，第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA經(jīng)由電極Ell及凸點(diǎn)電極BE而電連接于電極E9。電極Ell也與電極E9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。
[0072]如以上所述，在本變形例中，滅弧電阻Rl也配置在搭載基板20而非半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOB的半導(dǎo)體基板2N。因此，在半導(dǎo)體基板2N中，不考慮配置滅弧電阻Rl的空間而形成各雪崩光電二極管APD。其結(jié)果，能夠顯著提高光檢測(cè)裝置I (半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10B)的開口率。
[0073]各雪崩光電二極管APD具有半導(dǎo)體基板2N、第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA、以及第二半導(dǎo)體區(qū)域2PB，第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA與電極E9電連接。由此，即便在使用背面入射型的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOB的情況下，也能夠顯著提高開口率。另外，電極Ell與電極E9經(jīng)由凸點(diǎn)電極BE而電連接，故從第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA至滅弧電阻Rl為止的配線距離極短。因此，從第一半導(dǎo)體區(qū)域2PA至滅弧電阻Rl為止的配線所具有的電阻及電容的影響明顯得到抑制，時(shí)間分辨率更進(jìn)一步地提高。
[0074]在本變形例中，也能夠通過(guò)與半導(dǎo)體光檢測(cè)元件IOB相對(duì)配置的玻璃基板30來(lái)提高半導(dǎo)體基板2N的機(jī)械強(qiáng)度。尤其在半導(dǎo)體基板2N已薄化的情況下極其有效。
[0075]半導(dǎo)體基板2N如圖9所示，形成有多個(gè)雪崩光電二極管APD的區(qū)域從主面2Na側(cè)被薄化，并除去半導(dǎo)體基板2N的與形成有多個(gè)雪崩光電二極管APD的區(qū)域?qū)?yīng)的部分。在經(jīng)薄化的區(qū)域的周圍，半導(dǎo)體基板2N作為框部而存在。半導(dǎo)體基板2N的除去可通過(guò)蝕刻(例如干式蝕刻等)或研磨等來(lái)進(jìn)行。
[0076]在半導(dǎo)體基板2N的主面2Na側(cè)配置有累積層AC及絕緣層L5。累積層AC通過(guò)在半導(dǎo)體基板2N內(nèi)使P型的雜質(zhì)以成為雜質(zhì)濃度比半導(dǎo)體基板2N高的方式從主面2Na側(cè)離子注入或擴(kuò)散而形成。絕緣層L5形成在累積層AC上。作為絕緣層L5的材料，可使用Si02或SiN。作為絕緣層L5的形成方法，在絕緣層L5由Si02構(gòu)成的情況下，可使用熱氧化法或?yàn)R射法。
[0077]以上，就本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不必限定于所述實(shí)施方式，可以不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。
[0078]搭載基板20也可如圖10所示包含有源滅弧電路AQ來(lái)替代無(wú)源滅弧電路(滅弧電阻)。有源滅弧電路AQ也作為信號(hào)處理部SP而發(fā)揮功能，且包含CMOS電路。在各有源滅弧電路AQ中連接有共用電極CE及信號(hào)線TL。
[0079]有源滅弧電路AQ將來(lái)自各雪崩光電二極管APD的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖，并且利用已轉(zhuǎn)換的數(shù)字脈沖進(jìn)行MOS的導(dǎo)通/斷開(0N/0FF)動(dòng)作，并進(jìn)行電壓的強(qiáng)制下降(drop)及重置動(dòng)作。搭載基板20包含有源滅弧電路AQ，故可減少半導(dǎo)體光檢測(cè)元件10A、IOB以蓋革模式動(dòng)作時(shí)的電壓恢復(fù)時(shí)間。
[0080]第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域1PB、1PB、2PA、2PB的形狀并不限定于所述形狀，也可為其他形狀(例如圓形形狀等)。另外，形成在半導(dǎo)體基板1N、2N的雪崩光電二極管APD的數(shù)量(行數(shù)和列數(shù))或排列并不限定于所述者。
[0081]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0082]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)的第一和第二主面的半導(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，并且具有與所述半導(dǎo)體基板的所述第二主面相對(duì)的第三主面； 所述半導(dǎo)體光檢測(cè)元件包含:多個(gè)雪崩光電二極管，其以蓋革模式動(dòng)作并且形成在半導(dǎo)體基板內(nèi)；以及第一電極，其相對(duì)于各所述雪崩光電二極管電連接并且配置在所述半導(dǎo)體基板的所述第二主面?zhèn)龋? 所述搭載基板包含:多個(gè)第二電極，其對(duì)應(yīng)于每個(gè)所述第一電極而配置在所述第三主面?zhèn)龋灰约皽缁‰娐?，其相?duì)于各所述第二電極電連接并且配置在所述第三主面?zhèn)?；且所述第一電極與對(duì)應(yīng)于該第一電極的所述第二電極經(jīng)由凸點(diǎn)電極而連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光檢測(cè)裝置，其特征在于， 各所述雪崩光電二極管包含: 第一導(dǎo)電體的所述半導(dǎo)體基板； 第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，其形成在所述半導(dǎo)體基板的所述第一主面?zhèn)龋? 第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，其形成在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)且雜質(zhì)濃度比所述第一半導(dǎo)體區(qū)域高；以及 第三電極，其配置在所述半導(dǎo)體基板的所述第一主面?zhèn)惹译娺B接于所述第二半導(dǎo)體區(qū)域；且 在所述半導(dǎo)體基板中，針對(duì)每個(gè)所述雪崩光電二極管而形成有從所述第一主面?zhèn)蓉炌ㄖ了龅诙髅鎮(zhèn)葹橹骨覍?duì)應(yīng)的所述第三電極與所述第一電極電連接的貫通電極。
3.如權(quán)利要求1所述的光檢測(cè)裝置，其特征在于， 各所述雪崩光電二極管具有: 第一導(dǎo)電體的所述半導(dǎo)體基板； 第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，其形成在所述半導(dǎo)體基板的所述第二主面?zhèn)?；以及第一?dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，其與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成PN結(jié)且雜質(zhì)濃度比所述半導(dǎo)體基板聞；且 所述第一半導(dǎo)體區(qū)域與所述第一電極電連接。
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， 所述搭載基板還包含并聯(lián)地連接有所述滅弧電路的共用電極。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述滅弧電路是無(wú)源滅弧電路或有源滅弧電路。
【文檔編號(hào)】H01L27/14GK103890972SQ201280051817
【公開日】2014年6月25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