專利名稱：光電二極管陣列及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電二極管陣列及其制造方法。
背景技術：
CT(computed tomography)用光電二極管陣列被要求大面積化，為了除去光電二極管陣列的不敏感區(qū)域，需要進行三維安裝，將信號處理部配置在光入射面的相反側(里面?zhèn)?。為此，需要使用貫通布線，將入射面?zhèn)?表面?zhèn)?形成的電極引導到入射面的相反側(里面?zhèn)?。
使用了這樣的貫通布線的半導體元件，在例如下述專利文獻1、專利文獻2等中得到公開。在專利文獻1中公開的半導體元件，為形成貫通孔，要使用堿性溶液的濕蝕刻來蝕刻基板，所以基板要以相對基板表面成54.7°的角度，被進行蝕刻。
專利文獻1特開平5-29483號公報專利文獻2特開平6-177201號公報但是，如果使用該技術，利用貫通布線來連接光電二極管陣列的各個光電二極管的電極，貫通孔就會隨著從表面?zhèn)冗M入里面?zhèn)?，孔徑逐漸擴大。為此，光電二極管相互之間不能太靠近地形成，開口率受到限制。
圖14是現(xiàn)有技術的光電二極管陣列的截面圖。
如圖14所示，在僅使用上述蝕刻的情況下，基板表面?zhèn)鹊拿?，和貫通孔內壁和表面所成的θ角是銳角。因此，在由貫通布線17覆蓋規(guī)定該銳角的角20的情況下，容易引起在角20的部分由于布線的敷層不佳導致的導通不良。
另一方面，也考慮使用干蝕刻來形成與基板表面垂直的貫通孔的方法，但在厚度250～400μm的基板上，形成孔徑均等的貫通孔在現(xiàn)實中是不可能的。另外，由于干蝕刻加工的速度較慢，如果是貫通厚度為250～400μm的基板，就需要較長的處理時間。
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于，解決上述問題，提供一種不易引起貫通布線的導通不良，開口率高的光電二極管陣列。
為了解決上述問題，本發(fā)明的光電二極管陣列，具有在第一導電型基板的被檢測光的入射面?zhèn)染仃嚑钚纬蓀n結型多個光電二極管、入射面的相反面由(100)面構成的半導體基板，具有在光電二極管彼此所夾的區(qū)域所形成的、從半導體基板的入射面?zhèn)蓉炌ǖ较喾疵鎮(zhèn)鹊呢炌?，其特征在于，具有從入射面通過貫通孔的壁面到相反面連通的導電體層，該貫通孔具有在入射面?zhèn)认鄬θ肷涿娲笾麓怪钡匦纬傻拇怪笨撞俊⒃谙喾疵鎮(zhèn)刃纬傻乃慕清F形的錐形孔部，垂直孔部和錐形孔部在半導體基板內部連接，錐形孔部的壁面為(111)面。
而且，大致垂直的意思是85°～90°的角度范圍內的交叉狀態(tài)。
根據上述光電二極管陣列，從入射面通過貫通孔的壁面到相反面連接的導電體層的覆蓋角，全部是90°以上，所以，不易引起由導電體層的敷層不佳導致的導通不良。另外，由于能夠使光電二極管彼此接近，所以能夠提高開口率。
本發(fā)明的光電二極管陣列的特征在于，在半導體基板內具有包圍上述貫通孔形成的第一導電型高雜質濃度層。
上述光電二極管陣列在貫通孔的周圍具有高雜質濃度層，所以既使發(fā)生由貫通孔的機械損壞導致的不必要的載流子，也能夠在層內截止，能夠抑制泄漏電流、暗電流。
本發(fā)明的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，具有以下工序第一工序，準備第一面是(100)面的半導體基板，在第一面的相反面的第二面的規(guī)定區(qū)域，矩陣狀地形成pn結型多個光電二極管；第二工序，對多個光電二極管的每一個，通過各向異性蝕刻，形成從半導體基板的第一面?zhèn)乳_始的不到半導體基板厚度的深度的四角錐形的錐形凹部；
第三工序，從與錐形凹部對應的位置的第二面?zhèn)乳_始，通過干蝕刻，在第二面形成大致垂直的垂直孔，通過連接錐形凹部和垂直孔，形成從半導體基板的第二面貫通到第一面的貫通孔；第四工序，形成從第二面開始通過貫通孔到第一面連接的導電體層。
如根據上述制造方法，在形成四角錐形的錐形凹部后，形成垂直孔。由于形成的錐形凹部的深度不到半導體基板的厚度，所以蝕刻溶液不泄漏到第二面?zhèn)龋圆粫Φ诙鎮(zhèn)鹊墓怆姸O管造成不良影響。
圖1是第一實施方式的光電二極管陣列的平面圖。
圖2是第一實施方式的光電二極管陣列的截面圖。
圖3A是形成貫通孔的部分的平面圖。
圖3B是形成貫通孔的部分的III-III箭頭縱截面圖。
圖3C是形成貫通孔的部分的立體圖。
圖4是光電二極管陣列的截面圖。
圖5是光電二極管陣列的截面圖。
圖6是光電二極管陣列的截面圖。
圖7是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
圖8是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
圖9是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
圖10是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
圖11是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
圖12是光電二極管陣列的截面圖。
圖13A是光電二極管陣列的貫通孔部分的截面圖。
圖13B是光電二極管陣列的貫通孔部分的截面圖。
圖14是現(xiàn)有技術的光電二極管陣列的截面圖。
具體實施例方式
下面，說明本發(fā)明的實施方式。另外，對相同元件使用相同的符號，省略重復說明。
圖1是將本發(fā)明的第一實施方式的光電二極管陣列的一部分放大的平面圖，圖2是其截面圖。
在下面的說明中，將入射光的面設為表面，將其相對的面設為里面。本實施方式的光電二極管陣列1，在表面?zhèn)?，縱橫有規(guī)則地以矩陣狀排列多個pn結(光電二極管)4，每個pn結都具有作為光電二極管陣列的一個受光像素的功能。
光電二極管陣列1包括厚度為270μm、雜質濃度為1×1012～1015/cm3的n型硅基板3，以大小為500μm×500μm、深度為0.5～1μm、間距為1.5mm左右，來配置雜質濃度為1×1013～1020/cm3的多個p型雜質擴散層5。
通過由n型硅基板3和多個p型雜質擴散層5形成的pn結4，構成上述受光像素。另外，在同樣的p型雜質擴散層5之間，配置用來通過分離光電二極管之間，截止不需要的載流子而降低暗電流的n+型雜質區(qū)域(分離層)7。另外，在里面?zhèn)扰渲胣+側的電極21。
在相鄰的pn結4彼此之間，在表面?zhèn)刃纬傻谝豢撞?1(垂直孔部)，在里面?zhèn)刃纬傻诙撞?3(錐形孔部)。
圖3A是形成貫通孔的部分的平面圖，圖3B是形成貫通孔的部分的III-III箭頭的縱截面圖，圖3C是形成貫通孔的部分的立體圖。
貫通孔12是連結第一孔部11、第二孔部13而形成，第一孔部11是直徑為10μm，在基板的表面?zhèn)?，與基板的厚度方向大致平行地被打開。第一孔部11，與基板的厚度方向大致平行且呈圓柱狀地形成，在貫通分離層7的位置形成。另外，孔的深度形成為達到p型雜質擴散層5所形成的深度以上。由此，第二孔部13就會不限制從pn結4延伸的耗盡層，而能夠接近p型雜質擴散層5來設置。
第二孔部13從基板里面?zhèn)刃纬伤慕清F形，孔徑越向里面?zhèn)仍酱?，越向表面?zhèn)仍叫?。第二孔?3是從里面?zhèn)乳_始，通過各向異性蝕刻來形成，所以在孔部壁面露出(111)面，壁面相對光電二極管陣列的表面，大致形成54.7°的角度(圖3B的角度α54.7°)。第二孔部13形成四角錐形，由此容易在孔部內壁上設置導電體層(貫通布線)。
第一孔部11和第二孔部13在基板內部連接，形成一個貫通孔12。基板表面和里面，包括貫通孔12的壁面、p型雜質擴散層5的表面?zhèn)龋晒璧臒嵫趸?來覆蓋。而且，不限于硅氧化膜，也可以根據需要的光電二極管的波長靈敏度，形成AR(Antireflection)敷層。AR敷層可以是SiO2、SiNx單層，和包含它們的絕緣體復合膜或者疊層膜。
貫通布線17在上述熱氧化膜9的上層用鋁形成，通過在熱氧化膜9上挖空的接觸孔15，與p型雜質擴散層5接觸。此外也可以通過貫通孔12的壁面，與里面?zhèn)认噙B而形成，使得與p型雜質擴散層5的電接觸能夠從里面?zhèn)葋磉M行。此時的第一孔部11由貫通布線17的金屬來填充，既使基板表面?zhèn)群屠锩鎮(zhèn)?，在空間上形成分開的結構，由于沒有失去p型雜質擴散層5和里面?zhèn)鹊碾娊佑|，所以也沒有關系(參照圖4)。
圖4是光電二極管陣列的截面圖，在該光電二極管陣列中，第一孔部11的內部，由貫通布線17填充，光電二極管陣列的里面，與p型雜質擴散層5電連接。
這里，貫通布線17的材料不限于鋁，也可以使用銅、鎳、金、鎢、鈦、多晶硅等、或者含有它們的合金或者疊層金屬。而且，也可以使用CVD的氧化膜代替上述熱氧化膜9。另外，也可以在上述熱氧化膜9和貫通布線17之間，介插CVD的氧化膜或者氮化膜。這樣，就能夠確保硅基板和貫通布線17之間的高絕緣性。
圖5是光電二極管陣列的截面圖。在該光電二極管陣列中，通過在貫通孔12內部，在貫通布線17的上層填充樹脂等充填材料10，使得貫通孔12被填埋。這樣，基板表面?zhèn)群屠锩鎮(zhèn)仍诳臻g上被斷開，而p型雜質擴散層5和里面?zhèn)葲]有失去電接觸，就會提高光電二極管陣列1的機械強度。
此時，作為充填貫通孔12的材料，使用含有環(huán)氧、聚酰亞胺、丙烯酸、硅、尿烷等樹脂系列絕緣材料，或者，使用在這些絕緣材料中含有電導電性填料的電導電性樹脂。
圖6是光電二極管陣列的截面圖。
也可以通過在貫通孔12內部充填導電性材料10來填埋貫通孔12。充填的導電性材料，不僅可提高光電二極管陣列1的機械強度，而且如圖6所示，超過第二孔部13的里面的邊緣隆起，超過里面的邊緣的部分形成半球狀，還能夠原樣作為凸起電極來使用。導電性材料10也可以使用含有焊料或電導電性填料的電導電性樹脂等。
接著，說明所述光電二極管陣列的制造方法。
下面，說明向貫通孔12的內部充填聚酰亞胺樹脂的光電二極管陣列(參照圖5)的制造方法。
圖7是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
首先，準備結晶面(100)的n型半導體基板3，在基板表面上形成熱氧化膜9，作為下一工序的n+熱擴散掩膜來使用。將成為分離層7的位置的熱氧化膜，通過光蝕刻處理而開口，使磷熱擴散、熱氧化。此時，在里面整個區(qū)域的磷被擴散，形成n+型雜質濃度層19。
圖8是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
接著，同樣將形成pn結4的區(qū)域的熱氧化膜開口，將硼熱擴散、熱氧化。該pn結4的區(qū)域成為與受光像素對應的部分。在里面通過等離子CVD或者LP-CVD來形成氮化硅膜(SiNx)23(參照圖8)，通過蝕刻除去形成第二孔部13的部分的氮化硅膜23和熱氧化膜9。形成第二孔部13的部分成為與分離層7對應的里面?zhèn)鹊奈恢谩?br>
此時，氮化硅膜23的除去部分的形狀和尺寸預先設計成，使得第二孔部13的四角錐頂點，通過后述的堿性蝕刻，達不到基板表面?zhèn)?，而且，四角錐頂點成為與表面?zhèn)鹊姆蛛x層7對應的位置。
圖9是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
而且，通過堿性(例如氫氧化鉀溶液、TMAH、聯(lián)氨、EDP等)蝕刻，從里面?zhèn)葘Π雽w基板3進行各向異性蝕刻，形成第二孔部13。即，從基板的結晶面(100)進行蝕刻，露出(111)面。第二孔部13通過蝕刻形成四角錐形(金字塔形)，當蝕刻到四角錐形的頂點時，自動停止(參照圖9)。
另外，也可以在到達四角錐形的頂點之前，停止蝕刻。接著，通過在與形成的四角錐形的頂點對應的部分，從表面?zhèn)冗M行干蝕刻，形成第一孔部11，由此進行蝕刻直到與第二孔部13的四角錐形頂點連接，形成由第一孔部11和第二孔部13所形成的貫通孔12。
圖10是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
而且，從基板表面進行離子注入或者擴散，形成包圍貫通孔12的n+層25。該n+層25與分離層7和里面?zhèn)鹊膎+型雜質濃度層19連接。之后，為了確保側壁的絕緣，通過熱氧化形成SIO2膜27(參照圖10)。側壁的絕緣膜也可以是除該SiO2膜27之外的SiNx的疊層膜、CVD的SiO2膜等。
接著，在p+、n+層設計接觸孔15后，為了形成貫通布線17，通過濺射裝置從兩面沉積鋁，形成抗蝕劑，通過蝕刻形成希望的圖案。貫通布線17的材料不限于鋁，另外，布線的形成方法也不限于濺射法。例如，也可以由CVD對多晶硅進行降低電阻抗的擴散。這種情況下，可以僅在接觸孔部分使用鋁，與上述多晶硅電連接。
圖11是用于說明光電二極管陣列的制造工序的光電二極管陣列的截面圖。
在里面?zhèn)刃纬筛泄庑跃埘啺穼?9，僅在想配置凸起電極33的位置開口。同時，n+側電極21的部分也開口，在此設置凸起電極33。而且，通過由與凸起電極33電·物理連接優(yōu)異的金屬形成的Under BumpMetal(下面稱為“UBM”)37來形成凸起電極33。例如，在將凸起電極33形成為焊料凸起的情況下，由于焊料不與鋁浸潤，所以需要形成浸潤性金屬作為中介。這種情況下的UBM，有時通過非電解電鍍形成Ni-Au，有時通過剝離法來形成Ti-Pt-Au或者Cr-Au來實現(xiàn)。
也可以使用丙烯酸層或者環(huán)氧層或者含有它們的復合材料層來代替聚酰亞胺層。焊料凸起，能夠通過由焊料球搭載法或者印刷法在規(guī)定的UBM部分形成焊料倒流而形成。凸起電極33不限于焊料凸起，也可以使用金凸起、鎳凸起、銅凸起、導電性樹脂凸起等包含金屬的導電性凸起。
圖12是光電二極管陣列的截面圖。
在上述制造方法中，首先，通過準備n型半導體基板進行熱擴散，形成n+型雜質濃度層，但如圖12所示，也可以通過預先熱擴散或者外延式生長，準備設置了n+型雜質濃度層的n型半導體基板。由此，能夠將光電二極管陣列的n+型雜質濃度層的厚度變厚，實質p型雜質擴散層5和n+型雜質濃度層19之間變窄，這樣，能夠降低電阻成分，提高高速應答性。
另外，通過調節(jié)實質p型雜質擴散層5和n+型雜質濃度層19的間隔，能夠得到與式樣對應的分光靈敏度曲線特性。
下面，說明上述光電二極管陣列和其制造方法的作用。
上述光電二極管陣列先通過堿性蝕刻從里面?zhèn)刃纬傻诙撞?3，之后，通過形成第一孔部11來形成貫通孔12。因此，在堿性蝕刻工序的時候，由于還沒有完成貫通孔12，不會由堿性蝕刻導致對表面?zhèn)冗M行侵蝕，特別是不會對受光面造成不良影響，所以能夠防止成品率的降低。
另外，在堿性蝕刻工序中，當第二孔部13被蝕刻到四角錐形的頂點時停止，所以，不需要另外設置蝕刻停止層等。此外，由于貫通孔12的大部分(第二孔部13)是通過各向異性蝕刻來形成的，所以能夠得到壁面上凹凸少的、光滑的貫通孔壁面。因此，由于貫通孔壁面的損壞而導致的不必要的載流子的發(fā)生也會變少，能夠減少暗電流。
圖13A和圖13B是光電二極管陣列的貫通孔的部分的截面圖。
第二孔部13的壁面相對光電二極管陣列的表面，形成54.7°的角度，第一孔部11的壁面相對上述陣列方向大致垂直。
在僅使用堿性蝕刻，貫通孔僅由第二孔部13形成的情況下，第二孔部和光電二極管陣列表面直接連接，它們的面彼此所形成的角度θ是銳角。
另一方面，在圖13A所示的光電二極管陣列中，連接兩個孔部形成貫通孔12，所以孔部的連接部分所形成的角度B是90°以上。此外，第二孔部13和光電二極管陣列里面所成的角度A也是90°以上，第一孔部11和光電二極管陣列表面所成的角度C為大致90°。
由此，從表面到貫通孔12的壁面、里面連接的貫通布線17沒有彎曲成銳角的部分，能夠抑制形成時的敷層不佳所導致的導通不良的發(fā)生。此外，根據第一孔部11形成時的干蝕刻的條件，如圖13B所示，能夠將第一孔部11形成錐形，能夠將角度C形成為90°以上。由此，能夠進一步抑制導通不良。
在上述光電二極管陣列中，由于第二孔部13通過堿性蝕刻來形成，能夠向貫通孔12的壁面進行離子注入，通過離子注入，能夠容易地形成n+層25。形成的n+層25，實現(xiàn)了作為分離各個光電二極管的分離層的目的，同時實現(xiàn)了截止不需要的載流子、降低暗電流的目的。
在上述光電二極管陣列中，形成第一孔部11使得貫通分離層7。由此，在進行形成第一孔部11的干蝕刻時，既使孔部內壁有損害等，所產生的不必要的載流子也會由分離層7截止。因此，上述光電二極管陣列，能夠防止貫通布線形成時的損害所導致的泄漏電流等。
按照上面所述，根據本發(fā)明，能夠提供不易引起貫通布線的導通不佳，開口率高的光電二極管陣列。
產業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠用于光電二極管陣列和其制造方法。
權利要求
1.一種光電二極管陣列，具有在第一導電型基板的被檢測光的入射面?zhèn)染仃嚑钚纬蓀n結型多個光電二極管的、所述入射面的相反面由(100)面構成的半導體基板，所述半導體基板，具有在所述光電二極管彼此所夾的區(qū)域所形成的、從所述半導體基板的所述入射面?zhèn)蓉炌ǖ剿鱿喾疵鎮(zhèn)鹊呢炌祝涮卣髟谟?，具有從所述入射面通過所述貫通孔的壁面到所述相反面連通的導電體層，所述貫通孔具有在所述入射面?zhèn)认鄬λ鋈肷涿娲笾麓怪钡匦纬傻拇怪笨撞?、在所述相反面?zhèn)刃纬傻乃慕清F形的錐形孔部，所述垂直孔部和所述錐形孔部在所述半導體基板內部連接，所述錐形孔部的壁面形成為(111)面。
2.根據權利要求1所述的光電二極管陣列，其特征在于，在所述半導體基板內具有包圍所述貫通孔形成的第一導電型的高雜質濃度層。
3.一種光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，具有以下工序第一工序，準備第一面是(100)面的半導體基板，在作為所述第一面的相反面的第二面的規(guī)定區(qū)域，矩陣狀地形成pn結型多個光電二極管；第二工序，對所述多個光電二極管的每一個，通過各向異性蝕刻，形成從所述半導體基板的第一面?zhèn)乳_始的不到所述半導體基板厚度的深度的四角錐形的錐形凹部；第三工序，從與所述錐形凹部對應的位置的第二面?zhèn)乳_始，通過干蝕刻在所述第一面，形成大致垂直的垂直孔，通過連接所述錐形凹部和所述垂直孔，形成從所述半導體基板的所述第二面，貫通到所述第一面的貫通孔；第四工序，形成從所述第二面開始，通過所述貫通孔到所述第一面連接的導電體層。
全文摘要
光電二極管陣列的特征在于，具有在光入射面?zhèn)染仃嚑钚纬蓀n結型多個光電二極管的、入射面的相反面由(100)面構成的半導體基板；在由光電二極管彼此所夾著的區(qū)域形成的、從半導體基板的入射面?zhèn)蓉炌ǖ较喾疵鎮(zhèn)鹊呢炌祝粡娜肷涿骈_始通過貫通孔的壁面到相反面連接的導電體層，貫通孔通過將在入射面?zhèn)认鄬θ肷涿娲笾麓怪钡匦纬傻拇怪笨撞亢驮谙喾疵鎮(zhèn)刃纬傻乃慕清F形的孔部，在半導體基板內部連接而形成，四角錐形的孔部的壁面形成為(111)面。
文檔編號H01L31/00GK1685513SQ0382268
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月24日 優(yōu)先權日2002年9月24日
發(fā)明者柴山勝己 申請人:浜松光子學株式會社