專(zhuān)利名稱(chēng)：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24所示的現(xiàn)有的背面入射型光電二極管100中，N型硅基板101的表面?zhèn)鹊谋韺由闲纬捎蠵+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。在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上分別連接著陽(yáng)電極104及陰電極105。在兩電極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在對(duì)應(yīng)于P+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域102的部分從背面?zhèn)缺槐“寤?。該薄板化的部分形成被檢測(cè)光的入射部。
如圖24所示，背面入射型光電二極管100通過(guò)倒裝結(jié)合(flipchipbonding)安裝在陶瓷封裝體107中。即，背面入射型光電二極管100的凸塊(bump)電極106與設(shè)置在陶瓷封裝體107的底面配線108上的焊料焊盤(pán)(solder pad)109連接。底面配線108以引線接合(wirebonding)的方式與輸出端子銷(xiāo)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)玻璃等的透明窗材料113。
在背面入射型光電二極管中，使用陶瓷封裝體的上述構(gòu)成，有該封裝體變大的問(wèn)題。
另一方面，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，揭示有對(duì)半導(dǎo)體電子部件的CSP(芯片尺寸等級(jí)封裝)技術(shù)。在該技術(shù)中，用樹(shù)脂等的有機(jī)材料密封制入半導(dǎo)體電子部件的晶片的兩面，同時(shí)在設(shè)置在晶片的一面?zhèn)壬系挠袡C(jī)材料上利用光刻法(photolithography)形成開(kāi)口，在該開(kāi)口上形成有電極。
但是，上述CSP技術(shù)適用于背面入射型光電二極管，將該封裝體小型化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題。即，因?yàn)槭钩蔀楸粰z測(cè)光的入射部的部分薄板化，所以背面入射型光電二極管的機(jī)械強(qiáng)度較弱。因此，在組裝背面入射型光電二極管時(shí)，使用平筒夾，而非角錐筒夾。例如，加熱、加壓設(shè)置在光電二極管的表面?zhèn)鹊耐箟K電極等時(shí)，吸附通過(guò)平筒夾將背面作為吸附面的背面入射型光電二極管，并從加熱區(qū)加入熱量和壓力。
在背面以樹(shù)脂密封的背面入射型光電二極管中使用平筒夾時(shí)，會(huì)由于和筒夾的接觸使樹(shù)脂受損。背面入射型光電二極管的薄板化部分(即被檢測(cè)光的入射部)的樹(shù)脂在受損時(shí)，會(huì)有由于該損傷使被檢測(cè)光散射的問(wèn)題。而被檢測(cè)光受到散射時(shí)，也會(huì)降低背面入射型光電二極管的靈敏度。
專(zhuān)利文件1日本特開(kāi)平9-219421號(hào)公告發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決上述課題而開(kāi)發(fā)的，其目的在于提供一種背面入射型光檢測(cè)元件，可使封裝體充分小，并可抑制被檢測(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，具備具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板；設(shè)置在半導(dǎo)體基板的第一面一側(cè)的表層上，具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域；在半導(dǎo)體基板的第二面中與雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域?qū)ο虻膮^(qū)域上形成的，入射被檢測(cè)光的凹部；和設(shè)置在第二面上，由透過(guò)被檢測(cè)光的樹(shù)脂形成的覆蓋層，其中，覆蓋層設(shè)置在第二面的凹部上的部分，相對(duì)設(shè)置在凹部的外邊緣部上的部分下陷。
在該背面入射型光檢測(cè)元件中，通過(guò)設(shè)置覆蓋層，提升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，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檢測(cè)元件。由此，可實(shí)現(xiàn)封裝體充分小的背面入射型光檢測(cè)元件。此外，覆蓋層由可透過(guò)被檢測(cè)光的樹(shù)脂形成，因此，不僅可以提升背面入射型光檢測(cè)元件的機(jī)械強(qiáng)度，而且相對(duì)被檢測(cè)光可以作為透過(guò)窗材起作用。
再者，覆蓋層設(shè)置在凹部上的部分，相對(duì)于設(shè)置在凹部的外邊緣部上的部分下陷。因此，即使在組裝時(shí)使用平筒夾，設(shè)置在凹部上的覆蓋層的表面也不會(huì)與平筒夾接觸。由此，覆蓋層表面中被檢測(cè)光的入射部分不會(huì)受到損害，可以抑制被檢測(cè)光的散射。
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)體基板的第一面上，支承半導(dǎo)體基板的支承膜。此時(shí)，可進(jìn)一步提高背面入射型光檢測(cè)元件的機(jī)械強(qiáng)度。
再者，優(yōu)選具備貫通支承膜，且一端與雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域電連接的填充電極。此時(shí)，可以使得檢測(cè)信號(hào)容易取出到背面入射型光檢測(cè)元件的外部。
優(yōu)選高濃度添加有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)的高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域露出到半導(dǎo)體基板的全體側(cè)面上。此時(shí)，即使半導(dǎo)體基板的側(cè)面有由于切割等受到損傷的情況，也可使半導(dǎo)體基板的側(cè)面附近產(chǎn)生的不需要的載波被高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域捕捉，因而可抑制暗電流或噪聲。
半導(dǎo)體基板的第二面?zhèn)鹊谋韺又?，?yōu)選在凹部的底面部分設(shè)置以高濃度添加有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)的高濃度雜質(zhì)層。該高濃度雜質(zhì)層可作為累積層起作用。由此，通過(guò)被檢測(cè)光的入射產(chǎn)生的載波很容易向半導(dǎo)體基板的第一面?zhèn)惹斑M(jìn)，可提高背面入射型光檢測(cè)元件的靈敏度。
半導(dǎo)體基板的外邊緣部的第二面?zhèn)鹊谋韺觾?yōu)選設(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)層。此時(shí)，即使外緣部的第二面?zhèn)鹊谋砻娓浇挟a(chǎn)生結(jié)晶缺陷的情況，也可以通過(guò)高濃度的雜質(zhì)層抑制由于結(jié)晶缺陷產(chǎn)生的暗電流或噪聲。
根據(jù)本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)使封裝體充分小，且可抑制被檢測(cè)光的散射的背面入射型光檢測(cè)元件。


圖1是表示本發(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是說(shuō)明圖1所示的背面入射型光二極管1的效果的圖。
圖3是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖4是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖5是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖6是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖7是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖8是顯示制造圖1所顯示的背面入射型光二極管1的方法的工程圖。
圖9是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖10是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖11是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖12是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖13是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖14是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖15是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖16是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖17是表示制造圖1所示的背面入射型光二極管1的方法的工序圖。
圖18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。
圖19是說(shuō)明圖18中形成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20是說(shuō)明圖18中形成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21是說(shuō)明圖18中形成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22是表示本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第三實(shí)施方式的平面圖。
圖23是圖22所示的背面入射型光電二極管3的沿著XII-XII線的截面圖。
圖24是表示現(xiàn)有的背面入射型光電二極管的截面圖。
符號(hào)說(shuō)明1，2背面入射型光電二極管；3背面入射型光電二極管陣列；10，50N型半導(dǎo)體基板；11，51P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域；12，52凹部；13，53覆蓋層；14，54外邊緣部；20半導(dǎo)體基板；21，61N+型高濃度雜質(zhì)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)電極；26，66陰電極；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表面；S2背面；S3凹部底面；S4半導(dǎo)體基板20的側(cè)面具體實(shí)施方式
以下，詳細(xì)說(shuō)明附圖及本發(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，在

中，相同要素賦予相同的符號(hào)，并省略重復(fù)說(shuō)明。此外，附圖的尺寸比例不一定與說(shuō)明中的一致。
圖1是表示本發(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，由被檢測(cè)光的入射產(chǎn)生載波，將產(chǎn)生的載波作為檢測(cè)信號(hào)從表面?zhèn)容敵?。背面入射型光電二極管1具備N(xiāo)型半導(dǎo)體基板10、P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11、凹部12、以及覆蓋層13。作為N型半導(dǎo)體基板10，例如，可使用添加有磷等的N型雜質(zhì)的硅基板。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。
N型半導(dǎo)體基板10的表面(第一面)S1側(cè)中的表層的一部分，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是添加有硼等的P型雜質(zhì)，而構(gòu)成N型半導(dǎo)體基板10及pn接合。P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11的雜質(zhì)濃度，例如是1015～1020/cm3。此外，P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11的深度，例如是0.1～20μm。
在N型半導(dǎo)體基板10的背面(第二面)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。凹部12作為被檢測(cè)光的入射部。凹部12的寬度是從背面S2朝向表面S1逐漸變狹窄的形狀。具體來(lái)說(shuō)，凹部12的形狀，例如可為從背面S2朝向表面S1寬度逐漸變狹窄的四角錐狀或圓錐狀。凹部12的深度，例如是為2～400μm。此外，由于形成有凹部12，使N型半導(dǎo)體基板10中由凹部底面S3及P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11夾持的區(qū)域比其他的區(qū)域進(jìn)一步薄板化，使得來(lái)自于背面S2側(cè)的被檢測(cè)光的入射產(chǎn)生的載波，容易到達(dá)設(shè)置在表面S1側(cè)表層上的P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11附近。此外，該薄板化區(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由相對(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)脂形成。作為這種樹(shù)脂，例如可為環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)、硅樹(shù)脂類(lèi)、丙烯類(lèi)或聚酰亞胺類(lèi)，或由這些的復(fù)合材料形成的物質(zhì)。該覆蓋層13，可以作為保護(hù)背面S2的保護(hù)層，及向凹部12入射的被檢測(cè)光透過(guò)的透過(guò)窗材的功能。并且，覆蓋層13設(shè)置在凹部12上的部分，相對(duì)設(shè)置在凹部12的外邊緣部14上的部分下陷。即，設(shè)置在形成凹部12的部分上的覆蓋層13的表面，比設(shè)置在凹部12的外邊緣部14上的覆蓋層13的表面更深入N型半導(dǎo)體基板10一側(cè)。在此處，所謂外邊緣部14是指N型半導(dǎo)體基板10中從側(cè)方將凹部12包圍的部分。外邊緣部14上覆蓋層13的厚度，例如為5～500μm，優(yōu)選250μm。
此外，背面入射型光電二極管1，具備N(xiāo)+型高濃度雜質(zhì)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)電極25及陰電極26。N+型高濃度雜質(zhì)層21形成在N型半導(dǎo)體基板10的背面S2一側(cè)的全體表層上。N+型高濃度雜質(zhì)層21的N型雜質(zhì)以比N型半導(dǎo)體基板10更高的濃度添加。N+型高濃度雜質(zhì)層21的雜質(zhì)濃度，例如為1015～1020/cm3。此外，N+型高濃度雜質(zhì)層21的深度，例如為0.1～20μm。
在N型半導(dǎo)體基板10的表面S1一側(cè)中的表層上，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22以與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11間隔的規(guī)定距離形成。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22，與N+型高濃度雜質(zhì)層21同樣，以高濃度添加N型雜質(zhì)，是與后述陰電極26的接觸層，同時(shí)具有可抑制表面S1中的表面泄露電流的功能。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的表面S1和背面S2上形成。絕緣膜23，24，例如是由SiO2形成。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，在絕緣膜23上，形成有開(kāi)口(接觸孔)23a，23b，一方的開(kāi)口23a設(shè)置在P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11的部分上，另一方的開(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。
在含有絕緣膜23上的開(kāi)口23a，23b的區(qū)域上，分別形成有陽(yáng)電極25及陰電極26。這些電極25、26的厚度例如是為1μm。此外，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)電極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、陰電極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)電極25及陰電極26可使用A1。
再者，背面入射型光電二極管1，具有鈍化膜31、支承膜32、填充電極33a，33b、UBM〔凸塊下方金屬(Under Bump Metal)〕34a，34b、及凸塊35a，35b。鈍化膜31，在N型半導(dǎo)體基板10的表面S1上，以覆蓋絕緣膜23、陽(yáng)電極25及陰電極26的方式設(shè)置。此外，鈍化膜31中，設(shè)置在陽(yáng)電極25及陰電極26上的部分上，設(shè)置有被后述填充電極33a，33b填充的貫通孔31a。鈍化膜31例如由氮化硅(SiN)形成，保護(hù)N型半導(dǎo)體基板10的表面S1。鈍化膜31，例如可由等離子體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用來(lái)支承N型半導(dǎo)體基板10。此外，支承膜32中對(duì)應(yīng)于鈍化膜31的貫通孔31a的部分上，形成有與貫通孔31a一起被填充電極33a，33b充填的貫通孔32a。作為支承膜32的材料，例如可使用樹(shù)脂或等離子體CVD法制成的SiO2。此外，支承膜32的厚度，例如是2～100μm，優(yōu)選50μm。
填充電極33a，33b填充貫通孔31a，32a，同時(shí)其一端分別連接到陽(yáng)電極25及陰電極26上，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的另一端同時(shí)露出到支承膜32的表面。即，填充電極33a，33b貫通鈍化膜31及支承膜32，分別從陽(yáng)電極25及陰電極26延伸到支承膜32的表面。此外，填充電極33a，33b大致呈圓柱狀。這些填充電極33a，33b使得電極25，26與后述的凸塊35a，35b電連接。填充電極33a，33b，例如是由Cu制成。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表面上的部分上，形成有UBM34a，34b。UBM 34a，34b，例如由Ni及Au的層疊膜形成。此外，UBM34a，34b的厚度，例如為0.1～5μm。
在UBM 34a，34b的與填充電極33a，33b相反側(cè)的面上，形成有凸塊35a，35b。由此，凸塊35a，35b分別與陽(yáng)電極25及陰電極26電連接。凸塊35a，35b除了與UBM 34a，34b的接觸面以外，大致呈球狀。作為凸塊35a，35b，可使用例如焊錫、金、Ni-Au、Cu、或含有金屬填充物的樹(shù)脂等。
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，將逆偏電壓施加在背面入射型光電二極管1上，在N型半導(dǎo)體基板10的薄板化區(qū)域上產(chǎn)生耗盡層。透過(guò)覆蓋層13，從凹部12入射到N型半導(dǎo)體基板10的被檢測(cè)光，主要在薄板化區(qū)域上被吸收。因而，在該區(qū)域中產(chǎn)生載波(空穴及電子)。產(chǎn)生的空穴及電子按照逆偏電場(chǎng)，分別朝向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及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UBM 34a，34b，朝向凸塊35a，35b移動(dòng)，做為來(lái)自凸塊35a，35b的檢測(cè)信號(hào)被輸出。
下面說(shuō)明背面入射型光電二極管1的效果。在背面入射型光電二極管1中，通過(guò)設(shè)置有覆蓋層13，提升了背面入射型光電二極管1的機(jī)械強(qiáng)度。特別是，通過(guò)在凹部12上設(shè)置有覆蓋層13，即使在組裝時(shí)在背面入射型光電二極管1上施加壓力和熱，也可防止N型半導(dǎo)體基板10的薄板化區(qū)域的翹曲、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，因此可制成芯片尺寸的背面入射型光電二極管1。因而，可實(shí)現(xiàn)封裝體充分小的背面入射型光電二極管1。此外，由于不需要陶瓷封裝體等，可降低背面入射型光電二極管1的制造成本。綜上所述，可實(shí)現(xiàn)價(jià)廉且可靠度高、且小型的背面入射型光電二極管1。
此外，覆蓋層13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14上的部分下陷。由此，如圖2所示，即使在組裝時(shí)使用平筒夾FC，設(shè)置在凹部12上的覆蓋層13的表面也不和平筒夾FC接觸。由此，覆蓋層13表面中被檢測(cè)光的入射部分不會(huì)受到損傷，因此可抑制被檢測(cè)光的散射。從而，可實(shí)現(xiàn)高靈敏度的背面入射型光電二極管1。
此外，由于在外邊緣部14上設(shè)置有覆蓋層13，平筒夾FC不直接與外邊緣部14接觸。因此，可抑制由于與平筒夾FC的接觸而在外邊緣部14上產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷。從而，可抑制結(jié)晶缺陷引起的暗電流或噪聲的產(chǎn)生。
此外，使用樹(shù)脂作為覆蓋層13，容易將覆蓋層13加工成所需要的形狀。
由于設(shè)置有支承膜32，因而可進(jìn)一步提高背面入射型光電二極管1的機(jī)械強(qiáng)度。
由于設(shè)置有填充電極33a，33b，可以很容易將檢測(cè)信號(hào)從電極25，26取出到外部。其中，也在貫通孔31a，32a的側(cè)壁上形成填充電極33a、33b，與陽(yáng)電極25及陰電極26電連接。
N型半導(dǎo)體基板10的背面S2側(cè)的整體表層上形成有N+型高濃度雜質(zhì)層21。背面S2表層中的凹部12的底面S3上設(shè)置有N+型高濃度雜質(zhì)層21，作為累積層起作用。由此，可防止N型半導(dǎo)體基板10產(chǎn)生的載波在底面S3附近再結(jié)合。因此，可實(shí)現(xiàn)更高靈敏度的背面入射型光電二極管1。此時(shí)，N+型高濃度雜質(zhì)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)層21適合作為累積層發(fā)揮作用。
此外，設(shè)置在N型半導(dǎo)體基板10的外邊緣部14的背面S2側(cè)中的N+型高濃度雜質(zhì)層21，即使在外邊緣部14上產(chǎn)生結(jié)晶缺陷的情況下，也可抑制結(jié)晶缺陷引起產(chǎn)生的暗電流或噪聲。因此，背面入射型光電二極管1，可以獲得高SN比的檢測(cè)信號(hào)。此時(shí)，N+型高濃度雜質(zhì)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)層21可充分地抑制結(jié)晶缺陷引起產(chǎn)生的暗電流或噪聲。
接著參照?qǐng)D3～圖17，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)備由具有表面S1及背面S2做為(100)面的N型硅晶片形成的N型半導(dǎo)體基板10。在該N型半導(dǎo)體基板10上進(jìn)行熱氧化，在N型半導(dǎo)體基板10的表面S1上形成由SiO2構(gòu)成的絕緣膜。并且，將絕緣膜的規(guī)定部分開(kāi)口，從開(kāi)口部將磷摻雜在N型半導(dǎo)體基板10上，由此形成N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22。其后，將N型半導(dǎo)體基板10氧化，在表面S1上形成絕緣膜。此外，將絕緣膜的規(guī)定部分開(kāi)口，從開(kāi)口部將硼摻雜在N型半導(dǎo)體基板10上，由此形成P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11。其后，將N型半導(dǎo)體基板10氧化，在表面S1上形成絕緣膜23(圖3)。
接著，研磨N型半導(dǎo)體基板10的背面S2，并且將LP-CVD形成的SiN 82堆積在N型半導(dǎo)體基板10的背面S2上(圖4)。此外，為了形成凹部12，在背面S2上的SiN82上形成開(kāi)口85(圖5)。然后，通過(guò)KOH等從開(kāi)口85實(shí)施蝕刻，形成凹部12(圖6)。
其次，除去SiN 82后，對(duì)形成有凹部12的N型半導(dǎo)體基板10的背面S2側(cè)，使用離子注入等摻雜N雜質(zhì)，由此可在背面S2側(cè)的全體表層上形成N+型高濃度雜質(zhì)層21(圖7)。其后，實(shí)施熱氧化，在背面S2側(cè)的全體表層上形成絕緣膜24(圖8)。在表面S1的絕緣膜23上形成電極用的接觸孔，將鋁堆積在表面S1上，實(shí)施規(guī)定的圖型化，由此形成陽(yáng)電極25及陰電極26(圖9)。
其次，在形成陽(yáng)電極25及陰電極26的N型半導(dǎo)體基板10的表面S1上，通過(guò)等離子體CVD法堆積由SiN形成的鈍化膜31。此外，鈍化膜31中對(duì)應(yīng)于凸塊35a，35b的部分上形成有開(kāi)口31a(圖10)。并且，在表面S1上形成有由樹(shù)脂形成的厚的支承膜32，同時(shí)在對(duì)應(yīng)于鈍化膜31的開(kāi)口31a的部分上形成有開(kāi)口32a。此時(shí)，作為支承膜32的樹(shù)脂，例如可使用環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)、丙烯類(lèi)、或聚酰亞胺類(lèi)的物質(zhì)?；蛘撸部墒褂糜傻入x子體CVD等形成的SiO2。此外，支承膜32的開(kāi)口32a，例如可使用感光性的樹(shù)脂以光刻法形成，或者使用蝕刻等通過(guò)圖型化形成(圖11)。此外，以填充開(kāi)口31a及開(kāi)口32a的方式，堆積由Cu制成的導(dǎo)電性部件33。例如，可通過(guò)濺射等在從開(kāi)口31a及開(kāi)口32a露出的陽(yáng)電極25及陰電極26的表面上堆積銅種層(seed layer)等后，在該銅種層上通過(guò)電鍍堆積Cu等進(jìn)行(圖12)。
其次，通過(guò)研磨導(dǎo)電性部件33，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13)。此外，在覆蓋背面S2側(cè)的全體的形態(tài)下，通過(guò)旋涂或印刷等將由樹(shù)脂形成的覆蓋層13涂敷后，固化被涂敷的覆蓋層13。此時(shí)，設(shè)置在覆蓋層13中凹部12上的部分下陷(圖14)。再者，在表面S1上的填充電極33a，33b上以無(wú)電解電鍍法分別形成Ni及Au等的層疊膜構(gòu)成的UBM 34a，34b。此外，在UBM 34a，34b上通過(guò)印刷或球搭載法形成由焊錫等構(gòu)成的凸塊35a，35b(圖15)。
最后，為了獲得單片化的背面入射型光電二極管1，進(jìn)行切割。在切割時(shí)，如圖16中點(diǎn)劃線L1所示，以通過(guò)N型半導(dǎo)體基板10的背面S2中外邊緣部14的中央的方式切割。由此，得到背面入射型光電二極管1(圖17)。
圖18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具有半導(dǎo)體基板20、P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11、凹部12及覆蓋層13。
在半導(dǎo)體基板20的表面S1側(cè)中的表層的一部分上，形成有P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11。另一方面，在半導(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。此外，在半導(dǎo)體基板20的背面S2上，設(shè)置有覆蓋層13。覆蓋層13設(shè)置在凹部12上的部分，相對(duì)設(shè)置在凹部12的外邊緣部14上的部分下陷。
此外，背面入射型光電二極管2，具有N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28、絕緣膜23，24、陽(yáng)電極25、及陰電極26。N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28以露出到半導(dǎo)體基板20整體的側(cè)面S4上的方式形成。此外，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28也露出到半導(dǎo)體基板20的背面S2全體上。因此，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任何一個(gè)的部分20a，從半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S4及背面S2，由N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28完全圍住。
接著參照?qǐng)D19～圖21，表示形成N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28的方法的一例。首先，準(zhǔn)備半導(dǎo)體基板20。在半導(dǎo)體基板20中，N+型高濃度雜質(zhì)層41殘留表面S1的一部分，從背面S2擴(kuò)大。殘留的表面S1側(cè)是與N+型高濃度雜質(zhì)層41相比雜質(zhì)濃度更低的N型雜質(zhì)層42(圖19)。其次，從表面S1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20)。然后，通過(guò)熱處理使N+型雜質(zhì)更深地?cái)U(kuò)散，由此該N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域43可到達(dá)N+型高濃度雜質(zhì)層41(圖21)。由以上，形成由N+型高濃度雜質(zhì)層41及N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域43形成的N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28。其中，在圖21中，分別以虛線L2，L3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，可省略從半導(dǎo)體基板20的背面S2一側(cè)摻雜雜質(zhì)的工序，因此可簡(jiǎn)化N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28的制造工序，進(jìn)而簡(jiǎn)化背面入射型光電二極管2整體的制造工序。
回到圖18，在半導(dǎo)體基板20的表面S1及背面S2上，分別形成有絕緣膜23及絕緣膜24。此外，在絕緣膜23上，形成有開(kāi)口23a，23b，一方的開(kāi)口23a設(shè)置在P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11的部分上，另一方的開(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。
在含有絕緣膜23上的開(kāi)口23a，23b的區(qū)域上，分別形成有陽(yáng)電極25及陰電極26。這些電極25、26分別以填充開(kāi)口23a，23b的方式設(shè)置。由此，陽(yáng)電極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，陰電極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2，具有鈍化膜31、支承膜32、填充電極33a，33b、UBM 34a，34b、及凸塊35a，35b。鈍化膜31，在半導(dǎo)體基板20的表面S1上，以覆蓋絕緣膜23、陽(yáng)電極25及陰電極26的方式設(shè)置。在鈍化膜31上形成有支承膜32。此外，填充電極33a，33b貫通鈍化膜31及支承膜32，分別從陽(yáng)電極25及陰電極26延伸到支承膜32的表面上。在填充電極33a，33b露出到支承膜32上的部分上，形成有UBM 34a，34b。在UBM 34a，34b的與填充電極33a，33b相反側(cè)的面上，形成有凸塊35a，35b。
以下說(shuō)明背面入射型光電二極管2的效果。在背面入射型光電二極管2中，通過(guò)設(shè)置有覆蓋層13，提升了背面入射型光電二極管2的機(jī)械強(qiáng)度。此外，通過(guò)提升機(jī)械強(qiáng)度，使得可以實(shí)現(xiàn)在晶片等級(jí)的切割，因此可制成芯片尺寸級(jí)的背面入射型光電二極管2。因而，可實(shí)現(xiàn)封裝體充分小的背面入射型光電二極管2。
再者，覆蓋層13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14上的部分下陷。從而，即使在組裝時(shí)使用平筒夾，設(shè)置在凹部12上的覆蓋層13的表面也不與平筒夾接觸。因此，覆蓋層13表面中被檢測(cè)光的入射部分不會(huì)受到損傷，可抑制被檢測(cè)光的散射。從而，可實(shí)現(xiàn)高靈敏度的背面入射型光電二極管2。
再者，在背面入射型光電二極管2中，N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28以露出到半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S4全體上的方式形成。因此，在半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S4附近產(chǎn)生的不需要的載波，可由N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28捕捉，由此可抑制暗電流或噪聲。由于側(cè)面S4位于切斷線上，雖然切斷時(shí)有可能產(chǎn)生結(jié)晶缺陷，但是可由N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28抑制該結(jié)晶缺陷引起產(chǎn)生的暗電流或噪聲。因此，背面入射型光電二極管2，可以獲得更高SN比的檢測(cè)信號(hào)。
此外，半導(dǎo)體基板20的一部分20a，從半導(dǎo)體基板20的側(cè)面S4及背面S2側(cè)由N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域28完全圍住。因而，可實(shí)現(xiàn)將被圍住的部分20a做成I層的PIN構(gòu)造。背面入射型光電二極管2，利用這種PIN構(gòu)造，在施加更高的電壓時(shí)，可廣泛地選取耗盡層的寬度，因而使靈敏度上升，同時(shí)可降低電容，使高速響應(yīng)成為可能。
圖22是表示本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件的第三實(shí)施方式的平面圖。背面入射型光電二極管陣列3，通過(guò)縱橫方向分別為8列，全部有64個(gè)的背面入射型光電二極管配列成格子狀形成。這些光電二極管的配列間距，例如為1mm。圖22，表示背面入射型光電二極管陣列3從背面?zhèn)瓤慈サ男螒B(tài)。在各光電二極管中，與圖1的背面入射型光電二極管1同樣，背面以覆蓋層覆蓋，同時(shí)覆蓋層的規(guī)定部分下陷形成。在圖22中，覆蓋層的下陷部分以虛線L4表示。
圖23是沿著圖22所示的背面入射型光電二極管陣列3的XII-XII線的截面圖。在該截面圖中顯示有圖22所示的64個(gè)光電二極管中的2個(gè)光電二極管P1，P2。如圖23所示，背面入射型光電二極管陣列3具有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、及覆蓋層53。
在N型半導(dǎo)體基板50的表面S1側(cè)中的表層上，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，相對(duì)光電二極管P1，P2分別設(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相對(duì)的區(qū)域上，形成有凹部52。此處，隨著設(shè)置多個(gè)P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51，也形成有多個(gè)凹部52。P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51及凹部52，各一組設(shè)置在各光電二極管P1，P2上。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設(shè)置在凹部52上的部分，相對(duì)設(shè)置在凹部52的外邊緣部54上的部分下陷。
此外，背面入射型光電二極管陣列3具有N+型高濃度雜質(zhì)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)電極65及陰電極66。N+型高濃度雜質(zhì)層61在N型半導(dǎo)體基板50的背面S2側(cè)的全體表層上形成。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的表面S1側(cè)中的表層上形成。該N+型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域62，優(yōu)選以圍住構(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的表面S1及背面S2上分別形成絕緣膜63及絕緣膜64。在絕緣膜63上形成有開(kāi)口63a，63b，一方的開(kāi)口63a設(shè)置在P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51的部分上，另一方的開(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。
在含有絕緣膜63上的開(kāi)口63a，63b的區(qū)域上，分別形成有陽(yáng)電極65及陰電極66。陽(yáng)電極65及陰電極66是各一組設(shè)置在各光電二極管P1，P2上。此外，這些電極65，66分別以填充開(kāi)口63a，63b的方式設(shè)置。由此，陽(yáng)電極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，陰電極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3，具有鈍化膜71、支承膜72、填充電極73a，73b、UBM 74a，74b、及凸塊75a，75b。鈍化膜71，在N型半導(dǎo)體基板50的表面S1上，以覆蓋絕緣膜63、陽(yáng)電極65及陰電極66的方式設(shè)置。在鈍化膜71上形成有支承膜72。此外，填充電極73a，73b貫通鈍化膜71及支承膜72，分別從陽(yáng)電極65及陰電極66延伸到支承膜72的表面上。在填充電極73a，73b露出到支承膜72表面上的部分，形成有UBM 74a，74b。在UBM 74a，74b的與填充電極73a，73b相反側(cè)的面上，形成有凸塊75a，75b。
下面說(shuō)明背面入射型光電二極管陣列3的效果。在背面入射型光電二極管陣列3中，通過(guò)設(shè)置有覆蓋層53，提升背面入射型光電二極管陣列3的機(jī)械強(qiáng)度。此外，由于提高了機(jī)械強(qiáng)度，使得可能實(shí)現(xiàn)在晶片等級(jí)的切割，因此可制成芯片尺寸級(jí)的背面入射型光電二極管陣列3。由此，可實(shí)現(xiàn)封裝體充分小的背面入射型光電二極管陣列3。
此外，覆蓋層53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54上的部分下陷。從而，即使在組裝時(shí)使用平筒夾，設(shè)置在凹部52上的覆蓋層53的表面也不與平筒夾接觸。因而，覆蓋層53表面中被檢測(cè)光的入射部分不會(huì)受到損傷，可抑制被檢測(cè)光的散射。從而，可實(shí)現(xiàn)高靈敏度的背面入射型光電二極管陣列3。
再者，在N型半導(dǎo)體基板50的表面S1側(cè)的表層中多個(gè)區(qū)域上，形成有P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51，同時(shí)在背面S2中分別與P+型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域51相對(duì)的區(qū)域上，形成有凹部52，由此構(gòu)成多個(gè)光電二極管。因此，背面入射型光電二極管陣列3可適用于與各光電二極管對(duì)應(yīng)的1像素的攝像傳感器等上。
本發(fā)明的背面入射型光檢測(cè)元件，并不限定于上述實(shí)施方式，而可有各種的變形。例如，圖1的背面入射型光電二極管1中，也可使用P型半導(dǎo)體基板取代N型半導(dǎo)體基板。此時(shí)，將雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域11做成N型，高濃度雜質(zhì)層21及高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域22則具有P型的導(dǎo)電型。
此外，雖然在圖12中，顯示了堆積Cu形成的導(dǎo)電性部件33的例子，但也可使用Ni取代Cu，而在從開(kāi)口31a及開(kāi)口32a露出的陽(yáng)電極25及陰電極26的表面上，可以直接施加Ni的無(wú)電解電鍍。在此情況下，也可省略在圖13中說(shuō)明的，研磨導(dǎo)電性部件33的表面的工序。
并且，雖然在圖15中以在填充電極33a，33b上形成有UBM 34a，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，將填充電極33a，33b充填到開(kāi)口32a中的狀態(tài)的支承膜32(參照?qǐng)D14)表面，使用O2等進(jìn)行干蝕刻。由此，使填充電極33a，33b的一部分從支承膜32表面突出，該突出的部分可以作為凸塊使用。在此情況下，也不需形成UBM 34a，34b?；蛘?，作為導(dǎo)電性部件33，也可使用導(dǎo)電性樹(shù)脂。由此，利用印刷等可短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)貫通孔的充填作業(yè)。
此外，在圖20中，也可以使用N+型高濃度雜質(zhì)層和比N+型高濃度雜質(zhì)層雜質(zhì)濃度更低的N+型雜質(zhì)層貼合的貼合晶片作為半導(dǎo)體基板20。在此情況下，半導(dǎo)體基板20的表面S1側(cè)上設(shè)置有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，可實(shí)現(xiàn)一種背面入射型光檢測(cè)元件，其可使封裝體充分小，并且可抑制被檢測(cè)光的散射。
權(quán)利要求
1.一種背面入射型光檢測(cè)元件，具有具有第一導(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)鹊谋韺由希哂械诙?dǎo)電型的雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域；在所述半導(dǎo)體基板的第二面中的與所述雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域相對(duì)的區(qū)域形成的，入射被檢測(cè)光的凹部；和設(shè)置在所述第二面上，由透過(guò)所述被檢測(cè)光的樹(shù)脂形成的覆蓋層，其中，所述覆蓋層設(shè)置在所述第二面的所述凹部的部分，相對(duì)設(shè)置在所述凹部的外邊緣部上的部分下陷。
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，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。
3.如權(quán)利要求2所述的背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于，具有貫通所述支承膜，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。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的背面入射型光檢測(cè)元件，其特征在于使得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)體基板的全部側(cè)面上。
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設(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)層。
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，其特征在于所述半導(dǎo)體基板的所述外邊緣部的所述第二面的表層上設(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)層。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種背面入射型光檢測(cè)元件，可使封裝體充分小，且可抑制被檢測(cè)光的散射。背面入射型光電二極管(1)具有N型半導(dǎo)體基板(10)、P
文檔編號(hào)H01L27/14GK1826700SQ200480021268
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者柴山勝己 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社