光檢測裝置制造方法
【專利摘要】半導(dǎo)體光檢測元件（10）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)；滅弧電阻（R1），其相對于各個(gè)雪崩光電二極管（APD）串聯(lián)連接并且配置在半導(dǎo)體基板（1N）的主面（1Na）側(cè)；以及多個(gè)貫通電極（TE），其與滅弧電阻（R1）電連接且從主面（1Na）側(cè)至主面（1Nb）側(cè)為止貫通半導(dǎo)體基板（1N）而形成。搭載基板（20）包含對應(yīng)于每個(gè)貫通電極（TE）而配置在主面（20a）側(cè)的多個(gè)電極（E9）。貫通電極（TE）與電極（E9）經(jīng)由凸點(diǎn)電極（BE）而電連接，且半導(dǎo)體基板（1N）的側(cè)面（1Nc）與玻璃基板（30）的側(cè)面（30c）成為同一平面。
【專利說明】光檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種光檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的有一種光電二極管陣列(半導(dǎo)體光檢測元件)，其具備以蓋革模式(Geigermode)動(dòng)作的多個(gè)雪崩光電二極管(avalanche photodiode)、相對于各雪崩光電二極管串聯(lián)連接的滅弧電阻(quenching resistance)、以及并聯(lián)地連接有滅弧電阻的信號線(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。該光電二極管陣列在構(gòu)成像素的雪崩光電二極管檢測光子并進(jìn)行蓋革放電時(shí)，通過連接于雪崩光電二極管的滅弧電阻的作用而獲得脈沖狀的信號。各個(gè)雪崩光電二極管對各光子進(jìn)行計(jì)數(shù)。因此，即便在多個(gè)光子以相同的時(shí)序入射時(shí)，也根據(jù)總輸出脈沖的輸出電荷量或信號強(qiáng)度來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2011-003739號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]發(fā)明所要解決的問題
[0007]在上述半導(dǎo)體光檢測元件中，滅弧電阻并聯(lián)地連接于信號線，故各雪崩光電二極管彼此也并聯(lián)地連接。在具有并聯(lián)連接的多個(gè)雪崩光電二極管的半導(dǎo)體光檢測元件中，有時(shí)用以導(dǎo)引從各雪崩光電二極管輸出的信號的配線(信號線)的距離(以下稱為“配線距離”)在像素(雪崩光電二極管)間不同。若配線距離在像素間不同，則受到配線所具有的電阻及電容的影響，時(shí)間分辨率在像素間不同。
[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種抑制時(shí)間分辨率在像素間不同并且可更進(jìn)一步地提高時(shí)間分辨率的光檢測裝置。
[0009]解決問題的技術(shù)手段
[0010]本發(fā)明是一種光檢測裝置，其具備:半導(dǎo)體光檢測元件，其具有包含相互相對的第一和第二主面的半導(dǎo)體基板；搭載基板，其與半導(dǎo)體光檢測元件相對配置并且具有與半導(dǎo)體基板的第二主面相對的第三主面；以及玻璃基板，其與半導(dǎo)體光檢測元件相對配置并且具有與半導(dǎo)體基板的第一主面相對的第四主面；半導(dǎo)體光檢測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、相對于各雪崩光電二極管串聯(lián)連接并且配置在半導(dǎo)體基板的第一主面?zhèn)鹊臏缁‰娮?、以及與滅弧電阻電連接且從第一主面?zhèn)戎恋诙髅鎮(zhèn)葹橹关炌ò雽?dǎo)體基板而形成的多個(gè)貫通電極；搭載基板包含對應(yīng)于各貫通電極而配置在第三主面?zhèn)鹊亩鄠€(gè)第一電極、以及與多個(gè)第一電極電連接且處理來自各雪崩光電二極管的輸出信號的信號處理部；且貫通電極與第一電極經(jīng)由凸點(diǎn)電極而電連接，半導(dǎo)體基板的側(cè)面與玻璃基板的側(cè)面成為同一平面。
[0011]在本發(fā)明中，在半導(dǎo)體光檢測元件的半導(dǎo)體基板，形成有與滅弧電阻電連接且從第一主面?zhèn)戎恋诙髅鎮(zhèn)葹橹关炌ò雽?dǎo)體基板的多個(gè)貫通電極，半導(dǎo)體光檢測元件的貫通電極與搭載基板的第一電極經(jīng)由凸點(diǎn)電極而電連接。因此，可將各像素的配線距離極為縮短，并且可使其值無偏差而一致。因此，配線所具有的電阻及電容的影響明顯得到抑制，時(shí)間分辨率更進(jìn)一步地提聞。
[0012]在本發(fā)明中，可通過與半導(dǎo)體光檢測元件相對配置的玻璃基板來提高半導(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)面成為同一平面，故可減少無效空間。
[0013]在本發(fā)明中，可選地，與玻璃基板的第四主面相對的主面是平坦的。在該情況下，能夠極其容易地進(jìn)行閃爍器對玻璃基板的設(shè)置。
[0014]在本發(fā)明中，可選地，貫通電極位于各雪崩光電二極管間的區(qū)域。在該情況下，能夠防止各像素中的開口率的降低。
[0015]在本發(fā)明中，可選地，半導(dǎo)體光檢測元件還包含電連接于所對應(yīng)的貫通電極并且配置在半導(dǎo)體基板的第二主面?zhèn)鹊牡诙姌O，第一電極與第二電極經(jīng)由凸點(diǎn)電極而連接。在該情況下，能夠切實(shí)地進(jìn)行第一電極與第二電極的通過凸點(diǎn)電極的連接。
[0016]在本發(fā)明中，可選地，各雪崩光電二極管包含: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)惹覍⒌诙雽?dǎo)體區(qū)域與滅弧電阻電連接；且第二電極形成在第二主面的與第二半導(dǎo)體區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域上。在該情況下，可將設(shè)定第二電極的尺寸設(shè)定得比較大。由此，能夠更進(jìn)一步地切實(shí)地進(jìn)行第一電極與第二電極的通過凸點(diǎn)電極的連接，并且能夠提高連接的機(jī)械強(qiáng)度。
[0017]在本發(fā)明中，可選地，在貫通電極，電連接有多個(gè)滅弧電阻。在該情況下，在像素間能夠謀求貫通電極的共用化，并減少形成在半導(dǎo)體基板的貫通電極的數(shù)量。由此，能夠抑制半導(dǎo)體基板的機(jī)械強(qiáng)度的降低。
[0018]在本發(fā)明中，可選地，從各雪崩光電二極管至經(jīng)由所對應(yīng)的滅弧電阻的貫通電極為止的配線距離同等。在該情況下，在像素間已謀求貫通電極的共用化的結(jié)構(gòu)中，還能夠防止時(shí)間分辨率降低。
[0019]發(fā)明的效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種抑制時(shí)間分辨率在像素間不同并且可更進(jìn)一步地提高時(shí)間分辨率的光檢測裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的概略立體圖。
[0022]圖2是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的截面結(jié)構(gòu)的圖。
[0023]圖3是半導(dǎo)體光檢測元件的概略平面圖。
[0024]圖4是半導(dǎo)體光檢測元件的概略平面圖。
[0025]圖5是光檢測裝置的電路圖。
[0026]圖6是搭載基板的概略平面圖。
[0027]圖7是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的制造過程的圖。
[0028]圖8是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的制造過程的圖。[0029]圖9是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的制造過程的圖。
[0030]圖10是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的制造過程的圖。
[0031]圖11是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的制造過程的圖。
[0032]圖12是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的制造過程的圖。
[0033]圖13是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的制造過程的圖。
[0034]圖14是半導(dǎo)體光檢測元件的概略平面圖。
[0035]符號的說明:
[0036]I…光檢測裝置，IN…半導(dǎo)體基板，INa, INb…主面，INc…側(cè)面，IPA…第一半導(dǎo)體區(qū)域，IPB…第二半導(dǎo)體區(qū)域，10...半導(dǎo)體光檢測元件，20…搭載基板，20a，20b...主面，20c…側(cè)面，30…玻璃基板，30a, 3b…主面，30c…側(cè)面，APD…雪崩光電二極管，BE…凸點(diǎn)電極，E1，E3，E5，E7，E9…電極，PDA…光電二極管陣列，Rl…滅弧電阻，SP…信號處理部，TE...貫通電極。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下，參照附圖，對于本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。再者，在說明中，對于相同要素或具有相同功能的要素使用相同符號，并省略重復(fù)的說明。
[0038]參照圖1~圖6，對本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置I的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的概略立體圖。圖2是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖3及圖4是半導(dǎo)體光檢測元件的概略平面圖。圖5是光檢測裝置的電路圖。圖6是搭載基板的概略平面圖。
[0039]如圖1及圖2所示，光檢測裝置I具備半導(dǎo)體光檢測元件10、搭載基板20、以及玻璃基板30。搭載基板20與半導(dǎo)體光檢測元件10相對配置。玻璃基板30與半導(dǎo)體光檢測元件10相對配置。半導(dǎo)體光檢測元件10配置在搭載基板20與玻璃基板30之間。
[0040]半導(dǎo)體光檢測元件10由光電二極管陣列PDA (photodiode array)構(gòu)成。光電二極管陣列PDA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包含相互相對的主面INa與主面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。
[0041]光電二極管陣列PDA包含形成在半導(dǎo)體基板IN的多個(gè)雪崩光電二極管APD。在各個(gè)雪崩光電二極管APD中，也如圖3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)地連接，且從電源施加反向偏壓。來自雪崩光電二極管APD的輸出電流由后述的信號處理部SP檢測。在圖3中，為了構(gòu)造的明確化，而省略圖2所示的絕緣層LI的記載。
[0042]各個(gè)雪崩光電二極管APD包含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的平面形狀為例如多邊形(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。
[0043]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)對應(yīng)的位置。
[0044]如圖3所示，各雪崩光電二極管APD具有電極El和電極E3。電極El和電極E3分別配置在半導(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。電極E3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。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。
[0045]雪崩光電二極管APD也如圖4所示具有分別配置在半導(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。電極E7配置在主面INb中的與第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB對應(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。
[0046]光電二極管陣列PDA針對各個(gè)雪崩光電二極管APD的每一個(gè)而具有滅弧電阻R1。各滅弧電阻Rl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。滅弧電阻Rl配置在半導(dǎo)體基板IN的主面INa側(cè)。滅弧電阻Rl其一端連接于電極E1，其另一端連接于電極E3。
[0047]光電二極管陣列PDA包含多個(gè)貫通電極TE。貫通電極TE針對各雪崩光電二極管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。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)。
[0048]貫通電極TE其一端連接于電極E3，另一端連接于電極E5。滅弧電阻Rl經(jīng)由電極E3、貫通電極TE、以及電極E5而電連接于電極E7。
[0049]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。
[0050]滅弧電阻Rl的電阻率比連接有滅弧電阻Rl的電極El高。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。
[0051]電極El、E3、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(Process)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、E3、E5、E7及貫通電極TE的形成方法，可使用濺射法。
[0052]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。
[0053]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。[0054]在上述構(gòu)造的情況下，通過在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相對于雪崩光電二極管APD串聯(lián)連接(參照圖5)。
[0055]在光電二極管陣列PDA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(breakdown voltage)大的逆向電壓(反向偏壓)施加于雪崩光電二極管APD的正極與負(fù)極之間。對正極施加(_)電位VI,對負(fù)極施加(+ )電位V2。這些電位的極性相對，且也可以將其中一個(gè)電位設(shè)為接地電位。
[0056]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)體光檢測元件10 (光電二極管陣列PDA)中的任一像素(雪崩光電二極管APD)，則被倍增并作為信號從電極E7 (貫通電極TE)被取出。
[0057]如圖2及圖13所不,搭載基板20具有相互相對的主面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。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所示，電極E9對應(yīng)于貫通電極TE而配置。具體而言，電極E9配置在主面20a的與電極E7相對的各區(qū)域上。
[0058]半導(dǎo)體基板IN的側(cè)面INc與搭載基板20的側(cè)面20c如圖1及圖2所示成為同一平面。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。
[0059]電極E7與電極E9通過凸點(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，滅弧電阻Rl經(jīng)由電極E3、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、E3、E5、E7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。
[0060]搭載基板20也如圖5所示包含信號處理部SP。搭載基板20構(gòu)成ASIC(Application Specific Integrated Circuit,專用集成電路)。各電極E9經(jīng)由形成在搭載基板20內(nèi)的配線(省略圖示)而與信號處理部SP電連接。在信號處理部SP中，輸入來自各雪崩光電二極管APD (半導(dǎo)體光檢測元件10)的輸出信號，信號處理部SP處理來自各雪崩光電二極管APD的輸出信號。信號處理部SP包含將來自各雪崩光電二極管APD的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖的CMOS電路。搭載基板20以對應(yīng)于各像素(雪崩光電二極管APD)而包含記錄時(shí)間信息的電路的方式構(gòu)成。作為記錄時(shí)間信息的電路，使用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC:Time to Digital Convertor)、或時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換器(TAC:Time to Amplitude Convertor)等。由此，搭載基板20內(nèi)的配線距離之差不會(huì)對時(shí)間分辨率造成影響。
[0061]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法。
[0062]玻璃基板30包含相互相對的主面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。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)體光檢測元件10通過光學(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)體光檢測元件10上。
[0063]雖省略圖示，但在玻璃基板30的主面30b通過光學(xué)粘合劑而光學(xué)性地連接有閃爍器。來自閃爍器的閃爍光通過玻璃基板30入射至半導(dǎo)體光檢測元件10。
[0064]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。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。
[0065]接下來，參照圖7?圖13，對上述光檢測裝置I的制造過程進(jìn)行說明。圖7?圖13是用以說明本實(shí)施方式所涉及的光檢測裝置的制造過程的圖。
[0066]首先，準(zhǔn)備形成有與光電二極管陣列PDA對應(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、以及電極E3)的半導(dǎo)體基板IN (參照圖7)。半導(dǎo)體基板IN以形成有多個(gè)與光電二極管陣列PDA對應(yīng)的部分的半導(dǎo)體晶片的樣態(tài)準(zhǔn)備。
[0067]其次，在所準(zhǔn)備的半導(dǎo)體基板IN上經(jīng)由光學(xué)粘合劑OA而粘合玻璃基板30 (參照圖8)。由此，玻璃基板30與半導(dǎo)體光檢測元件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的玻璃基板母材的樣態(tài)準(zhǔn)備。
[0068]繼而，將半導(dǎo)體基板IN從主面INb側(cè)薄化(參照圖9)。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。
[0069]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 (參照圖10)。貫通孔TH的形成方法可適當(dāng)選擇并應(yīng)用干式蝕刻法及濕式蝕刻法。
[0070]繼而，在形成有貫通孔TH的半導(dǎo)體基板IN形成與光電二極管陣列PDA對應(yīng)的部分(貫通電極TE、電極E5、以及電極E7)(參照圖11)。
[0071]繼而，在半導(dǎo)體基板IN的主面INb側(cè)形成在與凸點(diǎn)電極BE對應(yīng)的位置形成有開口的鈍化膜PF，其后，形成凸點(diǎn)電極BE(參照圖12)。由此，獲得半導(dǎo)體光檢測元件10與玻璃基板30相對配置的結(jié)構(gòu)。在形成凸點(diǎn)電極BE之前，在電極E7的從鈍化膜PF露出的區(qū)域形成UBM (Under Bump Metal,凸點(diǎn)下金屬層)。UBM由與凸點(diǎn)電極BE電和物理連接優(yōu)異的材料構(gòu)成。UBM的形成方法可使用無電鍍法。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。
[0072]繼而，將配置有玻璃基板30的半導(dǎo)體光檢測元件10與另外準(zhǔn)備的搭載基板20進(jìn)行凸點(diǎn)連接(參照圖13)。由此，獲得相對配置有玻璃基板30的半導(dǎo)體光檢測元件10與搭載基板20相對配置的結(jié)構(gòu)。在搭載基板20中，在主面20a側(cè)，在與電極E9對應(yīng)的位置形成有凸點(diǎn)電極BE。搭載基板20也以形成有多個(gè)搭載基板20的半導(dǎo)體晶片的樣態(tài)中準(zhǔn)備。
[0073]繼而，通過切割而切斷由玻璃基板30 (玻璃基板母材)、半導(dǎo)體光檢測元件10 (半導(dǎo)體晶片)、以及搭載基板20 (半導(dǎo)體晶片)所構(gòu)成的層疊體。由此，半導(dǎo)體基板IN的側(cè)面INc、搭載基板20的側(cè)面20c與玻璃基板30的側(cè)面30c成為同一平面。通過這些過程而獲得各個(gè)光檢測裝置I。
[0074]如以上所述，在本實(shí)施方式中，在半導(dǎo)體光檢測元件10 (光電二極管陣列PDA)的半導(dǎo)體基板IN形成有與滅弧電阻Rl電連接且從主面INa側(cè)至主面INb側(cè)為止貫通半導(dǎo)體基板IN的多個(gè)貫通電極TE。半導(dǎo)體光檢測元件10的貫通電極TE與搭載基板20的電極E9經(jīng)由凸點(diǎn)電極BE而電連接。由此，可將與各像素(雪崩光電二極管APD)的配線距離極為縮短，并且可使其值無偏差而一致。因此，從各像素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。
[0075]在本實(shí)施方式中，可通過與半導(dǎo)體光檢測元件10相對配置的玻璃基板30來提高半導(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。
[0076]半導(dǎo)體基板IN的側(cè)面INc與玻璃基板30的側(cè)面30c成為同一平面。因此，可減少無效空間。半導(dǎo)體基板IN的側(cè)面INc與搭載基板20的側(cè)面20c也成為同一平面。因此，可更進(jìn)一步地減少無效空間。
[0077]玻璃基板30的主面30b是平坦的。由此，可極其容易地進(jìn)行閃爍器對玻璃基板30的設(shè)置。
[0078]在本實(shí)施方式中，貫通電極TE位于各雪崩光電二極管APD間的區(qū)域。由此，可防止各像素中的開口率的降低。
[0079]半導(dǎo)體光檢測元件10包含電連接于所對應(yīng)的貫通電極TE并且配置在半導(dǎo)體基板IN的主面INb側(cè)的電極E7，電極E7與電極E9經(jīng)由凸點(diǎn)電極BE而連接。由此，可切實(shí)地進(jìn)行電極E7與電極E9的通過凸點(diǎn)電極BE的連接。
[0080]各雪崩光電二極管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、以及將第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB與滅弧電阻Rl電連接的電極E1，電極E7形成在主面INb的與第二半導(dǎo)體區(qū)域IPB對應(yīng)的區(qū)域上。由此，可將電極E7的尺寸設(shè)定得比較大。其結(jié)果，可更進(jìn)一步地切實(shí)地進(jìn)行電極E7與電極E9的通過凸點(diǎn)電極BE的連接，并且可提高該連接的機(jī)械強(qiáng)度。
[0081]以上，就本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明未必限定于上述實(shí)施方式，可在不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。
[0082]在一個(gè)貫通電極TE，電連接有一個(gè)滅弧電阻R1，但并不限定于此。也可如圖14所示，在一個(gè)貫通電極TE中電連接有多個(gè)滅弧電阻(例如4個(gè)滅弧電阻)IR。在該情況下，在像素間可實(shí)現(xiàn)貫通電極TE的共用化，從而可減少形成在半導(dǎo)體基板IN的貫通電極TE的數(shù)量。由此，可抑制半導(dǎo)體基板IN的機(jī)械強(qiáng)度的降低。在一個(gè)貫通電極TE電連接有滅弧電阻的數(shù)量并不限定于“4”，可為“3”以下，且也可為“5”以上。
[0083]當(dāng)在一個(gè)貫通電極TE電連接有多個(gè)滅弧電阻Rl的情況下，優(yōu)選地，從各雪崩光電二極管Aro至經(jīng)由所對應(yīng)的滅弧電阻Rl的貫通電極TE為止的配線距離同等。在該情況下，在像素間已謀求貫通電極TE的共用化的結(jié)構(gòu)中，還能夠防止時(shí)間分辨率降低。
[0084]第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域IPBUPB的形狀并不限定于上述形狀，也可為其他形狀(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)和列數(shù))或排列并不限定于上述者。
[0085]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0086]本發(fā)明可利用于檢測微弱光的光檢測裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種光檢測裝置，其特征在于， 具備: 半導(dǎo)體光檢測元件，其具有包含相互相對的第一和第二主面的半導(dǎo)體基板； 搭載基板，其與所述半導(dǎo)體光檢測元件相對配置并且具有與所述半導(dǎo)體基板的所述第二主面相對的第三主面；以及 玻璃基板，其與所述半導(dǎo)體光檢測元件相對配置并且具有與所述半導(dǎo)體基板的所述第一主面相對的第四主面； 所述半導(dǎo)體光檢測元件包含:多個(gè)雪崩光電二極管，其以蓋革模式動(dòng)作并且形成在所述半導(dǎo)體基板內(nèi)；滅弧電阻，其相對于各個(gè)所述雪崩光電二極管串聯(lián)連接并且配置在所述半導(dǎo)體基板的所述第一主面?zhèn)?；以及多個(gè)貫通電極，其與所述滅弧電阻電連接且從所述第一主面?zhèn)戎了龅诙髅鎮(zhèn)葹橹关炌ㄋ霭雽?dǎo)體基板而形成； 所述搭載基板包含:多個(gè)第一電極，其對應(yīng)于每個(gè)所述貫通電極而配置在所述第三主面?zhèn)?；以及信號處理部，其與所述多個(gè)第一電極電連接且處理來自各所述雪崩光電二極管的輸出信號； 所述貫通電極與所述第一電極經(jīng)由凸點(diǎn)電極而電連接；且 所述半導(dǎo)體基板的側(cè)面與所述玻璃基板的側(cè)面成為同一平面。
2.如權(quán)利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于， 與所述玻璃基板的所述第四主面相對的主面是平坦的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光檢測裝置，其特征在于， 所述貫通電極位于各所述雪崩光電二極管間的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光檢測裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體光檢測元件還包含電連接于所對應(yīng)的所述貫通電極并且配置在所述半導(dǎo)體基板的所述第二主面?zhèn)鹊牡诙姌O；且 所述第一電極與所述第二電極經(jīng)由所述凸點(diǎn)電極而連接。
5.如權(quán)利要求4所述的光檢測裝置，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)惹覍⑺龅诙雽?dǎo)體區(qū)域與所述滅弧電阻電連接；且 所述第二電極形成在所述第二主面的與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域上。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光檢測裝置，其特征在于， 在所述貫通電極，電連接有多個(gè)所述滅弧電阻。
7.如權(quán)利要求6所述的光檢測裝置，其特征在于， 從各所述雪崩光電二極管至經(jīng)由所對應(yīng)的所述滅弧電阻的所述貫通電極為止的配線距離同等。
【文檔編號】H01L31/107GK103890971SQ201280051779
【公開日】2014年6月25日 申請日期: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, 馬場隆 申請人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社