確保η+型半導(dǎo)體層72的作為累積層的作用效果。
[0210]光電二極管陣列PDA3中，pn結(jié)由基板62的n+型半導(dǎo)體層72、及形成于該基板62的n+型半導(dǎo)體層72上的外延半導(dǎo)體層即ρ型半導(dǎo)體層73所構(gòu)成。倍增區(qū)域AM形成于實(shí)現(xiàn)pn結(jié)的ρ型半導(dǎo)體層73中，各倍增區(qū)域AM與各光檢測通道CH的對應(yīng)通過形成于光檢測通道CH之間的隔離部80而實(shí)現(xiàn)。pn結(jié)由n+型半導(dǎo)體層72與ρ型半導(dǎo)體層73的界面、及隔離部80與ρ型半導(dǎo)體層73的界面所構(gòu)成。因此，高濃度雜質(zhì)區(qū)域成為凸，不存在電場變高的區(qū)域。由此，光電二極管陣列PDA3不具有在以蓋革模式動作時會產(chǎn)生邊緣雪崩的pn結(jié)的端部(邊緣)。因此，光電二極管陣列PDA3中，無需對各光檢測通道CH的pn結(jié)設(shè)置保護(hù)環(huán)。由此，可顯著提高光電二極管陣列PDA3的開口率。
[0211]通過提高開口率，光電二極管陣列PDA3也可加大檢測效率。
[0212]由于各光檢測通道CH之間被隔離部80隔離，因此可良好地抑制干擾。
[0213]當(dāng)以蓋革模式動作，使入射有光子的光檢測通道與未入射的通道之間電壓差變大時，也會由于在光檢測通道CH之間形成有隔離部80而可將通道間充分地隔離。
[0214]光電二極管陣列PDA3中，信號導(dǎo)線63的讀出部63a形成于隔離部80的上方，故可抑制信號導(dǎo)線63橫穿倍增區(qū)域AM上方、即橫穿光檢測面上。因此，開口率會進(jìn)一步提高。進(jìn)而，認(rèn)為在暗電流的抑制方面也有效。在光電二極管陣列PDA3中，由于電阻64也形成于隔離部80的上方，因此，開口率會更進(jìn)一步提高。
[0215]本申請發(fā)明者由剩余脈沖的波長相依性發(fā)現(xiàn):在使用η型的半導(dǎo)體基板并在其上形成有P型的外延半導(dǎo)體層時，產(chǎn)生如下問題m型的半導(dǎo)體基板上所產(chǎn)生的空穴的一部分會延遲并進(jìn)入到倍增區(qū)域而成為剩余脈沖。針對該種問題，光電二極管陣列PDA3中，在形成有多個光檢測通道CH的區(qū)域中，由于基板部件SM被去除，故可抑制剩余脈沖。
[0216]在第9實(shí)施方式中，形成為光電二極管陣列的光檢測通道的個數(shù)并不限定于上述實(shí)施方式中的個數(shù)(4X4)。形成于光檢測通道CH之間的隔離部80的個數(shù)也不限定于上述實(shí)施方式及變形例所示的個數(shù)，例如也可為3個以上。信號導(dǎo)線63也可不形成于隔離部80的上方。電阻64也可不形成于隔離部80的上方。各層等并不限定于上述實(shí)施方式所示的例子。
[0217](第10實(shí)施方式)
[0218]參照圖33，說明第10實(shí)施方式的MOS (Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體)影像傳感器MII。圖33為概率性地表示第10實(shí)施方式的MOS影像傳感器的俯視圖。圖34為表示沿圖33所示的MOS影像傳感器的XXXIV-XXXIV線的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0219]MOS影像傳感器MIl具備由硅構(gòu)成的第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板90。在半導(dǎo)體基板90上，形成有受光部91、用于選擇行的垂直移位寄存器92、及用于選擇列的水平移位寄存器93。如圖34(a)所示，受光部91配置于半導(dǎo)體基板90的第I主面90a側(cè)。在受光部91上，二維狀配置有多個像素(未圖示)。垂直移位寄存器92配置于受光部91的側(cè)方(圖33中為左側(cè))。水平移位寄存器93也配置于受光部91的側(cè)方(圖33中為下側(cè))。
[0220]在半導(dǎo)體基板90的第2主面90b中的與受光部91對應(yīng)的區(qū)域上，如圖34(a)所示形成有不規(guī)則的凹凸10。在半導(dǎo)體基板90的第2主面90b側(cè)，形成有累積層11，第2主面90b光學(xué)性露出。如圖34(b)所示，不規(guī)則的凹凸10也可遍及半導(dǎo)體基板90的整個第2主面90b而形成。
[0221]繼而，參照圖35及圖36，說明配置于MOS影像傳感器MIl的受光部91上的各像素PX的結(jié)構(gòu)。圖35為放大表示第10實(shí)施方式的MOS影像傳感器中的一個像素的俯視圖。圖36為表示沿圖35中的XXXV1-XXXVI線的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0222]如圖35所示，各像素PX由受光區(qū)域101與隨附電路102構(gòu)成。當(dāng)MOS影像傳感器MII為PPS (Passive Pixel Sensor，被動式像素傳感器)時，隨附電路102由讀出用FET構(gòu)成。當(dāng)MOS影像傳感器MIl為APS (Active Pixel Sensor，主動式像素傳感器)時，隨附電路102由包含4個晶體管等的放大電路構(gòu)成。
[0223]如圖36(a)所示，受光區(qū)域101包含由半導(dǎo)體基板90與第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域111所構(gòu)成的pn結(jié)的光電二極管。隨附電路102配置于第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域111的側(cè)方(圖36 (a)中為左側(cè))。在半導(dǎo)體基板90的第2主面90b上，遍及整個像素PX而形成有不規(guī)則的凹凸10。如圖36(b)所示，不規(guī)則的凹凸10也可僅形成于半導(dǎo)體基板90的第2主面90b中的與受光區(qū)域101 (第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域111)對應(yīng)的區(qū)域上。
[0224]在第10實(shí)施方式中，也與其它實(shí)施方式同樣地，入射至MOS影像傳感器MIl的光的行進(jìn)距離變長，光被吸收的距離也變長。由此，對于MOS影像傳感器MIl，也可提高在近紅外光的波長區(qū)域的光譜靈敏度特性。
[0225]在第10實(shí)施方式中，也可在結(jié)束半導(dǎo)體基板90的第I主面90a側(cè)的加工制程后，薄化半導(dǎo)體基板90。此時，可獲得將半導(dǎo)體基板90的第I主面90a及第2主面90b側(cè)分別作為光入射面的MOS影像傳感器。
[0226]第10實(shí)施方式所示的形態(tài)并不僅適用于MOS影像傳感器。第10實(shí)施方式所示的形態(tài)可適用于檢測于近紅外光的波長區(qū)域的光的CMOS影像傳感器、光1C、或CMOS光IC等。
[0227]以上，對本發(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，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更。
[0228]在第I?第5實(shí)施方式中，遍及第2主面Ib的整個表面而照射脈沖激光，形成不規(guī)則的凹凸10，但并不限于此。例如，也可僅對η型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib中的與P +型半導(dǎo)體區(qū)域3相對的區(qū)域照射脈沖激光，形成不規(guī)則的凹凸10。
[0229]在第I?第5實(shí)施方式中，將電極15與形成于η型半導(dǎo)體基板I的第I主面Ia側(cè)的η+型半導(dǎo)體區(qū)域5電性接觸且連接，但并不限于此。例如，也可將電極15與形成于η型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib側(cè)的累積層11電性接觸且連接。此時，優(yōu)選在η型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib中的與ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域3相對的區(qū)域以外形成電極15。其原因在于，若在η型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib中的與ρ +型半導(dǎo)體區(qū)域3相對的區(qū)域上形成電極15，則形成于第2主面Ib上的不規(guī)則的凹凸10會被電極15阻擋，從而產(chǎn)生在近紅外光的波長區(qū)域的光譜靈敏度下降的現(xiàn)象。
[0230]也可將本實(shí)施方式的光電二極管PDl?Η)5、光電二極管陣列PDAl?3、固體攝像元件SI1、及MOS影像傳感器MIl中的P型及η型的各導(dǎo)電類型替換成與以上所述相反。
[0231]但是，在先前技術(shù)中，存在有在日本專利特表2008-515196號公報所揭示的「具有摻雜硫且由激光進(jìn)行微結(jié)構(gòu)化的表面層的硅基底的檢測器制造方法」。在日本專利特表2008-515196號公報中，對硅基板表面的多個位置的各位置照射一個以上的飛秒激光脈沖，同時使上述表面曝露于含有硫的物質(zhì)中，在基板的表面層形成多個含硫物。如此，在日本專利特表2008-515196號公報中，在硅的帶隙中形成雜質(zhì)等級，由此使紅外線靈敏度提高。因此，入射至半導(dǎo)體光檢測元件的光的行進(jìn)距離變長，光被吸收的距離也變長，故于近紅外光的波長區(qū)域的光譜靈敏度特性提高的本實(shí)施方式的各半導(dǎo)體光檢測元件與日本專利特表2008-515196號公報所揭示的光檢測器不同。另外，日本專利特表2008-515196號公報所揭示的光檢測器由光電效應(yīng)而檢測光，與本實(shí)施方式的各半導(dǎo)體光檢測元件不同。
[0232]先前，波長為100nm以上的具有實(shí)用的光譜靈敏度的半導(dǎo)體受光元件僅存在使用化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體受光元件。然而，根據(jù)本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)能使用原料與加工成本均便宜、且加工也容易的硅來檢測波長為100nm以上的近紅外光的半導(dǎo)體受光元件，因此成為產(chǎn)業(yè)上較大的優(yōu)點(diǎn)。
[0233]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0234]本發(fā)明可利用于半導(dǎo)體光檢測元件及光檢測裝置。
[0235]符號說明
[0236]Iη型半導(dǎo)體基板
[0237]Ia第I主面
[0238]Ib第2主面
[0239]3P+型半導(dǎo)體區(qū)域
[0240]5η+型半導(dǎo)體區(qū)域
[0241]10不規(guī)則的凹凸
[0242]11累積層
[0243]13、15電極
[0244]PL脈沖激光
[0245]PDl?PD5 光電二極管
[0246]PDAl?3 光電二極管陣列
[0247]SIl固體攝像元件
[0248]MilMOS影像傳感器
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體光檢測元件，其特征在于: 具備: 硅基板，具有由第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域與第2導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域所形成的pn結(jié)， 在所述硅基板上，在該硅基板的一個主面?zhèn)刃纬捎械贗導(dǎo)電類型的累積層，并且在所述一個主面上的至少與所述pn結(jié)相對的區(qū)域上形成有使光的行進(jìn)距離變長的不規(guī)則的凹凸， 所述硅基板的所述一個主面上的與所述pn結(jié)相對的所述區(qū)域光學(xué)性露出， 不規(guī)則的所述凹凸的高低差為0.5?10 μπι，不規(guī)則的所述凹凸中的凸部的間隔為0.5 ?10 μ m， 形成有不規(guī)則的所述凹凸的所述一個主面為光入射面，從所述一個主面入射的光在所述硅基板內(nèi)行進(jìn)，在所述硅基板內(nèi)行進(jìn)的所述光由不規(guī)則的所述凹凸進(jìn)行反射、散射或擴(kuò)散，并且所述半導(dǎo)體光檢測元件為背面入射型。2.一種半導(dǎo)體光檢測元件，其特征在于: 具備硅基板，該硅基板由第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有彼此相對的第I主面及第2主面，并且在所述第I主面?zhèn)刃纬捎械?導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域， 在所述硅基板上，在所述第2主面?zhèn)刃纬捎芯哂斜人龉杌甯叩碾s質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類型的累積層，并且在所述第2主面上的至少與第2導(dǎo)電類型的所述半導(dǎo)體區(qū)域相對的區(qū)域上形成有使光的行進(jìn)距離變長的不規(guī)則的凹凸， 所述硅基板的所述第2主面上的與第2導(dǎo)電類型的所述半導(dǎo)體區(qū)域相對的所述區(qū)域光學(xué)性露出， 不規(guī)則的所述凹凸的高低差為0.5?10 μπι，不規(guī)則的所述凹凸中的凸部的間隔為0.5 ?10 μ m， 形成有不規(guī)則的所述凹凸的所述第2主面為光入射面，從所述第2主面入射的光在所述硅基板內(nèi)行進(jìn)，在所述硅基板內(nèi)行進(jìn)的所述光由不規(guī)則的所述凹凸進(jìn)行反射、散射或擴(kuò)散，并且所述半導(dǎo)體光檢測元件為背面入射型。3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體光檢測元件，其特征在于， 所述硅基板中，從所述第2主面?zhèn)绕鸨』c第2導(dǎo)電類型的所述半導(dǎo)體區(qū)域?qū)?yīng)的部分，并保留該部分的周邊部分。4.如權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體光檢測元件，其特征在于， 第I導(dǎo)電類型的所述累積層的厚度大于不規(guī)則的所述凹凸的高低差。5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體光檢測元件，其特征在于， 從所述光入射面入射的光由不規(guī)則的所述凹凸進(jìn)行散射。
【專利摘要】準(zhǔn)備n-型半導(dǎo)體基板(1)，其具有彼此相對的第1主面(1a)及第2主面(1b)，并且在第1主面(1a)側(cè)形成有p+型半導(dǎo)體區(qū)域(3)。對n-型半導(dǎo)體基板(1)的第2主面(1b)上的至少與p+型半導(dǎo)體區(qū)域(3)相對的區(qū)域照射脈沖激光，形成不規(guī)則的凹凸(10)。在形成不規(guī)則的凹凸(10)之后，在n-型半導(dǎo)體基板(1)的第2主面(1b)側(cè)，形成具有比n-型半導(dǎo)體基板(1)更高的雜質(zhì)濃度的累積層11。在形成累積層11之后，對n-型半導(dǎo)體基板1進(jìn)行熱處理。
【IPC分類】H01L31/0352, H01L27/144, H01L31/18, H01L31/0236
【公開號】CN105140315
【申請?zhí)枴緾N201510437135
【發(fā)明人】坂本 明, 飯?zhí)镄? 山本晃永, 山村和久, 永野輝昌
【申請人】浜松光子學(xué)株式會社
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2010年2月15日
【公告號】CN102334197A, EP2403011A1, EP2403011A4, US8916945, US20110303999, US20140061835, WO2010098224A1