JP7089931B2 - 裏面入射型半導体光検出素子の製造方法 - Google Patents
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Description
テクスチャ領域の表面に達した光は、上述したように、テクスチャ領域の表面で反射又は散乱する。テクスチャ領域で反射又は散乱した光は、平坦な表面で反射した光に比して、半導体基板の厚み方向と交差する様々な方向に進む。したがって、テクスチャ表面で反射又は拡散した光が隣接する画素に進み、画素間でのクロストークが生じるおそれがある。クロストークは、ノイズの要因となる。
テクスチャ領域が、複数の予定領域に含まれる面毎に形成される場合、テクスチャ領域が、複数の予定領域に含まれる面以外の領域に形成され難い。たとえば、テクスチャ領域が第二主面全体に形成されている構成に比して、テクスチャ領域が、複数の予定領域に含まれる面毎に形成されている構成は、クロストークの発生を制限する。したがって、本過程により得られた裏面入射型半導体光検出素子は、クロストークの発生を抑制する。
半導体領域151は、以下のようにして形成される。開口53aが、酸化膜53がパターニングされることにより、酸化膜53に形成される。開口53aは、矩形状を呈している。p型不純物が、酸化膜53の開口53aを通して、主面11bから半導体基板11に添加される。添加されたp型不純物が、高温熱処理により、半導体基板11内に拡散する。半導体領域151は、主面11bから高濃度で拡散したp型不純物により形成される。上記高温熱処理により、酸化膜55が半導体領域151上に形成される(図7の(c)を参照)。
半導体領域16は、以下のようにして形成される。n型不純物が、主面11aから半導体基板11に添加される。添加されたn型不純物が、上記高温熱処理により、半導体基板11内に拡散する。半導体領域16は、主面11aから高濃度で拡散したn型不純物により形成される。
テクスチャ表面TSの窪みの最深位置での領域17の厚みTH1は、半導体基板11の厚み方向での、領域19(領域19b)の表面と上記最深位置との間隔D1より小さい。上記最深位置は、たとえば、全ての窪みのうち、最も深い窪みの最深位置である。上記最深位置は、全ての窪みのうち、任意の一つの窪みの最深位置であってもよい。上記最深位置は、全ての窪みの最深位置の平均位置であってもよい。
テクスチャ表面TSの表面に達した光は、上述したように、テクスチャ表面TSで反射又は散乱する。テクスチャ表面TSで反射又は散乱した光は、平坦な表面で反射した光に比して、半導体基板11の厚み方向と交差する様々な方向に進む。したがって、テクスチャ表面TSで反射又は拡散した光が隣接する画素に進み、画素間でのクロストークが生じるおそれがある。クロストークは、ノイズの要因となる。
半導体光検出素子1では、テクスチャ表面TSは、半導体領域15毎に設けられている。テクスチャ表面TSは、主面11bの、半導体領域15以外の領域には設けられていない。テクスチャ表面TSが半導体領域15毎に設けられている構成は、テクスチャ表面TSが主面11b全体に設けられている構成に比して、クロストークの発生を制限する。したがって、半導体光検出素子1は、クロストークの発生を抑制する。
半導体光検出素子1では、厚みTH2が、厚みTH3より大きい。したがって、半導体光検出素子1では、厚みTH2が厚みTH3以下である構成に比して、領域19では、光の入射に起因しないキャリアの再結合が生じやすい。この結果、半導体光検出素子1は、暗電流の発生を抑制する。
半導体光検出素子1では、厚みTH2が、厚みTH3より大きいので、厚みTH2が厚みTH3以下である構成に比して、アロイスパイクはpn接合に到達し難い。したがって、半導体光検出素子1は、漏れ電流の増大を抑制する。
半導体光検出素子1では、テクスチャ表面TSが、仮想平面VPより主面11a寄りに位置している。テクスチャ表面TSと領域19の表面とで段差が形成される。したがって、半導体光検出素子1が電子部品ECに実装される際に、潰れたバンプ電極35(又はバンプ電極75)が半導体光検出素子1のバンプ電極35以外の部位と干渉し難い。半導体光検出素子1は、バンプ電極35(又はバンプ電極75)と他の配線との短絡の発生を抑制すると共に、長波長域での分光感度特性が受ける悪影響を抑制する。
半導体光検出素子1では、テクスチャ表面TSが、仮想平面VPより主面11a寄りに位置している。したがって、バンプ電極35を形成する装置がテクスチャ表面TSと物理的に干渉し難い。半導体光検出素子1は、バンプ電極35を形成する際に、長波長域での分光感度特性が受ける悪影響を抑制する。
半導体光検出素子1では、縁領域TSaが半導体基板の厚み方向と平行である構成に比して、領域19に作用する応力が分散されやすい。したがって、領域19に応力が作用する場合でも、領域19への応力の集中が抑制される。半導体光検出素子1は、光の入射に起因しないキャリアの発生を抑制する。この結果、半導体光検出素子1は、暗電流の発生をより一層抑制する。
半導体光検出素子1では、パッド電極31が、電極領域31bを有している。すなわち、パッド電極31と領域17との少なくとも一部同士が、主面11bと直交する方向から見て、重なっている。したがって、パッド電極31の面積が確保される場合でも、半導体光検出素子1は、長波長域での分光感度特性を向上させる。
絶縁膜23がシリコン熱酸化膜である場合、絶縁膜23が形成される過程の熱処理により、テクスチャ表面TSの凹凸が滑らかになる。テクスチャ表面TSの凹凸が滑らかである場合、パッド電極31を含むメタル配線の形成プロセスが容易である。
各パッド電極41は、半導体領域20に配置されている。各パッド電極41は、主面11bと直交している方向から見て、所定間隔毎に配置されている。パッド電極41は、絶縁膜23上に形成されている。パッド電極41は、絶縁膜23に形成されているコンタクトホールを通して半導体領域20と接続されている。パッド電極41は、半導体領域20と絶縁膜23とに接触している。パッド電極41は、半導体領域20上に、直接配置されている。パッド電極41は、絶縁膜25と接触している。絶縁膜25は、パッド電極41の周縁を覆っている。パッド電極41は、導電性材料からなる。パッド電極41は、たとえば、アルミニウムからなる。この場合、パッド電極41は、スパッタ法又は蒸着法により形成される。
半導体光検出素子1では、テクスチャ表面TSに配置されている絶縁膜23,25が、絶縁膜23,25に達した光を反射又は拡散させる。したがって、絶縁膜23,25を透過する光が減少する。この結果、半導体光検出素子1は、長波長域での分光感度特性の低下を抑制する。
テクスチャ表面TS上に位置する領域(領域23a)がシリコン熱酸化膜で形成される場合、テクスチャ表面TSが酸化される。テクスチャ表面TSの酸化は、長波長域での分光感度特性の向上効果を抑制する傾向がある。第七変形例では、領域23aが、シリコン熱酸化膜ではなく、酸化アルミニウム膜63で形成される。したがって、第七変形例は、長波長域での分光感度特性の向上効果を抑制し難い。領域23aは、たとえば、窒化シリコン膜で形成されてもよい。窒化シリコン膜は、たとえば、減圧CVDにより形成される。
テクスチャ表面TSは、半導体基板11の厚み方向で、領域19の表面より主面11a寄りに位置していなくてもよい。すなわち、テクスチャ表面TSは、仮想平面VPより主面11a寄りに位置していなくてもよい。たとえば、テクスチャ表面TSの頂が、仮想平面VPと同じ位置であってもよい。テクスチャ表面TSは、仮想平面VPより主面11a寄りに位置している場合、上述したように、半導体光検出素子1は、暗電流の発生を抑制する。
領域17のテクスチャ表面TSの縁領域TSaは、領域19の表面と連続していなくてもよい。たとえば、縁領域TSaは、領域17と領域19とで形成される段差から離間していてもよい。たとえば、テクスチャ表面TSを有していない領域が、領域17と領域19とで形成される段差と、縁領域TSaとの間に位置していてもよい。この場合、たとえば、半導体基板11と直交する方向から見て、縁領域TSaの全体が、テクスチャ表面TSを有していない領域に囲まれていてもよい。領域17は、たとえば、テクスチャ表面TSを有していない領域を有していてもよい。
縁領域TSaは、半導体基板の厚み方向と略平行であってもよい。縁領域TSaが、半導体基板11の厚み方向に対して傾斜している場合、上述したように、半導体光検出素子1は、暗電流の発生をより一層抑制する。
バンプ電極35は、パッド電極31上に、直接配置されていてもよい。この場合、半導体光検出素子1は、UBM33を備えていない。
Claims (6)
- 互いに対向している第一主面と第二主面とを有していると共に、第一導電型の第一半導体領域を有している半導体基板であって、前記第一半導体領域とでpn接合を構成する第二導電型の複数の第二半導体領域を形成する複数の予定領域を前記第二主面側に有している半導体基板を準備し、
前記第二主面のうち、前記複数の予定領域に含まれる面に、テクスチャ領域を形成し、
前記テクスチャ領域を形成した後に、前記複数の予定領域に前記複数の第二半導体領域を形成し、
前記予定領域に前記第二半導体領域を形成する際に、前記第二半導体領域と前記第一半導体領域との境界面がテクスチャ表面の凹凸形状に対応した凹凸形状を呈するように、前記第二半導体領域を前記テクスチャ領域の表面形状に沿って形成する、前記第一主面が前記半導体基板への光入射面である裏面入射型半導体光検出素子の製造方法。 - 前記第二半導体領域を、前記予定領域内に第二導電型の不純物を添加することにより形成する、請求項1に記載の製造方法。
- 前記第二半導体領域を、前記予定領域の表面に第二導電型の不純物を含む層を形成することにより形成する、請求項1に記載の製造方法。
- 前記第二導電型の不純物は、ホウ素である、請求項2又は3に記載の製造方法。
- 前記テクスチャ領域を、前記複数の予定領域に含まれる前記面毎に形成する、請求項1~4のいずれか一項に記載の製造方法。
- 互いに対向している第一主面と第二主面とを有している半導体基板を備え、
前記半導体基板は、第一導電型の第一半導体領域と、前記第二主面側に形成されていると共に前記第一半導体領域とでpn接合を構成する第二導電型の複数の第二半導体領域と、を有し、
前記複数の第二半導体領域は、テクスチャ表面を有している領域を有し、
前記テクスチャ表面を有している前記領域では、前記第二半導体領域は、前記第二半導体領域と前記第一半導体領域との境界面がテクスチャ表面の凹凸形状に対応した凹凸形状を呈するように、前記テクスチャ表面に沿って形成されており、
前記第一主面が前記半導体基板への光入射面である、裏面入射型半導体光検出素子。
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