JP2002319669A - Backside incident type photodiode and photodiode array - Google Patents

Backside incident type photodiode and photodiode array

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JP2002319669A
JP2002319669A JP2001124591A JP2001124591A JP2002319669A JP 2002319669 A JP2002319669 A JP 2002319669A JP 2001124591 A JP2001124591 A JP 2001124591A JP 2001124591 A JP2001124591 A JP 2001124591A JP 2002319669 A JP2002319669 A JP 2002319669A
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JP
Japan
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photodiode
substrate
semiconductor substrate
electrode
light
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Application number
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Okamoto
浩二 岡本
Yoshimarou Fujii
義磨郎 藤井
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a backside incident type photodiode, capable of suppressing the damage of a photodetector, without reducing the working efficiency at the time of assembling an optical fiber or the like. SOLUTION: According to the backside incident type photodiode, when the optical fiber F is inserted into a recess 1d of the photodiode 10 and mounted, since this component is abutted against a stepped part 1ds, a light-sensing region 1r disposed at a part deeper than the stepped part is protected against the component.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、裏面入射型ホトダ
イオード及びホトダイオードアレイに関する。
The present invention relates to a back illuminated photodiode and a photodiode array.

【0002】[0002]

【従来の技術】短波長光に対して高感度が期待できる光
検出器として、例えば特開平6−29506号公報に開
示されたような裏面入射型CCDが知られている。この
CCDは、当該基板における転送電極が存在する側と対
向する側(裏面)からエッチングを行い、受光部の厚み
を15μmから20μm程度まで薄くしている。
2. Description of the Related Art As a photodetector which can be expected to have high sensitivity to short-wavelength light, for example, a back-illuminated CCD as disclosed in JP-A-6-29506 is known. In this CCD, etching is performed from the side (rear surface) of the substrate opposite to the side where the transfer electrode is present, and the thickness of the light receiving section is reduced from 15 μm to about 20 μm.

【0003】この裏面入射型CCDは受光部の厚さが非
常に薄いため、短波長の入射光であっても、受光部に至
るまでに半導体材料において吸収されず、また、光入射
に応じて発生したキャリアが基板内で再結合することな
く受光部に到達する。したがって、このような裏面入射
型ホトダイオードは、0.1nm程度の短波長光まで感
度を有する。
[0003] In this back-illuminated CCD, the thickness of the light receiving portion is extremely thin, so that even short-wavelength incident light is not absorbed by the semiconductor material before reaching the light receiving portion. The generated carriers reach the light receiving portion without being recombined in the substrate. Therefore, such a back-illuminated photodiode has sensitivity to light having a short wavelength of about 0.1 nm.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、受光部
の厚みが非常に薄い場合、機械的強度が弱くなる。例え
ば、光通信の分野においては、特開平5−129638
号公報に記載されるように、光ファイバとホトダイオー
ドとを光学的に結合して用いている。ところが、上記の
ような裏面入射型ホトダイオードにおいては、光ファイ
バと光学的結合を行う際、薄化された受光部にファイバ
端部が接触し、当該受光部が損傷を受け易くなる。この
ような損傷傾向は、製造歩留りを低下させる。
However, when the thickness of the light receiving section is very small, the mechanical strength is weak. For example, in the field of optical communication, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-129938
As described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209, an optical fiber and a photodiode are optically coupled and used. However, in the above-described back-illuminated photodiode, when the optical coupling with the optical fiber is performed, the fiber end comes into contact with the thinned light receiving portion, and the light receiving portion is easily damaged. Such a tendency to damage lowers the production yield.

【0005】このホトダイオードの裏面から受光部に至
るまでの開口部側面形状、すなわち円筒面形状に併せて
ファイバの先端を尖頭加工し、上記のような損傷を抑制
することも可能ではあるが、このような場合には、作業
効率が低下する。このように、裏面入射型ホトダイオー
ドにおいては、薄板部を有するが故に機械的強度が非常
に弱く、アセンブリ時に破損し易いという問題を内在す
る。
It is possible to sharpen the tip of the fiber in accordance with the side surface shape of the opening from the back surface of the photodiode to the light receiving portion, that is, the cylindrical shape, to suppress the damage as described above. In such a case, work efficiency is reduced. As described above, the back illuminated photodiode has a problem that it has a very weak mechanical strength due to the presence of the thin plate portion and is easily damaged during assembly.

【0006】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、光ファイバ等のアセンブリ時における作
業効率を低下させることなく、受光部の損傷を抑制可能
な裏面入射型ホトダイオードを提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of such a problem, and provides a back illuminated photodiode capable of suppressing damage to a light receiving portion without lowering work efficiency when assembling an optical fiber or the like. The purpose is to:

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る裏面入射型ホトダイオードは、半導体
基板の表面側に光感応領域が形成され、半導体基板の裏
面側から光感応領域方向に延びた凹部を有し、この凹部
を介して光感応領域に光が入射する裏面入射型ホトダイ
オードにおいて、凹部の側面は段部を有することを特徴
とする。
In order to solve the above-mentioned problems, in a back illuminated photodiode according to the present invention, a photosensitive region is formed on a front surface side of a semiconductor substrate, and a photosensitive region is formed in a direction from the back surface side of the semiconductor substrate to the photosensitive region. In the back-illuminated photodiode in which light is incident on the photosensitive region via the concave portion, the side surface of the concave portion has a step.

【0008】本発明のホトダイオードによれば、光ファ
イバ等の光透過性の光学部品をホトダイオードに取付け
る際、この部品は上記段部に当接するので、これよりも
深部に位置する光感応領域は保護されることとなる。
According to the photodiode of the present invention, when a light-transmitting optical component such as an optical fiber is attached to the photodiode, the component comes into contact with the step, so that the light-sensitive region located deeper than this is protected. Will be done.

【0009】この段部は、光ファイバの端面の周辺部が
当接する当接部を有すると共に、光ファイバ端面近傍の
側面の位置が規制されるように、当接部の周囲から裏面
方向に延びた円筒面を有することが好ましい。この場
合、光ファイバを凹部内に挿入すると、円筒面に沿って
光ファイバが当接部に移動し、当該当接部において、光
ファイバの深部への移動が制限されると共に、円筒面に
よって光ファイバ端面近傍の側面の位置(横方向移動)
が規制される。また、円筒面と光ファイバ側面との間に
接着剤(樹脂)を充填することとすれば、光ファイバを
より確実に固定することができる。なお、当接部の径は
光ファイバのクラッド径(125μm)に設定されるこ
とが望ましい。
The step has a contact portion with which the peripheral portion of the end face of the optical fiber contacts, and extends from the periphery of the contact portion toward the rear surface so as to regulate the position of the side surface near the end face of the optical fiber. It preferably has a cylindrical surface. In this case, when the optical fiber is inserted into the concave portion, the optical fiber moves to the contact portion along the cylindrical surface, and at the contact portion, the movement of the optical fiber to the deep portion is restricted, and the optical surface is controlled by the cylindrical surface. Side position near the fiber end face (transverse movement)
Is regulated. Further, if an adhesive (resin) is filled between the cylindrical surface and the side surface of the optical fiber, the optical fiber can be more securely fixed. The diameter of the contact portion is desirably set to the cladding diameter of the optical fiber (125 μm).

【0010】半導体基板の表面側に、光の入射に応じて
光感応領域内で発生したキャリアを取出すための電極を
備え、半導体基板の表面側は樹脂材料を介して支持基板
に固定され、電極は概略リング状の形状を有しており、
このリング状の電極は周方向に沿って一部切れているこ
とが好ましい。
An electrode for taking out carriers generated in the photosensitive region in response to the incidence of light is provided on the front side of the semiconductor substrate, and the front side of the semiconductor substrate is fixed to the supporting substrate via a resin material. Has a general ring shape,
This ring-shaped electrode is preferably partially cut off along the circumferential direction.

【0011】すなわち、上記凹部の存在によって光感応
領域の厚みは周囲よりも薄化しているので、短波長の光
が入射した場合においても、光感応領域内で発生したキ
ャリアは表面側の電極を介して取出すことができる。と
ころが、上述のように、光感応領域の薄化によって、そ
の機械的強度は減少している。そこで、半導体基板の表
面側を樹脂材料を介して支持基板に固定することによ
り、本発明のホトダイオードにおいては光感応領域を補
強している。
That is, since the thickness of the photosensitive region is thinner than that of the surroundings due to the presence of the concave portion, even when light of a short wavelength is incident, the carrier generated in the photosensitive region is applied to the electrode on the surface side. Can be removed via However, as described above, the mechanical strength of the photosensitive region has decreased due to the thinning of the photosensitive region. Therefore, the photosensitive region of the photodiode of the present invention is reinforced by fixing the front surface side of the semiconductor substrate to the support substrate via a resin material.

【0012】しかし、樹脂材料による半導体基板と支持
基板の密着性が低い場合には、十分な補強を行うことで
きないので、上記電極は概略リング状の形状を有してお
り、このリング状の電極は周方向に沿って一部切れてい
ることとした。この場合、樹脂材料による接着時におい
て、リング状電極の切れた部分を通って余分な樹脂材料
或いは気泡が外部に押し出され、樹脂材料による半導体
基板と支持基板の密着性が向上し、したがって、光感応
領域の強度が向上する。なお、リング(環)とは、狭義
には周方向に連続して内部を囲む形状を示すものである
ので、本発明においては上記のように一部分が切れてい
る場合を概略リング状と呼称することとする。
However, when the adhesion between the semiconductor substrate and the supporting substrate made of a resin material is low, sufficient reinforcement cannot be performed, so that the electrode has a substantially ring shape. Has been partially cut along the circumferential direction. In this case, at the time of bonding with the resin material, excess resin material or air bubbles are pushed to the outside through the cut portion of the ring-shaped electrode, and the adhesion between the semiconductor substrate and the support substrate by the resin material is improved. The strength of the sensitive area is improved. Note that, in the narrow sense, a ring refers to a shape that continuously surrounds the inside in the circumferential direction, and in the present invention, the case where a part is cut as described above is generally referred to as a ring shape. It shall be.

【0013】また、支持基板は、その上にパターン配線
が形成された配線基板であり、前記電極は前記パターン
配線とバンプを介して電気的に接続されていることが好
ましい。すなわち、光の入射に応じて光感応領域で発生
したキャリアはバンプ及び配線パターンを介して取出す
ことができる。
Preferably, the support substrate is a wiring substrate having a pattern wiring formed thereon, and the electrodes are electrically connected to the pattern wiring via bumps. That is, carriers generated in the photosensitive region in response to light incidence can be extracted through the bumps and the wiring patterns.

【0014】また、本発明のホトダイオードアレイは、
上記の裏面入射型ホトダイオードを半導体基板内に一次
元又は二次元状に複数形成してなる。このようなホトダ
イオードアレイは、一次元又は二次元像を撮像すること
ができるが、従来、光ファイバ装着時の個々のホトダイ
オードの損傷によって全体としての歩留まりが著しく低
下していた。本発明のホトダイオードを用いることによ
り、装着時の作業効率を劣化させることなく、ホトダイ
オードアレイの製造歩留まりを増加させることができ、
また、不良ホトダイオード(画素)の頻度を著しく減少
させることができるので、1つのホトダイオードアレイ
における画素数を増加させることもできる。
Further, the photodiode array of the present invention comprises:
A plurality of the above-mentioned back illuminated photodiodes are formed one-dimensionally or two-dimensionally in a semiconductor substrate. Such a photodiode array can capture a one-dimensional or two-dimensional image, but conventionally, the overall yield has been significantly reduced due to damage to individual photodiodes when an optical fiber is mounted. By using the photodiode of the present invention, it is possible to increase the production yield of the photodiode array without deteriorating the work efficiency at the time of mounting,
Further, since the frequency of defective photodiodes (pixels) can be significantly reduced, the number of pixels in one photodiode array can be increased.

【0015】また、半導体基板の表面側に、光の入射に
応じて前記光感応領域内で発生したキャリアを取出すた
めの電極を備え、この電極は凹部の深さ方向延長領域上
から外れた位置に設けることとしてもよく、凹部の深さ
方向延長領域上に位置する光感応領域を電極から保護す
ることができる。
An electrode is provided on the front surface side of the semiconductor substrate for taking out carriers generated in the photosensitive region in response to the incidence of light, and the electrode is located at a position deviating from the depth-extending region of the recess. The photosensitive region located on the region extending in the depth direction of the concave portion can be protected from the electrode.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る裏面入射
型ホトダイオードについて説明する。なお、同一要素に
は同一符号を用いることとし、重複する説明は省略す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A back illuminated photodiode according to an embodiment will be described below. The same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0017】まず、その構造について説明する。First, the structure will be described.

【0018】図1(a)は、実施の形態に係る裏面入射
型ホトダイオード10を支持基板20に貼り付けてなる
受光装置の平面図、図1(b)は図1(a)に示した受
光装置のI(b)−I(b)矢印線断面図、図2は裏面
入射型ホトダイオード主要部の拡大断面図である。な
お、図1(b)に示す断面図において下側が裏面入射型
ホトダイオード10の表面、上側が裏面を示し、また、
内部構造を分かりやすく説明するため、図1(a)に示
す平面図においては裏面側に設けられた保護膜の表示を
省略する。
FIG. 1A is a plan view of a light receiving device in which a back illuminated photodiode 10 according to the embodiment is attached to a support substrate 20, and FIG. 1B is a light receiving device shown in FIG. FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of a back-illuminated photodiode, taken along the line I (b) -I (b) of the device. In the sectional view shown in FIG. 1B, the lower side indicates the front surface of the back-illuminated photodiode 10, the upper side indicates the back surface, and
In order to easily explain the internal structure, in the plan view shown in FIG. 1A, the illustration of the protective film provided on the back surface side is omitted.

【0019】本受光装置は、裏面入射型ホトダイオード
10を支持基板(配線基板、プリント回路基板)20に
貼り付けてなり、裏面入射型ホトダイオード10と支持
基板20は、これらの間に介在する樹脂材料(アンダー
フィル樹脂)RSNによって接着されている。また、裏
面入射型ホトダイオード10と支持基板20の電気的接
続を行うため、これらの間には導電性のバンプ(バンプ
電極)Bが介在している。なお、これの代わりに必要に
応じて絶縁性のバンプを更に設けても良い。
In this light receiving device, a back illuminated photodiode 10 is adhered to a support substrate (wiring board, printed circuit board) 20. The back illuminated photodiode 10 and the support substrate 20 are formed of a resin material interposed therebetween. (Underfill resin) Adhered by RSN. In order to electrically connect the back-illuminated photodiode 10 and the support substrate 20, a conductive bump (bump electrode) B is interposed between them. Instead of this, an insulating bump may be further provided as necessary.

【0020】詳説すれば、支持基板20は、その上に配
線パターンWPを備えており、裏面入射型ホトダイオー
ド10の表面側の電極(電極パッド)Ea、Ecにバン
プBを介して接続されている。
More specifically, the support substrate 20 has a wiring pattern WP thereon, and is connected to electrodes (electrode pads) Ea and Ec on the front side of the back illuminated photodiode 10 via bumps B. .

【0021】裏面入射型ホトダイオード10は、半導体
基板SBの表面側に受光部である光感応領域(受光部)
1r(1a,1n,1i,1p)が形成され、半導体基
板SBの裏面側から光感応領域1r方向に延びた凹部1
dを有し、この凹部1dを介して光感応領域1rに光が
入射する裏面入射型ホトダイオードにおいて、凹部1d
の側面が段部1dsを有している。
The back-illuminated photodiode 10 has a light-sensitive region (light-receiving portion) as a light-receiving portion on the front surface side of the semiconductor substrate SB.
1r (1a, 1n, 1i, 1p) is formed, and the recess 1 extends in the direction of the photosensitive region 1r from the back surface side of the semiconductor substrate SB.
d, and light is incident on the photosensitive region 1r through the concave portion 1d.
Has a step 1ds.

【0022】なお、電極Ea、Ecは、光の入射に応じ
て光感応領域内で発生したキャリアを取出すための電極
であり、電極Ea、Ecは凹部1dの深さ方向延長領域
上から外れた位置に設けられており、凹部1dの深さ方
向延長領域上に位置する光感応領域1rを取り付けの際
に印加される電極Ea、Ecへの付勢力から保護するこ
とができる。
The electrodes Ea and Ec are electrodes for taking out carriers generated in the photosensitive region in response to the incidence of light, and the electrodes Ea and Ec are displaced from the region extending in the depth direction of the concave portion 1d. The light-sensitive region 1r, which is provided at the position and is located on the region extending in the depth direction of the concave portion 1d, can be protected from the urging force applied to the electrodes Ea and Ec at the time of attachment.

【0023】本構造によれば、光ファイバ等の光透過性
の光学部品をホトダイオード10の凹部1d内に挿入し
て取付ける際、この部品は段部1dsに当接するので、
これよりも深部に位置する光感応領域1rは当該部品か
ら保護されることとなる。また、光ファイバの取り付け
時においても、その先端を尖頭加工する必要がない。な
お、加工することもできる。
According to this structure, when a light-transmitting optical component such as an optical fiber is inserted and mounted in the concave portion 1d of the photodiode 10, the component comes into contact with the step portion 1ds.
The light-sensitive region 1r located deeper than this is protected from the component. In addition, even when the optical fiber is attached, it is not necessary to process the tip of the optical fiber with a point. In addition, it can also process.

【0024】したがって、裏面入射型ホトダイオード1
0によれば、光ファイバ等のアセンブリ時における作業
効率を低下させることなく、光感応領域1rの損傷を抑
制することができる。
Therefore, the back illuminated photodiode 1
According to 0, damage to the photosensitive region 1r can be suppressed without lowering the working efficiency at the time of assembling an optical fiber or the like.

【0025】なお、凹部の最深部における光感応領域1
rの厚みは、略10〜15μmにまで薄板化されてい
る。
The photosensitive region 1 at the deepest part of the concave portion
The thickness of r is reduced to about 10 to 15 μm.

【0026】以下の説明においては、凹部1dにおける
段部1dsよりも裏面側の開口を第1開口とし、表面側
の開口を第2開口とする。
In the following description, the opening on the back side of the step 1ds in the recess 1d is referred to as a first opening, and the opening on the front side is referred to as a second opening.

【0027】第1開口の直径は略125μm程度であ
り、第1開口は、段部1dsにおいて基板厚と垂直な平
面を有する平坦棚部(中間底部)を介して、これよりも
表面側に位置する第2開口に連続し、これらは同心円状
に位置している。
The diameter of the first opening is approximately 125 μm, and the first opening is located on the surface side of the step 1ds via a flat shelf (intermediate bottom) having a plane perpendicular to the substrate thickness at the step 1ds. And these are located concentrically.

【0028】なお、第2開口の直径は略10μmであ
る。また、これらの開口の形状は円形であるが、四角形
や六角形等の半導体材料の結晶面に沿った形状とするこ
ともできる。
The diameter of the second opening is approximately 10 μm. In addition, although the shape of these openings is circular, it may be a shape along a crystal plane of the semiconductor material, such as a square or a hexagon.

【0029】半導体基板SBは、基体となる高濃度N型
半導体基板1bと、N型半導体基板1bの表面側にエピ
タキシャル成長した低濃度のエピタキシャル層1iと、
凹部1dの底面直下の領域(第2開口の底面:薄板部)
におけるエピタキシャル層1iの裏面側に形成されたア
キュムレーション層1aと、アキュムレーション層1a
内に形成された格子状の高濃度N型半導体層1nと、上
記凹部1d直下の領域におけるエピタキシャル層1iの
表面側に形成されたP型半導体層(P+型拡散層)1p
とを備えている。
The semiconductor substrate SB includes a high-concentration N-type semiconductor substrate 1b serving as a base, and a low-concentration epitaxial layer 1i epitaxially grown on the surface side of the N-type semiconductor substrate 1b.
A region immediately below the bottom surface of the concave portion 1d (the bottom surface of the second opening: a thin plate portion)
The accumulation layer 1a formed on the back side of the epitaxial layer 1i, and the accumulation layer 1a
And a p-type semiconductor layer (P + -type diffusion layer) 1p formed on the surface side of the epitaxial layer 1i in a region immediately below the recess 1d.
And

【0030】低濃度のエピタキシャル層1iの導電型
は、I型又は低濃度のN型であるが、本例では1×10
13/cm3以下の不純物濃度を有する低濃度のN型であ
ることとする。したがって、I型とは低不純物(キャリ
ア)濃度を示すものである。
The conductivity type of the low-concentration epitaxial layer 1i is I-type or low-concentration N-type.
It is assumed that it is a low concentration N-type having an impurity concentration of 13 / cm 3 or less. Therefore, the I-type indicates a low impurity (carrier) concentration.

【0031】上記構造を詳説すれば、半導体基板SBの
凹部1dの直下の領域には、裏面側から、N型半導体層
1n、I型エピタキシャル層1i、P型半導体層1pが
順番に積層され、これらはPINホトダイオードを構成
している。また、エピタキシャル層1iにおけるN型不
純物の濃度を増加させれば、これは通常のPN接合型ホ
トダイオードとして機能する。いずれの場合において
も、N型半導体層1nの抵抗値は比較的低く設定され、
エピタキシャル層1i内における効率的な空乏層の形成
に寄与している。
To explain the above structure in detail, an N-type semiconductor layer 1n, an I-type epitaxial layer 1i, and a P-type semiconductor layer 1p are sequentially stacked from the back side in a region immediately below the concave portion 1d of the semiconductor substrate SB. These constitute a PIN photodiode. If the concentration of the N-type impurity in the epitaxial layer 1i is increased, it functions as a normal PN junction type photodiode. In any case, the resistance value of the N-type semiconductor layer 1n is set relatively low,
This contributes to efficient formation of a depletion layer in the epitaxial layer 1i.

【0032】また、高濃度N型半導体基板1bは、凹部
1d内における露出表面、凹部1dの外側に位置する基
板裏面の濃度が高濃度とされた高濃度導電層1b’を有
しているが、これは全体が高濃度であってもよい。
The high-concentration N-type semiconductor substrate 1b has a high-concentration conductive layer 1b 'having a high concentration on the exposed surface in the recess 1d and on the back surface of the substrate located outside the recess 1d. , Which may be highly concentrated throughout.

【0033】高濃度N型基板1bは、エピタキシャル層
1iを厚み方向に横切るコンタクト用の高濃度N型半導
体層(接続層(N+層拡散層)とする)1bb’に物理
的及び電気的に接続されている。
The high-concentration N-type substrate 1b is physically and electrically connected to a high-concentration N-type semiconductor layer for contact (referred to as a connection layer (N + layer diffusion layer)) 1bb 'crossing the epitaxial layer 1i in the thickness direction. It is connected.

【0034】また、接続層1bb’は基板表面に設けら
れたカソード電極Ecに物理的及び電気的に接続されて
いる。
The connection layer 1bb 'is physically and electrically connected to the cathode electrode Ec provided on the substrate surface.

【0035】格子状の高濃度N型半導体層1nの厚み
(深さ)は、アキュムレーション層1aよりも厚い。こ
のN型半導体層1nは、その周辺部でN+型基板1bと
接続される。
The thickness (depth) of the lattice-like high-concentration N-type semiconductor layer 1n is larger than that of the accumulation layer 1a. This N-type semiconductor layer 1n is connected to the N + -type substrate 1b at the peripheral portion.

【0036】したがって、カソード電極Ecに所定の電
位を与えると、接続層1bb’及びN+型基板1bを介
して格子状の高濃度N型半導体層1nに、この電位を与
えることができる。
Therefore, when a predetermined potential is applied to the cathode electrode Ec, this potential can be applied to the lattice-like high-concentration N-type semiconductor layer 1n via the connection layer 1bb 'and the N + -type substrate 1b.

【0037】アキュムレーション層1aは、均一の深さ
で形成されており、エピタキシャル層1iの裏面側表面
付近の浅いところで生じた光電子を再結合させることな
く、効率よく表面側の検出領域に到達させるように機能
する。
The accumulation layer 1a is formed to have a uniform depth so that photoelectrons generated in a shallow region near the back surface of the epitaxial layer 1i can efficiently reach the detection region on the front surface without recombination. To work.

【0038】なお、接続層1bb’はP型半導体層1p
の側周を囲んでおり、P型半導体層1pは上記凹部1d
の底面よりも外側の領域(厚板部)まで延びている。換
言すれば、P型半導体層1pは、半導体基板の薄板部1
rと重複すると共に厚板部まで延びている。P型半導体
層1pは、凹部1dの第2開口で規定される底面の面積
よりも大きな面積に設定されているので、電極Eaを配
線基板20のパターン配線WPにバンプBを介して接続
する際に、その衝撃を半導体基板の厚板部で吸収し、薄
板部への衝撃を最小限に抑止することができる。
It should be noted that the connection layer 1bb 'is a P-type semiconductor layer 1p
, And the P-type semiconductor layer 1p is provided with the concave portion 1d.
Extends to a region outside the bottom surface (thick plate portion). In other words, the P-type semiconductor layer 1p is the thin plate portion 1 of the semiconductor substrate.
r and extends to the thick plate portion. Since the P-type semiconductor layer 1p is set to have an area larger than the area of the bottom surface defined by the second opening of the concave portion 1d, the electrode Ea is connected to the pattern wiring WP of the wiring board 20 via the bump B. In addition, the impact can be absorbed by the thick plate portion of the semiconductor substrate, and the impact on the thin plate portion can be suppressed to a minimum.

【0039】なお、P型半導体層1pは、凹部1dの第
1開口で規定される開口面積よりも大きな面積に設定さ
れていることが更に望ましい。
It is more desirable that the P-type semiconductor layer 1p is set to have an area larger than the opening area defined by the first opening of the recess 1d.

【0040】また、かかる構造による電気的な効果とし
ては、キャリアの電極への到達率の向上を挙げることが
できる。すなわち、P型半導体層1pの面積は、少なく
とも凹部1dの底面の面積、好ましくは凹部1dの第1
開口によって規定される面積よりも大きいので、この開
口部から入射する光により発生したキャリアが拡散して
も、殆どのキャリアがP型半導体層1pに到達すること
ができる。
As an electrical effect of such a structure, an improvement in the arrival rate of carriers to the electrodes can be mentioned. That is, the area of the P-type semiconductor layer 1p is at least the area of the bottom surface of the recess 1d, preferably the first area of the recess 1d.
Since the area is larger than the area defined by the opening, most of the carriers can reach the P-type semiconductor layer 1p even if carriers generated by light incident from the opening diffuse.

【0041】P型半導体層1pは、基板表面側に設けら
れたアノード電極Eaに接続されている。したがって、
アノード電極Eaに所定の電位を与えると、P型半導体
層1pに、この電位を与えることができる。これらの電
極Ec,Ea間には、ホトダイオードへの印加電圧が逆
バイアスとなるような電圧が与えられる。
The P-type semiconductor layer 1p is connected to an anode electrode Ea provided on the substrate surface side. Therefore,
When a predetermined potential is applied to the anode electrode Ea, this potential can be applied to the P-type semiconductor layer 1p. A voltage is applied between these electrodes Ec and Ea so that the voltage applied to the photodiode becomes reverse bias.

【0042】なお、上述のように、電極Ec,Eaはバ
ンプBを介して支持基板20の配線パターンWPに接続
されている。したがって、配線パターンWPに上記電圧
を与えれば、本例のホトダイオードに駆動電圧を印加す
ることができる。
As described above, the electrodes Ec and Ea are connected to the wiring pattern WP of the support substrate 20 via the bumps B. Therefore, if the above-described voltage is applied to the wiring pattern WP, a drive voltage can be applied to the photodiode of this example.

【0043】上記N型及びP型層に至る電気的経路上に
位置する半導体層は、いずれも低抵抗であり、また、格
子状のN型高濃度半導体層1nも低抵抗であるため、こ
のホトダイオードは約2V以下の低バイアス電圧動作で
も完全空乏化が実現できると共に、高速応答性が実現で
きる。しかも、N型高濃度半導体層1n中には、アキュ
ムレーション層1aが形成されているため、キャリアの
表面付近での再結合も防止することができる。
Each of the semiconductor layers located on the electric path leading to the N-type and P-type layers has a low resistance, and the lattice-type N-type high-concentration semiconductor layer 1n also has a low resistance. The photodiode can realize complete depletion even at a low bias voltage operation of about 2 V or less, and can realize high-speed response. Moreover, since the accumulation layer 1a is formed in the N-type high-concentration semiconductor layer 1n, recombination near the surface of the carrier can be prevented.

【0044】P型半導体層1p、接続層1bb’及びエ
ピタキシャル層1iの露出表面は表面側保護膜PLfに
よって被覆されている。アキュムレーション層1a、N
型半導体層1n、凹部1d内及び基板裏面の露出表面
は、裏面側保護膜PLbによって被覆されている。これ
により、保護膜PLf,PLbによって被覆された半導
体材料への異物の侵入等を抑制することができる。
The exposed surfaces of the P-type semiconductor layer 1p, the connection layer 1bb 'and the epitaxial layer 1i are covered with a front-side protective film PLf. Accumulation layer 1a, N
The exposed surfaces of the mold semiconductor layer 1n, the recess 1d and the back surface of the substrate are covered with a back surface side protective film PLb. Thereby, it is possible to suppress intrusion of foreign matter into the semiconductor material covered with the protective films PLf and PLb.

【0045】また、裏面側保護膜PLbは、第2開口の
下部底部、すなわち光感応領域1rの表面を被覆してお
り、反射防止膜として機能する。
The back surface protective film PLb covers the lower bottom of the second opening, that is, the surface of the photosensitive region 1r, and functions as an anti-reflection film.

【0046】前記段部1dsの裏面側及び基板1bの裏
面における保護膜PLbの露出表面上は、遮光機能を兼
ねた裏面電極Ebによって全体が覆われている。なお、
凹部1dの外側に位置する基板裏面における高濃度導電
層1b’は、基板裏面側に設けられた裏面電極Ebに電
気的及び物理的に接続されており、裏面電極Ebを接地
電位等の固定電位とすることにより、基板電位を接地す
ることができる。この為、裏面入射型ホトダイオード1
0の下部開口底部の受光面以外に入射した光は電極Eb
で遮光されると共に、受光面1r以外に照射される電磁
ノイズを低減することができる。
The entire surface of the exposed surface of the protective film PLb on the back surface of the step portion 1ds and the back surface of the substrate 1b is covered by a back electrode Eb also having a light shielding function. In addition,
The high-concentration conductive layer 1b 'on the rear surface of the substrate located outside the concave portion 1d is electrically and physically connected to the rear electrode Eb provided on the rear surface of the substrate, and applies a fixed potential such as a ground potential to the rear electrode Eb. By doing so, the substrate potential can be grounded. Therefore, the back-illuminated photodiode 1
Light incident on a portion other than the light receiving surface at the bottom of the lower opening of electrode 0
, And can reduce electromagnetic noise emitted to portions other than the light receiving surface 1r.

【0047】なお、上記構成要素の材料、厚み及び不純
物濃度又は比抵抗は以下の通りである。
The materials, thicknesses, impurity concentrations or specific resistances of the above components are as follows.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】図3は表面側(図2における矢印III方
向)からみたホトダイオードの平面図である。カソード
電極Ec及びアノード電極Eaは、同図に示されるよう
な分割されたパターン状に形成される。本例の裏面入射
型ホトダイオード10においては、凹部1dの存在によ
って光感応領域1rの厚みは周囲よりも薄化しており、
短波長の光が入射した場合においても、発生したキャリ
アは電極Ec及び/又はEaを介して取出すことができ
る。すなわち、電極Ec及び/又はEaは、光の入射に
応じて光感応領域1r内で発生したキャリアを取出すた
め,半導体基板SBの表面側に設けられており、半導体
基板SBの表面側は樹脂材料RSNを介して支持基板2
0に固定されている。
FIG. 3 is a plan view of the photodiode as viewed from the front side (in the direction of arrow III in FIG. 2). The cathode electrode Ec and the anode electrode Ea are formed in a divided pattern as shown in FIG. In the back-illuminated photodiode 10 of this example, the thickness of the photosensitive region 1r is smaller than that of the surroundings due to the presence of the concave portion 1d.
Even when light of a short wavelength is incident, generated carriers can be extracted through the electrodes Ec and / or Ea. That is, the electrodes Ec and / or Ea are provided on the front surface side of the semiconductor substrate SB in order to take out carriers generated in the photosensitive region 1r in response to the incidence of light, and the front surface side of the semiconductor substrate SB is made of a resin material. Support substrate 2 via RSN
It is fixed to 0.

【0050】ところが、光感応領域1rの薄化によっ
て、その機械的強度は減少している。本例では、半導体
基板SBの表面側を樹脂材料RSNを介して支持基板2
0に固定することにより、光感応領域1rを補強してい
る。
However, the mechanical strength of the photosensitive region 1r has been reduced by the thinning of the photosensitive region 1r. In this example, the front side of the semiconductor substrate SB is supported on the support substrate 2 via the resin material RSN.
By fixing to 0, the photosensitive region 1r is reinforced.

【0051】しかし、樹脂材料RSNによる半導体基板
SBと支持基板20の密着性が低い場合には、十分な補
強を行うことできない。
However, when the adhesion between the semiconductor substrate SB and the support substrate 20 by the resin material RSN is low, sufficient reinforcement cannot be performed.

【0052】そこで、電極Ec及びEaは概略リング状
の形状を有しており、このリング状の電極Ec及びEa
は周方向に沿って一部切れていることとした。この場
合、樹脂材料RSNによる接着時において、リング状電
極Ec及びEaの切れた部分を通って余分な樹脂材料R
SN或いは気泡が外部に押し出され、樹脂材料RSNに
よる半導体基板SBと支持基板20の密着性が向上し、
したがって、光感応領域1rの強度が向上する。
Therefore, the electrodes Ec and Ea have a substantially ring shape, and the ring-shaped electrodes Ec and Ea
Has been partially cut along the circumferential direction. In this case, when bonding with the resin material RSN, the excess resin material R passes through the cut portions of the ring-shaped electrodes Ec and Ea.
SN or bubbles are pushed out, and the adhesion between the semiconductor substrate SB and the support substrate 20 by the resin material RSN is improved,
Therefore, the intensity of the photosensitive region 1r is improved.

【0053】なお、リング(環)とは、狭義には周方向
に連続して内部を囲む形状を示すものであるので、説明
においては、一部分が切れている場合を概略リング状と
呼称することとする。
Note that, in a narrow sense, a ring is a shape that continuously surrounds the inside in the circumferential direction, and in the description, a part that is partially cut is generally called a ring shape. And

【0054】電極構造について、詳説すれば、カソード
電極Ecの周方向に沿った幅は約200μm程度であ
り、電極Ec間のピッチ(間隔)は約200μm程度で
ある。この寸法は、回路基板20と裏面入射型ホトダイ
オード10との間の間隙に樹脂材料RSNを充填する
際、樹脂材料RSNを流れ易くし、樹脂材料RSNを間
隙全体に充填させるために有効である。樹脂材料RSN
を薄板部を含め間隙全体に行き渡らせるより、裏面入射
型ホトダイオード10の薄板部は保護(支持)されるの
で、その機械的強度を十分に高めることができる。な
お、アノード電極Eaはカソード電極Ecの内側に配置
されており、その形状及び配置はカソード電極Ecのも
のと同様である。
To describe the electrode structure in detail, the width of the cathode electrode Ec along the circumferential direction is about 200 μm, and the pitch (interval) between the electrodes Ec is about 200 μm. This dimension is effective for facilitating the flow of the resin material RSN when filling the gap between the circuit board 20 and the back-illuminated photodiode 10 with the resin material RSN, and for filling the entire gap with the resin material RSN. Resin material RSN
Since the thin plate portion of the back illuminated photodiode 10 is protected (supported) rather than spreading over the entire gap including the thin plate portion, the mechanical strength thereof can be sufficiently increased. The anode electrode Ea is arranged inside the cathode electrode Ec, and its shape and arrangement are the same as those of the cathode electrode Ec.

【0055】図4は、光ファイバFが凹部内に固定され
た受光装置の縦断面図である。光ファイバFは、凹部1
dの段部1dsに当接している。段部1dsは、光ファ
イバF端面の周辺部が当接する当接部ABTを有すると
共に、光ファイバ端面近傍の側面Fsの位置が規制され
るように、当接部ABTの周囲から裏面方向に延びた円
筒面1dcを有する。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the light receiving device in which the optical fiber F is fixed in the concave portion. The optical fiber F has a concave portion 1
d is in contact with the step 1ds. The step portion 1ds has a contact portion ABT with which the peripheral portion of the end surface of the optical fiber F contacts, and extends from the periphery of the contact portion ABT to the rear surface so that the position of the side surface Fs near the end surface of the optical fiber is regulated. It has a cylindrical surface 1dc.

【0056】この場合、ホトダイオード10と光ファイ
バFとの光学的接続(結合)を行うために、光ファイバ
Fを凹部1d内に挿入すると、円筒面1dcに沿って光
ファイバFが当接部ABTに移動し(自動アライン機
能)、当該当接部ABTにおいて、光ファイバFの基板
深部への移動が制限される(ストッパとして機能)と共
に、円筒面1dcによって光ファイバ端面近傍の側面F
sの位置(横方向移動)が規制される(位置規制機
能)。これらは、光ファイバFの光学軸を裏面入射型ホ
トダイオード10の受光部(検出領域)1rに位置合わ
せする手段として機能する。
In this case, when the optical fiber F is inserted into the concave portion 1d in order to perform optical connection (coupling) between the photodiode 10 and the optical fiber F, the optical fiber F is brought into contact with the contact portion ABT along the cylindrical surface 1dc. (Automatic alignment function), the movement of the optical fiber F to the deep portion of the substrate is restricted (functions as a stopper) at the contact portion ABT, and the side surface F near the optical fiber end surface is defined by the cylindrical surface 1dc.
The position of s (lateral movement) is regulated (position regulation function). These function as means for aligning the optical axis of the optical fiber F with the light receiving portion (detection region) 1r of the back-illuminated photodiode 10.

【0057】また、円筒面1dcと光ファイバ側面Fs
との間に図示しない接着剤(樹脂)を充填することとす
れば、光ファイバFをより確実に固定することができる
(樹脂収容機能)。
Further, the cylindrical surface 1dc and the optical fiber side surface Fs
If an unillustrated adhesive (resin) is filled in between, the optical fiber F can be fixed more reliably (resin accommodation function).

【0058】なお、第1開口は光ファイバFのクラッド
径(125μm)に設定されることが望ましい。
It is desirable that the first opening is set to the cladding diameter (125 μm) of the optical fiber F.

【0059】第2開口は、第1開口の段部1ds(中間
底部)をエッチングすることによって形成されるが、こ
れは接続される光ファイバFの径より十分小さい径であ
り、第1の開口と略同心状に形成される。本例では、第
2開口の径が光ファイバ径より小さい為、光ファイバが
基板薄板部である受光部1rと接触することはなく、薄
板部の損傷が防止される。
The second opening is formed by etching the step 1ds (intermediate bottom) of the first opening, which is sufficiently smaller than the diameter of the optical fiber F to be connected. And are formed substantially concentrically. In this example, since the diameter of the second opening is smaller than the diameter of the optical fiber, the optical fiber does not come into contact with the light receiving portion 1r, which is the substrate thin plate portion, and damage to the thin plate portion is prevented.

【0060】なお、第1及び第2開口の寸法は、それぞ
れ125μm及び10μmである。
The dimensions of the first and second openings are 125 μm and 10 μm, respectively.

【0061】本例においては、光ファイバFは、クラッ
ド径125μm、コア径10μmを有するので、上記寸
法を採用することにより、第1開口での位置合わせ機能
を十分達成でき、しかも薄板部への接触は防止できる。
なお、光ファイバFは第1開口内に位置するが、これら
は樹脂接着剤等により固定される。
In this example, since the optical fiber F has a cladding diameter of 125 μm and a core diameter of 10 μm, by adopting the above dimensions, the alignment function at the first opening can be sufficiently achieved, and moreover, the optical fiber F can be applied to a thin plate. Contact can be prevented.
Although the optical fiber F is located in the first opening, these are fixed by a resin adhesive or the like.

【0062】次に上記受光装置の製造方法について説明
する。この受光装置は、以下の順で行われる工程(1)
〜(12)によって製造される。
Next, a method for manufacturing the light receiving device will be described. In this light receiving device, step (1) is performed in the following order.
To (12).

【0063】(1)エピタキシャル層1iを形成する。
すなわち、半導体基板1bを用意し、半導体基板1bの
表面上にエピタキシャル層1iを成長させる。半導体基
板1bは厚さ約385μm、比抵抗が0.02Ω・cm
以下の基板である。エピタキシャル層1iは厚さ10〜
15μm、比抵抗が数100Ω・cm以上である。CV
D法等を用いることができる。
(1) The epitaxial layer 1i is formed.
That is, the semiconductor substrate 1b is prepared, and the epitaxial layer 1i is grown on the surface of the semiconductor substrate 1b. The semiconductor substrate 1b has a thickness of about 385 μm and a specific resistance of 0.02Ω · cm.
The following substrate. The epitaxial layer 1i has a thickness of 10 to 10.
15 μm, and the specific resistance is several hundred Ω · cm or more. CV
Method D or the like can be used.

【0064】(2)カソード用の接続層1bb’を形成
する。すなわち、エピタキシャル層1i表面の所定領域
に開口を有するマスクを形成した後、この開口を介して
N型不純物(リン)を拡散させ、基板1bに到達する接
続層1bb’を形成する。
(2) The connection layer 1bb 'for the cathode is formed. That is, after forming a mask having an opening in a predetermined region on the surface of the epitaxial layer 1i, an N-type impurity (phosphorus) is diffused through the opening to form a connection layer 1bb 'reaching the substrate 1b.

【0065】(3)アノード用のP型半導体層1pを接
続層1bb’の内側に形成する。すなわち、この層の形
成予定領域に開口を有するマスクをエピタキシャル層1
i表面に再び形成し、表面側からP型不純物(ボロン)
を拡散させる。P型半導体層1pの不純物濃度は1×1
19/cm3以上で、厚さ0.5μm程度に設定する。
これにより不純物濃度が1×1019/cm3以上、厚さ
10〜15μm程度の接続層1bb’がP型半導体層1
pの周囲を取り囲んで形成されたこととなる。
(3) The anode P-type semiconductor layer 1p is formed inside the connection layer 1bb '. That is, a mask having an opening in a region where this layer is to be formed is placed on the epitaxial layer 1.
Formed again on the i surface and P-type impurities (boron) from the surface side
To spread. The impurity concentration of the P-type semiconductor layer 1p is 1 × 1
The thickness is set at about 0 19 / cm 3 or more and about 0.5 μm in thickness.
As a result, the connection layer 1bb 'having an impurity concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or more and a thickness of about 10 to 15 μm is
This means that it is formed so as to surround p.

【0066】(4)表面側保護膜PLfを形成する。す
なわち、P型半導体層1p及びエピタキシャル層1iの
露出表面を酸化することにより、表面側保護膜PLfを
形成する。この酸化は熱酸化であり、表面側保護膜PL
fとしてSiO2が形成される。
(4) A front-side protective film PLf is formed. That is, the surface-side protective film PLf is formed by oxidizing the exposed surfaces of the P-type semiconductor layer 1p and the epitaxial layer 1i. This oxidation is thermal oxidation, and the surface side protective film PL
SiO 2 is formed as f.

【0067】(5)基板裏面をエッチングして2段凹状
構造の凹部1dを形成する。まず、半導体基板1bの裏
面における第1開口形成予定領域のみが露出したマスク
を裏面上に形成する。このマスクを用い、誘電結合プラ
ズマ(ICP)エッチングにより、第1開口を形成す
る。
(5) The back surface of the substrate is etched to form a concave portion 1d having a two-step concave structure. First, a mask is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1b in which only the first opening formation region is exposed. Using this mask, a first opening is formed by dielectrically coupled plasma (ICP) etching.

【0068】第1開口の形成後、一旦、エッチングを中
断する。次に、形成された第1開口の底部(中間底部)
における第2開口形成予定領域のみが露出したマスクを
当該底部上に形成する。このマスクを用い、再度、誘電
結合プラズマ(ICP)エッチングにより、第2開口を
形成する。第2開口の形成工程は、エピタキシャル層1
iが露出した時点で終了する。本例では、第1開口は1
25μmφ程度であり、第2開口は10μmφ程度とす
る。
After the formation of the first opening, the etching is temporarily stopped. Next, the bottom (middle bottom) of the formed first opening
Is formed on the bottom portion in which only the second opening formation scheduled region is exposed. Using this mask, a second opening is again formed by dielectrically coupled plasma (ICP) etching. The step of forming the second opening includes the epitaxial layer 1
The process ends when i is exposed. In this example, the first opening is 1
It is about 25 μmφ, and the second opening is about 10 μmφ.

【0069】(6)パターン状半導体層1nを形成す
る。すなわち、凹部1dの底面上に所定パターンのマス
ク(格子状)を形成し、このマスクを介してN型不純物
(リン)をエピタキシャル層1i内に拡散させる。この
不純物濃度は2×1018/cm3程度に設定する。
(6) A patterned semiconductor layer 1n is formed. That is, a mask (lattice shape) having a predetermined pattern is formed on the bottom surface of the concave portion 1d, and an N-type impurity (phosphorus) is diffused into the epitaxial layer 1i through the mask. This impurity concentration is set to about 2 × 10 18 / cm 3 .

【0070】(7)パターン状半導体層1nと同じ領域
内の露出面にアキュムレーション層を形成する。
(7) An accumulation layer is formed on the exposed surface in the same region as the patterned semiconductor layer 1n.

【0071】一般的にアキュムレーションを行う際に
は、N型シリコン基板に対してリンをイオン注入すれば
良いが、イオン注入層はアモルファス状となり、その後
の熱処理で再結晶化とイオン注入したリン原子の活性化
を行わなくてはいけない。通常この熱処理(アニール)
としては、600℃付近と1000℃付近の熱処理を連
続して行う、所謂2ステップ・アニールを行われる。
In general, when accumulating, phosphorus may be ion-implanted into the N-type silicon substrate. However, the ion-implanted layer becomes amorphous, and is recrystallized and ion-implanted phosphorus atoms by a subsequent heat treatment. Must be activated. Usually this heat treatment (annealing)
For example, so-called two-step annealing in which heat treatment at about 600 ° C. and about 1000 ° C. are continuously performed is performed.

【0072】(8)裏面側保護膜PLbを形成する。す
なわち、凹部1d及び裏面を含めた基板1bの露出表面
と、エピタキシャル層1iの露出表面上に保護膜PLb
を形成する。保護膜PLbとしてSiNx(シリコン窒
化物)を用いる場合には、形成にCVD法を用いる。
(8) A backside protective film PLb is formed. That is, the protective film PLb is formed on the exposed surface of the substrate 1b including the concave portion 1d and the back surface and the exposed surface of the epitaxial layer 1i.
To form When SiNx (silicon nitride) is used as the protective film PLb, a CVD method is used for the formation.

【0073】(9)カソード及びアノード電極Ec,E
aを形成する。すなわち、表面側保護膜PLfにおけ
る、n型の接続層1bb’、P型半導体層1pに対応す
る領域に、コンタクトホールを形成し、コンタクトホー
ルを介してn型の接続層1bb’、P型半導体層1p上
にアルミニウムを蒸着し、それぞれ電極Ec,Eaを形
成する。なお、CVD法等により、これらの上に更にS
iO2保護膜を形成してもよい。
(9) Cathode and anode electrodes Ec, E
a is formed. That is, a contact hole is formed in a region corresponding to the n-type connection layer 1bb 'and the P-type semiconductor layer 1p in the front side protective film PLf, and the n-type connection layer 1bb' and the P-type semiconductor are formed through the contact hole. Aluminum is deposited on the layer 1p to form electrodes Ec and Ea, respectively. Note that S is further added on these by CVD or the like.
An iO 2 protective film may be formed.

【0074】(10)遮光及び接地用裏面電極Ebを形
成する。すなわち、裏面側保護膜PLbの所定領域にコ
ンタクトホールを形成した後、保護膜PLb及びコンタ
クトホールによる基板1bの露出面上を電極Ebによっ
て被覆する。電極材料としてはアルミニウムを用いるこ
とができる。なお、電極Ebが接続される高濃度層1
b’は工程(8)よりも前の適当な時期に形成してお
く。
(10) The back surface electrode Eb for shading and grounding is formed. That is, after a contact hole is formed in a predetermined region of the back surface side protective film PLb, the surface of the substrate 1b exposed by the protective film PLb and the contact hole is covered with the electrode Eb. Aluminum can be used as an electrode material. The high concentration layer 1 to which the electrode Eb is connected
b 'is formed at an appropriate time before step (8).

【0075】(11)回路基板20と裏面入射型ホトダ
イオード10とを電気的に接続する。すなわち、基板S
B表面上を被覆している図示しない保護膜がある場合に
は、これの電極Ea,Ecに対応する部分を除去し、続
いて、アノード及びカソード電極Ea,Ec上に導電性
のバンプBを配置し、バンプBによって回路基板20上
の配線パターンWPと電極Ea,Ecとを接続する。バ
ンプBはNi/Auからなる。なお、回路基板20は、
必要に応じてホトダイオード10からの出力信号を増幅
する増幅器等の回路を備えることとしてもよい。
(11) The circuit board 20 and the back illuminated photodiode 10 are electrically connected. That is, the substrate S
If there is a protective film (not shown) covering the surface of B, the portions corresponding to the electrodes Ea and Ec are removed, and then a conductive bump B is formed on the anode and cathode electrodes Ea and Ec. The wiring pattern WP on the circuit board 20 and the electrodes Ea and Ec are connected by the bumps B. The bump B is made of Ni / Au. In addition, the circuit board 20
If necessary, a circuit such as an amplifier for amplifying the output signal from the photodiode 10 may be provided.

【0076】(12)バンプにより接続された裏面入射
型ホトダイオード10とプリント回路基板20との間の
間隙に樹脂材料RSNを充填し、硬化させ、図1に示し
た受光装置が完成する。
(12) The gap between the back illuminated photodiode 10 and the printed circuit board 20 connected by the bumps is filled with a resin material RSN and cured to complete the light receiving device shown in FIG.

【0077】次に、上記裏面入射型ホトダイオード10
を複数備えてなる裏面入射型ホトダイオードアレイにつ
いて説明する。このホトダイオードアレイは、単一の半
導体基板内に形成され、単一の配線基板20上に形成さ
れた配線パターンWPに、上記1つのホトダイオード1
0と同様にバンプを介して接続される。
Next, the back illuminated photodiode 10
Will be described. This photodiode array is formed in a single semiconductor substrate, and the one photodiode 1 is attached to a wiring pattern WP formed on a single wiring substrate 20.
The connection is made via a bump in the same manner as 0.

【0078】図5は複数の裏面入射型ホトダイオード1
0が二次元状に配置されてなる裏面入射型ホトダイオー
ドアレイを配線基板20に取付けてなる受光装置の平面
図であり、図6は図5に示した受光装置のIV−IV矢
印線断面図である。
FIG. 5 shows a plurality of back-illuminated photodiodes 1.
FIG. 6 is a plan view of a light receiving device in which a back-illuminated photodiode array in which 0s are two-dimensionally arranged is attached to a wiring board 20, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of the light receiving device shown in FIG. is there.

【0079】アレイ状の裏面入射型ホトダイオードは、
同一基板上に所定の間隔で形成され、それぞれの開口部
(凹部1d)には、複数の光ファイバFが夫々光学的に
接続されている。各凹部1dは、いずれも上記実施態様
と同様に2重凹状に形成され、各々の第1開口内に光ファ
イバFが位置し、これらは樹脂接着剤等により固定され
ている。
The array type back illuminated photodiode is
A plurality of optical fibers F are formed at predetermined intervals on the same substrate, and are optically connected to the respective openings (recesses 1d). Each of the concave portions 1d is formed in a double concave shape as in the above embodiment, and the optical fiber F is located in each of the first openings, and these are fixed by a resin adhesive or the like.

【0080】この裏面入射型ホトダイオードアレイによ
れば、光ファイバFを介して入射する二次元像を得るこ
とができる。なお、裏面入射型ホトダイオード10は一
次元状に配置してもよい。この場合には、裏面入射型ホ
トダイオードアレイは一次元像を得ることができる。す
なわち、このホトダイオードアレイは、上述の裏面入射
型ホトダイオード10を、半導体基板SB内に一次元又
は二次元状に複数形成してなる。
According to the back-illuminated photodiode array, a two-dimensional image incident through the optical fiber F can be obtained. The back-illuminated photodiode 10 may be arranged one-dimensionally. In this case, the back illuminated photodiode array can obtain a one-dimensional image. In other words, this photodiode array is formed by forming a plurality of one-dimensional or two-dimensional back-illuminated photodiodes 10 in the semiconductor substrate SB.

【0081】従来、光ファイバ装着時の個々のホトダイ
オードの損傷によって全体としての歩留まりが著しく低
下していたが、上記ホトダイオード10を用いることに
より、装着時の作業効率を低下させることなく、ホトダ
イオードアレイの製造歩留まりを増加させることがで
き、また、不良ホトダイオード(画素)の頻度を著しく
減少させることができるので、1つのホトダイオードア
レイにおける画素数を増加させることもできる。
Conventionally, the yield as a whole has been significantly reduced due to the damage of individual photodiodes at the time of mounting an optical fiber. However, by using the above-described photodiode 10, the photodiode array can be mounted without lowering the work efficiency at the time of mounting. Since the manufacturing yield can be increased and the frequency of defective photodiodes (pixels) can be significantly reduced, the number of pixels in one photodiode array can be increased.

【0082】また、上記半導体の導電型は、反転させる
ことも可能である。すなわち、N型及びP型は互いに置
換可能である。
Further, the conductivity type of the semiconductor can be reversed. That is, N-type and P-type are interchangeable.

【0083】また、上記アノード及びカソード電極E
a,Ecの形状は、概略ディスク状であって、分割され
ていてもよい。
The anode and cathode electrodes E
The shapes of a and Ec are roughly disk-shaped and may be divided.

【0084】図7は、N型半導体層1nの別の平面パタ
ーンを示す図である。上述のN型半導体層1nは格子状
とされたが、これは図7に示すように、リング状、概略
リング状、又は同心二重リング状等としてもよい。
FIG. 7 is a diagram showing another planar pattern of the N-type semiconductor layer 1n. Although the above-described N-type semiconductor layer 1n has a lattice shape, it may have a ring shape, a substantially ring shape, a concentric double ring shape, or the like as shown in FIG.

【0085】以上、説明したように、上記裏面入射型ホ
トダイオードにおいては、第1導電型(N+型)半導体基
板1bの第1面(表面)側に低濃度の第1導電型(N
-型)エピタキシャル層1iが形成され、第1導電型の
エピタキシャル層1iの基板1bと対向する表面(第1
面:表面)の所定領域に高濃度第2導電型(P+型)拡
散層1pが形成され、半導体基板1bの露出面側の高濃
度第2導電型拡散層1pに対向する領域に第1導電型の
エピタキシャル層1iを露出するように形成された開口
部1dを有し、開口部1dから入射する光を検出する裏
面入射型半導体ホトダイオードであって、開口部1d
は、第1開口と、第2開口とからなる二重凹状に構成さ
れ、第1開口の方が第2開口よりも径が大きく、略同心
で形成されている。
As described above, in the above-mentioned back illuminated photodiode, the low-concentration first conductivity type (N +) is formed on the first surface (front surface) side of the first conductivity type (N + type) semiconductor substrate 1b.
- -type) epitaxial layer 1i is formed, the substrate 1b opposed to the surface of the first conductive type epitaxial layer 1i (first
A high-concentration second conductivity type (P + -type) diffusion layer 1p is formed in a predetermined region (surface: front surface), and a first concentration is formed in a region facing the high-concentration second conductivity type diffusion layer 1p on the exposed surface side of the semiconductor substrate 1b. A back-illuminated semiconductor photodiode having an opening (1d) formed so as to expose a conductive type epitaxial layer (1i), and detecting light incident from the opening (1d).
Is formed in a double concave shape including a first opening and a second opening. The first opening has a larger diameter than the second opening and is formed substantially concentrically.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明の裏面入射型ホトダイオードによ
れば、光ファイバ等のアセンブリ時における作業効率を
低下させることなく、受光部の損傷を抑制可能な裏面入
射型ホトダイオードを提供することができる。
According to the back illuminated photodiode of the present invention, it is possible to provide a back illuminated photodiode capable of suppressing damage to the light receiving portion without lowering the working efficiency at the time of assembling an optical fiber or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)は実施の形態に係る裏面入射型ホト
ダイオード10を支持基板20に貼り付けてなる受光装
置の平面図、図1(b)は図1(a)に示した受光装置
のI(b)−I(b)矢印線断面図である。
FIG. 1A is a plan view of a light receiving device in which a back-illuminated photodiode 10 according to an embodiment is attached to a support substrate 20, and FIG. 1B is a light receiving device shown in FIG. It is I (b) -I (b) arrow line sectional drawing of an apparatus.

【図2】裏面入射型ホトダイオード主要部の拡大断面図
である。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of a back illuminated photodiode.

【図3】表面側(図2における矢印III方向)からみ
たホトダイオードの平面図。
FIG. 3 is a plan view of the photodiode as viewed from the front side (the direction of arrow III in FIG. 2).

【図4】光ファイバ及び受光装置のI(b)−I(b)
矢印線断面図である。
FIG. 4 shows I (b) -I (b) of an optical fiber and a light receiving device.
It is arrow sectional drawing.

【図5】複数の裏面入射型ホトダイオード10が二次元
状に配置されてなる裏面入射型ホトダイオードアレイを
配線基板20に取付けてなる受光装置の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a light receiving device in which a back-illuminated photodiode array in which a plurality of back-illuminated photodiodes 10 are arranged two-dimensionally is mounted on a wiring board 20.

【図6】図5に示した受光装置のIV−IV矢印線断面
図である。
FIG. 6 is a sectional view taken along the line IV-IV of the light receiving device shown in FIG.

【図7】N型半導体層1nの平面パターンを示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a plane pattern of an N-type semiconductor layer 1n.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…裏面入射型ホトダイオード、SB…半導体基板、
1r…光感応領域、1d…凹部、1ds…段部。
10: back-illuminated photodiode, SB: semiconductor substrate,
1r: photosensitive region, 1d: concave portion, 1ds: step portion.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 BA06 CA02 CA32 GA02 GA09 HA14 HA31 5F049 MA04 NA09 NA10 NB03 NB05 QA06 QA20 RA02 SS02 SZ20 TA14 5F088 AA01 BA16 BB02 BB03 DA17 EA03 EA04 EA20 GA07 GA08 GA10 JA14  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M118 BA06 CA02 CA32 GA02 GA09 HA14 HA31 5F049 MA04 NA09 NA10 NB03 NB05 QA06 QA20 RA02 SS02 SZ20 TA14 5F088 AA01 BA16 BB02 BB03 DA17 EA03 EA04 EA20 GA07 GA08 GA10 JA14

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面側に光感応領域が形成
され、前記半導体基板の裏面側から前記光感応領域方向
に延びた凹部を有し、前記凹部を介して前記光感応領域
に光が入射する裏面入射型ホトダイオードにおいて、前
記凹部の側面は段部を有することを特徴とする裏面入射
型ホトダイオード。
1. A photosensitive region is formed on a front surface side of a semiconductor substrate, and has a concave portion extending from the rear surface side of the semiconductor substrate toward the photosensitive region. Light is transmitted to the photosensitive region through the concave portion. In the back-illuminated photodiode, the side surface of the concave portion has a step portion.
【請求項2】 前記段部は、光ファイバの端面の周辺部
が当接する当接部を有すると共に、前記光ファイバ端面
近傍の側面の位置が規制されるように、前記当接部の周
囲から前記裏面方向に延びた円筒面を有することを特徴
とする請求項1に記載の裏面入射型ホトダイオード。
2. The stepped portion has a contact portion with which the peripheral portion of the end face of the optical fiber is in contact, and is positioned from the periphery of the contact portion so that the position of the side surface near the end surface of the optical fiber is regulated. 2. The back illuminated photodiode according to claim 1, wherein the photodiode has a cylindrical surface extending in the back direction.
【請求項3】 前記半導体基板の表面側に、光の入射に
応じて前記光感応領域内で発生したキャリアを取出すた
めの電極を備え、前記半導体基板の表面側は樹脂材料を
介して支持基板に固定され、前記電極は概略リング状の
形状を有しており、前記リング状の前記電極は周方向に
沿って一部切れていることを特徴とする請求項2に記載
の裏面入射型ホトダイオード。
3. An electrode for taking out carriers generated in the light-sensitive region in response to the incidence of light on a front side of the semiconductor substrate, wherein the front side of the semiconductor substrate is a support substrate via a resin material. 3. The back-illuminated photodiode according to claim 2, wherein the electrode has a substantially ring shape, and the ring-shaped electrode is partially cut along a circumferential direction. 4. .
【請求項4】 前記支持基板は、その上にパターン配線
が形成された配線基板であり、前記電極は前記パターン
配線とバンプを介して電気的に接続されていることを特
徴とする請求項3に記載の裏面入射型ホトダイオード。
4. The substrate according to claim 3, wherein the support substrate is a wiring substrate having a pattern wiring formed thereon, and the electrodes are electrically connected to the pattern wiring via bumps. 2. The back-illuminated photodiode described in 1. above.
【請求項5】 請求項1に記載の裏面入射型ホトダイオ
ードを、前記半導体基板内に一次元又は二次元状に複数
形成してなるホトダイオードアレイ。
5. A photodiode array comprising a plurality of one-dimensional or two-dimensional back-illuminated photodiodes according to claim 1 formed in said semiconductor substrate.
【請求項6】 前記半導体基板の表面側に、光の入射に
応じて前記光感応領域内で発生したキャリアを取出すた
めの電極を備え、この電極は前記凹部の深さ方向延長領
域上から外れた位置に設けられていることを特徴とする
請求項1に記載の裏面入射型ホトダイオード。
6. An electrode on a surface side of the semiconductor substrate for taking out carriers generated in the light-sensitive region in response to the incidence of light, the electrode being displaced from the depth-extending region of the concave portion. 2. The back illuminated photodiode according to claim 1, wherein the photodiode is provided at an inclined position.
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