CN103035657A - 固体拍摄装置及固体拍摄装置的制造方法 - Google Patents

固体拍摄装置及固体拍摄装置的制造方法 Download PDF

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CN103035657A CN2012100709748A CN201210070974A CN103035657A CN 103035657 A CN103035657 A CN 103035657A CN 2012100709748 A CN2012100709748 A CN 2012100709748A CN 201210070974 A CN201210070974 A CN 201210070974A CN 103035657 A CN103035657 A CN 103035657A
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Abstract

本发明涉及固体拍摄装置及固体拍摄装置的制造方法。实施方式的固体拍摄装置具备半导体基板、反射体及外部电极。上述半导体基板在表面具有包括光电二极管的感光区域,其背面被抛光。上述反射体形成于上述半导体基板的背面上,对入射到上述感光区域后的红外线进行反射。上述外部电极电连接于上述感光区域。

Description

固体拍摄装置及固体拍摄装置的制造方法
技术领域
本发明的实施方式一般涉及固体拍摄装置及固体拍摄装置的制造方法。
背景技术
对红外线进行受光的现有的固体拍摄装置(以下称为“现有的红外线传感器”),主要在半导体基板的深部对红外线进行受光并进行光电变换,将由此产生的电荷收集到在半导体基板的表面形成的光电二极管。但是,电荷主要在半导体基板的深部产生,因此通过对红外线受光而产生的大多数的电荷在到达光电二极管之前因复合而消失。因此,即使对红外线受光,由此而产生的电荷也难以收集到光电二极管。这一情况,成为使红外线传感器的受光灵敏度劣化的主要原因。
进而,在半导体基板的深部不施加电场,因此所产生的载流子各向同性地扩散。因此,在半导体基板中因对红外线受光而产生的电荷不会到达预定的光电二极管而被收集到预定的光电二极管的周边的其他的光电二极管。这一情况成为使红外线传感器的分辨率劣化的主要原因。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供能够使得红外线的受光灵敏度及分辨率提高的固体拍摄装置及固体拍摄装置的制造方法。
实施方式的固体拍摄装置的特征在于,具备:在表面具有包括光电二极管的感光区域、背面被抛光的半导体基板;在该半导体基板的背面上形成、对入射到上述感光区域后的红外线进行反射的反射体;以及电连接于上述感光区域的外部电极。
其他实施方式的固体拍摄装置的制造方法的特征在于,包括:将在表面具有包括光电二极管的感光区域的半导体基板从背面薄型化、对上述半导体基板的背面进行抛光的工序;在薄型化且背面被抛光了的上述半导体基板的背面上形成对入射到上述感光区域后的红外线进行反射的反射体的工序;以及以电连接于上述感光区域的方式形成外部电极的工序。
根据上述构成的固体拍摄装置及固体拍摄装置的制造方法,能够使得红外线的受光灵敏度及分辨率提高
附图说明
图1是表示第1实施例涉及的固体拍摄装置的剖面图。
图2是从背面侧看应用于图1的固体拍摄装置的半导体基板的一部分的俯视图。
图3是用于说明第1实施例涉及的固体拍摄装置的制造方法的剖面图,表示在半导体晶片上固定晶片形状的透明部件的工序。
图4是用于说明第1实施例涉及的固体拍摄装置的制造方法的剖面图,表示对半导体晶片进行薄型化的工序。
图5是用于说明第1实施例涉及的固体拍摄装置的制造方法的剖面图,表示在薄型化后的半导体晶片形成贯通孔的工序。
图6是用于说明第1实施例涉及的固体拍摄装置的制造方法的剖面图,表示在半导体晶片的背面形成反射体及布线的工序。
图7是用于说明第1实施例涉及的固体拍摄装置的制造方法的剖面图,表示形成外部电极的工序。
图8是用于说明第1实施例涉及的固体拍摄装置的制造方法的剖面图,表示将多个固体拍摄装置单片化的工序。
图9是对应用于第1实施例涉及的固体拍摄装置的半导体基板的一部分进行放大而表示的剖面图。
图10是表示照射于硅的光的波长与硅的光的吸收系数的关系的曲线图。
图11是表示照射于硅的光的波长与该光的强度衰减为1/e的深度的关系的曲线图。
图12是对实际制造的固体拍摄装置的相对灵敏度与通过模拟得到的固体拍摄装置的相对灵敏度进行比较而示出的曲线图。
图13是在载流子的扩散长度为30μm时的现有的固体拍摄装置中将入射于装置的光的波长与相对灵敏度的关系按半导体基板的厚度而示出的模拟结果。
图14是在载流子的扩散长度为20μm时的现有的固体拍摄装置中将入射于装置的光的波长与相对灵敏度的关系按半导体基板的厚度而示出的模拟结果。
图15是在载流子的扩散长度为30μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置中将入射于装置的光的波长与相对灵敏度的关系按半导体基板的厚度而示出的模拟结果。
图16是在载流子的扩散长度为20μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置中将入射于装置的光的波长与相对灵敏度的关系按半导体基板的厚度而示出的模拟结果。
图17是对扩散长度为30μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度与本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度进行比较而示出的曲线图。
图18是对扩散长度为20μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度与本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度进行比较而示出的曲线图。
图19是表示第2实施例涉及的固体拍摄装置的、与图1相当的剖面图。
图20是用于说明第2实施例涉及的固体拍摄装置的制造方法的剖面图,表示在半导体晶片上固定晶片形状的透明部件的工序。
图21是在扩散长度为30μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置中将相对灵敏度与半导体基板的厚度的关系按入射于装置的光的波长而示出的曲线图。
具体实施方式
实施方式的固体拍摄装置具备半导体基板、反射体及外部电极。上述半导体基板在表面具有包括光电二极管的感光区域,其背面被抛光。上述反射体形成于上述半导体基板的背面上,对入射到上述感光区域后的红外线进行反射。上述外部电极电连接于上述感光区域。
实施方式的固体拍摄装置的制造方法包括:对半导体基板进行薄型化、对上述半导体基板的背面进行抛光的工序;形成对红外线进行反射的反射体的工序;及形成外部电极的工序。对上述半导体基板进行薄型化、对上述半导体基板的背面进行抛光的工序,是将表面具有包括光电二极管的感光区域的半导体基板从背面薄型化、对上述半导体基板的背面进行抛光的工序。形成上述反射体的工序,是在薄型化且背面被抛光后的上述半导体基板的背面上形成对入射到上述感光区域后的红外线进行反射的反射体的工序。形成上述外部电极的工序,是以电连接于上述感光区域的方式形成外部电极的工序。
以下关于实施例涉及的固体拍摄装置及固体拍摄装置的制造方法参照附图详细地进行说明。此外,以下所说明的固体拍摄装置是对红外线进行受光的红外线传感器。
(第1实施例)
图1是表示第1实施例涉及的固体拍摄装置的剖面图。图1所示的固体拍摄装置10具有红外线传感器基板11和透明部件12。
红外线传感器基板11具有被薄型化了的半导体基板13。半导体基板13例如是n型的硅基板,其背面被抛光。
在半导体基板13的表面形成感光区域(未图示)。感光区域是例如n型的多个光电二极管(未图示)及多个微透镜14排列为栅格状的区域。此外,多个光电二极管在形成于半导体基板13的表面的p型的阱(well)层(未图示)的表面形成。
此外,在半导体基板13的表面上,在感光区域的周围即按栅格状排列的多个微透镜14的周围,形成有电连接于感光区域的焊盘(bonding pad)15。而且,在焊盘15下形成有贯通半导体基板13的贯通孔16。
在半导体基板13的背面上形成有对红外线进行反射的反射体17及多个布线18。反射体17在半导体基板13的背面上包括对应于感光区域的区域地形成。多个布线18在半导体基板13的背面上形成于反射体17的周围。
图2是对半导体基板13从背面侧观察的俯视图。如图2所示,反射体17包括例如四角形状的金属,这样的反射体17如上所述地包括与感光区域对应的区域地形成。
此外,反射体17只要是具有对红外线进行反射的性质的材料即可,可以是通过任何材料所形成的构件,例如包括Cu等的金属。
通过该反射体17及半导体基板13的被抛光的背面,形成对红外线进行反射的反射部。反射部对入射于半导体基板13的表面的感光区域后的红外线进行反射。因此,反射部作为相对于从半导体基板13的表面侧入射的红外线的镜体发挥作用。
进而,反射部对照射于半导体基板13的背面侧的红外线进行反射。因此,反射部也作为相对于照射于半导体基板13的背面侧的红外线的遮光体发挥作用。
如图2所示,各个布线18包括例如比反射体17小的四角形状的金属,这样的多个布线18如上所述地形成于反射体17的周围。
此外,如图1所示,这些布线18的各个通过形成于贯通孔16内的导电体19电连接于焊盘15。
此外,布线18及导电体19只要是导电性的材料即可,可以通过任何材料形成,包括例如Cu等的金属。例如上述的反射体17、布线18及导电体19通过例如Cu等的相同的材料形成时,可以将它们通过一次的制造工序形成。因此,反射体17、布线18及导电体19优选通过相同的材料形成。
如图1所示,在多个布线18上分别形成外部电极20。多个外部电极20的各个是例如焊球。
在这样的红外线传感器基板11中,半导体基板13是薄型化的构件。薄型化的半导体基板13的厚度是:使得入射到感光区域后的红外线的大部分在设置于半导体基板13的背面侧的反射部反射的程度的厚度。半导体基板13优选为20μm~50μm的范围的厚度。
此外,该半导体基板厚度13的厚度的范围基于后述的与固体拍摄装置的相对灵敏度相关的模拟结果(图21)得到。
在具有这样的半导体基板13的红外线传感器基板11上配置透明部件12,通过粘接剂21而固定。粘接剂21在半导体基板13的表面形成于感光区域的周围即按栅格状排列的多个微透镜14的周围。透明部件12通过该粘接剂21固定于半导体基板13上。透明部件12用于支持薄的半导体基板13。透明部件12是例如玻璃板。
通过这样地在红外线传感器基板11上配置、固定透明部件12,在感光区域上形成通过粘接剂21及透明部件12包围的中空区域22。由此,能够使中空区域22与微透镜14的折射率差较高,因此能提高微透镜14的、使入射光向光电二极管聚光的聚光性。
如以上所说明的固体拍摄装置10这样地,在半导体基板13形成贯通孔16的结构,一般称为TSV(Through Si Via,硅通孔),将采用TSV结构的固体拍摄装置称为TSV-Chip。因此,上述的固体拍摄装置10是TSV-Chip。
接下来,参照图3~图8对第1实施例涉及的固体拍摄装置的制造方法进行说明。图3~图8是用于说明第1实施例涉及的固体拍摄装置的制造方法的、与图1对应的剖面图。
此外,以下说明的固体拍摄装置10的制造方法是下述方法:将所有的工序在晶片状态下执行,最后将在一枚晶片形成有多个的固体拍摄装置10单片化,由此将多个固体拍摄装置10一并形成。因此,在以下的说明中,将上述的半导体基板13称为半导体晶片13、将上述的透明部件12称为具有透明性的晶片12。
首先,如图3所示,对于形成有处于预定区域的栅格状的多个感光区域及焊盘15的半导体晶片13上形成粘接剂21。接着,通过该粘接剂21在半导体晶片13上固定具有透明性的晶片12。粘接剂21以形成于各感光区域即多个微透镜14的周围的方式,通过例如图形化等的方法形成。
接着,如图4所示,将半导体晶片13从背面薄型化、将半导体晶片13的背面抛光。半导体晶片13的薄型化及抛光直到使得半导体晶片13变为预定的厚度例如20μm的厚度为止而进行。半导体晶片13的薄型化通过蚀刻、研削等的方法进行,半导体晶片13的背面的抛光通过例如CMP法进行。
接着,如图5所示,在薄型化且背面被抛光了的半导体晶片13的各预定位置分别形成贯通孔16。各贯通孔16以使得对应的焊盘15的至少一部分在半导体晶片13的背面侧露出的方式形成。
接着,如图6所示,在半导体晶片13的贯通孔16内以填埋贯通孔16的方式形成导电体19并在半导体晶片13的背面上形成反射体17及布线18。导电体19通过例如在半导体晶片13的背面整面蒸镀金属等的导体而形成。此外,反射体17及布线18通过例如将如上所述地通过蒸镀在半导体晶片13的背面所形成的金属膜图形化而形成。
如果将导电体19、反射体17及布线18利用同一材料形成,则可以将它们通过一次的工序形成,因此可以使制造工序数减少。但是,也可以将它们通过互不相同的材料分别通过不同的工序形成。
接着,如图7所示,在各布线18上形成例如焊球来作为外部电极20。由此,在一枚半导体晶片13形成多个固体拍摄装置10。
最后,如图8所示,对各固体拍摄装置10之间进行切割,由此对多个固体拍摄装置10进行单片化。由此,由一枚半导体晶片13形成多个固体拍摄装置10。
接下来,关于这样制造的固体拍摄装置10的作用及效果参照图9、图10及图11进行说明。
图9是将应用于本实施例涉及的固体拍摄装置10的半导体基板13的一部分放大而示出的剖面图。如图9所示,从半导体基板13的表面侧对感光区域入射波长为0.8μm以上的红外线Lr的话,入射后的红外线Lr进入半导体基板13的内部。进入到半导体基板13的内部的红外线Lr作为能量被半导体基板13吸收,相应于该吸收量边放出载流子(电子)边向半导体基板13的深部行进。即,红外线Lr入射于半导体基板13的话,红外线Lr边被进行光电变换边向半导体基板13的深部方向行进。
图10是表示照射于硅的光的波长与硅的光的吸收系数的关系的曲线图。图11是表示照射于硅的光的波长与该光的强度衰减为1/e的深度的关系的曲线图。
如图10所示,在半导体基板13为硅时,波长为0.8μm以上的红外线的吸收系数是1.0×103cm-1以下,与波长为0.4μm以上且0.7μm以下的可见光的吸收系数相比非常小。因此,如图11所示,可见光在深度为10μm以下的浅区域即半导体基板13的表面区域,其强度衰减到1/e。相对于此,红外线在深度为10μm以上的深区域强度衰减到1/e。
这样,可见光主要在半导体基板13的表面区域被光电变换,而红外线主要在半导体基板13的深部被光电变换。因此,如图9所示,红外线Lr入射于半导体基板13的话,红外线Lr仅仅其很少的一部分被进行光电变换,红外线Lr的大部分向半导体基板13的深部方向行进。
如图9所示,红外线Lr入射于包含硅的半导体基板13的话,如图10及图11所示,红外线Lr几乎全部都未被进行光电变换而向半导体基板13的深部方向行进。在此,半导体基板13被薄型化为以下厚度:使得入射于半导体基板13的红外线Lr的大部分在包括反射体17及半导体基板13的被抛光了的背面的反射部被反射的程度的厚度,例如为20μm~50μm的范围的厚度。因此,如图9所示,红外线Lr的大部分在半导体基板13中被光电变换之前在反射部被反射。
如图10及图11所示,红外线Lr的大部分入射于包含硅的半导体基板13之后,在行进预定的距离之后被进行光电变换。因此,如图9所示,红外线Lr入射于半导体基板13的话,其大部分通过反射部反射后,边向半导体基板13的表面方向行进边被进行光电变换。由此,与现有技术相比、能够使得因红外线Lr被光电变换而产生的载流子(电子)在半导体基板的表面侧产生。因此,在载流子(电子)复合前,能够将载流子(电子)容易地收集到预定的光电二极管23。因此,与现有技术相比能够使得固体拍摄装置的红外线的受光灵敏度及分辨率提高。
特别是,关于通过本实施例涉及的固体拍摄装置10提高受光灵敏度这一点,通过本申请的发明者等的模拟已被确认。以下关于模拟方法及模拟结果进行说明。
在模拟中,通过以下的方法算出固体拍摄装置的相对灵敏度S。
首先,采用式(1)求出通过从半导体表面到达深部的入射光所产生的电荷量G。
G(λ,y)=λ×[1-e x p(-αy)]…式(1)
在该式中,y是距离半导体基板表面的深度,表示从表面到y的深度为止所产生的电荷量。λ是入射的光的波长,α是入射光的波长λ的吸收系数。吸收系数α的波长λ相关性如图10所示。
对固体拍摄装置的分光特性进行评价时,为了校正因波长引起的能量的不同等、为了评论能量条件下的分光特性,在式(1)的右边的顶头乘以波长λ。
接着,从半导体基板表面起在从y到y+Δy的深度的部分的幅度Δy所产生的电荷向表面的电荷蓄积部(光电二极管)扩散时,在半导体基板中复合,其一部分丧失。将该现象以采用少数载流子的扩散长度L的概念进行记述的话,则将在距离半导体表面的深度y所产生的电荷不会复合而艰难到达表面的比例以式(2)记述。
exp(-y/L)…式(2)
如果载流子到达光电二极管的最深部,则载流子不会复合。因此,严密来说,上述式(2)中的y的值是y-(光电二极管的深度)。但是,光电二极管深度通常为1μm左右,因此可以忽略光电二极管深度。
在设固体拍摄装置的半导体基板的厚度为x来求固体拍摄装置的相对灵敏度S时,从基板表面起在从y到y+Δy的深度的部分所产生的电荷量与式(1)相比变为:
ΔG(λ,y)=λ×[1-e x p(-α(y+Δy))]-λ×[1-exp(-αy)]…式(3)。
所产生的电荷到达表面的光电二极管的量与式(2)及式(3)相比变为:
ΔS(λ,y)=ΔG(λ,y)×e x p(-y/L)…式(4)。
固体拍摄装置的相对灵敏度S通过将上述式(4)的ΔS按0~x为止积分所得的值来求取。因此,固体拍摄装置的相对灵敏度S可由式(5)算出。
S(λ,x)=∫ΔG(λ,y)×e x p(-y/L)Δy…式(5)
此外,式(5)中的∫的下标(suffix,尾标),下为0且上为x。
在通常的可见光的固体拍摄装置中,在n型的半导体基板形成p型的阱,在该阱的表面形成n型的光电二极管。以下表示通过该模拟式所算出的分光特性与实际的分光波形的比较。
此外,阱的扩散条件为1200℃×15Hr左右,阱的杂质的变化点在距离半导体基板表面为5.5μm的位置。在距离半导体基板表面比5.5μm深的深部所产生的电荷不会越过阱底部的势垒而出现在表面侧。即,阱的杂质的变化点距离半导体基板表面为5.5μm的固体拍摄装置与半导体基板的厚度为5.5μm的固体拍摄装置相同。
通常,在半导体基板中,由于进行吸杂所以被导入(形成)微小缺陷。因此,少数载流子的扩散长度L是20μm~40μm左右的值。在表面形成有P型的阱的结构中,该部分的扩散长度充分长。
图12是将阱的变化点为5.5μm时的分光特性的实测值与相对灵敏度的分光波形的模拟值以峰值标准化所得的曲线的比较图。此外,在模拟中,设式(5)中的x为x=5.5μm、设扩散长度L为L=40μm。
如图12所示,实际制造的固体拍摄装置的灵敏度与模拟结果基本一致。本申请的发明者们这样地采用与实际所制造的固体拍摄装置的灵敏度非常一致的式(5),来计算出固体拍摄装置的相对灵敏度。此外,在模拟中,设载流子的扩散长度为30μm或20μm、设y=20μm。
首先,关于现有的固体拍摄装置的受光灵敏度进行模拟。
图13是将载流子的扩散长度为30μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度与入射于该装置的光的波长的关系按半导体基板的厚度(=2μm、4μm、8μm、12μm、16μm、20μm、30μm、40μm)而示出的模拟结果,该图的横轴表示入射的光的波长,纵轴表示固体拍摄装置的相对灵敏度。
如图13所示,现有的固体拍摄装置的相对灵敏度当半导体基板越厚时越高,现有的固体拍摄装置的峰值灵敏度当半导体基板越厚时移动到越长的波长侧。
在该图13中,半导体基板的厚度为2μm、4μm、8μm、12μm时(在该厚度以上的深度不产生载流子时)的可见光的波长范围(0.4~0.7μm)内的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度相对于半导体基板的厚度的变化而言产生较大的差。相对于此,半导体基板的厚度为16μm、20μm、30μm、40μm时的可见光的波长范围内的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度相对于半导体基板的厚度的变化几乎不产生差。该结果表示可见光主要在半导体基板的表面被进行光电变换。
但是,半导体基板的厚度为16μm、20μm、30μm、40μm时,红外线的波长范围(0.8μm以上)的固体拍摄装置的相对灵敏度相对于半导体基板的厚度的变化稍微产生差,半导体基板越厚,相对灵敏度越高。该结果表示红外线主要在半导体基板的深部被进行光电变换。但是,在越深的深部产生的载流子其因复合而消失的概率越高。因此,红外线的波长范围(0.8μm以上)的固体拍摄装置的相对灵敏度成为稍微受到半导体基板的厚度影响的程度。
图14是将载流子的扩散长度为20μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度与入射于该装置的光的波长的关系按半导体基板的厚度(=2μm、4μm、8μm、12μm、16μm、20μm、30μm、40μm)示出的模拟结果,该图的横轴表示入射的光的波长,纵轴表示固体拍摄装置的相对灵敏度。
如图14所示,成为以下结果:载流子的扩散长度为20μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度的波长相关性与图13所示的固体拍摄装置的相对灵敏度的波长相关性基本一致。
但是,在全波长范围中,载流子的扩散长度为20μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度比载流子的扩散长度为30μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度(图13)低。该结果表示载流子的扩散长度较短时在半导体基板内所产生的载流子因复合而消失的概率较高、难以到达光电二极管。
进而,半导体基板的厚度为16μm、20μm、30μm、40μm时,载流子的扩散长度为20μm时的现有的固体拍摄装置的红外线的波长范围(0.8μm以上)的相对灵敏度与载流子的扩散长度为30μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度相比较,难以受到半导体基板的厚度影响。这也可以认为是因载流子的扩散长度较短而产生的。
接着,关于载流子的扩散长度为30μm或20μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置的受光灵敏度进行模拟。
图15是将载流子的扩散长度为30μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度与入射于该装置的光的波长的关系按半导体基板的厚度(=10μm、15μm、20μm)表示的模拟结果,该图的横轴表示入射的光的波长,纵轴表示固体拍摄装置的相对灵敏度。
本实施例涉及的半导体基板13在其背面具有对红外线进行反射的反射部。因此,本实施例涉及的固体拍摄装置10的半导体基板13的厚度实效地与现有的固体拍摄装置的半导体基板的厚度的一半相等。即,本实施例涉及的固体拍摄装置10的半导体基板13的厚度10μm、15μm、20μm分别实效地与现有的固体拍摄装置的半导体基板的厚度20μm、30μm、40μm相等。
如图15所示,本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度当半导体基板越厚则越高,固体拍摄装置的峰值灵敏度当半导体基板越厚则移动到越长的波长侧。该倾向如图13所示,与现有的固体拍摄装置的相对灵敏度的倾向相同。
在图15中,红外线的波长范围(0.8μm以上)的本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度与同一波长范围的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度(图13)相比变高,相对于半导体基板的厚度的变化的灵敏度差变大。
例如波长为1.0μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度在半导体基板的厚度为20μm(即,实效的厚度为40μm)时为0.26左右,相对于此,同一波长时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度如图13所示在半导体基板的厚度为40μm时为0.2左右。此外,波长为1.0μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置的灵敏度差相对于半导体基板的厚度为10μm的变化(即,实效为20μm的变化)大概为1.0左右,相对于此,同一波长时的现有的固体拍摄装置的灵敏度差如图13所示,相对于半导体基板的厚度为20μm的变化大概为0.5左右。
该结果表示:本实施例涉及的固体拍摄装置10将红外线的大部分通过反射部反射、在半导体基板13的表面附近进行光电变换。
图16是将载流子的扩散长度为20μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度与入射于该装置的光的波长的关系按半导体基板的厚度(=10μm、15μm、20μm)而示出的模拟结果,该图的横轴表示入射的光的波长,纵轴表示固体拍摄装置的相对灵敏度。
如图16所示,成为以下结果:表示载流子的扩散长度为20μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度的波长相关性与图15所示的固体拍摄装置的相对灵敏度的波长相关性为基本同样的倾向。即,红外线的波长范围(0.8μm以上)的本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度与同一波长范围的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度(图14)相比变高,相对于半导体基板的厚度的变化的灵敏度差变大。
例如波长为1.0μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度在半导体基板的厚度为20μm(即,实效厚度为40μm)时为0.23左右,相对于此,同一波长时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度如图14所示,在半导体基板的厚度为40μm时为0.16左右。此外,波长为1.0μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置的灵敏度差相对于半导体基板的厚度为10μm的变化(即,实效为20μm的变化)大概为1.0左右,相对于此,同一波长时的现有的固体拍摄装置的灵敏度差如图14所示,相对于半导体基板的厚度为20μm的变化大概为0.4左右。
该结果也表示:本实施例涉及的固体拍摄装置10将红外线的大部分通过反射部反射、在半导体基板13的表面附近进行光电变换。
图17是将扩散长度为30μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度与本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度进行比较而示出的曲线图,该图的横轴表示入射的光的波长,纵轴表示固体拍摄装置的相对灵敏度。在该图中也表示本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度相对于现有的固体拍摄装置的改善率。此外,在图17中,现有的固体拍摄装置具有的半导体基板的厚度为40μm,本实施例涉及的固体拍摄装置具有的半导体基板的厚度是20μm。
由图17可知,本实施例涉及的固体拍摄装置10与现有的固体拍摄装置相比,红外线的相对灵敏度提高。在具有0.8μm以上的波长的红外线中,相对灵敏度的改善率为5%~30%左右。
图18是将扩散长度为20μm时的现有的固体拍摄装置的相对灵敏度与本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度比较而示出的曲线图,该图的横轴表示入射的光的波长,纵轴表示固体拍摄装置的相对灵敏度。在该图中也示出本实施例涉及的固体拍摄装置的相对灵敏度相对于现有的固体拍摄装置的改善率。此外,在图18中,现有的固体拍摄装置具有的半导体基板的厚度是40μm,本实施例涉及的固体拍摄装置具有的半导体基板的厚度是20μm。
由图18可知,本实施例涉及的固体拍摄装置10与现有的固体拍摄装置相比,红外线的相对灵敏度也提高。在具有0.8μm以上的波长的红外线中,受光灵敏度的改善率为5%~45%左右。
如以上所说明的那样,根据本实施例涉及的固体拍摄装置及固体拍摄装置的制造方法,按使得入射的红外线的大部分在反射体被反射的程度将半导体基板13薄型化。因此,根据本实施例涉及的固体拍摄装置10及固体拍摄装置的制造方法,与现有的固体拍摄装置相比,能够在靠半导体基板13的表面近的区域使得载流子产生。由此,可以抑制载流子在到达光电二极管前复合而消失。因此,与现有的固体拍摄装置相比,能够容易地将载流子收集到光电二极管。因此,根据本实施例涉及的固体拍摄装置10及固体拍摄装置的制造方法,与现有的固体拍摄装置相比,能够使得相对于红外线的受光灵敏度提高。此外,关于这一点,也可以由上述的模拟结果来明确。
进而,根据本实施例涉及的固体拍摄装置10及固体拍摄装置的制造方法,与现有的固体拍摄装置相比能够在靠近光电二极管的区域使得载流子产生。因此,能够使得所产生的载流子到达预定的光电二极管。因此,根据本实施例涉及的固体拍摄装置10及固体拍摄装置的制造方法,与现有的固体拍摄装置相比能够使得分辨率提高。
(第2实施例)
图19是表示第2实施例涉及的固体拍摄装置的、与图1相当的剖面图。如图19所示,本实施例涉及的固体拍摄装置30与第1实施例涉及的固体拍摄装置10相比,粘接剂31的结构不同。
即,如图19所示,第2实施例涉及的固体拍摄装置30中,粘接剂31形成于半导体基板13的表面整面。透明部件12通过该粘接剂31固定于半导体基板13上。
此外,由于入射的光通过透明部件12及粘接剂31入射于半导体基板13的感光区域,因此此时的粘接剂31必须是具有透明性的粘接剂。
此外,微透镜14的形状必须考虑微透镜14的折射率与粘接剂的折射率的差异而适宜设计。
接着,关于第2实施例涉及的固体拍摄装置30的制造方法进行说明。该制造方法与第1实施例涉及的固体拍摄装置10的制造方法相比,在半导体晶片13上固定具有透明性的晶片12的工序不同。以下,关于该工序参照图20进行说明。
图20是用于说明第2实施例涉及的固体拍摄装置30的制造方法的剖面图。如图20所示,在第2实施例涉及的固体拍摄装置30的制造方法中,在对具有透明性的晶片12进行固定的工序中,在半导体晶片13的表面整面形成具有透明性的粘接剂31,通过该粘接剂31,将具有透明性的晶片12固定。
其后的工序全部与第1实施例涉及的固体拍摄装置10的制造方法相同,因此将说明省略。
如以上所说明地,在本实施例涉及的固体拍摄装置30及固体拍摄装置的制造方法中,也按照使得入射的红外线的大部分在反射部被反射的程度将半导体基板13薄型化。因此,由于与第1实施例相同的理由,与现有的固体拍摄装置相比,能够使得相对于红外线的受光灵敏度提高,且与现有的固体拍摄装置相比,能够使得分辨率提高。
进而,根据本实施例涉及的固体拍摄装置30及固体拍摄装置的制造方法,在半导体基板13的表面整面形成粘接剂31,因此能够使得半导体基板13的厚度更均一。
即,在对半导体基板13的背面进行研磨的工序中,如第1实施例涉及的固体拍摄装置10那样,在半导体基板13上具有中空区域22时,在研磨时有可能半导体基板13弯曲为被按入中空区域22内,使得研磨后的半导体基板13的厚度不均一。在半导体基板13的厚度变得不均一时,相对于红外线的实际的受光灵敏度与设计好的预定的受光灵敏度不同。但是,如第2实施例涉及的固体拍摄装置30那样地在半导体基板13上不具有中空区域时,在研磨时可以抑制半导体基板13弯曲。因此,能够使得半导体基板13的厚度均一。由此,能够抑制相对于红外线的实际的受光灵敏度相对于设计好的预定的受光灵敏度的偏离。
此外,以下关于上述的本实施例涉及的固体拍摄装置中的半导体基板的优选厚度参照图21进行说明。图21是表示在扩散长度为30μm时的本实施例涉及的固体拍摄装置中将相对灵敏度与半导体基板的厚度的关系按入射于装置的光的波长而示出的曲线图。光的波长在可见光区域(0.4~0.7μm)以后的近红外区域即0.7μm~1.05μm的范围内,为0.70μm、0.75μm、0.80μm、0.85μm、0.90μm、0.95μm、1.00μm及1.05μm。
由图21可知,当半导体基板的厚度比20μm薄时,灵敏度低下。这可以认为是因为在近红外区域的光电变换区域变窄。
此外,由图21可知,当半导体基板的厚度比50μm厚时,灵敏度饱和。
此外,该倾向在扩散长度为20μm及40μm时也同样。
在深的区域所产生的电荷各向同性地扩散、流入基板表面的光电二极管。因此,各向同性地扩散了的电荷漏入相邻的像素。该现象引起固体拍摄装置的分辨率低下。在半导体基板的厚度为50μm时,光电变换区域的深度比50μm小。但是,从分辨率的观点来看,不具备使半导体基板的厚度为灵敏度饱和的50μm以上的优点。
此外,半导体基板的厚度与相对灵敏度的关系的倾向在扩散长度为20μm及40μm时也与图21同样。
从以上的观点来看,优选半导体基板的厚度为20~50μm程度的厚度。
已经对本发明的几个实施方式进行了说明,但这些实施方式是作为例子而提出的,并非用于对发明的范围进行限定。这些的新的实施方式可以通过其他的各种方式实施,在不脱离发明的主旨的范围中,能进行各种省略、置换和变更。这些实施方式和其变形也包括在发明的范围和主旨中,并且也包括在技术方案记载的发明及其均等的范围中。

Claims (20)

1.一种固体拍摄装置,其特征在于,具备:
在表面具有包括光电二极管的感光区域且背面被进行了抛光的半导体基板;
形成于该半导体基板的背面上,对入射到上述感光区域后的红外线进行反射的反射体;以及
电连接于上述感光区域的外部电极。
2.如权利要求1所述的固体拍摄装置,其特征在于,还具备:
形成于上述半导体基板的表面上的粘接剂;和
通过该粘接剂形成于上述半导体基板上的透明部件。
3.如权利要求2所述的固体拍摄装置,其特征在于,
上述粘接剂在上述半导体基板的表面上形成于上述感光区域的周围。
4.如权利要求2所述的固体拍摄装置,其特征在于,
上述粘接剂形成于包括上述感光区域的上述半导体基板的表面整面。
5.如权利要求1所述的固体拍摄装置,其特征在于,
还具备:
形成于贯通上述半导体基板的贯通孔内,电连接于上述感光区域的导电体;和
在上述半导体基板的背面上配置于上述反射体的周围,以连接于上述导电体的方式形成的布线,
上述外部电极形成于上述布线上。
6.如权利要求5所述的固体拍摄装置,其特征在于,
上述反射体、上述导电体及上述布线通过同一材料形成。
7.如权利要求6所述的固体拍摄装置,其特征在于,
上述反射体、上述导电体及上述布线通过铜形成。
8.如权利要求1所述的固体拍摄装置,其特征在于,
上述红外线的波长为0.7μm以上且1.05μm以下。
9.如权利要求8所述的固体拍摄装置,其特征在于,
上述半导体基板的厚度为20μm以上且50μm以下。
10.如权利要求9所述的固体拍摄装置,其特征在于,
上述半导体基板是通过对上述红外线进行受光所产生的载流子的扩散长度为20μm以上且40μm以下的硅基板。
11.一种固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,包括:
将在表面具有包括光电二极管的感光区域的半导体基板从背面薄型化,并将上述半导体基板的背面抛光的工序;
在薄型化且背面被抛光了的上述半导体基板的背面上形成对入射到上述感光区域后的红外线进行反射的反射体的工序;以及
以电连接于上述感光区域的方式形成外部电极的工序。
12.如权利要求11所述的固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,
在对上述半导体基板进行薄型化的工序之前还包括:
在上述半导体基板的表面上形成粘接剂的工序;和
通过该粘接剂在上述半导体基板上固定透明部件的工序,
上述半导体基板在通过上述透明部件固定了的状态下,从背面被薄型化且被抛光。
13.如权利要求12所述的固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,
上述粘接剂在上述半导体基板的表面上形成于上述感光区域的周围。
14.如权利要求12所述的固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,
上述粘接剂形成于包括上述感光区域的上述半导体基板的表面整面。
15.如权利要求11所述的固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,
在形成上述外部电极的工序前还包括:
在薄型化且背面被抛光了的上述半导体基板的预定位置形成将该半导体基板贯通的贯通孔的工序;和
在上述半导体基板的上述贯通孔的内部以电连接于上述感光区域的方式形成导电体,且在上述半导体基板的背面上在上述反射体的周围以连接于上述导电体的方式形成布线的工序,
上述外部电极形成于上述布线上。
16.如权利要求15所述的固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,
上述反射体、上述导电体及上述布线在同一工序中形成。
17.如权利要求16所述的固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,
上述反射体、上述导电体及上述布线通过铜形成。
18.如权利要求11所述的固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,
上述红外线的波长为0.7μm以上且1.05μm以下。
19.如权利要求18所述的固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,
上述半导体基板的厚度为20μm以上且50μm以下。
20.如权利要求19所述的固体拍摄装置的制造方法,其特征在于,
上述半导体基板是通过对上述红外线进行受光所产生的载流子的扩散长度为20μm以上且40μm以下的硅基板。
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