DE69737492T2

DE69737492T2 - Verfahren zur Herstellung eines lichtempfindlichen Bauelements mit rückseitem Strahlungseintritt

Info

Publication number: DE69737492T2
Application number: DE69737492T
Authority: DE
Inventors: Masaharu Hamamatsu-shi Shizuoka-ken Muramatsu; Hiroshi Hamamatsu-shi Shizuoka-ken Akahori
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2017-10-11
Also published as: JPH10116974A; JP3620936B2; EP0836231B1; US6031274A; EP0836231A2; EP0836231A3; DE69737492D1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung, wie beispielsweise ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) des Typs mit Rückbestrahlung oder einen aktiven Pixelsensor (APS) des Typs mit Rückbestrahlung, die für das Bestrahlen mit Energiestrahlen eingesetzt werden kann, die einen hohen Absorptionskoeffizienten ergeben, wie beispielsweise Ultraviolettstrahlen, γ-Strahlen und Ladungsteilchenstrahlen, sowie ein Verfahren für die Herstellung einer solchen lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung.
STAND DER VERWANDTEN TECHNIK
Bei realisierbaren CCD-Bilderzeugungseinrichtungen wird allgemein in der Regel eines von drei Systemen eingesetzt: Frame Transfer (FT), Full Frame Transfer (FFT) und Interline Transfer (IT). Unter anderem wird das FFT-System hauptsächlich für Messungen verwendet.
Das FFT-System ist vorteilhaft, da es keinen Anreicherungsabschnitt gibt und sein lichtempfangender Abschnitt daher eine größere Fläche aufweisen kann, wodurch ein hoher Lichtausnutzungsfaktor erzielt wird, so dass sich das System folglich für das Messen von schwachem Licht eignet. Andererseits verringert sich die Empfindlichkeit des Systems bezüglich eines Eingangswertes mit einem hohen Absorptionskoeffizienten, wie beispielsweise Licht mit kurzer Wellenlänge, beträchtlich, da einfallendes Licht von einer darin befindlichen Ladungstransferelektrode absorbiert werden kann.
Der lichtempfangende Abschnitt eines typischen FFT-artigen CCD ist so konfiguriert, dass mehrere Polysiliziumelektro den die Oberfläche des lichtempfangenden Abschnitts ohne Zwischenräume abdecken, während ein PSG-Film mit einer Dicke von mehreren Mikrometern darüber gelegt wird, um die einzelnen Elektroden voneinander zu trennen. Bei einer solchen Konfiguration kann Licht mit einer kurzen Wellenlänge, da Polysilizium Elektronen und Licht mit einer Wellenlänge von maximal 400 nm absorbiert, den lichtempfangenden Abschnitt nicht erreichen und somit nicht zur photoelektrischen Umwandlung beitragen.
Als ein solcher Photodetektor ist ein Photodetektor mit einem Substrat bekannt, das einen dünnen lichtempfangenden Abschnitt in der Größenordnung von 15 bis 20 μm aufweist, während von der Rückseite der das Bauelement bildenden Oberfläche aus Licht strahlt. Der Abschnitt für die photoelektrische Umwandlung ist unter einer Gate-Oxidschicht ausgebildet und ohne Zwischenräume mit Polysiliziumelektroden bedeckt, wodurch er von seiner Vorderseite darauf einfallendes Licht mit einer kurzen Wellenlänge absorbiert. Auf der Rückseite des Substrats wird in Bezug auf von der Rückseite aus darauf einfallendes Licht mit einer kurzen Wellenlänge eine hohe Empfindlichkeit erwartet, da abgesehen von der dünnen Oxidschicht kein weiteres Hindernis vorhanden ist. Dieses CCD des Typs mit Rückbestrahlung ist empfindlich für Licht mit einer Wellenlänge bis ungefähr 200 nm und kann des Weiteren für eine CCD-Bilderzeugungseinrichtung des Typs mit Elektronenbeschuss verwendet werden. Da diese Einrichtung die vervielfachende Wirkung einer durch Elektronenbeschuss erzeugten Signalladung nutzen kann, wird davon ausgegangen, dass es sich um eine sehr empfindliche Bilderzeugungseinrichtung handeln wird.
Die Notwendigkeit des Verdünnens einer lichtaufnehmenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung, wie beispielsweise eines CCD des Typs mit Rückbestrahlung, wird durch die nachfolgenden Punkte begründet.
Bei der lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung dient die Rückseite, die der Vorderseite des Substrats gegenüberliegt, die mit einem Ladungsleseabschnitt oder dergleichen versehen ist, wie oben erwähnt als Eintrittsfläche für Licht. Licht mit einer Wellenlänge von 200 bis 300 nm (Ultraviolettlicht), das einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweist, wird andererseits an einer Position, die ein wenig innerhalb der Eintrittsfläche liegt, im Wesentlichen absorbiert. Im spezifischen Fall eines Siliziumsubstrats wird einfallendes Licht dadurch von der Eintrittsfläche aus gesehen in einer Tiefe von 0,01 μm im Wesentlichen absorbiert.
Dementsprechend gehen Photoelektronen, die in der Nähe der Rückseite erzeugt worden sind, im Wesentlichen durch Wiedervereinigung verloren, bevor sie in einen Potentialtopf auf der Vorderseite diffundieren. Selbst wenn die Photoelektronen den Potentialtopf erreichen, können sich im Verlauf der Zeit, in der sie in eine lange Bahn von mehreren hundert Mikrometern Länge diffundieren, Signale miteinander vermischen, wodurch sich die Auflösung beträchtlich verschlechtert.
Bei der lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung ist es außerdem abgesehen vom Verdünnen des lichtempfangenden Abschnitts notwendig, die Eintrittsfläche auf der Rückseite mit einer als Anreicherungsschicht bezeichneten Schicht zu versehen, um ein Potentialgefälle auszubilden. 3 ist eine Ansicht, die der Erläuterung der Anreicherung dient. In 3 stellt die rechte Seite die Vorderseite und die linke Seite die Rückseite dar. Auf die Rückseite eines Siliziumsubstrats 910 ist eine Oxidschicht 952 aufgewachsen, die als Schutzschicht dient.
Die Oxidschicht 952 weist jedoch stets eine Oxidschichtladung und einen Grenzflächenpegel auf, die jeweils dafür sorgen, dass die Rückseite des Substrats 910 abgereichert wird. Und zwar verringert sich bei einem Potentialprofil, das in 3 durch eine durchgezogene Linie angezeigt wird, das Potential in Bezug auf ein Elektron, je näher sich die Position an der Oxidschicht 952 auf der Rückseite befindet. Das heißt, ein Photoelektron, das an einer Position in der Nähe der Rückseite erzeugt wird, erreicht den Potentialtopf des CCD nicht und wird zur Grenzfläche zwischen der Oxidschicht 952 auf der Rückseite und dem Silizium gedrängt, wo es zur Wiedervereinigung kommt. Dementsprechend wird das Substrat 910 nach dem Verdünnen des lichtempfangenden Abschnittes und dem Oxidieren seiner Rückseite in der Nähe der Oxidschicht 952 auf der Rückseite in einen Anreicherungszustand versetzt, damit ein Potentialprofil entsteht, das in 3 durch eine gestrichelte Linie angezeigt wird. Infolgedessen können selbst Photoelektronen, die an einer Position in der Nähe der Rückseite erzeugt worden sind, auf effiziente Weise den Potentialtopf des CCD auf der Vorderseite erreichen.
Die Anreicherungsschicht wird durch ein Verfahren gebildet, das folgende Schritte umfasst: Injektion von Borionen in die Oxidschicht 952 auf der Rückseite und Wärmebehandeln der Oxidschicht bei einer Temperatur von mindestens 800°C, um die injizierten Atome zu aktivieren.
US-PS 4,923,825 offenbart eine (nachfolgend als konventionelles Beispiel bezeichnete) Technik, die ein Verfahren für die Herstellung einer lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung betrifft, die eine Wärmebehandlung wie Hochtemperaturglühen nach der Ausbildung einer aufgewachsenen Oxidschicht und der oben erwähnten Ioneninjektion in diesen ermöglicht, und eine mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellte lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung.
4 ist eine Konfigurationsansicht, die eine lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung zeigt, die die Technik des konventionellen Beispiels benutzt. Wie in 4 gezeigt ist, umfasst diese Vorrichtung Folgendes: (a) eine dünne Halbleiterplatte 910, die hauptsächlich aus Silizium besteht und bei der auf der Vorderseite 916 ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) als Ladungsleseabschnitt 911 ausgebildet ist, (b) eine Feldoxidschicht 920, die um den Ladungsleseabschnitt 911 herum ausgebildet ist, (c) Polysiliziumleitungen 931, die auf dem Ladungsleseabschnitt 911 und an peripheren Teilen des Ladungsleseabschnittes 911 auf einer Vorderseite 926 der Feldoxidschicht 920 ausgebildet sind, (d) Polysiliziumelektroden 932, die auf Gebieten ausgebildet sind, die durch die Feldoxidschicht 920 von dem Gebiet getrennt werden, in dem der Ladungsleseabschnitt 911 ausgebildet ist, (e) Metallleitungen 933, die die Polysiliziumleitungen 931 mit ihren entsprechenden Polysiliziumelektroden 932 elektrisch verbinden, (f) ein Verstärkungselement 940 aus Borsilikatglas, das auf der Vorderseite 916 der dünnen Halbleiterplatte 910 und auf der Vorderseite 926 der Feldoxidschicht 920 abgeschieden wird, (g) eine Anreicherungsschicht 951, die auf einer Rückseite 917 der dünnen Halbleiterplatte 910 ausgebildet ist, (h) eine Oxidschutzschicht 952, die auf der Rückseite der Anreicherungsschicht 951 ausgebildet ist, und (i) Metallelektroden 960, die an den Polysiliziumelektroden 932 ausgebildet sind.
Diese lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung wird auf die folgende Art und Weise hergestellt. Die 5A bis 5F sind Ansichten, die schrittweise ein Verfahren für die Herstellung der lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß dem konventionellen Beispiel zeigen.
Zunächst wird auf einem Halbleitersubstrat 919 der Ladungsleseabschnitt 911 ausgebildet. Dann wird die Feldoxidschicht 920 ausgebildet. Danach werden die Polysiliziumleitungen 931 und die Polysiliziumelektroden 932 ausgebildet (siehe 5A). Daraufhin werden die Metallleitungen 933 ausgebildet, die die Polysiliziumleitungen 931 mit ihren entsprechenden Polysiliziumelektroden 932 elektrisch verbinden (siehe 5B).
Als nächstes wird auf einer Oberfläche, die von der Vorderseite 916 des Halbleitersubstrats 916 und der Vorderseite 926 der Feldoxidschicht 920 gebildet wird, Borsilikatglas abgeschieden, um das Verstärkungselement 940 auszubilden (siehe 5C). Daraufhin wird das Halbleitersubstrat 919 verdünnt, um die dünne Halbleiterplatte 910 auszubilden. Nachdem die Oberfläche der dünnen Halbleiterplatte 910 mit der Oxidschutzschicht 952 versehen worden ist, wird diese durch Ioneninjektion und Erhitzen aktiviert, wodurch die Anreicherungsschicht 951 ausgebildet wird (siehe 5D).
Dann wird ein Teil der dünnen Halbleiterplatte 910, der den Ladungsleseabschnitt 911 umgibt, durch Ätzen entfernt, um die Polysiliziumelektroden 932 freizulegen (siehe 5E). Daraufhin werden auf den Polysiliziumelektroden 932 die Metallelektroden 960 ausgebildet, damit Verbindungsfelder entstehen (siehe 5F). Danach werden die Verbindungsfelder drahtgebondet, wodurch die in 4 gezeigte lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung entsteht.
Die Metallleitungen 933, die zwischen der dünnen Halbleiterplatte 910 und dem Verstärkungselement 940 gehalten werden, werden im Verlauf der Herstellungsschritte bei einer hohen Temperatur erhitzt, d.h. bei der Wärmebehandlung (850°C bis 900°C) zum Zeitpunkt des Sinterns von Borsilikatglas, wenn das Verstärkungselement 940 ausgebildet wird, bei der Wärmebehandlung (800°C bis 900°C) zum Zeitpunkt des Aufwachsens der Oxidschutzschicht und beim Hochtemperaturglühen (800°C bis 900°C) nach der Ioneninjektion.
US-PS 4,870,475 offenbart ein Verfahren für die Herstellung eines Halbleiterbauelements. Das europäische Patent EP 0314334 offenbart eine integrierte Schaltung mit einem isolierenden Merkmal. Das japanische Patent JP 06326293 offenbart einen Photodetektor des Typs mit Rückbestrahlung. Das Dokument EP-A-0555907 offenbart einen aktiven Matrixdetektor mit großer Fläche.
Dementsprechend kann als Material für die Metallleitungen 933 kein Aluminium verwendet werden, dessen Schmelzpunkt bei ungefähr 660°C liegt, und man verwendet hochschmelzende Metalle wie Molybdän und Wolfram oder deren Silizide.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Da die konventionelle lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung wie oben erwähnt hergestellt wird, kam es zu folgenden Problemen.
Die derzeit verfügbaren hochschmelzenden Metalle beziehungsweise ihre Silizide, insbesondere die hochschmelzenden Metalle, weisen im Vergleich zu Aluminium Nachteile auf, was die Haftfähigkeit an ihrer Basis, die Trockenätzeigenschaft sowie die Eigenschaft betrifft, natürliche Oxidschichten am Kontaktabschnitt zu reduzieren. Dementsprechend ist es für sie schwierig, den Prozess auf stabile Weise fortzuführen, wie dies bei der Verwendung von Aluminium der Fall ist.
Bei Siliziden von hochschmelzenden Metallen ist die Haftfähigkeit an der Basis und die Trockenätzeigenschaft besser als bei den hochschmelzenden Metallen selbst. Nichtsdestotrotz erhöht sich der Leitungswiderstand, wenn die Silizide von hochschmelzenden Metallen verwendet werden.
Astronomische lichtempfangende Vorrichtungen benötigen eine große lichtempfangende Fläche, wodurch sich ihre Leitungs länge vergrößert. Wenn man beispielsweise davon ausgeht, dass die Größe eines Pixels 12 μm × 12 μm beträgt, während 2048 Pixel in horizontaler Richtung beziehungsweise 4096 Pixel in vertikaler Richtung angeordnet sind, dann beträgt die Größe des Chips ungefähr 2,5 cm in horizontaler Richtung und ungefähr 5 cm in vertikaler Richtung.
Wie in 6 gezeigt ist, kann man, wenn solche Chips 990 aneinander angelegt in Form von 5 in horizontaler Richtung angeordneten Stücken und 2 in vertikaler Richtung angeordneten Stücken zusammengesetzt werden, eine sehr große lichtempfangende Fläche von 12,5 cm in horizontaler Richtung und 10 cm in vertikaler Richtung erhalten. Bei einem solchen werden Verbindungsfeldabschnitte einzelner Chips 990₁ bis 990₁₀ auf einer der horizontalen Seiten bündig angeordnet, um eine unempfindliche Schicht, die in vertikaler Richtung zwischen den Chips nicht wie ein lichtempfangender Abschnitt funktioniert, auf ein Minimum zu beschränken. Dementsprechend kann die Leitungslänge des hochschmelzenden Metalls in vertikaler Richtung bis ungefähr 5 cm betragen.
Ein typischer Flächenwiderstand von Leitungen aus einem Silizid eines hochschmelzenden Metalls beträgt 0,5
. Wenn man davon ausgeht, dass eine vertikale Leitung eine Breite von 20 μm und eine Länge von 5 cm besitzt, kann dementsprechend ihr Leitungswiderstand bis zu 1250 Ω betragen. Wenn man davon ausgeht, dass die Leitungskapazität 40 nF beträgt, dann steigt die Zeitkonstante CR auf 50 μs, wodurch ein Betrieb bei hoher Geschwindigkeit schwierig wird.
Angesichts des bisher Gesagten besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung bereitzustellen, die selbst dann bei hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann, wenn sie eine große lichtempfangende Fläche besitzt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren für die Herstellung einer lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung bereitzustellen, durch das vorteilhafterweise die lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung hergestellt werden kann, die selbst dann bei hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann, wenn sie eine große lichtempfangende Fläche besitzt.
Bei der lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung, bei der ein Ladungsleseabschnitt mit eindimensionaler oder zweidimensionaler Anordnung auf einer ersten Oberfläche einer dünnen Halbleiterplatte, die hauptsächlich aus Silizium besteht, ausgebildet ist, zur Erfassung von Energie einer elektromagnetischen Welle oder eines geladenen Partikels, die/der auf einer zweiten Oberfläche der dünnen Halbleiterplatte auftrifft, bei der es sich um eine Rückseite der ersten Oberfläche handelt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: (a) ein Verstärkungssubstrat, das auf der Seite der ersten Oberfläche der dünnen Halbleiterplatte angeordnet ist, (b) eine Feldoxidschicht, die das Verstärkungssubstrat kontaktiert und um ein Gebiet herum ausgebildet ist, in dem der Ladungsleseabschnitt ausgebildet ist, wobei eine Oberfläche davon freiliegt, die einer Grenzfläche bezüglich des Verstärkungssubstrats gegenüberliegt, während zumindest ein peripherer Teil des Ladungsleseabschnittes ausgelassen wird, (c) eine Polysiliziumleitung, die auf dem Ladungsleseabschnitt und in einem Gebiet ausgebildet ist, das sich von dem Ladungsleseabschnitt an der Grenzfläche zwischen der Feldoxidschicht und dem Verstärkungssubstrat aus zu dem freiliegenden Gebiet der Feldoxidschicht erstreckt, wobei die lichtempfangende Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist: (d) eine Metallleitung aus Aluminium oder einer Legierung oder einer Aluminiumverbindung, die auf dem frei liegenden Gebiet der Feldoxidschicht ausgebildet ist und physisch und elektrisch direkt mit der Polysiliziumleitung verbunden ist und einen Verbindungsfeldabschnitt für eine externe Verbindung auf der Seite der ersten Oberfläche aufweist, wobei die Vorrichtung vier Kanten aufweist und sich der Verbindungsfeldabschnitt nur neben einer der Kanten befindet, so dass die Vorrichtung an einer der anderen drei Kanten an eine weitere Vorrichtung angelegt werden kann.
Als Verstärkungssubstrat kann hier vorzugsweise entweder Borsilikatglas oder Borphosphorsilikatglas eingesetzt werden.
Bei dieser lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung werden über die Polysiliziumleitung, die eine kurze Leitungslänge aufweist, und die niederohmige Leitung auf Aluminiumbasis (einschließlich des Verbindungsfeldes), die in der Nähe des Ladungsleseabschnittes ausgebildet sind, elektrische Signale in den Ladungsleseabschnitt ein- und von diesem ausgegeben. Da der Flächenwiderstand der Leitung auf Aluminiumbasis, selbst wenn man annimmt, dass die Leitungsbreite 20 μm und die Leitungslänge 5 cm beträgt, in einem Größenbereich von 2 × 10-2
liegt, beträgt der Leitungswiderstand lediglich 50 Ω. Wenn man davon ausgeht, dass die Leitungskapazität 40 nF beträgt, dann liegt die Zeitkonstante CR bei 2 μs, wodurch die Vorrichtung wesentlich schneller arbeitet als die konventionellen Vorrichtungen.
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen, die lediglich der Veranschaulichung dienen und die vorliegende Erfindung nicht einschränken sollen, besser verständlich.
Weitere Anwendungsbereiche für die vorliegende Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, diese allerdings nur der Veranschaulichung dienen, da für Fachleute aus dieser ausführlichen Beschreibung verschiedene Änderungs- und Modifikationsmöglichkeiten ersichtlich sein werden, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Konfigurationsansicht, die eine lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
die 2A bis 2F sind Ansichten, die schrittweise ein Verfahren für die Herstellung der lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß der oben genannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen,
3 ist eine Ansicht, die der Erläuterung der Anreicherung dient,
4 ist eine Konfigurationsansicht, die die lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß einem konventionellen Beispiel zeigt,
die 5A bis 5F sind Ansichten, die schrittweise ein Verfahren für die Herstellung der lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß dem konventionellen Beispiel zeigen, und
6 ist eine Ansicht, die der Erläuterung des Aneinanderanlegens dient.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung zeigt, sowie ein Verfahren für die Herstellung der lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Bei der Erläuterung der Zeichnungen werden miteinander identische Bestandteile mit identischen Markierungen bezeichnet, und ihre miteinander übereinstimmenden Beschreibungen werden nicht wiederholt.
1 ist eine Konfigurationsansicht, die die lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst diese lichtempfangende Vorrichtung Folgendes: (a) eine dünne Halbleiterplatte 100, die hauptsächlich aus Silizium besteht und auf der Seite der Oberfläche 101 einen Ladungsleseabschnitt 110 aufweist, (b) eine Feldoxidschicht 200, die um ein Gebiet herum ausgebildet ist, in dem der Ladungsleseabschnitt 110 ausgebildet ist, und abgesehen von dem Ladungsleseabschnitt 110 eine Oberfläche 202 freilegt und in dem freiliegenden Gebiet Kontaktlöcher 205 aufweist, (c) Polysiliziumleitungen 300, die auf dem Ladungsleseabschnitt 110 ausgebildet sind und in einem Gebiet, das sich bis zu einem Gebiet erstreckt, in dem das Kontaktloch 205 auf einer Oberfläche 201 der Feldoxidschicht 200 ausgebildet ist, (d) ein Verstärkungselement 400, das sich auf der Oberfläche 201 der Feldoxidschicht 200 auf der Oberfläche 101 der dünnen Halbleiterplatte 100 befindet, (e) eine Anreicherungsschicht 510, die auf einer Oberfläche 102 der dünnen Halbleiterplatte 100 ausgebildet ist, (f) eine Oxidschutzschicht 520, die auf der Anreicherungsschicht 510 ausgebildet ist, und (g) Aluminiumleitungen 600 (einschließlich der Verbindungsfeldabschnitte 610), die in den Kontaktlöchern 205 und auf dem freiliegenden Gebiet der Feldoxid schicht 200 ausgebildet sind und für eine elektrische Verbindung mit den Polysiliziumleitungen 300 sorgen.
Als Verstärkungselement kann hier vorzugsweise entweder Borsilikatglas (BSG) oder Borphosphorsilikatglas (BPSG) eingesetzt werden.
Die lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß dieser Ausführungsform wird folgendermaßen hergestellt. Die 2A bis 2F sind Ansichten, die schrittweise ein Verfahren für die Herstellung der lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß dieser Ausführungsform zeigen.
Zunächst wird der Ladungsleseabschnitt 110 auf der Oberfläche 101 eines Halbleitersubstrats 190 ausgebildet, das hauptsächlich aus Silizium besteht. Dann wird der Feldoxidfilm 200 auf der Oberfläche 101 des Halbleitersubstrats 190 um den Ladungsleseabschnitt 110 herum ausgebildet. Danach werden gezielt die Polysiliziumleitungen 300 auf dem Ladungsleseabschnitt 110 und auf der Oberfläche 201 der Feldoxidschicht 200 ausgebildet (siehe 2A).
Als nächstes wird das Verstärkungselement 400 auf der Oberfläche 101 des Halbleitersubstrats 190 und der Oberfläche 201 der Feldoxidschicht 200 angeordnet (siehe 2B). Als Verstärkungselement 400 kann vorzugsweise BSG oder BPSG eingesetzt werden. Hier kann ein Glaskörper aus BSG oder BPSG mit Hilfe eines Klebstoffes an den oben genannten Oberflächen befestigt oder wie im Stand der Technik BSG darauf abgeschieden und gesintert werden.
Daraufhin wird das Halbleitersubstrat 190 so bearbeitet, dass daraus die dünne Halbleiterplatte 100 entsteht. Nachdem die Oxidschutzschicht 520 auf der Oberfläche 102 der dünnen Halbleiterplatte 100 ausgebildet worden ist, werden von der Seite der Oberfläche 102 aus Ionen in sie inji ziert, um sie zu aktivieren, wodurch die Anreicherungsschicht 510 ausgebildet wird (siehe 2C).
Dann wird das Material, aus dem die dünne Halbleiterplatte 100 besteht, aus dem Gebiet entfernt, bei dem es sich nicht um die Gebiete handelt, die aus dem Gebiet bestehen, in dem der Ladungsleseabschnitt 110 ausgebildet ist, und dem Gebiet in der Nähe des Ladungsleseabschnittes 110, wodurch die Feldoxidschicht 200 freigelegt wird (siehe 2D), und die Kontaktlöcher 205, die mit ihren entsprechenden Polysiliziumleitungen 300 verbunden sind, werden in dem freiliegenden Gebiet der Feldoxidschicht 200 ausgebildet (siehe 2E).
Als nächstes werden in den Kontaktlöchern 205 der Feldoxidschicht 200 und in dem freiliegenden Gebiet der Feldoxidschicht 200 die Aluminiumleitungen 600 (einschließlich der Verbindungsfeldabschnitte 610) ausgebildet, die mit ihren entsprechenden Polysiliziumleitungen 300 elektrisch verbunden sind. Danach werden die Verbindungsfeldabschnitte 610 drahtgebondet, wodurch die lichtempfangende Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß dieser Ausführungsform entsteht (siehe 2F).
Bei diesem Verfahren werden vor dem Schritt, bei dem die Aluminiumleitungen 600 ausgebildet werden, alle Schritte ausgeführt, die eine Hochtemperaturbehandlung erfordern, z.B. das Anordnen des Verstärkungselements 400, das Aufwachsen der Oxidschutzschicht 520, das Hochtemperaturglühen nach der Ioneninjektion und dergleichen.
Dementsprechend kann für das Ausbilden der Aluminiumleitungen 600, während die Anreicherungsschicht 510 auf der lichtempfangenden Seite ausgebildet wird, die Aluminiumanschlusstechnik verwendet werden, bei der es sich um eine bewährte Technik in der konventionellen Halbleitertechnik handelt.
Infolgedessen lässt sich bei der lichtempfangenden Vorrichtung des Typs mit Rückbestrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung, da eine Anreicherung auf der lichtempfangenden Seite möglich ist, die Effizienz der Ladungsaufnahme erhöhen, und ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb ist aufgrund ihres geringen Leitungswiderstandes möglich.
Die vorliegende Erfindung ist keinesfalls auf die obige Ausführungsform beschränkt und kann auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden, was Fachleuten möglich sein dürfte.
So können beispielsweise statt der Aluminiumleitungen Leitungen aus Aluminium-Silizium-Verbindungen, Verbindungen aus Aluminium, Silizium und Titan oder verschiedene Arten von Legierungen oder Verbindungen auf Aluminiumbasis verwendet werden.
Außerdem sind zwar die Kontaktlöcher so in der Feldoxidschicht ausgebildet, dass sie bei der oben genannten Ausführungsform die Aluminiumleitungen physisch und elektrisch direkt mit ihren entsprechenden Polysiliziumleitungen verbinden, die Polysiliziumleitungen können jedoch unter anderem auch auf der Seite der ersten Oberfläche freiliegen, so dass sie mit ihren entsprechenden Aluminiumleitungen verbunden werden können.
Es versteht sich, dass die Ausführungsformen der Erfindung hier lediglich im Sinne von Beispielen beschrieben worden sind und verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass man dabei den Schutzbereich der Erfindung verlassen würde.

Claims

Lichtempfangende Vorrichtung des Types mit Rückbestrahlung, bei dem ein Ladungsleseabschnitt (110) mit eindimensionaler oder zweidimensionaler Anordnung auf einer ersten Oberfläche einer dünnen Halbleiterplatte (100), die hauptsächlich aus Silizium besteht, ausgebildet ist, zur Erfassung von Energie einer elektromagnetischen Welle oder eines geladenen Partikels, die/der auf einer zweiten Oberfläche der dünnen Halbleiterplatte (100) auftrifft, wobei es sich bei der zweiten Oberfläche um eine Rückseite der ersten Oberfläche handelt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Verstärkungssubstrat (400), das auf der Seite der ersten Oberfläche der dünnen Halbleiterplatte (100) angeordnet ist, eine Feldoxidschicht (200), die das Verstärkungssubstrat (400) kontaktiert und um ein Gebiet herum ausgebildet ist, in dem der Ladungsleseabschnitt (110) ausgebildet ist, wobei eine Oberfläche davon freiliegt, die einer Grenzfläche bezüglich des Verstärkungssubstrats (400) gegenüberliegt, während zumindest ein peripherer Teil des Ladungsleseabschnittes (110) ausgelassen wird, eine Polysiliziumleitung (300), die auf dem Ladungsleseabschnitt (110) und in einem Gebiet ausgebildet ist, das sich von dem Ladungsleseabschnitt (110) an der Grenzfläche zwischen der Feldoxidschicht (200) und dem Verstärkungssubstrat (400) aus zu dem freiliegenden Gebiet der Feldoxidschicht (200) erstreckt, wobei die lichtempfangende Vorrichtung des Weiteren Folgendes aufweist: eine Metallleitung (600) aus Aluminium oder einer Legierung oder einer Aluminiumverbindung, die auf dem freiliegenden Gebiet der Feldoxidschicht (200) ausgebildet ist, wobei die Metallleitung (600) einen Verbindungsfeldabschnitt (610) für eine externe Verbindung auf der Seite der ersten Oberfläche aufweist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Metallleitung physisch und elektrisch direkt mit der Polysiliziumleitung (300) verbunden ist und dass die Vorrichtung vier Kanten aufweist, wobei sich der Verbindungsfeldabschnitt (610) nur neben einer der Kanten befindet, so dass die Vorrichtung an einer der anderen drei Kanten an eine weitere Vorrichtung angelegt werden kann.
Lichtempfangende Vorrichtung des Types mit Rückbestrahlung nach Anspruch 1, bei dem das Verstärkungssubstrat entweder Borsilikatglas oder Borphosphorsilikatglas umfasst.
Array aus lichtempfangenden Vorrichtungen des Types mit Rückbestrahlung nach Anspruch 1.