JP2021089978A - 半導体素子および電子機器 - Google Patents
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-
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Abstract
Description
1.実施の形態(第1電極の拡幅部の略平坦面にビアが接続された受光素子の例)
1−1.受光素子の構成
1−2.受光素子の製造方法
1−3.受光素子の動作
1−4.作用・効果
2.変形例
2−1.変形例1(製造方法の他の例)
2−2.変形例2(製造方法の他の例)
2−3.変形例3(光入射面側にカラーフィルタおよびオンチップレンズを有する受光素子の例)
3.適用例
4.応用例
図1は、本開示の一実施の形態に係る半導体素子(受光素子1)の断面構成の一例を模式的に表したものである。図2は、図1に示した受光素子1の平面構成を模式的に表したものである。なお、図1は、図2に示したI−I’線における断面構成を示している。受光素子1は、例えばIII−V族半導体等の化合物半導体材料を用いた赤外線センサ等に適用されるものであり、例えば、可視領域(例えば380nm以上780nm未満)〜短赤外領域(例えば780nm以上2400nm未満)の波長の光に、光電変換機能を有するものである。この受光素子1には、例えば2次元配置された複数の受光単位領域(画素P)が設けられている。
受光素子1は、例えば次のようにして製造することができる。図6A〜図16Kは、受光素子1の製造工程を工程順に表したものである。
受光素子1では、パッシベーション膜16A,16B、第2電極15および第2コンタクト層14を介して、光電変換層13へ光(例えば可視領域および赤外領域の波長の光)が入射すると、この光が光電変換層13において吸収される。これにより、光電変換層13では正孔(ホール)および電子の対が発生する(光電変換される)。このとき、例えば第1電極11に所定の電圧が印加されると、光電変換層13に電位勾配が生じ、発生した電荷のうち一方の電荷(例えば正孔)が、信号電荷として拡散領域12Aに移動し、拡散領域12Aから第1電極11へ収集される。この信号電荷が、コンタクト電極19E,22Eを通じて半導体基板21に移動し、画素P毎に読み出される。
本実施の形態の受光素子1は、第1電極11の、半導体層10Sと電気的に接続される接続部11X(絶縁膜17Aの開口17H)の周囲の絶縁膜17A上に拡幅部11Yを形成し、この拡幅部11Yに、ビア19Vを接続するようにした。これにより、第1電極11とビア19Vとのコンタクト性が向上する。以下、これについて説明する。
(2−1.変形例1)
上記実施の形態では、半導体層10Sの、配線層10Wとの対向面および端面を絶縁膜17A,17Bの2層で覆う例を示したが、半導体層10Sの、配線層10Wとの対向面および端面は、絶縁膜17Aのみで覆うようにしてもよい。図17A,図17Bは、上記実施の形態の変形例1に係る受光素子1の製造工程を工程順に表したものである。
図18A〜図18Fは、上記実施の形態の変形例2に係る受光素子1の製造工程を工程順に表したものである。
図19は、上記実施の形態の変形例3に係る受光素子(受光素子1A)の断面構成を表したものである。この受光素子1Aは、素子基板10の光入射面S1(読出回路基板20との対向面と反対面)にカラーフィルタ層41およびオンチップレンズ(集光レンズ)42を有している。この点を除き、受光素子1Aは受光素子1と同様の構成および効果を有している。
(適用例1)
図20は、上記実施の形態において説明した受光素子1の素子構造を用いた撮像素子2の機能構成を表したものである。撮像素子2は、例えば赤外線イメージセンサであり、例えば受光素子1に設けられた素子領域R1と、この素子領域R1を駆動する回路部130とを有している。回路部130は、例えば行走査部131、水平選択部133、列走査部134およびシステム制御部132を有している。
線Lreadは、画素Pからの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Lreadの一端は、行走査部131の各行に対応した出力端に接続されている。
て水平選択部133に供給される。水平選択部133は、垂直信号線Lsigごとに設けら
れたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
順番に水平信号線135に出力され、当該水平信号線135を通して図示しない信号処理部等へ入力される。
上述の撮像素子2は、例えば赤外領域を撮像可能なカメラなど、様々なタイプの電子機器に適用することができる。図22に、その一例として、電子機器3(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器3は、例えば静止画または動画を撮影可能なカメラであり、撮像素子2と、光学系(光学レンズ)210と、シャッタ装置211と、撮像素子2およびシャッタ装置211を駆動する駆動部213と、信号処理部212とを有する。
ニタ等に出力される。
<内視鏡手術システムへの応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
(1)
配線層と化合物半導体材料を含む半導体層とが積層して設けられた素子基板と、
前記配線層を間にして前記半導体層に対向し、前記配線層を介して前記半導体層に電気的に接続された読出回路基板と、
少なくとも前記半導体層の前記配線層側の一の面を覆うと共に、一部に前記半導体層が露出する開口を有する絶縁膜と、
前記開口内において前記半導体層と電気的に接続される接続部および前記絶縁膜上に延在する拡幅部を有する第1電極と、
一端が前記第1電極の前記拡幅部に接続され、他端が前記配線層内の配線と電気的に接続されている貫通配線と
を備えた半導体素子。
(2)
前記拡幅部は、平面視において、前記開口の周囲の前記絶縁膜上に非対称に延在する略平坦面を有し、
前記貫通配線は、より幅広な前記拡幅部の略平坦面に接続されている、前記(1)に記載の半導体素子。
(3)
前記配線層は、前記読出回路基板と対向する表面に露出する1または複数の第1のコンタクト電極を有し、
前記貫通配線は、前記第1のコンタクト電極と電気的に接続されている、前記(1)または(2)に記載の半導体素子。
(4)
前記読出回路基板は、前記素子基板との対向面に露出する1または複数の第2のコンタクト電極を有し、
前記素子基板と前記読出回路基板とは、前記第1のコンタクト電極と前記第2のコンタクト電極とを介して接合されている、前記(3)に記載の半導体素子。
(5)
前記絶縁膜は、前記半導体層の前記一の面から側面にかけて延在している、前記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(6)
前記半導体層の側面の少なくとも一部に、前記絶縁膜を間にして金属膜を有する、前記(5)に記載の半導体素子。
(7)
前記素子基板は、前記配線層と前記半導体層とが積層された素子領域と、前記素子領域の外側に周辺領域を有し、
前記周辺領域には、前記読出回路基板に達する貫通孔が設けられている、前記(1)乃至(6)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(8)
前記素子基板は、前記半導体層を間にして前記第1電極に対向する第2電極をさらに有し、
前記第2電極は、前記貫通孔を介して前記読出回路基板と電気的に接続されている、前記(7)に記載の半導体素子。
(9)
前記化合物半導体材料は、赤外領域の波長の光を吸収する、前記(1)乃至(8)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(10)
前記半導体層は、III−V族半導体材料を含んで構成されている、前記(1)乃至(9)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(11)
前記化合物半導体材料は、InGaAs,InAsSb,InAs,InSbおよびHgCdTeのうちのいずれか1つである、前記(1)乃至(10)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(12)
配線層と化合物半導体材料を含む半導体層とが積層して設けられた素子基板と、
前記配線層を間にして前記半導体層に対向し、前記配線層を介して前記半導体層に電気的に接続された読出回路基板と、
少なくとも前記半導体層の前記配線層側の一の面を覆うと共に、一部に前記半導体層が露出する開口を有する絶縁膜と、
前記開口内において前記半導体層と電気的に接続される接続部および前記絶縁膜上に延在する拡幅部を有する第1電極と、
一端が前記第1電極の前記拡幅部に接続され、他端が前記配線層内の配線と電気的に接続されている貫通配線と
を備えた半導体素子を有する電子機器。
Claims (12)
- 配線層と化合物半導体材料を含む半導体層とが積層して設けられた素子基板と、
前記配線層を間にして前記半導体層に対向し、前記配線層を介して前記半導体層に電気的に接続された読出回路基板と、
少なくとも前記半導体層の前記配線層側の一の面を覆うと共に、一部に前記半導体層が露出する開口を有する絶縁膜と、
前記開口内において前記半導体層と電気的に接続される接続部および前記絶縁膜上に延在する拡幅部を有する第1電極と、
一端が前記第1電極の前記拡幅部に接続され、他端が前記配線層内の配線と電気的に接続されている貫通配線と
を備えた半導体素子。 - 前記拡幅部は、平面視において、前記開口の周囲の前記絶縁膜上に非対称に延在する略平坦面を有し、
前記貫通配線は、より幅広な前記拡幅部の略平坦面に接続されている、請求項1に記載の半導体素子。 - 前記配線層は、前記読出回路基板と対向する表面に露出する1または複数の第1のコンタクト電極を有し、
前記貫通配線は、前記第1のコンタクト電極と電気的に接続されている、請求項1に記載の半導体素子。 - 前記読出回路基板は、前記素子基板との対向面に露出する1または複数の第2のコンタクト電極を有し、
前記素子基板と前記読出回路基板とは、前記第1のコンタクト電極と前記第2のコンタクト電極とを介して接合されている、請求項3に記載の半導体素子。 - 前記絶縁膜は、前記半導体層の前記一の面から側面にかけて延在している、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記半導体層の側面の少なくとも一部に、前記絶縁膜を間にして金属膜を有する、請求項5に記載の半導体素子。
- 前記素子基板は、前記配線層と前記半導体層とが積層された素子領域と、前記素子領域の外側に周辺領域を有し、
前記周辺領域には、前記読出回路基板に達する貫通孔が設けられている、請求項1に記載の半導体素子。 - 前記素子基板は、前記半導体層を間にして前記第1電極に対向する第2電極をさらに有し、
前記第2電極は、前記貫通孔を介して前記読出回路基板と電気的に接続されている、請求項7に記載の半導体素子。 - 前記化合物半導体材料は、赤外領域の波長の光を吸収する、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記半導体層は、III−V族半導体材料を含んで構成されている、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記化合物半導体材料は、InGaAs,InAsSb,InAs,InSbおよびHgCdTeのうちのいずれか1つである、請求項1に記載の半導体素子。
- 配線層と化合物半導体材料を含む半導体層とが積層して設けられた素子基板と、
前記配線層を間にして前記半導体層に対向し、前記配線層を介して前記半導体層に電気的に接続された読出回路基板と、
少なくとも前記半導体層の前記配線層側の一の面を覆うと共に、一部に前記半導体層が露出する開口を有する絶縁膜と、
前記開口内において前記半導体層と電気的に接続される接続部および前記絶縁膜上に延在する拡幅部を有する第1電極と、
一端が前記第1電極の前記拡幅部に接続され、他端が前記配線層内の配線と電気的に接続されている貫通配線と
を備えた半導体素子を有する電子機器。
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