JP2021089979A - 半導体素子および電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
1.実施の形態(周辺領域の周縁部に溝を有する受光素子の例)
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(周辺領域の周縁部近傍に溝を有する受光素子の例)
2−2.変形例2(周辺領域の周縁部およびその近傍に複数の溝を有する受光素子の例)
2−3.変形例3(周辺領域の周縁部およびその近傍の一方または両方に読出回路基板側から設けられた溝を有する受光素子の例)
2−4.変形例4(光入射面側にカラーフィルタ層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の平面構成の一例を模式的に表したものである。図3は、図1に示した受光素子1の平面構成の他の例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16M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、素子領域R1の外側の周辺領域R2の周縁部に、素子基板10の表面(光入射面S1側)から読出回路基板20の、例えば多層配線層22Cまで達する溝H3を設けるようにした。これにより、素子基板10と読出回路基板20とを接合面S2の剥がれが防止される。以下、これについて説明する。
(2−1.変形例1)
図17は、本開示の変形例1に係る半導体素子(受光素子1A)の断面構成の一例を模式的に表したものである。上記実施の形態では、ブレードBの幅(W2)よりも幅広な溝H3を設け、この溝H3内においてダイシングを行うようにしたが、これに限らない。例えば、複数のチップ状の半導体層10Sの間に所定の間隔で複数の溝H3を設け、その複数の溝H3の間でダイシングを行うようにしてもよい。この場合、ダイシング後に得られる受光素子1Aには、図17に示したように、周辺領域R2の周縁部近傍に、素子基板10の表面(光入射面S1側)から、例えば、読出回路基板20の多層配線層22Cの層内に達する溝H3が形成される。
図19は、本開示の変形例2に係る半導体素子(受光素子1C)の断面構成の一例を模式的に表したものである。本変形例の受光素子1Cは、上記実施の形態と変形例1とを組み合わせたものである。即ち、受光素子1Cは、周辺領域R2の周縁部およびその近傍の両方に、素子基板10の表面(光入射面S1側)から、例えば、読出回路基板20の多層配線層22Cの層内に達する複数(例えば2つ)の溝H3が形成されたものである。
図21は、本開示の変形例3に係る半導体素子(受光素子1D)の断面構成の一例を模式的に表したものである。本変形例の受光素子1Dは、読出回路基板20の、素子基板10との接合面とは反対の面(裏面S3側)から貫通孔H2および溝H3を設けたものである。このように、上記実施の形態および変形例1,2では、貫通孔H2および溝H3を、素子基板10の光入射面S1側から設ける例を示したが、読出回路基板20の裏面S3側から設けるようにしてもよい。その場合も溝H3は、素子基板10と読出回路基板20との接合面S2よりも深い、例えば、埋込層18まで達するように形成する。
図24は、上記実施の形態の変形例4に係る受光素子(受光素子1G)の断面構成を表したものである。この受光素子1G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1G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25は、上記実施の形態等において説明した受光素子(例えば、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27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領域、および前記素子領域の外側の周辺領域を有する素子基板と、
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、
前記周辺領域の周縁部および前記周縁部の近傍の少なくとも一方に設けられ、前記素子基板の表面から前記読出回路基板の一部または前記読出回路基板の表面から前記素子基板の一部まで達する1または複数の溝と
を備えた半導体素子。
(2)
前記素子基板および前記読出回路基板は、前記素子基板および前記読出回路基板のそれぞれの表面とは反対側に、互いに対向する接合面をそれぞれ有し、
前記溝は、前記素子基板の表面からまたは前記読出回路基板の表面から前記接合面を超えて形成されている、前記(1)に記載の半導体素子。
(3)
前記1または複数の溝は、前記素子領域を囲むように連続して設けられている、前記(1)または(2)に記載の半導体素子。
(4)
前記1または複数の溝は、前記素子領域を囲むように断続的に設けられている、前記(1)または(2)に記載の半導体素子。
(5)
前記溝は、前記素子基板および前記読出回路基板にわたって設けられており、前記素子基板および前記読出回路基板によって形成される側面の一部には窪みが形成されている、前記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(6)
前記素子基板は、前記半導体層と前記配線層との間に設けられた第1電極と、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、
前記読出回路基板は、前記周辺領域にパッド電極をさらに有し、
前記周辺領域には、前記素子基板から前記読出回路基板に達する第1の貫通孔と、前記第1の貫通孔よりも周縁部側に第2の貫通孔がそれぞれ設けられており、前記第2電極は、前記第1の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(1)乃至(5)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(7)
前記溝は、前記第2の貫通孔と前記素子基板および前記読出回路基板の前記周縁部との間に設けられている、前記(6)に記載の半導体素子。
(8)
前記配線層は、前記読出回路基板と対向する前記接合面に露出する1または複数の第1のコンタクト電極をさらに有し、
前記読出回路基板は、前記素子基板と対向する前記接合面に露出する1または複数の第2のコンタクト電極をさらに有し、
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(2)乃至(7)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(9)
前記周縁部に設けられる前記溝の幅は、前記素子基板および前記読出回路基板のダイシングに用いるブレードの幅よりも大きい、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1または複数の溝の形成位置には、絶縁膜のみが形成されている、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、赤外領域の波長の光を吸収する、前記(1)乃至(10)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(12)
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(11)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(13)
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(12)のうちのいずれかに記載の半導体素子。
(14)
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領域、および前記素子領域の外側の周辺領域を有する素子基板と、
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、
前記周辺領域の周縁部および前記周縁部の近傍の少なくとも一方に設けられ、前記素子基板の表面から前記読出回路基板の一部または前記読出回路基板の表面から前記素子基板の一部まで達する1または複数の溝と
を備えた半導体素子を有する電子機器。
Claims (14)
- 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領域、および前記素子領域の外側の周辺領域を有する素子基板と、
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、
前記周辺領域の周縁部および前記周縁部の近傍の少なくとも一方に設けられ、前記素子基板の表面から前記読出回路基板の一部または前記読出回路基板の表面から前記素子基板の一部まで達する1または複数の溝と
を備えた半導体素子。 - 前記素子基板および前記読出回路基板は、前記素子基板および前記読出回路基板のそれぞれの表面とは反対側に、互いに対向する接合面をそれぞれ有し、
前記溝は、前記素子基板の表面からまたは前記読出回路基板の表面から前記接合面を超えて形成されている、請求項1に記載の半導体素子。 - 前記1または複数の溝は、前記素子領域を囲むように連続して設けられている、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記1または複数の溝は、前記素子領域を囲むように断続的に設けられている、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記溝は、前記素子基板および前記読出回路基板にわたって設けられており、前記素子基板および前記読出回路基板によって形成される側面の一部には窪みが形成されている、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記素子基板は、前記半導体層と前記配線層との間に設けられた第1電極と、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、
前記読出回路基板は、前記周辺領域にパッド電極をさらに有し、
前記周辺領域には、前記素子基板から前記読出回路基板に達する第1の貫通孔と、前記第1の貫通孔よりも周縁部側に第2の貫通孔がそれぞれ設けられており、前記第2電極は、前記第1の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1に記載の半導体素子。 - 前記溝は、前記第2の貫通孔と前記素子基板および前記読出回路基板の前記周縁部との間に設けられている、請求項6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前記接合面に露出する1または複数の第1のコンタクト電極をさらに有し、
前記読出回路基板は、前記素子基板と対向する前記接合面に露出する1または複数の第2のコンタクト電極をさらに有し、
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2に記載の半導体素子。 - 前記周縁部に設けられる前記溝の幅は、前記素子基板および前記読出回路基板のダイシングに用いるブレードの幅よりも大きい、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記1または複数の溝の形成位置には、絶縁膜のみが形成されている、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記化合物半導体材料は、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領域、および前記素子領域の外側の周辺領域を有する素子基板と、
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、
前記周辺領域の周縁部および前記周縁部の近傍の少なくとも一方に設けられ、前記素子基板の表面から前記読出回路基板の一部または前記読出回路基板の表面から前記素子基板の一部まで達する1または複数の溝と
を備えた半導体素子を有する電子機器。
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