JP6724633B2 - Photodetector, photodetector array, and method for manufacturing photodetector - Google Patents
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Description
本発明は、光検知素子、光検知素子アレイ及び光検知素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a light detecting element, a light detecting element array, and a method for manufacturing the light detecting element.
従来、赤外線等の光を検知して電気信号に変換する、光検知素子が用いられている。複数の光検知素子が二次元状に配置される光検知素子アレイは、光を検知して画像を撮像する撮像装置にも利用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a light detection element that detects light such as infrared rays and converts it into an electric signal has been used. The photodetector array, in which a plurality of photodetectors are two-dimensionally arranged, is also used in an imaging device that detects light and captures an image.
また、分解能の高い画像を得るために、撮像装置に対して高解像度の画像を撮像することが求められている。高解像度の画像を撮像するには、光検知素子アレイにおいて、一の画素に対応する光検知素子の数を増加することが求められる。 Further, in order to obtain an image with high resolution, it is required for the image pickup device to capture an image with high resolution. In order to capture a high-resolution image, it is required to increase the number of light detecting elements corresponding to one pixel in the light detecting element array.
従って、高解像度の画像を撮像するために、より多くの光検知素子が二次元状に配置された光検知素子アレイが開発されている。 Therefore, in order to capture a high-resolution image, a photodetector array in which more photodetectors are two-dimensionally arranged has been developed.
撮像の対象物は、通常、撮像装置に対して、数メートルから数キロメートル離れている。撮像の対象物は、光検知素子アレイと共に、筐体及びレンズを含む光学系が有する視野内に位置している。 The object to be imaged is usually several meters to several kilometers away from the imaging device. The object to be imaged is located within the field of view of the optical system including the housing and the lens, together with the photodetector array.
そして、撮像装置による撮像では、視野以外からの光が、撮像装置と対象物との間の空間から進入して、光検知素子アレイに受光されることがある。これは、視野以外からの進入した光が、筐体の内壁又はレンズの縁等で反射して、光検知素子に受光されるものであり、迷光と呼ばれる。 Then, in imaging by the imaging device, light from outside the field of view may enter the space between the imaging device and the object and be received by the photodetector array. This is called stray light because light entering from outside the field of view is reflected by the inner wall of the housing or the edge of the lens and is received by the photodetector.
迷光は、画像においてノイズとして検知される。高解像度の画像において、迷光によるノイズは、撮像装置の分解能に影響するので、迷光を低減することが望まれる。 Stray light is detected as noise in the image. In a high-resolution image, noise due to stray light affects the resolution of the image pickup apparatus, so it is desirable to reduce stray light.
本明細書では、迷光を低減する光検知素子、光検知素子アレイ及び光検知素子の製造方法を提供することを課題とする。 It is an object of the present specification to provide a photodetecting element that reduces stray light, a photodetecting element array, and a method for manufacturing the photodetecting element.
本明細書に開示する光検知素子の一形態によれば、第1面及び第2面を有する第1基板と、上記第1面上に配置される光吸収層と、上記第2面上に配置され、上記光吸収層が配置される上記第1基板の領域に光を導き、上記光吸収層が光を吸収してキャリアを生成する動作波長領域の光を吸収する材料により形成される導光部と、を備える。 According to one embodiment of the light-sensing element disclosed in the present specification, a first substrate having a first surface and a second surface, a light-absorbing layer arranged on the first surface, and a light-absorbing layer on the second surface. And a light guide layer formed of a material that guides light to a region of the first substrate where the light absorbing layer is arranged, and the light absorbing layer absorbs light in an operating wavelength region where light is absorbed to generate carriers. And a light section.
また、本明細書に開示する光検知素子アレイの一形態によれば、第1面及び第2面を有する第1基板と、上記第1面上に配置される複数の光吸収層と、上記第2面上に配置される複数の導光部であって、各上記導光部は、対応する上記光吸収層が配置される上記第1基板の領域に光を導き、上記光吸収層が光を吸収してキャリアを生成する動作波長領域の光を吸収する材料により形成される複数の導光部と、を備える。 According to one aspect of the photo-sensing element array disclosed in the present specification, a first substrate having a first surface and a second surface, a plurality of light absorption layers arranged on the first surface, and A plurality of light guide portions arranged on the second surface, wherein each of the light guide portions guides light to a region of the first substrate on which the corresponding light absorption layer is arranged, and the light absorption layer is A plurality of light guide portions formed of a material that absorbs light and generates carriers in the operating wavelength region.
更に、本明細書に開示する光検知素子の製造方法の一形態によれば、第1面及び第2面を有し、上記第1面上に光吸収層が配置される第1基板の上記第2面上に、上記光吸収層が光を吸収してキャリアを生成する動作波長領域の光を吸収する材料を用いて、上記光吸収層が配置される上記第1基板の領域に光を導くように導光部を形成する。 Further, according to an embodiment of the method for manufacturing a photodetector element disclosed in the present specification, the first substrate having the first surface and the second surface, and the light absorption layer disposed on the first surface is described above. On the second surface, a material that absorbs light in the operation wavelength region where the light absorbing layer absorbs light to generate carriers is used, and the light is absorbed in the region of the first substrate where the light absorbing layer is arranged. The light guide section is formed so as to lead.
上述した本明細書に開示する光検知素子の一形態によれば、迷光を低減できる。 According to the above-described embodiment of the light detection element disclosed in this specification, stray light can be reduced.
また、本明細書に開示する光検知素子アレイの一形態によれば、迷光を低減できる。 Further, according to one embodiment of the light-sensing element array disclosed in this specification, stray light can be reduced.
更に、本明細書に開示する光検知素子の製造方法の一形態によれば、迷光を低減する光検知素子が得られる。 Further, according to one aspect of the method for manufacturing a photodetector disclosed in the present specification, a photodetector that reduces stray light can be obtained.
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。 The objects and advantages of the invention will be realized and obtained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the claims.
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。 Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and do not limit the invention described in the claims.
以下、本明細書で開示する撮像装置の好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。 Hereinafter, a preferred embodiment of the imaging device disclosed in the present specification will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to those embodiments, but extends to the inventions described in the claims and their equivalents.
図1は、本明細書に開示する撮像装置の一実施形態を示す斜視図である。図2は、図1のX−X断面図である。図3は、図1の平面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an imaging device disclosed in this specification. FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG. FIG. 3 is a plan view of FIG.
本実施形態の撮像装置1は、赤外線を受光して画像を撮像する。
The
撮像装置1は、赤外線を検知して電気信号に変換する複数の光検知素子10が二次元状に配置された光検知素子アレイ20と、光検知素子アレイ20により生成された電気信号を検知する複数の検知回路31が配置された検知回路基板30を備える。
The
撮像装置1は、光検知素子アレイ20の各光検知素子10の受光量を電気信号に変換することにより、画像信号を生成する。
The
また、撮像装置1は、光検知素子アレイ20上に配置され、各光検知素子10へ光を導く複数の導光部41を有する導光層40を備える。
The
光検知素子アレイ20は、縦及び横方向に二次元のアレイ状に配置された複数の光検知素子10を有する。各光検知素子10は、受光した赤外線強度に対応した量の電流を生成する。
The
光検知素子10は、第1面11a及び第2面11bを有する基板11と、第1面11a上に配置される共通コンタクト層12と、共通コンタクト層12上に配置される光吸収層13と、光吸収層13上に配置される駆動コンタクト層14を有する。
The
基板11及び共通コンタクト層12は、他の光検知素子10に対して共通しており、光検知素子アレイ20の全体に亘って延びている。
The
光吸収層13は、赤外線の動作波長領域の光を吸収してキャリアを生成する。光吸収層13は、所定の動作波長領域に高い感度を有する観点から、量子井戸又は量子ドットを用いて形成されることが好ましい。
The
駆動コンタクト層14は、バンプ32を介して、検知回路31と電気的に接続する。
The
光吸収層13及び駆動コンタクト層14は、共通コンタクト層12上に立設するメサ部Mを形成する。各メサ部Mは、光吸収層13同士を離間する溝部15に囲まれている。
The
光吸収層13は、光電変換効率を高める観点から、光を吸収して直接遷移によりキャリアを生成する化合物半導体を用いて形成されることが好ましい。例えば、光吸収層13は、GaAs、GaSb、InP、InAS、InSb、InGaAs,InAsSb,AlAs、AlGaAs又はHgCdTe等の化合物半導体を用いて形成され得る。
From the viewpoint of increasing photoelectric conversion efficiency, the
また、光吸収層13は、光電変換効率を高める観点から結晶構造を有することが好ましい。光吸収層13との格子整合性の観点から、基板11、共通コンタクト層12及び駆動コンタクト層14も、光吸収層13と同様の格子定数を有する結晶構造の化合物半導体を用いて形成されることが好ましい。
Further, the
なお、駆動コンタクト層14とバンプ32との間に、金属により形成される電極層を配置してもよい。また、共通コンタクト層12は、図示しない共通電極層を介して、検知回路基板30と電気的に接続され得る。
An electrode layer made of metal may be arranged between the
検知回路基板30は、光検知素子アレイ20に配置される複数の光検知素子10を駆動して、各光検知素子10の受光量を電気信号に変換する複数の検知回路31を有する。複数の検知回路31は、光検知素子10と対応するように、検知回路基板30上に二次元のアレイ状に配置される。各検知回路31は、対応する光検知素子10とバンプ32を介して電気的に接続する。検知回路基板30は、複数のバンプ32を介して、光検知素子アレイ20と接合される。
The
本実施形態では、検知回路基板30は、シリコンの基板上に、トランジスタ及びキャパシタ等を有する検知回路31が配置されて形成される。
In the present embodiment, the
各検知回路31が出力する電気信号に基づいて、2次元のアレイ状に配置された光検知素子10それぞれの画像階調情報が得られる。このようにして、撮像装置1は、画像信号を生成する。
Based on the electric signal output from each
導光層40は、光検知素子アレイ20を形成する基板11の第2面11b上に接合される。
The
導光層40は、第2面11b上に配置され、管状の形状を有し、光吸収層13が配置される基板11の領域に光を導く複数の導光部41を有する。導光部41は、光吸収層13が光を吸収してキャリアを生成する動作波長領域の光を吸収する材料により形成される。
The
各光吸収層13は、平面視して、矩形の形状を有しており、導光部41の管状の空間も、光吸収層13と同様に、矩形の形状を有する。
Each
導光層40には、管状の貫通する空間を有する導光部41が、二次元のアレイ状に配置される。各導光部41の底には、光検知素子アレイ20の基板11の第2面11bが露出している。光は、管状の空間を通って、基板11の第2面11bに伝わる。
In the
図2に示すように、各光検知素子10は、導光部41及び光吸収層13の配置関係に基づいて、視野Fが決定される。視野Fに含まれる撮像の対象物から発する光は、視野F内を進み、導光部41の管状の空間に導かれて、光吸収層13に入射するようになされている。
As shown in FIG. 2, the field of view F of each
しかし、撮像装置1による画像の撮影では、視野F以外からの光Sが、撮像装置1と対象物との間の空間から進入することがある。視野F以外からの光Sが、光吸収層13に受光されると迷光としてノイズの原因となり得る。
However, when the image is captured by the
本実施形態の撮像装置1では、視野F以外からの光Sは、導光部41の管状状の空間を形成する内面で吸収されることにより、光吸収層13に受光されることが抑制される。従って、撮像装置1では、光吸収層13に受光される迷光を低減することにより、ノイズの生成が抑制される。
In the
導光部41の管状の空間の高さと、開口部を平面視した寸法との関係を規定するアスペクト比は、高い程迷光を低減できるが、視野Fを狭めて光検知素子10の受光量を減少させる。このアスペクト比は、迷光を低減する量と、光検知素子10の受光量との兼ね合いに基づいて、適宜決定され得る。
The higher the aspect ratio that defines the relationship between the height of the tubular space of the
導光部41は、動作波長領域の光に対して、30%以上、特に60%以上、更には80%以上の吸収率を有することが、迷光を低減する観点から好ましい。
From the viewpoint of reducing stray light, it is preferable that the
導光部41を形成する材料のバンドギャップは、光吸収層13の動作波長領域に対応するエネルギーよりも小さいことが、動作波長領域の光を吸収する観点から好ましい。
The band gap of the material forming the
光検知素子アレイ20を平面視して、導光部41は、光吸収層13と重ならないように、基板11の第2面11b上に配置されることが、光吸収層13の受光量を増加する観点から好ましい。
When the light
そこで、図2及び図3に示すように、複数の導光部41それぞれは、光検知素子アレイ20を平面視して管状の内部に光吸収層13が位置するように、溝部15と対応する第2面11b上の位置に配置される。
Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, each of the plurality of
また、このように、導光部41を基板11の第2面11b上に配置することにより、光検知素子アレイ20の厚さの薄い部分に導光部41が接合されるので、導光部41が光検知素子アレイ20の機械的強度を補って、撮像装置1の耐久性を向上できる。
Further, by disposing the
同様の観点から、導光層40の周縁部の厚さを、内部の厚さよりも厚くしてもよい。
From the same viewpoint, the peripheral edge portion of the
次に、本実施形態の撮像装置1は、温度変化による変形することが抑制されることについて、以下に説明する。
Next, it will be described below that the
まず、撮像装置が温度変化により変形することを説明する。 First, it will be described that the image pickup apparatus is deformed due to temperature change.
撮像装置1の光検知素子10が、量子型であり、量子井戸又は量子ドットを有する光吸収層13を備える場合、暗電流等に起因するノイズを低減するために、撮像装置1は動作時には冷却して使用される。一方、動作していない時には常温となるので、撮像装置1は、大きな温度変化を受ける。
When the
光検知素子アレイ20が化合物半導体を用いて形成される場合、例えば、GaAsの線熱膨張係数は、6.0E−6(1/K)であり、GaSbの線熱膨張係数は、6.1E−6(1/K)である。
When the
一方、検知回路基板30がシリコンを用いて形成される場合、シリコンの線熱膨張係数は、2.4E−6(1/K)である。
On the other hand, when the
このように、光検知素子アレイ20の線熱膨張係数と検知回路基板30の線熱膨張係数との間には、大きな差がある。
As described above, there is a large difference between the linear thermal expansion coefficient of the
図4(A)は、撮像装置が熱膨張により変形することを説明する図である。 FIG. 4A is a diagram illustrating that the imaging device is deformed by thermal expansion.
図4(A)に示す撮像装置101は、光検知素子アレイ120と検知回路基板130とが積層されて形成される。撮像装置101は、導光層が配置されないことを除いては、本実施形態の撮像装置1と同様の構造を有する。
The
光検知素子アレイ120は、主に化合物半導体を用いて形成されており、検知回路基板130は、主にシリコンを用いて形成されている。
The light
撮像装置101の温度が上昇すると、光検知素子アレイ120及び検知回路基板130は熱膨張するが、光検知素子アレイ120の熱膨張による変形量は、検知回路基板130よりも大きい。
When the temperature of the
そのため、撮像装置101の温度が上昇すると、図4(A)の鎖線で示すように、撮像装置101が変形することになる。
Therefore, when the temperature of the
ところで、上述したように、高解像度の画像を撮像するために、光検知素子アレイに配置される光検知素子の数を増加することが行われている。例えば、分解能を向上する方法として、一の光検知素子の寸法を小さくすることがあるが、一の光検知素子の寸法を検知する光の波長以下にしても、分解能は大きく向上しない。現在、微細化技術を用いて、一の光検知素子の寸法は、既に検知する光の波長と同程度の大きさになっているので、この方法を用いることには限りがある。そこで、光検知素子アレイに配置される光検知素子の数を増加することにより、分解能の向上が図られている。 By the way, as described above, in order to capture a high-resolution image, the number of photodetecting elements arranged in the photodetecting element array has been increased. For example, as a method of improving the resolution, there is a case where the size of the one photodetecting element is reduced. However, even if the size of the one photodetecting element is set to be equal to or smaller than the wavelength of light for detecting, the resolution is not significantly improved. Currently, with the miniaturization technology, the size of one photo-detecting element is almost as large as the wavelength of the light to be detected, so that there is a limit in using this method. Therefore, the resolution is improved by increasing the number of light detecting elements arranged in the light detecting element array.
光検知素子アレイにおいて、一の光検知素子の寸法を維持した状態で、光検知素子の数を増加することにより、光検知素子アレイの寸法が増大する。また、光検知素子アレイの寸法が増大と共に、検知回路基板の寸法も増大する。 In the photodetector array, the size of the photodetector array is increased by increasing the number of photodetectors while maintaining the size of one photodetector. Further, as the size of the photodetector array increases, the size of the detection circuit board also increases.
光検知素子アレイ及び検知回路基板の寸法が増大することにより、撮像装置の温度変化による変形量も増大する。この大きな変形により、光検知素子と検知回路とのバンプを介した電気的接続状態が影響を受けるおそれがある。 As the dimensions of the photodetector array and the detection circuit board increase, the amount of deformation of the imaging device due to temperature changes also increases. This large deformation may affect the electrical connection state between the light detection element and the detection circuit via the bump.
このように、撮像装置の高解像度化に伴って、撮像装置の温度変化による変形量の増加が生じている。 As described above, as the resolution of the image pickup apparatus increases, the deformation amount increases due to the temperature change of the image pickup apparatus.
次に、本実施形態の撮像装置1は、温度変化により変形することが抑制されることを、図4(B)を参照しながら、以下に説明する。
Next, it will be described below with reference to FIG. 4B that the
図4(B)は、本実施形態の撮像装置は温度変化による変形が抑制されることを説明する図である。 FIG. 4B is a diagram illustrating that the image pickup apparatus according to the present embodiment suppresses deformation due to temperature change.
撮像装置1では、導光層40の熱膨張係数を、光検知素子アレイ20の熱膨張係数よりも、検知回路基板30の熱膨張係数と近い値にすることにより、導光層40が、光検知素子アレイ20と検知回路基板30との積層体が変形する力を打ち消すように働く。その結果、図4(B)に示すように、撮像装置1は、温度変化により変形することが抑制される。
In the
具体的には、導光層40の第1熱膨張係数a1と、光検知素子アレイ20の基板11の第2熱膨張係数a2と、検知回路基板30の第3熱膨張係数a3とが、|a2−a1|>|a3−a1|の関係を満たすことが好ましい。
Specifically, the first coefficient of thermal expansion a1 of the
上述した関係が満たされていれば、a2>a1でもよいし、a2<a1であってもよい。また、上述した関係が満たされていれば、a3>a1でもよいし、a3<a1であってもよい。 If the above-mentioned relationship is satisfied, a2>a1 may be satisfied, or a2<a1 may be satisfied. Further, as long as the above relationship is satisfied, a3>a1 or a3<a1 may be satisfied.
又は、導光層40の第1熱膨張係数a1が、基板11の第2熱膨張係数a2よりも小さい場合には、検知回路基板30の第3熱膨張係数a3も基板11の第2熱膨張係数a2よりも小さいことが、撮像装置1の変形をより抑制する観点から好ましい。即ち、a1<a2且つa3<a2であることが好ましい。
Alternatively, when the first thermal expansion coefficient a1 of the
又は、導光層40の第1熱膨張係数a1が、基板11の第2熱膨張係数a2よりも大きい場合には、検知回路基板30の第3熱膨張係数a3も基板11の第2熱膨張係数a2よりも大きいことが、撮像装置1の変形をより抑制する観点から好ましい。即ち、a1>a2且つa3>a2であることが好ましい。
Alternatively, when the first thermal expansion coefficient a1 of the
特に、導光層40の第1熱膨張係数a1と、検知回路基板30の第3熱膨張係数a3とが近いか、又は同じであることが、撮像装置1は、温度変化による変形をより小さくする観点から好ましい。
In particular, when the first thermal expansion coefficient a1 of the
例えば、検知回路基板30がシリコン(線熱膨張係数:2.4E−6(1/K))を用いて形成される場合には、導光層40の第1熱膨張係数a1は、0.5〜4E−6(1/K)の範囲にあることが好ましい。
For example, when the
次に、導光層40を形成する材料について、以下に説明する。
Next, the material forming the
導光層40を形成する材料としては、光吸収層13が光を吸収してキャリアを生成する動作波長領域の光を吸収するものであればよい。また、導光層40を形成する材料としては、導光層40を形成する材料の熱膨張係数が、光検知素子アレイ20の熱膨張係数よりも、検知回路基板30の熱膨張係数と近いことが好ましい。このような材料であれば、特に制限なく、導光層40を形成する材料として用いることができる。
The material for forming the
具体的には、導光層40を形成する材料としては、無機酸化物又は無機窒化物を用いることができる。
Specifically, as the material forming the
例えば、シリコン、ゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、セシウム、バリウム等の無機物の酸化物又は窒化物を用いることが好ましい。特に、シリコン酸化物又はシリコン窒化物を用いることが好ましい。 For example, it is preferable to use an oxide or nitride of an inorganic substance such as silicon, germanium, boron, aluminum, gallium, titanium, zirconium, hafnium, cesium, or barium. In particular, it is preferable to use silicon oxide or silicon nitride.
また、導光層40を形成する材料として、電気絶縁性の有機物を用いることができる。
Further, as a material for forming the
例えば、電気絶縁性の有機物として、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂等を用いることができる。また、これらの樹脂の共重合体又は混合物を用いてもよい。 For example, as the electrically insulating organic material, phenol resin, epoxy resin, acrylic resin, melamine resin, polyurethane resin, polyimide, silicone resin, or the like can be used. Moreover, you may use the copolymer or mixture of these resins.
また、導光層40を形成する材料としては、上述した電気絶縁性の有機物に無機物の微粒子が分散されたものを用いてもよい。有機物に分散する無機物の微粒子の量を調整することにより、熱膨張係数を制御することができる。
As the material for forming the
微粒子の材料として、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、セシウム、バリウム等の酸化物又は窒化物、又はこれらの塩を用いることができる。特に、微粒子の材料として、シリコン酸化物又はシリコン窒化物を用いることが好ましい。 As the material of the fine particles, for example, oxides or nitrides of silicon, germanium, boron, aluminum, gallium, titanium, zirconium, hafnium, cesium, barium or the like, or salts thereof can be used. In particular, it is preferable to use silicon oxide or silicon nitride as the material of the fine particles.
無機微粒子の粒径に対しては、特に制限は無く、二峰性以上の粒度分布を有しても良い。導光層40の表面の平坦性を得る観点からは、無機微粒子の粒径を0.5μm以下にすることが好ましい。
The particle size of the inorganic fine particles is not particularly limited, and may have a bimodal or higher particle size distribution. From the viewpoint of obtaining the flatness of the surface of the
また、バンプ32を形成する材料としてInを用いる場合には、バンプ32を高い温度で加熱しないようにする観点から、導光層40を比較的低温で形成することが好ましい。このような観点から、導光層40を、スピンオングラス材料を用いて形成するか、又は、オレフィン系の材料を用いて形成してもよい。
Further, when In is used as the material for forming the
次に、上述した撮像装置の製造方法の好ましい一形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。 Next, a preferred mode of the method for manufacturing the above-described imaging device will be described below with reference to the drawings.
まず、図5に示すように、各光検知素子10と検知回路31とがバンプ32を介して接続されて形成された、光検知素子アレイ20と検知回路基板30との積層体を用意する。ここで、基板11の第2面11b側をバックグラインドして、基板11の厚さを薄くしてもよい。そして、光検知素子アレイ20の基板11の第2面11b上に、導光層40が形成される。
First, as shown in FIG. 5, a laminated body of the
導光層40を形成する材料として無機酸化物又は無機窒化物を用いる場合には、導光層40は、CVD法、蒸着法又はスパッタリング法等を用いて形成できる。また、導光層40を、スピンオングラス材料を用いて形成する場合には、スピンオングラス法を用いて形成できる。
When an inorganic oxide or an inorganic nitride is used as a material for forming the
また、導光層40を形成する材料として電気絶縁性の有機物を用いる場合には、導光層40は、ディップコート法、スピンコート法、スプレーコート法、蒸気コート法、各種の印刷法又はドクターブレード法等を用いて形成できる。
When an electrically insulating organic material is used as the material for forming the
次に、図6に示すように、導光層40上に、レジスト層50が形成される。
Next, as shown in FIG. 6, a resist
次に、図7に示すように、レジスト層50がパターニングされて、マスクパターン51が形成される。
Next, as shown in FIG. 7, the resist
次に、マスクパターン51を用いて、導光層40がエッチングされて、図2に示す撮像装置1が形成される。導光層40をエッチングする方法としては、例えば、ドライエッチング法又はイオンミリング法等を用いることができる。導光層40をエッチングする時に基板11をエッチングしないようにする観点から、基板11をエッチングしない選択性を有する選択的エッチングを用いることが好ましい。
Next, the
また、導光層40を形成する材料として電気絶縁性の有機物として感光性を有する材料を用いてもよい。この場合には、レジスト層を形成することなく、導光層40を直接パターニングすることができる。
Further, as the material forming the
導光層の形成材料として、球状の酸化シリコンを75質量%の濃度で含有したオレフィン樹脂(線熱膨張係数:3.5E−6(1/K))を用いて、一辺の長さが2μmの正方形の開口部と、管状の空間の高さが5μmの導光部を有する導光層を形成した。この導光層を、光検知素子アレイと検知回路基板との積層体に接合した撮像装置を形成した所、光検知素子の寸法を変えずに、解像度をVGA(640×480)からXGA(1024×768)に向上することができた。また、導光層を配置しない時と比べて、撮像装置のS/Nを8%向上することができた。 An olefin resin (coefficient of linear thermal expansion: 3.5E-6 (1/K)) containing spherical silicon oxide at a concentration of 75 mass% was used as the material for forming the light guide layer, and the length of one side was 2 μm. A light guide layer having a square opening and a light guide having a tubular space with a height of 5 μm was formed. When an image pickup device was formed by joining this light guide layer to a laminated body of a photo detector array and a detection circuit board, the resolution was changed from VGA (640×480) to XGA (1024) without changing the dimensions of the photo detector. ×768). Further, the S/N ratio of the image pickup device could be improved by 8% as compared with the case where the light guide layer is not arranged.
上述した本実施形態の撮像装置によれば、迷光を低減して、温度変化による変形を抑制することができる。迷光を低減することにより、撮像装置のS/Nを向上することができる。また、温度変化による変形を抑制することにより、撮像装置の耐久性を向上することができる。 According to the above-described image pickup apparatus of the present embodiment, it is possible to reduce stray light and suppress deformation due to temperature change. By reducing the stray light, the S/N of the imaging device can be improved. Further, by suppressing the deformation due to the temperature change, the durability of the imaging device can be improved.
本発明では、上述した実施形態の光検知素子、光検知素子アレイ及び光検知素子の製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。 In the present invention, the light-sensing element, the light-sensing element array, and the method for manufacturing the light-sensing element of the above-described embodiments can be appropriately modified without departing from the spirit of the invention. Further, the constituent features of one embodiment can be appropriately applied to other embodiments.
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。 All examples and conditional language provided herein are intended for educational purposes to assist the reader in deeply understanding the technology and inventions contributed by the inventor. All examples and conditionals mentioned herein should be construed without limitation to such specifically stated examples and conditions. Also, such exemplary mechanism in the specification is not relevant to the superiority and inferiority of the present invention. While the embodiments of the invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions or modifications thereof may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
1 撮像装置
10 光検知素子
11 基板
11a 第1面
11b 第2面
12 共通コンタクト層
13 光吸収層
14 駆動コンタクト層
15 溝部
20 光検知素子アレイ
30 検知回路基板
31 検知回路
32 バンプ
40 導光層
41 導光部
50 レジスト層
51 マスクパターン
M メサ部
F 視野
S 迷い光
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第1面上に配置される光吸収層と、
前記第2面上に配置され、前記光吸収層が配置される前記第1基板の領域に光を導き、前記光吸収層が光を吸収してキャリアを生成する動作波長領域の光を吸収する材料により形成される導光部と、
前記光吸収層とバンプを介して電気的に接続され、前記光吸収層により生成されたキャリアの量を検知する検知回路を有する第2基板と、
を備え、
前記導光部の第1熱膨張係数a1と、前記第1基板の第2熱膨張係数a2と、前記第2基板の第3熱膨張係数a3とは、a1<a2且つa3<a2の関係を満たすか、又はa1>a2且つa3>a2の関係を満たし、前記第1熱膨張係数a1と前記第3熱膨張係数a3とは異なる光検知素子。 A first substrate having a first surface and a second surface;
A light absorption layer disposed on the first surface,
The light is guided to a region of the first substrate that is disposed on the second surface and the light absorbing layer is disposed, and the light absorbing layer absorbs light and absorbs light in an operating wavelength region where carriers are generated. A light guide section formed of a material,
A second substrate electrically connected to the light absorbing layer via a bump and having a detection circuit for detecting the amount of carriers generated by the light absorbing layer;
Bei to give a,
The first thermal expansion coefficient a1 of the light guide portion, the second thermal expansion coefficient a2 of the first substrate, and the third thermal expansion coefficient a3 of the second substrate have a relationship of a1<a2 and a3<a2. A photodetecting element satisfying or satisfying the relationship of a1>a2 and a3>a2, and the first thermal expansion coefficient a1 and the third thermal expansion coefficient a3 are different .
3の何れか一項に記載の光検知素子。 The first thermal expansion coefficient a1 of the light guide portion, the second thermal expansion coefficient a2 of the first substrate, and the third thermal expansion coefficient a3 of the second substrate are |a2-a1|>|a3-a1. | satisfy the relationship according to claim 1
3. The light detection element according to any one of 3 above.
前記第1面上に配置される複数の光吸収層と、
前記第2面上に配置される複数の導光部であって、複数の前記導光部のそれぞれは、対応する前記光吸収層が配置される前記第1基板の領域に光を導き、前記光吸収層が光を吸収してキャリアを生成する動作波長領域の光を吸収する材料により形成される複数の導光部と、
複数の前記光吸収層のそれぞれに対して、バンプを介して電気的に接続され、当該光吸収層により生成されたキャリアの量を検知する検知回路を有する第2基板と、
を備え、
複数の前記導光部の第1熱膨張係数a1と、前記第1基板の第2熱膨張係数a2と、前記第2基板の第3熱膨張係数a3とは、a1<a2且つa3<a2の関係を満たすか、又はa1>a2且つa3>a2の関係を満たし、前記第1熱膨張係数a1と前記第3熱膨張係数a3とは異なる光検知素子アレイ。 A first substrate having a first surface and a second surface;
A plurality of light absorption layers disposed on the first surface,
Wherein a plurality of light guide portions disposed on the second surface on, each of the plurality of the light guide portion guides the light to a region of the first substrate on which the light-absorbing layer corresponding is arranged, the A plurality of light guide portions formed of a material that absorbs light in the operating wavelength region where the light absorbing layer absorbs light to generate carriers,
A second substrate electrically connected to each of the plurality of light absorption layers via bumps, and having a detection circuit for detecting the amount of carriers generated by the light absorption layer;
Bei to give a,
The first thermal expansion coefficient a1 of the plurality of light guide portions, the second thermal expansion coefficient a2 of the first substrate, and the third thermal expansion coefficient a3 of the second substrate are a1<a2 and a3<a2. A photo-detecting element array satisfying the relation or satisfying the relations of a1>a2 and a3>a2 and different from each other in the first thermal expansion coefficient a1 and the third thermal expansion coefficient a3 .
複数の前記導光部のそれぞれは、前記光吸収層が配置される前記第1基板の領域に光を導く空間を有しており、平面視して前記空間の内部に前記光吸収層が位置するように、前記溝部と対応する前記第2面上の位置に配置される、請求項5に記載の光検知素子アレイ。 Each of the plurality of light absorbing layers is surrounded by a groove that separates the light absorbing layers from each other,
Each of the plurality of the light guide portion has a space for guiding light to the region of the first substrate to the light absorbing layer is disposed, the light absorption layer is located inside the space in plan view The photodetector array according to claim 5 , wherein the photodetector array is arranged at a position corresponding to the groove on the second surface.
前記第1基板の第1面上に、前記光吸収層とバンプを介して電気的に接続され、前記光吸収層により生成されたキャリアの量を検知する検知回路を有する第2基板を配置する、
ことを含み、
前記導光部の第1熱膨張係数a1と、前記第1基板の第2熱膨張係数a2と、前記第2基板の第3熱膨張係数a3とは、a1<a2且つa3<a2の関係を満たすか、又はa1>a2且つa3>a2の関係を満たし、前記第1熱膨張係数a1と前記第3熱膨張係数a3とは異なる光検知素子の製造方法。 Operation in which the light absorbing layer absorbs light and generates carriers on the second surface of the first substrate having a first surface and a second surface, and the light absorbing layer is disposed on the first surface. Using a material that absorbs light in the wavelength region, a light guide unit is formed so as to guide the light to a region of the first substrate in which the light absorption layer is arranged ,
On the first surface of the first substrate, a second substrate is disposed which is electrically connected to the light absorbing layer via bumps and has a detection circuit for detecting the amount of carriers generated by the light absorbing layer. ,
Including that,
The first thermal expansion coefficient a1 of the light guide portion, the second thermal expansion coefficient a2 of the first substrate, and the third thermal expansion coefficient a3 of the second substrate have a relationship of a1<a2 and a3<a2. A method for manufacturing a photodetecting element which satisfies or satisfies the relationship of a1>a2 and a3>a2, and the first thermal expansion coefficient a1 and the third thermal expansion coefficient a3 are different .
前記第1面上に配置される光吸収層と、 A light absorption layer disposed on the first surface,
前記第2面上に配置され、前記光吸収層が配置される前記第1基板の領域に光を導き、前記光吸収層が光を吸収してキャリアを生成する動作波長領域の光を吸収する材料により形成される導光部と、 The light is guided to a region of the first substrate that is disposed on the second surface and the light absorbing layer is disposed, and the light absorbing layer absorbs light and absorbs light in an operating wavelength region where carriers are generated. A light guide section formed of a material,
前記光吸収層とバンプを介して電気的に接続され、前記光吸収層により生成されたキャリアの量を検知する検知回路を有する第2基板と、 A second substrate electrically connected to the light absorbing layer via a bump and having a detection circuit for detecting the amount of carriers generated by the light absorbing layer;
を備え、Equipped with
前記導光部の第1熱膨張係数a1と、前記第1基板の第2熱膨張係数a2と、前記第2基板の第3熱膨張係数a3とは、|a2−a1|>|a3−a1|の関係を満たし、且つ、a1>a2且つa3>a2の関係を満たし、前記第1熱膨張係数a1と前記第3熱膨張係数a3とは異なる光検知素子。 The first thermal expansion coefficient a1 of the light guide portion, the second thermal expansion coefficient a2 of the first substrate, and the third thermal expansion coefficient a3 of the second substrate are |a2-a1|>|a3-a1. A photodetection element satisfying the relation of | and satisfying the relations of a1>a2 and a3>a2, and different from the first thermal expansion coefficient a1 and the third thermal expansion coefficient a3.
前記第1面上に配置される複数の光吸収層と、 A plurality of light absorption layers disposed on the first surface,
前記第2面上に配置される複数の導光部であって、複数の前記導光部のそれぞれ、対応する前記光吸収層が配置される前記第1基板の領域に光を導き、前記光吸収層が光を吸収してキャリアを生成する動作波長領域の光を吸収する材料により形成される複数の導光部と、 A plurality of light guide portions arranged on the second surface, wherein each of the plurality of light guide portions guides light to a region of the first substrate where the corresponding light absorption layer is arranged, A plurality of light guide portions formed of a material that absorbs light in the operating wavelength region where the absorption layer absorbs light and generates carriers,
複数の前記光吸収層のそれぞれに対して、バンプを介して電気的に接続され、当該光吸収層により生成されたキャリアの量を検知する検知回路を有する第2基板と、 A second substrate electrically connected to each of the plurality of light absorption layers via bumps, and having a detection circuit for detecting the amount of carriers generated by the light absorption layer;
を備え、Equipped with
複数の前記導光部の第1熱膨張係数a1と、前記第1基板の第2熱膨張係数a2と、前記第2基板の第3熱膨張係数a3とは、|a2−a1|>|a3−a1|の関係を満たし、且つ、a1>a2且つa3>a2の関係を満たし、前記第1熱膨張係数a1と前記第3熱膨張係数a3とは異なる光検知素子アレイ。 The first thermal expansion coefficient a1 of the plurality of light guide portions, the second thermal expansion coefficient a2 of the first substrate, and the third thermal expansion coefficient a3 of the second substrate are |a2-a1|>|a3. -A1|, and the relationships of a1>a2 and a3>a2 are satisfied, and the first thermal expansion coefficient a1 and the third thermal expansion coefficient a3 are different from each other.
前記第1基板の第1面上に、前記光吸収層とバンプを介して電気的に接続され、前記光吸収層により生成されたキャリアの量を検知する検知回路を有する第2基板を配置する、 On the first surface of the first substrate, a second substrate is disposed which is electrically connected to the light absorbing layer via bumps and has a detection circuit for detecting the amount of carriers generated by the light absorbing layer. ,
ことを含み、Including that,
前記導光部の第1熱膨張係数a1と、前記第1基板の第2熱膨張係数a2と、前記第2基板の第3熱膨張係数a3とは、|a2−a1|>|a3−a1|の関係を満たし、且つ、a1>a2且つa3>a2の関係を満たし、前記第1熱膨張係数a1と前記第3熱膨張係数a3とは異なる光検知素子の製造方法。 The first thermal expansion coefficient a1 of the light guide portion, the second thermal expansion coefficient a2 of the first substrate, and the third thermal expansion coefficient a3 of the second substrate are |a2-a1|>|a3-a1. The manufacturing method of the photo-detecting element satisfying the relation of | and satisfying the relations of a1>a2 and a3>a2 and different from the first thermal expansion coefficient a1 and the third thermal expansion coefficient a3.
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