TW202111966A - 半導體光檢測元件 - Google Patents

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Abstract

半導體光檢測元件SP1具備矽基板即半導體基板1。半導體基板1具有光入射面即第二主面1b與對向於第二主面1b之第一主面1a。在半導體基板1中，相應於入射光而產生載子。於第二主面1b形成有複數個凸部10。凸部10具有相對於半導體基板1之厚度方向傾斜之斜面10a。在凸部10中，半導體基板1之(111)面露出而作為斜面10a。凸部10之高度為200 nm以上。

Description

半導體光檢測元件
本發明係關於一種半導體光檢測元件。
已知悉一種半導體光檢測元件(例如，參照非專利文獻1)，其具備矽基板，該矽基板具有光入射面與對向於光入射面之背面，且相應於入射光而產生有載子。 [先前技術文獻] [非專利文獻] [非專利文獻1]日本濱松光子學株式會社「光半導體元件手冊」2013年11月6日改訂版發行 5章 1.CCD圖像感測器 1-1構造、動作原理 p.107-108
[發明所欲解決之問題] 在非專利文獻1記載之半導體光檢測元件中，於在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性方面存在有改善之餘地。 本發明之一態樣之目的在於提供一種可謀求在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高的半導體光檢測元件。 [解決問題之技術手段] 本發明之一態樣之半導體光檢測元件具備矽基板，該矽基板具有光入射面與對向於前述光入射面之背面，且相應於入射光而產生有載子。於光入射面形成有複數個凸部，其具有相對於矽基板之厚度方向傾斜之斜面。在凸部中，矽基板之(111)面露出而作為斜面。凸部之高度為200 nm以上。 在此一態樣之半導體光檢測元件中，形成於光入射面之複數個凸部具有相對於矽基板之厚度方向傾斜之斜面。在光自光入射面入射至矽基板時，一部分光在半導體光檢測元件之光入射面側反射。斜面相對於矽基板之厚度方向傾斜。因此，例如，在一個凸部之斜面側反射之光朝向接近於該一個凸部之凸部之斜面側，且自接近之凸部之斜面入射至矽基板。 在凸部中，由於矽基板之(111)面露出而作為斜面，故自斜面入射至矽基板之光易於被擷取入矽基板。由於凸部之高度為200 nm以上，故斜面之表面積大。因此，入射至斜面之光大量地被擷取入矽基板。 由於紫外之波長區域之光被矽吸收之吸收係數大，故在靠近矽基板之光入射面之區域被吸收。在此一態樣之半導體光檢測元件中，由於在形成於矽基板之凸部中，矽基板之(111)面露出，故在靠近光入射面之區域的光之吸收不會受到阻礙。 基於以上之理由，在此一態樣之半導體光檢測元件之情況下，可謀求在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。 可於矽基板之背面側設置有具有與矽基板不同之導電型之半導體區域，可於矽基板之光入射面側設置有蓄積層。該情形下，凸部之斜面係包含於蓄積層之表面。在本方式中，可實現一種謀求在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高的背面入射型之半導體光檢測元件。利用蓄積層，在光入射面側不由光產生之無用載子被再結合，而暗電流被降低。由於蓄積層抑制在矽基板之光入射面附近利用光產生之載子在該光入射面被捕集，故利用光產生之載子朝由矽基板與半導體區域形成之pn接面有效率地移動。其結果為，根據本方式，可謀求光檢測感度之提高。 於矽基板之光入射面側，可設置有具有與矽基板不同之導電型之半導體區域。該情形下，可實現一種能夠謀求提高在紫外波長頻帶下之光譜靈敏度特性的表面入射型之半導體光檢測元件。 此一態樣之半導體光檢測元件可進一步具備：氧化物膜，其配置於光入射面上，並使入射光透射；及電極膜，其配置於氧化物膜上，並使入射光透射且連接於特定之電位。若紫外光入射至氧化物膜，則有產生氧化物膜帶電之現象(充電現象)之虞。若產生充電現象，則在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性劣化。在本方式中，由於連接於特定之電位之電極膜被配置在氧化物膜上，故可抑制氧化物膜之帶電。因此，在本方式中，可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化。 電極膜可為包含石墨烯之膜。該情形下，可抑制在紫外之波長頻帶中之透射特性之降低。其結果為，可利用電極膜而抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之降低。 氧化物膜可為氧化矽膜。該情形下，氧化物膜作為防反射膜而發揮機能。因此，光更易於由矽基板擷取，而進一步提高在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性。 氧化物膜可為氧化鋁膜。該情形下，利用氧化鋁膜而特定之極性之固定電荷存在於矽基板之光入射面側。特定之極性之固定電荷所存在的矽基板之光入射面側之區域作為蓄積層而發揮機能。 此一態樣之半導體光檢測元件可進一步具備配置於光入射面上，使入射光透射且包含硼之膜。該情形下，在半導體光檢測元件之情況下，可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化。 [發明之效果] 根據本發明之一態樣，可提供一種謀求在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高的半導體光檢測元件。
以下參照附圖詳細地說明本發明之實施方式。此外，在說明中對同一要件或具有同一機能之要件係使用同一符號，而省略重複之說明。 (第1實施方式) 參照圖1及圖2說明第1實施方式之半導體光檢測元件SP1之構成。圖1係顯示第1實施方式之半導體光檢測元件的立體圖。圖2係用於說明第1實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP1如圖1所示般係背面入射型之固體攝像元件。半導體光檢測元件SP1係半導體基板SS之背面側經薄化之BT-CCD(電荷結合元件)。半導體基板SS之薄化例如由蝕刻來實現。在蝕刻液中，使用例如氫氧化鉀溶液或TMAH(氫氧化四甲銨溶液)。 於經薄化之半導體基板SS之中央區域形成有凹部TD。於凹部TD之周圍存在有厚的框部。凹部TD之側面相對於底面BF形成鈍角而傾斜。半導體基板SS之經薄化之中央區域係光感應區域(攝像區域)。光L例如沿Z軸之負方向入射至該光感應區域。半導體基板SS之凹部TD之底面BF構成光入射面。框部可利用蝕刻被去除。該情形下，可獲得整個區域經薄化之背面入射型之固體攝像元件。 半導體光檢測元件SP1如圖2所示般具備作為半導體基板SS之p型(第一導電型)之半導體基板1。半導體基板1包含矽(Si)結晶，具有彼此對向之第一主面1a及第二主面1b。半導體基板1係面方位(100)之矽基板。在半導體基板1中，相應於入射光而產生載子。第二主面1b係光入射面，第一主面1a係光入射面之背面。半導體基板1之厚度方向係與Z軸平行之方向。半導體基板1之中央區域之厚度為例如5～30 μm。 半導體基板1之厚度被設定為像素節距P以下。在本實施方式中，像素節距P為例如5～48 μm。半導體基板1之厚度為例如5～30 μm。在本實施方式中，作為半導體光檢測元件SP1顯示有被2相時脈驅動之固體攝像元件。在各傳送電極之下，存在有為了使電荷在一方向上被確實地傳送而使雜質濃度為不同之區域(未圖示)。 在使用Si之情形下，作為p型雜質使用B等之3族元素，作為n型雜質使用N、P或As等之5族元素。半導體之導電型即n型與p型即便彼此置換而構成元件，亦可使該元件發揮機能。 於半導體基板1之第一主面1a側，設置有作為電荷傳送部之n型之半導體層(半導體區域)3。在半導體基板1與半導體層3之間形成有pn接面。於半導體基板1之第一主面1a上介隔以絕緣層7而配置有作為傳送電極部之複數個電荷傳送電極5。於半導體基板1之第一主面1a側，形成有將半導體層3就每一垂直CCD電性地分離之隔離區域(未圖示)。半導體層3之厚度為例如0.1～1 μm。 於半導體基板1之第二主面1b上形成有複數個凸部10。在本實施方式中，複數個凸部10形成在對應於第二主面1b之光感應區域9之區域整體。各凸部10呈大致錐體形狀，具有相對於半導體基板1之厚度方向傾斜之斜面10a。凸部10呈例如大致四角錐形狀。凸部10之高度為200 nm以上。相鄰之二個凸部10之頂點之間隔為例如500～3000 nm。 在凸部10中，半導體基板1之(111)面露出而作為斜面10a。斜面10a為光學性露出。所謂斜面10a為光學性露出，係不單單指斜面10a與空氣等之環境氣體相接，還包含在斜面10a上形成光學性透明之膜之情形。 在半導體光檢測元件SP1中，於半導體基板1之第二主面1b側設置有蓄積層11。凸部10之斜面10a係包含於蓄積層11之表面。蓄積層11具有與半導體基板1相同之導電型(p型)。蓄積層11之雜質濃度較半導體基板1之雜質濃度大。 在本實施方式中，蓄積層11藉由在半導體基板1內自第二主面1b側使p型雜質離子植入或擴散而形成。蓄積層11藉由在使p型雜質離子植入或擴散之後進行熱處理(退火)而被活性化。蓄積層11之厚度為例如0.1～1 μm。 半導體光檢測元件SP1具備配置於第二主面1b上之防反射膜AR1。在本實施方式中，防反射膜AR1係氧化矽(SiO2 )膜。防反射膜AR1係使入射光透射之氧化物膜。防反射膜AR1以覆蓋凸部10之斜面10a之方式與斜面10a相接。於防反射膜AR1之表面形成有對應於複數個凸部10之凹凸。防反射膜AR1之厚度為例如1～200 nm。防反射膜AR1例如覆蓋形成有複數個凸部10之區域整體。 如以上所述般，在本實施方式中，形成於第二主面1b之複數個凸部10具有斜面10a。在光L自第二主面1b入射至半導體基板1之情形下，如圖3所示般，一部分光在第二主面1b側反射。由於斜面10a相對於半導體基板1之厚度方向傾斜，故例如在一個凸部10之斜面10a側反射之光朝向接近於該一個凸部10之凸部10之斜面10a側，且自接近之凸部10之斜面10a入射至半導體基板1。在第二主面1b(斜面10a)側反射之光再入射至半導體基板1。 在凸部10中，由於半導體基板1之(111)面露出而作為斜面10a，故自斜面10a入射至半導體基板1之光易於被擷取入半導體基板1。由於凸部10之高度為200 nm以上，故斜面10a之表面積為大。因此，入射至斜面10a之光大量地被擷取入半導體基板1。 由於紫外之波長區域之光被矽吸收之吸收係數大，故在靠近半導體基板1之第二主面1b(斜面10a)區域被吸收。在半導體光檢測元件SP1中，由於在形成於半導體基板1之凸部10中，半導體基板1之(111)面露出，故在靠近第二主面1b之區域的光之吸收不會受到阻礙。 該等之結果為，在半導體光檢測元件SP1之情況下，可謀求在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。基於以下之理由，在半導體光檢測元件SP1之情況下，亦可謀求在近紅外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。 自斜面10a入射至半導體基板1內之光L1亦如圖3所示般，有在與半導體基板1之厚度方向為交叉之方向上前進，而到達第一主面1a之情形。此時，到達第一主面1a之光L1利用到達第一主面1a之角度而在第一主面1a全反射。因此，入射至半導體光檢測元件SP1(半導體基板1)之光的行走距離變長。 再入射至半導體基板1之光L2在與半導體基板1之厚度方向為交叉之方向上在半導體基板1內前進。因此，再入射至半導體光檢測元件SP1(半導體基板1)之光L2之行走距離亦變長。 若在半導體基板1內前進之光的行走距離變長，則光被吸收之距離亦變長。因此，由於即便係被矽吸收之吸收係數為小之近紅外之波長頻帶之光，亦由半導體基板1吸收，故而在半導體光檢測元件SP1之情況下，可謀求在近紅外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。 在半導體光檢測元件SP1中，於半導體基板1之第二主面1b上設置有蓄積層11。凸部10之斜面10a係包含於蓄積層11之表面。利用蓄積層11在第二主面1b側不因光產生之無用載子被再結合，而暗電流被降低。由於蓄積層11抑制在半導體基板1之第二主面1b附近利用光產生之載子在第二主面1b被捕集，故利用光產生之載子朝以半導體基板1與半導體層3形成之pn接面有效率地移動。其結果為，在半導體光檢測元件SP1之情況下，可謀求光檢測感度之提高。 半導體光檢測元件SP1具備氧化矽膜即防反射膜AR1。因此，光更易於被擷取入半導體基板1，而進一步提高在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性。 本發明人等進行了用於確認第1實施方式之光譜靈敏度特性之提高效果的實驗。 本發明人等製作具備上述之構成的半導體光檢測元件(稱為實施例1及2)、與在半導體基板之光入射面未形成有凸部的半導體光檢測元件(稱為比較例1)，並調查各自之光譜靈敏度特性。實施例1及2以及比較例1在除了形成凸部之點以外，具備相同之構成。光感應區域之尺寸被設定為0.5 mmφ。 在實施例1(參照圖4)中，凸部10之高度為1570 nm。該值包含防反射膜AR1之厚度。在實施例2(參照圖5)中，凸部10之高度為1180 nm。該值亦包含防反射膜AR1之厚度。圖4及圖5(a)係自斜向45°觀察半導體光檢測元件之光入射面側之表面(防反射膜AR1之表面)的SEM圖像。圖4及圖5(b)係觀察半導體光檢測元件之端面之SEM圖像。 實驗結果在圖6及圖7中顯示。在圖6及圖7中，實施例1之光譜靈敏度特性以T1表示，實施例1之光譜靈敏度特性以T2表示，比較例1之光譜靈敏度特性以T3表示。在圖6中，縱軸表示量子效率(Q.E.)，橫軸表示光之波長(nm)。在圖7中，顯示在真空紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性。 從圖6及圖7中可知，在實施例1及2中，與比較例1相比，在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度大幅度提高。在實施例1及2中，與比較例1相比，在近紅外之波長頻帶下之光譜靈敏度亦提高。實施例1與實施例2相比，在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性提高。 (第2實施方式) 參照圖8說明第2實施方式之半導體光檢測元件SP2之構成。圖8係用於說明第2實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP2具備：半導體基板1、複數個電荷傳送電極5、及電極膜EL。半導體光檢測元件SP2在替代防反射膜AR1而具備電極膜EL之點上與半導體光檢測元件SP1不同。 電極膜EL配置於半導體基板1上。在本實施方式中，電極膜EL與半導體基板1相接。電極膜EL使入射至半導體光檢測元件SP2之光透射，且連接於特定之電位(例如接地電位或負電位)。電極膜EL例如係相對於被測定光為透明之電極膜(以下有單純地稱為「透明電極膜」之情形)。作為透明電極膜之材料可例舉例如錫摻雜氧化銦(ITO)、石墨烯、及碳奈米管(CNT)。透明電極膜亦可為極薄之金屬膜。作為該金屬膜之材料，可例舉例如TiPt。於電極膜EL之表面與半導體基板1相同地形成有對應於複數個凸部10之凹凸。電極膜EL之厚度為例如0.0003～3 μm。電極膜EL例如覆蓋形成有複數個凸部10之區域整體。 在半導體光檢測元件SP2之情況下，與半導體光檢測元件SP1相同地，可謀求在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。 若紫外光入射至防反射膜AR1，則由於防反射膜AR1係氧化矽膜、亦即氧化物膜，故有產生防反射膜AR1帶電之現象(充電現象)之虞。若於防反射膜AR1產生充電現象，則基於以下之理由，而在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性劣化。 於氧化矽膜等之氧化物膜中一般而言帶有正極性之電荷。若紫外光被照射至氧化物膜，則氧化物膜之電荷量增加。在蓄積層11係p型之半導體層之情形下，帶正極性電之雜質原子即受體存在於蓄積層11。利用氧化物膜所帶電之正極性之電荷，存在於蓄積層11內之被荷電為正極性之電洞被排斥。因此，利用蓄積層11而於半導體基板1內形成之電位斜坡在第二主面1b附近被朝紫外光之入射面側彎曲。入射之紫外光在半導體基板1之表面附近發生光電反應。因光電反應所產生之電子不是被導入進行電荷傳送之第一主面1a側，而是被導入第二主面1b側。由於被導入第二主面1b側之電子因再結合而消滅，故不會作為信號輸出被取出。其結果為，在紫外之波長頻帶中之感度降低。 相對於此，在半導體光檢測元件SP2之情況下，由於不存在防反射膜AR1，故可抑制因防反射膜AR1之帶電而產生的在紫外之波長頻帶中之感度之降低。又，藉由位於半導體基板1之表面之電極膜EL，半導體基板1之表面之電位經常被保持為一定。因此，在半導體光檢測元件SP2之情況下，在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化被抑制。由電極膜EL帶來之上述作用/效果即便在未形成有凸部10之半導體光檢測元件中亦可獲得。 (第3實施方式) 參照圖9說明第3實施方式之半導體光檢測元件SP3之構成。圖9係用於說明第3實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP3具備：半導體基板1、複數個電荷傳送電極5、氧化鋁(Al2 O3 )膜13、及電極膜EL。半導體光檢測元件SP2在具備氧化鋁膜13之點上與半導體光檢測元件SP2不同。 氧化鋁膜13配置於第二主面1b上。氧化鋁膜13係使入射光透射之氧化物膜。氧化鋁膜13之厚度為例如0.0003～3 μm。於氧化鋁膜13之表面形成有對應於複數個凸部10之凹凸。氧化鋁膜13例如覆蓋形成有複數個凸部10之區域整體。 氧化鋁膜13帶負極性之電。由於半導體基板1之導電型係p型，故利用氧化鋁膜13，特定之固定電荷(正極性之固定電荷)存在於半導體基板1之第二主面1b側。正極性之固定電荷所存在之半導體基板1之第二主面1b側之區域作為蓄積層而發揮機能。因此，在半導體光檢測元件SP3中，於半導體基板1未設置蓄積層11。 氧化鋁膜13亦可介隔以氧化矽膜配置於第二主面1b上。該情形下亦然，利用氧化鋁膜13，正極性之固定電荷存在於半導體基板1之第二主面1b側。 電極膜EL配置於氧化鋁膜13上。電極膜EL與氧化鋁膜13相接。在本實施方式中亦然，電極膜EL例如係相對於被測定光為透明之電極膜。作為透明電極膜之材料可例舉例如ITO、石墨烯、及CNT。透明電極膜亦可為極薄之金屬膜。作為該金屬膜之材料，可例舉例如TiPt。電極膜EL連接於特定之電位(例如接地電位或負電位)。電極膜EL之厚度為例如0.0003～3 μm。電極膜EL例如覆蓋氧化鋁膜13整體。 在半導體光檢測元件SP3之情況下亦然，與半導體光檢測元件SP1、SP2相同地，可謀求在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。在半導體光檢測元件SP3中，由於無需在半導體基板1設置蓄積層11，故可謀求半導體光檢測元件SP3之製造過程之簡單化。 若紫外光入射至氧化鋁膜13，則與防反射膜AR1相同地，氧化鋁膜13帶電。該情形下，氧化鋁膜13之帶電狀態自負極性電性地朝中和之狀態轉移。在半導體光檢測元件SP3中，由於連接於特定之電位之電極膜EL被配置於氧化鋁膜13上，故可抑制氧化鋁膜13之帶電。因此，在半導體光檢測元件SP3之情況下亦然，在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化被抑制。由電極膜EL帶來之上述作用/效果即便在未形成有凸部10之半導體光檢測元件中亦可獲得。 在電極膜EL係包含石墨烯或CNT之膜之情形下，與例如ITO膜相比，紫外之波長頻帶之光之透射率為高，亦即，可抑制在紫外之波長頻帶中之透射特性之降低。其結果為，利用電極膜EL可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之降低。 (第4實施方式) 參照圖10說明第4實施方式之半導體光檢測元件SP4之構成。圖10係用於說明第4實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP4具備：半導體基板1、複數個電荷傳送電極5、防反射膜AR1、及電極膜EL。半導體光檢測元件SP4於在半導體基板1未設置蓄積層11之點上，與半導體光檢測元件SP2不同。 在本實施方式中亦然，電極膜EL例如係相對於被測定光為透明之電極膜。作為透明電極膜之材料可例舉例如ITO、石墨烯、及CNT。透明電極膜亦可為極薄之金屬膜。作為該金屬膜之材料，可例舉例如TiPt。電極膜EL連接於特定之電位(例如負電位)。電極膜EL介隔以防反射膜AR1(氧化矽膜)配置於第二主面1b上。電極膜EL與防反射膜AR1相接。電極膜EL之厚度為例如0.0003～3 μm。電極膜EL例如覆蓋防反射膜AR1整體。 電極膜EL連接於負電位。由於半導體基板1之導電型係p型，故利用電極膜EL，特定之固定電荷(正極性之固定電荷)存在於半導體基板1之第二主面1b側。正極性之固定電荷所存在之半導體基板1之第二主面1b側之區域作為蓄積層而發揮機能。 在半導體光檢測元件SP4之情況下亦然，與半導體光檢測元件SP1、SP2、SP3相同地，可謀求在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。在半導體光檢測元件SP4中亦然，由於無需於半導體基板1設置蓄積層11，故可謀求半導體光檢測元件SP4之製造過程之簡單化。 在半導體光檢測元件SP4中，由於連接於負電位之電極膜EL配置於防反射膜AR1上，故無關於防反射膜AR1之帶電之有無，在半導體基板1內電位斜坡形成為一定。因此，在半導體光檢測元件SP4之情況下，可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化。 (第5實施方式) 參照圖11說明第5實施方式之半導體光檢測元件SP5之構成。圖11係用於說明第5實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP5如圖11所示般，係表面入射型之光電二極體。半導體光檢測元件SP5具備n- 型之半導體基板21。半導體基板21包含矽(Si)結晶，且具有彼此對向之第一主面21a及第二主面21b。半導體基板21係面方位(100)之矽基板。第一主面21a係光入射面，第二主面21b係光入射面之背面。半導體基板21之厚度為例如200～500 μm。半導體基板21之厚度方向係與Z軸平行之方向。 於半導體基板21之第一主面21a側設置有p+ 型之半導體區域23與n+ 型之半導體區域25。在半導體基板21與半導體區域23之間形成有pn接面。半導體區域23之厚度為例如1.5～3.0 μm。在本實施方式中，半導體區域23藉由在半導體基板21內自第一主面21a側使p型雜質離子植入或擴散而形成。半導體區域25藉由在半導體基板21內自第一主面21a側使n型雜質離子植入或擴散而形成。 被賦予導電型之「+」表示高雜質濃度，例如表示雜質濃度為1×1017 cm-3 程度以上。被賦予導電型之「-」表示低雜質濃度，例如表示雜質濃度為1×1015 cm-3 程度以下。 於半導體基板21之第一主面21a形成有複數個凸部10。在本實施方式中，複數個凸部10形成在第一主面21a之對應於半導體區域23之區域整體。凸部10之斜面10a包含於半導體區域23之表面。各凸部10與第1實施方式相同地，呈大致錐體形狀，具有相對於半導體基板21之厚度方向傾斜之斜面10a。在凸部10中，半導體基板21之(111)面露出而作為斜面10a。凸部10亦可在第一主面21a之對應於半導體區域23之區域以外形成。亦即，凸部10可形成在第一主面21a整體。 於半導體基板21之第一主面21a上配置有絕緣層27。絕緣層27係氧化矽(SiO2 )膜。亦即，絕緣層27係使入射光透射之氧化物膜。絕緣層27以覆蓋凸部10之斜面10a之方式與斜面10a相接。於絕緣層27之表面形成有對應於複數個凸部10之凹凸。絕緣層27之厚度為例如1～200 nm。絕緣層27可作為防反射膜而發揮機能。 半導體光檢測元件SP5具備電極膜EL。電極膜EL配置於絕緣層27上。電極膜EL與絕緣層27相接。在本實施方式中亦然，電極膜EL例如係相對於被測定光為透明之電極膜。作為透明電極膜之材料可例舉例如ITO、石墨烯、及CNT。透明電極膜亦可為極薄之金屬膜。作為該金屬膜之材料，可例舉例如TiPt。電極膜EL經由電極31連接於特定之電位(例如接地電位或負電位)。電極31與電極膜EL電性地接觸且連接。電極膜EL之厚度為例如0.0003～3 μm。 半導體光檢測元件SP5具備電極33、35。電極33經由形成於絕緣層27之接觸孔H1與半導體區域23電性地接觸且連接。電極35經由形成於絕緣層27之接觸孔H2與半導體區域25電性地接觸且連接。 在半導體光檢測元件SP5之情況下亦然，與半導體光檢測元件SP1、SP2、SP3、SP4相同地，可謀求在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。 在半導體光檢測元件SP5中，由於連接於接地電位或負電位之電極膜EL(透明電極膜)被配置於絕緣層27上，故可抑制絕緣層27之帶電。因此，在半導體光檢測元件SP5之情況下，可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化。 在電極膜EL為包含石墨烯或CNT之膜之情形下，如上述般，可抑制在紫外之波長頻帶中之透射特性之降低。其結果為，利用電極膜EL可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之降低。 (第6實施方式) 參照圖12說明第6實施方式之半導體光檢測元件SP6之構成。圖12係用於說明第6實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP6如圖12所示般，係背面入射型之光電二極體。半導體光檢測元件SP6具備：半導體基板21、防反射膜AR1(氧化矽膜)、及電極膜EL。在第6實施方式中亦然，電極膜EL例如係相對於被測定光為透明之電極膜。作為透明電極膜之材料可例舉例如ITO、石墨烯、及CNT。透明電極膜亦可為極薄之金屬膜。作為該金屬膜之材料，可例舉例如TiPt。第二主面21b係光入射面，第一主面21a係光入射面之背面。半導體基板21之厚度為例如100～200 μm。 於半導體基板21之第二主面21b形成有複數個凸部10。在本實施方式中，複數個凸部10形成在第二主面21b整體。各凸部10與第1實施方式相同地，呈大致錐體形狀，具有相對於半導體基板21之厚度方向傾斜之斜面10a。在凸部10中，半導體基板21之(111)面露出而作為斜面10a。凸部10亦可僅形成在第二主面21b之對應於半導體區域23之區域。 防反射膜AR1配置於第二主面21b上。在本實施方式中亦然，防反射膜AR1以覆蓋凸部10之斜面10a之方式與斜面10a相接。防反射膜AR1之厚度為例如1～200 μm。 電極膜EL(透明電極膜)連接於特定之電位(例如接地電位或負電位)。電極膜EL介隔以防反射膜AR1(氧化矽膜)配置於第二主面1b上。電極膜EL之厚度為例如0.0003～3 μm。 在半導體光檢測元件SP6之情況下亦然，與半導體光檢測元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5相同地，可謀求在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。 在半導體光檢測元件SP6之情況下，由於連接於接地電位或負電位之電極膜EL(透明電極膜)被配置防反射膜AR1上，故可抑制防反射膜AR1之帶電。因此，在半導體光檢測元件SP6之情況下，可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化。 在電極膜EL為包含石墨烯或CNT之膜之情形下，如上述般，可抑制在紫外之波長頻帶中之透射特性之降低。其結果為，利用電極膜EL可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之降低。 (第7實施方式) 參照圖13說明第7實施方式之半導體光檢測元件SP7之構成。圖13係用於說明第7實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP7具備：半導體基板1、複數個電荷傳送電極5、及包含硼之膜40。半導體光檢測元件SP7在替代防反射膜AR1而具備膜40之點上與半導體光檢測元件SP1不同。 膜40配置於第二主面1b上，使入射光透射。膜40與第二主面1b相接。在本實施方式中，膜40係包含硼之膜。膜40以覆蓋凸部10之斜面10a之方式與斜面10a相接。於膜40之表面形成有對應於複數個凸部10之凹凸。膜40之厚度為例如1～30 nm。膜40例如覆蓋形成有複數個凸部10之區域整體。 在半導體光檢測元件SP7之情況下亦然，與半導體光檢測元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6相同地，可謀求在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。 在半導體光檢測元件SP7之情況下，由於在第二主面1b(光入射面)上配置有包含硼之膜40，故可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化。 (第8實施方式) 參照圖14說明第8實施方式之半導體光檢測元件SP8之構成。圖14係用於說明第8實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP8具備：半導體基板1、複數個電荷傳送電極5、包含硼之膜40、及防反射膜AR2。半導體光檢測元件SP8在具備防反射膜AR2之點上與半導體光檢測元件SP7不同。 防反射膜AR2配置於膜40上。防反射膜AR2與膜40相接。在本實施方式中，防反射膜AR2係氧化鋁(Al2 O3 )膜。防反射膜AR2係使入射光透射之氧化物膜。防反射膜AR2例如覆蓋膜40整體。在本實施方式中亦然，膜40係包含硼之膜。防反射膜AR2之厚度為例如0.01～1 μm。 在半導體光檢測元件SP8之情況下，與半導體光檢測元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7相同地，可謀求在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。由於半導體光檢測元件SP8具備防反射膜AR2，故光可更加易於由半導體基板1擷取。其結果為，在半導體光檢測元件SP8之情況下，可進一步提高在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性。 在半導體光檢測元件SP8之情況下，與半導體光檢測元件SP7相同地，由於在第二主面1b(光入射面)上配置有包含硼之膜40，故可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化。 (第9實施方式) 參照圖15說明第9實施方式之半導體光檢測元件SP9之構成。圖15係用於說明第9實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP9與半導體光檢測元件SP6相同地，係背面入射型之光電二極體。半導體光檢測元件SP9具備：半導體基板21、包含硼之膜40、及防反射膜AR2(氧化鋁膜)。半導體光檢測元件SP9在具備膜40及防反射膜AR2之點上與半導體光檢測元件SP6不同。 膜40配置於第二主面21b上。膜40以覆蓋凸部10之斜面10a之方式與斜面10a相接。膜40與第二主面21b相接。膜40之厚度為例如1～30 nm。在本實施方式中亦然，膜40係包含硼之膜。膜40例如覆蓋形成有複數個凸部10之區域整體。 防反射膜AR2介隔以膜40配置於第二主面1b上。防反射膜AR2與膜40相接。防反射膜AR2之厚度為例如0.01～1 μm。 在半導體光檢測元件SP9之情況下亦然，與半導體光檢測元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8相同地，可謀求在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。由於半導體光檢測元件SP8具備防反射膜AR2，故如上述般，在半導體光檢測元件SP8之情況下，進一步提高在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性。 在半導體光檢測元件SP9之情況下亦然，與半導體光檢測元件SP7、SP8相同地，由於在第二主面21b(光入射面)上配置有包含硼之膜40，故可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化。 (第10實施方式) 參照圖16說明第10實施方式之半導體光檢測元件SP10之構成。圖16係用於說明第10實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 半導體光檢測元件SP10與半導體光檢測元件SP5相同地，係表面入射型之光電二極體。半導體光檢測元件SP10具備：半導體基板21、包含硼之膜40、及防反射膜AR2(氧化鋁膜)。半導體光檢測元件SP9在具備膜40及防反射膜AR2之點上與半導體光檢測元件SP5不同。 膜40配置於第二主面21b上。膜40與半導體光檢測元件SP9相同地，以覆蓋凸部10之斜面10a之方式與斜面10a相接。膜40之厚度為例如1～30 nm。在本實施方式中亦然，膜40係包含硼之膜。 防反射膜AR2與半導體光檢測元件SP9相同地，介隔以膜40而配置於第二主面1b上。防反射膜AR2之厚度為例如0.01～1 μm。在本實施方式中，與半導體光檢測元件SP5不同，形成有複數個凸部10之區域係自絕緣層27露出。亦即，絕緣層27未覆蓋形成有複數個凸部10之區域。絕緣層27係例如氧化矽(SiO2 )膜。 在半導體光檢測元件SP10之情況下亦然，與半導體光檢測元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9相同地，可謀求在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性之提高。由於半導體光檢測元件SP10具備防反射膜AR2，故如上述般，在半導體光檢測元件SP10之情況下，進一步提高在紫外及近紅外之各波長頻帶下之光譜靈敏度特性。 在半導體光檢測元件SP10之情況下，與半導體光檢測元件SP7、SP8、SP9相同地，由於在第二主面21b(光入射面)上配置有包含硼之膜40，故可抑制在紫外之波長頻帶下之光譜靈敏度特性之劣化。 以上對本發明之實施方式進行了說明，但本發明未必係限定於上述之實施方式者，可在不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。 [產業上之可利用性] 本發明可利用於具備矽基板之半導體光檢測元件。
1:半導體基板 1a:第一主面 1b:第二主面 3:半導體層(半導體區域) 5:電荷傳送電極 7:絕緣層 9:光感應區域 10:凸部 10a:斜面 11:蓄積層 13:氧化鋁膜 21:半導體基板 21a:第一主面 21b:第二主面 23:半導體區域 25:半導體區域 27:絕緣層 31:電極 33:電極 35:電極 40:(包含硼之)膜 AR1:防反射膜(氧化矽膜) AR2:防反射膜(氧化鋁膜) BF:底面 EL:電極膜 H1:接觸孔 H2:接觸孔 L:光 L1:光 L2:光 P:像素節距 SP1:半導體光檢測元件 SP2:半導體光檢測元件 SP3:半導體光檢測元件 SP4:半導體光檢測元件 SP5:半導體光檢測元件 SP6:半導體光檢測元件 SP7:半導體光檢測元件 SP8:半導體光檢測元件 SP9:半導體光檢測元件 SP10:半導體光檢測元件 SS:半導體基板 T1:光譜靈敏度特性 T2:光譜靈敏度特性 T3:光譜靈敏度特性 TD:凹部 X:軸 Y:軸 Z:軸
圖1係顯示第1實施方式之半導體光檢測元件的立體圖。 圖2係用於說明第1實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 圖3係用於說明在第1實施方式之半導體光檢測元件中之光之行走的示意圖。 圖4(a)、圖4(b)係觀察實施例1之半導體光檢測元件的SEM圖像。 圖5(a)、圖5(b)係觀察實施例2之半導體光檢測元件的SEM圖像。 圖6係顯示實施例1及2以及比較例1之量子效率相對於波長之變化的線圖。 圖7係顯示實施例1及2以及比較例1之量子效率相對於波長之變化的線圖。 圖8係用於說明第2實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 圖9係用於說明第3實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 圖10係用於說明第4實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 圖11係用於說明第5實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 圖12係用於說明第6實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 圖13係用於說明第7實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 圖14係用於說明第8實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 圖15係用於說明第9實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。 圖16係用於說明第10實施方式之半導體光檢測元件之剖面構成的圖。
1:半導體基板
1a:第一主面
1b:第二主面
3:半導體層(半導體區域)
5:電荷傳送電極
7:絕緣層
9:光感應區域
10:凸部
10a:斜面
11:蓄積層
AR1:防反射膜(氧化矽膜)
L:光
P:像素節距
SP1:半導體光檢測元件
Z:軸

Claims (9)

  1. 一種半導體光檢測元件，其具備： 矽基板，其具有光入射面與對向於前述光入射面之背面，且相應於入射光產生載子；且 於前述光入射面，形成有複數個凸部，其具有相對於前述矽基板之厚度方向傾斜之斜面；並且 在前述凸部中，前述矽基板之(111)面露出而作為前述斜面， 前述凸部之高度為200 nm以上。
  2. 如請求項1之半導體光檢測元件，其中 前述複數個凸部中彼此相鄰之二個凸部之頂點的間隔為500～3000 nm。
  3. 如請求項2之半導體光檢測元件，其中 於前述矽基板之前述背面側，設置有具有與前述矽基板不同之導電型的半導體區域，且 於前述矽基板之前述光入射面側設置有蓄積層，並且 前述凸部之斜面包含於前述蓄積層之表面。
  4. 如請求項1或2之半導體光檢測元件，其中 於前述矽基板之前述光入射面側設置有具有與前述矽基板不同之導電型的半導體區域。
  5. 如請求項1至4中任一項之半導體光檢測元件，其中進一步具備： 氧化物膜，其配置於前述光入射面上，使前述入射光透射；及 電極膜，其配置於前述氧化物膜上，使前述入射光透射且連接於特定之電位。
  6. 如請求項5之半導體光檢測元件，其中 前述電極膜係包含石墨烯之膜。
  7. 如請求項5或6之半導體光檢測元件，其中 前述氧化物膜係氧化矽膜。
  8. 如請求項5或6之半導體光檢測元件，其中 前述氧化物膜係氧化鋁膜。
  9. 如請求項1至8中任一項之半導體光檢測元件，其中進一步具備： 配置於前述光入射面上使前述入射光透射且包含硼之膜。
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