TWI652807B - 背面射入型能量線檢測元件 - Google Patents

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Abstract

背面射入型能量線檢測元件1具備半導體基板11、及保護膜21。半導體基板11具有作為能量線射入面之第一主面11a、及與第一主面11a對向之第二主面11b，根據能量線之射入而產生電荷之電荷產生區域13係設置於第二主面11b側。保護膜21以至少覆蓋電荷產生區域13之方式，設置於半導體基板11之第二主面11b側，且含有氮化矽或氮氧化矽。保護膜21具有緩和於保護膜21產生之應力之應力緩和部。

Description

背面射入型能量線檢測元件
本發明係關於一種背面射入型能量線檢測元件。
眾所周知的是如下之背面射入型能量線檢測元件(例如參考專利文獻1)，其具備半導體基板，該半導體基板包含作為能量線射入面之第一主面、及與該能量線射入面對向之第二主面，且根據能量線之射入而產生電荷之電荷產生區域係設置於第二主面側。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平10-335624號公報
於背面射入型能量線檢測元件中，含有氮化矽或氮氧化矽之保護膜配置於半導體基板之第二主面側。含有氮化矽或氮氧化矽之保護膜不僅物理性地保護元件，而且作為向半導體基板供給氫之含氫膜或氫供給膜發揮功能。上述保護膜可藉由向半導體基板供給氫而降低半導體基板之界面能階。因此，上述保護膜具有降低暗電流之效果。
含有氮化矽或氮氧化矽之保護膜，於該保護膜之成膜時產生應力。於背面射入型能量線檢測元件中，自不因所產生之電荷擴散而致使解析度降低之目的、及縮短電荷之移動距離而高速地讀出電荷之目的出發，尤其是使半導體基板薄化。因此，背面射入型能量線檢測元 件與能量線自第二主面側射入之第二主面射入型能量線檢測元件相比，易於較大地受於保護膜產生之應力之影響。作為由保護膜之應力所產生之影響之一，存在白斑現象。白斑現象係如下現象，即由暗電流所致之缺陷像素作為白斑而顯示於對應於在電荷產生區域產生之電荷而獲得之圖像。
本發明之目的在於提供一種能夠緩和於保護膜產生之應力之背面射入型能量線檢測元件。
本發明之一個觀點之背面射入型能量線檢測元件包含作為能量線射入面之第一主面、及與能量線射入面對向之第二主面；且包含：半導體基板，其根據能量線之射入而產生電荷之電荷產生區域係設置於第二主面側；及保護膜，其以至少覆蓋電荷產生區域之方式設置於第二主面側，且含有氮化矽或氮氧化矽；且保護膜具有緩和於保護膜產生之應力之應力緩和部。
於本發明之一個觀點之背面射入型能量線檢測元件中，含有氮化矽或氮氧化矽之保護膜以至少覆蓋電荷產生區域之方式設置於半導體基板之第二主面側。因此，可藉由保護膜而降低暗電流及物理性地保護元件。保護膜由於具有應力緩和部，因此可緩和於保護膜產生之應力。因此，可實現白斑現象等圖像缺陷之產生得以抑制之背面射入型能量線檢測元件。
應力緩和部亦可為向保護膜之厚度方向凹陷之有底狀或無底狀之凹部。於應力緩和部為有底狀之凹部之情形時，保護膜之厚度於凹部之位置較薄。於應力緩和部為無底狀之凹部之情形時，保護膜於凹部之位置不存在。無論於何種情形時，均可藉由比較簡單之構成而確實地緩和於保護膜產生之應力。根據降低暗電流之觀點及物理性地保護之觀點，應力緩和部亦可為有底狀之凹部。
凹部亦可為於與第二主面平行之方向延伸之槽部。該情形時，於槽部之位置緩和於保護膜產生之應力。因此，於判明應力集中之部位之情形時，可藉由槽部位於該部位，而簡單地且確實地緩和於保護膜產生之應力集中。
保護膜作為應力緩和部亦可具有於同一方向延伸之複數個槽部。該情形時，可更進一步緩和於保護膜產生之應力。
電荷產生區域具有並置於第一方向之複數個能量線感應區域，且上述背面射入型能量線檢測元件進而包含電荷傳輸部，該電荷傳輸部以與電荷產生區域對向之方式配置，且將於各個能量線感應區域產生之電荷，分別沿與第一方向正交之第二方向傳輸，複數個槽部亦可於沿第一方向之方向延伸。該情形時，於第二方向上，利用複數個槽部所產生之應力緩和效果較高。由於複數個槽部排列於傳輸電荷之方向、即第二方向，故複數個能量線感應區域間之暗電流之降低效果之不均得以抑制。
電荷產生區域具有並置於第一方向之複數個能量線感應區域，且上述背面射入型能量線檢測元件進而包含電荷傳輸部，該電荷傳輸部以與電荷產生區域對向之方式配置，且將於各個能量線感應區域產生之電荷，分別沿與第一方向正交之第二方向傳輸，複數個槽部亦可於沿第二方向之方向延伸。該情形時，於第一方向上，可獲得利用複數個槽部所產生之較高之應力緩和效果。
複數個槽部亦可以對應於相鄰之兩個能量線感應區域之間之區域之方式配置。於半導體基板之相鄰之兩個能量線感應區域之間之區域中，難以產生暗電流。複數個槽部藉由以對應於相鄰之兩個能量線感應區域之間之區域之方式配置，而可於不妨礙暗電流之降低效果之情況下緩和於保護膜產生之應力。
凹部亦可為格子狀之槽部。該情形時，於槽部延伸之各個方向 上可獲得較高之應力緩和效果。
保護膜亦可具有二維排列之複數個凹部作為應力緩和部。該情形時，於排列有複數個凹部之各個方向上，獲得較高之應力緩和效果。
電荷產生區域具有並置於第一方向之複數個能量線感應區域，上述背面射入型能量線檢測元件進而包含電荷傳輸部，該電荷傳輸部以與電荷產生區域對向之方式配置，且將於各個能量線感應區域產生之電荷，分別沿與第一方向正交之第二方向傳輸，電荷傳輸部具有於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸且相互隔開間隔而配置之複數個配線，複數個槽部亦可位於複數個配線上。該情形時，由於複數個配線於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸，因此複數個槽部亦於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸。藉由槽部而於第一方向與第二方向獲得較高之應力緩和效果。由於複數個槽部排列於傳輸電荷之方向、即第二方向，因此複數個能量線感應區域間之暗電流之降低效果之不均得以抑制。
於元件之配置有配線之區域中，與相鄰之兩個配線之間之區域相比，難以產生暗電流。其理由在於以下。配置有配線之區域藉由配線而易於封閉氫。封閉於配置有配線之區域中之氫有助於暗電流之降低。因此，複數個槽部於位於複數個配線上之情形時，可於不妨礙暗電流之降低效果之情況下緩和於保護膜產生之應力。由於複數個槽部位於複數個配線上，故無法否認物理性地保護配線之效果之降低。由於配線之寬度較窄，因此與配線之寬度對應之槽部之寬度亦較窄。因此，保護膜整體之物理性地保護元件之效果不會大幅降低。
電荷產生區域具有並置於第一方向之複數個能量線感應區域，上述背面射入型能量線檢測元件進而包含電荷傳輸部，該電荷傳輸部以對應於電荷產生區域之方式配置，且將於各個能量線感應區域產生 之電荷，分別沿與第一方向正交之第二方向傳輸，電荷傳輸部具有於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸且相互隔開間隔而配置之複數個配線，複數個槽部亦可位於相鄰之兩個配線之間之區域上。該情形時，由於複數個配線於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸，因此複數個槽部亦於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸。於第一方向與第二方向上，獲得較高之應力緩和效果。由於複數個槽部排列於傳輸電荷之方向、即第二方向，因此複數個能量線感應區域間之暗電流之降低效果之不均得以抑制。由於複數個槽部位於相鄰之兩個配線之間之區域上，因此各配線藉由保護膜而被確實地保護，從而可防止配線之短路或斷線。
根據本發明，可提供能夠緩和於保護膜產生之應力之背面射入型能量線檢測元件。
1‧‧‧背面射入型能量線檢測元件
5‧‧‧電荷讀出部
6‧‧‧垂直傳輸通道
7‧‧‧垂直傳輸電極群
8‧‧‧水平傳輸通道
9‧‧‧水平傳輸電極群
11‧‧‧半導體基板
11a‧‧‧第一主面
11b‧‧‧第二主面
12‧‧‧過剩電荷排出區域
13‧‧‧電荷產生區域
14‧‧‧像素分離部
21‧‧‧保護膜
23‧‧‧槽部(應力緩和部)
23a‧‧‧底面
23b‧‧‧內側面
24‧‧‧凹部(應力緩和部)
24a‧‧‧底面
24b‧‧‧內側面
25‧‧‧槽部(應力緩和部)
70‧‧‧電荷傳輸控制部
121n~123n‧‧‧輔助配線
131‧‧‧能量線感應區域
132‧‧‧電荷傳輸部
130n‧‧‧配線
H1、 H2‧‧‧傳輸電壓
H1、 H2‧‧‧傳輸電壓
H1~H16‧‧‧像素列
V1~V16‧‧‧像素行
III-III‧‧‧線
IX-IX‧‧‧線
圖1係自第一主面側觀察第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件之圖。
圖2係自第二主面側觀察第2實施形態之背面射入型能量線檢測元件之圖。
圖3係用以說明沿圖1及圖2所示之III-III線之剖面構成之圖。
圖4係模式性地表示第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件之構成之圖。
圖5係表示輔助配線及電荷排出用配線之配置之一例之構成圖。
圖6係表示溢漏部及像素分離部之配置之一例之構成圖。
圖7係自第二主面側觀察第1實施形態之變化例之背面射入型能量線檢測元件之圖。
圖8係自第二主面側觀察第2實施形態之背面射入型能量線檢測 元件之圖。
圖9係用以說明沿圖8所示之IX-IX線之剖面構成之圖。
圖10係自第二主面側觀察第3實施形態之背面射入型能量線檢測元件之圖。
圖11係表示第4實施形態之背面射入型能量線檢測元件中之保護膜之圖。
圖12係表示第5實施形態之背面射入型能量線檢測元件中之保護膜之圖。
圖13係表示第6實施形態之背面射入型能量線檢測元件中之保護膜之圖。
圖14係表示第7實施形態之背面射入型能量線檢測元件中之保護膜之圖。
圖15係表示第8實施形態之背面射入型能量線檢測元件中之保護膜之圖。
圖16係表示第9實施形態之背面射入型能量線檢測元件中之保護膜之圖。
圖17係用以說明背面射入型能量線檢測元件之剖面構成之圖。
以下，參照圖式對本發明之實施形態進行詳細說明。再者，於說明中，對同一要素或具有同一功能之要素使用同一符號，且省略重複說明。
(第1實施形態)
首先，參照圖1~圖6說明第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件1之構成。圖1係自第一主面側觀察第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件之圖。圖2係自第二主面側觀察第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件之圖。圖3係用以說明沿圖1及圖2所示之III-III線之 剖面構成之圖。圖4係模式性地表示第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件之構成之圖。圖5係表示輔助配線及電荷排出用配線之配置之一例之構成圖。圖6係表示溢漏及像素分離部之配置之一例之構成圖。
如圖1及圖3所示，背面射入型能量線檢測元件1具備半導體基板11。半導體基板11係包含矽之基板。半導體基板11具有相互對向之第一主面11a及第二主面11b。第一主面11a係能量線射入之能量線射入面。於半導體基板11之第二主面11b側，設置有對應於射入之能量線而產生電荷之電荷產生區域13。
如圖3所示，半導體基板11具有薄型部。薄型部係藉由將半導體基板11之與電荷產生區域13對向之區域殘留該區域之周邊部分並自第一主面11a側薄化而成形。半導體基板11具有位於薄型部之周圍之較厚之框部。薄型部之厚度為幾十μm左右。框部之厚度為幾百μm左右。
參照圖4及圖5對電荷產生區域13之構成進行說明。電荷產生區域13具有能量線感應區域131。能量線感應區域131係感應能量線之射入而產生與能量線之射入強度對應之電荷之區域。能量線感應區域131藉由排列配置於第一方向而並置複數個能量線感應區域131。能量線感應區域131包含光電二極體。藉由能量線射入至能量線感應區域131之光電二極體而利用光電效應產生電荷。
其次，對電荷傳輸部132進行說明。背面射入型能量線檢測元件1具備電荷傳輸部132。電荷傳輸部132係以與電荷產生區域13對向之方式配置。電荷傳輸部132將於能量線感應區域131產生之電荷，分別沿與第一方向(圖4之橫向方向)正交之第二方向(圖4之縱向方向)傳輸。
於本實施形態中，作為傳輸於電荷產生區域13產生之電荷之方 式，以全幅傳輸(FFT，Full Frame Transfer)方式之CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)為例進行說明。該情形時，FFT方式之CCD係以與電荷產生區域13對向之方式配置。傳輸電荷之方式，並不限定於FFT方式之CCD。圖4中為了說明電荷之傳輸，而就傳輸電荷之電極或配線等僅表示傳輸電極。於圖4中未圖示輔助配線及電荷排出用配線。
於電荷傳輸部132排列有複數個垂直傳輸通道6。垂直傳輸通道6將於能量線感應區域131產生之電荷向第二方向傳輸。將與垂直傳輸通道6正交之第一方向作為長度方向，形成包含含有多晶矽之複數個垂直傳輸電極之垂直傳輸電極群7。由垂直傳輸通道6與垂直傳輸電極群7構成垂直移位暫存器。
於垂直傳輸電極群7中，複數個傳輸電極中之每個傳輸電極會被施加傳輸電壓。複數個傳輸電極係於與電荷產生區域13對向之位置上排列有複數個。於本實施形態中，每2個被施加有不同相之傳輸電壓 v1及 v2之傳輸電極，成組地於與能量線感應區域131對向之位置上向第一方向排列。此處為了說明而將傳輸電壓之相數設為2相，但並不限定相數。藉此進行向第二方向之電荷之傳輸。
排列之各個垂直傳輸通道6係連接於水平傳輸通道8。形成有與垂直傳輸通道6正交，且包含複數個水平傳輸電極之水平傳輸電極群9。由水平傳輸通道8與水平傳輸電極群9構成水平移位暫存器。
於水平傳輸電極群9中，複數個水平傳輸電極中之每個水平傳輸電極會被施加傳輸電壓。複數個水平傳輸電極係於與電荷產生區域13對向之位置排列有複數個。於本實施形態中，每2個被施加有不同相之傳輸電壓 H1及 H2之傳輸電極，成組地於與能量線感應區域131對向之位置上向第二方向排列。此處為了說明而將傳輸電壓之相數設為2相，但並不限定相數。藉由複數個水平傳輸電極，進行向第一方 向之電荷之傳輸。
其次，參照圖5對包含含有垂直傳輸通道6及垂直傳輸電極群7之垂直移位暫存器之各電極及配線之垂直移位暫存器之構成，參照具體之構成例進行說明。此處，關於水平移位暫存器之水平傳輸通道8、水平傳輸電極群9、及附設於其等之電荷讀出部5等之構成，與圖4所示者相同，以下省略圖示及說明。
藉由包含垂直傳輸通道6及垂直傳輸電極群7之垂直移位暫存器、與包含水平傳輸通道8及水平傳輸電極群9之水平移位暫存器而傳輸電荷。電荷傳輸至電荷讀出部5。電荷之傳輸係藉由電荷傳輸控制部70控制。電荷讀出部5為電荷放大器等，電荷讀出部5將電荷轉換為電壓。電荷藉由電荷讀出部5而作為時間序列信號讀出。
圖5中為進行說明而表示有藉由垂直傳輸通道6及垂直傳輸電極群7所劃分之格子狀之2維之像素排列。圖5以實線劃分能量線感應區域131而圖示。所構成之2維像素排列亦可係例如約20μm×20μm之像素2維地於第一方向配置有512列、1024列或2048列，且於第二方向配置有128行、256行或512行。各像素對應於能量線感應區域131之光電二極體。關於電極及配線，省略設置於能量線感應區域131之上部之垂直傳輸電極群7之各垂直傳輸電極之圖示。設置於垂直傳輸電極之上部之輔助配線121n~123n(n為正整數)及電荷排出用配線130n(n為正整數)之各配線，藉由其配線圖案而模式性地圖示。圖5表示輔助配線121n~123n(n為1~4)及電荷排出用配線130n(n為2或3)。
能量線感應區域131藉由沿第二方向延伸之複數個垂直傳輸通道6而沿第一方向分割為複數列。圖5中作為例子而表示有16列之像素列H1~H16。
圖5所示之背面射入型能量線檢測元件1藉由3相傳輸電壓 1~ 3而構成為進行第二方向之電荷傳輸之3相驅動型。此處為了說明而 將傳輸電壓之相數設為3相。傳輸電壓之相數並未限定。能量線感應區域131藉由被施加該等3相之傳輸電壓 1~ 3之3個垂直傳輸電極成組地構成之垂直傳輸電極群7而沿第二方向分割為複數行。於圖5中，作為例子而表示有16行之像素行V1~V16。
藉由劃分第一方向之像素列H1~H16及劃分第二方向之像素行V1~V16，能量線感應區域131係具有2維地排列之16×16個像素而構成。
電荷傳輸部132包含輔助配線121n~123n及電荷排出用配線130n之各配線。輔助配線121n~123n及電荷排出用配線130n例如由較用於垂直傳輸電極之多晶矽更低之電阻之材質形成。作為較多晶矽更低之電阻之材質，可列舉鋁(Al)等金屬或金屬矽化物。
輔助配線121n~123n之各者對所對應之垂直傳輸電極輔助性地供給3相之傳輸電壓 1~ 3。輔助配線121n~123n之各者電性地連接設置於複數個垂直傳輸電極之各者。圖5中之輔助配線121n~123n與垂直傳輸電極之連接點之位置藉由各輔助配線上之白圈而圖示。
該等輔助配線係藉由將對應於3相之傳輸電壓 1~ 3之上述之3個輔助配線121n~123n設為1組之配線圖案，而分別形成為於大致第一方向延伸之形狀。於各個輔助配線121n~123n，自其左右之端部供給傳輸電壓 1~ 3。藉由如此將與3相之傳輸電壓 1~ 3對應之輔助配線121n~123n設為1組之配線圖案之構成，而對各垂直傳輸電極有效率地供給傳輸電壓。
圖5及圖6所示之過剩電荷排出區域12相對於能量線感應區域131，而分別形成於沿第二方向之特定之一邊側。藉此，於能量線感應區域131產生之過剩電荷向過剩電荷排出區域12集中。
如圖5所示，過剩電荷排出區域12相對於下方之8行像素行V1~V8中所包含之16×8個像素，沿第二方向連續地分別形成於2列像素列 H1、H2、2列像素列H3、H4、2列像素列H5、H6、2列像素列H7、H8、2列像素列H9、H10、2列像素列H11、H12、2列像素列H13、H14、及2列像素列H15、H16之各者之分界區域。
過剩電荷排出區域12相對於上方之8個像素列V9~V16中所包含之16×8個像素，而沿第二方向連續地分別形成於2列像素列H2、H3、2列像素列H4、H5、2列像素列H6、H7、2列像素列H8、H9、2列像素列H10、H11、2列像素列H12、H13、及2列像素列H14、H15之各者之分界區域、像素列H1之左側之區域、及像素列H16之右側之區域。
向過剩電荷排出區域12集中之電荷，藉由排出過剩電荷之電荷排出用配線130n而排出。電荷排出用配線130n設置於電荷傳輸部132。可藉由電荷排出用配線130n，而自端子Vofd有效率地排出於能量線感應區域131產生之過剩電荷。
因此，藉由過剩電荷排出區域12，即便於在能量線感應區域131產生之電荷超過能量線感應區域131之儲存容量之情形時，亦可防止向其他能量線感應區域131漏出之輝散等不良情況。例如，亦可形成有溢漏部作為過剩電荷排出區域12。
過剩電荷排出區域12亦可相對於能量線感應區域131中之沿第二方向之像素列中所包含之各像素，以於沿第二方向之一邊側形成有過剩電荷排出區域12之像素數、及於沿第二方向之另一邊側形成有過剩電荷排出區域12之像素數大致相等之方式形成。
作為對位於帶式輸送機上之物體等以固定速度移動之物體進行拍攝之方法，例如存在使用TDI(Time Delay and Integration，時間延時積分)驅動法之情況，即一面以與物體之移動速度對應之速度傳輸儲存於電荷產生區域之電荷，一面儲存電荷。TDI驅動法於像素列之一側或另一側形成有過剩電荷排出區域12之像素數於每個像素列大致 相等之情形時，可較佳地補充由過剩電荷排出區域12所致之死區。
如圖5及圖6所示，像素分離部14相對於能量線感應區域131，而分別形成於沿第二方向之特定之另一邊側。如圖6所示，背面射入型能量線檢測元件1具有像素分離部14。像素分離部14分離像素。像素分離部14係藉由例如LOCOS(local oxidation of silicon，矽局部氧化)而形成之氧化膜(SiO2)。
如圖5所示，像素分離部14相對於下方之8列像素行V1~V8中所包含之16×8個像素，而沿第二方向之邊連續地分別形成於2列像素列H2、H3、2列像素列H4、H5、2列像素列H6、H7、2列像素列H8、H9、2列像素列H10、H11、2列像素列H12、H13、及2列像素列H14、H15之各自之分界區域。
像素分離部14相對於上方之8個像素列V9~V16中所包含之16×8個像素，沿第二方向之邊連續地分別形成於2列像素列H1、H2、2列像素列H3、H4、2列像素列H5、H6、2列像素列H7、H8、2列像素列H9、H10、2列像素列H11、H12、2列像素列H13、H14、及2列像素列H15、H16之各者之分界區域。亦可形成於像素列H1之第二方向左側之區域、及像素列H16之第二方向右側之區域。
如圖2所示，保護膜21係以至少覆蓋電荷產生區域13之方式設於半導體基板11之第二主面11b側。於本實施形態中，如圖2及圖3所示，保護膜21係以覆蓋半導體基板11之第二主面11b側整體之方式設置。保護膜21係由含有氮化矽或氮氧化矽之構件而形成。保護膜21之厚度為幾μm左右。保護膜21亦可藉由例如電漿CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法而形成。
如圖2及圖3所示，保護膜21具有向厚度方向凹陷之槽部23。於本實施形態中，說明槽部23作為應力緩和部發揮功能之情況。保護膜21於與保護膜21之厚度方向大致垂直之方向具有底面23a。保護膜21 於與保護膜21之厚度方向大致平行之方向具有內側面23b。藉由底面23a與內側面23b而於保護膜21內形成槽部23。
將與接觸於第二主面11b之保護膜21之面對向之面與第二主面11b之厚度設為第1厚度。將第二主面11b與底面23a之厚度設為第2厚度。第1厚度厚於第2厚度。第2厚度亦可於與電荷產生區域13對向之範圍內自一端至另一端不均等。
保護膜21之與槽部23延伸之方向正交之方向之剖面係包含底面23a與內側面23b之矩形狀。保護膜21之與槽部23延伸之方向正交之剖面形狀並不限於矩形狀，例如亦可呈現多邊形狀、或圓形狀。
於第1實施形態中，如圖2所示，槽部23位於第一方向。槽部23之一端與另一端位於與電荷產生區域13對向之區域內。槽部23位於第二方向之大致中心位置。槽部23於與第二主面11b平行之方向延伸。
一般認為應力集中於保護膜21之大致中央位置。藉由槽部23位於保護膜21之大致中央位置，而緩和集中於保護膜21之大致中央之應力。
一般認為應力於保護膜21集中於過剩電荷排出區域12之端部與像素分離部14之端部對向之區域所相向之區域。藉由槽部23位於與過剩電荷排出區域12之端部及像素分離部14之端部對向之區域相向之位置，而緩和集中於保護膜21之應力。
於本實施形態中，過剩電荷排出區域12之端部與像素分離部14之端部對向之區域，位於與保護膜21之大致中央相向之位置。藉由槽部23位於保護膜21之大致中央，且於沿電荷產生區域13之像素排列之像素行之方向延伸，而簡單且確實地緩和集中於保護膜21之應力。
例如於像素數為上述之16×16像素之情形時，認為應力會集中於保護膜中對向於像素行V8與像素行V9之間之區域之位置。藉由槽部23以對向於像素行V8與V9之間之區域之方式位於保護膜21上，而簡 單且確實地緩和集中於保護膜21之應力。
於判明在保護膜21產生之應力集中之部位之情形時，槽部23可藉由位於應力集中之區域，而簡單且確實地緩和保護膜21之應力。
以上，根據第1實施形態，可藉由保護膜21而謀求暗電流之降低及物理性之保護，且可藉由槽部23而緩和於保護膜21產生之應力。
(第2實施形態)
參照圖8及圖9對第2實施形態之背面射入型能量線檢測元件進行說明。第2實施形態之背面射入型能量線檢測元件1除保護膜21以外與第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件1相同。以下，省略與第1實施形態重複之說明，而以不同點為中心進行說明。
圖8係自第二主面11b側觀察第2實施形態之背面射入型能量線檢測元件之圖。圖9係用以說明沿圖8所示之IX-IX線之剖面構成之圖。
如圖8及圖9所示，保護膜21具有於同一方向延伸之複數個槽部23。保護膜21於與電荷產生區域13對向之位置具有複數個槽部23。保護膜21週期性地具有第1厚度及第2厚度。於保護膜21週期性地具有第1厚度及第2厚度之情形時，第1厚度與第2厚度之間隔可重複同一間隔，或亦可重複不同之間隔。
於第2實施形態中，如圖9所示，保護膜21具有於第一方向延伸之複數個槽部23。複數個槽部23於與像素排列之像素行平行之方向延伸。因此，於第二方向上，可獲得藉由複數個槽部23而緩和應力之效果。由於複數個槽部23排列於傳輸電荷之方向，因此複數個能量線感應區域131間之暗電流之降低效果之不均得以抑制。因此，藉由保護膜21具有於第一方向延伸之複數個槽部23，而更進一步簡單且確實地緩和保護膜21之應力。
以上，根據第2實施形態，可藉由保護膜21而謀求暗電流之降低及物理性之保護，且可藉由複數個槽部23而更進一步緩和於保護膜21 產生之應力。
本實施形態中之保護膜21之構成亦可用於使用傳輸電荷並儲存所傳輸之電荷之TDI驅動法等攝像方法之半導體元件。
(第3實施形態)
參照圖10就第3實施形態之背面射入型能量線檢測元件進行說明。第3實施形態之背面射入型能量線檢測元件1，除了保護膜21以外係與第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件1相同。以下，省略與第1實施形態重複之說明，而以不同點為中心進行說明。
圖10係自第二主面11b側觀察第3實施形態之背面射入型能量線檢測元件1之圖。
如圖10所示，保護膜21具有於同一方向延伸之複數個槽部23。保護膜21於與電荷產生區域13對向之位置具有複數個槽部23。
複數個槽部23於第二方向延伸。如圖10所示，複數個槽部23係以與相鄰之兩個能量線感應區域131之間之區域對向之方式而配置。複數個槽部23係以與過剩電荷排出區域12或像素分離部14對向之方式而配置。於本實施形態中，複數個槽部23於與像素排列之像素列平行之方向，即第二方向上延伸。因此，於第一方向上，可獲得藉由複數個槽部23緩和應力之效果。
此外，將槽部23配置於與過剩電荷排出區域12或像素分離部14對向之位置。與能量線感應區域131對向之保護膜21之厚度，為第1厚度。與過剩電荷排出區域12或像素分離部14對向之保護膜21之厚度，為第2厚度。因此，可藉由保護膜21謀求暗電流之降低及物理性之保護，且可藉由複數個槽部23進一步緩和於保護膜21產生之應力。
以上，根據第3實施形態，可藉由保護膜21謀求暗電流之降低及物理性之保護，且可藉由槽部23緩和於保護膜21產生之應力。
(第4實施形態)
參照圖11就第4實施形態之背面射入型能量線檢測元件進行說明。第4實施形態之背面射入型能量線檢測元件1，除了保護膜21以外係與第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件1相同。以下，省略與第1實施形態重複之說明，而以不同點為中心進行說明。
圖11係表示第4實施形態之背面射入型能量線檢測元件1之保護膜21之部分放大圖。
於第4實施形態中，如圖11所示，保護膜21以於傳輸電荷之第二方向及第一方向成為對稱之方式具有槽部23。
如圖11所示，保護膜21具有於第一方向與第二方向延伸之複數個槽部23。於本實施形態中，保護膜21具有格子狀之槽部23。複數個槽部23係於與像素排列之像素列平行之方向、及與像素排列之像素行平行之方向延伸。即，複數個槽部23係以格子狀延伸。
因此，藉由複數個槽部23，而於槽部23延伸之2個方向上獲得較高之應力緩和效果。因此，藉由保護膜21具有複數個槽部23，而更進一步簡單且確實地緩和保護膜21之應力。
以上，根據第4實施形態，背面射入型能量線檢測元件1可藉由保護膜21而謀求暗電流之降低及物理性之保護，且可藉由槽部23而於槽部23延伸之2個方向上緩和於保護膜21產生之應力。
(第5實施形態)
參照圖12對第5實施形態之背面射入型能量線檢測元件進行說明。第5實施形態之背面射入型能量線檢測元件1除保護膜21以外與第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件相同。以下，省略與第1實施形態重複之說明，而以不同點為中心進行說明。
圖12係表示第5實施形態之背面射入型能量線檢測元件之保護膜21之部分放大圖。
於第5實施形態中，如圖12所示，保護膜21具有二維排列之複數 個凹部24。保護膜21具有排列於第一方向與第二方向之凹部24。保護膜21於傳輸電荷之第二方向及第一方向以大致相等之間隔具有凹部24。
保護膜21具有向厚度方向凹陷之凹部24。保護膜21於與保護膜21之厚度方向大致垂直之方向具有底面24a。保護膜21於與保護膜21之厚度方向大致平行之方向具有內側面24b。藉由底面24a與內側面24b而於保護膜21內形成凹部24。於本實施形態中，將第二主面11b與底面24a之厚度設為第2厚度。第1厚度厚於第2厚度。
與保護膜21之厚度方向正交之方向之保護膜21之剖面係包含4個內側面24b之矩形狀。並不限定於矩形狀，例如亦可呈現多邊形狀、橢圓形狀、或圓形狀。
凹部24亦可相對於能量線感應區域131之各像素而使底面24a之面積大致相等。該情形時，相對於各像素之暗電流之降低效果變得大致相等。
因此，藉由複數個凹部24，而於配置有凹部24之各個方向上獲得較高之應力緩和效果。
以上，根據第5實施形態，可藉由保護膜21而謀求暗電流之降低及物理性之保護，且可藉由保護膜21具有複數個凹部24，而更進一步簡單地且確實地緩和保護膜21之應力。
(第6實施形態)
參照圖13對第6實施形態之背面射入型能量線檢測元件進行說明。第6實施形態之背面射入型能量線檢測元件1除保護膜21以外與第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件相同。以下，省略與第1實施形態重複之說明，而以不同點為中心進行說明。
圖13係表示第6實施形態之背面射入型能量線檢測元件1之保護膜21之部分放大圖。
如圖13所示，保護膜21具有二維排列之複數個凹部24。於本實施形態中，係具有排列於第一方向與第二方向之凹部24，保護膜21之至少一部分之與第二主面11b平行之剖面的剖面形狀呈現大致圓形狀。該剖面形狀亦可為大致橢圓形狀。於該剖面形狀為大致圓形狀之情形時，與該剖面形狀為多邊形狀之情形相比，更可避免應力之集中。因此，於配置有凹部24之各個方向上獲得較高之應力緩和效果。
以上，根據第6實施形態，可藉由保護膜21而謀求暗電流之降低及物理性之保護，且可藉由保護膜21具有凹部24，而更進一步簡單地且確實地緩和保護膜21之應力。相較於與保護膜21平行之剖面之凹部24之剖面形狀為多邊形狀之情形，更可緩和應力。
(第7實施形態)
參照圖14對第7實施形態之背面射入型能量線檢測元件進行說明。第7實施形態之背面射入型能量線檢測元件1除保護膜21以外與第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件1相同。以下，省略與第1實施形態重複之說明，而以不同點為中心進行說明。
圖14係表示第7實施形態之背面射入型能量線檢測元件1之保護膜21之部分放大圖。
如圖14所示，保護膜21具有二維排列之複數個凹部24。保護膜21於與電荷產生區域13之像素對向之位置具有凹部24。保護膜21以棋盤格狀等二維排列具有複數凹部24。於本實施形態中，凹部24之底面24a、即與第二主面11b平行之剖面之剖面形狀呈現圓形狀。上述剖面形狀或底面24a之形狀亦可呈現橢圓形狀。於該剖面形狀為大致圓形狀之情形時，與該剖面形狀為多邊形狀之情形相比，更可避免應力之集中。因此，於配置有凹部24之各個方向上獲得較高之應力緩和效果。
以上，根據第7實施形態，可藉由保護膜21而謀求暗電流之降低 及物理性之保護。藉由保護膜21具有凹部24，而更進一步簡單且確實地緩和保護膜21之應力。相較於與保護膜21平行之剖面之凹部24之剖面形狀為多邊形狀之情形相比，更可緩和應力。
(第8實施形態)
參照圖15對第8實施形態之背面射入型能量線檢測元件進行說明。第8實施形態之背面射入型能量線檢測元件1除保護膜21以外與第1實施形態之背面射入型能量線檢測元件1相同。以下，省略與第1實施形態重複之說明，以不同點為中心進行說明。
圖15係表示第8實施形態之背面射入型能量線檢測元件1之保護膜21之部分放大圖。
如圖15所示，保護膜21具有複數個槽部23。於本實施形態中，複數個槽部23位於電荷產生區域13之輔助配線121n~123n上。由於輔助配線121n~123n於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸，因此複數個槽部23於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸。因此，可於第一方向與第二方向上緩和於保護膜21產生之應力。進而，複數個槽部排列於傳輸電荷之方向、即第二方向，因此複數個能量線感應區域間之暗電流之降低效果之不均得以抑制。
配置有輔助配線121n~123n之區域藉由配線而易於封閉氫。封閉於配置有輔助配線121n~123n之區域之氫有助於暗電流之降低。因此，與相鄰之兩個配線之間之區域相比，難以產生暗電流。因此，可於不妨礙暗電流之降低效果之情況下緩和於保護膜21產生之應力。
以上，根據第8實施形態，背面射入型能量線檢測元件1可藉由保護膜21而謀求暗電流之降低及物理性之保護。可藉由保護膜21具有複數個槽部23，而更進一步簡單且確實地緩和保護膜21之應力。
(第9實施形態)
參照圖16對第9實施形態之背面射入型能量線檢測元件進行說 明。第9實施形態之背面射入型能量線檢測元件除保護膜21以外與第1實施形態之背面射入型能量線檢測元相同。以下，省略與第1實施形態重複之說明，而以不同點為中心進行說明。
圖16係表示第9實施形態之背面射入型能量線檢測元件1之保護膜21之部分放大圖。
如圖16所示，保護膜21具有複數個槽部23。於本實施形態中，複數個槽部23位於電荷產生區域13之輔助配線121n~123n之相鄰之兩個配線之間之區域上。相鄰之兩個配線之間之區域為例如圖4中之輔助配線121n與輔助配線122n之間之區域。由於輔助配線121n~123n於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸，因此複數個槽部23亦於與第一方向及第二方向交叉之方向延伸。因此，可於第一方向與第二方向緩和於保護膜21產生之應力。進而，由於複數個槽部排列於傳輸電荷之方向(第二方向)，因此複數個能量線感應區域間之暗電流之降低效果之不均得以抑制。
以上，根據第9實施形態，可藉由保護膜21而謀求暗電流之降低及物理性之保護。可藉由保護膜21具有複數個槽部23，而更進一步簡單、且確實地緩和保護膜21之應力。進而，由於電荷傳輸部132之配線被保護膜21確實地保護，因此產生配線之短路或斷線之情況得以抑制。因此，良率得以改善，藉此製品之品質提高。
以上，關於本發明之實施形態已進行說明。本發明並不受上述之實施形態任何限定，亦可於不脫離本發明之主旨之範圍內以各種態樣實施。
於上述之第1實施形態、第2實施形態、第3實施形態、第4實施形態、第8實施形態、及第9實施形態中，已表示槽部23作為應力緩和部發揮功能之例，但並不限定於此。亦可應用凹部代替槽部23作為應力緩和部。例如，如圖7所示，亦可應用凹部24代替槽部23作為第1實 施形態中之應力緩和部。於保護膜21具有至少1個以上之凹部24之情形時，可謀求暗電流之降低及物理性之保護。可藉由凹部24而緩和於保護膜21產生之應力。
於上述之第2實施形態、第3實施形態、第4實施形態、第8實施形態、及第9實施形態中，已表示有複數個槽部23作為應力緩和部發揮功能之例，但並不限定於此。保護膜21具有之複數個槽部23之第1厚度亦可於每個槽部23不同。
於上述之第5實施形態、第6實施形態、及第7實施形態中，表示有複數個凹部24作為應力緩和部發揮功能之例，但並不限定於此。保護膜21具有之複數個凹部24之第1厚度亦可於每個凹部24不同。
於上述之第1實施形態、第2實施形態、第3實施形態、及第4實施形態中，已說明作為應力緩和部之槽部23或凹部24位於與電荷產生區域13對向之保護膜21上之情形，但並不限定於此。例如，槽部23或凹部24亦可位於保護膜21整體。
於上述之實施形態中，已說明保護膜21具有槽部23及凹部24之任一者之情形，但並不限定於此。保護膜21亦可具有槽部23或凹部24作為應力緩和部。該情形時，保護膜21亦可於不具有槽部23之保護膜21之區域具有凹部24。
於上述之實施形態中，表示有具有底面23a之槽部23或具有底面24a之凹部24作為應力緩和部發揮功能之例，但並不限定於此。槽部23亦可無底面23a，及凹部24亦可無底面24a。槽部23亦可為向厚度方向凹陷之無底狀之槽部。凹部24亦可為向厚度方向凹陷之無底狀之凹部。如圖17所示，於保護膜21具有槽部25之情形時，槽部25作為應力緩和部發揮功能。因此，於槽部為有底狀之槽部之情形或槽部為無底狀之槽部之情形之任一情形時，可藉由比較簡單之構成而確實地緩和於保護膜產生之應力。根據降低暗電流之觀點及物理性之保護之觀 點，應力緩和部亦可為有底狀之凹部。
於上述之實施形態中，槽部23、25或凹部24相對於像素之面積亦可於像素間大致相等。該情形時，暗電流之降低效果對於能量線感應區域131大致均等。變得更難以產生暗電流之降低效果之不均。例如，於第1實施形態中，於底面23a之面積之和於像素間大致相等之情形時，由於像素間之暗電流之降低效果相對大致均等，因此變得更難以產生暗電流之降低效果之不均。
於上述之實施形態中，作為傳輸於電荷產生區域13產生之電荷之方式，以全幅傳輸(FFT)方式之CCD為例進行了說明，但傳輸於電荷產生區域13產生之電荷之方式亦可為例如幀傳輸(FT，Frame Transfer)方式或行間傳輸(IT，Interline Transfer)方式等其他形態之CCD。於傳輸電荷之方式為FT方式之CCD之情形時，藉由垂直移位暫存器分割為上下兩個區域，而分別形成有電荷產生區域(上區域)及儲存部(下區域)。傳輸於電荷產生區域13產生之電荷之方式並不限定於CCD。
[產業上之可利用性]
本發明可用於檢測能量線之能量線檢測元件及能量線檢測裝置。

Claims (11)

  1. 一種背面射入型能量線檢測元件，其包含：半導體基板，其包含作為能量線射入面之第一主面、及與上述第一主面對向之第二主面，且根據能量線之射入而產生電荷之電荷產生區域係設置於上述第二主面側；及保護膜，其以至少覆蓋上述電荷產生區域之方式，而設置於上述第二主面側，且含有氮化矽或氮氧化矽；且於上述電荷產生區域，二維排列有像素；上述保護膜係包含緩和於上述保護膜產生之應力之應力緩和部。
  2. 如請求項1之背面射入型能量線檢測元件，其中上述應力緩和部，係向上述保護膜之厚度方向凹陷之有底狀或無底狀之凹部。
  3. 如請求項2之背面射入型能量線檢測元件，其中上述凹部係於與上述第二主面平行之方向線狀地延伸之槽部。
  4. 如請求項3之背面射入型能量線檢測元件，其中作為上述應力緩和部，而包含於同一方向延伸之複數個上述槽部。
  5. 如請求項4之背面射入型能量線檢測元件，其中上述電荷產生區域包含並置於第一方向之複數個能量線感應區域，且上述背面射入型能量線檢測元件係進而包含電荷傳輸部，該電荷傳輸部係以與上述電荷產生區域對向之方式配置，且將於各上述能量線感應區域產生之電荷，分別沿與上述第一方向正交之第二方向傳輸，上述複數個槽部係於沿上述第一方向之方向延伸。
  6. 如請求項4之背面射入型能量線檢測元件，其中上述電荷產生區域包含並置於第一方向之複數個能量線感應區域，且上述背面射入型能量線檢測元件進而包含電荷傳輸部，該電荷傳輸部係以與上述電荷產生區域對向之方式配置，且將於各上述能量線感應區域產生之電荷，分別沿與上述第一方向正交之第二方向傳輸，上述複數個槽部係於沿上述第二方向之方向延伸。
  7. 如請求項6之背面射入型能量線檢測元件，其中上述複數個槽部，係以對應於相鄰之兩個上述能量線感應區域之間之區域之方式而配置。
  8. 如請求項2之背面射入型能量線檢測元件，其中上述凹部係格子狀之槽部。
  9. 如請求項2之背面射入型能量線檢測元件，其中作為上述應力緩和部，包含二維排列之複數個上述凹部。
  10. 如請求項4之背面射入型能量線檢測元件，其中上述電荷產生區域包含並置於第一方向之複數個能量線感應區域，且上述背面射入型能量線檢測元件係進而包含電荷傳輸部，該電荷傳輸部係以與上述電荷產生區域對向之方式配置，且將於各上述能量線感應區域產生之電荷，分別沿與上述第一方向正交之第二方向傳輸，上述電荷傳輸部包含於與上述第一方向及上述第二方向交叉之方向延伸，且相互隔開間隔而配置之複數個配線，上述複數個槽部位於上述複數個配線上。
  11. 如請求項4之背面射入型能量線檢測元件，其中上述電荷產生區域包含並置於第一方向之複數個能量線感應區域，且上述背面射入型能量線檢測元件進而包含電荷傳輸部，該電荷傳輸部係以與上述電荷產生區域對向之方式配置，且將於各上述能量線感應區域產生之電荷，分別沿與上述第一方向正交之第二方向傳輸，上述電荷傳輸部係包含於與上述第一方向及上述第二方向交叉之方向延伸，且相互隔開間隔而配置之複數個配線，上述複數個槽部係位於相鄰之兩個上述配線之間之區域上。
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