光检测器制造技术

在光检测器(1000)，具有APD(111)的受光部(100)与外围电路部(200)分别设置在p型半导体基板(10)的第一主面(S1)上，光检测器(1000)还包括在半导体基板(10)的第二主面(S2)上设置的背面电极(300)和设置在受光部(100)与外围电路部(200)之间的p型第一分离部(13)。APD(111)在第一主面(S1)侧具有n型区域(20)，并且具有在Z方向与n型区域(20)相接触的p外延层(12)。外围电路部(200)具有设置在p阱(14)的n型MISFET(30)和以包围p阱(14)的侧部和底部的方式而设的n阱(21)。方式而设的n阱(21)。方式而设的n阱(21)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光检测器


[0001]本公开涉及一种光检测器，尤其涉及一种包含雪崩光电二极管的光检测器。

技术介绍

[0002]近年来，在医疗、通信、生物、化学、监视、车载、放射线检测等多个领域中，利用高灵敏度的光检测器。作为用于实现高灵敏度的方案之一，使用雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode；以下，称为APD)。APD是一种光电二极管，其利用雪崩击穿对入射到光电转换层的光通过发生光电转换而产生的信号电荷进行倍增，由此提高光的检测灵敏度。通过使用APD，用极小的光子数量也能进行检测。
[0003]专利文献1中，公开了一种在互相相邻的APD之间具有分离区域的APD阵列(例如，参照专利文献1)。
[0004]该分离区域由从半导体基板的主面向内部延伸的p型半导体层构成，并且，该p型半导体层的电位与半导体基板的电位、即接地电位(以下，称为GND电位)相等。此外，在该p型半导体层的内部设置有n型场效应晶体管(以下，称为n型MISFET)。而且，在p型半导体层或者APD之间的区域形成n阱，在其内部设置p型场效应晶体管(以下，称为p型MISFET)。
[0005]专利文献1：日本公开专利公报特开2017
‑
005276号公报

技术实现思路

[0006]‑
专利技术要解决的技术问题
‑
[0007]然而，在形成有APD的受光部和与受光部之间进行信号的传送与接受的外围电路部形成在同一半导体基板上的光检测器中，为了提高电路的设计自由度，期望构成为能够自由地设定外围电路部的布局。
[0008]但是，在专利文献1所公开的以往的构成中，并没有提到用于在APD阵列的外部以任意的布局布置CMOS电路、其他电路的技术。
[0009]本公开正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于：提供一种在受光部和外围电路部分别设置在同一半导体基板的主面上的光检测器中提高了外围电路部的布局的自由度的光检测器，其中，所述受光部具有一个以上的雪崩光电二极管，所述外围电路部与所述受光部进行信号的传送与接受。
[0010]‑
用以解决技术问题的技术方案
‑
[0011]为了实现上述目的，本公开所涉及的光检测器是一种在第一导电型的半导体基板的第一主面上分别设置有具有一个以上的雪崩光电二极管的受光部、和与所述受光部进行信号的传送与接受的外围电路部的光检测器，其特征在于：所述光检测器至少包括：背面电极，所述背面电极设置在与所述第一主面相对的所述半导体基板的第二主面上，且用于向所述半导体基板施加规定的电压；以及第一导电型的第一分离部，所述第一导电型的第一分离部设置在所述受光部与所述外围电路部之间，并且沿与所述第一主面平行的方向与所述受光部和所述外围电路部分别相隔规定的间隔而设，所述雪崩光电二极管至少具有：第
二导电型的第一区域，所述第二导电型的第一区域从所述第一主面延伸至所述半导体基板的内部而设；以及第一导电型的第二区域，所述第一导电型的第二区域在与所述第一主面相交的方向上与所述第一区域相接触而设，所述外围电路部至少具有：第一导电型的第一阱，所述第一导电型的第一阱从所述第一主面延伸至所述半导体基板的内部而设；第一晶体管，所述第一晶体管设置在所述第一阱；以及第二导电型的第三阱，所述第二导电型的第三阱以包围所述第一阱的侧部和底部的方式而设。
[0012]‑
专利技术的效果
‑
[0013]根据本公开的光检测器，能够使受光部与外围电路部之间电气分离，能够自由地改变外围电路部相对于受光部的布局。
附图说明
[0014]图1是一实施方式所涉及的光检测器的俯视示意图；
[0015]图2是沿图1的II
‑
II线剖开的剖面示意图；
[0016]图3A是沿图1的IIIA
‑
IIIA线剖开的剖面示意图；
[0017]图3B是沿图1的IIIB
‑
IIIB线剖开的剖面示意图；
[0018]图3C是沿图1的IIIC
‑
IIIC线剖开的剖面示意图；
[0019]图4是变形例1所涉及的光检测器的剖面示意图；
[0020]图5是变形例2所涉及的光检测器的剖面示意图；
[0021]图6是变形例3所涉及的光检测器的剖面示意图；
[0022]图7是变形例4所涉及的光检测器的剖面示意图。
具体实施方式
[0023]下面，基于附图详细地说明本公开的实施方式。下面的优选实施方式的说明本质上只不过是示例，完全没有对本公开、其应用对象或其用途加以限制的意图。
[0024](实施方式)
[0025][光检测器的构成][0026]图1示出本实施方式所涉及的光检测器的俯视图，图2示出沿图1的II
‑
II线剖开的剖面示意图。需要说明的是，为了便于说明，在图1中，省略图示了像素110内的电路构成以及受光部100与外围电路部200的连接关系。此外，在图2中，只示出了外围电路部200的一部分。此外，省略了对与外围电路部200内的晶体管连接的接触件、布线的图示以及说明。
[0027]需要说明的是，在光检测器1000中，有时分别将设置有第一层的布线(以下，称为第一布线层520)的那一侧称为上侧、将设置有背面电极300的那一侧称为下侧。此外，在图2中，省略对位于比第一布线层520更靠上侧的位置上的布线层以及绝缘层500的图示以及说明。
[0028]如图1所示，光检测器1000包括受光部100和外围电路部200，上述的受光部100和外围电路部200分别设置在p型半导体基板10(以下，有时简称为基板10。)的第一主面S1上(参照图2)。需要说明的是，在本实施方式中，基板10由单晶硅构成。
[0029]此外，在下面的说明中，有时，分别将图1中的像素110的行方向称为X方向、将列方向称为Y方向。此外，有时，将分别与X方向及Y方向正交的方向、在该情况下是基板10的深度
方向称为Z方向。
[0030]此外，在光检测器1000的周围，多个焊盘电极550相隔规定的间隔而设置，向受光部100、外围电路部200供给的电源电压是从外部经由规定的焊盘电极550供给的。此外，经由另外的焊盘电极550，从外围电路部200向外部输出信号。需要说明的是，在位于焊盘电极550下侧的基板10的第一主面S1侧形成有相连续的后述的n阱21，该n阱21经由焊盘电极550而与规定电压Vdd2的电源电连接。
[0031]受光部100是像素110互相相隔规定的间隔而呈矩阵状排列的、所谓的像素阵列，对于受光部100的周缘(以下，有时称为像素阵列端101。)而言，其位置在第一主面S1内是固定的。此外，像素110的尺寸以及紧邻的像素110的间隔也是固定的。即，受光部100构成为布局固定的像素阵列。另一方面，能够自由地改变本实施方式的外围电路部200的布局。关于此，后述。
[0032]此外，如下面的详细说明，像素110具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光检测器，其在第一导电型的半导体基板的第一主面上分别设置有具有一个以上的雪崩光电二极管的受光部和与所述受光部进行信号的传送与接受的外围电路部，其特征在于：所述光检测器至少包括：背面电极，所述背面电极设置在与所述第一主面相对的所述半导体基板的第二主面上，且用于向所述半导体基板施加规定的电压；以及第一导电型的第一分离部，所述第一导电型的第一分离部设置在所述受光部与所述外围电路部之间，并且沿与所述第一主面平行的方向与所述受光部和所述外围电路部分别相隔规定的间隔而设，所述雪崩光电二极管至少具有：第二导电型的第一区域，所述第二导电型的第一区域从所述第一主面延伸至所述半导体基板的内部而设；以及第一导电型的第二区域，所述第一导电型的第二区域在与所述第一主面相交的方向上与所述第一区域相接触而设，所述外围电路部至少具有：第一导电型的第一阱，所述第一导电型的第一阱从所述第一主面延伸至所述半导体基板的内部而设；第一晶体管，所述第一晶体管设置在所述第一阱；以及第二导电型的第三阱，所述第二导电型的第三阱以包围所述第一阱的侧部和底部的方式而设。2.根据权利要求1所述的光检测器，其特征在于：所述第一阱的电位固定在第一电位，所述第三阱的电位固定在与所述第一电位不同的第二电位。3.根据权利要求2所述的光检测器，其特征在于：所述外围电路部包含多个电路块，在与所述第一主面平行的方向上互相相邻的电路块之间，与各个电路块相隔规定的间隔而设置有所述第一分离部，多个所述电路块中的至少一个电路块至少具有所述第一阱、所述第一晶体管以及所述第三阱。4.根据权利要求3所述的光检测器，其特征在于：多个所述电路块中的至少两个电路块被施加互不相同的电压而被驱动。5.根据权利要求3或4所述的光检测器，其特征在于：多个所述电路块至少包含形成有数字电路的数字电路块、和形成有模拟电路的模拟电路块。6.根据权利要求3到5中任一项权利要求所述的光检测器，其特征在于：在所述受光部与所述外围电路部的所述第三阱之间、以及互相相邻的所述电路块的所述第三阱之间，分别以俯视时覆盖所述第一分离部的至少周缘的方式，包围所述第一分离部而形成有STI(Shallow Trench Isolation，浅槽隔离结构)。7.根据权利要求3到6中任一项权利要求所述的光检测器，其特征在于：
在具有所述第一阱、所述第一晶体管以及所述第三阱的电路块中，至少一个电路块具有：以在与所述第一主面平行的方向上与所述第一阱相接触的方式设置在所述第三阱的内侧的第二导电型的第二阱、和设置在所述第二阱的第二晶体管。8.根据权利要求7所述的光检测器，其特征在于：所述第二阱的电位固定在所述第二电位。9.根据权利要求1到8中任一项权利要求所述的光检测器，其特征在于：在剖面方向观察时，所述第三阱的底部比所述第三阱的侧部更向外侧延伸而设。10.根据权利要求1到9中任一项权利要求所述的光检测器，其特征在于：所述半导体基板至少包含第一导电型的第一半导体层和设置在所述第一半导体层的第一主面侧的第一导电型的第二半导体层，所述第二半导体层中的第一导电型杂质的浓度低于所述第一半导体层中的第一导电型杂质的浓度。11.根据权利要求10所述的光检测器，其特征在于：所述第二区域设置在所述第二半导体层的内部，所述第二区域中的第一导电型杂质的浓度高于所述第二半导体层中的第一导电型杂质的浓度。12.根据权利要求10所述的光检测器，其特征在于：随着从所述第二主面接近所述第一主面，所述第二半导体层的第一导电型杂质的浓度降低，所述第二区域中，所述第二半导体层中的第一导电型杂质的浓度低的部分与所述第一区域相接触，以在包含所述第一区域与所述第二区域之间的接合面的区域发生雪崩倍增的方式，调节所述第二半导体层中的第一导电型杂质的浓度。13.根据权利要求10所述的光检测器，其特征在于：所述第二区域是所述第二半导体层的一部分，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：可部达也，新井秀幸，相川恒，杉浦裕树，井上晓登，森三佳，中西贤太郎，坂田祐辅，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：