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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024169356
(43)【公開日】2024-12-05
(54)【発明の名称】受光素子およびその組立方法
(51)【国際特許分類】
H01L 31/107 20060101AFI20241128BHJP
H01L 31/10 20060101ALI20241128BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 B
H01L31/10 H
【審査請求】有
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024082264
(22)【出願日】2024-05-21
(31)【優先権主張番号】23175174.4
(32)【優先日】2023-05-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(71)【出願人】
【識別番号】524191697
【氏名又は名称】フィルスト ゼンザー アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】110004347
【氏名又は名称】弁理士法人大場国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】イマン サブリー アリレザエイ
(72)【発明者】
【氏名】マルティン ヴィルケ
(72)【発明者】
【氏名】ルーベン チャベス
(72)【発明者】
【氏名】マルク シルガリエス
【テーマコード（参考）】
5F149
【Ｆターム（参考）】
5F149AA07
5F149AB03
5F149BA01
5F149BA03
5F149BA04
5F149BA05
5F149BA09
5F149BA25
5F149BB07
5F149DA05
5F149DA24
5F149DA25
5F149FA12
5F149FA17
5F149GA04
5F149HA02
5F149HA07
5F149HA09
5F149JA01
5F149JA10
5F149LA01
5F149XB04
5F149XB15
5F149XB38
(57)【要約】 （修正有）
【課題】長波長の放射にも合わせてＡＰＤの感度および速度を向上させることができる受光素子およびその組立方法を提供する。
【解決手段】入射放射１２５が受光素子１００に入ることのできる放射受容領域１３９を有する半導体基板１３８と、第１のコンタクト１０２に接続された第１のコンタクト領域１１３と、第２のコンタクト１０４に接続された第２のコンタクト領域１１９とを備え、第１のコンタクト１０２と第２のコンタクト１０４との間に電圧が印加されると、入射放射１２５から発生した電荷を増倍するための増倍領域が第１のコンタクト領域１１３に形成され、第１のコンタクト１０２および第２のコンタクト１０４は、半導体基板１３８の放射受容領域１３９とは反対側に配置され、放射反射領域１０６が半導体基板１３８の前記放射受容領域１３９とは反対側に配置されている。
【選択図】図１
【解決手段】入射放射１２５が受光素子１００に入ることのできる放射受容領域１３９を有する半導体基板１３８と、第１のコンタクト１０２に接続された第１のコンタクト領域１１３と、第２のコンタクト１０４に接続された第２のコンタクト領域１１９とを備え、第１のコンタクト１０２と第２のコンタクト１０４との間に電圧が印加されると、入射放射１２５から発生した電荷を増倍するための増倍領域が第１のコンタクト領域１１３に形成され、第１のコンタクト１０２および第２のコンタクト１０４は、半導体基板１３８の放射受容領域１３９とは反対側に配置され、放射反射領域１０６が半導体基板１３８の前記放射受容領域１３９とは反対側に配置されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
受光素子（１００）であって、
入射放射（１２５）が前記受光素子（１００）に入ることのできる放射受容領域（１３９）を有する半導体基板（１３８）と、
第１のコンタクト（１０２）に接続された第１のコンタクト領域（１１３）と、
第２のコンタクト（１０４）に接続された第２のコンタクト領域（１１９）と
を備え、
前記第１のコンタクト（１０２）と前記第２のコンタクト（１０４）との間に電圧が印加されると、前記入射放射（１２５）から発生した電荷を増倍するための増倍領域が、前記第１のコンタクト領域（１１３）に形成され、
前記第１のコンタクト（１０２）および前記第２のコンタクト（１０４）は、前記半導体基板（１３８）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置され、
放射反射領域（１０６）が、前記半導体基板（１３８）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置されている、受光素子（１００）。
入射放射（１２５）が前記受光素子（１００）に入ることのできる放射受容領域（１３９）を有する半導体基板（１３８）と、
第１のコンタクト（１０２）に接続された第１のコンタクト領域（１１３）と、
第２のコンタクト（１０４）に接続された第２のコンタクト領域（１１９）と
を備え、
前記第１のコンタクト（１０２）と前記第２のコンタクト（１０４）との間に電圧が印加されると、前記入射放射（１２５）から発生した電荷を増倍するための増倍領域が、前記第１のコンタクト領域（１１３）に形成され、
前記第１のコンタクト（１０２）および前記第２のコンタクト（１０４）は、前記半導体基板（１３８）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置され、
放射反射領域（１０６）が、前記半導体基板（１３８）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置されている、受光素子（１００）。
【請求項2】
前記第１のコンタクト領域（１１３）は、第１の導電型の異なる導電性の領域を含み、
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項3】
前記第１のコンタクト領域（１１３）は、前記第１の導電型の第１のウェル（１１４）の上方に配置された、前記第１の導電型の、高濃度にドープされた第１の領域（１１２）を含み、前記第１の領域（１１２）および前記第１のウェル（１１４）の半径方向外方に配置された、前記第１の導電型の第２の領域（１１６）をさらに含む、請求項１または２に記載の受光素子（１００）。
【請求項4】
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、前記第２の導電型の第２のウェル（１２０）の上方に配置された、前記第２の導電型の、高濃度にドープされた第３の領域（１１８）を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項5】
前記半導体基板（１３８）はｐ型基板であり、
前記第１の導電型はｎ型であり、
前記第２の導電型はｐ型である、請求項１から４のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
前記第１の導電型はｎ型であり、
前記第２の導電型はｐ型である、請求項１から４のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項6】
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、トレンチ（１３６）によって少なくとも部分的に取り囲まれ、
前記トレンチ（１３６）は、前記第２の導電型のドープされた側壁を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
前記トレンチ（１３６）は、前記第２の導電型のドープされた側壁を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項7】
前記放射反射領域（１０６）は２３０μｍの直径Ｄを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項8】
反射防止膜（ＡＲＣ）またはブラッグフィルタ（１３２）が、前記放射受容領域（１３９）において前記半導体基板（１３８）の下方に配置されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項9】
前記第２の導電型の、高濃度にドープされた第４の領域（１２８）が、前記半導体基板（１３８）と前記反射防止膜または前記ブラッグフィルタ（１３２）との間に配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項10】
前記半導体基板（１３８）はシリコンを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項11】
前記受光素子（１００）は、バイポーラ技術に基づいて作製されたリニアモードアバランシェフォトダイオードである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項12】
前記放射反射領域（１０６）は金属および／または金属合金を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項13】
前記半導体基板（１３８）は、赤色－赤外スペクトルの波長の全吸収深さよりも小さい深さを有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項14】
前記第２の導電型の第３のウェル（１２２）が、前記第１のコンタクト領域（１１３）の下方に配置され、前記半導体基板（１３８）によって完全に取り囲まれている、請求項１から１３のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項15】
前記受光素子（１００）は、９０５ｎｍの波長で７３％（Ａ／Ｗ）のピーク感度を有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の受光素子（１００）。
【請求項16】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の受光素子（１００）を設ける組立方法であって、
前記受光素子（１００）をキャリア（１４４）上に組み立てるステップであり、前記キャリア（１４４）は、前記受光素子（１００）の、前記放射受容領域（１３８）とは反対側に配置される、ステップをさらに含む、組立方法。
前記受光素子（１００）をキャリア（１４４）上に組み立てるステップであり、前記キャリア（１４４）は、前記受光素子（１００）の、前記放射受容領域（１３８）とは反対側に配置される、ステップをさらに含む、組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、受光素子および受光素子を設ける組立方法に関する。
【0002】
フォトダイオードなどの受光素子が、放射を電気信号に変換するために広く使用されている。それにより、放射は、フォトダイオードに入って吸収され、電流が発生する。
【背景技術】
【0003】
そのような受光素子は、産業オートメーションおよび自動車用途のための安全デバイスの分野で知られている。特に、ＬＩＤＡＲ（光検知および測距）技術は、高度な運転者支援システム（ＡＤＡＳ）で使用され、自動運転を可能にする重要な技術である。これらのＬＩＤＡＲシステムにおいて、異なる受光素子に基づく異なる検出器スタイルが使用されている。受光素子の１つの種類は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）である。
【0004】
ＡＰＤは、シリコンに基づき、サイズが非常にコンパクトで量子効率が高く、比較的高利得であり得る半導体素子である。ＡＰＤの内部構造は、真性半導体または低濃度にドープされたｐ型半導体から形成され、カソードおよびアノードに接触する、高濃度にドープされたｐ型領域およびｎ型領域を含む。シリコン結晶の高濃度にドープされた領域および低濃度にドープされた深い領域を使用することによって、非常に高い内部電界（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｉｅｌｄ）がｐｎ接合にわたって維持されて、高い内部利得を生み出す。これらの金属コンタクトを通して、外部の高い逆バイアス電圧が供給される。放射がＡＰＤに入ると、高い内部電界により、発生する電子－ホール対を増倍し（ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ）、かつ電気信号を出力で発生させる、アバランシェ効果が生じる。
【0005】
一般的なＡＰＤは、ｐドープされたエピタキシャル層（ｅｐｉ―ｌａｙｅｒ）が高濃度にドープされたｐ型基板上に配置される、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）プロセスを使用して作製される。アノードは、高濃度にドープされたｐ型基板に接続され、ＡＰＤの反対側に、カソードが配置される。動作中、放射が、カソード側（前側）でＡＰＤに入り、ＡＰＤの内部構造により、発生した電荷の流れがカソードとアノードとの間に生じる。これらのＡＰＤは、対応するキャリアにワイヤボンディングされている。
【0006】
そのようなＣＭＯＳにより作製された単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）は、２０２１年２月１６～１８日に開催された第１６回（Ｖｉｒｔｕａｌ） Ｔｒｅｎｔｏ ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｓに寄与したＧ． Ｐａｔｅｒｎｏｓｔｅｒ他によって提案されている（ｈｔｔｐｓ：／／ｉｎｄｉｃｏ．ｃｅｒｎ．ｃｈ／ｅｖｅｎｔ／９８３０６８／ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ／４２２３０３９／ａｔｔａｃｈｍｅｎｔｓ／２１９１３０８／３７０３６８０／ＴＲＥＤＩ２１＿Ｐａｔｅｒｎｏｓｔｅｒ．ｐｄｆ（２０２３年３月２日に検索））。そこでは、ＳＰＡＤの上面に１つの金属コンタクト（カソード）が配置され、ＳＰＡＤの下面に別の金属コンタクト（アノード）が配置されている、背面照射ＳＰＡＤが提案されている。放射は、下面からＳＰＡＤに入る。シリコンで発生する電荷は、アノードとカソードとの間でＳＰＡＤを通って垂直に流れる。
【0007】
現在の解決策の１つの欠点は、前面照射ＡＰＤの感度およびフィルファクタが、ＡＰＤのワイヤボンディングにより限られることである。さらに、近赤外スペクトル領域の厚いエピタキシャル層により、ＡＰＤの感度および速度に対する要求の妥協点を見つけなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
したがって、本発明の目的は、従来の技術の欠点を克服するために、サイズが小さく感度および速度が向上した、改良された受光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この目的は、独立請求項の主題によって解決される。本開示の有利な例は、従属請求項の主題である。
【0010】
本開示は、ＡＰＤの構造を改良することによって、長波長の放射にも合わせてＡＰＤの感度および速度を向上させることができるという考えに基づく。
【0011】
特に、受光素子は、入射放射が受光素子に入ることのできる放射受容領域を有する半導体基板を備える。さらに、受光素子は、第１のコンタクトに接続された第１のコンタクト領域と、第２のコンタクトに接続された第２のコンタクト領域とを備える。第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に電圧が印加されると、入射放射から発生した電荷を増倍するための増倍領域（ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）が、第１のコンタクト領域に形成される。第１のコンタクトおよび第２のコンタクトは、半導体基板の、放射受容領域とは反対側に配置されている。さらに、放射反射領域が、半導体基板の、放射受容領域とは反対側に配置されている。
【0012】
入射放射を反射する放射反射領域を使用すると、放射が半導体基板において必要とする有効距離が２倍になる。これにより、光とも呼ばれる放射が基板に吸収される可能性が高まり、有利である。これは、電磁エネルギーが波長に応じて異なる吸収深さを有するため、特に注目される。赤色および赤外領域の長波長は、基板の深いところで吸収される。入射光線を反射すると、長波長を吸収することができ、同時に、基板の厚さを低減させることができ有利である。基板の厚さを低減させると、受光素子の速度および感度が向上し、有利である。
【0013】
本開示による放射反射領域は、様々な波長の放射を反射するために使用できる異なるサイズの領域であってよい。それにより、本発明は、ある特定の反射材料に限定されるのではなく、任意の反射材料であってよい。使用する材料を、反射すべき放射波長に応じて選択することができ、本発明は、様々な数の用途に適用可能になる。
【0014】
本発明の放射受容領域は、無金属材料から形成されることが好ましい。
【0015】
本開示の有利なさらなる発展によれば、受光素子の第１のコンタクト領域は、第１の導電型の異なる導電性の領域を含み、第２のコンタクト領域は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含む。
【0016】
本開示の有利なさらなる発展によれば、第１のコンタクト領域は、第１の導電型の第１のウェルの上方に配置された、第１の導電型の、高濃度にドープされた第１の領域を含む。さらに、第１の導電型の第２の領域が、第１の領域および第１のウェルの半径方向外方に配置されている。
【0017】
本開示の有利なさらなる発展によれば、第２のコンタクト領域は、第２の導電型の第２のウェルの上方に配置された、第２の導電型の、高濃度にドープされた第３の領域を含む。
【0018】
半導体基板はｐ型基板であり、第１の導電型はｎ型であり、第２の導電性はｐ型であることが有利である。
【0019】
本開示の有利なさらなる発展によれば、第２のコンタクト領域は、トレンチによって少なくとも部分的に取り囲まれ、トレンチは、第２の導電型のドープされた側壁を含む。トレンチは、小さい経路抵抗をもたらし、暗騒音の可能性を低下させ、有利である。ドープされた側壁を含むトレンチは、電荷移動効率を向上させることができる。トレンチ側壁における第２の導電型の浅いドープの深さが、トレンチの深さに伴って増加することが好ましい。あるいは、トレンチ側壁におけるドープ濃度が、トレンチの異なる深さにおいて略均一である。
【0020】
本開示の有利なさらなる発展によれば、放射反射領域は２３０μｍの直径Ｄを有する。
【0021】
本開示の有利なさらなる発展によれば、反射防止膜（ＡＲＣ）またはブラッグフィルタが、放射受容領域において半導体基板の下方に配置されている。反射防止膜は、放射受容領域の放射透過性を向上させ、有利である。さらに、ＡＲＣを使用して、所望の波長における半導体基板の吸収特性を向上させるまたは制御することができる。ＡＲＣの特性を、対象の波長に応じて選択できることが有利である。
【0022】
本開示の有利なさらなる発展によれば、第２の導電型の、高濃度にドープされた第４の領域が、半導体基板と反射防止膜またはブラッグフィルタとの間に配置されている。この領域は、増倍領域への電荷移動効率を向上させ、有利である。
【0023】
本開示の有利なさらなる発展によれば、半導体基板はシリコンを含む。シリコンの薄層を使用することは、破壊電圧を低下させることができるという好ましい効果を有する。
【0024】
本開示の有利なさらなる発展によれば、受光素子は、バイポーラ技術に基づいて作製されたリニアモードアバランシェフォトダイオードである。バイポーラ技術に基づく受光素子の作製は、シリコン基板を使用し、厚いエピタキシャル（ＥＰＩ）層の使用を不要にするため有利である。これは、受光素子の感度と速度との妥協点を見つけなければならないＥＰＩ層を使用する従来の解決策の欠点を克服し、有利である。
【0025】
本開示の有利なさらなる発展によれば、放射反射領域は金属および／または金属合金を含む。
【0026】
本開示の有利なさらなる発展によれば、半導体基板は、赤色－赤外スペクトルの波長の全吸収深さよりも小さい深さを有する。基板の特に小さい深さにより、受光素子のパッケージサイズが小さくなる。同時に、放射反射領域を使用するという考えにより、これらの波長が、それでも薄い基板に吸収され得ることが可能になる。
【0027】
本開示の有利なさらなる発展によれば、第２の導電型の第３のウェルが、第１のコンタクト領域の下方に配置され、半導体基板によって完全に取り囲まれている。
【0028】
本開示の有利なさらなる発展によれば、受光素子は、８００ｎｍ～９３０ｎｍのスペクトル領域において７０％（Ａ／Ｗ）超の感度を有する。特に、受光素子は、９０５ｎｍの波長で７３％（Ａ／Ｗ）のピーク感度を有することが有利である。この文脈における感度という用語は、光子を受け取ったときに物体が反応する量に関する。例示的に、３０μｍの半導体基板の厚さで感度値に達することができる。
【0029】
本発明はさらに、本開示の有利な発展による受光素子を設ける組立方法であって、受光素子をキャリア上に組み立てるステップであり、キャリアは、受光素子の、放射受容領域とは反対側に配置される、ステップをさらに含む組立方法に関する。
【0030】
受光素子の有利な構造により、フリップチップボンディングを介して素子がキャリア上に組み立てられ得ることが可能になる。この組立方法により、信頼性が高まり、素子のパッケージサイズが小さくなる。さらに、組み立てられた受光素子を、既存の解決策に容易に組み込んで、さらに加工することができる。また、標準的なワイヤボンディング組立方法の代わりにフリップチップボンディングを使用することは、受光素子の信号対雑音比（ＳＮＲ）およびフィルファクタに対して有利な効果を有する。
【0031】
本開示をより良く理解するために、以下の図面に示す例を使用して、本開示をより詳細に説明する。ここでは、同一の部分は、同一の参照数字および同一の部品名で示す。さらに、図示し説明する様々な例のいくつかの特徴または特徴の組合せは、独立した解決策、本発明の解決策、または本開示による解決策も表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【発明を実施するための形態】
【0033】
さらに、図１を参照しながら、本発明の好ましい態様について説明する。
【0034】
図１は、本開示による受光素子１００を示す。受光素子１００は、第１のコンタクト領域１１３と第２のコンタクト領域１１９とを含む半導体基板１３８を備える。第１のコンタクト領域１１３は、第１の導電型の異なる導電性の領域を含み、第２のコンタクト領域１１９は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含む。
【0035】
第１のコンタクト領域１１３は、第１のコンタクト１０２に接続され、第２のコンタクト領域１１９は、第２のコンタクト１０４に接続されている。第１のコンタクト１０２は受光素子１００のカソードと呼ばれ、第２のコンタクト１０４はアノードと呼ばれることが好ましい。第２のコンタクト１０４は、第１のコンタクト１０２の半径方向外方に配置されることが好ましい。さらに、第１のコンタクト１０２および第２のコンタクト１０４は、金属および／または金属合金を含むことが好ましい。
【0036】
さらに、第１のコンタクト領域１１３は、第１の導電型の第１のウェル１１４の上方に配置された、第１の導電型の、高濃度にドープされた第１の領域１１２を含む。さらに、第１の導電型の第２の領域１１６が、第１の領域１１２および第１のウェル１１４の半径方向外方に配置されている。第２のコンタクト領域１１９は、第２の導電型の第２のウェル１２０の上方に配置された、第２の導電型の、高濃度にドープされた第３の領域１１８を含む。
【0037】
第１の導電型はｎ型であり、第２の導電型はｐ型であることが好ましい。さらに、半導体基板１３８は、例示的に、シリコンを含むｐ型基板として選択されている。したがって、好ましい例において、第１のコンタクト領域１１３は、ｎ型の異なってドープされた領域を含み、第２のコンタクト領域１１９は、ｐ型の異なってドープされた領域を含む。
【0038】
さらに、第２のコンタクト領域１１９は、トレンチ１３６によって少なくとも部分的に取り囲まれている。トレンチ１３６は、第２の導電型のドープされた側壁を含み、電荷移動効率を向上させることが有利である。それにより、第２の導電型のドープされた側壁の深さが、トレンチの深さに伴って増加することができる。あるいは、トレンチ側壁におけるドープ濃度が、トレンチの異なる深さにおいて略均一である。
【0039】
トレンチ１３６は、小さい経路抵抗をもたらして、電荷収集効率を向上させ、潜在的な暗騒音源を減らす。
【0040】
さらに、第２の導電型の第３のウェル１２２が、第１のコンタクト領域１１３の下方に配置され、半導体基板１３８によって完全に取り囲まれていることが好ましい。
【0041】
本開示の有利な例において、受光素子１００は、バイポーラ技術に基づいて作製されたリニアモードアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）である。バイポーラ技術に基づくＡＰＤの作製は、そのような検出器の開発に関して自由度が制限される、標準的なＣＭＯＳ技術の欠点を克服する。この制限は、ウェルとしての高性能トランジスタのために最適化しなければならないプロセスフローの変更が不可能であることから生じる。バイポーラ技術に基づくＡＰＤの作製から生じるさらなる利点は、作用面積の大きさ、カソードとアノードとの間の距離、および半導体基板の厚さとしての設計要件が、もはや制限要因ではないことである。さらにまた、金属を付着させる半導体基板のコンタクト開口部を、自由に選択することができる。さらに、バイポーラ技術の使用により、低入力インピーダンスを有するＡＰＤを提供することも有利である。同時に、高い駆動電流、速度、および利得を実現することができる。
【0042】
入射放射１２５は、放射受容領域１３９から受光素子１００に入る。この放射受容領域１３９は、無金属材料から形成されることが好ましい。第１のコンタクト１０２と第２のコンタクト１０４との間に電圧が印加されると、第１のコンタクト領域１１３に増倍領域が形成される。印加された電圧は、増倍領域の周囲の電界を強める。入射放射が受光素子に入ると、入射放射は吸収され、電子－ホール対が発生する。これらの電荷キャリアは、高電界が存在する増倍領域に流れ、そこで増倍される。速度が最高であるときに、電荷キャリアは他の原子に衝突し、新しい電子－ホール対を発生させる。これにより、高い光電流が生じる。
【0043】
第１のコンタクト１０２および第２のコンタクト１０４が受光素子１００の一側に配置されることにより、入射放射１２５により発生する電荷は、受光素子１００を通って横方向に流れる。
【0044】
図１はまた、反射防止膜（ＡＲＣ）またはブラッグフィルタ１３２が半導体基板１３８の下方に配置されていることが有利であることを示す。「下方」という用語は、ＡＲＣまたはブラッグフィルタ１３２が、受光素子１００の放射受容領域１３９に配置され、入射放射１２５が、半導体基板１３８に入る前にＡＲＣまたはブラッグフィルタ１３２に当たることを意味する相対的な用語を示す。ＡＲＣ／ブラッグフィルタ１３２と半導体基板１３８との間に、第２の導電型の、高濃度にドープされた第４の領域１２８が配置されていることが好ましい。第４の領域１２８は、放射が入る受光素子の側で、捕捉された電荷または欠陥点の関与（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を低減させることが好ましい。
【0045】
さらに、ＡＲＣの下方またはブラッグフィルタ１３２の下方に、ガラスウエハ１３４が配置されている。ガラスウエハ１３４は、受光素子１００の加工を容易にする取扱部品として使用される。ガラスハンドルウエハは、結合プロセス後に除去される。したがって、入射放射１２５が、最初にＡＲＣまたはブラッグフィルタに入り、次に第４の領域１２８、そして半導体基板１３８に入ることが有利である。
【0046】
ＡＲＣおよびブラッグフィルタは、所望の波長における吸収特性を向上させ、入射放射が基板に入ることを可能にすることが好ましい。
【0047】
入射経路で吸収されなかった入射放射１２５は、受光素子１００に配置された放射反射領域１０６によって反射される。この放射反射領域１０６は、放射受容領域１３９とは反対側に配置されている。放射反射領域１０６は、第１のコンタクト１０２および第２のコンタクト１０４と同じ受光素子１００の側に配置されていることが好ましい。さらに、放射反射領域１０６は、受光素子の略中央に配置されていることが有利である。第１のコンタクト１０２は、放射反射領域１０６を半径方向に取り囲むことが有利である。次に、第２のコンタクト１０４は、第１のコンタクト１０２を半径方向に取り囲む。
【0048】
入射放射１２５は、放射反射領域１０６によって反射されて、反射光線１２６を生じさせる。したがって、入射放射１２５は、略反射されて増倍領域および半導体基板１３８に戻り、そこで吸収され得る。入射放射１２５の反射により、放射が受光素子において必要とする有効距離が２倍になる。したがって、本開示により、長波長の放射の吸収が可能になる。
【0049】
特に、入射放射１２５の反射により、吸収できる放射に影響を及ぼすことなく、半導体基板１３８の深さが効果的に小さくなり得ることが可能になる。半導体基板１３８の深さは、赤色－赤外スペクトルの波長の全吸収深さよりも小さくなるように選択されることが有利である。したがって、特にコンパクトで小さく、それでも長波長を吸収する受光素子が得られる。
【0050】
受光素子に同等の薄い基板および放射反射領域を設けることにより、受光素子の速度および感度の両方が向上する。さらに、薄いシリコン基板により、特に近赤外スペクトル領域における受光素子の低い温度係数および低い破壊電圧が可能になる。
【0051】
さらに、放射反射領域１０６が、２３０μｍの直径Ｄを有し、金属および／または金属合金を含むことが好ましい。例示的に、放射反射領域１０６はアルミニウムから形成されている。
【0052】
提示された受光素子１００により、８００ｎｍ～９３０ｎｍのスペクトル領域の波長について７０％～８０％（Ａ／Ｗ）のピーク感度に達することができると有利である。９０５ｎｍの波長で７３％（Ａ／Ｗ）のピーク感度に達することができると有利である。例示的に、３０μｍの半導体基板の厚さで感度値に達することができる。
【0053】
図２は、受光素子１００の配置を示す。見て取れるように、放射反射領域１０６は、略中央に配置され、２３０μｍの直径を有することが好ましい。第１のコンタクト１０２は、放射反射領域１０６の半径方向外方に位置決めされている。第２のコンタクト１０４は、第１のコンタクト１０２の半径方向外方に配置され、第１のコンタクト１０２から電気的に分離されている。第２のコンタクト１０４の半径方向外方に、チャネルストッパ１４６が配置されていることが好ましい。
【0054】
図１に示すように、第１のコンタクト１０２と第２のコンタクト１０４とは、例示的に、酸化物を含む層１０８を介して電気的に分離されている。例示的に、複数の層１０８が、窒化物を含む層１１０によって分離されている。
【0055】
図３は、キャリア１４４上に組み立てられた受光素子１００を示す。この図は、本発明の受光素子１００のある有利な特徴を強調している。第１のコンタクト１０２および第２のコンタクト１０４を受光素子１００の同じ側に配置することにより、フリップチップボンディングを介してこれらのコンタクトを結合することが可能になる。フリップチップボンディングは、非常に信頼性が高く、一体化が容易な結合方法である。結合部品１４０を介して、各コンタクト１０２、１０４は、キャリア１４４のそれぞれの結合部品１４２に結合されている。それにより、キャリア１４４は、受光素子１００の、放射受容領域１３９とは反対側に特に配置されている。
【符号の説明】
【0056】
１００ 受光素子
１０２ 第１のコンタクト
１０４ 第２のコンタクト
１０６ 放射反射領域
１０８ 酸化物
１１０ 窒化物
１１２ 第１の領域
１１３ 第１のコンタクト領域
１１４ 第１のウェル
１１６ 第２の領域
１１８ 第３の領域
１１９ 第２のコンタクト領域
１２０ 第２のウェル
１２２ 第３のウェル
１２５ 入射放射
１２６ 反射光線
１２８ 第４の領域
１３２ 反射防止膜／ブラッグフィルタ
１３４ ガラスウエハ
１３６ トレンチ
１３８ 半導体基板
１３９ 放射受容領域
１４０ 結合部品
１４２ キャリアの結合部品
１４４ キャリア
１４６ チャネルストッパ
１０２ 第１のコンタクト
１０４ 第２のコンタクト
１０６ 放射反射領域
１０８ 酸化物
１１０ 窒化物
１１２ 第１の領域
１１３ 第１のコンタクト領域
１１４ 第１のウェル
１１６ 第２の領域
１１８ 第３の領域
１１９ 第２のコンタクト領域
１２０ 第２のウェル
１２２ 第３のウェル
１２５ 入射放射
１２６ 反射光線
１２８ 第４の領域
１３２ 反射防止膜／ブラッグフィルタ
１３４ ガラスウエハ
１３６ トレンチ
１３８ 半導体基板
１３９ 放射受容領域
１４０ 結合部品
１４２ キャリアの結合部品
１４４ キャリア
１４６ チャネルストッパ
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】2024-06-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
受光素子（１００）であって、
入射放射（１２５）が前記受光素子（１００）に入ることのできる放射受容領域（１３９）を有する半導体基板（１３８）と、
第１のコンタクト（１０２）に接続された第１のコンタクト領域（１１３）と、
第２のコンタクト（１０４）に接続された第２のコンタクト領域（１１９）と
を備え、
前記第１のコンタクト（１０２）と前記第２のコンタクト（１０４）との間に電圧が印加されると、前記入射放射（１２５）から発生した電荷を増倍するための増倍領域が、前記第１のコンタクト領域（１１３）に形成され、
前記第１のコンタクト（１０２）および前記第２のコンタクト（１０４）は、前記半導体基板（１３８）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置され、
放射反射領域（１０６）が、前記半導体基板（１３８）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置されている、受光素子（１００）。
入射放射（１２５）が前記受光素子（１００）に入ることのできる放射受容領域（１３９）を有する半導体基板（１３８）と、
第１のコンタクト（１０２）に接続された第１のコンタクト領域（１１３）と、
第２のコンタクト（１０４）に接続された第２のコンタクト領域（１１９）と
を備え、
前記第１のコンタクト（１０２）と前記第２のコンタクト（１０４）との間に電圧が印加されると、前記入射放射（１２５）から発生した電荷を増倍するための増倍領域が、前記第１のコンタクト領域（１１３）に形成され、
前記第１のコンタクト（１０２）および前記第２のコンタクト（１０４）は、前記半導体基板（１３８）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置され、
放射反射領域（１０６）が、前記半導体基板（１３８）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置されている、受光素子（１００）。
【請求項2】
前記第１のコンタクト領域（１１３）は、第１の導電型の異なる導電性の領域を含み、
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項3】
前記第１のコンタクト領域（１１３）は、第１の導電型の異なる導電性の領域を含み、
前記第１のコンタクト領域（１１３）は、前記第１の導電型の第１のウェル（１１４）の上方に配置された、前記第１の導電型の、高濃度にドープされた第１の領域（１１２）を含み、前記第１の領域（１１２）および前記第１のウェル（１１４）の半径方向外方に配置された、前記第１の導電型の第２の領域（１１６）をさらに含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
前記第１のコンタクト領域（１１３）は、前記第１の導電型の第１のウェル（１１４）の上方に配置された、前記第１の導電型の、高濃度にドープされた第１の領域（１１２）を含み、前記第１の領域（１１２）および前記第１のウェル（１１４）の半径方向外方に配置された、前記第１の導電型の第２の領域（１１６）をさらに含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項4】
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含み、
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、前記第２の導電型の第２のウェル（１２０）の上方に配置された、前記第２の導電型の、高濃度にドープされた第３の領域（１１８）を含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、前記第２の導電型の第２のウェル（１２０）の上方に配置された、前記第２の導電型の、高濃度にドープされた第３の領域（１１８）を含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項5】
前記半導体基板（１３８）はｐ型基板であり、
前記第１の導電型はｎ型であり、
前記第２の導電型はｐ型である、請求項２に記載の受光素子（１００）。
前記第１の導電型はｎ型であり、
前記第２の導電型はｐ型である、請求項２に記載の受光素子（１００）。
【請求項6】
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含み、
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、トレンチ（１３６）によって少なくとも部分的に取り囲まれ、
前記トレンチ（１３６）は、前記第２の導電型のドープされた側壁を含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、トレンチ（１３６）によって少なくとも部分的に取り囲まれ、
前記トレンチ（１３６）は、前記第２の導電型のドープされた側壁を含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項7】
前記放射反射領域（１０６）は２３０μｍの直径Ｄを有する、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項8】
反射防止膜（ＡＲＣ）またはブラッグフィルタ（１３２）が、前記放射受容領域（１３９）において前記半導体基板（１３８）の下方に配置されている、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項9】
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含み、
前記第２の導電型の、高濃度にドープされた第４の領域（１２８）が、前記半導体基板（１３８）と前記反射防止膜または前記ブラッグフィルタ（１３２）との間に配置されている、請求項８に記載の受光素子（１００）。
前記第２の導電型の、高濃度にドープされた第４の領域（１２８）が、前記半導体基板（１３８）と前記反射防止膜または前記ブラッグフィルタ（１３２）との間に配置されている、請求項８に記載の受光素子（１００）。
【請求項10】
前記半導体基板（１３８）はシリコンを含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項11】
前記受光素子（１００）は、バイポーラ技術に基づいて作製されたリニアモードアバランシェフォトダイオードである、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項12】
前記放射反射領域（１０６）は金属および／または金属合金を含む、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項13】
前記半導体基板（１３８）は、赤色－赤外スペクトルの波長の全吸収深さよりも小さい深さを有する、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項14】
前記第２のコンタクト領域（１１９）は、第２の導電型の異なる導電性の領域を含み、
前記第２の導電型の第３のウェル（１２２）が、前記第１のコンタクト領域（１１３）の下方に配置され、前記半導体基板（１３８）によって完全に取り囲まれている、請求項１に記載の受光素子（１００）。
前記第２の導電型の第３のウェル（１２２）が、前記第１のコンタクト領域（１１３）の下方に配置され、前記半導体基板（１３８）によって完全に取り囲まれている、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項15】
前記受光素子（１００）は、９０５ｎｍの波長で７３％（Ａ／Ｗ）のピーク感度を有する、請求項１に記載の受光素子（１００）。
【請求項16】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の受光素子（１００）を設ける組立方法であって、
前記受光素子（１００）をキャリア（１４４）上に組み立てるステップであり、前記キャリア（１４４）は、前記受光素子（１００）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置される、ステップをさらに含む、組立方法。
前記受光素子（１００）をキャリア（１４４）上に組み立てるステップであり、前記キャリア（１４４）は、前記受光素子（１００）の、前記放射受容領域（１３９）とは反対側に配置される、ステップをさらに含む、組立方法。
【外国語明細書】