JP5054509B2 - 光検出装置 - Google Patents
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Description
−受け取った光子を電子信号に変換し得る、該光検出素子ユニットの表面に設けたフォトダイオードのような感光部品と、
−感光部品に電気的に接続されたトランジスタのような少なくとも一つの電子部品であって、かつ一旦「オン」指令を受信すると、感光部品から別の部品(増幅器、スイッチ等)に送出された蓄積された電子電荷を処理して、読み出し手段(より詳細については、欧州特許第1256984号明細書の§2および§3にある事例を参照のこと)に伝えることができるもの、
とを具備している。
この技術の主要な利点の一つは、光をさまざまな素子ユニットにわたって並列に受光するため、光情報を急速に読み出し得る点にある。
(a)半導体材料から選定した材料からなる感光層を具備する第一のウエハーと、電子部品を含む回路層を具備する第二のウエハーとがあり、かつ感光層と回路層の一つがフィールドアイソレーション層によって覆われているものを供給する段階と、
(b)回路層、フィールドアイソレーション層及び感光層を連続的に具備する構造を形成するように、第一のウエハーと第二のウエハーをボンディングする段階と、
(c)感光層を、回路層のいくつかの電子部品の入力に電気的に接続するように、導電性ビアを形成する段階と、
からなる製造方法を提案するものである。
−第一の基板上に感光層を形成する段階と、
−石英またはガラスのような透明な材料からなる支持基板に、感光層の受光側から感光層をボンディングする段階と、
−第一の基板を除去する段階と、
からなる第一のウエハーの形成を含むものであって、
−かつこうすることにより、前記第一のウエハーが感光層と支持基板を具備するようになること。
−感光層を形成する段階の前に、導電性材料からなる第一の電極層を第一の基板上に形成する段階と、
−感光層を形成する段階の後で、かつ支持基板とボンディングする段階の前に、ITOのような透明な導電性材料からなる第二の電極層を感光層上に形成する段階と、
−前記第一のウエハーが、さらに第一及び第二の電極層を具備するようになる段階と、
を含むこと。
−段階(a)の前に、前記回路層を第二の基板上に形成し、それにより前記第二のウエハーを形成する段階と、
−段階(b)の後に、前記第二の基板を除去する段階と、
を含むこと。
−段階(a)の前に、第一の基板上に感光層を形成し、それにより前記第一のウエハーの少なくとも一部を形成する段階と、
−段階(b)の後に、第一の基板を除去する段階と、
を含むこと。
−段階(b)の前に、導電性材料からなる第一の電極層を感光層上に形成する段階と、
−第一の基板を除去する段階の後に、ITOのような透明な導電性材料からなる第二の電極層を感光層上に形成する段階とを含み、かつ
前記第一のウエハーがさらに第一及び第二の電極層を具備すること。
−第三および第四のウエハーを供給する段階と、
−第三および第四のウエハーの少なくとも一つの表面をエッチングして、表面粗度を高める段階と、
−粗い表面に第三および第四のウエハーをボンディングして前記基板を形成し、かつ粗い界面が前記脆化域となる段階と、
による前記脆化域の形成を含むこと。
−電子部品を具備する回路層と、
−感光層と、
−感光層と回路層の間にあるフィールドアイソレーション層と、
さらに、回路層のいくつかの電子部品の入力に感光層を電気的に接続する導電性ビアと、を具備すると共に、
該感光層が結晶質半導体材料によって作られることを特徴とする感光装置を提案する。
図1aは、第一の従来技術による光検出装置の断面の概略図である。
図1bは、第一の従来技術による、光子を検出する光検出装置表面の正面の概略図である。
図2aは、第二の従来技術による光検出装置の断面の概略図である。
図2bおよび図2cは、それぞれ、第二の従来技術による光子を検出する光検出装置の表面の正面、および反対側の表面の概略図である。
図3は、第三の従来技術による光検出装置の断面の概略図である。
図4は、本発明に係る第一の検出装置の断面の概略図である。
図5は、本発明に係る第二の検出装置の断面の概略図である。
図6a〜6mは、本発明に係る第一の光検出装置に対する第一の製造方法のさまざまな段階である。
図7a〜7hは、本発明に係る第二の光検出装置に対する第二の製造方法のさまざまな段階である。
−感光層1と、
−電子回路層2と、
−感光層1と電子回路層2とを隔てるフィールドアイソレーション層3と、
を具備する。
−ピクセル100の電子部品を含む中央領域22と、
−中央領域22に位置したさまざまなピクセル電子部品に対するアドレッシングプロセスに寄与する電子部品を含む周辺領域21との二つの領域を有する。
供給するエネルギーは、たとえば機械的エネルギーおよび/または熱的エネルギーあるいはその他の種類のエネルギーとすることできる。
ここで各段階とは、
−二つのウエハーを供給する段階と、
−表面粗度を高めるため、二つのウエハーの少なくとも一つの表面にエッチングを施す段階と、
−二つのウエハーをボンディングする段階と、
であって、こうして前記第一の基板5を形成すると共に、粗い界面が前記脆化域4となることである。
2 回路層
3 フィールドアイソレーション層
4 脆化域
5 基板
6 支持基板
7 電極層
8 電極層
9 基板
20 電子部品
40 ビアホール
100 ピクセル
I 第一のウエハー
II 第二のウエハー
III ドナー基板
Claims (18)
- (a) 第一の基板(5)に半導体材料から選定した単結晶材料からなる感光層(1)をエピタキシャル技術によって成長させることと、
感光層(1)に導電性材料で作成された電極層を形成することとを実行することにより、第一のウエハー(I)を供給する段階であって、
感光層(1)に透明な導電材からなる第一の電極層(8)を形成し、
第一の電極層(8)を透明な材料の支持基板(6)とボンディングし、
第一の基板(5)を除去し、
第一の基板(5)を減じた後、感光層(1)上に導電材からなる第二の電極層(7)を形成し、
したがって、前記第一のウエハー(I)が、順次、第二の電極層(7)、感光層(1)、第一の電極層(8)、支持基板(6)を構成する段階と、
(b) 第二の基板(9)に電子部品を含む回路層(2)を具備する第二のウエハー(II)を供給する段階と、
(c) フィールドアイソレーション層(3)を回路層(2)に形成する段階と、
(d) 前記第一のウエハー(I)と前記第二のウエハー(II)をボンディングして、順次、回路層(2)、フィールドアイソレーション層(3)、第二の電極層(7)、感光層(1)、第一の電極層(8)からなる構造を形成する段階と、
(e) 感光層(1)を、回路層(2)のいくつかの電子部品の入力に電気的に接続するように、該回路層(2)の表面から該感光層(1)に向けて、導電性ビア(40)を形成する段階とを備える
段階とを含むことを特徴とする、光検出装置の製造方法。 - さらに、
−段階(c)の前に、前記回路層(2)を第二の基板(9)上に形成し、それにより前記第二のウエハー(II)の少なくとも一部を形成する段階と、
−段階(d)の後に、前記第二の基板(9)を除去する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の光検出装置の製造方法。 - 段階(e)の期間中に、回路層(2)の表面を通り、回路層(2)のいくつかの電子部品の入力から、感光層(1)に至るビアホールを形成することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の光検出装置の製造方法。
- (a) 第一の基板(5)に半導体材料から選定した単結晶材料からなる感光層(1)をエピタキシャル技術によって成長させることと、
感光層(1)に導電性材料で作成された電極層(7)を形成することとを実行することにより、第一のウエハー(I)を供給する段階と、
(b) 第二の基板(9)に電子部品を含む回路層(2)を具備する第二のウエハー(II)を供給する段階と、
(c) フィールドアイソレーション層(3)を回路層(2)に形成する段階と、
(d) 前記第一のウエハー(I)と前記第二のウエハー(II)をボンディングして、順次、回路層(2)、フィールドアイソレーション層(3)、感光層(1)からなる構造を形成する段階と、
(e)第一の基板を除去する段階と、
(f) 感光層(1)を、回路層(2)のいくつかの電子部品の入力に電気的に接続するように、該感光層(1)の表面から該回路層(2)に向けて、導電性ビア(40)を形成する段階と,
(g)感光層(1)上に透明な導電性材料で作成された第二の電極層(8)を形成する段階とを含むことを特徴とする、光検出装置の製造方法。 - 段階(g)の期間中、感光層(1)の表面を通り、回路層(2)のいくつかの電子部品の入力に至る導電性ビアホールを形成することを特徴とする、請求項4に記載の光検出装置の製造方法。
- 段階(d)が分子付着を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つに記載の光検出装置の製造方法。
- 段階(d)が分子付着の後に熱処理を含み、かつフィールドアイソレーション層(3)を構成する材料の少なくとも一つが、この熱処理の進行中にボンディングを改善し得るように選定されることを特徴とする、請求項6に記載の光検出装置の製造方法。
- フィールドアイソレーション層(3)のために選定した材料が、SiO2、Si3N4またはSixOyNzから選ばれる誘電体であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一つに記載の光検出装置の製造方法。
- 基板を除去する段階が、化学的エッチング、選択的な化学的エッチング、研削、研摩、CMPの内の少なくとも一つを用いて実施されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一つに記載の光検出装置の製造方法。
- 基板を除去する段階が、前もって前記基板(5、9)に形成されていた脆化域(4、4’)にわたる前記基板(5、9)を取り外すためのエネルギーの入力を含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つに記載の光検出装置の製造方法。
- さらに、水素および/またはヘリウムのような原子種の移植による、前記基板(5、9)への前記脆化域(4、4’)の形成を含むことを特徴とする、請求項10に記載の光検出装置の製造方法。
- さらに、
−第三および第四のウエハーを供給する段階と、
−第三および第四のウエハーの少なくとも一つの表面をエッチングして、表面粗度を高める段階と、
−粗い表面に第三および第四のウエハーを接合して前記基板(5、9)を形成し、かつ粗い界面が前記脆化域(4、4’)となる段階と、
による前記脆化域(4、4’)の形成を含むことを特徴とする、請求項10に記載の光検出装置の製造方法。 - さらに、選択的な化学的エッチング、研摩、CMP、酸化、および熱的焼き戻しの内の少なくとも一つを採用することにより、取り外した表面(5’、9’)の表面仕上げを含むことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一つに記載の光検出装置の製造方法。
- フィールドアイソレーション層(3)の形成が、一定の幅にわたるフィールドアイソレーション層(3)周辺における光子への遮蔽の形成を含むことを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一つに記載の光検出装置の製造方法。
- 回路層(2)が複数のトランジスタ(20)を具備し、かつそのトランジスタ中に回路層(2)のパターンが形成され、それにより、一旦段階(e)が実施されると、感光層(1)のいくつかの部分がいくつかの導電性ビアによっていくつかのトランジスタに電気的に接続され、また複数の光検出素子ユニット(100)が形成されることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一つに記載の光検出装置の製造方法。
- ピクセル(100)による電子部品(20)がCMOS部品を具備することを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一つに記載の光検出装置の製造方法。
- 請求項1〜16のいずれか一つに記載の光検出装置の製造方法によって製造した光検出装置であって、かつ、
−電子部品を具備する回路層(2)と、
−フィールドアイソレーション層(3)と、
−単結晶半導体材料からなる感光層(1)と、
−導電性材料から作られる電極層とを具備するとともに、
回路層(2)のいくつかの電子部品の入力に感光層(1)を電気的に接続する導電性ビア(40)を具備することを特徴とする光検出装置。 - 感光層(1)が埋め込まれており、かつ光子に対して透明な材料からなる支持基板(6)が感光層(1)の受光側に位置していることを特徴とする、請求項17に記載の光検出装置。
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