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TWI569431B - Light detection device - Google Patents

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Publication number
TWI569431B
TWI569431B TW105120052A TW105120052A TWI569431B TW I569431 B TWI569431 B TW I569431B TW 105120052 A TW105120052 A TW 105120052A TW 105120052 A TW105120052 A TW 105120052A TW I569431 B TWI569431 B TW I569431B
Authority
TW
Taiwan
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electrode
main surface
semiconductor
semiconductor substrate
substrate
Prior art date
Application number
TW105120052A
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English (en)
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TW201635504A (zh
Inventor
永野輝昌
細川暢郎
鈴木智史
馬場隆
Original Assignee
濱松赫德尼古斯股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 濱松赫德尼古斯股份有限公司 filed Critical 濱松赫德尼古斯股份有限公司
Publication of TW201635504A publication Critical patent/TW201635504A/zh
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Description

光檢測裝置
本發明係關於一種光檢測裝置。
已知有一種光電二極體陣列(半導體光檢測元件)，其包括以蓋革模式(Geiger mode)動作之複數個雪崩光電二極體(avalanche photodiode)、及相對於各雪崩光電二極體串列連接之滅弧電阻(quenching resistance)(例如，參照專利文獻1)。該光電二極體陣列係於構成像素之雪崩光電二極體檢測光子並進行蓋革放電時，藉由連接於雪崩光電二極體之滅弧電阻之作用而獲得脈衝狀之信號。各雪崩光電二極體對光子進行計數。因此，即便於複數個光子以相同時序入射時，亦可根據總輸出脈衝之輸出電荷量或信號強度而判明已入射之光子數。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2011-003739號公報
於光檢測裝置中，為了應對大面積化之要求，有將上述光電二極體陣列作為一個通道，使用具有複數個通道之半導體光檢測元件之情形。於具有複數個通道之半導體光檢測元件中，有用以導引自各通道輸出之信號之配線之距離(以下稱為「配線距離」)於通道間不同之 情形。若配線距離於通道間不同，則受到配線所具有之電阻及電容之影響，時間解析力於通道間不同。
為了於通道間使時間解析力相同，而必需根據配線距離較長之通道設定各通道之配線距離。然而，於該情形時，各通道之配線距離相對較長，且時間解析力之提高存在極限。
本發明之目的在於提供一種可實現大面積化並且更進一步地提高時間解析力之光檢測裝置。
本發明係一種光檢測裝置，其包括：半導體光檢測元件，其具有包含相互對向之第一及第二主面之半導體基板；以及搭載基板，其與半導體光檢測元件對向配置並且包含與半導體基板之第二主面對向之第三主面及與該第三主面對向之第四主面；且半導體光檢測元件係將包含以蓋革模式動作並且形成於半導體基板內之複數個雪崩光電二極體、相對於各雪崩光電二極體串列連接並且配置於半導體基板之第一主面側之滅弧電阻、以及並列地連接滅弧電阻並且配置於半導體基板之第一主面側之信號線之光電二極體陣列作為一個通道且具有複數個通道；且搭載基板係與各通道對應之複數個第一電極配置於第三主面側，並且與複數個第一電極電性連接且處理來自各通道之輸出信號之信號處理部配置於第四主面側，且於半導體基板中，針對每個通道而形成有與信號線電性連接且自第一主面側貫通至第二主面側為止之貫通電極，且貫通電極與對應於該貫通電極之第一電極經由凸塊電極而電性連接。
於本發明中，半導體光檢測元件係將上述光電二極體陣列作為一個通道且具有複數個通道。藉此，可實現已達成大面積化之光檢測裝置。
於本發明中，於半導體光檢測元件之半導體基板上，與信號線 電性連接且自第一主面側貫通至第二主面側為止之貫通電極係針對每個通道而形成，且半導體光檢測元件之貫通電極與搭載基板之第一電極經由凸塊電極而電性連接。藉此，可使各通道之配線距離極短並且可使其值無差別而一致。因此，配線所具有之電阻及電容之影響明顯得到抑制，時間解析力提高。
於本發明中，亦可更包括玻璃基板，其配置於半導體基板之第一主面側且包含與半導體基板之第一主面對向之第五主面及與該第五主面對向之第六主面，且使半導體基板之側面與玻璃基板之側面為同一平面。於該情形時，可藉由玻璃基板而提高半導體基板之機械強度。因半導體基板之側面與玻璃基板之側面為同一平面，故可減少無效空間。
於本發明中，玻璃基板之第六主面亦可為平坦。於該情形時，可極其容易地進行閃爍器對玻璃基板之設置。
於本發明中，貫通電極亦可位於通道之中央區域。於該情形時，可於各通道，縮短自雪崩光電二極體至貫通電極為止之配線距離。
於本發明中，貫通電極亦可位於各通道間之區域。於該情形時，可防止於各通道之開口率之降低。
於本發明中，半導體光檢測元件亦可更包含配置於半導體基板之第一主面側且將信號線與貫通電極連接之第二電極。於該情形時，可將信號線與貫通電極確實地電性連接。
根據本發明，可提供一種可實現大面積化並且更進一步地提高時間解析力之光檢測裝置。
1‧‧‧光檢測裝置
1N‧‧‧半導體基板
1Na‧‧‧主面
1Nb‧‧‧主面
1Nc‧‧‧側面
1PA‧‧‧第一半導體區域
1PB‧‧‧第二半導體區域
10‧‧‧半導體光檢測元件
20‧‧‧搭載基板
20a‧‧‧主面
20b‧‧‧主面
30‧‧‧玻璃基板
30a‧‧‧主面
30b‧‧‧主面
30c‧‧‧側面
APD‧‧‧雪崩光電二極體
BE‧‧‧凸塊電極
E1‧‧‧電極
E3‧‧‧電極
E9‧‧‧電極
PDA‧‧‧光電二極體陣列
R1‧‧‧滅弧電阻
SP‧‧‧信號處理部
TE‧‧‧貫通電極
TL‧‧‧信號線
圖1係表示本發明之實施形態之光檢測裝置之概略立體圖。
圖2係用以說明本實施形態之光檢測裝置之剖面構成之圖。
圖3係半導體光檢測元件之概略平面圖。
圖4係半導體光檢測元件之概略平面圖。
圖5係光電二極體陣列之概略平面圖。
圖6係光檢測裝置之電路圖。
圖7係搭載基板之概略平面圖。
圖8係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖9係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖10係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖11係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖12係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖13係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖14係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖15係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖16係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖17係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
圖18係半導體光檢測元件之概略平面圖。
圖19係光電二極體陣列之概略平面圖。
圖20係用以說明本實施形態之變形例之光檢測裝置之剖面構成的圖。
圖21係半導體光檢測元件之概略平面圖。
以下，參照隨附圖式，對於本發明之較佳實施形態進行詳細說明。再者，於說明中，對於相同要素或具有相同功能之要素使用相同符號，並省略重複之說明。
參照圖1~圖7，對本實施形態之光檢測裝置1之構成進行說明。 圖1係表示本實施形態之光檢測裝置之概略立體圖。圖2係用以說明本實施形態之光檢測裝置之剖面構成之圖。圖3及圖4係半導體光檢測元件之概略平面圖。圖5係光電二極體陣列之概略平面圖。圖6係光檢測裝置之電路圖。圖7係搭載基板之概略平面圖。
如圖1及圖2所示，光檢測裝置1包括半導體光檢測元件10、搭載基板20、及玻璃基板30。搭載基板20與半導體光檢測元件10對向配置。玻璃基板30與半導體光檢測元件10對向配置。半導體光檢測元件10配置於搭載基板20與玻璃基板30之間。
半導體光檢測元件10亦如圖3所示，將一個光電二極體陣列PDA(photodiode array)作為一個通道且具有複數個通道即複數個光電二極體陣列PDA。半導體光檢測元件10具有俯視時呈矩形形狀之半導體基板1N。半導體基板1N包含相互對向之主面1Na與主面1Nb。半導體基板1N為包含Si之N型(第一導電型)半導體基板。
各光電二極體陣列PDA包含形成於半導體基板1N之複數個雪崩光電二極體APD(avalanche photodiode)。於各雪崩光電二極體APD中，亦如圖5所示，串列連接有滅弧電阻R1。一個雪崩光電二極體APD構成各光電二極體陣列PDA中之一個像素。各雪崩光電二極體APD係於分別與滅弧電阻R1串列連接之狀態下全部並列地連接，且自電源施加逆向偏壓。來自雪崩光電二極體APD之輸出電流藉由下述信號處理部SP而檢測。
各雪崩光電二極體APD包含P型(第二導電型)第一半導體區域1PA、及P型(第二導電型)第二半導體區域1PB。第一半導體區域1PA形成於半導體基板1N之主面1Na側。第二半導體區域1PB形成於第一半導體區域1PA內且雜質濃度高於第一半導體區域1PA。第二半導體區域1PB之平面形狀為例如多邊形(於本實施形態中為四邊形)。第一半導體區域1PA之深度較第二半導體區域1PB深。
半導體基板1N包含N型(第一導電型)半導體區域1PC。半導體區域1PC形成於半導體基板1N之主面1Na側。半導體區域1PC係防止形成於N型半導體基板1N與P型第一半導體區域1PA之間之PN接面於下述配置有貫通電極TE之貫通孔TH露出。半導體區域1PC形成於與貫通孔TH(貫通電極TE)對應之位置。
如圖5所示，各雪崩光電二極體APD包含電極E1。各電極E1配置於半導體基板1N之主面1Na側。電極E1電性連接於第二半導體區域1PB。各雪崩光電二極體APD包含電性連接於半導體基板1N之電極(省略圖示)。該電極分別配置於半導體基板1N之主面1Nb側。第一半導體區域1PA經由第二半導體區域1PB而電性連接於電極E1。
如圖5所示，光電二極體陣列PDA包含於第二半導體區域1PB之外側之半導體基板1N上隔著絕緣層L1而配置之信號線TL及電極E3。信號線TL及電極E3配置於半導體基板1N之主面1Na側。電極E3位於各通道(光電二極體陣列PDA)之中央區域。
信號線TL包含複數條信號線TL1及複數條信號線TL2。各信號線TL1係俯視時於鄰接之雪崩光電二極體APD間沿Y軸方向延伸。各信號線TL2係於鄰接之雪崩光電二極體APD間沿X軸方向延伸，且將複數條信號線TL1彼此電性連接。信號線TL2連接於電極E3。信號線TL1除直接連接於電極E3以外，亦經由信號線TL2而電性連接於電極E3。
光電二極體陣列PDA係針對各雪崩光電二極體APD之每一個而具有滅弧電阻R1。各滅弧電阻R1係於第二半導體區域1PB之外側之半導體基板1N上間隔絕緣層L1而配置。滅弧電阻R1配置於半導體基板1N之主面1Na側。滅弧電阻R1之一端連接於電極E1，另一端連接於信號線TL1。於圖3及圖5中，為使結構明確化，而省略圖2所示之絕緣層L1、L3之記載。
雪崩光電二極體APD(第一半導體區域1PA之正下方之區域)分別經由滅弧電阻R1而連接於信號線TL1。於1條信號線TL1中，複數個雪崩光電二極體APD分別經由滅弧電阻R1而連接。
於半導體基板1N之主面1Na側配置有絕緣層L3。絕緣層L3係以覆蓋電極E1、E3、滅弧電阻R1、及信號線TL之方式形成。
各光電二極體陣列PDA包含貫通電極TE。貫通電極TE係針對各光電二極體陣列PDA之每一個、即各通道之每一個而設置。貫通電極TE係自主面1Na側至主面1Nb側為止貫通半導體基板1N而形成。貫通電極TE配置於貫通半導體基板1N之貫通孔TH內。絕緣層L2亦形成於貫通孔TH內。因此，貫通電極TE隔著絕緣層L2而配置於貫通孔TH內。
貫通電極TE之一端連接於電極E3。電極E3將信號線TL與貫通電極TE連接。滅弧電阻R1經由信號線TL及電極E3而電性連接於貫通電極TE。
滅弧電阻R1之電阻率高於連接滅弧電阻R1之電極E1。滅弧電阻R1例如包含多晶矽。作為滅弧電阻R1之形成方法，可使用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法。
電極E1、E3及貫通電極TE包含鋁等金屬。於半導體基板包含Si之情形時，作為電極材料，除鋁以外，亦較多地使用AuGe/Ni等。作為電極E1、E3及貫通電極TE之形成方法，可使用濺鍍法。
作為使用Si之情形時之P型雜質，使用B等3族元素，同樣地作為N型雜質，使用N、P、或As等5族元素。即便作為半導體之導電型之N型與P型相互置換而構成元件，亦能夠使該元件發揮功能。作為該等雜質之添加方法，可使用擴散法或離子植入法。
作為絕緣層L1、L2、L3之材料，可使用SiO2或SiN。作為絕緣層L1、L2、L3之形成方法，於絕緣層L1、L2、L3包含SiO2之情形時， 可使用熱氧化法或濺鍍法。
於上述結構之情形時，藉由在N型半導體基板1N與P型第一半導體區域1PA之間構成PN接面，而形成有雪崩光電二極體APD。半導體基板1N電性連接於形成於基板1N之背面之電極(省略圖示)，第一半導體區域1PA經由第二半導體區域1PB而連接於電極E1。滅弧電阻R1相對於雪崩光電二極體APD而串列連接(參照圖6)。
於光電二極體陣列PDA中，使各雪崩光電二極體APD以蓋革模式動作。於蓋革模式中，將大於雪崩光電二極體APD之擊穿電壓(breakdown voltage)之逆向電壓(逆向偏壓)施加於雪崩光電二極體APD之陽極與陰極之間。對陽極施加(-)電位V1，對陰極施加(+)電位V2。該等電位之極性相對，且亦能夠將其中一個電位設為接地電位。
陽極為P型第一半導體區域1PA，陰極為N型半導體基板1N。若光(光子)入射至雪崩光電二極體APD，則於基板內部進行光電轉換而產生光電子。於第一半導體區域1PA之PN接面界面之附近區域，進行雪崩倍增，經放大之電子群向形成於半導體基板1N之背面之電極流動。即，若光(光子)入射至光電二極體陣列PDA中之任一像素(雪崩光電二極體APD)，則倍增而作為信號自電極E3(貫通電極TE)發出。
連接於各個雪崩光電二極體APD之滅弧電阻R1之另一端沿著半導體基板1N之表面而電性連接於共用之信號線TL。複數個雪崩光電二極體APD係以蓋革模式動作，且各雪崩光電二極體APD連接於共用之信號線TL。因此，於光子同時入射至複數個雪崩光電二極體APD之情形時，複數個雪崩光電二極體APD之輸出全部輸入至共用之信號線TL，且整體作為對應於入射光子數之高強度之信號而測量。而且，於半導體光檢測元件10中，針對每個通道(光電二極體陣列PDA)，通過所對應之貫通電極TE而輸出信號。
搭載基板20亦如圖2所示包含相互對向之主面20a與主面20b。搭 載基板20俯視時呈矩形形狀。主面20a與半導體基板1N之主面1Nb對向。搭載基板20包含配置於主面20a側之複數個電極E9。如圖2及圖7所示，電極E9對應於貫通電極TE而配置。即，電極E9配置於主面20a之與貫通電極TE對向之各區域上。電極E9係對應於每個通道(光電二極體陣列PDA)而設置。於圖2中，省略記載於搭載基板20之主面20b側之凸塊電極之圖示。
貫通電極TE與電極E9藉由凸塊電極BE而連接。藉此，電極E3經由貫通電極TE及凸塊電極BE而電性連接於電極E9。而且，滅弧電阻R1經由信號線TL、電極E3、貫通電極TE、及凸塊電極BE而電性連接於電極E9。電極E9亦與電極E1、E3及貫通電極TE同樣地包含鋁等金屬。作為電極材料，除鋁以外，亦可使用AuGe/Ni等。凸塊電極BE例如包含焊料。凸塊電極BE隔著UBM(Under Bump Metal，凸塊底層金屬)40而形成於貫通電極TE。
搭載基板20具有信號處理部SP。信號處理部SP配置於搭載基板20之主面20b側。信號處理部SP構成ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特殊應用積體電路)。各電極E9係經由形成於搭載基板20內之配線(省略圖示)及接線(bonding wire)等而與信號處理部SP電性連接。於信號處理部SP中，輸入來自各通道(光電二極體陣列PDA)之輸出信號，信號處理部SP處理來自各通道之輸出信號。信號處理部SP包含將來自各通道之輸出信號轉換為數位脈衝之CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧半導體)電路。
於半導體基板1N之主面1Nb側及搭載基板20之主面20a側，配置有於對應於凸塊電極BE之位置形成有開口之鈍化膜PF。鈍化膜PF例如包含SiN。作為鈍化膜PF之形成方法，可使用CVD法。
玻璃基板30包含相互對向之主面30a與主面30b。玻璃基板30俯視 時呈矩形形狀。主面30a與半導體基板1N之主面1Nb對向。主面30b為平坦。於本實施形態中，主面30a亦為平坦。玻璃基板30與半導體光檢測元件10係藉由光學接著劑(省略圖示)而光學性地連接。玻璃基板30亦可直接形成於半導體光檢測元件10上。
雖省略圖示，但於玻璃基板30之主面30b藉由光學接著劑而光學性地連接有閃爍器。來自閃爍器之閃爍光通過玻璃基板30入射至半導體光檢測元件10。
半導體基板1N之側面1Nc與玻璃基板30之側面30c亦如圖1所示為同一平面。於俯視時，半導體基板1N之外緣與玻璃基板30之外緣一致。
其次，參照圖8~圖17，對上述光檢測裝置1之製造過程進行說明。圖8~圖17係用以說明本實施形態之光檢測裝置之製造過程之圖。
首先，準備形成有與半導體光檢測元件10對應之部分、即與各通道(光電二極體陣列PDA)對應之部分(第一半導體區域1PA、第二半導體區域1PB、絕緣層L1、滅弧電阻R1、電極E1、E3、及信號線TL)之半導體基板1N(參照圖8)。半導體基板1N係以形成有複數個與半導體光檢測元件10對應之部分之半導體晶圓之態樣準備。
其次，於所準備之半導體基板1N之主面1Na側形成絕緣層L3，其後，使半導體基板1N自主面1Nb側薄化(參照圖9)。絕緣層L3包含SiO2。絕緣層L3之形成方法可使用CVD法。半導體基板1N之薄化方法可使用機械研磨法或化學研磨法。
繼而，於所準備之半導體基板1N之主面1Nb側形成絕緣層L2(參照圖10)。絕緣層L2包含SiO2。絕緣層L2之形成方法可使用CVD法。
繼而，去除絕緣層L2中之形成貫通孔TH之區域(參照圖11)。絕緣層L2之去除方法可使用乾式蝕刻法。
繼而，於半導體基板1N形成用以配置貫通電極TE之貫通孔 TH(參照圖12)。於貫通孔TH之形成方法中，可適當選擇應用乾式蝕刻法及濕式蝕刻法。於使用鹼蝕刻法作為濕式蝕刻法之情形時，絕緣層L1作為蝕刻終止層而發揮功能。
繼而，於所準備之半導體基板1N之主面1Nb側再次形成絕緣層L2後，為使電極E3露出而去除絕緣層L1及絕緣層L2之一部分(參照圖13)。絕緣層L1與絕緣層L2之去除方法可使用乾式蝕刻法。
繼而，形成貫通電極TE(參照圖14)。如上所述，貫通電極TE之形成方法可使用濺鍍法。
繼而，於半導體基板1N之主面1Nb側形成於與凸塊電極BE對應之位置形成有開口之鈍化膜PF，其後，形成凸塊電極BE(參照圖15)。藉此，獲得半導體光檢測元件10。於形成凸塊電極BE之前，於貫通電極TE之自鈍化膜PF露出之區域形成UBM40。UBM40包含與凸塊電極BE電性及物理連接優異之材料。UBM40之形成方法可使用非電解鍍敷法。凸塊電極BE之形成方法可使用搭載焊球之方法或印刷法。
繼而，經由光學接著劑將玻璃基板30接著於半導體光檢測元件10(參照圖16)。藉此，玻璃基板30與半導體光檢測元件10光學性地連接。玻璃基板30亦與半導體基板1N同樣地以包含複數個玻璃基板30之玻璃基板母材之態樣準備。將玻璃基板30與半導體光檢測元件10接著之步驟亦可於將絕緣層L3形成於半導體基板1N之後實施。
繼而，藉由切割而切斷包含玻璃基板30(玻璃基板母材)及半導體光檢測元件10(半導體晶圓)之積層體。藉此，半導體基板1N之側面1Nc與玻璃基板30之側面30c為同一平面。
繼而，將對向配置有玻璃基板30之半導體光檢測元件10與另外準備之搭載基板20凸塊連接(參照圖17)。藉由該等過程，而獲得光檢測裝置1。於搭載基板20之主面20a側，於與電極E9對應之位置形成有凸塊電極BE。
如以上般，於本實施形態中，因半導體光檢測元件10將光電二極體陣列PDA作為一個通道且具有複數個通道，故可實現已達成大面積化之光檢測裝置1。
於光檢測裝置1中，於半導體光檢測元件10之半導體基板1N，與信號線TL電性連接且自主面1Na側貫通至主面1Nb側為止之貫通電極TE係針對每個通道而形成，且半導體光檢測元件10之貫通電極TE與搭載基板20之電極E9經由凸塊電極BE而電性連接。藉此，可使用以自各通道導引信號之配線之距離極短，並且可使其值無差別而一致。因此，配線所具有之電阻及電容之影響明顯得到抑制，時間解析力提高。
光檢測裝置1包括配置於半導體基板1N之主面1Na側之玻璃基板30。藉此，可藉由玻璃基板30而提高半導體基板1N之機械強度。半導體基板1N之側面1Nc與玻璃基板30之側面30c為同一平面。藉此，可減少無效空間。
玻璃基板30之主面30b為平坦。藉此，可極其容易地進行閃爍器對玻璃基板30之設置。
貫通電極TE位於各通道之中央區域。藉此，可於各通道，縮短自各雪崩光電二極體APD至貫通電極TE為止之配線距離。
半導體光檢測元件10包含配置於半導體基板1N之主面1Na側且將信號線TL與貫通電極TE連接之電極E3。藉此，可將信號線TL與貫通電極TE確實地電性連接。
以上，對本發明之較佳之實施形態進行了說明，但本發明未必限定於上述實施形態，可於不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。
貫通電極TE亦可如圖18及圖19所示，位於各通道(光電二極體陣列PDA)間之區域。於該情形時，可防止於各通道之開口率之降低。於圖18及圖19中，為使結構明確化，而省略圖2所示之絕緣層L1之記 載。
凸塊電極BE亦可如圖20及圖21所示，配置於貫通孔TH之外側。於圖20及圖21所示之例中，相對於一個貫通電極TE形成有複數個凸塊電極(於本例中為4個凸塊電極)BE。凸塊電極BE配置於與貫通電極TE連續且配置於半導體基板1N之主面1Nb側之電極部分上。於圖21中，為使結構明確化，而省略圖2所示之鈍化膜PF之記載。
第一及第二半導體區域1PA、1PB之形狀並不限定於上述形狀，亦可為其他形狀(例如圓形狀等)。雪崩光電二極體APD(第二半導體區域1PB)之數量(列數及行數)及排列並不限定於上述者。又，通道(光電二極體陣列PDA)之數量或排列亦不限定於上述者。
產業上之可利用性
本發明可利用於檢測微弱光之光檢測裝置。
1N‧‧‧半導體基板
1Na‧‧‧主面
1Nb‧‧‧主面
1Nc‧‧‧側面
1PA‧‧‧第一半導體區域
1PB‧‧‧第二半導體區域
1PC‧‧‧N型(第一導電型)半導體區域
10‧‧‧半導體光檢測元件
20‧‧‧搭載基板
20a‧‧‧主面
20b‧‧‧主面
30‧‧‧玻璃基板
30a‧‧‧主面
30b‧‧‧主面
30c‧‧‧側面
40‧‧‧UBM
APD‧‧‧雪崩光電二極體
BE‧‧‧凸塊電極
E3‧‧‧電極
E9‧‧‧電極
L1‧‧‧絕緣層
L2‧‧‧絕緣層
L3‧‧‧絕緣層
PDA‧‧‧光電二極體陣列
PF‧‧‧鈍化膜
SP‧‧‧信號處理部
TE‧‧‧貫通電極
TH‧‧‧貫通孔
TL‧‧‧信號線

Claims (8)

  1. 一種光檢測裝置，其包括：半導體光檢測元件，其具有包含相互對向之第一及第二主面之半導體基板；以及搭載基板，其與上述半導體光檢測元件對向配置，並且包含與上述半導體基板之上述第二主面對向之第三主面及與該第三主面對向之第四主面；且上述半導體光檢測元件係包含複數個光電二極體陣列，該等光電二極體陣列係包含以蓋革模式動作並且形成於上述半導體基板內之複數個雪崩光電二極體、相對於各上述雪崩光電二極體串列連接並且配置於上述半導體基板之第一主面側之滅弧電阻、及並列地連接上述滅弧電阻並且配置於上述半導體基板之上述第一主面側之信號線；且於上述半導體基板中，形成有與對應的上述光電二極體陣列之上述信號線電性連接且自上述第一主面側貫通至上述第二主面側為止之複數個貫通電極；上述貫通電極與配置於上述搭載基板之上述第三主面側的第一電極經由凸塊電極而電性連接。
  2. 如請求項1之光檢測裝置，其中更包括玻璃基板，其配置於上述半導體基板之上述第一主面側且包含與上述半導體基板之上述第一主面對向之第五主面及與該第五主面對向之第六主面；且上述半導體基板之側面與上述玻璃基板之側面為同一平面。
  3. 如請求項2之光檢測裝置，其中上述玻璃基板之上述第六主面為平坦。
  4. 如請求項1至3中任一項之光檢測裝置，其中上述貫通電極位於 形成有上述複數個雪崩光電二極體的區域之中央區域。
  5. 如請求項1至3中任一項之光檢測裝置，其中上述貫通電極位於形成有上述複數個雪崩光電二極體的區域間之區域。
  6. 如請求項1至3中任一項之光檢測裝置，其中上述半導體光檢測元件更包含配置於上述半導體基板之上述第一主面側且將上述信號線與上述貫通電極連接之第二電極。
  7. 如請求項4之光檢測裝置，其中上述半導體光檢測元件更包含配置於上述半導體基板之上述第一主面側且將上述信號線與上述貫通電極連接之第二電極。
  8. 如請求項5之光檢測裝置，其中上述半導體光檢測元件更包含配置於上述半導體基板之上述第一主面側且將上述信號線與上述貫通電極連接之第二電極。
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Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5832852B2 (ja) 2011-10-21 2015-12-16 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5791461B2 (ja) 2011-10-21 2015-10-07 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5926921B2 (ja) * 2011-10-21 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
DE102012220416A1 (de) * 2012-11-09 2014-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Fotoempfänger mit einer Vielzahl von Fotozellen und Durchkontaktierungen sowie Verfahren zu dessen Herstellung
JP6068955B2 (ja) * 2012-11-28 2017-01-25 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ
JP5925711B2 (ja) 2013-02-20 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 検出器、ｐｅｔ装置及びｘ線ｃｔ装置
EP3164683B1 (en) * 2014-07-02 2023-02-22 The John Hopkins University Photodetection circuit
CN104576808B (zh) * 2014-08-12 2016-06-15 深圳市芯思杰联邦国际科技发展有限公司 带载体的高速雪崩光电探测器芯片及其制作方法
JP6570844B2 (ja) * 2015-02-26 2019-09-04 株式会社東芝 光検出器、その製造方法、放射線検出器、および放射線検出装置
JP6552850B2 (ja) * 2015-03-16 2019-07-31 株式会社東芝 光検出装置
JP6663167B2 (ja) * 2015-03-18 2020-03-11 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP6742988B2 (ja) 2015-03-31 2020-08-19 浜松ホトニクス株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP5927334B2 (ja) * 2015-10-28 2016-06-01 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
TWI702655B (zh) * 2016-04-13 2020-08-21 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
JP6649207B2 (ja) * 2016-08-26 2020-02-19 株式会社東芝 受光装置
US11183608B2 (en) 2016-11-11 2021-11-23 Hamamatsu Photonics K.K. Photodetecting device with weak light signal detection and low power consumption
CN109923383B (zh) * 2016-11-11 2021-07-27 浜松光子学株式会社 光检测装置
JP2018148183A (ja) * 2017-03-09 2018-09-20 株式会社東芝 光検出器および放射線検出器
JP6938239B2 (ja) * 2017-06-23 2021-09-22 浜松ホトニクス株式会社 光検出器及び光検出装置
US10651240B2 (en) * 2017-10-11 2020-05-12 Michael Bardash Solid state tissue equivalent detector with gate electrodes
EP4230974B1 (en) * 2018-01-26 2025-04-30 Hamamatsu Photonics K.K. Photodetector device
JP6878338B2 (ja) 2018-03-14 2021-05-26 株式会社東芝 受光装置および受光装置の製造方法
CN113167643B (zh) 2018-12-12 2024-05-28 浜松光子学株式会社 光检测装置及光检测装置的制造方法
JPWO2020121858A1 (ja) 2018-12-12 2021-11-04 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置及び光検出装置の製造方法
US12113088B2 (en) 2018-12-12 2024-10-08 Hamamatsu Photonics K.K. Light detection device
JP7454917B2 (ja) 2018-12-12 2024-03-25 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP7337517B2 (ja) 2019-03-14 2023-09-04 株式会社東芝 光検出器及び距離測定装置
JP2021052130A (ja) * 2019-09-26 2021-04-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置及びその製造方法、並びに電子機器
EP4177962B1 (en) * 2020-07-03 2025-10-08 Mitsubishi Electric Corporation Infrared sensor and infrared sensor manufacturing method
JP2022126473A (ja) * 2021-02-18 2022-08-30 ソニーグループ株式会社 撮像装置およびその製造方法
CN115360251B (zh) * 2022-08-19 2024-11-29 Nano科技(北京)有限公司 基于tsv工艺的顶电极共用探测器阵列结构及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201044619A (en) * 2009-02-24 2010-12-16 Hamamatsu Photonics Kk Photodiode and photodiode array
TW201117406A (en) * 2009-06-05 2011-05-16 Hamamatsu Photonics Kk Semiconductor optical detecting element and method of manufacturing semiconductor optical detecting element

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318155A (ja) 2000-02-28 2001-11-16 Toshiba Corp 放射線検出器、およびｘ線ｃｔ装置
JP4522531B2 (ja) * 2000-04-04 2010-08-11 浜松ホトニクス株式会社 半導体エネルギー検出素子
JP4237966B2 (ja) 2002-03-08 2009-03-11 浜松ホトニクス株式会社 検出器
JP2004057507A (ja) 2002-07-29 2004-02-26 Toshiba Corp Ｘ線検出装置、貫通電極の製造方法及びｘ線断層撮影装置
WO2004019411A1 (ja) 2002-08-09 2004-03-04 Hamamatsu Photonics K.K. フォトダイオードアレイ、その製造方法、及び放射線検出器
JP4554368B2 (ja) * 2002-09-24 2010-09-29 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ及びその製造方法
JP4440554B2 (ja) * 2002-09-24 2010-03-24 浜松ホトニクス株式会社 半導体装置
JP4133429B2 (ja) * 2003-02-24 2008-08-13 浜松ホトニクス株式会社 半導体装置
JP4220808B2 (ja) * 2003-03-10 2009-02-04 浜松ホトニクス株式会社 ホトダイオードアレイおよびその製造方法並びに放射線検出器
JP4542768B2 (ja) * 2003-11-25 2010-09-15 富士フイルム株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
JP2005303258A (ja) 2004-03-16 2005-10-27 Fujikura Ltd デバイス及びその製造方法
RU2290721C2 (ru) * 2004-05-05 2006-12-27 Борис Анатольевич Долгошеин Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя
JP4443379B2 (ja) 2004-10-26 2010-03-31 三洋電機株式会社 半導体装置の製造方法
RU2411542C2 (ru) 2005-04-22 2011-02-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Цифровой кремниевый фотоумножитель для врп-пэт
GB2426575A (en) 2005-05-27 2006-11-29 Sensl Technologies Ltd Photon detector using controlled sequences of reset and discharge of a capacitor to sense photons
GB2426576A (en) 2005-05-27 2006-11-29 Sensl Technologies Ltd Light sensor module comprising a plurality of elements in a close-tiled arrangement
CN101258577A (zh) * 2005-06-10 2008-09-03 增强技术公司 高灵敏度、高分辨率的检测器装置和阵列
JP4720434B2 (ja) 2005-10-31 2011-07-13 日本ビクター株式会社 固体撮像装置
WO2008048694A2 (en) * 2006-02-01 2008-04-24 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Geiger mode avalanche photodiode
TWI615954B (zh) 2006-07-03 2018-02-21 Hamamatsu Photonics K.K. 光二極體陣列
JP4403424B2 (ja) * 2006-11-30 2010-01-27 ソニー株式会社 固体撮像装置
GB2451447B (en) 2007-07-30 2012-01-11 Sensl Technologies Ltd Light sensor
GB2451678A (en) 2007-08-10 2009-02-11 Sensl Technologies Ltd Silicon photomultiplier circuitry for minimal onset and recovery times
WO2009053912A1 (en) * 2007-10-25 2009-04-30 Nxp B.V. Semiconductor device with improved esd protection
WO2010035379A1 (ja) 2008-09-26 2010-04-01 パナソニック株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP5371381B2 (ja) 2008-11-05 2013-12-18 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US8059180B2 (en) * 2008-11-25 2011-11-15 Omnivision Technologies, Inc. Image sensors having non-uniform light shields
JP5185205B2 (ja) * 2009-02-24 2013-04-17 浜松ホトニクス株式会社 半導体光検出素子
JP2010251558A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP5297276B2 (ja) * 2009-06-18 2013-09-25 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ
JP5546806B2 (ja) 2009-06-26 2014-07-09 株式会社東芝 核医学イメージング装置
US8476571B2 (en) 2009-12-22 2013-07-02 Siemens Aktiengesellschaft SiPM photosensor with early signal digitization
US8860166B2 (en) 2010-03-23 2014-10-14 Stmicroelectronics S.R.L. Photo detector array of geiger mode avalanche photodiodes for computed tomography systems
JP5562207B2 (ja) * 2010-10-29 2014-07-30 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ
JP5926921B2 (ja) 2011-10-21 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5832852B2 (ja) 2011-10-21 2015-12-16 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5791461B2 (ja) * 2011-10-21 2015-10-07 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201044619A (en) * 2009-02-24 2010-12-16 Hamamatsu Photonics Kk Photodiode and photodiode array
TW201117406A (en) * 2009-06-05 2011-05-16 Hamamatsu Photonics Kk Semiconductor optical detecting element and method of manufacturing semiconductor optical detecting element

Also Published As

Publication number Publication date
CN103907206A (zh) 2014-07-02
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WO2013058002A1 (ja) 2013-04-25
US9825071B2 (en) 2017-11-21
US8969990B2 (en) 2015-03-03
TW201635504A (zh) 2016-10-01
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CN105679777A (zh) 2016-06-15
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JP2013089917A (ja) 2013-05-13
CN105679777B (zh) 2018-11-27
US20150137298A1 (en) 2015-05-21
US9425224B2 (en) 2016-08-23
US20160322405A1 (en) 2016-11-03
TW201318153A (zh) 2013-05-01
TW201717369A (zh) 2017-05-16
DE202012013199U1 (de) 2015-05-15
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TWI549270B (zh) 2016-09-11

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