(57)【要約】【課題】赤外線の受光感度および解像度を向上させることができる固体撮像装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る固体撮像装置１０は、半導体基板１３、反射体１７、および半田ボール２０、を具備する。半導体基板１３は、表面にフォトダイオードを含む感光領域を有し、その裏面は鏡面仕上げされている。反射体１７は、半導体基板１３の裏面上に形成されており、感光領域に入射された赤外線を反射する。半田ボール２０は、感光領域に電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にフォトダイオードを含む感光領域を有し、裏面が鏡面仕上げされた半導体基板と、
この半導体基板の表面上において、前記感光領域の少なくとも周囲に形成された接着剤と、
この接着剤を介して、前記半導体基板上に形成された透明部材と、
前記半導体基板を貫通する貫通孔内に形成され、前記感光領域に電気的に接続された導電体と、
前記半導体基板の裏面上に銅により形成され、前記感光領域に入射された赤外線を反射する反射体と、
前記半導体基板の裏面上において、前記反射体の周囲に配置され、前記導電体に接続されるように形成された、銅からなる配線と、
この配線上に形成された外部電極と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
表面にフォトダイオードを含む感光領域を有し、裏面が鏡面仕上げされた半導体基板と、
この半導体基板の裏面上に形成され、前記感光領域に入射された赤外線を反射する反射体と、
前記感光領域に電気的に接続された外部電極と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記半導体基板の表面上に形成された接着剤と、
この接着剤を介して、前記半導体基板上に形成された透明部材と、
前記半導体基板を貫通する貫通孔内に形成され、前記感光領域に電気的に接続された導電体と、
前記半導体基板の裏面上において、前記反射体の周囲に配置され、前記導電体に接続されるように形成された配線と、
をさらに具備し、
前記外部電極は、前記配線上に形成されることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記接着剤は、前記半導体基板の表面上において、前記感光領域の周囲に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記接着剤は、前記感光領域を含む前記半導体基板の表面全面に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記反射体と、前記配線とは、同一材料により形成されたものであることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記反射体と、前記配線とは、銅により形成されたものであることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
表面にフォトダイオードを含む感光領域を有する半導体基板の表面上において、表面にフォトダイオードを含む感光領域を有する半導体基板の前記表面全面に接着剤を形成する工程と、
この接着剤を介して前記半導体基板上に透明部材を固定する工程と、
前記半導体基板が前記透明部材に固定された状態で、前記半導体基板を裏面から薄型化し、前記半導体基板の裏面を鏡面仕上げする工程と、
薄型化し、かつ裏面を鏡面仕上げした前記半導体基板の所定位置に、この半導体基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面上に、前記感光領域に入射された赤外線を反射する、銅からなる反射体を形成する工程と、
この反射体を形成する工程と同時に、前記半導体基板の前記貫通孔の内部に、前記感光領域に電気的に接続されるように導電体を形成するとともに、前記半導体基板の裏面上において、前記反射体の周囲に、前記導電体に接続されるように、銅からなる配線を形成する工程と、
この配線上に外部電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
表面にフォトダイオードを含む感光領域を有する半導体基板を裏面から薄型化し、前記半導体基板の裏面を鏡面仕上げする工程と、
薄型化し、かつ裏面を鏡面仕上げした前記半導体基板の裏面上に、前記感光領域に入射された赤外線を反射する反射体を形成する工程と、
前記感光領域に電気的に接続されるように外部電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基板を薄型化する工程の前に、
前記半導体基板の表面上に接着剤を形成する工程と、
この接着剤を介して、前記半導体基板上に透明部材を固定する工程と、
を具備し、
前記半導体基板を薄型化し、裏面を鏡面仕上げする工程は、前記透明部材によって前記半導体基板を固定した状態で、この半導体基板を裏面から薄型化し、前記半導体基板の裏面を鏡面仕上げする工程であるとともに、
前記外部電極を形成する工程の前に、
薄型化し、かつ裏面を鏡面仕上げした前記半導体基板の所定位置に、この半導体基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記半導体基板の前記貫通孔の内部に、前記感光領域に電気的に接続されるように導電体を形成するとともに、前記半導体基板の裏面上において、前記反射体の周囲に、前記導電体に接続されるように配線を形成する工程と、
を具備し、
この配線上に、前記外部電極を形成する工程であることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記接着剤を形成する工程は、前記半導体基板の表面上において、前記感光領域の周囲に前記接着剤を形成する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記接着剤を形成する工程は、前記感光領域を含む前記半導体基板の表面全面に前記接着剤を形成する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記反射体を形成する工程と、前記配線を形成する工程とは、同時に行われることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記反射体および前記配線は、銅により形成することを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線を受光する従来の固体撮像装置（以下、従来の赤外線センサと称する）は、赤外線を主に半導体基板の深部において受光して光電変換し、これにより発生した電荷を、半導体基板の表面に形成されたフォトダイオードに収集する。しかし、電荷は、主に半導体基板の深部において発生するため、赤外線を受光することにより発生した大多数の電荷は、フォトダイオードに到達する前に再結合により消滅する。従って、赤外線を受光しても、これによって発生する電荷はフォトダイオードに収集され難い。このことが、赤外線センサの受光感度を劣化させる要因となっていた。
【０００３】
さらに、半導体基板の深部には電界が掛かっていないため、発生したキャリアは等方的に拡散する。従って、半導体基板において赤外線を受光することにより発生した電荷は、所定のフォトダイオードに到達せず、そのフォトダイオードの周辺の他のフォトダイオードに収集される。このことが、赤外線センサの解像度を劣化させる要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７４３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、赤外線の受光感度および解像度を向上させることができる固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板、反射体、および外部電極、を具備する。前記半導体基板は、表面にフォトダイオードを含む感光領域を有し、その裏面は鏡面仕上げされている。前記反射体は、前記半導体基板の裏面上に形成されており、前記感光領域に入射された赤外線を反射する。前記外部電極は、前記感光領域に電気的に接続されている。
【０００７】
また、実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板を薄型化し、前記半導体基板の裏面を鏡面仕上げする工程、赤外線を反射する反射体を形成する工程、および外部電極を形成する工程、を具備する。前記半導体基板を薄型化し、前記半導体基板の裏面を鏡面仕上げする工程は、表面にフォトダイオードを含む感光領域を有する半導体基板を裏面から薄型化し、前記半導体基板の裏面を鏡面仕上げする工程である。前記反射体を形成する工程は、薄型化し、かつ裏面を鏡面仕上げした前記半導体基板の裏面上に、前記感光領域に入射された赤外線を反射する反射体を形成する工程である。前記外部電極を形成する工程は、前記感光領域に電気的に接続されるように外部電極を形成する工程である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。
【図２】図１の固体撮像装置に適用される半導体基板の一部を裏面側から見た平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図であって、半導体ウエハ上に、ウエハ形状の透明部材を固定する工程を示す。
【図４】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図であって、半導体ウエハを薄型化する工程を示す。
【図５】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図であって、薄型化された半導体ウエハに貫通孔を形成する工程を示す。
【図６】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図であって、半導体ウエハの裏面に反射体および配線を形成する工程を示す。
【図７】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図であって、外部電極を形成する工程を示す。
【図８】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図であって、複数の固体撮像装置を個片化する工程を示す。
【図９】第１の実施形態に係る固体撮像装置に適用される半導体基板の一部を拡大して示す断面図である。
【図１０】シリコンに照射される光の波長と、シリコンの光の吸収係数と、の関係を示すグラフである。
【図１１】シリコンに照射される光の波長と、その光の強度が１／ｅに減衰する深さと、の関係を示すグラフである。
【図１２】実際に製造した固体撮像装置の相対感度と、シミュレーションによる固体撮像装置の相対感度と、を比較して示すグラフである。
【図１３】キャリアの拡散長を３０μｍとした場合における従来の固体撮像装置において、装置に入射される光の波長と相対感度との関係を、半導体基板の厚さ毎に示すシミュレーション結果である。
【図１４】キャリアの拡散長を２０μｍとした場合における従来の固体撮像装置において、装置に入射される光の波長と相対感度との関係を、半導体基板の厚さ毎に示すシミュレーション結果である。
【図１５】キャリアの拡散長を３０μｍとした場合における本実施形態に係る固体撮像装置において、装置に入射される光の波長と相対感度との関係を、半導体基板の厚さ毎に示すシミュレーション結果である。
【図１６】キャリアの拡散長を２０μｍとした場合における本実施形態に係る固体撮像装置において、装置に入射される光の波長と相対感度との関係を、半導体基板の厚さ毎に示すシミュレーション結果である。
【図１７】拡散長が３０μｍの場合における従来の固体撮像装置の相対感度と、本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度と、比較して示すグラフである。
【図１８】拡散長が２０μｍの場合における従来の固体撮像装置の相対感度と、本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度と、比較して示すグラフである。
【図１９】第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す、図１に相当する断面図である。
【図２０】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図であって、半導体ウエハ上に、ウエハ形状の透明部材を固定する工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する固体撮像装置は、赤外線を受光する赤外線センサである。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。図１に示す固体撮像装置１０は、赤外線センサ基板１１と、透明部材１２と、を有する。
【００１１】
赤外線センサ基板１１は、薄型化された半導体基板１３を有する。半導体基板１３は、例えばｎ型のシリコン基板であり、その裏面は鏡面仕上げされている。
【００１２】
半導体基板１３の表面には、感光領域（図示せず）が形成されている。感光領域は、例えばｎ型の複数のフォトダイオード（図示せず）および複数のマイクロレンズ１４が格子状に配列された領域である。なお、複数のフォトダイオードは、半導体基板１３の表面に形成されたｐ型のウェル層（図示せず）の表面に形成される。
【００１３】
また、半導体基板１３の表面上において、感光領域の周囲、すなわち格子状に配列された複数のマイクロレンズ１４の周囲には、感光領域に電気的に接続されたボンディングパッド１５が形成されている。そして、ボンディングパッド１５下には、半導体基板１３を貫通する貫通孔１６が形成されている。
【００１４】
半導体基板１３の裏面上には、赤外線を反射する反射体１７および複数の配線１８が形成されている。反射体１７は、半導体基板１３の裏面上において、感光領域に対応する領域を含むように形成されている。複数の配線１８は、半導体基板１３の裏面上において、反射体１７の周囲に形成されている。
【００１５】
図２は、半導体基板１３を裏面側から見た平面図である。図２に示すように、反射体１７は、例えば四角形状の金属からなり、このような反射体１７が、上述のように感光領域に対応する領域を含むように形成されている。
【００１６】
なお、反射体１７は、赤外線を反射する性質を有する材料であれば、如何なる材料により形成されたものであってもよく、例えばＣｕ等の金属からなる。
【００１７】
この反射体１７および半導体基板１３の鏡面仕上げされた裏面によって、赤外線を反射する反射部が形成される。反射部は、半導体基板１３の表面の感光領域に入射される赤外線を反射するとともに、半導体基板１３の裏面側に照射される赤外線を反射する。従って、反射部は、半導体基板１３の表面側から入射される赤外線に対してミラーとして機能し、半導体基板１３の裏面側に照射される赤外線に対して遮光体として機能する。
【００１８】
図２に示すように、それぞれの配線１８は、例えば反射体１７より小さい四角形状の金属からなり、このような複数の配線１８が、上述のように反射体１７の周囲に形成されている。
【００１９】
また、図１に示すように、これらの配線１８のそれぞれは、貫通孔１６内に形成された導電体１９を介してボンディングパッド１５に電気的に接続されている。
【００２０】
なお、配線１８および導電体１９は、導電性の材料であれば、如何なる材料により形成されたものであってもよく、例えばＣｕ等の金属からなる。例えば上述の反射体１７、配線１８、および導電体１９が、例えばＣｕ等の同一の材料により形成される場合、これらを一度の製造工程により形成することができる。従って、反射体１７、配線１８および導電体１９は、同一の材料により形成されることが好ましい。
【００２１】
図１に示すように、複数の配線１８上にはそれぞれ、外部電極２０が形成されている。複数の外部電極２０のそれぞれは、例えば半田ボールである。
【００２２】
このような赤外線センサ基板１１において、半導体基板１３は、感光領域に入射された赤外線の大部分が、半導体基板１３の裏面側に設けられた反射部において反射する程度に薄型化されたものである。例えば半導体基板１３は、２０μｍ程度に薄型化されている。
【００２３】
このような半導体基板１３を有する赤外線センサ基板１１上には、透明部材１２が配置されており、接着剤２１によって固定されている。接着剤２１は、半導体基板１３の表面において、感光領域の周囲、すなわち格子状に配列された複数のマイクロレンズ１４の周囲に形成されている。透明部材１２は、この接着剤２１を介して、半導体基板１３上に固定されている。透明部材１２は、薄い半導体基板１３を支持するためのものである。透明部材１２は、例えばガラスである。
【００２４】
このように赤外線センサ基板１１上に透明部材１２を配置、固定することにより、感光領域上には、接着剤２１および透明部材１２により囲まれた中空領域２２が形成される。これにより、マイクロレンズ１４による、入射光のフォトダイオードへの集光性が向上する。
【００２５】
以上に説明した固体撮像装置１０のように、半導体基板１３に貫通孔１６を形成する構造は、一般にＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉ  Ｖｉａ）と称し、ＴＳＶ構造を採用した固体撮像装置をＴＳＶ-Ｃｈｉｐと称する。従って、上述の固体撮像装置１０は、ＴＳＶ-Ｃｈｉｐである。
【００２６】
次に、図３乃至図８を参照して、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。図３乃至図８は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１に対応する断面図である。
【００２７】
なお、以下に説明する固体撮像装置１０の製造方法は、全ての工程をウエハ状態にて実行し、最後に複数形成した固体撮像装置１０を個片化することによって、複数の固体撮像装置１０を一括形成する方法である。従って、以下の説明において、上述の半導体基板１３を半導体ウエハ１３と称し、上述の透明部材１２を透明性を有するウエハ１２と称する。
【００２８】
まず、図３に示すように、所定領域に格子状に複数の感光領域、およびボンディングパッド１５が形成された半導体ウエハ１３上に接着剤２１を形成し、この接着剤２１によって、半導体ウエハ１３上に透明性を有するウエハ１２を固定する。接着剤２１は、各感光領域、すなわち複数のマイクロレンズ１４の周囲に形成されるように、例えばパターニング等の方法により形成する。
【００２９】
次に、図４に示すように、半導体ウエハ１３を裏面から薄型化し、半導体ウエハ１３の裏面を鏡面仕上げする。半導体ウエハ１３の薄型化および鏡面仕上げは、半導体ウエハ１３が所定の厚み、例えば２０μｍの厚みになるまで行われる。半導体ウエハ１３の薄型化は、エッチング、研削等の方法により行われ、半導体ウエハ１３の裏面の鏡面仕上げは、例えばＣＭＰ法によって行われる。
【００３０】
次に、図５に示すように、薄型化され、裏面が鏡面仕上げされた半導体ウエハ１３の各所定位置にそれぞれ貫通孔１６を形成する。各貫通孔１６は、対応するボンディングパッド１５の少なくとも一部が、半導体ウエハ１３の裏面側に露出するように形成する。
【００３１】
次に、図６に示すように、半導体ウエハ１３の貫通孔１６内に、貫通孔１６を埋めるように導電体１９を形成するとともに、半導体ウエハ１３の裏面上に、反射体１７および配線１８を形成する。導電体１９は、例えば半導体ウエハ１３の裏面全面に、金属等の導体を蒸着することにより形成される。また、反射体１７および配線１８は、例えば、上述のように半導体ウエハ１３の裏面に蒸着によって形成された金属膜をパターニングすることにより形成される。
【００３２】
導電体１９、反射体１７、および配線１８を同一材料により形成すれば、これらを一度の工程で形成することができるため、製造工程数を減少させることができる。しかし、これらを、互いに異なる材料により、それぞれ別工程にて形成してもよい。
【００３３】
次に、図７に示すように、各配線１８上に、外部電極２０として、例えば半田ボールを形成する。これによって、一枚の半導体ウエハ１３に、複数の固体撮像装置１０が形成される。
【００３４】
最後に、図８に示すように、各固体撮像装置１０間をダイシングすることにより、複数の固体撮像装置１０を個片化する。
【００３５】
次に、このようにして製造された固体撮像装置１０の作用および効果を、図９、図１０、および図１１を参照して説明する。
【００３６】
図９は、本実施形態に係る固体撮像装置１０に適用される半導体基板１３の一部を拡大して示す断面図である。図９に示すように、半導体基板１３の表面側から、感光領域に、波長０．８μｍ以上の赤外線Ｌｒが入射されると、入射された赤外線Ｌｒは、半導体基板１３の内部に侵入する。半導体基板１３の内部に侵入した赤外線Ｌｒは、半導体基板１３にエネルギーとして吸収され、その吸収量に応じてキャリア（電子）を放出しながら、半導体基板１３の深部へと進行する。すなわち、赤外線Ｌｒが半導体基板１３に入射されると、赤外線Ｌｒは、光電変換されながら半導体基板１３の深部方向に進行する。
【００３７】
図１０は、シリコンに照射される光の波長と、シリコンの光の吸収係数と、の関係を示すグラフである。図１１は、シリコンに照射される光の波長と、その光の強度が１／ｅに減衰する深さと、の関係を示すグラフである。
【００３８】
図１０に示すように、半導体基板１３がシリコンである場合において、波長０．８μｍ以上の赤外線の吸収係数は１．０×１０３ｃｍ−１以下であり、波長０．４μｍ以上０．７μｍ以下の可視光の吸収係数と比較して、非常に小さい。従って、図１１に示すように、可視光は、深さ１０（μｍ）以下の浅い領域、すなわち半導体基板１３の表面領域において、その強度が１／ｅまで減衰する。これに対して、赤外線は、深さ１０（μｍ）以上の深い領域において、強度が１／ｅまで減衰する。
【００３９】
このように、可視光は、主に半導体基板１３の表面領域で光電変換されるが、赤外線は、主に半導体基板１３の深部において光電変換される。従って、図９に示すように、赤外線Ｌｒが半導体基板１３に入射されると、赤外線Ｌｒは、その僅かな一部のみが光電変換されながら半導体基板１３の深部方向に進行する。
【００４０】
図９に示すように、赤外線Ｌｒがシリコンからなる半導体基板１３に入射されると、図１０および図１１に示すように、赤外線Ｌｒは、ほとんど光電変換されずに半導体基板１３の深部方向に進行する。ここで、半導体基板１３は、半導体基板１３に入射される赤外線Ｌｒの大部分が、反射体１７および半導体基板１３の鏡面仕上げされた裏面を含む反射部において反射される程度に薄型化されているため、図９に示すように、赤外線Ｌｒの大部分が光電変換される前に、反射部において反射される。
【００４１】
図１０および図１１に示すように、赤外線Ｌｒの大部分は、シリコンからなる半導体基板１３に入射された後、所定の距離を進行した後に光電変換される。従って、図９に示すように、赤外線Ｌｒが半導体基板１３に入射されると、その大部分は反射部によって反射された後、半導体基板１３の表面方向に進行しながら光電変換される。これにより、赤外線Ｌｒが光電変換されることによって発生するキャリア（電子）を、従来より半導体基板の表面側において発生させることができる。これにより、キャリア（電子）を、所定のフォトダイオード２３に、キャリア（電子）が再結合する前に容易に収集することができる。従って、固体撮像装置の赤外線の受光感度および解像度を、従来より向上させることができる。
【００４２】
特に、本実施形態に係る固体撮像装置１０によって受光感度が向上することについては、発明者等によるシミュレーションにより確かめられた。以下に、シミュレーション結果について説明する。
【００４３】
まず、固体撮像装置の感度に関するシミュレーション結果の妥当性を検証するために、以下のシミュレーションを行った。
【００４４】
図１２は、実際に製造した固体撮像装置の相対感度と、シミュレーションによる固体撮像装置の相対感度と、を比較して示すグラフである。同図の横軸は入射される光の波長を示し、縦軸は固体撮像装置の相対感度を示す。
【００４５】
図１２において比較される両固体撮像装置は、ｎ型の半導体基板にｐ型のウェルを形成し、このウェルの表面に、ｎ型のフォトダイオードを形成したものである。なお、ウェルの拡散条件は１２００℃×１５Ｈｒ程度であり、ウェルの不純物濃度の変化点は、半導体基板表面から深さ５．５μｍの位置である。シミュレーションにおいて、ウェルの不純物濃度の変化点（＝５．５μｍ）以下の深部で発生したキャリアは、フォトダイオードに収集されない、とした。
【００４６】
図１２に示すように、実際に製造された固体撮像装置の相対感度と、シミュレーション結果とは、ほぼ一致した。このことから、以下に示す、固体撮像装置の受光感度に関するシミュレーション結果は妥当な結果を示し、実際に製造された固体撮像装置の受光感度にほぼ一致すると判断することができる。
【００４７】
本願発明者等は、キャリアの拡散長を３０μｍまたは２０μｍとした場合における、従来の固体撮像装置および本実施形態に係る固体撮像装置の受光感度について、シミュレーションを行った。
【００４８】
まず、キャリアの拡散長を３０μｍまたは２０μｍとした場合における従来の固体撮像装置の受光感度についてシミュレーションを行った。
【００４９】
図１３は、キャリアの拡散長を３０μｍとした場合における従来の固体撮像装置の相対感度と、この装置に入射される光の波長と、の関係を、半導体基板の厚さ（＝２μｍ、４μｍ、８μｍ、１２μｍ、１６μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ）毎に示すシミュレーション結果であり、同図の横軸は入射される光の波長を示し、縦軸は固体撮像装置の相対感度を示す。
【００５０】
図１３に示すように、従来の固体撮像装置の相対感度は、半導体基板が厚いほど高くなり、従来の固体撮像装置のピーク感度は、半導体基板が厚いほど長波長側に移動していた。
【００５１】
この図１３において、半導体基板の厚さが２μｍ、４μｍ、８μｍ、１２μｍの場合（これ以上の深さではキヤリアが発生しない場合）における可視光の波長域（０．４〜０．７μｍ）内の従来の固体撮像装置の相対感度は、半導体基板の厚さの変化に対して、大きな差が生じた。これに対して、半導体基板の厚さが１６μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ）の場合における可視光の波長域内の従来の固体撮像装置の相対感度は、半導体基板の厚さの変化に対して、ほとんど差が生じなかった。この結果は、可視光が主に半導体基板の表面において光電変換されることを示す。
【００５２】
しかし、半導体基板の厚さが１６μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ）の場合であっても、赤外線の波長域（０．８μｍ以上）における固体撮像装置の相対感度は、半導体基板の厚さの変化に対して僅かに差が生じており、半導体基板が厚いほど、相対感度が高くなった。この結果は、赤外線は、主に半導体基板の深部において光電変換されることを示す。しかしながら、深部において発生したキャリアほど、再結合により消滅する確率が高くなる。従って、赤外線の波長域（０．８μｍ以上）における固体撮像装置の相対感度は、半導体基板の厚さに僅かに影響される程度となった。
【００５３】
図１４は、キャリアの拡散長を２０μｍとした場合における従来の固体撮像装置の相対感度と、この装置に入射される光の波長と、の関係を、半導体基板の厚さ（＝２μｍ、４μｍ、８μｍ、１２μｍ、１６μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ）毎に示すシミュレーション結果であり、同図の横軸は入射される光の波長を示し、縦軸は固体撮像装置の相対感度を示す。
【００５４】
図１４に示すように、キャリアの拡散長が２０μｍの場合における従来の固体撮像装置の相対感度の波長依存性は、図１３に示す固体撮像装置の相対感度の波長依存性にほぼ一致した結果となった。
【００５５】
しかし、全波長域において、キャリアの拡散長が２０μｍの場合における従来の固体撮像装置の相対感度は、キャリアの拡散長が３０μｍの場合における従来の固体撮像装置の相対感度（図１３）より低下していた。この結果は、キャリアの拡散長が短い場合、半導体基板内で発生したキャリアが再結合により消滅する確率が高く、フォトダイオードに到達し難いことを示す。
【００５６】
さらに、半導体基板の厚さが１６μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ）の場合において、キャリアの拡散長が２０μｍの場合における従来の固体撮像装置の赤外線の波長域（０．８μｍ以上）の相対感度は、キャリアの拡散長が３０μｍの場合における従来の固体撮像装置の相対感度と比較して、半導体基板の厚さに影響され難くなった。これも、キャリアの拡散長が短いために生じたと考えられる。
【００５７】
次に、キャリアの拡散長を３０μｍまたは２０μｍとした場合における本実施形態に係る固体撮像装置の受光感度についてシミュレーションを行った。
【００５８】
図１５は、キャリアの拡散長を３０μｍとした場合における本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度と、この装置に入射される光の波長と、の関係を、半導体基板の厚さ（＝１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ）毎に示すシミュレーション結果であり、同図の横軸は入射される光の波長を示し、縦軸は固体撮像装置の相対感度を示す。
【００５９】
なお、本実施形態に係る半導体基板１３は、この裏面に赤外線を反射する反射部を有するものである。従って、本実施形態に係る固体撮像装置１０における半導体基板１３の厚さは、従来の固体撮像装置における半導体基板の厚さの半分に実効的に等しい。すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置１０における半導体基板１３の厚さ１０μｍ、１５μｍ、２０μｍは、従来の固体撮像装置における半導体基板の厚さ２０μｍ、３０μｍ、４０μｍにそれぞれ実効的に等しい。
【００６０】
図１５に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度は、半導体基板が厚いほど高くなり、固体撮像装置のピーク感度は、半導体基板が厚いほど長波長側に移動していた。この傾向は、図１３に示すように、従来の固体撮像装置の相対感度の傾向と同様である。
【００６１】
図１５において、赤外線の波長域（０．８μｍ以上）における本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度は、同一波長域における従来の固体撮像装置の相対感度（図１３）と比較して高くなっており、半導体基板の厚さの変化に対する感度差が大きくなった。
【００６２】
例えば波長１．０μｍにおける本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度は、半導体基板の厚さ２０μｍ（すなわち、実効的な厚さ４０μｍ）の場合に０．２６程度であるのに対し、同一波長における従来の固体撮像装置の相対感度は、図１３に示すように、半導体基板の厚さ４０μｍの場合に０．２程度であった。また、波長１．０μｍにおける本実施形態に係る固体撮像装置の感度差は、半導体基板の厚さ１０μｍの変化（すなわち、実効的に２０μｍの変化）に対して、およそ１．０程度であるのに対し、同一波長における従来の固体撮像装置の感度差は、図１３に示すように、半導体基板の厚さ２０μｍの変化に対して、およそ０．５程度であった。
【００６３】
この結果は、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、赤外線の大部分を反射部で反射し、半導体基板１３の表面付近で光電変換することを示す。
【００６４】
図１６は、キャリアの拡散長を２０μｍとした場合における本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度と、この装置に入射される光の波長と、の関係を、半導体基板の厚さ（＝１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ）毎に示すシミュレーション結果であり、同図の横軸は入射される光の波長を示し、縦軸は固体撮像装置の相対感度を示す。
【００６５】
図１６に示すように、キャリアの拡散長が２０μｍの場合における本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度の波長依存性は、図１５に示す固体撮像装置の相対感度の波長依存性とほぼ同様の傾向を示す結果となった。すなわち、赤外線の波長域（０．８μｍ以上）における本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度は、同一波長域における従来の固体撮像装置の相対感度（図１４）と比較して高くなっており、半導体基板の厚さの変化に対する感度差が大きくなった。
【００６６】
例えば波長１．０μｍにおける本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度は、半導体基板の厚さ２０μｍ（すなわち、実効的な厚さ４０μｍ）の場合に０．２３程度であるのに対し、同一波長における従来の固体撮像装置の相対感度は、図１４に示すように、半導体基板の厚さ４０μｍの場合に０．１６程度であった。また、波長１．０μｍにおける本実施形態に係る固体撮像装置の感度差は、半導体基板の厚さ１０μｍの変化（すなわち、実効的に２０μｍの変化）に対して、およそ１．０程度であるのに対し、同一波長における従来の固体撮像装置の感度差は、図１４に示すように、半導体基板の厚さ２０μｍの変化に対して、およそ０．４程度であった。
【００６７】
この結果も、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、赤外線の大部分を反射部で反射し、半導体基板１３の表面付近で光電変換することを示す。
【００６８】
図１７は、拡散長が３０μｍの場合における従来の固体撮像装置の相対感度と、本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度と、比較して示すグラフであり、同図の横軸は入射される光の波長を示し、縦軸は固体撮像装置の相対感度を示す。同図中には、本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度の、従来の固体撮像装置に対する改善率も示す。なお、図１７において、従来の固体撮像装置が有する半導体基板の厚さは４０μｍであり、本実施形態に係る固体撮像装置が有する半導体基板の厚さは２０μｍである。
【００６９】
図１７から明らかなように、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、従来の固体撮像装置と比較して、赤外線の相対感度が向上している。０．８μｍ以上の波長を有する赤外線において、相対感度の改善率は、５％〜３０％程度であった。
【００７０】
図１８は、拡散長が２０μｍの場合における従来の固体撮像装置の相対感度と、本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度と、比較して示すグラフであり、同図の横軸は入射される光の波長を示し、縦軸は固体撮像装置の相対感度を示す。同図中には、本実施形態に係る固体撮像装置の相対感度の、従来の固体撮像装置に対する改善率も示す。なお、図１８において、従来の固体撮像装置が有する半導体基板の厚さは４０μｍであり、本実施形態に係る固体撮像装置が有する半導体基板の厚さは２０μｍである。
【００７１】
図１８からも明らかなように、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、従来の固体撮像装置と比較して、赤外線の相対感度が向上している。０．８μｍ以上の波長を有する赤外線において、受光感度の改善率は、５％〜４５％程度であった。
【００７２】
以上に説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法によれば、入射される赤外線の大部分が反射体において反射される程度に半導体基板１３が薄型化されている。従って、本実施形態に係る固体撮像装置１０および固体撮像装置の製造方法によれば、従来より半導体基板１３の表面に近い領域でキャリアを発生させることができる。これにより、キャリアがフォトダイオードに到達する前に再結合して消滅することを抑制することができるため、従来よりキャリアをフォトダイオードに収集することが容易になる。従って、本実施形態に係る固体撮像装置１０および固体撮像装置の製造方法によれば、従来より赤外線に対する受光感度を向上させることができる。なお、このことについては、上述のシミュレーション結果からも明らかである。
【００７３】
さらに、本実施形態に係る固体撮像装置１０および固体撮像装置の製造方法によれば、従来よりフォトダイオードに近い領域でキャリアを発生させることができるため、発生したキャリアを、所定のフォトダイオードに到達させることができる。従って、本実施形態に係る固体撮像装置１０および固体撮像装置の製造方法によれば、従来より解像度を向上させることができる。
【００７４】
（第２の実施形態）
図１９は、第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す、図１に相当する断面図である。図１９に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置３０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と比較して、接着剤３１の構造が異なる。
【００７５】
すなわち、第２の実施形態に係る固体撮像装置３０において、接着剤３１は、図１９に示すように、半導体基板１３の表面全面に形成されている。透明部材１２は、この接着剤３１を介して半導体基板１３上に固定されている。
【００７６】
なお、この場合における接着剤３１は、入射される光が透明部材１２および接着剤３１を介して半導体基板１３の感光領域（図示せず）に入射されるため、透明性を有する接着剤である必要がある。
【００７７】
また、マイクロレンズ１４の形状は、マイクロレンズ１４の屈折率と接着剤の屈折率の違いを考慮し、適宜設計する必要がある。
【００７８】
次に、第２の実施形態に係る固体撮像装置３０の製造方法について説明する。この製造方法は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０の製造方法と比較して、半導体ウエハ１３上に、透明性を有するウエハ１２を固定する工程が異なる。以下、この工程について、図２０を参照して説明する。
【００７９】
図２０は、第２の実施形態に係る固体撮像装置３０の製造方法を説明するための断面図である。図２０に示すように、第２の実施形態に係る固体撮像装置３０の製造方法において、透明性を有するウエハ１２を固定する工程は、半導体ウエハ１３の表面全面に透明性を有する接着剤３１を形成し、この接着剤３１を介して、透明性を有するウエハ１２を固定する。
【００８０】
この後の工程は、全て第１の実施形態に係る固体撮像装置１０の製造方法と同一であるため、説明を省略する。
【００８１】
以上に説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置３０および固体撮像装置の製造方法であっても、入射される赤外線の大部分が反射部において反射される程度に半導体基板１３が薄型化されている。従って、第１の実施形態と同様の理由により、従来より赤外線に対する受光感度を向上させ、かつ従来より解像度を向上させることができる。
【００８２】
さらに、本実施形態に係る固体撮像装置３０および固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基板１３の表面全面に接着剤３１が形成されているため、半導体基板１３の厚さをより均一にすることができる。
【００８３】
すなわち、半導体基板１３の裏面を研磨する工程において、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０のように、半導体基板１３上に中空領域２２を有する場合、研磨時に半導体基板１３が中空領域２２内に凸状に撓み、研磨後の半導体基板１３の厚さが不均一になる可能性がある。半導体基板１３の厚さが不均一になった場合、赤外線に対する実際の受光感度は、所定の受光感度と異なる。しかし、第２の実施形態に係る固体撮像装置３０のように、半導体基板１３上に中空領域を有さない場合、研磨時に半導体基板１３が撓むことを抑制することができる。従って、半導体基板１３の厚さを均一にすることができる。これにより、赤外線に対する実際の受光感度の、所定の受光感度に対するズレを抑制することができる。
【００８４】
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１０、３０・・・固体撮像装置
１１・・・赤外線センサ基板
１２・・・透明部材（透明性を有するウエハ）
１３・・・半導体基板（半導体ウエハ）
１４・・・マイクロレンズ
１５・・・ボンディングパッド
１６・・・貫通孔
１７・・・反射体
１８・・・配線
１９・・・導電体
２０・・・外部電極（半田ボール）
２１、３１・・・接着剤
２２・・・中空領域
２３・・・フォトダイオード
【図１】
2013084722.tif 000003
【図２】
2013084722.tif 000004
【図３】
2013084722.tif 000005
【図４】
2013084722.tif 000006
【図５】
2013084722.tif 000007
【図６】
2013084722.tif 000008
【図７】
2013084722.tif 000009
【図８】
2013084722.tif 000010
【図９】
2013084722.tif 000011
【図１０】
2013084722.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2013084722.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2013084722.tif 000018
【図１７】
2013084722.tif 000019
【図１８】
2013084722.tif 000020
【図１９】
2013084722.tif 000021
【図２０】
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