專利名稱：光電二極管陣列及其制造方法和放射線檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電二極管陣列及其制造方法和放射線檢測器。
背景技術(shù)：
就這種光電二極管陣列而言，在現(xiàn)階段，公知有一種具有使光從形成有凸塊電極等面的相反面(背面)入射類型的背面入射型光電二極管陣列(例如參照專利文獻1)。該專利文獻1所揭示的光電二極管陣列是如圖26以及圖27所示那樣的，通過在n型硅基板133上形成方柱狀的p層134而具有pn接合的光電二極管140。對于閃爍器131來說，在形成有光電二極管140的表面(附圖的下側(cè))的背面(附圖的上側(cè))上，經(jīng)由負電極膜136而粘接有閃爍器131。當由閃爍器131經(jīng)波長變換的光入射到光電二極管140后，光電二極管140生成對應(yīng)入射光的電流。在光電二極管140中生成的電流透過形成在表面?zhèn)鹊恼姌O135、焊料球139以及設(shè)置在印刷基板137上的焊料墊138而被輸出。
專利文獻1日本專利特開平7-333348號公報。

發(fā)明內(nèi)容
但是，對于上述光電二極管陣列來說，例如在封裝CT用光電二極管陣列時，可以使用平夾頭和角錐夾頭作為吸附芯片的夾頭。通常在進行覆晶接合(flip chip bonding)的情況下使用的是平夾頭。CT用光電二極管陣列的芯片面積較大(例如，一邊為20mm的矩形狀)。如圖25B所示，當在使用通常的安裝架所使用的角錐夾頭161時，因芯片162和角錐夾頭161的間隙163而有可能在芯片162產(chǎn)生翹曲毛刺。因此，在使用角錐夾頭161的情況下，有可能因上述翹曲毛刺而造成位置偏差，從而有可能使芯片162的封裝精度降低。此外，在進行覆晶接合時有必要進行加熱以及加壓，但是以角錐夾頭161而言，其熱傳導(dǎo)的效率不佳。此外，因所施加的壓力還有可能損傷芯片162的邊緣。從以上的原因出發(fā)，角錐夾頭161并不適合用于吸附薄芯片。因此，在進行覆晶接合的情況下，如圖25A所示，一邊以與芯片面作面接觸的平夾頭160吸附芯片162，一邊由加熱塊164對芯片162進行加熱與施壓。
然而，當使用平夾頭160時，芯片162的芯片面全體形成為與平夾頭160接觸。成為光入射面的芯片面全體在與平夾頭160接觸而受到加壓以及加熱時，其芯片面上的、構(gòu)成光電二極管的雜質(zhì)擴散層所對應(yīng)的區(qū)域有時會受到物理的損傷。因此，當芯片面受到損傷時，會產(chǎn)生所謂的外觀不良以及特性惡化(暗電流或者干擾的增加等)的問題。
本發(fā)明是鑒于上述問題而制成的，其目的在于提供一種能夠防止封裝時對應(yīng)光電二極管陣列的區(qū)域的損傷且能夠防止特性惡化的光電二極管陣列及其制造方法和放射線檢測器。
為了實現(xiàn)上述的目的，有關(guān)本發(fā)明的光電二極管陣列，其特征在于包括半導(dǎo)體基板，在上述半導(dǎo)體基板中的被檢測光的入射面的相反面一側(cè)，以陣列狀形成有多個光電二極管，在上述半導(dǎo)體基板的被檢測光的上述入射面一側(cè)中的、與形成有上述光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域上，形成有具有規(guī)定深度的凹部，其比與形成有上述光電二極管的區(qū)域不對應(yīng)的區(qū)域還凹陷。
在本發(fā)明相關(guān)的光電二極管陣列中，在半導(dǎo)體基板的上述入射面一側(cè)，與形成有光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域相比，未對應(yīng)的區(qū)域是突出的。通過形成有該光電二極管的區(qū)域所未對應(yīng)的區(qū)域，當在封裝時使用平夾頭時，在形成有光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域與平夾頭之間形成有間隙。因此，對應(yīng)上述光電二極管的區(qū)域不與平夾頭直接接觸，不會受到因加壓或加熱所產(chǎn)生的損傷。其結(jié)果，能夠有效地防止由干擾或者暗電流等所產(chǎn)生的特性惡化。
此外，優(yōu)選上述凹部形成有多個，并且鄰接的凹部相互連通。此外，優(yōu)選上述凹部對應(yīng)上述各光電二極管而形成有多個，鄰接的凹部相互連通。在任意一種情況下，鄰接的凹部都是相互連通，所以在將樹脂(例如用以安裝閃爍面板的光學(xué)樹脂)涂敷在光電二極管陣列的入射面上時，其樹脂易于遍及至各凹部。此外，還能夠抑制在各凹部內(nèi)產(chǎn)生氣泡。
此外，在上述半導(dǎo)體基板上，優(yōu)選在鄰接的上述各光電二極管之間設(shè)置有將其各光電二極管予以分離的雜質(zhì)區(qū)域。此時，通過雜質(zhì)區(qū)域來抑制表面泄漏的發(fā)生，所以能夠?qū)⑧徑拥墓怆姸O管彼此可靠地電氣分離。
此外，優(yōu)選在上述半導(dǎo)體基板的被檢測光的上述入射面一側(cè)，形成有與上述半導(dǎo)體基板相同導(dǎo)電型的高雜質(zhì)濃度層。此時，在半導(dǎo)體基板內(nèi)部的光入射面附近所產(chǎn)生的載體并沒有被捕捉而是朝著各光電二極管有效地移動。其結(jié)果，可提高光檢測靈敏度。
此外，優(yōu)選在上述半導(dǎo)體基板中的被檢測光的上述入射面的上述相反面一側(cè)，以陣列狀形成有多個具有規(guī)定深度的凹部，在上述凹部的底部分別形成上述各光電二極管。此時，從半導(dǎo)體基板的被檢測光的入射面至光電二極管為止的距離被縮短，所以通過被檢測光的入射而產(chǎn)生的載體移動過程中的再結(jié)合被抑制。其結(jié)果，光檢測靈敏度會提升。
有關(guān)本發(fā)明的光電二極管陣列的制造方法的特征在于，包括準備由第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體所形成的半導(dǎo)體基板，并且在上述半導(dǎo)體基板的一面上，形成多個第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)擴散層，將由上述各雜質(zhì)擴散層和上述半導(dǎo)體基板所構(gòu)成的多個光電二極管以陣列狀配列而形成的工序；和在上述半導(dǎo)體基板的另一面上，在形成有上述光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域上，形成具有規(guī)定深度的凹部的工序，其中，上述凹部比與形成有上述光電二極管的區(qū)域不對應(yīng)的區(qū)域還凹陷。
在有關(guān)本發(fā)明的光電二極管陣列的制造方法中，可獲得一種光電二極管陣列，其是在半導(dǎo)體基板的一面以陣列狀配列形成光電二極管，并且在另一側(cè)上的在形成有光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域上形成上述凹部。
此外，優(yōu)選在形成上述凹部的上述工序之后，在上述半導(dǎo)體基板的上述另一面上形成第一導(dǎo)電型的高雜質(zhì)濃度層的工序。此時，在半導(dǎo)體基板的另一面上，形成有與半導(dǎo)體基板相同導(dǎo)電型的高雜質(zhì)濃度層。因此，在半導(dǎo)體基板內(nèi)部的光入射面附近所產(chǎn)生的載體并沒有被捕捉而是朝著各光電二極管有效地移動。其結(jié)果，可提高光檢測靈敏度。
此外，有關(guān)本發(fā)明的光電二極管陣列的制造方法的特征在于，包括準備由第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體所形成的半導(dǎo)體基板，并且在上述半導(dǎo)體基板的一面上，以陣列狀配列形成多個第一凹部的工序；在上述第一凹部的底部形成多個第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)擴散層，將由上述各雜質(zhì)擴散層和上述半導(dǎo)體基板所構(gòu)成的多個光電二極管以陣列狀配列而形成的工序；和在上述半導(dǎo)體基板的另一面上，在形成有上述光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域上，形成具有規(guī)定深度的第二凹部的工序，其中，上述第二凹部比與形成有上述光電二極管的區(qū)域不對應(yīng)的區(qū)域還凹陷。
在有關(guān)本發(fā)明的光電二極管陣列的制造方法中，可獲得一種光電二極管陣列，在形成于半導(dǎo)體基板的一側(cè)上的第一凹部的底部，以陣列狀配列形成光電二極管，同時，在另一面中的形成有光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域上形成有上述第二凹部。
此外，優(yōu)選在形成上述第二凹部的上述工序之后，在上述半導(dǎo)體基板的上述另一面上，形成第一導(dǎo)電型的高雜質(zhì)濃度層的工序。此時，在半導(dǎo)體基板的另一面上，形成有與半導(dǎo)體基板相同導(dǎo)電型的高雜質(zhì)濃度層。因此，在半導(dǎo)體基板內(nèi)部的光入射面附近所產(chǎn)生的載體并沒有被捕捉而朝著各光電二極管有效地移動。其結(jié)果，可提高光檢測靈敏度。
此外，優(yōu)選在鄰接的上述雜質(zhì)擴散層之間設(shè)置第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)域的工序。此時，可獲得鄰接的各光電二極管被可靠地電氣分離的光電二極管陣列。
有關(guān)本發(fā)明的放射線檢測器的特征在于，包括上述光電二極管陣列，和閃爍面板，其中，上述閃爍面板與上述光電二極管陣列中的上述被檢測光的上述入射面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
此外，有關(guān)本發(fā)明的放射線檢測器的特征在于，包括由上述光電二極管陣列的制造方法所制造的光電二極管陣列，和閃爍面板，其中，上述閃爍面板與上述光電二極管陣列中的形成有上述凹部的面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
此外，有關(guān)本發(fā)明的放射線檢測器的特征在于，包括由上述光電二極管陣列的制造方法所制造的光電二極管陣列，和閃爍面板，其中，上述閃爍面板與上述光電二極管陣列中的形成有上述第二凹部的面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
在本發(fā)明相關(guān)的放射線檢測器中，因為分別具有上述光電二極管陣列，所以能夠有效地防止因干擾或者暗電流等所造成的特性惡化。


圖1是表示有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的截面構(gòu)成圖。
圖2是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的構(gòu)成的說明圖。
圖3是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖4是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖5是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖6是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖7是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖8是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖9是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖10是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖11是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖12是有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖13A是模式地表示有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的一個例子的平面圖。
圖13B是模式地表示有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的一個例子的平面圖。
圖13C是模式地表示有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的一個例子的平面圖。
圖14A是模式地表示有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的一個例子的平面圖。
圖14B是模式地表示有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的一個例子的平面圖。
圖14C是模式地表示有關(guān)第一實施方式的光電二極管陣列的一個例子的平面圖。
圖15是表示有關(guān)第二實施方式的光電二極管陣列的截面構(gòu)成圖。
圖16是有關(guān)第二實施方式的光電二極管陣列的構(gòu)成的說明圖。
圖17是有關(guān)第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序說明圖。
圖18是有關(guān)第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序說明圖。
圖19是有關(guān)第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序說明圖。
圖20是有關(guān)第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序說明圖。
圖21是有關(guān)第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序說明圖。
圖22是有關(guān)第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序說明圖。
圖23是表示有關(guān)第三實施方式的放射線檢測器的截面構(gòu)成圖。
圖24是表示有關(guān)第四實施方式的放射線檢測器的截面構(gòu)成圖。
圖25A是模式地表示利用平夾頭吸附半導(dǎo)體芯片的狀態(tài)圖。
圖25B是模式地表示利用角錐夾頭吸附半導(dǎo)體芯片的狀態(tài)圖。
圖26是表示現(xiàn)有技術(shù)的光電二極管陣列的立體圖。
圖27是表示第26圖中的XXVII-XXVII方向的截面構(gòu)成模式圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖的同時對本發(fā)明的光電二極管陣列及其制造方法和放射線檢測器的最優(yōu)實施方式進行詳細說明。其中，在說明中，對同一要素或者具有同一功能的要素標注同一符號，并省略重復(fù)的說明。
(第一實施方式)圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式光電二極管陣列1的截面構(gòu)成圖。其中，在以下的說明中，以光L的入射面(圖1的上面)作為背面，而以其相反面(圖1的下面)作為表面。在下述各附圖中，為了圖示的方便性，適當?shù)貙Τ叽邕M行變更。
光電二極管陣列1具有通過pn接合而形成的多個光電二極管4。多個光電二極管4是在光電二極管陣列1的表面?zhèn)龋远卧淞谐煽v橫規(guī)則的陣列狀。各光電二極管4具有作為光電二極管陣列1的一個像素的功能，其整體構(gòu)成一個光感應(yīng)區(qū)域。
光電二極管陣列1具有n型(第一導(dǎo)電型)硅基板3。n型硅基板3的厚度為30～300μm(優(yōu)選為100μm)程度。n型硅基板3中的雜質(zhì)濃度為1×1012～1015/cm3程度。在n型硅基板3的表面?zhèn)?，p型(第二導(dǎo)電型)雜質(zhì)擴散層5以二次元的方式而配列成縱橫規(guī)則的陣列狀。p型雜質(zhì)擴散層5的厚度為0.05～20μm程度(優(yōu)選為0.2μm)。p型雜質(zhì)擴散層5中的雜質(zhì)濃度為1×1013～1020/cm3程度。通過p型雜質(zhì)擴散層5和n型硅基板3所形成的pn接合而構(gòu)成光電二極管4。在n型硅基板3的表面形成有氧化硅膜22。在該氧化硅膜22上形成有鈍化膜2。鈍化膜2例如由SiN等形成。
此外，在氧化硅膜22上，與各p型雜質(zhì)擴散層5(光電二極管4)相對應(yīng)而形成有電極配線9。各電極配線9由鋁形成，其厚度為1μm程度。各電極配線9的一端經(jīng)由形成在氧化硅膜22上的連接孔而與對應(yīng)的p型雜質(zhì)擴散層5電氣連接。各電極配線9的另一端通過形成在鈍化膜2上的連接孔而與對應(yīng)的凸點底層金屬(UBM)11電氣連接。在各UBM11上形成有焊料的凸塊電極12。UBM11和凸塊電極12電氣連接。
優(yōu)選UBM11是以與焊料的界面接合強且能夠防止焊料成分對鋁的擴散的物質(zhì)，一般為多層膜構(gòu)造。作為該多層膜構(gòu)造，有通過無電解電鍍的鎳(Ni)-金(Au)等。該構(gòu)造是在鋁露出的區(qū)域上厚厚地形成鎳的電鍍(3～15μm)，并在其上鍍上薄薄的(0.05～0.1μm)金。金是用于防止鎳的氧化。此外，也有通過剝落而形成鈦(Ti)-鉑(Pt)-金(Au)或者鉻(Cr)-金(Au)的構(gòu)造。
在n型硅基板3的背面?zhèn)仍O(shè)置有作為高雜質(zhì)濃度層的堆積層(accumulation)8。堆積層8遍及整個背面并大致形成有均勻的深度。堆積層8與n型硅基板3為同一導(dǎo)電型，且雜質(zhì)濃度比n型硅基板3高。其中，本實施方式相關(guān)的光電二極管陣列1具有堆積層8，但是即使沒有該堆積層8，其也具有在實用上可充分容許程度的光檢測特性。
在堆積層8上形成有覆蓋該堆積層8而用于保護并同時用于抑制光L的反射的AR膜24。AR膜24例如由SiO2形成，其厚度為0.01～數(shù)μm程度。其中，除了SiO2以外，AR膜24也可以是層積或者復(fù)合SiN或者能夠在必要的波長中防止反射的光學(xué)膜而形成。
在n型硅基板3的表面?zhèn)?，存在有各p型雜質(zhì)擴散層5的區(qū)域是形成有光電二極管4的區(qū)域(以下稱為“形成區(qū)域”)，除其以外的區(qū)域成為了未形成有光電二極管的區(qū)域。在AR膜24上的對應(yīng)各光電二極管4的形成區(qū)域(以下稱為“對應(yīng)區(qū)域”)上，按照各光電二極管4而設(shè)置有多個凹部6。各凹部6例如呈1mm×1mm大小的矩形形狀，和不與光電二極管4的形成區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域(以下稱為“非對應(yīng)區(qū)域”)相比，其形成為更加凹陷。各凹部6的深度d例如為3～150μm，為10μm程度。
在n型硅基板3中的鄰接的p型雜質(zhì)擴散層5彼此之間，也就是在鄰接的光電二極管4彼此之間設(shè)置有n+型雜質(zhì)區(qū)域7。n+型雜質(zhì)區(qū)域7的厚度為0.1～數(shù)10μm程度。n+型雜質(zhì)區(qū)域7的功能是作為將鄰接的光電二極管4(p型雜質(zhì)擴散層5)彼此電氣分離的分離層。因此，鄰接的光電二極管4彼此可靠地被電氣分離，從而能夠降低光電二極管4之間的串音。其中，即使本實施方式中的光電二極管陣列1未設(shè)置有n+型雜質(zhì)區(qū)域7，也具有在實用上可充分容許程度的光檢測特性。
對于光電二極管陣列1來說，如圖2所示，其為極薄的板狀。光電二極管陣列1的寬度W1為22.4mm程度，光電二極管陣列1的厚度D大約為0.3mm。光電二極管陣列1具有多個上述光電二極管4(例如，256(16×16)個，以二維配列)。鄰接的光電二極管4(像素)間的間距W2為1.4mm程度。光電二極管陣列1是大面積(例如，22.4mm×22.4mm)的芯片。其中，圖2中的最上面的圖用于表示光電二極管陣列1的薄度，描繪的是光電二極管陣列1的細部的放大圖。
在光電二極管陣列1中，當光L由背面入射時，入射的光L通過堆積層8而到達pn接合。然后，各光電二極管4生成對應(yīng)其入射光的載體。此時，堆積層8抑制在n型硅基板3的內(nèi)部的光入射面(背面)附近所產(chǎn)生的載體在光入射面或者在與AR膜24的界面被捕捉。因此，載體有效地朝著pn接合移動，光電二極管陣列1的光檢測靈敏度得到了提升。生成的載體所產(chǎn)生的光電流通過連接于各p型雜質(zhì)擴散層5的電極配線9以及UBM11而從凸塊電極12被取出。通過來自該凸塊電極12的輸出而進行入射光的檢測。
如上所述，在本實施方式中，在光電二極管陣列1的光L的入射面一側(cè)(也就是背面?zhèn)?，因為在各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域形成有凹部6，所以各光電二極管4的非對應(yīng)區(qū)域比對應(yīng)區(qū)域突出對應(yīng)于深度d的大小的量。其功能為，在以平夾頭吸附光電二極管陣列1來進行覆晶接合時，用于與平夾頭接觸，從而在其平夾頭與各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域之間確保有間隙。因此，各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域通過非對應(yīng)區(qū)域而被保護，不會與平夾頭直接接觸。因此，各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域因為不直接承受因加壓而產(chǎn)生的應(yīng)力或者因加熱而產(chǎn)生的應(yīng)力，所以物理的損傷不會涉及到該對應(yīng)區(qū)域的堆積層8。光電二極管4也不會發(fā)生因其損傷的結(jié)晶缺陷等所造成的暗電流或者干擾。其結(jié)果為，光電二極管陣列1可進行高精度(S/N比高)的光檢測。
此外，如后所述，除覆晶接合以外，例如在將光電二極管陣列1與閃爍器一體化而作為CT用傳感器的情況下，因為閃爍器不與上述對應(yīng)區(qū)域直接接觸，所以也可避免在安裝閃爍器時的損傷。
凹部6是與光電二極管4對應(yīng)且按照該各個光電二極管4而形成的。因此，為了形成凹部6而如圖13A所示，可以在光電二極管4的非對應(yīng)區(qū)域形成格子狀的壁部13a。此外，如圖13B所示，也可以在光電二極管4的非對應(yīng)區(qū)域的交叉部13b以外的部分，斷續(xù)地形成多個短的壁部13c。此外，如圖13B所示，也可在交叉部13b形成十字狀的壁部13d。而且，雖然沒有圖示，但是也可以將凹部6的大小均等分為左右兩個，也可分為多個區(qū)域。
此外，在形成多個凹部6時，優(yōu)選鄰接的各凹部6彼此沒有被光電二極管4的非對應(yīng)區(qū)域所區(qū)隔而保持連通。因此，例如可以將上述非對應(yīng)區(qū)域形成為斷續(xù)地配置上述壁部13c、13d。
此外，如圖14A所示，也可在光電二極管陣列1的邊緣部形成框狀的壁部13e，使得該壁部13e的內(nèi)側(cè)全體成為一個凹部6而構(gòu)成。也可以取代該壁部13e而改以如圖14B所示那樣形成欠缺一部分的框狀壁部13f。此時，凹部6形成為相互不被非對應(yīng)區(qū)域所區(qū)隔。
不需要光電二極管4的非對應(yīng)區(qū)域全部都形成為比凹部6厚，如圖14A以及圖14B所示，只要是非對應(yīng)區(qū)域的一部分(形成有壁部13e、13f的部分)形成為比凹部6厚即可。另一方面，光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域必須全部被設(shè)置在凹部6上。
當形成鄰接的凹部6彼此不被區(qū)隔而保持連通時，鄰接的壁部彼此之間的間隙的機能是作為樹脂(例如，粘接后述閃爍面板31時所使用的光學(xué)樹脂35)的逃路。因此，當光電二極管陣列1的背面涂敷有樹脂時，凹部6內(nèi)變成難以產(chǎn)生氣泡(void)(氣泡變少)，從而能夠使涂敷的樹脂沒有偏移地遍及各凹部6而均勻地充填。
此外，如圖14C所示，可連續(xù)設(shè)置壁部13a和壁部13e，此時，各凹部6通過壁部13a和壁部13e而被區(qū)隔。
接著，基于圖3～圖12，對有關(guān)本實施方式的光電二極管陣列1的制造方法進行說明。
首先，如圖3所示，準備具有150～500μm(優(yōu)選為350μm)程度的厚度的n型硅基板3。接著，在n型硅基板3的表面以及背面上形成氧化硅膜(SiO2)20(參照圖4)。
其次，在形成于n型硅基板3的表面上的氧化硅膜20上，進行利用規(guī)定光掩模的圖案化，在形成n+型雜質(zhì)區(qū)域7的預(yù)定位置上形成開口。接著，從形成在氧化硅膜20的開口摻雜磷，從而在n型硅基板3上設(shè)置n+型雜質(zhì)區(qū)域7。在本實施方式中，在n型硅基板3的背面?zhèn)壬弦残纬捎衝+型雜質(zhì)區(qū)域7。在未設(shè)置有n+型雜質(zhì)區(qū)域7的情況下也可省略該工序(雜質(zhì)區(qū)域形成工序)。接著，在n型硅基板3的表面以及背面再次形成氧化硅膜21(參照圖5)。該氧化硅膜21是在后續(xù)的工序中作為在形成p型雜質(zhì)擴散層5時的掩模而被利用。
其次，在形成于n型硅基板3的表面上的氧化硅膜21上，進行利用規(guī)定光掩模的圖案化，從而在形成各p型雜質(zhì)擴散層5的預(yù)定位置形成開口。從形成在氧化硅膜21上的開口摻雜硼，使p型雜質(zhì)擴散層5形成為以二次元配列的縱橫的陣列狀。因此，各p型雜質(zhì)擴散層5和n型硅基板3的pn接合的光電二極管4形成為以二次元配列的縱橫的陣列狀。該光電二極管4成為與像素對應(yīng)的部分。接著，在基板的表面?zhèn)仍俅涡纬裳趸枘?2(參照圖6)。
其次，將n型硅基板3的背面研磨成其厚度為規(guī)定厚度(30～300μm程度)，從而使n型硅基板3薄型(薄板)化。接著，利用LP-CVD(或者等離子CVD)而在n型硅基板3的表面以及背面形成氮化硅膜(SiN)23(參照圖7)。接著，使用規(guī)定光掩模來進行圖案化，從形成各凹部6的預(yù)定區(qū)域、也就是從光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域除去氮化硅膜23，從而，未形成各凹部6的部分、也就是在光電二極管4的非對應(yīng)區(qū)域上殘留氮化硅膜23(參照第8圖)。在此工序中，通過適當?shù)刈兏枘?3所殘留的區(qū)域，而能夠以上述各種圖案形成非對應(yīng)區(qū)域(壁部13a、13c、13d、13e、13f)。
其次，使用氫氧化鉀溶液(KOH)或者TMAH等，以殘留的氮化硅膜23為掩模，通過異向性堿性蝕刻而除去n型硅基板3，在未被氮化硅膜23覆蓋的部分上形成凹部6。其后，將殘留的氮化硅膜23除去。接著，將n型離子種(例如磷或者砷)從n型硅基板3的背面擴散0.05～數(shù)10μm程度的深度，形成雜質(zhì)濃度比n型硅基板3還高的上述堆積層8。而且，進行熱氧化處理，在堆積層8上形成AR膜24(參照圖9)接著，在各光電二極管4的形成區(qū)域上，通過光蝕刻技術(shù)，在氧化硅膜22上形成延伸至各p型雜質(zhì)擴散層5的連接孔。接著，在通過蒸鍍方法而將鋁金屬膜形成在氧化硅膜22上之后，使用規(guī)定光掩模進行圖案化，來形成電極配線9(參照圖10)。接著，以覆蓋電極配線9的方式而在氧化硅膜22上形成有成為鈍化膜2的SiN膜25。SiN膜25可以通過濺鍍或者等離子體CVD等而形成。鈍化膜2也可以是SiO2或者PSG、BPSG等的絕緣膜、聚酰亞胺樹脂、丙烯酸乙酯樹脂、環(huán)氧樹脂、氟樹脂或者他們的復(fù)合膜或者積層膜。
其次，在SiN膜25的規(guī)定的位置上形成連接孔，以作為電極取出部(參照圖11)。而且，設(shè)置凸塊電極12，當作為其凸塊電極12而使用焊料的情況下，因為焊料對鋁的浸透性不佳，所以在各電極取出部上形成用以中介各電極取出部與凸塊電極12的UBM11。然后，與UBM11重疊而形成凸塊電極12(參照圖12)。
通過經(jīng)歷以上工序，而能夠制造出在封裝時不因損傷而產(chǎn)生干擾、并能夠進行高精度光檢測的光電二極管陣列1。
凸塊電極12通過焊料球搭載法或者印刷法而在規(guī)定的UBM11上形成焊料，并通過回焊而形成。其中，凸塊電極12并不局限于焊料，也可以為金凸塊、鎳凸塊、銅凸塊，也可以是包含有導(dǎo)電性填料等金屬的導(dǎo)電性樹脂凸塊。其中，圖中僅表示出陽極電極的取出，陰極(基板)電極也與陽極電極同樣，能夠從n+型雜質(zhì)區(qū)域7取出(未圖示)。此外，在圖中表示的是陽極電極的凸塊電極12形成于n+型雜質(zhì)區(qū)域7的區(qū)域上的情況，但是陽極電極的凸塊電極12也可形成在p型雜質(zhì)擴散層5的區(qū)域。
(第二實施方式)其次，對光電二極管陣列及其制造方法的第二實施方式進行說明。
在本實施方式中，如圖15所示，是以具有形成在光L的入射面的相反面一側(cè)(表面?zhèn)?上的凹部45的n型硅基板43的光電二極管陣列41為對象的。其中，該光電二極管陣列41因為具有與光電二極管陣列1共通部分，所以，以下的說明是以雙方的差異點為中心而進行的，對共通部分的說明予以省略或者簡略化。
在光電二極管陣列41中，在n型硅基板43的表面?zhèn)龋钥v橫有規(guī)則的陣列狀的方式而二次元配列有多個凹部45。對于各凹部45來說，以使n型硅基板43的規(guī)定區(qū)域比其周圍的區(qū)域還薄的方式而形成為凹陷，是以1.4～1.5mm程度的配置間隔而形成的。通過在凹部45的底部45a上逐一形成上述光電二極管4而構(gòu)成了光電二極管4是以陣列狀而被二次元配列的光電二極管陣列41。
對于各凹部45來說，在n型硅基板43的表面例如具有1mm×1mm程度的大小的矩形開口，以開口尺寸從開口朝向其底部45a(由表面?zhèn)瘸虮趁鎮(zhèn)?逐漸縮小的方式而形成。因此，凹部45具有斜面的側(cè)面45b。從n型硅基板43的表面至底部45a的深度例如為50μm程度。
電極配線9沿著側(cè)面45b而形成在氧化硅膜22上。各電極配線9的一端通過形成在氧化硅膜22上的連接孔而與對應(yīng)的p型雜質(zhì)擴散層5電氣連接。各電極配線9的另一端通過形成在鈍化膜2上的連接孔而與對應(yīng)的UBM11電氣連接。在鄰接的光電二極管4之間，設(shè)置有n+型雜質(zhì)區(qū)域7。
在n型硅基板3的背面?zhèn)热w上形成有堆積層8。在堆積層8上形成有AR膜24。該堆積層8、AR膜24都與上述光電二極管陣列1的相同。接著，在光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域上，以與各凹部45對應(yīng)的方式而在各光電二極管4上設(shè)置多個凹部6(第二凹部)。該凹部6也與上述光電二極管陣列1的相同。
光電二極管陣列41如圖16所示，為極薄的板狀。光電二極管陣列41的寬度W1為22.4mm程度，光電二極管陣列41的厚度D為150～300μm。光電二極管陣列41具有多個上述光電二極管4(例如，256(16×16)個，以二次元配列)。鄰接的光電二極管4之間的間距W2為1.4mm程度。光電二極管陣列41是大面積(例如22.4mm×22.4mm)的芯片。其中，在圖16中的最上面的圖用于表示光電二極管陣列41的薄度，是描繪光電二極管陣列41的細部的放大圖。
如上所述構(gòu)成的光電二極管陣列41，當光L從背面入射時，其與光電二極管陣列1一樣，入射的光L通過堆積層8而到達pn接合。然后，各光電二極管4生成對應(yīng)其入射光的載體。此時，因為pn接合16被設(shè)置在凹部45的底部45a，所以從n型硅基板43的背面到pn接合為止的距離被縮短(例如10～100μm程度)。因此，在光電二極管陣列41中，在因光L的入射而發(fā)生載體移動的過程中，能夠抑制因再結(jié)合而造成消減的情況。其結(jié)果，光電二極管陣列41能夠維持高檢測靈敏度。
此外，通過堆積層8而在n型硅基板3的內(nèi)部的光入射面(背面)附近生成的載體不會再次結(jié)合，從而朝著pn接合有效地移動。因此，使光電二極管陣列41的光檢測靈敏度變得更高(其中，即使本實施方式的光電二極管陣列41未設(shè)置堆積層8，也具有在實用上可充分容許程度的光檢測特性)。
生成的載體所產(chǎn)生的光電流通過連接于各p型雜質(zhì)擴散層5的電極配線9以及UBM11而從凸塊電極12被取出。通過來自該凸塊電極12的輸出而進行入射光的檢測。對于該點與光電二極管陣列1的同樣。
如上所述，本實施方式的光電二極管陣列41也與光電二極管陣列1相同，在各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域上形成有凹部6。其功能為，在以平夾頭吸附光電二極管陣列41來進行覆晶接合時，用于與平夾頭接觸，從而在其平夾頭與各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域之間確保有間隙。因此，各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域通過非對應(yīng)區(qū)域而被保護，不會與平夾頭直接接觸。因此，各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域因為不直接承受因加壓而產(chǎn)生的應(yīng)力或者因加熱而產(chǎn)生的應(yīng)力，所以物理的損傷不會涉及到該對應(yīng)區(qū)域的堆積層8。光電二極管4也不會發(fā)生因其損傷的結(jié)晶缺陷等所造成的暗電流或者干擾。其結(jié)果為，光電二極管陣列41可進行高精度(S/N比高)的光檢測。
此外，如后所述，除覆晶接合以外，例如在將光電二極管陣列41與閃爍器一體化而作為CT用傳感器的情況下，因為閃爍器不與上述對應(yīng)區(qū)域直接接觸，所以也能夠避免閃爍器在安裝時的損傷。
其次，基于圖3～圖6、圖17～圖22，對有關(guān)本實施方式的光電二極管陣列41的制造方法進行說明。
首先，與光電二極管陣列1同樣，實行使用圖3～圖6所作說明的各工序。其次，進行將n型硅基板3的背面研磨至該n型硅基板3的厚度為規(guī)定厚度為止的n型硅基板3的薄型(薄板)化。接著，在n型硅基板3的表面以及背面，通過LP-CVD(或者等離子體CVD)來形成氮化硅膜(SiN)23，接著，在表面?zhèn)鹊难趸枘?2和氮化硅膜23上，使用規(guī)定光掩模來進行圖案化，在形成各凹部45的預(yù)定位置形成開口(參照圖17)。
其次，在n型硅基板3的表面，以形成有各p型雜質(zhì)擴散層5的區(qū)域為對象，以使p型雜質(zhì)擴散層5的框狀周邊部5a殘留下來的方式而通過堿性蝕刻來除去p型雜質(zhì)擴散層5以及n型硅基板3，以形成凹部45。因此，可獲得n型硅基板43。此時，在凹部45的開口邊緣部，形成作為p型雜質(zhì)的擴散區(qū)域的框狀周邊部5a。凹部45具有側(cè)面45b和底部45a?？驙钪苓叢?a并不是必須的。在形成有框狀周邊部5a的情況下，可獲得防止因用于形成凹部45的蝕刻所形成的邊緣部分的損傷所造成的干擾或者暗電流的效果。在圖15、16、24中表示的是未形成框狀周邊部5a的例子。
接著，在所形成的各凹部45的底部45a摻雜硼等。因此，在各凹部45的底部45a上形成p型雜質(zhì)擴散層5b，通過其p型雜質(zhì)擴散層5b和n型硅基板43的pn接合的光電二極管4而形成為二次元配列的縱橫的陣列狀。接著，在未被形成在表面上的氮化硅膜23所覆蓋的區(qū)域上，形成氧化硅膜22。其中，此時雖然未有圖示，但是在形成于背面的氮化硅膜23上也形成有氧化硅膜。
其次，在形成有n型硅基板43的背面?zhèn)鹊牡枘?3上，使用規(guī)定的光掩模來進行圖案化，從形成各凹部6的預(yù)定區(qū)域、也就是從光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域除去氮化硅膜23，在未形成各凹部6的部分、也就是在光電二極管4的非對應(yīng)區(qū)域上殘留氮化硅膜23(參照圖18)。在該工序中，通過適當?shù)刈兏枘?3殘留的區(qū)域，而能夠以上述各種圖案來形成非對應(yīng)區(qū)域(壁部13a、13c、13d、13e、13f)。
其次，使用氫氧化鉀溶液(KOH)或者TMAH等，以殘留的氮化硅膜23為掩模，并利用異向性堿性蝕刻來除去n型硅基板3，在未被氮化硅膜23覆蓋的部分上形成凹部6。然后，將殘留的氮化硅膜23除去。接著，以與第一實施方式相同的要領(lǐng)來執(zhí)行n型離子種的離子注入等，以形成雜質(zhì)濃度比n型硅基板3高的上述堆積層8。而且，進行熱氧化處理以在堆積層8上形成AR膜24(參照圖19)。
然后，在各光電二極管4的形成區(qū)域，利用光蝕刻技術(shù)而在表面?zhèn)鹊难趸枘?2上形成延伸至各p型雜質(zhì)擴散層5b的連接孔。接著，在利用蒸鍍法將鋁金屬膜形成于氧化硅膜22上之后，使用規(guī)定的光掩模以進行圖案化，以形成電極配線9(參照圖20)。
接著，以覆蓋電極配線9的方式而在氧化硅膜22上形成有成為鈍化膜2的SiN膜25。SiN膜25可以通過濺鍍或者等離子體CVD等而形成。接著，在SiN膜25的各電極配線9所對應(yīng)的位置上形成連接孔(參照圖21)。接著，以與第一實施方式同樣的要領(lǐng)，利用無電解電鍍等方式而形成經(jīng)由連接孔而與電極配線9電氣連接的UBM11。然后，與UBM11重疊而形成凸塊電極12(參照圖22)。
通過經(jīng)歷以上的工序，而能夠制造出在封裝時不因損傷而產(chǎn)生干擾或者暗電流、并能夠進行高精度光檢測的光電二極管陣列41。此外，圖中僅表示取出陽極電極，但是陰極(基板)電極也與陽極電極相同，可從n+型雜質(zhì)區(qū)域7取出(未圖示)。
(第三實施方式)下面，對有關(guān)第三實施方式的放射線檢測器進行說明。
圖23是表示有關(guān)本實施方式的放射線檢測器50的截面構(gòu)成圖。該放射線檢測器50具有根據(jù)放射線的入射而發(fā)光的閃爍面板31和上述光電二極管陣列1。閃爍面板31使通過入射的放射線所產(chǎn)生的光從光射出面31a射出。閃爍面板31與光電二極管陣列1的光入射面、也就是與光電二極管陣列1的形成有凹部6的面相對配置。對于光電二極管陣列1來說，在從閃爍面板31的光射出面31a所射出的光從光入射面入射時，其將入射的光變換為電氣信號。
閃爍面板31被安裝在光電二極管陣列1的背面?zhèn)?入射面一側(cè))。在光電二極管陣列1上因為設(shè)置有上述凹部6，所以閃爍面板31的背面、也就是光射出面31a不與光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域直接接觸。在閃爍面板31的光射出面31a與凹部6之間的間隙內(nèi)充填有具有能夠使光充分透過而設(shè)定的折射率的光學(xué)樹脂35。通過該光學(xué)樹脂35，從閃爍面板31射出的光能夠有效地入射至光電二極管陣列1。該光學(xué)樹脂35能夠使用具有使閃爍面板31所射出的光透過性質(zhì)的環(huán)氧樹脂、或者丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、硅樹脂、氟樹脂等，也可使用他們等的復(fù)合材料。
接著，在將光電二極管陣列1接合至未圖示的封裝配線基板上時，以平夾頭吸附光電二極管陣列1。但是，因為光電二極管陣列1設(shè)置有上述凹部6，所以平夾頭的吸附面不與各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域直接接觸。此外，在安裝閃爍面板31時，其光射出面31a也不與光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域直接接觸。因此，具有這種光電二極管陣列1和閃爍器面板31的放射線檢測器50能夠防止在封裝時的由對應(yīng)區(qū)域的損傷所產(chǎn)生的干擾或者暗電流等。其結(jié)果，在放射線檢測器50中，光檢測是以高精度進行的，能夠精度良好地進行放射線的檢測。
(第四實施方式)接著，對有關(guān)第四實施方式的放射線檢測器進行說明。
圖24是表示有關(guān)本實施方式的放射線檢測器55的截面構(gòu)成圖。該放射線檢測器55具有閃爍面板31以及上述光電二極管陣列41。閃爍面板31是以與光電二極管陣列41的光入射面、也就是以與光電二極管陣列41的設(shè)置有凹部6的面相對的方式而配置的。
閃爍面板31被安裝在光電二極管陣列41的背面?zhèn)?入射面一側(cè))。因為光電二極管陣列41設(shè)置有上述凹部6，所以閃爍面板31的背面、也就是光射出面31a不與光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域直接接觸。此外，閃爍面板31的光射出面31a和凹部6之間的間隙中充填有光學(xué)樹脂35。通過該光學(xué)樹脂35而能夠使從閃爍面板31所射出的光有效地入射至光電二極管陣列41。
其次，在將光電二極管陣列41接合至未圖示的封裝配線基板上時，以平夾頭吸附光電二極管陣列41。然而，因為光電二極管陣列41設(shè)置有上述凹部6，所以平夾頭的吸附面不與各光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域直接接觸。此外，在安裝閃爍面板31時，其光射出面31a也不與光電二極管4的對應(yīng)區(qū)域直接接觸。因此，具有這種光電二極管陣列41和閃爍面板31的放射線檢測器55能夠防止在封裝時的由對應(yīng)區(qū)域的損傷所產(chǎn)生的干擾或者暗電流等。其結(jié)果，在放射線檢測器55中，能夠使光檢測精度良好地進行，并能夠精度良好地進行放射線的檢測。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可利用在X射線斷層攝像裝置、放射線攝像裝置中。
權(quán)利要求
1.一種光電二極管陣列，其特征在于包括半導(dǎo)體基板，在所述半導(dǎo)體基板中的被檢測光的入射面的相反面一側(cè)，以陣列狀形成有多個光電二極管，在所述半導(dǎo)體基板的被檢測光的所述入射面一側(cè)中的、與形成有所述光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域上，形成有具有規(guī)定深度的凹部，其比與形成有所述光電二極管的區(qū)域不對應(yīng)的區(qū)域還凹陷。
2.如權(quán)利要求1所述的光電二極管陣列，其特征在于所述凹部形成有多個，并且鄰接的凹部相互連通。
3.如權(quán)利要求1所述的光電二極管陣列，其特征在于所述凹部對應(yīng)所述各光電二極管而形成有多個，鄰接的凹部相互連通。
4.如權(quán)利要求1至3中的任何一項所述的光電二極管陣列，其特征在于在所述半導(dǎo)體基板上，在鄰接的所述各光電二極管之間設(shè)置有將其各光電二極管予以分離的雜質(zhì)區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1至4中的任何一項所述的光電二極管陣列，其特征在于在所述半導(dǎo)體基板的被檢測光的所述入射面一側(cè)，形成有與所述半導(dǎo)體基板相同導(dǎo)電型的高雜質(zhì)濃度層。
6.如權(quán)利要求1至5中的任何一項所述的光電二極管陣列，其特征在于在所述半導(dǎo)體基板中的被檢測光的所述入射面的所述相反面一側(cè)，以陣列狀形成有多個具有規(guī)定深度的凹部，在所述凹部的底部分別形成所述各光電二極管。
7.一種光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，包括準備由第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體所形成的半導(dǎo)體基板，并且在所述半導(dǎo)體基板的一面上，形成多個第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)擴散層，將由所述各雜質(zhì)擴散層和所述半導(dǎo)體基板所構(gòu)成的多個光電二極管以陣列狀配列而形成的工序；和在所述半導(dǎo)體基板的另一面上，在形成有所述光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域上，形成具有規(guī)定深度的凹部的工序，其中，所述凹部比與形成有所述光電二極管的區(qū)域不對應(yīng)的區(qū)域還凹陷。
8.如權(quán)利要求7所述的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，還包括在形成所述凹部的所述工序之后，在所述半導(dǎo)體基板的所述另一面上形成第一導(dǎo)電型的高雜質(zhì)濃度層的工序。
9.一種光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，包括準備由第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體所形成的半導(dǎo)體基板，并且在所述半導(dǎo)體基板的一面上，以陣列狀配列形成多個第一凹部的工序；在所述第一凹部的底部形成多個第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)擴散層，將由所述各雜質(zhì)擴散層和所述半導(dǎo)體基板所構(gòu)成的多個光電二極管以陣列狀配列而形成的工序；和在所述半導(dǎo)體基板的另一面上，在形成有所述光電二極管的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域上，形成具有規(guī)定深度的第二凹部的工序，其中，所述第二凹部比與形成有所述光電二極管的區(qū)域不對應(yīng)的區(qū)域還凹陷。
10.如權(quán)利要求9所述的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，還包括在形成所述第二凹部的所述工序之后，在所述半導(dǎo)體基板的所述另一面上，形成第一導(dǎo)電型的高雜質(zhì)濃度層的工序。
11.如權(quán)利要求7至10中的任何一項所述的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，還包括在鄰接的所述雜質(zhì)擴散層之間設(shè)置第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)域的工序。
12.一種放射線檢測器，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至6中的任何一項所述的光電二極管陣列；和閃爍面板，其與所述光電二極管陣列中的所述被檢測光的所述入射面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
13.一種放射線檢測器，其特征在于，包括通過權(quán)利要求7或者8所述的制造方法所制造的光電二極管陣列；和閃爍面板，其與所述光電二極管陣列中的形成有所述凹部的面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
14.一種放射線檢測器，其特征在于，包括通過權(quán)利要求9或者10所述的制造方法所制造的光電二極管陣列；和閃爍面板，其與所述光電二極管陣列中的形成有所述第二凹部的面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電二極管陣列(1)，包括n型硅基板(3)。在n型硅基板(3)的被檢測光L的入射面的相反面一側(cè)，以陣列狀形成有多個光電二極管(4)。在n型硅基板(3)的被檢測光L的入射面一側(cè)的形成有光電二極管(4)的區(qū)域所對應(yīng)的區(qū)域上，形成有具有規(guī)定深度的凹部(6)，所述凹部(6)比形成有光電二極管(4)的區(qū)域所未對應(yīng)的區(qū)域還凹陷。
文檔編號H04N5/369GK1768429SQ200480008448
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
發(fā)明者柴山勝己 申請人:浜松光子學(xué)株式會社