(57)【要約】【課題】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において、実装時における光検出部のダメージによるノイズの発生を防止する。【解決手段】ｎ型シリコン基板３の被検出光の入射面側に、複数のホトダイオード４がアレイ状に形成され、かつ入射面側とその裏面側とを貫通する貫通配線８がホトダイオード４について形成されたホトダイオードアレイにおいて、その入射面側に、各ホトダイオード４の非形成領域よりも窪んだ所定の深さを有する凹部６を設け、その凹部６にホトダイオード４を設けてホトダイオードアレイ１とする。【選択図】  図１
2004273833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出光の入射面側に、複数のホトダイオードがアレイ状に形成された半導体基板と、
前記半導体基板の前記入射面側とその裏面側とを貫通し、前記ホトダイオードに電気的に接続された貫通配線とを備え、
前記半導体基板の入射面側に、所定の深さを有する凹部が形成され、該凹部に前記ホトダイオードが形成されている
ことを特徴とするホトダイオードアレイ。
【請求項２】
前記凹部が複数形成され、その隣接する各凹部が互いに連通している
ことを特徴とする請求項１記載のホトダイオードアレイ。
【請求項３】
前記凹部が前記ホトダイオード毎に分けて形成され、その隣接する各凹部が互いに連通し、かつ該各凹部に前記ホトダイオードが一つづつ形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のホトダイオードアレイ。
【請求項４】
前記半導体基板の前記入射面側に形成され、前記ホトダイオードと前記貫通配線とを電気的に接続する電極配線を更に備え、前記所定の深さが前記電極配線の厚さよりも大きく設定されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のホトダイオードアレイ。
【請求項５】
前記半導体基板には、隣接する前記各ホトダイオードの間にその各ホトダイオードを分離する不純物領域が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のホトダイオードアレイ。
【請求項６】
第１導電型の半導体からなる半導体基板に、該半導体基板の両側表面を貫通する貫通配線を形成する第１工程と、
前記半導体基板の片側表面に、周囲の領域よりも窪んだ凹部を所定の領域に形成する第２工程と、
前記凹部に不純物を添加して複数の第２導電型の不純物拡散層を形成し、各不純物拡散層と前記半導体基板とによる複数のホトダイオードをアレイ状に配列して設ける第３工程と
を備えることを特徴とするホトダイオードアレイの製造方法。
【請求項７】
前記第１工程は、前記半導体基板に複数の穴部を形成する工程と、該各穴部を含む前記半導体基板の少なくとも片側表面に導電性被膜を形成する工程と、前記半導体基板を研磨して前記導電性被膜を除去する工程と
を備えることを特徴とする請求項６記載のホトダイオードアレイの製造方法。
【請求項８】
前記第１工程よりも後に、隣接する前記不純物を添加する領域の間に別の不純物を添加して第１導電型の不純物領域を設ける工程を更に備えることを特徴とする請求項６または７記載のホトダイオードアレイの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項記載のホトダイオードアレイと、該ホトダイオードアレイの前記被検出光の入射面側に取り付けられ、入射した放射線により発光するシンチレータパネルと
を備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれか一項記載の製造方法で製造されたホトダイオードアレイと、
該ホトダイオードアレイの凹部の形成された側に取り付けられ、入射した放射線により発光するシンチレータパネルと
を備えることを特徴とする放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のホトダイオードアレイとして、従来から、光入射面側と裏面側とを接続する貫通配線（電極）により、ホトダイオードアレイからの出力信号を裏面側に電気的に接続するタイプの表面入射型ホトダイオードアレイが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示されているホトダイオードアレイは、図１９に示すように光電変換部の本体となるホトダイオード１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、・・・１４４ｎが形成されている各々の拡散層１５１から信号を取り出す配線１５２がホトダイオードアレイ１４４の表面に形成され、その配線１５２がＳｉ配線基板１５３の表裏を貫通する貫通配線１５４に接続されるように延設されている。また、ホトダイオード１４４の裏面側には貫通配線１５４に接続したバンプ１５５が形成され、配線１５２、貫通配線１５４とＳｉ配線基板１５３との間がシリコン酸化膜の絶縁膜１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃによって絶縁されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１８１５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のホトダイオードアレイ、例えばＣＴ用ホトダイオードアレイを実装するには、チップを吸着するコレットとして、平コレットと角錐コレットを使用することができるが、通常フリップチップボンディングを行う場合は平コレットが使用されている。ＣＴ用ホトダイオードアレイは、チップ面積が大きく（例えば、１辺２０ｍｍの矩形状）、図１８（ｂ）に示すように、通常のマウンタで使用される角錐コレット１６１を使用すると、チップ１６２と角錐コレット１６１との隙間１６３により反り返りを生じ、この反り返りにより位置ずれを生じて実装精度が低下するおそれがある。また、フリップチップボンディングの際には加熱や加圧が必要となるが、角錐コレット１６１では熱伝達の効率が良くなくしかも、加えられる圧力によって、チップエッジに損傷がもたらされるおそれもあり、角錐コレット１６１は薄いチップには不向きである。このような理由からフリップチップボンディングを行う場合は、図１８（ａ）に示すように、チップ面に面接触する平コレット１６０でチップ１６２を吸着しつつ、そのチップ１６２にヒータブロック１６４から熱と圧力を加えている。
【０００５】
しかしながら、平コレット１６０を使用すると、チップ１６２のチップ面全体が平コレット１６０に接触することになる。このチップ１６２において、平コレット１６０に接触するチップ面は、光検出部、すなわち、ホトダイオードアレイを構成する不純物拡散層が形成されている光入射面である。この光入射面となるチップ面全体が平コレット１６０に接触して加圧および加熱を受けると、光検出部自体が物理的なダメージ（損傷）を受けてしまう。そうなると、表面傷による外観不良や特性劣化（暗電流や雑音増加など）が光検出部にもたらされる。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決し、実装時におけるホトダイオードアレイのダメージによる特性劣化を防止することが可能な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を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によるホトダイオードアレイは、被検出光の入射面側に、複数のホトダイオードがアレイ状に形成された半導体基板と、半導体基板の入射面側とその裏面側とを貫通し、ホトダイオードに電気的に接続された貫通配線とを備え、半導体基板の入射面側に、所定の深さを有する凹部が形成され、その凹部にホトダイオードが形成されていることを特徴とする。
このホトダイオードアレイは、ホトダイオードが形成された領域よりも形成されない領域が突出しているため、その形成されない領域により、形成された領域と実装時に使用される平コレットとの間に隙間が形成される。そのため、形成された領域が平コレットに直に接触することなく保護され、加圧や加熱によるストレスを受けることがない。
【０００８】
また、上記ホトダイオードアレイは、上記凹部が複数形成され、その隣接する各凹部が互いに連通していることが好ましい。上記凹部がホトダイオード毎に分けて形成され、その隣接する各凹部が互いに連通し、かつその各凹部にホトダイオードが一つづつ形成されていてもよい。
これらのホトダイオードアレイは隣接する各凹部が互いに連通しているため、入射面側に樹脂（例えばシンチレータパネルを取り付ける際の光学樹脂）を塗布したときに、その樹脂が各凹部に行き渡り、また各凹部内ではボイドが発生し難くなる。
【０００９】
また、上記ホトダイオードアレイは、半導体基板の前記入射面側に形成され、ホトダイオードと貫通配線とを電気的に接続する電極配線を更に備え、所定の深さが電極配線の厚さよりも大きく設定されていることが好ましい。このようにすると、ホトダイオードがその非形成領域により確実に保護されるようになる。
さらに、これらのホトダイオードアレイにおいて、半導体基板には、隣接する各ホトダイオードの間に、その各ホトダイオードを分離する不純物領域（分離層）が設けられているとよい。これらのホトダイオードアレイは、分離層により表面リークが抑えられるために、隣接するホトダイオード同士が電気的に確実に分離されている。
【００１０】
そして、本発明は第１導電型の半導体からなる半導体基板に、半導体基板の両側表面を貫通する貫通配線を形成する第１工程と、半導体基板の片側表面に、周囲の領域よりも窪んだ凹部を所定の領域に形成する第２工程と、凹部に不純物を添加して複数の第２導電型の不純物拡散層を形成し、各不純物拡散層と半導体基板とによる複数のホトダイオードをアレイ状に配列して設ける第３工程とを備えるホトダイオードアレイの製造方法を提供する。
【００１１】
このホトダイオードアレイの製造方法によれば、半導体基板の片側表面に、周囲の領域よりも窪んだ凹部が形成され、その凹部に、複数のホトダイオードがアレイ状に配列されたホトダイオードアレイが得られる。
上記ホトダイオードアレイの製造方法において、上記第１工程は、半導体基板に複数の穴部を形成する工程と、その各穴部を含む半導体基板の少なくとも片側表面に導電性被膜を形成する工程と、半導体基板を研磨して導電性被膜を除去する工程を備えるようにすることができる。
これらのホトダイオードアレイの製造方法は、上記第１工程よりも後に、隣接する不純物を添加する領域の間に別の不純物を添加して第１導電型の不純物領域を設ける工程を更に備えるようにすることができる。この製造方法によれば、隣接する各ホトダイオードが確実に分離されたホトダイオードアレイが得られる。
【００１２】
さらに、この発明は、上記いずれかのホトダイオードアレイと、ホトダイオードアレイの被検出光の入射面側に取り付けられ、入射した放射線により発光するシンチレータパネルとを備える放射線検出器を提供する。
また、上記いずれかの製造方法で製造されたホトダイオードアレイと、ホトダイオードアレイの上記凹部の形成された側に取り付けられ、入射した放射線により発光するシンチレータパネルとを備える放射線検出器を提供する。
これらの放射線検出器は、上記ホトダイオードアレイを備えているため、その光入射面側に形成されたホトダイオードが、非形成領域の存在により、実装時における加圧や加熱によるダメージを受けることなく保護され、これらによるノイズや暗電流増加などによる特性劣化を防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
図１は、本発明の実施形態に係るホトダイオードアレイ１を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明においては、光Ｌの入射面を表面とし、その反対側の面を裏面する。以下の各図においては、図示の都合上、寸法が適宜変更されている。
ホトダイオードアレイ１は、ｐｎ接合による複数のホトダイオード４が縦横に規則正しいアレイ状に２次元配列されて、その一つ一つのホトダイオード４がホトダイオードアレイ１の一画素としての機能を有し、全体で一つの光検出部を構成している。
【００１４】
ホトダイオードアレイ１は厚さが１５０〜５００μｍ（好ましくは４００μｍ）程度で、不純物濃度が１×１０１２〜１０１５／ｃｍ３程度のｎ型（第１導電型）シリコン基板３を有している。ｎ型シリコン基板３の表面および裏面は、厚さ０．０５〜１μｍ（好ましくは０．１μｍ）程度のＳｉＯ２からなるパッシベーション膜２が形成されている。また、ホトダイオードアレイ１はその表面側において、凹部６がホトダイオード４毎に分けて複数形成されている。
各凹部６は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍの大きさの矩形状に窪んで形成され、所定の深さを有している。それぞれの底部には、不純物濃度が１×１０１５〜１０２０／ｃｍ３程度で、膜厚が０．０５〜２０μｍ程度（好ましくは０．２μｍ）のｐ型（第２導電型）不純物拡散層５が１つづつ配置されている。このｐ型不純物拡散層５とｎ型シリコン基板３とによるｐｎ接合が縦横の規則正しいアレイ状に配列され、そのそれぞれがホトダイオード４を構成している。
【００１５】
そして、各ｐ型不純物拡散層５の存在する領域がホトダイオード４の形成されている領域（形成領域）で、それ以外の領域がホトダイオードの形成されない非形成領域となっていて、両者の段差、すなわち、凹部６の深さｄは後述する電極配線９の膜厚よりも大きく（例えば０．０５〜３０μｍ、好ましくは１０μｍ程度）設定されている。
また、ホトダイオードアレイ１は、ホトダイオード４それぞれについて、貫通配線８を有している。各貫通配線８はｎ型シリコン基板３の表面側と裏面側を貫通して直径１０μｍ〜１００μｍ程度（好ましくは５０μｍ程度）に形成されていて、リンの濃度が１×１０１５〜１０２０／ｃｍ３程度のポリシリコンからなり、その表面側はアルミニウムからなる電極配線９（膜厚は１μｍ程度）を介してｐ型不純物拡散層５に電気的に接続され、裏面側は同じくアルミニウムからなる電極パッド１０（膜厚は０．０５μｍ〜５μｍ、好ましくは１μｍ程度）が電気的に接続されている。また、その各電極パッド１０に、Ｎｉ−Ａｕからなるアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１１を介して半田のバンプ電極１２が接続されている。各貫通配線８はホトダイオード４の形成されない非形成領域に設けているが、それ以外の部分に設けてもよい。
【００１６】
さらに、図示したホトダイオードアレイ１は、ｐ型不純物拡散層５同士の間、すなわち、隣接するホトダイオード４，４の間に、ｎ＋型不純物領域（分離層）７を深さ０．５〜６μｍ程度で設けている。このｎ＋型不純物領域（分離層）７は、隣接するホトダイオード４，４を電気的に分離する機能を有するもので、これを設けることにより、隣接するホトダイオード４，４が電気的に確実に分離され、ホトダイオード４同士のクロストークを低減することができる。しかし、ホトダイオードアレイ１はこのｎ＋型不純物領域７を設けなくても実用上十分許容し得る程度の光検出特性を有している。
【００１７】
図２は、ホトダイオードアレイ１を構成する半導体チップ３０の側面図およびその要部を拡大して示す断面図である。図２に示すように、半導体チップ３０は幅Ｗ１が２２．４ｍｍ程度で、厚さＤが約０．３ｍｍの極めて薄い板状であり、上述のホトダイオード４を多数有し（例えば１６×１６個の２次元配置）、隣接する画素間のピッチＷ２が１．４ｍｍ程度の大面積（例えば、２２．４ｍｍ×２２．４ｍｍ程度）のチップである。
そして、以上のように構成されたホトダイオードアレイ１は表面側から光Ｌが入射すると、その被検出光Ｌが各ｐ型不純物拡散層５に入射し、その入射光に応じたキャリアを各ホトダイオード４が生成する。生成されたキャリアによる光電流は各ｐ型不純物拡散層５に接続された電極配線９および貫通配線８を介して、更に裏面側の各電極パッド１０とＵＢＭ１１を介してバンプ電極１２から取り出される。このバンプ電極１２からの出力によって、入射光の検出が行われる。
【００１８】
上述のとおり、ホトダイオードアレイ１は、ホトダイオード４それぞれが各凹部６の底部に配置されているため、各ホトダイオード４の形成領域よりも、その周囲の領域（非形成領域）が最大で深さｄに対応する大きさで突出している。そのため、ホトダイオードアレイ１は、半導体チップ３０を平コレットに吸着してフリップチップボンディングを行う場合は、その非形成領域が平コレットに接触して、光検出部を構成するホトダイオード４の形成領域と平コレットとの間に隙間を確保するように機能するため、その形成領域は非形成領域により保護され、平コレットに直接接触することはない。したがって、ホトダイオードアレイ１は光検出部が加圧によるストレスや加熱によるストレスを直接受けないので、光検出部自体が物理的なダメージ（損傷）を受けることもなく、そのようなダメージに起因するノイズや暗電流などの発生を抑制することができる。よって、ホトダイオードアレイ１は高精度な（Ｓ／Ｎ比が高い）光検出を行うことができる。
【００１９】
また、後述するように、フリップチップボンディング以外、例えばホトダイオードアレイ１をシンチレータに一体化してＣＴ用センサとする場合にも、シンチレータが直接光検出部に接触することがないから、シンチレータの取り付け時におけるダメージも回避することができる。
上述の凹部６は、ホトダイオード４毎に分けて形成されているが、このようにするためには、ｎ型シリコン基板３の表面において、例えば、図１６（ａ）に示すように、ホトダイオードの非形成領域を、形成領域に対して段差を有する連続した壁部１３ａが縦横に複数配置され、かつ十字状に交差するようにして形成すればよい。また、同図（ｂ）に示すように非形成領域をその辻部１３ｂ以外の部分に壁部１３ｃを断続的に配置して形成してもよく、同図（ｃ）に示すように、辻部１３ｂに十字状壁部１３ｄを配置して形成してもよい。さらに、図示はしないが、凹部６は大きく左右２つに分ける等して、複数の領域に分けて形成し、それぞれの凹部にホトダイオード４を１または２以上形成してもよい。
【００２０】
このようにして凹部６を複数形成する場合、隣接する各凹部６は互いに非形成領域により完全に仕切られることなく連通しているとよい。そのためには、例えば非形成領域を、上述の壁部１３ｃ，十字状壁部１３ｄを断続的に配置して形成すればよい。
また、隣接する各凹部６を連通させる代わりに、ｎ型シリコン基板３の表面側に、例えば、図１７（ａ）に示すように、ホトダイオード４の形成領域全体を取り囲める位置に縁取りした枠状壁部１３ｅを設けて、その内側全体が凹部６となるようにしてもよい。この枠状壁部１３ｅの代わりに、同図（ｂ）に示す一部欠落した枠状壁部１３ｆを設けてもよい。これらの場合は、凹部６が互いに非形成領域により仕切られることなく形成される。
【００２１】
一方、非形成領域は必ずしもそのすべてが凹部６よりも膜厚の厚い部分に設けられていることを要せず、その一部が、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、凹部６に設けられていてもよい（枠状壁部１３ｅ、１３ｆのみが表面からみた高さの高い部分に形成され、その他は凹部６に形成されている）。しかし、ホトダイオード４は、そのすべてが凹部６に設けられていなければならない。
上述のように、壁部を断続的に配置して非形成領域を形成し、隣接する凹部６が互いに仕切られることなく連通するようにすると、隣接する壁部同士の隙間が樹脂（例えば、後述のシンチレータパネル３１を接着して放射線検出器４０を設ける際の光学樹脂３５）の逃げ道として機能する。したがって、ｎ型シリコン基板３の表面側に樹脂を塗布したときに、凹部６内にボイド（気泡）が発生し難くなり（ボイドが少なくなる）、その塗布した樹脂を各凹部６に偏りなく行き渡らせて均一に充填することができる。
【００２２】
なお、図１７（ｃ）に示すように、壁部１３ａと枠状壁部１３ｅをともに設けることもできるが、この場合は、各凹部６が非形成領域により完全に仕切られることとなる。
ところで、上述したホトダイオードアレイ１は次のように構成されていてもよい。例えば、図１２に示すように孔部１５の側壁にもリンを拡散させ、ｎ＋型不純物領域７を貫通配線８の周囲に設けてもよい。こうすると、穴部１４を形成した際のダメージ層からの不要なキャリアをトラップすることができ、暗電流を抑制することができる。この場合の添加するリンの濃度は、１×１０１５〜１０２０／ｃｍ３程度、ｎ＋型不純物領域７の厚さ（深さ）は、０．１〜５μｍ程度にするとよい。
【００２３】
また図１３に示すように、孔部１５内のシリコン酸化膜２０の上に膜厚が０．１〜２μｍ程度のシリコン窒化膜２４を設けてもよい。こうすると、ｎ型シリコン基板３と貫通配線８との絶縁を確実にして動作不良を低減することができる。
さらに、裏面側にもリンをドープして拡散させ、図１４に示すように、ｎ＋型不純物領域７を設けてもよい。この場合は、裏面からカソード電極１６をとることができる。こうすると、カソードのための貫通配線を設ける必要がなくなるのでダメージの低減につながり、暗電流の低減、不良率の低減につながる。もちろん、必要に応じては表面に形成されているｎ＋型不純物領域７から貫通配線を設けてカソードとしての電極を裏面側に出しても構わない。
【００２４】
次に、本実施形態に係るホトダイオードアレイ１の製造方法について、図３〜図１１に基づいて説明する。
まず、厚さ１５０〜５００μｍ（好ましくは４００μｍ）程度のｎ型シリコン基板３を準備する。続いて、図３に示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥにより、ｎ型シリコン基板３の片面（以下この面が表面で、反対側の面が裏面となる）側に、直径１０μｍ〜１００μｍ（好ましくは５０μｍ）程度の貫通していない穴部１４を、ｎ型シリコン基板３の厚さに応じた深さ（例えば１００〜３５０μｍ程度）でホトダイオード４に対応して複数形成した上で、基板の表面および裏面に熱酸化を施し、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２０を形成する。各穴部１４には、後に貫通配線８が形成される。シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２０は後述の貫通配線８とｎ型シリコン基板３との電気的絶縁を実現するものとなる。
【００２５】
次に、図４に示すように、不純物としてリンを添加した導電性被膜として、ポリシリコン膜２１を基板の表面と裏面あるいは表面のみに形成すると同時に、穴部１４をその不純物を添加して低抵抗化したポリシリコンにより穴埋めする。続いて、図５に示すように、基板の表面および裏面を研磨して、表面と裏面に形成されたポリシリコン膜２１を除去するとともに、表面と裏面から穴部１４に埋めたポリシリコンを露出させ、両側表面を貫通する孔部１５とした上で前述の埋めたポリシリコンを貫通配線８となし、再度、基板の表面および裏面に熱酸化を施し、シリコン酸化膜２２を形成する。このシリコン酸化膜２２は後続の工程においてｎ＋熱拡散のマスクとして利用される。
【００２６】
そして、ｎ型シリコン基板３の表面側のシリコン酸化膜２２について、所定のホトマスクを用いたパターニングを行い、ｎ＋型不純物領域７を設けようとする領域のみ開口し、その開口された部分（開口部）からリンを拡散させてｎ＋型不純物領域７を設ける（ｎ＋型不純物領域７を設けない場合はこの工程（不純物領域形成工程）を省略してもよい）。その後再び基板の表面および裏面に熱酸化を施してシリコン酸化膜２３を形成する（図６参照）。このシリコン酸化膜２３は後続の工程において、ｐ型不純物拡散層５を形成する際のマスクとして利用される。
【００２７】
続いて、ｎ型シリコン基板３の表面および裏面に、ＬＰ−ＣＶＤ（またはプラズマＣＶＤ）によりシリコン窒化膜（ＳｉＮ）２４を形成した上で、図７に示すように、所定のホトマスクを用いたパターニングを行い、各凹部６に対応する部分からシリコン窒化膜２４とシリコン酸化膜２３を除去して、各凹部６を形成しない部分にのみシリコン窒化膜２４とシリコン酸化膜２３を残す。この工程で、シリコン窒化膜２４とシリコン酸化膜２３の残される領域を適宜変更することにより、非形成領域を上述した種々のパターンで形成することができる。
【００２８】
そして、水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ）やＴＭＡＨ等のシリコンエッチング液を用い、残されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ）２４とシリコン酸化膜２３をマスクに用いて、ｎ型シリコン基板３を対象とする異方性エッチングを行い、熱酸化を施した後に残されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ）２４を除去する。この工程を経ることにより、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）２４（およびシリコン酸化膜２３）に被覆されていなかった部分が周囲の領域よりも窪んで上述の凹部６が形成される。前述の熱酸化によりシリコン酸化膜２３と凹部６に形成されたシリコン酸化膜はつながり、シリコン酸化膜２５を形成する（図８参照）。なお、このパッシベーション膜２は、各ｐ型不純物拡散層５の上において反射防止膜の効果もあり、厚みを変えることにより所望の波長に対して高い光検出感度を得ることができる。
【００２９】
次に、シリコン酸化膜２５について、所定のホトマスクを用いたパターニングを行い、各凹部６の底部の、各ｐ型不純物拡散層５を形成しようとする領域のみ開口する。そして、その開口部からボロンを拡散させ、ｐ型不純物拡散層５を縦横のアレイ状に２次元配列で形成する。その後再び基板の表面および裏面に熱酸化を施してシリコン酸化膜２６を形成する（図９参照）。このシリコン酸化膜２６がパッシベーション膜２となる。なお、このパッシベーション膜２は、各ｐ型不純物拡散層５の上において反射防止膜の効果もあり、厚みを変えることにより所望の波長に対して高い光検出感度を得ることができる。これにより、各ｐ型不純物拡散層５とｎ型シリコン基板３のｐｎ接合によるホトダイオード４が凹部６の底部に縦横のアレイ状に２次元配列で形成され、このホトダイオード４が画素に対応する部分となる。
【００３０】
さらに、ホトエッチング技術により、各貫通配線８が形成されている領域にコンタクトホールを形成する。続いて、表面および裏面それぞれについてアルミニウム金属膜を全面に形成した上で、所定のホトマスクを用いてパターニングを行い、ホトエッチング技術により、その金属膜の不要な部分を除去し、表面側に電極配線９、裏面側に電極パッド１０をそれぞれ形成する（図１０参照）。
続いて各電極パッド１０にバンプ電極１２を設けるが、そのバンプ電極１２として半田を用いる場合、半田はアルミニウムに対する濡れ性が悪いので、各電極パッド１０とバンプ電極１２を仲介するためのＵＢＭ１１を各電極パッド１０に形成し、そのＵＢＭ１１に重ねてバンプ電極１２を形成する。以上の工程を経ることにより、実装時におけるダメージに起因するノイズが発生せず、高精度な光検出を行えるホトダイオードアレイ１を製造することができる。
【００３１】
この場合、ＵＢＭ１１は、無電解メッキにより、Ｎｉ−Ａｕを用いて形成するが、リフトオフ法により、Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕやＣｒ−Ａｕを用いて形成してもよい。無電解メッキによりＵＢＭ１１を形成する場合は、ＵＢＭ１１を形成したい部分、すなわち各電極パッド１０のみが露出するように絶縁膜で表面と裏面を保護してメッキを行う必要がある。実施例では、表面に電極配線９が露出しているため、メッキの際に表面にレジストやプラズマＣＶＤなどによるＳｉＯ２やＳｉＮを形成すれば良い。ＳｉＯ２やＳｉＮを用いる場合には、ホトダイオードの光学特性に影響がないと判断されるならば除去せずに残しても構わない。これにより表面にある電極配線９を保護するとともに、更にホトダイオードを保護することにより信頼性が向上する。また、バンプ電極１２は半田ボール搭載法や印刷法で所定のＵＢＭ１１に半田を形成し、リフロすることによって得られる。なお、バンプ電極１２は半田に限られるものではなく、金バンプ、ニッケルバンプ、銅バンプでもよく、導電性フィラー等の金属を含む導電性樹脂バンプでもよい。
【００３２】
次に、本発明の放射線検出器の実施形態について説明する。図１５は、本実施形態に係る放射線検出器４０の側断面図である。この放射線検出器４０は、放射線を入射して、その放射線によって生じた光を光出射面３１ａから出射するシンチレータパネル３１と、シンチレータパネル３１から出射された光を光入射面から入射し、電気信号に変換する上述のホトダイオードアレイ１とを備えている。この放射線検出器４０は、本発明に係るホトダイオードアレイ１を備えることを特徴としている。
【００３３】
シンチレータパネル３１はホトダイオードアレイ１の表面側（入射面側）に取り付けられているが、ホトダイオードアレイ１は、その表面側に上述した凹部６が設けられている。そのため、シンチレータパネル３１の裏面、すなわち、光出射面３１ａはホトダイオードアレイ１の非形成領域に当接するが、直接ホトダイオード４の形成領域に接することはない。また、シンチレータパネル３１の光出射面３１ａと、凹部６との間には隙間が形成されるが、この隙間には光透過特性が劣化しないように配慮した屈折率を有する光学樹脂３５が充填され、この光学樹脂３５により、シンチレータパネル３１から出射された光が効率よくホトダイオードアレイ１に入射するようになっている。この光学樹脂３５は、シンチレータパネル３１から出射された光を透過する性質を有するエポキシ樹脂や、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等を用いることができ、これらを基材とした複合材料を用いてもよい。
【００３４】
そして、ホトダイオードアレイ１を図示しない実装配線基板上にボンディングする際には平コレットで表面を吸着する。しかし、ホトダイオードアレイ１の表面には、上述した凹部６が設けられているため、平コレットの吸着面が直接光検出部に接することはなく、またシンチレータパネル３１を取り付けたことによってその光出射面３１ａがホトダイオード４の形成領域に直接接することもない。したがって、このようなホトダイオードアレイ１とシンチレータパネル３１とを有する放射線検出器４０は、実装時における光検出部のダメージによるノイズや暗電流などの発生を防止することができるから、光検出が精度よく行われ、放射線の検出も精度良く行える。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、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において、実装時におけるホトダイオードのダメージによるノイズや暗電流などの発生を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るホトダイオードアレイの要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図２】ホトダイオードアレイを構成する半導体チップの側面図およびその要部を拡大して示す断面図である。
【図３】実施形態のホトダイオードアレイの製造工程の途中の過程を示す要部拡大断面図である。
【図４】図３の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図５】図４の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図６】図５の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図７】図６の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図８】図７の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図９】図８の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図１０】図９の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図１１】図１０の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図１２】実施形態に係る別のホトダイオードアレイの要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図１３】実施形態に係るさらに別のホトダイオードアレイの要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図１４】実施形態に係るさらにまた別のホトダイオードアレイの要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図１５】実施形態に係るホトダイオードアレイを有する放射線検出器の要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図１６】実施形態に係るホトダイオードアレイを模式的に示す平面図で、（ａ）は非形成領域を連続した十字交差状の壁部として設けた場合、（ｂ）は非形成領域をその辻部以外の部分が断続的につながる壁部として設けた場合、（ｃ）は辻部の部分が十字状につながった壁部として設けた場合である。
【図１７】実施形態に係るホトダイオードアレイを模式的に示す別の平面図で、（ａ）は形成領域全体を取り囲める位置に縁取りした壁部を設けた場合、（ｂ）は（ａ）の一部欠落した壁部として設けた場合、（ｃ）は図１６（ａ）と図１７（ａ）の壁部をともに設けた場合である。
【図１８】半導体チップをコレットにより吸着した状態を模式的に示し、（ａ）は平コレットにより吸着した状態を示す断面図、（ｂ）は角錐コレットにより吸着した状態を示す断面図である。
【図１９】従来技術のホトダイオードアレイを示す断面図である。
【符号の説明】
１…ホトダイオードアレイ、３…ｎ型シリコン基板
４…ホトダイオード、６…凹部、８…貫通配線
９…電極配線、３１…シンチレータパネル
３５…光学樹脂、４０…放射線検出器
【図１】
2004273833.tif 000003
【図２】
2004273833.tif 000004
【図３】
2004273833.tif 000005
【図４】
2004273833.tif 000006
【図５】
2004273833.tif 000007
【図６】
2004273833.tif 000008
【図７】
2004273833.tif 000009
【図８】
2004273833.tif 000010
【図９】
2004273833.tif 000011
【図１０】
2004273833.tif 000012
【図１１】
2004273833.tif 000013
【図１２】
2004273833.tif 000014
【図１３】
2004273833.tif 000015
【図１４】
2004273833.tif 000016
【図１５】
2004273833.tif 000017
【図１６】
2004273833.tif 000018
【図１７】
2004273833.tif 000019
【図１８】
2004273833.tif 000020
【図１９】
2004273833.tif 000021