(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、実装時におけるホトダイオードの対応領域にもたらされる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Ｌの入射面の反対面側に、複数のホトダイオード４がアレイ状に形成されたホトダイオードアレイにおいて、その入射面側のホトダイオード４が形成された領域と対応する領域に、ホトダイオードが形成された領域と対応しない領域よりも窪んだ所定の深さを有する凹部６を設けてホトダイオードアレイ１とする。【選択図】  図１
2004296827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出光の入射面の反対面側に、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を備え、
前記入射面側の、前記ホトダイオードが形成された領域と対応する領域に、ホトダイオードが形成された領域と対応しない領域よりも窪んだ所定の深さを有する凹部が設けられている
ことを特徴とするホトダイオードアレイ。
【請求項２】
前記半導体基板が、前記入射面の反対面側に、周囲の領域よりも窪んだ表面側凹部を有し、該表面側凹部の底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または２記載のホトダイオードアレイ。
【請求項４】
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ている
ことを特徴とする請求項１または２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】
前記半導体基板の入射面側に、前記半導体基板と同じ導電型の高不純物濃度層が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のホトダイオードアレイ。
【請求項７】
第１導電型の半導体からなる半導体基板の片側表面に、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形成する第１工程と、
前記不純物拡散層を形成した側の反対側表面において、前記ホトダイオードが形成された領域と対応する領域に、ホトダイオードが形成された領域と対応しない領域よりも窪んだ所定の深さを有する凹部を設ける第２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８】
第１導電型の半導体からなる半導体基板の片側表面に、周囲の領域よりも窪んだ表面側凹部をアレイ状に配列して複数形成する第１工程と、
前記各表面側凹部の底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形成する第２工程と、
前記不純物拡散層を形成した側の反対側表面において、前記ホトダイオードが形成された領域と対応する領域に、ホトダイオードが形成された領域と対応しない領域よりも窪んだ所定の深さを有する凹部を設ける第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９】
前記凹部を設けた後、前記反対側表面に前記半導体基板と同じ導電型の高不純物濃度層を形成する工程
を更に有することを特徴とする請求項７または８記載のホトダイオードアレイの製造方法。
【請求項１０】
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
を更に有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項記載のホトダイオードアレイの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜６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の側に取り付けられ、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１２】
請求項７〜１０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前記凹部が設けら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、バンプ電極等の形成されている面の反対側（裏面側）から光を入射させるタイプの裏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２６および図２７に示すように、ｎ型シリコン基板１３３に、角柱状ｐ層１３４を形成してｐｎ接合によるホトダイオード１４０を形成し、そのホトダイオード１４０が形成されている表面側（図面の下側）とは反対側の裏面（図面の上側）に、負電極膜１３６を介してシンチレータ１３１が接着されてなっている。そして、そのシンチレータ１３１から、波長変換された光をホトダイオード１４０に入射させるとともに、その入射光に応じた電流をホトダイオード１４０により得て、その電流を表面側の正電極１３５、半田球１３９を介して、プリント基板１３７に設けられた半田パッド１３８に接続している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３３３３４８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２５（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２５（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、そのチップ面上の、ホトダイオードを構成する不純物拡散層と対応する領域に物理的なダメージ（損傷）が及ぶので、そのダメージによる外観不良や特性劣化（暗電流や雑音の増加等）がホトダイオードアレイにもたらされる。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決し、実装時において、ホトダイオードが形成されている領域と対応する領域に及ぶ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、被検出光の入射面の反対面側に、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を備え、入射面側のホトダイオードが形成された領域と対応する領域に、ホトダイオードが形成された領域と対応しない領域よりも窪んだ所定の深さを有する凹部が設けら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と対応する領域よりも対応しない領域が突出しているため、その対応しない領域により、対応する領域とホトダイオードが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、対応する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ダメージ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半導体基板が、入射面の反対面側に、周囲の領域よりも窪んだ表面側凹部を有し、その表面側凹部の底部にホトダイオードが形成されているようにすることができる。
このホトダイオードアレイは、半導体基板の被検出光の入射面からホトダイオードまでの距離が短縮されるので、被検出光の入射により発生するキャリアの移動過程における再結合が抑制され光検出感度が向上する。
【０００９】
また、上記ホトダイオードアレイは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とよい。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ていてもよい。
これらのホトダイオードアレイは凹部が複数形成されるが、そのうち隣接する凹部が互いに連通するため、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。
【００１０】
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。
上記いずれのホトダイオードアレイも、半導体基板の入射面側に、上記半導体基板と同じ導電型の高不純物濃度層が形成されていることが好ましい。このホトダイオードアレイは、半導体基板内部の光入射面付近で発生したキャリアがトラップされることなく各ホトダイオードへ効率的に移動して、光検出感度を高めることができる。
【００１１】
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の片側表面に、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形成する第１工程と、不純物拡散層を形成した側の反対側表面において、ホトダイオードが形成された領域と対応する領域に、ホトダイオードが形成された領域と対応しない領域よりも窪んだ所定の深さを有する凹部を設ける第２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。
【００１２】
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ホトダイオードがアレイ状に配列して形成され、その反対側のホトダイオードが形成された領域と対応する領域に、対応しない領域よりも窪んだ所定の深さの凹部が形成されたホトダイオードアレイが得られる。
また、本発明は、第１導電型の半導体からなる半導体基板の片側表面に、周囲の領域よりも窪んだ表面側凹部をアレイ状に配列して複数形成する第１工程と、各表面側凹部の底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、各不純物拡散層と上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形成する第２工程と、上記不純物拡散層を形成した側の反対側表面において、ホトダイオードが形成された領域と対応する領域に、ホトダイオードが形成された領域と対応しない領域よりも窪んだ所定の深さを有する凹部を設ける第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。
【００１３】
この製造方法によれば、半導体基板の片側表面に表面側凹部が形成されて、その表面側凹部の底部にホトダイオードがアレイ状に配列して形成され、その反対側のホトダイオードが形成された領域と対応する領域に、対応しない領域よりも窪んだ所定の深さを有する凹部が設けられたホトダイオードアレイが得られる。
上記いずれのホトダイオードアレイの製造方法も、上記不純物拡散層を形成した側の反対側表面に凹部を設けた後、その反対側表面に半導体基板と同じ導電型の高不純物濃度層を形成する工程を更に有するとよい。この製造方法によれば、半導体基板と同じ導電型の高不純物濃度層が形成されることによって、半導体基板内部の光入射面付近で発生したキャリアがトラップされることなくｐｎ接合部へ効率的に移動し、光検出感度を高めたホトダイオードアレイが得られる。
【００１４】
また、上記いずれのホトダイオードアレイの製造方法も、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有す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電気的に確実に分離されたホトダイオードアレイが得られる。
そして本発明は、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の側に取り付けられ、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。
【００１５】
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凹部が設けら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、その光入射面の側に取り付けられたホトダイオードが、ホトダイオードが形成された領域と対応しない領域により、実装時における加圧や加熱によるストレス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等が発生しない。
【００１６】
【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。
（第１の実施形態）
まず、ホトダイオードアレイとその製造方法の実施形態について説明する。
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（図１の上側）を裏面、その反対側（図１の下側）の面を表面としている。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。
【００１７】
ホトダイオードアレイ１は、表面側において、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。
ホトダイオードアレイ１は、厚さが３０〜３００μｍ（好ましくは１００μｍ）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。そして、その表面側において、不純物濃度が１×１０１３〜１０２０／ｃｍ３程度で、深さが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が縦横の規則正しいアレイ状に２次元配列されている。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接合がホトダイオード４を構成している。さらに、表面側にはシリコン酸化膜２２が形成され、重ねてＳｉＮ等からなるパッシベーション膜２が形成されている。
【００１８】
また、各ホトダイオード４について、電極配線９が形成されている。この電極配線９は、膜厚が１μｍ程度のアルミニウムからなり、表面側において、各ｐ型不純物拡散層５に電気的に接続されている。また、各電極配線９には、所定の位置でパッシベーション膜２の開口した部分に、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が電気的に接続されている。
【００１９】
一方、ｎ型シリコン基板３の裏面側には、高不純物濃度層であるアキュムレーション層８が設けられている。このアキュムレーション層８は裏面側の略全体にわたって略均一な深さで形成されていて、ｎ型シリコン基板３と同じ導電型であり、ｎ型シリコン基板３よりも不純物濃度が高くなっている。また、このアキュムレーション層８を被覆し、保護すると同時に光Ｌの反射を抑制するＡＲ膜２４が形成されている。ＡＲ膜２４は、ＳｉＯ２からなり、厚さ０．０１〜数μｍ程度で形成されている。なお、ホトダイオードアレイ１はアキュムレーション層８を設けているが、アキュムレーション層８を設けなくても実用上十分許容しえる程度の光検出感度を有している。なお、ＡＲ膜２４は、ＳｉＯ２のほかに、ＳｉＮや必要な波長において反射防止ができるような光学膜を積層あるいは複合して形成してもよい。
【００２０】
そして、表面側の各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、光Ｌが入射する裏面側において、各ホトダイオード４の形成領域と対応する領域（以下「対応領域」という）に、凹部６がホトダイオード４毎に複数設けられている。各凹部６は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍの大きさの矩形状に、ホトダイオード４の形成領域と対応しない領域（以下「非対応領域」という）よりも窪んで形成され、その深さｄは、例えば３〜１５０μｍ、好ましくは１０μｍ程度となっている。
【００２１】
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同士の間に、ｎ＋型不純物領域（分離層）７を膜厚０．１〜数１０μｍ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同士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同士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は設けなくても、実用上十分許容し得る程度の光検出特性を有している。
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次元配列）、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）のチップである。
【００２２】
以上のように構成されたホトダイオードアレイ１は、ホトダイオード４が形成されていない裏面側から光Ｌが入射すると、その被検出光Ｌがアキュムレーション層８を通過して、ｐｎ接合部に達し、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。このとき、アキュムレーション層８は、光Ｌの入射によって、ｎ型シリコン基板３内部の光入射面（裏面）付近で発生したキャリアが光入射面やＡＲ膜２４との界面でトラップすることを抑制して、そのキャリアをｐｎ接合部へ効率的に移動させて、ホトダイオードアレイ１の光検出感度を高めるように機能する。そして、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。
【００２３】
上述のとおり、ホトダイオードアレイ１は入射面側において、各ホトダイオード４の対応領域に凹部６が設けられているため、非対応領域が対応領域よりも深さ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、その非対応領域が平コレットに接触して、対応領域と平コレットとの隙間を確保するように機能するから、対応領域は非対応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は対応領域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、その対応領域のアキュムレーション層８に物理的なダメージ（損傷）が及ぶことはなく、ホトダイオード４にそのようなダメージによる結晶欠陥等に起因する暗電流やノイズが発生することもない。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。
【００２４】
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対応領域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。
ところで、上述の凹部６は、ホトダイオード４毎に形成されているが、このようにするためには、ｎ型シリコン基板３の裏面に、例えば、図１３（ａ）に示すように、ホトダイオードの非対応領域を、対応領域に対して段差を有する連続した長い壁部１３ａを縦横に複数配置し、かつ十字状に交差させて形成すればよい。また、同図（ｂ）に示すように非対応領域を、その辻部１３ｂ以外の部分に、複数の短い壁部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てもよい。
【００２５】
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は互いに非対応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、例えば非対応領域を、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の裏面側に、例えば、図１４（ａ）に示すように、ホトダイオード４の対応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が互いに非対応領域により仕切られることなく形成される。
【００２６】
一方、非対応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１４（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のみが裏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の対応領域は、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対応領域を形成し、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５０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の裏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。
【００２７】
なお、図１４（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が非対応領域により仕切られることとなる。
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１２に基づいて説明する。
まず、図３に示すように、１５０〜５００μｍ（好ましくは３５０μｍ）程度の厚さを有するｎ型シリコン基板３を準備して、そのｎ型シリコン基板３の表面および裏面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２０を形成する（図４参照）。
【００２８】
次に、ｎ型シリコン基板３の片面（以下、この面が表面、その反対側の面が裏面となる）側のシリコン酸化膜２０に、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）からリンをドープしてｎ＋型不純物領域７を設ける。この実施の形態では、裏面側にもｎ＋型不純物領域７を形成しているが、表面側、裏面側とも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シリコン酸化膜２１を形成する（図５参照）。このシリコン酸化膜２１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。
【００２９】
続いて、表面側のシリコン酸化膜２１に、所定のホトマスクを用いたパターニングを行い、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ドープし、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。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が表面側において、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。その後再び基板の表面にシリコン酸化膜２２を形成する（図６参照）。
【００３０】
次に、ｎ型シリコン基板３の全体の厚さが所定の厚さ（３０〜３００μｍ程度）になるまで裏面を研摩してｎ型シリコン基板３の薄型（薄板）化を行い、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）２３を形成する（図７参照）。そして、所定のホトマスクを用いたパターニングを行い、裏面側に、各凹部６を形成しようとする部分、すなわち、ホトダイオード４の対応領域からシリコン窒化膜２３を除去して、各凹部６を形成しない部分、すなわち、ホトダイオード４の非対応領域にのみシリコン窒化膜２３を残す（図８参照）。この工程で、シリコン窒化膜２３の残される領域を適宜変更することにより非対応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。
【００３１】
そして、水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ）やＴＭＡＨ等を用い、残されたシリコン窒化膜２３をマスクに用いて、ｎ型シリコン基板３に異方性アルカリエッチングを行い、シリコン窒化膜２３に被覆されていなかった部分に、上述の凹部６を設ける。その後、残されたシリコン窒化膜２３を基板の表面および裏面から除去する。続いて、裏面側にｎ型イオン種（例えば、リンや砒素）をイオン注入等を行い、それを０．０５〜数μｍ程度の深さまで拡散させてｎ型シリコン基板３よりも不純物濃度が高い上述のアキュムレーション層８を形成する。さらに、再度熱酸化等を行い、裏面側にＡＲ膜２４を形成する（図９参照）。
【００３２】
さらに、ホトエッチング技術により各ホトダイオード４の形成領域において、各ｐ型不純物拡散層５へつながるコンタクトホールをシリコン酸化膜２２に形成する。続いて、蒸着により、アルミニウム金属膜を表面側の全体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、その金属膜の不要な部分を除去して電極配線９を形成する（図１０参照）。そして、表面側にプラズマＣＶＤやスパッタによりパッシベーション膜２となるＳｉＮ２５を形成する。
【００３３】
続いて、そのＳｉＮ２５の所定の位置にコンタクトホールを形成し、電極取り出し部にする（図１１参照）。さらに、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上記各電極取り出し部とバンプ電極１２を仲介するためのＵＢＭ１１を各電極取り出し部に形成し、そのＵＢＭ１１に重ねてバンプ電極１２を形成する（図１２参照）。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や暗電流が発生せず、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。
【００３４】
この場合、ＵＢＭ１１は、無電解メッキにより、Ｎｉ−Ａｕを形成するが、リフトオフ法により、Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕやＣｒ−Ａｕを形成してもよい。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。なお、図にはアノード電極取り出しのみを示しているが、カソード（基板）電極もアノード電極と同様に、ｎ＋型不純物領域７から取り出すことができる（図示せず）。また、図では、アノード電極のバンプ電極１２をｎ＋型不純物領域７のエリアに形成した場合を示しているが、アノード電極のバンプ電極１２は、ｐ型不純物拡散層５のエリアに形成してもよい。
【００３５】
次に、本発明の放射線検出器の第１の実施形態について説明する。
図２３は、本実施形態に係る放射線検出器５０の側断面図である。この放射線検出器５０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５０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。
【００３６】
シンチレータパネル３１はホトダイオードアレイ１の裏面側（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、その裏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の非対応領域に当接しても、ホトダイオード４の対応領域に直接接することはない。また、シンチレータパネル３１の光出射面３１ａと、凹部６との隙間には光が十分透過するように特性を考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、これらの複合材料を用いてもよい。
【００３７】
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の裏面には、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対応領域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の対応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５０は、実装時における対応領域のダメージによるノイズや暗電流増加等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。
【００３８】
（第２の実施形態）
次に、ホトダイオードアレイとその製造方法の第２の実施形態について説明する。
本実施形態では、図１５に示すように、光Ｌの入射面の反対面側（表面側）に表面側凹部４５を設けたｎ型シリコン基板４３を有するホトダイオードアレイ４１を対象としている。なお、このホトダイオードアレイ４１は、ホトダイオードアレイ１と共通部分を有するので、以下の説明は双方の相違点を中心に行い、共通部分については、その説明を省略ないし簡略化する。
【００３９】
ホトダイオードアレイ４１は、ｎ型シリコン基板４３の表面側に、表面側凹部４５が、縦横の規則正しいアレイ状に２次元配列で形成されている。各表面側凹部４５はその周囲の領域よりも厚さが薄くなるように窪ませて形成したもので、１．４〜１．５ｍｍ程度の配置間隔で形成されている。そして、そのそれぞれの底部４５ａに上述のホトダイオード４が一つづつ形成されることによって、ホトダイオード４がアレイ状に２次元配列されたホトダイオードアレイ４１を構成している。
【００４０】
各表面側凹部４５は、表面側において、例えば１ｍｍ×１ｍｍ程度の大きさの矩形状開口部を有し、その開口部からその底部４５ａに向かい（表面側から裏面側に向かって）開口寸法が漸次縮小するように窪んで形成され、その底部４５ａまでの深さは例えば５０μｍ程度になっている。こうすることにより、表面側凹部４５は、斜面状の側面４５ｂを有している。また、表面側には、ホトダイオード４それぞれについて、ｐ型不純物拡散層５に電気的に接続された電極配線９が側面４５ｂに沿って形成されている。この電極配線９にホトダイオードアレイ１と同様にパッシベーション膜２の所定の位置に開口部が形成され、さらに、ＵＢＭ１１を介してバンプ電極１２が電気的に接続されている。また、ホトダイオード４，４の間に、ｎ＋型不純物領域７も設けられている。
【００４１】
一方、ホトダイオードアレイ４１は、裏面側ではその全体にアキュムレーション層８が形成され、重ねてＡＲ膜２４が形成されている。このアキュムレーション層８、ＡＲ膜２４ともに、上述したホトダイオードアレイ１と同様である。そして、ホトダイオード４の対応領域に、各表面側凹部４５と対応するようにして上述の凹部６がホトダイオード４毎に分けて複数設けられている。この凹部６も上述したホトダイオードアレイ１と同様である。
【００４２】
図１６は、ホトダイオードアレイ４１を構成する半導体チップ３６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１６に示すように、半導体チップ３６は、幅Ｗ１が２２．４ｍｍ程度で、厚さＤが約１５０〜３００μｍ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（１６×１６個の２次元配列）、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）のチップである。
以上のように構成されたホトダイオードアレイ４１は、ホトダイオード４が形成されていない裏面側から光Ｌが入射すると、ホトダイオードアレイ１と同様にその被検出光Ｌがアキュムレーション層８を通過してｐｎ接合部に達し、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。このとき、ｐｎ接合部が表面側凹部４５の底部４５ａに設けられているのでｎ型シリコン基板４３の裏面からホトダイオード４までの距離が短縮されている（例えば、１０〜１００μｍ程度）。したがって、ホトダイオードアレイ４１は光Ｌの入射により発生するキャリアが移動する過程において、再結合により消滅してしまう事態が抑制され、そのことにより、検出感度を高く維持できるようになっている。
【００４３】
また、アキュムレーション層８により、光Ｌの入射によって、ｎ型シリコン基板４３内部の光入射面（裏面）付近で発生したキャリアが再結合することなくｐｎ接合部へ無駄なく効率的に移動することになるから、ホトダイオードアレイ４１は、光検出感度が一層高くなっている（ただし、アキュムレーション層８を設けていなくても、ホトダイオードアレイ４１は実用上十分許容しえる程度の検出感度を有している）。
なお、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。この点については、ホトダイオードアレイ１と同様である。
【００４４】
このホトダイオードアレイ４１も、ホトダイオードアレイ１と同様に、各ホトダイオード４の対応領域に凹部６が設けられているため、その半導体チップ３６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、ホトダイオード４の対応領域が非対応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４１は対応領域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、その対応領域のアキュムレーション層８に物理的なダメージ（損傷）が及ぶことはなく、ホトダイオード４にそのようなダメージに起因するノイズや暗電流等が増加することもない。よって、ホトダイオードアレイ４１は高精度な（Ｓ／Ｎ比が高い）光検出を行うことができる。また、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４１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対応領域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。
【００４５】
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６、図１７〜図２２に基づいて説明する。なお、図示の都合上、図面の一部のハッチングを省略している。
まず、図３〜図６までの各工程をホトダイオードアレイ１と同様にして実行する。次に、ｎ型シリコン基板３の厚さが所定の厚さになるまで裏面を研摩してｎ型シリコン基板３の薄型（薄板）化を行う。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）２３を形成し、さらに続いて表面側のシリコン酸化膜２２とシリコン窒化膜２３について、所定のホトマスクを用いてパターニングを行い、各表面側凹部４５を形成しようとする領域のみ開口する（図１７参照）。
【００４６】
次に、ｎ型シリコン基板３の表面において、その各ｐ型不純物拡散層５が形成されている領域を対象として、ｐ型不純物拡散層５の枠状周辺部５ａが残るように、その内側をアルカリエッチングにより除去して表面側凹部４５を形成し、これによってｎ型シリコン基板４３を得る。すると、表面側凹部４５の開口部に、ｐ型不純物の拡散した領域として枠状周辺部５ａが形成され、それに続く側面４５ｂと、底部４５ａが形成される。なお、枠状周辺部５ａは必須というわけではないが、これを形成すると表面側凹部４５の凹部エッチングのエッジ部分でのダメージにより発生する暗電流や雑音を防止する効果が得られる。なお、図１５、１６、２４ではホトダイオードアレイチップに、枠状周辺部５ａがない場合を例として示している。
【００４７】
次いで、形成された各表面側凹部４５の底部４５ａにボロン等をドープする。これにより、各表面側凹部４５の底部４５ａにｐ型不純物拡散層５ｂが形成されることとなり、表面側に、そのｐ型不純物拡散層５ｂとｎ型シリコン基板４３のｐｎ接合によるホトダイオード４が縦横のアレイ状に２次元配列で形成される。さらに熱酸化を行い、表面側のシリコン窒化膜２３で被覆されていなかった部分にシリコン酸化膜２２を形成する。なお、このとき、図示はしないが裏面側のシリコン窒化膜２３にもシリコン酸化膜が形成される。
【００４８】
さらに続いて、裏面側のシリコン窒化膜２３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を形成しようとする部分のシリコン窒化膜２３を裏面側から除去して、各凹部６を形成しない部分にのみシリコン窒化膜２３を残す（図１８参照）。この工程で、シリコン窒化膜２３の残される領域を適宜変更することによって、非対応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。
【００４９】
そして、水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ）やＴＭＡＨ等を用い、残されたシリコン窒化膜２３をマスクに用いて、ｎ型シリコン基板３の裏面側を対象とする異方性アルカリエッチングを行い、シリコン窒化膜２３に被覆されていなかった部分に、周囲の領域よりも窪んだ上述の凹部６を形成する。その後、残されたシリコン窒化膜２３を基板の表面および裏面から除去する。さらに、裏面側に、第１の実施形態と同様の要領でｎ型イオン種のイオン注入等を行い、ｎ型シリコン基板４３よりも不純物濃度が高い上述のアキュムレーション層８を形成する。さらに、再度熱酸化を行い、裏面側にＡＲ膜２４を形成する（図１９参照）。
【００５０】
そして、ホトエッチング技術により各ホトダイオード４の形成領域において、各ｐ型不純物拡散層５ｂへつながるコンタクトホールを表面側のシリコン酸化膜２２に形成する。続いて、蒸着によりアルミニウム金属膜を表面側全体に形成した上で、所定のホトマスクを用いてパターニングを行い、その金属膜の不要な部分を除去して電極配線９を形成する（図２０参照）。そして、表面側にプラズマＣＶＤやスパッタ等により、パッシベーション膜２となるＳｉＮ２５を形成し、次いでそのＳｉＮ２５の所定の位置にコンタクトホールを形成し、電極取り出し部を形成する（図２１参照）。さらに、第１の実施形態と同様の要領で、各電極取り出し部にＵＢＭ１１を形成し、そのＵＢＭ１１に重ねてバンプ電極１２を形成すると（図２２参照）、実装時におけるダメージに起因するノイズや暗電流等が増加せず、高精度な光検出を行えるホトダイオードアレイ４１を製造することができる。なお、図には、アノード電極の取り出しのみを示しているが、カソード（基板）電極もアノード電極と同様に、ｎ＋型不純物領域７から取り出すことができる（図示せず）。
【００５１】
次に、本発明の放射線検出器の第２の実施形態について説明する。
図２４は、本実施形態に係る放射線検出器５５の側断面図である。この放射線検出器５５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４１とを備えている。この放射線検出器５５は、本発明に係るホトダイオードアレイ４１を備えることを特徴としている。
【００５２】
シンチレータパネル３１はホトダイオードアレイ４１の裏面側（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４１は、その裏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４の対応領域に直接接することはない。またシンチレータパネル３１の光出射面３１ａと、凹部６との隙間には第１の実施形態と同様の光学樹脂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４１に入射するようになっている。
【００５３】
そして、ホトダイオードアレイ４１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４１の裏面には、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対応領域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の対応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４１とシンチレータパネル３１とを有する放射線検出器５５は、実装時における対応領域のダメージによるノイズや暗電流等の増加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。
【００５４】
【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対応領域のダメージによるノイズや暗電流等の増加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】第１の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】第１の実施形態に係る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】第１の実施形態のホトダイオードアレイの製造工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】図１１の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図１３】第１の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）は連続した壁部を縦横に配置し十字状に交差させて非対応領域を設けた場合、（ｂ）は辻部以外の部分に壁部を断続的に配置して設けた場合、（ｃ）は辻部に十字状壁部を配置して設けた場合である。
【図１４】第１の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）は対応領域全体を取り囲める位置に縁取りした枠状壁部を設けた場合、（ｂ）は（ａ）の一部欠落した枠状壁部を設けた場合、（ｃ）は図１３（ａ）と図１４（ａ）の壁部をともに設けた場合である。
【図１５】第２の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１６】第２の実施形態に係る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１７】第２の実施形態のホトダイオードアレイの製造過程の途中の工程を示す要部拡大断面図である。
【図１８】図１７の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図１９】図１８の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図２０】図１９の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図２１】図２０の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図２２】図２１の後続の工程を示す要部拡大断面図である。
【図２３】本発明に係るホトダイオードアレイを有する第１の実施形態に係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２４】本発明に係るホトダイオードアレイを有する第２の実施形態に係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２５】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２６】従来技術のホトダイオードアレイを示す斜視図である。
【図２７】図２６のＤ−Ｄ線断面図である。
【符号の説明】
１，４１…ホトダイオードアレイ
３，４３…ｎ型シリコン基板
４…ホトダイオード、  ５…ｐ型不純物拡散層
６…凹部、７…ｎ＋型不純物領域
８…アキュムレーション層
３１…シンチレータパネル、３５…光学樹脂
４５…表面側凹部、４５ａ…底部
５０，５５…放射線検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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