(57)【要約】【課題】  本発明は、検出器構造、検出器アレイ、および入射放射線を検出する方法を目的とする。【解決手段】  本発明は、減少した放射線損傷発生度、減少したクロストークの影響、低下した暗電流（電流漏えい）、およびアプリケーションにおける向上した柔軟性を提供するフォトダイオードアレイならびにフォトダイオードアレイを製造する方法を含む。【選択図】  図１０Ｌ
2012503314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上面および裏面を有する薄い能動層基板と、
アレイを形成する前記薄い能動層基板に一体的に形成される複数のフォトダイオードと、
前記上面に設けられる複数の金属コンタクトと、
からなるフォトダイオードアレイであって、
該アレイの製作は、
マスク酸化によって前記基板の前記上面および前記裏面を酸化層でコーティングする工程と、
前記基板の前記上面をフォトレジスト層でコーティングする工程と、
前記基板の前記上面をｐ＋リソグラフィーマスクでマスキングする工程と、
前記基板ウェーハの前記上面の前記酸化層を選択的にエッチングし、そして前記基板の前記裏面の前記酸化物コーティングを完全にエッチングする工程であって、前記ｐ＋リソグラフィーマスクは前記上面のｐ＋拡散領域を明らかにするために用いられる工程と、
ｐ＋層を前記基板の前記上面に拡散してｐ＋拡散領域を形成する工程と、
押し込み酸化層を前記基板の前記上面に施す工程と、
前記基板の前記上面をフォトレジスト層でコーティングする工程と、
少なくとも１つの能動領域エッチング・パターンを形成するために、前記基板の前記上面をｎ＋リソグラフィーマスクでマスキングする工程と、
前記上面のｎ＋拡散領域を明らかにするために、前記能動領域エッチング・パターンを使用して前記基板の前記上面の前記フォトレジスト層を選択的にエッチングする工程と、
ｎ＋層を前記基板の前記上面に拡散して、隣接するｐ＋領域の間に浅いｎ＋領域を形成する工程と、
押し込み酸化を前記基板の前記上面において実行する工程と、
前記基板の前記上面の少なくとも１つの露出表面を酸化層でコーティングする工程と、
前記基板の前記上面を窒化シリコン層でコーティングする工程と、
前記基板の前記上面をフォトレジスト層でコーティングする工程と、
コンタクト・ウインドウ・マスクを使用して前記基板ウェーハの前記上面をマスキングする工程と、
少なくとも１つのコンタクト・ウインドウを形成するために、前記コンタクト・ウインドウ・マスクを使用して前記基板の前記上面を選択的にエッチングする工程と、
前記基板の前記上面および前記裏面を金属被覆する工程と、
前記基板の前記上面をフォトレジスト層でコーティングする工程と、
金属コンタクトを形成するために、前記基板の前記上面をマスキングして、選択的にエッチングする工程と、
からなることを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項２】
前記薄い能動層が１５マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
【請求項３】
前記ｐ＋マスクパターンがフィッシュボーン・パターンであることを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
【請求項４】
前記フィッシュボーン・パターンｐ＋マスクが、ｐ＋周辺フレームボーンによって更に画定される複数のｐ＋ボーンを備えることを特徴とする請求項３に記載のアレイ。
【請求項５】
前記フィッシュボーン・パターンの隣接するｐ＋ボーンの間の間隔が７００マイクロメートルであることを特徴とする請求項４に記載のアレイ。
【請求項６】
前記浅いｎ＋層が０．３マイクロメートルの深さを有することを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
【請求項７】
前記反射防止コーティング層が薄膜材料であることを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
【請求項８】
前記薄膜材料が、酸化物、硫化物、フッ化物、窒化物、セレン化物、または金属のうちの１つであることを特徴とする請求項７に記載のアレイ。
【請求項９】
前記反射防止コーティングが１５０Åの厚さを有する反射防止二酸化シリコンであることを特徴とする請求項７に記載のアレイ。
【請求項１０】
前記反射防止コーティングが４２５Åの厚さを有する反射防止窒化シリコンであることを特徴とする請求項７に記載のアレイ。
【請求項１１】
酸化層が、前記素子の構造的硬直性を向上させるために、前記薄い能動層の前記上面の少なくとも一部で保持されることを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
【請求項１２】
前記薄い能動領域層基板の前記裏面に結合される機械的支持材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイ。
【請求項１３】
前記機械的支持材がｎ＋シリコン基板から成ることを特徴とする請求項１２に記載のアレイ。
【請求項１４】
少なくとも上面および裏面を有する薄い能動領域基板と、
アレイを形成する前記基板に一体的に形成される複数のダイオード素子であって、各ダイオード素子は、少なくとも２つのｐ＋ボーン、ｐ＋ボーン・フレーム周辺部、および隣接するｐ＋領域の間の少なくとも１つの浅いｎ＋領域から更に成る、ｐ＋フィッシュボーン・パターンを前記上面に有し、そして各ｐ＋ボーンは厚い酸化層により保護されているダイオード素子と、
複数の上面陰極および陽極コンタクトと、
からなるフォトダイオードアレイであって、
前記少なくとも１つの浅いｎ＋領域は、前記浅いｎ＋領域のないダイオード素子と比べて前記ダイオード素子の安定性を向上させることを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項１５】
前記薄い能動層が１５マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする請求項１４に記載のアレイ。
【請求項１６】
前記ｐ＋マスクパターンがフィッシュボーン・パターンであることを特徴とする請求項１４に記載のアレイ。
【請求項１７】
前記薄い能動領域層基板の前記裏面に結合される機械的支持材を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載のアレイ。
【請求項１８】
少なくとも上面および裏面を有する薄い能動領域基板と、
前記薄い能動領域基板の前記裏面に結合される機械的支持材と、
アレイを形成する前記基板に一体的に形成される複数のダイオード素子であって、各ダイオード素子は、少なくとも２つのｐ＋ボーン、ｐ＋ボーン・フレーム周辺部、および隣接するｐ＋領域の間の少なくとも１つの浅いｎ＋領域から更に成る、ｐ＋フィッシュボーン・パターンを前記上面に有し、そして各ｐ＋ボーンは厚い酸化層により保護されているダイオード素子と、
複数の上面陰極および陽極コンタクトと、
からなるフォトダイオードアレイであって、
前記少なくとも１つの浅いｎ＋領域は、前記浅いｎ＋領域のないダイオード素子と比べて前記ダイオード素子の安定性を向上させることを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項１９】
前記薄い能動層が１５マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする請求項１８に記載のアレイ。
【請求項２０】
前記ｐ＋マスクパターンがフィッシュボーン・パターンであることを特徴とする請求項１８に記載のアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改良された素子特性を有するフォトダイオードアレイに関するものである。詳細には、本発明は、薄い能動層、例えばエピタキシャルまたは薄いダイレクトボンド層に製作されることができるフィッシュボーン構造を有するフォトダイオード素子に関するものである。より詳細には、本発明は、減少した接合容量、減少した暗電流、および改良された信号対雑音比を有するフォトダイオードアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナおよびデジタルＸ線撮影システムは、約数百〜数千の多数のＸ線検出器を使用し、そこでは各Ｘ線検出器は、Ｘ線を光に変換するシンチレータおよび光を電気信号に変換する光電セルまたはフォトダイオードアレイを含む。
【０００３】
特定のフォトダイオードは、半導体材料に形成された２電極の放射線感受性接合を有する。接合を照らす光は電荷キャリア（可動または「自由」電子およびホールによる）を生成する。半導体に非常に少量の不純物をドープすることによって、半導体内の電荷キャリアの数を増加させる。ドープ半導体が過剰な（多数）ホールを有するときに、それはｐ型であると言われ、そしてそれが過剰な（多数）自由電子を含むときに、それはｎ型として知られている。ｐ型ドープ半導体のホールが多数キャリアであるのに対して、電子は少数キャリアである。ｎ型ドーピングの場合、電子は多数キャリアであり、そしてホールは少数キャリアである。ｎ型およびｐ型半導体が結合する所に生じる接合はＰＮ接合と呼ばれている。ＰＮ接合で、空乏領域と呼ばれている領域が生じ、それはｎ型領域からｐ型領域への電流を遮断するが、電流がｐ型領域からｎ型領域まで導通することを可能にする。空乏領域はすべての多数キャリアがなくて、非導電層である。換言すれば、ＰＮ接合のホールおよび電子の再結合によって領域は可動電荷が空乏状態になる。
【０００４】
接合が熱平衡状態にある、すなわち、物質が定常状態にあるとき、空乏領域はＰＮ接合全体に生じる。電子およびホールは、電子およびホールの濃度が小さい領域に拡散する。Ｐ型半導体が過剰なホールを有するのに対して、Ｎ型半導体は過剰な自由電子を有する。従って、ＰＮ接合が形成されると、電子はＰ側に拡散し、そしてホールはＮ側に拡散する。しかしながら、ホールと電子が接触するとき、それらは再結合によってお互いを除去する。これは空乏領域に隣接するドナー原子を露出させて、それは帯電イオンとなる。イオンはＮ側では正であり、そしてＰ側では負であって、電荷キャリアの継続した拡散を妨げる電界を生成する。電界が入って来るホールおよび電子をはね返すのに十分であるときに、空乏領域はその平衡幅に達する。
【０００５】
逆バイアス（ＰはＮに対して負）の下で、この電位は上昇して、空乏領域を更に広げる。順バイアス（ＰはＮに対して正）は領域を狭くし、そして最終的にそれをゼロにして、接合を導通するようにして、電荷キャリアの自由な流れを可能にする。このように、電気の一方向への流れを可能にするが、他の（反対）方向への流れを不可能にするために非導電性層を操作することが可能である。ＰＮ接合が順バイアスされるときに、電荷はＰＮ接合の減少した抵抗に因って自由に流れる。しかしながら、ＰＮ接合が逆バイアスされるときに、接合障壁（したがって、抵抗）はより大きくなり、そして電荷の流れは最小である。
【０００６】
基本的に能動的な固体半導体素子、特にシリコンフォトダイオードは、使いやすい大きい波長範囲にわたって十分に高い性能を有する最もポピュラーな光検出器の１つである。シリコンフォトダイオードは、深紫外線から可視光線を経て近赤外線までの広いスペクトル範囲（それは約２００ｎｍ〜１１００ｎｍである）で感光する。シリコンフォトダイオードは、微小光度の有無を検出するそれらの能力を用いて、適切な較正によりこれらの微小光度の極めて正確な測定を容易にする。例えば、適切に較正されたシリコンフォトダイオードは、１０−１３ワット／ｃｍ２未満の非常に微小な光度から１０−３ワット／ｃｍ２超の高光度に至る広範囲にわたって変化している光度を検出して、測定する。
【０００７】
シリコンフォトダイオードは、分光学、距離および速度測定、レーザー測距、レーザー誘導ミサイル、レーザーアライメントおよび制御システム、光学自由大気通信、光レーダー、放射線検出、光学位置符号化、フィルム処理、炎監視、シンチレータ読み出し、地球オゾン層のスペクトル監視および汚染監視のような環境アプリケーション、夜間写真撮影のような低光量画像処理、核医学画像処理、光子医学画像処理、およびマルチ・スライス・コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像処理、セキュリティ・スクリーニングおよび脅威検出、薄いフォトチップ・アプリケーション、ならびに広範囲にわたるコンピューティング・アプリケーションを含むがこれに限らないアプリケーションを各種取り合わせて用いることが可能である。
【０００８】
通常、フォトダイオードアレイは、高エネルギー（イオン化）電磁または荷電粒子放射線を吸収するために、応答して、光子を固有波長で発するシンチレータ材料を使用する。シンチレータは、その光出力（単位吸収エネルギー当たりの放出光子の数）短蛍光減衰時間およびそれ自体の特定の放出エネルギーの波長の光学的透明度により規定される。シンチレータの減衰時間が小さいほど、すなわち蛍光のその閃きの期間が短いほど、検出器はより小さいいわゆる「不感時間」を有し、そしてそれは単位時間当たりより多くのイオン化事象を検出することが可能である。シンチレータは、多くのセキュリティおよび検出システムで、ＣＴ、Ｘ線、およびガンマ線を含む、電磁波または粒子を検出するために用いられる。そこで、シンチレータは、光電子倍増管（ＰＭＴ）またはＰＮ接合フォトダイオードによって検出できる波長の光にエネルギーを変換する。
【０００９】
フォトダイオードは、通常、特定のパラメータ、例えば、特に、電気特性、光学特性、電流特性、電圧特性、およびノイズによって特徴づけられる。電気特性は、主に、シャント抵抗、直列抵抗、接合容量、立ち上がりまたは立下り時間、および／または周波数応答を含む。光学特性は、応答性、量子効率、不均一性、および／または非線形性を含む。フォトダイオード・ノイズは、特に、熱ノイズ、量子、光子、またはショットノイズ、および／またはフリッカーノイズを含むことがある。
【００１０】
信号対雑音比を増大させて、信号のコントラストを向上させるために、フォトダイオードの光誘起電流を増大させることが望ましい。このように、フォトダイオードの全体の品質が改善されると共に、フォトダイオード感度は強化される。フォトダイオード感度は低レベル光のアプリケーションで重要であり、そしてノイズ等価電力（ＮＥＰ）と呼ばれるパラメータによって通常は定量化され、それは、検出器出力で１つの信号対雑音比を生じる光パワーとして定義される。ＮＥＰは、通常、周波数帯域を通じて所与の波長で特定される。
【００１１】
フォトダイオードは光子または荷電粒子を吸収して、入射光または光パワーの検出を容易にして、入射光と比例した電流を発生させ、それで入射光を電力に変換する。「暗」または「漏えい」電流がノイズを表すのに対して、フォトダイオードの光誘起電流は信号に相当する。「暗」電流は、光により誘起されない、または光がない場合に存在する電流である。フォトダイオードは信号対雑音比の大きさを用いて信号を処理する。
【００１２】
漏えい電流は、現行のフォトダイオード・アレイ・アプリケーションにおいて信号オフセットおよびノイズの主な原因である。フォトダイオードが「暗」状態にあるか、または所与の逆バイアス電圧が接合に印加された光がない場合であるときに、漏えい電流はフォトダイオードを通って流れる。漏えい電流は逆印加電圧の特定値で特定される。漏えい電流は温度依存性であり、したがって、温度および逆バイアスの増大は、漏えいまたは暗電流の増大を生じる。一般の規則は、暗電流が周囲温度の１０℃上昇ごとにほぼ２倍になることである。しかしながら、特定のダイオード・タイプがこの関係からかなり変化することがある点に留意する必要がある。例えば、漏えいまたは暗電流が温度の６℃上昇ごとにほぼ２倍になる可能性がある。
【００１３】
さまざまな方法が、漏えい電流を減らすか、なくすか、または制御するために従来技術で用いられた。例えば、アジレント・テクノロジー・インコーポレイティッド（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に譲渡された特許文献１は、「半導体チップ上にアレイ状に配置した複数の能動フォトダイオードと、コード部材の運動に応答して能動フォトダイオードを交替に照らしたり、照らさなかったりするために交替領域を有するコード部材と、能動フォトダイオードからの電流を測定するために能動フォトダイオードに接続している手段と、アレイの各端能動フォトダイオードの漏えい電流をアレイの端から遠い能動フォトダイオードの漏えい電流にほぼ等しくするための能動フォトダイオードのアレイの各端における半導体チップ上の充分な非能動フォトダイオード領域とを備える光学エンコーダ」を開示している。同様に、アジレント・テクノロジー・インコーポレイティッドにまた譲渡された特許文献２は、「半導体チップ上の少なくとも１つの能動フォトダイオードと、能動フォトダイオードからの電流を測定するための手段と、能動フォトダイオードを実質的に囲んでいるフォトダイオード接合を有する遮蔽領域と、遮蔽領域フォトダイオード接合に０バイアスまたは逆バイアスでバイアスをかけるための手段とを備える、漏えい電流からフォトダイオードを保護するための手段」を開示している。
【００１４】
デジラッド・コーポレイション（Ｄｉｇｉｒａｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に譲渡された特許文献３は、「基板の上面にフォトダイオード用の上面構造を画定する段階と、高濃度にドープされたゲッタリング層を基板の裏面に形成する段階と、望ましくない構成要素を基板から前記ゲッタリング層まで移動させるために、そして前記ゲッタリング層（それは基板内の高濃度にドープされた導電性結晶層である）に加えて別の層を形成するためにゲッタリングプロセスを基板に実行する段階と、前記ゲッタリングプロセスの後、全ゲッタリング層を取り除く段階と、前記除去の後、基板内の高濃度にドープされた導電性結晶層を薄くして、天然の光学的に透明な導電性のバイアス電極層を生成する段階とを含む、低漏えい電流のフォトダイオードアレイを製造する方法」を開示している。同様に、デジラッド・コーポレイションにまた譲渡された特許文献４は、「上面および裏面を有する基板と、基板の上面の近くに形成される複数のゲート領域と、基板の裏面の近くで、基板内に形成される裏面層であって、約０．２５〜１．０マイクロメートルの厚さを有し、そして正方形当たり約５０〜１０００オームのシート抵抗率を有する裏面層とを備える、低漏えい電流のフォトダイオードアレイ」を開示している。
【００１５】
台湾のユナイテッド・マイクロエレクトロニクス・コーポレイション（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に譲渡された特許文献５は、「半導体ウェーハにおけるフォトダイオードの漏えい電流を減らす方法」を開示しており、半導体ウェーハの表面は、ｐ型基板と、フォトダイオードのフォトセンサを形成するためのフォト検知領域と、フォト検知領域を囲んでいる基板に配置される浅いトレンチとを含み、その方法は、ｐ型ドーパントを含むドープされた多結晶シリコン層を浅いトレンチに形成する段階と、熱プロセスを使用して、ドープされた多結晶シリコン層のｐ型ドーパントを浅いトレンチの底および浅いトレンチの壁を囲むｐ型基板の部分に拡散させる段階と、ドープされた多結晶シリコン層を取り除く段階と、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造を形成するために絶縁体を浅いトレンチに充填する段階と、第１ｎ型ドーピング領域をフォト検知領域に形成するために第１イオン注入プロセスを実行する段階と、第２ｎ型ドーピング領域をフォト検知領域に形成するために第２イオン注入プロセスを実行する段階とを含む。
【００１６】
また、ゼネラル・エレクトリック・カンパニー（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ）に譲渡された特許文献６は、「基板に少なくとも１つの放射線感受性画像領域を設ける段階と、画像装置が使用中であるときに、カットエッジから少なくとも１つの放射線感受性画像領域に達する漏えい電流を減らすために、基板のカットエッジに、またはすぐに隣接して基板にガード領域を形成する段階と、少なくとも１つの放射線感受性画像領域およびガード領域に基板と関連して電気的に逆バイアスをかける段階とを含む、画像装置の漏えい電流を減らす方法」を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第４，９０４，８６１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，９９８，０１３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６７０，２５８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７３４，４１６号明細書
【特許文献５】米国特許第６，５６９，７００号明細書
【特許文献６】米国特許第６，５０４，１５８号明細書
【特許文献７】米国特許第５，４０８，１２２号明細書
【特許文献８】米国特許第５，４３０，３２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特定のアプリケーションにおいて、小さい横方向寸法を有して、一緒に密接して配置した光学検出器を製作することが望ましい。例えば、特定の医療用途で、改良された画像スキャン、例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンを可能にするために、検出器アレイの光学的分解能を高めることが望ましい。しかしながら、このタイプのダイオードアレイのために用いられる従来のドーピングレベルにおいて、半導体の光子相互作用によって発生する少数キャリアの拡散長さは少なくとも何十ミクロンの範囲であり、そしてこの種の少数キャリアには、少数キャリアが発生した領域から間隔をおいて配置されるダイオードで信号に影響を及ぼす可能性がある。
【００１９】
このように、従来のフォトダイオードアレイに関する更なる不利な点は、主にダイオード間の少数キャリア漏えい電流の結果、隣接する検出器構造の間に起こるクロストークの量および範囲である。検出器アレイのサイズ、個々の検出器のサイズ、ダイオードの空間分解能および間隔が減らされるとき、ダイオード間のクロストークの課題はさらに深刻になる。
【００２０】
イプシュタイン（Ｅｐｓｔｅｉｎ）らによる特許文献１および特許文献２に記載のように、漏えい電流のバランスをとるために非能動フォトダイオードを設けること、特許文献７に記載のように、検出器の安定化時間を許容可能レベルに短縮するために遅い拡散電流の除去のための吸引ダイオードの利用、およびエッフェルスバーグ（Ｅｆｆｅｌｓｂｅｒｇ）による特許文献８に記載のように、エピタキシャル層にドーピング密度の勾配を設けることを含むがこれに限らず、さまざまな方法がこの種のクロストークを最小化するために用いられた。
【００２１】
漏えい電流およびクロストークの影響に加えて、ノイズは、しばしば、いかなる素子またはシステムの性能に対する制限因子でもある。測定のほぼあらゆる領域において、信号の検出能に対する制限は、ノイズまたは所望の信号を不明瞭にする不要な信号によってセットされる。上述の通り、ＮＥＰは検出器ノイズを定量化するために用いられる。ノイズ問題は一般に素子またはシステムのコストに重要な影響を及ぼす。従来のフォトダイオードは特にノイズ問題に影響される。他のタイプの光センサーのように、フォトダイオードの光検出の下限は素子のノイズ特性で決定される。
【００２２】
上述の通り、フォトダイオードの典型的なノイズ成分は、熱ノイズ、量子またはショットノイズ、およびフリッカーノイズを含む。これらのノイズ成分はフォトダイオードの全ノイズに集合的に関与する。ダイオードが逆バイアスがゼロ状態で動作するときに、熱ノイズまたはジョンソン・ノイズはフォトダイオードのシャント抵抗の値に反比例して、主なノイズ成分である傾向がある。ショットノイズはフォトダイオードの漏えいまたは暗電流に依存し、そして素子を通って流れる電流（それは暗電流または光電流でもよい）のランダムな変動によって発生する。フォトダイオードが外部の逆バイアスが素子全体に印加される光導電モードで用いられるときに、ショットノイズは目立つ傾向がある。例えば、逆バイアス・モードで動作するプレーナ拡散フォトダイオードによって発生する検出器ノイズは、ショットノイズおよび熱ノイズの組合せである。フリッカーノイズは熱またはショットノイズとは異なり、スペクトル密度と反比例関係にある。関心のある帯域幅が１ｋＨｚ未満の周波数を含むときに、フリッカーノイズは目立つかもしれない。
【００２３】
第２の問題も、フォトダイオード感度に影響を与えるダークノイズおよび他のノイズ源に関与する。これらは、主に、とりわけ、適切な能動領域仕様（形状および寸法）、応答速度、関心のある波長の量子効率、応答線形性、および応答の空間均一性の決定および／または選択を含む。
【００２４】
ＣＴアプリケーション、例えば手荷物検査のために用いるアプリケーションにおいて、小さい暗電流、小さい容量、高い信号対雑音比、高速、および小さいクロストークを有する高密度フォトダイオードアレイを有することが望ましい。
【００２５】
しかしながら、上記したように、これらの競合する且つしばしば矛盾する特性を達成することを試みる従来のフォトダイオードに関しては多数の課題がある。例えば、小さい容量を達成するために、フォトダイオードは高い抵抗率（約４０００〜６０００Ωｃｍ）シリコン材料に製作されることができる。しかしながら、高抵抗率材料を使用することにより、素子は大きい暗電流を有する。
【００２６】
図１は、従来の先行技術によるフィッシュボーン・フォトダイオード素子１００の断面図である。フォトダイオードアレイ１００は基板ウェーハ１０５から成り、それは約２７５〜４００マイクロメートルの能動領域厚さを有する厚いバルクウエーハである。図１に示すように、従来のフィッシュボーン・フォトダイオード素子で、いくつかの光生成ホール１１０は、バルク出発材料ウェーハの厚い能動容積１０６において、経路１１５のように、さまざまな方向にランダムに移動する。少数キャリアの寿命が制限されるので、これらの光生成ホールの多くはバルク材料におけるホールおよび電子の再結合に因って失われ、それによってフォトダイオードの電荷収集効率または応答性の低下が生じる。
【００２７】
この従来技術のフィッシュボーン・フォトダイオード素子の電荷収集効率を改善するために、ｐ＋拡散ボーンは互いに相対的に近接して配置される必要がある。しかしながら、ｐ＋拡散ボーンをより近接して配置するときに、比較的多数のｐ＋フィッシュボーンが必要であって、大きい接合容量を生じることになるので、これは不利である。通常、ＰＮ接合から更に光生成される電荷キャリアは、ｐ＋拡散「ボーン」に向かって拡散して、空乏領域によって集められることが可能である。
【００２８】
加えて、暗電流が素子の能動層の全体の容積に比例するので、フォトダイオードを製作するのに用いる大容積の厚い能動層１０５が大きい暗電流をもたらすから、図１に示す従来技術のフィッシュボーン・フォトダイオード素子は不利である。
【００２９】
加えて、ＰＮ接合が比較的薄い反射防止層、例えば約１５０Åのシリコン酸化物および約４２５Åの窒化シリコンによってパッシベーションされるので、フォトダイオードがシャント抵抗において低下する傾向があるという点で、図１に関して上に述べた従来のフォトダイオードアレイは不利である。
【００３０】
その結果は、高いノイズ特性、したがって劣った信号対雑音比を有するフィッシュボーン・フォトダイオードである。
【００３１】
必要であるのは、薄い能動層に製作されることができるフォトダイオードアレイである。特に、必要であるのは、速い立ち上がり時間およびより良好な電荷収集効率のために、薄いエピタキシャルまたは薄いダイレクトボンド層のような薄い能動層に製作されることができるフォトダイオードアレイである。
【００３２】
また必要であるのは、減少した接合容量および減少した暗電流を有する、したがってフォトダイオードアレイの信号対雑音比を改善するフォトダイオードアレイである。
【００３３】
また必要であるのは、減少した接合容量および減少した暗電流を有する、したがって量子効率のような性能特性を犠牲にすることなしにフォトダイオードアレイの信号対雑音比を改善するフォトダイオードアレイである。
【００３４】
加えて、必要であるのは、減少した接合容量および減少した暗電流の影響を有するフォトダイオードアレイを薄い能動層に製作するための、経済的に、技術的に、そして操作上実行可能な方法、装置、およびシステムである。
【００３５】
加えて、必要であるのは、フォトダイオードアレイおよび個々のダイオード素子の全体の性能特性を改善するコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ・アプリケーションで使用できるフォトダイオードアレイを製作するための、経済的に、技術的に、そして操作上実行可能な方法、装置、およびシステムである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
一実施形態において、本発明は、エピタキシャルまたは薄いダイレクトボンド層のような薄い能動層に製作されることができるフィッシュボーン構造を有し、そして減少した接合容量、減少した暗電流、および改善された信号対雑音比を含む、改善された素子特性を有するフォトダイオード素子である。
【００３７】
一実施形態において、本発明は、少なくとも上面および裏面を有する薄い能動層基板と、アレイを形成する薄い能動層基板に一体的に形成される複数のフォトダイオードと、前記上面および前記裏面に設けられる複数の金属コンタクトとを備えるフォトダイオードアレイであり、そこでは前記アレイの製作は、マスク酸化によって前記基板の前記上面を酸化物でコーティングする工程と、ｎ＋リソグラフィーマスクを用いて前記基板の前記上面をマスキングする工程と、ｎ＋リソグラフィーマスクを用いて前記薄い能動層基板の前記上面の酸化物コーティングを選択的にエッチングし、そして基板の裏面の酸化物コーティングを完全にエッチングする工程と、ｎ＋層を前記基板の前記上面および前記裏面に拡散して、ｎ＋領域を形成する工程と、押し込み酸化を前記基板の前記上面および前記裏面に実行する工程と、ｐ＋リソグラフィーマスクを用いて前記基板の前記上面をマスキングする工程と、ｐ＋リソグラフィーマスクを用いて前記基板ウェーハの前記上面の酸化物コーティングを選択的にエッチングする工程と、ｐ＋層を前記基板の前記上面に拡散する工程と、押し込み酸化層を前記基板の前記上面および前記裏面に施す工程と、少なくとも１つの能動領域エッチング・パターンを形成するために前記基板の前記上面をマスキングする工程と、前記能動領域エッチング・パターンを用いて前記基板の前記上面の酸化物コーティングを選択的にエッチングし、そして前記基板の前記裏面の酸化物コーティングを完全にエッチングする工程と、少なくとも１つの反射防止層を前記基板の前記上面および前記裏面に施す工程と、コンタクト・ウインドウ・マスクを用いて前記基板ウェーハの前記上面をマスキングする工程と、少なくとも１つのコンタクト・ウインドウを形成するために、前記コンタクト・ウインドウ・マスクを用いて基板の上面を選択的にエッチングし、そして基板の裏面から少なくとも１つの反射防止層を完全にエッチングする工程と、前記基板の前記上面および前記裏面を金属被覆する工程と、金属コンタクトを形成するために前記基板の前記上面をマスキングして、選択的にエッチングする工程とを含む。
【００３８】
一実施形態において、薄い能動層は１５マイクロメートルの厚さを有する。一実施形態において、酸化層は、素子の構造堅さを増すために薄い能動層の上面の少なくとも一部で保持される。任意には、本発明のフォトダイオードは、前記薄い能動領域層基板の前記裏面に接合した機械的支持材をさらに備える。一実施形態において、機械的支持材はｎ＋シリコン基板から成る。
【００３９】
一実施形態において、ｐ＋マスクパターンはフィッシュボーン・パターンである。一実施形態において、フィッシュボーン・パターンｐ＋マスクはｐ＋周辺フレームボーンによってさらに画定される複数のｐ＋ボーンから成る。一実施形態において、前記フィッシュボーン・パターンの隣接するｐ＋ボーン間の間隔は７００マイクロメートルである。
【００４０】
一実施形態において、反射防止コーティング層は薄膜材料であり、そこでは薄膜材料は、酸化物、硫化物、フッ化物、窒化物、セレン化物、または金属のうちの１つである。一実施形態において、反射防止コーティングは１５０Åの厚さを有する反射防止二酸化シリコンである。別の実施形態では、反射防止コーティングは４２５Åの厚さを有する反射防止窒化シリコンである。
【００４１】
別の実施形態では、本発明は、少なくとも上面および裏面を有する薄い能動層基板と、
前記薄い能動領域基板の前記裏面に接合した機械的支持材と、アレイを形成する薄い能動層基板に一体的に形成される複数のフォトダイオードと、前記上面および前記裏面に設けられる複数の金属コンタクトとを備えるフォトダイオードアレイであり、そこでは前記アレイの製作は、マスク酸化によって前記基板の前記上面を酸化物でコーティングする工程と、ｎ＋リソグラフィーマスクを用いて前記基板の前記上面をマスキングする工程と、ｎ＋リソグラフィーマスクを用いて前記薄い能動層基板の前記上面の酸化物コーティングを選択的にエッチングし、そして基板の裏面の酸化物コーティングを完全にエッチングする工程と、ｎ＋層を前記基板の前記上面および前記裏面に拡散して、ｎ＋領域を形成する工程と、押し込み酸化を前記基板の前記上面および前記裏面に実行する工程と、ｐ＋リソグラフィーマスクを用いて前記基板の前記上面をマスキングする工程と、ｐ＋リソグラフィーマスクを用いて前記基板ウェーハの前記上面の酸化物コーティングを選択的にエッチングする工程と、ｐ＋層を前記基板の前記上面に拡散する工程と、押し込み酸化層を前記基板の前記上面および前記裏面に施す工程と、少なくとも１つの能動領域エッチング・パターンを形成するために前記基板の前記上面をマスキングする工程と、前記能動領域エッチング・パターンを用いて前記基板の前記上面の酸化物コーティングを選択的にエッチングし、そして前記基板の前記裏面の酸化物コーティングを完全にエッチングする工程と、少なくとも１つの反射防止層を前記基板の前記上面および前記裏面に施す工程と、コンタクト・ウインドウ・マスクを用いて前記基板ウェーハの前記上面をマスキングする工程と、少なくとも１つのコンタクト・ウインドウを形成するために、前記コンタクト・ウインドウ・マスクを用いて基板の上面を選択的にエッチングし、そして基板の裏面から少なくとも１つの反射防止層を完全にエッチングする工程と、前記基板の前記上面および前記裏面を金属被覆する工程と、金属コンタクトを形成するために前記基板の前記上面をマスキングして、選択的にエッチングする工程とを含む。
【００４２】
さらに別の実施形態では、本発明は、少なくとも上面および裏面を有する薄い能動領域基板と、前記アレイを形成する基板に一体的に形成される複数のダイオード素子とを備えるフォトダイオードアレイであり、そこでは各ダイオード素子は、少なくとも１つのｐ＋ボーンおよびｐ＋ボーン・フレーム周辺部から更に成るｐ＋フィッシュボーン・パターンを前記上面に有し、そして各ｐ＋ボーンは厚い酸化層、ならびに複数の上面の陰極および陽極コンタクトにより保護され、そして前記被保護ｐ＋フィッシュボーン・パターンは、構造的完全性を実質的に向上させて、隣接するフォトダイオードの間の接合および漏えい電流を減らす。
【００４３】
さらに別の実施形態では、本発明は、少なくとも上面および裏面を有する薄い能動領域基板と、前記薄い能動領域基板の前記裏面に接合した機械的支持材と、前記アレイを形成する基板に一体的に形成される複数のダイオード素子とを備えるフォトダイオードアレイであり、そこでは各ダイオード素子は、少なくとも１つのｐ＋ボーンおよびｐ＋ボーン・フレーム周辺部から更に成るｐ＋フィッシュボーン・パターンを前記上面に有し、そして各ｐ＋ボーンは厚い酸化層、ならびに複数の上面の陰極および陽極コンタクトにより保護され、そして前記被保護ｐ＋フィッシュボーン・パターンは、構造的完全性を実質的に向上させて、隣接するフォトダイオードの間の接合および漏えい電流を減らす。
【００４４】
別の実施形態では、本発明は、隣接するｐ＋ボーン間に浅いｎ＋層を含むフォトダイオード素子およびフォトダイオードアレイである。
【００４５】
さらに別の実施形態では、本発明は、フォトダイオード素子ごとに３つのｐ＋ボーン・レイアウト・デザインから成るフォトダイオード素子およびフォトダイオードアレイである。
【００４６】
別の実施形態では、本発明は、フォトダイオード素子ごとに４つのｐ＋ボーンボーン・レイアウト・デザインから成るフォトダイオード素子およびフォトダイオードアレイである。
【００４７】
さらに別の実施形態では、本発明は、フォトダイオード素子ごとに５つのｐ＋ボーン・レイアウト・デザインから成るフォトダイオード素子およびフォトダイオードアレイである。
【００４８】
さらに別の実施形態では、本発明は、フォトダイオード素子ごとに６つのｐ＋ボーン・レイアウト・デザインから成るフォトダイオード素子およびフォトダイオードアレイである。
【００４９】
さらに別の実施形態では、本発明は、フォトダイオード素子ごとに７つのｐ＋ボーン・レイアウト・デザインから成るフォトダイオード素子およびフォトダイオードアレイである。
【００５０】
さらに別の実施形態では、本発明は、フォトダイオード素子ごとに８つのｐ＋ボーン・レイアウト・デザインから成るフォトダイオード素子およびフォトダイオードアレイである。
【００５１】
別の実施形態では、本発明は、複数のｐ＋ボーンから成るフォトダイオード素子およびフォトダイオードアレイであり、そこでは各フォトダイオード素子の最後の垂直フィッシュボーンだけが金属コンタクトバーを有し、そしてそれはワイヤ・ボンディング・パッドに接続している。
【００５２】
別の実施形態では、本発明は、複数のｐ＋ボーンから成るフォトダイオード素子およびフォトダイオードアレイであり、そこでは各フォトダイオード素子の全てのフィッシュボーンは金属コンタクトバーを備え、そしてそれはワイヤ・ボンディング・パッドに接続している。
【００５３】
一実施形態において、本発明は、a)少なくとも上面および裏面を有する薄い能動層基板と、b）前記アレイを形成する薄い能動層基板に一体的に形成される複数のダイオードと、c)前記上面に設けられる複数の金属コンタクトとを備えるフォトダイオードアレイを目的とし、そこでは前記アレイの製作は、マスク酸化によって前記基板の前記上面および前記裏面を酸化層でコーティングする工程と、前記基板の前記上面をフォトレジスト層でコーティングする工程と、ｐ＋リソグラフィーマスクを用いて前記基板の前記上面をマスキングする工程と、前記基板ウェーハの前記上面の酸化層を選択的にエッチングし、そして前記基板の前記裏面の酸化物コーティングを完全にエッチングする工程であって、ｐ＋リソグラフィーマスクが前記上面のｐ＋拡散領域を露呈するために使用される工程と、ｐ＋層を前記基板の前記上面に拡散して、ｐ＋領域を形成する工程と、押し込み酸化層を前記基板の前記上面に施す工程と、前記基板の前記上面をフォトレジスト層でコーティングする工程と、少なくとも１つの能動領域エッチング・パターンを形成するために、ｎ＋リソグラフィーマスクを用いて前記基板の前記上面をマスキングする工程と、前記上面のｎ＋拡散領域を露呈するために、前記能動領域エッチング・パターンを用いて前記基板の前記上面のフォトレジスト層を選択的にエッチングする工程と、前記基板の前記上面にｎ＋層を拡散して、隣接するｐ＋領域の間に浅いｎ＋領域を形成する工程と、押し込み酸化を前記基板の前記上面に実行する工程と、前記基板の前記上面の少なくとも１つの露出面を酸化層でコーティングする工程と、前記基板の前記上面をシリコン窒化層でコーティングする工程と、前記基板の前記上面をフォトレジスト層でコーティングする工程と、コンタクト・ウインドウ・マスクを用いて前記基板ウェーハの前記上面をマスキングする工程と、少なくとも１つのコンタクト・ウインドウを形成するために、前記コンタクト・ウインドウ・マスクを用いて基板の上面を選択的にエッチングする工程と、前記基板の前記上面および前記裏面を金属被覆する工程と、前記基板の前記上面をフォトレジスト層でコーティングする工程と、金属コンタクトを形成するために、前記基板の前記上面をマスキングして、選択的にエッチングする工程とを含む。
【００５４】
任意には、薄い能動層は１５マイクロメートルの厚さを有する。ｐ＋マスクパターンはフィッシュボーン・パターンである。フィッシュボーン・パターンｐ＋マスクはｐ＋周辺フレームボーンによって更に画定される複数のｐ＋ボーンから成る。前記フィッシュボーン・パターンの隣接するｐ＋ボーンの間の間隔は７００マイクロメートルである。浅いｎ＋層は０．３マイクロメートルの深さを有する。反射防止コーティング層は薄膜材料である。薄膜材料は、酸化物、硫化物、フッ化物、窒化物、セレン化物、または金属のうちの１つである。反射防止コーティングは１５０Åの厚さを有する反射防止二酸化シリコンである。反射防止コーティングは４２５Åの厚さを有する反射防止窒化シリコンである。酸化層は素子の構造的硬直性を向上させるために薄い能動層の上面の少なくとも一部で保持される。アレイは前記薄い能動領域層基板の前記裏面に接合した機械的支持材を更に備える。機械的支持材はｎ＋シリコン基板から成る。
【００５５】
別の実施形態では、フォトダイオードアレイは、a)少なくとも上面および裏面を有する薄い能動領域基板、b)前記アレイを形成する基板に一体的に形成される複数のダイオード素子（そこでは各ダイオード素子は、少なくとも２つのｐ＋ボーン、ｐ＋ボーン・フレーム周辺部、および隣接するｐ＋領域の間の少なくとも１つの浅いｎ＋領域から更に成るｐ＋フィッシュボーン・パターンを前記上面に有し、そして各ｐ＋ボーンは厚い酸化層により保護される）、および、c)複数の上面陰極および陽極コンタクト（そこでは前記少なくとも１つの浅いｎ＋領域は、前記浅いｎ＋領域のないダイオード素子と比べてダイオード素子の安定性を増す）から成る。
【００５６】
ｐ＋フィッシュボーン・パターンに関して、従来のフォトダイオードでは、ｐ＋ボーンは、約２７００Åの範囲内で、比較的薄い酸化層によってパッシベーションされることが評価されるべきである。本発明において、ｐ＋ボーンは、厚さ約１μｍの酸化層プラス厚さ４５０Åのシリコン窒化層によってパッシベーションされ、それによってｐ＋ｎ接合のより良好なパッシベーションを施す。これは、小さい暗電流、例えば、２５ｍｍ２の能動領域に対して４ｐＡ〜６ｐＡ＠-１０ｍＶを有する素子をもたらし、そして本願明細書においてデータにより示されるように、アセンブリ後に従来のフォトダイオードより安定した状態を保つ。
【００５７】
加えて、２つの隣接するｐ＋ボーン間の表面領域に、３００Å酸化層プラス４５０Å窒化層でできている反射防止層があることが評価されるべきである。酸化層の正電荷はＳｉ-ＳｉＯ2界面で少数キャリア（ホール）再結合速度を増大させ、それによって電荷収集効率の低下を生じる。２つのｐ＋ボーンの間に浅いｎ＋層を有する利点は、高濃度・低濃度Ｎ＋―Ｎ接合が少数キャリアを反射し、それによってそれらがＳｉ-ＳｉＯ2界面に達するのを防止することである。このように、ＳｉＯ2内の電荷は光生成された少数キャリアに影響を及ぼさず、そして浅いＮ＋層の存在は素子を浅いｎ＋層のない素子と比べてより耐久性のある安定なものにする。
【００５８】
任意には、薄い能動層は１５マイクロメートルの厚さを有する。ｐ＋マスクパターンはフィッシュボーン・パターンである。アレイは前記薄い能動領域層基板の前記裏面に接合した機械的支持材を更に備える。
【００５９】
別の実施形態では、フォトダイオードアレイは、少なくとも上面および裏面を有する薄い能動領域基板と、前記薄い能動領域基板の前記裏面に接合した機械的支持材と、前記アレイを形成する基板に一体的に形成される複数のダイオード素子とから成り、そこでは各ダイオード素子は、少なくとも２つのｐ＋ボーン、ｐ＋ボーン・フレーム周辺部、および隣接するｐ＋領域の間の少なくとも１つの浅いｎ＋領域から更に成るｐ＋フィッシュボーン・パターンを前記上面に有し、そして各ｐ＋ボーンは厚い酸化層、ならびに複数の上面の陰極および陽極コンタクトにより保護され、前記少なくとも１つの浅いｎ＋領域は、前記浅いｎ＋領域のないダイオード素子と比べてダイオード素子の安定性を増す。薄い能動層は１５マイクロメートルの厚さを有する。ｐ＋マスクパターンはフィッシュボーン・パターンである。
【００６０】
本発明のこれらの特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、添付図面に関連して考慮されるときに、それらが以下の詳細な説明を参照することでよりよく理解されるように認識される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来のフィッシュボーン・フォトダイオード素子の断面図である。
【図２】本発明に従って製作されるフォトダイオードの一実施形態の上面図である。
【図３Ａ】本発明に従って製作されるフィッシュボーン・フォトダイオードの実施形態の断面図である。
【図３Ｂ】本発明に従って製作されるフィッシュボーン・フォトダイオードの実施形態の断面図である。
【図３Ｃ】本発明に従って製作されるフィッシュボーン・フォトダイオードの実施形態の断面図である。
【図４Ａ】図３Ａに示される本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製作するための製造工程の断面平面図である。
【図４Ｂ】図３Ａに示される本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製作するための製造工程の断面平面図である。
【図４Ｃ】図３Ａに示される本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製作するための製造工程の断面平面図である。
【図４Ｄ】図３Ａに示される本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製作するための製造工程の断面平面図である。
【図４Ｅ】図３Ａに示される本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製作するための製造工程の断面平面図である。
【図４Ｆ】図３Ａに示される本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製作するための製造工程の断面平面図である。
【図４Ｇ】図３Ａに示される本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製作するための製造工程の断面平面図である。
【図４Ｈ】図３Ａに示される本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製作するための製造工程の断面平面図である。
【図４Ｉ】図３Ａに示される本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製作するための製造工程の断面平面図である。
【図５Ａ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製造中に使用するｎ＋マスクの例示的実施形態である。
【図５Ｂ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製造中に使用するｐ＋マスクの例示的実施形態を示す図である。
【図５Ｃ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製造中に使用する能動領域マスクの例示的実施形態を示す図である。
【図５Ｄ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製造中に使用するコンタクトマスクの例示的実施形態を示す図である。
【図５Ｅ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製造中に使用する金属マスクの例示的実施形態を示す図である。
【図６Ａ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードアレイの一実施形態の正面図を示し、そこでは各フォトダイオード素子は３つのｐ＋ボーンレイアウトから成る図である。
【図６Ｂ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの一実施形態の正面図を示し、そこでは各フォトダイオード素子は４つのｐ＋ボーンレイアウトから成る図である。
【図６Ｃ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの一実施形態の正面図を示し、そこでは各フォトダイオード素子は５つのｐ＋ボーンレイアウトから成る図である。
【図６Ｄ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの一実施形態の正面図を示し、そこでは各フォトダイオード素子は６つのｐ＋ボーンレイアウトから成る図である。
【図６Ｅ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの一実施形態の正面図を示し、そこでは各フォトダイオード素子は８つのｐ＋ボーンレイアウトから成る図である。
【図７】図７は、特定のバイアス電圧における図６Ａ〜６Ｅの３、４、５、および８つのボーンレイアウト・デザイン・アレイの各々に関する実施例の性能特性を表している表である。
【図８】３つの異なるバイアス電圧における図６Ａ〜６Ｅの３、４、５、６、および８つのボーンレイアウト・デザイン・アレイの各々に関する実施例の性能特性を表している別の表である。
【図９Ａ】本発明に従って製作され、隣接するｐ＋の間に浅いｎ＋層を追加として使用するフィッシュボーン・フォトダイオードの実施形態の断面図である。
【図９Ｂ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードアレイの実施形態の正面図を示し、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ａ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製造する際に使用する出発材料の具体例であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｂ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態のマスク酸化工程の後における図１０Ａの描写であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｃ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態のｐ＋リソグラフィー工程の後における図１０Ｂの具体例であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｄ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態のｐ＋マスキング工程の後における図１０Ｃの具体例であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｅ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態のｐ＋拡散および押し込み酸化工程の後における図１０Ｄの描写であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｆ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態において、フォトレジスト層が施された後の図１０Ｅの具体例であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｇ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態のｎ＋マスキング工程の後における図１０Ｆの具体例であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｈ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードアレイの製造の一実施形態のドーピングおよび押し込み酸化工程の後における図１ＯＧの具体例であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｉ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態において、窒化シリコンおよびフォトレジストでコーティングした後の図１０Ｈの具体例であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｊ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態のコンタクト・リソグラフィー工程の後における図１０Ｉの描写であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｋ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態の金属堆積工程の後における図１０Ｊの具体例であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１０Ｌ】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの製造の一実施形態の金属マスク・リソグラフィーおよび選択エッチングの後における図１０Ｋの具体例であり、そこでは浅いｎ＋層は隣接するｐ＋ボーンの間に形成されることを示す図である。
【図１１】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの一実施形態の正面図を示し、そこでは金属コンタクトバーは、フォトダイオード素子の各々の最後の垂直フィッシュボーンだけに配置されることを示す図である。
【図１２】本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイの一実施形態の正面図を示し、そこでは金属コンタクトバーは、フォトダイオード素子の各々のフィッシュボーンの各々に配置されることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
本発明は、中間の抵抗率を有するが、例えば１０００Ωｃｍに限定されない材料に製作されることができるフィッシュボーン・デザインを有するフォトダイオードアレイを目的とする。この種の素子はＣＴおよびＸ線への応用に広く使用されている。特に、本発明は、小さくて細い、指またはフィッシュボーンに似ているｐ＋拡散領域を含むフィッシュボーン構造フォトダイオードを目的とする。ｐ＋拡散領域が小さくなるので、結果として生じるフォトダイオードの容量は全能動領域が拡散される標準的な拡散フォトダイオードの容量より小さい。
【００６３】
本発明のフォトダイオードアレイは、このように、互いからより大きな間隔でｐ＋フィッシュボーンを配置して、より少ないｐ＋フィッシュボーンの使用を必要とし、そして全体の接合容量を減らすることによって、上記の従来のフォトダイオードの欠点を克服する。加えて、暗電流が能動層の全体の容積と比例しているので、薄い能動層が用いられて、漏えいまたは「暗」電流を減らす。加えて、本発明は、比較的薄いＡＲ層の成長／堆積の前に、ＰＮ接合の上に厚い酸化領域または層を形成するのに役立つフォトマスクを使用する。接合が厚い酸化層によってパッシベーションされるので、素子はより大きい構造的硬直性および完全性を有して、接合劣化を起こしにくい。本発明の別の実施形態において、薄い能動層は強度および耐久性を加えるために機械的支持材に配置される。
【００６４】
このように、本発明は、検出器構造、検出器アレイ、および入射放射線を検出する方法を目的とする。特に、本発明は、薄いウェーハ能動領域に製作されて、漏えいまたは「暗」電流を減らすことができるフィッシュボーン・フォトダイオード素子を目的とする。本発明はまた、隣接するｐ＋フィッシュボーン間の間隔による接合容量、および素子を製作するために用いるｐ＋フィッシュボーンの相対的な数を減らしたフィッシュボーン・フォトダイオード素子も目的とする。減少した暗電流および減少した接合容量のせいで、フォトダイオードアレイの全体の信号対雑音比は改善される。加えて、本発明のフォトダイオードはより速い立ち上がり時間およびより良い電荷収集効率を有する。
【００６５】
本発明はまた、減少した接合容量および減少した暗電流を有し、それによって量子効率のような性能特性を犠牲にすることなしにフォトダイオードアレイの信号対雑音比を改善するフォトダイオードアレイも目的とする。
【００６６】
一実施形態において、本発明は、薄い能動層に製作されることができて、その上比較的薄いＡＲ層の成長／堆積の前にＰＮ接合の上に厚い酸化領域を有して、構造的完全性をフォトダイオード素子に更に与えるフィッシュボーン・フォトダイオード素子を目的とする。
【００６７】
本発明はまた、フォトダイオードアレイおよび個々のダイオード素子の全体の性能特性を改善するコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ・アプリケーションで使用できるフォトダイオードアレイも目的とする。
【００６８】
ＣＴスキャン・アプリケーションにおけるフォトダイオードアレイの使用のような特定の実施形態に対する参照がなされることができるが、本願明細書に記載されているフォトダイオードアレイが、モバイルおよび／または貨物スクリーニングシステム、人的スクリーニングシステムなどを含むが、これに限定されない、いかなるタイプの画像応用にも使うことができることは当業者に理解されなければならない。
【００６９】
ここで本発明の特定の実施形態に対する参照がなされる。本願明細書に記載されている実施形態は、いかなる特定の実施形態の一般的な否定ではなく、またはそこにおいて使用する用語の意味を越えて特許請求の範囲を制限するために用いられない。加えて、記載されている実施形態に対するさまざまな変更態様は当業者にとってすぐに明らかであり、そして本願明細書において記載される開示は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく他の実施形態およびアプリケーションに適用できる。
【００７０】
図２は本発明に従って製作されるフォトダイオード２００の一実施形態の上面図である。図２に示すように、ｐ＋マスクは、周辺フレームボーン２１０によって更に画定されるｐ＋ボーン２０５から成るｐ＋フィッシュボーン・パターンを生成して、形成するために使用される。
【００７１】
従来のフィッシュボーン素子とは異なり、本発明は隣接するｐ＋拡散ボーン間のより広い隙間を利用する。一実施形態において、隣接するｐ＋ボーン２０５間の隙間または間隔は７００マイクロメートルである。１つのｐ＋拡散ボーンの中心から隣接するｐ＋拡散ボーンの中心までの距離は「ピッチ」と呼ばれる。一実施形態において、ピッチは７１４マイクロメートルである。
【００７２】
フィッシュボーン・フォトダイオード２００は、能動領域２１５、コンタクト・ウインドウ２１８、および金属被覆領域２２０から更に成り、それは製作工程に関して下記に更に詳述される。一実施形態において、全体の出発材料能動領域２１５は５ｍｍ×５ｍｍである。
【００７３】
通常、検出器の能動領域が円形または方形である点に本願明細書において留意しなければならない。しかしながら、これらの能動領域の形状に対する制限はない。多くのアプリケーションは、三角形、星形、または台形の形状を必要とするかもしれない。従来のフォトダイオードはマスキングおよびフォトエッチングの方法を含む標準的なウェーハ製作技術により製造されるので、ユニークな形状を生成することは比較的簡単である。能動領域の幾何学的なサイズおよび形状は２ミクロンの許容度に保持されることができる。本願明細書に記載されているように、用語「領域」は用語「部位」と取り換え可能に使われて、フォトダイオード・チップ内の個別的な部分を指す。
【００７４】
図２に関して説明されるフォトダイオードの製作は、図４Ａ〜４Ｉに示す製造工程および図５Ａ〜５Ｅに示す個別マスク要素に関してより詳細に後述される。
【００７５】
図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは、本発明に従って製作されるフィッシュボーン・フォトダイオードのさまざまな実施形態の断面図を表す。ここで図３Ａを参照して、一実施形態において、本発明のフォトダイオードアレイ３００は薄い能動層３０５に製作される。一実施形態において、薄い能動層３０５は１５マイクロメートルの厚さを有する。暗電流が素子の能動層の容積と比例するので、薄い能動層は素子の漏えいまたは暗電流の減少をもたらす。図３Ａに示すように、光生成ホール３２０が空乏領域３３０によって集められる前に短い距離または経路３２５だけしか移動する必要がないので、量子効率は保持される。一実施形態において、空乏領域３３０は５マイクロメートルの表層幅を有する。
【００７６】
一実施形態において、本発明のフォトダイオードアレイはｐ＋フィッシュボーン・パターンから成り、そこでは隣接するｐ＋フィッシュボーン３１０は互いから広い間隔で配置されて、上記の従来のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイより少ないフィッシュボーンの使用を必要とする。一実施形態において、隣接するフィッシュボーン３１０の間の間隔は７００マイクロメートルである。一実施形態において、２つの隣接するフィッシュボーン３１０の中心間の距離またはピッチは７１４マイクロメートルである。
【００７７】
別の実施形態では、本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードは、比較的薄い反射防止（ＡＲ）層３４１、３４２の成長／堆積の前に、ＰＮ接合の各々の上に厚い酸化領域３１５により製作される。一実施形態において、厚い酸化領域３１５は約８０００Åのシリコン酸化物および約４２５Åの窒化シリコンから成る。一実施形態において、厚い酸化領域または層３１５は３つの部分３１５ａ、３１５ｂ、および３１５ｃから成る。部分３１５ａおよび３１５ｂは、厚い酸化領域または層３１５の端部分から成って、２０マイクロメートルの幅を有する。部分３１５ｃは、厚い酸化領域３１５の中間部分であり、ｐ＋フィッシュボーンのすぐ上にあり、そして一実施形態において、端部分３１５ａおよび３１５ｂより薄い。ＰＮ接合が厚い酸化領域３１５でパッシベーションされるので、素子はより大きい構造剛性および完全性を有して、接合が劣化しにくい。
【００７８】
本発明のフォトダイオードアレイの一実施形態において、ＡＲ層３４１はシリコン酸化物から成り、そして１５０Åの厚さを有する。一実施形態において、ＡＲ層３４２は窒化シリコンから成り、そして４２５Åの厚さを有する。
【００７９】
ここで図３Ｂを参照して、一実施形態において、本発明は、薄い能動層３０５に製作できるフィッシュボーン・フォトダイオード素子であり、そこでは薄い能動層３０５は強度および耐久性を加えるために機械的支持材３３５に配置される。一実施形態において、機械的支持材３３５は、ＣＺシリコン、ＦＺシリコン、石英、または素子の性能特性に影響を及ぼさないその他の類似の機械的支持材料から成る。一実施形態において、機械的支持材３３５は２５０マイクロメートルの厚さを有する。一実施形態において、そしてここで図３Ｃを参照して、機械的支持材３３５はｎ＋シリコン基板である。
【００８０】
図４Ａ〜４Ｉは、図３Ｃに示すように、本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード４００を製作するための製造工程の側面の平面図を表し、そこではｎ＋シリコン基板の機械的支持材が使用される。本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードを製造する方法が機械的支持材の使用に関して説明されるが、機械的支持材は任意であり、そして製造工程は支持材なしで使用されることができることは当業者に理解されなければならない。
【００８１】
製造工程、それらの対応する詳細、およびあらゆる示される命令に対する修正または変更は当業者にとって容易に明らかだろう。したがって、本発明は、本発明のフォトダイオードアレイを製造するための多くの可能性を考慮して、ここに提供されている実施例に限定されない。
【００８２】
ここで図４Ａを参照すると、フォトダイオード４００を製作するための出発材料は、一実施形態において、ｎ＋シリコン基板ウェーハ４１０上の薄い能動層４０５である。薄い能動層４０５は好ましくはｎ型シリコンであり、約１，０００ΩＣｍの抵抗率を有する。一実施形態において、薄い能動層は薄いエピタキシャル層または薄いダイレクトボンド能動層である。一実施形態において、薄い能動層４０５は１５マイクロメートルの厚さを有する。一実施形態において、ｎ＋シリコン基板ウェーハ４１０は２５０マイクロメートルの厚さを有する。一実施形態において、出発材料の全体の厚みは２６５マイクロメートルである。基板ウェーハがシリコンから成ることが好ましいが、当業者は、本発明の処理工程に従って処理されることができる、いかなる適切な機械的支持材も用いられることが可能であると認めるだろう。
【００８３】
加えて、薄い能動層４０５および基板ウェーハ４１０の両方とも、パラメータ、表層平坦さ、および仕様厚さに対するより良い適合を可能にするために両面で任意に研磨されることができる。しかしながら、上記の仕様が拘束力がないこと、そして材料および抵抗率のタイプが本発明の設計、製作、および機能的要件を満たすために容易に変えることができることが当業者により理解されなければならない。
【００８４】
図４Ａをもう一度参照すると、工程４５０で、薄い能動層４０５およびｎ＋シリコン基板４１０の両方とも、薄い能動層４０５の上面およびｎ＋シリコン基板４１０の裏面に酸化層４１５を成長させる標準的マスク酸化プロセスを受ける。一実施形態において、酸化層４１５は約８０００Åの厚さを有するシリコン酸化物（ＳｉＯ２）から成る。図２および３ａについて述べたように、厚い酸化層４１５はＰＮ接合を保護するのに役立つ。一実施形態において、熱酸化はマスク酸化を達成するために使用される。標準的なマスク酸化は当業者に周知であり、更に詳細にはこの明細書において説明されない。
【００８５】
ここで図４Ｂを参照して、工程４５５で、標準的なマスク酸化が完了した後に、素子は薄い能動層４０５の上面にｎ＋フォトリソグラフィーを受ける。一実施形態において、フォトリソグラフィーは、薄い能動層４０５の表面に特定パターンを生成するためにフォトレジスト層を使用する工程を含む。
【００８６】
通常、フォトレジスト層は、パターン化コーティングを表面に形成できるフォトリソグラフィーおよび写真製版のための感光性ポリマー材料である。適切な材料を選択して、適切なフォトレジストパターンを生成した後に、薄いフォトレジスト層は薄い能動層４０５の上面に塗布される。一実施形態において、フォトレジスト層は回転コーティング技術により塗布される。回転コーティングは当業者に周知であり、この明細書に詳述しない。
【００８７】
一実施形態において、ｎ＋マスキングは適切なフォトレジスト層パターンを形成するために用いる。典型的なｎ＋マスクは図５Ａに示される。図５Ａに示すように、ｎ＋マスキングは薄い能動層４０５上に特定パターンを生じる。通常、写真マスクは好適なパターンまたは電子回路の顕微鏡的な画像を含む高精度のプレートである。それらは、通常、１つの面にクロムの層を有する石英またはガラスの平坦な部分から製作される。マスク形状はクロム層にエッチングされる。一実施形態において、図５Ａに示すｎ＋マスクは適切な形状および寸法の仕様を有する複数の拡散ウインドウを備える。
【００８８】
図４Ｂをもう一度参照すると、フォトレジストでコーティングされた薄い能動層４０５はｎ＋マスクに位置合わせされて、ｎ＋拡散領域を露出するために適切に処理される。紫外線のような強い光がマスクを通して投射されて、ｎ＋マスクのパターンのフォトレジスト層を露光する。ｎ＋マスクは、薄い能動層上のフォトレジストの選択的な照射を可能にする。放射線にさらされる領域は、拡散のために確保されるものがｎ＋マスクにより保護されている間に硬化されて、エッチングによって容易に取り除かれる。
【００８９】
露光されて残留するフォトレジストは、それから、マスクからフォトレジスト層へのパターン転写を明らかにするために、適切な化学的またはプラズマ・エッチング・プロセスを受ける。エッチング・プロセスは、薄い能動層の上面およびｎ＋基板の裏面からシリコン酸化層を取り除くために使用される。一実施形態において、フォトレジスト層および／またはｎ＋マスクのパターンは、工程４５０で堆積された酸化層がなくて、ｎ＋拡散の準備ができている複数の領域４２０を薄い能動層の上面に画定する。
【００９０】
ここで図４Ｃを参照して、工程４６０で、薄い能動層４０５の上面およびｎ＋シリコン基板４１０の裏面はｎ＋拡散を受けて、その後に押し込み酸化が続く。通常、拡散は母材を通っての拡散材料の伝播を容易にする。工程４６０において、燐のようなドーパント原子の適切な量が、薄い能動層４０５の上面の少なくとも一部およびｎ＋シリコン基板４１０の裏面全体に堆積される。基板は、それから、ドーパント原子を再配布して、薄い能動層４０５の上面およびシリコン基板４１０の裏面の中により深くそれらを堆積させるために用いる押し込み酸化プロセスを受ける。一実施形態において、このプロセスは、ｎ＋ドーパントを伴う深い拡散によって、酸化層が欠けている複数の領域４２０を充填する。加えて、露出表面、例えば薄い能動層４０５の上面およびシリコン基板４１０の裏面は酸化層４２５で覆われる。一実施形態において、酸化層４２５は約３０００Åの厚さを有する。
【００９１】
ここで図４Ｄを参照すると、工程４６５において、薄い能動層４０５の上面はｐ＋リソグラフィー・プロセスを受けて、いかなる層も無い露出したシリコン表面である複数の領域４３０を生成する。あらゆる従来のリソグラフィー・プロセスと同様に、ｐ＋リソグラフィーは少なくとも以下の作業、すなわち、基板の準備、フォトレジストの塗布、ソフトベイキング、マスクアライメント、露光、現像、ハード・バッキング、およびエッチングを含むが、この種の作業に限定されない。加えて、さまざまな他の化学処理を実行することになる。
【００９２】
一実施形態において、図５Ｂに示すｐ＋マスクを使用する。一実施形態において、ｐ＋マスクパターンは、周辺フレームボーン５１０によって更に画定されるｐ＋ボーン５０５から成るフィッシュボーン・パターンである。一実施形態において、ボーン５０５は０．０１４ｍｍの幅を有する。一実施形態において、隣接するｐ＋ボーン間の間隔は７００マイクロメートルである。一実施形態において、ピッチは７１４マイクロメートルである。ｐ＋マスキング・プロセスは、前述のｎ＋マスキング・プロセスに関して詳細に描写されたものと類似していて、この明細書に詳細に繰り返されない。
【００９３】
ｐ＋マスキング・プロセスは、図４Ｅに示すように、本発明の原理に従って所定および／または予定の熱量を可能にする、堆積および押し込み酸化を更に含む。ここで図４Ｅを参照して、工程４７０で、ホウ素のようなドーパント原子の適切な量が薄い能動層４０５の上面の少なくとも一部に堆積される。薄い能動層４０５は、それから、ドーパント原子を再配布して、薄い能動層４０５の上面の中により深くそれらを堆積させるために用いる押し込み酸化プロセスを受ける。一実施形態において、このプロセスは、ｐ＋ドーパントを伴う深い拡散によって、酸化層が欠けている複数の領域４３０を充填する。一実施形態において、ｐ＋領域は０．０１４ｍｍの幅を有する。一実施形態において、隣接するｐ＋ボーン間の間隔は７００マイクロメートルである。一実施形態において、いかなる２つの隣接するｐ＋ボーンの中心間のピッチまたは間隔も７１４マイクロメートルである。
【００９４】
加えて、露出表面、例えば薄い能動層４０５の上面およびシリコン基板４１０の裏面は酸化層４３１で覆われる。一実施形態において、酸化層４３１は約２７００Åの厚さを有する。
【００９５】
工程４７５において、図４Ｆに示すように、素子ウェーハは、薄い能動層４０５の上面に複数の能動領域４３５を露出させるために、能動領域フォトリソグラフィーおよび次の選択的な酸化物エッチングを受ける。一実施形態において、図５Ｃに示すような能動領域マスクが使用される。能動領域仕様は、いくつかあるパラメータの中で特に、本発明のフォトダイオードの重要な性能特性を形成する。
【００９６】
図４Ｆをもう一度参照すると、複数の厚い酸化物で覆われた領域４４０はＰＮ接合の上に保持される。一実施形態において、厚い酸化領域４４０は約８０００Åのシリコン酸化物および約４２５Åの窒化シリコンから成る。一実施形態において、厚い酸化領域または層４４０は３つの部分４４０ａ、４４０ｂ、および４４０ｃから成る。部分４４０ａおよび４４０ｂは厚い酸化領域または層４４０の端部分から成り、そして２０ｍｍの幅を有する。部分４４０ｃは厚い酸化領域４４０の中間部分であり、ｐ＋フィッシュボーンのすぐ上にあり、そして一実施形態において、端部分４４０ａおよび４４０ｂより薄い。ＰＮ接合が厚い酸化領域４４０でパッシベーションされるので、素子はより大きい構造的硬直性および完全性を有して、接合が劣化しにくい。
【００９７】
一実施形態において、ｎ＋シリコン基板４１０の裏面がいかなる酸化層もないように、それは完全にエッチングされる。
【００９８】
工程４８０において、図４Ｇに示すように、二重反射防止（ＡＲ）層４４１および４４２は薄い能動層４０５およびシリコン基板４１０の上面に成長する。当業者は、さまざまな反射防止コーティング設計、例えば１層、２層、３層、および４＋層が用いられることが可能であることを理解するだろう。例えば、決して限られたものでないが、この明細書において採用される二重層反射防止コーティング設計は、薄い膜材料、例えば、特に、酸化物、硫化物、フッ化物、窒化物、セレン化物、および金属の組合せを利用する。本発明のフォトダイオードアレイの一実施形態において、ＡＲ層４４１はシリコン酸化物から成り、そして１５０Åの厚さを有する。一実施形態において、ＡＲ層４４２は窒化シリコンから成り、そして４２５Åの厚さを有する。
【００９９】
本発明のＡＲ層の厚さがＬＳＯ／ＬＹＳＯシンチレータ結晶とともに使用するために最適化されるにもかかわらず、本発明において使用されるＡＲ層の厚さは、いろいろなアプリケーションのためのいろいろな波長で最小限の反射損を得るように調整されることができて、したがっていかなるシンチレータ材料とともに使うことができることが当業者により理解されなければならない。
【０１００】
例えば、この種の実施例に限られないが、特定のフォトダイオードアレイはタングステン酸カドミウムのようなシンチレータ材料を使用する。タングステン酸カドミウム（ＣｄＷＯ４またはＣＷＯ）は、ガンマ線を検出するためにシンチレーション結晶として使われる、密度の高い、化学的に不活性の固体である。結晶は透明であり、それにガンマ線およびＸ線が衝突するときに光を放出して、それを電離放射線の検出器として有効にする。そのピーク・シンチレーション波長は５２０ナノメートル（３３０〜５４０ナノメートルの発光範囲を有する）であり、そして１３０００光子／ＭｅＶの効率である。
【０１０１】
ここで図４Ｈを参照して、工程４８５で、コンタクト・エッチングマスクは、薄い能動層４０５の上面に複数のコンタクト・ウインドウ４４５をエッチングするために用いられる。当業者に周知であるコンタクト・リソグラフィーは、画像フォトレジスト層で覆われた基板と直接接触したフォトマスクの照明によって画像またはパターンを印刷する工程を含む。通常、コンタクト・ウインドウは、素子金属被覆が回路素子とのコンタクトを展開する表面パッシベーション層に画定される開口である。コンタクト・ウインドウ４４５は、標準的な半導体技術のフォトリソグラフィー技法を用いて薄い能動層４０５の上面に形成される。コンタクト・ウインドウ酸化物は、それから、当業者に周知である標準的ウェットまたは標準的ドライ・エッチング技術により除去されることができる。
【０１０２】
より詳しくは、この種の実施例に限られないが、本発明のフォトダイオードアレイの一実施形態において、図５Ｄに示されるようなコンタクト・ウインドウ・マスクが最初に適用される。一実施形態において、コンタクト・ウインドウ・マスクは暗視野マスクであり、それはコンタクトを必要とする領域のシリコン酸化層を取り除くために用いられる。コンタクトマスクを用いて、コンタクト・ウインドウ４４５のうちの少なくとも１つは、マスクによって露出したままである領域４４５から酸化物をエッチングすることによって、薄い能動層の表面に堆積された保護およびパッシベーション層を貫通して開けられる。一実施形態において、コンタクト・ウインドウ・エッチングは、化学エッチング・プロセスにより達成され、そこではウェーハは、緩衝酸化物エッチ液（ＢＯＥ）、ＨＦ酸ベースの溶液にコンタクト・ウインドウ・マスクによって露出した層を取り除くのに十分な間浸漬される。
【０１０３】
ここで図４Ｉを参照すると、工程４９０で、薄い能動層４０５およびｎ＋シリコン基板４１０は、電気的接続を生成するために、薄い能動層４０５の上面上に金属コンタクト４４６を、そしてｎ＋シリコン基板ウェーハの裏面上に金属層４４７を設けるために金属堆積プロセスを受ける。金属被覆とも呼ばれる金属堆積プロセスにおいて、金属層は導電性経路を生成するためにウェーハに堆積される。最もよく使われる金属は、アルミニウム、ニッケル、クロミウム、金、ゲルマニウム、銅、銀、チタン、タングステン、プラチナ、およびタンタルを含む。選択された金属の合金を用いることもできる。金属被覆はしばしば真空蒸着技術により達成される。最もよく使われる堆積プロセスは、フィラメント蒸着、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、誘導蒸着、およびスパッタリングを含み、その後に金属マスキングおよび選択エッチングが続く。
【０１０４】
一実施形態において、図５Ｅに示す金属マスクが使用される。一実施形態において、金属コンタクト４４６は、図５Ｅに示される金属マスクを用いてフォトダイオード４００の上面で選択的にエッチングされる。金属エッチングはさまざまな方法で実行されることができて、それは摩耗エッチング、ドライ・エッチング、電子エッチング、レーザー・エッチング、フォトエッチング、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）、スパッタ・エッチング、および気相エッチングを含むが、これに限定されるものではない。
【０１０５】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、および６Ｅは、フィッシュボーン・フォトダイオード・アレイのさまざまな別の実施形態を例示し、そこでは各フォトダイオード素子は、少なくとも１つのｐ＋フィッシュボーン、および、好ましくは、少なくとも３つのｐ＋フィッシュボーンから成る。本願明細書に記載されている実施形態が上面上の４つの陽極パッド６１５および裏面上の共通陰極金属被覆（図示せず）から成る例示的なフォトダイオードアレイ６００のためのさまざまなｐ＋ボーン・レイアウト・デザインを表すが、いかなる数のフォトダイオード素子もフォトダイオードアレイを形成するために用いることができる点に留意する必要がある。
【０１０６】
以下に述べる実施例において、図６Ａ〜６Ｅに示すフォトダイオードアレイ６００は、一実施形態において、０．２５０ｍｍの厚さを有するシリコンチップに製作されて、２２．２５４ｍｍ×６．５９４ｍｍの全体の寸法および±０．０２５ｍｍの許容度を有する。
【０１０７】
図６Ａは、本発明のフィッシュボーン・フォトダイオードアレイ６００の一実施形態の上面図を表し、そこでは各フォトダイオード素子は３つのｐ＋ボーン・レイアウトから成る。ｐ＋マスクは、周辺フレームボーン６１０によって更に画定されるｐ＋ボーン６０５から成る３つのｐ＋フィッシュボーン・パターンを生成して、形成するために使用される。このように、４つのフォトダイオード素子６３０の各々は３つのフィッシュボーンから成る。この実施形態において、ボーンピッチを規定する、１つのｐ＋拡散ボーン６０５の中央から隣接する周辺フレームボーン６１０の中央までの距離６３５は２．４９３ｍｍである。いかなる２つの隣接する素子または陽極パッド６１５の中心の間の距離６４０は５．６００ｍｍである。フォトダイオードアレイ６００は、この例ではそれぞれ５ｍｍ×５ｍｍである能動領域６２０から更に成る。また、陽極パッド６１５と対応するフォトダイオードの端、例えば端６２５の間の距離６４５は２．７２７ｍｍである。
【０１０８】
図６Ｂは、本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイ６００の一実施形態の上面図を表し、そこでは各フォトダイオード素子は４つのｐ＋ボーン・レイアウトから成る。ｐ＋マスクは、周辺フレームボーン６１０によって更に画定されるｐ＋ボーン６０５から成る、４つのｐ＋フィッシュボーン・パターンを生成して、形成するために使用される。このように、４つのフォトダイオード素子６３０の各々は４つのフィッシュボーンから成る。この実施形態において、ボーンピッチを規定する、１つのｐ＋拡散ボーン６０５の中央から隣接するボーン６０５または６１０の中央までの距離６３５は１．６６２ｍｍである。いかなる２つの隣接する素子６３０または陽極パッド６１５の中心の間の距離６４０も５．６００ｍｍである。フォトダイオードアレイ６００は、この例ではそれぞれ５ｍｍ×５ｍｍである能動領域６２０から更に成る。また、陽極パッド６１５と対応するフォトダイオードの端、例えば端６２５の間の距離６４５は２．７２７ｍｍである。
【０１０９】
図６Ｃは、本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイ６００の一実施形態の上面図を表し、そこでは各フォトダイオード素子は５つのｐ＋ボーン・レイアウトから成る。ｐ＋マスクは、周辺フレームボーン６１０によって更に画定されるｐ＋ボーン６０５から成る、５つのｐ＋フィッシュボーン・パターンを生成して、形成するために使用される。このように、４つのフォトダイオード素子６３０の各々は５つのフィッシュボーンから成る。この実施形態において、ボーンピッチを規定する、１つのｐ＋拡散ボーン６０５の中央から隣接するボーン６０５または６１０の中央までの距離６３５は１．２４７ｍｍである。いかなる２つの隣接する素子６３０または陽極パッド６１５の中心の間の距離６４０も５．６００ｍｍである。フォトダイオードアレイ６００は、この例ではそれぞれ５ｍｍ×５ｍｍである能動領域６２０から更に成る。また、陽極パッド６１５と対応するフォトダイオードの端、例えば端６２５の間の距離６４５は２．７２７ｍｍである。
【０１１０】
図６Ｄは、本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイ６００の一実施形態の上面図を表し、そこでは各フォトダイオード素子は６つのｐ＋ボーン・レイアウトから成る。ｐ＋マスクは、周辺フレームボーン６１０によって更に画定されるｐ＋ボーン６０５から成る、６つのｐ＋フィッシュボーン・パターンを生成して、形成するために使用される。このように、４つのフォトダイオード素子６３０の各々は６つのフィッシュボーンから成る。この実施形態において、ボーンピッチを規定する、１つのｐ＋拡散ボーン６０５の中央から隣接するボーン６０５または６１０の中央までの距離６３５は０．９９７ｍｍである。いかなる２つの隣接する素子６３０または陽極パッド６１５の中心の間の距離６４０も５．６００ｍｍである。フォトダイオードアレイ６００は、この例ではそれぞれ５ｍｍ×５ｍｍである能動領域６２０から更に成る。また、陽極パッド６１５と対応するフォトダイオードの端、例えば端６２５の間の距離６４５は２．７２７ｍｍである。
【０１１１】
図６Ｅは、本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイ６００の一実施形態の上面図を表し、そこでは各フォトダイオード素子は８つのｐ＋ボーン・レイアウトから成る。ｐ＋マスクは、周辺フレームボーン６１０によって更に画定されるｐ＋ボーン６０５から成る、８つのｐ＋フィッシュボーン・パターンを生成して、形成するために使用される。このように、４つのフォトダイオード素子６３０の各々は８つのフィッシュボーンから成る。この実施形態において、ボーンピッチを規定する、１つのｐ＋拡散ボーン６０５の中央から隣接するボーン６０５または６１０の中央までの距離６３５は０．７１２ｍｍである。いかなる２つの隣接する素子６３０または陽極パッド６１５の中心の間の距離６４０も５．６００ｍｍである。フォトダイオードアレイ６００は、この例ではそれぞれ５ｍｍ×５ｍｍである能動領域６２０から更に成る。また、陽極パッド６１５と対応するフォトダイオードの端、例えば端６２５の間の距離６４５は２．７２７ｍｍである。
【０１１２】
図７は、特定のバイアス電圧における図６Ａ〜６Ｅの３、４、５、６、および８つのボーン・レイアウト・デザイン・アレイの各々の実施例の性能特性を表している表である。この表は、１０ｍＶのバイアス電圧および５４０ｎｍフルッデッドにおけるさまざまなレイアウトの性能特性を提供する。例えば、図６Ｂの４つのボーン・デザイン・アレイは、Ｒｓｈ標準値２Ｇオーム、容量標準値３４．８ｐＦ＠０ボルト、応答度標準値０．３８５Ａ／Ｗ＠５４０ｎｍ、応答時間標準値１７９μＳの特性を達成できる。
【０１１３】
図８は、３つの異なるバイアス電圧における図６Ａ〜６Ｅの３、４、５、６、および８つのボーン・レイアウト・デザイン・アレイの実施例の性能特性を表している別の表である。このように、この表は６３２ｎｍフルッデッドの場合の０．０１Ｖ、１．５Ｖ、および３Ｖの３つのバイアス電圧それぞれにおける（図６Ａ〜６Ｅの）ボーン・デザイン・レイアウトの各々の性能特性を提供する。
【０１１４】
図１１は、本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイ１１００の別の実施形態の上面図を表す。この実施例において、この種の実施例に限られないが、フォトダイオードアレイ１１００は少なくとも１つのフォトダイオード素子１１３０から成り、更にはフォトダイオード素子１１３０は８つのｐ＋ボーン・レイアウトから成る。一実施形態において、フォトダイオードアレイ１１００は２つの素子１１３０から成る。前述のように、本発明は８つのｐ＋ボーンの使用に限定されず、それより多いかまたは少ない数のｐ＋ボーンがフォトダイオードアレイの性能要件によって用いられることが可能である点に留意する必要がある。ｐ＋マスクは、周辺フレームボーン１１１０によって更に画定されるｐ＋ボーン１１０５から成る、８つのｐ＋フィッシュボーン・パターンを生成して、形成するために使用される。このように、２つのフォトダイオード素子１１３０の各々は８つのフィッシュボーンから成る。
【０１１５】
この実施形態において、陽極金属バーは、フォトダイオード素子１１３０の各々の最後の垂直フィッシュボーン１１１１だけに配置される。最後の垂直フィッシュボーン１１１１は周辺フレームボーン１１１０の一部である。断面図１１４０は、ｐ＋ボーン１１１１、金属コンタクトバー１１１２、およびコンタクト・ウインドウ１１１３を示している最後の垂直フィッシュボーンの拡大図を示す。金属コンタクトバー１１１２はワイヤ・ボンディング・パッド１１２５に接続している。断面図１１５０は、素子１１３０の最後の垂直フィッシュボーン１１１１の金属バー１１１２が、第２フォトダイオード素子の端にボンディングパッド１１２５を形成するために接続される方法の拡大図を示す。当業者は、上面上の陽極パッド１１２５および裏面上の共通陰極金属被覆（図示せず）によって、いかなる数のこの種のフォトダイオード素子１１３０もフォトダイオードアレイ１１００を形成するために用いることができることを理解しなければならない。
【０１１６】
図１２は、本発明のフィッシュボーン・フォトダイオード・アレイ１２００のさらに別の実施形態の上面図を表す。この実施例において、この種の実施例に限られないが、フォトダイオードアレイ１２００は少なくとも１つのフォトダイオード素子１２３０から成り、更にはフォトダイオード素子１２３０は５つのｐ＋ボーン・レイアウトから成る。一実施形態において、フォトダイオードアレイ１２００は２つの素子１２３０から成る。前述のように、本発明は５つのｐ＋ボーンの使用に限定されず、それより多いかまたは少ない数のｐ＋ボーンがフォトダイオードアレイの性能要件によって用いられることが可能である点に留意する必要がある。ｐ＋マスクは、周辺フレームボーン１２１０によって更に画定されるｐ＋ボーン１２０５から成る、５つのｐ＋フィッシュボーン・パターンを生成して、形成するために使用される。このように、２つのフォトダイオード素子１２３０の各々は５つのフィッシュボーンから成る。
【０１１７】
この実施形態において、陽極金属バーは、（この実施例では５つである）フィッシュボーン、すなわちｐ＋ボーン１２０５および周辺ボーン１２１０の各々に配置される。断面図１２４０は、ｐ＋拡散１２１１、金属コンタクトバー１２１２、およびコンタクト・ウインドウ１２１３から成るフィッシュボーンの拡大図を示す。金属コンタクトバー１２１２は、フィッシュボーンの各々でワイヤ・ボンディング・パッド１２２５に接続している。断面図１２５０は、素子１２３０のフィッシュボーン１２０５、１２１０の各々の金属バー１２１２が第２フォトダイオード素子の端にボンディングパッド１２２５を形成するために接続される方法の拡大図を示す。当業者は、上面上の陽極パッド１２２５および裏面上の共通陰極金属被覆（図示せず）によって、いかなる数のこの種のフォトダイオード素子１２３０もフォトダイオードアレイ１２００を形成するために用いることができることを理解しなければならない。フォトダイオード素子の各々のフィッシュボーンの各々の金属バーを有するフォトダイオードアレイ１２００は、高い線形電流を低い直列抵抗に供給する。
【０１１８】
図９Ａは、ｎ型の薄い能動層９０５に製作されたフィッシュボーン・フォトダイオード９００の更に別の実施形態の断面図である。一実施形態において、薄い能動層９０５は１５マイクロメートルの厚さを有する。薄い能動層９０５はｎ＋シリコン基板から成る機械的支持材９３５に配置される。
【０１１９】
フォトダイオードアレイ９００はｐ＋フィッシュボーン・パターンから成り、そこでは隣接するｐ＋フィッシュボーン９１０は互いから広い間隔で配置されるので、より少ないフィッシュボーンの使用を余儀なくさせる。また一方、本実施形態もｐ＋ボーンの間に浅いｎ＋層９５０を含む。一実施形態において、浅いｎ＋層９５０は０．３マイクロメートルの深さを有する。ｐ＋ボーン９１０間の広い隙間に電界がないので、光生成された少数キャリア９２０またはｎ型シリコンのホールはランダムに、従って全方向に移動する傾向がある。上方へ移動するホール９２０は、経路９２５により表されるように、ｎ＋ｎ高・低接合により反射されて、ＰＮ接合９３０の電界によって最後に収集される。下方へ移動するホール９２０は、経路９２６により表されるように、ｎ型薄層／ｎ＋基板界面で低・高ｎ−ｎ＋接合により反射されて、ＰＮ接合９３０によって最後にまた収集される。浅いｎ＋層９５０の存在なしで、光生成された少数キャリア９２０の一部は、さもなければシリコン／二酸化シリコン界面で再結合して、素子９００の電荷収集効率を低下させる。このように、ｐ＋ボーン間の浅いｎ＋層がフォトダイオード素子の効率を向上させるという点でそれは有利である。
【０１２０】
図９Ａのフィッシュボーン・フォトダイオード９００は、比較的薄い反射防止（ＡＲ）層９４１、９４２の成長／堆積の前に、ＰＮ接合９３０の各々の上に厚い酸化領域９１５により製作される。一実施形態において、厚い酸化領域９１５は約８０００Åのシリコン酸化物および約４２５Åの窒化シリコンから成る。ＰＮ接合が厚い酸化領域９１５によってパッシベーションされるので、素子はより大きい構造的硬直性および完全性を有して、接合が劣化しにくい。
【０１２１】
一実施形態において、ＡＲ層９４１はシリコン酸化物から成り、そして１５０Åの厚さを有する。一実施形態において、ＡＲ層９４２は窒化シリコンから成り、そして４２５Åの厚さを有する。
【０１２２】
図９Ｂは、図９Ａに断面図として示される、フィッシュボーン・フォトダイオード・アレイ９００の上面図を示す。この実施例において、この種の実施例に限られないが、フォトダイオードアレイ９００は少なくとも１つのフォトダイオード素子９０１から成り、更にはフォトダイオード素子９０１は８つのｐ＋ボーン・レイアウトから成る。前述のように、本発明は８つのｐ＋ボーンの使用に限定されず、それより多いかまたは少ない数のｐ＋ボーンがフォトダイオードアレイの性能要件によって用いられることが可能である点に留意する必要がある。
【０１２３】
ｐ＋マスクは、ｐ＋ボーン９０５から成る、８つのｐ＋フィッシュボーン・パターンを生成して、形成するために使用される。加えて、ｎ＋マスクは、隣接するｐ＋ボーン９０５の間に浅いｎ＋層９１０を生成して、形成するために使用される。当業者は、上面上の陽極パッド９１５および裏面上の共通陰極金属被覆（図示せず）によって、いかなる数のこの種のフォトダイオード素子９０１もフォトダイオードアレイ９００を形成するために用いることができることを理解しなければならない。
【０１２４】
図１０Ａ〜１０Ｌは、図９Ａおよび９Ｂに示される本発明のフォトダイオードの例示的な製造工程を表す。
【０１２５】
ここで図１０Ａを参照すると、図９Ａおよび９Ｂのフォトダイオード９００を製作するための出発材料は、一実施形態において、ｎ＋シリコン基板ウェーハ１０１０上の薄い能動層１００５である。薄い能動層１００５は、好ましくはｎ型シリコンであり、約１，０００ΩＣＭの抵抗率を有する。一実施形態において、薄い能動層１００５は薄いエピタキシャルまたは薄いダイレクトボンド能動層である。一実施形態において、薄い能動層１００５は１５マイクロメートルの厚さを有する。一実施形態実施例において、ｎ＋シリコン基板ウェーハ１０１０は２５０マイクロメートルの厚さを有する。一実施形態において、出発材料の全体の厚さは２６５マイクロメートルである。基板ウェーハがシリコンから成ることが好ましいが、当業者は、本発明の処理工程に従って処理されることができる、いかなる適切な機械的支持材も用いられることが可能であると理解するだろう。
【０１２６】
加えて、薄い能動層１００５および基板ウェーハ１０１０の両方とも、パラメータ、表層平坦さ、および仕様厚さに対するより良い適合を可能にするために両面で任意に研磨されることができる。しかしながら、上記の仕様が拘束力がないこと、そして材料および抵抗率のタイプが本発明の設計、製作、および機能的要件を満たすために容易に変えることができることが当業者によって理解されなければならない。
【０１２７】
図１０Ｂを参照すると、工程１０５０で、薄い能動層１００５およびｎ＋シリコン基板１０１０の両方とも、薄い能動層１００５の上面およびｎ＋シリコン基板１０１０の裏面に酸化層１０１５を成長させる標準的マスク酸化プロセスを受ける。一実施形態において、酸化層１０１５はシリコン酸化物（ＳｉＯ２）から成る。酸化層１０１５はＰＮ接合（後で形成され、以下に説明される）を保護するのに役立つ。一実施形態において、熱酸化はマスク酸化を達成するために使用される。標準的なマスク酸化は当業者に周知であり、更に詳細にはこの明細書において説明されない。
【０１２８】
ここで図１０Ｃを参照して、標準的なマスク酸化が完了した後に、工程１０５５で、フォトダイオード素子は、薄い能動層１００５の表面上にフォトレジスト層１０１１を使用することによって薄い能動層１００５の上面におけるｐ＋フォトリソグラフィーの準備がされる。通常、フォトレジスト層は、パターン化コーティングを表面に形成できるフォトリソグラフィーおよび写真製版のための感光性ポリマー材料である。適切な材料を選択して、適切なフォトレジストパターンを生成した後に、薄いフォトレジスト層は薄い能動層１００５の上面に塗布される。一実施形態において、フォトレジスト層１０１１は回転コーティング技術により塗布される。回転コーティングは当業者に周知であり、この明細書に詳述しない。
【０１２９】
図１０Ｄを参照すると、工程１０６０で、フォトレジストでコーティングされた薄い能動層１００５は適切なｐ＋マスクに位置合わせされて、ｐ＋拡散領域を露出するために適切に処理される。紫外線のような強い光がマスクを通して投射されて、ｐ＋マスクのパターンのフォトレジスト層１０１１を露光する。ｐ＋マスクは薄い能動層上のフォトレジストの選択的な照射を可能にする。放射線にさらされる領域は、拡散のために確保されるものがｐ＋マスクにより保護されている間に硬化されて、エッチングによって容易に取り除かれる。
【０１３０】
露光されて残留するフォトレジストは、それから、マスクからフォトレジスト層１０１１へのパターン転写を明らかにするために、適切な化学的またはプラズマ・エッチング・プロセスを受ける。エッチング・プロセスは、薄い能動層１００５の上面およびｎ＋基板１０１０の裏面からシリコン酸化層を取り除くために使用される。一実施形態において、フォトレジスト層１０１１および／またはｐ＋マスクのパターンは、ｐ＋拡散の準備ができている，複数の領域１０２０を薄い能動層１００５の上面に画定する。
【０１３１】
ここで図１０Ｅを参照して、工程１０６５で、薄い能動層１００５の上面はｐ＋拡散を受けて、その後に押し込み酸化が続く。通常、拡散は母材を通っての拡散材料の伝播を容易にする。工程１０６５において、ホウ素のようなドーパント原子の適切な量が薄い能動層１００５の上面の少なくとも一部に堆積される。基板は、それから、ドーパント原子を再配布して、薄い能動層１００５の上面の中により深くそれらを堆積させるために用いる押し込み酸化プロセスを受ける。一実施形態において、このプロセスは、ｐ＋ドーパントを伴う深い拡散によって、酸化層が欠けている複数の領域１０２０を充填する。一実施形態において、ｐ＋拡散の深さは約１マイクロメートルである。加えて、薄い能動層１００５の上面の露出表面は酸化層１０２５で覆われる。
【０１３２】
図１０Ｆの工程１０７０において、薄い能動層１００５の上面はフォトレジスト層１０１２で再コーティングされて、ｎ＋フォトリソグラフィーの準備がされる。ここで図１０Ｇを参照すると、工程１０７５で、薄い能動層１００５の上面は適切なｎ＋マスクに位置合わせされて、ｎ＋拡散領域を露出するために適切に処理される。紫外線のような強い光がマスクを通して投射されて、ｎ＋マスクのパターンのフォトレジスト層１０１２を露光する。ｎ＋マスクは薄い能動層１００５上のフォトレジストの選択的な照射を可能にする。放射線にさらされる領域は、拡散のために確保されるものがｎ＋マスクにより保護されている間に硬化されて、エッチングによって容易に取り除かれる。
【０１３３】
露光されて残留するフォトレジストは、それから、マスクからフォトレジスト層１０１２へのパターン転写を明らかにするために、適切な化学的またはプラズマ・エッチング・プロセスを受ける。エッチング・プロセスは、薄い能動層１００５の上面およびｎ＋基板１０１０の裏面からシリコン酸化層を取り除くために使用される。一実施形態において、フォトレジスト層１０１２および／またはｎ＋マスクのパターンは、ｎ＋拡散の準備ができている，複数の領域１０３０を薄い能動層１００５の上面に画定する。
【０１３４】
ｎ＋マスキング・プロセスは、本発明の原理に従って所定および／または予定の熱量を可能にする、堆積および押し込み酸化を更に含む。ここで図１０Ｈを参照して、工程１０８０で、燐のようなドーパント原子の適切な量が薄い能動層１００５の上面の少なくとも一部に堆積される。薄い能動層１００５は、それから、ドーパント原子を再配布して、薄い能動層１００５の上面の中にそれらを堆積させるために用いる押し込み酸化プロセスを受ける。一実施形態において、このプロセスはｎ＋ドーパントを伴う浅い拡散によって、複数の領域１０３０を充填する。一実施形態において、浅いｎ＋領域１０３２は０．３マイクロメートルの深さを有する。加えて、露出表面は酸化層１０３１で覆われている。一実施形態において、酸化層１０３１は約１５０Åの厚さを有する。
【０１３５】
図１０Ｉの工程１０８５で、薄い能動層１００５の上面は、窒化シリコンの厚い層１０３３によって、そしてその後でフォトレジスト材料１０１３の層によってコーティングされる。一実施形態において、シリコン窒化層１０３３の厚さは４２５Åである。
【０１３６】
ここで図１０Ｊを参照して、工程１０９０において、コンタクト・エッチマスク・マスクは、薄い能動層１００５の上面に複数のコンタクト・ウインドウ１０４５をエッチングするために用いられる。当業者に周知のコンタクト・リソグラフィーは、画像フォトレジスト層でコーティングされた基板と直接接触してフォトマスクの照明によって画像またはパターンを印刷する工程を含む。通常、コンタクト・ウインドウは、素子の金属被覆が回路素子との接触を展開する表面パッシベーション層に画定される開口である。コンタクト・ウインドウ１０４５は、標準的な半導体技術のフォトリソグラフィー技術を用いて薄い能動層１００５の上面に形成される。コンタクト・ウインドウの酸化物は、それから、当業者に周知である標準的なウェットまたは標準的なドライ・エッチング技術により除去されることができる。
【０１３７】
一実施形態において、コンタクト・ウインドウ／エッチングマスクは暗視野マスクであり、それはコンタクトを必要とする領域のパッシベーション層を取り除くために用いられる。コンタクトマスクを用いて、少なくとも１つのコンタクト・ウインドウ１０４５は、マスクによって露出したままである領域１０４５からパッシベーション層をエッチングすることによって、薄い能動層１００５の表面に堆積した保護およびパッシベーション層を貫通して開けられる。一実施形態において、コンタクト・ウインドウ・エッチングは化学エッチング・プロセスにより達成され、そこではウェーハは、コンタクト・ウインドウ・マスクによって露出した層を取り除くのに十分な間、緩衝酸化物エッチ液（ＢＯＥ）、ＨＦ酸ベースの溶液に浸漬される。
【０１３８】
ここで図１０Ｋを参照すると、工程１０９５で、薄い能動層１００５およびｎ＋シリコン基板１０１０は、金属堆積プロセスを受けて、その後で電気接続を生成するために、薄い能動層１００５の上面に金属コンタクトを、そしてｎ＋シリコン基板ウェーハ１０１０の裏面に金属層１０４７を設ける。金属被覆とも呼ばれる金属堆積プロセスにおいて、金属層１０４７は導電性経路を生成するためにウェーハに堆積される。最もよく使われる金属は、アルミニウム、ニッケル、クロミウム、金、ゲルマニウム、銅、銀、チタン、タングステン、プラチナ、およびタンタルを含む。選択された金属の合金を用いることもできる。金属被覆はしばしば真空蒸着技術により達成される。最もよく使われる堆積プロセスは、フィラメント蒸着、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、誘導蒸着、およびスパッタリングを含む。金属被覆の後、フォトレジスト層１０１４はこの能動層１００５の上面にも堆積される。
【０１３９】
これの後に、薄い能動層１００５の上面上に、そしてｎ＋シリコン基板１０１０の裏面上にｎ＋金属コンタクト１０４８を明らかにするために、図１０Ｌの工程１０９７の金属マスクリソグラフィーおよび選択エッチングが続く。一実施形態において、金属コンタクト１０４８は金属マスクを使用して選択的にエッチングされて、フォトレジスト層１０１４（図１０Ｋ）も剥離される。金属エッチングはさまざまな方法で実行されることができて、それは摩耗エッチング、ドライ・エッチング、電子エッチング、レーザー・エッチング、フォトエッチング、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）、スパッタ・エッチング、および気相エッチングを含むが、これに限定されるものではない。
【０１４０】
上記例は単に本発明のフォトダイオードアレイの構造および製造工程を図示するだけである。本発明のほんの少数の実施形態だけが本願明細書において説明されたけれども、本発明が本発明の精神または範囲を逸脱せずに多くの他の特定の形で実現され得ることを理解すべきである。従って、本実施例および実施形態は、例示的であり且つ限定的でないと考えるべきであり、そして本発明は添付の請求の範囲で変更されることができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１００    フォトダイオードアレイ
１０５    基板ウェーハ（能動層）
１０６    能動容積
１１０    光生成ホール
１１５    経路
２００    フォトダイオード
２０５    ボーン
２１０    周辺フレームボーン
２１５    能動領域
２１８    コンタクト・ウインドウ
２２０    金属被覆領域
３００    フォトダイオードアレイ
３０５    能動層
３１０    フィッシュボーン
３１５    酸化領域
３２０    光生成ホール
３２５    経路
３３０    空乏領域
３３５    機械的支持材
３４１    反射防止層（ＡＲ層）
３４２    反射防止層（ＡＲ層）
４００    フィッシュボーン・フォトダイオード
４０５    能動層
４１０    シリコン基板ウェーハ
４１５    酸化層
４２０    領域
４２５    酸化層
４３０    領域
４３１    酸化層
４３５    能動領域
４４０    酸化層（領域）
４４１    反射防止層（ＡＲ層）
４４２    反射防止層（ＡＲ層）
４４５    コンタクト・ウインドウ（領域）
４４６    金属コンタクト
４４７    金属層
５０５    ボーン
５１０    周辺フレームボーン
６００    フォトダイオードアレイ
６０５    （拡散）ボーン
６１０    周辺フレームボーン
６１５    陽極パッド
６２０    能動領域
６２５    端
６３０    フォトダイオード素子
６３５    距離
６４０    距離
６４５    距離
９００    フィッシュボーン・フォトダイオード（素子）アレイ
９０１    フォトダイオード素子
９０５    ボーン（能動層）
９１０    フィッシュボーン（層）
９１５    酸化領域（陽極パッド）
９２０    ホール（キャリア）
９２５    経路
９２６    経路
９３０    ＰＮ接合
９３５    機械的支持材
９４１    反射防止層（ＡＲ層）
９４２    反射防止層（ＡＲ層）
９５０    ｎ＋層
１００５    能動層
１０１０    シリコン基板ウェーハ
１０１１    フォトレジスト層
１０１２    フォトレジスト層
１０１３    フォトレジスト層
１０１４    フォトレジスト層
１０１５    酸化層
１０２０    領域
１０２５    酸化層
１０３０    ｎ＋拡散領域
１０３１    酸化層
１０３２    ｎ＋領域
１０３３    シリコン窒化層
１０４５    コンタクト・ウインドウ
１０４７    金属層
１０４８    （金属）コンタクト
１１００    フィッシュボーン・フォトダイオードアレイ
１１０５    ボーン
１１１０    周辺フレームボーン
１１１１    最後の垂直フィッシュボーン
１１１２    金属コンタクトバー
１１１３    コンタクト・ウインドウ
１１２５    ワイヤ・ボンディング・パッド
１１３０    フォトダイオード素子
１１４０    断面図
１１５０    断面図
１２００    フィッシュボーン・フォトダイオード・アレイ
１２０５    ボーン
１２１０    周辺フレームボーン
１２１１    ｐ＋拡散
１２１２    金属コンタクトバー
１２１３    コンタクト・ウインドウ
１２２５    ワイヤ・ボンディング・パッド（陽極パッド）
１２３０    フォトダイオード素子
１２４０    断面図
１２５０    断面図
【図１】
2012503314.tif 000003
【図２】
2012503314.tif 000004
【図３Ａ】
2012503314.tif 000005
【図３Ｂ】
2012503314.tif 000006
【図３Ｃ】
2012503314.tif 000007
【図４Ａ】
2012503314.tif 000008
【図４Ｂ】
2012503314.tif 000009
【図４Ｃ】
2012503314.tif 000010
【図４Ｄ】
2012503314.tif 000011
【図４Ｅ】
2012503314.tif 000012
【図４Ｆ】
2012503314.tif 000013
【図４Ｇ】
2012503314.tif 000014
【図４Ｈ】
2012503314.tif 000015
【図４Ｉ】
2012503314.tif 000016
【図５Ａ】
2012503314.tif 000017
【図５Ｂ】
2012503314.tif 000018
【図５Ｃ】
2012503314.tif 000019
【図５Ｄ】
2012503314.tif 000020
【図５Ｅ】
2012503314.tif 000021
【図６Ａ】
2012503314.tif 000022
【図６Ｂ】
2012503314.tif 000023
【図６Ｃ】
2012503314.tif 000024
【図６Ｄ】
2012503314.tif 000025
【図６Ｅ】
2012503314.tif 000026
【図７】
2012503314.tif 000027
【図８】
2012503314.tif 000028
【図９Ａ】
2012503314.tif 000029
【図９Ｂ】
2012503314.tif 000030
【図１０Ａ】
2012503314.tif 000031
【図１０Ｂ】
2012503314.tif 000032
【図１０Ｃ】
2012503314.tif 000033
【図１０Ｄ】
2012503314.tif 000034
【図１０Ｅ】
2012503314.tif 000035
【図１０Ｆ】
2012503314.tif 000036
【図１０Ｇ】
2012503314.tif 000037
【図１０Ｈ】
2012503314.tif 000038
【図１０Ｉ】
2012503314.tif 000039
【図１０Ｊ】
2012503314.tif 000040
【図１０Ｋ】
2012503314.tif 000041
【図１０Ｌ】
2012503314.tif 000042
【図１１】
2012503314.tif 000043
【図１２】
2012503314.tif 000044
【国際調査報告】
2012503314.tif 000045