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KR20060003335A - 포토 다이오드 어레이와 그 제조 방법 및 방사선 검출기 - Google Patents

포토 다이오드 어레이와 그 제조 방법 및 방사선 검출기 Download PDF

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KR20060003335A
KR20060003335A KR1020057018183A KR20057018183A KR20060003335A KR 20060003335 A KR20060003335 A KR 20060003335A KR 1020057018183 A KR1020057018183 A KR 1020057018183A KR 20057018183 A KR20057018183 A KR 20057018183A KR 20060003335 A KR20060003335 A KR 20060003335A
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photodiode array
light
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카츠미 시바야마
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

포토 다이오드 어레이(1)는 n형 실리콘 기판(3)을 구비한다. n형 실리콘 기판(2)에 있어서의 피검출광 L 의 입사면의 반대면 측에, 복수의 포토 다이오드(4)가 어레이 모양으로 형성되어 있다. n형 실리콘 기판(3)의 피검출광 L 의 입사면측에 있어서의 포토 다이오드(4)가 형성된 영역에 대응하는 영역을 적어도 피복하고, 피검출광 L 을 투과하는 수지막(6)이 형성되어 있다.

Description

포토 다이오드 어레이와 그 제조 방법 및 방사선 검출기 {PHOTODIODE ARRAY AND PRODUCTION METHOD THEREOF AND RADIATION DETECTOR}
본 발명은 포토 다이오드 어레이와 그 제조 방법 및 방사선 검출기에 관한 것이다.
이런 종류의 포토 다이오드 어레이로서, 종래부터, 범프 전극 등의 형성되어 있는 면의 반대면(이면)으로부터 빛을 입사시키는 타입의 이면 입사형 포토 다이오드 어레이가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 특허문헌 1 에 개시되어 있는 포토 다이오드 어레이는, 도 25 및 도 26 에 나타낸 바와 같이, n형 실리콘 기판(133)에 각주 형상의 p층(134)을 형성함으로써, pn 접합에 의한 포토 다이오드(140)를 가지고 있다. 신틸레이터(131)는 포토 다이오드(140)가 형성되어 있는 표면(도면의 하측)의 이면(도면의 상측)에, 부(負)전극막(136)을 통해 신틸레이터(131)가 접착되어 있다. 신틸레이터(131)에서 파장 변환된 빛이 포토 다이오드(140)에 입사하면, 포토 다이오드(140)는 입사광에 따른 전류를 일으키게 한다. 포토 다이오드(140)에서 생긴 전류는 표면측에 형성된 정(正)전극(135), 반전구(半田球: 139) 및 프린트 기판(137)에 설치된 반전 패드(138)를 통해 출력된다.
[특허문헌 1] 일본 특개평 7-333348호 공보
그런데, 상술한 포토 다이오드 어레이, 예를 들면 CT용 포토 다이오드 어레이를 실장하려면, 칩을 흡착하는 콜릿(Collet)으로서 평(平) 콜릿과 각추(角錐) 콜릿을 사용할 수 있다. 통상 플립 칩 본딩을 실시하는 경우에는 평 콜릿이 사용되고 있다. CT용 포토 다이오드 어레이는 칩 면적이 크다(예를 들면, 1변 20mm의 사각형 모양). 도 24b 에 나타낸 바와 같이, 통상의 마운터로 사용되는 각추 콜릿(161)를 사용하는 경우, 칩(162)과 각추 콜릿(161)와의 틈새(163)에 의해, 칩(162)에 되휘어짐이 발생한다. 이 때문에, 각추 콜릿(161)를 사용하는 경우, 상기 되휘어짐에 의해 위치 차이가 생겨 칩(162)의 실장 정밀도가 저하될 우려가 있다. 또, 플립 칩 본딩을 실시할 때 가열이나 가압이 필요하지만, 각추 콜릿(161)에서는 열전도의 효율이 좋지 않다. 또, 가해지는 압력에 의해 칩(162)의 엣지가 손상할 우려도 있다. 이상으로 인해, 각추 콜릿(161)는 얇은 칩을 흡착하는데는 적합하지 않다. 따라서, 플립 칩 본딩을 실시하는 경우에는, 도 24a 에 나타낸 바와 같이, 칩 면에 면 접촉하는 평 콜릿(160)로 칩(162)을 흡착하면서, 그 칩(162)에 히터 블록(164)으로 열과 압력을 가하고 있다.
그렇지만, 평 콜릿(160)를 사용하면, 칩(162)의 칩 면 전체가 평 콜릿(160)에 접촉하게 된다. 광입사면이 되는 칩 면 전체가 평 콜릿(160)에 접촉하여 가압 및 가열을 받으면, 그 칩 면상의 포토 다이오드를 구성하는 불순물 확산층에 대응하는 영역이 물리적인 손상을 받는 경우가 있다. 이와 같이, 칩 면이 데미지를 받으면, 외관 불량이나 특성 열화(암(暗)전류나 잡음의 증가 등)라고 하는 문제가 생기게 된다.
본 발명은 상술한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 실장 시 포토 다이오드에 대응하는 영역이 손상을 받게 되는 것을 방지하고 특성 열화를 막는 것이 가능한 포토 다이오드 어레이와 그 제조 방법 및 방사선 검출기를 제공하는 것에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 포토 다이오드 어레이는, 반도체 기판을 구비하며, 반도체 기판에 있어서의 피검출광의 입사면의 반대면측에 복수의 포토 다이오드가 어레이 형상으로 형성되어 있고, 반도체 기판의 피검출광의 입사면측에 있어서의 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역을 적어도 피복(被覆)하고, 피검출광을 투과하는 수지막이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 포토 다이오드 어레이에서는, 실장 시 평 콜릿를 사용하는 경우에, 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역과 평 콜릿와의 사이에 수지막이 개재하게 된다. 이 때문에, 상기 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역이 평 콜릿에 직접적으로 접촉하는 일이 없고, 가압이나 가열에 의한 데미지를 받는 일이 없다. 그 결과, 노이즈나 암전류 등에 의한 특성 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.
또, 반도체 기판에 있어서의 피검출광의 입사면의 반대면측에는, 소정 깊이를 갖는 요부(凹部)가 어레이 형상으로 복수 형성되어 있고, 각 포토 다이오드는 요부의 저부에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 반도체 기판의 피검출광의 입사면에서 포토 다이오드까지의 거리가 단축되므로, 피검출광의 입사에 의해 발생하는 캐리어의 이동 과정에 있어서의 재결합이 억제된다. 이 결과, 광검출 감도가 향상된다.
또, 수지막은, 반도체 기판의 피검출광의 입사면 전체를 피복하도록 설치되어 있다. 이 경우, 수지막을 용이하게 형성할 수 있어 제조 공정을 간이하게 할 수 있다.
또, 반도체 기판에는, 인접하는 각 포토 다이오드의 사이에 그 각 포토 다이오드를 분리하는 불순물 영역이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 불순물 영역에 의해 표면 리크(Leak)의 발생이 억제되기 때문에, 인접하는 포토 다이오드끼리를 확실히 전기적으로 분리할 수 있다.
또, 반도체 기판의 피검출광의 입사면측에는, 해당 반도체 기판과 같은 도전형의 고불순물 농도층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 반도체 기판 내부의 광입사면 근방에서 발생한 캐리어가 트랩되는 일 없이 각 포토 다이오드에 효율적으로 이동하게 된다. 그 결과, 광검출 감도를 높일 수 있다.
본 발명에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 방법은, 제 1 도전형의 반도체로 이루어진 반도체 기판을 준비하고, 반도체 기판의 한쪽 면측에 복수의 제 2 도전형의 불순물 확산층을 형성하고, 해당 각 불순물 확산층과 반도체 기판에 의해 구성되는 복수의 포토 다이오드를 어레이 모양으로 배열해서 형성하는 공정; 및 반도체 기판의 다른쪽 면에 있어서 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역을 적어도 피복하고, 포토 다이오드가 감응하는 빛을 투과하는 수지막을 설치하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 방법에서는, 반도체 기판의 한쪽 면에 포토 다이오드가 어레이 모양으로 배열해서 형성됨과 동시에 적어도 다른쪽 면에 있어서의 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역에 상기 수지막이 설치된 포토 다이오드 어레이를 얻을 수 있다.
또, 본 발명에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 방법은, 제 1 도전형의 반도체로 이루어진 반도체 기판을 준비하고, 반도체 기판의 한쪽 면측에 요부를 어레이 모양으로 배열해서 복수 형성하는 공정; 요부의 저부에 복수의 제 2 도전형의 불순물 확산층을 형성하고, 해당 각 불순물 확산층과 반도체 기판에 의해 구성되는 복수의 포토 다이오드를 어레이 모양으로 배열해서 형성하는 공정; 및 반도체 기판의 다른쪽 면에 있어서, 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역을 적어도 피복하고, 포토 다이오드가 감응하는 빛을 투과하는 수지막을 설치하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 방법에서는, 반도체 기판의 한쪽 면에 형성된 요부의 저부에 포토 다이오드가 어레이 모양으로 배열해서 형성됨과 동시에, 적어도 다른쪽 면에 있어서의 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역에 상기 수지막이 설치된 포토 다이오드 어레이를 얻을 수 있다.
또, 상기 수지막을 설치하는 공정 전에, 반도체 기판의 다른쪽 면에, 제 1 도전형의 고불순물 농도층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 반도체 기판의 다른쪽 면에, 반도체 기판과 동일한 도전형의 고불순물 농도층이 형성된다. 이 때문에, 반도체 기판 내부의 광입사면 근방에서 발생한 캐리어가 트랩되는 일 없이 각 포토 다이오드에 효율적으로 이동하게 된다. 그 결과, 광검출 감도를 높일 수 있다.
또, 인접하는 불순물 확산층의 사이에 제 1 도전형의 불순물 영역을 설치하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 인접하는 각 포토 다이오드가 확실히 전기적으로 분리된 포토 다이오드 어레이를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 방사선 검출기는, 상기 포토 다이오드 어레이와, 포토 다이오드 어레이에 있어서의 피검출광의 입사면에 대향해서 배치되어 방사선의 입사에 의해 발광하는 신틸레이터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 방사선 검출기는, 상기 포토 다이오드 어레이의 제조 방법에 의해 제조된 포토 다이오드 어레이와, 포토 다이오드 어레이의 수지막이 설치된 면에 대향해서 배치되어 방사선의 입사에 의해 발광하는 신틸레이터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이들 본 발명에 관한 방사선 검출기 각각 있어서는, 상기 포토 다이오드 어레이를 구비하고 있기 때문에, 노이즈나 암전류 등에 의한 특성 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1 은 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 단면 구성을 나타내는 도면.
도 2 는 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 구성을 설명하기 위 한 도면.
도 3 은 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 4 는 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 5 는 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 6 은 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 7 은 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 8 은 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 9 는 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 10 은 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 11 은 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 12 는 제 1 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 변형예의 단면 구성 을 나타내는 도면.
도 13 은 제 2 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 단면 구성을 나타내는 도면.
도 14 는 제 2 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 15 는 제 2 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 16 은 제 2 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 17 은 제 2 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 18 은 제 2 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 19 는 제 2 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 20 은 제 2 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 21 은 제 2 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 22 는 제 3 실시형태에 관한 방사선 검출기의 단면 구성을 나타내는 도 면.
도 23 은 제 4 실시형태에 관한 방사선 검출기의 단면 구성을 나타내는 도면.
도 24a 는 반도체 칩을 평 콜릿에 의해 흡착한 상태를 모식적으로 나타내는 도면.
도 24b 는 반도체 칩을 각추 콜릿에 의해 흡착한 상태를 모식적으로 나타내는 도면.
도 25 는 종래기술의 포토 다이오드 어레이를 나타내는 사시도.
도 26 은 도 25 에 있어서의 XXVI-XXVI 방향의 단면 구성을 나타내는 모식도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 포토 다이오드 어레이와 그 제조 방법 및 방사선 검출기의 바람직한 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 한편, 설명에서, 동일 요소 또는 동일 기능을 가지는 요소에는 동일 부호를 이용하는 것으로 하고 중복하는 설명은 생략한다.
(제 1 실시형태)
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이의 단면 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 이하의 설명에서는, 광 L 의 입사면(도 1 의 상면)을 이면, 그 반대면(도 1 의 하면)을 표면으로 하고 있다. 이하의 각 도면에 있어서는, 도시의 형편상, 치수가 적당히 변경되어 있다.
포토 다이오드 어레이(1)는 pn 접합에 의해 형성되는 복수의 포토 다이오드를 가지고 있다. 복수의 포토 다이오드(4)는 포토 다이오드 어레이(1)의 표면측에 있어서, 종횡으로 똑바른 어레이 모양으로 2차원 배열되어 있다. 각 포토 다이오드(4)는 포토 다이오드 어레이(1)의 일 화소로서의 기능을 가지며, 전체로 하나의 광 감응영역을 구성하고 있다.
포토 다이오드 어레이(1)는 n형(제 1 도전형) 실리콘 기판(3)을 가진다. n형 실리콘 기판(3)의 두께는 30~300μm(바람직하게는 100μm) 정도이다. n형 실리콘 기판(3)에 있어서의 불순물 농도는 1×1012~1015/㎤ 정도이다. n형 실리콘 기판(3)의 표면측에 있어서, p형(제 2 도전형) 불순물 확산층(5)이 종횡으로 똑바른 어레이 모양으로 2차원 배열되어 있다. p형 불순물 확산층(5)의 두께는, 0.05 ~ 20μm 정도(바람직하게는 0.2μm)이다. p형 불순물 확산층(5)에 있어서의 불순물 농도는, 1×1013~1020/㎤ 정도이다. p형 불순물 확산층(5)과 n형 실리콘 기판(3)에 의해 형성되는 pn 접합이 포토 다이오드(4)를 구성하고 있다. n형 실리콘 기판(3)의 표면에는, 실리콘 산화막(22)이 형성되어 있다. 이 실리콘 산화막(22) 상에는, 패시베이션막(2)이 형성되어 있다. 패시베이션막(2)은, 예를 들어 SiN 등으로 이루어진다.
또, 실리콘 산화막(22) 상에는, 각 p형 불순물 확산층(5)(포토 다이오드(4))에 대응하여 전극 배선(9)이 형성되어 있다. 각 전극 배선(9)은 알루니늄으로 되고, 그 두께는 1 μm 정도이다. 각 전극 배선(9)의 일단은, 실리콘 산화막(22)에 형성된 컨택트홀을 통하여, 대응하는 p형 불순물 확산층(5)에 전기적으로 접속되어 있다. 각 전극 배선(9)의 타단은, 패시베이션막(2)에 형성된 컨택트홀을 통하여, 대응하는 언더범프메탈(UBM)(11)에 전기적으로 접속되어 있다. 각 UBM(11)에는, 반전(半田)의 범프 전극(12)이 형성되어 있다. UBM(11)과 범프 전극(12)은 전기적으로 접속되어 있다.
UBM(11)은, 반전과의 계면 접합이 강하고, 알루미늄에의 반전 성분의 확산을 방지할 수 있는 것이 좋으며, 다층막 구조로 하는 것이 많다. 이 다층막 구조로서는, 무전해 도금에 의한 니켈(Ni)-금(AU) 등이 있다. 이 구조는, 알루미늄이 노출해 있는 영역에 니켈의 도금을 두껍게(3 ~ 15μm) 형성하고, 그 위에 얇게(0.05 ~ 0.1μm) 금을 도금하는 것이다. 금은 니켈의 산화를 막기 위한 것이다. 그 밖에, 티탄(Ti)-백금(Pt)-금(AU) 또는 크롬(Cr)-금(AU)을 리프트 오프에 의해 형성한 구조도 있다.
n형 실리콘 기판(3)의 이면측에는, 고불순물 농도층으로서의 어큐뮬레이션층이 설치되어 있다. 어큐뮬레이션층(8)은 이면의 거의 전체에 걸쳐서 거의 균일한 깊이로 형성되어 있다. 어큐뮬레이션층(8)은 n형 실리콘 기판(3)과 같은 도전형이며, n형 실리콘 기판(3)보다 불순물 농도가 높다. 또한, 본 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이(1)는 어큐뮬레이션층(8)을 가지고 있지만, 해당 어큐뮬레이션층(8)을 가지지 않아도, 실용상 충분히 허용할 수 있는 정도의 광검출 감도를 가지고 있다.
어큐뮬레이션층(8) 위에는, 해당 어큐뮬레이션층(8)을 피복하고 보호함과 동시에 광 L 의 반사를 억제하는 AR막(24)이 형성되어 있다. AR막(24)은 예를 들면 SiO2 로 되어 있고, 그 두께는 0.01 ~ 수μm 정도이다. 또한, AR막(24)은 SiO2 외에 SiN 이나 필요한 파장에 대해 반사 방지가 가능한 광학막을 적층 혹은 복합해서 형성하여도 좋다.
n형 실리콘 기판(3)의 표면측에 있어서, 각 p형 불순물 확산층(5)이 존재하는 영역이 포토 다이오드(4)가 형성되어 있는 영역(이하,「형성 영역」이라고 함)으로, 그 이외의 영역이 포토 다이오드가 형성되지 않는 영역으로 되어 있다. AR막(24)상에는, 각 포토 다이오드(4)의 형성 영역에 대응하는 영역(이하,「대응 영역」이라고 함)을 적어도 피복하는 수지막(6)이 설치되어 있다. 수지막(6)은 피검출광(포토 다이오드(4)가 감응하는 광) L 을 투과하는 수지 재료로 이루어져 있다. 본 실시형태에서, 수지막(6)은 AR막(24) 전체를 덮고 있다.
n형 실리콘 기판(3)에 있어서의 인접하는 p형 불순물 확산층(5)끼리의 사이, 즉 인접하는 포토 다이오드(4)끼리의 사이에는, n+형 불순물 영역(7)이 설치되어 있다. n+형 불순물 영역(7)의 두께는 0.1 ~ 수십μm 정도이다. n+형 불순물 영역(7)은 인접하는 포토 다이오드(4)(p형 불순물 확산층(5))끼리를 전기적으로 분리하는 분리층으로서 기능한다. 이것에 의해, 인접하는 포토 다이오드(4)끼리가 확실히 전기적으로 분리되어 포토 다이오드(4) 간의 크로스 토크를 저감할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 포토 다이오드 어레이(1)는 n+형 불순물 영역(7)을 마련하지 않아도, 실용상 충분히 허용할 수 있는 정도의 광검출 특성을 가지고 있다.
포토 다이오드 어레이(1)는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 지극히 얇은 판상이 다. 포토 다이오드 어레이(1)의 폭 W1 은 22.4mm 정도이고, 포토 다이오드 어레이(1)의 두께 D 는 약 0.3mm 이다. 포토 다이오드 어레이(1)는 상술한 포토 다이오드(4)를 다수 구비(예를 들면, 256(16×16)개의 2차원 배열)하고 있다. 인접하는 포토 다이오드(4)(화소) 간의 피치 W2 는 1.4mm 정도이다. 포토 다이오드 어레이(1)는 대면적(예를 들면, 22.4mm×22.4mm)의 칩이다. 또한, 도 2 중의 맨 위의 그림은 포토 다이오드 어레이(1)의 얇음을 나타내기 위한 것이며, 포토 다이오드 어레이(1)의 세부는 확대도에 그리고 있다.
포토 다이오드 어레이(1)에서는, 이면으로부터 광 L 이 입사하면 입사한 광 L 은 수지층(6)및 어큐뮬레이션층(8)을 통과하여, pn 접합에 도달한다. 그리고, 각 포토 다이오드(4)는 그 입사광에 따른 캐리어를 생성한다. 이 때, 어큐뮬레이션층(8)은 n형 실리콘 기판(3)의 내부의 광입사면(이면) 근방에서 생성한 캐리어가 광입사면이나 AR막(24)과의 계면에서 트랩되는 것을 억제한다. 이로써, 캐리어가 pn 접합으로 효율적으로 이동하고, 포토 다이오드 어레이(1)의 광검출 감도가 높아진다. 생성한 캐리어에 의한 광전류는 각 p형 불순물 확산층(5)에 접속하고 있는 전극 배선(9) 및 UBM(11)을 통해 범프 전극(12)으로부터 꺼내어진다. 이 범프 전극(12)으로부터의 출력에 의해 입사광의 검출을 하게 된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 포토 다이오드 어레이(1)에 있어서의 광 L 의 입사면측(즉, 이면측)에 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역을 피복할 수 있는 수지막(6)이 설치되어 있다. 이 수지막(6)은 포토 다이오드 어레이(1)를 평 콜릿에 흡착하여 플립 칩 본딩을 실시하는 경우에 평 코레트에 접촉하고, 그 평 콜릿와 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역과의 사이에 위치하게 된다. 이로써, 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역은, 수지막(6)에 의해 보호되고, 평 콜릿에 직접 접촉하는 경우는 없다. 따라서, 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역이 가압에 의한 스트레스나 가열에 의한 스트레스를 직접 받지 않기 때문에, 해당 대응 영역의 어큐뮬레이션층(8)에 물리적인 손상이 미치는 일이 없다. 포토 다이오드(4)에는 그러한 데미지에 의한 결정 결함 등에 기인하는 암전류나 노이즈가 발생할 일도 없다. 그 결과, 포토 다이오드 어레이(1)는 고정밀(S/N 비가 높음)의 광검출을 실시할 수 있다.
또, 후술하는 바와 같이, 수지막(6)은 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역을 보호할 수 있는 쿠션층으로서의 기능을 발휘할 수 있다. 이로써, 평 콜릿에 흡착할 때의 물리적인 충격을 흡수할 수도 있다.
또, 후술하는 바와 같이, 플립 칩 본딩 이외, 예를 들면 포토 다이오드 어레이(1)를 신틸레이터에 일체화하여 CT용 센서로 하는 경우에도, 신틸레이터가 상기 대응 영역에 직접 접촉하는 일이 없기 때문에, 신틸레이터의 설치 시에 있어서의 손상을 피할 수 있다.
그런데, 수지막(6)은 적어도 포토 다이오드(4)의 대응 영역 전체를 피복할 수 있는 범위에 마련하면 좋다. 이 요건을 만족하면, 단층의 수지막(6)이 포토 다이오드(4)의 대응 영역 전체를 피복하도록 설치되어 있어도 좋다. 또, 수지막(6)이 포토 다이오드(4)의 대응 영역마다 복수 설치되어 있고, 포토 다이오드(4)의 형성 영역과 대응하지 않는 영역(이하 「비대응 영역」이라고 함)에 수지막(6)이 형성되지 않은 결핍부(6a)가 존재하여도 된다(도 12 참조). 그러나, 제조 공정을 간이하 게 한다는 점에서는, 단층의 수지막(6)에 의해 포토 다이오드(4)의 대응 영역 전체를 피복하도록 형성하는 편이 바람직하다(이 점에 대해서는 뒤에 상술한다).
수지막(6)은 포토 다이오드(4)의 대응 영역 전체의 보호막으로 되고, 입사면측에 배치된다. 따라서, 수지막(6)은 포토 다이오드 어레이(4)가 검출하는 광(피검출광, 예를 들면 후술하는 신틸레이터 패널(31)의 발생하는 형광)을 투과하고, 그 피검출광에 대해서 광학적으로 투명한 광투과성의 수지, 예를 들어 에폭시 수지나 폴리이미드 수지, 아크릴레이트 수지, 실리콘 수지, 불소 수지, 우레탄 수지 등의 수지로 되어 있다. 또, 수지층(6)은 플립 칩 본딩을 실시할 때에 평 콜릿에 직접적으로 접촉하고, 가압되고, 가열되는 것이다. 따라서, 수지층(6)은 이 가압이나 가열로부터 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역을 보호할 수 있는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들면, 열팽창 계수가 1×10-6 ~ 1×10-4/℃ 정도, 탄성률이 10 ~ 12000kg/㎠ 정도, 열전도율이 0.2 ~ 1.85W/m℃ 인 것이 바람직하다. 또, 불순물 이온이 가열에 의해 포토 다이오드(4)에 확산하지 않고, 적어도 후술하는 신틸레이터 패널(31)로부터의 빛을 흡수할 수 있는 막두께(1 ~ 50μm(바람직하게는 10μm) 정도인 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이(1)의 제조 방법에 대해서 도 3 내지 도 11 에 기초하여 설명한다.
우선, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 150 ~ 500μm(바람직하게는 350μm) 정도의 두께를 갖는 n형 실리콘 기판(3)을 준비한다. 다음에, n형 실리콘 기판(3)의 표 면 및 이면에 실리콘 산화막(SiO2)(20)을 형성한다(도 4 참조).
다음에, n형 실리콘 기판(3)의 표면에 형성된 실리콘 산화막(20)에, 소정의 포토 마스크를 이용한 패터닝을 실시하고, n+형 불순물 영역(7)을 형성할 예정 위치에 개구(開口)를 형성한다. 그리고, 실리콘 산화막(20)에 형성된 개구로부터 인을 도핑하여 n형 실리콘 기판(3)에 n+형 불순물 영역(7)을 형성한다. 본 실시형태에서는, n형 실리콘 기판(3)의 이면측에도 n+형 불순물 영역(7)을 형성하고 있다. n+형 불순물 영역(7)을 형성하지 않는 경우는 이 공정(불순물 영역 형성 공정)을 생략하여도 좋다. 이어서, n형 실리콘 기판(3)의 표면 및 이면에 실리콘 산화막(21)을 다시 형성한다(도 5 참조). 이 실리콘 산화막(21)은 후속 공정에서 p형 불순물 확산층(5)을 형성할 때의 마스크로서 이용된다.
다음으로, n형 실리콘 기판(3)의 표면에 형성된 실리콘 산화막(21)에 소정의 포토 마스크를 이용한 패터닝을 실시하고, 각 p형 불순물 확산층(5)을 형성할 예정 위치에 개구를 형성한다. 실리콘 산화막(21)에 형성된 개구로부터 붕소를 도핑하고, p형 불순물 확산층(5)을 종횡의 어레이 모양으로 2차원 배열로 형성한다. 이것에 의해, 각 p형 불순물 확산층(5)과 n형 실리콘 기판(3)의 pn 접합에 의한 포토 다이오드(4)가 종횡의 어레이 모양으로 2차원 배열로 형성되게 된다. 이 포토 다이오드(4)는 화소에 대응하는 부분이 된다. 이어서, 기판의 표면측에 실리콘 산화막(22)을 다시 형성한다(도 6 참조).
다음에, n형 실리콘 기판(3)의 이면을 그 두께가 소정 두께(30 ~ 300μm 정 도)가 될 때까지 연마하여, n형 실리콘 기판(3)의 박판화를 실시한다. 그리고, n형 이온종(예를 들면, 인이나 비소)을 n형 실리콘 기판(3)의 이면으로부터 0.05 ~ 수십μm 정도의 깊이까지 확산시키고, n형 실리콘 기판(3)보다 불순물 농도가 높은 상술한 어큐뮬레이션층(8)을 형성한다. 나아가, 열산화를 실시하여 어큐뮬레이션층(8) 위에 AR막(24)을 형성한다(도 7 참조).
다음으로, 각 포토 다이오드(4)의 형성 영역에, 포토 에칭 기술에 의해, 각 p형 불순물 확산층(5)까지 성장하는 컨택트홀을 실리콘 산화막(22)에 형성한다. 이어서, 알루미늄 금속막을 실리콘 산화막(22) 위에 증착에 의해 형성한 후 소정의 포토 마스크를 이용하여 패터닝을 실시하는 것으로, 전극 배선(9)을 형성한다(도 8 참조).
다음으로, AR막(24) 위에, 수지막(6)의 재료로 되는 에폭시 수지나 폴리이미드 수지, 아크릴레이트 수지, 실리콘 수지, 불소 수지, 우레탄 수지 등의 수지를 도포하고, 그것을 스핀 코팅이나 스크린 인쇄법 등에 의해 전체적으로 넓히고 경화시켜서, 수지막(6)을 형성한다(도 9 참조). 이 수지막(6)을 형성하는 것으로 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역이 보호되게 된다. 또한 수지막(6)에 상술한 결핍부(6a)를 형성하는 경우는 결핍부(6a)의 부분으로부터, 도포한 수지를 제거하면 된다. 이 경우에도, 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역은 보호된다.
수지막(6)을 형성한 후, 전극 배선(9)을 덮도록, 실리콘 산화막(22) 위에 패시베이션막(2)으로 되는 SiN막(25)을 형성한다. SiN막(25)은 스퍼터링이나 플라즈 마 CVD 등에 의해 형성할 수 있다. 패시베이션막(2)은 SiO2 나 PSG, BPSG 등의 절연막, 폴리이미드 수지, 아크릴레이트 수지, 에폭시 수지, 불소 수지나 이들의 복합막이나 적층막이어도 좋다. 덧붙여, 패시베이션막(2)의 형성 공정은 수지막(6)의 형성 전에 하여도 괜찮다.
다음으로, SiN막(25)의 소정 위치에 컨택트홀을 형성하여 전극 취출부로 한다(도 10 참조). 나아가, 범프 전극(12)을 형성하지만, 그 범프 전극(12)으로서 반전을 이용하는 경우, 반전은 알루미늄에 대한 습성이 나쁘기 때문에 각 전극 취출부와 범프 전극(12)을 중개하기 위한 UBM(11)을 각 전극 취출부에 형성한다. 그리고, UBM(11)에 중첩해서 범프 전극(12)을 형성한다(도 11 참조).
이상의 공정을 거치는 것으로, 실장 시에 있어서의 손상에 기인하는 노이즈가 발생하지 않고, 고정밀의 광검출을 실시할 수 있는 포토 다이오드 어레이(1)를 제조하는 것이 가능하다.
범프 전극(12)은 반전(납땜)볼 탑재법이나 인쇄법으로 소정의 UBM(11)에 반전을 형성하고, 리플로우(Reflow)함으로써 형성할 수 있다. 또한, 범프 전극(12)은 반전에 한정되는 것이 아니고, 금 범프, 니켈 범프, 동 범프로도 좋고, 도전성 필러 등의 금속을 포함한 도전성 수지 범프로도 좋다. 또한, 도면에는 애노드 전극의 취출만을 나타내고 있지만, 캐소드(기판) 전극도 애노드 전극 같이 n+형 불순물 영역(7)으로부터 취출할 수 있다(미도시). 또, 도면에서는 애노드 전극의 범프 전극(12)이 n+형 불순물 영역(7)의 에리어에 형성된 경우를 나타내고 있지만, 애노드 전극의 범프 전극(12)은 p형 불순물 확산층(5)의 에리어에 형성해도 좋다.
(제 2 실시형태)
다음에, 포토 다이오드 어레이와 그 제조 방법의 제 2 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태에서는, 도 13 에 나타낸 바와 같이, 광 L 의 입사면의 반대면측(표면측)에 요부(45)가 형성된 n형 실리콘 기판(43)을 갖는 포토 다이오드 어레이(41)를 대상으로 하고 있다. 또한, 이 포토 다이오드 어레이(41)는, 포토 다이오드 어레이(1)와 공통 부분을 가지므로, 이하의 설명은 쌍방의 차이점을 중심으로 하고, 공통 부분에 대해서는 그 설명을 생략 내지 간략화한다.
포토 다이오드 어레이(41)에서는, n형 실리콘 기판(43)의 표면측에 요부(45)가 종횡의 똑바른 어레이 모양으로 2차원 배열로 복수 형성되어 있다. 각 요부(45)는 n형 실리콘 기판(43)의 소정 영역을 그 주위의 영역보다도 얇아지도록 오목하게 하여 형성한 것으로, 1.4 ~ 1.5mm 정도의 배치 간격으로 형성되어 있다. 요부(45)의 저부(45a)에 상술한 포토 다이오드(4)가 1개 형성되는 것에 의해서, 포토 다이오드(4)가 어레이 모양으로 2차원 배열된 포토 다이오드 어레이(41)를 구성하고 있다.
각 요부(45)는 n형 실리콘 기판(43)의 표면에, 예를 들어 1mm × 1mm 정도 크기의 사각형 모양 개구를 가지고, 그 개구로부터 그 저부(45a)로 향하여(표면측으로부터 이면측에 향하여) 개구 치수가 점차 축소하도록 형성되어 있다. 이로써, 요부(45)는 경사면의 측면(45b)을 가지게 된다. n형 실리콘 기판(43)의 표면으로부 터 저부(45a)까지의 깊이는, 예를 들어 50μm 정도이다.
전극 배선(9)은, 측면(45b)을 따라, 실리콘 산화막(22) 위에 형성되어 있다. 각 전극 배선(9)의 일단은 실리콘 산화막(22)에 형성된 컨택트홀을 통해 대응하는 p형 불순물 확산층(5)에 전기적으로 접속되어 있다. 각 전극 배선(9)의 일단은 패시베이션막(2)에 형성된 컨택트홀을 통해 대응하는 UBM(11)에 전기적으로 접속되어 있다. 인접 포토 다이오드(4)의 사이에, n+형 불순물 영역(7)이 설치되어 있다.
n형 실리콘 기판(3)의 이면측 전체에는, 어큐뮬레이션층(8)이 형성되어 있다. 어큐뮬레이션층(8) 상에는 AR막(24)이 형성되어 있다. 이 어큐뮬레이션층(8), AR막(24)과 함께 상술한 포토 다이오드 어레이(1)와 마찬가지이다. 그리고, AR막(24) 상의 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역에, 상술한 수지막(6)이 설치되어 있다. 이 수지막(6)도 상술한 포토 다이오드 어레이(1)와 마찬가지이다.
포토 다이오드 어레이(41)는, 도 14 에 나타낸 바와 같이, 매우 얇은 판상이다. 포토 다이오드 어레이(41)의 폭 W1 은 22.4mm 정도이고, 포토 다이오드 어레이(41)의 두께 D 는 150 ~ 300μm 이다. 포토 다이오드 어레이(41)는 상술한 포토 다이오드(4)를 다수 구비한다(예를 들면, 256(16×16)개의 2차원 배열). 인접하는 포토 다이오드(4) 간의 피치 W2 는 1.4 mm 정도이다. 포토 다이오드 어레이(41)는 대면적(예를 들면, 22.4mm×22.4mm)의 칩이다. 또한, 도 14 중의 맨 위의 그림은 포토 다이오드 어레이(41)의 얇음을 나타내기 위한 것이며, 포토 다이오드 어레이(41)의 세부는 확대도에 그리고 있다.
이상과 같이 구성된 포토 다이오드 어레이(41)는 이면으로부터 광 L 이 입사 하면 포토 다이오드 어레이(1)와 마찬가지로 입사한 광 L 은 수지막(6) 및 어큐뮬레이션층(8)을 통과하여 pn 접합에 도달한다. 그리고, 각 포토 다이오드(4)는 그 입사광에 따른 캐리어를 생성한다. 이 때, pn 접합이 요부(45)의 저부(45a)에 설치되어 있으므로 n형 실리콘 기판(43)의 이면으로부터 pn 접합까지의 거리가 단축되어 있다(예를 들면, 10 ~ 100μm 정도). 따라서, 포토 다이오드 어레이(41)에서는, 광 L 의 입사에 의해 발생하는 캐리어가 이동하는 과정에서, 재결합에 의해 소멸하게 되는 사태가 억제된다. 그 결과, 포토 다이오드 어레이(41)는 검출 감도를 높게 유지할 수 있다.
또, 어큐뮬레이션층(8)에 의해 n형 실리콘 기판(3)의 내부의 광입사면(이면) 근방에서 생성한 캐리어가 재결합하는 일 없이 pn 접합에 효율적으로 이동하게 된다. 이로써, 포토 다이오드 어레이(41)는 광검출 감도가 한층 높게 되어 있다(다만, 본 실시형태의 포토 다이오드 어레이(41)는 어큐뮬레이션층(8)을 마련하지 않아도 실용상 충분히 허용할 수 있는 정도의 검출 감도를 가지고 있다).
생성한 캐리어에 의한 광전류는, 각 p형 불순물 확산층(5)에 접속하고 있는 전극 배선(9) 및 UBM(11)을 통해 범프 전극(12)으로부터 취출된다. 이 범프 전극(12)으로부터의 출력에 의해서 입사광의 검출이 이루어지게 된다. 이 점에 대해서는, 포토 다이오드 어레이(1)와 마찬가지이다.
이상과 같이, 본 실시형태의 포토 다이오드 어레이(41)도, 포토 다이오드 어레이(1)와 마찬가지로, 포토 다이오드 어레이(41)에 있어서의 광 L 의 입사면측(즉, 이면측)에 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역을 피복할 수 있는 수지막(6)이 설 치되어 있다. 이 수지막(6)은 포토 다이오드 어레이(41)를 평 콜릿에 흡착하고 플립 칩 본딩을 실시하는 경우에 평 콜릿에 접촉하여, 그 평 콜릿와 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역과의 사이에 위치하게 된다. 이것에 의해, 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역은 수지막(6)에 의해 보호되고, 평 콜릿에 직접 접촉할 일은 없다. 따라서, 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역이 가압에 의한 스트레스나 가열에 의한 스트레스를 직접 받지 않기 때문에, 해당 대응 영역에 있어서의 어큐뮬레이션층(8)에 물리적인 손상이 미칠 일은 없다. 포토 다이오드(4)에는, 그러한 손상에 의한 결정 결함 등에 기인하는 암전류나 노이즈가 발생할 일도 없다. 그 결과, 포토 다이오드 어레이(41)는 고정밀(S/N비가 높음)의 광검출을 실시할 수 있다.
또, 후술하는 바와 같이, 플립 칩 본딩 외에, 예를 들면 포토 다이오드 어레이(41)를 신틸레이터에 일체화하여 CT용 센서로 하는 경우에도, 신틸레이터가 상기 대응 영역에 직접 접촉하는 일이 없기 때문에, 신틸레이터의 설치 시에 있어서의 손상을 피할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 포토 다이오드 어레이(41)의 제조 방법에 대해 도 3 내지 도 6 및 도 15 내지 도 21 에 기초하여 설명한다.
우선, 포토 다이오드 어레이(1)와 마찬가지로, 도 3 내지 도 6 을 이용하여 설명한 각 공정을 실행한다. 다음에, n형 실리콘 기판(3)의 이면을 해당 n형 실리콘 기판(3)의 두께가 소정 두께로 될 때까지 연마하고, n형 실리콘 기판(3)의 박형(박판)화를 실시한다. 이어서, n형 실리콘 기판(3)의 표면 및 이면에, LP-CVD(또는 플라스마 CVD)에 의해 실리콘 질화막(SiN)(26)을 형성하고, 나아가 계속해서 표면 측의 실리콘 산화막(22)과 실리콘 질화막(26)에 소정의 포토 마스크를 이용하여 패터닝을 실시하고, 각 요부(45)를 형성할 예정 위치에 개구를 형성한다(도 15 참조).
다음에, n형 실리콘 기판(3)의 표면에, 그 각 p형 불순물 확산층(5)이 형성되어 있는 영역을 대상으로 하여, p형 불순물 확산층(5)의 틀 모양 주변부(5a)가 남도록, p형 불순물 확산층(5) 및 n형 실리콘 기판(3)을 알칼리 에칭에 의해 제거해서 요부(45)를 형성한다. 이것에 의해, n형 실리콘 기판(43)이 얻어지게 된다. 이 때, 요부(45)의 개구 가장자리에, p형 불순물의 확산한 영역으로서 틀 모양 주변부(5a)가 형성된다. 요부(45)는 측면(45b)과 저부(45a)를 가지게 된다. 틀 모양 주변부(5a)는 반드시 필요한 것은 아니다. 틀 모양 주변부(5a)를 형성한 경우, 요부(45)를 형성하기 위한 에칭에 의해 형성된 에지 부분에서의 데미지에 의한 잡음이나 암전류를 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 도 13, 14, 23 에서는, 틀 모양 주변부(5a)를 형성하지 않는 예가 도시되어 있다.
다음에, 형성된 각 요부(45)의 저부(45a)에 붕소 등을 도핑한다. 이로써, 각 요부(45)의 저부(45a)에 p형 불순물 확산층(5b)이 형성되게 되고, 그 p형 불순물 확산층(5b)과 n형 실리콘 기판(43)의 pn 접합에 의한 포토 다이오드(4)가 종횡의 어레이 모양으로 2차원 배열로 형성된다. 이어서, 표면에 형성된 실리콘 질화막(26)에서 피복되어 있지 않은 영역 위에, 실리콘 산화막(22)을 형성한다(도 16 참조). 또한, 이 경우, 도시는 하지 않지만 이면에 형성된 실리콘 질화막(26) 위에도 실리콘 산화막이 형성된다.
다음으로, n형 실리콘 기판(43)의 이면에 형성된 실리콘 질화막(26)을 제거한 후, n형 이온종(예를 들면, 인이나 비소)의 이온 주입 등에 의해 n형 실리콘 기판(43)보다 불순물 농도가 높은 어큐뮬레이션층(8)을 형성한다. 또, 열산화를 실시하여 어큐뮬레이션층(8) 위에 AR막(24)을 형성한다. 그 후, n형 실리콘 기판(43)의 표면에 형성된 실리콘 질화막(26)을 제거한다(도 17 참조).
그리고, 각 포토 다이오드(4)의 형성 영역에 있어서, 포토 에칭 기술에 의해, 각 p형 불순물 확산층(5b)까지 성장하는 컨택트홀을 표면측의 실리콘 산화막(22)에 형성한다. 이어서, 알루미늄 금속막을 실리콘 산화막(22) 위에 증착에 의해 형성한 후 소정의 포토 마스크를 이용하여 패터닝을 실시하는 것으로, 전극 배선(9)을 형성한다(도 18 참조).
다음으로, 제 1 실시형태와 같은 요령으로, AR막(24) 위에 수지막(6)을 형성한다(도 19 참조).
수지막(6)을 형성한 후, 전극 배선(9)을 가리도록 실리콘 산화막(22) 위에 패시베이션막(2)이 되는 SiN막(25)을 형성한다. SiN막(25)은 스퍼터링이나 플라즈마 CVD 등에 의해 형성할 수 있다. 이어서, SiN막(25)의 각 전극 배선(9)에 대응하는 위치에 컨택트홀를 형성한다(도 20 참조). 계속해서, 제 1 실시형태와 같은 요령으로, 컨택트홀을 통해 전극 배선(9)에 전기적으로 접속하는 UBM(11)을 무전해 도금 등으로 형성한다. 그리고, UBM(11)에 중첩해서 범프 전극(12)을 형성한다(도 21 참조).
이상의 공정을 거치는 것으로, 실장 시에 있어서의 손상에 기인하는 노이즈 나 암전류가 발생하지 않고, 고정밀의 광검출을 실시할 수 있는 포토 다이오드 어레이(41)를 제조할 수 있다. 또한, 도면에는 애노드 전극의 취출만을 나타내지만, 캐소드(기판) 전극도 애노드 전극과 마찬가지로 n+형 불순물 영역(7)으로부터 취출할 수 있다(미도시).
(제 3 실시형태)
다음에, 제 3 실시형태에 관한 방사선 검출기에 대해 설명한다.
도 22 는 본 실시형태에 관한 방사선 검출기(50)의 단면 구성을 나타내는 도면이다. 이 방사선 검출기(50)는, 방사선의 입사에 의해 발광하는 신틸레이터 패널(31)과, 상술한 포토 다이오드 어레이(1)를 갖추고 있다. 신틸레이터 패널(31)은 입사한 방사선에 의해 생긴 빛을 광출사면(31a)으로부터 출사한다. 신틸레이터 패널(31)은 포토 다이오드 어레이(1)의 광입사면, 즉 포토 다이오드 어레이(1)에 있어서의 수지막(6)이 설치된 면에 대향해서 배치되어 있다. 포토 다이오드 어레이(1)는 신틸레이터 패널(31)의 광출사면(31a)으로부터 출사한 빛이 광입사면으로부터 입사하면, 입사한 빛을 전기 신호로 변환한다.
신틸레이터 패널(31)은 포토 다이오드 어레이(1)의 이면측(입사면측)에 장착된다. 포토 다이오드 어레이(1)에는 상술한 수지막(6)이 설치되어 있으므로, 신틸레이터 패널(31)의 이면, 즉 광출사면(31a)이 포토 다이오드(4)의 대응 영역에 직접 접촉하는 일이 없다. 신틸레이터 패널(31)의 광출사면(31a)과 수지막(6)과의 간격에는, 빛이 충분히 투과하도록 설정된 굴절률을 가지는 광학 수지(35)가 충전되어 있다. 이 광학 수지(35)에 의해, 신틸레이터 패널(31)에서 출사한 빛이 효율적 으로 포토 다이오드 어레이(1)에 입사한다. 이 광학 수지(35)는 신틸레이터 패널(31)로부터 출사한 빛을 투과성을 갖는 에폭시 수지나, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 불소 수지 등을 이용할 수 있지만, 이들의 복합 재료를 이용해도 괜찮다.
그리고, 포토 다이오드 어레이(1)를 도시하지 않은 실장 배선 기판 상에 본딩할 때에는, 평 콜릿로 포토 다이오드 어레이(1)를 흡착한다. 그러나, 포토 다이오드 어레이(1)에는 상술한 수지막(6)이 설치되어 있기 때문에, 평 콜릿의 흡착면이 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역에 직접 접촉하는 일은 없다. 또, 신틸레이터 패널(31)을 장착한 경우에, 그 광출사면(31a)이 포토 다이오드(4)의 대응 영역에 직접 접촉하는 일도 없다. 따라서, 이와 같은 포토 다이오드 어레이(1)와 신틸레이터 패널(31)을 갖는 방사선 검출기(50)는 실장 시에 있어서의 대응 영역의 손상에 의한 노이즈나 암전류 등의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 방사선 검출기(50)에 의하면, 광검출이 정밀도 좋게 이루어지고, 방사선의 검출도 정밀도 좋게 실시할 수 있다.
(제 4 실시형태)
다음에, 제 4 실시형태에 관한 방사선 검출기에 대해 설명한다.
도 23 은 본 실시형태에 관한 방사선 검출기(55)의 단면 구성을 나타내는 도면이다. 이 방사선 검출기(55)는 신틸레이터 패널(31)과 상술한 포토 다이오드 어레이(41)을 갖추고 있다. 신틸레이터 패널(31)은 포토 다이오드 어레이(41)의 광입사면, 즉 포토 다이오드 어레이(41)에 있어서의 수지막(6)이 설치된 면에 대향해서 배치되어 있다.
신틸레이터 패널(31)은 포토 다이오드 어레이(41)의 이면측(입사면측)에 장착된다. 포토 다이오드 어레이(41)에는 상술한 수지막(6)이 설치되어 있으므로, 신틸레이터 패널(31)의 이면, 즉 광출사면(31a)이 포토 다이오드(4)의 대응 영역에 직접 접촉하는 일은 없다. 또, 신틸레이터 패널(31)의 광출사면(31a)과 수지막(6)과의 간격에는 빛이 충분히 투과하도록 특성을 고려하여 설정된 굴절률을 갖는 광학 수지(35)가 충전되어 있다. 이 광학 수지(35)에 의해, 신틸레이터 패널(31)로부터 출사한 빛이 효율적으로 포토 다이오드 어레이(41)에 입사한다.
그리고, 포토 다이오드 어레이(41)를 도시하지 않은 실장 배선 기판 위에 본딩할 때, 평 콜릿로 포토 다이오드 어레이(41)를 흡착한다. 그러나, 포토 다이오드 어레이(41)에는, 상술한 수지막(6)이 설치되어 있기 때문에, 평 콜릿의 흡착면이 각 포토 다이오드(4)의 대응 영역에 직접 접촉할 일은 없다. 또, 신틸레이터 패널(31)을 장착한 때에, 그 광출사면(31a)이 포토 다이오드(4)의 대응 영역에 직접 접촉할 일도 없다. 따라서, 이와 같은 포토 다이오드 어레이(41)와 신틸레이터 패널(31)을 갖는 방사선 검출기(55)는, 실장 시에 있어서의 대응 영역의 손상에 의한 노이즈나 암전류 등의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 방사선 검출기(55)에 의하면, 광검출이 정밀도 좋게 이루어지고, 방사선의 검출도 정밀도 좋게 실시할 수 있다.
이상, 본 발명자 등에 의해 이루어진 발명을 실시형태에 기초하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명이 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 수 지막(6)은 n형 실리콘 기판(3, 43) 위에 직접 형성하도록 하여도 좋고, AR막(24) 등의 구조체를 개재해서 형성하도록 하여도 좋다.
본 발명은, X선 단층상 촬상 장치, 방사선상 촬상 장치에 이용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 반도체 기판을 구비하고,
    상기 반도체 기판에 있어서의 피검출광의 입사면의 반대면측에, 복수의 포토 다이오드가 어레이 모양으로 형성되어 있으며,
    상기 반도체 기판의 피검출광의 상기 입사면측에 있어서의 상기 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역을 적어도 피복하고, 피검출광을 투과하는 수지막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판에 있어서의 피검출광의 상기 입사면의 상기 반대면측에는, 소정 깊이를 갖는 요부(凹部)가 어레이 모양으로 복수 형성되어 있으며,
    상기 각 포토 다이오드는, 상기 요부의 저부에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 어레이.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수지막은 상기 반도체 기판의 피검출광의 상기 입사면 전체를 피복하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 어레이.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 기판에는, 인접하는 상기 각 포토 다이오드의 사이에 그 각 포토 다이오드를 분리하는 불순물 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 어레이.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 피검출광의 상기 입사면측에는, 해당 반도체 기판과 같은 도전형의 고불순물 농도층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 어레이.
  6. 제 1 도전형의 반도체로 이루어진 반도체 기판을 준비하고,
    상기 반도체 기판의 한쪽 면측에 복수의 제 2 도전형의 불순물 확산층을 형성하고, 해당 각 불순물 확산층과 상기 반도체 기판에 의해 구성되는 복수의 포토 다이오드를 어레이 모양으로 배열하여 형성하는 공정과,
    상기 반도체 기판의 다른쪽 면에 있어서, 상기 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역을 적어도 피복하고, 상기 포토 다이오드가 감응하는 빛을 투과하는 수지막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 어레이의 제조 방법.
  7. 제 1 도전형의 반도체로 이루어진 반도체 기판을 준비하고,
    상기 반도체 기판의 한쪽 면측에, 요부를 어레이 모양으로 배열하여 복수 형 성하는 공정과,
    상기 요부의 저부에 복수의 제 2 도전형의 불순물 확산층을 형성하고, 해당 각 불순물 확산층과 상기 반도체 기판에 의해 구성되는 복수의 포토 다이오드를 어레이 모양으로 배열하여 형성하는 공정과,
    상기 반도체 기판의 다른쪽 면에 있어서, 상기 포토 다이오드가 형성된 영역에 대응하는 영역을 적어도 피복하고, 상기 포토 다이오드가 감응하는 빛을 투과하는 수지막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 어레이의 제조 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 수지막을 형성하는 상기 공정 전에, 상기 반도체 기판의 상기 다른쪽 면에, 제 1 도전형의 고불순물 농도층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 어레이의 제조 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접하는 상기 불순물 확산층의 사이에 제 1 도전형의 불순물 영역을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드 어레이의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 포토 다이오드 어레이와,
    상기 포토 다이오드 어레이에 있어서의 피검출광의 상기 입사면에 대향해서 배치되고, 방사선의 입사에 의해 발광하는 신틸레이터 패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  11. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 포토 다이오드 어레이와,
    상기 포토 다이오드 어레이에 있어서의 상기 수지막이 형성된 면에 대향해서 배치되고, 방사선의 입사에 의해 발광하는 신틸레이터 패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
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