專利名稱：光電二極管陣列及其制造方法和放射線檢測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電二極管陣列及其制造方法和放射線檢測器。
背景技術：
就這種光電二極管陣列而言，在現(xiàn)階段，公知有一種具有使光從形成有凸塊電極等面的相反面(背面)入射類型的背面入射型光電二極管陣列(例如參照專利文獻1)。該專利文獻1所揭示的光電二極管陣列是如圖25以及圖26所示那樣的，通過在n型硅基板133上形成方柱狀的p層134而具有pn接合的光電二極管140。對于閃爍器131來說，在形成有光電二極管140的表面(附圖的下側(cè))的背面(附圖的上側(cè))上，經(jīng)由負電極膜136而粘接有閃爍器131。當由閃爍器131經(jīng)波長變換的光入射到光電二極管140后，光電二極管140生成對應入射光的電流。在光電二極管140中生成的電流透過形成在表面?zhèn)鹊恼姌O135、焊料球139以及設置在印刷基板137上的焊料墊138而被輸出。
專利文獻1日本專利特開平7-333348號公報。

發(fā)明內(nèi)容
但是，對于上述光電二極管陣列來說，例如在封裝CT用光電二極管陣列時，可以使用平夾頭和角錐夾頭作為吸附芯片的夾頭。通常在進行覆晶接合(flip chip bonding)的情況下使用的是平夾頭。CT用光電二極管陣列的芯片面積較大(例如，一邊為20mm的矩形狀)。如圖24B所示，當在使用通常的安裝架所使用的角錐夾頭161時，因芯片162和角錐夾頭161的間隙163而有可能在芯片162產(chǎn)生翹曲毛刺。因此，在使用角錐夾頭161的情況下，有可能因上述翹曲毛刺而造成位置偏差，從而有可能使芯片162的封裝精度降低。此外，在進行覆晶接合時有必要進行加熱以及加壓，但是以角錐夾頭161而言，其熱傳導的效率不佳。此外，因所施加的壓力還有可能損傷芯片162的邊緣。從以上的原因出發(fā)，角錐夾頭161并不適合用于吸附薄芯片。因此，在進行覆晶接合的情況下，如圖24A所示，一邊以與芯片面作面接觸的平夾頭160吸附芯片162，一邊由加熱塊164對芯片162進行加熱與施壓。
然而，當使用平夾頭160時，芯片162的芯片面全體形成為與平夾頭160接觸。成為光入射面的芯片面全體在與平夾頭160接觸而受到加壓以及加熱時，其芯片面上的、構成光電二極管的雜質(zhì)擴散層所對應的區(qū)域有時會受到物理的損傷。因此，當芯片面受到損傷時，會產(chǎn)生所謂的外觀不良以及特性惡化(暗電流或者干擾的增加等)的問題。
本發(fā)明是鑒于上述問題而制成的，其目的在于提供一種能夠防止封裝時對應光電二極管陣列的區(qū)域的損傷且能夠防止特性惡化的光電二極管陣列及其制造方法和放射線檢測器。
為了實現(xiàn)上述的目的，有關本發(fā)明的光電二極管陣列，其特征在于包括半導體基板；在上述半導體基板中的被檢測光的入射面的相反面一側(cè)，以陣列狀而形成有多個光電二極管；設置有樹脂膜，其至少覆蓋上述半導體基板的被檢測光的上述入射面一側(cè)的、與形成有上述光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域，并且使被檢測光透過。
在本發(fā)明相關的光電二極管陣列中，在封裝時使用的是平夾頭的情況下，形成有光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域與平夾頭之間有樹脂膜介于其中。因此，形成有上述光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域不與平夾頭直接接觸，因此不會受到由加壓或者加熱所產(chǎn)生的損傷。其結果，能夠有效地防止因干擾或者暗電流等所產(chǎn)生的特性惡化。
此外，優(yōu)選在上述半導體基板中的被檢測光的上述入射面的上述相反面一側(cè)，以陣列狀而形成有多個具有規(guī)定深度的凹部，上述各光電二極管分別形成在上述凹部的底部。在該情況下，從半導體基板的被檢測光的入射面至光電二極管為止的距離被縮短，所以因被檢測光的入射所產(chǎn)生的載體移動過程中的再結合被抑制。其結果，光檢測靈敏度會被提升。
此外，上述樹脂膜被設置成覆蓋上述半導體基板的被檢測光的上述入射面全體。在該情況下，能夠易于形成樹脂膜，從而能夠使制造工序簡化。
此外，優(yōu)選在上述半導體基板上設置有在鄰接的上述各光電二極管之間用以分離其各光電二極管的雜質(zhì)區(qū)域。在該情況下，因為雜質(zhì)區(qū)域能夠抑制表面泄漏的發(fā)生，所以能夠使鄰接的光電二極管彼此可靠地電氣分離。
此外，優(yōu)選在上述半導體基板的被檢測光的上述入射面一側(cè)形成有與上述半導體基板相同導電型的高雜質(zhì)濃度層。在該情況下，半導體基板內(nèi)部的光入射面附近所產(chǎn)生的載體不會被捕捉而是朝著各光電二極管有效地移動。其結果可提高光檢測靈敏度。
有關本發(fā)明的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，包括準備由第一導電型的半導體所構成的半導體基板，并且在該半導體基板的一面?zhèn)壬闲纬捎卸鄠€第二導電型的雜質(zhì)擴散層，再將由該各雜質(zhì)擴散層和上述半導體基板所構成的多個光電二極管以陣列狀而配列形成的工序；和在上述半導體基板的另一面上，設置有至少覆蓋與形成有上述光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域的、并且使上述光電二極管所感應的光透過的樹脂膜的工序。
在本發(fā)明的光電二極管陣列的制造方法中，可獲得一種光電二極管陣列，其是在半導體基板的一面上，以陣列狀而配列形成有光電二極管，并且在至少另一面的與形成有光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域上設置有上述樹脂膜。
此外，有關本發(fā)明的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，包括準備由第一導電型的半導體所構成的半導體基板，并且在該半導體基板的一面?zhèn)壬希躁嚵袪钆淞卸纬啥鄠€凹部的工序；在上述凹部的底部上形成多個第二導電型的雜質(zhì)擴散層，再將由上述各雜質(zhì)擴散層和上述半導體基板所構成的多個光電二極管以陣列狀配列而形成的工序；和在該半導體基板的另一面上，設置有至少覆蓋與形成有上述光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域的、并且使上述光電二極管所感應的光透過的樹脂膜的工序。
在有關本發(fā)明的光電二極管陣列的制造方法中，可獲得一種光電二極管陣列，其是形成在半導體基板的上方的面的凹部的底部，光電二極管是以陣列狀配列而形成，且在至少另一面中的與形成有光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域上設置有上述樹脂膜。
此外，優(yōu)選在設置上述樹脂膜的上述工序之前，還具有在上述半導體基板的上述另一面上形成有第一導電型的高雜質(zhì)濃度層的工序。在此情況下，在半導體基板的另一面上形成有與半導體基板相同導電型的高雜質(zhì)濃度層。因此，在半導體基板內(nèi)部的光入射面附近所產(chǎn)生的載體不被捕捉而朝著各光電二極管有效地移動。其結果能夠提高光檢測靈敏度。
此外，優(yōu)選還包括在鄰接的上述雜質(zhì)擴散層之間設置第一導電型的雜質(zhì)區(qū)域的工序。在此情況下，可獲得鄰接的各光電二極管被可靠地電氣分離的光電二極管陣列。
有關本發(fā)明的放射線檢測器，其特征在于，包括上述光電二極管陣列；和閃爍面板，其與上述光電二極管陣列中的被檢測光的上述入射面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
此外，有關本發(fā)明的放射線檢測器，其特征在于，包括通過上述方法而形成的光電二極管陣列；和閃爍面板，其與上述光電二極管陣列中的被檢測光的上述入射面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
在這些本發(fā)明相關的放射線檢測器中，因為各自具有上述光電二極管陣列，所以能夠有效地防止因干擾或暗電流等所造成的特性惡化。


圖1是表示有關第一實施方式的光電二極管陣列的截面構成圖。
圖2是有關第一實施方式的光電二極管陣列的構成的說明圖。
圖3是有關第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖4是有關第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖5是有關第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖6是有關第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖7是有關第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖8是有關第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖9是有關第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖10是有關第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖11是有關第一實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖12是表示有關第一實施方式的光電二極管陣列的變形例的截面構成圖。
圖13是表示有關第二實施方式的光電二極管陣列的截面構成圖。
圖14是有關第二實施方式的光電二極管陣列的構成的說明圖。
圖15是有關第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖16是有關第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖17是有關第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖18是有關第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖19是有關第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖20是有關第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖21是有關第二實施方式的光電二極管陣列的制造工序的說明圖。
圖22是表示有關第三實施方式的放射線檢測器的截面構成圖。
圖23是表示有關第四實施方式的放射線檢測器的截面構成圖。
圖24A是模式地表示利用平夾頭來吸附半導體芯片的狀態(tài)圖。
圖24B是模式地表示利用角錐夾頭來吸附半導體芯片的狀態(tài)圖。
圖25是表示現(xiàn)有技術的光電二極管陣列的斜視圖。
圖26是表示圖25中的XXVI-XXVI方向的截面構成模式圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖的同時對本發(fā)明的光電二極管陣列及其制造方法和放射線檢測器的最優(yōu)實施方式進行詳細說明。其中，在說明中，對同一要素或者具有同一功能的要素標注同一符號，并省略重復的說明。
(第一實施方式)圖1是表示有關本發(fā)明的實施方式光電二極管陣列1的截面構成圖。其中，在以下的說明中，以光L的入射面(圖1的上面)作為背面，而以其相反面(圖1的下面)作為表面。在下述各附圖中，為了圖示的方便性，適當?shù)貙Τ叽邕M行變更。
光電二極管陣列1具有通過pn接合而形成的多個光電二極管4。多個光電二極管4是在光電二極管陣列1的表面?zhèn)?，以二次元而配列成縱橫規(guī)則的陣列狀。各光電二極管4具有作為光電二極管陣列1的一個像素的功能，其整體構成一個光感應區(qū)域。
光電二極管陣列1具有n型(第一導電型)硅基板3。n型硅基板3的厚度為30～300μm(優(yōu)選為100μm)程度。n型硅基板3中的雜質(zhì)濃度為1×1012～1015/cm3程度。在n型硅基板3的表面?zhèn)?，p型(第二導電型)雜質(zhì)擴散層5以二次元的方式而配列成縱橫規(guī)則的陣列狀。p型雜質(zhì)擴散層5的厚度為0.05～20μm程度(優(yōu)選為0.2μm)。p型雜質(zhì)擴散層5中的雜質(zhì)濃度為1×1013～1020/cm3程度。通過p型雜質(zhì)擴散層5和n型硅基板3所形成的pn接合而構成光電二極管4。在n型硅基板3的表面形成有氧化硅膜22。在該氧化硅膜22上形成有鈍化膜2。鈍化膜2例如由SiN等形成。
此外，在氧化硅膜22上，與各p型雜質(zhì)擴散層5(光電二極管4)相對應而形成有電極配線9。各電極配線9由鋁形成，其厚度為1μm程度。各電極配線9的一端經(jīng)由形成在氧化硅膜22上的連接孔而與對應的p型雜質(zhì)擴散層5電氣連接。各電極配線9的另一端通過形成在鈍化膜2上的連接孔而與對應的凸點底層金屬(UBM)11電氣連接。在各UBM11上形成有焊料的凸塊電極12。UBM11和凸塊電極12電氣連接。
優(yōu)選UBM11是以與焊料的界面接合強且能夠防止焊料成分對鋁的擴散的物質(zhì)，一般為多層膜構造。作為該多層膜構造，有通過無電解電鍍的鎳(Ni)-金(Au)等。該構造是在鋁露出的區(qū)域上厚厚地形成鎳的電鍍(3～15μm)，并在其上鍍上薄薄的(0.05～0.1μm)金。金是用于防止鎳的氧化。此外，也有通過剝落而形成鈦(Ti)-鉑(Pt)-金(Au)或者鉻(Cr)-金(Au)的構造。
在n型硅基板3的背面?zhèn)仍O置有作為高雜質(zhì)濃度層的堆積層(accumulation)8。堆積層8遍及整個背面并大致形成有均勻的深度。堆積層8與n型硅基板3為同一導電型，且雜質(zhì)濃度比n型硅基板3高。其中，本實施方式相關的光電二極管陣列1具有堆積層8，但是即使沒有該堆積層8，其也具有在實用上可充分容許程度的光檢測特性。
在堆積層8上形成有覆蓋該堆積層8而用于保護并同時用于抑制光L的反射的AR膜24。AR膜24例如由SiO2形成，其厚度為0.01～數(shù)μm程度。其中，除了SiO2以外，AR膜24也可以是層積或者復合SiN或者能夠在必要的波長中防止反射的光學膜而形成。
在n型硅基板3的表面?zhèn)?，存在有各p型雜質(zhì)擴散層5的區(qū)域是形成有光電二極管4的區(qū)域(以下稱為“形成區(qū)域”)，除其以外的區(qū)域成為了未形成有光電二極管的區(qū)域。在AR膜24上設置有至少將各光電二極管4的形成區(qū)域所對應的區(qū)域(以下稱為“對應區(qū)域”)予以覆蓋的樹脂膜6。樹脂膜6由使被檢測光(光電二極管4所感應的光)L透過的樹脂材料所形成。在本實施方式中，樹脂膜6覆蓋整個AR膜24。
在n型硅基板3中的鄰接的p型雜質(zhì)擴散層5彼此之間，也就是在鄰接的光電二極管4彼此之間設置有n+型雜質(zhì)區(qū)域7。n+型雜質(zhì)區(qū)域7的厚度為0.1～數(shù)10μm程度。n+型雜質(zhì)區(qū)域7的功能是作為將鄰接的光電二極管4(p型雜質(zhì)擴散層5)彼此電氣分離的分離層。因此，鄰接的光電二極管4彼此可靠地被電氣分離，從而能夠降低光電二極管4之間的串音。其中，即使本實施方式中的光電二極管陣列1未設置有n+型雜質(zhì)區(qū)域7，也具有在實用上可充分容許程度的光檢測特性。
對于光電二極管陣列1來說，如圖2所示，其為極薄的板狀。光電二極管陣列1的寬度W1為22.4mm程度，光電二極管陣列1的厚度D大約為0.3mm。光電二極管陣列1具有多個上述光電二極管4(例如，256(16×16)個，以二次元配列)。鄰接的光電二極管4(像素)間的間距W2為1.4mm程度。光電二極管陣列1是大面積(例如，22.4mm×22.4mm)的芯片。其中，圖2中的最上面的圖用于表示光電二極管陣列1的薄度，描繪的是光電二極管陣列1的細部的放大圖。
在光電二極管陣列1中，當光L由背面入射時，入射的光L通過樹脂層6以及堆積層8而到達pn接合。然后，各光電二極管4生成對應其入射光的載體。此時，堆積層8抑制在n型硅基板3的內(nèi)部的光入射面(背面)附近所產(chǎn)生的載體在光入射面或者在與AR膜24的界面被捕捉。因此，載體有效地朝著pn接合移動，光電二極管陣列1的光檢測靈敏度得到了提升。生成的載體所產(chǎn)生的光電流通過連接于各p型雜質(zhì)擴散層5的電極配線9以及UBM11而從凸塊電極12被取出。通過來自該凸塊電極12的輸出而進行入射光的檢測。
如上所述，在本實施方式中，在光電二極管陣列1的光L的入射面一側(cè)(也就是背面?zhèn)?設置有可覆蓋各光電二極管4的對應區(qū)域的樹脂膜6。該樹脂膜6在利用平夾頭吸附光電二極管陣列1以進行覆晶接合的情況下與平夾頭接觸，位于其平夾頭與各光電二極管4的對應區(qū)域之間。因此，各光電二極管4的對應區(qū)域通過樹脂膜6而被保護，不會與平夾頭直接接觸。因此，各光電二極管4的對應區(qū)域因為不直接承受因加壓而產(chǎn)生的應力或者因加熱而產(chǎn)生的應力，所以物理的損傷不會涉及到該對應區(qū)域的堆積層8。光電二極管4也不會發(fā)生因其損傷的結晶缺陷等所造成的暗電流或者干擾。其結果為，光電二極管陣列1可進行高精度(S/N比高)的光檢測。
此外，如后所述，樹脂膜6起到了能夠保護各光電二極管4的對應區(qū)域的緩沖層的作用。因此，能夠吸收在吸附于平夾頭時的物理性沖擊。
此外，如后所述，除覆晶接合以外，例如在將光電二極管陣列1與閃爍器一體化而作為CT用傳感器的情況下，因為閃爍器不與上述對應區(qū)域直接接觸，所以也可避免在安裝閃爍器時的損傷。
然而，樹脂膜6被設置成只要至少覆蓋光電二極管4的對應區(qū)域整體的范圍即可。若滿足該要件，則單層的樹脂膜6也可以被設置成覆蓋光電二極管4的對應區(qū)域整體。此外，樹脂膜6按照各光電二極管4的對應區(qū)域而設置有多個，在與光電二極管4的形成區(qū)域未對應的區(qū)域(以下稱為“非對應區(qū)域”)上，也可以存在未形成樹脂膜6的欠缺部6a(參照圖12)。但是，就制造工序簡易這點而言，優(yōu)選設置成通過單層的樹脂膜6將光電二極管4的對應區(qū)域全體覆蓋(在后面將會對該點進行詳細說明)。
樹脂膜6成為光電二極管4的對應區(qū)域全體的保護膜，其被配置在入射面一側(cè)。因此，樹脂膜6是由使光電二極管陣列4所要檢測的光(被檢測光，例如后述的閃爍面板31所發(fā)生的蛍光)透過，并且相對于被檢測光為光學性透明的光透過性的樹脂所形成，例如由環(huán)氧樹脂或者聚酰亞胺樹脂、丙烯酸乙酯樹脂、硅樹脂、氟樹脂、聚氨酯樹脂等的樹脂形成。此外，樹脂層6在進行覆晶接合時與平夾頭直接接觸而被加壓加熱。因此，樹脂層6優(yōu)選為由能夠保護各光電二極管4的對應區(qū)域不受該加壓或者加熱的材料而形成。在此情況下，例如，優(yōu)選熱膨脹系數(shù)為1×10-6～1×10-4/℃程度，彈性率為10～12000kg/cm2程度，熱傳導率為0.2～1.85W/m℃。此外，雜質(zhì)離子并不因加熱而朝著光電二極管4擴散，但是優(yōu)選至少為能夠吸收來自后述閃爍面板31的光的膜厚(1～50μm(優(yōu)選為10μm)程度)。
接著，基于圖3～圖11，對有關本實施方式的光電二極管陣列1的制造方法進行說明。
首先，如圖3所示，準備具有150～500μm(優(yōu)選為350μm)程度的厚度的n型硅基板3。接著，在n型硅基板3的表面以及背面上形成氧化硅膜(SiO2)20(參照圖4)。
其次，在形成于n型硅基板3的表面上的氧化硅膜20上，進行利用規(guī)定光掩模的圖案化，在形成n+型雜質(zhì)區(qū)域7的預定位置上形成開口。接著，從形成在氧化硅膜20的開口摻雜磷，從而在n型硅基板3上設置n+型雜質(zhì)區(qū)域7。在本實施方式中，在n型硅基板3的背面?zhèn)壬弦残纬捎衝+型雜質(zhì)區(qū)域7。在未設置有n+型雜質(zhì)區(qū)域7的情況下也可省略該工序(雜質(zhì)區(qū)域形成工序)。接著，在n型硅基板3的表面以及背面再次形成氧化硅膜21(參照圖5)。該氧化硅膜21是在后續(xù)的工序中作為在形成p型雜質(zhì)擴散層5時的掩模而被利用。
其次，在形成于n型硅基板3的表面上氧化硅膜21上，進行利用規(guī)定光掩模的圖案化，從而在形成各p型雜質(zhì)擴散層5的預定位置形成開口。從形成在氧化硅膜21上的開口摻雜硼，使p型雜質(zhì)擴散層5形成為以二次元配列的縱橫的陣列狀。因此，各p型雜質(zhì)擴散層5和n型硅基板3的pn接合的光電二極管4形成為以二次元配列的縱橫的陣列狀。該光電二極管4成為與像素對應的部分。接著，在基板的表面?zhèn)仍俅涡纬裳趸枘?2(參照圖6)。
其次，將n型硅基板3的背面研磨成其厚度為規(guī)定厚度(30～300μm程度)，從而使n型硅基板3薄型(薄板)化。接著，將n型離子種(例如磷或者砷)從n型硅基板3的背面擴散0.05～數(shù)10μm程度的深度，形成雜質(zhì)濃度比n型硅基板3還高的上述堆積層8。而且，進行熱氧化處理，在堆積層8上形成AR膜24(參照圖7)。
接著，在各光電二極管4的形成區(qū)域上，通過光蝕刻技術，在氧化硅膜22上形成延伸至各p型雜質(zhì)擴散層5的連接孔。接著，在通過蒸鍍方法而將鋁金屬膜形成在氧化硅膜22上之后，使用規(guī)定光掩模進行圖案化，來形成電極配線9(參照圖8)。
其次，在AR膜24上涂敷作為樹脂膜6材料的環(huán)氧樹脂或者聚酰亞胺樹脂、丙烯酸乙酯樹脂、硅樹脂、氟樹脂、聚氨酯樹脂等的樹脂，利用旋轉(zhuǎn)涂敷法或者網(wǎng)眼印刷法等方式而將其擴展至全體且使其硬化，以設置樹脂膜6(參照圖9)。通過設置該樹脂膜6而能夠保護各光電二極管4的對應區(qū)域。其中，在樹脂膜6形成上述欠缺部6a的情況下，只要從欠缺部6a的部分除去涂敷的樹脂即可。在此情況下，各光電二極管4的對應區(qū)域是也是被保護的。
當形成樹脂膜6之后，以覆蓋電極配線9的方式而在氧化硅膜22上形成有成為鈍化膜2的SiN膜25。SiN膜25可以通過濺鍍或者等離子體CVD等而形成。鈍化膜2也可以是SiO2或者PSG、BPSG等的絕緣膜、聚酰亞胺樹脂、丙烯酸乙酯樹脂、環(huán)氧樹脂、氟樹脂或者他們的復合膜或者積層膜。此外，鈍化膜2的形成工序也可在形成樹脂膜6之前進行。
其次，在SiN膜25的規(guī)定的位置上形成連接孔，以作為電極取出部(參照圖10)。而且，設置凸塊電極12，當作為其凸塊電極12而使用焊料的情況下，因為焊料對鋁的浸透性不佳，所以在各電極取出部上形成用以中介各電極取出部與凸塊電極12的UBM11。然后，與UBM11重疊而形成凸塊電極12(參照圖11)。
通過經(jīng)歷以上工序，而能夠制造出在封裝時不因損傷而產(chǎn)生干擾、并能夠進行高精度光檢測的光電二極管陣列1。
凸塊電極12通過焊料球搭載法或者印刷法而在規(guī)定的UBM11上形成焊料，并通過回焊而形成。其中，凸塊電極12并不局限于焊料，也可以為金凸塊、鎳凸塊、銅凸塊，也可以是包含有導電性填料等金屬的導電性樹脂凸塊。其中，圖中僅表示出陽極電極的取出，陰極(基板)電極也與陽極電極同樣，能夠從n+型雜質(zhì)區(qū)域7取出(未圖示)。此外，在圖中表示的是陽極電極的凸塊電極12形成于n+型雜質(zhì)區(qū)域7的區(qū)域上的情況，但是陽極電極的凸塊電極12也可形成在p型雜質(zhì)擴散層5的區(qū)域。
(第二實施方式)其次，對光電二極管陣列及其制造方法的第二實施方式進行說明。
在本實施方式中，如圖13所示，是以具有形成在光L的入射面的相反面一側(cè)(表面?zhèn)?上的凹部45的n型硅基板43的光電二極管陣列41為對象的。其中，該光電二極管陣列41因為具有與光電二極管陣列1共通部分，所以，以下的說明是以雙方的差異點為中心而進行的，對共通部分的說明予以省略或者簡略化。
在光電二極管陣列41中，在n型硅基板43的表面?zhèn)?，以縱橫有規(guī)則的陣列狀的方式而二次元配列有多個凹部45。對于各凹部45來說，以使n型硅基板43的規(guī)定區(qū)域比其周圍的區(qū)域還薄的方式而形成為凹陷，是以1.4～1.5mm程度的配置間隔而形成的。通過在凹部45的底部45a上逐一形成上述光電二極管4而構成了光電二極管4是以陣列狀而被二次元配列的光電二極管陣列41。
對于各凹部45來說，在n型硅基板43的表面例如具有1mm×1mm程度的大小的矩形開口，以開口尺寸從開口朝向其底部45a(由表面?zhèn)瘸虮趁鎮(zhèn)?逐漸縮小的方式而形成。因此，凹部45具有斜面的側(cè)面45b。從n型硅基板43的表面至底部45a的深度例如為50μm程度。
電極配線9沿著側(cè)面45b而形成在氧化硅膜22上。各電極配線9的一端通過形成在氧化硅膜22上的連接孔而與對應的p型雜質(zhì)擴散層5電氣連接。各電極配線9的另一端通過形成在鈍化膜2上的連接孔而與對應的UBM11電氣連接。在鄰接的光電二極管4之間，設置有n+型雜質(zhì)區(qū)域7。
在n型硅基板3的背面?zhèn)热w形成有堆積層8。在堆積層8上形成有AR膜24。該堆積層8和AR膜24與上述光電二極管陣列1的相同。其次，在AR膜24上的各光電二極管4的對應區(qū)域上設置有上述樹脂膜6。該樹脂膜6也與上述光電二極管陣列1的相同。
光電二極管陣列41如圖14所示，為極薄的板狀。光電二極管陣列41的寬度W1為22.4mm程度，光電二極管陣列41的厚度D為150～300μm。光電二極管陣列41具有多個上述光電二極管4(例如，256(16×16)個，以二次元配列)。鄰接的光電二極管4之間的間距W2為1.4mm程度。光電二極管陣列41是大面積(例如22.4mm×22.4mm)的芯片。此外，在圖14中的最上面的圖用于表示光電二極管陣列1的薄度，是描繪光電二極管陣列41的細部的放大圖。
如上所述構成的光電二極管陣列41，當光L從背面入射時，其與光電二極管陣列1一樣，入射的光L通過樹脂膜6以及堆積層8而到達pn接合。然后，各光電二極管4生成對應其入射光的載體。此時，因為pn接合16被設置在凹部45的底部45a，所以從n型硅基板43的背面到pn接合為止的距離被縮短(例如10～100μm程度)。因此，在光電二極管陣列41中，在因光L的入射而發(fā)生載體移動的過程中，能夠抑制因再結合而造成消減的情況。其結果，光電二極管陣列41能夠維持高檢測靈敏度。
此外，通過堆積層8而在n型硅基板3的內(nèi)部的光入射面(背面)附近生成的載體不會再次結合，從而朝著pn接合有效地移動。因此，使光電二極管陣列41的光檢測靈敏度變得更高(其中，即使本實施方式的光電二極管陣列41未設置堆積層8，也具有在實用上可充分容許程度的光檢測特性)。
生成的載體所產(chǎn)生的光電流通過連接于各p型雜質(zhì)擴散層5的電極配線9以及UBM11而從凸塊電極12被取出。通過來自該凸塊電極12的輸出而進行入射光的檢測。對于該點與光電二極管陣列1的同樣。
如上所述，本實施方式的光電二極管陣列41也與光電二極管陣列1相同，在光電二極管陣列41中的光L的入射面一側(cè)(也就是背面?zhèn)?設置有可覆蓋各光電二極管4的對應區(qū)域的樹脂膜6。該樹脂膜6在以平夾頭吸附光電二極管陣列41來進行覆晶接合的情況下，不與平夾頭接觸，位于其平夾頭與各光電二極管4的對應區(qū)域之間。因此，各光電二極管4的對應區(qū)域受樹脂膜6所保護而不會與平夾頭直接接觸。因此，因為各光電二極管4的對應區(qū)域不直接承受因加壓所產(chǎn)生的應力或者因加熱所產(chǎn)生的應力，所以物理的損傷不涉及該對應區(qū)域的堆積層8。光電二極管4也不會發(fā)生因其損傷的結晶缺陷等所造成的暗電流或者干擾。其結果，光電二極管陣列41能夠進行高精度(S/N比高)的光檢測。
此外，如后所述，除覆晶接合以外，例如在將光電二極管陣列41與閃爍器一體化而作為CT用傳感器的情況下，因為閃爍器不與上述對應區(qū)域直接接觸，所以也能夠避免在閃爍器在安裝時的損傷。
其次，基于圖3～圖6、圖15～圖21，對有關本實施方式的光電二極管陣列41的制造方法進行說明。
首先，與光電二極管陣列1同樣，實行使用圖3～圖6所作說明的各工序。其次，進行將n型硅基板3的背面研磨至該n型硅基板3的厚度為規(guī)定厚度為止的n型硅基板3的薄型(薄板)化。接著，在n型硅基板3的表面以及背面，通過LP-CVD(或者等離子體CVD)來形成氮化硅膜(SiN)26，接著，在表面?zhèn)鹊难趸枘?2和氮化硅膜26上，使用規(guī)定光掩模來進行圖案化，在形成各凹部45的預定位置形成開口(參照圖15)。
其次，在n型硅基板3的表面，以形成有各p型雜質(zhì)擴散層5的區(qū)域為對象，以使p型雜質(zhì)擴散層5的框狀周邊部5a殘留下來的方式而通過堿性蝕刻來除去p型雜質(zhì)擴散層5以及n型硅基板3，以形成凹部45。因此，可獲得n型硅基板43。此時，在凹部45的開口邊緣部，形成作為p型雜質(zhì)的擴散區(qū)域的框狀周邊部5a。凹部45具有側(cè)面45b和底部45a。框狀周邊部5a并不是必須的。在形成有框狀周邊部5a的情況下，可獲得防止因用于形成凹部45的蝕刻所形成的邊緣部分的損傷所造成的干擾或者暗電流的效果。在圖13、14、23中表示的是未形成框狀周邊部5a的例子。
接著，在所形成的各凹部45的底部45a摻雜硼等。因此，在各凹部45的底部45a上形成p型雜質(zhì)擴散層5b，通過其p型雜質(zhì)擴散層5b和n型硅基板43的pn接合的光電二極管4而形成為二次元配列的縱橫的陣列狀。接著，在未被形成在表面上的氮化硅膜26所覆蓋的區(qū)域上，形成氧化硅膜22(參照圖16)。其中，此時雖然未有圖示，但是在形成于背面的氮化硅膜26上也形成有氧化硅膜。
其次，在除去形成于n型硅基板43的背面上的氮化硅膜26之后，通過n型離子種(例如磷或者砷)的離子注入等，而形成雜質(zhì)濃度比n型硅基板43還高的堆積層8。而且，進行熱氧化處理而在堆積層8上形成AR膜24。在其之后，將形成于n型硅基板43表面的氮化硅膜26除去(參照圖17)。
然后，在各光電二極管4的形成區(qū)域，利用光蝕刻技術而在表面?zhèn)鹊难趸枘?2上形成延伸至各p型雜質(zhì)擴散層5b的連接孔。接著，在利用蒸鍍法將鋁金屬膜形成于氧化硅膜22上之后，使用規(guī)定的光掩模以進行圖案化，以形成電極配線9(參照圖18)。
其次，以與第一實施方式相同的要領，在AR膜24上設置樹脂膜6(參照圖19)。
當形成樹脂膜6之后，以覆蓋電極配線9的方式而在氧化硅膜22上形成有成為鈍化膜2的SiN膜25。SiN膜25可以通過濺鍍或者等離子體CVD等而形成。接著，在SiN膜25的各電極配線9所對應的位置上形成連接孔(參照圖20)。接著，以與第一實施方式同樣的要領，利用無電解電鍍等方式而形成經(jīng)由連接孔而與電極配線9電氣連接的UBM11。然后，與UBM11重疊而形成凸塊電極12(參照圖21)。
通過經(jīng)歷以上的工序，而能夠制造出在封裝時不因損傷而產(chǎn)生干擾或者暗電流、并能夠進行高精度光檢測的光電二極管陣列41。此外，圖中僅表示取出陽極電極，但是陰極(基板)電極也與陽極電極相同，可從n+型雜質(zhì)區(qū)域7取出(未圖示)。
(第三實施方式)下面，對有關第三實施方式的放射線檢測器進行說明。
圖22是表示有關本實施方式的放射線檢測器50的截面構成圖。該放射線檢測器50具有根據(jù)放射線的入射而發(fā)光的閃爍面板31和上述光電二極管陣列1。閃爍面板31使通過入射的放射線所產(chǎn)生的光從光射出面31a射出。閃爍面板31與光電二極管陣列1的光入射面、也就是與光電二極管陣列1的形成有樹脂膜6的面相對配置。對于光電二極管陣列1來說，在從閃爍面板31的光射出面31a所射出的光從光入射面入射時，其將入射的光變換為電氣信號。
閃爍面板31被安裝在光電二極管陣列1的背面?zhèn)?入射面一側(cè))。在光電二極管陣列1上因為設置有上述樹脂膜6，所以閃爍面板31的背面、也就是光射出面31a不與光電二極管4的對應區(qū)域直接接觸。在閃爍面板31的光射出面31a與樹脂膜6之間的間隙內(nèi)充填有具有能夠使光充分透過而設定的折射率的光學樹脂35。通過該光學樹脂35，從閃爍面板31射出的光能夠有效地入射至光電二極管陣列1。該光學樹脂35能夠使用具有使閃爍面板31所射出的光透過性質(zhì)的環(huán)氧樹脂、或者丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、硅樹脂、氟樹脂等，也可使用他們等的復合材料。
接著，在將光電二極管陣列1接合至未圖示的封裝配線基板上時，以平夾頭吸附光電二極管陣列1。但是，因為光電二極管陣列1設置有上述樹脂膜6，所以平夾頭的吸附面不與各光電二極管4的對應區(qū)域直接接觸。此外，在安裝閃爍面板31時，其光射出面31a也不與光電二極管4的對應區(qū)域直接接觸。因此，具有這種光電二極管陣列1和閃爍器面板31的放射線檢測器50能夠防止在封裝時的由對應區(qū)域的損傷所產(chǎn)生的干擾或者暗電流等。其結果，在放射線檢測器50中，光檢測是以高精度進行的，能夠精度良好地進行放射線的檢測。
(第四實施方式)接著，對有關第四實施方式的放射線檢測器進行說明。
圖23是表示有關本實施方式的放射線檢測器55的截面構成圖。該放射線檢測器55具有閃爍面板31以及上述光電二極管陣列41。閃爍面板31是以光電二極管陣列41的光入射面、也就是以與光電二極管陣列41的設置有樹脂膜6的面相對的方式而配置的。
閃爍面板31被安裝在光電二極管陣列41的背面?zhèn)?入射面一側(cè))。因為光電二極管陣列41設置有上述樹脂膜6，所以閃爍面板31的背面、也就是光射出面31a不與光電二極管4的對應區(qū)域直接接觸。此外，閃爍面板31的光射出面31a和樹脂膜6的間隙中充填有，具有考慮到使光可充分透過特性而設定的折射率的光學樹脂35。通過該光學樹脂35而能夠使從閃爍面板31所射出的光有效地入射至光電二極管陣列41。
其次，在將光電二極管陣列41接合至未圖示的封裝配線基板上時，以平夾頭吸附光電二極管陣列41。然而，因為光電二極管陣列41設置有上述樹脂膜6，所以平夾頭的吸附面不與各光電二極管4的對應區(qū)域直接接觸。此外，在安裝閃爍面板31時，其光射出面31a也不與光電二極管4的對應區(qū)域直接接觸。因此，具有這種光電二極管陣列41和閃爍面板31的放射線檢測器55能夠防止在封裝時的由對應區(qū)域的損傷所產(chǎn)生的干擾或者暗電流等。其結果，在放射線檢測器55中，能夠使光檢測精度良好地進行，并能夠精度良好地進行放射線的檢測。
以上，基于實施方式對本發(fā)明者們的發(fā)明進行了具體說明，但是本發(fā)明并不局限于上述實施方式。例如，樹脂膜6也可直接設置在n型硅基板3或者43上，也可以經(jīng)由AR膜24等的構造體而設置。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可利用在X射線斷層攝像裝置、放射線攝像裝置中。
權利要求
1.一種光電二極管陣列，其特征在于包括半導體基板；在所述半導體基板中的被檢測光的入射面的相反面一側(cè)，以陣列狀而形成有多個光電二極管；設置有樹脂膜，其至少覆蓋所述半導體基板的被檢測光的所述入射面一側(cè)的、與形成有所述光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域，并且使被檢測光透過。
2.如權利要求1所述的光電二極管陣列，其特征在于在所述半導體基板中的被檢測光的所述入射面的所述相反面一側(cè)，以陣列狀而形成有多個具有規(guī)定深度的凹部，所述各光電二極管分別形成在所述凹部的底部。
3.如權利要求1或者2所述的光電二極管陣列，其特征在于所述樹脂膜被設置成覆蓋所述半導體基板的被檢測光的所述入射面全體。
4.如權利要求1至3中的任何一項所述的光電二極管陣列，其特征在于在所述半導體基板上設置有在鄰接的所述各光電二極管之間用以分離其各光電二極管的雜質(zhì)區(qū)域。
5.如權利要求1至4中的任何一項所述的光電二極管陣列，其特征在于在所述半導體基板的被檢測光的所述入射面一側(cè)形成有與所述半導體基板相同導電型的高雜質(zhì)濃度層。
6.一種光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，包括準備由第一導電型的半導體所構成的半導體基板，并且在所述半導體基板的一面?zhèn)壬闲纬捎卸鄠€第二導電型的雜質(zhì)擴散層，將由該各雜質(zhì)擴散層和所述半導體基板所構成的多個光電二極管以陣列狀配列而形成的工序；和在所述半導體基板的另一面上，設置至少覆蓋與形成有所述光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域的、并且使所述光電二極管所感應的光透過的樹脂膜的工序。
7.一種光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，包括準備由第一導電型的半導體所構成的半導體基板，并且在該半導體基板的一面上，以陣列狀配列而形成多個凹部的工序；在所述凹部的底部上形成多個第二導電型的雜質(zhì)擴散層，將由所述各雜質(zhì)擴散層和所述半導體基板所構成的多個光電二極管以陣列狀配列而形成的工序；和在該半導體基板的另一面上，設置至少覆蓋與形成有所述光電二極管的區(qū)域所對應的區(qū)域的、并且使所述光電二極管所感應的光透過的樹脂膜的工序。
8.如權利要求6或者7所述的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，還包括在設置所述樹脂膜的所述工序之前，在所述半導體基板的所述另一面上形成有第一導電型的高雜質(zhì)濃度層的工序。
9.如權利要求6至8中的任何一項所述的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于還包括在鄰接的所述雜質(zhì)擴散層之間設置第一導電型的雜質(zhì)區(qū)域的工序。
10.一種放射線檢測器，其特征在于，包括如權利要求1至5中的任何一項所述的光電二極管陣列；和閃爍面板，其與所述光電二極管陣列中的被檢測光的所述入射面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
11.一種放射線檢測器，其特征在于，包括由權利要求6至9中的任何一項的制造方法所制造的光電二極管陣列；和閃爍面板，其與所述光電二極管陣列中的設置有所述樹脂膜的面相對配置，且通過放射線的入射而發(fā)光。
全文摘要
光電二極管陣列(1)包括n型硅基板(3)。在n型硅基板(3)的被檢測光(L)的入射面的相反面一側(cè)，以陣列狀而形成有多個光電二極管(4)。設置有至少將n型硅基板(3)中的被檢測光(L)的入射面一側(cè)的形成有光電二極管(4)的區(qū)域所對應的區(qū)域予以覆蓋且使被檢測光(L)透過的樹脂膜(6)。
文檔編號H01L31/10GK1768430SQ20048000845
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權日2003年3月27日
發(fā)明者柴山勝己 申請人:浜松光子學株式會社