專利名稱：半導(dǎo)體光電探測(cè)器和輻射檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電探測(cè)器，并且涉及包括半導(dǎo)體光電探測(cè)器 的輻射檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
已知其中多個(gè)光電二極管形成在半導(dǎo)體基板的一側(cè)表面上，而另 一側(cè)表面用作光入射面的背面入射型光電二極管陣列為一種半導(dǎo)體光
電探測(cè)器(見，例如，專利文獻(xiàn)l:日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開號(hào)Hll-74553， 和專利文獻(xiàn)2: WO2005/038923)。
專利文獻(xiàn)l:日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開號(hào)Hll-74553
專利文獻(xiàn)2: WO2005/03892
發(fā)明內(nèi)容
在背面入射型光電二極管陣列中，通常，在半導(dǎo)體基板中的耗盡 層以外的區(qū)域中生成的載流子擴(kuò)散遷移較長(zhǎng)的距離(從其生成位置至 耗盡層的距離)。因此，在光電二極管之間附近生成的載流子不依賴電 場(chǎng)而通過(guò)擴(kuò)散遷移流入鄰近的光電二極管的概率變大。結(jié)果，在光電 二極管之間很容易發(fā)生串?dāng)_。
同時(shí)，在以上文獻(xiàn)1中所公開的背面入射型光電二極管陣列中， 在鄰近的光電二極管之間形成用于吸收X射線的薄層。然而，文獻(xiàn)1 中的薄層旨在消除散射X射線，而未考慮上述串?dāng)_。
鑒于前述內(nèi)容，本發(fā)明的目的在于通過(guò)提供能夠有利地抑制串?dāng)_ 發(fā)生的半導(dǎo)體光電探測(cè)器和輻射檢測(cè)裝置來(lái)解決上述問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體光電探測(cè)器包括(1) 半導(dǎo)體基板，其一面是被檢測(cè)光的入射面；(2)在與半導(dǎo)體基板的入 射面相反的檢測(cè)面?zhèn)壬闲纬傻亩鄠€(gè)pn結(jié)型光電二極管；(3)以及在半 導(dǎo)體基板的檢測(cè)面?zhèn)壬?，在多個(gè)光電二極管中的鄰近的光電二極管之 間形成的載流子捕獲部；(4)其中載流子捕獲部具有間隔排列的、分別包括pn結(jié)的一個(gè)或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域。
在具有其中與半導(dǎo)體基板的入射面相反的表面成為檢測(cè)面的背面
入射型構(gòu)造的上述半導(dǎo)體光電探測(cè)器中，在多個(gè)光電二極管中的鄰近 的光電二極管之間形成包括pn結(jié)的載流子捕獲區(qū)域。在這樣的構(gòu)造中， 在鄰近的光電二極管附近生成且即將通過(guò)擴(kuò)散遷移流入鄰近的光電二 極管的載流子被從載流子捕獲區(qū)域中引出。這消除了將通過(guò)擴(kuò)散遷移 流入鄰近的光電二極管的載流子，因此能夠有利地抑制光電二極管之 間串?dāng)_的發(fā)生。
在背面入射型光電二極管陣列中，當(dāng)由于初始連接錯(cuò)誤、溫度循 環(huán)等而使一定的連接點(diǎn)損壞時(shí)，光電二極管可能陷入電浮動(dòng)狀態(tài)。在 這種情況下，溢出光電二極管的載流子可能流入周圍的光電二極管， 由此阻礙周圍的光電二極管輸出正常信號(hào)。當(dāng)在上述半導(dǎo)體光電探測(cè) 器中， 一定的光電二極管由于連接點(diǎn)的破損而陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相 對(duì)照地，將要流入鄰近的光電二極管的載流子被從載流子捕獲區(qū)域中 引出。這可有利地抑制載流子流入鄰近的光電二極管。
在鄰近的光電二極管之間設(shè)有包含pn結(jié)的載流子捕獲區(qū)域的上述 構(gòu)造中，在光電二極管之間或在其附近生成的載流子被從載流子捕獲 區(qū)域中引出，由此串?dāng)_的生成被抑制，而每一通道的光敏度和所獲得 的信號(hào)量變小。相對(duì)照地，在上述半導(dǎo)體光電探測(cè)器中，通過(guò)間隔地 排列包括各自的pn結(jié)的一個(gè)或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域形成載流子捕獲 部。這允許有利地確保各光電二極管中所需的光敏度，而同時(shí)抑制光 電二極管之間的串?dāng)_。
本發(fā)明提供了包括具有上述構(gòu)造的半導(dǎo)體光電探測(cè)器的輻射檢測(cè) 裝置；和置于半導(dǎo)體基板的入射面?zhèn)取㈨憫?yīng)于入射在其上的輻射而發(fā) 光的閃爍體。在這樣的輻射檢測(cè)裝置中，用作半導(dǎo)體光電探測(cè)器的具 有上述構(gòu)造的光電探測(cè)元件允許有利地抑制光電二極管之間串?dāng)_的發(fā) 生，如上所述。并且，即使當(dāng)一定的光電二極管由于連接點(diǎn)的破損而 陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，也可有利地抑制載流子流入鄰近的光電二極管。 結(jié)果，可獲得高分辨率。
本發(fā)明可提供能夠有利地抑制串?dāng)_發(fā)生的半導(dǎo)體光電探測(cè)器和輻 射檢測(cè)裝置。本發(fā)明還可提供一種半導(dǎo)體光電探測(cè)器和輻射檢測(cè)裝置，其中，即使當(dāng)一定的光電二極管由于初始連接錯(cuò)誤、溫度循環(huán)等引起 的連接點(diǎn)的破損而陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，也可有利地抑制載流子流入鄰 近的光電二極管。


圖1是示意性地顯示出半導(dǎo)體光電探測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造的
平面圖2是示意性地顯示出半導(dǎo)體光電探測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造的 平面圖3是顯示出半導(dǎo)體光電探測(cè)器的剖面構(gòu)造的側(cè)面剖視圖4是顯示出輻射檢測(cè)裝置的一個(gè)實(shí)施例的剖面構(gòu)造的側(cè)面剖視
圖5是顯示出光電二極管和載流子捕獲部的構(gòu)造實(shí)例的示意圖； 圖6是顯示出載流子捕獲部中的載流子捕獲區(qū)域的區(qū)域?qū)挾扰c光
電二極管的光敏度之間的關(guān)系的曲線圖7是顯示出載流子捕獲部中的載流子捕獲區(qū)域的區(qū)域?qū)挾扰c光
電二極管間的串?dāng)_之間的關(guān)系的曲線圖8是顯示出在光電二極管陣列的各位置獲得的信號(hào)量的曲線圖； 圖9是顯示出高濃度n型區(qū)域的構(gòu)造實(shí)例的示意圖10是顯示出光電二極管和載^l子捕獲部的構(gòu)造實(shí)例的示意圖11是顯示出光電二極管和載流子捕獲部的構(gòu)造實(shí)例的示意圖； 圖12是顯示出光電二極管和載流子捕獲部的構(gòu)造實(shí)例的示意圖； 圖13是示意性地顯示出半導(dǎo)體光電探測(cè)器的另一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造 的平面圖14是示意性地顯示出半導(dǎo)體光電探測(cè)器的另一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造 的平面圖；并且
圖15是顯示出半導(dǎo)體光電探測(cè)器的剖面構(gòu)造的側(cè)面剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體光電探測(cè)器和輻射檢 測(cè)裝置的優(yōu)選實(shí)施例。在附圖的說(shuō)明中，彼此相同的組件將由彼此相同的附圖標(biāo)記指示，而不重復(fù)其說(shuō)明。同樣應(yīng)該注意到，附圖中的尺 寸比例不一定與說(shuō)明書中的一致。
首先將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體光電探測(cè)器。圖1和2均為示意 性地顯示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體光電探測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造的平 面圖。圖3是顯示出沿圖1和2中的線I-I截取的半導(dǎo)體光電探測(cè)器的 剖面構(gòu)造的側(cè)面剖視圖。在本實(shí)施例中，將說(shuō)明光電二極管陣列PD1 的構(gòu)造，作為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體光電探測(cè)器的構(gòu)造實(shí)例。在以下說(shuō) 明中，基板側(cè)的第一導(dǎo)電類型被認(rèn)為是n型，并且另外的第二導(dǎo)電類 型被認(rèn)為是p型，盡管通常第一導(dǎo)電類型可被認(rèn)為是p型，并且第二 導(dǎo)電類型被認(rèn)為是n型。
這里，在光電二極管陣列PD1中，光電二極管陣列PD1包括半導(dǎo) 體基板5，其一面(圖3中的上面)為被檢測(cè)光L的入射面5a，另一 面(圖3中的下面)為光電二極管形成于其上的檢測(cè)面5b。圖1和2 是其中從檢測(cè)面5b側(cè)觀察光電二極管陣列PDl的平面圖。圖1顯示出 光電二極管陣列PD1的平面構(gòu)造，其中下述設(shè)置在檢測(cè)面5b上的電極 被省略，而圖2顯示出具有電極的構(gòu)造。
根據(jù)本實(shí)施例的光電二極管陣列PD1包括一面為入射面5a的半導(dǎo) 體基板5，和在作為基板5的入射面5a的相反側(cè)的檢測(cè)面5b側(cè)上形成 的多個(gè)pn結(jié)型光敏區(qū)域3。半導(dǎo)體基板5是由硅(Si)制成的n型(第 一導(dǎo)電類型)半導(dǎo)體基板，并且是例如具有30至300 pm (優(yōu)選地為大 約100 pm)的厚度和1 X 1012至1015/cm3的雜質(zhì)濃度的硅基板。
分別包括pn結(jié)的多個(gè)光敏區(qū)域3在半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè) 排列為二維陣列。在這樣的構(gòu)造中，每個(gè)光敏區(qū)域3用作作為構(gòu)成光 電二極管陣列PD1的光敏像素的光電二極管。
具體地，在n型半導(dǎo)體基板5中，在檢測(cè)面5b側(cè)形成多個(gè)p型(第 二導(dǎo)電類型)雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域7并且排列為二維陣列。作為光電二極 管的光敏區(qū)域3包括由p型區(qū)域7形成的pn結(jié)和n型半導(dǎo)體基板5。 例如具有l(wèi) x 1013至102Q/cm3的雜質(zhì)濃度和0.05至20拜(優(yōu)選地為大 約0.2 nm)深度的p型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域用作P型區(qū)域7。
在本光電二極管陣列PD1中，在半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)上， 在多個(gè)光敏區(qū)域(光電二極管)3中的鄰近的光敏區(qū)域3之間，即在鄰近的p型區(qū)域7之間，形成載流子捕獲部12。在本實(shí)施例中，載流子 捕獲部12由包括各pn結(jié)的間隔排列的多個(gè)載流子捕獲區(qū)域13構(gòu)成。 為了說(shuō)明的目的，在圖1中由點(diǎn)劃線繪出在鄰近的光敏區(qū)域3之間沿 光敏區(qū)域3的相應(yīng)邊延伸的載流子捕獲區(qū)域13的排列方向。
具體地，在半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)上，設(shè)置有在鄰近的p型 區(qū)域7之間沿上述排列方向間隔排列的多個(gè)p型區(qū)域11。由此，由p 型區(qū)域11和n型半導(dǎo)體基板5所形成的pn結(jié)構(gòu)成包括pn結(jié)的載流子 捕獲區(qū)域(pn結(jié)區(qū)域)13。例如具有1X10"至10,cr^的雜質(zhì)濃度和 0.05至20 pm (優(yōu)選地為大約0.2 ]tim)深度的p型雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域用 作P區(qū)域ll。
在圖1中所示的構(gòu)造中，載流子捕獲部12具有在光敏區(qū)域3的一 邊和鄰近的光敏區(qū)域3的相應(yīng)的一邊之間間隔排列的兩個(gè)載流子捕獲 區(qū)域13。在本實(shí)施例中，如從檢測(cè)面5b側(cè)所見，對(duì)于多個(gè)光敏區(qū)域(光 電二極管)3，載流子捕獲部12以光敏區(qū)域3分別由間隔排列的多個(gè) 載流子捕獲區(qū)域13圍繞的方式形成。具體地，作為光電二極管的一個(gè) 光敏區(qū)域3由總共八個(gè)載流子捕獲區(qū)域13圍繞，在圖1中所繪的光敏 區(qū)域3的左側(cè)、右側(cè)、下側(cè)和上側(cè)各有兩個(gè)載流子捕獲區(qū)域13。
而且，在半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)上，在上述載流子捕獲部12 與作為光電二極管的光敏區(qū)域3之間，即在p型區(qū)域11與p型區(qū)域7 之間，形成作為具有與基板5相同的導(dǎo)電類型的高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū) 域的高濃度n型區(qū)域(分離層)9。由此，在鄰近的光敏區(qū)域3之間， 順序地設(shè)置有高濃度n型區(qū)域9，包括載流子捕獲區(qū)域13的載流子捕 獲部12，和高濃度n型區(qū)域9，如圖1中所示。這里，載流子捕獲部 12的載流子捕獲區(qū)域13被排列為夾在高濃度n型區(qū)域9之間。
高濃度n型區(qū)域9具有使鄰近的光敏區(qū)域3的光電二極管彼此電 分離的作用。設(shè)置這樣的高濃度n型區(qū)域9允許可靠地電分離鄰近的 光電二極管，從而降低光電二極管之間的串?dāng)_，并且控制擊穿電壓(反 向擊穿電壓)。例如具有1 X 1013至102Q/cm3的雜質(zhì)濃度和0.1至幾十]Lim (優(yōu)選地為大約3 )Lim)厚度的n型高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域用作高濃度 n型區(qū)域9。高濃度n型區(qū)域9的厚度優(yōu)選地大于構(gòu)成載流子捕獲區(qū)域 13的p型區(qū)域11的深度。在本實(shí)施例中，如從檢測(cè)面5b側(cè)所見，對(duì)于各光敏區(qū)域(光電二 極管)3形成高濃度n型區(qū)域9，使得光敏區(qū)域3由高濃度n型區(qū)域9 以連續(xù)區(qū)域圖案圍繞。這里，光敏區(qū)域3和相應(yīng)的高濃度n型區(qū)域9 兩者由載流子捕獲部12的間隔排列的多個(gè)載流子捕獲區(qū)域13圍繞。 對(duì)于位于半導(dǎo)體基板5的邊緣(芯片邊緣)的光敏區(qū)域3，由于在芯片 邊緣側(cè)沒(méi)有鄰近的光敏區(qū)域3，所以不必在芯片邊緣側(cè)形成高濃度n 型區(qū)域9和載流子捕獲部12的載流子捕獲區(qū)域13。然而，如果必要， 也可在這樣的芯片邊緣側(cè)形成高濃度n型區(qū)域9和/或載流子捕獲區(qū)域 13。
在為半導(dǎo)體基板5的前表面的檢測(cè)面5b上進(jìn)一步形成鈍化膜和作 為電絕緣膜的熱氧化膜(未繪出)。在為半導(dǎo)體基板5的背面的入射面 5a上,形成用于保護(hù)入射面5a并且抑制光L的反射的AR膜(未繪出)。
在本實(shí)施例中，如圖3中所示，使光電二極管陣列PD1中的半導(dǎo) 體基板5的入射面5a大致平坦，盡管入射面5a不限于這樣的構(gòu)造。 例如，可在與檢測(cè)面5b側(cè)上存在的光敏區(qū)域3相對(duì)應(yīng)的入射面5a上 的區(qū)域上形成有凹陷，而在這些凹陷周圍以圍繞與光敏區(qū)域3相對(duì)應(yīng) 的區(qū)域的方式形成突起。在背面入射型的配置中，這樣的構(gòu)造允許縮 短n型半導(dǎo)體基板5的入射面5a與構(gòu)成光敏區(qū)域3的p型區(qū)域7之間 的距離。
在n型半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b上，形成有電連接至光敏區(qū)域3 的p型區(qū)域7的電極15，如圖2和3中所示。每個(gè)電極15包括電極墊、 凸點(diǎn)下金屬層(UBM)和凸點(diǎn)電極17。在圖中未示出電極墊和UBM。
例如，電極墊由鋁膜制成，并且通過(guò)形成在熱氧化膜中的接觸孔 電連接至p型區(qū)域7。例如，通過(guò)將電極導(dǎo)線順序地鍍Ni和Au而形 成UBM。凸點(diǎn)電極17由焊料制成，并且形成在UBM上。
在n型半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b上，形成有電連接至構(gòu)成載流子 捕獲部12的載流子捕獲區(qū)域13的p型區(qū)域11，并且電連接至高濃度 n型區(qū)域9的電極19。每個(gè)電極19包括電極導(dǎo)線21、 UBM和凸點(diǎn)電 極23。在附圖中未示出UBM。
電極導(dǎo)線21例如由鋁膜制成，并且通過(guò)形成在熱氧化膜中的接觸 孔電連接至高濃度n型區(qū)域9和p型區(qū)域11。也如圖2和3中所示，從半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)所見，電極導(dǎo)線21被形成為完全覆蓋 載流子捕獲區(qū)域13的p型區(qū)域11以及夾住p型區(qū)域11的兩側(cè)的高濃 度n型區(qū)域9。例如，通過(guò)將電極導(dǎo)線21順序地鍍Ni和Au而形成 UBM。凸點(diǎn)電極23由焊料制成，并且形成在UBM上。電極19連接 于基準(zhǔn)電位(例如地電位)。
在光電二極管陣列PD1中，各光電二極管的陽(yáng)極提取由電極15 實(shí)現(xiàn)，而陰極提取由電極19實(shí)現(xiàn)。在光電二極管陣列PD1中，分別在 光敏區(qū)域3的pn結(jié)的邊界和載流子捕獲區(qū)域13的pn結(jié)的邊界中形成 耗盡層25。
當(dāng)被檢測(cè)光L從入射面5a側(cè)入射到光電二極管陣列PD1上時(shí)，各 光電二極管生成與入射光相對(duì)應(yīng)的載流子。來(lái)自如此生成的載流子的 光電流從連接至光敏區(qū)域3的p型區(qū)域7的電極15 (凸點(diǎn)電極17)被 取出。如圖3中所示，來(lái)自電極15的輸出被連接至差分放大器27的 反相輸入終端。差分放大器27的非反相輸入終端連接至與電極19相 同的基準(zhǔn)電位。
因此，如上所述，圖1至3中所示的本實(shí)施例的光電二極管陣列 PD1具有背面入射型的配置，其中，如圖3中所示，半導(dǎo)體基板5具 有入射面5a和在其相反側(cè)的檢測(cè)面5b，使得在n型半導(dǎo)體基板5的檢 測(cè)面5b側(cè)上，在多個(gè)作為光電二極管的光敏區(qū)域3中的鄰近的光敏區(qū) 域3 (p型區(qū)域7)之間，形成包括pn結(jié)的載流子捕獲區(qū)域13 (p型區(qū) 域ll)。
在這樣的構(gòu)造中，即使當(dāng)載流子C出現(xiàn)在鄰近的p型區(qū)域7的附 近時(shí)，在半導(dǎo)體基板5中的耗盡層25以外的區(qū)域中，將要通過(guò)擴(kuò)散遷 移流入鄰近的光敏區(qū)域3的鄰近的p型區(qū)域7的載流子C也被從載流 子捕獲區(qū)域13的p型區(qū)域11中引出，如圖3中的箭頭A所示。結(jié)果， 將要通過(guò)擴(kuò)散遷移流入光敏區(qū)域3的鄰近的p型區(qū)域7的載流子C被 捕獲并消除，由此可有利地抑制在光敏區(qū)域3之間發(fā)生串?dāng)_。
另外，使用凸點(diǎn)電極的凸點(diǎn)連接可被用于將其中光L入射在基板 背面的入射面5a上的背面入射型光電二極管陣列PDl連接至諸如布線 基板等的支持部件。在這樣的使用凸點(diǎn)連接的配置中，連接點(diǎn)可能由 于初始連接錯(cuò)誤、溫度循環(huán)等而被損壞，由此一定的光敏區(qū)域3的p型區(qū)域7可能陷入電浮動(dòng)狀態(tài)。
相對(duì)照地，在如上所述配置的光電二極管陣列PD1中，即使當(dāng)一 定的p型區(qū)域7由于初始連接錯(cuò)誤、溫度循環(huán)等引起的連接點(diǎn)的破損 而陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，溢出p型區(qū)域7的載流子也被從載流子捕獲區(qū) 域13的p型區(qū)域11中引出。這可有利地抑制載流子流入鄰近的p型 區(qū)域7。這在采用凸點(diǎn)連接以外的連接結(jié)構(gòu)的情況下也是有效的。
在鄰近的光電二極管的感光區(qū)域3之間設(shè)有包括pn結(jié)的載流子捕 獲區(qū)域13的上述構(gòu)造中，在光敏區(qū)域3之間或在其附近生成的載流子 被從載流子捕獲區(qū)域13中引出，由此，抑制了串?dāng)_生成，而每一通道 的光敏度和所獲得的信號(hào)量變小。
相對(duì)照地，在上述光電二極管陣列PD1中，通過(guò)間隔地排列包括 各自的pn結(jié)的一個(gè)或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域13 (優(yōu)選地多個(gè)載流子捕獲 區(qū)域13)形成載流子捕獲部12。在如此構(gòu)成的載流子捕獲部12中， 適當(dāng)?shù)剡x擇和設(shè)定對(duì)光敏區(qū)域3形成的、載流子捕獲區(qū)域13的諸如數(shù) 目、區(qū)域?qū)挾取㈤L(zhǎng)度、間隔等的區(qū)域圖案，允許有利地確保各光電二 極管中所需的光敏度，同時(shí)抑制光電二極管之間串?dāng)_的生成。
而且，在本實(shí)施例中，如從檢測(cè)面5b側(cè)所見，載流子捕獲部12 以光電二極管的光敏區(qū)域3由間隔排列的載流子捕獲區(qū)域13圍繞的方 式形成。這里，將要流入鄰近的光敏區(qū)域3的載流子C被可靠地消除， 這進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)串?dāng)_生成的抑制。并且，即使當(dāng)由于連接點(diǎn)的破損 而使一定的光電二極管的p型區(qū)域7陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，溢出p型區(qū) 域7的載流子也被從圍繞p型區(qū)域7的載流子捕獲區(qū)域13的p型區(qū)域 ll中引出。由此，可更加有效地抑制載流子流入鄰近的光電二極管。
而且，在本實(shí)施例中，在n型半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)上，在 p型區(qū)域7與p型區(qū)域ll之間形成高濃度n型區(qū)域9。結(jié)果，鄰近的 光敏區(qū)域3的p型區(qū)域7彼此電分離，這允許更進(jìn)一步減少p型區(qū)域7 之間的串?dāng)_。由此，即使當(dāng)由于連接點(diǎn)的破損而使一定的光電二極管 陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，也可更有效地抑制載流子流入鄰近的光電二極管。
如圖1中所示，從n型半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)所見，這樣的 高濃度n型區(qū)域9優(yōu)選地形成為圍繞光敏區(qū)域3的p型區(qū)域7。這允許 使鄰近的p型區(qū)域7可靠地電分離。而且，在本實(shí)施例中，在n型半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)上形成 電連接至p型區(qū)域11和高濃度n型區(qū)域9的電極19,電極19連接于 基準(zhǔn)電位。這允許共用用于將載流子捕獲區(qū)域13的p型區(qū)域11連接 于基準(zhǔn)電位的電極和用于將高濃度n型區(qū)域9連接于基準(zhǔn)電位的電極， 由此可防止電極數(shù)目增加。這里，從p型區(qū)域ll中引出的載流子C在 光電二極管陣列PD1中消失。
在根據(jù)本實(shí)施例的光電二極管陣列PD1的構(gòu)造中，載流子捕獲區(qū) 域13的p型區(qū)域11可以與光敏區(qū)域(光電二極管)3的p型區(qū)域7相 同的處理形成。在此情況下，制造光電二極管陣列PD1的處理不會(huì)被 復(fù)雜化。
對(duì)于在半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)上設(shè)置的電極的構(gòu)造，可以形 成電連接至載流子捕獲部的載流子捕獲區(qū)域的第一電極，和電連接至 高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域的第二電極，使得第一電極和第二電極在彼此 電絕緣的同時(shí)連接于各自的基準(zhǔn)電位。
在此情況下，載流子捕獲區(qū)域的p型區(qū)域與高濃度n型區(qū)域在光 電二極管陣列中電分離。這防止載流子捕獲區(qū)域側(cè)的電位波動(dòng)，允許 抑制由于光電二極管與載流子捕獲區(qū)域之間的電位差引起的電流流 入。結(jié)果，來(lái)自光電二極管的輸出信號(hào)不容易受到電的影響，由此可 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信號(hào)輸出。
接下來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的輻射檢測(cè)裝置。圖4是示意性地顯示出 根據(jù)本發(fā)明的輻射檢測(cè)裝置的一個(gè)實(shí)施例的剖面構(gòu)造的側(cè)面剖視圖。 根據(jù)本實(shí)施例的輻射檢測(cè)裝置RD包括響應(yīng)于入射在其上的輻射而發(fā) 光的閃爍體61和具有上述構(gòu)造的光電二極管陣列PD1。
閃爍體61布置在作為光電二極管陣列PD1的背面的入射面5a側(cè) 上。從閃爍體61發(fā)出的光從半導(dǎo)體基板5的入射面5a進(jìn)入作為半導(dǎo) 體光電探測(cè)器的光電二極管陣列PD1。閃爍體61結(jié)合于光電二極管陣 列PD1的入射面5a。透光樹脂(例如，環(huán)氧樹脂或丙烯酸樹脂)可用 于將閃爍體61和光電二極管陣列PD1結(jié)合在一起。
本實(shí)施例的輻射檢測(cè)裝置RD包括具有圖1至3中所示的構(gòu)造的 光電二極管陣列PD1，因此允許有利地抑制鄰近的光敏區(qū)域3的p型 區(qū)域7之間串?dāng)_的發(fā)生。而且，即使當(dāng)一定的光電二極管由于初始連接錯(cuò)誤、溫度循環(huán)等引起的連接點(diǎn)的破損而陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，也可 有利地抑制載流子流入鄰近的光電二極管。結(jié)果，在使用輻射檢測(cè)裝
置RD的輻射檢測(cè)中可獲得高分辨率。
以下將利用具體實(shí)例和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)一步說(shuō)明圖1至3中所示的光 電二極管陣列。在以下給出的說(shuō)明中，將集中在對(duì)于光敏區(qū)域3 (p型 區(qū)域7)的載流子捕獲部12的載流子捕獲區(qū)域13 (p型區(qū)域11)的構(gòu) 造及其效果上，說(shuō)明半導(dǎo)體光電探測(cè)器的構(gòu)造，而高濃度n型區(qū)域9 等的構(gòu)造的說(shuō)明被省略。
這里將研究對(duì)于一個(gè)光敏區(qū)域3由間隔排列的總共八個(gè)載流子捕 獲區(qū)域13構(gòu)成載流子捕獲部12的效果，其中在光敏區(qū)域3的每一側(cè) 具有兩個(gè)載流子捕獲區(qū)域13，如繪出與圖1相同的構(gòu)造的圖5的構(gòu)造 實(shí)例(a)中所示。作為比較例，圖5的構(gòu)造實(shí)例(b)顯示出一種假 想構(gòu)造，其中載流子捕獲部12的載流子捕獲區(qū)域13形成為連續(xù)區(qū)域 圖案。
在如圖5的構(gòu)造實(shí)例(a)中所示的本發(fā)明的載流子捕獲部12的 構(gòu)造中，如上所述，適當(dāng)?shù)剡x擇和設(shè)定構(gòu)成載流子捕獲部12的載流子 捕獲區(qū)域13的諸如區(qū)域數(shù)目、區(qū)域?qū)挾葁、區(qū)域長(zhǎng)度L、間隔d等的 區(qū)域圖案的參數(shù)，允許有利地確保各光電二極管中所需的光敏度，同 時(shí)抑制光電二極管之間串?dāng)_的生成。優(yōu)選地考慮正被討論的元件的諸 如所需的光敏度、串?dāng)_等的元件特性，來(lái)設(shè)置區(qū)域圖案的參數(shù)。
更具體地，在具有圖5的構(gòu)造實(shí)例(b)中所示的連續(xù)圖案的載流 子捕獲部12中，在光敏區(qū)域3之間或在其附近生成的載流子被從載流 子捕獲區(qū)域13中引出，由此抑制了鄰近的光電二極管之間串?dāng)_的生成。 另外，在這樣的構(gòu)造中，諸如從其它通道流入的載流子和在光電二極 管像素(間隙)之間生成的載流子的載流子通過(guò)載流子捕獲區(qū)域13被 引出，由此，光電二極管的每通道的光敏度和所獲得的信號(hào)量變小， 這進(jìn)而可減小半導(dǎo)體光電探測(cè)器中光L的檢測(cè)靈敏度(輻射檢測(cè)裝置 中輻射的檢測(cè)靈敏度)。因此，在鄰近的光電二極管之間形成載流子捕 獲部的構(gòu)造中，存在串?dāng)_降低與檢測(cè)靈敏度提高之間的權(quán)衡。
關(guān)于串?dāng)_降低與檢測(cè)靈敏度提高的平衡，例如在圖5的構(gòu)造實(shí)例 (b)中可以考慮構(gòu)成載流子捕獲區(qū)域13的p型區(qū)域11的更細(xì)的區(qū)域?qū)挾萕。然而，這種更細(xì)寬度的p型區(qū)域ll容易導(dǎo)致諸如元件制造過(guò) 程中的圖案形成錯(cuò)誤，或載流子捕獲區(qū)域13的飽和的問(wèn)題。
相對(duì)照地，在上述實(shí)施例的光電二極管陣列PD1中，通過(guò)間隔排 列分別包括pn結(jié)的一個(gè)或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域13，對(duì)光敏區(qū)域3形成 載流子捕獲部12，如圖1和圖5的構(gòu)造實(shí)例(a)中所示。這樣的構(gòu)造 允許減弱在載流子捕獲部12中未形成載流子捕獲區(qū)域13的部分中的 串?dāng)_降低效果，同時(shí)增加總信號(hào)量。由此可有利地平衡串?dāng)_降低和檢 測(cè)靈敏度提高。
在與光電二極管的像素大小相比光L具有局部入射范圍情況下， 在這些未形成載流子捕獲區(qū)域13的部分中增加的串?dāng)_可能會(huì)成問(wèn)題， 然而，例如，在如圖4中所示在輻射檢測(cè)裝置RD中結(jié)合使用閃爍體 61的構(gòu)造中，從閃爍體61發(fā)出的光照亮整個(gè)像素大小，使得上述的部 分串?dāng)_增加不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
例如，在基板5的芯片厚度為125 pm，鄰近的光敏區(qū)域(光電二 極管)3之間的距離為g=0.2 mm，載流子捕獲區(qū)域13的區(qū)域?qū)挾葹?w=15 nm (0.015 mm),區(qū)域長(zhǎng)度為L(zhǎng)=0.2 mm并且區(qū)域間隔為d=0，24 mm的圖5的構(gòu)造實(shí)例(a)中所示的結(jié)構(gòu)中，靈敏度比構(gòu)造實(shí)例(b) 的連續(xù)結(jié)構(gòu)中高大約3%。
這里，關(guān)于載流子捕獲部12中的載流子捕獲區(qū)域13的構(gòu)造，構(gòu) 成載流子捕獲部12的載流子捕獲區(qū)域13的區(qū)域?qū)挾葁優(yōu)選為至少1 pm。載流子捕獲區(qū)域13的區(qū)域長(zhǎng)度L優(yōu)選為至少1 ium。包括具有這 樣的區(qū)域圖案的載流子捕獲區(qū)域13的載流子捕獲部12允許有利地確 保各光電二極管中所需的光敏度，同時(shí)抑制光電二極管之間串?dāng)_的生 成。構(gòu)成載流子捕獲部12的載流子捕獲區(qū)域13的區(qū)域?qū)挾葁特別優(yōu) 選地為至少5 pm。載流子捕獲區(qū)域13的區(qū)域長(zhǎng)度L特別優(yōu)選地為至 少10 ,
在載流子捕獲部12中，載流子捕獲區(qū)域13優(yōu)選地以間隔d排列， 使得在兩個(gè)鄰近的載流子捕獲區(qū)域13之間耗盡層不產(chǎn)生接觸。在這樣 的構(gòu)造中，間隔排列的載流子捕獲區(qū)域13可靠地用作分離區(qū)域。這允 許可靠地實(shí)現(xiàn)在排列方向上的鄰近的載流子捕獲區(qū)域13之間的未形成 載流子捕獲區(qū)域13的部分中增加信號(hào)量的效果。載流子捕獲部12中的載流子捕獲區(qū)域13優(yōu)選地以如下方式形成， 即，在光敏區(qū)域3 (p型區(qū)域7)的外圍的所有點(diǎn)上，從相應(yīng)的光電二 極管的光敏區(qū)域3到最近的載流子捕獲區(qū)域13 (p型區(qū)域11)的距離 小于到鄰近的光敏區(qū)域3的距離。這允許有利地實(shí)現(xiàn)在整個(gè)間隔排列 的載流子捕獲區(qū)域13上減小串?dāng)_的載流子捕獲部12的功能。
圖6是顯示出載流子捕獲部12中的載流子捕獲區(qū)域13的區(qū)域?qū)?度與光電二極管的光敏度之間的關(guān)系的曲線圖。在圖6的曲線圖中， 橫軸表示區(qū)域?qū)挾葁 (pim)，縱軸表示光電二極管中獲得的歸一化光敏 度，當(dāng)區(qū)域?qū)挾葹閣=0 pm時(shí)，光敏度被歸一化為1。區(qū)域?qū)挾葁=0 相當(dāng)于沒(méi)有設(shè)置載流子捕獲部。
圖6中繪出了圖5中所示的構(gòu)造實(shí)例(a)的間隔開的點(diǎn)圖案的、 芯片厚度為125 pm和150 nm的兩種情況的曲線圖。在圖6中還繪出 了圖5中所示的構(gòu)造實(shí)例(b)的連續(xù)圖案的、芯片厚度為125 pm和 150pm的兩種情況的曲線圖。這些曲線圖顯示出使用構(gòu)造實(shí)例(a)的 點(diǎn)圖案結(jié)構(gòu)，在相同的區(qū)域?qū)挾认驴商峁┯晒怆姸O管獲得的更高的 光敏度和提高的檢測(cè)靈敏度。
圖7是顯示出載流子捕獲部12中的載流子捕獲區(qū)域13的區(qū)域?qū)?度與光電二極管之間的串?dāng)_之間的關(guān)系的曲線圖。在圖7中，橫軸表 示區(qū)域?qū)挾葁 (iLim)，而縱軸表示光電二極管之間的串?dāng)_(％)。
在圖7中，如圖6中那樣，繪出了圖5中所示的構(gòu)造實(shí)例(a)的 間隔開的點(diǎn)圖案的、芯片厚度為125拜和150 pm的兩種情況的曲線 圖。在圖7中還繪出了圖5中所示的構(gòu)造實(shí)例(b)的連續(xù)圖案的、芯 片厚度為125 ^m和150nm的兩種情況的曲線圖。如這些曲線圖所示， 盡管與連續(xù)圖案相比，采用不連續(xù)的點(diǎn)圖案的載流子捕獲區(qū)域提供了 有些減小的串?dāng)_降低效果，然而與未設(shè)置載流子捕獲部的常規(guī)結(jié)構(gòu)相 比，它們的確提供了充分的串?dāng)_降低效果。
圖8是顯示出在光電二極管陣列的各位置獲得的信號(hào)量的曲線圖。 在圖8中，橫軸表示在光電二極管陣列中沿預(yù)定掃描方向的掃描位置 (pm)，而縱軸表示在各位置獲得的歸一化電流，即信號(hào)量，電流被歸 —化以使下述曲線圖G2的最大值作為1。在圖8中，曲線圖G1繪出 了在圖5的構(gòu)造實(shí)例(a)中，沿掃描方向Sl (包括載流子捕獲區(qū)域13)的電流值變化，而曲線圖G2繪出了沿掃描方向S2 (不包括載流 子捕獲區(qū)域13)的電流值變化。其它曲線圖顯示出在相加前在各光電 二極管中獲得的電流值。
如這些曲線圖所示，盡管與對(duì)于形成有載流子捕獲區(qū)域13的掃描 方向Sl所獲得的曲線圖Gl中相比效果有些減小，然而在對(duì)于未形成 載流子捕獲區(qū)域13的掃描方向S2所獲得的曲線圖G2中也實(shí)現(xiàn)了光電 二極管之間的串?dāng)_捕獲和引出效果。由載流子捕獲部12產(chǎn)生的抗暈光 效果可通過(guò)使用以下構(gòu)造可靠地實(shí)現(xiàn)，其中，如上所述，在光敏區(qū)域3 (p型區(qū)域7)的外圍的所有點(diǎn)上，到最近的載流子捕獲區(qū)域13 (p型 區(qū)域ll)的距離小于到鄰近的光敏區(qū)域3的距離。
在圖5的構(gòu)造實(shí)例(a)中，在光敏區(qū)域3的p型區(qū)域7與載流子 捕獲區(qū)域13的p型區(qū)域11之間形成的高濃度n型區(qū)域9，可根據(jù)載流 子捕獲部12的構(gòu)造形成為多種圖案，例如如圖9的構(gòu)造實(shí)例(a)和 (b)中的虛線示意性所示。這里，圖9的構(gòu)造實(shí)例(a)與圖1中所 示的構(gòu)造相對(duì)應(yīng)。
這里，除上述構(gòu)造以外的多種具體構(gòu)造也可用作載流子捕獲部12 的載流子捕獲區(qū)域13的具體區(qū)域圖案，例如圖10至12中所示的構(gòu)造。 圖10至12僅繪出光敏區(qū)域3 (p型區(qū)域7)和載流子捕獲區(qū)域13 (p 型區(qū)域ll)的構(gòu)造，而省略了高濃度n型區(qū)域9等的構(gòu)造。
在圖10的構(gòu)造實(shí)例(a)中，示出了包括圍繞光敏區(qū)域3的四個(gè) 載流子捕獲區(qū)域13的載流子捕獲部12，其中在光電二極管的光敏區(qū)域 3的左、右、上、下各側(cè)具有一個(gè)載流子捕獲區(qū)域。在圖10的構(gòu)造實(shí) 例(b)中，載流子捕獲區(qū)域13的數(shù)目與構(gòu)造實(shí)例(a)中相同，然而， 在構(gòu)造實(shí)例(a)中，載流子捕獲區(qū)域13設(shè)置在光敏區(qū)域3的相應(yīng)邊 的中心部分，而在構(gòu)造實(shí)例(b)中，載流子捕獲區(qū)域13設(shè)置在光敏 區(qū)域3的整個(gè)相應(yīng)邊上，且未設(shè)置載流子捕獲區(qū)域的間隔位于光敏區(qū) 域3的角部分。
在圖11的構(gòu)造實(shí)例(a)中，除了圖IO的構(gòu)造實(shí)例(a)中的載流 子捕獲區(qū)域13，還設(shè)置有與光敏區(qū)域3的角部分相對(duì)應(yīng)的十字形載流 子捕獲區(qū)域13。在圖11的構(gòu)造實(shí)例(b)中，缺少了在光敏區(qū)域3的 各邊的中心部分設(shè)置的載流子捕獲區(qū)域，使得載流子捕獲部12僅包括從光敏區(qū)域3的角部分延伸的十字形載流子捕獲區(qū)域13。
在圖12的構(gòu)造實(shí)例(a)中，載流子捕獲部12中的載流子捕獲區(qū) 域13的區(qū)域圖案是細(xì)點(diǎn)圖案。在圖12的構(gòu)造實(shí)例(b)中，載流子捕 獲區(qū)域13在鄰近的光敏區(qū)域3之間延伸的兩個(gè)平行的排列方向上交替 排列，其中載流子捕獲區(qū)域13的排列位置相對(duì)于彼此移位。
對(duì)于在半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)上設(shè)置的電極的構(gòu)造，如上所 述，可以形成電連接至載流子捕獲部12的載流子捕獲區(qū)域13的第一 電極，和電連接至高濃度n型區(qū)域9的第二電極，使得第一電極和第 二電極在彼此電絕緣的同時(shí)分別連接于基準(zhǔn)電位。
下面將參照?qǐng)D13至15說(shuō)明具有上述電極構(gòu)造的半導(dǎo)體光電探測(cè) 器。圖13和14均為示意性地顯示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體光電探測(cè)器 的另一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造的平面圖。圖15是顯示出沿圖13和14中的線 II-II截取的半導(dǎo)體光電探測(cè)器的剖面構(gòu)造的側(cè)面剖視圖。在本實(shí)施例 中，將說(shuō)明光電二極管陣列PD2的構(gòu)造，作為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體光 電探測(cè)器的構(gòu)造的另一個(gè)實(shí)例。
在本光電二極管陣列PD2的n型半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)上， 形成有作為電連接至高濃度n型區(qū)域9的第二電極的電極31。每個(gè)電 極31包括電極導(dǎo)線33、 UBM和凸點(diǎn)電極35。
電極導(dǎo)線33例如由鋁膜制成，并且通過(guò)形成在熱氧化膜中的接觸 孔電連接至高濃度n型區(qū)域9。如圖14和15中所示，從半導(dǎo)體基板5 的檢測(cè)面5b側(cè)所見，電極導(dǎo)線33形成為覆蓋高濃度n型區(qū)域9。例如， 通過(guò)將電極導(dǎo)線33順序地鍍Ni和Au而形成UBM。凸點(diǎn)電極35由焊 料制成，并且形成在UBM上。
電極31連接至差分放大器27的非反相輸入終端，而電極31與差 分放大器27的非反相輸入終端之間的引線的中部連接于基準(zhǔn)電位(例 如地電位)。因此，電極31和差分放大器27的非反相輸入終端連接于 共同的基準(zhǔn)電位。
在n型半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)上，形成有作為電連接至載流 子捕獲區(qū)域13的p型區(qū)域11的第一電極的電極41 。每個(gè)電極41包括 電極導(dǎo)線43、 UBM和凸點(diǎn)電極45。
電極導(dǎo)線43例如由鋁膜制成，并且通過(guò)形成在熱氧化膜中的接觸孔電連接至載流子捕獲區(qū)域13的p型區(qū)域11 。如圖14和15中所示， 從半導(dǎo)體基板5的檢測(cè)面5b側(cè)所見，電極導(dǎo)線43形成為覆蓋排列有p 型區(qū)域ll的載流子捕獲部12。例如，通過(guò)將電極導(dǎo)線43順序地鍍Ni 和Au而形成UBM。凸點(diǎn)電極45由焊料制成，并且形成在UBM上。 電極41與電極31電絕緣。在與電極31電絕緣的同時(shí)，電極41 連接于光電二極管陣列PD2外部的與電極31不同的基準(zhǔn)電位(例如， 地電位)。
在圖13至15中所示的電極構(gòu)造中，載流子捕獲區(qū)域13的p型區(qū) 域11與高濃度n型區(qū)域9在光電二極管陣列PD2內(nèi)部電分離。這防止 了載流子捕獲區(qū)域13側(cè)的電位波動(dòng)，允許抑制由于光電二極管的光敏 區(qū)域3與載流子捕獲區(qū)域13之間的電位差引起的電流流入。結(jié)果，來(lái) 自光電二極管的輸出信號(hào)不容易受到電的影響，由此可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信 號(hào)輸出。除上述構(gòu)造以外，多種其它構(gòu)造可被用作電極構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體光電探測(cè)器和輻射檢測(cè)裝置不限于上述實(shí)施 例和構(gòu)造實(shí)例，而是可進(jìn)行多種變形。例如，在以上構(gòu)造實(shí)例中，本 發(fā)明使用在多個(gè)pn結(jié)型光電二極管排列在二維陣列中的光電二極管陣 列中，然而，本發(fā)明不限于此，而是也可適當(dāng)?shù)厥褂迷诶缍鄠€(gè)光電 二極管排列在一維陣列中的光電二極管陣列中。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體 光電探測(cè)器和輻射檢測(cè)裝置也可適當(dāng)?shù)厥褂迷赬射線CT裝置中。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體光電探測(cè)器包括(1)半導(dǎo)體基板，其一 面為被檢測(cè)光的入射面；(2)在作為半導(dǎo)體基板的入射面的相反面的 檢測(cè)面?zhèn)壬闲纬傻亩鄠€(gè)pn結(jié)型光電二極管；以及(3)在半導(dǎo)體基板 的檢測(cè)面?zhèn)壬?，在多個(gè)光電二極管中的鄰近的光電二極管之間形成的 載流子捕獲部；(4)其中載流子捕獲部具有間隔排列的、分別包括pn 結(jié)的一個(gè)或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域。
如從檢測(cè)面?zhèn)人?，?yōu)選地以多個(gè)光電二極管中的至少一個(gè)光電 二極管由間隔排列的多個(gè)載流子捕獲區(qū)域圍繞的方式形成載流子捕獲 部。在此情況下，將要流入鄰近的光電二極管的載流子被可靠地去除， 這允許更有利地抑制串?dāng)_生成。由此，即使當(dāng)一定的光電二極管由于 連接點(diǎn)的破損而陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，也可更為有效地抑制載流子流入 鄰近的光電二極管。而且，優(yōu)選地在半導(dǎo)體基板的檢測(cè)面?zhèn)壬?、在載流子捕獲部與光 電二極管之間，形成具有與半導(dǎo)體基板相同的導(dǎo)電類型的高濃度雜質(zhì) 半導(dǎo)體區(qū)域。這里，高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域具有分離鄰近的光電二極 管(通道阻擋體)的功能，用于電分離鄰近的光電二極管。結(jié)果可進(jìn) 一步減少光電二極管之間的串?dāng)_。由此，即使當(dāng)一定的光電二極管因 為連接點(diǎn)的破損而陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，也可更為有效地抑制載流子流 入鄰近的光電二極管。
如從檢測(cè)面?zhèn)人?，高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域優(yōu)選地形成為圍繞多 個(gè)光電二極管中的至少一個(gè)光電二極管。于是，鄰近的光電二極管可 被可靠地電分離。
在用于載流子捕獲部等的電極構(gòu)造中，電極優(yōu)選地形成在半導(dǎo)體 基板的檢測(cè)面?zhèn)龋姌O被電連接至載流子捕獲部的載流子捕獲區(qū)域和 高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域，電極被連接于基準(zhǔn)電位。這允許共用用于將 載流子捕獲區(qū)域連接于基準(zhǔn)電位的電極和用于將高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū) 域連接于基準(zhǔn)電位的電極，由此可防止電極數(shù)目增加。從載流子捕獲 區(qū)域引出的載流子在半導(dǎo)體光電探測(cè)器內(nèi)部消失。結(jié)果可減少光電二 極管之間的串?dāng)_。由此，即使當(dāng)一定的光電二極管由于連接點(diǎn)的破損 而陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，也可減少流入鄰近的光電二極管的載流子。
在電極的構(gòu)造中，在半導(dǎo)體基板的檢測(cè)面?zhèn)壬?，可形成電連接至 載流子捕獲部的載流子捕獲區(qū)域的第一電極，和電連接至高濃度雜質(zhì) 半導(dǎo)體區(qū)域的第二電極，使得第一電極和第二電極在彼此電絕緣的同 時(shí)分別連接于基準(zhǔn)電位。在此情況下，載流子捕獲區(qū)域和高濃度雜質(zhì) 半導(dǎo)體區(qū)域在半導(dǎo)體光電探測(cè)器內(nèi)部電分離。這防止了載流子捕獲區(qū) 域側(cè)的電位波動(dòng)，允許抑制由于光電二極管與載流子捕獲區(qū)域之間的 電位差而引起的電流流入。結(jié)果，來(lái)自光電二極管的輸出信號(hào)不容易 受到電的影響，由此可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信號(hào)輸出。
優(yōu)選地，半導(dǎo)體基板為第一導(dǎo)電類型，而多個(gè)光電二極管和一個(gè) 或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域各包括第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域和半導(dǎo) 體基板。優(yōu)選地，高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)榈谝粚?dǎo)電類型，如半導(dǎo)體 基板一樣。
在其中排列有分別包括pn結(jié)的一個(gè)或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域的載流子捕獲部的構(gòu)造中，構(gòu)成載流子捕獲部的載流子捕獲區(qū)域的區(qū)域?qū)挾葁 優(yōu)選地不小于l拜。載流子捕獲區(qū)域的區(qū)域長(zhǎng)度L優(yōu)選地不小于1 Kim。 如上所述，具有這樣的區(qū)域圖案的載流子捕獲部允許有利地確保各光 電二極管中所需的光敏度，同時(shí)抑制光電二極管之間串?dāng)_的生成。
在載流子捕獲部中，載流子捕獲區(qū)域優(yōu)選地間隔排列，使得在兩 個(gè)鄰近的載流子捕獲區(qū)域之間耗盡層不產(chǎn)生接觸。另外，在載流子捕 獲部中，載流子捕獲區(qū)域優(yōu)選地以以下方式形成，即在光電二極管的 外圍的所有點(diǎn)上，從相應(yīng)的光電二極管到載流子捕獲區(qū)域的距離小于 到鄰近的光電二極管的距離。如上所述，這樣的構(gòu)造允許有利地確保 各光電二極管中所需的光敏度，同時(shí)抑制光電二極管之間串?dāng)_的生成。
在根據(jù)以上實(shí)施例的輻射檢測(cè)裝置中，可以使用包括具有上述構(gòu) 造的半導(dǎo)體光電探測(cè)器和置于半導(dǎo)體基板的入射面?zhèn)鹊捻憫?yīng)于入射在 其上的輻射而發(fā)光的閃爍體的構(gòu)造。如上所述，在這樣的輻射檢測(cè)裝 置中，使用具有上述構(gòu)造的光電檢測(cè)元件作為半導(dǎo)體光電探測(cè)器允許 有利地抑制光電二極管之間串?dāng)_的發(fā)生。由此，即使當(dāng)一定的光電二 極管由于連接點(diǎn)的破損而陷入電浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)，也可抑制載流子流入鄰 近的光電二極管。結(jié)果可獲得高分辨率。
工業(yè)適用性
本發(fā)明可提供能夠有利地抑制串?dāng)_發(fā)生的半導(dǎo)體光電探測(cè)器和輻 射檢測(cè)裝置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光電探測(cè)器，包括半導(dǎo)體基板，其一面為被檢測(cè)光的入射面；在與所述半導(dǎo)體基板的所述入射面相反的檢測(cè)面?zhèn)刃纬傻亩鄠€(gè)pn結(jié)型光電二極管；以及在所述半導(dǎo)體基板的所述檢測(cè)面?zhèn)?，在所述多個(gè)光電二極管中的鄰近的光電二極管之間形成的載流子捕獲部，其中所述載流子捕獲部具有間隔排列的、分別包括pn結(jié)的一個(gè)或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中在從所述檢測(cè)面 側(cè)觀察時(shí)，所述載流子捕獲部形成為使得所述多個(gè)光電二極管中的至 少一個(gè)光電二極管由間隔排列的所述多個(gè)載流子捕獲區(qū)域圍繞。
3. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中在所述半導(dǎo)體基板的所述檢測(cè)面?zhèn)?，在所述載流子捕獲部與所述光電二極管之間，形 成具有與所述半導(dǎo)體基板相同的導(dǎo)電類型的高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中在從所述檢測(cè)面 側(cè)觀察時(shí)，所述高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域形成為圍繞所述多個(gè)光電二極 管中的至少一個(gè)光電二極管。
5. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中在所述半導(dǎo)體基 板的所述檢測(cè)面?zhèn)刃纬呻姌O，所述電極電連接至所述載流子捕獲部的 所述載流子捕獲區(qū)域，并連接至所述高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域，并且其 中所述電極連接于基準(zhǔn)電位。
6. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中在所述半導(dǎo)體基 板的所述檢測(cè)面?zhèn)?，形成電連接至所述載流子捕獲部的所述載流子捕 獲區(qū)域的第一電極，和電連接至所述高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域的第二電極，并且其中所述第一電極和所述第二電極在彼此電絕緣的同時(shí)分別連接于基 準(zhǔn)電位。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中所述半導(dǎo)體基板 為第一導(dǎo)電類型，并且所述多個(gè)光電二極管和所述一個(gè)或多個(gè)載流子 捕獲區(qū)域各自包括第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域和所述半導(dǎo)體基 板。
8. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中所述半導(dǎo)體基板 和所述高濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)榈谝粚?dǎo)電類型，并且所述多個(gè)光電二 極管和所述一個(gè)或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域各自包括第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì) 半導(dǎo)體區(qū)域和所述半導(dǎo)體基板。
9. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中構(gòu)成所述載流子 捕獲部的所述載流子捕獲區(qū)域的區(qū)域?qū)挾葁為至少1 pm。
10. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中構(gòu)成所述載流 子捕獲部的所述載流子捕獲區(qū)域的區(qū)域長(zhǎng)度L為至少1 Mm。
11. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中所述載流子捕 獲部中的所述載流子捕獲區(qū)域間隔排列，使得在兩個(gè)鄰近的載流子捕 獲區(qū)域之間耗盡層不產(chǎn)生接觸。
12. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其中所述載流子捕 獲部中的所述載流子捕獲區(qū)域形成為使得，在所述光電二極管的外圍 的所有點(diǎn)上，從相應(yīng)的光電二極管到載流子捕獲區(qū)域的距離小于到鄰 近的光電二極管的距離。
13. —種輻射檢測(cè)裝置，包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電探測(cè)器；和 置于半導(dǎo)體基板的入射面?zhèn)鹊捻憫?yīng)于入射在其上的輻射而發(fā)光的閃爍體。
全文摘要
一種光電二極管陣列PD1，包括n型半導(dǎo)體基板，其一面為被檢測(cè)光的入射面；在與半導(dǎo)體基板的入射面相反的檢測(cè)面?zhèn)刃纬傻淖鳛楣怆姸O管的多個(gè)pn結(jié)型光敏區(qū)域(3)；以及在半導(dǎo)體基板的檢測(cè)面?zhèn)?、在多個(gè)光敏區(qū)域(3)中的鄰近的光敏區(qū)域(3)之間形成的載流子捕獲部(12)。載流子捕獲部(12)具有間隔排列的分別包括pn結(jié)的一個(gè)或多個(gè)載流子捕獲區(qū)域(13)。由此可實(shí)現(xiàn)能夠降低串?dāng)_的半導(dǎo)體光電探測(cè)器和輻射檢測(cè)裝置。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101563779SQ200780047270
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者佐原正哲, 山中辰己, 藤原秀紀(jì) 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社