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：
本發明涉及光電二極管陣列及其制造方法、以及放射線檢測器。
背景技術：
作為此種光電二極管陣列，目前已知的是，利用將光入射面側和背面側進行連接的貫通布線(電極)、把來自光電二極管陣列的輸出信號與背面側進行電連接的類型的表面入射型光電二極管陣列(例如，參照日本國專利公開2001-318155號公報)。此公報所揭示的光電二極管陣列，如圖17所示，用于取出信號的布線152從形成有作為光電變換部的本體的光電二極管144a、144b、144c、…144n的各個擴散層151而形成在光電二極管陣列144的表面，該布線152以連接于貫通Si布線基板153的表背的貫通布線154的方式延設著。另外，在光電二極管144的背面側形成有連接于貫通布線154的凸塊155，在布線152、貫通布線154和Si布線基板153之間由氧化硅膜的絕緣膜156a、156b、156c所絕緣。
但是，為了封裝上述的光電二極管陣列例如CT用光電二極管陣列，作為吸附芯片的夾套，雖然可使用平夾套和角錐夾套，但是通常在進行倒裝式接合的情況下使用平夾套。CT用光電二極管陣列，芯片面積大(例如，1邊為20mm的矩形狀)，如圖16B所示，當在使用通常的安裝架中所使用的角錐夾套161時，因芯片162和角錐夾套161的間隙163而產生翹曲，因該翹曲造成位置偏差而具有封裝精度降低之慮。另外，在進行倒裝式接合之際需要加熱及加壓，但以角錐夾套161而言，熱傳導的效率不佳，而且，因所受壓力也具有損傷芯片邊緣之慮，角錐夾套161并不適于薄的芯片。基于此種理由，在進行倒裝式接合的情況下，如圖16A所示，一邊以與芯片面作面接觸的平夾套160吸附芯片162，一邊由熱塊164對該芯片162施加熱和壓力。
然而，當使用平夾套160時，芯片162的芯片面全體與平夾套160接觸。在此芯片162中，與平夾套160接觸的芯片面是光檢測部、即形成有用來構成光電二極管陣列的雜質擴散層的光入射面。此成為光入射面的芯片面全體在與平夾套160接觸而受到加壓及加熱時，光檢測部自身遭受到物理的損傷(damage)。如此一來，光檢測部亦招致因表面損傷所造成的外觀不良或特性劣化(暗電流或雜音增加等等)。
發明內容
于是，為了解決上述課題，本發明的目的在于提供一種可防止封裝時因光電二極管陣列的損傷所引起的特性劣化的光電二極管陣列及其制造方法以及放射線檢測器。
為了達到上述目的，本發明的光電二極管陣列的特征在于，具備在被檢測光的入射面側以陣列狀形成多個光電二極管的半導體基板，半導體基板的貫通入射面側和其背面側的貫通布線針對光電二極管來形成，并且在半導體基板的入射面側，設置至少覆蓋形成有光電二極管的區域并且透過被檢測光的樹脂膜。
此光電二極管陣列是，因為樹脂膜介在于形成有光電二極管的區域和在封裝時所使用的平夾套之間，所以光電二極管不與在封裝時所使用的平夾套直接接觸而受樹脂膜所保護，不會受到由加壓所產生的應力或由加熱所產生的應力。
上述光電二極管陣列是，將上述樹脂膜設置在半導體基板的整個入射面側為優選。此光電二極管陣列，可利用樹脂膜而將各光電二極管的形成區域全體確實地覆蓋，而且能容易地制造。
另外，在上述光電二極管陣列中，在半導體基板，在相鄰的光電二極管之間，設置用于分離各光電二極管的雜質區域(分離層)即可。這些光電二極管陣列，因分離層而抑制表面泄漏，所以相鄰的光電二極管彼此被確實地電氣分離。
其次，本發明提供一種光電二極管陣列的制造方法，包括在由第1導電型的半導體構成的半導體基板上形成貫通該半導體基板的兩側表面的貫通布線的第1工序；對于該半導體基板的單側表面，向規定的區域添加雜質以形成多個第2導電型的雜質擴散層，將由各雜質擴散層和該半導體基板而成的多個光電二極管進行排列并設置成陣列狀的第2工序；和，在該半導體基板的單側表面側設置至少覆蓋形成有光電二極管的區域并且透過被檢測光的樹脂膜的第3工序。
根據此光電二極管陣列的制造方法，可在半導體基板的入射面側，設置用來覆蓋光電二極管的形成區域的樹脂膜，以制造光電二極管陣列。
在上述光電二極管陣列的制造方法中，上述第1工序可以包括在該半導體基板上形成多個穴部的工序；在包含有該各穴部的該半導體基板的至少單側表面形成導電性覆膜的工序；和，研磨半導體基板以除去該導電性覆膜的工序。
這些光電二極管陣列的制造方法，可以還包括在上述第1工序之后，在相鄰的添加雜質的區域之間添加其它雜質以設置第1導電型的雜質區域的工序。根據此制造方法，可獲得相鄰的各光電二極管被確實地分離的光電二極管陣列。
而且，本發明提供一種放射線檢測器，包括上述任一光電二極管陣列；和，安裝在光電二極管陣列的被檢測光的入射面側、并且因入射的放射線而發光的閃爍面板。
另外，提供一種放射線檢測器，包括由上述任一制造方法所制造的光電二極管陣列；和，安裝在光電二極管陣列的設置了上述樹脂膜一側、因入射的放射線而發光的閃爍面板。
這些放射線檢測器因為具備上述光電二極管陣列，所以形成在該光入射面的光電二極管因為受到樹脂膜的保護而不會在封裝時因加壓或加熱而受損傷，可防止因它們而產生的雜音或暗電流增加等所造成的特性劣化。
圖1是示意性地表示將實施方式的光電二極管陣列的主要部分進行放大的剖面圖。
圖2是表示構成光電二極管陣列的半導體芯片的側面圖及將其主要部分放大的剖面圖。
圖3是表示實施方式的光電二極管陣列的制造工序中途的過程的主要部分放大剖面圖。
圖4是表示圖3的后續工序的主要部分放大剖面圖。
圖5是表示圖4的后續工序的主要部分放大剖面圖。
圖6是表示圖5的后續工序的主要部分放大剖面圖。
圖7是表示圖6的后續工序的主要部分放大剖面圖。
圖8是表示圖7的后續工序的主要部分放大剖面圖。
圖9是表示圖8的后續工序的主要部分放大剖面圖。
圖10是表示圖9的后續工序的主要部分放大剖面圖。
圖11是示意性地表示將實施方式的其它光電二極管陣列主要部分進行放大的剖面圖。
圖12是示意性地表示將實施方式的另外光電二極管陣列主要部分進行放大的剖面圖。
圖13是示意性地表示將實施方式的另外光電二極管陣列主要部分進行放大的剖面圖。
圖14是示意性地表示將具有欠缺部的透明樹脂膜的光電二極管陣列的主要部分進行放大的剖面圖。
圖15是示意性地表示將具有實施方式的光電二極管陣列的放射線檢測器的主要部分進行放大的剖面示意圖。
圖16A是示意性地表示由夾套吸附半導體芯片的狀態、是表示利用平夾套進行吸附的狀態的剖面圖。
圖16B是示意性地表示由夾套吸附半導體芯片的狀態、是表示利用角錐夾套進行吸附的狀態的剖面圖。
圖17是表示現有技術的光電二極管陣列的剖面圖。
具體實施例方式
以下，對本發明的實施方式加以說明。此外，同一要素使用同一符號，省略重復的說明。
圖1是示意性地表示本發明實施方式的光電二極管陣列1的剖面圖。此外，在以下的說明中，把光L的入射面設為表面，其相反側的面設為背面。在以下的各圖中，為了圖示的便利性，尺寸可適當地變更。
光電二極管陣列1是，依pn結的多個光電二極管4以縱橫有規則的陣列狀進行2維排列，其一個一個的光電二極管4具有作為光電二極管陣列1的一像素的機能，整體構成一個光檢測部。
光電二極管陣列1具有厚度為150～500μm(優選為400μm)左右且雜質濃度為1×1012～1015/cm3左右的n型(第1導電型)硅基板3。n型硅基板3的表面及背面形成由厚度0.05～1μm(優選為0.1μm)左右的SiO2所成的鈍化膜2。另外，在光電二極管陣列1的表面側，雜質濃度為1×1015～1020/cm3且膜厚為0.05～20μm左右(優選為0.2μm)的p型(第2導電型)雜質擴散層5以縱橫的有規律的陣列狀進行2維排列。由該各p型雜質擴散層5和n型硅基板3而成的pn結構成光電二極管4。
其次，各p型雜質擴散層5所存在的區域是形成光電二極管4的區域(形成區域)，其以外的區域成為未形成光電二極管的非形成區域，在其表面側，至少可覆蓋光電二極管4的形成區域全體的透明樹脂膜6設置在表面側全體。
此透明樹脂膜6成為由光電二極管4全體所成的光檢測部的保護膜、且配置在入射面側，所以，由使光電二極管陣列4所檢測的光(被檢測光，例如，后述的閃爍面板31所發生的熒光)透過且對該被檢測光為光學上透明的光透過性的樹脂、例如環氧樹脂、聚酰亞胺、硅酮、氟、丙烯酸酯等或由以它們等為基材的復合材料所構成。
另外，透明樹脂膜6如同后面將述及，在倒裝式接合之際與平夾套直接接觸，因為被加壓且被加熱，所以優選具備可發揮用來保護各光電二極管4以緩沖此加壓及加熱的作為緩沖層的功能。在此情況下，例如熱膨脹系數為1×10-6～1×10-4/℃左右，作為彈性特性的彈性率為10～12000kg/cm2左右，熱傳導率為0.2～1.85W/mK，雜質離子不會因加熱而朝光電二極管4擴散，且具有可吸收至少來自后述的閃爍面板31的光的膜厚(1～50μm(優選為10μm)左右)者為優選。
此透明樹脂膜6若設置成至少可覆蓋光電二極管4的形成區域全體的范圍即可。若満足此條件，也可以用1個透明樹脂膜6覆蓋光電二極管4的形成區域全體，也可將透明樹脂膜6按各光電二極管4而個別地形成，在其非形成區域，形成一部分未形成的欠缺部6a(參照圖14)。然而，以簡易制造工序這點而言，將1個透明樹脂膜6設置在表面側全體是優選(針對此點將在后面詳述)。
另外，光電二極管陣列1的光電二極管4各自具有貫通布線8。各貫通布線8由將n型硅基板3的表面側和背面側貫通且形成為直徑10μm～100μm左右(優選為50μm左右)、且磷的濃度為1×1015～1020/cm3左右的多晶硅所成，其表面側通過由鋁所成的電極布線9(膜厚為1μm左右)而與p型雜質擴散層5電連接，背面側通過由同為鋁所成的電極襯墊10(膜厚為0.05μm～5μm，優選為1μm左右)而被電連接。焊錫的凸塊電極12經由Ni-Au所成的凸點底層金屬(UBM)11而被連接至其各電極襯墊10。各貫通布線8設置在未形成有光電二極管4的非形成區域，但也可設置在除其以外的部分。
而且，圖示的光電二極管陣列1是，在p型雜質擴散層5彼此之間，即，在相鄰的光電二極管4、4之間，將n+型雜質區域(分離層)7設置為深度0.5～6μm左右。此n+型雜質區域(分離層)7具有將相鄰的光電二極管4、4進行電氣分離的功能，通過此設置，相鄰的光電二極管4、4被確實地電氣分離，可減低光電二極管4彼此的串音。然而，即使光電二極管陣列1未設置此n+型雜質區域7，也具有實用上充分可容許的程度的光檢測特性。
圖2表示構成光電二極管陣列1的半導體芯片30的側面圖及將其主要部分放大表示的剖面圖。如圖2所示，半導體芯片30的寬度W1為22.4mm左右，厚度D為約0.3mm的極薄的板狀，具有多數個上述的光電二極管4(例如16×16個的2維配置)，相鄰的像素間的間距W2為1.4mm左右的大面積(例如22.4mm×22.4mm)的芯片。
并且，如以上那樣構成的光電二極管陣列1是，當光L從表面側入射時，其被檢測光L在透過透明樹脂膜6之后，向各p型雜質擴散層5入射，各光電二極管4生成對應其入射光的載流子。因生成的載流子所產生的光電流經由連接至各p型雜質擴散層5的電極布線9及貫通布線8，再經由背面側的各電極襯墊10和UBM11而從凸塊電極12被取出。通過來自此凸塊電極12的輸出以進行入射光的檢測。
如同上述，光電二極管陣列1是，可覆蓋光電二極管4的形成區域全體的透明樹脂膜6設置在表面側。因此，在將半導體芯片30吸附于平夾套上而進行倒裝式接合時，此透明樹脂膜6與平夾套接觸，以介在于平夾套和光電二極管4的形成區域之間的的形狀進行配置。由此，構成光檢測部的光電二極管4的形成區域受此透明樹脂膜6所保護，不會與平夾套直接接觸。因此，光電二極管陣列1的光檢測部因為不直接承受因加壓或加熱所產生的應力，所以光檢測部自身不會受到物理性的損傷(damage)，可抑制起因于那樣的損傷的雜音或暗電流等的發生。因此，光電二極管陣列1可進行高精度(S/N比高)的光檢測。另外，因為透明樹脂膜6可發揮作為能夠保護各光電二極管4的緩沖層的功能，所以也可吸收在吸附于平夾套之際的物理性沖撃，在這點上也具有效果。
另外，如同后面將述及，除了倒裝式接合以外，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，因為閃爍器不直接與光檢測部接觸，所以也可回避閃爍器在安裝時的損傷。
但是，上述的光電二極管陣列1也可為如下的構成。例如，如圖11所示，也使磷擴散于孔部15的側壁，也可將n+型雜質區域7設置在貫通布線8的周圍。如此一來，可將在形成孔部15(穴部14)之際來自損傷層不要的載流子予以捕捉，可抑制暗電流。此時的所要添加的磷的濃度為1×1015～1020/cm3左右，n+型雜質區域7的厚度(深度)為0.1～5μm左右就可以。
又如圖12所示，在孔部15內的氧化硅膜20之上也可設置膜厚為0.1～2μm左右的氮化硅膜26。如此一來，使得n型硅基板3與貫通布線8的絕緣確實而可減低動作不良。
而且，在背面側也摻雜磷且使之擴散，如圖13所示，也可設置n+型雜質區域7。在此情況下，可自背面取出陰極電極16。如此一來，成為不需設置用于陰極的貫通布線，所以涉及損傷的減低、暗電流的減低、以及不良率的減低。當然，根據需要而從形成于表面的n+型雜質區域7設置貫通布線而將作為陰極的電極取出于背面側也可以。
其次，針對本實施方式的光電二極管陣列1的制造方法，依據圖3～圖10加以說明。
首先，準備厚度為150～500μm(優選為400μm)左右的n型硅基板3。接著，如圖3所示，利用ICP-RIE，在n型硅基板3的表面(以下此面為表面，而相反側的面為背面)側，將直徑10μm～100μm(優選為50μm)左右的未貫通的穴部14，以n型硅基板3的厚度所對應的深度(例如100～350μm左右)，對應光電二極管4形成多個之后，在基板的表面及背面施予熱氧化以形成氧化硅膜(SiO2)20。各穴部14隨后形成有貫通布線8。氧化硅膜(SiO2)20實現后述的貫通布線8與n型硅基板3的電氣絕緣。
其次，如圖4所示，作為添加了雜質磷的導電性覆膜而言，在基板的表面和背面或僅在表面形成多晶硅膜21，同時在穴部14填入添加有其雜質而低電阻化的多晶硅。接著，如圖5所示，研磨基板的表面及背面，除去形成在表面和背面的多晶硅膜21，同時使埋入穴部14的多晶硅從表面和背面露出，在形成了貫通兩側表面的孔部15之后，將該埋設的多晶硅作為貫通布線8，再次在基板的表面及背面施行熱氧化以形成氧化硅膜22。此氧化硅膜22在后續的工序中被作為n+熱擴散的屏蔽膜來利用。
然后，針對n型硅基板3的表面側的氧化硅膜22，進行利用規定的光掩模的圖案化，僅在欲設置n+型雜質區域7的區域設置開口，從該被開口的部分(開口部)使磷擴散以設置n+型雜質區域7(在未設置n+型雜質區域7的情況下也可省略此工序(雜質區域形成工序))。其后，再次在基板的表面及背面施行熱氧化以形成氧化硅膜23(參照圖6)。此氧化硅膜23在后續的工序中被作為要形成p型雜質擴散層5之際的屏蔽膜來利用。
接著，針對氧化硅膜23，進行利用規定的光掩護罩的圖案化，僅在欲形成各p型雜質擴散層5的區域設置開口。接著從該開口部使硼擴散，將p型雜質擴散層5以2維排列形成縱橫的陣列狀。其后，再次在基板的表面及背面施行熱氧化以形成氧化硅膜24(參照圖7)。由此，依各p型雜質擴散層5和n型硅基板3的pn結的光電二極管4以2維排列形成縱橫的陣列狀，此光電二極管4成為對應于像素的部分。
而且，在形成有各貫通布線8的區域形成接觸孔(contacthole)。接著，針對于表面及背面分別將鋁金屬膜形成在全面之后，使用規定的光掩模進行圖案化，除去該金屬膜的不要的部分，分別在表面側形成電極布線9、在背面側形成電極襯墊10(參照圖8)。圖中顯示僅取出陽極的電極。在從表面取出陰極的電極的情況并未圖示，可從n+型雜質區域7經由電極布線9和貫通布線8而取出于背面。
其次，在n型硅基板3的表面側，涂布作為透明樹脂膜6的材料的環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、硅樹脂、氟樹脂、丙烯酸酯樹脂等或以它們為基材的復合材料的樹脂，利用旋涂法或絲網印刷法使其擴大至整個面且使之固化，設置透明樹脂膜6(參照圖9)。通過設置此透明樹脂膜6，構成光檢測部的光電二極管4的形成區域被保護。此外，在透明樹脂膜6上形成上述的欠缺部6a的情況下，從欠缺部6a的部分除去所涂布的樹脂即可，即便如此，光電二極管4的形成區域亦受到保護。
然后，在各電極襯墊10設置凸塊電極12，在作為該凸塊電極12而使用焊錫的情況下，因為焊錫對鋁的濕潤性較差，所以在各電極襯墊10形成用于居中調節各電極襯墊10與凸塊電極12的UBM11，而重疊于該UBM11上以形成凸塊電極12(參照圖10)。通過經由以上的工序，在不產生起因于封裝時的損傷所造成的雜音之下，可制造能進行高精度光檢測的光電二極管陣列1。
在此情況下，UBM11利用無電解電鍍、并使用Ni-Au來形成，但也可利用剝落法(1ift-offmethod)、并使用Ti-Pt-Au或Cr-Au來形成。另外，凸塊電極12是利用錫球搭載法或印刷法在規定的UBM11形成焊錫、再利用回焊而可獲得。此外，凸塊電極12并非局限于焊錫，可以是金凸塊、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。
其次，針對本發明的放射線檢測器的實施方式加以說明。圖15是本實施方式的放射線檢測器40的側剖面圖。此放射線檢測器40包括使放射線入射，再將依其放射線所產生的光從光射出面31a射出的閃爍面板31；和，把從閃爍面板31射出的光由光入射面入射、再變換成電信號的上述的光電二極管陣列1。此放射線檢測器40的特征是包括本發明的光電二極管陣列1。
閃爍面板31被安裝在光電二極管陣列1的表面側(入射面側)，光電二極管陣列1的表面側設置有上述的透明樹脂膜6。因此，閃爍面板31的背面、即光射出面31a與透明樹脂膜6接觸，但不直接與光電二極管4的形成區域接觸。另外，在閃爍面板31的光射出面31a和透明樹脂膜6之問充填了具有不使光透過特性劣化而考慮的折射率的光學樹脂35，依此光學樹脂35，則從閃爍面板31射出的光有效率地入射至光電二極管陣列1。此光學樹脂35可使用具有使閃爍面板31所射出的光透過的性質的環氧樹脂、丙烯酯酸樹脂、聚氨酯樹脂、硅樹脂、氟樹脂等，也可使用以它們為基材的復合材料。
其次，在將光電二極管陣列1接合至未圖示的封裝布線基板上之際用平夾套吸附表面。但是，因為光電二極管陣列1的表面設置有上述的透明樹脂膜6，所以平夾套的吸附面不直接與光檢測部接觸，且通過安裝了閃爍面板31，其光射出面31a也不與光電二極管4的形成區域直接接觸。因此，具有此種光電二極管陣列1和閃爍面板31的放射線檢測器40，因為可防止在封裝時的因光檢測部的損傷所產生的雜音或暗電流等等，所以可進行高精度的光檢測，也能進行精度佳的放射線檢測。
產業上的可利用性如以上詳述，根據本發明，在光電二極管陣列及其制造方法以及放射線檢測器中，可有效地防止因封裝時的光電二極管的損傷所造成的雜音或暗電流的發生。
權利要求
1.一種光電二極管陣列，其特征在于具備在被檢測光的入射面側以陣列狀形成多個光電二極管的半導體基板，所述半導體基板的貫通所述入射面側和其背面側的貫通布線針對所述光電二極管來形成，在所述半導體基板的入射面側，設置至少覆蓋形成有所述光電二極管的區域并且透過所述被檢測光的樹脂膜。
2.如權利要求1所述的光電二極管陣列，其特征在于將所述樹脂膜設置在所述半導體基板的入射面側全體。
3.如權利要求1或2所述的光電二極管陣列，其特征在于在所述半導體基板，在相鄰的所述各光電二極管之間設置將各光電二極管分離的雜質區域。
4.一種光電二極管陣列的制造方法，其特征在于，包括在由第1導電型的半導體構成的半導體基板上形成貫通該半導體基板的兩側表面的貫通布線的第1工序；對于所述半導體基板的單側表面，向規定的區域添加雜質以形成多個第2導電型的雜質擴散層，將由各雜質擴散層和所述半導體基板而成的多個光電二極管進行排列并設置成陣列狀的第2工序；和在所述半導體基板的所述單側表面側，設置至少覆蓋形成有所述光電二極管的區域并且透過被檢測光的樹脂膜的第3工序。
5.如權利要求4所述的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于所述第1工序包括在所述半導體基板上形成多個穴部的工序；在包含該各穴部的所述半導體基板的至少單側表面形成導電性覆膜的工序；和，研磨所述半導體基板以除去所述導電性覆膜的工序。
6.如權利要求4或5所述的光電二極管陣列的制造方法，其特征在于還包括在所述第1工序之后，在相鄰的添加所述雜質的區域之間添加其它雜質以設置第1導電型的雜質區域的工序。
7.一種放射線檢測器，其特征在于包括權利要求1～3中任一項所述的光電二極管陣列；和，安裝在該光電二極管陣列的所述被檢測光的入射面側并且因入射的放射線而發光的閃爍面板。
8.一種放射線檢測器，其特征在于包括利用權利要求4～6中任一項所述的制造方法所制造的光電二極管陣列；和，安裝在該光電二極管陣列的設置了所述樹脂膜一側并且因入射的放射線而發光的閃爍面板。
全文摘要
本發明提供一種光電二極管陣列及其制造方法以及放射線檢測器，其目的在于防止在封裝時因光檢測部的損傷而造成雜音的發生。本發明的光電二極管陣列，在n型硅基板(3)的被檢測光的入射面側，以陣列狀形成多個光電二極管(4)，且貫通入射面側和其背面側的貫通布線(8)針對光電二極管(4)來形成，其中在其入射面側，設置覆蓋光電二極管(4)的形成區域并且透過被檢測光的透明樹脂膜(6)，從而作成光電二極管陣列(1)。
文檔編號H01L23/12GK1759484SQ20048000653
公開日2006年4月12日 申請日期2004年3月10日 優先權日2003年3月10日
發明者柴山勝己 申請人:浜松光子學株式會社