DE112012004383T5 - Lichterfassungsvorrichtung - Google Patents

Lichterfassungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112012004383T5
DE112012004383T5 DE112012004383.9T DE112012004383T DE112012004383T5 DE 112012004383 T5 DE112012004383 T5 DE 112012004383T5 DE 112012004383 T DE112012004383 T DE 112012004383T DE 112012004383 T5 DE112012004383 T5 DE 112012004383T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
main surface
electrodes
semiconductor substrate
semiconductor
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE112012004383.9T
Other languages
English (en)
Inventor
c/o Hamamatsu Photonics K.K. Nagano Terumasa
c/o Hamamatsu Photonics K.K. Hosokawa Noburo
c/o Hamamatsu Photonics K.K. Suzuki Tomofumi
c/o Hamamatsu Photonics K.K. Baba Takashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of DE112012004383T5 publication Critical patent/DE112012004383T5/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76898—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics formed through a semiconductor substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/20—Resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
    • H01L31/02005—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02322—Optical elements or arrangements associated with the device comprising luminescent members, e.g. fluorescent sheets upon the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11—Manufacturing methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

Ein Halbleiter-Lichterfassungselement (10) hat eine Vielzahl von Kanälen, von denen jeder zusammengesetzt ist aus einer Photodiodengruppierung (PDA) mit einer Vielzahl von Avalanche-Photodioden (APD), die in einem Geiger-Modus arbeiten, Quenching-Widerständen (R1), die in Reihe mit den jeweiligen Avalanche-Photodioden (APD) geschaltet sind, und Signalleitungen (TL), mit denen die Quenching-Widerstände (R1) parallel geschaltet sind. Ein Montagesubstrat (20) ist so ausgestaltet, dass eine Vielzahl von Elektroden (E9) entsprechend den jeweiligen Kanälen auf einer Seite einer Hauptoberfläche (20a) angeordnet ist, und so dass eine Signalverarbeitungseinheit (SP) zum Verarbeiten von Ausgangssignalen von den jeweiligen Kanälen auf einer Seite einer Hauptoberfläche (20b) angeordnet ist. In einem Halbleitersubstrat (1N) sind elektrisch mit den Signalleitungen (TL) verbundene Durchgangslochelektroden (TE) für die jeweiligen Kanäle gebildet. Die Durchgangslochelektroden (TE) und die Elektroden (E9) sind elektrisch durch Bump-Elektroden (BE) verbunden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichterfassungsvorrichtung.
  • Hintergrund der Technik
  • Es gibt eine bekannte Photodiodengruppierung (Halbleiter-Lichterfassungselement) mit einer Vielzahl von Avalanche-Photodioden, die im Geiger-Modus arbeiten, und Quenching-Widerständen, die in Reihe mit den jeweiligen Avalanche-Photodioden geschaltet sind (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). In dieser Photodiodengruppierung wird, wenn eine ein Pixel bildende Avalanche-Photodiode ein Photon erfasst, um eine Geiger-Entladung zu induzieren, ein gepulstes Signal durch eine Aktion des mit der Avalanche-Photodiode verbundenen Quenching-Widerstands erhalten. Jede Avalanche-Photodiode zählt ein Photon. Aus diesem Grund können wir mit einem Eintritt vielfacher Photonen zu demselben Zeitpunkt auch die Anzahl einfallender Photonen gemäß einem Ausgangsladungsausmaß oder einer Signalintensität sämtlicher Ausgangsimpulse herausfinden.
  • Zitierungsliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: Veröffentlichung der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-003739
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Manche Lichterfassungsvorrichtungen sind konstruiert mit Verwendung eines Halbleiter-Lichterfassungselementes mit vielfachen Kanälen, wobei jeder Kanal aus der zuvor erwähnten Photodiodengruppierung besteht, um die Anforderungen für eine Realisierung einer größeren Fläche zu erfüllen. In dem Fall, dass das Halbleiter-Lichterfassungselement die vielfachen Kanäle hat, können die Distanzen von Zusammenschaltungen zum Lenken von von den jeweiligen Kanälen ausgegebenen Signalen (die hier im Nachfolgenden als ”Zusammenschaltungsdistanzen” bezeichnet werden) unter den Kanälen unterschiedlich sein. Die unterschiedlichen Zusammenschaltungsdistanzen unter den Kanälen führen zu unterschiedlichen Zeitauflösungen unter den Kanälen aufgrund eines Einflusses von Widerständen und Kapazitäten der Zusammenschaltungen.
  • Zum Gleichmachen der Zeitauflösungen unter den Kanälen ist es erforderlich, die Zusammenschaltungsdistanzen der jeweiligen Kanäle in Übereinstimmung mit dem Kanal festzulegen, der die längste Zusammenschaltungsdistanz hat. In diesem Fall werden jedoch die Zusammenschaltungsdistanzen der jeweiligen Kanäle relativ lang, was eine Verbesserung in der Zeitauflösung begrenzt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichterfassungsvorrichtung bereitzustellen, die fähig ist zum Erzielen einer weiteren Verbesserung in der Zeitauflösung, während eines Anbietens einer größeren Fläche.
  • Lösung des Problems
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Lichterfassungsvorrichtung bereit mit: einem Halbleiter-Lichterfassungselement, das ein Halbleitersubstrat mit zueinander gegenüberliegenden ersten und zweiten Hauptoberflächen hat; und einem Montagesubstrat, das angeordnet ist als gegenüberliegend zu dem Halbleiter-Lichterfassungselement, und das eine zu der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats gegenüberliegende dritte Hauptoberfläche und eine zu der dritten Hauptoberfläche gegenüberliegende vierte Hauptoberfläche hat, wobei das Halbleiter-Lichterfassungselement eine Vielzahl von Kanälen hat, wobei jeder Kanal zusammengesetzt ist aus einer Photodiodengruppierung mit einer Vielzahl von Avalanche-Photodioden, die in einem Geiger-Modus arbeiten und in dem Halbleitersubstrat gebildet sind, Quenching-Widerständen, die in Reihe mit den jeweiligen Avalanche-Photodioden geschaltet sind und auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet sind, und Signalleitungen, mit denen die Quenching-Widerstände parallel geschaltet sind, und die auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet sind, wobei das Montagesubstrat ausgestaltet ist, so dass eine Vielzahl erster Elektroden, die den jeweiligen Kanälen entsprechen, auf der dritten Hauptoberflächenseite angeordnet ist, und so dass eine Signalverarbeitungseinheit, die elektrisch mit der Vielzahl erster Elektroden verbunden ist und ausgestaltet ist zum Verarbeiten von Ausgangssignalen von den jeweiligen Kanälen, auf der vierten Hauptoberflächenseite angeordnet ist, wobei in dem Halbleitersubstrat Durchgangslochelektroden, die elektrisch mit den Signalleitungen verbunden sind und von der ersten Hauptoberflächenseite zu der zweiten Hauptoberflächenseite durchdringen, für die jeweiligen Kanäle gebildet sind, und wobei die Durchgangslochelektroden und die ersten Elektroden, die den Durchgangslochelektroden entsprechen, elektrisch durch Bump-Elektroden verbunden sind.
  • In der vorliegenden Erfindung hat das Halbleiter-Lichterfassungselement die Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal aus der vorhergehenden Photodiodengruppierung besteht. Die Ausgestaltung realisiert die in einer größeren Fläche konstruierte Lichterfassungsvorrichtung.
  • In der vorliegenden Erfindung sind die Durchgangslochelektroden, die elektrisch mit den Signalleitungen verbunden sind und von der ersten Hauptoberflächenseite zu der zweiten Hauptoberflächenseite durchdringen, für die jeweiligen Kanäle in dem Halbleitersubstrat des Halbleiter-Lichterfassungselements gebildet, und die Durchgangslochelektroden des Halbleiter-Lichterfassungselements und die ersten Elektroden des Montagesubstrats sind elektrisch verbunden durch die Bump-Elektroden. Diese Ausgestaltung erlaubt es, dass die Zusammenschaltungsdistanzen der jeweiligen Kanäle extrem kurz festgelegt werden, und ermöglicht, dass deren Werte ohne signifikante Variation gleichgemacht werden. Deshalb unterdrückt sie den Einfluss von Widerständen und Kapazitäten der Zusammenschaltungen beträchtlich und erreicht somit eine Verbesserung in der Zeitauflösung.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die Lichterfassungsvorrichtung ferner ein Glassubstrat umfassen, das auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist und eine zu der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats gegenüberliegende fünfte Hauptoberfläche und eine zu der fünften Hauptoberfläche gegenüberliegende sechste Hauptoberfläche hat, und eine Seitenoberfläche des Halbleitersubstrats und eine Seitenoberfläche des Glassubstrats können miteinander bündig sein. In diesem Fall verbessert das Glassubstrat die mechanische Stärke des Halbleitersubstrats. Da die Seitenoberfläche des Halbleitersubstrats und die Seitenoberfläche des Glassubstrats miteinander bündig sind, reduziert diese Ausgestaltung den Totraum.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die sechste Hauptoberfläche des Glassubstrats flach sein. In diesem Fall ist es extrem einfach, eine Installation eines Szintillators auf das Glassubstrat durchzuführen.
  • In der vorliegenden Erfindung können die Durchgangslochelektroden sich in Zentralregionen der jeweiligen Kanäle befinden. In diesem Fall sind die Zusammenschaltungsdistanzen von den Avalanche-Photodioden zu den Durchgangslochelektroden in jedem Kanal kurz festgelegt.
  • In der vorliegenden Erfindung können die Durchgangslochelektroden sich in Regionen zwischen den Kanälen befinden. In diesem Fall ist es erreichbar, eine Reduzierung im Füllfaktor in jedem Kanal zu vermeiden.
  • In der vorliegenden Erfindung kann das Halbleiter-Lichterfassungselement ferner zweite Elektroden enthalten, die auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet sind und die Signalleitungen und die Durchgangslochelektroden verbinden. In diesem Fall sind die Signalleitungen und die Durchgangslochelektroden mit Gewissheit elektrisch verbunden.
  • Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt die Lichterfassungsvorrichtung bereit, die fähig ist zum Erreichen einer weiteren Verbesserung in der Zeitauflösung, während sie eine größere Fläche anbietet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine Lichterfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Zeichnung zum Erläutern einer Querschnittsausgestaltung der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 3 ist eine schematische Draufsicht eines Halbleiter-Lichterfassungselementes.
  • 4 ist eine schematische Draufsicht des Halbleiter-Lichterfassungselementes.
  • 5 ist eine schematische Draufsicht einer Photodiodengruppierung.
  • 6 ist ein Schaltkreisdiagramm der Lichterfassungsvorrichtung.
  • 7 ist eine schematische Draufsicht eines Montagesubstrats.
  • 8 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 9 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 10 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 11 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 12 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 13 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 14 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 15 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 16 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 17 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 18 ist eine schematische Draufsicht eines Halbleiter-Lichterfassungselementes.
  • 19 ist eine schematische Draufsicht einer Photodiodengruppierung.
  • 20 ist eine Zeichnung zum Erläutern einer Querschnittsausgestaltung einer Lichterfassungsvorrichtung gemäß einem Modifizierungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 21 ist eine schematische Draufsicht eines Halbleiter-Lichterfassungselementes.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden. In der Beschreibung werden dieselben Elemente oder Elemente mit derselben Funktionalität durch dieselben Bezugszeichen ohne eine redundante Beschreibung bezeichnet werden.
  • Eine Ausgestaltung der Lichterfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird mit Verweis auf 1 bis 7 beschrieben werden. 1 ist eine schematische Perspektivansicht, die die Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Zeichnung zum Erläutern einer Querschnittsausgestaltung der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 3 und 4 sind schematische Draufsichten eines Halbleiter-Lichterfassungselementes. 5 ist eine schematische Draufsicht einer Photodiodengruppierung. 6 ist ein Schaltkreisdiagramm der Lichterfassungsvorrichtung. 7 ist eine schematische Draufsicht eines Montagesubstrats.
  • Die Lichterfassungsvorrichtung 1, wie in 1 und 2 gezeigt, hat ein Halbleiter-Lichterfassungselement 10, ein Montagesubstrat 20 und ein Glassubstrat 30. Das Montagesubstrat 20 ist als gegenüberliegend zu dem Halbleiter-Lichterfassungselement 10 angeordnet. Das Glassubstrat 30 ist als gegenüberliegend zu dem Halbleiter-Lichterfassungselement 10 angeordnet. Das Halbleiter-Lichterfassungselement 10 ist zwischen dem Montagesubstrat und dem Glassubstrat 30 angeordnet.
  • Das Halbleiter-Lichterfassungselement 10, wie auch in 3 gezeigt, hat eine Vielzahl von Kanälen, von denen jedes aus einer Photodiodengruppierung PDA besteht; d. h. es hat eine Vielzahl von Photodiodengruppierungen PDA. Das Halbleiter-Lichterfassungselement 10 hat ein Halbleitersubstrat 1N einer rechteckigen Form in der Draufsicht. Das Halbleitersubstrat 1N enthält eine Hauptoberfläche 1Na und eine Hauptoberfläche 1Nb, die zueinander gegenüberliegend sind. Das Halbleitersubstrat 1N ist ein aus Si bestehendes Halbleitersubstrat vom N-Typ (erster Leitfähigkeitstyp).
  • Jede Photodiodengruppierung PDA enthält eine Vielzahl von Avalanche-Photodioden APD, die in dem Halbleitersubstrat 1N gebildet sind. In Reihe mit jeder Avalanche-Photodiode APD geschaltet, wie auch in 5 gezeigt, ist ein Quenching-Widerstand R1. Eine Avalanche-Photodiode APD bildet ein Pixel in jeder Photodiodengruppierung PDA. Während jede Avalanche-Photodiode APD in Reihe mit dem entsprechenden Quenching-Widerstand R1 geschaltet ist, sind sämtliche der Avalanche-Photodioden parallel geschaltet, und eine Sperrvorspannung wird daran von einer Energieversorgung angelegt. Ausgangsströme von den Avalanche-Photodioden APD werden durch eine unten beschriebene Signalverarbeitungseinheit SP erfasst.
  • Jede individuelle Avalanche-Photodiode APD hat eine erste Halbleiterregion vom P-Typ (zweiter Leitfähigkeitstyp) 1PA und eine zweite Halbleiterregion vom P-Typ (zweiter Leitfähigkeitstyp) 1PB. Die erste Halbleiterregion 1PA ist auf der Seite der Hauptoberfläche 1Na des Halbleitersubstrats 1N gebildet. Die zweite Halbleiterregion 1PB ist auf der ersten Halbleiterregion 1PA gebildet und hat eine höhere Störstellenkonzentration als die erste Halbleiterregion 1PA. Die planare Form der zweiten Halbleiterregion 1PB ist zum Beispiel eine vieleckige Form (Quadrat in der vorliegenden Ausführungsform). Die Tiefe der ersten Halbleiterregion 1PA ist größer als die der zweiten Halbleiterregion 1PB.
  • Das Halbleitersubstrat 1N hat Halbleiterregionen vom N-Typ (erster Leitfähigkeitstyp) 1PC. Die Halbleiterregionen 1PC sind auf der Seite der Hauptoberfläche 1Na des Halbleitersubstrats 1N gebildet. Die Halbleiterregionen 1PC verhindern, dass zwischen dem N-Typ-Halbleitersubstrat 1N und den ersten Halbleiterregionen vom P-Typ 1PA gebildete PN-Übergänge Durchgangslöchern TH ausgesetzt werden, in denen die unten beschriebenen Durchgangslochelektroden TE angeordnet sind. Die Halbleiterregionen 1PC sind bei Positionen gebildet, die den Durchgangslöchern TH (Durchgangslochelektroden TE) entsprechen.
  • Jede Avalanche-Photodiode APD, wie in 5 gezeigt, hat eine Elektrode E1. Jede Elektrode E1 ist auf der Seite der Hauptoberfläche 1Na des Halbleitersubstrats 1N angeordnet. Die Elektrode E1 ist elektrisch mit der zweiten Halbleiterregion 1PB verbunden. Jede Avalanche-Photodiode APD hat eine elektrisch mit dem Halbleitersubstrat 1N gezeigte Elektrode (nicht gezeigt). Diese Elektrode ist jeweils auf der Seite der Hauptoberfläche 1Nb des Halbleitersubstrats 1N angeordnet. Die erste Halbleiterregion 1PA ist elektrisch durch die zweite Halbleiterregion 1PB mit der Elektrode E1 verbunden.
  • Die Photodiodengruppierung PDA, wie in 5 gezeigt, hat Signalleitungen TL und eine Elektrode E3 angeordnet durch eine Isolierschicht L1 auf dem Halbleitersubstrat 1N außerhalb der zweiten Halbleiterregionen 1PB. Die Signalleitungen TL und die Elektrode E3 sind auf der Seite der Hauptoberfläche 1Na des Halbleitersubstrats 1N angeordnet. Die Elektrode E3 befindet sich in einer Zentralregion jedes Kanals (Photodiodengruppierung PDA).
  • Die Signalleitungen TL enthalten eine Vielzahl von Signalleitungen TL1 und eine Vielzahl von Signalleitungen TL2. Jede Signalleitung TL1 erstreckt sich in einer Y-Achse-Richtung zwischen benachbarten Avalanche-Photodioden APD in der Draufsicht. Jede Signalleitung TL2 erstreckt sich in einer X-Achse-Richtung zwischen benachbarten Avalanche-Photodioden APD und verbindet eine Vielzahl von Signalleitungen TL1 elektrisch miteinander. Die Signalleitungen TL2 sind mit der Elektrode E3 verbunden. Die Signalleitungen TL1 sind elektrisch durch die Signalleitungen TL2 mit der Elektrode E3 verbunden, mit Ausnahme derer, die direkt mit der Elektrode E3 verbunden sind.
  • Die Photodiodengruppierung PDA hat die Quenching-Widerstände R1 für die jeweiligen individuellen Avalanche-Photodioden APD. Jeder Quenching-Widerstand R1 ist durch die Isolierschicht L1 auf dem Halbleitersubstrat 1N außerhalb der zweiten Halbleiterregion 1PB angeordnet. Der Quenching-Widerstand R1 ist auf der Seite der Hauptoberfläche 1Na des Halbleitersubstrats 1N angeordnet. Der Quenching-Widerstand R1 hat ein Ende, das mit der Elektrode E1 verbunden ist, und das andere Ende, das mit der Signalleitung TL1 verbunden ist. 3 und 5 sind ohne Veranschaulichung der in 2 gezeigten Isolierschichten L1, L3 zur Klarheit der Struktur gezeichnet.
  • Jede Avalanche-Photodiode APD (eine Region unmittelbar unterhalb der ersten Halbleiterregion 1PA) ist durch den Quenching-Widerstand R1 mit der Signalleitung TL1 verbunden. Eine Vielzahl von Avalanche-Photodioden APD ist durch die jeweiligen Quenching-Widerstände R1 mit einer Signalleitung TL1 verbunden.
  • Die Isolierschicht L3 ist auf der Seite der Hauptoberfläche 1Na des Halbleitersubstrats 1N angeordnet. Die Isolierschicht L3 ist gebildet, um die Elektroden E1, E3, Quenching-Widerstände R1 und Signalleitungen TL abzudecken.
  • Jede Photodiodengruppierung PDA enthält eine Durchgangslochelektrode TE. Die Durchgangslochelektroden sind für die jeweiligen individuellen Photodiodengruppierungen PDA bereitgestellt, d. h. für die jeweiligen individuellen Kanäle. Die Durchgangslochelektroden TE sind gebildet, um das Halbleitersubstrat 1N von der Seite der Hauptoberfläche 1Na zu der Seite der Hauptoberfläche 1Nb zu durchzudringen. Die Durchgangslochelektroden TE sind in den Durchgangslöchern TH angeordnet, die das Halbleitersubstrat 1N durchdringen. Eine Isolierschicht L2 ist außerdem in den Durchgangslöchern TH gebildet. Deshalb sind die Durchgangslochelektroden TE durch die Isolierschicht L2 in den Durchgangslöchern TH angeordnet.
  • Die Durchgangslochelektrode TE hat ein mit der Elektrode E3 verbundenes Ende. Die Elektrode E3 verbindet die Signalleitungen TL und die Durchgangslochelektrode TE. Die Quenching-Widerstände R1 sind elektrisch durch die Signalleitungen TL und die Elektrode E3 mit der Durchgangslochelektrode TE verbunden.
  • Die Quenching-Widerstände R1 haben die Widerstandsgröße größer als die der Elektroden E1, mit denen die Quenching-Widerstände R1 verbunden sind. Die Quenching-Widerstände R1 sind beispielsweise aus Polysilizium zusammengesetzt. Ein anwendbares Verfahren zum Bilden der Quenching-Widerstände R1 ist ein CVD-(Chemical Vapor Deposition, Chemische Dampfablagerung)Prozess.
  • Die Elektroden E1, E3 und die Durchgangslochelektroden TE sind aus einem Metall, so wie Aluminium, zusammengesetzt. Wenn das Halbleitersubstrat aus Si hergestellt ist, ist ein häufig verwendetes Elektrodenmaterial AuGe/Ni, als auch Aluminium. Ein anwendbares Verfahren zum Bilden der Elektroden E1, E3 und der Durchgangslochelektroden TE ist ein Zerstäubungsprozess (Sputtering-Prozess).
  • Eine in dem Fall einer Verwendung von Si zu verwendende P-Typ-Störstelle ist ein Gruppe 3 Element, so wie B, und eine in demselben Fall zu verwendende N-Typ-Störstelle ist ein Gruppe 5 Element, so wie N, P oder As. Falls das Halbleiter-Lichterfassungselement konstruiert ist durch miteinander Vertauschen der N-Typ und P-Typ Halbleiter-Leitfähigkeitstypen miteinander, kann das Element auch gut funktionieren. Ein anwendbares Verfahren zum Hinzufügen dieser Störstellen ist ein Diffusionsprozess oder ein Ionenimplantationsprozess.
  • Ein für die Isolierschichten L1, L2, L3 verfügbares Material ist SiO2 oder SiN. Ein anwendbares Verfahren zum Bilden der Isolierschichten L1, L2, L3 in dem Fall, dass die Isolierschichten L1, L2, L3 aus SiO2 hergestellt sind, ist ein thermischer Oxidationsprozess oder ein Zerstäubungsprozess.
  • In dem Fall der oben beschriebenen Struktur sind die PN-Übergänge zwischen dem N-Typ-Halbleitersubstrat 1N und den ersten Halbleiterregionen vom P-Typ 1PA gebildet, wodurch die Avalanche-Photodioden APD gebildet sind. Das Halbleitersubstrat 1N ist elektrisch mit der Elektrode (nicht gezeigt) verbunden, die auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats 1N gebildet ist, und die ersten Halbleiterregionen 1PA sind durch die zweiten Halbleiterregionen 1PB mit den Elektroden E1 verbunden. Der Quenching-Widerstand R1 ist in Reihe mit der Avalanche-Photodiode APD geschaltet (siehe 6).
  • In der Photodiodengruppierung PDA werden die individuellen Avalanche-Photodioden APD dazu gebracht, um im Geiger-Modus zu arbeiten. Im Geiger-Modus wird eine Rückwärtsspannung (Sperrvorspannung) größer als die Durchbruchspannung der Avalanche-Photodioden APD zwischen Anoden und Kathoden der Avalanche-Photodioden APD angelegt. Ein (–) Potenzial V1 wird an die Anoden angelegt, und ein (+) Potenzial V2 wird an die Kathoden angelegt. Die Polaritäten der Potenziale sind relative, von denen eines das Massepotenzial sein kann.
  • Die Anoden sind die ersten Halbleiterregionen vom P-Typ 1PA, während die Kathoden das N-Typ-Halbleitersubstrat 1N sind. Wenn Licht (Photon) in die Avalanche-Photodiode APD eintritt, wird eine photoelektrische Umwandlung innerhalb des Substrats zum Erzeugen von Photoelektronen bewirkt. Eine Lawinenvervielfachung wird in einer Region um die PN-Übergangsschnittstelle der ersten Halbleiterregion 1PA herum bewirkt, und eine Gruppe vervielfachter Elektronen fließt in Richtung der auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 1N gebildeten Elektrode. Mit einem Eintritt von Licht (Photon) in ein Pixel (Avalanche-Photodiode APD) in der Photodiodengruppierung PDA wird es nämlich einer Vervielfachung unterworfen, um als ein Signal von der Elektrode E3 (Durchgangslochelektrode TE) herausgenommen zu werden.
  • Die anderen Enden der mit den individuellen Avalanche-Photodioden APD verbundenen Quenching-Widerstände R1 sind elektrisch mit den gemeinsamen Signalleitungen TL entlang der Frontoberfläche des Halbleitersubstrats 1N verbunden. Die Vielzahl von Avalanche-Photodioden APD arbeitet im Geiger-Modus, und jede Avalanche-Photodiode APD ist mit der gemeinsamen Signalleitung TL verbunden. Aus diesem Grund werden, wenn Photonen gleichzeitig in eine Vielzahl von Avalanche-Photodioden APD eintreten, die Ausgaben bzw. Ausgänge von der Vielzahl von Avalanche-Photodioden APD alle zu den gemeinsamen Signalleitungen TL gespeist und werden insgesamt als ein Signal mit einer hohen Intensität gemäß der Anzahl eintretender Photonen gemessen. In dem Halbleiter-Lichterfassungselement 10 werden dann Signale durch die entsprechenden Durchgangslochelektroden TE ausgegeben, in den jeweiligen Kanälen (Photodiodengruppierungen PDA).
  • Das Montagesubstrat 20, wie auch in 2 gezeigt, hat eine Hauptoberfläche 20a und eine Hauptoberfläche 20b, die zueinander gegenüberliegend sind. Das Montagesubstrat 20 hat eine rechteckige Form in der Draufsicht. Die Hauptoberfläche 20a ist gegenüberstehend zu der Hauptoberfläche 1Nb des Halbleitersubstrats 1N. Das Montagesubstrat 20 enthält eine Vielzahl von Elektroden E9, die auf der Seite der Hauptoberfläche 20a angeordnet sind. Die Elektroden E9 sind entsprechend den Durchgangslochelektroden TE angeordnet, wie in 2 und 7 gezeigt. Und zwar sind die Elektroden E9 auf den jeweiligen Regionen gegenüberliegend zu den Durchgangslochelektroden TE auf der Hauptoberfläche 20a angeordnet. Die Elektroden E9 sind entsprechend den jeweiligen Kanälen (Photodiodengruppierungen PDA) bereitgestellt. 2 ist ohne Veranschaulichung von Bump-Elektroden gezeichnet, die auf der Seite der Hauptoberfläche 20b des Montagesubstrats 20 beschrieben sind.
  • Die Durchgangslochelektrode TE und die Elektrode E9 sind durch Bump-Elektroden BE verbunden. Dies macht die Elektroden E3 elektrisch durch die Durchgangslochelektroden TE und die Bump-Elektroden BE mit den Elektroden E9 verbunden. Dann sind die Quenching-Widerstände R1 elektrisch mit den Elektroden E9 durch die Signalleitungen TL, Elektroden E3, Durchgangslochelektroden TE und Bump-Elektroden BE verbunden. Die Elektroden E9 sind auch aus einem Metall zusammengesetzt, so wie Aluminium, wie es die Elektroden E1, E3 und die Durchgangslochelektroden TE sind. Das zu verwendende Elektrodenmaterial kann beispielsweise AuGe/Ni sein, als auch Aluminium. Die Bump-Elektroden BE sind beispielsweise aus Lot (Engl.: solder) zusammengesetzt. Die Bump-Elektroden BE sind durch UBM (Under Bump Metal) 40 auf den Durchgangslochelektroden TE gebildet.
  • Das Montagesubstrat 20 hat eine Signalverarbeitungseinheit SP. Die Signalverarbeitungseinheit SP ist auf der Seite der Hauptoberfläche 20b des Montagesubstrats 20 angeordnet. Die Signalverarbeitungseinheit SP stellt einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit, anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) dar. Jede Elektrode E9 ist elektrisch mit der Signalverarbeitungseinheit SP durch eine Zusammenschaltung (nicht gezeigt) verbunden, die in dem Montagesubstrat 20 gebildet ist, und durch einen Kontaktierdraht. Die Ausgangssignale von den jeweiligen Kanälen (Photodiodengruppierungen PDA) werden an die Signalverarbeitungseinheit SP gespeist, und dann verarbeitet die Signalverarbeitungseinheit SP die Ausgangssignale von den jeweiligen Kanälen. Die Signalverarbeitungseinheit SP enthält einen CMOS-Schaltkreis, um die Ausgangssignale von den jeweiligen Kanälen in digitale Impulse umzuwandeln.
  • Passivierungsschichten PF mit Öffnungen, die bei den den Bump-Elektroden BE entsprechenden Positionen gebildet sind, sind auf der Seite der Hauptoberfläche 1Nb des Halbleitersubstrats 1N und auf der Seite der Hauptoberfläche 20a des Montagesubstrats 20 angeordnet. Die Passivierungsschichten PF sind beispielsweise SiN zusammengesetzt. Ein anwendbares Verfahren zum Bilden der Passivierungsschichten PF ist ein CVD-Prozess.
  • Das Glassubstrat 30 hat eine Hauptoberfläche 30a und eine Hauptoberfläche 30b, die zueinander gegenüberliegend sind. Das Glassubstrat 30 hat eine rechteckige Form in der Draufsicht. Die Hauptoberfläche 30a ist gegenüberliegend zu der Hauptoberfläche 1Nb des Halbleitersubstrats 1N. Die Hauptoberfläche 30b ist flach. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Hauptoberfläche 30a auch flach. Das Glassubstrat 30 und das Halbleiter-Lichterfassungselement 10 sind optisch miteinander mit einem optischen Kleber (nicht gezeigt) verbunden. Das Glassubstrat 30 kann direkt auf dem Halbleiter-Lichterfassungselement 10 gebildet sein.
  • Obwohl eine Veranschaulichung weggelassen ist, ist ein Szintillator optisch mit der Hauptoberfläche 30b des Glassubstrats 30 mit einem optischen Kleber verbunden. Szintillationslicht von dem Szintillator passiert durch das Glassubstrat 30, um in das Halbleiter-Lichterfassungselement 10 einzutreten.
  • Die Seitenoberflächen 1Nc des Halbleitersubstrats 1N und die Seitenoberflächen 30c des Glassubstrats 30 sind bündig miteinander, wie auch in 1 gezeigt. In der Draufsicht sind die Außenkante des Halbleitersubstrats 1N und die Außenkante des Glassubstrats 30 zusammentreffend.
  • Als Nächstes wird mit Verweis auf 8 bis 17 ein Herstellungsprozess der oben erwähnten Lichterfassungsvorrichtung 1 beschrieben werden. 8 bis 17 sind Zeichnungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses der Lichterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Zuerst wird das Halbleitersubstrat 1N erstellt (siehe 8), in dem die Abschnitte entsprechend dem Halbleiter-Lichterfassungselement 10, d. h. die Abschnitte (erste Halbleiterregionen 1PA, zweite Halbleiterregionen 1PB, Isolierschicht L1, Quenching-Widerstände R1, Elektroden E1, E3 und Signalleitungen TL) entsprechend den Kanälen (Photodiodengruppierung PDA) gebildet sind. Das Halbleitersubstrat 1N wird in der Form eines Halbleiter-Wafers erstellt, wobei es eine Vielzahl von Abschnitten entsprechend den gebildeten Halbleiter-Lichterfassungselementen 10 gibt.
  • Als Nächstes wird die Isolierschicht L3 auf der Seite der Hauptoberfläche 1Na des erstellten Halbleitersubstrats 1N gebildet, und dann wird das Halbleitersubstrat 1N von der Seite der Hauptoberfläche 1Nb verdünnt (siehe 9). Die Isolierschicht L3 ist aus SiO2 zusammengesetzt. Ein anwendbares Verfahren zum Bilden der Isolierschicht L3 ist ein CVD-Prozess. Ein anwendbares Verfahren zum Verdünnen des Halbleitersubstrats 1N ist ein mechanischer Polierprozess oder ein chemischer Polierprozess.
  • Als Nächstes wird die Isolierschicht L2 auf der Seite der Hauptoberfläche 1Nb des erstellten Halbleitersubstrats 1N gebildet (siehe 10). Die Isolierschicht L2 ist aus SiO2 zusammengesetzt. Ein anwendbares Verfahren zum Bilden der Isolierschicht ist ein CVD-Prozess.
  • Als Nächstes werden Regionen, wo die Durchgangslöcher TH gebildet werden sollen, in der Isolierschicht L2, entfernt (siehe 11). Ein anwendbares Verfahren zum Entfernen der Isolierschicht L2 ist ein Trockenätzungsprozess.
  • Als Nächstes werden die Durchgangslöcher TH zum Anordnen der Durchgangslochelektroden TE auf dem Halbleitersubstrat 1N gebildet (siehe 12). Ein anwendbares Verfahren zum Bilden der Durchgangslöcher TH ist ein geeignetes, ausgewählt aus einem Trockenätzungsprozess und einem Nassätzungsprozess. Wenn ein Alkaliätzungsprozess als der Nassätzungsprozess verwendet wird, fungiert die Isolierschicht L1 als eine Ätzstoppschicht.
  • Als Nächstes wird die Isolierschicht L2 auf der Seite der Hauptoberfläche 1Nb des erstellten Halbleitersubstrats 1N erneut gebildet, und dann werden Teile der Isolierschicht L1 und der Isolierschicht L2 entfernt, um die Elektroden E3 zu exponieren bzw. freizulegen (siehe 13). Ein anwendbares Verfahren zum Entfernen der Isolierschicht L1 und der Isolierschicht L2 ist ein Trockenätzungsprozess.
  • Als Nächstes werden die Durchgangslochelektroden TE gebildet (siehe 14). Ein anwendbares Verfahren zum Bilden der Durchgangslochelektroden TE ist ein Zerstäubungsprozess, wie oben beschrieben.
  • Als Nächstes wird die Passivierungsschicht PF mit den Öffnungen, die bei den den Bump-Elektroden BE entsprechenden Positionen gebildet sind, auf der Seite der Hauptoberfläche 1Nb des Halbleitersubstrats 1N gebildet, und dann werden die Bump-Elektroden BE gebildet (siehe 15). Dieser Prozess vollendet das Halbleiter-Lichterfassungselement 10. Vor der Bildung der Bump-Elektroden BE, wird UBM 40 in den Regionen gebildet, exponiert von der Passivierungsschicht PF auf den Durchgangslochelektroden TE. Das UBM 40 ist aus einem Material zusammengesetzt, das eine überlegene elektrische und physikalische Verbindung mit den Bump-Elektroden BE erreicht. Ein anwendbares Verfahren zum Bilden des UBM 40 ist ein autokatalytischer (Engl.: electroless) Beschichtungsprozess. Ein anwendbares Verfahren zum Bilden der Bump-Elektroden BE ist eine Technik zum Anbringen von Lotkugeln oder ein Druckprozess.
  • Als Nächstes wird das Glassubstrat 30 mit dem Halbleiter-Lichterfassungselement 10 durch einen optischen Kleber verbunden (siehe 16). Dieser Prozess resultiert in einem optischen Verbinden des Glassubstrats 30 und des Halbleiter-Lichterfassungselementes 10 miteinander. Das Glassubstrat 30 ist auch in der Form einer Glassubstratvorform mit einer Vielzahl von Glassubstraten 30 erstellt, wie es das Halbleitersubstrat 1N ist. Der Prozess zum Verbinden des Glassubstrats 30 und des Halbleiter-Lichterfassungselementes 10 kann nach der Bildung der Isolierschicht L3 auf dem Halbleitersubstrat 1N ausgeführt werden.
  • Als Nächstes wird ein Beschichtungskörper, der aus den Glassubstraten 30 (Glassubstratvorform) und den Halbleiter-Lichterfassungselementen 10 (Halbleiter-Wafer) besteht, mittels Dicen bzw. Zersägen getrennt. Dies macht die Seitenoberflächen 1Nc des Halbleitersubstrats 1N und die Seitenoberflächen 30c des Glassubstrats 30 bündig miteinander.
  • Als Nächstes werden das Halbeiter-Lichterfassungselement 10 mit dem als gegenüberstehend dazu angeordneten Glassubstrat 30 und das separat zubereitete Montagesubstrat 20 miteinander bump-verbunden (siehe 17). Die Lichterfassungsvorrichtung 1 wird durch diese Prozesse erhalten. In dem Montagesubstrat 20 werden die Bump-Elektroden BE bei den den Elektroden E9 entsprechenden Positionen auf der Seite der Hauptoberfläche 20a gebildet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform hat wie oben beschrieben das Halbleiter-Lichterfassungselement 10 die Vielzahl von Kanälen, von denen jeder aus der Photodiodengruppierung PDA besteht, wodurch die in einer größeren Fläche konstruierte Lichterfassungsvorrichtung 1 realisiert wird.
  • In der Lichterfassungsvorrichtung 1 sind die Durchgangslochelektroden TE, die elektrisch mit den Signalleitungen TL verbunden sind und von der Seite der Hauptoberfläche 1Na zu der Seite der Hauptoberfläche 1Nb durchdringen, für die jeweiligen Kanäle in dem Halbleitersubstrat 1N des Halbleiter-Lichterfassungselementes 10 gebildet, und die Durchgangslochelektroden TE des Halbleiter-Lichterfassungselementes 10 und die Elektroden E9 des Montagesubstrats 20 sind elektrisch durch die Bump-Elektroden BE verbunden. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass die Distanzen der Zusammenschaltungen zum Lenken von Signalen von den jeweiligen Kanälen extrem kurz festgelegt werden können, und ermöglicht, dass deren Werte ohne signifikante Variation gleich gemacht werden. Deshalb unterdrückt sie den Einfluss von Widerständen und Kapazitäten der Zusammenschaltungen beträchtlich, und erreicht somit eine Verbesserung in der Zeitauflösung.
  • Die Lichterfassungsvorrichtung 1 hat das Glassubstrat 30 angeordnet auf der Seite der Hauptoberfläche 1Na des Halbleitersubstrats 1N. Diese Ausgestaltung veranlasst das Glassubstrat 30, die mechanische Stärke des Halbleitersubstrats 1N zu verbessern Die Seitenoberflächen 1Nc des Halbleitersubstrats 1N und die Seitenoberfläche 30c des Glassubstrats 30 sind bündig miteinander. Diese Ausgestaltung reduziert Totraum.
  • Die Hauptoberfläche 30b des Glassubstrats 30 ist flach. Diese Ausgestaltung macht es extrem einfach, die Installation des Szintillators auf das Glassubstrat 30 durchzuführen.
  • Die Durchgangslochelektroden TE befinden sich in den Zentralregionen der jeweiligen Kanäle. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass die Zusammenschaltungsdistanzen von den jeweiligen Avalanche-Photodioden APD zu der Durchgangslochelektrode TE in jedem Kanal kurz festgelegt sein können.
  • Das Halbleiter-Lichterfassungselement 10 enthält die Elektroden E3, die auf der Seite der Hauptoberfläche 1Na des Halbleitersubstrats 1N angeordnet sind und die Signalleitungen TL und die Durchgangslochelektroden TE verbindet. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass die Signalleitungen TL und die Durchgangslochelektroden TE elektrisch mit Gewissheit verbunden sind.
  • Das Obige beschrieb die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung keineswegs auf die zuvor erwähnte Ausführungsform begrenzt ist und auf viele Weisen, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, modifiziert werden kann.
  • Die Durchgangslochelektroden TE können sich in Regionen zwischen den Kanälen (Photodiodengruppierungen PDA) befinden, wie in 18 und 19 gezeigt. In diesem Fall ist es machbar, eine Reduzierung im Füllfaktor in jedem Kanal zu verhindern. 18 und 19 sind für die Klarheit der Struktur ohne Veranschaulichung der in 2 gezeigten Isolierschicht L1 gezeichnet.
  • Die Bump-Elektroden BE können außerhalb der Durchgangslöcher TH angeordnet sein, wie in 20 und 21 gezeigt. In dem in 20 und 21 gezeigten Beispiel ist eine Vielzahl von Bump-Elektroden (vier Bump-Elektroden in dem vorliegenden Beispiel) BE für eine Durchgangslochelektrode TE gebildet. Die Bump-Elektroden BE sind angeordnet auf Elektrodenabschnitten, die kontinuierlich sind zu der Durchgangslochelektrode TE, und angeordnet auf der Seite der Hauptoberfläche 1Nb des Halbleitersubstrats 1N. 21 ist zur Klarheit der Struktur ohne Veranschaulichung der in 2 gezeigten Passivierungsschicht PF gezeichnet.
  • Die Formen der ersten und zweiten Halbleiterregionen 1PB, 1PB müssen nicht auf die zuvor erwähnten Formen beschränkt sein, sondern können andere Formen (beispielsweise eine zirkuläre Form oder dergleichen) sein. Die Anzahl (die Anzahl von Reihen und die Anzahl von Spalten) und die Anordnung der Avalanche-Photodioden APD (zweite Halbleiterregionen 1PB) müssen nicht auf die oben beschriebenen begrenzt sein. Die Anzahl und die Anordnung der Kanäle müssen auch nicht auf die oben beschriebenen begrenzt sein.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ist auf die Lichterfassungsvorrichtungen zum Erfassen eines schwachen Lichtes anwendbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1 Lichterfassungsvorrichtung; 1N Halbleitersubstrat; 1Na, 1Nb Hauptoberflächen; 1Nc Seitenoberfläche; 1PA erste Halbleiterregion; 1PB zweite Halbleiterregion; 10 Halbleiter-Lichterfassungselement; 20 Montagesubstrat; 20a, 20b Hauptoberflächen; 30 Glassubstrat; 30a, 30b Hauptoberflächen; 30c Seitenoberfläche; APD Avalanche-Photodiode; BE Bump-Elektrode; E1, E3, E9 Elektroden; PDA Photodiodengruppierung; R1 Quenching-Widerstand; SP Signalverarbeitungseinheit; TE Durchgangslochelektrode; TL Signalleitung

Claims (6)

  1. Lichterfassungsvorrichtung mit: einem Halbleiter-Lichterfassungselement, das ein Halbleitersubstrat mit zueinander gegenüberliegenden ersten und zweiten Hauptoberflächen hat; und einem Montagesubstrat, das angeordnet ist als gegenüberliegend zu dem Halbleiter-Lichterfassungselement, und das eine zu der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats gegenüberliegende dritte Hauptoberfläche und eine zu der dritten Hauptoberfläche gegenüberliegende vierte Hauptoberfläche hat, wobei das Halbleiter-Lichterfassungselement eine Vielzahl von Kanälen hat, wobei jeder Kanal zusammengesetzt ist aus einer Photodiodengruppierung mit einer Vielzahl von Avalanche-Photodioden, die in einem Geiger-Modus arbeiten und in dem Halbleitersubstrat gebildet sind, Quenching-Widerständen, die in Reihe mit den jeweiligen Avalanche-Photodioden geschaltet sind und auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet sind, und Signalleitungen, mit denen die Quenching-Widerstände parallel geschaltet sind, und die auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet sind, wobei das Montagesubstrat ausgestaltet ist, so dass eine Vielzahl erster Elektroden, die den jeweiligen Kanälen entsprechen, auf der dritten Hauptoberflächenseite angeordnet ist, und so dass eine Signalverarbeitungseinheit, die elektrisch mit der Vielzahl erster Elektroden verbunden ist und ausgestaltet ist zum Verarbeiten von Ausgangssignalen von den jeweiligen Kanälen, auf der vierten Hauptoberflächenseite angeordnet ist, wobei in dem Halbleitersubstrat Durchgangslochelektroden, die elektrisch mit den Signalleitungen verbunden sind und von der ersten Hauptoberflächenseite zu der zweiten Hauptoberflächenseite durchdringen, für die jeweiligen Kanäle gebildet sind, und wobei die Durchgangslochelektroden und die ersten Elektroden, die den Durchgangslochelektroden entsprechen, elektrisch durch Bump-Elektroden verbunden sind.
  2. Lichterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 mit ferner: einem Glassubstrat, das auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist und eine zu der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats gegenüberliegende fünfte Hauptoberfläche und eine zu der fünften Hauptoberfläche gegenüberliegende sechste Hauptoberfläche hat, wobei eine Seitenoberfläche des Halbleitersubstrats und eine Seitenoberfläche des Glassubstrats miteinander bündig sind.
  3. Lichterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die sechste Hauptoberfläche des Glassubstrats flach ist.
  4. Lichterfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Durchgangslochelektroden sich in Zentralregionen der jeweiligen Kanäle befinden.
  5. Lichterfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Durchgangslochelektroden sich in Regionen zwischen den Kanälen befinden.
  6. Lichterfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Halbleiter-Lichterfassungselement ferner zweite Elektroden enthält, die auf der ersten Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet sind und die Signalleitungen und die Durchgangslochelektroden verbinden.
DE112012004383.9T 2011-10-21 2012-08-02 Lichterfassungsvorrichtung Withdrawn DE112012004383T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-232104 2011-10-21
JP2011232104A JP5791461B2 (ja) 2011-10-21 2011-10-21 光検出装置
PCT/JP2012/069728 WO2013058002A1 (ja) 2011-10-21 2012-08-02 光検出装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112012004383T5 true DE112012004383T5 (de) 2014-07-10

Family

ID=48140659

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202012013199.0U Expired - Lifetime DE202012013199U1 (de) 2011-10-21 2012-08-02 Halbleiter-Lichterfassungselement
DE112012004383.9T Withdrawn DE112012004383T5 (de) 2011-10-21 2012-08-02 Lichterfassungsvorrichtung

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202012013199.0U Expired - Lifetime DE202012013199U1 (de) 2011-10-21 2012-08-02 Halbleiter-Lichterfassungselement

Country Status (6)

Country Link
US (3) US8969990B2 (de)
JP (1) JP5791461B2 (de)
CN (3) CN105679841B (de)
DE (2) DE202012013199U1 (de)
TW (3) TWI569431B (de)
WO (1) WO2013058002A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3273478A4 (de) * 2015-03-18 2018-11-07 Hamamatsu Photonics K.K. Lichtdetektionsvorrichtung

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5791461B2 (ja) 2011-10-21 2015-10-07 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5926921B2 (ja) * 2011-10-21 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5832852B2 (ja) 2011-10-21 2015-12-16 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
DE102012220416A1 (de) * 2012-11-09 2014-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Fotoempfänger mit einer Vielzahl von Fotozellen und Durchkontaktierungen sowie Verfahren zu dessen Herstellung
JP6068955B2 (ja) * 2012-11-28 2017-01-25 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ
JP5925711B2 (ja) 2013-02-20 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 検出器、ｐｅｔ装置及びｘ線ｃｔ装置
US10012534B2 (en) * 2014-07-02 2018-07-03 The Johns Hopkins University Photodetection circuit having at least one counter operative in response to a mode switching circuit and operating method thereof
CN104576808B (zh) * 2014-08-12 2016-06-15 深圳市芯思杰联邦国际科技发展有限公司 带载体的高速雪崩光电探测器芯片及其制作方法
JP6570844B2 (ja) * 2015-02-26 2019-09-04 株式会社東芝 光検出器、その製造方法、放射線検出器、および放射線検出装置
JP6552850B2 (ja) * 2015-03-16 2019-07-31 株式会社東芝 光検出装置
WO2016159318A1 (ja) 2015-03-31 2016-10-06 浜松ホトニクス株式会社 半導体装置の製造方法
JP5927334B2 (ja) * 2015-10-28 2016-06-01 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
TWI702655B (zh) * 2016-04-13 2020-08-21 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
JP6649207B2 (ja) * 2016-08-26 2020-02-19 株式会社東芝 受光装置
JP6944464B2 (ja) * 2016-11-11 2021-10-06 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
KR102388175B1 (ko) * 2016-11-11 2022-04-19 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 광 검출 장치
JP2018148183A (ja) * 2017-03-09 2018-09-20 株式会社東芝 光検出器および放射線検出器
JP6938239B2 (ja) * 2017-06-23 2021-09-22 浜松ホトニクス株式会社 光検出器及び光検出装置
US10651240B2 (en) * 2017-10-11 2020-05-12 Michael Bardash Solid state tissue equivalent detector with gate electrodes
JP6878338B2 (ja) 2018-03-14 2021-05-26 株式会社東芝 受光装置および受光装置の製造方法
JP7455520B2 (ja) * 2018-12-12 2024-03-26 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP7337517B2 (ja) 2019-03-14 2023-09-04 株式会社東芝 光検出器及び距離測定装置
JP2022126473A (ja) * 2021-02-18 2022-08-30 ソニーグループ株式会社 撮像装置およびその製造方法

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318155A (ja) * 2000-02-28 2001-11-16 Toshiba Corp 放射線検出器、およびｘ線ｃｔ装置
JP4522531B2 (ja) 2000-04-04 2010-08-11 浜松ホトニクス株式会社 半導体エネルギー検出素子
JP4237966B2 (ja) 2002-03-08 2009-03-11 浜松ホトニクス株式会社 検出器
JP2004057507A (ja) 2002-07-29 2004-02-26 Toshiba Corp Ｘ線検出装置、貫通電極の製造方法及びｘ線断層撮影装置
EP1835539B1 (de) 2002-08-09 2012-10-31 Hamamatsu Photonics K.K. Photodiodenarray sowie Herstellungsverfahren dafür
JP4554368B2 (ja) * 2002-09-24 2010-09-29 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ及びその製造方法
JP4440554B2 (ja) * 2002-09-24 2010-03-24 浜松ホトニクス株式会社 半導体装置
JP4133429B2 (ja) * 2003-02-24 2008-08-13 浜松ホトニクス株式会社 半導体装置
JP4220808B2 (ja) * 2003-03-10 2009-02-04 浜松ホトニクス株式会社 ホトダイオードアレイおよびその製造方法並びに放射線検出器
JP4542768B2 (ja) * 2003-11-25 2010-09-15 富士フイルム株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
JP2005303258A (ja) 2004-03-16 2005-10-27 Fujikura Ltd デバイス及びその製造方法
RU2290721C2 (ru) * 2004-05-05 2006-12-27 Борис Анатольевич Долгошеин Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя
JP4443379B2 (ja) 2004-10-26 2010-03-31 三洋電機株式会社 半導体装置の製造方法
CN101163988B (zh) 2005-04-22 2012-06-13 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于tof-pet的数字硅光电倍增管
GB2426576A (en) 2005-05-27 2006-11-29 Sensl Technologies Ltd Light sensor module comprising a plurality of elements in a close-tiled arrangement
GB2426575A (en) 2005-05-27 2006-11-29 Sensl Technologies Ltd Photon detector using controlled sequences of reset and discharge of a capacitor to sense photons
CN101258577A (zh) * 2005-06-10 2008-09-03 增强技术公司 高灵敏度、高分辨率的检测器装置和阵列
JP4720434B2 (ja) 2005-10-31 2011-07-13 日本ビクター株式会社 固体撮像装置
JP2009525619A (ja) * 2006-02-01 2009-07-09 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ ガイガーモード・アバランシェ・フォトダイオード
TWI443817B (zh) * 2006-07-03 2014-07-01 Hamamatsu Photonics Kk Photodiode array
JP4403424B2 (ja) * 2006-11-30 2010-01-27 ソニー株式会社 固体撮像装置
GB2451447B (en) 2007-07-30 2012-01-11 Sensl Technologies Ltd Light sensor
GB2451678A (en) 2007-08-10 2009-02-11 Sensl Technologies Ltd Silicon photomultiplier circuitry for minimal onset and recovery times
WO2009053912A1 (en) * 2007-10-25 2009-04-30 Nxp B.V. Semiconductor device with improved esd protection
WO2010035379A1 (ja) 2008-09-26 2010-04-01 パナソニック株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP5371381B2 (ja) 2008-11-05 2013-12-18 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US8059180B2 (en) * 2008-11-25 2011-11-15 Omnivision Technologies, Inc. Image sensors having non-uniform light shields
JP5185208B2 (ja) * 2009-02-24 2013-04-17 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオード及びフォトダイオードアレイ
JP5185205B2 (ja) * 2009-02-24 2013-04-17 浜松ホトニクス株式会社 半導体光検出素子
JP2010251558A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP2010283223A (ja) * 2009-06-05 2010-12-16 Hamamatsu Photonics Kk 半導体光検出素子及び半導体光検出素子の製造方法
JP5297276B2 (ja) 2009-06-18 2013-09-25 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ
JP5546806B2 (ja) 2009-06-26 2014-07-09 株式会社東芝 核医学イメージング装置
US8476571B2 (en) 2009-12-22 2013-07-02 Siemens Aktiengesellschaft SiPM photosensor with early signal digitization
US8860166B2 (en) 2010-03-23 2014-10-14 Stmicroelectronics S.R.L. Photo detector array of geiger mode avalanche photodiodes for computed tomography systems
JP5562207B2 (ja) * 2010-10-29 2014-07-30 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ
JP5832852B2 (ja) 2011-10-21 2015-12-16 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5791461B2 (ja) 2011-10-21 2015-10-07 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5926921B2 (ja) 2011-10-21 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3273478A4 (de) * 2015-03-18 2018-11-07 Hamamatsu Photonics K.K. Lichtdetektionsvorrichtung
US10224437B2 (en) 2015-03-18 2019-03-05 Hamamatsu Photonics K.K. Light detection device

Also Published As

Publication number Publication date
TWI549270B (zh) 2016-09-11
TWI607553B (zh) 2017-12-01
CN103907206B (zh) 2016-02-24
US20150137298A1 (en) 2015-05-21
TW201635504A (zh) 2016-10-01
TW201717369A (zh) 2017-05-16
TWI569431B (zh) 2017-02-01
CN105679841A (zh) 2016-06-15
CN105679841B (zh) 2017-12-08
CN103907206A (zh) 2014-07-02
US9825071B2 (en) 2017-11-21
CN105679777A (zh) 2016-06-15
WO2013058002A1 (ja) 2013-04-25
TW201318153A (zh) 2013-05-01
CN105679777B (zh) 2018-11-27
DE202012013199U1 (de) 2015-05-15
US20160322405A1 (en) 2016-11-03
US9425224B2 (en) 2016-08-23
US8969990B2 (en) 2015-03-03
US20140327100A1 (en) 2014-11-06
JP2013089917A (ja) 2013-05-13
JP5791461B2 (ja) 2015-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112012004383T5 (de) Lichterfassungsvorrichtung
DE112012004387T5 (de) Lichtdetektionsvorrichtung
DE112012004412T5 (de) Lichterfassungsvorrichtung
JP6282368B2 (ja) 光検出装置
US11362127B2 (en) Light detection device
CN109937485B (zh) 光检测装置
JP5911629B2 (ja) 光検出装置
JP5927334B2 (ja) 光検出装置
DE112013005141T5 (de) Distanzsensor und Distanzbildsensor
JP2016197730A (ja) 半導体光検出素子
JP6186038B2 (ja) 半導体光検出素子
JP6282307B2 (ja) 半導体光検出素子
JP6116728B2 (ja) 半導体光検出素子
JP5989872B2 (ja) 光検出装置の接続構造
JP6244403B2 (ja) 半導体光検出素子
DE102022101376A1 (de) Rückseitiges diodendesign

Legal Events

Date Code Title Description
R138 Derivation of utility model

Ref document number: 202012013199

Country of ref document: DE

R130 Divisional application to

Ref document number: 112012006966

Country of ref document: DE

R130 Divisional application to

Ref document number: 112012006966

Country of ref document: DE

Effective date: 20150424

R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination