DE112013005685T5

DE112013005685T5 - Fotodiodenanordnung

Info

Publication number: DE112013005685T5
Application number: DE112013005685.2T
Authority: DE
Inventors: Tatsumi Yamanaka; Akira Sakamoto; Noburo Hosokawa
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-09-24
Also published as: CN104685631A; CN104685631B; JP2014107446A; TW201436289A; US10461115B2; US20150340402A1; JP6068955B2; TWI589028B; WO2014084215A1

Abstract

Eine Fotodiodenanordnung umfasst eine Vielzahl von in einem Halbleiterträgermaterial gebildeten Fotodioden. Jede der Fotodioden umfasst einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps, und welcher in dem Trägermaterial vorgesehen ist, einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitungstyps, welcher mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich auf einer Oberflächenseite des Halbleiterträgermaterials so vorgesehen ist, dass ein vorbestimmter Bereich umgeben ist, und welcher zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich einen Lichterkennungsbereich bildet, und eine Durchbruchselektrode, welche innerhalb einer durch die eine Oberfläche und die andere Oberfläche des Halbleiterträgermaterials hindurchtretende Durchbruchsöffnung so aufweist, dass diese durch den ersten Halbleiterbereich und den vorbestimmten Bereich hindurch tritt und den zweiten Halbleiterbereich elektrisch verbindet. Die Durchbruchsöffnung umfasst einen sich von der einen Oberfläche bis zu der anderen Oberfläche erstreckenden Teilbereich.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fotodiodenanordnung.
Stand der Technik
Beispielsweise beschreibt Patentliteratur 1 eine in einer CT(Computertomografie)-Vorrichtung oder Ähnlichem verwendete Fotodiodenanordnung. In der Fotodiodenanordnung aus Patentliteratur 1 sind einen Lichterkennungsbereich bildende P+-Typ Halbleiterbereiche zweidimensional auf der Einfallsoberflächenseite eines n-Typ Halbleiterträgermaterials angeordnet. Eine Elektrode ist mit jedem der P+-Typ Halbleiterbereiche verbunden. Jede der Elektroden ist auf die hintere Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite der Einfallsoberfläche durch eine Durchbruchsöffnung herausgezogen, welche entsprechend für jeden der P+-Typ Halbleiterbereiche vorgesehen ist. Der P+-Typ Halbleiterbereich und die Durchbruchsöffnung sind abwechselnd in dem Halbleiterträgermaterial entlang einer vorbestimmten Richtung angeordnet.
Literaturliste
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2005-533587

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
In der Fotodiodenanordnung aus Patentliteratur 1 ist ein ausreichender Abstand zum Bereitstellen der Durchbruchsöffnung zwischen den benachbarten P+-Typ Halbleiterbereichen notwendig. Aus diesem Grund kann es Bedenken bezüglich eines reduzierten Öffnungsverhältnisses geben. Zusätzlich ist in der Fotodiodenanordnung eine Verbesserung von verschiedenen Typen einer Zuverlässigkeit wie beispielsweise eine Verbesserung von elektrischen Eigenschaften notwendig.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fotodiodenanordnung bereitzustellen, welche zum Verbessern eines Öffnungsverhältnisses und einer Zuverlässigkeit geeignet ist.
Lösung der Aufgabe
Entsprechend eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Fotodiodenanordnung bereitgestellt, welche eine Vielzahl von in einem Halbleiterträgermaterial gebildeten Fotodioden umfasst, wobei jede der Fotodioden einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps umfasst, und welcher in dem Halbleiterträgermaterial vorgesehen ist, einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitungstyps, welcher mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich auf einer Oberflächenseite des Halbleiterträgermaterials so vorgesehen ist, dass dieser einen vorbestimmten Bereich umgibt, und zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich einen Lichterkennungsbereich bildet, und eine Durchbruchselektrode, welche innerhalb einer durch die eine Oberfläche und die andere Oberfläche des Halbleiterträgermaterials hindurchtretenden Durchbruchsöffnung so vorgesehen ist, dass diese durch den ersten Halbleiterbereich und den vorbestimmten Bereich hindurch tritt, und elektrisch mit dem zweiten Halbleiterbereich verbunden ist, und die Durchbruchsöffnung einen sich von der einen Oberfläche zu der anderen Oberfläche erstreckenden Teilbereich umfasst.
In der Fotodiodenanordnung tritt die Durchbruchsöffnung in jeder der Fotodioden durch den ersten Halbleiterbereich und den vorbestimmten Bereich hindurch und der vorbestimmte Bereich ist durch den zweiten Halbleiterbereich umgeben. Der zweite Halbleiterbereich bildet zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich den Lichterkennungsbereich. Hierbei ist in jeder Fotodiode, welches ein Pixel ist, die Durchbruchsöffnung durch den Lichterkennungsbereich umgeben. Daher ist es möglich, einen Abstand zwischen den benachbarten Fotodioden zu reduzieren. Somit ist es möglich ein Öffnungsverhältnis zu verbessern. Wenn die Durchbruchsöffnung durch den Lichterkennungsbereich umgeben ist, weist ein aufgrund eines Schadens an der Innenwand der Durchbruchsöffnung erzeugter Kriechstrom eine Tendenz auf, in den Lichterkennungsbereich zu gehen. Daher ist es, wenn die Durchbruchsöffnung durch den Lichterkennungsbereich umgeben ist, bevorzugt, den Schaden an der Innenwand der Durchbruchsöffnung zu reduzieren. In einer solchen Fotodiodenanordnung umfasst die Durchbruchsöffnung einen sich von einer Oberfläche zu einer hinteren Oberfläche erstreckenden Teilbereich. Der erstreckte Teilbereich kann beispielsweise durch ein anisotropes Ätzen ausgebildet werden. Bei dem anisotropen Ätzen ist es unwahrscheinlich, dass ein Schaden an der inneren Wand der Durchbruchsöffnung auftritt. Daher ist es in solch einer Fotodiodenanordnung möglich, einen Kriechstrom von der Durchbruchsöffnung zu reduzieren.
Ein dritter Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps, durch welchen die Durchbruchsöffnung hindurchtritt und welcher eine höhere Störstellenkonzentration als eine Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs aufweist, kann in dem vorbestimmten Bereich vorhanden sein, der zweite Halbleiterbereich und der dritte Halbleiterbereich können getrennt voneinander sein und ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs kann zwischen dem zweiten Halbleiterbereich und dem dritten Halbleiterbereich so vorhanden sein, dass dieser den dritten Halbleiterbereich umgibt. Entsprechend einer solchen Konfiguration tritt die Durchbruchsöffnung durch den dritten Halbleiterbereich mit einer höheren Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs hindurch. Daher kann ein in der Innenwand der Durchbruchsöffnung erzeugter und zu dem Lichterkennungsbereich gerichteter Oberflächenkriechstrom durch den zweiten Halbleiterbereich reduziert werden. Somit ist es möglich, elektrische Eigenschaften zu verbessern. Weiter, da der dritte Halbleiterbereich, durch welchen die Durchbruchsöffnung hindurchtritt, eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs aufweist, ist es möglich, eine Vielzahl von in der Durchbruchsöffnung auftretenden Beanspruchungen zu mindern. Somit ist es möglich die Festigkeit davon zu verbessern. Zusätzlich sind der zweite Halbleiterbereich und der dritte Halbleiterbereich getrennt voneinander und ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs ist zwischen dem zweiten Halbleiterbereich und dem dritten Halbleiterbereich vorhanden. Daher ist es möglich, ein Kurzschließen zwischen dem zweiten Halbleiterbereich und dem dritten Halbleiterbereich zu verhindern und elektrische Eigenschaften zu verbessern.
Ein Abstand zwischen einer inneren Grenze und einer äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs kann größer als ein Abstand zwischen der äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs und einer inneren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs sein. Entsprechend einer solchen Konfiguration können eine Vielzahl von in der Durchbruchsöffnung auftretenden Beanspruchungen viel besser durch den dritten Halbleiterbereich gemindert werden.
Die innere Grenze des zweiten Halbleiterbereichs kann die Öffnung der Durchbruchsöffnung auf der anderen Oberflächenseite umgeben, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials aus betrachtet wird. Entsprechend einer solchen Konfiguration ist der zweite Halbleiterbereich in einem sich weiter außerhalb befindenden Bereich als die Durchbruchsöffnung vorgesehen, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials aus betrachtet wird. Daher ist es beispielsweise möglich, wenn eine Höckerelektrode (Bump Electrode) innerhalb der Durchbruchsöffnung oder Ähnliches ausgebildet wird, eine an dem den Lichterkennungsbereich bildenden zweiten Halbleiterbereich anliegende Beanspruchung zu reduzieren.
Jede der Fotodioden kann eine Kontaktelektrode umfassen, welche auf der einen Oberfläche ausgebildet ist und den zweiten Halbleiterbereich und die Durchbruchselektrode elektrisch verbindet, und eine äußere Grenze der Kontaktelektrode kann die Öffnung der Durchbruchsöffnung auf der anderen Oberflächenseite umgeben, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials aus betrachtet wird. Entsprechend einer solchen Konfiguration ist eine Kontaktelektrode über den Bereich der Innenseite und der Außenseite der Durchbruchsöffnung vorgesehen, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials aus betrachtet wird. Daher ist es möglich, eine Festigkeit in der Umgebung der Durchbruchsöffnung zu verbessern.
Die Öffnung der Durchbruchsöffnung auf der einen Oberflächenseite kann eine kreisförmige Form aufweisen. Entsprechend einer solchen Konfiguration ist es beispielsweise, wenn die Höckerelektrode innerhalb der Durchbruchselektrode oder Ähnliches ausgebildet wird, möglich das Auftreten einer Beanspruchungskonzentration in der Durchbruchsöffnung zu verhindern.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Fotodiodenanordnung bereitzustellen, welche zum Verbessern eines Öffnungsverhältnisses und einer Zuverlässigkeit geeignet ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist eine Draufsicht, welche eine Fotoanordnung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Draufsicht, welche eine Fotodiode der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
3 ist eine Durchschnittsansicht, welche entlang einer Linie III-III aus 2 genommen ist.
4 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zum Herstellen der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
5 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zur Herstellung der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
6 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zum Herstellen der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
7 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zum Herstellen der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
8 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zum Herstellen der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
9 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zum Herstellen der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
10 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zum Herstellen der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
11 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zum Herstellen der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
12 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zum Herstellen der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
13 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Teilbereich einer CT-Vorrichtung darstellt, auf welche die Fotodiodenanordnung aus 1 angewendet ist.
14 ist eine Draufsicht, welche eine Fotodiode einer Fotodiodenanordnung entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist eine Draufsicht, welche eine Fotodiode einer Fotodiodenanordnung entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Fotodiodenanordnung entsprechend einer Ausführungsform mit Bezug zu den beiliegenden Figuren genau beschrieben. Indessen werden dieselben oder äquivalente Komponenten durch dieselben Bezugszeichen und Zeichen bezeichnet und daher wird die Beschreibung davon nicht wiederholt.
[Fotodiodenanordnung]
Wie in 1 gezeigt, wird eine Fotodiodenanordnung beispielsweise in einer CT-Vorrichtung oder Ähnlichem verwendet. Die Fotodiodenanordnung 1 umfasst eine Vielzahl von Fotodioden PD1, welche in einem Halbleiterträgermaterial 2 ausgebildet sind.
Das Halbleiterträgermaterial 2 weist eine rechteckige Form auf, wenn dieses in einer Draufsicht betrachtet wird. Wie in 3 gezeigt, weist das Halbleiterträgermaterial 2 eine Oberfläche (eine Oberfläche) 21 und eine hintere Oberfläche (die andere Oberfläche) 22 auf, welche sich einander gegenüber liegen. Ein isolierender Film f1 und ein isolierender Film f3 sind auf der Oberfläche 21 in dieser Reihenfolge von der Oberfläche 21 ausgebildet. Ein isolierender Film f4 und ein isolierender Film f5 sind auf der hinteren Oberfläche 22 in dieser Reihenfolge von der hinteren Oberfläche 22 ausgebildet. Als ein jeder isolierender Film sind ein SiO₂-Film, ein SiN-Film oder Ähnliches ausgebildet.
Wie in 1 gezeigt, sind Fotodioden PD1 zweidimensional in dem Halbleiterträgermaterial 2 angeordnet. Jede der Fotodioden PD1 fungiert als ein Pixel. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Fotodiode PD1 einen ersten Halbleiterbereich 3, einen dritten Halbleiterbereich 4, einen zweiten Halbleiterbereich 5, einen vierten Halbleiterbereich 6, einen fünften Halbleiterbereichs 7, eine Durchbruchselektrode 81a, eine Kontaktelektrode 82a und eine Anschlusselektrode 83a.
Der erste Halbleiterbereich 3 umfasst einen zentralen Teilbereich in der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 der erste Halbleiterbereich 3 weist eine rechteckige Form auf, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Der erste Halbleiterbereich 3 ist über die gesamte Fotodiode PD1 in dem zentralen Teilbereich in der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 vorgesehen. Die ersten Halbleiterbereich 3 und 3 der benachbarten Fotodioden PD1 und PD1 sind einstückig ausgebildet. Der erste Halbleiterbereich 3 ist ein n^–-Typ Halbleiterbereich. Der erste Halbleiterbereich 3 ist beispielsweise aus Si oder Ähnlichem gebildet. Eine Trägermaterialelektrode, nicht gezeigt, ist mit dem ersten Halbleiterbereich 3 verbunden.
Der dritte Halbleiterbereich 4 ist mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich 3 auf der Seite der Oberfläche 21 des Halbleiterträgermaterials 2 ausgebildet. Der dritte Halbleiterbereich 4 weist eine ringförmige Form so auf, dass die äußere Grenze davon eine kreisförmige Form und die innere Grenze davon eine rechteckige Form (insbesondere eine quadratische Form) aufweist, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Der dritte Halbleiterbereich 4 kann andere ringförmige Formen aufweisen (beispielsweise eine polygonale ringförmige Form wie beispielsweise eine ringförmige Form, eine kreisförmige ringförmige Form und Ähnliches). Das heißt, die Form betrifft eine einheitliche Form, bei welcher ein beliebiger Bereich so umgeben ist, dass dieser geschlossen ist. Die innere Grenze des dritten Halbleiterbereichs 4 bildet eine Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A (wird später beschrieben) auf der Seite der Oberfläche 21. Der dritte Halbleiterbereich 4 ist ein n+-Typ Halbleiterbereich und weist eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des dritten Halbleiterbereichs 3 auf. Der dritte Halbleiterbereich 4 ist beispielsweise durch Diffusion einer n-Typ Störstelle in Silizium oder Ähnliches ausgebildet.
Der zweite Halbleiterbereich 5 ist mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich 3 auf der Seite der Oberfläche 21 des Halbleiterträgermaterials 2 vorgesehen. Der zweite Halbleiterbereich 5 umgibt einen Bereich (vorbestimmten Bereich), welcher den dritten Halbleiterbereich 4 und einen später beschriebenen ersten Teilbereich 31 umfasst. Der zweite Halbleiterbereich 5 ist getrennt von dem dritten Halbleiterbereich 4. Der zweite Halbleiterbereich 5 weist eine ringförmige Form so auf, dass die äußere Grenze davon eine rechteckige Form aufweist und die innere Grenze davon eine kreisförmige Form aufweist, wenn diese in der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden. Der zweite Halbleiterbereich 5 kann andere ringförmige Formen aufweisen. Der zweite Halbleiterbereich 5 ist ein p+-Typ Halbleiterbereich. Der zweite Halbleiterbereich 5 und der erste Halbleiterbereich 3 bilden eine pn-Schnittstelle und bilden einen Lichterkennungsbereich der Fotodiode PD1. Der zweite Halbleiterbereich 5 ist beispielsweise durch Diffusion einer p-Typ Störstelle in Si oder Ähnlichem gebildet. Der dritte Halbleiterbereich ist tiefer als der zweite Halbleiterbereich ausgebildet.
Ein erster Teilbereich 31, welches ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs 3 ist, ist zwischen dem dritten Halbleiterbereich 4 und dem zweiten Halbleiterbereich 5 vorhanden. Wenn von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet, umgibt der erste Teilbereich 31 den dritten Halbleiterbereich 4 und ist durch den zweiten Halbleiterbereich 5 umgeben. Der erste Teilbereich 31 weist eine kreisförmige ringförmige Form auf, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Der erste Teilbereich kann andere ringförmige Formen aufweisen.
Der vierte Halbleiterbereich 6 ist mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich 3 auf der Seite der Oberfläche 21 des Halbleiterträgermaterials 2 vorgesehen. Wenn von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet, weist der vierte Halbleiterbereich 6 eine größere rechteckige ringförmige Form als der zweite Halbleiterbereich 5 auf und umgibt den Halbleiterbereich 5. Der vierte Halbleiterbereich 6 kann andere ringförmige Formen aufweisen. Der vierte Halbleiterbereich 6 ist getrennt von dem zweiten Halbleiterbereich 5. Ein zweiter Teilbereich 32, welches ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs 3 ist, ist zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 5 und dem vierten Halbleiterbereich 6 vorhanden. Der zweite Teilbereich 32 weist eine rechteckige ringförmige Form auf, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Der zweite Teilbereich 32 kann andere ringförmige Formen aufweisen. Die vierten Halbleiterbereiche 6 und 6 der benachbarten Fotodioden PD1 und PD1 sind einstückig ausgebildet.
Der vierte Halbleiterbereich 6 ist ein n+-Typ Halbleiterbereich und weist eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs 3 auf. Der vierte Halbleiterbereich 6 ist beispielsweise durch Diffusion einer n-Typ Störstelle in Si gebildet. Der vierte Halbleiterbereich 6 fungiert als ein Kanalstopper, welcher die benachbarten Fotodioden PD1 und PD1 voneinander trennt. Der vierte Halbleiterbereich 6 ist über eine Elektrode, welche nicht gezeigt ist, geerdet.
Der fünften Halbleiterbereichs 7 ist mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich 3 auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 des Halbleiterträgermaterials 2 vorgesehen. Der fünfte Halbleiterbereich ist über die gesamte Fotodiode PD1 auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 ausgebildet. Die fünften Halbleiterbereiche 7 und 7 der benachbarten Fotodioden PD1 und PD1 sind einstückig ausgebildet. Der fünfte Halbleiterbereich 7 ist ein n+-Typ Halbleiterbereich und weist eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs 3 auf. Der fünfte Halbleiterbereich 7 ist beispielsweise durch Diffusion einer n-Typ Störstelle in Silizium gebildet. Der erste Halbleiterbereich 3 und der fünfte Halbleiterbereich 7 können beispielsweise durch Wachsen einer n^–-Typ Epitaxieschicht auf n+-Typ Silizium gebildet werden, wobei die Epitaxieschicht eine geringere Störstellenkonzentration als die des Si aufweist.
Die durch die Oberfläche 21 und die hintere Oberfläche 22 hindurchtretende Durchbruchsöffnung 9A ist in dem Halbleiterträgermaterial 2 vorgesehen. Die Durchbruchsöffnung 9A tritt durch den ersten Halbleiterbereich 3, den dritten Halbleiterbereich 4 und den fünften Halbleiterbereiche 7 hindurch. Die Durchbruchsöffnung 9A umfasst einen sich von der Seite der Oberfläche 21 zu der Seite der hinteren Oberfläche 22 erstreckenden Teilbereich. Die Durchbruchsöffnung 9A umfasst einen sich auf der Seite der Oberfläche 21 befindenden kleinen Öffnungsteilbereich 91b und einen sich auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 befindenden großen Öffnungsteilbereich 92a.
Der kleine Öffnungsteilbereich 91b tritt durch den isolierenden Film f1 hindurch. Der kleine Öffnungsteilbereich 91b weist eine zylindrische Form auf. Die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der Oberfläche 21 weist eine kreisförmige Form auf.
Der großen Öffnungsteilbereich 92a tritt durch den ersten Halbleiterbereich 3 und den vierten Halbleiterbereich 4 hindurch. Der große Öffnungsteilbereich 92a erstreckt sich von der Seite der Oberfläche 21 bis zu der Seite der hinteren Oberfläche 22 und weist eine sich verjüngende Form auf. Insbesondere weist der große Öffnungsteilbereich 92a eine vierseitige kegelstumpfartige/pyramidenstumpfartige (frustum) Form auf. Die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 weist eine rechteckige Form (insbesondere quadratische Form) auf. Die Innenwand des großen Öffnungsteilbereichs 92b und die Oberfläche 21 bilden einen Winkel von ungefähr 55°. Die Innenwand des großen Öffnungsteilbereichs 92a und der hinteren Oberfläche 22 bilden einen Winkel von ungefähr 125°. Die Oberseite des großen Öffnungsteilbereichs 92b ist größer als der Durchmesser des kleinen Öffnungsteilbereichs 91b. Der kleine Öffnungsteilbereich 91b und der große Öffnungsteilbereich 92a sind koaxial zueinander angeordnet.
Ein isolierender Film f6 ist auf der Innenwand des großen Öffnungsteilbereichs 92b ausgebildet. Der isolierende Film f6 ist kontinuierlich mit dem isolierenden Film f4 auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 ausgebildet. Als der isolierende Film f6 ist ein SiO₂-Film, ein SiN-Film oder Ähnliches gebildet.
Ein Abstand d1 zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 4 ist größer als ein Abstand d2 zwischen der äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 4 und der inneren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 5 (Abstand zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze des ersten Teilbereichs 31).
Die innere Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 5 umgibt die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der hinteren Oberfläche 22, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Das heißt, der zweite Halbleiterbereich 5 ist in einem sich weiter außerhalb als die Durchbruchsöffnung 9A befindenden Bereich vorgesehen, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird.
Die Dicke/Störstellenkonzentration eines jeden Bereichs sind beispielsweise wie folgt.

Erster Halbleiterbereich 3: Dicke von 50 bis 625 μm/Störstellenkonzentration von 5 × 10¹¹ bis 5 × 10¹⁵ cm^–3
Zweiter Halbleiterbereich 4: Dicke von 1,0 bis 10 μm/Störstellenkonzentration von 1 × 10¹⁸ bis 1 × 10²⁰ cm^–3
Dritter Halbleiterbereich 5: Dicke von 0,01 bis 3,0 μm/Störstellenkonzentration von 1 × 10¹⁸ bis 1 × 10²⁰ cm^–3
Vierter Halbleiterbereich 6: Dicke von 1,0 bis 10 μm/Störstellenkonzentration von 1 × 10¹⁸ bis 1 × 10²⁰ cm^–3
Fünfter Halbleiterbereich 7: Dicke von 1,0 bis 620 μm/Störstellenkonzentration von 1 × 10¹⁸ bis 1 × 10²⁰ cm^–3

Die Durchbruchselektrode 81a ist innerhalb der Durchbruchsöffnung 9A vorgesehen. Die Durchbruchselektrode 81a weist eine hohle vierseitige kegelstumpfartige/pyramidenstumpfartige (frustum) Form auf, bei welcher der Boden vollständig geöffnet ist. Die Durchbruchselektrode 81a ist auf der Innenwand des kleinen Öffnungsteilbereichs 91a und auf dem isolierenden Film f6 innerhalb des großen Öffnungsteilbereichs 92a ausgebildet. Die Durchbruchselektrode 81a blockiert die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der Oberfläche 21.
Die Kontaktelektrode 82a ist auf der Oberfläche 21 ausgebildet. Die Kontaktelektrode 82a verbindet den zweiten Halbleiterbereich 5 und die Durchbruchselektrode 81a elektrisch. Die Kontaktelektrode 82a umfasst einen scheibenförmigen Teilbereich und einen kreisförmigen ringförmigen Teilbereich. Der scheibenförmige Teilbereich ist auf dem isolierenden Film f1 gebildet. Der scheibenförmige Teilbereich deckt die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der Oberfläche 21 ab. Der scheibenförmige Teilbereich ist mit der Durchbruchselektrode 81a gekoppelt. Der kreisförmige ringförmige Teilbereich erstreckt sich von der äußeren Grenze an einer Oberfläche des scheibenförmigen Teilbereichs (Oberfläche auf der Seite des isolierenden Films f1) bis zu der radialen Außenseite. Der kreisförmige ringförmige Teilbereich tritt durch den isolierenden Film f1 hindurch und kommt mit dem zweiten Halbleiterbereich 5 in Kontakt.
Die äußere Grenze der Kontaktelektrode 82a umgibt die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der hinteren Oberfläche 22, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Das heißt, die Kontaktelektrode 82a ist über den Bereich der Innenseite und der Außenseite der Durchbruchsöffnung 9A vorgesehen, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird.
Die Anschlusselektrode 83a ist auf der hinteren Oberfläche 22 ausgebildet. Die Anschlusselektrode 83a ist auf dem isolierenden Film f4 ausgebildet. Die Anschlusselektrode 83a weist eine ringförmige Form so auf, dass die äußere Grenze davon eine kreisförmige Form aufweist und die innere Grenze davon eine vierseitige Form aufweist. Die innere Grenze der Anschlusselektrode 83a ist mit der Durchbruchselektrode 81a gekoppelt. Die Kontaktelektrode 82a, die Durchbruchselektrode 81a und die Anschlusselektrode 83a sind beispielsweise aus Aluminium oder Ähnlichem gebildet.
[Verfahren zur Herstellung einer Fotodiodenanordnung]
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Fotodiodenanordnung 1 beschrieben werden.
Wie in 4 gezeigt wird zuerst ein Trägermaterial S eines n^–-Typ Si mit einer Kristallebene (100) vorbereitet. Der erste Halbleiterbereich 3 ist in dem Trägermaterial S umfasst. Nachfolgend wird der isolierende Film f1 auf der Oberfläche 21 durch beispielsweise thermische Oxidation ausgebildet.
Wie in 5 gezeigt wird nachfolgend der isolierende Film f1 an Positionen, an denen der dritte Halbleiterbereich 4 und der vierte Halbleiterbereich 6 ausgebildet werden, durch Fotoätzen entfernt und eine Öffnung wird ausgebildet. Phosphor wird thermisch in das Trägermaterial S durch die Öffnung diffundiert. In diesem Fall wird Phosphor ebenso thermisch in die hintere Oberfläche 22 diffundiert. Dadurch werden der dritte Halbleiterbereich 4, der vierte Halbleiterbereich 6 und der fünfte Halbleiterbereich 7 ausgebildet. Nachfolgend wird die Öffnung durch thermische Oxidation geschlossen.
Wie in 6 gezeigt wird nachfolgend der isolierende Film f1 an einer Position, an welcher der zweite Halbleiterbereich 5 ausgebildet werden wird, durch Fotoätzen entfernt und eine Öffnung wird gebildet. Bor wird in das Trägermaterial S über die Öffnung thermisch diffundiert. Dadurch wird der zweite Halbleiterbereich 5 ausgebildet. Nachfolgend wird die Öffnung durch thermische Oxidation geschlossen.
Wie in 7 gezeigt, wird nachfolgend der isolierende Film f1 an einer Position, an welcher der kreisförmige ringförmige Teilbereich der Kontaktelektrode 82a ausgebildet werden wird, durch Fotoätzen entfernt und eine Öffnung (Kontaktöffnung) wird ausgebildet. Nachfolgend wird die Kontaktelektrode 82a durch Sputtern gebildet.
Wie in 8 gezeigt wird nachfolgend der isolierende Film f3 auf dem isolierenden Film f1 und die Kontaktelektrode 82a durch beispielsweise Plasma-CVD, LP-CVD oder Ähnliches ausgebildet. Nachfolgend wird ein chemisch mechanisches Polieren (CMP) auf der Seite der Oberfläche 21 (insbesondere isolierender Film f3) ausgeführt, um die Dicke eines Teilbereichs, durch welchen Licht hindurch tritt, einzustellen.
Wie in 9 gezeigt wird nachfolgend ein anisotropes Ätzen an der hinteren Oberfläche 22 durch alkalisches Ätzen (unter Verwendung von einer Kaliumhydroxid-Lösung, TMAH, Hydrazin, EDP oder Ähnliches) ausgeführt.
Dadurch wird der große Öffnungsteilbereich 92a ausgebildet, bei welchem die Innenwand davon und die Oberfläche 21 einen Winkel von ungefähr 55° bilden. Das anisotrope Ätzen wird ausgeführt, bis der große Öffnungsteilbereich 92a den isolierenden Film f1 erreicht. Nachfolgend wird der kleine Öffnungsteilbereich 91a durch Trockenätzen ausgebildet.
Wie in 10 gezeigt werden die isolierenden Filme f4 und f6 auf der hinteren Oberfläche 22, die Innenwand des großen Öffnungsteilbereichs 92a und die Innenwand des kleinen Öffnungsteilbereichs 91a durch beispielsweise Plasma-CVD, LP-CVD oder Ähnliches ausgebildet.
Wie in 11 gezeigt wird nachfolgend der isolierende Film f6 auf der Innenwand des kleinen Öffnungsteilbereichs 91a durch Fotoätzen entfernt, um dadurch eine Öffnung (Kontaktöffnung) auszubilden, und ein Teilbereich der Kontaktelektrode 82a wird auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 freigelegt. Nachfolgend werden die Durchbruchselektrode 81a und die Anschlusselektrode 83a durch Sputtern ausgebildet.
Wie in 12 gezeigt wird nachfolgend der isolierende Film f5 auf dem isolierenden Film f4, die Anschlusselektrode 83a und die Durchbruchselektrode 81a durch beispielsweise Plasma-CVD, LP-CVD oder Ähnliches ausgebildet. Nachfolgend wird der isolierende Film f5 auf der inneren Grenzseite der Anschlusselektrode 83a und der Durchbruchselektrode 81a durch Fotoätzen entfernt. Wie oben beschrieben wird die in 3 gezeigte Konfiguration erhalten.
[CT-Vorrichtung]
Wie in 13 gezeigt umfasst die CT-Vorrichtung 100 die zuvor genannte Fotodiodenanordnung 1, einen Szintillator 101 und ein Anbringungs-Trägermaterial 102.
Der Szintillator 101 kommt mit dem isolierenden Film f3 in Kontakt. Der Szintillator 101 weist eine rechteckige Parallelepiped-Form auf. Wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird, weist der Szintillator 101 ungefähr dieselbe Größe wie die des einen Lichterkennungsbereich bildenden zweiten Halbleiterbereichs 5 auf und überlappt mit dem zweiten Halbleiterbereich 5. Der Szintillator 101 ist ein Festkörper-Szintillator wie beispielsweise ein kristalliner Szintillator (kristallines Material wie beispielsweise CsI, NaI, LaBr3 oder GAGG), ein keramischer Szintillator (wie beispielsweise ein gesinterter Körper eines anorganischen Phosphors) oder ein Plastikszintillator (wie beispielsweise PET). Ein reflektierender Film 103 ist auf anderen Oberflächen als die Kontaktoberfläche mit dem isolierenden Film f3 in dem Szintillator 101 vorgesehen. Der reflektierende Film 103 ist beispielsweise aus Aluminium, Titanoxid oder Ähnlichem ausgebildet.
Das Anbringungs-Trägermaterial 102 weist eine Elektrode 104 auf. Die Elektrode 104 ist elektrisch mit der Durchbruchselektrode 81a über eine innerhalb der Durchbruchselektrode 81a gebildete Höckerelektrode (Bump Electrode) 105 verbunden. Die Höckerelektrode 105 ist aus einem leitenden Material wie beispielsweise Lötmetall, Gold, Nickel, Kupfer oder einem leitenden adhäsiven Harz gebildet.
In der CT-Vorrichtung 100 emittiert, wenn Röntgenstrahlen auf den Szintillator 101 einfallen, der Szintillator 101 Szintillatonslicht. Das Szintillationslicht fällt direkt auf den zweiten Halbleiterbereich 5 oder fällt auf den zweiten Halbleiterbereich 5 ein, nachdem dieses durch die Kontaktelektrode 82a, den reflektierenden Film 103 und Ähnlichem reflektiert wird. Eine Information einer in dem Lichterkennungsbereich durch den Einfall des Szintillationslicht erzeugten Ladung wird in das Anbringungs-Trägermaterial 102 über die Kontaktelektrode 82a, die Durchbruchselektrode 81a, die Anschlusselektrode 83a und die Höckerelektrode 105 eingegeben.
In der Fotodiodenanordnung 1 der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform tritt in jeder der Fotodioden PD1 die Durchbruchsöffnung 9A durch den ersten Halbleiterbereich 3 und den dritten Halbleiterbereich 4 hindurch und der dritte Halbleiterbereich 4 ist durch den zweiten Halbleiterbereich 5 umgeben. Der zweite Halbleiterbereich 5 bildet zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich 3 den Lichterkennungsbereich. Hierbei ist in jeder Fotodiode PD1, welches ein Pixel ist, die Durchbruchsöffnung 9A durch den Lichterkennungsbereich umgeben. Dadurch wird ein Abstand zwischen den benachbarten Fotodioden PD1 und PD1 reduziert. Somit ist es möglich ein Öffnungsverhältnis zu verbessern.
Die Durchbruchsöffnung 9A umfasst den eine spitz zulaufende Form aufweisenden großen Öffnungsteilbereich 92a, welcher sich von der Oberfläche 21 bis zu der hinteren Oberfläche 22 erstreckt. Der große Öffnungsteilbereich 92a ist durch anisotropes Ätzen gebildet. Bei dem anisotropen Ätzen ist es unwahrscheinlich, dass ein Schaden an der Innenwand der Durchbruchsöffnung 9A auftritt. Daher ist es bei der Fotodiodenanordnung 1 möglich einen Kriechstrom von der Durchbruchsöffnung 9A, welcher aufgrund eines Schadens erzeugt wird, zu reduzieren. Somit ist es möglich elektrische Eigenschaften zu verbessern.
Die Innenwand des großen Öffnungsteilbereichs 92a und die hintere Oberfläche 22 bilden einen stumpfen Winkel (ungefähr 125°). Daher weisen, wenn die isolierenden Filme f4 und f6 ausgebildet werden, die isolierenden Filme f4 und f6 an der Öffnungsgrenze der Durchbruchsöffnung 9A an der Seite der hinteren Oberfläche 22 eine Tendenz auf dicker ausgebildet zu werden als im Vergleich zu dem Fall, wenn die Innenwand des großen Öffnungsteilbereichs 92a und die hintere Oberfläche 22 einen rechten Winkel oder einen spitzen Winkel bilden, auf. Daher ist es möglich elektrische Eigenschaften zu verbessern.
Die Durchbruchsöffnung 9A tritt durch den dritten Halbleiterbereich 4 hindurch, welcher eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs 3 aufweist. Daher kann ein in der Innenwand der Durchbruchsöffnung 9A erzeugter und zu dem Lichterkennungsbereich gerichteter Oberflächenkriechstrom durch den dritten Halbleiterbereich 4 reduziert werden. Zusätzlich kann ein durch Ätzen erzeugter Schaden durch den dritten Halbleiterbereich 4 reduziert werden. Somit ist es möglich elektrische Eigenschaften zu verbessern. Diese Effekte werden durch den dritten Halbleiterbereich 4 angemessener aufgewiesen, welcher ausgebildet ist, um tiefer als der zweite Halbleiterbereich 5 zu sein.
Da die Materialien des isolierenden Films f6 und das Halbleiterträgermaterial 2 sich voneinander unterscheiden, wird angenommen, dass eine Beanspruchung in der Schnittstelle zwischen dem isolierenden Film f6 und der Durchbruchsöffnung 9A auftritt. In der Fotodiodenanordnung 1 kann, da der dritte Halbleiterbereich 4, durch welchen die Durchbruchsöffnung 9A hindurchtritt, eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs 3 aufweist, die in der Schnittstelle zwischen der Durchbruchsöffnung 9A und dem isolierenden Film f6 auftretende Beanspruchung durch den dritten Halbleiterbereich 4 gemindert werden. Somit ist es möglich die Festigkeit davon zu verbessern.
Da das Halbleiterträgermaterial 2 die Oberfläche 21 und die hintere Oberfläche 22 mit großen Flächen im Vergleich zu dessen Dicke aufweist, wird angenommen, dass eine Verzerrung in dem Halbleiterträgermaterial 2 auftritt. In der Fotodiodenanordnung 1 kann die in der Durchbruchsöffnung 9A aufgrund der Verzerrung des Halbleiterträgermaterials 2 auftretende Beanspruchung durch den dritten Halbleiterbereich 4, durch welchen die Durchbruchsöffnung 9A hindurchtritt, vermindert werden. Somit ist es möglich die Festigkeit davon zu verbessern.
Wenn die Höckerelektrode 105 innerhalb der Durchbruchsöffnung 9A ausgebildet wird, wird angenommen, dass in der Durchbruchsöffnung 9A aufgrund der thermischen Kontraktion der Höckerelektrode 105 oder Ähnlichem eine Beanspruchung auftritt. In der Fotodiodenanordnung 1 kann eine während dem Ausbilden der Höckerelektrode 105 auftretende Beanspruchung oder Ähnliches durch den dritten Halbleiterbereich 4, durch welchen die Durchbruchsöffnung 9A hindurchtritt, gemindert werden. Somit ist es möglich die Festigkeit davon zu verbessern.
Der zweite Halbleiterbereich 5 und der dritte Halbleiterbereich 4 sind getrennt voneinander. Der erste Teilbereich 31, welches ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs 3 ist, ist zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 5 und dem dritten Halbleiterbereich 4 so vorhanden, dass diese den dritten Halbleiterbereich 4 umgibt. Daher ist es möglich ein Kurzschließen zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 5 und dem dritten Halbleiterbereich 4 zu verhindern. Somit ist es möglich elektrische Eigenschaften zu verbessern.
Der Abstand d1 zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 4 ist größer als der Abstand d2 zwischen der äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 4 und der inneren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 5. Daher kann eine Vielzahl von oben beschriebenen in der Durchbruchsöffnung 9A auftretenden Beanspruchungen viel besser durch den dritten Halbleiterbereich 4 gemindert werden.
Die innere Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 5 umgibt die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der hinteren Oberfläche 22, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus beobachtet wird. Das heißt, der zweite Halbleiterbereich 5 ist in einem weiter außerhalb angeordneten Bereich als die Durchbruchsöffnung 9A vorgesehen, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Daher ist es, wenn die Höckerelektrode 105 innerhalb der Durchbruchsöffnung 9A ausgebildet wird oder Ähnliches, möglich eine an dem den Lichterkennungsbereich bildenden zweiten Halbleiterbereich 5 anliegende Beanspruchung zu reduzieren.
Jede der Fotodioden PD1 umfasst die auf der Oberfläche 21 gebildete und den zweiten Halbleiterbereich 5 und die Durchbruchselektrode verbindende Kontaktelektrode 82a 81a und die äußere Grenze der Kontaktelektrode 82a umgibt die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der hinteren Oberfläche, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Das heißt, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird, ist die Kontaktelektrode 82a über den Bereich der Innenseite und der Außenseite der Durchbruchsöffnung 9A vorgesehen. Daher ist es möglich eine Festigkeit in der Umgebung der Durchbruchsöffnung 9A zu verbessern.
Die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der Oberfläche 21 weist eine kreisförmige Form auf. Daher ist es, wenn die Höckerelektrode 105 innerhalb der Durchbruchsöffnung 9A ausgebildet wird oder Ähnliches, möglich das Auftreten eine Beanspruchungskonzentration in der Durchbruchsöffnung 9A zu verhindern.
Die äußere Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 4 weist eine kreisförmige Form auf. Daher ist es möglich die Konzentration eines elektrischen Feldes im Vergleich zu dem Fall, bei welchem die äußere Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 4 eine polygonale Form oder Ähnliches aufweist, zu verhindern.
Als Nächstes wird eine Fotodiodenanordnung einer anderen Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 14 gezeigt umfasst die Fotodiodenanordnung der vorliegenden Ausführungsform eine Fotodiode PD2 anstelle der zuvor erwähnten Fotodiode PD1 (siehe 2). Die Fotodiode PD2 unterscheidet sich von der Fotodiode PD1 darin, dass der Lichterkennungsbereich in eine Vielzahl von (vier) Teilen unterteilt ist.
Insbesondere umfasst die Fotodiode PD2 eine Vielzahl von (vier) zweiten Halbleiterbereichen 51, welche eine Form aufweisen, welche sich von dem des zweiten Halbleiterbereichs 5 unterscheidet, anstelle des zweiten Halbleiterbereichs 5. Die Fotodiode PD2 umfasst eine Vielzahl von (vier) dritten Teilbereichen 33, welche ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs 3 sind, anstelle des ersten und zweiten Teilbereichs 31 und 32. Die Fotodiode PD2 umfasst eine Vielzahl von sechsten Halbleiterbereichen 10.
Die Vielzahl von zweiten Halbleiterbereichen 51 sind so vorgesehen, dass diese getrennt voneinander sind. Die Vielzahl von zweiten Halbleiterbereichen 51 umgibt den dritten Halbleiterbereich 4, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden. Jede der zweiten Halbleiterbereiche 51 ist von dem dritten Halbleiterbereich 4 getrennt. Jeder der zweiten Halbleiterbereiche 51 weist eine Form auf, wie beispielsweise eine in einer fächerartigen Form von einem rechteckeingekerbten Ecke, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden.
Der Abstand d1 zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 4 ist größer als ein Abstand d3 zwischen der äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 4 und der inneren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 51 (Abstand zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze in jedem der Teilbereiche 33).
Die inneren Grenzen der Vielzahl von zweiten Halbleiterbereichen 51 umgeben die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der der Seite der hinteren Oberfläche 22, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden. Das heißt, die Vielzahl von zweiten Halbleiterbereichen 51 sind weiter außerhalb als die Durchbruchsöffnung 9A vorgesehen, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden.
Jeder der zweiten Halbleiterbereiche 51 ist mit der Kontaktelektrode 82a verbunden. Die in der Vielzahl von zweiten Halbleiterbereichen 51 erhaltenen Informationen werden als ein Stück Information von der Durchbruchselektrode 81a ausgegeben. Das heißt, die die Vielzahl von zweiten Halbleiterbereichen 51 umfassende Fotodiode PD2 fungiert als ein Pixel.
Jeder der dritten Teilbereiche 33 weist eine ringförmige Form auf. Jeder der Teilbereiche 33 umgibt den zweiten Halbleiterbereich 51, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden. Die Vielzahl von dritten Teilbereichen 33 sind so vorgesehen, dass diese getrennt voneinander sind. Die Vielzahl von dritten Teilbereichen 33 umgibt den dritten Halbleiterbereich 4, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden.
Die sechsten Halbleiterbereichen 10 sind mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich 3 auf der Seite der Oberfläche 21 des Halbleiterträgermaterials 2 vorgesehen. Jeder der sechsten Halbleiterbereiche 10 ist zwischen den benachbarten dritten Teilbereichen 33 und 33 gebildet, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden. Der sechste Halbleiterbereich 10 weist ungefähr eine rechteckige Form auf, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Der sechste Halbleiterbereich 10 ist ein n+-Typ Halbleiterbereich und weist eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs 3 auf. Der sechste Halbleiterbereich 10 ist kontinuierlich mit dem dritten Halbleiterbereich 4 und dem fünften Halbleiterbereich 6 vorgesehen, welches n+-Typ Halbleiterbereiche sind. Der sechste Halbleiterbereich 10 weist beispielsweise ungefähr dieselbe Dicke und Störstellenkonzentration wie die des dritten Halbleiterbereichs 4 und des fünften Halbleiterbereichs 6 auf. Der dritte Halbleiterbereich 4 ist beispielsweise durch Diffusion einer n-Typ Störstelle in Si oder Ähnlichem gebildet. Der dritte Halbleiterbereich 4 ist beispielsweise gleichzeitig mit dem dritten Halbleiterbereich 4 und dem vierten Halbleiterbereich 6 in dem zuvor erwähnten Herstellungsverfahren gebildet.
Die oben beschriebene eine Vielzahl von Fotodioden PD2 umfassende Fotodiodenanordnung weist dieselben Effekte wie die in der zuvor erwähnten Fotodiodenanordnung 1 auf. Insbesondere tritt in der Fotodiodenanordnung der vorliegenden Erfindung in jeder der Fotodioden PD2 die Durchbruchsöffnung 9A ebenso durch den ersten Halbleiterbereich 3 und den dritten Halbleiterbereich 4 hindurch und der dritte Halbleiterbereich 4 ist durch die Vielzahl von zweiten Halbleiterbereichen 51 umgeben. Die Vielzahl von zweiten Halbleiterbereichen 51 bilden zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich 3 den Lichterkennungsbereich. Hierbei ist in jeder Fotodiode PD2, welches ein Pixel ist, die Durchbruchsöffnung 9A durch den Lichterkennungsbereich umgeben. Dadurch wird ein Abstand zwischen den benachbarten Fotodioden PD2 und PD2 reduziert. Somit ist es möglich ein Öffnungsverhältnis zu verbessern.
In der Fotodiode PD2 ist der dritte Halbleiterbereich 4 kontinuierlich mit dem vierten Halbleiterbereich 6, welcher geerdet ist, über den sechsten Halbleiterbereich 10 gebildet. Daher ist es in der Fotodiode PD2 möglich eine elektrische Stabilität im Vergleich mit der zuvor erwähnten Fotodiode PD1 zu verbessern.
Als Nächstes wird eine Fotodiodenanordnung von einer weiteren anderen Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 15 gezeigt unterscheidet sich in einer Fotodiode PD3 in der Fotodiodenanordnung der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl von Unterteilungen des Lichterkennungsbereich sich von dem in der zuvor erwähnten Fotodiode PD2 (siehe 14).
Insbesondere umfasst die Fotodiode PD3 eine Vielzahl von (acht) zweiten Halbleiterbereichen 52 anstelle der Vielzahl von (vier) zweiten Halbleiterbereichen 51. Der zweite Halbleiterbereich 52 weist ungefähr eine vierseitige Form auf, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Die Fotodiode PD3 umfasst eine Vielzahl von (acht) dritten Teilbereichen 34 anstelle der Vielzahl von (vier) dritten Teilbereichen 33. Der dritte Teilbereich 34 weist ungefähr eine vierseitige ringförmige Form auf, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Die Fotodiode PD3 umfasst eine Vielzahl von (acht) sechsten Halbleiterbereichen 11 anstelle der Vielzahl von (vier) sechsten Halbleiterbereichen 10. Der sechste Halbleiterbereich 11 weist eine ungefähr rechteckige Form auf, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird.
Die eine Vielzahl von solchen Fotodioden PD3 umfassende Fotodiodenanordnung weist dieselben Effekte wie die in der oben beschriebenen die Vielzahl von Fotodioden PD2 umfassende Fotodiodenanordnung auf.
Wie oben beschrieben wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise, wenn der Lichterkennungsbereich geteilt ist, kann die Anzahl von Unterteilungen auf verschiedene Anzahlen geändert werden, ohne auf vier oder acht beschränkt zu sein. Zusätzlich kann das Material und die Form einer jeden Konfiguration der Fotodiodenanordnung auf verschiedene Materialien und Formen geändert werden, ohne auf die zuvor erwähnten Materialien und Formen beschränkt zu sein.
Jeder Leitungstyp des p-Typs und des n-Typs in der Fotodiodenanordnung kann mit Bezug zu den zuvor erwähnten Typen umgekehrt werden. Die Fotodiodenanordnung kann Fotodioden sein, welche eindimensional angeordnet sind, ohne auf die Fotodioden PD1 bis PD4, welche zweidimensional angeordnet sind, beschränkt zu sein. Die Fotodiodenanordnung kann auf verschiedene Vorrichtungen angewendet werden, ohne auf die CT-Vorrichtung beschränkt zu sein.
Industrielle Anwendbarkeit
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Fotodiodenanordnung, welche zum Verbessern eines Öffnungsverhältnisses und einer Zuverlässigkeit geeignet ist, bereitzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Fotodiodenanordnung, 2: Halbleiterträgermaterial, 3: erster Halbleiterbereich, 4: dritter Halbleiterbereich, 5: zweiter Halbleiterbereich, 9A, 9B: Durchbruchsöffnung, 81a: Durchbruchselektrode, 82a: Kontaktelektrode, PD1 bis PD3: Fotodiode

Claims

Eine Fotodiodenanordnung umfassend eine Vielzahl von in einem Halbleiterträgermaterial ausgebildeten Fotodioden, wobei jede der Fotodioden umfasst: einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps, und welche in dem Halbleiterträgermaterial vorgesehen ist; einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitungstyps, welcher mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich auf einer Oberflächenseite des Halbleiterträgermaterials so vorgesehen ist, dass dieser einen vorbestimmten Bereich umgibt, und zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich einen Lichterkennungsbereich bildet; und eine Durchbruchselektrode, welche innerhalb einer durch die eine Oberfläche und die andere Oberfläche des Halbleiterträgermaterials hindurchtretenden Durchbruchsöffnung so vorgesehen ist, dass diese durch den ersten Halbleiterbereich und den vorbestimmten Bereich hindurch tritt, und elektrisch mit dem zweiten Halbleiterbereich verbunden ist; und die Durchbruchsöffnung einen sich von der einen Oberfläche zu der anderen Oberfläche erstreckenden Teilbereich umfasst.
Die Fotodiodenanordnung gemäß Anspruch 1, wobei ein dritter Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps, durch welchen die Durchbruchsöffnung hindurchtritt und welcher eine höhere Störstellenkonzentration als eine Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs aufweist, in dem vorbestimmten Bereich vorhanden ist, der zweite Halbleiterbereich und der dritte Halbleiterbereich getrennt voneinander sind und ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs zwischen dem zweiten Halbleiterbereich und dem dritten Halbleiterbereich so vorhanden ist, dass dieser den dritten Halbleiterbereich umgibt.
Die Fotodiodenanordnung gemäß Anspruch 2, wobei ein Abstand zwischen einer inneren Grenze und einer äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs größer als ein Abstand zwischen der äußeren Grenze des dritten Halbleiterbereichs und einer inneren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs ist.
Die Fotodiodenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die innere Grenze des zweiten Halbleiterbereichs eine Öffnung der Durchbruchsöffnung auf der anderen Oberflächenseite umgibt, wenn diese von einer Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials aus betrachtet wird.
Die Fotodiodenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede der Fotodioden eine Kontaktelektrode, welche auf der einen Oberfläche ausgebildet ist und den zweiten Halbleiterbereich und die Durchbruchselektrode elektrisch verbindet, umfasst und eine äußere Grenze der Kontaktelektrode die Öffnung der Durchbruchsöffnung auf der anderen Oberflächenseite umgibt, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials aus betrachtet wird.
Die Fotodiodenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Öffnung der Durchbruchsöffnung auf der einen Oberflächenseite eine kreisförmige Form aufweist.