DE112013005690T5

DE112013005690T5 - Fotodiodenanordnung

Info

Publication number: DE112013005690T5
Application number: DE112013005690.9T
Authority: DE
Inventors: Tatsumi Yamanaka; Noburo Hosokawa; Akira Sakamoto
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-10-15
Also published as: JP6068954B2; TW201431051A; WO2014084212A1; US10418496B2; TWI591808B; US20150311358A1; JP2014107445A; CN104685630A; CN104685630B

Abstract

Diese Fotodiodenanordnung ist mit einer Vielzahl von Fotodioden ausgestattet, welche auf einem Halbleiterträgermaterial ausgebildet sind. Jede der Fotodioden weist auf: einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps, welcher auf dem Halbleiterträgermaterial vorgesehen ist; einen zweiten Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps, welcher eine höhere Störstellenkonzentration als die des ersten Halbleiterbereichs aufweist und auf einer Oberfläche des Halbleiterträgermaterials in Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich positioniert ist; einen dritten Halbleiterbereich eines zweiten Leitungstyps, welcher den ersten Halbleiterbereich und einen Fotodetektionsbereich bildet und an der einen Oberfläche in Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich so vorgesehen ist, um den zweiten Halbleiterbereich zu umgeben und von dem zweiten Halbleiterbereich getrennt zu sein; und eine Durchbruchselektrode, welche mit dem dritten Halbleiterbereich elektrisch verbunden ist und innerhalb einer Durchbruchsöffnung zum Hindurchtreten zwischen der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche des Halbleiterträgermaterials positioniert ist, um durch den ersten Halbleiterbereich und den zweiten Halbleiterbereich hindurch zu treten.

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 zwei-dimensional auf der Einfallsoberflächenseite eines n-Typ Halbleiterträgermaterials angeordnet. Eine Elektrode ist mit jedem der P⁺-Typ Halbleiterbereiche verbunden. Jede der Elektroden ist zu der hinteren Oberflächenseite auf der der Einfallsoberfläche gegenüberliegenden Seite über eine zu jeder der P⁺-Typ Halbleiterbereiche entsprechend vorgesehenen Durchbruchsöffnung herausgezogen. Der P⁺-Typ Halbleiterbereich und die Durchbruchsöffnung sind abwechselnd in dem Halbleiterträgermaterial entlang einer vorbestimmten Richtung angeordnet.
Literaturliste
Patentliteratur

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

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
In der Fotodiodenanordnung aus Patentliteratur 1 ist ein ausreichender Abstand zum Vorsehen 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 in einer Vielfalt von Zuverlässigkeit wie beispielsweise eine Verbesserung in 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 einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird 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 des ersten Leitungstyps, welcher mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich auf einer Oberflächenseite des Halbleiterträgermaterials vorgesehen ist und eine höhere Störstellenkonzentration als eine Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs aufweist; einen dritten Halbleiterbereich eines zweiten Leitungstyps, welcher mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich auf der einen Oberflächenseite so vorgesehen ist, dass dieser den zweiten Halbleiterbereich getrennt von dem zweiten Halbleiterbereich umgibt, und zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich einen Lichterkennungsbereich bildet; und eine Durchbruchselektrode, welche mit einer Durchbruchsöffnung versehen ist, welche durch die eine Oberfläche und die andere Oberfläche des Halbleiterträgermaterials so hindurch tritt, dass diese durch den ersten Halbleiterbereich und den zweiten Halbleiterbereich hindurchtritt, und mit dem dritten Halbleiterbereich elektrisch verbunden ist.
In der Fotodiodenanordnung tritt in jeder der Fotodioden die Durchbruchsöffnung durch die ersten und zweiten Halbleiterbereiche hindurch und der zweite Halbleiterbereich wird durch den dritten Halbleiterbereich umgeben. Der dritte Halbleiterbereich bildet zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich den Lichterkennungsbereich. Hierbei ist in jeder Fotodiode, welches ein Pixel ist, die Durchbruchsöffnung von dem Lichterkennungsbereich umgeben. Daher ist es möglich, einen Abstand zwischen benachbarten Fotodioden zu reduzieren. Somit ist es möglich, ein Öffnungsverhältnis zu verbessern. Weiter weist der zweite Halbleiterbereich, durch welchen die Durchbruchsöffnung hindurchtritt, eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs auf. Daher kann ein in der inneren Wand der Durchbruchsöffnung erzeugter und zu dem Lichterkennungsbereich gerichteter Oberflächenkriechstrom durch den zweiten Halbleiterbereich reduziert werden. Somit ist es möglich, elektrische Eigenschaften zu verbessern. Zusätzlich ist es, da der zweite Halbleiterbereich, durch welchen die Durchbruchsöffnung hindurchtritt, eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs aufweist, möglich, eine Vielzahl von in der Durchbruchsöffnung auftretenden Beanspruchungen zu verringern. Somit ist es möglich, die Festigkeit davon zu verbessern. Weiterhin sind der zweite Halbleiterbereich und der dritte Halbleiterbereich voneinander getrennt. Daher ist es möglich, ein Kurzschließen zwischen dem zweiten Halbleiterbereich und dem dritten Halbleiterbereich zu verhindern und elektrische Eigenschaften zu verbessern.
Ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs kann zwischen dem zweiten Halbleiterbereich und dem dritten Halbleiterbereich so vorhanden sein, dass dieser den zweiten Halbleiterbereich umgibt. Entsprechend einer solchen Konfiguration ist es möglich, elektrische Eigenschaften zu verbessern.
Ein Abstand zwischen einer inneren Grenze und einer äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs kann größer als ein Abstand zwischen der äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs und einer inneren Grenze des dritten Halbleiterbereichs sein. Entsprechend einer solchen Konfiguration können verschiedene in der Durchbruchsöffnung auftretende Beanspruchungen durch den zweiten Halbleiterbereich viel besser verringert werden.
Die innere Grenze des dritten Halbleiterbereichs kann eine Öffnung der Durchbruchsöffnung auf der anderen Oberflächenseite umgeben, wenn diese von einer Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials aus betrachtet wird. Entsprechend einer solchen Konfiguration ist der dritte Halbleiterbereich in einem bezüglich zur Durchbruchsöffnung weiter außerhalb positionierten Bereich vorgesehen, wenn dies von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials aus betrachtet wird. Daher ist es beispielsweise, wenn eine Höckerelektrode (Bump Electrode) innerhalb der Durchbruchsöffnung oder Ähnliches gebildet wird, möglich, eine an dem den Lichterkennungsbereich bildenden dritten Halbleiterbereich anliegende Beanspruchung zu reduzieren.
Jede der Elektroden kann eine auf der einen Oberfläche gebildete und den dritten Halbleiterbereich und die Durchbruchselektrode elektrisch verbindende Kontaktelektrode umfassen und eine äußere Grenze der Kontaktelektrode kann die Öffnung der Durchbruchsöffnung auf der anderen Oberflächenseite umgeben, wenn dies von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials aus betrachtet wird. Entsprechend einer solchen Konfiguration wird die Kontaktelektrode über den Bereich der Innenseite und der Außenseite der Durchbruchsöffnung vorgesehen, wenn dies 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 Durchbruchsöffnung gebildet wird, oder Ähnliches, möglich, das Auftreten von 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 Fotodiodenanordnung gemäß 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 zur Herstellung 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 zur Herstellung der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
7 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zur Herstellung der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
8 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zur Herstellung der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
9 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zur Herstellung der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
10 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zur Herstellung der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
11 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zur Herstellung der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
12 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Prozess eines Verfahrens zur Herstellung der Fotodiodenanordnung aus 1 darstellt.
13 ist eine Durchschnittsansicht, welche einen Teilbereich einer CT-Vorrichtung darstellt, auf welchen die Fotodiodenanordnung aus 1 angewendet wird.
14 ist eine Durchschnittsansicht, welche eine Fotodiode einer Fotodiodenanordnung entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist eine Draufsicht, welche eine Fotodiode einer Fotodiodenanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
16 ist eine Draufsicht, welche eine Fotodiode einer Fotodiodenanordnung entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Fotodiodenanordnung gemäß einer Ausführungsform mit Bezug zu den beigefügten Figuren genau beschrieben. Indessen werden dieselben oder äquivalente Komponenten durch dieselben Bezugszeichen und Zeichen bezeichnet und die Beschreibungen davon werden nicht wiederholt.
[Fotodiodenanordnung]
Wie in 1 dargestellt wird eine Fotodiodenanordnung 1 in beispielsweise einer CT-Vorrichtung oder Ähnlichem verwendet. Die Fotodiodenanordnung 1 umfasst eine Vielzahl von in einem Halbleiterträgermaterial 2 gebildeten Fotodioden PD1.
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, welche sich einander gegenüber liegen, auf. 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 ist ein SiO₂-Film, ein SiN-Film oder Ähnliches ausgebildet.
Wie in 1 gezeigt, sind Fotodioden PD1 zweidimensional auf 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 zweiten Halbleiterbereich 4, einen dritten Halbleiterbereich 5, einen vierten Halbleiterbereich 6, einen fünften Halbleiterbereich 7, eine Durchbruchselektrode 81a, eine Kontaktelektrode 82a und eine Anschlusselektrode 83a.
Der erste Halbleiterbereich 3 umfasst einen Zentralteilbereich 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 Zentralteilbereich in der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 vorgesehen. Die ersten Halbleiterbereiche 3 und 3 der benachbarten Fotodioden PD1 und PD1 sind einstückig ausgebildet. Der erste Halbleiterbereich 3 ist ein n^–-Typ Halbleiterbereich. Der erste Halbleiterbereich ist beispielsweise aus Si oder Ähnlichem ausgebildet. Eine Trägermaterialelektrode, nicht gezeigt, ist mit dem ersten Halbleiterbereich 3 verbunden.
Der zweite Halbleiterbereich 4 ist mit Bezug auf den ersten Halbleiterbereich 3 auf der Seite der Oberfläche 21 des Halbleiterträgermaterials 2 vorgesehen. Der zweite Halbleiterbereich 4 weist eine ringförmige Form so auf, dass die äußere Grenze davon eine kreisförmige Form aufweist und die innere Grenze davon eine rechteckige Form (insbesondere eine quadratische Form) aufweist, wenn dies von der Dicken-Richtung von dem Halbleiterträgermaterial 2 aus betrachtet wird. Der zweite Halbleiterbereich 4 kann andere ringförmige Formen (wie beispielsweise eine polygonal-ringförmige Form wie beispielsweise eine viereckige ringförmige Form, eine kreisförmige ringförmige Form und Ähnliches) aufweisen. Das heißt, die ringförmige Form bezieht sich auf eine einheitliche Form, bei welcher ein beliebiger Bereich so umgeben ist, dass dieser geschlossen ist. Die innere Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 4 bildet eine Öffnung einer Durchbruchsöffnung 9A (wird später beschrieben) auf der Seite der Oberfläche 21. Der zweite Halbleiterbereich 4 ist ein n⁺-Typ Halbleiterbereich und weist eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs 3 auf. Der zweite Halbleiterbereich 4 ist beispielsweise durch Diffusion einer n-Typ Störstelle in Si oder Ähnlichem ausgebildet.
Der dritte Halbleiterbereich 5 ist mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich 3 auf der Seite der Oberfläche 21 des Halbleiterträgermaterials 2 vorgesehen. Der dritte Halbleiterbereich 5 ist getrennt von dem zweiten Halbleiterbereich 4 und umgibt den zweiten Halbleiterbereich 4. Der dritte Halbleiterbereich 5 weist eine ringförmige Form so auf, dass die äußere Grenze davon eine rechteckige Form aufweist und die innere Grenze davon eine runde Form aufweist, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Der dritte Halbleiterbereich 5 kann andere ringförmige Formen aufweisen. Der dritte Halbleiterbereich 5 ist ein p⁺-Typ Halbleiterbereich. Der dritte Halbleiterbereich 5 und der erste Halbleiterbereich 3 formen eine pn-Schnittstelle und bilden einen Lichterkennungsbereich der Fotodiode PD1. Der dritte Halbleiterbereich 5 ist beispielsweise durch Diffusion einer p-Typ Störstelle in Silizium oder Ähnlichem ausgebildet. Der zweite Halbleiterbereich 4 ist ausgebildet, damit dieser tiefer als der dritte Halbleiterbereich 5 ist.
Ein erster Teilbereich 31, welches ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs 3 ist, ist zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 4 und dem dritten Halbleiterbereich 5 vorhanden. Wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird, umgibt der erste Teilbereich 31 den zweiten Halbleiterbereich 4 und ist durch den dritten Halbleiterbereich 5 umgeben. Der erste Teilbereich 31 weist eine kreisförmige ringförmige Form auf, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Der erste Teilbereich 31 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 dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird, weist der vierte Halbleiterbereich 6 eine rechteckige ringförmige Form auf, welche größer als die des dritten Halbleiterbereichs 5 ist, und den dritten Halbleiterbereich 5 umgibt. Der vierte Halbleiterbereich 6 kann andere ringförmige Formen aufweisen. Der vierte Halbleiterbereich 6 ist von dem dritten Halbleiterbereich 5 getrennt. Ein zweiter Teilbereich 32, welches ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs 3 ist, ist zwischen dem dritten Halbleiterbereich 5 und dem vierten Halbleiterbereich 6 vorhanden. Der zweite Teilbereich 32 weist eine rechteckige ringförmige Form auf, wenn dieser 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 Silizium ausgebildet. 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 fünfte Halbleiterbereich 7 ist mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich 3 auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 des Halbleiterträgermaterials 2 vorgesehen. Der fünfte Halbleiterbereich 7 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 ausgebildet. Der erste Halbleiterbereich 3 und der fünfte Halbleiterbereich 7 können beispielsweise durch Wachsen einer n^–-Typ Epitaxieschicht auf n+-Typ Si ausgebildet werden, wobei die Epitaxieschicht eine Störstellenkonzentration geringer 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 zweiten Halbleiterbereich 4 und den fünften Halbleiterbereich 7 hindurch. Die Öffnung umfasst einen Teilbereich, welcher sich von der Seite der Oberfläche 21 bis zu der Seite der hinteren Oberfläche 22 erstreckt. Die Durchbruchsöffnung 9A umfasst einen sich auf der Seite der Oberfläche 21 befindenden kleinen Öffnungsteilbereich 91a und einen sich auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 befindenden großen Öffnungsteilbereich 92a.
Der kleine Öffnungsteilbereich 91a tritt durch den isolierenden Film f1 hindurch. Der kleine Öffnungsteilbereich 91a weist eine zylindrische Form auf. Die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der Oberfläche 21 weist eine kreisförmige Form auf.
Der große Öffnungsteilbereich 92a tritt durch den ersten Halbleiterbereich 3 und den zweiten Halbleiterbereich 4 hindurch. Der große Öffnungsteilbereich 92a erstreckt sich von der Seite der Oberfläche 21 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 eine quadratische Form) auf. Die Innenwand des großen Öffnungsteilbereichs 92a und die Oberfläche 21 bilden einen Winkel von ungefähr 55°. Die Innenwand des großen Öffnungsteilbereichs 92a und die hintere Oberfläche 22 bilden einen Winkel von ungefähr 125°. Die Oberseite des großen Öffnungsteilbereichs 92a ist größer als der Durchmesser des kleinen Öffnungsteilbereichs 91a. Der kleine Öffnungsteilbereich 91a und der große Öffnungsteilbereich 92a sind koaxial zueinander angeordnet.
Ein isolierender Film f6 ist auf der Innenwand des großen Öffnungsteilbereichs 92a 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 ausgebildet.
Ein Abstand d1 zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 3 ist größer als ein Abstand d2 zwischen der äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 4 und der inneren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 5 (Abstand zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze des ersten Teilbereichs 31).
Die innere Grenze des dritten 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 dritte Halbleiterbereich 5 ist in einem sich weiter außerhalb befindenden Bereich als die Durchbruchsöffnung 9A vorgesehen, wenn dieser 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 dritten 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 dritten 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 zweite 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 zweite 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 dritte 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 dritte 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 dritten Halbleiterbereichs 5 auf und überlappt mit dem dritten 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 Elektrode) 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 dritten Halbleiterbereich 5 oder fällt auf den dritten 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 zweiten Halbleiterbereich 4 hindurch und der zweite Halbleiterbereich 4 ist durch den dritten Halbleiterbereich 5 umgeben. Der dritte 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.
Der zweite Halbleiterbereich 4, durch welchen die Durchbruchsöffnung 9A hindurchtritt, weist eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs 3 auf. Daher kann ein in der Innenwand der Durchbruchsöffnung 9A erzeugter und zu dem Lichterkennungsbereich gerichteter Oberflächenkriechstrom durch den zweiten Halbleiterbereich 4 reduziert werden. Zusätzlich kann ein durch Ätzen erzeugter Schaden durch den zweiten Halbleiterbereich 4 reduziert werden. Somit ist es möglich elektrische Eigenschaften zu verbessern. Diese Effekte werden durch den zweiten Halbleiterbereich 4 angemessener aufgewiesen, welcher ausgebildet ist, um tiefer als der dritte 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 zweite 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 zweiten 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 zweiten 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 zweiten Halbleiterbereich 4, durch welchen die Durchbruchsöffnung 9A hindurchtritt, gemindert werden. Somit ist es möglich die Festigkeit davon zu verbessern.
Der zweite Halbleiterbereich 4 und der dritte Halbleiterbereich 5 sind getrennt voneinander. Der erste Teilbereich 31, welches ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs 3 ist, ist zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 4 und dem dritten Halbleiterbereich 5 so vorhanden, dass diese den zweiten Halbleiterbereich 4 umgibt. Daher ist es möglich ein Kurzschließen zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 4 und dem dritten Halbleiterbereich 5 zu verhindern. Somit ist es möglich elektrische Eigenschaften zu verbessern.
Der Abstand d1 zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 4 ist größer als der Abstand d2 zwischen der äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 4 und der inneren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 5. Daher kann eine Vielzahl von oben beschriebenen in der Durchbruchsöffnung 9A auftretenden Beanspruchungen viel besser durch den zweiten Halbleiterbereich 4 gemindert werden.
Die innere Grenze des dritten 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 dritte 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 dritten Halbleiterbereich 5 anliegende Beanspruchung zu reduzieren.
Jede der Fotodioden PD1 umfasst die auf der Oberfläche 21 gebildete und den dritten Halbleiterbereich 5 und die Durchbruchselektrode 81a verbindende Kontaktelektrode 82a 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.
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 wird, wenn die Durchbruchsöffnung durch den Lichterkennungsbereich umgeben ist, bevorzugt einen Schaden an der Innenwand der Durchbruchsöffnung zu reduzieren. In der Fotodiodenanordnung 1 umfasst die Durchbruchsöffnung 9A den Öffnungsteilbereich 92a mit einer spitzzulaufenden Form, welche sich von der Oberfläche 21 zu der hinteren Oberfläche 22 erstreckt. Der große Öffnungsteilbereich 92a wird durch anisotropes Ätzen ausgebildet. Bei dem anisotropen Ätzen ist es unwahrscheinlich, dass ein Schaden an der Innenwand der Durchbruchsöffnung 9A auftritt. Daher ist es in der Fotodiodenanordnung 1 möglich einen Kriechstrom von der Durchbruchsöffnung 9A zu reduzieren. Daher 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 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 3). Die Fotodiode PD2 unterscheidet sich von der Fotodiode PD1 darin, dass sich die Formen einer Durchbruchsöffnung, einer Durchbruchselektrode und einer Anschlusselektrode in der Fotodiode PD2 von denen in der Fotodiode PD1 unterscheiden.
Eine Durchbruchsöffnung 93 umfasst einen sich auf der Seite der Oberfläche 21 befindenden kleinen Öffnungsteilbereich 91b und einen auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 sich befindenden großen Öffnungsteilbereich 92b. Der kleine Öffnungsteilbereich 92b weist dieselbe Konfiguration wie die des zuvor erwähnten kleinen Öffnungsteilbereichs 91a auf.
Der große Öffnungsteilbereich 92b tritt durch den ersten Halbleiterbereich 3 und den zweiten Halbleiterbereich 4 hindurch. Der große Öffnungsteilbereich 92b weist eine zylindrische Form mit einem Durchmesser, welcher größer als der Durchmesser des kleinen Öffnungsteilbereichs 91b ist, auf. Eine Öffnung der Durchbruchsöffnung 9B auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 weist eine kreisförmige Form auf. Der Öffnungsteilbereich 91b und der Öffnungsteilbereich 92b sind koaxial zueinander angeordnet. Der große Öffnungsteilbereich 92b kann durch Verwenden eines Trockenätzens anstelle eines anisotropen Ätzens beispielsweise in dem zuvor erwähnten Herstellungsverfahren ausgebildet werden.
Die innere Grenze des dritten Halbleiterbereichs 5 umgibt die Öffnung der Durchbruchsöffnung 93 auf der Seite der hinteren Oberfläche 22, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Das heißt, der dritte Halbleiterbereich 5 ist in einem weiter außerhalb angeordneten Bereich als die Durchbruchsöffnung 93 vorgesehen, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird.
Die äußere Grenze der Kontaktelektrode 82a umgibt die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9B auf der Seite der hinteren Oberfläche 22, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Das heißt, die Elektrode 82 ist über den Bereich der Innenseite und der Außenseite der Durchbruchsöffnung 9B vorgesehen, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird.
Eine Durchbruchselektrode 81b ist innerhalb der Durchbruchsöffnung 9B vorgesehen. Die Durchbruchselektrode 81b weist eine zylindrische Form auf, bei welcher ein Ende der Seite der Oberfläche 21 geschlossen ist. Die Durchbruchselektrode 81b ist an der Innenwand des kleinen Öffnungsteilbereichs 91b und des isolierenden Films f6 innerhalb des großen Öffnungsteilbereichs 92b ausgebildet. Die Durchbruchselektrode 81b blockiert die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9B auf der Seite der Oberfläche 21.
Eine Anschlusselektrode 83b wird auf der hinteren Oberfläche 22 ausgebildet. Die Anschlusselektrode 83b wird auf dem isolierenden Film f4 ausgebildet. Die Anschlusselektrode 83b weist eine kreisförmige ringförmige Form auf. Die innere Grenze der Anschlusselektrode 83b ist mit der Durchbruchselektrode 81b gekoppelt.
In der oben beschriebenen eine Vielzahl von Fotodioden PD2 umfassenden Fotodiodenanordnung tritt die Durchbruchsöffnung 9B in jeder der Fotodioden PD2 durch den ersten Halbleiterbereich 3 und den zweiten Halbleiterbereich 4 hindurch und der zweite Halbleiterbereich 4 ist durch den dritten Halbleiterbereich 5 umgeben. Der dritte Halbleiterbereich 5 bildet zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich 3 einen Lichterkennungsbereich. Hierbei wird in jeder Fotodiode PD2, welches ein Pixel ist, die Durchbruchsöffnung 9B durch den Lichterkennungsbereich umgeben. Dadurch wird ein Abstand zwischen den benachbarten Fotodioden PD2 und PD2 reduziert. Somit ist es möglich ein Öffnungsverhältnis zu verbessern.
Der zweite Halbleiterbereich 4, durch welchen die Durchbruchsöffnung 9B hindurchtritt, weist eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs 3 auf. Daher kann ein in der Innenwand der Durchbruchsöffnung 9B erzeugter und zu dem Lichterkennungsbereich gerichteter Oberflächenkriechstrom durch den zweiten Halbleiterbereich 4 reduziert werden. Zusätzlich kann ein durch Ätzen verursachter Schaden durch den zweiten Halbleiterbereich 4 reduziert werden. Somit ist es möglich elektrische Eigenschaften zu verbessern. Diese Effekte werden angemessener durch den zweiten Halbleiterbereich 4 aufgewiesen, welcher ausgebildet ist, um tiefer als der dritte Halbleiterbereich 5 zu sein.
Da die Materialien des isolierenden Films f6 und des Halbleiterträgermaterials 2 sich voneinander unterscheiden, wird angenommen, dass an der Schnittstelle zwischen dem isolierenden Film f6 und der Durchbruchsöffnung 9B eine Beanspruchung auftritt. In der Fotodiodenanordnung 1 kann, da der zweite Halbleiterbereich 4, durch welchen die Durchbruchsöffnung 9B hindurchtritt, eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs 3 aufweist, die in der Schnittstelle zwischen der Durchbruchsöffnung 9B und dem isolierenden Film f6 auftretenden Beanspruchungen durch den zweiten Halbleiterbereich 4 gemindert werden. Somit ist es möglich eine Festigkeit davon zu verbessern.
Da das Halbleiterträgermaterial 2 die Oberfläche 21 und die hintere Oberfläche 22 mit großen Flächen im Vergleich zu deren Dicke aufweist, wird angenommen, dass eine Verzerrung in dem Halbleiterträgermaterial 2 auftritt. In der Fotodiodenanordnung 1 kann die in der Durchbruchsöffnung 9B aufgrund der Verzerrung des Halbleiterträgermaterials 2 auftretenden Beanspruchungen durch den zweiten Halbleiterbereich, durch welchen die Durchbruchsöffnung 9B hindurchtritt, gemindert werden. Somit ist es möglich die Festigkeit davon zu verbessern.
Wenn die Höckerelektrode 105 innerhalb der Durchbruchsöffnung 9B ausgebildet wird, wird angenommen, dass in der Durchbruchsöffnung 9B aufgrund der thermischen Kontraktion der Höckerelektrode 105 oder Ähnlichem eine Beanspruchung auftritt. In der Fotodiodenanordnung 1 kann ein während dem Ausbilden der Höckerelektrode 105 oder Ähnlichem auftretende Beanspruchung durch den zweiten Halbleiterbereich 4, durch welchen die Durchbruchsöffnung 9B hindurchtritt, gemindert werden. Somit ist es möglich die Festigkeit davon zu verbessern.
Der zweite Halbleiterbereich 4 und der dritte Halbleiterbereich 5 sind getrennt voneinander. Der erste Teilbereich 31, welches ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs 3 ist, ist zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 4 und dem dritten Halbleiterbereich 5 so vorhanden, dass dieser den zweiten Halbleiterbereich 4 umgibt. Daher ist es möglich ein Kurzschließen zwischen dem zweiten Halbleiterbereich 4 und dem dritten Halbleiterbereich 5 zu verhindern. Somit ist es möglich elektrische Eigenschaften zu verbessern.
Der Abstand d1 zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 4 ist größer als der Abstand d2 zwischen der äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 4 und der inneren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 5. Daher kann eine Vielzahl von oben beschriebenen in der Durchbruchsöffnung 9B auftretenden Beanspruchungen viel besser durch den zweiten Halbleiterbereich gemindert werden.
Die innere Grenze des dritten Halbleiterbereichs 5 umgibt die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9B auf der Seite der hinteren Oberfläche 22, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Das heißt, der dritte Halbleiterbereich 5 ist in einem sich weiter außerhalb befindenden Bereich als die Durchbruchsöffnung 93 vorgesehen, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Daher ist es, wenn die Höckerelektrode innerhalb der Durchbruchsöffnung 93 oder Ähnliches ausgebildet wird, möglich eine an dem den Lichterkennungsbereich bildenden dritten Halbleiterbereich 5 anliegende Beanspruchung zu reduzieren.
Jede der Fotodioden PD2 umfasst die auf der Oberfläche 21 ausgebildete und den dritten Halbleiterbereich 5 verbindende Kontaktelektrode 82a und die Durchbruchselektrode 81b und die äußere Grenze der Kontaktelektrode 82a umgibt die Öffnung der Durchbruchsöffnung 93 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 93 vorgesehen. Daher ist es möglich eine Festigkeit in der Umgebung der Durchbruchsöffnung 93 zu verbessern.
Die Öffnung der Durchbruchsöffnung 93 auf der Seite der Oberfläche 21 weist eine kreisförmige Form auf. Daher ist es beispielsweise, wenn die Höckerelektrode innerhalb der Durchbruchsöffnung 93 ausgebildet wird oder Ähnliches, möglich das Auftreten einer Beanspruchungskonzentration in der Durchbruchsöffnung 93 zu verhindern. Weiter weist die Öffnung der Durchbruchsöffnung 93 auf der Seite der hinteren Oberfläche 22 eine kreisförmige Form auf. Daher ist es möglich das Auftreten einer Stresskonzentration in der Durchbruchsöffnung 9B weiter zu verhindern.
Der zweite Halbleiterbereich weist eine kreisförmige ringförmige Form auf. Daher ist es möglich die Konzentration eines elektrischen Feldes im Vergleich zu dem Fall, wenn der zweite Halbleiterbereich eine polygonale Form oder Ähnliches aufweist, zu verhindern.
Als Nächstes wird eine Fotodiodenanordnung von einer weiter anderen Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 15 gezeigt, umfasst die Fotodiodenanordnung der vorliegenden Ausführungsform eine Fotodiode PD3 anstelle der zuvor erwähnten Fotodiode PD1 (siehe 2). Die Fotodiode PD3 unterscheidet sich von der Fotodiode 1 darin, dass der Lichterkennungsbereich in eine Vielzahl von (vier) Teilen geteilt ist.
Insbesondere umfasst die Fotodiode PD3 eine Vielzahl von (vier) dritten Halbleiterbereichen 51 mit einer Form, welche sich von der des dritten Halbleiterbereichs 5 unterscheidet, anstelle des dritten Halbleiterbereichs 5. Die Fotodiode PD3 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 PD3 umfasst eine Vielzahl von sechsten Halbleiterbereichen 10.
Die Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen 51 sind so vorgesehen, dass diese getrennt voneinander sind. Die Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen 51 umgibt den zweiten Halbleiterbereich 4, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Jeder der dritten Halbleiterbereiche 51 ist von dem zweiten Halbleiterbereich 4 getrennt. Jeder der dritten Halbleiterbereiche 51 weist eine Form auf, wie beispielsweise eine in einer fächerartigen Form von einem Rechteck eingekerbten 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 zweiten Halbleiterbereichs 4 ist größer als ein Abstand d3 zwischen der äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs 4 und der inneren Grenze des dritten Halbleiterbereichs 51 (Abstand zwischen der inneren Grenze und der äußeren Grenze in jedem der dritten Teilbereichen 33).
Die inneren Grenzen der Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen 51 umgeben die Öffnung der Durchbruchsöffnung 9A auf der Seite der hinteren Oberfläche 22, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden. Das heißt, die Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen 51 sind weiter außerhalb als die Durchbruchsöffnung 9A vorgesehen, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden.
Jeder der dritten Halbleiterbereiche 51 ist mit der Kontaktelektrode 82a verbunden. In der Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen 51 erhaltene Information wird als ein Teil von Information von der Durchbruchselektrode 81b ausgegeben. Das heißt, die die Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen 51 umfassende Fotodiode PD3 fungiert als ein Pixel.
Jeder der dritten Teilbereiche 33 weist eine ringförmige Form auf. Jeder der dritten Teilbereichen 33 umgibt den dritten Halbleiterbereich 51, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden. Die Vielzahl der dritten Teilbereiche 33 sind so vorgesehen, dass diese getrennt voneinander sind. Die Vielzahl der dritten Teilbereiche 33 umgeben den zweiten Halbleiterbereich 4, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird.
Die sechsten Halbleiterbereiche 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 ausgebildet, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet werden. Der sechste Halbleiterbereich 10 weist eine ungefähr vierseitige Form auf, wenn diese 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 zweiten Halbleiterbereich 4 und dem vierten Halbleiterbereich 6, welches n⁺-Typ Halbleiterbereiche sind, vorgesehen. Der sechste Halbleiterbereich 10 weist beispielsweise ungefähr dieselbe Dicke und Störstellenkonzentration wie diejenigen des zweiten Halbleiterbereichs 4 und des vierten Halbleiterbereich 6 auf. Der zweite Halbleiterbereich 4 ist beispielsweise durch Diffusion einer n-Typ Störstelle oder Ähnlichem ausgebildet. Der zweite Halbleiterbereich 4 wird beispielsweise gleichzeitig mit dem zweiten Halbleiterbereich 4 und dem vierten Halbleiterbereich 6 in dem zuvor erwähnten Herstellungsverfahren ausgebildet.
Die eine Vielzahl von Fotodioden PD3 umfassende oben beschriebene Fotodiodenanordnung weist dieselben Effekte wie die in der zuvor erwähnte Fotodiodenanordnung 1 auf. Insbesondere tritt die Durchbruchsöffnung 9A durch den ersten Halbleiterbereich 3 und den zweiten Halbleiterbereich 4 hindurch und der zweite Halbleiterbereich 4 ist durch die Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen 51 umgeben. Die Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen 51 bildet zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich 3 den Lichterkennungsbereich. Hierbei ist in jeder Fotodiode PD3, welches ein Pixel ist, die Durchbruchsöffnung 9A durch den Lichterkennungsbereich umgeben. Dadurch wird ein Abstand zwischen benachbarten Fotodioden PD3 und PD3 reduziert. Somit ist es möglich ein Öffnungsverhältnis zu verbessern.
In der Fotodiode PD3 wird der zweite Halbleiterbereich 4 kontinuierlich mit dem vierten Halbleiterbereich 6, welche geerdet ist, über den sechsten Halbleiterbereich 10 gebildet. Daher ist es in der Fotodiode PD3 möglich eine elektrische Stabilität im Vergleich zu der zuvor erwähnten Fotodiode PD1 zu verbessern.
Als Nächstes wird eine Fotodiodenanordnung einer weiteren anderen Ausführungsform beschrieben werden.
Wie in 16 gezeigt unterscheidet sich in der Fotodiode PD4 in der Fotodiodenanordnung der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl von Unterteilungen des Lichterkennungsbereichs von dem in der zuvor erwähnten Fotodiode PD3 (siehe 15).
Insbesondere umfasst die Fotodiode PD4 eine Vielzahl von (acht) dritten Halbleiterbereichen 52 anstelle der Vielzahl von (vier) dritten Halbleiterbereichen 51. Der dritte Halbleiterbereich 52 weist ungefähr eine vierseitige Form auf, wenn diese von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird. Die Fotodiode PD4 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 PD4 umfasst eine Vielzahl von (acht) sechsten Halbleiterbereichen 11 anstelle der Vielzahl von (vier) sechsten Halbleiterbereichen 10. Der sechste Halbleiterbereich 11 weist eine ungefähr vierseitige Form auf, wenn dieser von der Dicken-Richtung des Halbleiterträgermaterials 2 aus betrachtet wird.
Die eine Vielzahl von solchen Fotodioden PD4 umfassende Fotodiodenanordnung weist dieselben Effekte wie die oben beschriebene die Vielzahl von Fotodioden PD3 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: zweiter Halbleiterbereich, 5: dritter Halbleiterbereich, 9A, 9B: Durchbruchsöffnung, 81a, 81b: Durchbruchselektrode, 82a: Kontaktelektrode, PD1 bis PD4: 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 welcher in dem Halbleiterträgermaterial vorgesehen ist; einen zweiten Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps, welcher mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich auf einer Oberflächenseite des Halbleiterträgermaterials vorgesehen ist und eine höhere Störstellenkonzentration als eine Störstellenkonzentration des ersten Halbleiterbereichs aufweist; einen dritten Halbleiterbereich eines zweiten Leitungstyps, welcher mit Bezug zu dem ersten Halbleiterbereich auf der einen Oberflächenseite so vorgesehen ist, dass dieser den zweiten Halbleiterbereich getrennt von dem zweiten Halbleiterbereich umgibt und zusammen mit dem ersten Halbleiterbereich einen Lichterkennungsbereich bildet; und eine Durchbruchselektrode, welche mit einer Durchbruchsöffnung versehen ist, welche durch die eine Oberfläche und die andere Oberfläche des Halbleiterträgermaterials so hindurch tritt, dass diese durch den ersten Halbleiterbereich und den zweiten Halbleiterbereich hindurchtritt, und mit dem dritten Halbleiterbereich elektrisch verbunden ist.
Die Fotodiodenanordnung gemäß Anspruch 1, wobei ein Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs zwischen dem zweiten Halbleiterbereich und dem dritten Halbleiterbereich so vorhanden ist, dass dieser den zweiten Halbleiterbereich umgibt.
Die Fotodiodenanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand zwischen einer inneren Grenze und einer äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs größer als ein Abstand zwischen der äußeren Grenze des zweiten Halbleiterbereichs und einer inneren Grenze des dritten Halbleiterbereichs ist.
Die Fotodiodenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die innere Grenze des dritten 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 auf der einen Oberfläche ausgebildete und den dritten Halbleiterbereich und die Durchbruchselektrode elektrisch verbindende Kontaktelektrode 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.