JP2002289822A - Ｘ線ｃｃｄ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線の検出感度を向上可能なＸ線ＣＣＤを提
供する。 【解決手段】 Ｎ型半導体基板１上にエピタキシャル半
導体層２を形成し、エピタキシャル半導体層２内に電荷
転送チャネル３を形成し、基板１からの不純物の拡散に
よる半導体層２内の不純物濃度の増加を抑制する。これ
により、半導体層２内に形成される空乏層を厚くするこ
とができる。空乏層の厚化によって増加傾向となる暗電
流は、基板１と半導体層２との間には逆バイアスを印加
することで、基板１側に吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射したＸ線を検
出するＸ線ＣＣＤ（電荷結合素子）に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線を検出する手法としては、Ｘ線をシ
ンチレータによって可視光に変換し、この可視光を撮像
する方法が一般的である。しかしながら、Ｘ線のエネル
ギー量と入射位置を正確に検出するためには、Ｘ線を可
視光に変換することなく検出する方が望ましく、このよ
うなＸ線ＣＣＤはＸ線分光分析等に用いることができ
る。また、Ｘ線ＣＣＤは非常に高性能な検出器であるの
で、人工衛星等に搭載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｘ線ＣＣＤにおいては、Ｘ線の検出感度が不十分であっ
た。というのも、このようなＸ線ＣＣＤにおいては、Ｐ
型半導体基板上に、Ｐ型エピタキシャル半導体層を形成
し、このＰ型エピタキシャル半導体層の表面側に電荷転
送チャネルを構成しており、Ｐ型半導体基板に含まれる
Ｐ型不純物が製造時にＰ型エピタキシャル半導体層内に
拡散し、Ｐ型エピタキシャル半導体層の空乏化が抑制さ
れ、したがって、透過率の高いＸ線の検出に寄与する空
乏層が薄くなっていたからである。

【０００４】本発明のＸ線ＣＣＤは、このような課題に
鑑みてなされたものであり、Ｘ線の検出感度を向上可能
なＸ線ＣＣＤを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明のＸ線ＣＣＤは、高濃度Ｎ型半導体基板上に
低濃度Ｐ型エピタキシャル半導体層を形成し、当該低濃
度Ｐ型エピタキシャル半導体層の表面側に電荷転送チャ
ネルを形成し、且つ、前記高濃度Ｎ型半導体基板及び前
記低濃度Ｐ型エピタキシャル半導体層に電気的にそれぞ
れ接続された電極を設けたことを特徴とする。なお、高
濃度及び低濃度とは相対的な不純物濃度である。

【０００６】Ｘ線は半導体に対する透過性が高い、すな
わち半導体のＸ線吸収係数は低いため、空乏層として機
能する部分の半導体領域は厚い方が望ましい。低濃度Ｐ
型エピタキシャル半導体層は、動作時に空乏層となる。
空乏層はドーパント濃度が低いほど、すなわち高抵抗で
あるほど形成されやすい。

【０００７】したがって、Ｘ線の吸収に寄与する半導体
領域は、その厚みが厚く、且つ高抵抗であることが望ま
れる。Ｐ型エピタキシャル半導体層に入射したＸ線は、
正孔電子対に変換され、このキャリアの一方は電荷転送
チャネルによって転送される。Ｘ線の入射位置応じてキ
ャリアの転送されるタイミングが異なるので、当該タイ
ミングからＸ線入射位置を、キャリア量からエネルギー
の大きさを検出することができる。

【０００８】このＸ線ＣＣＤにおいては、高濃度Ｎ型半
導体基板からＮ型の不純物がＰ型エピタキシャル半導体
層内に拡散しても、これらの導電型は逆なので、キャリ
アは相殺し合い、Ｐ型エピタキシャル半導体層の低抵抗
化は抑制される。すなわち、Ｐ型エピタキシャル半導体
層における空乏領域は、上述の如く基板にＰ型半導体を
用いたものよりも著しく広がり、Ｘ線の検出感度を向上
することができる。

【０００９】特に、高濃度Ｎ型半導体基板と低濃度Ｐ型
エピタキシャル半導体層との間に前記電極を介して逆バ
イアスが印加される場合には、これらの接合面から主と
して低濃度側、すなわち、低濃度Ｐ型エピタキシャル半
導体層側へ空乏層が広がり、また、空乏層において発生
する暗電流、特に電子は基板側に吸収され、高精度のＸ
線検出を行うことができる。

【００１０】また、本発明のＸ線ＣＣＤは、Ｐ型半導体
基板の裏面側に高濃度Ｎ型半導体層を形成し、当該Ｐ型
半導体基板の表面側に電荷転送チャネルを形成し、且
つ、前記Ｐ型半導体基板及び前記高濃度Ｎ型半導体層に
電気的にそれぞれ接続された電極を設けたことを特徴と
する。

【００１１】このＸ線ＣＣＤにおいては、Ｐ型半導体基
板を用いているため、その厚みが比較的厚く、転送電極
φ１，φ２に加える電圧によりＰ型半導体基板内に形成
される空乏層が厚くなる。すなわち、Ｐ型半導体基板に
おける空乏領域は著しく広がり、また、結晶欠陥等に起
因してＰ型半導体基板内で発生する暗電流は、高濃度Ｎ
型半導体層によって吸収することができ、Ｘ線の検出感
度を向上することができる。

【００１２】すなわち、Ｐ型半導体基板と高濃度Ｎ型半
導体層との間には前記電極を介して逆バイアスが印加さ
れることが好ましく、これらの接合面から主として低濃
度側、すなわち、低濃度のＰ型半導体基板側へ空乏層が
広がり、また、空乏層において発生する暗電流、特に電
子はＮ型半導体層に吸収され、高精度の検出を行うこと
ができる。

【００１３】なお、電荷の転送方式としては、ＦＴ（フ
レームトランスファ）方式、ＦＦＴ（フル・フレームト
ランスファ）方式を適用することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係るＸ線ＣＣ
Ｄについて説明する。同一要素には、同一符号を用いる
こととし、重複する説明は省略する。

【００１５】（第１実施形態）図１は第１実施形態に係
るＸ線ＣＣＤの縦断面図である。このＸ線ＣＣＤは、高
濃度Ｎ型半導体基板１上に低濃度Ｐ型エピタキシャル半
導体層２を形成し、低濃度Ｐ型エピタキシャル半導体層
２の表面側に電荷転送チャネル（チャネル層）３を形成
し、且つ、高濃度Ｎ型半導体基板１及び低濃度Ｐ型エピ
タキシャル半導体層２に電気的にそれぞれ接続された電
極１ｅ，２ｅを設けたものである。なお、高濃度及び低
濃度とは相対的な不純物濃度である。

【００１６】電荷転送チャネル３は、Ｐ型エピタキシャ
ル半導体層２の表面領域に駆動信号を印加することによ
って形成される電荷蓄積或いは転送用のポテンシャル井
戸であってもよいが、本例においては電荷転送チャネル
３は埋め込み型のＮ型半導体領域であるとする。

【００１７】各電荷転送チャネル３を覆うようにＳｉＯ
₂からなる絶縁膜Ｔ１を形成されている。絶縁膜Ｔ１の
上部に形成された転送電極φ１，φ２に複数相の駆動信
号を印加すると、低濃度Ｐ型エピタキシャル半導体層２
内で発生したキャリアが電荷転送チャネル３によって紙
面に垂直な方向に転送される。すなわち、電荷転送チャ
ネル３は垂直シフトレジスタを構成している。

【００１８】なお、転送電極φ１，φ２は、図面上の理
解を容易とするため、縦方向にずらして記載してある。
また、転送電極の数は、例えば各画素当たり３つ以上で
あってもよい。転送電極が３つの場合には、これらに３
相の駆動信号が印加される。

【００１９】各電荷転送チャネル３間及び必要に応じて
絶縁膜Ｔ１の直下には、高濃度Ｐ型半導体からなるアイ
ソレーション領域４が形成されている。

【００２０】低濃度Ｐ型エピタキシャル半導体層２の表
面側にはＮ型ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ
１が形成されている。トランジスタＱ１は、各電荷転送
チャネル３内を転送されてきた電荷を外部へ出力する出
力部であり、高濃度Ｎ型半導体領域をソース及びドレイ
ンとし、ゲートＧ直下の半導体領域をＮ型としており、
このゲートは信号電荷を検出する端子に接続されてい
て、ゲート電圧の変化を低インピーダンスで出力するソ
ースホロア接続して用いられる。

【００２１】絶縁膜Ｔ１上にはＰＳＧ（Phospho-Silica
te Glass）膜Ｔ２が形成されている。ＰＳＧ膜Ｔ２には
幾つかのスルーホールが形成されており、このスルーホ
ールを通って、転送電極φ１、φ２、トランジスタＱ１
のソース、ドレイン並びにゲート、及びＰ型エピタキシ
ャル半導体層２にバイアス電位を与えるために当該半導
体層２内に形成された高濃度Ｐ型半導体領域５、それぞ
れに縦方向の電極ｅが接続されている。

【００２２】ＰＳＧ膜Ｔ２は、ＳｉＯ₂からなる絶縁膜
Ｔ３によって覆われている。絶縁膜Ｔ３上には、高濃度
Ｐ型半導体領域５に電気的に接続された上述の電極２ｅ
が形成されており、また、トランジスタＱ１の上部領域
には電極(Al)２ｅと同時に形成される遮蔽金属膜（Al）
２ｅ’が位置する。

【００２３】Ｘ線を直接検出する場合、これが１００ｅ
Ｖ程度の低エネルギー線の時においては、Ｘ線は１００
ｎｍ程度の厚さの膜でも簡単に吸収されてしまう。した
がって、ＣＣＤの表面側には可能な限り付加的な層が形
成されていないことが望ましい。

【００２４】上記Ｘ線ＣＣＤにおいて、転送電極φ１，
φ２（ポリシリコン）や絶縁膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が合計
で２μｍ程度堆積した場合、これらはエネルギーの低い
Ｘ線の検出精度を低下させる。この場合、直接、検出で
きるのは０．５ｋｅＶ以上のエネルギーを有するＸ線で
ある。このエネルギー領域においてでさえ、転送電極
（ポリシリコン）φ１，φ２の厚みを１００ｎｍ薄くす
るだけで、量子効率が大きく改善する。

【００２５】転送電極φ１、φ２の膜厚とその上に堆積
される絶縁膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を薄くしたＣＣＤを試作
し、分光感度特性で効果を確認した。分光感度特性の評
価結果によれば、転送電極（ポリシリコン）φ１，φ２
の膜厚を減らすと、分光感度特性が改善が見られ、ＣＣ
Ｄとしても性能は良好であった。

【００２６】なお、電荷転送チャネル３が形成された領
域の直上に位置する絶縁膜Ｔ３の領域上には、薄い金属
膜２ｅ”が形成されている。金属膜２ｅ”は、可視光を
遮蔽しており、本例の場合には、金属膜２ｅ”はアルミ
ニウムからなる。アルミニウムの厚みが厚い場合にはＸ
線の透過率が低下し、薄い場合には金属膜２ｅ”にピン
ポールが形成される。したがって、本例の金属膜２ｅ”
の厚みは１００〜３００ｎｍであることが望ましい。

【００２７】本例における半導体はＳｉである。Ｘ線
は、半導体に対する透過性が高い、すなわち半導体のＸ
線吸収係数は低いため、空乏層として機能する部分の半
導体領域は厚い方が望ましい。低濃度Ｐ型エピタキシャ
ル半導体層２は、Ｎ型の電荷転送チャネルとの間、Ｎ型
の半導体基板１との間の拡散電位によって、或いは金属
膜２ｅを介して駆動信号が印加されると、動作時に空乏
層となる。空乏層はドーパント濃度が低いほど、すなわ
ち高抵抗であるほど形成されやすい。

【００２８】したがって、Ｘ線の吸収に寄与する半導体
領域、すなわち空乏化した低濃度Ｐ型エピタキシャル半
導体層２は、その厚みが厚く、且つ高抵抗であることが
望まれる。Ｐ型エピタキシャル半導体層２に入射したＸ
線は、正孔電子対に変換され、このキャリアの一方は電
荷転送チャネル３によって紙面の厚み方向に沿って転送
される。電荷転送チャネル３が垂直シフトレジスタであ
る場合、この電荷は基板の横方向端部に設けられた図示
しない水平シフトレジスタを介して出力部に転送され、
ソースホロア接続されたトランジスタＱ１で電荷から電
圧に変換される。

【００２９】信号の読み出しのため、トランジスタＱ１
のゲートＧに電圧を印加すると、これに転送されてきた
キャリアがソース／ドレイン間を流れ、外部に出力され
る。キャリアの転送されるタイミングはＸ線の入射位置
応じて異なるので、当該タイミングからＸ線入射位置
を、キャリア量からＸ線のエネルギーの大きさを検出す
ることができる。

【００３０】このＸ線ＣＣＤの製造時においては、高濃
度Ｎ型半導体基板１の形成後にＰ型のエピタキシャル半
導体層２を成長させる。したがって、製造時において、
高濃度Ｎ型半導体基板１から、Ｎ型の不純物がＰ型エピ
タキシャル半導体層２内に拡散しても、これらの導電型
は逆なので、双方のドーパントは相殺し合って、Ｐ型エ
ピタキシャル半導体層２の低抵抗化は抑制される。

【００３１】すなわち、Ｐ型エピタキシャル半導体層２
における空乏領域は著しく広がり、Ｘ線の検出感度を向
上することができる。

【００３２】本例においては、高濃度Ｎ型半導体基板１
と低濃度Ｐ型エピタキシャル半導体層２との間に電極１
ｅ，２ｅを介して逆バイアスが印加される。逆バイアス
は、裏面側の電極１ｅの電位を表面側の電極２ｅの電位
よりも高くすることによって印加される。

【００３３】この場合、高濃度Ｎ型半導体基板１と低濃
度Ｐ型エピタキシャル半導体層２との間の接合面から主
として低濃度側、すなわち、低濃度Ｐ型エピタキシャル
半導体層２側へ空乏層が広がり、また、当該空乏層にお
いて発生する暗電流、特に電子は基板１側に吸収される
ので、高精度のＸ線検出を行うことができる。

【００３４】なお、画素の大きさはできるだけ小さい方
が望ましいが、本例のＸ線ＣＣＤにおいては１２μｍ×
１２μｍである。なお、画素サイズはこれよりも大きい
もの（例えば、２４μｍ×２４μｍ）或いは小さいもの
（例えば、８μｍ×８μｍ）であってもよい。

【００３５】上述のＸ線ＣＣＤを製作した。画素サイズ
は２４μｍ×２４μｍ、転送方式はＦＴ方式である。こ
のＸ線ＣＣＤは、ＦＴ方式のため、チャネル３の形成さ
れた領域で規定される撮像領域（受光部）の画素数は１
０２４ｘ１０２４であり、これと同じ画素数の蓄積領域
が当該撮像領域に隣接して設けられる。蓄積領域の画素
サイズは、撮像領域よりも小さく設計され、このＸ線Ｃ
ＣＤ４つを近接して配置することができる。チップ単体
のデッドスペースは、約３辺（左右と上）において１５
０μｍである。なお、画素サイズを１２μｍ×１２μｍ
とした場合、水平方向のデッドスペースは約４００μｍ
なる。

【００３６】Ｘ線ＣＣＤはＡｌＮ板からなる実装基板上
に固定される。実装基板は冷却装置に熱的に接続され
る。冷却装置はペルチェ素子である。このペルチェ素子
は１Ｗの消費電力で周囲温度−２０℃において、−６０
℃まで冷却できる。

【００３７】Ｘ線ＣＣＤでは空乏層を厚くするため、電
流も増加させる。Ｘ線ＣＣＤではより一層の冷却が必要
であり、その温度は概ね−１００℃前後である。これく
らいの温度になるとＣＣＤ（シリコン）とそれを固定し
て電気的な配線を外部に取り出すためのパッケージの熱
膨張係数の違いが問題になってくる。

【００３８】衛星上においては、Ｘ線ＣＣＤは−９０℃
程度に冷却されるため、本Ｘ線ＣＣＤの上記実装基板に
はＳｉと熱膨張係数が近く熱伝導の良いＡｌＮ板を用い
た。

【００３９】この実装基板としてＳｉと熱膨張係数の近
いインバー鋼を用いることもできるが、ＡｌＮ板はその
平坦度が著しく高く、ＡｌＮ板からなる実装基板を用い
た場合には、約２．５ｘ５．０ｃｍ²のＣＣＤを±５μ
ｍ以下の平坦度で実装することができる。

【００４０】撮像領域の縦半分ずつの領域毎に信号を読
み出すことができるように、アンプを撮像領域の左右に
配置した。これにより読み出し時間も単一アンプの半分
となる。

【００４１】このＣＣＤの読み出しノイズは電子数に換
算して３〜５個（ｒｍｓ）、画素あたりの飽和レベルは
電子数に換算して３００、０００個、Ｐ型エピタキシャ
ル半導体層２内に形成される空乏層の厚さは３０〜６０
μｍである。

【００４２】その他、Ｘ線ＣＣＤのエネルギー分解能を
劣化させる要因としては、いくつかのパラメータがあ
る。最も問題となるのは読み出しノイズとＣＣＤの転送
効率である。非転送効率は１×１０^-5以下を実現するこ
とができるので、エネルギー分解能は主として読み出し
ノイズに依存する。

【００４３】読み出しノイズ以外に動作電圧が最適に設
定されていない場合は、暗電流やスプリアス電荷が問題
になる場合も有り、エネルギー分解能が物理的な限界で
あるＦａｎｏノイズに近づくような状態ではＣＣＤや回
路系にも高い性能のものが求められる。そこで、トラン
ジスタＱ１としては熱雑音の小さなＭＯＳＦＥＴをスー
スホロア接続して電荷増幅（電荷電圧変換）器として用
い、一般にフロティングディフュージョンアンプ（ＦＤ
Ａ）と呼ばれている。

【００４４】ノイズの低いＦＤＡは容量が１０ｆＦ程度
と小さく、トランジスタＱ１はＣＣＤと同様に埋め込み
構造で形成される。ＣＣＤの読み出しノイズは信号処理
の周波数（すなわち１画素の読み出し周波数）と相関が
ある。そこで、低ノイズを実現するため読み出し周波数
は数１０ｋＨｚ以下とする。

【００４５】ＣＣＤの出力の後段に接続される信号処理
回路は相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路が好まし
く、１００ｋＨｚ前後の周波数において読み出しノイズ
を低減することができる。ＣＤＳ回路を用いた場合、ノ
イズレベルは電子数に換算して３〜４又は５個（ｒｍ
ｓ）であった。この場合、結果としてＸ線のエネルギー
分解能も安定し、半値幅（ＦＷＨＭ）１５０ｅＶ（Ｆｅ
−５５）以下の分解能を得ることができ、好適には１４
０ｅＶ以下とすることができる。

【００４６】ＣＣＤの電荷転送チャネル３中央の２から
３μｍにイオン注入を行って、ポテンシャルの深い領域
を形成する（ノッチ領域の作製）こととしてもよい。こ
の時にノッチ領域は２Ｖ前後、それ以外の領域より深い
ポテンシャルになるようイオン注入量が設定される。

【００４７】これによりノッチ構造のＣＣＤでは信号電
荷量が少ない時には、信号電荷をチャネルの中央に集め
て転送することができる。衛星搭載を考えた場合に宇宙
環境でのシリコンの放射線損傷によるバルクトラップの
影響を受けにくくなり、転送効率が向上する。

【００４８】また、ＣＣＤのゲート絶縁膜Ｔ１は、上述
のようにシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）で形成されてい
る。シリコン酸化膜はシリコンをＯ₂やＨ₂Ｏで酸化する
ことで簡単に得られ、また、シリコンプロセス上、不純
物が入りにくいため、これを使ったＭＯＳデバイスでは
安定した性能を実現することができる。しかしながら、
宇宙環境では多量の放射線にさらされるため、酸化膜あ
るいはシリコンと酸化膜の界面のイオン損傷が問題にな
る。イオン損傷を受けるとＣＣＤの最適な動作条件がシ
フトしたり、ＣＣＤの暗電流が増加してＸ線ＣＣＤとし
ての性能も劣化する。

【００４９】適切に放射線の対応がなされれば、これら
の損傷の影響は減少できるが、劣化が起こることは確実
のため、衛星搭載ではイオン損傷に強いＣＣＤが必要で
ある。そこで、窒化珪素（ＳｉＮ）膜を上記シリコン酸
化膜上に形成することとしてもよい。この場合、ホット
キャリアに対しても耐性が向上し、さらにイオン損傷に
対しても耐性が向上される。

【００５０】また、垂直電荷転送チャネルの端部に電荷
注入用のゲートを設けても良く、この場合には電気的に
性能試験を行ったり、常時トラップを電子で埋めておく
ことができる。また、上記Ｘ線ＣＣＤを複数隣接させて
組み合わせ、大面積のＸ線ＣＣＤを構成することとして
もよい。

【００５１】なお、電荷の転送方式としては、ＦＴ（フ
レームトランスファ）方式、ＦＦＴ（フル・フレームト
ランスファ）方式を適用することができる。

【００５２】（第２実施形態）図２は、第２実施形態に
係るＸ線ＣＣＤの縦断面図である。第１実施形態のもの
との相違は、高濃度Ｎ型半導体基板１をＮ型半導体層
１’に置換した点と、低濃度Ｐ型エピタキシャル半導体
層２をＰ型半導体基板２’に置換した点のみである。

【００５３】すなわち、このＸ線ＣＣＤは、Ｐ型半導体
基板２’の裏面側に高濃度Ｎ型半導体層１’を形成し、
Ｐ型半導体基板２’の表面側に電荷転送チャネル３を形
成し、且つ、Ｐ型半導体基板２’及び高濃度Ｎ型半導体
層１’に電気的にそれぞれ接続された電極２ｅ，１ｅを
設けたものである。

【００５４】空乏層を厚くするための方法の１つは、高
抵抗のシリコンウェハでＣＣＤを製作することである。
空乏層を厚くすることを考えた時に、ＣＣＤの製作に最
も適したシリコンウェハはバルクウェハである。本例に
用いるバルクウェハ（半導体基板２’）は５ｋΩｃｍ以
上の比抵抗を有する。

【００５５】一方でバルクウェハの欠点はシリコンウェ
ハ全体が暗電流の発生源になることであり、厚さの制限
されたエピタキシャルウェハに対して桁違いに暗電流が
増加する。これらの暗電流の殆どは、空乏化していない
中性領域（Ｆｉｅｌｄ Ｆｒｅｅ Ｒｅｇｉｏｎ）から
の拡散による成分であり、空乏層に影響を与えないでこ
れらの暗電流を除去できれば理想的である。

【００５６】このための方法はいくつか考えられ、その
１つは空乏化していない中性領域をエッチングにより削
り落としてしまうことであるが、この方法により試作し
たＣＣＤでは暗電流が期待したほど減少しなかった。こ
の原因の１つは削った後の裏面の処理にあるものと考え
ている。

【００５７】そこで、ＣＣＤの裏面にバックダイオード
（Ｂａｃｋ Ｄｉｏｄｅ）を形成して、ＣＣＤを動作さ
せる時に、バックダイオードに逆バイアスを加えること
で中性領域の不要なキャリアを消滅させることとした。
これは上記第１実施形態のＣＣＤにおいても用いた方法
である。ＣＣＤのプロセス工程中にダイオードを形成す
る方法もあるが、シリコンウェハとしてｐ／ｎ＋型を用
いることで、この工程を簡略化させる。

【００５８】すなわち、このＸ線ＣＣＤにおいては、Ｐ
型半導体基板２’を用いているため、その厚みが比較的
厚く、所定の転送電位或いは拡散電位によって形成され
るＰ型半導体基板２’における空乏層が厚くなる。Ｐ型
半導体基板２’における空乏領域は著しく広がり、ま
た、結晶欠陥等に起因してＰ型半導体基板内で発生する
暗電流は、バックダイオードとなる高濃度Ｎ型半導体層
によって吸収することができるので、Ｘ線の検出感度を
向上することができる。

【００５９】Ｐ型半導体基板２’と高濃度Ｎ型半導体層
１’との間には電極１ｅ，２ｅを介して逆バイアスが印
加され、これらの接合面から主として低濃度側、すなわ
ち、低濃度のＰ型半導体基板２’側へ空乏層が広がり、
また、空乏層において発生する暗電流、特に電子はＮ型
半導体層１’に吸収され、高精度の検出を行うことがで
きる。

【００６０】実際に試作したバックダイオード付きＸ線
ＣＣＤは、暗電流がエピタキシャルウェハ同じかそれ以
上に激減でき、Ｘ線ＣＣＤとしての性能（特にエネルギ
ー分解能）も最高レベルを実現することができた。

【００６１】なお、上述の第１及び第２実施形態におい
て用いた各層のパラメータ（不純物濃度の範囲、厚
みの範囲）は以下の通りである。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【発明の効果】本発明のＸ線ＣＣＤによれば、Ｘ線の検
出感度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るＸ線ＣＣＤの縦断面図であ
る。

【図２】第２実施形態に係るＸ線ＣＣＤの縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１…Ｎ型半導体基板、２…Ｐ型エピタキシャル半導体
層、１’…Ｎ型半導体層、２’…Ｐ型半導体基板、１
ｅ，２ｅ…電極、２ｅ，２ｅ’…遮蔽金属膜、２ｅ”…
金属膜、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…絶縁膜、φ１，φ２…転送
電極、ｅ…電極、３…電荷転送チャネル、４…アイソレ
ーション領域、Ｑ１…トランジスタ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G088 EE30 FF02 FF03 FF15 GG21 JJ05 JJ09 JJ31 JJ37 KK32 LL15 4M118 BA12 CA08 CA18 DA03 DA23 DB06 DD01 FA24 GA10 5C024 AX12 CX41 CY47 GX07 GY03 GY19

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高濃度Ｎ型半導体基板上に低濃度Ｐ型エ
   ピタキシャル半導体層を形成し、当該低濃度Ｐ型エピタ
   キシャル半導体層の表面側に電荷転送チャネルを形成
   し、且つ、前記高濃度Ｎ型半導体基板及び前記低濃度Ｐ
   型エピタキシャル半導体層に電気的にそれぞれ接続され
   た電極を設けたことを特徴とするＸ線ＣＣＤ。
2. 【請求項２】 前記高濃度Ｎ型半導体基板と低濃度Ｐ型
   エピタキシャル半導体層との間には前記電極を介して逆
   バイアスが印加されることを特徴とする請求項１に記載
   のＸ線ＣＣＤ。
3. 【請求項３】 Ｐ型半導体基板の裏面側に高濃度Ｎ型半
   導体層を形成し、当該Ｐ型半導体基板の表面側に電荷転
   送チャネルを形成し、且つ、前記Ｐ型半導体基板及び前
   記高濃度Ｎ型半導体層に電気的にそれぞれ接続された電
   極を設けたことを特徴とするＸ線ＣＣＤ。
4. 【請求項４】 前記Ｐ型半導体基板と前記高濃度Ｎ型半
   導体層との間には前記電極を介して逆バイアスが印加さ
   れることを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＣＤ。