JP2003504856A - 半導体装置に対する間接的裏面コンタクト - Google Patents

半導体装置に対する間接的裏面コンタクト

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JP2003504856A
JP2003504856A JP2001508516A JP2001508516A JP2003504856A JP 2003504856 A JP2003504856 A JP 2003504856A JP 2001508516 A JP2001508516 A JP 2001508516A JP 2001508516 A JP2001508516 A JP 2001508516A JP 2003504856 A JP2003504856 A JP 2003504856A
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ラーズ エス カールソン
シュライ チャオ
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Abstract

(57)【要約】 裏面照射型半導体画像形成装置を開示する。この装置は、少なくとも、互いに反対側に位置する。第一面（106）および第二面（104）と、回路層とを有する基板（102）を備えている。この基板はドープされて、第一伝導性型を示す。この基板は、導電層、領域および複数のドープされた領域を備えている。前記導電層は、前記第一面の近くに取りこまれた第一型のドーパントを含有している。前記領域は、前記第二面の近くの基板内に大量にドープされた領域（108）を含有している。前記複数のドープされた領域は、第二面上に形成された第二型ドーパントを含有している。前記回路層は、第二面の上に形成されて、複数のドープされた領域に対するゲートコンタクトおよび該複数のドープされた領域に対する読出し回路を提供する。その読出し回路は、画素からの光信号を読出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の相互参照】
本願は、１９９９年７月２日付けで出願された、発明の名称が「半導体装置に
関する間接的裏面コンタクト」の米国仮特許願第６０／１４２，１３９号の優先
権の特典を主張するものである。
【０００２】
【背景】
本発明は、半導体画像形成装置に関し、さらに具体的に述べると、このような
画像形成装置の間接的裏面コンタクト（indirect back surface contact）に関
する。
【０００３】 ホトダイオードアレイなどの多種類の半導体装置の構造体は、ウェーハから切
り取られたダイの一方の表面層の数ミクロン以内に作られた回路素子を備えてい
る。この表面層は、おもての表面層のことが多い。個々の回路素子を接続する金
属もしくはポリシリコンの線路が、前記ダイのおもて面に配置されている。した
がって、その半導体の裏面への電気接続は、半導体の外部に位置し、ダイの裏面
のすべてまたは一部を覆う一つ以上の導電性裏面コンタクト層を通じて行われて
いる。外部コンタクト層に通常使用される材料は、個々のまたは組み合わせた、
金属、多量にドープされた多結晶質の半導体、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ
）などの導電性誘電体、および導電性接着剤である。
【０００４】 ダイの裏面コンタクトを裏面を通じて作る場合、電気コンタクトを作る方法は
、ダイの裏面に物理的コンタクトをつくることも必要になる。この物理的コンタ
クトを作ることが必要になると、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）などの高レ
ベルのシステムにダイを組み込むために必要な組立て工程の複雑さが増大する。
例えば、「フリップチップ」を取り付ける場合、導電性「バンプ」コンタクトを
、ダイの前面の結合パッドにつくる。次に、そのダイを、プリント基板または半
導体ＭＣＭの頂面上の対応するコンタクトにバンプコンタクトを接合または半田
づけできるようにフリップする。裏面コンタクトは、フリップチップ法で、直接
達成することができない。したがって、第二の別の方法を実施して前記裏面をＭ
ＣＭに接続する。場合によっては、形態に非常に制限がある場合、ウェーハの裏
面からＭＣＭに対して必要なワイヤもしくはテープのボンドを作るための空間が
ないことがある。
【０００５】 裏面照射型ホトダイオード（back-illuminated photodiode）すなわち放射線
検出器の場合、前記物理的コンタクトが存在すると、他のいくつもの不都合があ
る。裏面コンタクトは、裏面の一部を不透明にするので、前記検出器の有効面積
が減少する。また、裏面コンタクトは、光ファイバーもしくはシンチレータなど
の光入力構造体の取付けを妨げ、これら構造体は、優れた光結合を行うため、裏
面の近くに取り付ける必要がある。前記物理的コンタクトは、前記光入力装置の
最大面積を減少させる。
【０００６】 また、物理的コンタクトは、いくつもの小さい検出器を単一の光ファイバーま
たはシンチレータによって照射できるモザイク検出器を組みたてる選択も制限す
る。たとえ光入力構造体を使用しなくても、裏面照射型検出器の積分球などの大
きなモザイク構造体を組み立てることは、物理的コンタクトを、個々の検出器各
々の裏面につくる必要があるので複雑になる。
【０００７】 さらに、裏面照射型検出器は、半導体内に薄い導電性バイアス電極層を利用す
ることが多い。また、これら検出器は、一つ以上の薄い透明な外部裏面コンタク
ト層も利用する。この透明なバイアス電極層は、対象の波長範囲の入射光を高比
率で透過する。上記透明なバイアス電極層は十分に薄く、かつ長い十分な拡散長
を有し、その結果、その層内に生成する少数ホトキャリアは収集される確率が高
くなる。しかし、前記バイアス電極層と薄い外部コンタクト構造体はともに、容
易に損傷する。物理的コンタクトを製作する場合には十分に注意しなければなら
ない。その上に、前記外部のコンタクトと内部のバイアス電極層の間のインタフ
ェースを流れる電流は有意な電気雑音源になることがある。
【０００８】 複数のｐ−ｉ−ｎホトダイオードアレイ構造体は、一般に、単一の半導体ウェ
ーハ上に製作される。そのとき、個々のアレイは、そのウェーハを「チップ」に
「ダイス」することによって隔離される。そのダイシング工程によって、これら
チップの「端縁」に、追加の面を本質的に生成する。これらの面は、装置の活性
領域中に流入するかまたは拡散することができる少数キャリアを生成して、その
ホトダイオードの漏れ電流を有意に増大させる。
【０００９】
【概略】
本願は、半導体ホトダイオードアレイを開示するものである。そのアレイは、
互いに反対側に位置する第一面と第二面を少なくとも有する基板、および一つ以
上の回路層を備えている。
【００１０】 その基板は、ドープされて第一伝導性型（first conductivity type）を示し
ている。その基板は、薄い導電性内部バイアス電極層、間接的裏面コンタクト領
域および複数のドープされた領域を備えている。前記バイアス電極層は、第一面
の近くに取り込まれた一種以上の第一型ドーパントを含有している。前記間接的
裏面コンタクト領域は、第二面の近くに形成された、大量にドープされた領域を
有している。この領域は、第二面から第一面へのコンタクトを提供するために配
置構成されている。前記複数のドープされた領域は、第二面の近くに、一種以上
の第二型ドーパントを含有している。
【００１１】 一つ以上の回路層が、第二面上に形成されて、前記複数のドープされた領域に
、電気コンタクトおよび読出し回路を提供する。その読出し回路は、個々のホト
ダイオードの、入ってくる光子に対する応答によって決まる電気出力信号を発生
する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上記の難点を認識して、ダイの前方から半導体ダイの裏面に対して電気コンタ
クトをつくる簡単で物理的に堅牢な方式が有利であることが確認された。この間
接的裏面コンタクトの利点は、フリップ−チップ・アプリケーションの場合、特
に重要である。この技法は裏面コンタクトの雑音発生を最小限にすることができ
る。また、この技法は、ダイの裏面の物理的および光学的にアクセス可能な面積
を最大にすることもできる。
【００１３】 一実施態様において、半導体ホトダイオードアレイは、一連のゲートと読出し
回路が形成されている前面、およびバイアス電極層で形成されている反対側の裏
面を有する基板を備えている。前面の各ゲートは、ドープされた領域に、電気的
におよび物理的に接続されており、そして伝導性の型が、ゲートとバイアス電極
層との間の残りの基板部分の伝導性の型と異なっている。前記バイアス電極層は
、前記基板と同じ伝導性型の大量にドープされた層を含んでいる。例えば、その
ドープされた領域はｐ型伝導性を有し、基板はｎ−ドープされてｎ型伝導性を有
し、したがってバイアス電極層は大量にｎ−ドープされた導電層によって実現す
ることができる。
【００１４】 バイアスと呼ばれる電位差を、ゲートとバイアス電極層の間に印加して、前面
のドープされた領域と基板の間の接合部から基板中に広がる空乏領域をつくるこ
とができる。その結果、ホトダイオードが、一つのゲートに接続されたドープ処
理領域、基板およびバイアス電極層によって実現される。本願で利用される実施
例において、Ｐ＋ドープ処理領域は前記ホトダイオードのアノードであり、そし
て前記バイアス電極層はカソードである。前記外部構造体はアノードコンタクト
である。簡潔のため、前記用語アノードとカソードは、この実施例に関連して、
以下に使用する。
【００１５】 裏面照射型ホトダイオードの場合、光電流は、帯間吸収（band to band absor
ption）によって生成されることが多い。半導体の禁制帯幅により大きいエネル
ギーを有する光子が基板の裏面に入り吸収される。この吸収によって電子−正孔
対が生成される。一つの電子−正孔対が空乏領域の外側に生成されると、少数キ
ャリア（本願で利用される実施例の正孔）は、一つのゲートの下側の空乏領域の
端縁に拡散する。空乏領域内の電界は、正孔をアノードの方へ加速することによ
って正孔を「集める」。しかし、光子が、アノードの下方の空乏領域内に吸収さ
れると、空乏領域内の電界は正孔を「集める」が、電子を、非空乏基板（undepl
eted substrate）の方へ加速する。どちらの場合も、光電流は、ホトダイオード
、およびゲート（アノードコンタクト）と裏面コンタクト（カソードコンタクト
）の間のバイアスを維持する外部回路を流れる。読出し回路が同じ半導体基板上
に設置されると、各アノードに関連する回路素子は、前記光電流、前記光子の吸
収によって生じる電荷の大きさ、またはこれら両方の組合せによって決まる出力
信号を発生する。
【００１６】 裏面照射型ホトダイオードアレイで、一般的な広表面積の金属製または導電性
エポキシ樹脂製のコンタクトを使用することは困難である。これらの層はダイの
裏面を不透明にする。裏面照射型ホトダイオードとホトダイオードアレイは、光
、またはＸ線もしくは赤外線などの他の放射線が、ダイの裏面層に、ほとんど反
射もしくは減衰なしで入ることができることが必要である。さらに、装置を適正
にバイアスさせるために、ダイの裏面に電気コンタクトをつくる適正な技法を提
供しなければならない。したがって、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などの
透明の「導電性誘導体」の反射防止（ＡＲ）コーティングが、内部アノードを構
成する大量にドープされた層の上または外部コンタクト層の上に形成される。用
語「導電性誘電体」は、ＩＴＯという意味で使用されることが多く、これは、実
際には、縮退幅−禁制帯幅の半導体（degenerate wide-bandgap semiconductor
）（通常アモルファスかまたはビトリアスである）である。このＩＴＯは、ダイ
裏面の面積抵抗率を低下させる。しかし、このＩＴＯは柔軟なので容易に掻き傷
ができるからワイヤボンディングを容易には行えない。
【００１７】 Ｈｏｌｌａｎｄの米国特許第６，０２５，５８５号では、薄くて大量にドープ
された多結晶質シリコン層を使用するｐ−ｉ−ｎホトダイオードアレイが、結晶
質半導体基板の裏面に、透明な外部導電性裏面コンタクト層として堆積されてい
る。この多結晶質シリコン層は、厚みが約１０ｎｍである。次に、このポリシリ
コン層を、導電性ＡＲコーティングとしてＩＴＯでコートする。しかし、Ｈｏｌ
ｌａｎｄ特許のポリシリコン層は、本願で利用する意味のカソードすなわち「バ
イアス電極層」ではない。そのポリシリコン層は、結晶質基板に対して不均一な
インタフェースを有しているので、以下に考察するように過大な電気的雑音を示
す。
【００１８】 ＩＴＯに対する電気コンタクトは、「銀−エポキシ（silver-epoxy）」（銀の
フレークを混合することによって銀（Ａｇ）を「充填した」エポキシ接着剤）を
使用してつくる。いくつものダイをＭＣＭにフリップ−チップ・ボンディングを
行う場合には、あいにく、裏面に対するエポキシによるボンディングは時間がか
かり、自動化は容易には行えない。導電性ペイント、または導電性接着剤を有す
る金属製テープの「銀バス（silver bus）」構造体が使用されている。これらの
構造体は、検出器の有効感光面積を減らし、かつ光入力構造体の取付けを妨げる
。
【００１９】 これらすべての薄くて透明な外部コンタクト構造体に共通している他の特性は
、関連している層が、比較的高い面積抵抗率を有しているので、下側の基板に対
して不均一な電気コンタクトを形成しがちである。さらに、ＩＴＯまたはポリシ
リコンなどのオーバー層（overlayer）を使用すると、追加のインターフェース
が、そのコンタクト構造体に導入される。電流が、これらの不均一な構造体およ
びインターフェースを流れると、同じ平均抵抗値の簡単な抵抗器から予想される
レベルより有意に高いレベルの電気的雑音が発生する。
【００２０】 本願が開示するものによって、ＩＴＯなどの透明な導電性オーバー層をなくす
ことができる。このオーバー層は、前記バイアス電極層（実施例のカソード）に
間接的コンタクトを設けることによってなくすことができる。このようにして、
前記反射防止（ＡＲ）層を、光またはＸ線もしくは赤外線などの他の放射線をホ
トダイオード中に最適に送るために、好ましくは絶縁誘電体材料または多層誘電
体スタックで製作することができる。単層および多層の誘電体ＡＲコーティング
の設計は知られている。例えば、垂直入射の場合、単一誘電体層のＡＲコーティ
ングの屈折率は、基板および前記誘電体の裏面の媒体の屈折率の幾何平均値に近
い値でなければならない。この層の厚みは、この層内で測定された光または他の
放射線の波長の１／４でなければならない。前記誘電体内の波長の３／４、５／
４などの厚みも利用できる。その結果、単一もしくは複数のＡＲ層を、電気的考
察とは独立して配置構成することができ、そして広範囲の誘電体（絶縁）材料か
ら選択して、適当な光学的性能を達成することができる。誘電体のＡＲコーティ
ングを使用すると、導電性反射防止材料の選択を限定して使用することによって
達成することが困難なことの多い、高い光子収集効率を達成することができる。
【００２１】 半導体のダイの裏面に対するコンタクトは、ダイを通じてエッチングを行った
深い「バイアス（vias）」を使用し、そしてダイの端縁上にプレートした「ラッ
プ−アラウンド・コンタクト（wrap-around contact）」によって、前面から製
作されている。これらの方法は両方とも、高い歩留りで実施することは困難であ
る。また、深いバイアス（vias）はダイを弱体化して破壊を助長する。また、裏
面へのコンタクトは、大量にドープされた基板を用いてつくられているが、基板
の破壊電圧以下の完全空乏をつくることができない。次に、その装置構造が、前
面の近くにつくられ、そして第二伝導性型の「ウェル」（基板のそれに向かいあ
っている）を前面につくることによって、基板から隔離される。これらウェルは
装置の活性層の深さより深くなければならない。ウェルによって隔離するには複
雑な工程が必要であり、基本的な装置の設計に本来含まれていない寄生構造をつ
くり出して、完全に空乏化された基板とは両立しない。したがって、ウェルによ
る隔離は、応答性の高い裏面照射型ｐ−ｉ−ｎホトダイオードアレイを製作する
のには適切でない。
【００２２】 本願の開示内容によって、基板の前面の物理的に堅牢な構造体を通じて所望の
低雑音の電気接続が行われる。さらに、本願の開示内容によって、「裏面コンタ
クト」への接続を、フリップ−チップ法または類似の組立て法で、前面コンタク
トと同時に行うことができる。
【００２３】 一実施態様による裏面照射型ホトダイオードアレイを図1に示す。この例示実
施態様において、半導体基板１０２は、軽くドープされてｎ−型伝導性（ｎ−）
を示し、高い抵抗率を有している。ｐ−ｉ−ｎホトダイオードアレイの場合、軽
くドープされたｎ型半導体はイントリンシック型すなわちｉ−型と表示されるこ
とが多い。軽くドープされたｎ型半導体基板１０２の頂面の近くに、大量にドー
プされたｐ型（ｐ＋）アノード領域１０８が形成されている。金属製またはポリ
シリコン製のコンタクト１１４が、ｐ＋領域１０８の上に直接形成され、オーミ
ックコンタクトを提供している。
【００２４】 また、半導体基板１０２は、ｐ＋領域１０８と軽くドープされたｎ型基板１０
２との間に形成された接合部を有している。これらの接合部は、多数キャリア（
ｎ型基板１０２の場合の電子）を本質的に欠いている空乏領域１１２を形成して
いる。適当な極性と大きさのバイアス（逆方向のバイアス）下で、空乏領域１１
２は、基板１０２の厚み中に深く広がるかまたは厚み全体に完全に広がる。
【００２５】 有効な検出を行うため、電子−正孔対は、拡散長以内でまたは空乏領域１１２
で発生しなければならない。最大の応答を達成するためには、大量にドープされ
た各アノード領域１０８の下方の空乏領域１１２が、アノードの下側の基板１０
２の領域を通じて完全に広がらなければならない〔完全空乏化（full depletion
）〕。
【００２６】 上記例示実施態様で、コンタクトは、前面１０４を通じて基板１０２の裏面１
０６につくられている。半導体基板と同じ伝導性型の「モート（moat）」および
バイアス電極層１２４を設けることによって、前面を通じて裏面コンタクトをつ
くることができる。
【００２７】 モート１２０は大量にｎ−ドープされており（ｎ＋）、そして基板１２０の前
面１０４に設けられている。そのｎ＋モート１２０は、漏れ電流（leakage）が
少ない、完全に空乏化された（fully depleted）ホトダイオードアレイ１００の
中の個々のホトダイオード（画素）に、完全に空乏化されたガードリング１１０
の外側からコンタクトをつくる。この完全に空乏化されたガードリング１１０は
、ｎ＋モート１２０を、該アレイ中のすべての画素から隔離する。完全に空乏化
されたホトダイオードアレイにおいて、個々の画素とガードリング１１０の下側
の空乏領域は、カソード１２４の方に広がり、そして、図に示すように、画素と
ガードリングの下側の基板１０２の厚みのほとんどにわたって、水平に連ってい
る。画素の下側の連っている空乏領域に入る、発生した少数ホトキャリアは、こ
のような条件下で、該画素のうちの一つによって、実質的に確実に収集される。
【００２８】 透明な外層１１８が基板１０２の裏面１０６に設けられて、内部カソードに対
するコンタクトを形成する。この透明外層１１８はＩＴＯなどの導電性材料で製
造することができる。しかし、本願の開示事項によって、透明層１１８は、一種
以上の誘電体（絶縁）材料、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）また
は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などで製造することができる。誘電体材料を使用し
て透明外層１１８を製造すると、ホトダイオードの対象の波長範囲における量子
効率を高める、強力で化学的に安定な耐引掻性の面が得られる。例えばｎ＋モー
トによって提供される間接的裏面コンタクトなしで、絶縁ＡＲコーティングでホ
トダイオードアレイの裏面にコンタクトをつくることは困難である。
【００２９】 ｎ＋モートコンタクト１２０は、内部バイアス電極層（カソード）１２４と直
列に、そして場合によっては一つ以上の透明導電性外層１１８と直列に、基板１
０２の非空乏化領域（undepleted region）１２２を使用して、カソードに対し
電気コンタクトを提供する。漏れ電流が少ないｐ−ｉ−ｎホトダイオードアレイ
を製造する際に、基板の徹底的なゲッタリング（thorough gettering）を行って
、少数キャリアの長い寿命と長い拡散長を達成することができる。内部バイアス
電極層１２４は、前記ゲッタリングステップに続いてバックエッチング法を行う
ことによってつくることができる。このバックエッチング法は、前記ゲッタリン
グ法によって得られる優れた少数キャリアの特性と少ない漏れ電流を維持するの
に適合している。
【００３０】 また、ｎ＋モート構造体は、ダイの端縁における少数キャリアの注入と関連し
ている、ガードリングの高い漏れ電流を抑制するのに重要である。前記端縁に生
成された少数キャリアは、ガードリングの空乏領域中に拡散する。完全に空乏化
されているかまたはほぼ完全に空乏化された状態では、そのガードリングの空乏
領域の電界は、これらの少数キャリアを効率的に集めて、これら少数キャリアを
画素が集めるのを防止する。したがって端縁が発生すると、ガードリングの漏れ
電流が高くなる。
【００３１】 大量にドープされたｎ＋モートは、少数キャリアの濃度が非常に低い領域であ
る。したがって、ダイの端縁に発生した少数キャリアは、ｎ＋モートの方に拡散
する傾向があり、ｎ＋モートにおいて少数キャリアは、ｎ＋モートの、アバンダ
ントサプライ（abundant supply）の電子と再結合する。
【００３２】 ｎ＋モート１２０は、面積をできる限り大きくすることができる。また、モー
ト１２０は、できる限り大きくダイ周辺を占めることができる。例示実施様態に
おいて、基板１０２とバイアス電極層はｎ型なのでｎ＋モート１２０を使用でき
る。使用されるモートの形状は、ほぼ環状であり、そのｎ＋層の内側端縁が最も
近いｐ＋層に対して３０〜６０μｍ以内まで延びている。モート１２０は、基板
の端縁の方へ外側に延びている。
【００３３】 モート１２０に対するコンタクト１２４は通常の方式でつくることができる。
したがって、アルミニウムをコンタクト金属として使用し、約３２５〜４００℃
でシンターしてオーミックコンタクトをつくることができる。直列抵抗を最小限
にするため、そのアルミニウム層は、活性装置領域を実質的に囲むリングを形成
する。
【００３４】 本願に開示する実験的実施態様をここで説明する。例えば、上記のような間接
的裏面コンタクトは、４×４アレイ中１６個の個々のホトダイオード画素を有す
るシリコンｐ−ｉ−ｎホトダイオードアレイ中に実現されている。これらのアレ
イは、通常のシリコン法の技法を利用して、抵抗率が高い（＞１０００ｏｈｍ−
ｃｍ）ｎ型シリコン基板中に製作した。これらアレイのオーバーオールチップサ
イズ（overall chip size）は、約１２．８×１３．０ｍｍであった。
【００３５】 大量にドープされたｐ＋層を、個々の画素の内部アノードおよびガードリング
に使用した。そのガードリングは環状であり、１６個の画素のアレイの全周縁を
実質的に取り囲んでいた。これら画素のアノードは、面積が約２．９×２．９ｍ
ｍであった。カソードのバイアス電極層は、裏面のｎ＋拡散をエッチングするこ
とによってつくった。エッチングは、高い量子効率と許容可能な直列抵抗と両立
する裏面の面積抵抗率で終了させた。このエッチング工程の前に、基板の徹底的
なゲッタリングを行った。エッチングを行う前後の逆方向バイアス漏れ電流は、
室温にて、完全空乏で１ｎＡ−ｃｍ−２未満であった。
【００３６】 熱で成長させた二酸化ケイ素のフィールド酸化膜は、厚みが公称０．５〜１．
０μｍであり、画素間のギャップおよびチップの他の領域上のギャップをパッシ
ベートした（passivate）。金属コンタクトは、公称１％の溶解シリコンを含有
するアルミニウム（Ａｌ：Ｓｉ）を約１μｍ、スパッタで堆積させることによっ
て製作した。これらのコンタクトは、活性ｐ型領域の実質的に全体の上に、フィ
ールド酸化膜の端縁をオーバーラップして形成させた。二重層の金属システムが
使用されており、各層は厚みが公称１．０μｍであった。その金属システムは、
Ａｌ：Ｓｉ上に、Ａｌ：０．５％Ｃｕ（Ａｌ：Ｃｕ）を含有していた。第二金属
層は、前記フィールド酸化膜上に堆積された第２レベルパッシベーション絶縁体
にエッチングされた正孔を通じて第一層に接続されることが多い。この第二レベ
ルのパッシベーションには、二酸化ケイ素と窒化ケイ素の両者を使用した。
【００３７】 単一層金属システムと二重層金属システムの両者を、アンダーバンプ金属化（
under bump metallization）（ＵＢＭ）システムとともに利用した。このＵＢＭ
は、チップ上に半田ボールを形成しやすくするために使用される。ＵＢＭは、該
金属コンタクトの頂部に無電解メッキ法で、５〜７μｍのニッケルを堆積させて
加え、次いで約０．１μｍの浸漬金（immersion gold）を堆積させて製造される
。
【００３８】 これらのアレイに対する間接裏面コンタクトは、前記ガードリングの外周縁を
囲む大量にドープされたｎ＋モートを使用して製造される。そのｎ＋層は各ダイ
の端縁の方に広がった。そのモートは、幅が約２５０μｍから５００μｍまで変
わる閉リングであった。
【００３９】 ｎ＋モートが存在すると、ホトダイオードアレイのガードリングの電流が、ダ
イシングを行なう前に３０％以上低下し、そしてダイシング後はさらに大きな比
率で低下することが発見された。
【００４０】 アレイは、導電性ＩＴＯの外部裏面（カソード）コンタクト層、およびＳｉＯ 2 、ＺｎＳ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、およびＡｌ2Ｏ3でオーバーコートさ
れたＴｉＯ2を含む絶縁体で製造した。これらの材料すべてを使用して、量子効
率が優れたアレイを製造した。屈折率が高い絶縁体（ＺｎＳ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3、およびＡｌ2Ｏ3でオーバーコートされたＴｉＯ2）の方が、統計的
に、ＩＴＯより光学的に優れている。これら絶縁体はすべて、ＩＴＯより機械的
に優れている。ＴｉＯ2でＡＲコートされたアレイおよびＡｌ2Ｏ3でオーバーコ
ートされたＴｉＯ2でＡＲコートされたアレイが、総合的に最高の性能を示した
。図２は、ＴｉＯ2でコートされたアレイおよびＡｌ2Ｏ3でオーバーコートされ
たＴｉＯ2でコートされたアレイが、ＩＴＯでコートされたアレイと比較して光
学的性能が優れていることを示している。
【００４１】 要約すると、１つ以上の絶縁層でＡＲコートされた多種類のホトダイオードア
レイを製造した。これらのホトダイオードアレイは、ＤＩＧＩＲＡＤ２０２０Ｔ
Ｃ（登録商標）の試作品と生産バージョンに取り入れた。この製品は、世界で最
初の商業的固体γ線イメージャ（imager）である。
【００４２】 本発明の特定の実施様態を例示して説明してきたが、他の実施態様と変更が可
能である。例えば、本発明は、軽くドープされたｎ-型基板上に形成されたｎ＋
モートを利用して説明してきたが、本発明は、軽くドープされたｐ型基板上に形
成されたｐ＋モートで実施することができる。ｐ＋モートの場合、バイアス電極
層はアノードであり、そして画素とガードリングの大量にドープされたｎ＋層は
カソードである。
【００４３】 これらの実施態様はすべて、本願の特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施様態による裏面照射型ホトダイオードアレイを示す図
である。
【図２】 ＴｉＯ2でコートされたアレイおよびＡｌ2Ｏ3でオーバーコートされ
たＴｉＯ2でコートされたアレイの優れた光学的性能を、ＩＴＯでコートされた
アレイと比較して示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ウィルソン リチャード アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92128 サンディエゴ トレードプレイス 9350 ディジラッド コーポレーション Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA02 CA03 CA05 CA32 CB14 GA02 GA10 HA31 5C024 AX06 AX11 AX16 CY47 GX03 GX24 5F049 MA04 MB03 NA04 NB05 QA06 QA13 RA02 SS03 SZ13

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに反対側に位置する第一面と第二面を少なくとも有し、かつドープされて
    第一伝導性型を示す基板であって、 前記基板の内側で第一面の近くに形成された、第一伝導性型のバイアス電極層
    、 前記第二面の上の大量にドープされた第一伝導性型の領域であって、前記第二
    面から前記第一面へのコンタクトを提供するように配置構成された領域、および 前記第二面上の第二伝導性型の複数のドープされた領域を有する基板と、 前記第二面の上に形成された回路層であって、前記複数のドープされた領域に
    対するゲートコンタクトおよび同複数のドープされた領域に対する読出し回路を
    提供し、その結果、その読出し回路が、画素の検出した光信号に関連する電気出
    力を提供する回路層と を備えてなる半導体画像形成装置。
  2. 【請求項２】 前記第一伝導性型の領域と、前記第二伝導性型の複数のドープされた領域との
    間に形成されたガードリングをさらに備えてなり、そのガードリングが、前記第
    一伝導性型の領域を、画素から隔離するように配置構成されている請求項１に記
    載の装置。
  3. 【請求項３】 前記第一伝導性型の領域が、前記ガードリングの漏れ電流を減らす請求項２に
    記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記の第一伝導性型と第二伝導性型がそれぞれ、ｎ型ドーパントとｐ型ドーパ
    ントで生じる請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記基板がケイ素を含有している請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記バイアス電極層が、一つ以上の透明な層でコートされて、透明外部コンタ
    クト層、反射防止コーティング、または透明外部コンタクト層および反射防止コ
    ーティングの両者を提供する請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記透明層が一つ以上の絶縁誘電体層を含んでいる請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記誘電体層が、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）
    、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）または二酸化ケイ素（
    ＳｉＯ2）の一種以上を含有している請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記基板が、前記第二伝導性型の複数のドープされた領域と前記第一伝導性型
    のバイアス電極層との間に接合領域をさらに含んでいる請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記接合領域が、完全に空乏化されて、前記第一面から光子を感知できる請求
    項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記第一伝導性型の領域が、大量にドープされたｎ型モートである請求項１に
    記載の装置。
  12. 【請求項１２】 互いに反射側に位置する少なくとも二つの面を有し、第一型のドーパントで形
    成されている基板と、 前記基板の少なくとも二つの面のうち一方の近くに位置する前記基板内の第一
    伝導性型の導電層と、 前記第一型のドーパントで大量にドープされかつ前記導電層とは反対側の面に
    形成されているモートであって、前記反対側の面から前記導電層へのコンタクト
    を提供するように配置構成されているモートと、 前記モートと同じ面上の、第二型ドーパントでドープされた複数の領域と を備えてなるホトダイオードアレイ。
  13. 【請求項１３】 前記半導体の基板がケイ素を含んでいる請求項１２に記載のアレイ。
  14. 【請求項１４】 前記複数の領域に結合されてオーミックコンタクトを提供する複数の金属コン
    タクトをさらに含んでなる請求項１１に記載のアレイ。
  15. 【請求項１５】 前記基板が、前記複数の領域と前記導電層の間に接合領域をさらに含んでいる
    請求項１１に記載のアレイ。
  16. 【請求項１６】 前記接合領域が、完全に空乏化されて、前記導電層の反対側の面から光子を感
    知できる請求項１５に記載のアレイ。
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