JP4394904B2 - フォトダイオードアレイの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
同一基板上に複数の画素領域が形成された光検出素子として、マルチチャンネルフォトダイオードやフォトダイオードアレイが知られている。マルチチャンネルフォトダイオード及びフォトダイオードアレイの最大の問題点は、画素間クロストークである。
【０００３】
画素間クロストークを防止する方法として、例えば特許文献１には、画素間にトレンチ溝を形成するとともに、トレンチ溝を絶縁性材料で埋めて機械的強度を保つ構成が開示されている。図１２は、特許文献１に開示されたフォトダイオードアレイを示す断面図である。図１２を参照すると、フォトダイオードアレイ１００は、複数のフォトダイオード１０１を備えている。フォトダイオード１０１は、ｎ型半導体層１０２及びｐ型半導体層１０３からなっている。複数のフォトダイオード１０１の間には、素子分離用のトレンチ溝１０４が形成されており、トレンチ溝１０４の表面は絶縁層１０５で覆われている。また、トレンチ溝１０４は、充填材料１０６によって埋められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したフォトダイオードアレイ１００の場合、トレンチ溝１０４を形成する工程、トレンチ溝１０４の表面に絶縁層１０５を形成する工程、及びトレンチ溝１０４を埋める工程という３つの工程が必要なので、これらの工程に応じた作業時間が必要となる。また、トレンチ溝１０４を埋める工程を省略することも考えられるが、フォトダイオードアレイ１００の機械的強度が弱くなるため、好ましくない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な工程によって形成可能であり、機械的強度を保ちながらクロストークを防止することができるフォトダイオードアレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るフォトダイオードアレイの製造方法は、半導体基板上に形成された複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイの製造方法であって、半導体基板上に、複数のフォトダイオードを形成する第１工程と、フォトダイオードの半導体材料が溶融することにより結晶性を喪失した結晶溶融領域を複数のフォトダイオード間に形成する第２工程とを備え、フォトダイオードの半導体材料はＳｉであるとともに、第２工程において、複数のフォトダイオード間で半導体材料の内部に集光点を合わせて、フォトダイオードの半導体材料であるＳｉの吸収のバンドギャップよりも光子のエネルギーが小さいレーザ光を照射することによって、結晶溶融領域を形成することを特徴とする。
【０００７】
上記したフォトダイオードアレイは、複数のフォトダイオード間に結晶溶融領域を備えている。結晶溶融領域では半導体材料が結晶性を喪失しており、隣接するフォトダイオードへキャリアが漏れようとするのを結晶溶融領域が阻止するので、複数のフォトダイオード間のクロストークを好適に防止することができる。
【０００８】
また、上記したフォトダイオードアレイでは、クロストークを防止する手段を、結晶溶融領域を形成することのみによって得られる。従って、上記したフォトダイオードアレイによれば、トレンチ溝及び絶縁層を形成する工程、並びにトレンチ溝を埋める工程を必要とする従来のフォトダイオードアレイに比べて、製造工程を簡易にできる。また、上記したフォトダイオードアレイは物理的な溝を備えないので、フォトダイオードアレイの機械的強度を保つことができる。
【０００９】
また、フォトダイオードアレイは、結晶溶融領域が、複数のフォトダイオード間に集光点を合わせてレーザ光が照射されることにより生じる多光子吸収によって形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、フォトダイオードアレイは、半導体基板と同じ導電型を有しており、半導体基板上にエピタキシャル成長された第１半導体層と、半導体基板とは反対の導電型を有しており、第１半導体層の表面側に形成された複数の第２半導体層とを備え、結晶溶融領域が、複数の第２半導体層間に形成されており、第１半導体層の表面から半導体基板に達していることを特徴としてもよい。
【００１１】
上記したフォトダイオードアレイでは、結晶溶融領域が第１半導体層の表面から半導体基板に達するように形成されている。これによって、第１半導体層及び第２半導体層によって構成されるフォトダイオード間のクロストークをより効果的に防止することができる。
【００１２】
また、本発明によるフォトダイオードアレイの製造方法は、半導体基板上に形成された複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイの製造方法であって、半導体基板と同じ導電型を有する第１半導体層を半導体基板上にエピタキシャル成長させる工程と、半導体基板とは反対の導電型を有する複数の第２半導体層を第１半導体層の表面側に形成する工程と、第１半導体層及び半導体基板の内部に集光点を合わせ、複数の第２半導体層同士の間隙に沿ってレーザ光を照射することにより、第１半導体層及び半導体基板を溶融させて結晶溶融領域を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記したフォトダイオードアレイの製造方法では、第１半導体層及び第２半導体層のｐｎ接合によってフォトダイオードが構成される。また、結晶溶融領域では、第１半導体層及び半導体基板が溶融されて結晶性を喪失する。従って、上記したフォトダイオードアレイの製造方法によれば、隣接するフォトダイオードへキャリアが漏れようとするのを阻止する結晶溶融領域を好適に形成することができるので、複数のフォトダイオード間のクロストークを好適に防止できるフォトダイオードアレイを提供することができる。
【００１４】
また、上記したフォトダイオードアレイの製造方法では、クロストークを防止する手段を、結晶溶融領域を形成することのみによって得ている。従って、上記したフォトダイオードアレイの製造方法によれば、従来のフォトダイオードアレイの製造方法に比べて製造工程が簡易となる。また、上記したフォトダイオードアレイの製造方法によれば、フォトダイオードアレイに対して物理的に溝を形成しないので、機械的強度が保たれたフォトダイオードアレイを提供することができる。
【００１５】
また、フォトダイオードアレイの製造方法は、結晶溶融領域を形成する工程において、第１半導体層及び半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより多光子吸収を生じさせて結晶溶融領域を形成することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るフォトダイオードアレイについて説明する。なお、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。
【００１７】
図１は、本発明によるフォトダイオードアレイの実施形態を示す平面図である。また、図２は、図１に示したフォトダイオードアレイ１のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。本実施形態によるフォトダイオードアレイ１では、例えば１６個といった複数のフォトダイオード３が一次元状に配列されている。
【００１８】
図１を参照すると、フォトダイオード３は、光検出領域１９をそれぞれ有している。そして、フォトダイオード３は、光検出領域１９の両端に表面電極１３を有している。
【００１９】
また、図２を参照すると、フォトダイオードアレイ１は、ｎ型半導体からなる半導体基板５と、半導体基板５上に形成され、半導体基板５と同じ導電型（ｎ型）の半導体からなる第１半導体層７と、第１半導体層７の表面側に形成され、半導体基板５とは反対の導電型（ｐ型）の半導体からなる複数の第２半導体層９とを備えている。第１半導体層７は、半導体基板５上にエピタキシャル成長されており、第２半導体層９におけるｐ型不純物濃度よりも低濃度のｎ型不純物を含んでいる。第２半導体層９は、フォトダイオードアレイ１の長手方向に並んで形成されており、ボロンなどのｐ型不純物を含んでいる。第１半導体層７と第２半導体層９とは互いにｐｎ接合を構成している。なお、本実施形態における半導体基板５、第１半導体層７、及び第２半導体層９それぞれの半導体材料、不純物濃度、及び厚みは次のとおりである。
【表１】
【００２０】
ここで、第１半導体層７は第２半導体層９に比べて不純物濃度が低く、零バイアス時においても、また、後述する表面電極１３及び裏面電極１５に逆バイアス電圧を印加した場合においても、空乏層はｐｎ接合界面から低濃度側の第１半導体層７に広がる。従って、フォトダイオードアレイ１の表面において第２半導体層９に対応する領域が光検出領域１９（図１参照）となる。なお、第１半導体層７及び第２半導体層９の導電型は互いに反転させてもよい。
【００２１】
複数の第２半導体層９の間（すなわち、複数のフォトダイオード３の間）には、素子分離用の結晶溶融領域（結晶溶融層）１７が形成されている。結晶溶融領域１７は、第１半導体層７の表面から半導体基板５に達している。結晶溶融領域１７は、第１半導体層７及び半導体基板５の半導体材料が溶融することにより該半導体材料の結晶性が喪失されている。このような性質を示す結晶溶融領域１７は、第１半導体層７及び半導体基板５の内部に集光点を合わせてレーザ光が照射されることにより生じる多光子吸収という現象によって形成されている。なお、多光子吸収による結晶溶融領域１７の形成方法については後に詳述する。
【００２２】
また、フォトダイオードアレイ１は、第１半導体層７及び第２半導体層９の表面上に形成された絶縁膜１１と、該絶縁膜１１上に形成された表面電極１３と、半導体基板５の底面に形成された裏面電極１５とをさらに備えている。絶縁膜１１の材料としては、ＳｉＯ2及びＳｉＮXの双方またはいずれか一方が用いられる。絶縁膜１１の材料としてＳｉＯ2及びＳｉＮXの双方が用いられる場合には、絶縁膜１１は、ＳｉＯ2及びＳｉＮXの複合膜か、あるいはＳｉＯ2及びＳｉＮXを順次積層した積層膜として形成される。絶縁膜１１は、第２半導体層９の表面を保護するための保護膜として機能する。
【００２３】
表面電極１３は、ＡｌまたはＡｕなどの金属材料からなり、スパッタ法または蒸着法などによって絶縁膜１１上に形成されている。ここで、前述した絶縁膜１１は第２半導体層９上に開口（コンタクトホール）１１ａを有しており、表面電極１３は開口１１ａ内にも形成されている。これにより、表面電極１３は、第２半導体層９と電気的に接続される。また、図１を参照すると、表面電極１３はフォトダイオード３の両端に形成されており、フォトダイオードアレイ１の長手方向と直交する方向に関して対称性を有している。この対称性により、ボンディングワイヤをフォトダイオードアレイ１の両側方から表面電極１３に接続することが可能となり、組立工程においてフォトダイオードアレイ１の向きを考慮せずに済むので、組み立て時の作業性が向上する。
【００２４】
裏面電極１５は、ＡｌまたはＡｕなどの金属材料からなり、スパッタ法または蒸着法などにより半導体基板５の底面上に形成されている。裏面電極１５は、半導体基板５の底面上の全面にわたって形成されており、複数のフォトダイオード３に共通の電極となっている。
【００２５】
以上の構成を有するフォトダイオードアレイ１は、次の動作を行う。フォトダイオードアレイ１の表面側からフォトダイオード３の光検出領域１９へ被検出光が入射すると、被検出光は絶縁膜１１を透過し、第１半導体層７及び第２半導体層９によって形成される光吸収層に達する。そして、光吸収層において被検出光強度に応じた量のキャリア（電子・正孔）が生じる。キャリアは、半導体内部の電界に従って移動し、その一方は裏面電極１５から、他方は表面電極１３から取り出されるとともに、図示しないボンディングワイヤを介して外部に出力される。このとき、異なるフォトダイオード３間のキャリアの移動は、結晶溶融領域１７によって妨げられる。
【００２６】
次に、上記したフォトダイオードアレイ１の製造方法について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１の製造方法を説明するための図である。
【００２７】
まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型半導体からなる半導体基板５（例えば厚さ３５０μｍ）上に、エピタキシャル成長法を用いてｎ型の第１半導体層７を例えば厚さ３０μｍに形成する。
【００２８】
続いて、図３（ｂ）に示すように、第１半導体層７の表面に光検出領域１９（図１参照）を反転した形状のマスクパターン２１を形成する。そして、第１半導体層７の露出表面側から第１半導体層７の表層部にｐ型不純物（ボロン等）を拡散またはイオン注入によって添加（図中Ｂ）し、この表層部の導電型を反転させて複数の第２半導体層９を形成する。マスクパターン２１は、ｐ型不純物の拡散またはイオン注入に対してマスクとして働くもの、例えば、フォトレジストや、フォトレジストによりパターニングされた酸化膜や窒化膜、金属等で良い。このとき、第２半導体層９を例えば厚さ０．５μｍに形成する。第２半導体層９を形成した後、マスクパターン２１を除去する。
【００２９】
続いて、図３（ｃ）に示すように、第１半導体層７及び第２半導体層９の露出表面上にＳｉＯ2またはＳｉＮXを堆積することにより、絶縁膜１１を形成する。或いは、第１半導体層７及び第２半導体層９の露出表面上にＳｉＯ2及びＳｉＮXからなる複合膜、もしくはＳｉＯ2及びＳｉＮXを順次積層した積層膜を形成することにより、絶縁膜１１を形成してもよい。このとき、絶縁膜１１を例えば厚さ０．１μｍに堆積する。絶縁膜１１を堆積する方法としては、ＣＶＤ（化学気相成長）法やスパッタ法などを用いるとよい。
【００３０】
続いて、図４（ａ）に示すように、第２半導体層９との電気的なコンタクトをとるために、通常のフォトリソグラフィー技術によって絶縁膜１１の所定領域に開口１１ａを形成し、第２半導体層９の表面を露出させる。そして、図４（ｂ）に示すように、表面電極１３及び裏面電極１５をスパッタ法或いは蒸着法などにより形成する。
【００３１】
続いて、図４（ｃ）に示すように、複数の第２半導体層９同士の間隙に沿ってレーザ光Ｌを照射することにより、結晶溶融領域１７を形成する。このとき、第１半導体層７及び半導体基板５の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを照射する。このようにレーザ光Ｌを照射すると、第１半導体層７及び半導体基板５の内部で多光子吸収という現象が生じ、半導体材料が溶融して該半導体材料の結晶性が喪失される。また、このとき、結晶溶融領域１７を、第１半導体層７の表面から半導体基板５に達するように、例えば第１半導体層７の表面から４０〜５０μｍの深さまで形成する。また、第２半導体層９同士の間隙に沿った方向に、例えば幅２〜３μｍに形成する。
【００３２】
最後に、フォトダイオードアレイ１の周囲にダイシングを行い、フォトダイオードアレイ１を切り出す。以上の工程により、図１及び図２に示したフォトダイオードアレイ１が完成する。
【００３３】
ここで、多光子吸収を利用した結晶溶融領域１７の形成について、さらに詳細に説明する。本実施形態による結晶溶融領域１７は、以下のレーザ加工方法により形成される。すなわち、本実施形態に用いられるレーザ加工方法では、レーザ光の強度を非常に大きくした場合に発生する多光子吸収により半導体材料内部に溶融領域を形成する。まず、多光子吸収について簡単に説明する。
【００３４】
材料の吸収のバンドギャップＥGよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥGである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞ＥGの条件（ｎ＝２，３，４，・・・である）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ2）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ2）で決まる。
【００３５】
このような多光子吸収を利用した本実施形態に係る結晶溶融領域１７の形成過程について図５〜図９を用いて説明する。図５は、結晶溶融領域１７形成中のフォトダイオードアレイ１の拡大平面図である。図６は、図５に示すフォトダイオードアレイ１のII−II断面を示す断面図である。図７は、結晶溶融領域１７形成後のフォトダイオードアレイ１の拡大平面図である。図８は、図７に示すフォトダイオードアレイ１のIII−III断面を示す断面図である。図９は、図７に示すフォトダイオードアレイ１のIV−IV断面を示す断面図である。
【００３６】
図５及び図６に示すように、フォトダイオードアレイ１の表面には結晶溶融領域１７を形成するための形成予定ライン２７が想定される。形成予定ライン２７は直線状に延びた仮想線であり、複数のフォトダイオード３同士の間隙（すなわち、光検出領域１９同士の間隙）に沿って想定される。本実施形態では、多光子吸収が生じる条件で第１半導体層７及び半導体基板５の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより結晶溶融部分２９を形成する。なお、集光点Ｐとはレーザ光Ｌが集光した箇所のことである。
【００３７】
レーザ光Ｌを形成予定ライン２７に沿って（すなわち矢印Ａ方向に沿って）相対的に移動させることにより、集光点Ｐを形成予定ライン２７に沿って移動させる。また、通常では深さ方向に５０μｍくらいの結晶溶融領域１７を作成できるが、もっと深い結晶溶融領域が必要な場合には、レーザ光Ｌをフォトダイオードアレイ１の深さ方向に相対的に移動させることにより、集光点Ｐをフォトダイオードアレイ１の深さ方向に移動させることもできる。これにより、図７〜図９に示すように、半導体基板５に達する所定深さの結晶溶融領域１７が形成予定ライン２７に沿って第１半導体層７及び半導体基板５の内部にのみ形成される。
【００３８】
上記した結晶溶融領域１７の形成方法は、第１半導体層７及び半導体基板５がレーザ光Ｌを単純に吸収することにより半導体材料を発熱させて結晶溶融領域１７を形成するのではない。第１半導体層７及び半導体基板５にレーザ光Ｌを透過させ、第１半導体層７及び半導体基板５の内部に多光子吸収を発生させてその部分で半導体材料を発熱させて半導体材料の結晶性を喪失させることにより、結晶溶融領域１７を形成している。よって、第１半導体層７の表面保護膜ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、第１半導体層７の表面保護膜が溶融することはない。
【００３９】
以上に説明した本実施形態によるフォトダイオードアレイ１は、以下の効果を有する。すなわち、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１は、複数のフォトダイオード３間に結晶溶融領域１７を備えている。結晶溶融領域１７では半導体材料が結晶性を喪失している。従って、上記したフォトダイオードアレイ１によれば、隣接するフォトダイオード３へ移動しようとするキャリアを結晶溶融領域１７が阻止するので、複数のフォトダイオード３間のクロストークを好適に防止することができる。
【００４０】
また、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１では、結晶溶融領域１７が第１半導体層７の表面から半導体基板５に達し、半導体基板５に２０μｍ程度突き出すように形成されている。これによって、第１半導体層７で生じたキャリアが結晶溶融領域１７の下を回り込むことを防ぎ、フォトダイオード３間のクロストークをより効果的に防止することができる。また、通常、フォトダイオード３において発生するキャリアは、その発生深さが被検出光の波長によって異なる。従って、被検出光の波長に応じて結晶溶融領域１７の深さを設定することによって、より効果的にクロストークを防止することができる。また、被測定光が特に長波長である場合には、波長に応じた深さの結晶溶融領域１７を形成するとともに、低抵抗な半導体基板５を用いることによって、クロストークを充分に防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１の製造方法では、第１半導体層７及び第２半導体層９のｐｎ接合によってフォトダイオード３が構成される。また、結晶溶融領域１７では、第１半導体層７及び半導体基板５が溶融されて結晶性を喪失している。従って、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１の製造方法によれば、隣接するフォトダイオード３へキャリアが移動することを阻止する結晶溶融領域１７を好適に形成することができるので、複数のフォトダイオード３間のクロストークを好適に防止できるフォトダイオードアレイ１を提供することができる。
【００４２】
また、本実施形態のフォトダイオードアレイ１及びその製造方法では、複数のフォトダイオード３間のクロストークを防止する手段を、結晶溶融領域１７を形成することのみによって得られる。従って、本実施形態のフォトダイオードアレイ１及びその製造方法によれば、特許文献１に開示されたフォトダイオードアレイのように、トレンチ溝及び絶縁層を形成する工程、並びにトレンチ溝を埋める工程を必要とする従来のフォトダイオードアレイ及びその製造方法に比べて、製造工程を少なくできる。
【００４３】
また、例えば特許文献１のような従来のフォトダイオードアレイ及びその製造方法では、トレンチ溝を形成する際に半導体材料の微小片が生じる場合がある。この微小片がフォトダイオード３上に残留していると、この微小片が原因でキャリアがリークする恐れがある。これに対し、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１及びその製造方法によれば、トレンチ溝の形成といった加工を行う必要がないので、微小片が発生せず、リークなどの発生をなくせる。また、フォトダイオードアレイ１はトレンチ溝のような物理的な溝を備える必要がないので、フォトダイオードアレイ１の機械的強度を保つことができる。
【００４４】
また、本実施形態のフォトダイオードアレイ１及びその製造方法では、結晶溶融領域１７の幅は数μｍ（例えば２〜３μｍ）程度と非常に狭く形成されている。これに対し、従来のフォトダイオードアレイ及びその製造方法（例えば特許文献１）では、加工精度上トレンチ溝の幅が１０μｍ程度必要であり、その分フォトダイオードアレイ表面の開口率が犠牲となっていた。本実施形態のフォトダイオードアレイ１及びその製造方法によれば、幅数μｍ程度の結晶溶融領域１７によってクロストークを防止できるので、フォトダイオードアレイ１の開口率をより大きくすることができる。従って、画素間のピッチをより小さくでき、解像度をより高くすることが可能となる。
【００４５】
（実施例）
図１０は、上記した実施形態によるフォトダイオードアレイ１の実施例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図１０に示す写真は、上記した実施形態のフォトダイオードアレイ１をフォトダイオード３の間隙に沿って切断した切断面を示している。図１０に示すとおり、結晶溶融領域１７は、半導体基板５に達するように所定深さ（本実施例では、５０μｍである）に形成されていることがわかる。また、写真からは判別できないが、本実施例では結晶溶融領域１７の幅は１μｍである。このように、上記した実施形態によるフォトダイオードアレイ１及びその製造方法によれば、幅１μｍで深さ５０μｍといったアスペクト比が大きな結晶溶融領域１７を形成することができる。また、レーザ光の焦点を深さ方向にスキャンしながら結晶溶融領域１７を形成することにより、本実施例よりもさらに深い結晶溶融領域を形成することも可能である。
【００４６】
なお、本実施例では、６インチ（１００μｍ厚）半導体ウェハを用い、その半導体ウェハの裏面全体にテープを貼り付けた状態で５ｍｍ間隔の格子状にレーザ光を照射して結晶溶融領域を形成した。そして、テープを引っ張ることにより結晶溶融領域を境にして５ｍｍ×５ｍｍのチップに分割し、チップの断面を撮影した。
【００４７】
本発明は、上記した実施形態及び変形例に限らず、様々な変形が可能である。例えば、フォトダイオードアレイにおけるフォトダイオードの配置は、図１に示したような１次元の配置に限らず、例えば図１１に示すような２次元の配置でもよい。図１１に示したフォトダイオードアレイ５０は、ｍ行ｎ列に配列された複数のフォトダイオード５１を備えている。そして、複数のフォトダイオード５１の間には、結晶溶融領域５２が形成されている。このように、２次元に配置されたフォトダイオード５１の間に結晶溶融領域５２を備えることによっても、フォトダイオード５１間のクロストークを好適に防止することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によるフォトダイオードアレイ及びその製造方法によれば、簡易な工程によって形成可能であり、機械的強度を保ちながらクロストークを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるフォトダイオードアレイの実施形態を示す平面図である。
【図２】 図１に示したフォトダイオードアレイのＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図３】 （ａ）〜（ｃ）本実施形態によるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）本実施形態によるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための図である。
【図５】 結晶溶融領域形成中のフォトダイオードアレイの拡大平面図である。
【図６】 図５に示すフォトダイオードアレイのII−II断面を示す断面図である。
【図７】 結晶溶融領域形成後のフォトダイオードアレイの拡大平面図である。
【図８】 図７に示すフォトダイオードアレイのIII−III断面を示す断面図である。
【図９】 図７に示すフォトダイオードアレイのIV−IV断面を示す断面図である。
【図１０】 上記した実施形態によるフォトダイオードアレイの実施例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１１】 上記した実施形態によるフォトダイオードアレイの変形例を示す平面図である。
【図１２】 特許文献１に開示されたフォトダイオードアレイを示す断面図である。
【符号の説明】
１…フォトダイオードアレイ、３…フォトダイオード、５…半導体基板、７…第１半導体層、９…第２半導体層、１１…絶縁膜、１１ａ…開口、１３…表面電極、１５…裏面電極、１７…結晶溶融領域、１９…光検出領域、２１…マスクパターン、２７…形成予定ライン、２９…結晶溶融部分、５０…フォトダイオードアレイ、５１…フォトダイオード、５２…結晶溶融領域、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
同一基板上に複数の画素領域が形成された光検出素子として、マルチチャンネルフォトダイオードやフォトダイオードアレイが知られている。マルチチャンネルフォトダイオード及びフォトダイオードアレイの最大の問題点は、画素間クロストークである。
【０００３】
画素間クロストークを防止する方法として、例えば特許文献１には、画素間にトレンチ溝を形成するとともに、トレンチ溝を絶縁性材料で埋めて機械的強度を保つ構成が開示されている。図１２は、特許文献１に開示されたフォトダイオードアレイを示す断面図である。図１２を参照すると、フォトダイオードアレイ１００は、複数のフォトダイオード１０１を備えている。フォトダイオード１０１は、ｎ型半導体層１０２及びｐ型半導体層１０３からなっている。複数のフォトダイオード１０１の間には、素子分離用のトレンチ溝１０４が形成されており、トレンチ溝１０４の表面は絶縁層１０５で覆われている。また、トレンチ溝１０４は、充填材料１０６によって埋められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したフォトダイオードアレイ１００の場合、トレンチ溝１０４を形成する工程、トレンチ溝１０４の表面に絶縁層１０５を形成する工程、及びトレンチ溝１０４を埋める工程という３つの工程が必要なので、これらの工程に応じた作業時間が必要となる。また、トレンチ溝１０４を埋める工程を省略することも考えられるが、フォトダイオードアレイ１００の機械的強度が弱くなるため、好ましくない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な工程によって形成可能であり、機械的強度を保ちながらクロストークを防止することができるフォトダイオードアレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るフォトダイオードアレイの製造方法は、半導体基板上に形成された複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイの製造方法であって、半導体基板上に、複数のフォトダイオードを形成する第１工程と、フォトダイオードの半導体材料が溶融することにより結晶性を喪失した結晶溶融領域を複数のフォトダイオード間に形成する第２工程とを備え、フォトダイオードの半導体材料はＳｉであるとともに、第２工程において、複数のフォトダイオード間で半導体材料の内部に集光点を合わせて、フォトダイオードの半導体材料であるＳｉの吸収のバンドギャップよりも光子のエネルギーが小さいレーザ光を照射することによって、結晶溶融領域を形成することを特徴とする。
【０００７】
上記したフォトダイオードアレイは、複数のフォトダイオード間に結晶溶融領域を備えている。結晶溶融領域では半導体材料が結晶性を喪失しており、隣接するフォトダイオードへキャリアが漏れようとするのを結晶溶融領域が阻止するので、複数のフォトダイオード間のクロストークを好適に防止することができる。
【０００８】
また、上記したフォトダイオードアレイでは、クロストークを防止する手段を、結晶溶融領域を形成することのみによって得られる。従って、上記したフォトダイオードアレイによれば、トレンチ溝及び絶縁層を形成する工程、並びにトレンチ溝を埋める工程を必要とする従来のフォトダイオードアレイに比べて、製造工程を簡易にできる。また、上記したフォトダイオードアレイは物理的な溝を備えないので、フォトダイオードアレイの機械的強度を保つことができる。
【０００９】
また、フォトダイオードアレイは、結晶溶融領域が、複数のフォトダイオード間に集光点を合わせてレーザ光が照射されることにより生じる多光子吸収によって形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、フォトダイオードアレイは、半導体基板と同じ導電型を有しており、半導体基板上にエピタキシャル成長された第１半導体層と、半導体基板とは反対の導電型を有しており、第１半導体層の表面側に形成された複数の第２半導体層とを備え、結晶溶融領域が、複数の第２半導体層間に形成されており、第１半導体層の表面から半導体基板に達していることを特徴としてもよい。
【００１１】
上記したフォトダイオードアレイでは、結晶溶融領域が第１半導体層の表面から半導体基板に達するように形成されている。これによって、第１半導体層及び第２半導体層によって構成されるフォトダイオード間のクロストークをより効果的に防止することができる。
【００１２】
また、本発明によるフォトダイオードアレイの製造方法は、半導体基板上に形成された複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイの製造方法であって、半導体基板と同じ導電型を有する第１半導体層を半導体基板上にエピタキシャル成長させる工程と、半導体基板とは反対の導電型を有する複数の第２半導体層を第１半導体層の表面側に形成する工程と、第１半導体層及び半導体基板の内部に集光点を合わせ、複数の第２半導体層同士の間隙に沿ってレーザ光を照射することにより、第１半導体層及び半導体基板を溶融させて結晶溶融領域を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記したフォトダイオードアレイの製造方法では、第１半導体層及び第２半導体層のｐｎ接合によってフォトダイオードが構成される。また、結晶溶融領域では、第１半導体層及び半導体基板が溶融されて結晶性を喪失する。従って、上記したフォトダイオードアレイの製造方法によれば、隣接するフォトダイオードへキャリアが漏れようとするのを阻止する結晶溶融領域を好適に形成することができるので、複数のフォトダイオード間のクロストークを好適に防止できるフォトダイオードアレイを提供することができる。
【００１４】
また、上記したフォトダイオードアレイの製造方法では、クロストークを防止する手段を、結晶溶融領域を形成することのみによって得ている。従って、上記したフォトダイオードアレイの製造方法によれば、従来のフォトダイオードアレイの製造方法に比べて製造工程が簡易となる。また、上記したフォトダイオードアレイの製造方法によれば、フォトダイオードアレイに対して物理的に溝を形成しないので、機械的強度が保たれたフォトダイオードアレイを提供することができる。
【００１５】
また、フォトダイオードアレイの製造方法は、結晶溶融領域を形成する工程において、第１半導体層及び半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより多光子吸収を生じさせて結晶溶融領域を形成することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るフォトダイオードアレイについて説明する。なお、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。
【００１７】
図１は、本発明によるフォトダイオードアレイの実施形態を示す平面図である。また、図２は、図１に示したフォトダイオードアレイ１のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。本実施形態によるフォトダイオードアレイ１では、例えば１６個といった複数のフォトダイオード３が一次元状に配列されている。
【００１８】
図１を参照すると、フォトダイオード３は、光検出領域１９をそれぞれ有している。そして、フォトダイオード３は、光検出領域１９の両端に表面電極１３を有している。
【００１９】
また、図２を参照すると、フォトダイオードアレイ１は、ｎ型半導体からなる半導体基板５と、半導体基板５上に形成され、半導体基板５と同じ導電型（ｎ型）の半導体からなる第１半導体層７と、第１半導体層７の表面側に形成され、半導体基板５とは反対の導電型（ｐ型）の半導体からなる複数の第２半導体層９とを備えている。第１半導体層７は、半導体基板５上にエピタキシャル成長されており、第２半導体層９におけるｐ型不純物濃度よりも低濃度のｎ型不純物を含んでいる。第２半導体層９は、フォトダイオードアレイ１の長手方向に並んで形成されており、ボロンなどのｐ型不純物を含んでいる。第１半導体層７と第２半導体層９とは互いにｐｎ接合を構成している。なお、本実施形態における半導体基板５、第１半導体層７、及び第２半導体層９それぞれの半導体材料、不純物濃度、及び厚みは次のとおりである。
【表１】
ここで、第１半導体層７は第２半導体層９に比べて不純物濃度が低く、零バイアス時においても、また、後述する表面電極１３及び裏面電極１５に逆バイアス電圧を印加した場合においても、空乏層はｐｎ接合界面から低濃度側の第１半導体層７に広がる。従って、フォトダイオードアレイ１の表面において第２半導体層９に対応する領域が光検出領域１９（図１参照）となる。なお、第１半導体層７及び第２半導体層９の導電型は互いに反転させてもよい。
【００２１】
複数の第２半導体層９の間（すなわち、複数のフォトダイオード３の間）には、素子分離用の結晶溶融領域（結晶溶融層）１７が形成されている。結晶溶融領域１７は、第１半導体層７の表面から半導体基板５に達している。結晶溶融領域１７は、第１半導体層７及び半導体基板５の半導体材料が溶融することにより該半導体材料の結晶性が喪失されている。このような性質を示す結晶溶融領域１７は、第１半導体層７及び半導体基板５の内部に集光点を合わせてレーザ光が照射されることにより生じる多光子吸収という現象によって形成されている。なお、多光子吸収による結晶溶融領域１７の形成方法については後に詳述する。
【００２２】
また、フォトダイオードアレイ１は、第１半導体層７及び第２半導体層９の表面上に形成された絶縁膜１１と、該絶縁膜１１上に形成された表面電極１３と、半導体基板５の底面に形成された裏面電極１５とをさらに備えている。絶縁膜１１の材料としては、ＳｉＯ2及びＳｉＮXの双方またはいずれか一方が用いられる。絶縁膜１１の材料としてＳｉＯ2及びＳｉＮXの双方が用いられる場合には、絶縁膜１１は、ＳｉＯ2及びＳｉＮXの複合膜か、あるいはＳｉＯ2及びＳｉＮXを順次積層した積層膜として形成される。絶縁膜１１は、第２半導体層９の表面を保護するための保護膜として機能する。
【００２３】
表面電極１３は、ＡｌまたはＡｕなどの金属材料からなり、スパッタ法または蒸着法などによって絶縁膜１１上に形成されている。ここで、前述した絶縁膜１１は第２半導体層９上に開口（コンタクトホール）１１ａを有しており、表面電極１３は開口１１ａ内にも形成されている。これにより、表面電極１３は、第２半導体層９と電気的に接続される。また、図１を参照すると、表面電極１３はフォトダイオード３の両端に形成されており、フォトダイオードアレイ１の長手方向と直交する方向に関して対称性を有している。この対称性により、ボンディングワイヤをフォトダイオードアレイ１の両側方から表面電極１３に接続することが可能となり、組立工程においてフォトダイオードアレイ１の向きを考慮せずに済むので、組み立て時の作業性が向上する。
【００２４】
裏面電極１５は、ＡｌまたはＡｕなどの金属材料からなり、スパッタ法または蒸着法などにより半導体基板５の底面上に形成されている。裏面電極１５は、半導体基板５の底面上の全面にわたって形成されており、複数のフォトダイオード３に共通の電極となっている。
【００２５】
以上の構成を有するフォトダイオードアレイ１は、次の動作を行う。フォトダイオードアレイ１の表面側からフォトダイオード３の光検出領域１９へ被検出光が入射すると、被検出光は絶縁膜１１を透過し、第１半導体層７及び第２半導体層９によって形成される光吸収層に達する。そして、光吸収層において被検出光強度に応じた量のキャリア（電子・正孔）が生じる。キャリアは、半導体内部の電界に従って移動し、その一方は裏面電極１５から、他方は表面電極１３から取り出されるとともに、図示しないボンディングワイヤを介して外部に出力される。このとき、異なるフォトダイオード３間のキャリアの移動は、結晶溶融領域１７によって妨げられる。
【００２６】
次に、上記したフォトダイオードアレイ１の製造方法について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１の製造方法を説明するための図である。
【００２７】
まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型半導体からなる半導体基板５（例えば厚さ３５０μｍ）上に、エピタキシャル成長法を用いてｎ型の第１半導体層７を例えば厚さ３０μｍに形成する。
【００２８】
続いて、図３（ｂ）に示すように、第１半導体層７の表面に光検出領域１９（図１参照）を反転した形状のマスクパターン２１を形成する。そして、第１半導体層７の露出表面側から第１半導体層７の表層部にｐ型不純物（ボロン等）を拡散またはイオン注入によって添加（図中Ｂ）し、この表層部の導電型を反転させて複数の第２半導体層９を形成する。マスクパターン２１は、ｐ型不純物の拡散またはイオン注入に対してマスクとして働くもの、例えば、フォトレジストや、フォトレジストによりパターニングされた酸化膜や窒化膜、金属等で良い。このとき、第２半導体層９を例えば厚さ０．５μｍに形成する。第２半導体層９を形成した後、マスクパターン２１を除去する。
【００２９】
続いて、図３（ｃ）に示すように、第１半導体層７及び第２半導体層９の露出表面上にＳｉＯ2またはＳｉＮXを堆積することにより、絶縁膜１１を形成する。或いは、第１半導体層７及び第２半導体層９の露出表面上にＳｉＯ2及びＳｉＮXからなる複合膜、もしくはＳｉＯ2及びＳｉＮXを順次積層した積層膜を形成することにより、絶縁膜１１を形成してもよい。このとき、絶縁膜１１を例えば厚さ０．１μｍに堆積する。絶縁膜１１を堆積する方法としては、ＣＶＤ（化学気相成長）法やスパッタ法などを用いるとよい。
【００３０】
続いて、図４（ａ）に示すように、第２半導体層９との電気的なコンタクトをとるために、通常のフォトリソグラフィー技術によって絶縁膜１１の所定領域に開口１１ａを形成し、第２半導体層９の表面を露出させる。そして、図４（ｂ）に示すように、表面電極１３及び裏面電極１５をスパッタ法或いは蒸着法などにより形成する。
【００３１】
続いて、図４（ｃ）に示すように、複数の第２半導体層９同士の間隙に沿ってレーザ光Ｌを照射することにより、結晶溶融領域１７を形成する。このとき、第１半導体層７及び半導体基板５の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを照射する。このようにレーザ光Ｌを照射すると、第１半導体層７及び半導体基板５の内部で多光子吸収という現象が生じ、半導体材料が溶融して該半導体材料の結晶性が喪失される。また、このとき、結晶溶融領域１７を、第１半導体層７の表面から半導体基板５に達するように、例えば第１半導体層７の表面から４０〜５０μｍの深さまで形成する。また、第２半導体層９同士の間隙に沿った方向に、例えば幅２〜３μｍに形成する。
【００３２】
最後に、フォトダイオードアレイ１の周囲にダイシングを行い、フォトダイオードアレイ１を切り出す。以上の工程により、図１及び図２に示したフォトダイオードアレイ１が完成する。
【００３３】
ここで、多光子吸収を利用した結晶溶融領域１７の形成について、さらに詳細に説明する。本実施形態による結晶溶融領域１７は、以下のレーザ加工方法により形成される。すなわち、本実施形態に用いられるレーザ加工方法では、レーザ光の強度を非常に大きくした場合に発生する多光子吸収により半導体材料内部に溶融領域を形成する。まず、多光子吸収について簡単に説明する。
【００３４】
材料の吸収のバンドギャップＥGよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥGである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞ＥGの条件（ｎ＝２，３，４，・・・である）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ2）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ2）で決まる。
【００３５】
このような多光子吸収を利用した本実施形態に係る結晶溶融領域１７の形成過程について図５〜図９を用いて説明する。図５は、結晶溶融領域１７形成中のフォトダイオードアレイ１の拡大平面図である。図６は、図５に示すフォトダイオードアレイ１のII−II断面を示す断面図である。図７は、結晶溶融領域１７形成後のフォトダイオードアレイ１の拡大平面図である。図８は、図７に示すフォトダイオードアレイ１のIII−III断面を示す断面図である。図９は、図７に示すフォトダイオードアレイ１のIV−IV断面を示す断面図である。
【００３６】
図５及び図６に示すように、フォトダイオードアレイ１の表面には結晶溶融領域１７を形成するための形成予定ライン２７が想定される。形成予定ライン２７は直線状に延びた仮想線であり、複数のフォトダイオード３同士の間隙（すなわち、光検出領域１９同士の間隙）に沿って想定される。本実施形態では、多光子吸収が生じる条件で第１半導体層７及び半導体基板５の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより結晶溶融部分２９を形成する。なお、集光点Ｐとはレーザ光Ｌが集光した箇所のことである。
【００３７】
レーザ光Ｌを形成予定ライン２７に沿って（すなわち矢印Ａ方向に沿って）相対的に移動させることにより、集光点Ｐを形成予定ライン２７に沿って移動させる。また、通常では深さ方向に５０μｍくらいの結晶溶融領域１７を作成できるが、もっと深い結晶溶融領域が必要な場合には、レーザ光Ｌをフォトダイオードアレイ１の深さ方向に相対的に移動させることにより、集光点Ｐをフォトダイオードアレイ１の深さ方向に移動させることもできる。これにより、図７〜図９に示すように、半導体基板５に達する所定深さの結晶溶融領域１７が形成予定ライン２７に沿って第１半導体層７及び半導体基板５の内部にのみ形成される。
【００３８】
上記した結晶溶融領域１７の形成方法は、第１半導体層７及び半導体基板５がレーザ光Ｌを単純に吸収することにより半導体材料を発熱させて結晶溶融領域１７を形成するのではない。第１半導体層７及び半導体基板５にレーザ光Ｌを透過させ、第１半導体層７及び半導体基板５の内部に多光子吸収を発生させてその部分で半導体材料を発熱させて半導体材料の結晶性を喪失させることにより、結晶溶融領域１７を形成している。よって、第１半導体層７の表面保護膜ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、第１半導体層７の表面保護膜が溶融することはない。
【００３９】
以上に説明した本実施形態によるフォトダイオードアレイ１は、以下の効果を有する。すなわち、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１は、複数のフォトダイオード３間に結晶溶融領域１７を備えている。結晶溶融領域１７では半導体材料が結晶性を喪失している。従って、上記したフォトダイオードアレイ１によれば、隣接するフォトダイオード３へ移動しようとするキャリアを結晶溶融領域１７が阻止するので、複数のフォトダイオード３間のクロストークを好適に防止することができる。
【００４０】
また、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１では、結晶溶融領域１７が第１半導体層７の表面から半導体基板５に達し、半導体基板５に２０μｍ程度突き出すように形成されている。これによって、第１半導体層７で生じたキャリアが結晶溶融領域１７の下を回り込むことを防ぎ、フォトダイオード３間のクロストークをより効果的に防止することができる。また、通常、フォトダイオード３において発生するキャリアは、その発生深さが被検出光の波長によって異なる。従って、被検出光の波長に応じて結晶溶融領域１７の深さを設定することによって、より効果的にクロストークを防止することができる。また、被測定光が特に長波長である場合には、波長に応じた深さの結晶溶融領域１７を形成するとともに、低抵抗な半導体基板５を用いることによって、クロストークを充分に防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１の製造方法では、第１半導体層７及び第２半導体層９のｐｎ接合によってフォトダイオード３が構成される。また、結晶溶融領域１７では、第１半導体層７及び半導体基板５が溶融されて結晶性を喪失している。従って、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１の製造方法によれば、隣接するフォトダイオード３へキャリアが移動することを阻止する結晶溶融領域１７を好適に形成することができるので、複数のフォトダイオード３間のクロストークを好適に防止できるフォトダイオードアレイ１を提供することができる。
【００４２】
また、本実施形態のフォトダイオードアレイ１及びその製造方法では、複数のフォトダイオード３間のクロストークを防止する手段を、結晶溶融領域１７を形成することのみによって得られる。従って、本実施形態のフォトダイオードアレイ１及びその製造方法によれば、特許文献１に開示されたフォトダイオードアレイのように、トレンチ溝及び絶縁層を形成する工程、並びにトレンチ溝を埋める工程を必要とする従来のフォトダイオードアレイ及びその製造方法に比べて、製造工程を少なくできる。
【００４３】
また、例えば特許文献１のような従来のフォトダイオードアレイ及びその製造方法では、トレンチ溝を形成する際に半導体材料の微小片が生じる場合がある。この微小片がフォトダイオード３上に残留していると、この微小片が原因でキャリアがリークする恐れがある。これに対し、本実施形態によるフォトダイオードアレイ１及びその製造方法によれば、トレンチ溝の形成といった加工を行う必要がないので、微小片が発生せず、リークなどの発生をなくせる。また、フォトダイオードアレイ１はトレンチ溝のような物理的な溝を備える必要がないので、フォトダイオードアレイ１の機械的強度を保つことができる。
【００４４】
また、本実施形態のフォトダイオードアレイ１及びその製造方法では、結晶溶融領域１７の幅は数μｍ（例えば２〜３μｍ）程度と非常に狭く形成されている。これに対し、従来のフォトダイオードアレイ及びその製造方法（例えば特許文献１）では、加工精度上トレンチ溝の幅が１０μｍ程度必要であり、その分フォトダイオードアレイ表面の開口率が犠牲となっていた。本実施形態のフォトダイオードアレイ１及びその製造方法によれば、幅数μｍ程度の結晶溶融領域１７によってクロストークを防止できるので、フォトダイオードアレイ１の開口率をより大きくすることができる。従って、画素間のピッチをより小さくでき、解像度をより高くすることが可能となる。
【００４５】
（実施例）
図１０は、上記した実施形態によるフォトダイオードアレイ１の実施例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図１０に示す写真は、上記した実施形態のフォトダイオードアレイ１をフォトダイオード３の間隙に沿って切断した切断面を示している。図１０に示すとおり、結晶溶融領域１７は、半導体基板５に達するように所定深さ（本実施例では、５０μｍである）に形成されていることがわかる。また、写真からは判別できないが、本実施例では結晶溶融領域１７の幅は１μｍである。このように、上記した実施形態によるフォトダイオードアレイ１及びその製造方法によれば、幅１μｍで深さ５０μｍといったアスペクト比が大きな結晶溶融領域１７を形成することができる。また、レーザ光の焦点を深さ方向にスキャンしながら結晶溶融領域１７を形成することにより、本実施例よりもさらに深い結晶溶融領域を形成することも可能である。
【００４６】
なお、本実施例では、６インチ（１００μｍ厚）半導体ウェハを用い、その半導体ウェハの裏面全体にテープを貼り付けた状態で５ｍｍ間隔の格子状にレーザ光を照射して結晶溶融領域を形成した。そして、テープを引っ張ることにより結晶溶融領域を境にして５ｍｍ×５ｍｍのチップに分割し、チップの断面を撮影した。
【００４７】
本発明は、上記した実施形態及び変形例に限らず、様々な変形が可能である。例えば、フォトダイオードアレイにおけるフォトダイオードの配置は、図１に示したような１次元の配置に限らず、例えば図１１に示すような２次元の配置でもよい。図１１に示したフォトダイオードアレイ５０は、ｍ行ｎ列に配列された複数のフォトダイオード５１を備えている。そして、複数のフォトダイオード５１の間には、結晶溶融領域５２が形成されている。このように、２次元に配置されたフォトダイオード５１の間に結晶溶融領域５２を備えることによっても、フォトダイオード５１間のクロストークを好適に防止することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によるフォトダイオードアレイ及びその製造方法によれば、簡易な工程によって形成可能であり、機械的強度を保ちながらクロストークを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるフォトダイオードアレイの実施形態を示す平面図である。
【図２】 図１に示したフォトダイオードアレイのＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図３】 （ａ）〜（ｃ）本実施形態によるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）本実施形態によるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための図である。
【図５】 結晶溶融領域形成中のフォトダイオードアレイの拡大平面図である。
【図６】 図５に示すフォトダイオードアレイのII−II断面を示す断面図である。
【図７】 結晶溶融領域形成後のフォトダイオードアレイの拡大平面図である。
【図８】 図７に示すフォトダイオードアレイのIII−III断面を示す断面図である。
【図９】 図７に示すフォトダイオードアレイのIV−IV断面を示す断面図である。
【図１０】 上記した実施形態によるフォトダイオードアレイの実施例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１１】 上記した実施形態によるフォトダイオードアレイの変形例を示す平面図である。
【図１２】 特許文献１に開示されたフォトダイオードアレイを示す断面図である。
【符号の説明】
１…フォトダイオードアレイ、３…フォトダイオード、５…半導体基板、７…第１半導体層、９…第２半導体層、１１…絶縁膜、１１ａ…開口、１３…表面電極、１５…裏面電極、１７…結晶溶融領域、１９…光検出領域、２１…マスクパターン、２７…形成予定ライン、２９…結晶溶融部分、５０…フォトダイオードアレイ、５１…フォトダイオード、５２…結晶溶融領域、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
Claims (5)
- 半導体基板上に形成された複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイの製造方法であって、
前記半導体基板上に、前記複数のフォトダイオードを形成する第１工程と、
前記フォトダイオードの半導体材料が溶融することにより結晶性を喪失した結晶溶融領域を前記複数のフォトダイオード間に形成する第２工程とを備え、
前記フォトダイオードの前記半導体材料はＳｉであるとともに、
前記第２工程において、前記複数のフォトダイオード間で前記半導体材料の内部に集光点を合わせて、前記フォトダイオードの前記半導体材料であるＳｉの吸収のバンドギャップよりも光子のエネルギーが小さいレーザ光を照射することによって、前記結晶溶融領域を形成することを特徴とするフォトダイオードアレイの製造方法。 - 前記第１工程は、
前記半導体基板と同じ導電型を有する第１半導体層を前記半導体基板上にエピタキシャル成長させる工程と、
前記半導体基板とは反対の導電型を有する複数の第２半導体層を前記第１半導体層の表面側に形成する工程とを含み、
前記第２工程において、前記第１半導体層及び前記半導体基板の前記半導体材料の内部に集光点を合わせ、前記複数の第２半導体層同士の間隙に沿って前記レーザ光を照射することにより、前記第１半導体層及び前記半導体基板を溶融させて前記結晶溶融領域を形成することを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオードアレイの製造方法。 - 前記第２工程において、前記結晶溶融領域が、前記複数の第２半導体層間において、前記第１半導体層の表面から前記半導体基板に達するように形成されることを特徴とする請求項２に記載のフォトダイオードアレイの製造方法。
- 前記第２工程において、前記半導体材料の内部に集光点を合わせて、前記レーザ光を照射することにより多光子吸収を生じさせて、前記結晶溶融領域を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフォトダイオードアレイの製造方法。
- 前記第１工程と、前記第２工程との間に、前記複数のフォトダイオードの露出表面上に絶縁膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフォトダイオードアレイの製造方法。
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