JP5247487B2 - 固体撮像装置の製造方法及び放射線検出器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法及び放射線検出器の製造方法に関する。

固体撮像装置に用いられるフォトダイオードアレイとして、半導体基板の光入射面側に形成された複数のフォトダイオードと、半導体基板の光入射面に達して隣接するフォトダイオード間に形成された改質領域とを備えているフォトダイオードアレイが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１，２に記載されたフォトダイオードアレイでは、隣接するフォトダイオード間の領域に沿って半導体基板にレーザ光を照射することによって改質領域が形成されている。これにより、光入射面側からの入射光によって発生して隣接するフォトダイオードへ拡散するキャリアが改質領域にトラップされることとなり、隣接するフォトダイオード間のクロストークが抑制されている。

また、固体撮像装置に用いられるフォトダイオードとして、絶縁性基板上に形成された複数の画素電極と、画素電極上に形成され、光の入射によりキャリアを生じる光吸収層と、光吸収層上に形成された障壁層と、隣接する画素電極間の領域に沿って障壁層内に形成された改質領域（ポテンシャルバリア領域）とを備えているものが知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載されたフォトダイオードでは、隣接する画素電極間の領域に沿って障壁層内にレーザ光を照射することによって改質領域（ポテンシャルバリア領域）が形成されている。これにより、隣接する画素電極へ拡散するキャリアが改質領域（ポテンシャルバリア領域）で遮断されることとなり、隣接する画素電極間のクロストークが抑制されている。

特開２００５−１９４６５号公報 特開昭６３−１２８６７７号公報 特開平１０−７０３０３号公報

本発明は、半導体基板の割れの発生を抑制しつつ、改質領域を容易に形成することが可能な固体撮像装置の製造方法及び放射線検出器の製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、互いに対向する第１の主面及び第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、半導体基板の第２の主面側に並んで配置されていると共に、それぞれが半導体基板との接合によりフォトダイオードを構成する複数の第２導電型の半導体領域と、を備えるフォトダイオードアレイを準備する工程と、半導体基板の第２の主面上に配線基板を配置する工程と、配線基板を配置する工程の後、半導体基板の所定位置に集光点を合わせて第１の主面側からレーザ光を照射することによって改質領域を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

ところで、フォトダイオードアレイにおける半導体基板の改質領域が形成された部分は、改質領域が形成されていない部分と比べて機械強度が低下している。そのため、フォトダイオードアレイと配線基板との実装時に改質領域が半導体基板に形成されている場合、配線基板を実装することによって半導体基板に外力が負荷され、応力が改質領域に局所的に集中してしまう。この場合、改質領域に接する半導体基板内部の機械強度が十分でないと、改質領域を起点に半導体基板に割れが生じてしまう。したがって、半導体基板の割れの発生を抑制することには限界があった。

また、配線基板が配置された主面側から半導体基板に対してレーザ光を照射すると、半導体基板へのレーザ光の照射が配線基板により妨げられてしまう。そのため、レーザ光が十分に半導体基板に照射されないこととなり、改質領域を容易に形成することには限界があった。

しかしながら、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、配線基板を配置する工程の後に半導体基板に改質領域を形成している。これにより、配線基板を配置する工程において、機械強度の低下した部分が半導体基板に形成されることが抑制されることとなる。したがって、配線基板を実装することによって半導体基板に外力が負荷される場合であっても、半導体基板の割れの発生を抑制することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、半導体基板の第２の主面上に配線基板を配置する工程の後、半導体基板の第１の主面側からレーザ光を照射することによって改質領域を形成している。これにより、配線基板に妨げられることなく十分にレーザ光を半導体基板に照射することができる。したがって、改質領域を容易に形成することができる。

また、フォトダイオードアレイは、隣接する第２導電型の半導体領域間における半導体基板の第２の主面上に配置された配線電極を備え、配線基板を配置する工程では、配線基板と配線電極とを接続することにより半導体基板の第２の主面上に配線基板を配置し、改質領域を形成する工程では、配線電極と半導体基板の第１の主面との間に改質領域を形成することが好ましい。この場合、配線電極が配置されて補強された半導体基板の内部に改質領域を形成することとなる。これにより、改質領域に応力が集中する場合であっても、配線電極の補強効果により、半導体基板の割れの発生をより一層抑制することができる。

また、フォトダイオードアレイは、隣接する第２導電型の半導体領域間における半導体基板の第２の主面上に配置された配線電極と、隣接する第２導電型の半導体領域間における半導体基板の第２の主面側に配置されると共に、半導体基板よりも不純物濃度が高く設定され、配線電極と電気的に接続された第１導電型の半導体領域と、を備え、第１導電型の半導体領域は、第１及び第２の部分を含み、第１及び第２の部分は、第２導電型の半導体領域の配置方向に離隔すると共に第２導電型の半導体領域の配置方向に交差する方向に延びており、配線基板を配置する工程では、配線基板と配線電極とを接続することにより半導体基板の第２の主面上に配線基板を配置し、改質領域を形成する工程では、第１の部分と第２の部分との間に、第２導電型の半導体領域の配置方向に交差する方向に延びて且つ半導体基板の第２の主面に達して改質領域を形成することが好ましい。この場合、入射光によって発生して第１の部分と第２の部分との間に拡散したキャリアが改質領域にトラップされ、再結合することにより消滅することとなる。したがって、隣接する第２導電型の半導体領域間においてキャリアが除去されるため、クロストークを抑制することができる。また、第１の部分と第２の部分との間に改質領域が形成されるものの、第１及び第２の部分が配線電極と電気的に接続されていることにより、隣接する第２導電型の半導体領域間を電気的に分離し続けることができる。

また、半導体基板は、単結晶シリコン基板であると共に、改質領域の形成位置に対応したパターンが第２の主面上に配置されており、改質領域を形成する工程は、フォトダイオードアレイが載置される載置台と、載置台に載置されたフォトダイオードアレイに赤外線を照射する赤外線照射手段と、フォトダイオードアレイの赤外線画像を撮像する撮像手段と、を有するレーザ加工装置を準備する工程と、半導体基板の第１の主面を撮像手段と対向させてフォトダイオードアレイを載置台上に載置する工程と、赤外線照射手段により赤外線を半導体基板の第１の主面側からフォトダイオードアレイに照射して、撮像手段により第２の主面の赤外線画像を撮像し、該赤外線画像からパターンを認識する工程と、認識したパターンに基づき半導体基板を移動させることにより、半導体基板の所定位置に集光点の位置を合わせる工程と、を含むことが好ましい。この場合、パターンに基づき半導体基板を移動させ、所定位置に集光点を合わせているため、所望の位置に容易に集光点を合わせることができる。したがって、改質領域を所望の位置に容易に形成することができる。

また、フォトダイオードアレイは、隣接する第２導電型の半導体領域間における半導体基板の第２の主面上に、パターンとして配置された配線電極を備えることが好ましい。

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置における半導体基板の第１の主面上にシンチレータを配置する工程を備えることを特徴とする。

本発明に係る放射線検出器の製造方法では、上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置を用いていることから、半導体基板の割れの発生を抑制しつつ、改質領域を容易に形成することが可能である。

本発明によれば、半導体基板の割れの発生を抑制しつつ、改質領域を容易に形成することが可能な固体撮像装置の製造方法及び放射線検出器の製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係る放射線検出器の断面構成を示す模式図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための断面構成を示す模式図である。 レーザ加工装置の概略構成図である。 レーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための断面構成を示す模式図である。 第２実施形態に係る放射線検出器の断面構成を示す模式図である。 加工対象物の斜視図である。 加工対象物の切断方法を説明するための断面構成を示す模式図である。 放射線検出器の製造方法の変形例を説明するための断面構成を示す模式図である。 放射線検出器の変形例の断面構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る製造方法が適用される固体撮像装置１ａ及び放射線検出器１００ａについて説明する。図１は、第１実施形態に係る放射線検出器１００ａの断面構成を示す模式図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を示す模式図である。

第１実施形態に係る製造方法が適用される放射線検出器１００ａは、固体撮像装置１ａと、シンチレータ７３とを備えている。固体撮像装置１ａは、裏面入射型のフォトダイオードアレイ２ａと、配線基板８１とを備えている。

フォトダイオードアレイ２ａは、図１及び図２に示すように、ｎ型（第１導電型）の半導体基板３と、ｐ型（第２導電型）半導体領域５と、ｎ型（第１導電型）半導体領域７と、配線電極２５ａ，２５ｂとを備えている。

半導体基板３は、互いに対向する表面（第１の主面）３ａと裏面（第２の主面）３ｂとを有している。表面３ａは、光入射面であり、裏面３ｂは、信号出力面である。半導体基板３は、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）基板であり、その厚さが例えば１５０μｍの正方形状の基板である。半導体基板３は、不純物（例えば、リン）を含み、その濃度は例えば５×１０^１２／ｃｍ^３である。半導体基板３は、内部に後述する改質領域５０を有している。

ｐ型半導体領域５は、半導体基板３の裏面３ｂ側において、互いに離隔して例えば２次元のマトリクス状に複数配置されている。各ｐ型半導体領域５は、例えば単結晶Ｓｉにより正方形状に形成されており、その厚さは例えば０．５５μｍである。各ｐ型半導体領域５は、不純物（例えば、ボロン）を含み、その濃度は例えば１×１０^１９／ｃｍ^３である。各ｐ型半導体領域５は、半導体基板３とのｐｎ接合１１により構成されたフォトダイオード１３を含む画素部である。ｐｎ接合１１は、半導体基板３に空乏層が広がることによりフォトダイオード１３の光感応領域として機能する。

ｎ型半導体領域７は、隣接するｐ型半導体領域５間の半導体基板３の裏面３ｂ側において、各ｐ型半導体領域５と離隔して、各ｐ型半導体領域５を囲むように配置されている。ｎ型半導体領域７は、例えば単結晶Ｓｉからなり、その厚さは例えば１．５μｍである。ｎ型半導体領域７は、不純物（例えば、リン）を含み、半導体基板３よりも不純物濃度が高く（例えば、１×１０^１８／ｃｍ^３）設定されている。

半導体基板３の裏面３ｂ上の略全面には、例えば周知のＣＶＤ（化学的蒸着）法、蒸着法、スパッタ法、熱酸化法により絶縁膜２１が形成されている。絶縁膜２１は、例えばＳｉＯ_２（酸化膜）やＳｉＮ（窒化膜）からなり、複数のコンタクトホール２３が設けられている。

配線電極２５ａは、半導体基板３の裏面３ｂに垂直な方向から見て各ｐ型半導体領域５が配置された位置の絶縁膜２１上に配置されている。配線電極２５ａは、ｐ型半導体領域５と物理的及び電気的に接続されている。配線電極２５ａは、コンタクトホール２３を塞ぐように絶縁膜２１上に配置された電極膜２６ａと、電極膜２６ａ上に配置された電極パッド２７ａとを有している。電極膜２６ａは、金属材料（例えば、Ａｌ）によって形成されており、電極パッド２７ａは、例えばＮｉ，Ａｕを順次メッキすることにより形成されている。

配線電極２５ｂは、半導体基板３の裏面３ｂに垂直な方向から見て隣接するｐ型半導体領域５間における絶縁膜２１上に配置されている。配線電極２５ｂは、ｐ型半導体領域５の配置方向と交差する方向に延びており、ｎ型半導体領域７と物理的及び電気的に接続されている。配線電極２５ｂは、コンタクトホール２３を塞ぐように配置された電極膜２６ｂと、電極膜２６ｂ上に配置された電極パッド２７ｂとを有している。電極膜２６ｂは、金属材料（例えば、Ａｌ）によって形成されており、電極パッド２７ｂは、例えばＮｉ，Ａｕを順次メッキすることにより形成されている。なお、配線電極２５ｂは、後述するレーザ加工において、改質領域５０の形成位置に対応したパターンとして用いられる。

電極パッド２７ａ，２７ｂが形成された部分を除く電極膜２６ａ，２６ｂ上と、隣接する電極膜２６ａ，２６ｂ間の領域とを覆うように層間絶縁膜２８が配置されている。層間絶縁膜２８は、ポリイミド等の絶縁性樹脂により形成されるので、隣接する配線電極２５ａと配線電極２５ｂとが電気的に接続されることが抑制されている。

半導体基板３の裏面３ｂに垂直な方向から見て電極パッド２７ａ上の各ｐ型半導体領域５の略中央には、バンプ電極３１が配置されている。半導体基板３の裏面３ｂに垂直な方向から見て電極パッド２７ａ上の隣接する４つのｐ型半導体領域５間の領域の略中央には、バンプ電極３３が配置されている。バンプ電極３１，３３は、後述する配線基板８１に物理的及び電気的に接続される。バンプ電極３１，３３は、金属材料（例えば、はんだ）からなり、例えばはんだペーストのスクリーン印刷法により形成されている。

半導体基板３の表面３ａ側の略全面には、アキュムレーション領域４１が配置されている。アキュムレーション領域４１は、例えば単結晶Ｓｉからなり、その厚さは例えば１．０μｍである。アキュムレーション領域４１は、不純物（例えば、リン等）を含むｎ型の半導体領域であり、その濃度は例えば１×１０^１５／ｃｍ^３である。

半導体基板３の表面３ａ上の略全面には、表面３ａの被覆膜（保護膜）として、絶縁膜４３が配置されている。絶縁膜４３の半導体基板３側と反対側の表面４３ａは、フォトダイオードアレイ２ａの光入射面を構成している。絶縁膜４３は、例えば光透過膜である。絶縁膜４３は、例えばＳｉＯ_２（酸化膜）やＳｉＮ（窒化膜）からなり、その厚さは例えば０．１μｍである。絶縁膜４３は、例えば周知のＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、熱酸化法により形成されている。絶縁膜４３は、半導体基板３の裏面３ｂに垂直な方向から見て、改質領域５０が配置されている位置の半導体基板３の表面３ａ上に配置された部分と、改質領域５０が配置されていない位置の半導体基板３の表面３ａ上に配置された部分とを含んでいる。

次に、改質領域５０について説明する。改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、配線電極２５ｂと半導体基板３の表面３ａとの間にそれぞれ形成されている。ここで、「隣接するｐ型半導体領域５間の領域」とは、半導体基板３の表面３ａに垂直な方向から見て隣接するｐ型半導体領域５間に位置する半導体基板３の内部の領域を意味する。すなわち、各改質領域５０は、半導体基板３の表面３ａと各ｎ型半導体領域７との間に配置されている。各改質領域５０は、半導体基板３の表面３ａ側の略半分の領域に形成されており、半導体基板３の表面３ａ及びｎ型半導体領域７に達することなく形成されている。更に、各改質領域５０は、隣接する二つのｐ型半導体領域５のｐｎ接合１１からそれぞれ広がることにより一体に形成されている空乏層に達することなく形成されている。

各改質領域５０は、半導体基板３内における表面３ａから所定の深さ位置（半導体基板３の厚み方向における表面３ａ側の領域１０〜６０％が好ましく、１０〜４５％がより好ましく、１０〜３０％が更に好ましい。）にそれぞれ配置されている。また、各改質領域５０の表面３ａ側の端部は、表面３ａから所定の深さ（例えば、１４５μｍ以下が好ましく、７５μｍ以下がより好ましく、２０μｍ以下が更に好ましい。）にそれぞれ位置している。

各改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、ｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びる連続的な直線状部分として形成されている。改質領域５０は、絶縁膜４３の表面４３ａに垂直な方向から見て隣接する４つのｐ型半導体領域５に囲まれる領域において直線状部分同士が互いに交差し、格子状に形成されている。各直線状部分は、半導体基板３の各側面まで延びている。各直線状部分は、半導体基板３の側面と略平行な長手方向及び当該長手方向に直交する短手方向を有する部分が複数連なって形成されている。

改質領域５０の直線状部分を長手方向に垂直な平面で切断した断面は、半導体基板３の厚み方向に長軸を有する楕円状を呈していると共に、短軸方向の幅が例えば３〜４μｍに形成されている。各改質領域５０は、後述するように半導体基板３の内部に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することにより、例えば多光子吸収によってレーザ光Ｌａが照射された領域全体に形成されている。なお、集光点Ｆとはレーザ光Ｌａが集光した箇所のことである。

次に、シンチレータ７３について説明する。シンチレータ７３は、絶縁膜４３上に配置されている。シンチレータ７３は、絶縁膜４３上に配置されたシンチレータ層７５と、シンチレータ層７５上に配置された耐湿保護膜７７とにより構成されている。

シンチレータ層７５は、入射した光（放射線）Ｌ１を所定波長の光に変換する柱状結晶が互いに接するように複数配置されて構成されている。シンチレータ層７５は、ＣｓＩ，ＣｓＢｒ等を常温〜１５０℃程度の抵抗加熱法によって、絶縁膜４３の表面４３ａ上に蒸着することにより形成されている。シンチレータ層７５は、厚さが例えば４００μｍである。

耐湿保護膜７７は、シンチレータ層７５が水分の吸収により劣化し特性が低下することを抑制している。耐湿保護膜７７は、その厚さが例えば１０μｍである。耐湿保護膜７７は、Ｘ線透過性が高く、かつ、水蒸気，ガスの透過が極めて少ない、例えばポリパラキシリレン、ポリモノクロロパラキシリレン等のキシレン系樹脂からなる樹脂層である。耐湿保護膜７７は、ＣＶＤ法等を用いることで形成される。

次に、配線基板８１について説明する。配線基板８１は、例えばガラス基板が用いられ、互いに対向する信号入力面８１ａと信号出力面８１ｂとを有している。配線基板８１には、信号入力面８１ａから信号出力面８１ｂに達する貫通孔８１ｃが複数配置されている。貫通孔８１ｃは、バンプ電極３１，３３と同一のピッチで複数配置されている。各貫通孔８１ｃには、導電性部材８３が設けられている。導電性部材８３は、各貫通孔８１ｃの内壁に配置されて信号入力面８１ａと信号出力面８１ｂとの間を電気的に導通する導通部８３ｃと、信号入力面８１ａ上の各貫通孔８１ｃの外周部に配置された入力部８３ａと、信号出力面８１ｂ上の各貫通孔８１ｃの外周部に配置された出力部８３ｂとにより構成されている。

配線基板８１は、半導体基板３の裏面３ｂの上方に配置されており、入力部８３ａは、バンプ電極３１，３３と接続されている。各出力部８３ｂ上には、バンプ電極８５がそれぞれ配置されている。配線基板８１は、バンプ電極８５を介して例えば後述する外部基板８７と接続される。

次に、図３〜図６を用いて、第１実施形態に係る固体撮像装置１ａの製造方法及び放射線検出器１００ａの製造方法について説明する。図３及び図６は、第１実施形態に係る放射線検出器１００ａの製造方法を説明するための断面構成を示す模式図である。図４は、レーザ加工装置５００の概略構成図である。図５は、レーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。

まず、図３（ａ）に示すように、改質領域５０が形成されていないことを除き、図１に示すフォトダイオードアレイ２ａと同様の構成を有する加工対象物（フォトダイオードアレイ）６１ｂを準備する。

次に、図１に示すような構成の配線基板８１を作製した後、フォトダイオードアレイ２ａに配線基板８１を例えばフリップチップ実装により接続する。フリップチップ実装においては、まず、バンプ電極３１，３３と入力部８３ａとが対向するようにフォトダイオードアレイ２ａと配線基板８１との位置合わせが行われる。この位置合わせの後、バンプ電極３１，３３と入力部８３ａとを互いに押し合わせ、熱圧着や超音波等によってバンプ結合する。これにより、配線基板８１がバンプ電極３１，３３を介して加工対象物６１ｂの配線電極２５ａ，２５ｂに接続された加工対象物５５０が得られる。そして、図３（ｂ）に示すように、配線基板８１の信号出力面８１ｂにダイシングテープ（保持部材）６３を貼り付ける。

次に、加工対象物５５０の半導体基板３内部に改質領域５０を形成するためのレーザ加工装置５００を準備する。図４を用いて、レーザ加工に使用されるレーザ加工装置５００について説明する。

レーザ加工装置５００は、レーザ光Ｌａを発生するレーザ光源５０１と、レーザ光Ｌａの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源５０１を制御するレーザ光源制御部５０２と、レーザ光Ｌａの反射機能を有しかつレーザ光Ｌａの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー５０３と、ダイクロイックミラー５０３で反射されたレーザ光Ｌａを集光する集光用レンズ５０５と、集光用レンズ５０５で集光されたレーザ光Ｌａが照射される加工対象物５５０が載置される載置台５０７と、載置台５０７を回転させるためのθステージ５０８と、載置台５０７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ５０９と、載置台５０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ５１１と、載置台５０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ５１３と、これら四つのステージ５０８，５０９，５１１，５１３の移動を制御するステージ制御部５１５とを備える。

Ｚ軸方向は加工対象物５５０の半導体基板３の表面３ａと直交する方向なので、半導体基板３に入射するレーザ光Ｌａの焦点深度の方向となる。よって、Ｚ軸ステージ５１３をＺ軸方向に移動させることにより、半導体基板３の内部にレーザ光Ｌａの集光点Ｆを合わせることができる。また、この集光点ＦのＸ（Ｙ）軸方向の移動は、加工対象物５５０をＸ（Ｙ）軸ステージ５０９（５１１）によりＸ（Ｙ）軸方向に移動させることにより行う。

レーザ光源５０１はパルスレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源５０１に用いることができるレーザとして、この他、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。改質領域を形成する場合、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザを用いるのが好適である。第１実施形態では、加工対象物５５０の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。

なお、レーザ光はレーザビームを含む意味である。集光用レンズ５０５は集光手段の一例である。Ｚ軸ステージ５１３はレーザ光Ｌａの集光点Ｆを半導体基板３の内部に合わせる手段の一例である。集光用レンズ５０５をＺ軸方向に移動させることによっても、レーザ光Ｌａの集光点Ｆを半導体基板３の内部に合わせることができる。

レーザ加工装置５００は、載置台５０７上に載置された加工対象物５５０の半導体基板３に赤外線を照明するために赤外線を発生する赤外透過照明（赤外線照射手段）５１６と、ダイクロイックミラー５０３及び集光用レンズ５０５と同じ光軸上に配置された赤外線用のビームスプリッタ５１８とを備える。ビームスプリッタ５１８と集光用レンズ５０５との間にダイクロイックミラー５０３が配置されている。ビームスプリッタ５１８は、赤外線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有し、かつ、赤外線の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。赤外透過照明５１６から発生した赤外線はビームスプリッタ５１８で約半分が反射され、この反射された赤外線がダイクロイックミラー５０３及び集光用レンズ５０５を透過し、加工対象物５５０の半導体基板３の表面３ａを照明する。更に、この赤外線は、表面３ａから半導体基板３内へ入射し、半導体基板３の内部を透過し、裏面３ｂにおいて反射する。

また、レーザ加工装置５００は、載置台５０７に載置された加工対象物５５０の半導体基板３を可視光で照明するために可視光を発生する観察用光源５１７と、ダイクロイックミラー５０３、集光用レンズ５０５及びビームスプリッタ５１８と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ５１９とを備える。ビームスプリッタ５１９とダイクロイックミラー５０３との間にビームスプリッタ５１８が配置されている。ビームスプリッタ５１９は、可視光の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用光源５１７から発生した可視光はビームスプリッタ５１９で約半分が反射され、この反射された可視光がビームスプリッタ５１８、ダイクロイックミラー５０３及び集光用レンズ５０５を透過し、半導体基板３の表面３ａを照明する。

更に、レーザ加工装置５００は、ビームスプリッタ５１８、ビームスプリッタ５１９、ダイクロイックミラー５０３、及び、集光用レンズ５０５と同じ光軸上に配置された撮像素子（撮像手段）５２１及び結像レンズ５２３を備える。撮像素子５２１としては、例えばＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラがある。撮像素子５２１としては、赤外線及び可視光のいずれによっても撮像可能な素子を用いることができる。また、撮像素子５２１として、赤外線及び可視光のそれぞれによって撮像可能な素子を付け替えて用いてもよい。赤外線によって撮像可能な素子は、加工対象物５５０の拡大画像等（赤外線画像）を撮像する。

半導体基板３の裏面３ｂを照明した赤外線の反射光、及び、半導体基板３の表面３ａを照明した可視光の反射光は、集光用レンズ５０５、ダイクロイックミラー５０３、ビームスプリッタ５１８、ビームスプリッタ５１９を透過し、結像レンズ５２３で結像されて撮像素子５２１で撮像され、それぞれ撮像データとなる。

更に、レーザ加工装置５００は、撮像素子５２１から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部５２５と、レーザ加工装置５００全体を制御する全体制御部５２７と、モニタ５２９とを備える。

撮像データ処理部５２５は、赤外線の反射光により得られた撮像データを基にして半導体基板３の裏面３ｂの拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部５２７に送られ、全体制御部５２７で各種処理がなされ、モニタ５２９に送られる。これにより、モニタ５２９に拡大画像等が表示される。そして、例えば、この拡大画像等に表示される配線電極２５ｂの位置を基準となるパターンとして、ステージ制御部５１５によってＸ（Ｙ）軸ステージ５０９（５１１）を移動制御し、レーザ光Ｌａの集光点Ｆを改質領域５０を形成する位置へ移動させる。

また、撮像データ処理部５２５は、可視光の反射光により得られた撮像データを基にして観察用光源５１７で発生した可視光の焦点を半導体基板３の表面３ａ上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部５１５がＺ軸ステージ５１３を移動制御することにより、可視光の焦点が半導体基板３の表面３ａに合うようにする。よって、撮像データ処理部５２５はオートフォーカスユニットとして機能する。

全体制御部５２７には、ステージ制御部５１５からのデータ、撮像データ処理部５２５からの画像データ等が入力され、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部５０２、観察用光源５１７、赤外透過照明５１６及びステージ制御部５１５を制御することにより、レーザ加工装置５００全体を制御する。よって、全体制御部５２７はコンピュータユニットとして機能する。

次に、図４及び図５を用いて、多光子吸収により改質領域５０を形成するためのレーザ加工方法について説明する。

ここで、多光子吸収について簡単に説明する。光子のエネルギーｈνが、材料の吸収のバンドギャップＥ_Ｇよりも小さい場合、光学的に透明となる。よって、ｈν＞Ｅ_Ｇである場合には、材料に吸収が生じる。しかし、光学的に透明であっても、レーザ光の強度を非常に大きくした場合には、ｎｈν＞Ｅ_Ｇの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）において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／ｃｍ^２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）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／ｃｍ^２）で決まる。

多光子吸収により形成される改質領域５０の一つの例として、溶融処理領域がある。

この場合には、レーザ光Ｌａを半導体基板３の内部に集光点Ｆを合わせて、集光点Ｆにおける電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で照射する。これにより、半導体基板３の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により、半導体基板３の内部に溶融処理領域が形成される。

溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくともいずれか一つを意味する。溶融処理領域は、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。溶融処理領域は、単結晶構造、非晶質構造又は多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。半導体基板３がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。なお、電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１〜２００ｎｓが好ましい。

まず、半導体基板３の光吸収特性を図示しない分光光度計等により測定する。この測定結果に基づいて、半導体基板３に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ光Ｌａを発生するレーザ光源５０１を選定する（Ｓ１０１）。次に、半導体基板３の厚さを測定する。厚さの測定結果及び半導体基板３の屈折率を基にして、加工対象物５５０のＺ軸方向の移動量を決定する（Ｓ１０３）。これは、半導体基板３に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ光Ｌａの集光点Ｆを半導体基板３の内部に位置させるために、半導体基板３の表面３ａに位置するレーザ光Ｌａの集光点Ｆを基準とした加工対象物５５０のＺ軸方向の移動量である。この移動量は、全体制御部５２７に入力される。

次に、半導体基板３の表面３ａを撮像素子５２１と対向させて加工対象物５５０を載置台５０７上に載置する（Ｓ１０５）。そして、観察用光源５１７から可視光を発生させて加工対象物５５０の半導体基板３を照明する（Ｓ１０７）。照明された半導体基板３の表面３ａを撮像素子５２１により撮像する。撮像素子５２１により撮像された撮像データは、撮像データ処理部５２５に送られる。この撮像データに基づいて撮像データ処理部５２５は、観察用光源５１７の可視光の焦点が表面３ａに位置するような焦点データを演算する（Ｓ１０９）。なお、撮像データ処理部５２５は、撮像データに基づいて半導体基板３の表面３ａの拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部５２７を介してモニタ５２９に送られ、これによりモニタ５２９に半導体基板３の表面３ａの拡大画像が表示される。

演算された焦点データはステージ制御部５１５に送られる。ステージ制御部５１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ５１３をＺ軸方向に移動させる（Ｓ１１１）。これにより、観察用光源５１７の可視光の焦点が半導体基板３の表面３ａに位置する。

次に、赤外透過照明５１６から赤外線を発生させ、半導体基板３の表面３ａ側から加工対象物５５０の半導体基板３に赤外線を照射する（Ｓ１１３）。赤外線は、表面３ａから半導体基板３内へ入射し、半導体基板３の内部を透過して裏面３ｂに達する。赤外線は、半導体基板３の裏面３ｂにおいて反射し、その反射光を撮像素子５２１によって撮像することにより、半導体基板３の裏面３ｂを撮像する。撮像素子５２１により撮像された撮像データは、撮像データ処理部５２５に送られる。撮像データ処理部５２５は、撮像データに基づいて半導体基板３の裏面３ｂの拡大画像データを演算する（Ｓ１１５）。この拡大画像データは全体制御部５２７を介してモニタ５２９に送られ、これによりモニタ５２９に半導体基板３の裏面３ｂの拡大画像が表示される。そして、この拡大画像により、改質領域５０の形成位置に対応したパターンとしての配線電極２５ｂの位置が認識される（Ｓ１１７）。

続いて、配線電極２５ｂの形成方向がＹ軸ステージ５１１のストローク方向に一致するように、θステージ５０８により加工対象物５５０を回転させる（Ｓ１１９）。更に、レーザ光Ｌａの集光点Ｆが半導体基板３の表面３ａにおける改質領域５０形成位置の直上の位置となるよう、Ｘ軸ステージ５０９、Ｙ軸ステージ５１１及びＺ軸ステージ５１３により載置台５０７を移動させて、加工対象物５５０を移動させる（Ｓ１２１）。これにより、配線電極２５ｂに基づき、半導体基板３が移動されることとなる。

その後、ステップＳ１０３で決定され全体制御部５２７に予め入力された移動量データが、ステージ制御部５１５に送られる。ステージ制御部５１５は、この移動量データに基づいて、レーザ光Ｌａの集光点Ｆが半導体基板３の内部に位置するように、Ｚ軸ステージ５１３により加工対象物５５０をＺ軸方向に移動させる（Ｓ１２３）。

続いて、レーザ光Ｌａを多光子吸収が生じる条件に設定し、レーザ光Ｌａをレーザ光源５０１から発生させる。そして、図６（ａ）に示すように、隣接するｐ型半導体領域５間における配線電極２５ｂと半導体基板３の表面３ａとの間の領域の所定位置に対し、半導体基板３の表面３ａ側より集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射する。改質領域５０は、集光点Ｆより半導体基板３の表面３ａ方向に向かって拡がることにより、断面が半導体基板３の厚み方向に長軸を有する楕円状を呈して形成される。レーザ光Ｌａの集光点Ｆは半導体基板３の内部に位置しており、改質領域５０は半導体基板３の内部に形成される。改質領域５０は、半導体基板３の表面３ａ、絶縁膜４３の表面４３ａ及びｎ型半導体領域７に達することなく形成される。なお、改質領域５０の深さ位置は、例えば半導体基板３とレーザ光Ｌａを照射する光学系との相対的な位置関係を調節して、半導体基板３の厚み方向へ集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させることにより調節することができる。

次に、Ｘ軸ステージ５０９やＹ軸ステージ５１１によって加工対象物５５０を移動させることにより、形成予定ライン（図示せず）に沿って集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させる。なお、形成予定ラインは、直線状に延びた仮想線であり、各改質領域５０の形成位置に対応するように、例えば隣接するｐ型半導体領域５間の領域に沿って半導体基板３の表面３ａ側に配置されている。

そして、同様に他の形成予定ラインに沿って集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させることにより、それぞれの隣接するｐ型半導体領域５間の領域に改質領域５０を形成する。以上により、半導体基板３における配線電極２５ｂと半導体基板３の表面３ａとの間に改質領域５０が形成され（Ｓ１２５）、固体撮像装置１ａが得られる。

次に、絶縁膜４３上にシンチレータ７３を配置する。例えば抵抗加熱法によって絶縁膜４３の表面４３ａ上にＣｓＩ，ＣｓＢｒ等を蒸着し、柱状結晶として成長させることによりシンチレータ層７５を形成する。更に、例えばＣＶＤ法によって、シンチレータ層７５を覆うように耐湿保護膜７７を形成する。以上により、図６（ｂ）に示すように、放射線検出器１００ａが得られる。

なお、配線基板８１のバンプ電極８５により外部基板８７を更にフリップチップ実装し、図６（ｃ）に示すような構成の放射線検出器２００ａとしてもよい。外部基板８７には、例えば、外部基板８７の内部に導電性部材が埋め込まれて形成された複数の内部配線８９ｂと、信号入力面上に露出した導電性部材の外周部に配置された入力部８９ａとが配置されている。入力部８９ａがバンプ電極８５と接続されることにより、配線基板８１と外部基板８７とが接続される。

以上のように、第１実施形態では、配線基板８１を配置する工程の後に半導体基板３に改質領域５０を形成している。これにより、配線基板８１を配置する工程において、機械強度の低下した部分が半導体基板３に形成されることが抑制されることとなる。したがって、配線基板８１を実装することによって半導体基板３に外力が負荷される場合であっても、半導体基板３の割れの発生を抑制することができる。

また、第１実施形態では、半導体基板３の裏面３ｂ上に配線基板８１を配置する工程の後、半導体基板３の表面３ａ側からレーザ光Ｌａを照射することによって改質領域５０を形成している。これにより、配線基板８１に妨げられることなく十分にレーザ光Ｌａを半導体基板３に照射することができる。したがって、改質領域５０を容易に形成することができる。

また、第１実施形態では、半導体基板３の表面３ａ側に電極や遮光膜が配置されていないことから、半導体基板３の表面３ａ側からレーザ光Ｌａを半導体基板３の内部に容易に照射することができる。これにより、所望の位置や形状に改質領域５０を一層容易に形成することができる。また、絶縁膜４３の膜厚が略均一である場合には、所望の形成位置や形状の改質領域５０を更に容易に形成することができる。

また、第１実施形態では、フォトダイオードアレイ２ａは、隣接するｐ型半導体領域５間における半導体基板３の裏面３ｂ上に配置された配線電極２５ｂを備え、配線基板８１を配置する工程では、配線基板８１と配線電極２５ｂとを接続することにより半導体基板３の裏面３ｂ上に配線基板８１を配置し、改質領域５０を形成する工程では、配線電極２５ｂと半導体基板３の表面３ａとの間に改質領域５０を形成している。この場合、配線電極２５ｂが配置されて補強された半導体基板３の内部に改質領域５０を形成することとなる。これにより、改質領域５０に応力が集中する場合であっても、配線電極２５ｂの補強効果により、半導体基板３の割れの発生をより一層抑制することができる。

また、第１実施形態では、また、半導体基板３は、単結晶シリコン基板であると共に、改質領域５０の形成位置に対応したパターン（配線電極２５ｂ）が裏面３ｂに配置されており、改質領域５０を形成する工程は、フォトダイオードアレイ２ａが載置される載置台５０７と、載置台５０７に載置されたフォトダイオードアレイ２ａに赤外線を照射する赤外透過照明５１６と、フォトダイオードアレイ２ａの赤外線画像を撮像する撮像素子５２１と、を有するレーザ加工装置５００を準備する工程と、半導体基板３の表面３ａを撮像素子５２１と対向させてフォトダイオードアレイ２ａを載置台５０７上に載置する工程と、赤外透過照明５１６により赤外線を半導体基板３の表面３ａ側からフォトダイオードアレイ２ａに照射して、撮像素子５２１により裏面３ｂの赤外線画像を撮像し、該赤外線画像からパターンを認識する工程と、認識したパターンに基づき半導体基板３を移動させることにより、半導体基板３の所定位置に集光点Ｆの位置を合わせる工程と、を含む。この場合、パターンに基づき半導体基板３を移動させ、所定位置に集光点Ｆを合わせているため、所望の位置に容易に集光点Ｆを合わせることができる。したがって、改質領域５０を所望の位置に容易に形成することができる。

また、第１実施形態では、半導体基板３にレーザ光Ｌａを透過させ半導体基板３の内部に多光子吸収を発生させて改質領域５０を形成している。これにより、半導体基板３の表面３ａや絶縁膜４３の表面４３ａではレーザ光Ｌａがほとんど吸収されないため、半導体基板３の表面３ａや絶縁膜４３の表面４３ａが溶融することはない。したがって、半導体基板３の機械強度の低下を抑制することができる。

ところで、配線基板８１との実装によりフォトダイオードアレイ２ａに反りが生じる等の場合には、改質領域５０が所望の位置から外れて形成されてしまうことがある。しかしながら、第１実施形態では、ｎ型半導体領域７に達することなく改質領域５０を形成している。そのため、上記の実装不良が生じた場合であっても、改質領域５０とｐｎ接合１１から広がる空乏層とが互いに干渉し難く、改質領域５０を形成することによるノイズの発生を抑制することが可能である。更に、改質領域５０と空乏層との干渉が抑制されていることから、改質領域５０の形成におけるレーザ光Ｌａの照射精度を緩和することや、改質領域５０の形状の自由度を向上させることが可能である。

ところで、絶縁膜４３の表面４３ａに凹凸部分が形成されていると、シンチレーション光が凹凸部分において反射してしまう。そして、反射した光が隣接するｐ型半導体領域５に達すると、出力信号のノイズとして検出されてしまう。しかしながら、第１実施形態では、絶縁膜４３の表面４３ａに達することなく改質領域５０が形成されていることにより、シンチレーション光の凹凸部分における反射を抑制することができる。したがって、出力信号のノイズの検出を抑制することができる。

また、絶縁膜４３の表面４３ａに凹凸部分が形成されていると、凹凸部分にシンチレータ層７５の構成成分が蒸着されることにより、柱状結晶が異常成長することとなる。しかしながら、第１実施形態では、凹凸部分が絶縁膜４３の表面４３ａに形成されることが抑制されている。したがって、柱状結晶を異常成長させることなくシンチレータ層７５を形成することが可能である。

［第２実施形態］
図７を参照して、第２実施形態に係る製造方法が適用される固体撮像装置１ｂ及び放射線検出器１００ｂの構成について説明する。図７は、第２実施形態に係る製造方法が適用される放射線検出器１００ｂの断面構成を示す模式図である。

放射線検出器１００ｂは、固体撮像装置１ｂと、シンチレータ７３とを備えている。固体撮像装置１ｂは、フォトダイオードアレイ２ｂと、配線基板８１とを備えている。フォトダイオードアレイ２ｂは、ｎ型半導体領域７、改質領域５０の構成がフォトダイオードアレイ２ａと異なっている。また、フォトダイオードアレイ２ｂ上には、バリア層７１が配置されている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

ｎ型半導体領域７は、隣接するｐ型半導体領域５間における半導体基板３の裏面３ｂ側に配置されている。ｎ型半導体領域７は、第１の部分７ａ及び第２の部分７ｂを含んでいる。第１及び第２の部分７ａ，７ｂは、絶縁膜２１に設けられたコンタクトホール２３を介して、配線電極２５ｂと物理的及び電気的に接続されている。第１及び第２の部分７ａ，７ｂは、隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、ｐ型半導体領域５の配置方向に離隔すると共にｐ型半導体領域５間の配置方向に交差する方向に延びている。第１の部分７ａと第２の部分７ｂとの間には、第１及び第２の部分７ａ，７ｂと接して改質領域５０が配置されている。ｎ型半導体領域７は、その他の点では、第１実施形態と同様である。

改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、ｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びている。改質領域５０は、絶縁膜４３の表面４３ａ及び半導体基板３の裏面３ｂに達して形成されており、絶縁膜４３の表面４３ａから半導体基板３の裏面３ｂにかけて一体に形成されている。改質領域５０は、その他の点では、第１実施形態と同様である。

バリア層７１は、フォトダイオードアレイ２ｂとシンチレータ７３との間に配置されており、例えば腐食防止（防湿）作用を有する。バリア層７１は、例えばポリイミド等からなる樹脂層であり、その厚さは例えば５μｍである。バリア層７１は、例えば樹脂材料を絶縁膜４３の表面４３ａにスピンコートにより塗布し、硬化することにより形成される。

次に、第２実施形態に係る固体撮像装置１ｂの製造方法及び放射線検出器１００ｂの製造方法について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と同様に、半導体基板３の裏面３ｂ上に配線基板８１を配置した後、改質領域５０を形成する。

第２実施形態では、図６（ａ）と同様に、隣接するｐ型半導体領域５間における配線電極２５ｂと半導体基板３の表面３ａとの間の領域の所定位置に対し、半導体基板３の表面３ａ側より集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射する。そして、半導体基板３とレーザ光Ｌａを照射する光学系との相対的な位置関係を調節して、半導体基板３の厚み方向へ集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させることにより、半導体基板３の裏面３ｂ及び絶縁膜４３の表面４３ａに達して改質領域５０を形成する。改質領域５０が半導体基板３の裏面３ｂに達して形成されることにより、ｎ型半導体領域７は、第１の部分７ａ及び第２の部分７ｂに分断される。

次に、形成予定ラインに沿って集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させると共に、半導体基板３の厚み方向へ集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させる。そして、同様に集光点Ｆを他の形成予定ラインに沿って半導体基板３に対して相対移動させ、他の隣接するｐ型半導体領域５間の領域に沿って改質領域５０を形成する。以上のようにして、第１の部分７ａと第２の部分７ｂとの間に、ｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びて且つ半導体基板３の裏面３ｂに達して改質領域５０を形成することにより、固体撮像装置１ｂが得られる。

固体撮像装置１ｂを形成した後、例えばスピンコート法を用いて絶縁膜４３の表面４３ａ上にバリア層７１を形成する。そして、バリア層７１上にシンチレータ７３を形成する。その他の工程を第１実施形態と同様に行うことにより、放射線検出器１００ｂが得られる。

以上のように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、配線基板８１を配置する工程の後に半導体基板３に改質領域５０を形成している。したがって、配線基板８１を実装することによって半導体基板３に外力が負荷される場合であっても、半導体基板３の割れの発生を抑制することができる。また、第２実施形態では、半導体基板３の裏面３ｂ上に配線基板８１を配置する工程の後、半導体基板３の表面３ａ側からレーザ光Ｌａを照射することによって改質領域５０を形成している。したがって、改質領域５０を容易に形成することができる。更に、改質領域５０を形成する工程では、配線電極２５ｂと半導体基板３の表面３ａとの間に改質領域５０を形成している。したがって、改質領域５０に応力が集中する場合であっても、配線電極２５ｂの補強効果により、半導体基板３の割れの発生をより一層抑制することができる。

また、第２実施形態では、フォトダイオードアレイ２ｂは、隣接するｐ型半導体領域５間における半導体基板３の裏面３ｂ上に配置された配線電極２５ｂと、隣接するｐ型半導体領域５間における半導体基板３の裏面３ｂ側に配置されると共に、半導体基板３よりも不純物濃度が高く設定され、配線電極２５ｂと電気的に接続されたｎ型半導体領域７と、を備え、ｎ型半導体領域７は、第１及び第２の部分７ａ，７ｂを含み、第１及び第２の部分７ａ，７ｂは、ｐ型半導体領域５の配置方向に離隔すると共にｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びており、配線基板８１を配置する工程では、配線基板８１と配線電極２５ｂとを接続することにより半導体基板３の裏面３ｂ上に配線基板８１を配置し、改質領域５０を形成する工程では、第１の部分７ａと第２の部分７ｂとの間に、ｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びて且つ半導体基板３の裏面３ｂに達して改質領域５０を形成している。この場合、光Ｌ１によって発生して第１の部分７ａと第２の部分７ｂとの間に拡散したキャリアが改質領域５０にトラップされ、再結合することにより消滅することとなる。したがって、隣接するｐ型半導体領域５間においてキャリアが除去されるため、クロストークを抑制することができる。また、第１の部分７ａと第２の部分７ｂとの間に改質領域５０が形成されるものの、第１及び第２の部分７ａ，７ｂが配線電極２５ｂと電気的に接続されていることにより、隣接するｐ型半導体領域５間を電気的に分離し続けることができる。

ところで、絶縁膜４３の表面４３ａの改質領域５０が形成された部分に対し、シンチレータ層７５が直接蒸着されると、その部分からシンチレータ層７５のシンチレータ成分が半導体基板３の内部へ拡散することとなる。しかしながら、第２実施形態では、絶縁膜４３上にバリア層７１が配置されている。これにより、シンチレータ層７５のシンチレータ成分の拡散がバリア層７１により遮断されることとなる。したがって、シンチレータ層７５のシンチレータ成分が半導体基板３の内部へ拡散することを抑制することができる。

また、バリア層７１が絶縁膜４３を補強することにより、フォトダイオードアレイ１の機械強度を向上させることも可能である。更に、絶縁膜４３の表面４３ａの改質領域５０が形成されている部分をバリア層７１が覆うことにより、シンチレータ層７５を配置する面を平坦化することができる。これにより、柱状結晶を異常成長させることなくシンチレータ層７５を形成することができる。

また、第２実施形態では、各ｐ型半導体領域５がバンプ電極３１を介して配線基板８１に接続されている。これにより、各ｐ型半導体領域５の周囲の改質領域５０が絶縁膜４３の表面４３ａ及び半導体基板３の裏面３ｂに達して形成されていても、各ｐ型半導体領域５が個片化してしまうことを抑制することが可能である。

以上、本発明の放射線検出器の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

レーザ加工において、ステップＳ１０７〜Ｓ１１１の後にＳ１１３〜Ｓ１２１を行うことに限定されるものではなく、ステップＳ１１３〜Ｓ１２１の後にＳ１０７〜Ｓ１１１を行ってもよい。

また、加工対象物６１ｂは、改質領域５０の形成に用いたレーザ加工により、以下のようにして準備することができる。図８は、加工対象物の斜視図である。図９は、加工対象物の切断方法を説明するための断面構成を示す模式図である。

まず、図８に示すように、改質領域５０及びバンプ電極３１，３３が形成されていないことを除き、加工対象物６１ｂと同様の構成を有する構成単位がマトリクス状に連なった加工対象物６１を準備する。加工対象物６１には、直線状に延びた仮想線である切断予定ライン６８が、切断位置に対応するように、例えば半導体基板３の表面３ａ側に配置されている。

また、加工対象物６１の半導体基板３には、例えば切断のための溶融処理領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは切断のための溶融処理領域を形成すべき方向に直交する方向に沿ってオリエンテーションフラット（ＯＦ）６９が形成されている。ＯＦ６９を基準とすることで、所望の形成すべき方向に沿って容易且つ正確に溶融処理領域を半導体基板３に形成することが可能となる。

次に、加工対象物６１にダイシングテープ（保持部材）６３を貼り付ける。そして、絶縁膜４３の表面４３ａが撮像素子５２１と対向するように載置台５０７上に加工対象物６１を載置する。続いて、半導体基板３のＯＦ６９の方向がＹ軸ステージ５１１のストローク方向に一致するよう、θステージ５０８により加工対象物６１を回転させる。

次に、レーザマーク７０を形成するためのレーザ光を選定する。そして、半導体基板３の表面３ａにレーザマーク７０を形成するためのレーザ光の集光点が、半導体基板３の表面３ａにおける基準原点直上の位置となるよう、Ｘ軸ステージ５０９、Ｙ軸ステージ５１１及びＺ軸ステージ５１３により加工対象物６１を移動させる。更に、選定したレーザ光を照射し、半導体基板３の表面３ａにおける基準原点直上の位置にレーザマーク７０を形成する。

次に、図９（ａ）に示すように、半導体基板３の切断位置に集光点Ｆを合わせて半導体基板３の表面３ａ側からレーザ光Ｌａを照射する。そして、半導体基板３の厚み方向に集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させると共に、切断予定ライン６８に沿って集光点Ｆを半導体基板３に対して相対移動させ、半導体基板３の内部に溶融処理領域を半導体基板３の裏面３ｂ及び絶縁膜４３の表面４３ａに達するように形成する。続いて、各切断予定ライン６８に沿って溶融処理領域を形成する。

そして、ダイシングテープ６３及び加工対象物６１を除電しながら、ダイシングテープ６３を拡張させる。これにより、ダイシングテープ６３が拡張された状態にあるため、図９（ｂ）に示すように、溶融処理領域を切断の起点として加工対象物６１が切断予定ラインに沿って切断され、複数の加工対象物６１ａが得られる。

次に、各加工対象物６１ａにＵＶ照射してダイシングテープ６３を剥離した後、図９（ｃ）に示すように、得られた複数の加工対象物６１ａの１つを取り出す。そして、例えばはんだペーストのスクリーン印刷法により所定の位置にバンプ電極３１，３３を形成することにより、図３（ａ）に示すような構成を有する加工対象物６１ｂが得られる。

また、加工対象物６１ｂは、加工対象物６１をブレードを用いて切断することによっても得ることができる。この場合、切断予定ライン６８を半導体基板３の裏面３ｂ側に転写した後、図１０（ａ）に示すように、絶縁膜４３の表面４３ａにダイシングテープ６３を貼り付ける。そして、図１０（ｂ）に示すように、切断予定ラインに沿って、ブレード６７により加工対象物６１を切断する。更に、イオンエアー洗浄装置や吸引装置を用いて、塵等を吸引して洗浄することにより、複数の加工対象物６１ａが得られる。その後、例えばはんだペーストのスクリーン印刷法により所定の位置にバンプ電極３１，３３を形成することにより、加工対象物６１ｂが得られる。

改質領域５０は、数、形状、半導体基板３の表面３ａからの深さ位置、断面の短軸方向の幅、改質領域５０の表面３ａ側の端部の位置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、改質領域５０の断面における短軸方向の幅を上記実施形態よりも広く（例えば６〜７μｍ）した場合には、半導体基板３に外力が加わった際における改質領域５０に負荷される応力が局所的に集中することなく分散されることから、半導体基板３の機械強度の低下を抑制することができる。

また、改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、ｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びて１つ形成されていることに限定されるものではなく、ｐ型半導体領域５の配置方向に離隔して且つｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びて２つ以上形成されていてもよい。２つ以上の改質領域５０は、半導体基板３の表面３ａからのそれぞれの深さ位置が互いに等しくても、異なっていてもよい。２つ以上の改質領域５０は、隣接するｐ型半導体領域５間の領域の２箇所の所定位置にそれぞれ集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することによって形成することができる。

改質領域５０は、連続的な直線状に形成されることに限定されるものではなく、断続的な直線状であってもよい。例えば、改質領域５０は、長手方向及び当該長手方向に直交する短手方向を有する部分が、その長手方向を同一方向へ向けて互いに離れて複数並ぶことにより、断続的な直線状に形成されていてもよい。

改質領域５０は、断面が楕円状の直線状部分のみにより形成されていることに限定されるものではない。改質領域５０は、断面が楕円状の直線状部分から半導体基板３の厚み方向に延びる線状部分を含んでいてもよい。また、改質領域５０は、多光子吸収以外によって改質されて形成されていてもよい。

また、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７の数、材料、形状、厚さ、不純物濃度及び不純物の種類は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ｐ型半導体領域５は、２次元のマトリクス状に配置されることに限定されるものではなく、１次元に複数並んで配置されていてもよい。半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７は、上述した実施形態とは逆の導電型となる不純物を含んでいてもよい。半導体基板３は、単結晶Ｓｉによって形成されていることに限定されるものではなく、例えば半導体基板３とｐ型半導体領域５とが同一又は異なる化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ又はＧａＳｂ等）によって形成されていてもよい。

また、フォトダイオードアレイ２ｂにおいて、第１及び第２の部分７ａ，７ｂは、改質領域５０と離れて位置していてもよい。この場合、隣接するｐ型半導体領域５間の領域に、ｐ型半導体領域５の配置方向と交差する方向に延びる第１の部分７ａと第２の部分７ｂとを予め離れた位置に形成しておく。その後、第１の部分７ａと第２の部分７ｂとの間に改質領域５０を形成すればよい。

また、第１及び第２の部分７ａ，７ｂは、一体に形成された配線電極２５ｂに電気的に接続されていることに限定されるものではない。例えば、配線電極２５ｂは、隣接するｐ型半導体領域５間において、ｐ型半導体領域５の配置方向に離隔して２つ配置されており、第１及び第２の部分７ａ，７ｂが互いに異なる２つの配線電極２５ｂの一方に物理的及び電気的に接続されていてもよい。

シンチレータ７３は、絶縁膜４３やバリア層７１にシンチレータ層７５を直接蒸着して形成するものに限定されるものではない。例えば、放射線透過性の基板（例えば、アルミニウム、アモルファスカーボン、ＦＯＰ（ファイバオプティクプレート））に、常温〜１５０℃程度の抵抗加熱法によってＣｓＩ，ＣｓＢｒ等からなるシンチレータ層を形成したシンチレータを用いてもよい。この場合、放射線透過性の基板のシンチレータ層が配置されている面の反対側の面と、絶縁膜４３の表面４３ａとを透明（光透過）樹脂（例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂）により接着する。

また、シンチレータ７３として、パネル型シンチレータを用いてもよい。図１１は、パネル型シンチレータを用いた放射線検出器３００の断面構成を示す模式図である。放射線検出器３００は、絶縁膜４３上に配置された透明（光透過）樹脂層７２と、透明樹脂層７２上に配置されたシンチレータパネル７３とを備えている。

透明樹脂層７２は、接着性を有する光学樹脂（例えば、ポリイミド）により形成されている。透明樹脂層７２は、絶縁膜４３とシンチレータパネル７３との間の間隙を埋めるように配置されている。これにより、シンチレータ７３内に光（放射線）が入射して所定波長のシンチレーション光が発生した場合に、シンチレーション光が絶縁膜４３とシンチレータパネル７３との間の間隙で反射することなくフォトダイオードアレイ１に入射する。

シンチレータパネル７３は、透明樹脂層７２上に配置されたシンチレータ層７５と、シンチレータ層７５を覆う耐湿保護膜７７とにより構成されている。シンチレータ層７５は、平板形状を呈している。シンチレータ層７５は、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：ＰｒやＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：ＴｂといったＧＯＳ（硫酸化ガドリニウム）や、ＴｌをドープしたＣｓＩ、ＣｄＷＯ_４（ＣＷＯ）等により形成されている。シンチレータ層７５は、半導体基板３の表面３ａに垂直な方向から見てｐ型半導体領域５全体が隠れるように、位置、形状及びサイズが設定されている。

耐湿保護膜７７は、ＰＥＴシートやＴｉＯ_２を混練したエポキシ樹脂等により形成されており、遮光膜としても機能する。耐湿保護膜７７は、シンチレータ層７５の側面と光入射面とを覆っているものの、シンチレータ層７５の光出射面を覆っていないため、シンチレータ層７５で発生した光は、耐湿保護膜７７に遮光されることなくフォトダイオードアレイ１に入射する。

ところで、パネル型シンチレータ等を凹凸部分が形成された面に接着すると、凹凸部分において透明樹脂層にボイドが発生してしまう。しかしながら、放射線検出器１００ａ，３００では、改質領域５０が絶縁膜４３の表面４３ａに達することなく形成されており、放射線検出器１００ｂでは、絶縁膜４３の表面４３ａ上にバリア層７１が設けられている。そのため、パネル型シンチレータ等を凹凸部分が形成された面に接着することが抑制されている。したがって、ボイドの発生が抑制され、パネル型シンチレータ等を良好に接着することができる。

１ａ，１ｂ…固体撮像装置、２ａ，２ｂ…フォトダイオードアレイ、３…ｎ型（第１導電型）の半導体基板、３ａ…表面（第１の主面）、３ｂ…裏面（第２の主面）、５…ｐ型（第２導電型）半導体領域、７…ｎ型（第１導電型）半導体領域、７ａ…第１の部分、７ｂ…第２の部分、１１…ｐｎ接合、１３…フォトダイオード、２５ｂ…電極配線、５０…改質領域、７３…シンチレータ、８１…配線基板、１００ａ，１００ｂ，２００ａ，３００…放射線検出器、５００…レーザ加工装置、５０７…載置台、５１６…赤外透過照明（赤外線照射手段）、５２１…撮像素子（撮像手段）、Ｆ…集光点、Ｌａ…レーザ光。

Claims (6)

1. 互いに対向する第１の主面及び第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の前記第２の主面側に並んで配置されていると共に、それぞれが前記半導体基板との接合によりフォトダイオードを構成する複数の第２導電型の半導体領域と、を備えるフォトダイオードアレイを準備する工程と、
   前記半導体基板の前記第２の主面上に配線基板を配置する工程と、
   前記配線基板を配置する前記工程の後、前記半導体基板の所定位置に集光点を合わせて前記第１の主面側からレーザ光を照射することによって改質領域を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記フォトダイオードアレイは、隣接する前記第２導電型の半導体領域間における前記半導体基板の前記第２の主面上に配置された配線電極を備え、
   前記配線基板を配置する前記工程では、前記配線基板と前記配線電極とを接続することにより前記半導体基板の前記第２の主面上に前記配線基板を配置し、
   前記改質領域を形成する前記工程では、前記配線電極と前記半導体基板の第１の主面との間に前記改質領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記フォトダイオードアレイは、隣接する前記第２導電型の半導体領域間における前記半導体基板の前記第２の主面上に配置された配線電極と、前記隣接する第２導電型の半導体領域間における前記半導体基板の前記第２の主面側に配置されると共に、前記半導体基板よりも不純物濃度が高く設定され、前記配線電極と電気的に接続された第１導電型の半導体領域と、を備え、
   前記第１導電型の半導体領域は、第１及び第２の部分を含み、
   前記第１及び第２の部分は、前記第２導電型の半導体領域の配置方向に離隔すると共に前記第２導電型の半導体領域の配置方向に交差する方向に延びており、
   前記配線基板を配置する前記工程では、前記配線基板と前記配線電極とを接続することにより前記半導体基板の前記第２の主面上に前記配線基板を配置し、
   前記改質領域を形成する前記工程では、前記第１の部分と前記第２の部分との間に、前記第２導電型の半導体領域の配置方向に交差する方向に延びて且つ前記半導体基板の前記第２の主面に達して前記改質領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記半導体基板は、単結晶シリコン基板であると共に、前記改質領域の形成位置に対応したパターンが前記第２の主面上に配置されており、
   前記改質領域を形成する前記工程は、前記フォトダイオードアレイが載置される載置台と、前記載置台に載置された前記フォトダイオードアレイに赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記フォトダイオードアレイの赤外線画像を撮像する撮像手段と、を有するレーザ加工装置を準備する工程と、
   前記半導体基板の前記第１の主面を前記撮像手段と対向させて前記フォトダイオードアレイを前記載置台上に載置する工程と、
   前記赤外線照射手段により前記赤外線を前記半導体基板の前記第１の主面側から前記フォトダイオードアレイに照射して、前記撮像手段により前記第２の主面の前記赤外線画像を撮像し、該赤外線画像から前記パターンを認識する工程と、
   認識した前記パターンに基づき前記半導体基板を移動させることにより、前記半導体基板の所定位置に前記集光点の位置を合わせる工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記フォトダイオードアレイは、隣接する前記第２導電型の半導体領域間における前記半導体基板の前記第２の主面上に、前記パターンとして配置された配線電極を備えることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置における前記半導体基板の前記第１の主面上にシンチレータを配置する工程を備えることを特徴とする放射線検出器の製造方法。

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