JP5247488B2 - フォトダイオードアレイ及び放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、フォトダイオードアレイ及び放射線検出器に関する。

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、絶縁性基板上に配置された複数の画素電極と、画素電極上に配置され、光の入射によりキャリアを生じる光吸収層と、光吸収層上に配置された障壁層と、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）とを備えるフォトダイオードが知られている（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、クロストークを抑制しつつ、改質領域を形成することによる半導体基板の機械強度の低下を抑制することが可能なフォトダイオードアレイ及び放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明に係るフォトダイオードアレイは、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の一方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、隣接する第２導電型の半導体領域間の領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、隣接する第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改質領域が形成され、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域には、改質領域が形成されていないことを特徴とする。

本発明に係るフォトダイオードアレイでは、隣接する第２導電型の半導体領域間の領域には、隣接する第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改質領域が形成されている。この場合、光の入射により発生し、隣接する第２導電型の半導体領域間の領域に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、クロストークを抑制することができる。

ところで、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、半導体基板に外力が負荷されると、応力は改質領域に集中しやすく、改質領域が形成された部分に割れが生じてしまう場合がある。ここで、隣接する第２導電型の半導体領域間の領域から延びる改質領域と、他の隣接する第２導電型の半導体領域間の領域から上記改質領域と交差する方向に延びる改質領域とが、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域において連続している場合には、改質領域に生じた割れが方向を変えて成長することとなる。このような割れの成長が繰り返されると、半導体基板の広範囲に割れが成長してしまう。そのため、改質領域を形成することによる半導体基板の機械強度の低下を抑制することには限界があった。

しかしながら、本発明に係るフォトダイオードアレイでは、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域に改質領域が形成されていない。この場合、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域では、半導体基板の機械強度の低下が抑制されている。そのため、半導体基板３に外力が負荷される場合であっても、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域において割れが生じることを抑制することができる。また、改質領域に割れが生じた場合であっても、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域において割れが成長することが抑制される。これにより、改質領域の割れが半導体基板の広範囲に成長することが抑制されることとなる。したがって、改質領域を形成することによる半導体基板の機械強度の低下を抑制することができる。

また、複数の第２導電型の半導体領域は、行列状に二次元配列されており、改質領域は、行方向に隣接する第２導電型の半導体領域間の領域と、列方向に隣接する第２導電型の半導体領域間の領域と、にのみ形成されていることが好ましい。

本発明に係るフォトダイオードアレイは、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の一方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、隣接する第２導電型の半導体領域間の領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、隣接する第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第１の改質領域が形成され、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、第２の改質領域が形成されており、第１の改質領域と第２の改質領域とは離れて位置していることを特徴とする。

本発明に係るフォトダイオードアレイでは、隣接する第２導電型の半導体領域間の領域には第１の改質領域が形成され、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域には第２の改質領域が形成されている。この場合、光の入射により発生し、隣接する第２導電型の半導体領域間の領域、及び、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域のそれぞれに拡散するキャリアが第１及び第２の改質領域のそれぞれにトラップされることとなり、クロストークを抑制することができる。

また、本発明に係るフォトダイオードアレイでは、第１の改質領域と第２の改質領域とが離れて形成されている。この場合、第１の改質領域と第２の改質領域との間の領域では、半導体基板の機械強度の低下が抑制されている。そのため、第１又は第２の改質領域に割れが生じた場合であっても、第１の改質領域と第２の改質領域との間の領域において割れが成長することが抑制される。これにより、改質領域の割れが半導体基板の広範囲に成長することが抑制されることとなる。したがって、改質領域を形成することによる半導体基板の機械強度の低下を抑制することができる。

また、複数の第２導電型の半導体領域は、行列状に二次元配列されており、第１の改質領域は、行方向に隣接する第２導電型の半導体領域間の領域と、列方向に隣接する第２導電型の半導体領域間の領域と、に形成され、第２の改質領域は、行方向及び列方向に交差する方向に隣接する第２導電型の半導体領域間の領域に形成されていることが好ましい。

本発明に係るフォトダイオードアレイは、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の一方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、第２導電型の半導体領域は、行列状に二次元配列されており、複数の第２導電型の半導体領域のうち、隣接する４つの第２導電型の半導体領域を、行方向に隣接する第１及び第２の第２導電型の半導体領域と、列方向に第１の第２導電型の半導体領域と隣接する第３の第２導電型の半導体領域と、行方向及び列方向に交差する方向に第１の第２導電型の半導体領域と隣接する第４の第２導電型の半導体領域と規定したときに、第１及び第２の第２導電型の半導体領域と第３及び第４の第２導電型の半導体領域との間の領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、行方向に連続して延びる第１の改質領域が形成され、第１及び第２の第２導電型の半導体領域間の領域と、第３及び第４の第２導電型の半導体領域間の領域とには、それぞれの該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、列方向に延びる第２の改質領域が形成され、第１の改質領域と第２の改質領域とは離れて位置していることを特徴とする。

本発明に係るフォトダイオードアレイでは、第１〜第４の第２導電型の半導体領域のそれぞれの間に第１及び第２の改質領域のいずれかが形成されている。これにより、光の入射により発生し、第１〜第４の第２導電型の半導体領域のそれぞれの間に拡散するキャリアが第１及び第２の改質領域のいずれかにトラップされることとなり、クロストークを抑制することができる。

また、本発明に係るフォトダイオードアレイでは、第１の改質領域と第２の改質領域とが離れて形成されている。この場合、第１の改質領域と第２の改質領域との間の領域では、半導体基板の機械強度の低下が抑制されている。そのため、第１又は第２の改質領域に割れが生じた場合であっても、第１の改質領域と第２の改質領域との間の領域では割れの成長が抑制されることとなる。これにより、改質領域の割れが半導体基板の広範囲に成長することが抑制される。したがって、改質領域を形成することによる半導体基板の機械強度の低下を抑制することができる。

また、半導体基板は、複数の第２導電型の半導体領域が配置される第１の領域と、第１の領域を囲むと共にその外縁が半導体基板の外縁をなす第２の領域と、を有し、第２の領域には、改質領域が形成されていないことが好ましい。この場合、第２の領域に改質領域が形成されていないことから、第２の領域に機械強度が低下した領域が形成されることが抑制されている。そのため、ブレードによるダイシング等により第２の領域に外力が負荷される場合であっても、第２の領域に割れが生じることが抑制されることとなる。したがって、改質領域を形成することによる半導体基板の機械強度の低下を更に抑制することができる。

また、半導体基板は、複数の第２導電型の半導体領域が配置される第１の領域と、第１の領域を囲むと共にその外縁が半導体基板の外縁をなす第２の領域と、を有し、第２の領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせて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とが好ましい。この場合、光の入射により半導体基板の側面と第２の領域に形成された改質領域との間で発生したキャリアや、半導体基板の側面における結晶欠陥に起因して発生するキャリアは、第２の領域に形成されている改質領域にトラップされることとなる。これにより、上記キャリアが第１の領域に配置された第２導電型の半導体領域に達することが抑制されるため、クロストークを更に抑制することができる。

また、第２の領域の改質領域は、半導体基板の外縁に沿う方向に延びて複数形成されており、該複数の改質領域は、第１の領域を囲んでいることが好ましい。この場合、光の入射により半導体基板の側面と第２の領域に形成された改質領域との間で発生したキャリアや、半導体基板の側面における結晶欠陥に起因して発生するキャリアは、第２の領域に形成されている改質領域により確実にトラップされることとなる。これにより、上記キャリアが第１の領域に配置された第２導電型の半導体領域に達することがより一層抑制されるため、クロストークをより一層抑制することができる。

また、第２の領域の改質領域は、半導体基板の外縁に沿う方向に延びると共に互いに離れて並ぶ複数の第１の部分と、隣接する第１の部分の間の領域において、半導体基板の外縁に交差する方向に延びると共に第１の部分と離れて並ぶ複数の第２の部分と、を有しており、複数の第１及び第２の部分は、第１の領域を囲んでいることが好ましい。この場合、光の入射により半導体基板の側面と第２の領域に形成された改質領域との間で発生したキャリアや、半導体基板の側面における結晶欠陥に起因して発生するキャリアが、第１及び第２の部分によりトラップされることとなる。これにより、上記キャリアが第１の領域に配置された第２導電型の半導体領域に達することがより一層抑制されるため、クロストークをより一層抑制することができる。また、第２の部分が第１の部分と離れて位置しているため、第１の部分と第２の部分との間の領域では、機械強度の低下が抑制されている。そのため、第１及び第２の部分のいずれかに割れが生じた場合であっても、第１の部分と第２の部分との間の領域において割れの成長が抑制されることとなる。したがって、上記のとおりクロストークを抑制しつつ、改質領域の割れが半導体基板の広範囲に成長することを抑制することができる。

また、隣接する少なくとも３つの第２導電型の半導体領域に囲まれる領域上にバンプが配置されていることが好ましい。この場合、フォトダイオードアレイと配線基板との実装時等にバンプを介してフォトダイオードアレイに負荷される外力は、割れの成長が抑制された領域に外力が負荷されることとなる。これにより、バンプを介してフォトダイオードアレイに外力が負荷されたとしても、半導体基板における割れの成長を抑制することができる。

本発明に係る放射線検出器は、上記本発明に係るフォトダイオードアレイと、半導体基板の一方面上又は一方面に対向する他方面上に配置されるシンチレータと、を備えていることを特徴とする。この場合、本発明に係るフォトダイオードアレイを備えていることから、クロストークを抑制しつつ、改質領域を形成することによる半導体基板の機械強度の低下を抑制することができる。

本発明によれば、クロストークを抑制しつつ、改質領域を形成することによる半導体基板の機械強度の低下を抑制することが可能なフォトダイオードアレイ及び放射線検出器を提供することができる。

第１実施形態に係るフォトダイオードアレイの一部を示す平面図である。 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実施形態に係るフォトダイオードアレイ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１実施形態に係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断面構成を示す模式図である。 第２実施形態に係るフォトダイオードアレイを示す平面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係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。 本発明の実施形態に係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。 本発明の実施形態に係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。 本発明の実施形態に係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。 本発明の実施形態に係るフォトダイオードアレイ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。 本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。 本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。 本実施形態に係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。 本実施形態に係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。 本実施形態に係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。

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。

［フォトダイオードアレイ］
［第１実施形態］
図１及び図２を参照して、第１実施形態に係るフォトダイオードアレイ１ａの構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るフォトダイオードアレイ１ａを示す平面図である。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。

裏面入射型のフォトダイオードアレイ１ａ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型半導体領域７とを備えている。

半導体基板３は、互いに対向する表面（他方面）３ａと裏面（一方面）３ｂとを有している。表面３ａは、光Ｌ１の入射面であり、裏面３ｂは、信号出力面である。半導体基板３は、後述する複数のｐ型半導体領域５が配置される領域（第１の領域）３５と、領域３５を囲むと共にその外縁が半導体基板３の外縁をなす領域（第２の領域）３６とを有している。半導体基板３は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなり、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、互いに離隔して行列状（例えば４×４）に二次元配列されている。複数のｐ型半導体領域５は、行方向（第１の方向）に並ぶｐ型半導体領域５と、行方向と交差する列方向（第２の方向）に並ぶｐ型半導体領域５とを含んでいる。各ｐ型半導体領域５は、例えば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、半導体基板３の裏面３ｂ側における隣接するｐ型半導体領域５間の領域において、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。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及びｎ型半導体領域７のそれぞれが配置された位置の絶縁膜２１上には、電極膜２５が配置されている。電極膜２５は、金属材料（例えば、Ａｌ）からなり、コンタクトホール２３を塞ぐように配置されてｐ型半導体領域５又はｎ型半導体領域７に物理的及び電気的に接続されている。

電極膜２５上には、例えばＮｉ、Ａｕを順次メッキすることにより、電極パッド２９が形成されている。電極パッド２９が形成された部分を除く電極膜２５と、隣接する電極膜２５間の領域とを覆うように層間絶縁膜２７が配置されている。層間絶縁膜２７は、ポリイミド等の絶縁性樹脂により形成されることにより、隣接する電極膜２５が電気的に互いに接続されることを抑制している。

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の略中央における電極パッド２９上には、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隣接する４つのｐ型半導体領域５間の領域の略中央における電極パッド２９上には、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１ａ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に対応する半導体基板３の表面３ａ上の部分と、改質領域５０が配置されていない位置に対応する半導体基板３の表面３ａ上の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、領域３５にのみ配置されており、領域３６には配置されていない。改質領域５０は、領域３５において、行方向に隣接するｐ型半導体領域５間の領域３７ａと、列方向に隣接するｐ型半導体領域５間の領域３７ｂとを有する領域３７にのみに配置されている。改質領域５０は、隣接する４つのｐ型半導体領域５に囲まれる領域３８には配置されていない。改質領域５０は、領域３７ａ，３７ｂのそれぞれにおいて、ｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に連続して延びる直線状部分として形成されている。この直線状部分は、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。

なお、「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間に位置する半導体基板３の内部の領域を意味する。また、「隣接する４つのｐ型半導体領域５に囲まれる領域」とは、半導体基板３の裏面３ｂに垂直な方向から見て隣接する４つのｐ型半導体領域５に囲まれる半導体基板３の内部の領域を意味する。

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との間における半導体基板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に達することなく配置されている。また、改質領域５０は、隣接する二つのｐ型半導体領域７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配置されている。

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、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がより好ましく、２０μｍが更に好ましい。）にそれぞれ位置している。

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。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。

以上の構成を有するフォトダイオードアレイ１ａは、次の動作を行う。絶縁膜４３の表面４３ａ側から光Ｌ１が入射すると、光Ｌ１は絶縁膜４３を透過し、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７に達する。そして、光Ｌ１の各波長成分によって発生したキャリアが、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７の内部における電界に従ってドリフトし、電界の無い場合は拡散する。

光Ｌ１の各波長成分によって発生したキャリアは、隣接するｐ型半導体領域５間にドリフトまたは拡散した場合には、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。改質領域５０にトラップされず、ｐｎ接合１１に達したキャリアはバンプ電極３１,３３から光電流として外部に取り出される。この光電流により、各フォトダイオード１３は、光Ｌ１の光波長成分に応じた電気信号をそれぞれ出力することとなる。

次に、図３及び図４を用いて、上述したフォトダイオードアレイ１ａの製造方法について説明する。図３及び図４は、第１実施形態に係るフォトダイオードアレイ１ａの製造工程を説明するための断面構成を示す模式図である。

まず、改質領域５０が形成されていないことを除き、図２に示すフォトダイオードアレイ１ａ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。そして、図３（ａ）に示すように、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。

次に、レーザ光Ｌａを多光子吸収が生じる条件に設定し、図３（ｂ）に示すように、半導体基板３の内部における隣接するｐ型半導体領域５間の領域の所定の深さ位置に対し、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。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。

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。

第１実施形態に係るレーザ加工では、半導体基板３がレーザ光Ｌａを吸収することにより、半導体基板３を発熱させて改質領域５０を形成するのではない。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。よって、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ので、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。

第１実施形態において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。

次に、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ことにより、連続した直線状の改質領域５０を形成する。なお、形成予定ラインは、直線状に延びた仮想線であり、改質領域５０の形成位置に対応するように、例えば半導体基板３の表面３ａ側の隣接するｐ型半導体領域５間に沿って配置されている。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、改質領域５０が配置された加工対象物６５が得られる。

次に、図３（ｃ）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（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、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。なお、切断予定ラインは、直線状に延びた仮想線であり、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。

そして、ダイシングテープ６３及び加工対象物６５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４（ａ）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６５が切断予定ラインに沿って切断され、複数の加工対象物６５ａが得られる。

次に、各加工対象物６５ａにＵＶ照射してダイシングテープ６３を剥離した後、図４（ｂ）に示すように、得られた複数の加工対象物６５ａの１つを取り出す。そして、図４（ｃ）に示すように、例えばはんだペーストのスクリーン印刷法によって所定の位置にバンプ電極３１，３３を形成することにより、フォトダイオードアレイ１ａが得られる。

以上のように、第１実施形態では、領域３７には、隣接するｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びて改質領域５０が形成されている。この場合、光Ｌ１の入射により発生し、領域３７に拡散するキャリアが改質領域５０にトラップされることとなり、クロストークを抑制することができる。

また、第１実施形態では、領域３８に改質領域５０が形成されていない。この場合、領域３８では、半導体基板３の機械強度の低下が抑制されている。そのため、半導体基板３に外力が負荷される場合であっても、領域３８において割れが生じることを抑制することができる。また、領域３７の改質領域５０に割れが生じた場合であっても、領域３８において割れが成長することが抑制される。これにより、改質領域５０の割れが半導体基板３の広範囲に成長することが抑制されることとなる。したがって、改質領域を形成することによる半導体基板３の機械強度の低下を抑制することができる。

ところで、領域３７ａ，３７ｂにそれぞれ形成された改質領域５０が領域３８まで延びて交差している場合、半導体基板３に外力が負荷されると、その交差部分に応力が特に集中してしまう。この場合、交差部分を起点に改質領域５０に割れが生じてしまい易い。更には、交差部分に接した半導体基板３内部の機械強度が十分でないと、半導体基板３に割れが生じてしまう。しかしながら、第１実施形態では、領域３８に改質領域５０が形成されていないことから、領域３８において改質領域５０の交差部分が形成されることが抑制されている。したがって、領域３８において改質領域５０や半導体基板３に割れが発生すること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は、複数のｐ型半導体領域５が配置される領域３５と、領域３５を囲むと共にその外縁が半導体基板３の外縁をなす領域３６と、を有し、領域３６には、改質領域が形成されていない。この場合、領域３６に機械強度が低下した領域が形成されることが抑制されている。そのため、ブレードによるダイシング等により領域３６に外力が負荷される場合であっても、領域３６に割れが生じることが抑制されることとなる。したがって、改質領域を形成することによる半導体基板３の機械強度の低下を更に抑制することができる。

［第２実施形態］
図５及び図６を参照して、第２実施形態に係るフォトダイオードアレイ９１の構成について説明する。図５は、第２実施形態に係るフォトダイオードアレイ９１を示す平面図である。図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面構成を示す模式図である。

第２実施形態に係る表面入射型のフォトダイオードアレイ９１は、図５及び図６に示すように、ｎ型の半導体基板３と、ｐ型半導体領域５と、ｎ型半導体領域７とを備えている。

半導体基板３は、互いに対向する表面（一方面）３ｃと裏面（他方面）３ｄとを有している。表面３ｃは、光Ｌ１の入射面であり、信号出力面でもある。半導体基板３は、矩形状に形成された基板であり、内部に改質領域５０を有している。

半導体基板３の裏面３ｄ側の略全面には、ｎ型半導体領域９３が配置されている。ｎ型半導体領域９３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は、その他の点では、第１実施形態と同様である。

ｐ型半導体領域５は、半導体基板３の表面３ｃ側において、行列状（例えば２×３）に二次元配列されている。各ｐ型半導体領域５は、互いに離れて配置されており、例えば矩形状に形成されている。ｐ型半導体領域５は、その他の点では、第１実施形態と同様である。

ｎ型半導体領域７は、半導体基板３の表面３ｃ側の隣接するｐ型半導体領域５間において、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、その他の点では、第１実施形態と同様である。

半導体基板３の表面３ｃ上の略全面には、絶縁膜２１が配置されている。絶縁膜２１は、例えばＳｉＯ_２（酸化膜）やＳｉＮ（窒化膜）からなり、コンタクトホール２３が設けられている。各ｐ型半導体領域５の長辺方向の端部の絶縁膜２１上には、電極配線９５が配置されている。

電極配線９５は、金属材料（例えば、Ａｌ）によって形成されている。電極配線９５は、略Ｔ字状をなしており、第１の部分９５ａと第２の部分９５ｂとを有している。第１の部分９５ａは、コンタクトホール２３を塞ぐように配置されており、ｐ型半導体領域５の短辺方向に延びている。第１の部分９５ａの略中央は、第２の部分９５ｂの一端側に接合されている。第２の部分９５ｂの他端側は、半導体基板３の短辺方向の一端側の絶縁膜２１上に配置されたアノード電極９７ａに接合されている。

ｎ型半導体領域７が配置されている位置に対応する絶縁膜２１上には、金属材料（例えば、Ａｌ）からなる金属膜９９が配置されている。金属膜９９は、絶縁膜２１のコンタクトホール２３を塞ぐように配置されており、ｎ型半導体領域７と接続している。金属膜９９の隅部の上には、カソード電極９７ｂが配置されている。

改質領域５０は、半導体基板３の内部における深さ位置が第１実施形態と異なっており、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、半導体基板３の裏面３ｄ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。改質領域５０は、半導体基板３の厚み方向における表面３ｃ側の所定の深さ位置（表面３ｃ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。）に形成されている。また、改質領域５０の表面３ｃ側の端部は、表面３ｃから所定の深さ（例えば、１４５μｍ以下が好ましく、７５μｍがより好ましく、２０μｍが更に好ましい。）に形成されている。

以上のように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、領域３７には、改質領域５０が隣接するｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びて形成されているため、クロストークを抑制することができる。また、領域３８には改質領域５０が形成されていないため、改質領域を形成することによる半導体基板３の機械強度の低下を抑制することができる。

ところで、第２実施形態では、クロストークを抑制する観点から、改質領域５０を半導体基板３の表面３ｃ近傍に形成することが好ましい。この場合、各ｐ型半導体領域５の角部は電界強度が高いことから、上記角部に改質領域５０を近接させると、ブレークダウンが生じてしまう。しかしながら、第２実施形態では、上記角部に近接する領域３８には、改質領域５０が形成されていないため、ブレークダウンが生じることを抑制することができる。

以上、本発明のフォトダイオードアレイ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できる。

改質領域５０は、数、形状、半導体基板３の表面３ａ，３ｃからの深さ位置、断面の短軸方向の幅は、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。

改質領域５０は、領域３８に形成されていないことに限定されるものではない。例えば、図７に示すようなフォトダイオードアレイ１ｂとしてもよい。フォトダイオードアレイ１ｂの領域３７には、領域３７の所定位置に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することによって、隣接するｐ型半導体領域５の配置方向に交差する方向に延びて改質領域（第１の改質領域）５０が形成されている。また、領域３８には、領域３８の所定位置に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することによって、改質領域（第２の改質領域）５２が形成されている。改質領域５０と改質領域５２とは離れて位置している。

フォトダイオードアレイ１ｂでは、複数のｐ型半導体領域５は、行列状（例えば４×４）に二次元配列されている。改質領域５０は、行方向に隣接するｐ型半導体領域５間の領域３７ａと、列方向に隣接するｐ型半導体領域５間の領域３７ｂとにおいて、連続的な直線状に形成されている。改質領域５２は、行方向及び列方向に交差する方向に隣接するｐ型半導体領域５間の領域３８に形成されている。改質領域５２は、領域３８の略中央において、半導体基板３の厚み方向に延びる１つの連続的な直線状に形成されている。なお、一直線上に並ぶ改質領域５０と改質領域５２とは、集光点Ｆの半導体基板３に対する一度の相対移動により形成されていてもよく、別々の相対移動によりそれぞれが形成されていてもよい。

フォトダイオードアレイ１ｂでは、領域３７には改質領域５０が形成され、領域３８には改質領域５２が形成されている。この場合、光Ｌ１の入射により発生し、領域３７及び領域３８のそれぞれに拡散するキャリアが改質領域５０，５２のそれぞれにトラップされることとなり、クロストークを抑制することができる。

また、フォトダイオードアレイ１ｂでは、改質領域５０と改質領域５２とが離れて形成されている。この場合、改質領域５０と改質領域５２との間の領域では、半導体基板３の機械強度の低下が抑制されている。そのため、改質領域５０又は改質領域５２に割れが生じた場合であっても、改質領域５０と改質領域５２との間の領域において割れが成長することが抑制される。これにより、改質領域の割れが半導体基板の広範囲に成長することが抑制されることとなる。したがって、改質領域を形成することによる半導体基板３の機械強度の低下を抑制することができる。

また、フォトダイオードアレイ１ｂでは、改質領域５０と改質領域５２とが離れて形成されているため、領域３８において交差部分が形成されることが抑制されている。したがって、領域３８において改質領域５０，５２や半導体基板３に割れが発生することを抑制することができる。

また、図８に示すようなフォトダイオードアレイ１ｃとしてもよい。フォトダイオードアレイ１ｃでは、ｐ型半導体領域５は、行列状（例えば４×４）に二次元配列されている。また、二次元配列されたｐ型半導体領域５のうち、隣接する４つのｐ型半導体領域５を、行方向に隣接するｐ型半導体領域（第１及び第２の第２導電型の半導体領域）５ａ，５ｂと、列方向にｐ型半導体領域５ａと隣接するｐ型半導体領域（第３の第２導電型の半導体領域）５ｃと、行方向及び列方向に交差する方向にｐ型半導体領域５ａと隣接するｐ型半導体領域（第４の第２導電型の半導体領域）５ｄと規定したときに、ｐ型半導体領域５ａ，５ｂとｐ型半導体領域５ｃ，５ｄとの間の領域３７ｃには、領域３７ｃの所定位置に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することによって、行方向に連続して延びる改質領域（第１の改質領域）５０ａが形成されており、ｐ型半導体領域５ａ，５ｂ間の領域３７ｄと、ｐ型半導体領域５ｃ，５ｄ間の領域３７ｅとには、領域３７ｄ，３７ｅの所定位置に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することによって、列方向に延びる改質領域（第２の改質領域）５０ｂが形成されている。

隣接する４つのｐ型半導体領域５において、改質領域５０ａと改質領域５０ｂとは互いに離れて位置している。改質領域５０ａ，５０ｂは、隣接する４つのｐ型半導体領域５を含む領域ごとに、それぞれの長手方向が交互にｐ型半導体領域５の配列における行方向及び列方向を向くように配置されている。なお、隣接する４つのｐ型半導体領域５を含む領域は、改質領域５０ａ，５０ｂのそれぞれの長手方向が同一方向を向くように、隣り合って配置されていてもよい。

フォトダイオードアレイ１ｃでは、ｐ型半導体領域５ａ〜５ｄのそれぞれの間に改質領域５０ａ，５０ｂのいずれかが形成されている。これにより、光Ｌ１の入射により発生し、ｐ型半導体領域５ａ〜５ｄのそれぞれの間に拡散するキャリアが改質領域５０ａ及び改質領域５０ｂのいずれかにトラップされることとなり、クロストークを抑制することができる。

また、フォトダイオードアレイ１ｃでは、改質領域５０ａと改質領域５０ｂとが離れて形成されている。この場合、改質領域５０ａと改質領域５０ｂとの間の領域では、半導体基板３の機械強度の低下が抑制されている。そのため、改質領域５０ａ又は改質領域５０ｂに割れが生じた場合であっても、改質領域５０ａと改質領域５０ｂとの間の領域では割れの成長が抑制されることとなる。これにより、改質領域の割れが半導体基板３の広範囲に成長することが抑制される。したがって、改質領域を形成することによる半導体基板３の機械強度の低下を抑制することができる。

また、フォトダイオードアレイ１ｃでは、改質領域５０ａと改質領域５０ｂとが離れて形成されているため、交差部分が形成されることが抑制されている。したがって、改質領域５０ａ，５０ｂや半導体基板３に割れが発生することを抑制することができる。

また、領域３６は、改質領域が形成されていないことに限定されるものではない。例えば、図９に示すようなフォトダイオードアレイ１ｄとしてもよい。フォトダイオードアレイ１ｄの領域３６には、領域３６の所定位置に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することによって改質領域５４が形成されている。改質領域５４は、半導体基板３の外縁に沿う方向に延びて複数形成されている。複数の改質領域５４は、領域３５を囲んでいる。各改質領域５４は、連続的な直線状に形成されており、互いに離隔して配置されている。なお、複数の改質領域５４は、各改質領域５４が互いに連なることにより、領域３５の外周を囲んでいてもよい。

フォトダイオードアレイ１ｄでは、領域３６に改質領域５４が形成されている。この場合、光Ｌ１の入射により半導体基板３の側面と改質領域５４との間で発生したキャリアや、半導体基板３の側面における結晶欠陥に起因して発生するキャリアが改質領域５４にトラップされることとなる。これにより、上記キャリアが領域３５に配置されたｐ型半導体領域５に達することがより一層抑制されるため、クロストーク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１ｄでは、改質領域５０と改質領域５４とが離れて形成されている。改質領域５０と改質領域５４との間の領域では、機械強度の低下が抑制されている。そのため、改質領域５０及び改質領域５４のいずれかに割れが生じた場合であっても、改質領域５０と改質領域５４との間の領域において割れの成長が抑制されることとなる。したがって、上記のとおりクロストークを抑制しつつ、改質領域の割れが半導体基板３の広範囲に成長することを抑制することができる。また、改質領域５０と改質領域５４とにより交差部分が形成されることが抑制されている。したがって、領域３６に外力が負荷される場合であっても、領域３６において割れが発生することを抑制することができる。

また、図１０に示すようなフォトダイオードアレイ１ｅとしてもよい。フォトダイオードアレイ１ｅでは、領域３６に改質領域５６が形成されている。改質領域５６は、複数の第１の部分５６ａと、複数の第２の部分５６ｂとを有している。複数の第１及び第２の部分５６ａ，５６ｂは、領域３５を囲んでいる。各第１の部分５６ａは、半導体基板３の外縁に沿う方向に延びる連続的な直線状に形成されていると共に、互いに離れて並んでいる。各第２の部分５６ｂは、隣接する第１の部分５６ａの間の領域において、半導体基板３の外縁に交差する方向に延びる連続的な直線状に形成されていると共に、半導体基板３の側面まで延びている。各第２の部分５６ｂは、第１の部分５６ａと離れて並んでおり、隣接するｐ型半導体領域５間の改質領域５０と連続している。

フォトダイオードアレイ１ｅでは、光Ｌ１の入射により半導体基板３の側面と領域３６に形成された第１の部分５６ａとの間で発生したキャリアや、半導体基板３の側面における結晶欠陥に起因して発生するキャリアが改質領域５６によりトラップされることとなる。これにより、上記キャリアが領域３５に配置されたｐ型半導体領域５に達することがより一層抑制されるため、クロストーク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１ｅでは、第２の部分５６ｂが第１の部分５６ａと離れて位置しているため、第１の部分５６ａと第２の部分５６ｂとの間の領域では、機械強度の低下が抑制されている。そのため、第１及び第２の部分５６ａ，５６ｂのいずれかに割れが生じた場合であっても、第１の部分５６ａと第２の部分５６ｂとの間の領域において割れの成長が抑制されることとなる。したがって、上記のとおりクロストークを抑制しつつ、改質領域の割れが半導体基板３の広範囲に成長することを抑制することができる。また、フォトダイオードアレイ１ｅでは、第１の部分５６ａと第２の部分５６ｂとにより交差部分が形成されることが抑制されている。したがって、外力が負荷される場合であっても、領域３６において割れが発生することを抑制することができる。

改質領域５０は、フォトダイオードアレイ１ａ〜１ｅにおいて、半導体基板３の表面３ａに達しておらず、表面３ａ側（光入射面側）の端部が半導体基板３の内部に位置していることに限定されるものではない。例えば、改質領域５０は、半導体基板３の表面３ａに達しており、光入射面側の端部が半導体基板３の表面３ａと絶縁膜４３の表面４３ａとの間に位置するように配置されていてもよい。

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、隣接する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，３ｃ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。

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。また、改質領域５０は、２つの断続的な直線状に形成されており、それぞれの上記部分が互いに対向することなく交互に配置されるよう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、上記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、各ｐ型半導体領域５は、正方形状に形成されていることに限定されるものではなく、六角形等の多角形状に形成されていてもよい。

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、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。

上記実施形態に係るフォトダイオードアレイの製造方法は、レーザ加工により溶融処理領域を形成して加工対象物６５を切断することに限定されるものではなく、ブレードを用いて加工対象物６５を切断してもよい。この場合、図３（ｂ）に示す加工対象物６５にＵＶ照射して、図１１（ａ）に示すように、ダイシングテープ６３を剥離する。次に、切断予定ラインを半導体基板３の裏面３ｂ側に転写した後、図１１（ｂ）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１１（ｃ）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６５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、図４（ｂ）と同様の複数の加工対象物６５ａを得ることができる。

［放射線検出器］
図１２を参照して、本実施形態に係る放射線検出器１００の構成について説明する。図１２は、本実施形態に係る放射線検出器１００の断面構成を示す模式図である。

放射線検出器１００は、図１２に示すように、上記フォトダイオードアレイ１ａと、シンチレータ７３と、配線基板８１とを備えている。

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）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。

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が複数形成されている。貫通孔８１ｃは、バンプ電極３１，３３と同一のピッチで複数形成されている。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。

以上の構成を有する放射線検出器１００は、次の動作を行う。シンチレータ７３にＸ線等の光（放射線）Ｌ１が入射すると、光Ｌ１に応じた所定波長のシンチレーション光がシンチレータ層７５で発生し、シンチレーション光がフォトダイオードアレイ１ａへと入射する。

フォトダイオードアレイ１の表面３ａ側からシンチレーション光が入射すると、シンチレーション光は絶縁膜４３を透過し、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７に達する。そして、シンチレーション光によって発生したキャリアが、半導体基板３、ｐ型半導体領域５及びｎ型半導体領域７の内部における電界に従ってドリフトし、電界の無い場合は拡散する。

シンチレーション光によって発生したキャリアは、隣接するｐ型半導体領域５間にドリフト又は拡散した場合には、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。改質領域５０にトラップされず、ｐｎ接合１１に達したキャリアはバンプ電極３１,３３から光電流として外部に取り出される。この光電流により、各フォトダイオード１３は、光Ｌ１の光波長成分に応じた電気信号をそれぞれ出力することとなる。

次に、図１３を用いて、上述した放射線検出器１００の製造方法について説明する。図１３は、本実施形態に係る放射線検出器１００の製造工程を説明するための断面構成を示す模式図である。

まず、上述した製造方法によりフォトダイオードアレイ１ａを製造する。次に、図１２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１ａ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では、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１ａ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。以上により、図１３（ａ）に示すように、配線基板８１がバンプ電極３１，３３を介してフォトダイオードアレイ１ａに接続される。

次に、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、絶縁膜４３上にシンチレータ７３が形成され、図１３（ｂ）に示すように、放射線検出器１００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１３（ｃ）に示すような構成の放射線検出器２００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、本実施形態では、フォトダイオードアレイ１ａを用いていることから、クロストークを抑制しつつ、改質領域を形成することによる半導体基板３の機械強度の低下を抑制することができる。

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できる。

放射線検出器１００では、絶縁膜４３とシンチレータ７３との間にバリア層を配置してもよい。バリア層は、例えば腐食防止（防湿）作用を有し、例えばポリイミド等などからなる樹脂層である。バリア層は、例えば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。

また、シンチレータ７３は、絶縁膜４３やバリア層上にシンチレータ層７５を直接蒸着して配置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と反対側の面と、絶縁膜４３の表面４３ａやバリア層の光入射面とを透明（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１４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。

上記実施形態に係る放射線検出器の製造方法は、改質領域５０を形成した後に加工対象物６５を切断した後に配線基板８１を接続することに限定されるものではない。例えば、レーザ加工により半導体基板３に溶融処理領域を形成して切断した後に、改質領域５０を形成してもよい。すなわち、図３（ａ）と同様の加工対象物６１について、図１５（ａ）に示すように、半導体基板３の内部にレーザ加工により溶融処理領域を形成する。そして、図１５（ｂ）に示すように、ダイシングテープ６３を拡張させ加工対象物６１を切断予定ラインに沿って切断し、図１５（ｃ）に示すような加工対象物６１ａを得る。なお、この場合、上述した手法と同様に半導体基板３をブレードにより切断してもよい。

続いて、図１６（ａ）に示すように、はんだペーストのスクリーン印刷法により加工対象物６１ａの所定の位置にバンプ電極３１，３３を形成して加工対象物６１ｂを得る。次に、図１６（ｂ）に示すように、加工対象物６１ｂのバンプ電極３１,３３と配線基板８１の入力部８３ａとを接続する。そして、図１６（ｃ）に示すように、ダイシングテープ６３を配線基板８１の信号出力面８１ｂ上の出力部８３ｂに貼り付けた後、レーザ加工を施すことにより改質領域５０を形成して、フォトダイオードアレイ１ａが配線基板８１に接続された構成とする。更に、ＵＶ照射してダイシングテープ６３を剥離した後、シンチレータ７３及びバンプ電極８５を形成することにより、上記放射線検出器を得ることができる。

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１ａ〜１ｅ，９１…フォトダイオードアレイ、３…ｎ型（第１導電型）半導体基板、３ａ，３ｃ…表面、３ｂ，３ｄ…裏面、５，５ａ〜５ｄ…ｐ型（第２導電型）半導体領域、１１…ｐｎ接合、１３…フォトダイオード、３３…バンプ電極、３５…領域（第１の領域）、３６…領域（第２の領域）、３７，３７ａ〜３７ｅ…領域、３８…領域、５０，５０ａ，５０ｂ，５２，５４，５６…改質領域、５６ａ…第１の部分、５６ｂ…第２の部分、７３…シンチレータ、１００，２００，３００…放射線検出器、Ｆ…集光点、Ｌａ…レーザ光、Ｌ１…光。

Claims (11)

1. 第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の一方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、
   隣接する前記第２導電型の半導体領域間の領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、前記隣接する第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改質領域が形成され、
   隣接する少なくとも３つの前記第２導電型の半導体領域に囲まれる領域には、前記改質領域が形成されていないことを特徴とするフォトダイオードアレイ。
2. 前記複数の第２導電型の半導体領域は、行列状に二次元配列されており、
   前記改質領域は、行方向に隣接する前記第２導電型の半導体領域間の領域と、列方向に隣接する前記第２導電型の半導体領域間の領域と、にのみ形成されていることを特徴とする請求項１記載のフォトダイオードアレイ。
3. 第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の一方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、
   隣接する前記第２導電型の半導体領域間の領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、前記隣接する第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第１の改質領域が形成され、
   隣接する少なくとも３つの前記第２導電型の半導体領域に囲まれる領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、第２の改質領域が形成されており、
   前記第１の改質領域と前記第２の改質領域とは離れて位置していることを特徴とするフォトダイオードアレイ。
4. 前記複数の第２導電型の半導体領域は、行列状に二次元配列されており、
   前記第１の改質領域は、行方向に隣接する前記第２導電型の半導体領域間の領域と、列方向に隣接する前記第２導電型の半導体領域間の領域と、に形成され、
   前記第２の改質領域は、前記行方向及び前記列方向に交差する方向に隣接する前記第２導電型の半導体領域間の領域に形成されていることを特徴とする請求項３記載のフォトダイオードアレイ。
5. 第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の一方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、
   前記第２導電型の半導体領域は、行列状に二次元配列されており、
   前記複数の第２導電型の半導体領域のうち、隣接する４つの第２導電型の半導体領域を、行方向に隣接する第１及び第２の第２導電型の半導体領域と、列方向に前記第１の第２導電型の半導体領域と隣接する第３の第２導電型の半導体領域と、前記行方向及び前記列方向に交差する方向に前記第１の第２導電型の半導体領域と隣接する第４の第２導電型の半導体領域と規定したときに、
   前記第１及び第２の第２導電型の半導体領域と前記第３及び第４の第２導電型の半導体領域との間の領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、前記行方向に連続して延びる第１の改質領域が形成され、
   前記第１及び第２の第２導電型の半導体領域間の領域と、前記第３及び第４の第２導電型の半導体領域間の領域とには、それぞれの該領域の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって、前記列方向に延びる第２の改質領域が形成され、
   前記第１の改質領域と前記第２の改質領域とは離れて位置していることを特徴とするフォトダイオードアレイ。
6. 前記半導体基板は、前記複数の第２導電型の半導体領域が配置される第１の領域と、前記第１の領域を囲むと共にその外縁が前記半導体基板の外縁をなす第２の領域と、を有し、
   前記第２の領域には、改質領域が形成されていないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフォトダイオードアレイ。
7. 前記半導体基板は、前記複数の第２導電型の半導体領域が配置される第１の領域と、前記第１の領域を囲むと共にその外縁が前記半導体基板の外縁をなす第２の領域と、を有し、
   前記第２の領域には、該領域の所定位置に集光点を合わせて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とを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフォトダイオードアレイ。
8. 前記第２の領域の前記改質領域は、前記半導体基板の前記外縁に沿う方向に延びて複数形成されており、
   該複数の改質領域は、第１の領域を囲んでいることを特徴とする請求項７に記載のフォトダイオードアレイ。
9. 前記第２の領域の前記改質領域は、前記半導体基板の前記外縁に沿う方向に延びると共に互いに離れて並ぶ複数の第１の部分と、隣接する前記第１の部分の間の領域において、前記半導体基板の前記外縁に交差する方向に延びると共に前記第１の部分と離れて並ぶ複数の第２の部分と、を有しており、
   前記複数の第１及び第２の部分は、前記第１の領域を囲んでいることを特徴とする請求項７に記載のフォトダイオードアレイ。
10. 隣接する少なくとも３つの前記第２導電型の半導体領域に囲まれる領域上にバンプが配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のフォトダイオードアレイ。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフォトダイオードアレイと、
    前記半導体基板の前記一方面上又は前記一方面に対向する他方面上に配置されるシンチレータと、を備えていることを特徴とする放射線検出器。

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