JPWO2004047178A1 - 裏面入射型ホトダイオードアレイ、その製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

第１導電型の半導体からなる半導体基板３を備え、当該半導体基板３における被検出光Ｌの入射面の反対面側に複数のホトダイオードが形成された裏面入射型ホトダイオードアレイ１であって、半導体基板３の反対面側には、複数の凹部４がアレイ状に配列して形成されており、複数の凹部４の底部４ａに第２導電型の半導体からなる第２導電型の半導体層５が形成されることにより、ホトダイオードがアレイ状に配列している。

Description

本発明は、裏面入射型ホトダイオードアレイ、その製造方法、当該裏面入射型ホトダイオードアレイを備えた放射線検出器等の半導体装置に関する。

ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置は、複数の裏面入射型ホトダイオードアレイを備えている。複数の裏面入射型ホトダイオードアレイを並べる場合に、裏面入射型ホトダイオードアレイ用の電子回路を半導体基板の厚み方向の延長線上に配置させると、単位面積当たりの裏面入射型ホトダイオードアレイの密度を増加させることができる。
すなわち、ＣＴ用裏面入射型ホトダイオードアレイを実装する際には、３次元方向への実装が必要である。このように、３次元実装を行う場合、被検出光の入射する面の反対側より出力信号を出力する必要がある。
裏面入射型ホトダイオードアレイは、光入射面として機能する裏面を有する半導体基板と、半導体基板の内部に形成された複数のｐｎ接合部と、半導体基板の表面上に形成された電極とを有している。
半導体基板内で発生したキャリアは、各ｐｎ接合部に移動し、電極を介して外部に取り出される。ここで、各ｐｎ接合部と光入射面との間の距離が大きい場合、半導体基板内で発生したキャリアは、ｐｎ接合部までの移動過程で再結合し、信号として取り出せなくなる。したがって、ｐｎ接合部と光入射面との間の距離は、可能な限り小さい方が好ましい。
図４２は、従来の裏面入射型ホトダイオードアレイの断面構成を示す概略図である。
この裏面入射型ホトダイオードアレイは、例えば、特開平７−３３３３４８号公報に記載されている。この裏面入射型ホトダイオードアレイは、ｎ型半導体基板内に形成された角柱状のｐ型拡散領域１０５を備えており、このｐ型拡散領域１０５は、半導体基板の表面から裏面に向かう方向に延びている。したがって、ｐ型拡散領域１０５とｎ型層１０３内との界面（ｐｎ接合部）は、半導体基板の裏面（光入射面）に近づいており、光入射面／ｐｎ接合部間の距離は小さくなる。

しかしながら、このｐ型拡散領域１０５は、不純物を注入することにより形成されているため、充分な感度が得られるための厚さにまでｐ型不純物領域１０５を均一に形成するのは困難である。
このように、上記裏面入射型ホトダイオードアレイは製造が困難であるという欠点がある。
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、高い検出感度を維持しつつ、容易に製造することが可能な裏面入射型ホトダイオードアレイ、その製造方法、及び放射線検出器等の半導体装置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、本発明に係る裏面入射型ホトダイオードアレイは、光入射面（裏面）、及び、光入射面の反対側に位置し複数の凹部を有する反対面を有する第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板と、凹部の底部毎に空間的に離隔した複数の第２導電型（例えばｐ型）の半導体領域とを備えている。また、半導体領域は、半導体基板と共にｐｎ接合を構成する。
本発明に係る裏面入射型ホトダイオードアレイでは、反対面に形成された凹部の底部に第２導電型の半導体領域を設けているので、半導体基板の光入射面と半導体領域との間の距離を短くすることができる。これにより、被検出光の入射により発生するキャリアの移動過程における再結合が抑制され、裏面入射型ホトダイオードアレイの検出感度を高く維持することができる。なお、凹部はアレイ状に配置することができる。
また、複数の凹部間の半導体基板の領域は、凹部よりも大きな厚みを有する枠部を構成している。換言すれば、半導体基板の反対面には、複数の凹部がアレイ状に配列して形成されているので、各凹部は、凹部の半導体基板の厚みよりも厚い半導体基板（枠部）により囲まれることとなる。この枠部の存在により、裏面入射型ホトダイオードアレイの機械的強度を実用上充分なものとすることができる。
また、半導体基板は、一体的に形成された単一の半導体基板からなることとしてもよく、この場合には、複数の半導体基板を必要としないため、製造が簡単になる。
しかしながら、半導体基板が、光入射面を有する第１の半導体基板と、第１の半導体基板に貼り合わせられ凹部の側壁を有する第２の半導体基板とを備える場合には、第１及び第２半導体基板の選択によって凹部の形成を精密に行うことができる。
すなわち、被検出光の入射面と第２導電型の半導体領域、すなわちホトダイオードが存在する面との距離は、第１の半導体基板の厚さによって決定される。凹部が囲まれる枠部の存在によって、第１の半導体基板の厚さは機械的強度を保ったまま薄くすることができ、半導体基板内部で発生するキャリアの移動距離が短くなる。したがって、キャリアの再結合が抑制されるので、裏面入射型ホトダイオードアレイの検出感度を高く維持することができる。
第１の半導体基板だけでは、裏面入射型ホトダイオードアレイの機械的強度が充分ではない。したがって、第１の半導体基板に第２の半導体基板を接合し、必要かつ充分なエッチングを行うことで、半導体領域を露出させると共に、第２導電型の半導体領域を第２の半導体基板からなる枠部により囲むことで、裏面入射型ホトダイオードアレイの機械的強度を実用上充分なものとすることができる。
また、第２導電型の半導体領域の厚さを上記従来技術の半導体領域の厚さに比べて薄くすることができるので、拡散深さも浅くてすみ、第２導電型の半導体領域を第２導電型不純物の熱拡散等により容易に形成することが可能となる。したがって、裏面入射型ホトダイオードアレイを従来よりも容易且つ精密に製造することができる。
裏面入射型ホトダイオードアレイが、第１の半導体基板と第２の半導体基板との間に介在し、第２の半導体基板に対する特定のエッチング液に対する耐性を有するエッチングストップ層又は絶縁層を更に備えている場合、これらの層によってエッチングの進行が停止する。したがって、凹部の深さを精密に制御することができる。
換言すれば、半導体基板は、反対面から所定の深さの位置にエッチングストップ層又は絶縁層を有しており、凹部は、半導体基板を反対面側から少なくともエッチングストップ層又は絶縁層までエッチングすることにより形成されていることが好ましい。この場合、凹部を形成する際に、エッチングストップ層又は絶縁層でエッチングを終了させることができるので、凹部の深さの管理が容易になる。
裏面入射型ホトダイオードアレイを基板に実装する際には、半導体基板が機械的ダメージを受け易くなる。しかしながら、裏面入射型ホトダイオードアレイが、枠部のそれぞれの頂面上に形成され、第２導電型の半導体領域に電気的にそれぞれ接続された複数の電極パッドを備えている場合、裏面入射型ホトダイオードアレイが破壊しにくくなる。すなわち、枠部は、機械的強度が高いので、配線基板への接続（実装）時において、電極パッドにストレスを印加した場合においても、裏面入射型ホトダイオードアレイが破壊しにくくなる。
なお、裏面入射型ホトダイオードアレイと配線基板とは、電極パッドによって電気的に接続されているので、裏面入射型ホトダイオードアレイからの検出信号を配線基板を介して外部に取り出すことが可能となる。
このような接続には複数の方式が考えられる。
１つには、裏面入射型ホトダイオードアレイが、枠部上に設けられた電気絶縁層と、電気絶縁層上に設けられ、第２導電型の半導体領域と電極パッドとを電気的に接続する導電性部材とを更に備えた接続方式である。電気絶縁層は、導電性部材と下地基板と絶縁状態を維持し、導電性部材が、電極パッドと第２導電型の半導体領域を接続する。この場合、機械的強度が低い凹部に電極パッドを形成する必要がなく、凹部の底部を機械的ダメージから保護することができる。
また、電気絶縁層は、導電性部材の一端を第２導電型の半導体領域に接続するためのコンタクトホールを有していることが好ましい。導電性部材は、基板との絶縁がとれた状態で、電極パッドから、第２導電型の半導体領域の近傍まで延び、コンタクトホールを通って半導体領域に接続する。ホトダイオードからの信号は、導電性部材（例えば、アルミニウム配線等）により第２導電型の半導体領域から電極パッドに伝えられ、電極パッドを介して外部に出力される。
また、第２導電型の半導体領域は、底部から凹部の側面まで延びていることが好ましい。すなわち、第２導電型の第２導電型の半導体領域は、底部から凹部と枠部との境界部分に延出して設けられている。この場合、凹部の側面まで延びることで、その面積が広くなる。したがって、被検出光の入射により半導体基板内部で発生するキャリアを受ける面積が大きくなる。すなわち、ホトダイオードの検出感度が高くなる。
更に、この構成によれば、第２導電型の半導体領域は、凹部と枠部との境界部分（エッジ部）にまで設けられることとなる。この境界部分は、凹部のエッチング加工の際にストレスを受け易く、また、凸型に突出している枠部は、実装時に機械的ダメージを受け易く、不要なキャリアの発生源になり易い。
第２導電型の半導体領域は、この境界部分にまで延出するように設けられているので、不要なキャリアを第２導電型の半導体領域によってトラップすることが可能となる。
また、この構成によれば、電極パッドと第２導電型の半導体領域とを電気的に接続する導電性部材を枠部にのみ設ければよいので、機械的強度が低い凹部を保護することができると共に、導電性部材を形成する工程におけるプロセスが容易になる。
また、第２導電型の半導体領域は、底部から凹部の側面を超えて、枠部の頂上面まで延びていることが好ましい。すなわち、第２導電型の半導体領域は枠部の一部に達している。
この場合、裏面入射型ホトダイオードアレイは、枠部上に設けられ、その頂上面に対向するコンタクトホールを有する電気絶縁層と、このコンタクトホールを介して半導体領域に電気的に接続された電極パッドとを備えることができる。かかる構成によれば、枠部の頂上面において、半導体領域と電極パッドとを電気的に接続することができるため、配線を凹部の底部や側壁に形成する必要が無くなる。すなわち、配線を枠部上にのみ形成すれば良いので、配線の形成プロセスが容易になる。
また、枠部は、半導体基板よりも高い不純物濃度を有する第１導電型の分離領域を有することが好ましい。このように構成することにより、凹部に形成されたホトダイオード同士が、電気的に分離されることとなるので、ホトダイオード間におけるクロストークを低減することが可能となる。
凹部の開口径は、凹部の深い位置ほど小さいことが好ましい。換言すれば、凹部は、反対面側から光入射面側にかけて開口寸法が次第に縮小するように形成されている。この構成では、凹部の側面は、底部に対して斜めに交差する斜面を構成することとなる。したがって、凹部の側面上に第２導電型の半導体領域や導電性部材を容易に形成することができる。
半導体基板の光入射面側には、半導体基板よりも高い不純物濃度を有する第１導電型のアキュムレーション層が設けられていることが好ましい、この構成によれば、半導体基板の光入射面に被検出光（特に短波長光）が入射することによって、光入射面近傍で発生する信号キャリアが、ＡＲコートとの界面でトラップされることを抑制できる。これにより、裏面入射型ホトダイオードアレイの検出感度を高く維持することができる。
また、第１の半導体基板及び第２の半導体基板の互いに対向する面は、結晶の面方位が異なることが好ましい。この場合、凹部形成時のエッチング速度が、面方位によって変化するため、凹部の深さを精密に制御することができる。
換言すれば、半導体基板は、反対面から所定の深さの位置において、入射面側の部分と反対面側の部分とでその結晶方位が異なっており、凹部は、半導体基板を反対面側から少なくとも結晶方位が交差する面が露出するまでエッチングすることにより形成されている。この場合、凹部を形成する際に、結晶方位が異なった面でエッチングを終了することができ、凹部の深さの管理が容易になる。
本発明に係る半導体装置は、上述の裏面入射型ホトダイオードアレイと、裏面入射型ホトダイオードアレイを支持する配線基板とを備え、（配線）基板は、電極パッドを介して、裏面入射型ホトダイオードアレイと電気的に接続されていることを特徴とする。
この場合、電極パッドからの検出信号を、配線基板に伝達することができる。
本発明に係る放射線検出器などの半導体装置は、半導体基板の光入射面側に配置されたシンチレータを備えることを特徴とする。この場合、半導体基板の入射面側にシンチレータが配置されているので、半導体基板は機械的に補強されることとなり、半導体基板の反りや歪の発生が抑制される。なお、配線基板は、枠部に設けられた電極パッドを介して、裏面入射型ホトダイオードアレイと電気的に接続されていることが好ましい。シンチレータで発生した蛍光は、ホトダイオードアレイで電気信号に変換され、この電気信号は電極パッドを介して配線基板に伝達される。
また、配線基板と半導体基板の反対面との間隙には、樹脂又は空気が充填されていることが好ましい。半導体基板の反対面と配線基板とを、樹脂を介して貼り合わせると、半導体基板の機械的強度を向上させることができ、半導体基板の反りや歪の発生を抑制できる
配線基板と半導体基板の反対面との間の間隙を空気層とする場合、配線基板と半導体基板との間の断熱性が良好となり、配線基板から半導体基板への熱の流入を抑制することができる。
本発明に係る裏面入射型ホトダイオードの製造方法は、第１導電型の半導体基板の被検出光の入射面の反対面を薄型化することにより、複数の凹部をアレイ状に配列して形成する工程と、凹部の底部に第２導電型の半導体領域を形成する工程とを備えているが、半導体基板が、第１及び第２の半導体基板を備える場合の製造方法は、以下の工程を備えることが好ましい。
まず、この製造方法が、第１の半導体基板に、第２の半導体基板を貼り合わせる工程を備えることである。上述のように、貼り合わせによって、凹部の精度を精密に制御することができる。
また、このような製造方法では、第２の半導体基板の反対面における凹部対応領域をエッチングして凹部を形成する凹部形成工程を備える。
これにより、第２の半導体基板には、複数の凹部がアレイ状に配列して形成される。よって、第２導電型の半導体領域は、第２の半導体基板からなる枠部により囲まれることとなり、裏面入射型ホトダイオードアレイの機械的強度が実用上充分なものとなる。また、第２導電型の半導体領域の厚さを従来の技術に比べて薄くすることができるので、第２導電型の不純物の熱拡散等により半導体領域を容易に形成することが可能となり、裏面入射型ホトダイオードアレイを従来よりも容易に製造することができる。
この凹部形成工程におけるエッチングは、第１及び第２の半導体基板間に介在するエッチングストップ層又は絶縁層が露出するまで行われ、これらによって、エッチング深さを精密に制御することができる。
なお、上記貼り合わせ工程において、第１の半導体基板と第２の半導体基板との間にエッチングストップ層を設けると、このエッチングストップ層で、エッチングを終了することができ、この工程の制御が容易になる。ここで、エッチングは、少なくともエッチングストップ層が露出するまで行われる。
なお、上記貼り合わせ工程において、第１の半導体基板と第２の半導体基板との間に絶縁層を設けると、この絶縁層でエッチングを終了することができ、この工程の制御が容易になる。ここで、エッチングは、少なくとも絶縁層が露出するまで行われる。
なお、凹部の底部には、第２導電型の半導体領域が形成される。
また、第１の半導体基板及び第２の半導体基板の互いに対向する面の結晶の面方位が異なる場合、凹部形成工程におけるエッチングは、少なくとも第１の半導体基板の反対面が露出するまで行われることを特徴とする。この場合、結晶の面方位に依存して、エッチング速度が変化するため、エッチング深さを精密に制御することができる。
換言すれば、貼り合わせ工程において、第１の半導体基板と第２の半導体基板の結晶方位が異なるように両半導体基板が接合された場合、第２の半導体基板をエッチングして、半導体領域を露出させる工程において、第１の半導体基板と第２の半導体基板との接合面（結晶方位が異なる面）でエッチングを終了することができ、この工程の制御が容易になる。なお、第２の半導体基板は、第１の半導体基板と異なる結晶方位を有し且つ第１の半導体基板よりもエッチング速度が大きい。
また、第２導電型の半導体領域を形成する工程は、凹部形成の前後のいずれかに実行することができる。すなわち、本発明に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法は、凹部形成工程の後に、凹部の底部に不純物を添加することによって、第２導電型の半導体領域を形成する後添加工程、又は、第１の半導体基板の反対面上に予め不純物を添加しておく前添加工程のいずれかを備えることを特徴とする。
前添加工程を備える製造方法は、被検出光の入射面の反対面側に複数の第２導電型の半導体領域がアレイ状に配列して形成された第１導電型の第１の半導体基板を準備する工程と、反対面に第１導電型の第２の半導体基板を接合する工程と、第２の半導体基板における第２導電型の半導体領域に対応する領域（凹部対応領域）をエッチングして、半導体領域を露出させる工程とを備える。
また、裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法においては、光入射面側に半導体基板よりも不純物濃度の高い前記アキュムレーション層を形成する工程を更に備えることもでき、この場合には、アキュムレーション層が前述の機能を奏する。

図１は第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの平面図である。
図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面の構成を示す概略図である。
図３は第１実施形態の第１変形例の断面の構成を示す概略図である。
図４は第１実施形態の第２変形例の断面の構成を示す概略図である。
図５は第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図６は第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図７は第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図８は第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図９は第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図１０は第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの断面構成を示す概略図である。
図１１は第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図１２は第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図１３は第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図１４は第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図１５は第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図１６は第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図１７は第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図１８は第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す工程図である。
図１９は、第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２０は、第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２１は、第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２２は、第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２３は、第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２４は、第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２５は、第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２６は、第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２７は、第４実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２８は、第４実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図２９は、第４実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図３０は、第４実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図３１は、第４実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図３２は、第４実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図３３は、第４実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
図３４は、第５実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの断面構成を示す。
図３５は、第６実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの断面構成を示す。
図３６は半導体装置の断面の構成を示す概略図である。
図３７は半導体装置の第１変形例の断面の構成を示す概略図である。
図３８は半導体装置の第２変形例の断面の構成を示す概略図である。
図３９は放射線検出器の断面の構成を示す概略図である。
図４０は放射線検出器の断面構成を示す概略図である。
図４１は放射線検出器の断面構成を示す概略図である。
図４２は従来の裏面入射型ホトダイオードアレイの断面構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。尚、以下の図面において、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ１の平面図である。尚、裏面入射型ホトダイオードアレイ１は、「光入射面（裏面）」と、光入射面とは反対側の「反対面（表面）」を備えており、同図は裏面入射型ホトダイオードアレイ１を反対面側から見た図を示している。
裏面入射型ホトダイオードアレイ１は、ｎ型の半導体基板３を備えている。半導体基板３の反対面は、規則的なアレイ状に配置された複数の凹部４を備えている。半導体基板３における各凹部４の周辺領域は、枠部６を構成しており、これら枠部６は、半導体基板３の機械的強度を維持している。各凹部４の底部には、ｐｎ接合部が設けられている。それぞれの枠部６上には、それぞれのｐｎ接合部に電気的に接続される電極パッド（バンプ電極）１３ｂが設けられている。
図２は、図１に示した裏面入射型ホトダイオードアレイ１のＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。同図に示すように、被検出光Ｌは、半導体基板３の光入射面ＩＮ上に入射し、半導体基板３の内部で発生したキャリアは、反対面ＯＵＴ側に形成された各ｐｎ接合部２で検出される。
すなわち、それぞれの凹部４の底部４ａ毎に、それぞれｐｎ接合部（ホトダイオード）２が形成されており、各ホトダイオードは、空間的に離隔している。このように、それぞれの凹部４毎に、ホトダイオードが形成されているので、二次元状に配列した複数のホトダイオードが、全体として裏面入射型ホトダイオードアレイ１を構成している。
半導体基板３は、１００〜３５０μｍ程度の厚さ、１×１０^１２〜１×１０^１５／ｃｍ^３程度の不純物濃度（ｎ型）を有している。
半導体基板３の光入射面ＩＮ側には、アキュムレーション層８が形成されている。アキュムレーション層８は、ｎ型の不純物を半導体基板３内に拡散してなり、１×１０^１５〜１×１０^２０／ｃｍ^３の範囲の不純物濃度を有する。アキュムレーション層８内のｎ型不純物濃度は、ｎ型の半導体基板３の不純物濃度よりも高く設定される。アキュムレーション層８の厚さは、例えば、０．１〜数μｍ程度に設定することができる。
半導体基板３の光入射面ＩＮ側には、被検出光Ｌの反射を抑制するための反射防止（ＡＲ）膜９が成膜されている。ＡＲ膜９はアキュムレーション層８を被覆している。ＡＲ膜９の材料としては、ＳｉＯ_２やＳｉＮ_ｘを用いることができる。ＡＲ膜９の構造としては、ＳｉＯ_２やＳｉＮ_ｘの単独膜、又は、これらの膜の積層膜を用いることも可能である。
半導体基板３の反対面ＯＵＴ側には、ｐ^＋型の不純物拡散領域５が形成されている。複数の第２導電型の半導体領域５は、凹部４の底部４ａ毎に空間的に離隔している。
各凹部４は、例えば、最大で１ｍｍ×１ｍｍ程度の開口寸法を有し、反対面ＯＵＴ側から光入射面ＩＮ側に向かうに従って、開口寸法が次第に縮小するように形成されている。この構成では、凹部４は、側面４ｂを有する。この凹部４の側面４ｂは斜面であって、これらの斜面は角錐台形状を構成している。したがって、この凹部４の側面４ｂに沿って第２導電型の半導体領域５を形成したり、側面４ｂ上に導電性部材を形成することが容易になる。
各凹部４の深さは、２μｍ以上であり、隣接する凹部４の間隔は、例えば１．５ｍｍ程度である。これら複数の凹部４の底部４ａには、ｐ^＋型の不純物拡散領域５が設けられており、ｐ^＋型（第２導電型）の不純物拡散領域５とｎ型（第１導電型）の半導体基板３との間の界面部分がｐｎ接合部（ホトダイオード）２を構成している。
ｐ^＋型の不純物拡散領域５内の不純物の濃度は、１×１０^１５〜１×１０^２０／ｃｍ^３程度である。ここで、半導体基板３の光入射面ＩＮと、凹部４の底部４ａに設けられたｐｎ接合部２の上記界面との間の距離は、１０〜１００μｍ程度である。
各凹部４を囲む枠部６の厚みは、各凹部４の底部４ａにおける半導体基板３の厚みよりも大きい。枠部６内には、ホトダイオード同士を電気的に分離するｎ^＋型の分離領域７が設けられている。
分離領域７内の不純物濃度は、１×１０^１５〜１×１０^２０／ｃｍ^３程度であり、分離層７の深さは、例えば、１〜数μｍに設定されている。
上述のように、基板厚み方向に沿って、ｐ^＋型の不純物拡散領域５、ｎ型の半導体基板３、ｎ＋型のアキュムレーション層８が順次位置している。ｎ型の半導体基板３と、ｎ＋型の分離領域７とは電気的に接続されている。したがって、ｐｎ接合部２に逆バイアス電圧を印加するためには、ｐ^＋型の不純物拡散領域５に負電位を与えると共に、分離領域７及び／又はアキュムレーション層８等の半導体基板３と電気的接続関係を有するｎ型領域に正電位を与えればよい。なお、負電位及び正電位なる用語は、相対的な電位を規定するために用いる。
分離領域７の深さを大きくし、分離領域７とアキュムレーション層８とを電気的に接続すれば、半導体基板３を低不純物濃度のｎ型として、ホトダイオードをＰＩＮホトダイオードとして機能させることもできる。この場合、半導体基板３内において空乏層が均一に広がる点で、ＰＩＮホトダイオードの機能として優れることになる。
また、半導体基板３の反対面ＯＵＴは、絶縁膜であるＳｉＯ_２膜（電気絶縁層）１０によって覆われている。そして、枠部６上には、ホトダイオードからの信号を外部に出力するための電極パッド１３が、半導体基板３と電気的に絶縁して、つまり、ＳｉＯ_２膜１０を介して設けられている。この電極パッド１３は、アンダーバンプメタル（以下、ＵＢＭと称する）１３ａとバンプ電極１３ｂとからなる。
半導体基板３の反対面ＯＵＴ上に設けられたＳｉＯ_２膜１０上には、アルミニウム配線１２が形成されている。ＳｉＯ_２膜１０は、ｐ^＋型の不純物拡散領域５と電極パッド１３の間の経路において、アルミニウム配線１２と半導体基板３とを電気的に絶縁している。
ＳｉＯ_２膜１０における凹部４の底部４ａを被覆する部分には、コンタクトホール１１が形成されている。アルミニウム配線１２の一端部は、このコンタクトホール１１でｐ^＋型の不純物拡散層５と電気的に接続されている。アルミニウム配線１２は、ＳｉＯ_２膜１０における底部４ａ及び凹部４の側面４ｂを覆う部分の上に延出して設けられ、アルミニウム配線１２の他端部は、電極パッド１３と電気的に接続されている。
このように、導電性部材としてのアルミニウム配線１２は、ｐ^＋型の不純物拡散層５と電極パッド１３との間を電気的に接続している。また、図示しないが、ｎ型の半導体基板３にバイアス電位を与えるための電極も、同様に枠部６上に形成されている。
そして、電極パッド１３の設けられる領域を除いて、半導体基板３の反対面ＯＵＴ上には、ＳｉＯ_２又はＳｉＮ_ｘあるいはポリイミドやアクリレート、エポキシなどからなるパッシベーション膜１４が成膜されている。
このように、第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ１は、反対面ＯＵＴ側に形成された凹部４の底部４ａに、ｐ^＋型の不純物拡散領域５を設けているので、ｎ型の半導体基板３の光入射面ＩＮとホトダイオードのｐｎ接合部２の界面との間の距離を短くすることができる（例えば、１０〜１００μｍ）。これにより、被検出光Ｌの入射により発生するキャリアの移動過程における再結合が抑制され、裏面入射型ホトダイオードアレイ１の検出感度を高く維持することができる。
また、ｐ^＋型の不純物拡散領域５の厚さを、従来の技術に比べて薄くすることができるので、ｐ^＋型の不純物拡散領域５がｐ型不純物の熱拡散やイオン注入等の方法によって、容易に形成可能となり、裏面入射型ホトダイオードアレイ１を従来よりも容易に製造することができる。
また、枠部６の厚みは、凹部４の底部４ａにおけるｎ型の半導体基板３の厚みよりも大きいので、裏面入射型ホトダイオードアレイ１は実用上十分な機械的強度を有することができる。
また、アキュムレーション層８の存在により、裏面側から被検出光Ｌ（特に短波長の光）がｎ型半導体基板３に入射した際に、光入射面近傍で発生するキャリアが、表面やＡＲコートとの界面でトラップされることを抑制でき、効果的にキャリアがｐｎ接合部２方向へと送り出される。したがって、裏面入射型ホトダイオードアレイ１の検出感度を高く維持することができる。尚、アキュムレーション層８を設けなくとも、裏面入射型ホトダイオードアレイ１は実用上許容できる程度の検出感度を有する。
更に、枠部６に分離領域７を形成することにより、各凹部４に形成されたホトダイオード同士が電気的に分離され、ホトダイオード同士のクロストークが低減される。尚、分離領域７を設けなくとも、裏面入射型ホトダイオードアレイ１は実用上許容できる程度の検出感度を有する。
図３は、第１実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイ１の第１変形例を示す裏面入射型ホトダイオードアレイ１の部分断面図である。本例では、分離領域７は、枠部６の頂上面６ｂの全面に渡って設けられている。
裏面入射型ホトダイオードアレイ１を回路基板上に実装する場合、枠部６は、電極パッド１３を介して機械的なストレスを受けやすい。また、凹部４と枠部６との境界部分（以下エッジ部６ａと称する）は、凹部４のエッチング加工の際に、ストレスを受けやすくなる。これらのストレスは、不要なキャリアを発生させやすい。
しかしながら、分離領域７が枠部６の頂上面６ｂの全面を覆っている場合、すなわち、分離領域７が枠部６のエッジ部を含んでいる場合、上記ストレスに起因する不要なキャリアを分離領域７がトラップすることができ、暗電流発生を抑制できる。
図４は、第１実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイ１の第２変形例を示す裏面入射型ホトダイオードアレイ１の部分断面図である。
第２変形例に係る裏面入射型ホトダイオードアレイ１は、図３に示した裏面入射型ホトダイオードアレイ１と比較して、ｐ^＋型の不純物拡散領域５の面積が大きくなった点のみが異なり、その他の構成は同一である。ｐ^＋型の不純物拡散領域５は、凹部４の底部４ａから、分離領域７と重複しない程度に、凹部４の側面４ｂまで延びている。すなわち、不純物拡散領域５は、凹部４の側面（斜面）４ｂ下にも形成されている。
この裏面入射型ホトダイオードアレイ１においては、ｐ^＋型の不純物拡散領域５の面積を広げることができるので、被検出光Ｌの入射により発生するキャリアを受ける面積が大きくなり、ホトダイオードの検出感度を高めることができる。また、第１変形例と同様に、分離領域７が不要なキャリアをトラップするので、暗電流発生を抑制できる。
次に、図２に示した第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ１の製造方法について、図５〜図９を参照して説明する。この製造方法では、以下の（１）〜（６）の工程を順次実行する。
（１）基板準備工程
図５は第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法を示す。
まず、第１の半導体基板３ａを準備する。
第１の半導体基板３ａの導電型はｎ型であり、不純物濃度は１×１０^１２〜１×１０^１５／ｃｍ^３程度、厚さは１０〜２００μｍ程度である。次に、第１の半導体基板３ａの被検出光Ｌが入射する面の反対面ＯＵＴ側に、ボロン等のｐ型不純物を拡散させることにより、ｐ^＋型の不純物拡散領域５をアレイ状に形成する。これにより、被検出光Ｌが入射する面の反対面側には、複数のアレイ状に配列したｐｎ接合部２、すなわち、ホトダイオードとなる領域が形成される。
このように、本実施形態の製造方法によれば、ｐ^＋型の不純物拡散領域５の厚さを、従来の技術に比べて薄くすることができるので、ｐ^＋型の不純物拡散領域５をｐ型不純物の熱拡散等により形成することが可能となり、裏面入射型ホトダイオードアレイ１を従来よりも容易に製造することができる。
次に、第２の半導体基板３ｂを準備する。
第２の半導体基板３ｂの導電型はｎ型であり、不純物濃度は第１の半導体基板３ａの不純物濃度範囲（１×１０^１２〜１×１０^１５／ｃｍ^３程度）と同一の範囲から選択され、厚さは２〜５００μｍ程度である。本例では、半導体基板３ａ，３ｂの不純物濃度は、基本的には同一であるものとする。
しかる後、第１の半導体基板３ａにおけるｐ^＋型の不純物拡散領域５が形成された面と、第２のｎ型半導体基板３ｂとを接合する（図５参照）。ここでは、それぞれの半導体基板の表面活性を行った後、これらを貼り合わせることとする。
（２）基板接合工程
図６は半導体基板接合後の裏面入射型ホトダイオードアレイを示す。
上述の接合によって、第１の半導体基板３ａと第２の半導体基板３ｂとからなるｎ型の半導体基板３が得られる。尚、ｎ型の半導体基板３ｂは接合後に研削や研磨により所定の厚みにすることも可能である。すなわち、半導体基板３ｂの厚みは、凹部形成時のエッチング時に凹部の深部が不純物拡散領域５まで到達できる厚みに設定する。
（３）凹部形成工程
続いて、ｐ^＋型の不純物拡散領域５に対応（対向）する第２の半導体基板３ｂの領域をエッチングする。
図７はエッチング後の裏面入射型ホトダイオードアレイを示す。
上述のエッチングによって、凹部４が形成され、ｐ^＋型の不純物拡散領域５が露出する。このエッチング工程について詳説する。
まず、第２の半導体基板３ｂの表面（被検出光Ｌが入射する面の反対面ＯＵＴ）上に、プラズマＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や低圧ＣＶＤ（ＬＰ−ＣＶＤ）等によって、エッチングマスク（ＳｉＮ_ｘ膜）を形成する。
次に、このＳｉＮ_ｘ膜の不純物拡散領域５に対向する半導体基板３の領域をエッチングにより除去し、開口を形成する。
そして、エッチングマスクの開口内の第２の半導体基板３ｂに、エッチング液を接触させることで、第２の半導体基板３ｂをエッチングする。エッチング液としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等のアルカリ性のエッチング液を用いることができる。このアルカリエッチングにより、第２の半導体基板３ｂに（結晶）異方性エッチングが施され、その結果、ｐ^＋型の不純物拡散領域５が露出する。
しかる後、このエッチングマスク（ＳｉＮ_ｘ膜）を除去する。
以上のようにして、半導体基板３（第２の半導体基板３ｂ）には、反対面側ＯＵＴから光入射面ＩＮ側にかけて開口寸法が次第に縮小する凹部４がアレイ状に形成される。各凹部４の底部４ａにはｐ^＋型不純物拡散領域５が露出し、各凹部４の間は枠部６により画成される。
（４）分離層及び被覆要素形成工程
次に、分離領域７及び絶縁膜等の被覆要素を形成する。
図８は、分離領域７及び被覆要素が形成された裏面入射型ホトダイオードアレイを示す。
まず、リン等のｎ型不純物を、熱拡散やイオン注入等によって、枠部６の頂上面６ｂの所定個所に導入することにより、各ホトダイオード間を電気的に分離する分離領域７を形成する。
続いて、薄い熱酸化膜を形成した後に、光入射面ＩＮの全面を覆うように、砒素等のｎ型不純物を０．１〜数μｍ程度の深さまで拡散させることにより、アキュムレーション層８を形成する。
その後、熱酸化やＣＶＤによって、表面の保護膜となるＳｉＯ_２膜（電気絶縁層）１０を、半導体基板３の反対面ＯＵＴ上に成膜する。また、同時に、半導体基板３の光入射面ＩＮ上に、ＳｉＯ_２膜からなるＡＲ膜９を形成する。
（５）配線形成工程
次に、アルミニウム配線１２を形成する。
図９は、アルミニウム配線１２が形成された裏面入射型ホトダイオードアレイを示す。
まず、凹部４の底部４ａに存在するＳｉＯ_２膜１０の一部を除去することで、コンタクトホール１１を形成する。続いて、表面側に設けられたＳｉＯ_２膜１０上にアルミニウム配線１２を形成する工程を行う。
アルミニウム配線１２は、一端部がコンタクトホール１１を介してｐ^＋型の不純物拡散領域５と接し、凹部４の底部４ａ及び凹部４の側面４ｂを経て、その他端部は、枠部６の頂上面６ｂに至るようにパターニングされる。ここで、導電性部材はアルミニウム配線１２に限定されず、導電性材料からなる配線であればよく、例えば銅配線、金配線等を用いることができる。
（６）電極パッド形成工程
次に、電極パッドを形成する。
図２は、電極パッドが形成された裏面入射型ホトダイオードアレイを示す。
まず、ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴ上に、パッシベーション膜１４を形成する。ここで、パッシベーション膜１４としては、プラズマＣＶＤで形成されたＳｉＮ_ｘ膜やＳｉＯ_２膜、あるいは、ポリイミドやアクリル、エポキシ、ウレタンやこれらを含む複合材料を用いることができる。
続いて、枠部６の電極パッド１３が形成される領域のパッシベーション膜１４を除去し、電極パッド１３をアルミニウム配線１２と接続する。すなわち、枠部６の頂上面６ｂ（図９参照）上に形成されたアルミニウム配線１２上に、ＵＢＭ１３ａを形成し、このＵＢＭ１３ａ上にバンプ電極１３ｂを形成する。このような工程を経て、第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ１が得られる。
なお、ＵＢＭ１３ａは、アルミニウム配線１２とバンプ電極１３ｂとの接合性を改善するために設けられているものである。つまり、バンプ電極１３ｂとして半田を用いる場合、アルミニウム配線１２に対する半田の接合性が悪いために、ＵＢＭ１３ａを介してアルミニウム配線１２とバンプ電極１３ｂとを接合する。ＵＢＭ１３ａは無電解メッキ法でＮｉ−Ａｕを形成するが、リフトオフ法でＴｉ−Ｐｔ−ＡｕやＣｒ−Ａｕを形成することでも得られる。
また、バンプ電極１３ｂは、半田ボール搭載法や印刷法により、ＵＢＭ１３ａ部分に、半田を形成し、リフローすることにより得られる。バンプ電極１３ｂとしては、半田に限らず、金バンプ、ニッケルバンプ、銅バンプ、導電性樹脂バンプ等の金属を含む導電性バンプでも良い。
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０の断面構成を示す概略図である。
以下、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０と第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ１との相違点について説明する。
第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０は、凹部４の側面４ｂを利用して、ｐ^＋型の不純物拡散領域５が、凹部４の底部４ａから凹部４の側面４ｂを経て枠部６のエッジ部６ａにまで延出して設けられている点が、第１実施形態と異なっている。つまり、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０では、ｐ^＋型不純物拡散領域５は、底部４ａから枠部６の頂上面６ｂの一部にまで延びており、半導体基板３内において発生したキャリアを受ける面積が大きくなっている。
裏面入射型ホトダイオードアレイ２０においては、表面はＳｉＯ_２膜１０により覆われている。枠部６のエッジ部６ａにまで延出した部分のｐ^＋型の不純物拡散領域５を覆うＳｉＯ_２膜１０には、このｐ^＋型の不純物拡散領域５に至るコンタクトホール１１が設けられている。そして、ホトダイオードからの信号を外部に出力するための導電性部材としてのアルミニウム配線１２が、枠部６に設けられて、コンタクトホール１１を介して、ｐ^＋型の不純物拡散領域５と電気的に接続されている。このアルミニウム配線１２は、枠部６に設けられた電極パッド１３とｐ^＋型不純物拡散領域５との間に介在している。
なお、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイにおける他の構成は、第１実施形態の構成と同一である。
このように、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０は、表面側に形成された凹部４の底部４ａを含む領域にｐ^＋型不純物拡散領域５を設けているので、被検出光Ｌが入射するｎ型の半導体基板３の光入射面と、ホトダイオードのｐｎ接合部２（界面）との間の距離を短くすることができる。これにより、被検出光Ｌの入射により発生するキャリアの移動過程における再結合が抑制され、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０の検出感度を高く維持することができる。
また、ｐ^＋型の不純物拡散領域５の厚さを従来の技術に比べて薄くすることができるので、ｐ^＋型不純物拡散領域５をｐ型不純物の熱拡散等により形成することが可能となり、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０を従来よりも容易に製造することができる。
また、ｎ型の半導体基板３の表面には、複数の凹部４がアレイ状に形成されており、凹部４は凹部４の底部４ａにおけるｎ型の半導体基板３の厚みよりも大きい厚みを有する枠部６となっている。この枠部６の存在により、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０の機械的強度を実用上充分な強度とすることができる。
また、アキュムレーション層８の存在により、裏面側から被検出光Ｌ（特に短波長の光）がｎ型の半導体基板３に入射した際に、裏面近傍で発生するキャリアが表面やＡＲコートとの界面でトラップされるのを抑制でき、効果的にキャリアがｐｎ接合部２方向へと送り出されるので、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０の検出感度を高く維持することができる。尚、アキュムレーション層８を設けなくとも、裏面入射型ホトダイオードアレイ１は実用上許容できる程度の検出感度を有する。
また、枠部６に分離領域７を形成することにより、各凹部４に形成されたホトダイオード同士が電気的に分離され、ホトダイオード同士のクロストークが低減される。尚、分離領域７を設けなくとも、裏面入射型ホトダイオードアレイ１は実用上許容できる程度の検出感度を有する。
また、ｐ^＋型不純物拡散領域５が枠部６のエッジ部６ａにまで延出して、頂上面６ｂ上に形成されているので、コンタクトホール１１を枠部６の頂上面６ｂに設けることができる。その結果、ｐ^＋型不純物拡散領域５と電極パッド１３とを電気的に接続するアルミニウム配線１２を凹部４の底部４ａや側壁４ｂに形成する必要が無くなり、枠部６上にのみ形成すれば良いので、アルミニウム配線１２の形成プロセスが容易になる。
更に、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０においては、機械的強度が低い枠部６のエッジ部６ａにｐ^＋型不純物拡散領域５が延出して形成されている。これにより、実装時に電極パッド１３を介して機械的なストレスを受けやすい枠部６やエッチング加工の際にストレスを受けやすくなる枠部６のエッジ部でこれらストレスにより不要なキャリアが発生しやすいが、その不要なキャリアをトラップし、暗電流発生を抑制できる。
（第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法）
次に、図１０に示した第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０の製造方法について、図１１〜図１８を参照して説明する。この製造方法では、以下の（１）〜（９）の工程を順次実行する。
（１）基板準備工程
図１１は半導体基板を示す。
まず、不純物濃度が、１×１０^１２〜１×１０^１５／ｃｍ^３程度で、厚さが３００〜６００μｍ程度のｎ型の半導体基板３を準備する。
（２）絶縁膜形成工程
図１２は絶縁膜が形成された半導体基板を示す。
次に、ｎ型の半導体基板３を熱酸化することにより、半導体基板３の反対面ＯＵＴ及び光入射面ＩＮ上に、それぞれ絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）２１ａ，２１ｂを形成する。絶縁膜２１ａ，２１ｂはＣＶＤ法やスパッタ法等を用いて形成してもよい。
（３）分離領域及びゲッタリング層形成工程
図１３は分離領域７及びゲッタリング層２２が形成された半導体基板を示す。
まず、ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴ側においては、分離領域７に対応する部分のＳｉＯ_２膜２１ａ（図１２参照）に、ホトリソグラフィプロセスにより開口を形成する。同様に、ｎ型の半導体基板３の光入射面ＩＮ側においては、ＳｉＯ_２膜２１ｂを除去する（図１２参照）。
次に、ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴの複数領域と、光入射面ＩＮの全面にリンを熱拡散させることで、不純物濃度が１×１０^１５〜１×１０^２０／ｃｍ^３程度の分離領域７とゲッタリング層２２とを形成する。更に、半導体基板３を熱酸化することで、分離領域７側の反対面ＯＵＴと、ゲッタリング層２２側の光入射面ＩＮとをそれぞれ覆うＳｉＯ_２膜２３ａ，２３ｂを形成する。尚、ゲッタリング層２２を形成する代わりに、予め、ｎ型の不純物濃度が１×１０^１５〜１×１０^２０／ｃｍ^３程度に拡散されている拡散ウエハを用いても良い。
以上のように、ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴ側に、ホトダイオード同士を分離する分離領域７を、光入射面ＩＮ側にｎ型の半導体基板３の結晶欠陥を取り込むためのゲッタリング層２２をそれぞれ形成する。
（４）不純物拡散層形成工程
図１４は不純物拡散領域２４が形成された半導体基板を示す。
まず、ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴ側に、ボロン等のｐ型不純物を拡散させ、ｐ^＋型不純物拡散領域２４を形成する。ｐ^＋型の不純物拡散領域２４は、分離領域７と所定の間隔を空けて隣接して形成される。なお、不純物拡散領域２４は、後に行われる凹部４を形成する工程（図１６参照）においてエッチングされ、凹部４の側面４ｂから枠部６のエッジ部６ａを含む領域にかけて存在するｐ^＋型不純物拡散領域５となる。
具体的に製造プロセスを記載する。ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴ側において、ＳｉＯ_２膜２３ａ（図１３参照）に、ホトリソグラフィプロセスを施すことにより、不純物拡散層形成用の開口を形成する。この開口からボロン等のｐ型不純物を半導体基板３内に拡散させることで、不純物濃度が１×１０^１５〜１×１０^２０／ｃｍ^３程度のｐ^＋型不純物拡散領域２４を形成し、半導体基板３を熱酸化することにより、不純物拡散領域２４の表面及びゲッタリング層２２をそれぞれ覆うＳｉＯ_２膜２５ａ，２５ｂを形成する。
続いて、半導体基板３の光入射面ＩＮ側を研磨することで、ＳｉＯ_２膜２５ｂ及びゲッタリング層２２を除去する。
（５）ＳｉＮ_ｘ膜形成工程
図１５はＳｉＮ_ｘ膜２６ａ，２６ｂが形成された半導体基板を示す。
まず、半導体基板３の反対面ＯＵＴ及び光入射面ＩＮ上に、ＬＰ−ＣＶＤ法によりＳｉＮ_ｘ膜２６ａ，２６ｂを成膜する。そして、後の工程で凹部４となる予定領域のＳｉＮ_ｘ膜２６ａとＳｉＯ_２膜２５ａとをエッチングプロセスにより除去する（除去工程）。
（６）凹部形成工程
図１６は凹部４が形成された半導体基板を示す。
まず、上記除去工程において、ＳｉＮ_ｘ膜２６ａとＳｉＯ_２膜２５ａとが除去された半導体基板３の反対面ＯＵＴ側表面領域に、水酸化カリウム水溶液等を用いたアルカリエッチング法によって、異方性エッチングを施し、凹部４及び枠部６を形成する。
ここで、異方性エッチングによるエッチング深さは、少なくとも２μｍ以上に設定される。これにより、半導体基板３の反対面側に、反対面ＯＵＴ側から光入射面ＩＮ側に向けて開口寸法が次第に縮小する凹部４が形成される。
そして、異方性エッチングにより露出した凹部４の底部４ａ及び側面４ｂに、ボロン等のｐ型不純物を拡散させ、しかる後、熱酸化を行う。これにより、枠部６のエッジ部６ａから凹部４の側面４ｂを経て凹部４の底部４ａにかけて、ｐ^＋型の不純物拡散領域５が形成され、その表面はＳｉＯ_２膜２７ａで被覆されることとなる。つまり、この工程によりホトダイオードとなる領域が形成されることとなる。
上述のように、実装時に機械的なストレスを受けやすい枠部６や、エッチング加工の際にストレスを受けやすくなる枠部６のエッジ部で、これらストレスにより不要なキャリアが発生しやすい。しかしながら、ｐ^＋型の不純物拡散領域５は、底部４ａから凹部４と枠部６のとのエッジ部６ａにまで延出して設けられるので、不要なキャリアをトラップし、暗電流発生を抑制することができる。
また、ｐ^＋型不純物拡散領域５の厚さを、従来の技術に比べて薄くすることができるので、ｐ^＋型不純物拡散領域５をｐ型不純物の熱拡散等により形成することが可能となり、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０（図１０参照）を従来よりも容易に製造することができる。
（７）アキュムレーション層形成工程
図１７はアキュムレーション層８が形成された半導体基板３を示す。
まず、エッチングマスクとして用いられていたＳｉＮ_ｘ膜２６ａ，２６ｂ（図１６参照）を除去し、ｎ型の半導体基板３の光入射面ＩＮ側に、酸化膜を形成した後、この酸化膜を介して半導体基板３内に砒素をイオン注入し、続いて、半導体基板３を熱酸化する。これらの工程により、アキュムレーション層８が形成される。
更に、熱酸化により半導体基板３の光入射面ＩＮ側に形成されたＳｉＯ_２膜を一度除去した後に、再び光入射面を熱酸化することにより、ＳｉＯ_２からなるＡＲ膜９を形成する。
（８）配線形成工程
図１８はアルミニウム配線１２が形成された半導体基板を示す。
まず、ＳｉＯ_２膜２７ａにおける枠部６の頂上面６ｂに存在する部分に、ｐ^＋型の不純物拡散領域５に至るコンタクトホール１１を形成する。続いて、枠部６上に、アルミニウム配線１２をパターニングする。
このように、本実施形態の製造方法によれば、ｐ^＋型の不純物拡散領域５が枠部６の頂上面６ｂにまで延出して設られているので、コンタクトホール１１を枠部６に形成することができる。よって、コンタクトホール１１やアルミニウム配線１２を枠部６のみにパターニングすることができるので、凹部４の底部４ａや側面４ｂへのホトリソグラフィプロセスが不要となり、プロセスが非常に容易になる。
また、厚さが薄いために機械的強度が低い凹部４へのパターニングが不要となるので、ストレスが減少する。
（９）電極形成工程
最後に、図１０に示すように、ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴ側に、ＵＢＭ１３ａが形成される領域を除いて、パッシベーション膜１４を成膜する。そして、枠部６に設けられたアルミニウム配線１２上にＵＢＭ１３ａを形成し、ＵＢＭ１３ａ上にバンプ電極１３ｂを形成することで、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０を得る。
（第３実施形態）
第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイは、第１又は第２実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイ１において、半導体基板３が２枚の半導体基板３ａ，３ｂからなることとしたものであり、第１のｎ型半導体基板３ａと第２のｎ型半導体基板３ｂの結晶方位が異なるように両半導体基板３ａ，３ｂを貼り合わせてなる裏面入射型ホトダイオードアレイである。
例えば、結晶面（１１１）のｎ型の第１半導体基板３ａを準備し、結晶面（１００）又は（１１０）のｎ型の第２半導体基板３ｂをｎ型の第１半導体基板３ａに貼り合わせたとする。
このようにすることにより、ｎ型の第２半導体基板３ｂをアルカリエッチングする際に、（１１１）面は、（１００）面や（１１０）面に比べて、エッチング速度が非常に遅いために、ｎ型の第１半導体基板３ａに形成されたｐ^＋型不純物拡散領域５が露出した段階でエッチングを容易に停止することができる。
第３実施形態のホトダイオードによれば、表面から所定の深さの位置において、表面側と裏面側とでｎ型半導体基板３の結晶方位が交差しており、凹部４は、表面側からｎ型半導体基板３をエッチングし、その後、同様の工程を行うことにより裏面入射型ホトダイオードアレイ１を得ることができる。
すなわち、第３実施形態では、第１実施形態における２つの半導体基板３ａ，３ｂの面方位を異ならせる。
また、第３実施形態では、第２実施形態における１つの半導体基板３を２つの半導体から構成すると共に、第２実施形態における裏面入射型ホトダイオードアレイ２０の製造方法において、シリコン基板として、第１実施形態で示したようなシリコンの接合（貼り合わせ）基板を用いる。
第３実施形態の製造方法によれば、基本的には第１実施形態と同様にエッチングの深さの制御を容易にすることが可能となるが、第１実施形態に異なる面方位の半導体基板を適用する場合、予め、ＰＮ接合部２を形成した半導体基板を接合するのに対し、第２実施形態に異なる面方位の半導体基板を適用する場合、両基板を接合した後にエッチングにより凹部４を形成し、その後、ｐ^＋型不純物拡散層５を形成する工程を行う。
このシリコンの接合基板には、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハやＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）ウエハや結晶方位が交差したシリコンウエハの貼り合せ、シリコンエピウエハとシリコンウエハの貼り合せなどを用いることができる。
第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイにおける半導体基板を、上述のように２つの半導体基板から構成した場合における裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法は、単に、半導体基板３ａ，３ｂの面方位を異ならせるだけである。
また、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイにおける半導体基板を、上述のように２つの半導体基板から構成した場合における裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法については、図１９〜図２６を用いて説明する。この製造方法では、以下の（１）〜（９）の工程を順次実行する。
（１）基板準備工程
図１９は、第３実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
まず、第１及び第２の半導体基板３ａ，３ｂを用意する。第１の半導体基板３ａはｎ型の（１１１）シリコン基板であり、第２の半導体基板３ｂは、ｎ型の（１００）シリコン基板である。すなわち、半導体基板３ａ，３ｂは、互いに対向する面の、結晶の面方位が異なっている。
（２）基板貼り合わせ工程
図２０は、半導体基板３ａ，３ｂからなる半導体基板３を示す。
第１及び第２の半導体基板３ａ，３ｂの対向面を活性化した後、第１及び第２の半導体基板３ａ，３ｂを必要に応じて加熱しつつ、これらの厚み方向に圧力を加え、これらを貼り合わせて接合する。
なお、この表面活性は、真空下において、半導体基板の対向面にイオン照射を行うことなどによって、行うことができる。真空中において、基板表面をアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスのビームによって、エッチングすると、基板の表面層を除去することができる。表面層が除去された半導体基板の新たな表面は、他の原子との強い結合力を持つ活性な状態となる。第１及び第２の半導体基板の表面同士を、真空中で重ね合わせると、接合が可能になる。この方法は表面活性化接合（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ：ＳＡＢ）と呼ばれている．
（３）分離領域及び不純物拡散領域形成工程
図２１は、分離領域及び不純物拡散領域が形成された半導体基板を示す。
半導体基板３の反対面ＯＵＴ側に、ｎ型の分離領域７を形成する。ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴ側においては、分離領域７に対応する部分のＳｉＯ_２膜に、ホトリソグラフィプロセスにより開口を形成する。同様に、ｎ型の半導体基板３の光入射面ＩＮ側においては、ＳｉＯ_２膜を除去する。次に、ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴ側に、リンを熱拡散させることで、不純物濃度が１×１０^１５〜１×１０^２０／ｃｍ^３程度の分離領域７を形成し、更に、半導体基板３を熱酸化することで、分離領域７側の基板反対面ＯＵＴを覆うＳｉＯ_２膜を形成する。
しかる後、このＳｉＯ_２膜の所定領域をエッチングし、これをマスクとしてｐ^＋型の不純物拡散領域２４を形成し、続いて、光入射面を研磨する。分離領域７は、隣接する不純物拡散領域２４間を電気的に分離している。すなわち、ｎ型の半導体基板３の反対面ＯＵＴ側に、ボロン等のｐ型不純物を拡散させ、ｐ^＋型の不純物拡散領域２４を形成する。ｐ^＋型の不純物拡散領域２４は、分離領域７と所定の間隔を空けて隣接して形成される。しかる後、アニールや熱拡散を行い、反対面ＯＵＴ上にＳｉＯ_２膜２５ａを形成する。
（４）ＳｉＮ_ｘ膜形成工程
図２２はＳｉＮ_ｘ膜２６ａ，２６ｂが形成された半導体基板を示す。
まず、半導体基板３の反対面ＯＵＴ及び光入射面ＩＮ上に、ＬＰ−ＣＶＤ法によりＳｉＮ_ｘ膜２６ａ，２６ｂを成膜する。そして、後の工程で凹部４となる予定領域のＳｉＮ_ｘ膜２６ａとＳｉＯ_２膜２５ａとをエッチングプロセスにより除去する（除去工程）。
（５）凹部形成工程
図２３は凹部４が形成された半導体基板を示す。
まず、上記除去工程において、ＳｉＮ_ｘ膜２６ａとＳｉＯ_２膜２５ａとが除去された半導体基板の表面領域に、水酸化カリウム水溶液等を用いたアルカリエッチング法によって、異方性エッチングを施し、凹部４及び枠部６を形成する。なお、露出したＳｉＮｘ膜２６ａ，２６ｂは全て除去する。
ここで、異方性エッチングによるエッチング深さは、少なくとも２μｍ以上に設定される。これにより、半導体基板３の反対面ＯＵＴ側に、反対面ＯＵＴ側から光入射面ＩＮ側に向けて開口寸法が次第に縮小する凹部４が形成される。
（６）不純物拡散層形成工程
図２４は、不純物拡散領域５が形成された半導体基板を示す。
異方性エッチングにより露出した凹部４の底部４ａ及び側面４ｂに、ボロン等のｐ型不純物を、熱拡散法又はイオン注入法を用いて、添加する。これにより、枠部６のエッジ部６ａから凹部４の側面４ｂを経て凹部４の底部４ａにかけて、ｐ^＋型の不純物拡散領域５が形成される。添加された不純物は、適当な時期におけるアニールによって活性化される。
つまり、この工程によりホトダイオードとなる領域が形成されることとなる。ｐ^＋型の不純物拡散領域５は、底部４ａから凹部４と枠部６のとのエッジ部６ａにまで延出して設けられるので、不要なキャリアをトラップし、暗電流発生を抑制することができる。
（７）アキュムレーション層形成工程
図２５はアキュムレーション層８が形成された半導体基板を示す。
半導体基板３の熱酸化を行うと、その表面はＳｉＯ_２膜２７ａで被覆されることとなる。
エッチングマスクとして用いられていたＳｉＮ_ｘ膜２６ａ，２６ｂ（図２２参照）は除去されているが、しかる後、ｎ型の半導体基板３の光入射面ＩＮ側に、酸化膜を形成した後、この酸化膜を介して半導体基板３内に砒素をイオン注入し、続いて、半導体基板３を熱酸化する。これらの工程により、アキュムレーション層８が形成される。
更に、熱酸化によりｎ型半導体基板３の裏面側に形成されたＳｉＯ_２膜を一度除去した後に、再び光入射面ＩＮを熱酸化することにより、ＡＲ膜９を形成する。
（８）配線形成工程
図２６はアルミニウム配線１２が形成された半導体基板を示す。
まず、ＳｉＯ_２膜２７ａにおける底部４ａに存在する部分に、ｐ^＋型の不純物拡散領域５に至るコンタクトホール１１を形成する。続いて、枠部６上に、アルミニウム配線１２をパターニングする。
（９）電極形成工程
最後に、図２に示されているのと同じように、ｎ型の半導体基板３の反対面側に、ＵＢＭ１３ａが形成される領域を除いて、パッシベーション膜１４を成膜する。そして、枠部６に設けられたアルミニウム配線１２上にＵＢＭ１３ａを形成し、ＵＢＭ１３ａ上にバンプ電極１３ｂを形成することで、第３実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０を得る。なお、枠部６の頂上面に位置する絶縁膜２７ａにコンタクトホールを設け、このコンタクトホールを介して不純物拡散領域５とバンプ電極１３ｂとを接続してもよい。
（第４実施形態）
第４実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイは、第１又は第２実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイ１において、第１の半導体基板３ａと第２の半導体基板３ｂとの間に、ＳｉＯ_２等の絶縁層（エッチングストップ層）を設けたものである。例えば、第２の半導体基板３ｂが表面に絶縁層を有することとし、半導体基板３は、この絶縁層を介して、第２の半導体基板３ｂを第１の半導体基板３ａに接合してなる。すなわち、接合面上には絶縁層が形成されている。なお、第１の半導体基板３ａの接合面上に絶縁層が形成されていてもよい。
本例では、上述の基板面方位の違いによって、エッチングによって形成される凹部の深さを制御するのではなく、絶縁層（エッチングストップ層）によって、凹部の深さを制御する。
ここで、絶縁層であるＳｉＯ_２膜はアルカリエッチングされない。換言すれば、エッチングストップ層は、特定のエッチング液（例えば、ＫＯＨ水溶液等）に対して耐性を有する。この場合、上述の凹部形成工程において、第２の半導体基板３ｂをアルカリエッチングする場合、ＳｉＯ_２膜がアルカリエッチングされないために、エッチングをＳｉＯ_２膜で容易に停止することができる。
第４実施形態によれば、裏面入射型ホトダイオードアレイが、表面から所定の深さの位置において、ＳｉＯ_２膜（エッチングストップ層）を有しているので、凹部４は、表面側から半導体基板３をエッチングすることにより形成することができ、底部４ａのＳｉＯ_２膜を除去した後、同様の工程を行うことにより、裏面入射型ホトダイオードアレイ１を得ることができる。
第１実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイにおける半導体基板を、上述のように２つの半導体基板から構成し、その間に絶縁層を介在させてなる裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法は、単に、一方の半導体基板の接合面上に絶縁層が介在しているだけである。
また、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイにおける半導体基板を、上述のように２つの半導体基板から構成し、その間に絶縁層を介在させてなる裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法は、図２７〜図３３を用いて説明する。この製造方法では、以下の（１）〜（９）の工程を順次実行する。
（１）基板準備工程
図２７は、第４実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法について説明するための図である。
まず、第１及び第２の半導体基板３ａ，３ｂを用意する。第１の半導体基板３ａはｎ型の（１００）シリコン基板であり、第２の半導体基板３ｂは、ｎ型の（１００）シリコン基板である。一方の半導体基板３ａの対向面上には、絶縁層（エッチングストップ層）Ｅが形成されている。なお、これらの半導体基板の半導体基板３ａ，３ｂは、互いに対向する面の、結晶の面方位が異なっていてもよい。
（２）基板貼り合わせ工程
図２８は、半導体基板３ａ，３ｂからなる半導体基板３を示す。
第１及び第２の半導体基板３ａ，３ｂの対向面を活性化した後、第１及び第２の半導体基板３ａ，３ｂを必要に応じて加熱しつつ、これらの厚み方向に圧力を加え、これらを貼り合わせて接合する。なお、この表面活性の手法は前述の通りである。
（３）分離領域及び不純物拡散領域形成工程
図２９は、分離領域７及び不純物拡散領域２４が形成された半導体基板を示す。この工程は、第３実施形態における分離領域及び不純物拡散領域形成工程と同じである。
（４）ＳｉＮ_ｘ膜形成工程
図３０はＳｉＮ_ｘ膜２６ａ，２６ｂが形成された半導体基板を示す。この工程は、第３実施形態における分離領域及び不純物拡散領域形成工程と同じであり、ＳｉＮ_ｘ膜２６ａとＳｉＯ_２膜２５ａの部分的な除去工程を備える。
（５）凹部形成工程
図３１は凹部４が形成された半導体基板を示す。
まず、上記除去工程において、ＳｉＮ_ｘ膜２６ａとＳｉＯ_２膜２５ａとが除去された半導体基板の表面領域に、水酸化カリウム水溶液等を用いたアルカリエッチング法によって、異方性エッチングを施し、凹部４及び枠部６を形成する。なお、露出したＳｉＮ_ｘ膜２６ａ，２６ｂは全て除去される。このエッチングは、絶縁層Ｅの表面が露出した時点で停止する。ここで、異方性エッチングによるエッチング深さは、第２の半導体基板３ｂの厚み（少なくとも２μｍ以上）に設定されることとなる。
この工程では、半導体基板３の反対面ＯＵＴ側に、反対面ＯＵＴ側から光入射面ＩＮ側に向けて開口寸法が次第に縮小する凹部４が形成される。
（６）不純物拡散領域形成工程
図３２は、不純物拡散領域５及びアキュムレーション層８が形成された半導体基板を示す。拡散に先立ち、凹部４の底部４ａの絶縁層Ｅはエッチングにより除去しておく。
異方性エッチングにより露出した凹部４の底部４ａ及び側面４ｂに、ボロン等のｐ型不純物を拡散法又はイオン注入法によって、添加する。添加された不純物は適当な時期にアニールされる。これにより、枠部６のエッジ部６ａから凹部４の側面４ｂを経て凹部４の底部４ａにかけて、ｐ^＋型の不純物拡散領域５が形成される。つまり、この工程によりホトダイオードとなる領域が形成されることとなる。ｐ^＋型の不純物拡散層５は、底部４ａから凹部４と枠部６のとのエッジ部６ａにまで延出して設けられるので、不要なキャリアをトラップし、暗電流発生を抑制することができる。
（７）アキュムレーション層形成工程
半導体基板３の熱酸化を行うと、その表面はＳｉＯ_２膜２７ａで被覆されることとなる。
まず、エッチングマスクとして用いられていたＳｉＮ_ｘ膜２６ａ，２６ｂ（図３０参照）を除去されているが、ｎ型の半導体基板３の光入射面側に、酸化膜を形成した後、このバッファ酸化膜を介して半導体基板３内に砒素をイオン注入し、続いて、半導体基板３を熱酸化して、アキュムレーション層８及びＡＲ膜９を形成する。このアキュムレーション層形成工程は、第３実施形態におけるアキュムレーション層形成工程と同一である。
（８）配線形成工程
図３３はアルミニウム配線１２が形成された半導体基板を示す。この配線形成工程は、第３実施形態における配線形成工程と同一である。
まず、ＳｉＯ_２膜２７ａにおける不純物拡散領域５（又は枠部６の頂上面６ｂ）が存在する部分に、ｐ^＋型の不純物拡散領域５に至るコンタクトホール１１を形成する。続いて、枠部６の頂上面にコンタクトホールを形成し、枠部６上にアルミニウム配線１２をパターニングする。
（９）電極形成工程
最後に、図２に示されるのと同じように、ｎ型の半導体基板３の反対面側に、ＵＢＭ１３ａが形成される領域を除いて、パッシベーション膜１４を成膜する。そして、枠部６に設けられたアルミニウム配線１２上にＵＢＭ１３ａを形成し、ＵＢＭ１３ａ上にバンプ電極１３ｂを形成することで、第４実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイを得る。なお、本実施形態に関しては、図２は、絶縁層Ｅの記載を表記を省略して裏面入射型ホトダイオードアレイを示すものとする。
なお、不純物拡散領域５を凹部４の側面にも設けた場合は、絶縁層のため、枠部６の頂上面に位置する絶縁膜２７ａにもコンタクトホールを設け、このコンタクトホールを介して不純物拡散領域５とバンプ電極１３ｂとを接続することが必要となる。
なお、不純物拡散領域５を凹部４の底部のみとしてもよい。その場合には、枠部６の頂上面のコンタクトホールは不要となる。また、ｎ側電極の取り出しは、他の実施形態と同様に、図１に示されているバンプ電極７の位置で、絶縁膜２７ａにコンタクトホールを開けて、バンプ電極を形成すればよい。但し、第１及び第２の半導体基板を電気的に接続するために、４つのフォトダイオードに囲まれた電極７のような位置に小さな凹部を作製して、アルミニウムの配線で接続することが本実施例では必要になる。
（第５実施形態）
図３４は、第５実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの断面構成を示す。
この裏面入射型ホトダイオードアレイは、第１及び第２の半導体基板３ａ，３ｂが接合面Ｊを介して接合されており、図１９〜図２６を用いて説明された第３の実施形態に係るホトダイオードと比較して、不純物拡散領域５の面積が小さくなっている。本例では、不純物拡散領域５は、凹部４の底部４ａのみに形成されている。本発明は、このような構成としても勿論よい。
（第６実施形態）
図３５は、第６実施形態に係る裏面入射型ホトダイオードアレイの断面構成を示す。
この裏面入射型ホトダイオードアレイは、第１及び第２の半導体基板３ａ，３ｂがエッチングストップ層（絶縁層）Ｅを介して貼り付けられており、図２７〜図３３を用いて説明された第４の実施形態に係るホトダイオードと比較して、不純物拡散層５の面積が小さくなっている。すなわち、本例では、不純物拡散層５は、凹部４の底部のみに形成されている。本発明は、このような構成としても勿論よい。
以上のように、半導体基板はとしては、結晶方位が交差する２枚の半導体基板を接合してなる半導体基板、エッチングストップ層を介して２枚の半導体基板を接合してなる半導体基板、又は、絶縁層を介して２枚の半導体基板を接合してなる半導体基板を用いることができ、この場合、エッチング深さを容易に制御することができる。また、第１実施形態のように、予め、ＰＮ接合部２を形成した半導体基板を接合した後で凹部を形成してもよく、第２実施形態のように、凹部形成後にＰＮ接合部２を形成してもよい。
（半導体装置）
図３６は、半導体装置３０の断面の構成を示す概略図である。
半導体装置３０は、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０を、実装配線基板Ｋに、電気的に接続したものである。すなわち、半導体装置３０においては、実装配線基板Ｋは、枠部６上に設けられ、ｎ型の半導体基板３の反対面上に存在するバンプ電極１３ｂを介して、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０に接続されている。
また、第３実施形態の半導体装置３０においては、ｎ型の半導体基板３の反対面と実装配線基板Ｋとの間の間隙Ｓは、空気層となっている。
バンプ電極１３ｂと実装配線基板Ｋの配線基板側電極パッド３１との接続は、フリップチップボンディングであり、この際に用いられるバンプ電極１３ｂとしては、半田バンプ、金バンプ、ニッケルバンプ、銅バンプ、導電性樹脂バンプなどの金属を含む導電性バンプを採用することができる。
本実施形態の半導体装置３０では、ｎ型の半導体基板３において、機械的強度に優れた枠部６（肉厚の部分）に設けられたバンプ電極１３ｂにより実装配線基板Ｋとの接続が行われるので、実装工程において、ｎ型の半導体基板３が機械的ダメージを受け難い。これにより、機械的ダメージに由来する不要なキャリアの発生が抑えられ、暗電流の発生が抑制される。
また、間隙Ｓを空気層としているので、実装配線基板Ｋとｎ型半導体基板３との断熱性を高めることができる。半導体装置３０においては、実装配線基板Ｋのｎ型半導体基板３と接続していない側の面に信号処理回路５１等を設けることがあり（図４１参照）、信号処理回路５１から発する熱は実装配線基板Ｋを介してｎ型半導体基板３のｐ^＋型不純物拡散領域５（ホトダイオード）に達し、ホトダイオードのＳ／Ｎ比を悪化させる虞がある。本実施形態のように、間隙Ｓを空気層とすれば、実装配線基板Ｋからｐ^＋型の不純物拡散領域５（ホトダイオード）への熱の流入を最小限に抑えることができるので、ホトダイオードのＳ／Ｎ比が向上し、暗電流の発生を抑制することが可能となる。
（半導体装置の第１変形例）
図３７は、上記半導体装置の第１変形例を示す。
この半導体装置３０の第１変形例では、実装配線基板Ｋとｎ型半導体基板３との間隙Ｓ内に、エポキシ、シリコーン樹脂、ウレタン、アクリル、それらを含む複合素材等からなるアンダーフィル樹脂３２を充填している。このように樹脂を間隙Ｓ内に充填することにより、ｎ型の半導体基板３が補強されることとなり、機械的強度に優れた状態で、実装配線基板Ｋに貼り合わされることとなる。すなわち、かかる構成によれば、半導体基板３の反りや歪の発生を抑制することができる。
尚、フリップチップボンディング後に樹脂を充填する工程の代わりに、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電性ペースト方式（ＡＣＰ）、非導電性ペースト（ＮＣＰ）方式による接着を用いてもよい。
（半導体装置の第２変形例）
図３８は、上記半導体装置の第２変形例を示す。
本例では、ｎ型の半導体基板３と実装配線基板Ｋとの間の接続部（バンプ電極１３ｂと配線基板側電極パッド３１との接続部）のみが、アンダーフィル樹脂３２で覆われており、間隙Ｓ内は空気層とされている。
この構成によれば、ｎ型の半導体基板３と実装配線基板Ｋとの接続部がアンダーフィル樹脂３２で補強されることとなるので、この接続部の強度を向上させることができる。
また、間隙Ｓは空気層となっているので、実装配線基板Ｋからｐ^＋型不純物拡散領域５（ホトダイオード）への熱の流入を最小限に抑えることができる。
上述のように、アンダーフィル樹脂３１は、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電性ペースト方式（ＡＣＰ）、非導電性ペースト（ＮＣＰ）方式による実装などで実現できる。
（放射線検出器）
図３９は、半導体装置としての放射線検出器４０の断面の構成を示す概略図である。
この放射線検出器４０は、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０の光入射面ＩＮ側に、放射線の入射により発光するシンチレータ４１を接合させたものである。
例えば、シンチレータ４１をｎ型半導体基板３の裏面にシンチレータ４１と略等しい屈折率を有するカップリング樹脂４２によりシンチレータ４１を接合することにより、第４実施形態の放射線検出器４０が得られる。
シンチレータ４１は、一般的にｎ型半導体基板３よりも厚いために機械的強度に優れており、ｎ型半導体基板３をシンチレータ４１と接合することにより、ｎ型半導体基板３を機械的に補強し、ｎ型シリコン基板の反りや歪を抑制することができる。また、シンチレータ４１を貼り合わせる場合、ｎ型の半導体基板３の裏面は平面であるので、カップリング樹脂４２を容易に塗布することが可能であり、シンチレータ４１を貼り合わせる際に、貼り合わせ面に気泡等が混入する可能性を小さくすることができる。尚、シンチレータ４１をｎ型の半導体基板３の光入射面に成長させることによっても本実施形態の放射線検出器が得られる。
（放射線検出器の第１変形例）
図４０は、半導体装置としての別の放射線検出器５０の断面構成を示す。
放射線検出器５０は、第２実施形態の裏面入射型ホトダイオードアレイ２０の光入射面ＩＮ側に、放射線の入射により発光するシンチレータ４１を接合させ、更に、裏面入射型ホトダイオードアレイを支持する実装配線基板Ｋを備え、実装配線基板Ｋは、ｎ型の半導体基板３の表面に存在する枠部６に設けられたバンプ電極１３ｂを介して、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０と接続されている。
本実施形態の放射線検出器５０は、Ｘ線等の被検出光Ｌが入射すると、シンチレータ４１が発光する。シンチレータ４１からの蛍光は、光入射面側からｎ型の半導体基板３に入射する。光の入射に応じて、ｎ型の半導体基板３中でキャリアが発生する。発生したキャリアは、ｐ^＋型の不純物拡散領域５とｎ型の半導体基板３との間で形成されるホトダイオードによって検出される。検出された信号は、枠部６に設けられたバンプ電極１３ｂを介して実装配線基板Ｋに出力される。
この放射線検出器５０は、ｎ型半導体基板３の光検出面にシンチレータ４１が貼り付けられているので、機械的強度に優れている。更に、実装配線基板Ｋとｎ型半導体基板３との間隙Ｓには、空気層が設けられているので、実装配線基板Ｋからｐ^＋型不純物拡散領域５（ホトダイオード）への熱の流入を最小限に抑えることができる。
尚、間隙Ｓにアンダーフィル樹脂３２を充填することもできる（図３７参照）。また、バンプ電極１３ｂと実装配線基板Ｋとの接続部をアンダーフィル樹脂で覆うこともできる（図３８参照）。これらの構成によれば、裏面入射型ホトダイオードアレイ２０の機械的強度を向上させることができる。
（放射線検出器の第２変形例）
図４１は、半導体装置としての更に別の放射線検出器６０の断面構成を示す概略図である。
放射線検出器６０は、信号処理回路５１と信号取り出し部５２とが備えられている点のみが、上記放射線検出器５０と異なっている。
信号処理回路５１は、実装配線基板Ｋのｎ型の半導体基板３と接続していない側の面に設けられており、実装配線基板Ｋとフリップチップ接続又はワイヤ接続されている。また、信号取り出し部５２は、ピンタイプ、リードフレーム、フレキシブル配線基板等であってもよい。
放射線検出器６０は、ｎ型の半導体基板３の光入射面にシンチレータ４１が貼り付けられているので、機械的強度に優れている。更に、実装配線基板Ｋとｎ型半導体基板３との間隙Ｓには、空気層が設けられているので、信号処理回路５１で発生する熱の実装配線基板Ｋを介してのｐ^＋型不純物拡散領域５（ホトダイオード）への流入を最小限に抑えることができる。
本発明によれば、高い検出感度を維持しつつ、容易に製造することが可能な裏面入射型ホトダイオードアレイ、その製造方法、半導体装置及び放射線検出器が得られる。
以上、説明したように、本発明に係る裏面入射型ホトダイオードアレイは、第１導電型の半導体からなる半導体基板３を備え、半導体基板３における被検出光の入射面ＩＮの反対面ＯＵＴ側に複数のホトダイオードが形成された裏面入射型ホトダイオードアレイであって、半導体基板３の反対面ＯＵＴ側には、複数の凹部４がアレイ状に配列して形成されており、複数の凹部４の底部４ａに第２導電型の半導体からなる第２導電型の半導体領域５が形成されることにより、ホトダイオードがアレイ状に配列している。

本発明は、裏面入射型ホトダイオードアレイ、その製造方法、当該裏面入射型ホトダイオードアレイを備えた放射線検出器などの半導体装置に利用することができる。

Claims (25)

1. 裏面入射型ホトダイオードアレイにおいて、
   光入射面、及び、前記光入射面の反対側に位置し複数の凹部を有する反対面を有する第１導電型の半導体基板と、
   前記凹部の底部毎に空間的に離隔した複数の第２導電型の半導体領域と、
   を備え、
   前記半導体領域のそれぞれは、前記半導体基板と共にｐｎ接合を構成することを特徴とする、
   裏面入射型ホトダイオードアレイ。
2. 複数の前記凹部間の前記半導体基板の領域は、前記凹部よりも大きな厚みを有する枠部を構成していることを特徴とする、
   請求の範囲第１項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
3. 前記半導体基板は、一体的に形成された単一の半導体基板からなることを特徴とする、
   請求の範囲第１項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
4. 前記半導体基板は、
   前記光入射面を有する第１の半導体基板と、
   前記第１の半導体基板に貼り合わせられ前記凹部の側壁を有する第２の半導体基板と、
   を備えることを特徴とする、
   請求の範囲第１項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
5. 前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板との間に介在し、前記第２の半導体基板に対する特定のエッチング液に対する耐性を有するエッチングストップ層を更に備えることを特徴とする、
   請求の範囲第４項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
6. 前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板の間に介在する絶縁層を更に備えることを特徴とする、
   請求の範囲第４項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
7. 前記枠部のそれぞれの頂面上に形成され、前記半導体領域に電気的にそれぞれ接続された複数の電極パッドを備えることを特徴とする、
   請求の範囲第２項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
8. 前記枠部上に設けられた電気絶縁層と、
   前記電気絶縁層上に設けられ、前記半導体領域と前記電極パッドとを電気的に接続する導電性部材と、
   を更に備えることを特徴とする、
   請求の範囲第７項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
9. 前記電気絶縁層は、前記導電性部材の一端を前記半導体領域に接続するためのコンタクトホールを有していることを特徴とする、
   請求の範囲第８項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
10. 前記半導体領域は、前記底部から前記凹部の側面まで延びていることを特徴とする、
    請求の範囲第２項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
11. 前記半導体領域は、前記底部から前記凹部の側面を超えて、前記枠部の頂上面まで延びていることを特徴とする、
    請求の範囲第２項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
12. 前記枠部上に設けられ、その頂上面に対向するコンタクトホールを有する電気絶縁層と、
    前記コンタクトホールを介して前記半導体領域に電気的に接続された電極パッドと、
    を備えることを特徴とする、
    請求の範囲第１１項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
13. 前記枠部は、前記半導体基板よりも高い不純物濃度を有する第１導電型の分離領域を有することを特徴とする、
    請求の範囲第２項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
14. 前記凹部の開口径は、前記凹部の深い位置ほど小さいことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
15. 前記半導体基板の前記入射面側には、当該半導体基板よりも高い不純物濃度を有する第１導電型のアキュムレーション層が設けられていることを特徴とする、
    請求の範囲第１項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
16. 前記第１の半導体基板及び前記第２の半導体基板の互いに対向する面は、結晶の面方位が異なることを特徴とする、
    請求の範囲第４項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイ。
17. 請求の範囲第７項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイと、
    前記裏面入射型ホトダイオードアレイを支持する配線基板とを備え、
    前記配線基板は、前記電極パッドを介して、前記裏面入射型ホトダイオードアレイと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
18. 前記半導体基板の前記光入射面側に配置されたシンチレータを備えることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の半導体装置。
19. 前記配線基板と前記半導体基板の前記反対面との間隙には、樹脂又は空気が充填されていることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の半導体装置。
20. 請求の範囲第４項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法において、
    前記第１の半導体基板に、前記第２の半導体基板を貼り合わせる工程を備えることを特徴とする、
    裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法。
21. 前記第２の半導体基板の前記反対面における凹部対応領域をエッチングして前記凹部を形成する凹部形成工程を備えることを特徴とする、
    請求の範囲第２０項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法。
22. 前記凹部形成工程におけるエッチングは、前記第１及び前記第２の半導体基板間に介在するエッチングストップ層又は絶縁層が露出するまで行われることを特徴とする、
    請求の範囲第２１項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法。
23. 前記第１の半導体基板及び前記第２の半導体基板の互いに対向する面は、結晶の面方位が異なり、
    前記凹部形成工程におけるエッチングは、少なくとも前記第１の半導体基板の反対面が露出するまで行われることを特徴とする、
    請求の範囲第２１項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法。
24. 前記半導体領域を形成する工程は、
    前記凹部形成工程の後に、前記凹部の底部に不純物を添加することによって前記半導体領域を形成する後添加工程、又は、
    前記凹部形成工程の前に、前記第１の半導体基板の反対面上に予め不純物を添加しておく前添加工程のいずれかを備えることを特徴とする、
    請求の範囲第２１項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法。
25. 請求の範囲第１５項に記載の裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法において、
    前記光入射面側に前記半導体基板よりも不純物濃度の高い前記アキュムレーション層を形成する工程を更に備えることを特徴とする裏面入射型ホトダイオードアレイの製造方法。

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