TWI638449B - Detector, positron emission tomography apparatus and X-ray computed tomography apparatus - Google Patents

Detector, positron emission tomography apparatus and X-ray computed tomography apparatus Download PDF

Info

Publication number
TWI638449B
TWI638449B TW103105717A TW103105717A TWI638449B TW I638449 B TWI638449 B TW I638449B TW 103105717 A TW103105717 A TW 103105717A TW 103105717 A TW103105717 A TW 103105717A TW I638449 B TWI638449 B TW I638449B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrode
semiconductor region
wiring
semiconductor
insulating layer
Prior art date
Application number
TW103105717A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201448183A (zh
Inventor
藤井義磨郎
永野輝昌
山村和久
里健一
土屋龍太郎
Original Assignee
日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司 filed Critical 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
Publication of TW201448183A publication Critical patent/TW201448183A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI638449B publication Critical patent/TWI638449B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14658—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers
    • H01L27/14663—Indirect radiation imagers, e.g. using luminescent members
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/241—Electrode arrangements, e.g. continuous or parallel strips or the like
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2985—In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14618—Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14658—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers
    • H01L27/14661—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers of the hybrid type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector

Abstract

本發明之檢測器之各個半導體晶片包含：半導體基板，其具有複數個光檢測部；絕緣層，其形成於半導體基板之表面上；共用電極，其配置於絕緣層上；讀出配線，其將各個光檢測部之淬滅電阻與共用電極電性連接；及貫通電極，其自共用電極經由半導體基板之貫通孔而延伸至半導體基板之背面。

Description

檢測器、正子發射斷層攝影裝置及X射線電腦斷層攝影裝置
本發明係關於一種檢測器、及使用其之PET(Positron Emission Tomography，正子放射斷層攝影)裝置以及X射線CT(Computed Tomography，電腦斷層攝影)裝置。
X射線CT(Computed Tomography)裝置係自生物體之外部照射X射線，並由檢測器檢測透過生物體內之X射線。CT裝置包含環狀之機架(架台)、托架(寢台)、及操作用之電腦。於機架之內部，配置有X射線源與複數個檢測器，該等一面於機架內進行旋轉，一面進行攝影。
另一方面，正子CT裝置(Positron Emission Tomography：PET裝置)將由放射正子(正電子)之同位素標記之藥劑導入至生物體內，由複數個檢測器檢測因藥劑而產生之γ射線。PET裝置亦包含環狀之機架(架台)、托架(寢台)、及操作用之電腦，且於機架內部，內置有配置於生物體周圍之複數個檢測器。
有效率地檢測X射線或γ射線之檢測器可藉由將閃爍器與光檢測器組合而構成。
再者，亦考慮有將X射線CT裝置與PET裝置組合而成之CT/PET裝置、或將該等與MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振圖像診斷)裝置組合而成之複合診斷裝置。
如上所述之診斷裝置中所應用之光檢測器(光電二極體陣列)例如於專利文獻1及專利文獻2中有所記載。SiPM(Silicon Photo Multiplier，矽光電倍增器)或PPD(Pixelated Photon Detector，像素化光子檢測器)等光電二極體陣列具有如下之構成：將APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光電二極體)配置成矩陣狀，並將複數個APD並聯連接，讀出APD輸出之和。若使APD於蓋革模式(Geiger mode)下進行動作，則可檢測微弱之光。即，在光子(photon)入射至APD之情形時，於APD內部產生之載子會經由淬滅電阻及信號讀出用之配線圖案而輸出至外部。於產生有APD之電子雪崩之像素中會流通電流，且於與像素串聯連接之數百kΩ左右之淬滅電阻產生電壓降。因該電壓降，對APD之放大區域之施加電壓會降低，從而電子雪崩之倍增作用結束。如此，藉由1個光子之入射，而自APD輸出1個脈衝信號。關於光電二極體之構造，正在進行若干改良(參照非專利文獻1)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：歐州專利申請公開1755171號公報
專利文獻2：美國專利申請公開2006/175529號公報
非專利文獻
非專利文獻1："Improvement of Multi-PixelPhoton Counter (MPPC)", T. Nagano, K. Yamamoto, K. Sato, N. Hosokawa, A. Ishida, T. Baba, IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, Conference Publications, p.1657-1659, 2011
然而，於先前之檢測器中，存在檢測器整體之時間解析度等特性並不充分之問題。本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種可改善上述特性之檢測器、及使用其之PET裝置以及X射線CT裝置。
為解決上述問題，本發明之檢測器包含：配線基板；複數個半導體晶片，其等呈二維狀相互隔開地配置於上述配線基板上；以及第1及第2凸塊電極，其等配置於各個上述半導體晶片與上述配線基板之間；上述檢測器之特徵在於：各個上述半導體晶片包含：半導體基板，其包含呈二維狀配置之複數個光檢測部；絕緣層，其形成於上述半導體基板之表面上；共用電極，其配置於上述絕緣層上；讀出配線，其將各個上述光檢測部之淬滅電阻與上述共用電極電性連接；及貫通電極，其自上述共用電極經由上述半導體基板之貫通孔而延伸至上述半導體基板之背面；各個上述光檢測部包含：APD，其包含第1導電型之第1半導體區域、及與上述第1半導體區域構成pn接面且輸出載子之第2導電型之第2半導體區域；及上述淬滅電阻，其與上述APD之上述第2半導體區域電性連接；且上述第1凸塊電極將上述貫通電極與上述配線基板電性連接；上述第2凸塊電極將上述APD之上述第1半導體區域與上述配線基板電性連接。
對各個光檢測部中所包含之APD(雪崩光電二極體)之兩端，經由第1及第2凸塊電極而供給於蓋革模式下進行動作之偏壓電壓。藉由光(能量線)之入射而於複數個APD中產生之載子經由各個淬滅電阻而流動至半導體基板上之共用電極，且自共用電極經貫通電極及第1凸塊電極而到達配線基板，並被取出至外部。
該構造之APD中，由於具有使用貫通電極等之載子傳輸路徑縮短化構造，故而配線電阻減小。因此，來自APD之載子之傳輸速度，即，時間解析度提高。於複數個光子入射至包含複數個該APD之1個半導體晶片之情形時，藉由時間解析度之提高，可進行更高精度之光子檢測。又，其他半導體晶片因製造偏差誤差等原因，而無法保障成為相同之時間解析度，但若於組裝時，選擇製品特性為一定範圍內之 半導體晶片，且經由凸塊電極而與配線基板接合，則可減小每一半導體晶片之特性偏差。
由於呈二維狀排列之半導體晶片相隔開，故而可抑制向特定之半導體晶片入射之光向其他半導體晶片洩漏而產生串擾之影響，並且半導體晶片間之間隙可緩和因配線基板之膨脹/收縮而引起之配線基板之翹曲對半導體晶片之影響。即，作為檢測器整體之時間解析度、對串擾、溫度變化之耐性等特性得以顯著改善。
又，上述檢測器之特徵在於：閃爍器介隔絕緣體而位於各個上述半導體晶片之表面上。
閃爍器根據入射至其中之X射線或γ射線等放射線之入射，而產生較該等更長波長之光。於可見光或紅外光入射至Si中之情形時，會於Si內部有效率地產生光電轉換。於APD包含Si之情形時，可使可見光或紅外光之感度提高。絕緣體包含玻璃板或樹脂，可保護APD之表面，並且可使來自閃爍器之光在到達APD之前少許擴散。樹脂亦可具有將閃爍器與半導體晶片接著之功能。
又，上述檢測器之特徵在於：各個上述光檢測部包含表面電極，該表面電極與上述第2半導體區域電性連接，且沿著其外緣包圍上述第2半導體區域。
根據光向第1及第2半導體區域之入射而產生之載子係自第2半導體區域依序經由表面電極、淬滅電阻、及讀出配線而到達共用電極。表面電極可使第2半導體區域之外緣產生固定之電場，從而可使APD之輸出穩定性提高。
上述檢測器之特徵在於：於將包含上述第2半導體區域之表面之平面設為基準平面之情形時，自該基準平面至上述讀出配線之距離，大於自該基準平面至上述表面電極之距離，且上述讀出配線位於鄰接之上述APD之間。讀出配線由於形成於較表面電極更上層，故而因表 面電極而產生之空間上之制約被解除，可使其寬度等變寬，因此，可減小時間常數，使信號讀出速度提高。
上述檢測器之特徵在於包含：第1接觸電極，其與上述第2半導體區域接觸；及第2接觸電極，其包含與上述第1接觸電極不同之材料，配置於與上述第1接觸電極重疊之位置，並與上述第1接觸電極接觸；且上述淬滅電阻與上述第2接觸電極連續。藉由光子之入射而於pn接面產生之載子係經由第1接觸電極及第2接觸電極而流動至淬滅電阻，且經由與淬滅電阻連接之讀出配線、共用電極、及貫通電極而到達配線基板。
藉由將第2接觸電極配置於與第1接觸電極重疊之位置，而可使淬滅電阻與第1接觸電極之連接所需之空間最小化。當然，第1接觸電極與第2接觸電極必然不在同一平面上，而是高度方向之位置不同，且淬滅電阻自第2接觸電極連續地延伸。藉此，可省略光檢測部內之配線，而可使光檢測部之開口率顯著增加。
又，較佳為上述第2接觸電極及上述淬滅電阻包含SiCr。由於SiCr之光透過率較高，故而即便於光檢測部內存在淬滅電阻，所入射之光子亦會透過淬滅電阻，因此可使有效開口率增加。
本發明之PET裝置之特徵在於包含：托架；及機架，其包含上述托架所位在之開口；且以包圍上述機架之開口之方式配置有複數個上述任一檢測器。在托架配置被檢體。由於以包圍機架之開口之方式配置檢測器，故而自被檢體出射之γ射線可由複數個檢測器檢測出，藉由對檢測信號進行圖像處理，而可獲得關於被檢體之內部資訊之圖像。該PET裝置中，由於檢測器之整體特性得以顯著改善，故而可取得高品質之圖像。
本發明之X射線CT裝置之特徵在於包含：托架；及機架，其包含上述托架所位在之開口，並內置向上述開口內出射X射線之X射線 源；且於來自上述X射線源之X射線所入射之位置，配置有複數個上述任一檢測器。在位於機架之開口內之托架配置被檢體，自X射線源對被檢體照射X射線。透過被檢體之X射線可由複數個檢測器檢測出，藉由對檢測信號進行圖像處理，而可獲得關於被檢體之內部資訊之圖像。該X射線CT裝置中，由於檢測器之整體特性得以顯著改善，故而可取得高品質之圖像。
本發明之檢測器整體之時間解析度等特性能夠提高，使用其之PET裝置及X射線CT裝置可取得高品質之圖像，因此可使上述裝置特性提高。
1N‧‧‧基板
1Na、1Nb‧‧‧主面
1PC‧‧‧半導體區域
3‧‧‧連接電極
3A‧‧‧第1接觸電極
3B‧‧‧表面電極
3C‧‧‧配線圖案
4‧‧‧淬滅電阻
4A、4C‧‧‧接觸電極
4B‧‧‧電阻層
4Ba‧‧‧正向旋轉區域
4Bb‧‧‧反向旋轉區域
5A‧‧‧輔助讀出配線
5B‧‧‧連接配線
5B1‧‧‧接觸電極
5B2‧‧‧讀出配線
6‧‧‧連接配線
10‧‧‧光檢測部
12‧‧‧第1半導體區域
13、14‧‧‧第2半導體區域
15‧‧‧半導體區域
16‧‧‧第1絕緣層
17‧‧‧第2絕緣層
18‧‧‧第3絕緣層
20‧‧‧配線基板
20'‧‧‧支持基板
20a、21a、210a‧‧‧電極
20b、21b、210d‧‧‧貫通電極
20c、21c‧‧‧連接電極
20d、21d‧‧‧電極墊
20C‧‧‧絕緣基板
20D‧‧‧面
20U、30b‧‧‧主面
30c‧‧‧側面
100‧‧‧半導體基板
101‧‧‧托架
102‧‧‧機架
103‧‧‧控制裝置
103a、103a'‧‧‧前置放大器
103b、103b'、103b2、103b2'‧‧‧求和放大器
103c、103c'‧‧‧時序提取電路
103e‧‧‧能量鑑別電路
103f‧‧‧符合計數電路
103g‧‧‧圖像處理電路
103h‧‧‧顯示器
103i‧‧‧CPU
103j‧‧‧輸入裝置
103k‧‧‧記憶裝置
103m‧‧‧X射線源
103n‧‧‧X射線源驅動電路
103p‧‧‧機架驅動馬達
104‧‧‧驅動馬達
105‧‧‧被檢體
106‧‧‧檢測裝置
APD‧‧‧雪崩光電二極體
AX‧‧‧旋轉軸
BE、B2‧‧‧凸塊電極
BM‧‧‧凸塊下金屬
D、D(1)、D(2)、D(n)、D'、D"‧‧‧檢測器
D1‧‧‧間隔距離之最小值
d1、d2、d3、ta、tb‧‧‧距離
E1‧‧‧電極
E3‧‧‧共用電極
E4‧‧‧下表面電極
G‧‧‧中心
IS‧‧‧雜質添加區域
L1、L2、L3‧‧‧絕緣層
M‧‧‧導電膜
O、Oa1、Oa2、Oa3‧‧‧曲率中心
PDA‧‧‧光電二極體陣列
PF‧‧‧鈍化膜
R1‧‧‧淬滅電阻
RS1‧‧‧區域
S‧‧‧檢測晶片
S1‧‧‧半導體晶片
S2、S21、S23‧‧‧接著層
S3‧‧‧閃爍器
S22‧‧‧玻璃板
SP‧‧‧信號處理部
SR1、SR2‧‧‧配線
TE‧‧‧貫通電極
TH‧‧‧貫通孔
TL、TL1、TL2‧‧‧讀出配線
V1、V2‧‧‧電位
W0、W1‧‧‧寬度
圖1係PET裝置、CT裝置等被檢體診斷裝置之概略圖。
圖2係PET裝置之方塊圖。
圖3係X射線CT裝置之方塊圖。
圖4係檢測器D之立體圖。
圖5係用以說明檢測器D之檢測晶片S之間隔之圖。
圖6係檢測器D'之立體圖。
圖7係檢測器D"之立體圖。
圖8係檢測晶片S之立體圖。
圖9係檢測晶片S之立體圖。
圖10係半導體晶片S1之俯視圖。
圖11係半導體晶片S1之共用電極周邊部之放大圖。
圖12係檢測器之電路圖。
圖13係共用電極周邊部之光檢測部之俯視圖。
圖14係共用電極周邊部之剖面圖。
圖15係圖14之半導體晶片S1之仰視圖。
圖16係改良之半導體晶片S1之仰視圖。
圖17(A)係配線基板之基本構成要素之立體圖，(B)係配線基板之基本構成要素之仰視圖。
圖18(A)係配線基板之俯視圖，(B)係配線基板之仰視圖。
圖19(A)係配線基板之俯視圖，(B)係配線基板之仰視圖。
圖20係共用電極周邊部之剖面圖。
圖21係圖20之半導體晶片S1之仰視圖。
圖22係改良之半導體晶片S1之仰視圖。
圖23(A)係配線基板之基本構成要素之立體圖，(B)係配線基板之基本構成要素之仰視圖。
圖24(A)係配線基板之俯視圖，(B)係配線基板之仰視圖。
圖25係配線基板之仰視圖。
圖26(A)係配線基板之俯視圖，(B)係配線基板之仰視圖。
圖27係半導體晶片S1之俯視圖。
圖28係圖27所示之半導體晶片S1之仰視圖。
圖29係改良之半導體晶片S1之仰視圖。
圖30(A)~(F)係用以說明檢測器之製造方法之圖。
圖31(G)~(I)係用以說明檢測器之製造方法之圖。
圖32係表示同時入射之光子之個數與信號強度(a.u.)之關係之圖表。
圖33係表示動作電壓之偏差△V(V)與相對頻度(製品數比率)FR之關係之圖表((A)係分立陣列，(B)係單片陣列)。
圖34係光電二極體陣列之立體圖。
圖35係光電二極體陣列之A-A箭頭縱剖面圖。
圖36係表示向SiCr之入射光之波長(nm)與透過率(%)之關係之圖表。
圖37(A)係表示光檢測部(50μm間隔配置)之圖，(B)係表示光檢測部(25μm間隔配置)之圖，(C)係表示光檢測部(20μm間隔配置)之圖，(D)係表示光檢測部(15μm間隔配置：類型A)之圖，(E)係表示光檢測部(15μm間隔配置：類型B)之圖，(F)係表示光檢測部(10μm間隔配置)之圖。
圖38係表示入射光之波長(nm)與光子之檢測效率(%)之關係之圖表。
圖39(A)~(D)係表示光電二極體之輸出與時間之關係之圖表。
圖40(A)~(C)係用於對光電二極體之製造方法進行說明之圖。
圖41係變更基板之構造後之光電二極體陣列之縱剖面圖。
圖42係光電二極體陣列之俯視圖。
圖43係光電二極體陣列之俯視圖。
圖44係光電二極體陣列之剖面圖。
圖45係表示電極及配線等之連接關係之圖。
圖46係表示電極及配線等之連接關係之圖。
圖47係光電二極體陣列(第1例)之局部俯視圖。
圖48係光電二極體陣列(第1例)之A-A箭頭剖面圖。
圖49係光電二極體陣列(第2例)之局部俯視圖。
圖50係光電二極體陣列(第2例)之A-A箭頭剖面圖。
圖51係光電二極體陣列(第3例)之局部俯視圖。
圖52係光電二極體陣列(第3例)之A-A箭頭剖面圖。
圖53係表示電極及配線等之連接關係之圖。
圖54係光電二極體陣列(第4例)之局部俯視圖。
圖55係光電二極體陣列(第4例)之A-A箭頭剖面圖。
圖56係光電二極體陣列(第5例)之局部俯視圖。
圖57係光電二極體陣列(第5例)之A-A箭頭剖面圖。
圖58係光電二極體陣列(第6例)之局部俯視圖。
圖59係光電二極體陣列(第6例)之A-A箭頭剖面圖。
圖60係光電二極體陣列(第7例)之局部俯視圖。
圖61係光電二極體陣列(第7例)之A-A箭頭剖面圖。
圖62係變更基板之構造後之光電二極體陣列之縱剖面圖。
圖63係光電二極體陣列之俯視圖。
圖64係表示光電二極體陣列之表面之SEM照片之圖。
圖65係表示光電二極體陣列之剖面之SEM照片之圖。
圖66係光電二極體陣列之一部分之俯視圖。
圖67係圖66所示之光電二極體陣列(第2例)之A-A箭頭剖面圖。
圖68係表示自各光電二極體至電極墊(共用電極)之距離、及信號傳輸時間距基準之差tp(ps)之圖表(實施例)。
圖69係表示自各光電二極體至電極墊(共用電極)之距離、及信號傳輸時間距基準之差tp(ps)之圖表(比較例)。
圖70係表示電壓Vover與FWHM(ps)之關係之圖表。
圖71係表示時間tβ(ps)與計數個數之關係之圖表。
圖72係對雷射光束照射進行說明之圖。
圖73係表示時間tα(ns)與輸出OUT(a.u.)之關係之圖表。
圖74係共用電極周邊部之剖面圖。
圖75係共用電極周邊部之剖面圖。
圖76係表示檢測器之立體構成之照片之圖。
以下，對實施形態之檢測器、PET裝置及X射線CT裝置進行說明。再者，對於相同要素或具有相同功能之要素使用相同符號，並省略重複之說明。
圖1係PET裝置、CT裝置等被檢體診斷裝置之概略圖。
被檢體診斷裝置包含：托架101；機架102，其包含供托架101位於內部之開口；及控制裝置103。控制裝置103藉由驅動馬達控制信號而控制使托架101移動之驅動馬達104，使托架101相對於機架102之相對位置變化。於托架101上，配置要進行診斷之被檢體105。藉由驅動馬達104之驅動而將被檢體105向機架102之開口之內部搬送。驅動馬達104可使托架101移動，但亦可使機架102移動。
以包圍機架102之開口之方式配置有複數個檢測裝置106。檢測裝置106分別包含複數個檢測器D(參照圖2、圖3)。自控制裝置103將控制檢測裝置106之控制信號輸出至機架102，且自機架102將來自檢測裝置106之檢測信號輸入至控制裝置103。
圖2係具備圖1之構造之PET裝置之方塊圖。
PET裝置中，複數個檢測器D以包圍機架之開口之方式配置成環狀。被檢體105中被注入有放射正電子(正子)之類型之放射性同位素(RI，radioisotope)(正電子放射核種)。正電子與體內之負電子結合而產生互毀放射線(γ射線)。即，自被檢體105出射γ射線。檢測器D檢測出所出射之γ射線，藉由控制裝置103中之圖像處理電路103g對檢測信號進行圖像處理，而製作關於被檢體105之內部資訊之圖像，即，斷層化之圖像。再者，PET裝置中所使用之RI為碳、氧、氟、氮等存在於生物體中之元素。
自被檢體105出射之γ射線可由複數個檢測器D檢測出。該PET裝置中，由於檢測器D之整體特性得以顯著改善，故而可取得高品質之圖像。關於檢測器D將於之後進行描述。
自被檢體105之內部之RI位置P朝向一方向及與其相反之方向出射γ射線。複數個檢測器D係配置成環狀，γ射線入射至特定之檢測器D(n)、及夾隔RI位置而與其對向之檢測器D(k)。在將N個檢測器D配置於1個環上之情形時，γ射線入射至自位於最高位置之檢測器D起沿 順時針方向數的第n個檢測器D(n)及第k個檢測器D(k)，在RI位置P位於環之中心且於環之面內γ射線朝向彼此相反之方向之情形時，k=n+(2/N)。再者，n、k、N為自然數。
於PET裝置為TOF型(Time Of Flight，飛行時間)之情形時，其係將包含RI之物質對人體或動物及植物等投予，計測於該測定對象中藉由電子-正電子對互毀而產生之放射線對(γ射線)，藉此獲得關於測定對象內之上述投予物質之分佈或移動之資訊。TOF-PET裝置包含：含有複數個檢測器D之放射線檢測器陣列(檢測裝置106)；複數個前置放大器103a、103a'；複數個求和放大器103b、103b'；能量鑑別電路103e；時序提取電路103c、103c'；及符合計數電路103f。
又，被檢體105係配置於放射線檢測器陣列(檢測裝置106)之大致中心。自被檢體105放射γ射線對。γ射線對係向彼此相反之方向放射。複數個檢測器D係配置於以被檢體105為大致中心之圓周上。再者，檢測器D包含將放射線(γ射線、X射線)轉換為螢光之閃爍器、及檢測螢光之光檢測器。
γ射線入射之一檢測器D連接於複數個前置放大器103a(圖式上代表性地顯示1個)，前置放大器103a之各者均連接於求和放大器103b及求和放大器103b2兩者。前置放大器103a將來自光檢測器D之輸出信號高速放大，求和放大器103b、103b2輸出各個前置放大器103a之輸出信號之邏輯和。
γ射線入射之另一檢測器D連接於複數個前置放大器103a'(圖式上代表性地顯示1個)，前置放大器103a'之各者均連接於求和放大器103b'及求和放大器103b2'兩者。前置放大器103a'將來自光檢測器D之輸出信號高速放大，求和放大器103b'、103b2'輸出各個前置放大器103a'之輸出信號之邏輯和。
該等構成被採用於配置成環狀之所有檢測器D，但為使說明明瞭 化，該圖中僅顯示1組。
能量鑑別電路103e連接於求和放大器103b2、103b2'。能量鑑別電路103e將特定之閾值(以下稱為閾值SH)以上之信號判別為藉由γ射線之入射而產生之信號，且將判別結果輸出至符合計數電路103f。即，將藉由求和放大器103b2、103b2'進行之邏輯和運算之運算結果輸出至能量鑑別電路103e，能量鑑別電路103e判定自該等求和放大器輸入之信號是否為具有閾值SH以上之能量之γ射線之信號，且將判定結果輸出至符合計數電路103f。
閾值SH係設定於例如伴隨電子-正電子對互毀而產生之一對γ射線之光子能量511keV之附近。藉此，電氣雜訊信號或因散射伽馬射線(互毀γ射線之一者或兩者因散射物質而改變方向後之γ射線，其能量因散射而減少)而產生之雜訊信號等被去除。再者，能量鑑別電路103e包含如下之電路：將自前置放大器103a、103a'經由求和放大器103b2、103b2'輸出之信號進行積分，且以使振幅與能量成為比例關係之方式形成波形。
時序提取電路103c、103c'根據自各個求和放大器103b、103b'輸出之信號而輸出第1時序信號、第2時序信號。第1及第2時序信號被輸入至符合計數電路103f。再者，作為時序提取方法，可使用前緣方式或恆比方式。
符合計數電路103f連接於能量鑑別電路103e、及時序提取電路103c、103c'。符合計數電路103f判定藉由檢測器D(n)、D(k)檢測出之γ射線對是否為伴隨同一電子-正電子對互毀而產生之γ射線對。該判定係根據於一檢測器D(n)中檢測出γ射線之檢測時刻之前後之一定時間之期間，於另一檢測器D(k)中是否檢測出γ射線而進行。於該條件下檢測出之情形時，可判定為伴隨同一電子-正電子對互毀而產生之γ射線對。
在由能量鑑別電路103e判定為具有閾值SH以上之能量位準之信號中，將由符合計數電路103f判定為藉由電子-正電子對互毀而產生之γ射線對之信號作為真的資料予以採用。
真的資料被輸入至圖像處理電路103g，而製作關於被檢體之內部資訊之圖像即斷層圖像。所製成之圖像係儲存於記憶裝置103k內，且可顯示於顯示器103h上。於記憶裝置103k中，儲存有進行圖像處理等之程式，該程式根據來自中央處理裝置(CPU，Central Processing Unit)103i之指令而運行。檢查所需之一連串之操作(控制信號(檢測器之接通/斷開)向檢測器D之輸出、驅動馬達之控制、自檢測器D之檢測信號之取入、符合計數後之圖像處理、製成圖像向記憶裝置中之儲存、於顯示器之顯示)可藉由輸入裝置103j而進行。
圖3係具備圖1之構造之X射線CT裝置之方塊圖。
X射線CT裝置亦包含上述構造之托架及機架，且機架內置有出射X射線之X射線源103m。於來自X射線源103m之X射線所入射之位置，配置有複數個檢測器D而構成檢測裝置106。
在圖1之位於機架102之開口內之托架101配置被檢體105，自X射線源103m對被檢體105照射X射線。透過被檢體105之X射線由複數個檢測器D檢測出，藉由對該檢測信號進行圖像處理，可獲得關於被檢體105之內部資訊之圖像，即，電腦斷層圖像。在將PET裝置與X射線CT裝置一體化之情形時，控制裝置103可使由PET裝置獲得之圖像、與由X射線CT裝置獲得之圖像重疊。於X射線CT裝置中，由於使用有整體特性得以顯著改善之檢測器D，故而可取得高品質之圖像。
被檢體105係配置於配置成環狀之檢測裝置106之中心。檢測裝置106以旋轉軸AX為中心進行旋轉。自X射線源103m對被檢體105照射X射線，透過其之X射線入射至複數個檢測器D(n)。各檢測器之輸出經過前置放大器103a及求和放大器103b被輸入至圖像處理電路 103g。X射線CT裝置之控制裝置103包含與PET裝置同樣地發揮功能之顯示器103h、CPU103i、記憶裝置103k、及輸入裝置103j。若藉由輸入裝置103j而指示攝影之開始，則儲存於記憶裝置103k中之程式啟動，控制X射線源驅動電路103n，自該驅動電路對X射線源103m輸出驅動信號。自X射線源103m出射X射線。又，儲存於記憶裝置103k中之程式啟動，驅動機架驅動馬達103p，使檢測裝置106繞旋轉軸AX進行旋轉，進而，將控制信號(檢測器之接通/斷開)輸出至檢測器D，使檢測器D接通，將檢測信號經由前置放大器103a、求和放大器103b而輸入至圖像處理電路103g。圖像處理電路103g中，根據輸入至記憶裝置103k中之斷層圖像製作程式而製作電腦斷層圖像。所製成之圖像係儲存於記憶裝置103k中，且可顯示於顯示器103h。
如上所述，於記憶裝置103k中，儲存有進行圖像處理等之程式，該程式根據來自中央處理裝置(CPU)103i之指令而運行。檢查所需之一連串之操作(控制信號(檢測器之接通/斷開)向檢測器D之輸出、各種驅動馬達之控制、自檢測器D之檢測信號之取入、檢測信號之圖像處理、製成圖像向記憶裝置中之儲存、於顯示器之顯示)可藉由輸入裝置103j而進行。
再者，各種程式可使用先前之裝置中所搭載者。
圖4係檢測器D之立體圖。
檢測器D包含：配線基板20；及複數個檢測晶片S(半導體晶片S1)，其等呈二維狀相互隔開地配置、固定於配線基板20上。再者，在各個檢測晶片S(半導體晶片S1)與配線基板20之間，介置有第1凸塊電極BE及第2凸塊電極B2(參照圖15)。該圖4中，配置有4×4個檢測晶片S，但檢測晶片S之個數只要為複數個即可，當然亦可採用除此以外之個數。該圖中，顯示XYZ三維正交座標系統，機架之開口中心(被檢體105)位於+Z方向之延長線上。即，γ射線或X射線向Z軸之負方向 行進而入射至檢測晶片S，其輸出信號經由凸塊電極被輸入至配線基板20，來自配線基板20之輸出被輸入至上述前置放大器。
圖5係用以說明檢測器D中之檢測晶片S之間隔之圖。
檢測晶片S於X軸方向、Y方向均僅隔開距離d1而配置。檢測晶片S係於半導體晶片S1上包含閃爍器者，但該圖中省略閃爍器之記載。半導體晶片S1於表面側包含成為檢測通道之半導體區域14。半導體區域14係半導體晶片S1中之與半導體基板一併構成pn接面之區域之表面側之區域。
將鄰接之半導體晶片S1間之半導體區域14之隔開距離之最小值設為d2。
可將距離d1(半導體晶片S1之側面間距離)設定為100μm，將距離d2設定為200~300μm，將半導體晶片S1之側面與半導體區域14之隔開距離之最小值d3設定為50~100μm。若距離d1=X1μm，則滿足d2=X1+2×d3=X1+100~200μm。
1個半導體晶片S1呈二維狀包含複數個半導體檢測區域14，於將一群半導體區域14設為1個檢測通道，且包含單一之檢測通道之情形時，檢測器D構成分立陣列。於1個半導體晶片S1包含複數個檢測通道之情形時，檢測器D構成單片陣列。於分立陣列之情形時，在半導體晶片之側面添加高濃度之雜質(與半導體基板相同之導電型：N型)而構成雜質添加區域IS。於單片陣列之情形時，在半導體晶片之側面與檢測通道之間添加高濃度之雜質(與半導體基板相同之導電型：N型)而構成雜質添加區域IS。
再者，單片陣列之情形時之檢測通道間之隔開距離(鄰接之檢測通道中之半導體區域14間之距離之最小值)可設定為與距離d1相等。該情形時，具有所有半導體區域14之隔開距離變得相等之優點。
圖6係檢測器D'之立體圖。
複數個圖4所示之配線基板20配置、固定於主配線基板或支持基板20'上，且整體上排列有8×8個檢測晶片S。藉由採用此種構成，而可達成檢測器之大型化。
圖7係檢測器D"之立體圖。
使圖4所示之配線基板20共用化，整體上排列有8×8個檢測晶片S，且配置、固定於配線基板20上。藉由採用此種構成，而可達成檢測器之大型化。又，圖76係表示排列有複數個檢測晶片之檢測器之立體構成之照片之圖，完成了更大面積之檢測器之試製。
其次，對檢測晶片進行說明。
圖8係檢測晶片S之立體圖。
於半導體晶片S1上，經由接著層S2而設置有閃爍器S3。接著層S2例如為Epoxy Technologies公司製造之Epo-Tek301(商標)等樹脂。閃爍器S3包含選自由Lu2-xYxSiO5：Ce(LYSO)、釓鋁鎵石榴石(GAGG)、NaI(TI)、Pr：LuAG、LaBr2、LaBr3、及(LuxTb1-x-yCey)3Al5O12(即，LuTAG)所組成之群中之至少1種或該等之任2種以上之混合材料。再者，LuTAG中之Lu之組成比「x」處於0.5~1.5之範圍且Ce之組成比「y」處於0.01~0.15之範圍。入射至閃爍器S3之放射線藉由閃爍器S3而轉換為螢光，且經由接著層S2而入射至半導體晶片S1。
圖9係另一構造之檢測晶片S之立體圖。
於半導體晶片S1上，經由接著層S21而設置有玻璃板S22。於玻璃板S22上，經由接著層S23而設置有閃爍器S3。接著層及閃爍器之材料如上所述。入射至閃爍器S3之放射線藉由閃爍器S3而轉換為螢光，且經由接著層S23、玻璃板S22、及接著層S21而入射至半導體晶片S1。
如以上般，閃爍器S3係介隔絕緣體(S2、S21、S22、S23)而位於各個半導體晶片S1之表面上。閃爍器S3根據入射至其中之X射線或γ 射線等放射線之入射，而產生較該等更長波長之光。於可見光或紅外光入射至Si之情形時，於Si內部會有效率地產生光電轉換。於半導體晶片S1內部之APD包含Si之情形時，可使可見光或紅外光之感度提高。如上所述，絕緣體包含玻璃板或樹脂，可保護APD之表面，並且可使來自閃爍器之光在到達APD之前少許擴散。樹脂亦可具有將閃爍器與半導體晶片接著之功能。
圖10係半導體晶片S1之俯視圖。
於半導體晶片S1之表面，沿X軸及Y軸排列有複數個光檢測部10。於半導體晶片S1之中央部，配置有收集來自各光檢測部10之信號之共用電極E3。再者，於半導體晶片S1之整個面上形成有光檢測部10，但該圖中，為使共用電極明瞭化，僅於兩端部周邊圖示出光檢測部10。
圖11係半導體晶片S1之共用電極周邊部(圖10之區域RS1)之放大圖。
光檢測部10包含APD、及與APD之一端(陽極)連接之淬滅電阻R1(電阻層)。淬滅電阻R1經由讀出配線TL而與共用電極E3連接。即，複數個光檢測部10中之各APD經由各個淬滅電阻R1與讀出配線TL而均與共用電極E3連接。
圖12係檢測器之電路圖。
半導體晶片S1包含1個或複數個光電二極體陣列PDA。光電二極體陣列PDA包含複數個光檢測部10(APD、淬滅電阻R1)。光電二極體陣列PDA中，使各個APD於蓋革模式下進行動作。於蓋革模式下，將較APD之崩潰電壓更大之逆向電壓(逆向偏壓電壓)施加至APD之陽極/陰極間。即，對陽極施加(-)電位V1，對陰極施加(+)電位V2。該等電位之極性為相對者，亦可將一電位設為接地電位。
於配線基板20，亦可設置對來自光電二極體陣列PDA之信號進行 處理之信號處理部SP。信號處理部SP構成ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特殊應用積體電路)。信號處理部SP可包含將來自光電二極體陣列PDA(通道)之輸出信號轉換為數位脈衝之CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)電路。
圖13係共用電極周邊部之光檢測部之俯視圖。
APD包含分別配置於半導體基板之主面側之電極E1。電極E1與第2半導體區域14電性連接。位於第2半導體區域14之正下方之第1半導體區域經由第2半導體區域14而與電極E1電性連接。
於第2半導體區域14之外側之半導體基板上，介隔絕緣層而形成有讀出配線(信號線)TL與共用電極E3。共用電極E3位於各通道(光電二極體陣列PDA)之中央區域上。
讀出配線TL包含複數根信號線TL1與複數根信號線TL2。各信號線TL1於俯視時於鄰接之APD間沿Y軸方向延伸。各讀出配線TL2於鄰接之APD間沿X軸方向延伸，且將複數根讀出配線TL1彼此電性連接。讀出配線TL2連接於共用電極E3。讀出配線TL1除直接連接於共用電極E3者以外，亦經由讀出配線TL2而電性連接於共用電極E3。
光電二極體陣列PDA中，針對每個APD而包含介隔絕緣層而形成於第2半導體區域14之外側之半導體基板上的淬滅電阻R1。即，淬滅電阻R1係配置於半導體基板之主面側。淬滅電阻R1之一端連接於電極E1，其另一端連接於讀出配線TL1。
圖14係共用電極周邊部之剖面圖。
構成半導體基板之半導體區域12包含相互對向之主面1Na與主面1Nb。半導體區域12為包含Si之N型(第1導電型)之半導體基板。
各光電二極體陣列PDA包含形成於半導體區域12之複數個APD。APD之陽極為P型半導體區域13(14)，陰極為N型半導體區域12。若光 子入射至APD，則於基板內部進行光電轉換而產生光電子。於第1半導體區域13之pn接合界面之附近區域進行雪崩倍增，經放大之電子群流向形成於半導體區域12之背面之電極。即，若光子入射至光電二極體陣列PDA之任一像素(雪崩光電二極體APD)，則會倍增且作為信號而自電極E3(貫通電極TE)取出。
於各個APD，串聯連接有淬滅電阻R1。一個APD構成各光電二極體陣列PDA之一個像素。各APD以分別與淬滅電阻R1串聯連接之形態全部並聯連接，且自電源被施加逆向偏壓電壓。
各個APD包含P型(第2導電型)之第1半導體區域13、及P型(第2導電型)之第2半導體區域14。第1半導體區域13係形成於半導體區域12之主面1Na側。第2半導體區域14係形成於第1半導體區域13內且雜質濃度較第1半導體區域13更高。第2半導體區域14之平面形狀例如為多邊形(本實施形態中為四邊形)。第1半導體區域13之深度較第2半導體區域14深。
半導體區域12包含N型(第1導電型)之半導體區域1PC。半導體區域1PC係形成於半導體區域12之主面1Na側。半導體區域1PC防止形成於N型之半導體區域12與P型之第1半導體區域13之間的PN接面露出於配置貫通電極TE之貫通孔TH。半導體區域1PC係形成於與貫通孔TH(貫通電極TE)對應之位置。
於第2半導體區域14之表面上形成有絕緣層16，且於其上形成有共用電極E3與讀出配線TL。共用電極E3與讀出配線TL由絕緣層17被覆。半導體區域12之背面1Nb由絕緣層L3被覆。絕緣層L3具有開口，貫通電極TE穿過開口內。共用電極E3與貫通電極TE接觸且電性連接，第1凸塊電極BE介隔凸塊下金屬(Under Bump Metal)BM而接觸於貫通電極TE上。設置於半導體區域12之貫通孔TH之內面由絕緣層L2被覆，絕緣層L2與絕緣層L3連續。貫通電極TE及絕緣層L3由鈍化膜 (保護膜)PF被覆。凸塊下金屬之形成方法可使用無電解鍍敷法。凸塊電極BE之形成方法可使用搭載焊球之方法或印刷法。
如以上般，各個半導體晶片包含：半導體區域12，其包含呈二維狀配置之複數個光檢測部10；絕緣層16，其形成於半導體區域12之表面上；共用電極E3，其配置於絕緣層16上；讀出配線TL，其將各個光檢測部10之淬滅電阻R1與共用電極E3電性連接；及貫通電極TE，其自共用電極E3經由半導體區域12之貫通孔TH而延伸至半導體區域12之背面。
各光電二極體陣列PDA包含貫通電極TE。貫通電極TE針對每個光電二極體陣列PDA而設置，即，針對每個通道而設置。貫通電極TE係自主面1Na側至主面1Nb側貫通半導體區域12而形成。即，貫通電極TE係配置於貫通半導體區域12之貫通孔TH內。絕緣層L2亦形成於貫通孔TH內。因此，貫通電極TE係介隔絕緣層L2而配置於貫通孔TH內。貫通電極TE之一端連接於共用電極E3，而將讀出配線TL與貫通電極TE連接。
各個光檢測部10包含APD，各APD包含第1導電型之半導體區域12(第1半導體區域)、及與半導體區域12構成pn接面且輸出載子之第2導電型之第2半導體區域(13、14)。於APD之第2半導體區域14，電性連接有淬滅電阻R1。
第1凸塊電極BE將貫通電極TE與配線基板20電性連接，第2凸塊電極B2(參照圖15等)將APD之半導體區域12(第1半導體區域)與配線基板20電性連接。
淬滅電阻R1之電阻率較與其連接之電極E1、共用電極E3高。淬滅電阻R1例如包含多晶矽等。作為淬滅電阻R1之形成方法，可使用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法。作為構成淬滅電阻R1之電阻體，除此以外，可列舉SiCr、NiCr、TaNi、及FeCr等。
電極E1、E3及貫通電極TE包含鋁等金屬。於半導體基板包含Si之情形時，作為電極材料，除鋁以外，亦常使用AuGe/Ni等。作為電極E1、E3及貫通電極TE之形成方法，可使用濺鍍法。
作為使用Si之情形時之P型雜質，使用B等3族元素，作為N型雜質，使用N、P或As等5族元素。即便半導體之導電型即N型與P型相互交換而構成元件，亦可使該元件發揮功能。作為該等雜質之添加方法，可使用擴散法或離子注入法。
作為上述絕緣層之材料，可使用SiO2或SiN，作為絕緣層之形成方法，於各絕緣層包含SiO2之情形時，可使用熱氧化法或濺鍍法。
於上述構造之情形時，藉由在N型之半導體區域12與P型之第1半導體區域13之間構成pn接面而形成APD。半導體區域12直接與基板1N之背面電性連接，或與形成於背面之電極(圖示省略)電性連接。第1半導體區域13依序經由第2半導體區域14、電極E1、淬滅電阻R1、讀出配線TL、共用電極E3、貫通電極TE、及凸塊電極BE而與配線基板20連接。半導體區域12之背面經由凸塊電極B2而與配線基板20連接。再者，淬滅電阻R1與APD串聯連接。
圖15係圖14之半導體晶片S1之仰視圖。
半導體基板之背面之鈍化膜PF之一部分被去除，而露出半導體區域12之背面。於該露出區域，配置有第2凸塊電極B2。第1凸塊電極BE位於半導體區域12之中央。第2凸塊電極B2配置於與四邊形之半導體區域12之4個角部對應之位置。
圖16係改良之半導體晶片S1之仰視圖。
該構造與圖15所示者相比，不同點在於，在藉由去除鈍化膜PF而露出之半導體區域12之背面上形成有導電膜M，且於導電膜M上配置凸塊電極B2，而其他方面相同。導電膜M之形狀為矩形環狀，材料可設為與電極材料相同。再者，凸塊電極之材料可使用焊錫。
如以上般，對各個光檢測部10中所包含之APD之兩端，經由第1凸塊電極BE及第2凸塊電極B2而賦予於蓋革模式下進行動作之偏壓電壓。藉由光(能量線)之入射而於複數個APD中產生之載子經由各個淬滅電阻R1而流動至半導體區域12上之共用電極E3，且自共用電極E3經過貫通電極TE及第1凸塊電極BE而到達配線基板20，並被取出至外部。
該構造之APD中，由於具有使用貫通電極等之載子傳輸路徑縮短化構造，故而配線電阻減小。因此，來自APD之載子之傳輸速度，即，時間解析度提高。於複數個光子入射至包含複數個該APD之1個半導體晶片之情形時，藉由時間解析度之提高，可進行更高精度之光子檢測。又，其他半導體晶片因製造誤差等原因，而無法保障成為相同之時間解析度，但若於組裝時，選擇製品特性為一定範圍內之半導體晶片，且經由凸塊電極而與配線基板接合，則可減小每一半導體晶片之特性偏差。
由於呈二維狀排列之半導體晶片S1相隔開，故而可抑制向特定之半導體晶片入射之光向其他半導體晶片洩漏而產生串擾之影響，並且半導體晶片間之間隙可緩和因配線基板20之膨脹/收縮而引起之配線基板之翹曲對半導體晶片之影響。即，作為檢測器整體之時間解析度、對串擾、溫度變化之耐性等特性得以顯著改善。
圖17(A)係配線基板之基本構成要素之立體圖，(B)係配線基板之基本構成要素之仰視圖。
配線基板20包含設置於絕緣基板20C之表面上且與第1凸塊電極BE接觸之電極20a、及與4個第2凸塊電極B2接觸之電極21a。於絕緣基板20C之背面，設置有經由穿過絕緣基板20C之內部之貫通電極20b而與電極20a電性連接之電極墊20d。貫通電極20b與電極墊20d係經由連接電極20c而連接。
於絕緣基板20C之背面，設置有經由穿過絕緣基板20C之內部之貫通電極21b而與電極21a電性連接之電極墊21d。貫通電極21b與電極墊21d係經由連接電極21c而連接。
再者，設置於絕緣基板20C之電極均為印刷而成之配線圖案。
表面上之第1電極20a之形狀為四邊形，第2電極21a係以與第1電極20a之3邊鄰接且將其包圍之方式設置。
圖18(A)係配線基板之俯視圖，(B)係配線基板之仰視圖。
該配線基板20係將圖17所示之配線圖案沿X軸及Y軸複數排列而成者。左2行之第2電極21a係以下側開放之方式配置，右2行之第2電極21a係使左2行以與配線基板之厚度平行之軸為中心旋轉180°而成者，且以上側開放之方式配置。
圖19(A)係配線基板之俯視圖，(B)係配線基板之仰視圖。
該配線基板20係將圖17所示之配線圖案沿X軸及Y軸複數排列，同時使第2電極21a中於X軸方向上鄰接者彼此連續來作為電極210a。電極210a成為沿Y軸延伸且將所有第2電極21a於表面側電性連接之構造。該情形時，只要於電極210a之一個部位之正下方設置貫通電極210d，且使其露出於背面即可，因此具有使變得簡單之優點。
圖20係共用電極周邊部之剖面圖。
上述中，將第1凸塊電極BE配置於設置於半導體區域12之貫通孔內，但亦可設置於與此不同之其他位置。貫通電極TE沿貫通孔之內面而位於半導體基板之背面上之絕緣層L3上。可於絕緣層L3形成接觸孔，使貫通電極TE露出，且於該露出面上介隔凸塊下金屬BM而設置第1凸塊電極BE。再者，可去除貫通孔TH之底部之鈍化膜PF，且以與去除後之區域之貫通電極TE接觸之方式設置凸塊下金屬BM。根據設計，可於底部之凸塊下金屬BM上亦配置凸塊電極。
圖21係圖20之半導體晶片S1之仰視圖。
半導體區域12之背面之鈍化膜PF之一部分被去除，而露出半導體區域12之背面。於該露出區域，配置有第2凸塊電極B2。4個第1凸塊電極BE位於半導體區域12之中央之周邊。第2凸塊電極B2配置於與四邊形之半導體區域12之4個角部對應之位置。第1凸塊電極BE係以與開口形狀為四邊形之貫通孔之各邊鄰接之方式設置。再者，貫通孔之形狀為四角錐台。
圖22係改良之半導體晶片S1之仰視圖。
該構造與圖21所示者相比，不同點在於，在藉由去除鈍化膜PF而露出之半導體區域12之背面上形成有導電膜M，且於該導電膜M上配置凸塊電極B2，而其他方面相同。導電膜M之形狀為矩形環狀，材料可設為與電極材料相同。再者，凸塊電極之材料可使用焊錫。
圖23(A)係配線基板之基本構成要素之立體圖，(B)係配線基板之基本構成要素之仰視圖。
配線基板20包含設置於絕緣基板20C之表面上且與4個第1凸塊電極BE接觸之電極20a、及與4個第2凸塊電極B2接觸之電極21a。於絕緣基板20C之背面，設置有經由穿過絕緣基板20C之內部之貫通電極20b而與電極20a電性連接之電極墊20d。貫通電極20b與電極墊20d係經由連接電極20c而連接。
於絕緣基板20C之背面，設置有經由穿過絕緣基板20C之內部之貫通電極21b而與電極21a電性連接之電極墊21d。貫通電極21b與電極墊21d係經由連接電極21c而連接。
再者，設置於絕緣基板20C之電極均為印刷而成之配線圖案。
表面上之第1電極20a之形狀為十字架形狀，第2電極21a具有與第1電極20a鄰接且將其包圍，並且一端開放之大致U字形狀。
圖24(A)係配線基板之俯視圖，(B)係配線基板之仰視圖。
該配線基板20係將圖23所示之配線圖案沿X軸及Y軸複數排列而 成者。左2行之第2電極21a係以下側開放之方式配置，右2行之第2電極21a係使左2行以與配線基板之厚度平行之軸為中心旋轉180°而成者，且以上側開放之方式配置。
圖25係配線基板之仰視圖。
於上述配線基板中，亦可設置將電極墊20d彼此連接之配線SR1、及將電極墊21d彼此連接之配線SR2。藉此，可將來自各第1凸塊電極BE之輸出經由配線SR1而輸出至外部，且將來自第2凸塊電極B2之輸出經由配線SR2而輸出至外部。
圖26(A)係配線基板之俯視圖，(B)係配線基板之仰視圖。
該配線基板20係將圖23所示之配線圖案沿X軸及Y軸複數排列，同時使第2電極21a中於X軸方向上鄰接者彼此連續來作為電極210a。電極210a成為沿Y軸延伸且將所有第2電極21a於表面側電性連接之構造。該情形時，只要於電極210a之一個部位之正下方設置貫通電極210d，且使其露出於背面即可，因此具有使構造變得簡單之優點。
圖27係半導體晶片S1之俯視圖。
於半導體晶片S1之表面，沿X軸及Y軸排列有複數個光檢測部10。於半導體晶片S1之中央部，配置有複數個收集來自各光檢測部10之信號之共用電極E3。再者，於半導體晶片S1之整個面上形成有光檢測部10，但該圖中，為使共用電極明瞭化，僅於兩端部周邊圖示出光檢測部10。
該圖中，於半導體晶片S1顯示4個共用電極E3。各個共用電極E3之周邊區域RS1之剖面構造，與圖14或圖20所示者相同。
圖28係圖27所示之半導體晶片S1之仰視圖。該圖中，作為剖面構造顯示使用圖20所示者之情形，因此第1凸塊電極BE之個數針對每個共用電極為4個，於採用圖14中所使用者之情形時，第1凸塊電極BE之個數針對每個共用電極為1個。
半導體基板之背面之鈍化膜PF之一部分被去除，而露出半導體區域12之背面(矩形環狀之區域、中央部之區域)。於該露出區域之5個部位配置有第2凸塊電極B2。第2凸塊電極B2配置於與四邊形之半導體區域12之4個角部、及中央部對應之位置上。4個第1凸塊電極BE分別位於與半導體區域12之4個共用電極對應之部位。
圖29係改良之半導體晶片S1之仰視圖。
該半導體晶片S1與圖28所示者之不同點在於，使設置第2凸塊電極B2之位置僅為半導體晶片S1之中央之一個部位，而其他構成與圖28所示者相同。
其次，參照圖30、圖31，說明上述檢測器之製造方法。
首先，準備形成有與各通道(光電二極體陣列PDA)對應之部分(第1半導體區域13、第2半導體區域14、絕緣層16、淬滅電阻R1、電極E1、E3、及信號線TL)之半導體區域12。其次，於半導體區域12之主面1Na側形成絕緣層17，其後，將半導體區域12自主面1Nb側薄化(參照圖30(A))。絕緣層17包含SiO2。絕緣層17之形成方法可使用CVD(Chemical Vapor Deposition)法。半導體區域12之薄化方法可使用機械研磨法或化學研磨法。
繼而，於所準備之半導體區域12之背面1Nb側，形成絕緣層L3(參照圖30(B))。絕緣層L3包含SiO2。絕緣層L3之形成方法可使用CVD(Chemical Vapor Deposition)法。
其次，去除絕緣層L3中之要形成貫通孔TH之區域(參照圖30(C))。絕緣層L3之去除方法可使用乾式蝕刻法。
繼而，於半導體區域12形成用以配置貫通電極TE之貫通孔TH(參照圖30(D))。關於貫通孔TH之形成方法，可適當選擇乾式蝕刻法與濕式蝕刻法而使用。於使用鹼蝕刻法作為濕式蝕刻法之情形時，絕緣層16作為蝕刻終止層而發揮功能。於藉由鹼蝕刻形成貫通孔時，於絕緣 層L3會產生底切，因此藉由乾式蝕刻法而蝕刻絕緣層L3。此時，絕緣層16亦同時被蝕刻。
其次，於所準備之半導體區域12之主面1Nb側形成包含SiO2之絕緣層L2之後，為使電極E3露出而去除絕緣層L2之一部分(參照圖30(E))。絕緣層L2之去除方法可使用乾式蝕刻法。
繼而，形成貫通電極TE(參照圖30(F))。貫通電極TE之形成方法如上所述般可使用濺鍍法。
其次，於半導體區域12之主面1Nb側，形成在與凸塊電極BE對應之位置形成有開口之鈍化膜PF，其後，形成凸塊電極BE(參照圖31(G))。藉此，獲得半導體晶片。於凸塊電極BE之形成前，於貫通電極TE中之自鈍化膜PF露出之區域，形成凸塊下金屬(Under Bump Metal)BM。BM包含與凸塊電極BE電性及物理性連接優異之材料。BM之形成方法可使用無電解鍍敷法。凸塊電極BE之形成方法可使用搭載焊球之方法或印刷法。
繼而，於半導體晶片S1，經由光學接著劑而接著玻璃基板S22(參照圖31(H))。藉此，將玻璃基板S22與半導體晶片S1光學性連接。玻璃基板S22亦與半導體區域12同樣地，以包含複數個玻璃基板之玻璃基板母材之態樣而準備。將玻璃基板S22與半導體晶片S1接著之步驟亦可於在半導體區域12形成絕緣層L3之後實施。再者，於無需使用玻璃基板S22之情形時可省略。
其次，藉由切割而切斷包含玻璃基板S22(玻璃基板母材)及半導體晶片S1(半導體晶圓)之積層體。藉此，使半導體區域12之側面與玻璃基板S22之側面30c為同一面。
繼而，將對向配置有玻璃基板S22之半導體光檢測元件10、與另外準備之搭載基板20進行凸塊電極連接(參照圖31(I))。藉由該等過程而獲得檢測晶片S。於配線基板20，於主面20U側在與電極20a對應之 位置形成有凸塊電極BE，於相反之面20D上形成有信號取出用之電極。
於將光電二極體陣列PDA設為一個通道，且包含複數個通道之情形時，可實現謀求大面積化之檢測晶片。
於半導體區域12，針對每個通道而形成有與信號線TL電性連接且自主面1Na側貫通至主面1Nb側之貫通電極TE，且貫通電極TE與配線基板20之電極經由凸塊電極而電性連接。藉此，可使自各通道用於引導信號之配線之距離極短，並且可使其值一致而不會產生偏差。因此，配線所具有之電阻及電容之影響得以顯著抑制，時間解析度會提高。
檢測晶片S包含配置於半導體區域12之主面1Na側之玻璃基板S22。因此，藉由玻璃基板S22而可提高半導體區域12之機械強度。使半導體區域12之側面與玻璃基板S22之側面為同一面。藉此，可減少無效空間。
玻璃基板S22之主面30b為平坦。藉此，可極容易地進行閃爍器於玻璃基板S22之設置。
貫通電極TE位於各通道之中央區域。藉此，於各通道中，可縮短自各APD至貫通電極TE之配線距離。
半導體晶片S1包含共用電極E3，其配置於半導體區域12之主面1Na側，且將信號線TL與貫通電極TE連接。藉此，可將信號線TL與貫通電極TE確實地電性連接。
再者，貫通電極TE亦可位於各通道(光電二極體陣列PDA)間之區域。該情形時，可防止於各通道之開口率之降低。
如上所述，凸塊電極BE亦可配置於貫通孔TH之外側。該情形時，相對於一個貫通電極TE而形成有複數個凸塊電極(本例中為4個凸塊電極)BE。凸塊電極BE可配置於與貫通電極TE連續且配置在半導體 區域12之主面1Nb側之電極部分上。
半導體區域13、14之形狀並不限於上述形狀，亦可為其他形狀(例如，圓形狀等)。又，APD(第2半導體區域14)之個數(列數以及行數)及排列並不限於上述者。又，通道(PDA)之個數或排列亦不限於上述者。
圖32係表示同時入射之光子數NP與信號強度IS(a.u.)之關係之圖表。
隨著光子數NP之增加，信號強度IS會增加，於單元間距為10μm之情形時，該等之線性高於單元間距為15μm之情形。再者，所謂單元間距係指鄰接之光檢測部10之中心間之距離。
圖33係表示電壓偏差△V(V)與相對頻度FR之關係之圖表((A)為分立陣列，(B)為單片陣列)。再者，相對頻度FR表示陣列中所含之電壓偏差△V之產生數。
對半導體晶片之APD之陰極賦予共同之偏壓電位，施加電壓對於所有APD成為共同。光檢測部之動作依存於操作電壓Vop減去各通道之崩潰電壓Vbr所得之△Vover=Vop-Vbr，故而若各通道之崩潰電壓不均勻，則對檢測效率、暗電流、雜訊等各種特性有影響。因此，所有APD之崩潰電壓越均勻越佳。然而，崩潰電壓之均勻性受晶圓材料或工藝之實力限制。
將3×3mm之主動通道(半導體晶片)設為1晶片而挑選特性相近之元件，且於基板上配置16×16個而成之分立陣列中，電壓偏差減少至平均0.06V(圖33(A))。於分立陣列之情形時，可去除特性偏離基準值之檢測晶片，將特性一致者配置於同一配線基板上，故而電壓之偏差△V較單片陣列之情形得以抑制。又，於使用貫通電極之分立陣列中，無效空間較少。
另一方面，將3×3mm之主動通道4列4行排列於同一半導體晶片 上而成之單片陣列類型之電壓增益偏差會變大。於固定之施加電壓下，所有16通道(半導體晶片)之電壓偏差產生有平均0.21V(圖33(B))。
其次，對僅使光檢測部之構造變化後之例進行說明。
圖34係光電二極體陣列之立體圖，圖35係光電二極體陣列之A-A箭頭縱剖面圖。
該光電二極體陣列於包含Si之半導體基板之表面側包含受光區域。受光區域包含複數個光檢測部10，該等光檢測部10二維配置成矩陣狀。再者，圖34中，配置有3列3行之光檢測部10，該等構成受光區域，但光檢測部10之個數可更多亦可更少，又，亦可設為一維配置之構成。
於基板表面，配置有圖案化成格子狀之信號讀出用之配線圖案(上表面電極)3C(讀出配線TL)。再者，於圖34中，為使得可瞭解內部構造，而省略圖35所示之絕緣層17之記載。於格子狀之配線圖案3C之開口內規定光檢測區域。於光檢測區域內配置有光檢測部10，光檢測部10之輸出連接於配線圖案3C。
於基板背面上，視需要設置有下表面電極E4，但在設置於背面之凸塊電極與半導體基板之接觸電阻變小之情形時，亦可不使用。因此，若對作為上表面電極之配線圖案3C與下表面電極E4之間施加光檢測部10之驅動電壓，則可自配線圖案3C取出該光檢測輸出。
於pn接面，構成其之p型半導體區域構成陽極，n型半導體區域構成陰極。在以使p型半導體區域之電位高於n型半導體區域之電位之方式對光電二極體施加驅動電壓之情形時，其為順向偏壓電壓，在對光電二極體施加與上述驅動電壓相反之驅動電壓之情形時，其為逆向偏壓電壓。
驅動電壓係對光檢測部10之內部之包含pn接面之光電二極體施 加之逆向偏壓電壓。在將該驅動電壓設定為光電二極體之崩潰電壓以上之情形時，於光電二極體中會產生崩瀉(avalanche breakdown)，從而光電二極體於蓋革模式下進行動作。即，各光電二極體為雪崩光電二極體(APD)。再者，於對光電二極體施加順向偏壓電壓之情形時，光電二極體亦具有光檢測功能。
於基板表面，配置有與光電二極體之一端電性連接之電阻部(淬滅電阻R1)4。電阻部4之一端構成經由位於其正下方之其他材料之接觸電極而與光電二極體之一端電性連接之接觸電極4A，另一端構成與信號讀出用之配線圖案3C接觸且與其電性連接之接觸電極4C。即，各光檢測部10之電阻部4包含與光電二極體連接之接觸電極4A、與接觸電極4A連續且曲線性延伸之電阻層4B、及與電阻層4B之終端部連續之接觸電極4C。再者，接觸電極4A、電阻層4B、及接觸電極4C包含同一電阻材料之電阻層，且該等連續。
如此，電阻部4自與光電二極體之電性連接點曲線性延伸，且與信號讀出用之配線圖案3C連接。電阻部4之電阻值與其長度成比例，故而藉由使電阻部4曲線性延伸，而可使其電阻值增加。又，藉由存在電阻部4，而可使存在於其下之半導體區域之表面能階穩定，且可使輸出穩定。
圖34所示之例中，配線圖案3C包含包圍各個光檢測部10之形狀，但配線圖案3C之形狀並不限於此，例如，可形成為包圍2個以上之光檢測部10之形狀，或形成為包圍一行以上之光檢測部10之形狀(參照圖42)。再者，圖42中，將複數行之光檢測部作為1個組，配線圖案3C(讀出配線TL)於該等之間延伸。
又，如圖42所示，於各個光檢測部中，以覆蓋半導體區域14之邊緣之方式配置電阻層4B，藉此可使半導體區域14之表面能階更穩定。詳細而言，於自厚度方向觀察半導體區域14之輪廓上，配置有電 阻層4B。
光檢測部10中所包含之光電二極體之一端原則上在所有位置上均連接於相同電位之配線圖案3C，另一端連接於賦予基板電位之下表面電極E4。即，所有光檢測部10之光電二極體並聯連接。
於半導體晶片S1之表面，設置有共用電極E3，讀出配線TL均連接於共用電極E3。共用電極E3之周圍之剖面構造及配置於凸塊電極下之配線基板之構造與上述者相同。
圖34所示之例中，各個接觸電極4A位於由配線圖案3C包圍之各個光檢測區域之中央部。而且，電阻部4B之二維圖案包含以圍繞接觸電極4A旋轉之方式延伸之形狀。藉由將接觸電極4A配置於各光檢測區域之中央部，且以圍繞接觸電極4A旋轉之方式配置電阻層4B，而可較長地設定電阻層4B之長度。
如圖35所示，各個光檢測部10包含第1導電型(n型)之第1半導體區域(層)12、及與第1半導體區域12構成pn接面之第2導電型(p型)之第2半導體區域(半導體層13及高雜質濃度區域14)。
該第2半導體區域中之高雜質濃度區域(半導體區域)14與第1接觸電極3A接觸。高雜質濃度區域14係藉由使雜質於半導體層13內擴散而形成之擴散區域(半導體區域)，且具有較半導體層13高之雜質濃度。本例(類型1)中，於n型之第1半導體區域12上形成有p型半導體層13，且於半導體層13之表面側，形成有p型之高濃度雜質區域14。因此，構成光電二極體之pn接面係形成於第1半導體區域12與半導體層13之間。
再者，作為半導體基板之層構造，亦可採用使導電型與上述為相反之構造。即，(類型2)之構造係於p型之第1半導體區域12上形成n型半導體層13，且於半導體層13之表面側形成n型之高濃度雜質區域14而形成。
又，亦可於表面層側形成pn接合界面。該情形時，(類型3)之構造成為於n型之第1半導體區域12上形成有n型半導體層13，且於半導體層13之表面側形成有p型之高濃度雜質區域14之構造。再者，於該構造之情形時，pn接面係形成於半導體層13與半導體區域14之界面。
當然，該構造中亦可使導電型相反。即，(類型4)之構造成為於p型之第1半導體區域12上形成有p型半導體層13，且於半導體層13之表面側形成有n型之高濃度雜質區域14之構造。
再者，作為半導體基板之構造，亦可採用圖41所示之構造。
圖41係變更基板之構造後之光電二極體陣列之縱剖面圖。
該構造與上述類型1~類型4之構造之不同點在於，於半導體區域14之正下方配置有半導體區域15，而其他方面相同。半導體區域15具有與半導體區域14相同之導電型、或不同之導電型。將具有相同之導電型者設為(類型1S)~(類型4S)，將具有不同之導電型者設為(類型1D)~(類型4D)。再者，半導體區域15之雜質濃度小於半導體區域14之雜質濃度。又，作為p型雜質，可採用B(硼)，作為n型雜質，可採用P(磷)或As(砷)。
再者，上述半導體構造之各層之導電型、雜質濃度及厚度之較佳範圍如下所述。
(類型1)
半導體區域12(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/5×1011~1×1020cm-3/30~700μm)
半導體區域13(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
半導體區域14(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/1×1018~1×1020cm-3/10~1000nm)
(類型2)
半導體區域12(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/5×1011~1×1020cm-3/30~700μm)
半導體區域13(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
半導體區域14(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/1×1018~1×1020cm-3/10~1000nm)
(類型3)
半導體區域12(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/5×1011~1×1020cm-3/30~700μm)
半導體區域13(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
半導體區域14(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/1×1018~1×1020cm-3/10~1000nm)
(類型4)
半導體區域12(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/5×1011~1×1020cm-3/30~700μm)
半導體區域13(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
半導體區域14(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/1×1018~1×1020cm-3/10~1000nm)
(類型1S)
半導體區域12、13、14之參數與類型1相同。
半導體區域15(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
(類型2S)
半導體區域12、13、14之參數與類型2相同。
半導體區域15(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
(類型3S)
半導體區域12、13、14之參數與類型3相同。
半導體區域15(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
(類型4S)
半導體區域12、13、14之參數與類型4相同。
半導體區域15(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
(類型1D)
半導體區域12、13、14之參數與類型1相同。
半導體區域15(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
(類型2D)
半導體區域12、13、14之參數與類型2相同。
半導體區域15(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
(類型3D)
半導體區域12、13、14之參數與類型3相同。
半導體區域15(導電型/雜質濃度/厚度)
(n型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
(類型4D)
半導體區域12、13、14之參數與類型4相同。
半導體區域15(導電型/雜質濃度/厚度)
(p型/1×1014~1×1017cm-3/2~50μm)
再者，於上述例中，最下部之半導體區域12係構成厚度較大之半導體基板者，但光檢測部10亦可於其下進而包含半導體基板，該情形時，半導體區域12具有較該附加之半導體基板薄之厚度。
又，半導體區域13可於半導體區域12上以磊晶成長法而形成，但亦可藉由對基板進行雜質擴散或離子注入而形成。半導體區域14、15可藉由對半導體區域13進行雜質擴散或離子注入而形成。
其次，對圖34、圖35、圖41所示之接觸電極3A及電阻部4進行說明。
各光檢測部10包含形成於半導體基板之表面之絕緣層16。半導體區域13及半導體區域14之表面由絕緣層16被覆。絕緣層16具有接觸孔，於接觸孔內形成有接觸電極3A。本例中之接觸電極3A係包含與配線圖案3C同一材料，且藉由同一步驟而形成於絕緣層16上者。接觸電極3A及配線圖案3C包含金屬，具體而言為鋁(Al)。作為接觸電極3A及配線圖案3C之材料，可使用其他低電阻金屬材料(Au、Ag、Cu)，亦可採用2層以上之構造或合金。作為合金，例如可使用包含Al、Ag、Au、Ge、Ni、Cr及Ti等金屬元素中之若干之化合物。
於下部之絕緣層16及第1接觸電極3A上，形成有上部之絕緣層17。絕緣層16、17包含SiO2或氮化矽(SiNx)等之耐熱性較高之無機絕緣體。絕緣層17具有與第1接觸電極3A同軸配置之接觸孔，於該接觸孔內，形成有第2接觸電極4A。因此，第1接觸電極3A與第2接觸電極4A係同軸配置。
第2接觸電極4A包含與第1接觸電極3A不同之材料。又，第2接觸電極4A為電阻部4之一部分，其具有較第1接觸電極3A高之電阻率。第2接觸電極4A配置於與第1接觸電極3A重疊之位置，且與第1接觸電極3A接觸。第2接觸電極4A與電阻層4B連續。
藉由將第2接觸電極4A同軸配置於與第1接觸電極3A重疊之位 置，而可使電阻層4B與第1接觸電極3A之連接所需之空間最小化。當然，第1接觸電極3A與第2接觸電極4A必然不在同一平面上，而是高度方向之位置變得不同，且電阻層4B自第2接觸電極4A連續地延伸。藉此，可省略光檢測部10內之配線，且可使光檢測部之開口率顯著增加。
再者，接觸電極4C位於電阻層4B之終端。接觸電極4C亦為電阻部4之一部分。形成於絕緣層16上之配線圖案3C位於接觸電極4C之正下方，接觸電極4C與配線圖案3C接觸、連接。
藉由光子之入射而於pn接面產生之載子經由第1接觸電極3A及第2接觸電極4A而流動至電阻層4B，且經過經由接觸電極4C而與電阻層4B連接之配線圖案3C，被取出至外部。
接觸電極4A、4C及電阻層4B包含同一電阻材料，但該等亦可包含不同之材料。可將半導體單獨、或以適當之比率含有半導體及金屬之合金或化合物用作電阻材料。例如，作為電阻體，除SiCr以外，可列舉NiCr、TaNi、FeCr等。
當然，接觸電極4A、4C及電阻層4B較佳為包含SiCr。由於SiCr之光透過率較高，故而即便於光檢測部10內存在電阻層，所入射之光子亦會透過電阻層4B，因此可使有效開口率增加。再者，SiCr之電阻值之晶圓面內偏差較小，且就1μm程度而言可容易地變窄。又，可提高薄片電阻。多晶矽之薄片電阻為1~30(kΩ/sq.)，而SiCr為1~50(kΩ/sq.)。即，若使用SiCr，則可以較小之尺寸實現高電阻值。
電阻層4B之厚度較佳為3nm以上且50nm以下。於下限值以上之情形時，可確保電阻層之均勻性，於上限值以下之情形時，可使光子充分地透過。
圖36係表示向構成電阻層之SiCr之入射光之波長(nm)與透過率(%)之關係之圖表。該SiCr層之厚度為20nm。
SiCr對於波長400nm以上之光具有80%以上之透過率。對於波長未達400nm之光有遮斷之傾向。根據該圖表，對於波長為400nm以上且未達500nm之光，顯示出較小之譜峰。其係指於藉由濾光器遮斷500nm以上之光之情形時，波長為400nm以上且未達500nm之光亦可選擇性地透過。若未組合此種濾光器，則可使波長為400nm以上且至少波長為1200nm以下之光以80%以上之透過率透過。
製造上述光電二極體陣列。
製造條件如下所述。
(1)構造(圖34、圖35之構造之數值例)
．半導體區域12： 導電型：n型(雜質：Sb(銻))
雜質濃度：5.0×1011cm-3
厚度：650μm
．半導體區域13： 導電型：p型(雜質：B(硼))
雜質濃度：1.0×1014cm-3
厚度：30μm
．半導體區域14： 導電型：p型(雜質：B(硼))
雜質濃度：1.0×1018cm-3
厚度：1000nm
．絕緣層16：SiO2(厚度：1000nm)
．絕緣層17：SiO2(厚度：2000nm)
．接觸電極3A： 材料：鋁(Al)
接觸孔直徑：2.0μm
．配線圖案3C： 材料：鋁(Al)
厚度：1.0μm
配線圖案3C之寬度W0：1.0~3.0μm
1個光檢測部10之由配線圖案3C包圍之區域(光檢測區域)之面積S：100~2500μm2
鄰接之光檢測部10之中心間之間隔X：50μm~10μm
．電阻部4： 材料：SiCr
(接觸電極4A)
接觸孔直徑：1.0μm
(電阻層4B)
電阻層4B之厚度：20nm
電阻層4B之寬度W1：1.0~3.0μm
電阻層4B之長度L1：10~50μm
電阻部4之電阻值：200~500kΩ
(接觸電極4C)
接觸孔直徑：1.0μm
(2)製法條件
．半導體區域12：CZ(Czochralski，丘克拉斯基)法((001)Si半導體基板)
．半導體區域13：Si磊晶成長法(原材料：氣相之四氯化矽(SiCl4)、三氯矽烷(trichlorosilane，SiHCl3)，成長溫度1200℃)
．半導體區域14：雜質之熱擴散法(雜質原材料：二硼烷(B2H6)，擴散溫度1200℃)
．絕緣層16：(Si熱氧化法：氧化溫度(1000℃))
．絕緣層17：(電漿CVD法：原材料氣體(四乙氧基矽烷(TEOS)及氧氣)，成長溫度(200℃))
．接觸電極3A及配線圖案3C：蒸鍍法(原料：鋁)
．電阻部4：濺鍍法(靶材料：SiCr)
圖37(A)係表示光檢測部(50μm間隔配置)之圖，(B)係表示光檢測部(25μm間隔配置)之圖，(C)係表示光檢測部(20μm間隔配置)之圖，(D)係表示光檢測部(15μm間隔配置：類型A)之圖，(E)係表示光檢測部(15μm間隔配置：類型B)之圖，(F)係表示光檢測部(10μm間隔配置)之圖。
圖37(A)之構造之參數如下所述。再者，電阻層4B之長度為其寬度方向之中心線之長度。
．配線圖案3C之寬度W0=2.0μm
．光檢測區域之面積S=2025μm2
．電阻層4B之寬度W1=3.0μm
．電阻層4B之長度(合計之長度)L1=200μm
．電阻部4之電阻值=160kΩ
電阻層4B之形狀整體上沿格子狀之配線圖案3C之內側面形成為環狀。於該構造中，電阻層4B具有2條自第2接觸電極4A之位置至信號輸出用之接觸電極4C為止之路徑。即，電阻層4B包含長度相對較短之電阻層4B1、及長度相對較長之電阻層4B2。電阻層4B之電阻值係以該等長度不同之電阻層4B1與電阻層4B2之合成電阻而獲得。
於格子狀之配線圖案3C之交點，配置有接觸電極4C。因此，接觸電極4C位於光檢測區域之對角線上之4個部位，該等對角線之交點成為光檢測區域(光檢測部)之中心(重心)G。鄰接之光檢測部10之中心G間之距離X為50μm。
電阻層4B1、4B2整體上呈大致矩形之環狀，且其角部之形狀平 滑地彎曲。電阻層4B1、4B2之角部之外緣之曲率中心O位於通過中心G之上述對角線上，曲率半徑R為5.0μm，自外緣之圓弧之兩端朝向曲率中心O延伸之2條弦所成之角度θ為8°。再者，曲率半徑R設定為2~10μm以避免電場集中，角度θ設定為3~14°。
自第2接觸電極4A取出之載子經由電阻層4B而到達接觸電極4C，且經由配線圖案3C而被取出至外部。
圖37(B)係表示所製造之光檢測部10(鄰接中心間之間隔X=25μm)之圖。
本例中之構造之參數如下所述。
．配線圖案3C之寬度W0=1.5μm
．光檢測區域之面積S=420μm2
．電阻層4B之寬度W1=3.0μm
．電阻層4B之長度L1=70μm
．電阻部4之電阻值=250kΩ
電阻層4B之形狀整體上沿格子狀之配線圖案3C之內側面形成為環之一部分欠缺之形狀。該構造中，電阻層4B具有1條自第2接觸電極4A之位置至信號輸出用之接觸電極4C為止之路徑。
於格子狀之配線圖案3C之交點，配置有接觸電極4C。因此，接觸電極4C位於光檢測區域之對角線上之4個部位，該等對角線之交點成為光檢測區域(光檢測部)之中心(重心)G。於橫方向上鄰接之光檢測部10之中心G間之距離X為25μm。
電阻層4B具有構成環形狀之一部分之3個角部，各個角部之形狀平滑地彎曲。電阻層4B之角部之外緣之曲率中心O位於通過中心G之上述對角線上，曲率半徑R為5.0μm，自外緣之圓弧之兩端朝向曲率中心O延伸之2條弦所成之角度θ為8°。再者，曲率半徑R設定為2~10μm以避免電場集中，角度θ設定為6~37°。
自第2接觸電極4A取出之載子經由電阻層4B而到達接觸電極4C，且經由配線圖案3C而被取出至外部。
圖37(C)係表示所製造之光檢測部10(鄰接中心間之間隔X=20μm)之圖。
本例中之構造之參數如下所述。
．配線圖案3C之寬度W0=1.5μm
．光檢測區域之面積S=240μm2
．電阻層4B之寬度W1=2.0μm
．電阻層4B之長度L1=55μm
．電阻部4之電阻值=300kΩ
光檢測部之基本構造與圖37(B)所示者相同，故而省略重複之說明。鄰接之光檢測部10之中心G間之距離X為20μm，不同點在於，於圖37(C)所示者之情形時，相對於電阻層4B之寬度W1，接觸電極4A朝向光檢測區域之內側突出之比率大於圖37(B)者。再者，任一形態之光檢測部中，接觸電極4A、4C之中心均凹下。和接觸電極4C鄰接之配線圖案3C與接觸電極4A之中心位置之間之距離，大於自該配線圖案3C至電阻層4B之內側之邊緣線之距離。
電阻層4B具有構成環形狀之一部分之3個角部，各個角部之形狀平滑地彎曲。電阻層4B之角部之外緣之曲率中心O位於通過中心G之上述對角線上，曲率半徑R為3.0μm，自外緣之圓弧之兩端朝向曲率中心O延伸之2條弦所成之角度θ為13°。再者，曲率半徑R設定為2~5μm以避免電場集中，角度θ設定為8~23°。
自第2接觸電極4A取出之載子經由電阻層4B而到達接觸電極4C，且經由配線圖案3C而被取出至外部。
圖37(D)係表示所製造之光檢測部(鄰接中心間之間隔X=15μm：類型A)之圖。於類型A之光檢測部中，接觸電極4A配置於光檢 測區域之中心，電阻層4B包含自中心一面右旋轉一面延伸之正向旋轉區域4Ba、及與正向旋轉區域4Ba連續地一面左旋轉一面延伸之反向旋轉區域4Bb。再者，此處將右旋轉設為正向旋轉。當然，亦可製造將左向旋轉設為正向旋轉之構造者。
本例中之構造之參數如下所述。
．配線圖案3C之寬度W0=1.2μm
．光檢測區域之面積S=132μm2
．電阻層4B之寬度W1=1.0μm
．電阻層4B之長度L1=78μm
．電阻部4之電阻值=600kΩ
於格子狀之配線圖案3C之交點，配置有接觸電極4C，接觸電極4C位於光檢測區域之對角線上之4個部位，該等對角線之交點成為光檢測區域(光檢測部)之中心(重心)G。鄰接之光檢測部10之中心G間之距離X為15μm。
如上所述，電阻層4B包含正向旋轉區域4Ba與反向旋轉區域4Bb。該構造中，電阻層4B具有1條自第2接觸電極4A之位置至信號輸出用之接觸電極4C為止之路徑，藉由旋轉方向不同之各區域4Ba、4Bb而形成之於中心G處之磁場之方向成為相反。即，具有藉由所檢測出之電子之行進而形成之磁場之影響於中心位置相抵之構造，從而自我形成磁場對檢測輸出之影響得以減少。
正向旋轉區域4Ba具有平緩地彎曲之3個角部，各個角部之外緣之曲率中心Oa1、Oa2、Oa3位於通過中心G之上述對角線上，各者之曲率半徑Ra為2.0μm，自各個外緣之圓弧之兩端朝向各個曲率中心Oa1、Oa2、Oa3延伸之2條弦所成之角度θa為19°。再者，關於正向旋轉區域4Ba，角部之曲率半徑Ra設定為2~5μm以避免電場集中，角度θa設定為19~58°。
反向旋轉區域4Bb亦具有平緩地彎曲之3個角部，各個角部除朝向以外具有相同之形狀。對1個角度進行說明，角部之外緣之曲率中心Ob位於通過中心G之上述對角線上，其曲率半徑Rb為2.0μm，自外緣之圓弧之兩端朝向各個曲率中心Ob延伸之2條弦所成之角度θb為8°。再者，關於反向旋轉區域4Bb，角部之曲率半徑Rb設定為2~5μm以避免電場集中，角度θb設定為8~23°。
再者，因正向旋轉區域4Ba較反向旋轉區域4Bb位於更內側，而將角度θa設定為大於角度θb。
位於內側之正向旋轉區域4Ba之外緣、與位於外側之反向旋轉區域4Bb之內緣相對向，該等之間隔距離之最小值D1為0.6μm。間隔距離之最小值D1設定為0.6~2.0μm。
自第2接觸電極4A取出之載子經由電阻層4B而到達接觸電極4C，且經由配線圖案3C而被取出至外部。
圖37(E)係表示所製造之光檢測部(鄰接中心間之間隔X=15μm：類型B)之圖。
類型B之光檢測部中，接觸電極4A配置於光檢測區域之中心，電阻層4B包含自中心一面向一方向旋轉一面延伸之旋轉區域。當然，任一實施形態中，均亦可製造旋轉方向為相反方向之構造者。
本例中之構造之參數如下所述。
．配線圖案3C之寬度W0=1.2μm
．光檢測區域之面積S=132μm2
．電阻層4B之寬度W1=1.0μm
．電阻層4B之長度L1=55μm
．電阻部4之電阻值=420kΩ
於格子狀之配線圖案3C之交點，配有接觸電極4C，接觸電極4C位於光檢測區域之對角線上之4個部位，該等對角線之交點成為光檢 測區域(光檢測部)之中心(重心)G。鄰接之光檢測部10之中心G間之距離X為15μm。
電阻層4B具有平緩地彎曲之3個角部，各個角部之外緣之曲率中心O位於通過中心G之上述對角線上，各者之曲率半徑R為2.0μm，自各個外緣之圓弧之兩端朝向各個曲率中心O延伸之2條弦所成之角度θ為8°。再者，角部之曲率半徑R設定為2~5μm以避免電場集中，角度θ設定為8~23°。
自第2接觸電極4A取出之載子經由電阻層4B而到達接觸電極4C，且經由配線圖案3C而被取出至外部。
圖37(F)係表示所製造之光檢測部(鄰接中心間之間隔X=10μm)之圖。該光檢測部10之基本構造與上述所示者相同，故而對於相同之構造省略記載。
本例中之構造之參數如下所述。
．配線圖案3C之寬度W0=1.2μm
．光檢測區域之面積S=42μm2
．電阻層4B之寬度W1=1.0μm
．電阻層4B之長度L1=29μm
．電阻部4之電阻值=700kΩ
該構造中，自第2接觸電極4A取出之載子亦經由電阻層4B而到達接觸電極4C，且經由配線圖案3C而被取出至外部。
再者，本例中，電阻層4B之寬度W1小於配線圖案3C之寬度W0，成為儘管電阻部4被微細化，仍可獲得充分之電阻值之構成。
其次，對光電二極體之特性進行說明。
圖38係表示上述光電二極體中之入射光之波長(nm)與光子之檢測效率(%)之關係之圖表。該圖表中，顯示出圖37(A)之構造(50μm間隔)、圖37(D)之構造(15μm間隔)、及圖37(F)之構造(10μm間隔)之資 料。再者，1個光電二極體陣列中所包含之光檢測部之個數分別為400個、4489個、10000個。對光電二極體之逆向偏壓電壓為74V，使其於蓋革模式下進行動作。再者，崩潰電壓為71V。
關於光子檢測效率(Photon Detection Efficiency，PDE)(%)，光檢測區域越大，則電阻層之影之區域越小，而可獲得較高之檢測效率。 然而，雖相對於光檢測區域之鄰接間隔為50μm之情形之光檢測區域之面積，光檢測區域之鄰接間隔為10μm之情形之光檢測區域之面積為約25分之1，但檢測效率仍維持為其30%以上。15μm之情形亦同樣地，維持較高之檢測效率。
該等之譜峰之位置存在於波長400nm至500nm之範圍。於該波長範圍(400nm以上且500nm以下)內，於50μm間隔之光電二極體之情形時，檢測效率為44%以上，於15μm間隔之光電二極體之情形時，檢測效率為36%以上，於10μm間隔之光電二極體之情形時，檢測效率為17%以上。
再者，作為比較例1，使鄰接中心間之間隔X=50μm，於圖37(A)之電阻層之內側位置設置第1接觸電極，自第1接觸電極以與電阻層4B大致相同之形狀形成稍小之環狀配線圖案(鋁)。再者，該環狀配線圖案(突出電極)位於半導體區域14之輪廓上，具有使光檢測區域內之能階穩定之功能。而且，與圖37(A)所示者同樣地形成有與該環狀配線圖案連續且與其寬度相同之電阻體(多晶矽：160kΩ)，該情形時，檢測效率(%)於波長400nm至500nm之範圍，最小為28%，最大為36%。再者，比較例1之構造中，第1接觸電極之位置、與電阻體之和環狀配線圖案之連接位置錯開。
又，作為比較例2，使比較例1中之間隔X=15μm，於圖37(E)之電阻層之內側位置設置第1接觸電極，自第1接觸電極以與電阻層4B大致相同之形狀形成稍小之環狀配線圖案(鋁)。再者，該環狀配線圖 案(突出電極)位於半導體區域14之輪廓上，具有使光檢測區域內之能階穩定之功能。而且，與圖37(E)所示者同樣地形成有與該環狀配線圖案連續且與其寬度相同之電阻體(多晶矽：500kΩ)，該情形時，檢測效率(%)於波長400nm至500nm之範圍，最小為18%，最大為26%。再者，比較例2之構造中，第1接觸電極之位置、與電阻體之和環狀配線圖案之連接位置錯開。
再者，由於第1接觸電極之位置、與電阻體之和環狀配線圖案之連接位置錯開，故而使間隔X=10μm以下於製造工藝上較為困難。
於比較例1、2之構造中，環狀配線圖案及光透過率較低之電阻部均作為使有效開口率降低之遮光要素發揮功能，從而光檢測感度降低。另一方面，實施形態之光電二極體陣列中，電阻層4B達成與環狀配線圖案相同之表面能階穩定化功能，並且亦具有較高之光透過率，又，未使用如多晶矽之附加之電阻體，因此可使光檢測感度顯著提高。
其次，對恢復時間(電壓恢復時間)之影響進行檢查。
圖39係表示來自上述光電二極體之輸出(蓋革模式)與時間之關係之圖表。顯示出示波器之輸出影像，縱軸表示光電二極體之輸出強度，縱軸之1個間隔表示50mV，橫軸之1個間隔表示5(ns)。該圖表中，顯示出峰強度電壓不同之複數個資料，其係由入射至光電二極體之光子數之不同而產生者，光子數越多，則輸出強度亦越大。該圖表中，施加73(V)之偏壓電壓。再者，Vover=對光電二極體之偏壓電壓-光電二極體之崩潰電壓在Vover=1(V)以上且4(V)以下之範圍內。
光電二極體之輸出信號之恢復時間(τ)被規定在如下期間：於光子入射至光檢測部10之情形時，自賦予來自光檢測部10之輸出之強度峰值之時刻至來自光檢測部10之輸出變為該強度峰值之37%之時刻為止。
於光檢測部之間隔X=50μm(圖37(A))之情形(圖39(A))且對光電二極體之偏壓電壓為73V之情形時，恢復時間(τ)為13ns。
於光檢測部之間隔X=20μm(圖37(C))之情形(圖39(B))且對光電二極體之偏壓電壓為73V之情形時，恢復時間(τ)為5.0ns。
於光檢測部之間隔X=15μm(類型A：圖39(D))之情形(圖39(C))且對光電二極體之偏壓電壓為73V之情形時，恢復時間(τ)為4.3ns。
於光檢測部之間隔X=10μm(圖37(F))之情形(圖39(D))且對光電二極體之偏壓電壓為73V之情形時，恢復時間(τ)可為2.3ns以下。
再者，於上述比較例1之情形時，恢復時間(τ)為13ns，比較例2之情形之恢復時間(τ)為4.3ns。
詳細而言，於比較例1之構造之情形(光檢測部10之隔開間隔X=50μm)時，開口率為60%，接面電容Cj=80 fF，增益=7.5×105，恢復時間為13ns，像素數密度為(400個/mm2)，光子之檢測效率最大為36%。
又，於比較例2之構造之情形(光檢測部10之隔開間隔X=15μm)時，開口率為35%，接面電容Cj=11 fF，增益=2.0×105，恢復時間為4.3ns，像素數密度為(4489個/mm2)，光子之檢測效率最大為26%。
再者，於X=15μm之情形時，於上述之實施形態之構造中，開口率可為60%，接面電容Cj=11 fF，增益=2.0×105，恢復時間為4.3ns，像素數密度為(4489個/mm2)。
如此，於實施形態之構造中，可達成與比較例1相同之開口率，並且可減小接面電容Cj，縮短恢復時間。又，由於每單位面積所包含之像素數較多，故而可提高動態範圍。
如以上般，在鄰接之第2接觸電極間之間隔(光檢測區域之中心間之間隔)X為20μm以下之情形時，恢復時間(τ)顯著變短。若光檢測部之間隔X=15μm以下，則可使恢復時間(τ)為10ns以下。若使間隔X 為10μm以下，則恢復時間(τ)變得更短。此為先前未能達成之顯著之改善。
再者，光檢測部10之尺寸(像素尺寸)會對脈衝恢復時間產生影響。像素尺寸越小則動態範圍越廣。於1mm×1mm見方之晶片中，在像素尺寸為50μm之情形時單元數成為400，在20μm之情形時成為2500，在15μm之情形時成為4489，在10μm之情形時成為10000。可根據所需求之解像度與動態範圍而選擇像素尺寸。又，在使像素尺寸為50μm、20μm、15μm、10μm之情形時，動作電壓下之增益可為7.5×105、2.4×105、2.0×105、1.0×105，波長420nm下之光檢測效率(PDE)可為51%、43%、38%、19%。
再者，在應用於X射線CT裝置時，自位置解析度(解像度)之觀點而言，半導體晶片尺寸、或主動通道(與鄰接元件電性分離之複數個光檢測部之集合區域)之尺寸較佳為1×1mm左右。在對10~140keV/mm2之X射線進行能量解析之情形時，要求較廣之動態範圍。較佳為4500~10000左右之像素數，且較佳為10~15mm之間距。
又，在應用於PET裝置時，因要進行重心檢測之關係，像素尺寸較佳為3×3mm左右之尺寸，為接受來自閃爍器之發光，3600像素左右便足夠。再者，為減少ASIC之讀出，亦可採用6×6mm左右之大面積晶片。高時間解析度、高檢測效率之像素間距較佳為50μm以上之較大者。
上述構造中，於使用貫通電極之情形時，沿半導體晶片外緣之無效空間之寬度變得均勻。又，可使2維排列半導體晶片之情形時之通道間之間隙均勻化，進而，於受光面上固定閃爍器時之對準亦變得容易。
如上所述，於實施形態之光電二極體陣列中，利用金屬薄膜電阻之較高透過率，且代替比較例1、2中所使用之突出電極，藉由圖案 化成線狀之金屬薄膜電阻來形成突出構造，減小無效空間。為獲得所期望之電阻值，而設為圖37(B)~圖37(F)所示之構造之情形時，雖藉由電阻層4B無法被覆半導體區域14之輪廓(邊緣)之一部分(右角之位置)，但該部分為電阻層4B之寬度程度，特性降低對表面能階穩定化之影響較小。又，於圖37(A)所示之構造中，被覆半導體區域14之輪廓(邊緣)之全部。
圖40係用於對圖34及圖35所示之光電二極體陣列之製造方法進行說明之圖。
首先，如圖40(A)所示，於半導體區域(半導體基板)12上，藉由磊晶成長法或雜質擴散法或者離子注入法而形成半導體區域13。再者，半導體區域12為藉由CZ法或FZ(Floating Zone，浮區)法而形成之(100)Si半導體基板，但亦可使用具有其他面方位之半導體基板。於使用Si磊晶成長法之情形時，例如，作為原材料，使用氣相之四氯化矽(SiCl4)與三氯矽烷(trichlorosilane，SiHCl3)，於成長溫度1200℃下使該等之氣體流動至基板表面上。於雜質擴散法之情形時，使與半導體區域13之導電型對應之雜質以氣體或固體擴散至半導體區域12內。於離子注入法之情形時，將與半導體區域13之導電型對應之雜質離子注入至半導體區域12內。
其次，於半導體區域13之表面側之區域，形成半導體區域14。其可使用雜質之擴散法或離子注入法。例如，於擴散法中，於使用二硼烷(B2H6)作為雜質原材料之情形時，可將擴散溫度設定為1200℃。於半導體區域14之形成時，首先，藉由光微影技術而於半導體區域13上形成具有開口之抗蝕圖案，繼而，將該抗蝕圖案作為掩膜而進行雜質之添加。再者，雜質之添加亦可於形成格子狀之配線圖案3C之後，將其作為掩膜且介隔絕緣層16藉由離子注入法而進行。
其次，於半導體基板上形成絕緣層16。絕緣層16可使用Si熱氧化 法而形成。氧化溫度例如為1000℃。藉此，半導體區域13及14之表面被氧化，而形成包含SiO2之絕緣層16。於絕緣層16之形成時亦可使用CVD法。
繼而，於絕緣層16中之半導體區域14上之位置，形成接觸孔。於接觸孔之形成時，首先，藉由光微影技術而於絕緣層16上形成具有開口之抗蝕圖案，繼而，將該抗蝕圖案作為掩膜而蝕刻絕緣層16。作為蝕刻法，除乾式蝕刻法以外，亦可使用利用包含HF水溶液之蝕刻液之濕式蝕刻。
其次，於絕緣層16上，藉由蒸鍍法而形成第1接觸電極3A及配線圖案3C。於該等之形成時，首先，藉由光微影技術而於絕緣層16上形成特定之抗蝕圖案，繼而，將該抗蝕圖案作為掩膜而於絕緣層16上蒸鍍電極材料。此處，亦可使用濺鍍法代替蒸鍍法。
再者，於絕緣層16上，與配線圖案3C之形成同時地以相同方法亦形成共用電極E3。
繼而，如圖40(B)所示，於絕緣層16上形成絕緣層17。絕緣層17可使用濺鍍法或電漿CVD法而形成。於使用電漿CVD法之情形時，使用四乙氧基矽烷(TEOS)及氧氣作為原材料氣體，將成長溫度設定為200℃左右而進行絕緣層17之成長。絕緣層17之厚度較佳為設定為使其表面平坦化之厚度，且較佳為大於自絕緣層16之表面至配線圖案3C之上表面為止之高度。
其次，如圖40(C)所示，於絕緣層17上形成電阻部4。於其形成時，首先，藉由光微影技術而於絕緣層17上形成特定之抗蝕圖案，繼而，將該抗蝕圖案作為掩膜，使用濺鍍法或蒸鍍法而於絕緣層17上沈積電阻材料。於電阻體包含SiCr之情形時可使用濺鍍法，作為靶材料，可使用例如Si與Cr之組成比為70%/30%之SiCr，厚度可設定為3~50nm。
於以上步驟結束之後，以與圖30、圖31相同之步驟，自半導體基板之背面形成貫通孔，由絕緣層被覆貫通孔之表面，其後，形成與共用電極E3連接之貫通電極，且使凸塊電極與貫通電極接觸。最後，與上述步驟同樣地，於半導體基板之背面形成第1及第2凸塊電極，且經由凸塊電極而接著於配線基板。
再者，於製造圖41所示之構造之光檢測部之情形時，只要於半導體區域14之形成前，使用雜質擴散法或離子注入法，於半導體區域13之表面側形成半導體區域15即可。於雜質擴散法之情形時，使與半導體區域15之導電型對應之雜質以氣體或固體擴散至半導體區域13內。於離子注入法之情形時，將與半導體區域15之導電型對應之雜質離子注入至半導體區域13內。
再者，關於上述複數個之圖34以後之半導體晶片，亦與圖33以前之構造同樣地，藉由在半導體晶片上設置玻璃板或樹脂之接著層，且於其上配置閃爍器，而形成檢測晶片。
又，於圖34~圖42中所說明之檢測器中，包含與第2半導體區域14接觸之第1接觸電極3A、及與第1接觸電極3A接觸之第2接觸電極4A，該第2接觸電極4A包含與第1接觸電極3A不同之材料，且配置於與第1接觸電極3A重疊之位置，淬滅電阻R1(電阻部4(電阻層4B))與第2接觸電極4A連續。藉由光子之入射而於pn接面產生之載子經由第1接觸電極3A及第2接觸電極4A而流動至淬滅電阻R1，且經由與淬滅電阻連接之讀出配線TL、共用電極E3、貫通電極TE、及第1凸塊電極BE(圖14、圖20)而到達配線基板20。
藉由將第2接觸電極4A配置於與第1接觸電極3A重疊之位置，而可使淬滅電阻與第1接觸電極3A之連接所需之空間最小化。當然，第1接觸電極3A與第2接觸電極4A必然不在同一平面上，而是高度方向之位置變得不同，且淬滅電阻自第2接觸電極4A連續地延伸。藉此， 可省略光檢測部10內之配線，而可使光檢測部之開口率顯著增加。
又，第2接觸電極4A及淬滅電阻包含SiCr，由於SiCr之光透過率較高，故而即便於光檢測部10內存在淬滅電阻，所入射之光子亦會透過淬滅層，因此可使有效開口率增加。
再者，於上述實施形態之情形時，電阻層4B之平面形狀為環狀或環之一部分之形狀、或者螺旋形狀，但其亦可如方形波、三角波或正弦波般為蜿蜒形狀。
又，對實施形態之光電二極體陣列之效果進行進一步說明。
於蓋革模式下使光電二極體陣列進行動作之情形時，光子入射至1個光檢測部10之情形時之恢復時間(電壓恢復時間)τ依存於藉由光檢測部10之光檢測區域之面積及自pn接面擴展之空乏層寬度而規定之接面電容(像素電容)Cj、與電阻部4之電阻值(淬滅電阻值Rq)之積(RC常數=Cj×Rq)。
若減小像素尺寸(光檢測部之面積)，則接面電容Cj變小，因此為獲得相同之恢復時間τ、即相同之RC常數，必須增大淬滅電阻值Rq。淬滅電阻值Rq係可調整電阻率、厚度、寬度及長度而決定。由於電阻率、寬度、厚度受工藝條件限制，故而電阻值Rq較合理為藉由改變長度而進行調整。為獲得相同之恢復時間τ，像素尺寸越大，則將電阻層4B設定為越短，像素尺寸越小，則將電阻層4B設定為越長。
於RC常數過小之情形時，雪崩倍增產生後之淬滅會變得不充分，產生被稱為閉鎖電流之現象，而不顯示正常之動作。另一方面，於RC常數過大之情形時，恢復時間(電壓恢復時間)變長。因此，RC常數之值設定為與器件相應之最佳值(2~20ns)。
再者，增益依存於接面電容Cj與施加電壓，實施形態之構造係藉由減小接面電容Cj而減少增益。作為光電二極體陣列之雜訊成分，除暗脈衝以外亦包含後脈衝、因光學串擾而產生之偽輸出信號。後脈衝 係因藉由雪崩倍增而產生之電子、電洞之一部分由雜質能階等捕捉，隔開某時間間隔之後放射，而再次引起雪崩倍增而產生之脈衝。光學串擾係因如下脈衝而產生，即，藉由雪崩倍增中以低概率產生之光子進入至鄰接像素中並被吸收而產生之電子、電洞對引起雪崩倍增而產生之脈衝。上述者均為相對於1光子之輸出為複數脈衝而非1脈衝之雜訊成分。
若如實施形態之構造般接面電容Cj、即增益較小，則藉由雪崩倍增而產生之電子、電洞對之總數變少，因此後脈衝、及因光學串擾而產生之脈衝之產生概率變小，從而獲得雜訊減少之效果。
接面電容Cj越大、增益越大之元件，掃出所產生之載子之時間越長，因此電壓恢復時間越長；增益越小，則恢復時間越短。若如實施形態般減小像素間距，則電壓恢復時間變短，可提高光子之計數率。
其次，對將讀出配線之構造設為2層構造之例進行說明。
圖43係光電二極體陣列之俯視圖。
該光電二極體陣列包含具有複數個光檢測部10之半導體基板100。光電二極體陣列包含：呈二維狀配置光檢測部10而成之受光區域；及設置於半導體基板100之由光檢測部10包圍之區域之共用電極E3。來自各光電二極體APD之信號經由共用電極E3被讀出。本形態之光電二極體為於蓋革模式下進行動作之雪崩光電二極體(APD)。該圖中，將光檢測部10沿X軸方向及Y軸方向配置成矩陣狀。半導體基板100之厚度方向為Z軸方向，XYZ軸構成正交座標系統。再者，於圖43中，配置有3列3行之光檢測部10，該等構成受光區域，但光檢測部10之個數可更多亦可更少，又，亦可設為一維配置之構成。共用電極E3係配置於複數個光檢測部10之中心。
各個光檢測部10包含APD、連接電極3、淬滅電阻4、及連接配線6。APD之一端連接於連接電極3，連接電極3依序經由淬滅電阻4、及 連接配線6而連接於成為上述讀出配線TL之讀出配線(配線圖案)5B2。讀出配線5B2位於鄰接之APD間，且存在於光檢測部10間之邊界位置。
讀出配線5B2構成格子狀之圖案，於1個開口圖案內，配置有1個光檢測部10。讀出配線5B2可採用各種形狀之圖案。可於讀出配線5B2之圖案之1個開口內配置複數個光檢測部10。亦可於1個開口圖案內配置一行或複數行之光檢測部10。
若光子入射至1個光檢測部10，則於APD產生載子，該載子依序經由連接電極3、淬滅電阻4、連接配線6、及讀出配線5B2(連接配線5B)而到達共用電極E3。因此，每當光子入射至光電二極體陣列時，均自共用電極E3輸出脈衝信號。再者，於光子分別同時入射至複數個APD之情形時，亦為就到達共用電極E3之時間而言，來自存在於距共用電極E3較遠之位置之APD之信號晚於來自存在於距共用電極E3較近之位置之APD之信號。即，信號傳輸時間根據APD之位置而不同。
可以說來自各個APD之信號傳輸時間越短，信號傳輸時間之面內之偏差越小，且輸出信號越大，則越為特性優異之光電二極體陣列。前二者之特性可藉由使信號傳輸路徑上之時間常數減小而改善。其原因在於：若使時間常數減小，則信號傳輸速度變快，每個光電二極體之差分亦變小。若加大讀出配線之寬度，則時間常數變小。另一方面，後者之特性可藉由使各光電二極體之開口率提高而提高，但一般而言，若加大讀出配線之寬度，則開口率會降低。因此，於本形態之光電二極體陣列中設為如下之構造：將讀出配線5B2配置於較連接電極3之主要部分即表面電極3B更靠上層側，從而即便加大讀出配線之寬度，開口率亦不會降低。
圖44係光電二極體陣列之剖面圖，圖45係表示電極及配線等之連接關係之圖。
如圖44所示，各個光檢測部10包含第1導電型(n型)之第1半導體區域(層)12、及與第1半導體區域12構成pn接面之第2導電型(p型)之第2半導體區域(半導體層13及高雜質濃度區域14)，該等構成半導體基板。半導體區域14或其正下方之區域由於會於其pn接面產生載子，故而作為光感應區域而發揮功能，輸出載子。若對p型半導體賦予較n型半導體低之電位，則光電二極體被施加逆向偏壓電壓。相對地被負電位吸引之載子為電洞，相對地被正電位吸引之載子為電子。在逆向偏壓電壓大於APD之崩潰電壓之情形時，APD於蓋革模式下進行動作。偏壓電壓被賦予至共用電極E3、與視需要設置於半導體基板(第1半導體區域12)之背面的背面電極E4之間。
該第2半導體區域之高雜質濃度區域(半導體區域)14係與第1接觸電極3A(參照圖45)接觸。高雜質濃度區域14係藉由使雜質擴散至半導體層13內而形成之擴散區域(半導體區域)，且具有較半導體層13高之雜質濃度。本例(類型1)中，於n型之第1半導體區域12上形成有p型半導體層13，於半導體層13之表面側形成有p型之高濃度雜質區域14。因此，構成光電二極體之pn接面形成於第1半導體區域12與半導體層13之間。
再者，作為半導體基板之層構造，亦可採用使導電型與上述為相反之構造。即，(類型2)之構造係於p型之第1半導體區域12上形成n型半導體層13，且於半導體層13之表面側形成n型之高濃度雜質區域14而形成。
又，亦可於表面層側形成pn接合界面。該情形時，(類型3)之構造成為如下之構造：於n型之第1半導體區域12上形成有n型半導體層13，且於半導體層13之表面側形成有p型之高濃度雜質區域14。再者，於該構造之情形時，pn接面形成於半導體層13與半導體區域14之界面。
當然，該構造中，亦可使導電型相反。即，(類型4)之構造成為如下之構造：於p型之第1半導體區域12上形成有p型半導體層13，且於半導體層13之表面側形成有n型之高濃度雜質區域14。
如圖45所示，半導體區域14與第1接觸電極3A接觸，第1接觸電極與環狀電極3B連續，環狀電極3B經由第2接觸電極3C而與淬滅電阻(電阻層)4連接。即，包含第1接觸電極3A、環狀之表面電極3B及第2接觸電極3C之連接電極3將半導體區域14與淬滅電阻4之一端電性連接。
如圖44所示，於半導體區域13、14上形成有第1絕緣層16，於第1絕緣層16上形成有淬滅電阻4。以覆蓋淬滅電阻4與第1絕緣層16之方式形成有第2絕緣層17。於第1絕緣層16及17，形成有供第1接觸電極3A(圖45)貫通之接觸孔，於第2絕緣層17，形成有供第2接觸電極3C(圖45)貫通之接觸孔。又，淬滅電阻4之另一端與連接配線6接觸，並與其電性連接。連接配線6包含貫通設置於第2絕緣層17之接觸孔之接觸電極、及沿著第2絕緣層17上之連接部分，連接部分與輔助讀出配線(下層讀出配線)5A連續。
又，於輔助讀出配線5A、表面電極3B、及第2絕緣層上，形成有第3絕緣層18。第1~第3絕緣層16、17、18包含SiO2或氮化矽(SiNx)等之耐熱性較高之無機絕緣體。於第3絕緣層18上，形成有讀出配線5B2。如圖45所示，連接配線5B包含貫通設置於第3絕緣層18之接觸孔之接觸電極5B1、及與接觸電極5B1連續且位於第3絕緣層18上之讀出配線5B2。圖45所示之例中，輔助讀出配線5A及讀出配線5B2於厚度方向上隔開且並行配置，雙方之終端電性連接於共用電極E3。
共用電極E3之周邊之剖面構造係與圖14或圖20對應，且如圖74及圖75所示般不同點在於，在圖14及圖20之構造中，於絕緣層17上形成絕緣層18，進而，於絕緣層18上形成共用電極E3及讀出配線 5B2(TL)，貫通孔TH到達至共用電極E3之背面為止，且去除對應部位之絕緣層16、17、18，而其他方面相同。於此種半導體晶片上，如上所述般配置玻璃板或接著層、樹脂等絕緣體，且於其上接著閃爍器。
再者，共用電極E3亦可形成於第2絕緣層17上，該情形時，於讀出配線5B2之終端，共用電極E3位於去除第3絕緣層18後之區域上，且其與輔助讀出配線5A及讀出配線5B2連接。在共用電極E3形成於第3絕緣層18上之情形時，讀出配線5B2與共用電極E3連接，並且於輔助讀出配線5A之終端，輔助讀出配線5A經由設置於第3絕緣層18之接觸孔而與共用電極E3連接。
環狀之表面電極3B位於第2絕緣層17上，且自Z軸方向觀察時，沿著半導體區域14之外緣上而設置。表面電極3B藉由使半導體區域14之外緣(與半導體區域13之邊界)產生固定之電場，而使光電二極體輸出之穩定性提高。
此處，於圖44中，將包含半導體區域14之表面之平面設為基準平面(XY平面)之情形時，自該基準平面至讀出配線5B2之距離tb大於自該基準平面至表面電極3B之距離ta。其原因在於：第3絕緣層18介置於讀出配線5B2與第2絕緣層17之間。藉由該構造，可增加讀出配線5B2之寬度之設計自由度而不使光電二極體之開口率減少。藉此，可使讀出配線5B2之寬度增加，使每單位長度之電阻值降低，又，可減少寄生電容，使信號傳輸速度提高。
再者，APD係由半導體區域14及半導體區域14之正下方之區域而構成，且包含半導體區域13、12。讀出配線5B2形成於半導體區域14(APD)間之區域。即便使讀出配線5B2之寬度增加，亦於覆蓋半導體區域14露出之區域之前，不會產生開口率之降低，而可增大信號輸出。
以上，如所說明般，上述光電二極體陣列係包含複數個具有於 蓋革模式下進行動作之APD之光檢測部10的光電二極體陣列，各個光檢測部10包含：具有輸出載子之半導體區域14之APD；與半導體區域14電性連接且沿著其外緣而包圍半導體區域14之表面電極3B；及將表面電極3B與讀出配線5B2連接之淬滅電阻4。又，在將包含半導體區域14之表面之平面設為基準平面之情形時，自該基準平面至讀出配線5B2之距離tb大於自該基準平面至表面電極3B之距離ta，讀出配線5B2位於鄰接之APD間。根據該光電二極體陣列，可使信號讀出速度等特性提高。
再者，上述中作為表面電極3B係使用環狀者，但其亦可為一部分斷開。又，關於淬滅電阻4之形狀，於上述中顯示呈直線狀延伸者，但其考慮有各種形狀。
圖46係表示電極及配線等之連接關係之圖。
本例之淬滅電阻4係以包圍表面電極3B之外側之方式延伸，具有於中途斷開之環形狀。淬滅電阻4之一端經由連接電極3而與半導體區域14電性連接。淬滅電阻4之另一端經由連接配線6而與輔助讀出配線5A連接，輔助讀出配線5A經由接觸電極5B1而與讀出配線5B2電性連接。本例中，因加長淬滅電阻4，故為可使其電阻值增加之構造，且沿著載子之通過路徑之縱剖面構造除如下方面以外與圖44所示者相同：連接配線6不具有水平地延伸之部分，而是直接連接於輔助讀出配線5A之下表面。
其次，對各種讀出配線5B及輔助讀出配線5A之構造之例進行說明。
(第1例)圖47係光電二極體陣列(第1例)之局部俯視圖，圖48係圖47所示之光電二極體陣列(第1例)之A-A箭頭剖面圖。
第1例之構造為如下之情形：於圖46所示之構造中，讀出配線5B2於鄰接之半導體區域14之間延伸，讀出配線5B2之寬度小於鄰接 之表面電極3B間之隔開距離。再者，輔助讀出配線5A具有與讀出配線5B2相同之寬度，且該等平行地延伸。此處，於第3絕緣層18之厚度並不充分厚之情形時，或者於未進行表面研磨之情形時，如圖48所示，第3絕緣層18之表面因下部之表面電極3B之形狀而具有凹凸。當然，第3絕緣層18之表面亦因輔助讀出配線5A之形狀而凹凸地變形，但圖48中，關於該變形並未圖示。
本例中，由於併設有2條讀出配線5A、5B2，故而可使配線電阻降低，減小時間常數，從而可使信號讀出速度提高。
(第2例)圖49係光電二極體陣列(第2例)之局部俯視圖，圖50係圖49所示之光電二極體陣列(第2例)之A-A箭頭剖面圖。
第2例之構造為如下之情形：於圖46所示之構造中，讀出配線5B2於鄰接之半導體區域14之間延伸，讀出配線5B2之寬度接近於鄰接之表面電極3B間之隔開距離。再者，輔助讀出配線5A具有較讀出配線5B2窄之寬度，且該等平行地延伸。此處，於第3絕緣層18之厚度並不充分厚之情形時，或者於未進行表面研磨之情形時，如圖50所示，第3絕緣層18之表面因下部之表面電極3B之形狀而具有凹凸。當然，第3絕緣層18之表面亦因輔助讀出配線5A之形狀而凹凸地變形，但圖50中，關於該變形並未圖示。
本例中，由於併設有2條讀出配線5A、5B2，故而可使配線電阻降低，減小時間常數，從而可使信號讀出速度提高。進而，由於讀出配線5B2之寬度較寬，故而可使配線電阻大幅降低。
再者，於上述之第1例及第2例中，於使第3絕緣層18之厚度充分厚之情形(1μm~5μm)時，或者於研磨表面使其平坦化之情形時，由於讀出配線5B會形成於平坦面上，故而具有抑制因表面之階差而導致之斷線之效果。再者，表面電極3B及輔助讀出配線5A之厚度均為0.6μm~3.0μm。
(第3例)圖51係光電二極體陣列(第3例)之局部俯視圖，圖52係圖51所示之光電二極體陣列(第3例)之A-A箭頭剖面圖。
第3例之構造為如下之情形：於圖46所示之構造中，讀出配線5B2於鄰接之半導體區域14之間延伸，讀出配線5B2之寬度大於鄰接之表面電極3B間之隔開距離(外緣間之隔開距離之最小值)。讀出配線5B2之寬度為鄰接之表面電極3B之內緣間之隔開距離之最小值以下。
再者，輔助讀出配線5A具有較讀出配線5B2窄之寬度，且該等平行地延伸。此處，由於第3絕緣層18之厚度充分厚，或者進行過表面研磨，故而如圖52所示，第3絕緣層18之表面得以平坦化。
本例中，由於併設有2條讀出配線5A、5B2，故而可使配線電阻降低，減小時間常數，從而可使信號讀出速度提高。又，由於讀出配線5B2之寬度顯著變寬，故而配線電阻變得更低。
其次，對實質上省略上述輔助讀出配線5A之例進行說明。
圖53係表示電極及配線等之連接關係之圖。與圖46所示之構造之不同點在於，輔助讀出配線5A並未直接連接於共用電極，僅用於將連接配線6與接觸電極5B1連接，而其他方面相同。即，輔助讀出配線5A於不經由讀出配線5B2之狀況下未與共用電極電性連接。關於使用該構造之例，將於以下進行說明。
(第4例)圖54係光電二極體陣列(第4例)之局部俯視圖，圖55係圖54所示之光電二極體陣列(第4例)之A-A箭頭剖面圖。
第4例之構造為如下之情形：於圖53所示之構造中，讀出配線5B2於鄰接之半導體區域14之間延伸，讀出配線5B2之寬度小於鄰接之表面電極3B間之隔開距離。再者，輔助讀出配線5A具有與讀出配線5B2相同之寬度，且具有少許與其平行地延伸之部分，而於到達共用電極之中途中斷。此處，於第3絕緣層18之厚度並不充分厚之情形時，或者於未進行表面研磨之情形時，如圖55所示，第3絕緣層18之 表面因下部之表面電極3B之形狀而具有凹凸。由於實質上不存在輔助讀出配線5A，故而因其而引起之凹凸於第3絕緣層18之表面實質上不存在。
本例中，由於讀出配線5B2於上層通過，故而可自由地設計其厚度或寬度，可使配線電阻降低，減小時間常數，從而可使信號讀出速度提高。
(第5例)圖56係光電二極體陣列(第5例)之局部俯視圖，圖57係圖56所示之光電二極體陣列(第5例)之A-A箭頭剖面圖。
第5例之構造為如下之情形：於圖54所示之構造中，讀出配線5B2於鄰接之半導體區域14之間延伸，讀出配線5B2之寬度接近於鄰接之表面電極3B間之隔開距離。再者，輔助讀出配線5A具有與讀出配線5B2相同之寬度，且具有少許與其平行地延伸之部分，而於到達共用電極E3之中途中斷。此處，於第3絕緣層18之厚度並不充分厚之情形時，或者於未進行表面研磨之情形時，如圖57所示，第3絕緣層18之表面因下部之表面電極3B之形狀而具有凹凸。由於實質上不存在輔助讀出配線5A，故而因其而引起之凹凸於第3絕緣層18之表面實質上不存在。
本例中，由於讀出配線5B2之寬度較寬，故而可使配線電阻降低，減小時間常數，從而可使信號讀出速度提高。又，由於實質上不存在輔助讀出配線5A，故而不存在因其而引起之第3絕緣層18之階差，從而具有抑制因該階差而導致之讀出配線5B2斷線之效果。
再者，於上述之第4例及第5例中，可使第3絕緣層18之厚度充分厚，或者可研磨表面使該表面平坦化。可平坦化之第3絕緣層18之厚度之範圍及表面電極3B之厚度之範圍與第2例中記載之情形相同。
(第6例)圖58係光電二極體陣列(第6例)之局部俯視圖，圖59係圖58所示之光電二極體陣列(第6例)之A-A箭頭剖面圖。
第6例之構造為如下之情形：於圖53所示之構造中，讀出配線5B2於鄰接之半導體區域14之間延伸，讀出配線5B2之寬度大於鄰接之表面電極3B間之隔開距離(外緣間之隔開距離之最小值)。讀出配線5B2之寬度為鄰接之表面電極3B之內緣間之隔開距離之最小值以下。
再者，輔助讀出配線5A具有與讀出配線5B2相同之寬度，且具有少許與其平行地延伸之部分，而於到達共用電極之中途中斷。此處，因第3絕緣層18之厚度充分厚，或者進行過表面研磨，故如圖59所示，第3絕緣層18之表面得以平坦化。
本例中，由於讀出配線5B2之寬度充分寬，故而可使配線電阻降低，減小時間常數，從而可使信號讀出速度提高。又，由於實質上不存在輔助讀出配線5A，又，第3絕緣層18之表面得以平坦化，故而不存在第3絕緣層18之階差，從而具有抑制因該階差而導致之讀出配線5B2斷線之效果。
(第7例)圖60係光電二極體陣列(第7例)之局部俯視圖，圖61係圖60所示之光電二極體陣列(第7例)之A-A箭頭剖面圖。
第7例之構造係於第6例之構造中，代替使讀出配線5B2之寬度變窄，而使半導體區域14之隔開距離變窄，從而提高光電二極體之開口率。其他方面與第6例相同。再者，於任一例中，接觸電極5B1均亦可設置於由淬滅電阻4包圍之區域之外側。
本例中，由於讀出配線5B2之寬度充分寬，故而可使配線電阻降低，減小時間常數，從而可使信號讀出速度提高。又，由於實質上不存在輔助讀出配線5A，又，第3絕緣層18之表面得以平坦化，故而不存在第3絕緣層18之階差，從而具有抑制因該階差而導致之讀出配線5B2斷線之效果。又，由於光電二極體之開口率提高，故而具有輸出信號變大之優點。
再者，於上述任一構造中，作為半導體基板之構造，均亦可採 用圖62所示之構造。
圖62係變更基板之構造後之光電二極體陣列之縱剖面圖。該圖中，與上述光電二極體陣列相比，僅將變更之方面以實線表示，其他以一點鏈線表示。
該構造之不同點在於，於上述圖43以後所說明之類型1~類型4之構造中，於半導體區域14之正下方配置有半導體區域15，而其他方面相同。半導體區域15具有與半導體區域14相同之導電型，或不同之導電型。將具有相同之導電型者設為(類型1S)~(類型4S)，將具有不同之導電型者設為(類型1D)~(類型4D)。再者，半導體區域15之雜質濃度小於半導體區域14之雜質濃度。又，作為p型雜質，可採用B(硼)，作為n型雜質，可採用P(磷)、As(砷)或Sb(銻)。
再者，上述之半導體構造之各層之導電型、雜質濃度及厚度之較佳範圍於各類型中如圖41以後所說明。
再者，於上述例中，最下部之半導體區域12係構成厚度較大之半導體基板者，但光檢測部10亦可於其下進而包含半導體基板，該情形時，半導體區域12具有較該附加之半導體基板薄之厚度。
又，半導體區域13可於半導體區域12上以磊晶成長法形成，但亦可藉由對於基板進行雜質擴散或離子注入而形成。半導體區域14、15可藉由對於半導體區域13進行雜質擴散或離子注入而形成。
圖63係光電二極體陣列之俯視圖。本例具有圖45所示之類型之構造之電極圖案。於表面，形成有格子狀之讀出電極(讀出配線)5B2、及與讀出電極5B2連接之共用電極E3，光檢測部10位於格子之每1個開口內。
各個光檢測部10包含與半導體區域14(參照圖45)連接之連接電極3，連接電極3經由淬滅電阻4而與讀出配線5B2連接。該光電二極體陣列之沿著載子之行進路徑之縱剖面構造為圖44所示之構造，但亦可 採用上述類型1~4(類型1S~4S、1D~4D)之構造。又，上層之讀出配線5B2為必須，但下層之輔助讀出配線5A可使用亦可省略。即，作為讀出配線5B2及輔助讀出配線5A之構造，可應用上述之第1例~第7例之構造。
又，於讀出配線5B2之1個開口內，亦可包含複數個光檢測部10。
再者，共用電極E3之周邊之剖面構造、閃爍器向半導體晶片之貼附構造、將包含該等之檢測晶片固定於配線基板之構造等與以上說明者相同。
圖64係表示此種光電二極體陣列之表面之SEM(掃描型電子顯微鏡)照片之圖，圖65係表示光電二極體陣列之剖面(A-A箭頭剖面)之SEM照片之圖。再者，本例係表示第5例之構造者，輔助讀出電極5A實質上未使用。
圖64中，根據第3絕緣層18之表面形狀之變化，而觀察到存在與表面電極3B連接之淬滅電阻4之內容，且觀察到讀出配線5B2與淬滅電阻4併設而延伸之內容。圖65中，顯示讀出電極5B2存在於較表面電極3B更上層之內容。
圖66係光電二極體陣列之一部分之俯視圖。本例具有圖46所示之類型之構造之電極圖案。於表面，形成有包含長方形之開口之格子狀之讀出電極5B2，複數個光檢測部10位於格子之每1個開口內。本構造係表示第2例之光電二極體陣列者。
各個光檢測部10包含具有輸出載子之半導體區域14之雪崩光電二極體，表面電極3B與半導體區域14電性連接，且沿著其外緣而包圍半導體區域14。表面電極3B與讀出配線5B2係藉由淬滅電阻4而連接。
於沿縱方向延伸之1條讀出配線5B2，經由共用之連接配線(接觸 電極)6而連接有於橫方向上鄰接之2個光檢測部10，該等光檢測部10具有相對於該讀出配線5B2之縱方向中心軸而線對稱之構造。藉此，可減少讀出配線5B2之數目。
圖67係圖66所示之光電二極體陣列(第2例)之A-A箭頭剖面圖。
於半導體層12上，形成有半導體區域13，且於半導體區域13上，形成有第1絕緣層16。於第1絕緣層16上形成有淬滅電阻4，且於該等之上形成有第2絕緣層17。輔助讀出配線5A經由第2絕緣層17之接觸孔而設置於第2絕緣層17上，且於輔助讀出配線5A上形成有第3絕緣層18。在設置於第3絕緣層18之接觸孔內，設置有接觸電極5B1，其將下層之輔助讀出配線5A與上層之讀出配線5B2物理性及電性連接。
再者，於接觸電極5B1位於輔助讀出配線5A之終端位置，且省略較其更靠輸出側之輔助讀出配線5A之情形時，本例成為上述第5例之光電二極體陣列。再者，本例之配線連接構造可應用於第1例~第7例之任一構造。
再者，於不包含輔助配線電極5A之情形時，亦可將接觸電極5B1配置於淬滅電阻4之正上方，且將淬滅電阻4與讀出配線5B2藉由接觸電極5B1而直接連接。如此，亦可實現完全省略輔助讀出配線5A之構造。
於任一構造中，又，於任一例中，均為上述光電二極體陣列包含形成於淬滅電阻4上之絕緣層18，讀出配線5B2經由設置於絕緣層18之接觸孔而與淬滅電阻4電性連接，且將淬滅電阻4與共用電極電性連接。
其次，對上述光電二極體陣列之構成材料進行說明。
構成半導體基板之半導體區域12、13、14之構成材料如上所述般為Si，且含有所期望之雜質。絕緣層16、17、18之構成材料分別為 SiO2或氮化矽。連接電極3、連接配線6、輔助連接配線5A、連接配線5B(讀出配線5B2、接觸電極)共用電極及貫通電極之構成材料分別為金屬，較佳為Al、Cu、Au、Cr、Ag或Fe等金屬、或包含該等中之2種以上之合金。淬滅電阻4之構成材料為電阻率較讀出配線5B2高之材料，為多晶矽、SiCr、NiCr或TaNi。
再者，上述SEM照片係使用SiO2作為絕緣層16、17、18之構成材料，使用Al作為連接電極3、連接配線6、輔助連接配線5A、連接配線5B(讀出配線5B2、接觸電極)及共用電極E3之構成材料，且使用多晶矽作為淬滅電阻4之構成材料之例。
其次，再次參照圖44，對上述光電二極體陣列之製造方法進行說明。
首先，於半導體區域(半導體基板)12上，藉由磊晶成長法或雜質擴散法或者離子注入法而形成半導體區域13。再者，較佳為半導體區域12係藉由CZ法或FZ法而形成之(100)Si半導體基板，但亦可使用具有其他面方位之半導體基板。於使用Si磊晶成長法之情形時，例如，作為原材料，使用氣相之四氯化矽(SiCl4)與三氯矽烷(trichlorosilane，SiHCl3)，於成長溫度1200℃下使該等之氣體流動至基板表面上。於雜質擴散法之情形時，使與半導體區域13之導電型對應之雜質以氣體或固體擴散至半導體區域12內。於離子注入法之情形時，將與半導體區域13之導電型對應之雜質離子注入至半導體區域12內。
其次，於半導體區域13之表面側之區域形成半導體區域14。其可使用雜質之擴散法或離子注入法。例如，於擴散法中，於使用二硼烷(B2H6)作為雜質原材料之情形時，可將擴散溫度設定為1200℃。於半導體區域14之形成時，首先，藉由光微影技術而於半導體區域13上形成具有開口之抗蝕圖案，繼而，將該抗蝕圖案作為掩膜而進行雜質 之添加。再者，雜質之添加亦可於形成格子狀之配線圖案3C之後，將其作為掩膜且介隔絕緣層16藉由離子注入法而進行。
繼而，於半導體基板上形成絕緣層16。絕緣層16可使用Si熱氧化法而形成。氧化溫度例如為1000℃。藉此，半導體區域13及14之表面被氧化，形成包含SiO2之絕緣層16。於絕緣層16之形成時亦可使用CVD法。
其次，於絕緣層16之所期望之位置，使用藉由光微影技術進行之抗蝕劑之圖案化而形成掩膜，且使用該掩膜，將電阻材料沈積於抗蝕劑之開口內，而於開口內形成淬滅電阻4，並去除抗蝕劑。電阻材料可使用將其作為靶之濺鍍法而進行沈積。例如，使用矽作為電阻材料，形成多晶矽之淬滅電阻4。
繼而，於絕緣層16上形成絕緣層17。絕緣層17可使用濺鍍法或電漿CVD法而形成。於使用電漿CVD法之情形時，使用四乙氧基矽烷(TEOS)及氧氣作為原材料氣體，將成長溫度設定為200℃左右而進行絕緣層17之成長。絕緣層17之厚度較佳為設定為使其表面平坦化之厚度，且較佳為大於自絕緣層16之表面至配線圖案3C之上表面為止之高度。藉此，形成包含SiO2之絕緣層17。
其次，於絕緣層17及絕緣層16中之半導體區域14上之位置，形成接觸孔。於接觸孔之形成時，首先，藉由光微影技術而於絕緣層17上形成具有開口之抗蝕圖案，繼而，將該抗蝕圖案作為掩膜而蝕刻絕緣層17及絕緣層16。作為蝕刻法，除乾式蝕刻法以外，亦可使用利用包含HF水溶液之蝕刻液之濕式蝕刻。
繼而，於絕緣層17上，於所期望之位置，使用藉由光微影技術進行之抗蝕劑之圖案化而形成掩膜，使用該掩膜於抗蝕劑之開口內進行沈積，且於開口內藉由蒸鍍法同時形成第1接觸電極3A、表面電極3B、第2接觸電極3C、連接配線6及輔助讀出電極5A，於該等形成之 後去除抗蝕劑。作為蒸鍍材料，本例中使用鋁，但亦可使用濺鍍法等。
其次，於絕緣層17上形成絕緣層18。絕緣層18之形成方法與絕緣層17相同。
其後，於絕緣層18之所期望之位置，使用藉由光微影技術進行之抗蝕劑之圖案化而形成掩膜，且使用該掩膜而蝕刻絕緣層18，形成接觸孔，於形成後去除抗蝕劑。接觸孔形成時之蝕刻方法除乾式蝕刻法以外，亦可使用利用包含HF水溶液之蝕刻液之濕式蝕刻。於該接觸孔內，形成接觸電極5B1，與此同時形成與接觸電極5B1連續之讀出配線5B2。
於接觸電極5B1及讀出配線5B2之形成時，首先，於絕緣層18之所期望之位置，使用藉由光微影技術進行之抗蝕劑之圖案化而形成掩膜，且於該掩膜之開口內沈積接觸電極5B1及讀出配線5B2。沈積方法可使用蒸鍍方法或濺鍍法。
再者，於製造圖62所示之構造之光檢測部之情形時，只要於半導體區域14之形成前，使用雜質擴散法或離子注入法而於半導體區域13之表面側形成半導體區域15即可。於雜質擴散法之情形時，使與半導體區域15之導電型對應之雜質以氣體或固體擴散至半導體區域13內。於離子注入法之情形時，使與半導體區域15之導電型對應之雜質離子注入至半導體區域13內。
又，關於共用電極E3，在將其形成於第2絕緣層17上之情形時，藉由抗蝕劑之圖案化而可將其與表面電極3B同時形成。又，於第3絕緣層18上形成共用電極E3，且使其與輔助讀出配線5A連接之情形時，只要於第3絕緣層18形成用以將輔助讀出配線5A與共用電極E3連接之接觸孔之後，在形成讀出配線5B2之同時，同時地形成接觸孔內之接觸電極與共用電極即可。
再者，於上述實施形態之情形時，淬滅電阻4之平面形狀為環狀，但其亦可為環之一部分之形狀、螺旋形狀。
其次，對試製上述第5例(圖56及圖57)之構造之光電二極體陣列之情形之效果進行說明。再者，本例中，未進行共用電極E3及貫通電極之製造。
製造條件如下所述。
(1)構造
(1-1)半導體區域12：導電型：n型(雜質：Sb(銻))
雜質濃度：5.0×1011cm-3
厚度：650μm
(1-2)半導體區域13：導電型：p型(雜質：B(硼))
雜質濃度：1.0×1014cm-3
厚度：30μm
(1-3)半導體區域14
導電型：p型(雜質：B(硼))
雜質濃度：1.0×1018cm-3
厚度：1000nm
(1-4)絕緣層16：SiO2(厚度：1000nm)
(1-5)絕緣層17：SiO2(厚度：2000nm)
(1-6)絕緣層18：SiO2(厚度：2000nm)
(1-7)連接電極3：(鋁(Al))
(1-8)淬滅電阻4(多晶矽)
形狀：圖63所示之形狀
厚度：500nm
寬度：2μm
長度：100μm
電阻值：500kΩ
(1-9)光檢測部10：1個光檢測部10之面積S：2025μm2
鄰接之光檢測部10之中心間之間隔X：50μm
受光區域內之光電二極體數(X軸方向100個×Y軸方向100個)
受光區域之X軸方向尺寸：5mm
受光區域之Y軸方向尺寸：5mm
(1-10)讀出配線5B2
寬度：5μm
X軸方向之配線之條數：101條
Y軸方向之配線之條數：101條
存在於1個開口內之光檢測部10之數目：1
(2)製法條件
．半導體區域12：CZ法((001)Si半導體基板)
．半導體區域13：Si磊晶成長法(原材料：氣相之四氯化矽(SiCl4)、三氯矽烷(trichlorosilane，SiHCl3)，成長溫度1200℃)
．半導體區域14：雜質之熱擴散法(雜質原材料：二硼烷(B2H6)，擴散溫度1200℃)
．絕緣層16：(Si熱氧化法：氧化溫度(1000℃))
．淬滅電阻4：濺鍍法(靶材料：Si)
．絕緣層17：(電漿CVD法：原材料氣體(四乙氧基矽烷(TEOS)及氧氣)，成長溫度(200℃))
．第1接觸電極3A、表面電極3B、第2接觸電極3C、連接配線6、輔助讀出配線5A、共用電極E3：蒸鍍法(原料：鋁)
．絕緣層18：(電漿CVD法：原材料氣體(四乙氧基矽烷(TEOS)及氧氣)，成長溫度(200℃))
．接觸電極5B1、讀出配線5B2、共用電極(電極墊)：蒸鍍法(原料：鋁)
以如下方式評估實施例之光電二極體陣列之特性。
圖68係表示自成為基點之各光電二極體(像素)至設置於半導體晶片之表面上之一端之電極墊(視作共用電極E3)之距離、及載子之信號傳輸時間距基準之差tp(ps)之圖表(實施例)。時間差tp係距基準時刻之傳輸時間。於成為基點之光電二極體之周圍配置有5個光電二極體，X軸方向之基點之個數為12個，Y軸方向之基點之個數為18個，該圖表中將各基點周圍之光電二極體輸出之平均值作為1個資料顯示。
光電二極體之晶片具有5mm×5mm之尺寸，將圖表中之最靠近前側之位置設為XY平面之原點，於受光區域之X軸方向上配置有100個光電二極體，於Y軸方向上配置有100個光電二極體。被視作共用電極E3之電極墊係設置於存在於該圖表之右方之E3之位置。
自各光電二極體至電極墊為止之信號傳輸時間之差tp(ps)具有越遠離電極墊則越長之傾向，但時間差tp均較短，為160 ps以下，又，面內偏差亦較小。
圖69係表示自各光電二極體至電極墊之距離、及載子之信號傳輸時間距基準之差tp(ps)之圖表(比較例)。比較例係於上述第1例中僅將下層之輔助讀出配線5A用於信號傳輸之例，而未形成上層之讀出配線5B2。比較例之輔助讀出配線5A之1條之寬度為2μm。
自各光電二極體至電極墊為止之信號傳輸時間之差tp(ps)具有越遠離電極墊E3則越長之傾向，但時間差tp過半數超過160 ps，最大超過300 ps，又，面內偏差亦較大。
圖70係表示電壓Vover、與表示輸出脈衝到達時間之偏差之 FWHM(ps)之關係之圖表，圖71係表示到達時間tβ(ps)與計數個數之關係之圖表。
為使光電二極體於蓋革模式下進行動作，對各光電二極體賦予較光電二極體之崩潰電壓(70V)僅大出電壓Vover之逆向偏壓電壓(70+Vover)。於該超過電壓Vover為1.5~4V(逆向偏壓電壓=71.5V~74V)之情形時，實施例中半高寬(FWHM)成為200 ps以下，最小變小至130 ps，另一方面，於比較例中為220 ps以上。再者，該FWHM之測定法如下所述。藉由形成2層金屬配線而降低配線電阻，從而可達成高時間解析度。再者，若於1個半導體晶片或各主動通道形成不僅限於1個之複數個共用電極與貫通孔，則可進一步改善時間偏差。
首先，對各光電二極體陣列全面照射雷射光。該情形時，與光子入射對應之複數個脈衝信號自各光電二極體輸出。由於光電二極體分佈於面內，故而於雷射光同時入射至各光電二極體之情形時，亦具有少許時間擴展而到達電極墊。圖71係將自雷射光出射時序至載子到達電極墊為止之每一時間tβ之脈衝信號之計數個數(脈衝數)柱狀圖化之圖表。到達時間tβ為2040(ps)附近之脈衝數為最大，將該時間設為峰值，到達時間呈常態分佈。該圖表之FWHM越小，則到達時間之偏差越少。
實施例之光電二極體陣列中，由於FWHM充分小，故而可知面內之到達時間tβ之偏差較比較例得以充分地抑制。
再者，圖68及圖69之圖表係使用以下之圖72及圖73之方法而求出。
圖72係對雷射光束照射進行說明之圖，圖73係表示自雷射光出射時序至載子到達電極墊為止之時間tα(ns)與輸出OUT(a.u.)之關係之圖表(模擬)。
如圖72所示，對存在於距電極墊較遠之位置A、中間之位置B、 及距電極墊較近之位置C的實施例之光電二極體群照射直徑1mm之雷射光束，且將雷射光束沿該圖之箭頭所示之橫方向(X軸方向)掃描。將掃描後之來自較遠之位置A、中間之位置B、及較近之位置C之輸出的平均值示於圖73之圖表中。
該情形時，如圖73所示，表示輸出脈衝電壓之輸出OUT(a.u.)隨著時間tα(ns)之增加而增加，於tα=2.5ns以上時飽和為固定值。輸出OUT成為閾值(threshold)=0.5以上之上升之時間tα為1.4ns。
圖68及圖69係實際測定與圖73之模擬圖相當之輸出脈衝，將以最靠近墊之位置C之時間tα作為基準之情形時的各雷射照射位置之脈衝之時間延遲進行繪圖而成者。再者，該繪圖係使用閾值之時間tα而進行。
如以上所說明，上述實施形態之光電二極體陣列係包含複數個具有於蓋革模式下進行動作之雪崩光電二極體之光檢測部的光電二極體陣列，各個光檢測部10包含：具有輸出載子之半導體區域14之雪崩光電二極體PD；與半導體區域14電性連接且沿著其外緣而包圍半導體區域14之表面電極3B；及將表面電極3B與讀出配線5B2(TL)連接之淬滅電阻4；且在將包含半導體區域14之表面之平面設為基準平面之情形時，自該基準平面至讀出配線5B2之距離tb大於自該基準平面至表面電極3B之距離ta，並且讀出配線5B2位於鄰接之雪崩光電二極體PD(半導體區域14)間。
根據光入射至半導體區域14而產生之載子自第2半導體區域14依序經由表面電極3B、淬滅電阻4、及讀出配線5B2而到達共用電極E3、貫通電極、凸塊電極、及配線基板。由於讀出配線5B2形成於較表面電極3B更上層，故而因表面電極3B而產生之空間上之制約被解除，可使其寬度等變寬，因此，可減小時間常數，從而可使信號讀出速度提高。表面電極可使第2半導體區域14之外緣產生固定之電場， 從而可使APD之輸出穩定性提高。
又，在自與基準平面垂直之方向觀察上述光電二極體陣列之情形時，讀出配線5B2與表面電極3B之一部分重疊(第3例、第6例、第7例)。該情形時，讀出配線5B2之形成區域係利用相對於光入射而成為無效空間之表面電極3B上之區域，因此可擴大讀出配線5B2之尺寸而不降低光電二極體之開口率，從而使電阻值降低。
又，上述光電二極體陣列包含：形成於淬滅電阻4上之第1絕緣層17；經由設置於第1絕緣層17之接觸孔而與淬滅電阻4電性連接之輔助讀出配線5A；及形成於輔助讀出配線5A上之第2絕緣層18；讀出配線5B2係經由設置於第2絕緣層18之接觸孔而與輔助讀出配線5A電性連接，且相對於輔助讀出配線5A而平行地延伸，與輔助讀出配線5A一併連接於共用電極E3(第1例、第2例、第3例)。
藉由利用2條讀出配線，而可使自光電二極體至到達共用電極E3為止之電阻值降低。
又，上述光電二極體陣列包含形成於淬滅電阻4上之絕緣層18，讀出配線5B2經由設置於絕緣層18之接觸孔而與淬滅電阻4電性連接，且將淬滅電阻4與共用電極E3電性連接(第1例~第7例)。又，輔助讀出配線5A亦可不直接連接於共用電極(第4例~第7例)。於該等情形時，讀出配線5B2之設計自由度變高，可減小時間常數，而使信號讀出速度提高。
再者，淬滅電阻4之電阻值較佳為100~1000kΩ。自光電二極體之半導體區域14至到達作為電極墊之共用電極為止之配線之電阻值越低越佳，較佳為20Ω以下，更佳為5Ω以下。
如上所述，於使用貫通電極之情形時，在進行大面積磚式覆蓋方面，無效空間較少，為了成為對照性配置而以PET裝置、CT裝置等再構成圖像變得簡單。該構造於利用包含打線接合墊之非對稱之晶片 進行圖像再構成方面必須進行修正，因此較佳為對稱之形狀。
又，貫通孔之形狀考慮有如角錐台形狀般之楔型者、及長方體或圓柱型(直線型)。貫通孔之內部亦可設為空洞，但亦可以金屬或絕緣物填埋。貫通電極相對於1個主動通道可為1個，或亦可為複數個。主動通道之尺寸可設為1×1mm、3×3mm、6×6mm，但亦可較其更大或較其更小。形狀亦可如2×3mm般不為正方形。再者，陰極例如可採取自塊狀之半導體基板之背面部分以凸塊電極直接接觸。

Claims (8)

  1. 一種檢測器，其特徵在於包含：配線基板；複數個半導體晶片，其等呈二維狀相互隔開地配置於上述配線基板上；及第1及第2凸塊電極，其等配置於各個上述半導體晶片與上述配線基板之間；且各個上述半導體晶片包含：半導體基板，其包含呈二維狀配置之複數個光檢測部；絕緣層，其形成於上述半導體基板之表面上；共用電極，其配置於上述絕緣層上；讀出配線，其將各個上述光檢測部之淬滅電阻與上述共用電極電性連接；及貫通電極，其自上述共用電極經由上述半導體基板之貫通孔而延伸至上述半導體基板之背面；各個上述光檢測部包含：雪崩光電二極體，其包含第1導電型之第1半導體區域、及與上述第1半導體區域構成pn接面且輸出載子之第2導電型之第2半導體區域；及上述淬滅電阻，其與上述雪崩光電二極體之上述第2半導體區域電性連接；且上述第1凸塊電極將上述貫通電極與上述配線基板電性連接；上述第2凸塊電極將上述雪崩光電二極體之上述第1半導體區域與上述配線基板電性連接。
  2. 如請求項1之檢測器，其中閃爍器介隔絕緣體而位於各個上述半導體晶片之表面上。
  3. 如請求項1或2之檢測器，其中各個上述光檢測部包含表面電極，該表面電極與上述第2半導體區域電性連接，且沿著其外緣包圍上述第2半導體區域。
  4. 如請求項3之檢測器，其中於將包含上述第2半導體區域之表面之平面設為基準平面之情形時，自該基準平面至上述讀出配線之距離，大於自該基準平面至上述表面電極之距離；且上述讀出配線位於鄰接之上述雪崩光電二極體之間。
  5. 如請求項1或2之檢測器，其包含：第1接觸電極，其與上述第2半導體區域接觸；及第2接觸電極，其包含與上述第1接觸電極不同之材料，配置於與上述第1接觸電極重疊之位置，並與上述第1接觸電極接觸；且上述淬滅電阻與上述第2接觸電極連續。
  6. 如請求項5之檢測器，其中上述第2接觸電極及上述淬滅電阻包含SiCr。
  7. 一種正子放射斷層攝影裝置，其特徵在於包含：托架；及機架，其包含上述托架所位在之開口；且以包圍上述機架之開口之方式配置有複數個如請求項1至6中任一項之檢測器。
  8. 一種X射線電腦斷層掃描裝置，其特徵在於包含：托架；及機架，其包含上述托架所位在之開口，並內置向上述開口內出射X射線之X射線源；且於來自上述X射線源之X射線所入射之位置，配置有複數個如請求項1至6中任一項之檢測器。
TW103105717A 2013-02-20 2014-02-20 Detector, positron emission tomography apparatus and X-ray computed tomography apparatus TWI638449B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-031555 2013-02-20
JP2013031555A JP5925711B2 (ja) 2013-02-20 2013-02-20 検出器、ｐｅｔ装置及びｘ線ｃｔ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201448183A TW201448183A (zh) 2014-12-16
TWI638449B true TWI638449B (zh) 2018-10-11

Family

ID=51391293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103105717A TWI638449B (zh) 2013-02-20 2014-02-20 Detector, positron emission tomography apparatus and X-ray computed tomography apparatus

Country Status (6)

Country Link
US (2) US10879303B2 (zh)
EP (1) EP2960939B1 (zh)
JP (1) JP5925711B2 (zh)
CN (1) CN105009289B (zh)
TW (1) TWI638449B (zh)
WO (1) WO2014129507A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI810686B (zh) * 2020-10-21 2023-08-01 美商西屋電器公司 用來測量整體放射性同位素產生的裝置、系統、及方法

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5925711B2 (ja) 2013-02-20 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 検出器、ｐｅｔ装置及びｘ線ｃｔ装置
GB201322940D0 (en) * 2013-12-23 2014-02-12 Johnson Matthey Plc Radiation detection apparatus and method
WO2016093140A1 (ja) * 2014-12-09 2016-06-16 雫石　誠 撮像装置
US20160181302A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Sensl Technologies Ltd Semiconductor photomultiplier
WO2016101164A1 (zh) * 2014-12-24 2016-06-30 华为技术有限公司 一种雪崩光电二极管及光电接收机
DE112016005522T5 (de) * 2015-12-03 2018-08-30 Sony Semiconductor Solutions Corporation Halbleiter-Bildgebungselement und Bildgebungsvorrichtung
JP6921858B2 (ja) 2016-01-07 2021-08-18 ザ リサーチ ファウンデイション フォー ザ ステイト ユニヴァーシティ オブ ニューヨーク セレン光電子増倍管及びその製作方法
US20190103501A1 (en) * 2016-03-30 2019-04-04 Sony Corporation Light-receiving device, imaging unit, and electronic apparatus
JP6748486B2 (ja) * 2016-06-08 2020-09-02 浜松ホトニクス株式会社 光検出ユニット、光検出装置、及び、光検出ユニットの製造方法
WO2018021411A1 (ja) * 2016-07-27 2018-02-01 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
CN106981542A (zh) * 2017-03-29 2017-07-25 武汉京邦科技有限公司 一种半导体光电倍增器件的制造方法
CN110573864B (zh) * 2017-04-26 2022-11-04 株式会社尼康 检查装置、检查方法及检查对象物的制造方法
JP6938239B2 (ja) 2017-06-23 2021-09-22 浜松ホトニクス株式会社 光検出器及び光検出装置
JP7057630B2 (ja) 2017-06-23 2022-04-20 浜松ホトニクス株式会社 放射線検出装置
JP6932580B2 (ja) * 2017-08-04 2021-09-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子
JP7102119B2 (ja) 2017-09-29 2022-07-19 キヤノン株式会社 半導体装置および機器
EP3570534B1 (en) 2017-10-31 2021-12-01 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging device and imaging system
JP2018078304A (ja) * 2017-12-07 2018-05-17 株式会社東芝 光検出器
CN108470765B (zh) * 2018-03-21 2021-07-23 中国人民解放军国防科技大学 石墨烯垂直异质结器件及其制备方法
JP7178819B2 (ja) * 2018-07-18 2022-11-28 浜松ホトニクス株式会社 半導体光検出装置
JP7132796B2 (ja) * 2018-08-30 2022-09-07 浜松ホトニクス株式会社 チェレンコフ検出器、チェレンコフ検出器設定方法およびｐｅｔ装置
JP7273842B2 (ja) * 2018-10-25 2023-05-15 株式会社東芝 フォトンカウンティング型放射線検出器およびそれを用いた放射線検査装置
JP7181462B2 (ja) * 2019-01-17 2022-12-01 日本電信電話株式会社 光検出器
JP7098559B2 (ja) 2019-03-14 2022-07-11 株式会社東芝 光検出器及びライダー装置
US11374135B2 (en) * 2019-08-30 2022-06-28 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Sensor and method of forming the same
JP7353121B2 (ja) 2019-10-08 2023-09-29 キヤノン株式会社 半導体装置および機器
CN110854141A (zh) * 2019-11-21 2020-02-28 中国电子科技集团公司第四十四研究所 一种单片集成型平衡光电探测器芯片及制作方法
US11508867B2 (en) * 2020-01-28 2022-11-22 Adaps Photonics Inc. Single photon avalanche diode device
JP2020129674A (ja) * 2020-04-20 2020-08-27 株式会社東芝 光検出器
US11545518B2 (en) * 2020-08-11 2023-01-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor and method for fabricating the same
JP2022081982A (ja) * 2020-11-20 2022-06-01 浜松ホトニクス株式会社 検出器
US11389125B1 (en) * 2021-02-05 2022-07-19 GE Precision Healthcare LLC System and method for mitigating trace triggering of channels in x-ray detector
JP7449264B2 (ja) * 2021-08-18 2024-03-13 株式会社東芝 放射線検出器
CN114732426B (zh) * 2022-04-06 2023-04-07 四川大学 一种三维超快x光ct成像系统及成像方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1685513A (zh) * 2002-09-24 2005-10-19 浜松光子学株式会社 光电二极管阵列及其制造方法
US20060056581A1 (en) * 2004-09-13 2006-03-16 Hoffman David M Direct conversion energy discriminating CT detector with over-ranging correction
JP2008130733A (ja) * 2006-11-20 2008-06-05 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置、スイッチング電源用制御ｉｃおよびスイッチング電源装置
TW201232800A (en) * 2010-10-29 2012-08-01 Hamamatsu Photonics Kk Photodiode array

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01205465A (ja) * 1988-02-10 1989-08-17 Sony Corp 固体撮像装置及びその製造方法
US5972788A (en) * 1996-05-22 1999-10-26 International Business Machines Corporation Method of making flexible interconnections with dual-metal-dual-stud structure
US6326256B1 (en) 1998-12-18 2001-12-04 Texas Instruments Incorporated Method of producing a laser trimmable thin film resistor in an integrated circuit
JP3678065B2 (ja) 1999-08-19 2005-08-03 株式会社デンソー 集積化フォトセンサ
US6713768B2 (en) * 2001-04-16 2004-03-30 Photon Imaging, Inc. Junction-side illuminated silicon detector arrays
DE10392637B4 (de) * 2002-05-10 2014-09-04 Hamamatsu Photonics K.K. Hintergrundbeleuchtetes Photodioden-Array und Verfahren zum Herstellen desselben
GB0216075D0 (en) * 2002-07-11 2002-08-21 Qinetiq Ltd Photodetector circuits
JP4414646B2 (ja) 2002-11-18 2010-02-10 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP3977735B2 (ja) * 2002-12-25 2007-09-19 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP4247017B2 (ja) * 2003-03-10 2009-04-02 浜松ホトニクス株式会社 放射線検出器の製造方法
JP3863873B2 (ja) 2003-09-30 2006-12-27 株式会社日立製作所 放射線検査装置
WO2005048319A2 (en) 2003-11-06 2005-05-26 Yale University Large-area detector
US7039888B2 (en) * 2003-12-04 2006-05-02 Texas Instruments Incorporated Modeling process for integrated circuit film resistors
RU2290721C2 (ru) 2004-05-05 2006-12-27 Борис Анатольевич Долгошеин Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя
EP1617473A1 (en) 2004-07-13 2006-01-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electronic device comprising an ESD device
US7439516B2 (en) * 2004-10-01 2008-10-21 General Electric Company Module assembly for multiple die back-illuminated diode
WO2006097882A2 (en) 2005-03-16 2006-09-21 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh X-ray detector with in-pixel processing circuits
US7283609B2 (en) * 2005-11-10 2007-10-16 General Electric Company CT detector photodiode having multiple charge storage devices
EP1982356B1 (en) * 2006-02-01 2017-03-15 Koninklijke Philips N.V. Geiger mode avalanche photodiode
JP2008039884A (ja) * 2006-08-02 2008-02-21 Konica Minolta Opto Inc レンズユニットおよび撮像装置
US7512210B2 (en) * 2007-03-27 2009-03-31 General Electric Company Hybrid energy discriminating charge integrating CT detector
US7403589B1 (en) 2007-03-27 2008-07-22 General Electric Company Photon counting CT detector using solid-state photomultiplier and scintillator
US7652257B2 (en) 2007-06-15 2010-01-26 General Electric Company Structure of a solid state photomultiplier
US8410449B2 (en) * 2007-09-04 2013-04-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Silicon photomultiplier energy resolution
ITTO20080045A1 (it) * 2008-01-18 2009-07-19 St Microelectronics Srl Schiera di fotodiodi operanti in modalita' geiger reciprocamente isolati e relativo procedimento di fabbricazione
US8110806B2 (en) 2008-10-31 2012-02-07 General Electric Company Solid-state photomultiplier having improved timing resolution
US20100108893A1 (en) 2008-11-04 2010-05-06 Array Optronix, Inc. Devices and Methods for Ultra Thin Photodiode Arrays on Bonded Supports
US8114720B2 (en) 2008-12-25 2012-02-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2010109964A1 (ja) * 2009-03-27 2010-09-30 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体集積回路装置
JP5426282B2 (ja) * 2009-09-03 2014-02-26 株式会社東芝 画像診断装置
IT1402806B1 (it) * 2010-11-29 2013-09-18 St Microelectronics Srl Dispositivo fotomoltiplicatore incapsulato di materiale semiconduttore, in particolare per l'utilizzo in macchine per l'esecuzione della tomografia ad emissione di positroni.
JP2013089017A (ja) 2011-10-18 2013-05-13 Ricoh Co Ltd 情報提供システム、情報提供方法、プログラムおよび端末装置
JP5791461B2 (ja) * 2011-10-21 2015-10-07 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5925711B2 (ja) 2013-02-20 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 検出器、ｐｅｔ装置及びｘ線ｃｔ装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1685513A (zh) * 2002-09-24 2005-10-19 浜松光子学株式会社 光电二极管阵列及其制造方法
US20060056581A1 (en) * 2004-09-13 2006-03-16 Hoffman David M Direct conversion energy discriminating CT detector with over-ranging correction
JP2008130733A (ja) * 2006-11-20 2008-06-05 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置、スイッチング電源用制御ｉｃおよびスイッチング電源装置
TW201232800A (en) * 2010-10-29 2012-08-01 Hamamatsu Photonics Kk Photodiode array

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. Nagano, K. Yamamoto, K. Sato, N. Hosokawa, A. Ishida, T. Baba，Improvement of Multi-Pixel Photon Counter (MPPC)，Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), 2011 IEEE，IEEE，2011/10/29，pp 1657~1659 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI810686B (zh) * 2020-10-21 2023-08-01 美商西屋電器公司 用來測量整體放射性同位素產生的裝置、系統、及方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201448183A (zh) 2014-12-16
EP2960939A4 (en) 2016-10-19
EP2960939A1 (en) 2015-12-30
CN105009289B (zh) 2018-10-09
US10879303B2 (en) 2020-12-29
EP2960939B1 (en) 2021-04-28
JP5925711B2 (ja) 2016-05-25
US20150380457A1 (en) 2015-12-31
US11101315B2 (en) 2021-08-24
WO2014129507A1 (ja) 2014-08-28
JP2014160042A (ja) 2014-09-04
CN105009289A (zh) 2015-10-28
US20180090535A1 (en) 2018-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI638449B (zh) Detector, positron emission tomography apparatus and X-ray computed tomography apparatus
JP6190915B2 (ja) 検出器、ｐｅｔ装置及びｘ線ｃｔ装置
JP6162595B2 (ja) 光検出器
US9116249B1 (en) Multiple-mode radiation detector
US20100074396A1 (en) Medical imaging with black silicon photodetector
US10624593B2 (en) Systems for a photomultiplier
US20100014631A1 (en) Scintillator based x-ray sensitive integrated circuit element with depleted electron drift region
US10620326B1 (en) Compact radiation detector
JP5908497B2 (ja) シリコンをベースとする光電子増倍管のセルの製造方法、シリコンをベースとする光電子倍増管の製造方法、および放射線検出器の製造方法
TWI675219B (zh) 檢測器
JP6552850B2 (ja) 光検出装置
US7825384B1 (en) Quantum detector array
CN116964748A (zh) 光检测器
JP3860758B2 (ja) 放射線検出器
JP2003232858A (ja) 放射線検出器
JP3693535B2 (ja) 電離箱型放射線検出器における放射線検出方法
Hooper Development of a new silicon based detector module for PET