层4B的宽度左右，对于表面能级稳定化的特性降低影响小。另外，在图4所示的构造中，被覆半导体区域14的轮廓(边缘)的全部。
[0266]图12是用于针对图1及图2所示的光电二极管阵列的制造方法进行说明的图。
[0267]首先，如图12(A)所示，在半导体区域(半导体基板)12上，通过外延生长法或杂质扩散法或离子注入法，形成半导体区域13。另外，半导体区域12是通过CZ法或FZ法形成的(10)Si半导体基板，但是也可以使用具有其他面方位的半导体基板。在使用Si外延生长法的情况下，例如使用气相的四氯化娃(SiCl4)和三氯娃烧(trichlorosilane、SiHCl3)作为原材料，在生长温度1200°C下，使这些气体流到基板表面上。在杂质扩散法的情况下，使与半导体区域13的导电型对应的杂质以气体或固体扩散到半导体区域12内。在离子注入法的情况下，将与半导体区域13的导电型对应的杂质离子注入至半导体区域12内。
[0268]接着，在半导体区域13的表面侧的区域形成半导体区域14。这可以使用杂质的扩散法或离子注入法。例如，在扩散法中，使用二硼烷(B2H6)作为杂质原材料的情况下，可以将扩散温度设定为1200°C。在半导体区域14的形成中，首先，通过光刻技术在半导体区域13上形成具有开口的抗蚀剂图案，接着，以该抗蚀剂图案作为掩膜而进行杂质的添加。另夕卜，杂质的添加也可以在形成格子状的配线图案3C之后，以此作为掩膜，经由绝缘层16并通过离子注入法进行。
[0269]接着，在半导体基板上形成绝缘层16。绝缘层16可以使用Si热氧化法形成。氧化温度为例如1000°C。由此，半导体区域13及14的表面被氧化，形成由S12构成的绝缘层16。在形成绝缘层16中也可以使用CVD法。
[0270]接着，在绝缘层16的半导体区域14上的位置形成接触孔。在接触孔的形成中，首先，通过光刻技术于绝缘层16上形成具有开口的抗蚀剂图案，接着，以该抗蚀剂图案作为掩膜而蚀刻绝缘层16。作为蚀刻法，除了干式蚀刻法以外，也可以使用通过包含HF水溶液的蚀刻液进行的湿式蚀刻。
[0271]接着，在绝缘层16上，通过蒸镀法而形成第I接触电极3A及配线图案3C。在它们的形成中，首先，通过光刻技术在绝缘层16上形成规定的抗蚀剂图案，接着，以该抗蚀剂图案作为掩膜，将电极材料蒸镀在绝缘层16上。这里，也可以替代蒸镀法而使用溅射法。
[0272]接着，如图12(B)所示，在绝缘层16上形成绝缘层17。绝缘层17可以使用溅射法或等离子体CVD法形成。使用等离子体CVD法的情况下，使用四乙氧基硅烷(TEOS)及氧气作为原材料气体，并将生长温度设定为200°C左右来进行绝缘层17的生长。绝缘层17的厚度优选为设定为其表面经平坦化的厚度，优选为大于从绝缘层16的表面到配线图案3C的上表面的高度。
[0273]接着，如图12(C)所示，在绝缘层17上形成电阻部4。在该形成中，首先通过光刻技术在绝缘层17上形成规定的抗蚀剂图案，接着，以该抗蚀剂图案作为掩膜，使用溅射法或蒸镀法将电阻材料沉积在绝缘层17上。在电阻体由SiCr构成的情况下，使用溅射法，可以使用例如Si与Cr的组成比为70% /30%的SiCr作为靶材材料，可以将厚度设定为3?50nmo
[0274]另外，在制造图13所示的构造的光检测部的情况下，只要在半导体区域14的形成前，使用杂质扩散法或离子注入法将半导体区域15形成在半导体区域13的表面侧即可。在杂质扩散法的情况下，将与半导体区域15的导电型对应的杂质以气体或固体扩散到半导体区域13内。在离子注入法的情况下，将与半导体区域15的导电型对应的杂质离子注入到半导体区域13内。
[0275]另外，在上述实施方式的情况下，电阻层4B的平面形状为环状或环的一部分的形状、或螺旋形状，但是其也可以为像矩形波、三角波或正弦波那样蜿蜒的形状。
[0276]另外，针对实施方式所涉及的光电二极管阵列的效果，进一步进行说明。
[0277]在使光电二极管阵列在盖革模式下动作的情况下，使光子(photon)入射至I个光检测部10的情况下的恢复时间(电压恢复时间)τ依赖于由光检测部10的光检测区域的面积及从pn结扩展的耗尽层宽度所规定的结电容(像素电容)Cj与电阻部4的电阻值(降压电阻值Rq)之积(RC常数=CjXRq)。
[0278]若减小像素大小(光检测部的面积)，则结电容Cj变小，因而为了获得相同的恢复时间τ即相同的RC常数，需要增大降压电阻值Rq。降压电阻值Rq可以通过调整电阻率、厚度、宽度及长度来决定。由于电阻率、宽度、厚度受工艺条件限制，因此电阻值Rq通过改变长度来调整是合理的。为了获得相同的恢复时间τ，像素大小越大，则将电阻层4B设定得越短，像素大小越小，则将电阻层4Β设定得越长。
[0279]在RC常数过小的情况下，雪崩倍增产生后的淬灭变得不充分，而产生称为闭锁电流的现象，未表现正常动作。另一方面，在RC常数过大的情况下，恢复时间(电压恢复时间)变长。因此，将RC常数的值设定为与装置相应的最合适的值(2?20ns)。
[0280]另外，增益依赖于结电容Cj和施加电压，实施方式的构造通过减小结电容Cj而降低增益。作为光电二极管阵列的噪声成分，除了暗脉冲以外还包含由后脉冲、光学串扰引起的疑似输出信号。后脉冲是通过将由雪崩倍增产生的电子?空穴的一部分被捕获于杂质能级等，经过某个时间间隔而后被放出，而再次发生雪崩倍增所产生的脉冲。光学串扰是因使在雪崩倍增中低概率产生的光子进入邻接的像素单元且被吸收而产生的电子?空穴对引起雪崩倍增而产生的脉冲所致者。任一者均是相对于I光子的输出不是I个脉冲而是多个脉冲的噪声成分。
[0281]如实施方式的构造所述，若结电容Cj即增益小，则由雪崩倍增产生的电子.空穴对的总数变少，因而因后脉冲、光学串扰所引起的脉冲产生的概率变小，获得噪声降低的效果O
[0282]越为结电容Cj越大且增益越大的元件，则释放所产生的载流子的时间越长，因而电压恢复时间越长，增益越小，则恢复时间变短。如实施方式所述，若减小像素间距，则电压恢复时间变短，能够提高光子的计数率。
[0283]另外，如上所述，光电二极管阵列的受光区域包含多个光检测部，各个光检测部具备:基板表面侧的半导体区域13 (这里称为第I半导体区域)；半导体区域14 (这里称为第2半导体区域)，其形成在该半导体区域13的内侧且构成光检测通道；电阻层4B，其电连接于第2半导体区域14 ;以及信号读出用的配线图案3C，其电连接于电阻层4B。而且，电阻层4B经由绝缘层16而位于第2半导体区域14上，在俯视时，配线图案3C包围第2半导体区域14的周围。
[0284]另外，上述电阻层4B以在俯视时覆盖半导体区域13与半导体区域14之间的边界的方式配置。
[0285]上述构造可以进行稳定的动作。
【主权项】
1.一种光电二极管阵列，其特征在于: 具备受光区域，所述受光区域包含多个光检测部， 各个所述光检测部具备: 第I导电型的第I半导体区域； 第2导电型的第2半导体区域，其与所述第I半导体区域构成pn结； 第I接触电极，其与所述第2半导体区域接触； 第2接触电极，其具备与所述第I接触电极不同的材料，配置在重叠于所述第I接触电极的位置，并与所述第I接触电极接触；以及电阻层，其与所述第2接触电极连续。
2.如权利要求1所述的光电二极管阵列，其特征在于: 所述第2接触电极及所述电阻层具备SiCr。
3.如权利要求2所述的光电二极管阵列，其特征在于: 所述电阻层曲线延伸，并连接于信号读出用的配线图案。
4.如权利要求3所述的光电二极管阵列，其特征在于: 所述电阻层的厚度为3nm以上且50nm以下。
5.如权利要求4所述的光电二极管阵列，其特征在于: 所述配线图案包含包围各个所述光检测部的形状， 各个所述第2接触电极位于被所述配线图案包围的各个光检测区域的中央部， 所述电阻层的二维图案包含以在所述第2接触电极的周围旋转的方式延伸的形状。
6.如权利要求1所述的光电二极管阵列，其特征在于: 邻接的所述光检测部的中心间的间隔为20 μπι以下。
7.如权利要求1所述的光电二极管阵列，其特征在于: 邻接的所述光检测部的中心间的间隔为15 ym以下。
8.如权利要求1所述的光电二极管阵列，其特征在于: 邻接的所述光检测部的中心间的间隔为1ym以下。
9.如权利要求1所述的光电二极管阵列，其特征在于: 在光子入射至所述光检测部的情况下，由从赋予来自所述光检测部的输出的强度峰值的时刻到来自所述光检测部的输出达到该强度峰值的37 %的时刻为止的期间所规定的恢复时间为1ns以下。
10.一种光电二极管阵列，其特征在于: 具备受光区域，所述受光区域包含多个光检测部， 各个所述光检测部具备: 第I半导体区域； 第2半导体区域，其形成在所述第I半导体区域的内侧且构成光检测通道； 电阻层，其电连接于所述第2半导体区域；以及 信号读出用的配线图案，其电连接于所述电阻层， 所述电阻层经由绝缘层而位于所述第2半导体区域上， 所述配线图案俯视时包围所述第2半导体区域的周围。
11.如权利要求10所述的光电二极管阵列，其特征在于: 所述电阻层以在俯视时覆盖所述第I半导体区域与所述第2半导体区域之间的边界的方式配置。
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种高时间分辨率的光电二极管阵列。受光区域包含多个光检测部(10)，各个光检测部(10)具备：第1导电型的第1半导体区域(12)；第2导电型的第2半导体区域(13、14)，其与第1半导体区域(12)构成pn结；第1接触电极(3A)，其与第2半导体区域接触；第2接触电极(4A)，其具备与第1接触电极(3A)不同的材料，配置在重叠于第1接触电极(3A)的位置，并与第1接触电极接触；以及电阻层(4B)，其与第2接触电极(4A)连续。
【IPC分类】H01L31-107, H01L31-00, H01L27-146
【公开号】CN104737304
【申请号】CN201380054725
【发明人】山本晃永, 永野辉昌, 山村和久, 里健一, 土屋龙太郎
【申请人】浜松光子学株式会社
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年10月11日
【公告号】EP2908351A1, US8791538, US20140110810, US20140306314, WO2014061610A1