光检测器的制造方法
【专利摘要】在本发明的光检测器中，规定半导体区域(14)的外缘的边界线(BY)由信号读出配线(E3)覆盖，在半导体区域(14)与信号读出配线(E3)之间构成电容器。载流子的高频成分(峰值成分)经由电容器，快速提取至外部，通过信号读出配线(E3)覆盖边界线(BY)，使半导体的边界线附近的电位稳定，输出信号稳定。
【专利说明】
光检测器
技术领域
[0001 ] 本发明涉及可利用于正电子CT装置(Positron Emiss1n Tomography(正电子放射断层摄影术):PET装置)或CT装置等医疗机器的光检测器。
【背景技术】
[0002]现在，已使用各种医疗机器。PET装置为将以能放出正电子(阳电子)的同位素标识的药剂导入生物体内，并以多个检测器检测因药剂引起的γ射线的装置。PET装置包含:环状的起重台架(台座)、托架(床)、及操作用计算机，且在起重台架内部，内置配置于生物体周围的多个检测器。
[0003]此处，X射线或γ射线的有效检测器可通过组合闪烁器与光检测器而构成。
[0004]另，也考虑组合X射线CT装置与PET装置的CT/PET装置、或对其等组合MRI(核磁共振图像诊断)装置的复合诊断装置。
[0005]应用于上述诊断装置的光检测器(光电二极管阵列)例如记载于专利文献I。在SiPM(Silicon Photo Multiplier:娃光电倍增器)或PPD(Pixelated Photon Detector:像素化光电侦测器)等光电二极管阵列中，具有将APD(雪崩光电二极管)配置为矩阵状，并联连接多个APD，并读出AH)输出的和的构成。在以盖革模式使AH)动作时，可检测出微弱的光。
[0006]即，在光子(photon)入射于AF1D的情形时，在APD内部所产生的载流子经由淬灭电阻及信号读出用的配线图案而输出至外部。在APD的产生电子雪崩的像素中，虽流动电流，但在串联连接于像素的数百kQ左右的淬灭电阻中，产生电压下降。通过该电压下降，使施加于AI3D的放大区域的电压降低，电子雪崩的倍增作用终止。如此，通过I个光子的入射，自Aro输出I个脉冲信号。
[0007]在PET装置等机器中，利用来自光检测器的输出信号的峰值(光子的入射时点)与所检测的光子量(灵敏度)，任一值均越大越好。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2008-311651号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的技术问题
[0012]在现有的光检测器中，以Al(铝)等金属膜覆盖构成光电二极管阵列的各光检测通道的周边以使电位稳定化，并且由于将淬灭电阻配置于覆盖光检测通道周边的金属膜的外侦U，故缩小邻接的成为光检测信道间的区域而对提高光电二极管的开口率、灵敏度有界限。另外，通过提高输出信号的峰值，可寻求降低因噪声等对输出信号基线的波动的影像，提高时间分辨率。
[0013]本发明鉴于这些问题而完成，目的在于提供一种提高输出信号峰值并提升时间分辨率，且实现高开口率、高灵敏度的光检测器。
[0014]解决问题的技术手段
[0015]为了解决上述问题，第I发明形态的光检测器特征在于包含:半导体基板;第I半导体区域，形成于上述半导体基板上;第2半导体区域，在上述第I半导体区域内以二维状形成多个，且杂质浓度高于上述第I半导体区域;多个淬灭电阻，分别电连接于各个上述第2半导体区域;信号读出配线，电连接于多个上述淬灭电阻；且在上述半导体基板与上述第I半导体区域之间的界面、或上述第I半导体区域与上述第2半导体区域之间的界面中，形成有构成以盖革模式动作的APD的pn结，上述淬灭电阻位于上述第2半导体区域上，且，在俯视时，上述信号读出配线以环状包围各个上述第2半导体区域的周围，且覆盖上述第2半导体区域与上述第I半导体区域之间的边界线。
[0016]根据该光检测器，由于信号读出配线以覆盖上述边界线的方式，环状包围第2半导体区域的周围，故第2半导体区域与信号读出线之间变得非常接近，并在其之间构成电容器。应答光子入射而在第2半导体区域产生的载流子的高频成分(峰值成分)经由该电容器，快速提取至外部。另外，通过信号读出配线覆盖上述边界线，半导体边界线附近的电位稳定，且输出信号稳定。此处，由于淬灭电阻形成于第2半导体区域上，故可将信号读出配线设为上述的配置，由于因配线或淬灭电阻的干扰，可不缩小第2半导体区域的开口率，故可对每个像素增大检测的光量(灵敏度)。
[0017]如此，根据本光检测器，可提高输出信号的峰值，并且实现高开口率、高灵敏度、进而可使输出信号稳定。
[0018]另外，第2发明形态的光检测器特征在于，在俯视时，上述信号读出配线完全覆盖上述第2半导体区域与上述第I半导体区域之间的边界线。
[0019]在该情形时，可增大形成于信号读出配线与第2半导体区域之间的电容器的电容，提高通过信号读出配线的输出信号的峰值。
[0020]另外，第3发明形态的光检测器特征在于，在俯视时，上述信号读出配线仅覆盖上述第2半导体区域与上述第I半导体区域之间的边界线中的一部分，且上述信号读出配线的上述覆盖的部分的上述信号读出配线的宽度方向的尺寸大于比邻接于该部分的部分的宽度方向的尺寸。
[0021]在该情形时，信号读出配线仅覆盖上述边界线的一部分，但由于宽度方向的尺寸较大，故可增大电容器的电容，提高通过信号读出配线的输出信号的峰值。
[0022]另外，第4发明形态的光检测器特征在于包含:半导体基板;第I半导体区域，形成于上述半导体基板上;第2半导体区域，在上述第I半导体区域内以二维状形成多个，且杂质浓度高于上述第I半导体区域;多个淬灭电阻，分别电连接于各个上述第2半导体区域;信号读出配线，电连接于多个上述淬灭电阻;且在上述半导体基板与上述第I半导体区域之间的界面、或上述第I半导体区域与上述第2半导体区域之间的界面，形成有构成以盖革模式动作的AH)的pn结，上述淬灭电阻位于上述第2半导体区域上，且，在俯视时，上述信号读出配线以环状地包围各个上述第2半导体区域的周围，且各个上述淬灭电阻不弯曲而直线地延伸。
[0023]根据该光检测器，由于信号读出配线以环状包围第2半导体区域周围，故第2半导体区域与信号读出线之间变得接近，并在其间构成电容器。应答光子入射而在第2半导体区域产生的载流子的高频成分(峰值成分)经由该电容器，快速提取至外部。此处，由于淬灭电阻形成于第2半导体区域上，故可将信号读出配线设为上述的配置，由于因配线或淬灭电阻的干扰，可不缩小第2半导体区域的开口率，故可对每个像素增大检测的光量(灵敏度)。另夕卜，通过淬灭电阻不弯曲而直线地延伸，也有覆盖第2半导体区域的部分缩小，开口率增大的优势。
[0024]发明的效果
[0025]根据本发明的光检测器，可提高输出信号的峰值，并实现高开口率、高灵敏度。
【附图说明】
[0026]图1为显示PET装置等被检体诊断装置的结构的图。
[0027]图2为显示具备闪烁器SC与光检测器Dl的检测器D的构造的图。
[0028]图3为构成光检测器Dl的光电二极管阵列PDA的电路图。
[0029]图4(A)为显示I个光电二极管及淬灭电阻的电路图；(B)为显示用以实现该构成的半导体芯片内的单位构造的图。
[0030]图5为图4所示的单位构造的俯视图。
[0031 ]图6为具备多个图5所示的单位构造的光电二极管的俯视图。
[0032]图7为显示图6或图11的光电二极管阵列的A-A箭头纵剖面构成的图。
[0033]图8为经改良的单位构造的俯视图。
[0034]图9为具备多个图8所示的单位构造的光电二极管阵列的俯视图。
[0035]图10为显示图9的光电二极管阵列的A-A箭头纵剖面构成的图。
[0036]图11为经另外改良的光电二极管阵列的俯视图。
[0037]图12为显示时间(ns)与光电二极管阵列的输出信号的强度(a.u.)的图表，(A)为显示比较例的数据，(B)为显示实施例的数据。
【具体实施方式】
[0038]以下，对实施方式的光检测器进行说明。另，对相同要素或具有相同功能的要素，使用相同符号，并省略重复的说明。
[0039]首先，对可应用实施方式的光检测器的被检体诊断装置进行说明。
[0040]图1为PET装置或CT装置等被检体诊断装置的概略图。该被检体诊断装置为一般的装置，实施方式的光检测器可应用于此种类型的被检体诊断装置。
[0041]被检体诊断装置包含:托架101;起重台架102，其具有使托架101位于内部的开口；控制装置103。控制装置103通过驱动马达控制信号控制使托架101移动的驱动马达104，并使托架1I对于起重台架102的相对位置变化。在托架1I上，配置进行诊断的被检体105。被检体105通过驱动马达104的驱动，被搬送至起重台架102的开口内部。驱动马达104可使托架101移动，也可使起重台架102移动。
[0042]以包围起重台架102的开口的方式，配置多个检测装置106。检测装置106分别具有多个检测器D(参照图2)。
[0043]图2为显示检测器D的构造的图。在基板SB上配置多个检测芯片DOd个检测芯片DO由光检测器D1、与固定于光检测器Dl上的闪烁器SC构成。当对闪烁器SC入射X射线或γ射线等能量线(放射线)时，产生荧光，光检测器Dl检测上述荧光。
[0044]再次参照图1。自控制装置103将控制检测装置106的控制信号输出至起重台架102，自起重台架102将来自检测装置106的检测信号输入于控制装置103。
[0045]首先，对被检体诊断装置为PET装置的情形进行说明。
[0046]在PET装置中，以包围起重台架开口的方式，环状配置多个检测器D。包含于各检测器D的光检测器Dl具有二维状配置的多个光电二极管阵列PDA(参照图3)。对被检体105，注入能放出阳电子(正电子)的类型的放射性同位素(RI)(阳电子放出核种)。另，PET装置中所使用的RI为碳、氧、氟、氮等存在于生物体中的元素。阳电子与体内的阴电子结合产生消灭放射线(T射线)。即，自被检体105出射γ射线。检测器D检测所出射的γ射线，并将检测信号输出至控制装置103的信号处理电路50。
[0047]检测器D为多个光电二极管阵列PDA(参照图3)的集合体。信号处理电路50处理来自检测器D的检测信号，并根据(I)自各检测器D输出的总能量E、(2)多个光电二极管阵列PDA中，γ射线入射的位置P、(3) γ射线的入射，在自闪烁器出射的荧光入射于光检测器时，输出在初期阶段自光检测器输出的检测信号的波形峰值的时点Τ。
[0048]根据自被检体105出射的γ射线，以未图标的AD转换电路，将输出的信息即能量E、位置P、时点T转换为数字信号后，输入计算机51。计算机51包含:显示器52、存储装置53、中央处理装置(CPU)54、输入设备55、及包含软件的图像处理电路56。在自输入设备55将处理命令输入于CPU54时，基于储存于存储装置53的程序，将控制信号发送于各检测器D，可控制检测器D的启动/停止。
[0049]图像处理电路56图像处理自各检测器D输出的检测信号(能量E、位置P、时点T)，并作成关于被检体105内部信息的图像，即断层化的图像。由于图像处理的运算法过去以来已知有多种，故应用此即可。所作成的图像可储存于存储装置53内，并在显示器52上显示。在存储装置53，储存进行图像处理等程序，通过来自CPU54的指令，该程序动作。检查所必要的一连串的操作(控制信号(检测器的启动/停止)对检测器D的输出、驱动马达的控制、来自检测器D的检测信号的获取、图像处理、作成图像对存储装置的储存、对显示器的显示)可通过输入设备55进行。
[0050]γ射线自被检体105内部的RI位置P，朝一个方向及与此相反方向出射。多个检测器D以环状配置，γ射线入射于特定检测器D(n)、及隔着RI位置与其相对的检测器D(k)。在将N个检测器D配置于I个环上的情形时，γ射线入射于自处于最高位置的检测器D，顺时针数第η个检测器D(n)、与第k个检测器D(k)，但在RI位置P位于环的中心，且在环的面内γ射线互相朝相反方向的情形时，k = n+(2/N)。另，n、k、N为自然数。
[0051 ] 在PET装置为TOF型(Time Of Flight:飞行时间)的情形，将包含RI的物质投予至人体或动物及植物等，通过测量其测定对象中的电子/阳电子对消灭所形成的放射线对(γ射线)，而获得测定对象内其投予物质的分布相关的信息。即，若判明配置于相对位置的检测器D的分别自各信号处理电路50输出的时点T，则由于时点的差值对应于在相对的检测器D之间的对角线的RI位置P的自环重心位置的位移距离，故可实现位置检测。
[0052]另外，在计算机51中，求出2个时点T的情形时，判定其是否为因电子/阳电子消灭所产生。该判定通过在一个检测器D(n)中检测出γ射线的检测时刻前后的一定时间期间内，在另一个检测器D(k)中是否检测出γ射线而进行。在以该条件检测出的情形时，可判定为随着相同电子/阳电子对消灭所产生的γ射线对，可作为有效值采用于图像处理电路56的图像处理。
[0053]在时点T的测定中，在检测器D的信号强度超过特定阈值(设为SH)的情形时，判定有γ射线的入射，在并非如此的情形时，判定无入射。阈值SH设为例如随着电子/阳电子对消灭所产生的一对γ射线的光子能量即511keV附近。由此，消除因电性噪声信号、或散射伽马线(消灭γ射线一者或两者因散射物质而改变方向的γ射线，由于散射导致能量减少)弓丨起的噪声信号等。
[0054]由于即使于时点T的判定后，也持续来自闪烁器的对光检测器的荧光入射，故若求出荧光入射量的累积值，则可求出入射的荧光强度、即能量Ε。通过求出信号处理电路50中来自各光电二极管阵列的信号强度的二维重心位置，可算出各检测器D内的荧光的入射位置P。该位置P根据需要，可使用于进行更精密的图像解析的情形。
[0055]TOF-PET装置具有:放射线检测器阵列(检测装置106)，其由多个检测器D构成;信号处理电路50;计算机51，其基于信号处理电路50的输出，进行图像处理。在环状配置的全部检测器D均采用这些构成，但为了说明的明确化，在同图中代表显示I个信号处理电路50。
[0056]接着，对被检体诊断装置为X射线CT装置的情形进行说明。
[0057]X射线CT装置也包含上述构造的托架101与起重台架102，但起重台架102内置有出射X射线的X射线源(未图标)。在来自X射线源的X线入射的位置，配置多个检测器D，构成检测装置106。
[0058]在位于图1的起重台架102的开口内的托架101配置被检体105，并对被检体105照射来自X射线源的X射线。以多个检测器D检测透过被检体105的X射线，并将该检测信号经由内置放大器等的信号处理电路50，输入计算机51，通过进行图像处理，可获得关于被检体105的内部信息的图像，即计算机断层图像。在X射线CT装置的情形，可设为使检测器D绕着起重台架102的开口轴旋转的构成。
[0059]在将PET装置与X射线CT装置一体化的情形时，控制装置103可重叠PET装置获得的图像、与X射线CT装置获得的图像。由于在X射线CT装置中，使用实施方式的检测器D，故可取得高质量的图像。
[0060]被检体105配置于环状配置的检测装置106的中心。检测装置106以旋转轴AX为中心旋转。自未图标的X射线源，对被检体105照射X射线，透过其的X射线入射于多个检测器D(η)。各检测器的输出经过信号处理电路50，输入计算机5UX射线CT装置的控制装置103包含:与PET装置相同地发挥功能的显示器52、CPU54、存储装置53、输入设备55、图像处理电路56 ο
[0061]通过输入设备55，指示摄影开始时，储存于存储装置53的程序启动，控制X射线源驱动电路，使驱动信号自该驱动电路输出至X射线源，并自X射线源出射X射线。另外，储存于存储装置53的程序启动，驱动起重台架驱动马达，使检测装置106绕着起重台架开口轴旋转，进而，将控制信号(检测器的启动/停止)输出至检测器D，使检测器D启动，并将检测信号经由信号处理电路50输入计算机51的图像处理电路56。在图像处理电路56中，根据输入于存储装置53的断层图像作成程序，作成计算机断层图像。作成的图像可储存于存储装置53，并在显示器52进行显示。
[0062]如上述那样，在存储装置53储存进行图像处理等的程序，并通过来自中央处理装置(CPU)54的指令，使该程序动作。检查所必要的一连串的操作(控制信号(检测器的启动/停止)对检测器D的输出、各驱动马达的控制、来自检测器D的检测信号的获取、检测信号的图像处理、作成图像对存储装置的储存、对显示器的显示)可通过输入设备55进行。
[0063]另，各种程序可使用搭载于现有的装置。
[0064]图3为光电二极管阵列PDA的电路图。
[0065]光检测器Dl包含半导体芯片，在半导体芯片的光感应区域内形成光电二极管阵列PDA。光电二极管阵列PDA具有:多个光电二极管PD;及淬灭电阻Rl，分别串联连接于各光电二极管H) ο各光电二极管H)的阴极彼此共通连接，阳极彼此经由淬灭电阻Rl共通连接。多个光电二极管ro二维地配置。
[0066]另外，全部淬灭电阻Rl经由电极或配线E3，连接于电极垫PAD在半导体芯片中，将光电二极管ro的阴极侧的电位(+)设定为相对高于阳极侧的电位(一)。自成为阳极的电极垫PAD提取信号。另，光电二极管中阴极与阳极也可互换而使用，半导体芯片的导电型，有N型与P型，但即使互相置换它们，也可发挥相同功能。
[0067]另，光电二极管PD为以盖革模式动作的雪崩光电二极管(APD)。在盖革模式中，将比AH)的击穿电压更大的相反方向电压(相反偏压电压)施加于APD的阳极/阴极间。即，对阳极施加比基准值更低(一)电位、对阴极施加比基准值更高(+ )电位。这些电位的极性为相对，也可将一者的电位设为接地电位。
[0068]图4(A)为显示I个光电二极管H)及淬灭电阻Rl的电路图；(B)为显示用以实现该构成的半导体芯片内的单位构造的图。由于在半导体芯片内形成光电二极管阵列，故二维地形成多个该图的单位构造。
[0069]构成半导体基板的半导体区域12由Si(硅)构成，为N型(第I导电型)半导体基板。光电二极管H)的阳极为P型(第2导电型)半导体区域13(14)，阴极为N型半导体区域12。当光子入射于作为AH)的光电二极管PD时，在基板内部进行光电转换产生光电子。在半导体区域13的pn结界面的附近区域中，进行雪崩倍增，经放大的电子群流向于形成于半导体区域12的背面的电极E4。该电极E4也可设置于表面侧。即，当光子入射于光电二极管H)时，经过倍增，并作为信号自电连接于淬灭电阻Rl的电极或配线E3取出。配线E3为连接于上述电极垫PAD。
[0070]另，淬灭电阻Rl形成于包含2层的绝缘层16、17中的上部绝缘层17上，电连接于杂质浓度比半导体区域13高的半导体区域14(光检测通道)。在半导体基板的背面设置赋予基板电位的电极E4，电极如连接于正电位。
[0071]在绝缘层16及17设置接触孔，半导体区域14与淬灭电阻Rl为经由接触孔内的接触电极及配线El而电连接。另，配线El及E3形成于绝缘层16上。
[0072]图5为图4所示的单位构造的俯视图。另，在以下的俯视图中省略绝缘层16、17的记载，使内部构造更明了地进行图示。
[0073]配线El为经由设置于绝缘层16、17(参照图7)的接触孔，连接于淬灭电阻Rl。淬灭电阻Rl为经由设置于绝缘层17的接触孔，连接于位于其下层的配线E3(参照图7)。配线E3为信号读出用的配线，形成于绝缘层16上，包围半导体区域14的周围，并具有四边形环状的形状。
[0074]此处，淬灭电阻Rl位于半导体区域14上，且，在俯视时(在自Z轴方向观察XY平面的情形时)，信号读出配线E3以环状包围半导体区域14的周围，且淬灭电阻Rl不弯曲而直线地延伸。
[0075]图6为具备多个单位构造的光电二极管阵列的俯视图，图7为显示图6的光电二极管阵列的A-A箭头纵剖面构成的图。
[0076]全部的信号读出用配线E3电连接于电极垫PAD。电极垫PAD形成于绝缘层16上。在同图中，形成2行2列的光电二极管阵列，但其也可为N行XM列(N、M为2以上的整数)。在具备多个光电二极管的构造中，在I个半导体区域13内形成多个半导体区域14。另，在图7的剖面图中，实际上观察不到淬灭电阻Rl，但为了使说明明了，以虚线显示淬灭电阻Rl。
[0077]如上述那样，淬灭电阻Rl隔着绝缘层16、17位于半导体区域14上，且在俯视时，信号读出配线E3以环状包围各个半导体区域14的周围，且各个淬灭电阻Rl不弯曲而直线地延伸。
[0078]根据该光检测器，由于信号读出配线E3环状包围半导体区域14的周围，故半导体区域14与信号读出配线E3之间变得接近，并在其间构成电容器。应答于光子入射而于半导体区域14产生的载流子的高频成分(峰值成分)经由该电容器，快速提取至外部。此处，由于淬灭电阻Rl形成于半导体区域14上，故可将信号读出配线E3设为上述的配置，由于因配线或淬灭电阻的干扰，也可不缩小半导体区域14的开口率，故可对每个像素增大检测的光量(灵敏度)。另外，淬灭电阻Rl不弯曲而直线地延伸，由此，也有覆盖半导体区域14的部分缩小，开口率增大的优势。
[0079]以上，如说明的那样，本实施方式的光检测器包含:半导体基板12;半导体区域13(第I半导体区域)，形成于半导体基板12上;半导体区域14(第2半导体区域)，在半导体区域13内以二维状形成多个，且杂质浓度高于半导体区域13;多个淬灭电阻Rl，分别电连接于各个半导体区域14;信号读出配线E3，电连接于多个淬灭电阻R1。
[0080]此处，在半导体基板12与半导体区域13之间的界面，或半导体区域13与半导体区域14之间的界面中，可形成pn结，通过这些pn结，构成以盖革模式动作的APD。
[0081]半导体区域14为通过将杂质扩散于半导体区域13内而形成的扩散区域，具有高于半导体区域13的杂质浓度。在本例(类型I)中，在η型半导体基板12(半导体区域)上，形成P型半导体区域13，在半导体区域13的表面侧，形成高浓度添加P型杂质的半导体区域14。因此，构成光电二极管的pn结形成于半导体区域12与半导体区域13之间。
[0082]另，作为半导体基板的层构造，可采用使上述导电型反转的构造。即，(类型2)的构造为在P型半导体区域12上，形成η型半导体区域13，并在半导体区域13的表面侧，形成高浓度添加η型杂质的半导体区域14。
[0083]另外，也可将pn结界面形成于表面层侧。在该情形时，(类型3)的构造为在η型半导体区域12上，形成η型半导体区域13，并在半导体区域13的表面侧，形成高浓度添加P型杂质的半导体区域14的构造。另，在该构造的情形时，pn结为形成于半导体区域13与半导体区域14的界面中。
[0084]当然，即使于上述构造中，也可反转导电型。即，(类型4)的构造为在P型半导体区域12上，形成P型半导体区域13，并在半导体区域13的表面侧，形成高浓度添加η型杂质的半导体区域14的构造。
[0085]图8为经改良的单位构造的俯视图。
[0086]配线El为经由设置于绝缘层16、17(参照图10)的接触孔，连接于淬灭电阻R1。淬灭电阻Rl为经由设置于绝缘层17的接触孔，连接于位于其下层的配线E3(参照图10)。配线E3为信号读出用的配线，形成于绝缘层16上，包围半导体区域14的周围，并具有四边形环状的形状。
[0087]与上述实施方式相同，淬灭电阻Rl位于半导体区域14上，且在俯视时(在自Z轴方向观察XY平面的情形时)，信号读出配线E3为环状包围半导体区域14的周围，且淬灭电阻Rl为不弯曲而直线地延伸，因此可发挥与图5?图7的构造的情形相同的效果。
[0088]该单位构造与图5所示者的不同点仅为信号读出配线E3的形状，其他构造均相同。
[0089]S卩，在俯视时，规定半导体区域14的外缘的边界线BY由信号读出配线E3覆盖。另，在上述图5所示的构造的情形，边界线BY未由信号读出配线E3覆盖。
[0090]图9为具备多个图8所示的单位构造的光电二极管阵列的俯视图，图10为显示图9的光电二极管阵列的A-A箭头纵剖面构成的图。
[0091]该光电二极管阵列与图6及图7所示者的不同点仅为信号读出配线E3的形状，其他构造均相同。
[0092]S卩，在俯视时，信号读出配线E3覆盖半导体区域14与第I半导体区域13之间的边界线BY(半导体区域14的外缘)。
[0093]根据该光检测器，由于信号读出配线E3以覆盖边界线BY的方式，环状包围半导体区域14的周围，故半导体区域14与信号读出配线E3之间变得非常接近，并在其间构成电容器。应答于光子入射而于半导体区域14产生的载流子的高频成分(峰值成分)经由该电容器，快速提取至外部。
[0094]另外，通过信号读出配线E3覆盖上述边界线BY，使半导体的边界线附近的电位稳定，使输出信号稳定。此处，由于淬灭电阻Rl形成于半导体区域14上，故可将信号读出配线E3设为上述的配置，由于因配线或淬灭电阻的干扰，也可不缩小半导体区域14的开口率，故可对每个像素增大检测的光量(灵敏度)。
[0095]如此，根据上述构造的光检测器，可同时提高输出信号的峰值及灵敏度，另外，进而也可获得稳定性。
[0096]另外，该光检测器在俯视时，信号读出配线E3完全覆盖半导体区域14与半导体区域13之间的边界线BY。在该情形时，增大形成于信号读出配线E3与半导体区域14之间的电容器的电容，可提高通过信号读出配线的输出信号的峰值。
[0097]图11为经另外改良的光电二极管阵列的俯视图。另，图11的A-A箭头剖面构造与图7相同。
[0098]该光电二极管阵列的构造与图6及图7的构造相比，仅信号读出配线E3的形状不同，其他的构造均相同。
[0099]该光检测器在俯视时，信号读出配线E3仅覆盖半导体区域14与半导体区域13之间的边界线BY中的一部分(仅图式的右下角部)。且，信号读出配线E3中覆盖边界线BY的部分的信号读出配线E3的宽度方向尺寸(对沿着X轴延伸的配线而言为Y轴方向的尺寸，对沿着Y轴延伸的配线而言为X轴方向的尺寸)大于邻接于该部分的部分的宽度方向尺寸。
[0100]在该情形时，信号读出配线E3仅覆盖上述边界线BY的一部分，但由于宽度方向的尺寸较大，故可增大电容器的电容，可提高通过信号读出配线的输出信号的峰值。
[0101]图12为显示时间t(ns)与光电二极管阵列的输出信号的强度I(a.u.)的图表。(A)为显示比较例的情形的数据，(B)为显示实施例(图9的构造)的情形的数据。
[0102]另，横轴的I个刻度表示5(ns)，图表初期值的时刻t0表示_5(ns)的时刻。另外，像素尺寸(由信号读出配线E3构成的I个环状的四边形的一边长度)为50(μπι)。
[0103]在比较例中，在图6的构造中，设为将淬灭电阻的位置配置于环状的信号读出配线Ε3的外侧，并以另一信号读出配线连接各个环状的信号读出配线Ε3的构造。
[0104]在实施例的构造的情形时，如上述那样，可知由于第2半导体区域与信号读出配线接近，故容易进行通过电容器的信号读出，且信号强度I的峰值高度高于比较例。即，在自闪烁器出射的荧光入射于光检测器时，初期阶段自光检测器输出的检测信号的波形峰值高于比较例。另，若增加入光量则峰值的高度也增加。
[0105]以上，如说明那样，上述检测器包含:半导体基板12;第I半导体区域13，形成于半导体基板12上;第2半导体区域14，在第I半导体区域13内以二维状形成多个，且杂质浓度高于第I半导体区域13;多个淬灭电阻Rl，分别电连接于各个第2半导体区域14;信号读出配线Ε3，电连接于多个淬灭电阻Rl，且在半导体基板12与第I半导体区域13之间的界面、或第I半导体区域13与第2半导体区域14之间的界面中，形成有构成以盖革模式动作的APD的pn结，淬灭电阻Rl位于第2半导体区域14上，且，在俯视时，信号读出配线E3以环状包围各个第2半导体区域14的周围，且输出信号强度峰值变高。
[0106]最后，对各要素的材料进行说明。
[0107]上述淬灭电阻Rl的电阻率高于其所连接的信号读出配线E3。淬灭电阻Rl包含例如多晶娃等。作为电阻Rl的形成方法可使用CVD(Chemical Vapor Deposit1n:化学气体沉积)法。作为构成电阻Rl的电阻体，其他可以例举S i Cr、Ni Cr、TaN1、FeCr等。
[0108]上述电极由铝等金属构成。在半导体基板包含Si的情形时，作为电极材料，除了铝以外，经常使用AuGe/Ni等。另，作为信号提取构造，也可使用贯通电极与凸块。
[0109]作为使用Si时的P型杂质，使用B等3族元素，作为η型杂质，使用N、P或As等5族元素。即使半导体的导电型即η型与P型互相置换而构成元件，也可使该元件发挥功能。作为该等杂质的添加方法，可使用扩散法或离子注入法。
[0110]作为上述绝缘层材料可使用S12或SiNx，作为绝缘层的形成方法，在各绝缘层由S12构成的情形时，可使用热氧化法或溅镀法。
[0111]另，上述半导体构造的各层的导电型、杂质浓度及厚度的优选范围如下。
[0112](类型I)
[0113]半导体区域12(导电型/杂质浓度/厚度)
[0114](η型/5 X 111?I X 1020cm—3/30?700μπι)
[0115]半导体区域13(导电型/杂质浓度/厚度)
[0116](P型/I X 114?I X 1017cm—3/2?50μπι)
[0117]半导体区域14(导电型/杂质浓度/厚度)
[0118](P型/I X 118?I X 1020cm—3/10?100nm)
[0119](类型2)
[0120]半导体区域12(导电型/杂质浓度/厚度)
[0121 ] (P型/5 X 111?I X 102()cm—3/30?700μπι)
[0122]半导体区域13(导电型/杂质浓度/厚度)
[0123](η型/I X 114?I X 1017cm—3/2?50μπι)
[0124]半导体区域14(导电型/杂质浓度/厚度)
[0125](η型/I X 118?I X 1020cm—3/10?100nm)
[0126](类型3)
[0127]半导体区域12(导电型/杂质浓度/厚度)
[0128](η型/5 X 111?I X 102()cm—3/30?700μπι)
[0129]半导体区域13(导电型/杂质浓度/厚度)
[0130](η型/I X 114?I X 1017cm—3/2?50μπι)
[0131]半导体区域14(导电型/杂质浓度/厚度)
[0132](P型/I X 118?I X 1020cm—3/10?100nm)
[0133](类型4)
[0134]半导体区域12(导电型/杂质浓度/厚度)
[0135](P型/5 X 111?I X 102()cm—3/30?700μπι)
[0136]半导体区域13(导电型/杂质浓度/厚度)
[0137](P型/I X 114?I X 1017cm—3/2?50μπι)
[0138]半导体区域14(导电型/杂质浓度/厚度)
[0139](η型/I X 118?I X 102()cm—3/10?1000nm)
[0140]另，在上述实施方式中，信号读出配线覆盖构成第2半导体区域外缘的边界线的全部，但即使多少存在未覆盖的部分，基本上也可发挥与上述相同的效果。在该情形时，在第2半导体区域的周边，被信号读出配线覆盖的边界线的长度长于未被信号读出配线覆盖的边界线的长度，信号读出配线覆盖构成第2半导体区域外缘的多边的边界线。
[0141]如以上说明那样，根据上述光检测器，可同时提高输出信号的峰值及光量，另外，进而也可提高稳定性。另外，具有上述光检测器的检测器系可应用于PET装置或CT装置等被检体诊断装置，可自其输出信号形成高精度的图像。
[0142]符号说明
[0143]SC 闪烁器
[0144]Rl 淬灭电阻
[0145]Dl 光检测器
[0146]12 半导体基板
[0147]13 第丨半导体区域
[0148]14 第2半导体区域(光检测信道)
【主权项】
1.一种光检测器，其特征在于， 具备: 半导体基板； 第I半导体区域，形成于所述半导体基板上； 第2半导体区域，在所述第I半导体区域内以二维状形成多个，且杂质浓度高于所述第I半导体区域； 多个淬灭电阻，分别电连接于各个所述第2半导体区域;及 信号读出配线，电连接于多个所述淬灭电阻， 在所述半导体基板与所述第I半导体区域之间的界面，或者所述第I半导体区域与所述第2半导体区域之间的界面中，形成构成以盖革模式动作的AH)的pn结， 所述淬灭电阻位于所述第2半导体区域上，并且 在俯视时，所述信号读出配线以环状包围各个所述第2半导体区域的周围，并覆盖所述第2半导体区域与所述第I半导体区域之间的边界线。2.如权利要求1所述的光检测器，其特征在于， 在俯视时，所述信号读出配线完全覆盖所述第2半导体区域与所述第I半导体区域之间的边界线。3.如权利要求1所述的光检测器，其特征在于， 在俯视时，所述信号读出配线仅覆盖所述第2半导体区域与所述第I半导体区域之间的边界线中的一部分， 所述信号读出配线的所述覆盖的部分的所述信号读出配线的宽度方向的尺寸大于邻接于该部分的部分的宽度方向的尺寸。4.一种光检测器，其特征在于， 具备: 半导体基板； 第I半导体区域，形成于所述半导体基板上； 第2半导体区域，在所述第I半导体区域内以二维状形成多个，且杂质浓度高于所述第I半导体区域； 多个淬灭电阻，分别电连接于各个所述第2半导体区域;及 信号读出配线，电连接于多个所述淬灭电阻， 在所述半导体基板与所述第I半导体区域之间的界面，或者所述第I半导体区域与所述第2半导体区域之间的界面中，形成构成以盖革模式动作的AH)的pn结， 在俯视时，所述信号读出配线以环状包围各个所述第2半导体区域的周围，且各个所述淬灭电阻不弯曲而直线地延伸。
【文档编号】H01L31/107GK105830232SQ201480068840
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月16日
【发明人】永野辉昌, 里健, 里健一, 土屋龙太郎
【申请人】浜松光子学株式会社