半導(dǎo)體光檢測元件制造技術(shù)

半導(dǎo)體光檢測元件（1A）具備：硅基板（2），具有半導(dǎo)體層（20）、以及在半導(dǎo)體層（20）上生長且具有比半導(dǎo)體層（20）低的雜質(zhì)濃度的外延半導(dǎo)體層（21）；導(dǎo)體，設(shè)置在外延半導(dǎo)體層（21）表面上。在外延半導(dǎo)體層（21），形成有光感應(yīng)區(qū)域。在半導(dǎo)體層（20）的至少與光感應(yīng)區(qū)域相對的表面（2BK），形成有不規(guī)則的凹凸（22）。不規(guī)則的凹凸（22）光學(xué)性地露出。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體光檢測元件。
技術(shù)介紹
作為半導(dǎo)體光檢測元件，已知的有具備具有第I雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體層和在前述半導(dǎo)體層上生長且具有比前述第I雜質(zhì)濃度低的第2雜質(zhì)濃度的外延半導(dǎo)體層的硅基板(例如參照專利文獻I所記載的“現(xiàn)有技術(shù)”)。 現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開平04-242980號公報
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在使用了硅基板的半導(dǎo)體光檢測元件中，一般可以通過較大地設(shè)定硅基板的厚度來提高在長波長側(cè)的分光靈敏度特性。然而，即使在足夠大地設(shè)定硅基板的厚度的情況(例如I. 5mm左右)下，也難以在IlOOnm這樣的近紅外波長帶域獲得足夠的分光靈敏度特性。若硅基板厚，則不僅半導(dǎo)體光檢測元件本身會大型化，而且恐怕還會產(chǎn)生暗電流增加這樣的新問題。由于硅基板厚，還有可能產(chǎn)生響應(yīng)速度變遲緩這樣的問題。本專利技術(shù)是使用了硅基板的半導(dǎo)體光檢測元件，其目的在于提供一種在包含近紅外的波長帶域具有實用上足夠的靈敏度特性的半導(dǎo)體光檢測元件。解決技術(shù)問題的手段本專利技術(shù)是半導(dǎo)體光檢測元件，其具備硅基板，具備具有第I雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體層、以及在半導(dǎo)體層上生長且具有比第I雜質(zhì)濃度低的第2雜質(zhì)濃度的外延半導(dǎo)體層；以及導(dǎo)體，設(shè)置在外延半導(dǎo)體層的表面上，在外延半導(dǎo)體層形成有光感應(yīng)區(qū)域，在半導(dǎo)體層的至少與光感應(yīng)區(qū)域相對的表面形成有不規(guī)則的凹凸，不規(guī)則的凹凸光學(xué)性地露出。在本專利技術(shù)所涉及的半導(dǎo)體光檢測元件中，在半導(dǎo)體層的至少與光感應(yīng)區(qū)域相對的表面形成有不規(guī)則的凹凸。入射到半導(dǎo)體光檢測元件的光在形成有不規(guī)則的凹凸的表面被反射、散射或擴散，在硅基板內(nèi)作長距離行進。由此，入射到半導(dǎo)體光檢測元件的光其大部分不透過半導(dǎo)體光檢測元件(硅基板)而在硅基板被吸收，產(chǎn)生電荷。因此，在上述半導(dǎo)體光檢測元件中，入射到半導(dǎo)體光檢測元件的光的行進距離變長，光被吸收的距離也變長。其結(jié)果是，提高了在近紅外波長帶域的靈敏度特性。由于硅基板具備具有比外延半導(dǎo)體層高的雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體層，因此在半導(dǎo)體層的表面?zhèn)炔灰蚬猱a(chǎn)生的過剩載流子再結(jié)合。其結(jié)果是，能夠減少暗電流。上述半導(dǎo)體層抑制了在該半導(dǎo)體層的表面附近由光產(chǎn)生的載流子在該表面被捕獲。因此，由光產(chǎn)生的電荷能夠有效地向光感應(yīng)區(qū)域移動，能夠提高半導(dǎo)體光檢測元件的光檢測靈敏度。作為導(dǎo)體，具備設(shè)置在外延半導(dǎo)體層表面上的光柵電極、以及在外延半導(dǎo)體層的表面上與光柵電極鄰接而設(shè)置的第I和第2柵電極，并且還具備形成在外延半導(dǎo)體層的、用于分別讀出從光柵電極正下方的區(qū)域流入到第I和第2柵電極正下方的電荷的第I和第2半導(dǎo)體區(qū)域，不規(guī)則的凹凸可以形成在半導(dǎo)體層的至少與光柵電極正下方的區(qū)域相對的表面。在這種情況下，在起到作為電荷分配方法的距離圖像傳感器的功能的半導(dǎo)體光檢測元件中，能夠提高在近紅外波長帶域的靈敏度特性。在外延半導(dǎo)體層，作為光感應(yīng)區(qū)域，可以形成有產(chǎn)生與入射光強度對應(yīng)的量的電荷的光電二極管，不規(guī)則的凹凸可以形成在半導(dǎo)體層的至少與光電二極管相對的表面。在這種情況下，在構(gòu)成光電二極管的半導(dǎo)體光檢測元件中，能夠提高在近紅外波長帶域的靈敏度特性。還可以進一步具備輸出與輸入到柵極端子的電荷量對應(yīng)的電壓值的放大用晶體管、將在光電二極管產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移到放大用晶體管的柵極端子的轉(zhuǎn)移用晶體管、使放大用晶體管的柵極端子的電荷放電的放電用晶體管、選擇性地輸出從放大用晶體管輸出的電壓值的選擇用晶體管。在這種情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)有源像素(active pixel)方式的半導(dǎo)體光 檢測元件。外延半導(dǎo)體層在與半導(dǎo)體層的界面上構(gòu)成pn結(jié)，并且具有使由被檢測光的入射而產(chǎn)生的載流子雪崩倍增的多個倍增區(qū)域，作為導(dǎo)體，包括具有2個端部，設(shè)置在每個倍增區(qū)域，經(jīng)由一個端部與外延半導(dǎo)體層電連接且經(jīng)由另一個端部而連接于信號導(dǎo)線的多個電阻，不規(guī)則的凹凸可以形成在半導(dǎo)體層的至少與各倍增區(qū)域相對的表面。在這種情況下，pn結(jié)通過半導(dǎo)體層與該半導(dǎo)體層上所形成的外延半導(dǎo)體層構(gòu)成。倍增區(qū)域形成在實現(xiàn)了 pn結(jié)的外延半導(dǎo)體層，各倍增區(qū)域位于該外延半導(dǎo)體層。因此，半導(dǎo)體光檢測元件不具有在蓋革模式下工作時發(fā)生邊緣擊穿的pn結(jié)的端部(edge)，不需要設(shè)置保護環(huán)。因此，可以提高上述半導(dǎo)體光檢測元件的開口率。在構(gòu)成光電二極管陣列的半導(dǎo)體檢測元件中，能夠提高在近紅外波長帶域的靈敏度特性。外延半導(dǎo)體層具有使由光的入射而產(chǎn)生的載流子雪崩倍增的多個倍增區(qū)域，在外延半導(dǎo)體層中，在與外延半導(dǎo)體層的界面構(gòu)成pn結(jié)的半導(dǎo)體區(qū)域與倍增區(qū)域?qū)?yīng)而形成，作為導(dǎo)體，包含具有2個端部，設(shè)置在每個外延半導(dǎo)體層中的半導(dǎo)體區(qū)域，經(jīng)由一個端部與外延半導(dǎo)體層中的半導(dǎo)體區(qū)域電連接且經(jīng)由另一個端部而連接于信號導(dǎo)線的多個電阻，不規(guī)則的凹凸可以形成在半導(dǎo)體層上的至少與各半導(dǎo)體區(qū)域相對的表面。在這種情況下，Pn結(jié)通過外延半導(dǎo)體層與該半導(dǎo)體層中所形成的半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成。倍增區(qū)域形成在實現(xiàn)了 pn結(jié)的外延半導(dǎo)體層，各倍增區(qū)域位于該外延半導(dǎo)體層。因此，半導(dǎo)體光檢測元件不具有在蓋革模式下工作時發(fā)生邊緣擊穿的pn結(jié)的端部(edge)，不需要設(shè)置保護環(huán)。因此，可以提高上述半導(dǎo)體光檢測元件的開口率。在構(gòu)成光電二極管陣列的半導(dǎo)體檢測元件中，能夠提高在近紅外波長帶域的靈敏度特性。專利技術(shù)的效果根據(jù)本專利技術(shù)，能夠提供一種使用了硅基板的半導(dǎo)體光檢測元件，該半導(dǎo)體光檢測元件在包含近紅外的波長帶域具有實用上足夠的靈敏度特性。附圖說明圖I是表示第I實施方式所涉及的半導(dǎo)體光檢測元件的截面結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是說明第I實施方式中的半導(dǎo)體基板制造過程的圖。圖3是說明第I實施方式中的半導(dǎo)體基板制造過程的圖。圖4是說明第I實施方式中的半導(dǎo)體基板制造過程的圖。圖5是說明第I實施方式中的半導(dǎo)體基板制造過程的圖。圖6是說明第I實施方式中的半導(dǎo)體基板制造過程的圖。圖7是說明第I實施方式中的半導(dǎo)體基板制造過程的圖。 圖8是觀察半導(dǎo)體基板所形成的不規(guī)則的凹凸的SEM圖像。圖9是用于說明第I實施方式中的由于不規(guī)則的凹凸的有無而引起的分光靈敏度特性的不同的圖。圖10是第2實施方式所涉及的半導(dǎo)體光檢測元件的電路圖。圖11是表示第2實施方式所涉及的半導(dǎo)體光檢測元件的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖12是概略地表示第3實施方式所涉及的半導(dǎo)體光檢測元件的平面圖。圖13是表示沿著圖12中的XIII-XIII線的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖14是用于概略地說明各光檢測通道與信號導(dǎo)線和電阻的連接關(guān)系的圖。圖15是概略地表示圖13所表示的實施方式的層構(gòu)造的變形例所涉及的半導(dǎo)體光檢測元件的截面結(jié)構(gòu)的圖。符號說明IA ΙΟ··半導(dǎo)體光檢測兀件、2…半導(dǎo)體基板、2BK…光入射面、2FT…表面、3…半導(dǎo)體基板、3BK…背面、3FT…光入射面、20···外延半導(dǎo)體層、21···半導(dǎo)體層、22···不規(guī)則的凹凸、30···外延半導(dǎo)體層、31···半導(dǎo)體層、33···第I半導(dǎo)體區(qū)域、34…第2半導(dǎo)體區(qū)域、35···第3半導(dǎo)體區(qū)域、36···絕緣膜、37···柵電極、42···基板、52···η+型半導(dǎo)體層、53···ρ_型半導(dǎo)體層、54···ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域、AM…倍增區(qū)域、FD1···第I半導(dǎo)體區(qū)域、FD2···第2半導(dǎo)體區(qū)域、F1D…光電二極管、PG···光柵電極、R53···夕卜延半導(dǎo)體層、 \···放大用晶體管、T2…轉(zhuǎn)移用晶體管、IV··放電用晶體管、I本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2010.04.14 JP 2010-0931801.一種半導(dǎo)體光檢測元件，其特征在于 具備 硅基板，具有具有第I雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體層、以及在所述半導(dǎo)體層上生長且具有比所述第I雜質(zhì)濃度低的第2雜質(zhì)濃度的外延半導(dǎo)體層；以及導(dǎo)體，設(shè)置在所述外延半導(dǎo)體層的表面上， 在所述外延半導(dǎo)體層，形成有光感應(yīng)區(qū)域， 在所述半導(dǎo)體層的至少與所述光感應(yīng)區(qū)域相對的表面，形成有不規(guī)則的凹凸， 所述不規(guī)則的凹凸光學(xué)性地露出。2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體光檢測元件，其特征在于 作為所述導(dǎo)體，具備光柵電極，設(shè)置在所述外延半導(dǎo)體層的表面上；以及第I和第2柵電極，在所述外延半導(dǎo)體層的所述表面上與所述光柵電極鄰接而設(shè)置，并且 還具備第I和第2半導(dǎo)體區(qū)域，形成在所述外延半導(dǎo)體層，用于分別讀出從所述光柵電極正下方的區(qū)域流入到所述第I和第2柵電極正下方的電荷， 所述不規(guī)則的凹凸形成在所述半導(dǎo)體層的至少與所述光柵電極正下方的區(qū)域相對的表面。3.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體光檢測元件，其特征在于 在所述外延半導(dǎo)體層，作為所述光感應(yīng)區(qū)域，形成有產(chǎn)生與入射光強度對應(yīng)的量的電荷的光電二極管， 所述不規(guī)則的凹凸形成在所述半導(dǎo)體層的至少與所述光電二極管相對的表面。4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光檢測元件，其特征在于 還具備...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：間瀬光人，坂本明，鈴木高志，山崎智浩，藤井義磨郎，
申請(專利權(quán))人：浜松光子學(xué)株式會社，
類型：
國別省市：