光电二极管、光电二极管阵列、以及固体摄像元件制造技术

对光电转换而产生的电荷在雪崩区域进行倍增的光电二极管(1)具备：具有界面(S1)与界面(S2)的P‑型半导体层(11)；在P‑型半导体层(11)的内部且与界面(S1)相接的N+型半导体区域(12)；在P‑型半导体层(11)的内部且与N+型半导体区域(12)连接的N+型半导体区域(13)；以及被配置在N+型半导体区域(13)与界面(S2)之间的P型半导体区域(14)，N+型半导体区域(12)、N+型半导体区域(13)、以及P型半导体区域(14)的杂质浓度比P‑型半导体层(11)的杂质浓度高，雪崩区域是在P‑型半导体层(11)的内部由N+型半导体区域(13)与P型半导体区域(14)夹着的区域，N+型半导体区域(12)在平面视中，其面积比N+型半导体区域(13)小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及光电二极管、光电二极管阵列、以及固体摄像元件，尤其涉及对微弱的光进行检测的光电二极管。
技术介绍
近些年，在医疗、生物、化学等领域，为了进行光子计数，而采用了雪崩光电二极管(AvalanchePhotodiode；以下称为APD)。APD是利用雪崩击穿，对以光电转换而产生的信号电荷进行倍增，来提高检测灵敏度的光电二极管。到目前为止提出了利用APD的高灵敏度图像传感器(专利文献1)以及进行光子计数的光检测器(专利文献2)。(现有技术文献)(专利文献)专利文献1国际公开第2014/097519号专利文献2国际公开第2008/004547号为了通过雪崩击穿，对微弱光进行信号倍增来检测，则希望暗电流比信号电荷量低。因此，用于微弱光检测的光检测器对抑制暗电流采取了对策。在专利文献1，为了抑制表面的暗电流，虽然抑制了表面的耗尽化，但是会有像素间的信号电荷分离能力减弱的可能性。在专利文献2中，p+型半导体层与分离部之间为p-型，虽然抑制了边缘击穿，但是由于在基板表面形成了大范围的耗尽层，因此暗电流增加。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种将暗电流减少到极限的光电二极管、光电二极管阵列、以及固体摄像元件。为了解决上述的课题，在本申请的一个形态所涉及的固体摄像装置中，将通过光电转换而产生的电荷在雪崩区域进行倍增，该光电二极管具有：半导体层，具有第一面、以及与所述第一面相对的第二面；第一半导体区域，被配置在所述半导体层的内部，与所述第一面相接；第二半导体区域，被配置在所述半导体层的内部，与所述第一半导体区域连接；以及第三半导体区域，被配置在所述第二半导体区域与所述第二面之间，所述半导体层以及所述第三半导体区域是第一导电型，所述第一半导体区域以及所述第二半导体区域是与所述第一导电型相反的第二导电型，所述第一半导体区域、所述第二半导体区域、以及所述第三半导体区域的杂质浓度分别比所述半导体层的杂质浓度高，所述雪崩区域是在所述半导体层的内部，由所述第二半导体区域与所述第三半导体区域夹着的区域，在平面视的情况下，所述第一半导体区域比所述第二半导体区域的面积小。通过本申请的光电二极管，能够实现暗电流低且灵敏度高的光检测器。附图说明图1是包括实施方式1所涉及的光电二极管的光检测器的截面图。图2是实施方式1所涉及的光电二极管的平面图。图3是包括实施方式1的变形例所涉及的光电二极管的光检测器的截面图。图4是包括实施方式2所涉及的光电二极管的光检测器的截面图。图5是实施方式2所涉及的光电二极管的平面图。图6是包括实施方式3所涉及的光电二极管阵列的光检测器的截面图。图7是实施方式3所涉及的光电二极管阵列的平面图。图8是实施方式4所涉及的固体摄像元件的截面图。图9是实施方式4所涉及的固体摄像元件的平面图。图10是实施方式4所涉及的固体摄像元件的等价电路图。图11是示出实施方式4所涉及的固体摄像元件的集成化的概念图。图12是实施方式5所涉及的光电二极管阵列的等价电路图。具体实施方式以下参照附图，对本申请所涉及的光电二极管、光电二极管阵列、以及固体摄像元件的实施方式进行具体说明。对于实质上相同的构成赋予相同的符号，并有省略说明的情况。本申请并非受以下的实施方式所限。并且，能够对本申请的多个实施方式进行组合。并且，在以下的实施方式中，举例示出了第一导电型为P型，第二导电型为N型的情况，但是也不排除P型与N型颠倒的结构。(实施方式1)首先，参照图1以及图2，对实施方式1所涉及的光电二极管以及固体摄像元件的结构进行说明。图1是包括实施方式1所涉及的光电二极管的光检测器的截面图，图2是实施方式1所涉及的光电二极管的平面图。另外，为了能够明确地示出平面视下的光电二极管的配置，在图2中有一部分透视图。并且，图2是图1所示的界面S1的平面图。并且，在本说明书中，“平面视”是指，从界面S1以及界面S2的法线方向来看的状况。本实施方式所涉及的光电二极管1具备：P-型半导体层11、被配置在P-型半导体层11内的N+型半导体区域12和13、以及P型半导体区域14。P-型半导体层11是具有作为第一面的界面S1、以及作为第二面的界面S2的半导体层，界面S1与界面S2相对。N+型半导体区域12比P-型半导体层11的杂质浓度高，是与界面S1相接触的第一半导体区域。N+型半导体区域13比P-型半导体层11的杂质浓度高，是与N+型半导体区域12连接的第二半导体区域。P型半导体区域14比P-型半导体层11的杂质浓度高，是被配置在N+型半导体区域13与界面S2之间的第三半导体区域。在P-型半导体层11的内部，N+型半导体区域13与P型半导体区域14夹着的区域是雪崩倍增区域AM。并且，在平面视中，N+型半导体区域12比N+型半导体区域13的面积小。包括光电二极管1的光检测器为固体摄像元件，具备：以与界面S1相接的方式而被配置的层间绝缘膜17；与N+型半导体区域12电连接的布线层19；以及连接插头18，被配置在层间绝缘膜17内，对N+型半导体区域12与金属布线19进行电连接。连接插头18例如由含有钨(W)的金属构成。金属布线19例如由主要含有Al、Cu、Ti之一的金属构成。图1是将包括本实施方式所涉及的光电二极管1的光检测器，作为背面照射型的光检测器的情况下的截面图。在此，背面照射是指，来自P-型半导体层11的界面S1以及S2之中的界面S2一侧的照射。作为包括光电二极管1的光检测器的制造方法，例如可以举出如下的例子。首先，在具有Si基板、BOX层、以及种子层的P+型半导体区域10的SOI基板上，形成以外延生长而形成的P-型半导体层11。接着，通过离子注入法，将N+型半导体区域12和13、以及P型半导体区域14形成在P-型半导体层11内。接着，在P-型半导体层11的界面S1侧顺序形成：层间绝缘膜17、连接插头18、金属布线19、以及层间绝缘膜26。接着，使层间绝缘膜26与半导体基板27接合，利用研磨工序或蚀刻工序，去除SOI基板中的Si基板和BOX层。最后，在P+型半导体区域10上形成透明电极20。在通过上述的制造方法而被制造的光检测器，P型半导体区域14被配置在P-型半导体层11的内部，不露出在界面S2。并且，在界面S2配置有作为第七半导体区域的P+型半导体区域10。在此，P+型半导体区域10的杂质浓度比P-型半导体层11的杂质浓度高。在光检测器的上述构成中，在P+型半导体区域10(P-型半导体层11)与N+型半导体区域12之间若施加反向偏压，则N+型半导体区域13与P+型半导体区域10之间被耗尽化。据此，对入射的光子hν进行光电转换的光电转换区域PD扩大到图1所示的范围。而且，当由P型半导体区域14与N+型半导体区域13夹着的区域的电场强度为规定的值以上时，产生雪崩倍增区域AM。该规定的值根据材料、以及N+型半导体区域12与P型半导体区域14的距离而变化。例如，在材料为硅，该距离约为0.5μm至1.0μm的情况下，雪崩倍增区域AM的电场强度则约为4×105V/cm。在图1中，从透明电极20一侧入射的光子hν若透过透明电极20和p+型半导体区域10而到达光电转换区域PD时则被吸收，并产生电荷(电子-空穴对)。产生的电荷之中的电子向雪崩倍增区域AM移动，引起雪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电二极管，将通过光电转换而产生的电荷在雪崩区域进行倍增，该光电二极管具有：半导体层，具有第一面、以及与所述第一面相对的第二面；第一半导体区域，被配置在所述半导体层的内部，与所述第一面相接；第二半导体区域，被配置在所述半导体层的内部，与所述第一半导体区域连接；以及第三半导体区域，被配置在所述第二半导体区域与所述第二面之间，所述半导体层以及所述第三半导体区域是第一导电型，所述第一半导体区域以及所述第二半导体区域是与所述第一导电型相反的第二导电型，所述第一半导体区域、所述第二半导体区域、以及所述第三半导体区域的杂质浓度分别比所述半导体层的杂质浓度高，所述雪崩区域是在所述半导体层的内部，由所述第二半导体区域与所述第三半导体区域夹着的区域，在平面视的情况下，所述第一半导体区域比所述第二半导体区域的面积小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.25 JP 2014-1522691.一种光电二极管，将通过光电转换而产生的电荷在雪崩区域进行倍增，该光电二极管具有：半导体层，具有第一面、以及与所述第一面相对的第二面；第一半导体区域，被配置在所述半导体层的内部，与所述第一面相接；第二半导体区域，被配置在所述半导体层的内部，与所述第一半导体区域连接；以及第三半导体区域，被配置在所述第二半导体区域与所述第二面之间，所述半导体层以及所述第三半导体区域是第一导电型，所述第一半导体区域以及所述第二半导体区域是与所述第一导电型相反的第二导电型，所述第一半导体区域、所述第二半导体区域、以及所述第三半导体区域的杂质浓度分别比所述半导体层的杂质浓度高，所述雪崩区域是在所述半导体层的内部，由所述第二半导体区域与所述第三半导体区域夹着的区域，在平面视的情况下，所述第一半导体区域比所述第二半导体区域的面积小。2.如权利要求1所述的光电二极管，所述光电二极管进一步具有第四半导体区域，该第四半导体区域为所述第二导电型，被配置在所述半导体层的内部，与所述第一面相接，并且在平面视的情况下，围在所述第一半导体区域的周围。3.如权利要求2所述的光电二极管，所述光电二极管进一步具有第五半导体区域，该第五半导体区域为所述第一导电型，被配置在所述第四半导体区域与所述第一半导体区域之间，所述第五半导体区域的杂质浓度比所述半导体层的所述杂质浓度高。4.如权利要求3所述的光电二极管，所述第五半导体区域与所述第一半导体区域之间的区域的杂质浓度比所述第五半导体区域的所述杂质浓度低。5.如权利要求2至4的任一项所述的光电二极管，所述光电二极管进一步具有第六半导体区域，该第六半导体区域为所述第一导电型，被配置在所述第四半导体区域与所述第二半导体区域之间，所述第六半导体区域的杂质浓度比所述半导体层的所述杂质浓度高。6.如权利要求5所述的光电二极管，所述第六半导体区域比所述第二半导体区域，被配置在离所述第四半导体区域更近的位置。7.如权利要求2至6的任一项所述的光电二极管，在所述第四半导体区域与所述半导体层之间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂田祐辅，薄田学，森三佳，广濑裕，加藤刚久，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP