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公開番号2025013007
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023116257
出願日2023-07-14
発明の名称半導体装置、半導体装置を作製する方法
出願人ラピスセミコンダクタ株式会社,国立大学法人東京大学
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類H10F 30/225 20250101AFI20250117BHJP()
要約【課題】裏面から入射した光から光電効果によって生成されたキャリア数の増倍を可能にする半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置11は埋込絶縁層2及び半導体領域27を備え、半導体領域27の第1領域9、半導体領域27の第2領域31、及び埋込絶縁層25は、第1軸Ax1に沿って配置され、第1領域29は第1導電型半導体26を含み、第2領域31は第1領域29と埋込絶縁層25との間に配置されたアバランシェフォトダイオード領域32を含み、各アバランシェフォトダイオード領域32は、第1導電型のウエル領域33、第1導電型の第1添加領域35、及び第2導電型の高濃度領域37を含み、ウエル領域33は、第1軸Ax1に交差する基準面REFに沿って延在し、第1添加領域39及び高濃度領域37は基準面REFに沿って配置され、第1添加領域39及び高濃度領域37は、ウエル領域33と埋込絶縁層25との間に配置される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
支持体内の埋込絶縁層を含む絶縁層と、
前記支持体内に設けられ第１領域及び第２領域を含む半導体領域と、
を備え、
前記半導体領域の前記第１領域、前記半導体領域の前記第２領域、及び前記埋込絶縁層は、第１軸に沿って配置され、
前記半導体領域の前記第１領域は、第１導電型の半導体を含み、
前記半導体領域の前記第２領域は、前記半導体領域の前記第１領域と前記埋込絶縁層との間においてアレイ状の配置されたアバランシェフォトダイオード領域を含み、
前記アバランシェフォトダイオード領域の各々は、前記第１導電型のウエル領域、前記第１導電型の第１添加領域、及び第２導電型の高濃度領域を含み、
前記ウエル領域は、前記アバランシェフォトダイオード領域の各々において、前記第１軸に交差する基準面に沿って延在し、
前記第１添加領域及び前記高濃度領域は、前記アバランシェフォトダイオード領域の各々において、前記基準面に沿って配置され、
前記高濃度領域は、前記ウエル領域と接合を形成し、
前記第１添加領域は、前記ウエル領域に到達して電気的に互いに接続され、
前記第１添加領域及び前記高濃度領域は、前記ウエル領域と前記埋込絶縁層との間に配置され、
前記高濃度領域のドーパント濃度は、前記ウエル領域のドーパント濃度より大きく、
前記第２導電型は、前記第１導電型と異なり、
前記アバランシェフォトダイオード領域の各々は、さらに、前記第２導電型の第２添加領域を含み、
前記第１添加領域、前記第２添加領域、及び前記高濃度領域は、前記ウエル領域と前記埋込絶縁層との間において前記基準面に沿って配置され、
前記第２添加領域は、前記第１添加領域と前記高濃度領域との間に位置し、
前記第２添加領域のドーパント濃度は、前記高濃度領域のドーパント濃度より小さく、
前記第２添加領域のドーパント濃度は、前記ウエル領域のドーパント濃度より大きい、
半導体装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記アバランシェフォトダイオード領域の各々は、さらに、前記埋込絶縁層と前記高濃度領域との間に位置する前記第１導電型の低濃度領域を含み、
前記第１添加領域、前記低濃度領域、前記第２添加領域、及び前記高濃度領域は、前記基準面に沿って配置され、
前記低濃度領域のドーパント濃度は、前記第１添加領域の前記ドーパント濃度より低く、
前記低濃度領域のドーパント濃度は、前記第２添加領域の前記ドーパント濃度より低い、
請求項１に記載された半導体装置。
【請求項３】
前記低濃度領域は、前記埋込絶縁層と前記半導体領域との界面に沿って前記高濃度領域及び前記第２添加領域を囲むように延在する、
請求項２に記載された半導体装置。
【請求項４】
前記第２添加領域は、前記埋込絶縁層と前記半導体領域との界面に沿って前記高濃度領域を囲むように延在する、
請求項３に記載された半導体装置。
【請求項５】
前記アバランシェフォトダイオード領域の各々は、さらに、前記第１添加領域によって囲まれた前記第１導電型の第１高濃度領域を更に備え、
前記第１添加領域及び前記第２添加領域は、前記第１高濃度領域と前記高濃度領域との間に設けられ、
前記第１高濃度領域のドーパント濃度は、前記ウエル領域のドーパント濃度より大きい、
請求項４に記載された半導体装置。
【請求項６】
前記高濃度領域に電気的に接続され前記埋込絶縁層の上に位置する第１電極と、
前記第１高濃度領域に電気的に接続され前記埋込絶縁層の上に位置する第２電極と、
を更に備える、
請求項５に記載された半導体装置。
【請求項７】
前記アバランシェフォトダイオード領域は、第１アバランシェフォトダイオード領域及び第２アバランシェフォトダイオード領域を含み、
前記第１アバランシェフォトダイオード領域及び前記第２アバランシェフォトダイオード領域は、前記第１アバランシェフォトダイオード領域及び前記第２アバランシェフォトダイオード領域の前記第１添加領域が互いに共有されるようにアレイ状に配置される、
請求項１に記載された半導体装置。
【請求項８】
前記アバランシェフォトダイオード領域は、第１アバランシェフォトダイオード領域及び第２アバランシェフォトダイオード領域を含み、
前記第１アバランシェフォトダイオード領域及び前記第２アバランシェフォトダイオード領域は、前記第１アバランシェフォトダイオード領域の前記第１添加領域が前記第２アバランシェフォトダイオード領域の前記第１添加領域から離間されるようにアレイ状に配置される、
請求項１に記載された半導体装置。
【請求項９】
複数のアバランシェフォトダイオード領域を有する半導体装置を作製する方法であって、
第１領域及び第２領域を含む半導体領域と、前記半導体領域の上に設けられた埋込絶縁層とを含む基板を準備することと、
前記アバランシェフォトダイオード領域の各々において、前記基板の前記第２領域に第１導電型のウエル領域、第２導電型の高濃度領域、及び前記第１導電型の第１添加領域を形成することと、
を備え、
前記半導体領域の前記第１領域、前記半導体領域の前記第２領域、及び前記埋込絶縁層は、第１軸に沿って配置され、
前記半導体領域の前記第１領域は、第１導電型の半導体を含み、
前記第１添加領域及び前記高濃度領域は、前記第１軸に交差する基準面に沿って配置され、
前記ウエル領域は、前記基準面に沿って延在し、
前記高濃度領域及び前記第１添加領域は、前記ウエル領域と前記埋込絶縁層との間において前記基準面に沿って配置され、
前記高濃度領域及び前記第１添加領域は、互いに離間し、
前記第１添加領域のドーパント濃度は、前記第１導電型の半導体のドーパント濃度より大きく、
前記高濃度領域のドーパント濃度は、前記ウエル領域のドーパント濃度より大きく、
前記第２導電型は、前記第１導電型と異なる、
半導体装置を作製する方法。
【請求項１０】
前記アバランシェフォトダイオード領域ごとに、前記基板の前記第２領域に前記第１導電型の第２添加領域を形成することを更に備え、
前記第２添加領域は、前記第１添加領域から離れており、
前記第２添加領域は、前記第１添加領域と前記高濃度領域との間に位置し、
前記第２添加領域のドーパント濃度は、前記ウエル領域のドーパント濃度より大きい、
請求項９に記載された半導体装置を作製する方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、及び半導体装置を作製する方法に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、裏面入射型アバランシェフォトダイオード（APD）アレイを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開2011-211070号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、アバランシェフォトダイオードアレイのセンサ半導体チップ、及び読み出し回路を含む別個の制御用半導体チップ（制御用の大規模集積回路）は、バンプといった貼り合わせ技術を用いて組立体に組み立てられる。
【０００５】
貼り合わせによる組立は、２つの半導体チップの位置合わせ、バンプ工程といった追加の工程を必要とするため煩雑である。バンプ技術を用いる組立は、センサ半導体チップの小型化の障害になる可能性もある。このような組立体は、バンプ電極といった追加の接続電極を含むので、追加の寄生容量に起因する動作遅延及び消費電力の増加を引き起こす可能性がある。
【０００６】
本発明は、裏面から入射した光（フォトン）から光電効果によって生成されたキャリアの増倍を可能にする半導体装置、及びこのような半導体装置を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１側面に係る半導体装置は、支持体内の埋込絶縁層を含む絶縁層と、前記支持体内に設けられ第１領域及び第２領域を含む半導体領域と、を備え、前記半導体領域の前記第１領域、前記半導体領域の前記第２領域、及び前記埋込絶縁層は、第１軸に沿って配置され、前記半導体領域の前記第１領域は、第１導電型の半導体を含み、前記半導体領域の前記第２領域は、前記半導体領域の前記第１領域と前記埋込絶縁層との間においてアレイ状の配置されたアバランシェフォトダイオード領域を含み、前記アバランシェフォトダイオード領域の各々は、前記第１導電型のウエル領域、前記第１導電型の第１添加領域、及び第２導電型の高濃度領域を含み、前記ウエル領域は、前記アバランシェフォトダイオード領域の各々において、前記第１軸に交差する基準面に沿って延在し、前記第１添加領域及び前記高濃度領域は、前記アバランシェフォトダイオード領域の各々において、前記基準面に沿って配置され、前記高濃度領域は、前記ウエル領域と接合を形成し、前記第１添加領域は、前記ウエル領域に到達して電気的に互いに接続され、前記第１添加領域及び前記高濃度領域は、前記ウエル領域と前記埋込絶縁層との間に配置され、前記高濃度領域のドーパント濃度は、前記ウエル領域のドーパント濃度より大きく、前記第２導電型は、前記第１導電型と異なり、前記アバランシェフォトダイオード領域の各々は、さらに、前記第２導電型の第２添加領域を含み、前記第１添加領域、前記第２添加領域、及び前記高濃度領域は、前記ウエル領域と前記埋込絶縁層との間において前記基準面に沿って配置され、前記第２添加領域は、前記第１添加領域と前記高濃度領域との間に位置し、前記第２添加領域のドーパント濃度は、前記高濃度領域のドーパント濃度より小さく、前記第２添加領域のドーパント濃度は、前記ウエル領域のドーパント濃度より大きい。
【０００８】
本発明の第２側面に係る半導体装置を作製する方法は、複数のアバランシェフォトダイオード領域を有する半導体装置を作製する方法に係る。この方法は、第１領域及び第２領域を含む半導体領域と、前記半導体領域の上に設けられた埋込絶縁層とを含む基板を準備することと、前記アバランシェフォトダイオード領域の各々において、前記基板の前記第２領域に第１導電型のウエル領域、第２導電型の高濃度領域、及び前記第１導電型の第１添加領域を形成することと、を備え、前記半導体領域の前記第１領域、前記半導体領域の前記第２領域、及び前記埋込絶縁層は、第１軸に沿って配置され、前記半導体領域の前記第１領域は、第１導電型の半導体を含み、前記第１添加領域及び前記高濃度領域は、前記第１軸に交差する基準面に沿って配置され、前記ウエル領域は、前記基準面に沿って延在し、前記高濃度領域及び前記第１添加領域は、前記ウエル領域と前記埋込絶縁層との間において前記基準面に沿って配置され、前記高濃度領域及び前記第１添加領域は、互いに離間し、前記第１添加領域のドーパント濃度は、前記第１導電型の半導体のドーパント濃度より大きく、前記高濃度領域のドーパント濃度は、前記ウエル領域のドーパント濃度より大きく、前記第２導電型は、前記第１導電型と異なる。
【発明の効果】
【０００９】
第１側面及び第２側面によれば、裏面から入射した光（フォトン）から光電効果によって生成されたキャリアの増倍を可能にする半導体装置、及びこのような半導体装置を作製する方法が提供されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本実施の形態に係る半導体装置のおもて面を示す平面図である。
図２は、本実施の形態に係る半導体装置の、例示的な画素の構造を示す平面図である。
図３は、図２に示されたＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って取られた断面を示す図面である。
図４は、本実施の形態に係る半導体装置における空乏層を示す図面である。
図５は、隣り合うアバランシェフォトダイオード領域の一配置を示す図面である。
図６は、隣り合うアバランシェフォトダイオード領域の別の配置を示す図面である。
図７は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置を製造する方法における一工程を示す図面である。
図８は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置を製造する方法における一工程を示す図面である。
図９は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置を製造する方法における一工程を示す図面である。
図１０は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置を製造する方法における一工程を示す図面である。
図１１は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置を製造する方法における一工程を示す図面である。
図１２は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置を製造する方法における一工程を示す図面である。
図１３は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置を製造する方法における一工程を示す図面である。
図１４は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置を製造する方法における一工程を示す図面である。
図１５は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置を製造する方法における一工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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