半导体器件、其制造方法和成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]在此的公开大体涉及半导体器件、其制造方法和成像装置。
【背景技术】
[0002]具有双极性结构的光电晶体管具有根据该双极性结构具有的关于输出来自发射极的在位于集电极和基极之间的光电二极管处获得的光电流的物理属性来放大电流的特征。因此，在光强度低的情况下，用更小的光接收面积来增强敏感度(sensitivity)。
[0003]但是，虽然增强了在光强度低的情况下的敏感度，但是光电晶体管在处理方面具有困难，使得需要仔细对待输出信号的饱和，因为随着光强度变得更大，光电流增加。然后，例如，日本公开专利申请号2013-187527公开了一种通过改变光电晶体管的电流放大因子来改变光强度的敏感度并由此获得对每个光强度的适当敏感度的技术。
【发明内容】
[0004]本发明的至少一个实施例的一般目的是提供一种半导体器件、其制造方法和成像装置，其实质地消除由于现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。
[0005]在一个实施例中，用于将入射光转换为电流的半导体器件包括:半导体衬底;嵌入于半导体衬底中的电极;绝缘膜，接触在半导体衬底中的电极;在深度方向上从半导体衬底的正面一侧相继地形成的第一导电类型的第一半导体区、第二导电类型的第二半导体区和第一导电类型的第三半导体区；以及第二导电类型的第四半导体区，接触绝缘膜和第二半导体区。第四半导体区的杂质(impurity)浓度大于第二半导体区的杂质浓度。
[0006]在另一实施例中，成像装置包括二维布置的、用于将入射光转换为电流半导体器件。该半导体器件包括:半导体衬底;嵌入于半导体衬底中的电极;绝缘膜，接触在半导体衬底中的电极;在深度方向上从半导体衬底的正面一侧相继地形成的第一导电类型的第一半导体区、第二导电类型的第二半导体区和第一导电类型的第三半导体区；以及第二导电类型的第四半导体区，接触绝缘膜和第二半导体区。第四半导体区的杂质浓度大于第二半导体区的杂质浓度。
[0007]在另一个实施例中，用于将入射光转换为电流的半导体器件的制造方法包括:在半导体衬底中形成绝缘膜;嵌入电极以便接触在半导体衬底中的绝缘膜;在深度方向上从半导体衬底的正面一侧相继地形成第一导电类型的第一半导体区、第二导电类型的第二半导体区和第一导电类型的第三半导体区；以及形成第二导电类型的第四半导体区，以便接触绝缘膜和第二半导体区。第四半导体区的杂质浓度大于第二半导体区的杂质浓度。
[0008]根据本发明的实施例，提供了半导体器件，其中对于光强度的敏感度可以增强同时抑制暗电流的增加。
【附图说明】
[0009]当结合附图阅读时，实施例的其他目的和进一步的特征将从以下详细描述中变得明显，在附图中:
[0010]图1A和IB是图示根据第一实施例的半导体器件的主要部分的例子的图；
[0011]图2是图示根据第一实施例的半导体器件的扩散特性(profile)的例子的图；
[0012]图3A和3B是图示根据比较例子的半导体器件的例子的图；
[0013]图4是图示通过提供高杂质浓度区的阈值偏移的图；
[0014]图5是图示根据施加到电极的电压的电流放大因子改变的图；
[0015]图6A到6C是图示根据第一实施例的半导体器件的制造工艺的例子的图；
[0016]图7A到7C是图示根据第一实施例的半导体器件的制造工艺的另一例子的图；
[0017]图8A和SB是图示根据第一实施例的半导体器件的制造工艺的再一例子的图；
[0018]图9A到9C是图示根据第一实施例的第一变型的半导体器件的主要部分的例子的图；
[0019]图1OA和1B是图示根据第一实施例的第二变型的半导体器件的主要部分的例子的图；
[0020]图1lA和IlB是图示根据第一实施例的第三变型的半导体器件的主要部分的例子的图；
[0021]图12是图示根据第二实施例的单个成像单元的电路配置的例子的图；
[0022]图13A和13B是图示根据第二实施例的其中二维地布置单个成像单元的成像装置的例子的图；
[0023]图14A和14B是图示根据第二实施例的其中二维地布置单个成像单元的成像装置的另一例子的图；
[0024]图15是图示根据第二实施例的成像装置的例子的功能方框图。
【具体实施方式】
[0025]以下，将参考附图描述本发明的实施例。在各个附图中，向相同的组件分配相同的附图标记，且可以省略重复的说明。
[0026]〈第一实施例〉
[0027][半导体器件的结构]
[0028]图1A和IB是图不根据第一实施例的半导体器件的主要部分的例子的图。图1B是俯视图，且图1A是沿图1B中的线“A-A”切割的截面图。同时，在图1B中，仅示出了基极区12、高杂质浓度区15、绝缘膜20和电极30，且为了方便起见，适当地使用光泽样式(satinpattern)。
[0029]如图1A和IB所示的半导体器件I是例如包括多个进行入射光的光电转换的光接收单元的光电晶体管。半导体器件I包括半导体衬底10、绝缘膜20和电极30。在半导体衬底10的正面1a上，形成层间绝缘膜40。在层间绝缘膜40上，形成金属电极60。因为在半导体器件I中，各个光接收单元用作光电晶体管，因此半导体器件I可以被称为光电晶体管阵列。然而，虽然本实施例示范了包括多个光接收单元的半导体器件I，但半导体器件I可以被提供有单个光接收单元。
[0030]同时，在本实施例中，为了方便起见，金属电极60—侧将被称为前侧或上侧，并且稍后将描述的低电阻区14一侧将被称为后侧或下侧。另外，每个部分的金属电极60—侧的表面将被称为正面或上面，并且低电阻区14 一侧的表面将被称为背面或下面。然而，半导体器件I可以被用在上下颠倒的状态下，或可以以任意角度来布置。另外，俯视图指示在正常方向(normal direct1n)上向半导体衬底10的正面1a看对象，且平面形状指示在正常方向上向半导体衬底1的正面I Oa看到的对象的形状。
[0031]半导体衬底10是例如硅衬底。在半导体衬底10上，发射极区11、基极区12和集电极区13在深度方向上从半导体衬底10的正面1a侧相继地形成。集电极区13的下侧被称为例如N+-型低电阻区14。发射极区11经由接触50被电连接到金属电极60(发射极电极)。同时，集电极电极可以被提供在低电阻区14的背面上。
[0032]发射极区11是例如N+-型。发射极区11的厚度可以被设置为例如大约0.2到0.4μπι。基极区12是例如P-型。基极区12的厚度可以被设置为例如大约0.5到1.4μπι。集电极区13是例如N-型。集电极区13的厚度可以被设置为例如大约5到30μπι。
[0033]同时，发射极区11是根据本发明的第一导电类型的第一半导体区的代表例子。另夕卜，基极区12是根据本发明的第二导电类型的第二半导体区的代表例子。另外，集电极区13是根据本发明的第一导电类型的第三半导体区的代表例子。在此，第一导电类型意味着P-型或N-型中的任一个。第二导电类型意味着P-型或N-型，其是与第一导电类型相反的导电类型。
[0034]如图2所示，发射极区11的杂质浓度可以被设置为例如大约IX 102<3cm—3。基极区12的杂质浓度倾斜(inclined)，即在发射极区11侧的高杂质浓度和在集电极区13侧的低杂质浓度。基极区12的杂质浓度就在发射极区11下方可以是例如大约5X 117Cnf3以及在集电极区13侧是大约5X1015cm—3。
[0035]返回图1，电极30从正面1a侧被嵌入于半导体衬底10中。另外，使电极30与半导体衬底10绝缘的绝缘膜20被提供为与在半导体衬底10中的电极30接触。绝缘膜20可以包括例如二氧化硅膜或氮化硅膜。绝缘膜20的厚度可以被设置为例如大约10到40nm。电极30可以由例如具有大于或等于I XlO2t3cm—3的杂质浓度的电阻减小的N型多晶硅构成。电极30的宽度可以被设置为例如大约0.3到0.8μπι。电极30的深度可以被设置为例如大约4到20μπι。
[0036]在本实施例中，电极30穿过发射极区11和基极区12，且电极30的顶端部分到达集电极区13。被电极30划分的每个区域用作光接收单元。也就是说，半导体器件I是具有公共集电极电势的光电晶体管，其中布置多个光接收单元，每个光接收单元具有从发射极侧提取光电流的配置。光接收单元的宽度(在相邻电极30之间的间隔)可以被设置为例如大约3到 20μηι。
[0037]以此方式，半导体器件I具有垂直双极性结构，其中从半导体衬底10的正面1a侧在深度方向上相继地形成经由绝缘膜20接触电极30的发射极区11、基极区12和集电极区
13。根据上述配置，通过施加电压到电极30，在电极30周围的区域受到电场影响，尤其是作为准中性区的基极区12的宽度变化，因此，可以改变半导体器件I的电流放大因子。
[0038]另外，基极区12的杂质浓度倾斜，在发射极区11侧具有高杂质浓度，且在集电极区13侧具有低杂质浓度。根据上述配置，在施加电压到电极30时，在集电极区13侧的基极区12中出现的耗尽层变得容易从电极30周围扩散到内部中。然后，与其中基极区12中的杂质浓度均匀的情况相比，可以使得电流放大因子的改变更大。
[0039]在半导体器件I中，在比发射极区11更深且比集电极区13更浅的区域中，布置接触绝缘层20和基极区12的高杂质浓度区15。高杂质浓度区15具有与基极区12相同的导电类型(在本实施例中P+型)，且具有比基极区12中的最大杂质浓度更大的杂质浓度。高杂质浓度区15是根据本发明的第二导电类型的第四半导体区的代表例子。
[0040]高杂质浓度区15可以被布置在只要其接触绝缘膜20和基极区12的任意地方。在本实施例中，具有画框(picture frame)形状的平面形状的高杂质浓度区15被布置在就在发射极区11下方。在俯视图中，在高杂质浓度区15内部(光接收单元的中央部分)，布置了基极区12。换句话说，在俯视图中，高杂质浓度区15位于相邻于基极区12。
[0041]如图2所示，高杂质浓度