半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体装置及其制造方法，以及使用半导体装置的光电转换装置及电子设备等。
【背景技术】
[0002]一般已知的是PIN型光电二极管这种半导体装置。在PIN型光电二极管中，下部电极上形成有半导体层。半导体层具备例如从下部电极侧开始依次层叠的η+层、i层及p+层(均为非晶硅层)。在下部电极上直接接触形成η+层。在η+层上重叠i层。在P+层上形成上部电极。P+层和上部电极在半导体层的轮廓的内侧具有轮廓。当照射到光时，产生电荷。通过加工时使上侧的P+层变窄，可以抑制漏电流。已获知即使上部电极和P+层的界面缩小，只要P+层扩大至i层表面的整个面，则无法充分抑制漏电流。
[0003]预计未来图像的高分辨率化将进一步提高。高分辨率化要求光电二极管微小化。在光电二极管中，随着半导体的微小化，漏电流的影响增大。需要进一步摸索抑制漏电流的方法。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开2011-77184号公报
【发明内容】
[0007]根据本发明的至少一个方式，可以提供一种比以往更能抑制漏电流的半导体装置。
[0008](I)本发明的一个方式涉及半导体装置，该半导体装置具有:配置在基板上的下部电极；配置于上述下部电极上，通过第一界面与上述下部电极接触，并具有一种多数载流子的第一载流子保有层；以及配置在上述第一载流子保有层上并区划出形成与上述第一载流子保有层导通的导通路径的第二界面，且具有另一种多数载流子的第二载流子保有层，其中，在从垂直于上述基板的表面的方向观察到的俯视观察中，上述第一界面在上述第一载流子保有层的轮廓的内侧具有轮廓，在上述俯视观察中，上述第二界面在上述第一载流子保有层的轮廓的内侧具有轮廓。
[0009]在下部电极和第二载流子保有层之间，在第一界面与第二界面之间，电场得到增强。相反，沿着第一载流子保有层的端面，电场被削弱。其结果，沿着第一载流子保有层的端面，漏电流可以得到抑制。
[0010](2)在上述第一界面的端部和上述第一载流子保有层的端部的距离a与上述第二界面的端部和上述第一载流子保有层的上述端部的距离b之间，b>a的关系可以成立。根据本发明人的验证，当距离a、b满足上述关系时，漏电流可靠地减少。
[0011](3)距离b与距离a的差可以大于I μ m且小于3μπι。如果距离b与距离a的差(b-a)大于I μ m,则漏电流可靠地减少。另一方面，如果距离b与距离a的差(b_a)在3 μ m以上，则第二界面相对于第一界面过度缩小，实际的电流路径过度狭窄，第一载流子保有层和第二载流子保有层不能充分发挥作用。
[0012](4)半导体装置可以具备沿上述第一界面的轮廓在上述第一界面的外侧覆盖上述下部电极，并在上述下部电极上支撑上述第一载流子保有层的一部分的绝缘膜。在制造半导体装置时，在下部电极上形成绝缘膜。绝缘膜虽然在第一界面的预定区域以外的部分覆盖下部电极的表面，但保持第一界面的预定区域的露出。在下部电极和绝缘膜上形成第一载流子保有层。绝缘膜在下部电极上隔开第一载流子保有层。这样一来，按照要求，在第一载流子保有层和下部电极之间形成第一界面。
[0013](5)上述绝缘膜的膜厚可以从上述下部电极的表面起算为300nm以上。当如此设定绝缘膜的膜厚时，绝缘膜可以可靠地在下部电极和第一载流子保有层之间实现绝缘。可以可靠地规定第一界面。
[0014](6)上述第一载流子保有层沿上述下部电极的表面可以具有5 μ m以上20 μ m以下的长度。半导体装置可以具有足够的灵敏度。
[0015](7)可以在上述第一载流子保有层与上述第二载流子保有层之间区划出上述第二界面。在第一载流子保有层和第二载流子保有层之间实现载流子的移动。与PIN型结构的半导体装置相比，可以省略半导体层。
[0016](8)半导体装置可以具备形成在上述第一载流子保有层上，并通过上述第二界面与上述第二载流子保有层接触的半导体层。半导体层作为对第一载流子保有层和第二载流子保有层供给载流子的供给源而发挥作用。这样一来，半导体层可以提高载流子移动的灵敏度。可以形成所谓的PIN结构的半导体装置。
[0017](9)半导体装置可以装入光电转换装置中使用。这种情况下，光电转换装置可以具有半导体装置。
[0018](10)半导体装置可以装入电子设备中使用。这种情况下，电子设备可以具有半导体装置。电子设备可以例示出例如生物体认证装置。
[0019](11)本发明的其他方面涉及半导体装置的制造方法，该制造方法具备如下工序:在基板上形成下部电极的工序；在上述下部电极上形成第一载流子保有层的工序，该第一载流子保有层在从垂直于上述基板表面的方向观察到的俯视观察中具有在与上述下部电极之间的第一界面的轮廓的外侧扩展的轮廓，并具有一种多数载流子；以及在上述第一载流子保有层上形成第二载流子保有层的工序，该第二载流子保有层区划出形成与上述第一载流子保有层导通的导通路径并在上述第一载流子保有层的轮廓的内侧具有轮廓的第二界面，且具有另一种多数载流子。
[0020]如上所述制造的半导体装置中，在下部电极和第二载流子保有层之间，以及第一界面和第二界面之间的电场得到增强。相反，沿着第一载流子保有层的端面，电场被削弱。其结果，沿着第一载流子保有层的端面，漏电流可以得到抑制。
[0021](12)半导体装置的制造方法可以具备如下工序:在形成上述第一载流子保有层时，使上述第一界面的预定区域露出同时在上述下部电极上覆盖绝缘膜的工序；在上述下部电极和上述绝缘膜上层叠形成上述第一载流子保有层的原材料膜的工序；以及以预定的图案将上述原材料膜图案化以形成上述第一载流子保有层的工序。绝缘膜在下部电极上隔开第一载流子保有层。这样一来，按照要求，在第一载流子保有层和下部电极之间形成第一界面。
【附图说明】
[0022]图1是简要示出一个实施方式涉及的光电转换装置的电结构的配线图。
[0023]图2是光检测元件的等效电路图。
[0024]图3是简要示出第一实施方式涉及的光检测元件的结构的垂直截面图。
[0025]图4是简要示出光电二极管的结构的放大垂直截面图。
[0026]图5是不出兀件直径和暗电流的相关关系的图。
[0027]图6是示出光谱灵敏度特性的图。
[0028]图7是示出第一界面的端部和下部接触层的端面的距离a与暗电流的相关关系的图。
[0029]图8是示出距离a和距离b的差(b-a)与暗电流之间的相关关系的图。
[0030]图9是示出第一界面缩小的效果的图。
[0031]图10是示出在下部电极上绝缘膜的膜厚与暗电流之间的相关关系的图。
[0032]图11是简要示出光电转换装置的制造方法的图，是示出形成于基板上的下部电极的垂直截面图。
[0033]图12是简要示出光电转换装置的制造方法的图，是简要示出绝缘膜的形成工序的垂直截面图。
[0034]图13是简要示出光电转换装置的制造方法的图，是简要示出下部接触层和半导体层的形成工序的垂直截面图。
[0035]图14是简要示出光电转换装置的制造方法的图，是简要示出第三层间绝缘膜的形成工序的垂直截面图。
[0036]图15是简要示出光电转换装置的制造方法的图，是简要示出上部接触层的形成工序的垂直截面图。
[0037]图16是简要示出光电转换装置的制造方法的图，是简要示出上部电极的形成工序的垂直截面图。
[0038]图17是简要示出第二实施方式涉及的光检测元件的结构的垂直截面图。
[0039]图18是简要示出第三实施方式涉及的光检测元件的结构的垂直截面图。
[0040]图19是简要示出作为电子设备的一个具体例子的生物体认证装置的结构的示意图。
[0041]符号说明
[0042]11光电转换装置、22半导体装置(光电二极管)、22a半导体装置(光电二极管)、22b半导体装置(光电二极管)、47下部电极、48第一载流子保有层(下部接触层)、48a第一载流子保有层(下部接触层)、49第一界面、51半导体层、51a半导体层、52绝缘膜、57第二载流子保有层(上部接触层)、58第二界面、71第一载流子保有层(P型半导体层)、72第一界面、74第二载流子保有层(η型半导体层)、75第二界面、77电子设备(生物体认证装置)。
【具体实施方式】
[0043]下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。此外，以下说明的本实施方式并不会不合理地限制权利要求书所记载的本发明的内容，在本实施方式中说明的构成并非全部都是作为本发明的解决手段所必须的。
[0044](I)光电转换装置的构成
[0045]图1简要示出本发明的一个实施方式涉及的光电转换装置11的电结构。光电转换装置11具有多个光检测元件12。光检测元件12例如阵列状地排列而形成元件阵列(元件区域)1