本發(fā)明涉及具有受光元件的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

作為半導(dǎo)體裝置之一的cmos圖像傳感器通常在受光部具有作為受光元件的、一維或二維地配置的像素陣列。受光部的像素陣列的像素利用由具有pn結(jié)的光電二極管形成的光檢測器來構(gòu)成。在各像素中，入射光若在半導(dǎo)體襯底內(nèi)部被吸收則生成載流子，所生成的載流子在該光電二極管的耗盡層部重新復(fù)合，產(chǎn)生作為輸出的電壓或電流。此時，入射光在pn結(jié)的上層膜處產(chǎn)生反射、干涉，因而，產(chǎn)生與上層膜的膜厚偏差對應(yīng)的輸出的偏差，成為實用上的問題。而且存在由于光的傾斜入射所致的串擾的問題。另外，在期望的pn結(jié)以外的場所產(chǎn)生的載流子可能會成為暗電流的產(chǎn)生源。

作為改善這些問題的對策，提出了如下方法：利用金屬布線層將除了受光元件區(qū)域以外的其他區(qū)域遮光，從而抑制光干涉和暗電流的產(chǎn)生。(例如，參照專利文獻1)

專利文獻1：日本特開2010-45280號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

但是，在引出用于進行內(nèi)部電路與傳感器部的電連接的布線的部分，無法完全遮光。此外，若遮光金屬寬度大，則由于上層膜的應(yīng)力遷移而產(chǎn)生空隙；若金屬布線間隔窄，則由于小凸起而發(fā)生短路。因此，本發(fā)明的課題在于提供一種具有受光元件的半導(dǎo)體裝置，其能夠在不依賴于金屬布線的情況下對不需要的光進行遮光。

為了解決上述課題，本發(fā)明如下構(gòu)成光檢測半導(dǎo)體裝置的受光部分。

一種具有受光元件的半導(dǎo)體裝置，受光元件由基于pn結(jié)的光電二極管構(gòu)成，該pn結(jié)由第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底和形成于所述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底的上表面的第2導(dǎo)電型層區(qū)域形成，該具有受光元件的半導(dǎo)體裝置的特征在于，在所述光電二極管上設(shè)置氧化膜，在所述光電二極管與相鄰的光電二極管之間，為了進行遮光，隔著埋入氧化膜設(shè)置由單晶硅形成的soi層。

通過使用上述手段，利用soi層對除受光元件區(qū)域以外的其他區(qū)域進行遮光，能夠抑制光的反射、干涉、傾斜入射和抑制暗電流的產(chǎn)生。另外，由于不使用遮光用布線，因而能夠確保布線布局的自由度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖2是本發(fā)明第1實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置沿著圖1的a-a線的剖視圖。

圖3是表示相對于各波長的si的光吸收的圖。

圖4是本發(fā)明第2實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置在與沿著圖1的a-a線的截面相對應(yīng)的位置上的剖視圖。

圖5是本發(fā)明第3實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置在與沿著圖1的a-a線的截面相對應(yīng)的位置上的剖視圖。

圖6是本發(fā)明第4實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置在與沿著圖1的a-a線的截面相對應(yīng)的位置上的剖視圖。

圖7是本發(fā)明第5實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置在與沿著圖1的a-a線的截面相對應(yīng)的位置上的剖視圖。

標號說明

1：具有受光元件的半導(dǎo)體裝置；10：soi襯底；11：p型半導(dǎo)體襯底；12：埋入氧化膜；13：soi層；21：n型層區(qū)域；22：高濃度n型半導(dǎo)體區(qū)域；23：高濃度p型半導(dǎo)體區(qū)域；31：絕緣氧化膜；41：陰電極；42：陽電極；51：光電二極管；l1：入射光。

具體實施方式

下面使用附圖對具體實施方式進行說明。

【實施例1】

圖1是本發(fā)明第1實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。在n型層區(qū)域21的周圍形成由p型半導(dǎo)體襯底11構(gòu)成的p型層區(qū)域，在p型層區(qū)域的周圍形成p型雜質(zhì)濃度高的高濃度p型半導(dǎo)體區(qū)域23，在其部分區(qū)域設(shè)置陽電極42。在n型層區(qū)域21中形成n型雜質(zhì)濃度高的高濃度n型半導(dǎo)體區(qū)域22，在其部分區(qū)域設(shè)置陰電極41。

并且，如下文所述，在相鄰的n型層區(qū)域21之間的區(qū)域，在由p型半導(dǎo)體襯底11形成的p型層區(qū)域和p型雜質(zhì)濃度高的高濃度p型半導(dǎo)體區(qū)域23的表面，按照至少覆蓋它們的方式，隔著氧化膜設(shè)置用于進行遮光的soi層13。

圖2是本發(fā)明第1實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置的剖視圖，其是沿著圖1的a-a的剖視圖。從半導(dǎo)體襯底11的表面直到規(guī)定的深度間隔開地形成多個n型層區(qū)域21。在n型層區(qū)域21的上表面形成n型雜質(zhì)濃度高的高濃度n型半導(dǎo)體區(qū)域22，經(jīng)由該n型半導(dǎo)體區(qū)域22連接陰電極41。在n型層區(qū)域21與相鄰的n型層區(qū)域21之間配置由p型半導(dǎo)體襯底11構(gòu)成的p型層區(qū)域，在其上表面形成p型雜質(zhì)濃度高的高濃度p型半導(dǎo)體區(qū)域23，盡管在本剖視圖中未示出，但經(jīng)由該p型半導(dǎo)體區(qū)域23連接陽電極42。

通過n型層區(qū)域21與半導(dǎo)體襯底11的pn結(jié)，形成光電二極管51。通過按照陰電極41的電位高于陽電極42的電位的方式施加偏壓，耗盡層在半導(dǎo)體襯底11擴展，光電二極管51作為用于取入光生成的電荷的光感測區(qū)域發(fā)揮功能。

在半導(dǎo)體襯底11、n型層區(qū)域21、高濃度n型半導(dǎo)體區(qū)域22和高濃度p型半導(dǎo)體區(qū)域23上形成埋入氧化膜12。并且，在間隔開的多個n型層區(qū)域21之間，隔著由二氧化硅形成的埋入氧化膜12設(shè)置由單晶硅形成的soi層13。在soi層13和被開口而露出的埋入氧化膜12上形成絕緣氧化膜31，上述的陰電極41和陽電極42被設(shè)于在絕緣氧化膜31中開孔的接觸孔內(nèi)。

soi層13可以是將半導(dǎo)體襯底11作為支承襯底、利用埋入氧化膜12而從半導(dǎo)體襯底11分離出的單晶硅層，或者也可以是利用埋入氧化膜12而與半導(dǎo)體襯底11粘在一起的單晶硅層。

另外，在圖2中省略了上層的布線等，由于不需要為了遮光用途而使用布線，因而布線布局的自由度高。

對于soi層13的厚度沒有特別限制，但是，若相對于soi層13的開口寬度不具有一定程度的soi層13的厚度(＝高度)，則無法有效地吸收傾斜入射的光，串擾的抑制不充分。在截至目前的測量結(jié)果中，優(yōu)選soi層厚度>soi層開口寬度＊1.73。該厚度是soi層13能夠吸收仰角小于60度的傾斜入射光的厚度。另外，也需要同時考慮后述的soi層13的厚度與所吸收的光的波段之間的關(guān)系。在soi層13的厚度大于例如1μm的情況下，從應(yīng)力的方面考慮，不優(yōu)選利用多晶硅膜來替換soi層13。這是由于，多晶硅膜通常由cvd形成，膜厚越厚，所形成的膜的應(yīng)力越大。

在光l1入射到本結(jié)構(gòu)的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置1中時，光l1透過絕緣氧化膜31以及埋入氧化膜12，照射光l1的各波長成分按照光能量到達半導(dǎo)體襯底11，產(chǎn)生載流子。若載流子擴散至到達pn結(jié)的耗盡層區(qū)域，則得到電壓或電流形式的輸出。

照射光l1在si(硅)中的光吸收遵循下述朗伯定律。

log10(j1/j0)＝-αl

j0：入射到介質(zhì)之前的光的強度

j1：在介質(zhì)中移動時的光的強度

l：光的到達深度

α：吸收系數(shù)

圖3是表示相對于各波長的si(硅)的光吸收的圖。縱軸表示到達光相對于入射光的強度比，橫軸表示光的到達深度，光的波長越短，在硅中越會被吸收而容易衰減。入射光l1在配置有soi層13的區(qū)域被soi層13吸收，不會到達半導(dǎo)體襯底11。即，具有一定厚度的soi層13發(fā)揮遮光的作用，這種情況下，不必考慮上層膜的反射，不會引起暗電流源載流子的產(chǎn)生。

soi層13的厚度能夠根據(jù)期望的波長的光進行調(diào)整。例如，在僅遮擋紫外光的情況下設(shè)soi層13的厚度為0.05μm至1μm，在遮擋波長比可見光短的光的情況下設(shè)soi層13的厚度為10μm～100μm，在遮擋紅外光的情況下設(shè)soi層13的厚度為100μm～1000μm。

另外，在本發(fā)明的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置的制造中，準備在p型半導(dǎo)體襯底11上隔著埋入氧化膜12形成了soi層13的soi襯底，在蝕刻除去了soi層13的開口部形成光電二極管51。在蝕刻除去soi層13時，埋入氧化膜12發(fā)揮蝕刻阻擋層的作用，能夠容易地進行終點檢測。

【實施例2】

圖4是本發(fā)明第2實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置的截面，其是與沿著圖1的a-a線的截面對應(yīng)的剖視圖。對于與圖2相對應(yīng)的部分附以相同編號。其與圖2所示的第1實施例的不同點在于，為了排除光的傾斜入射的影響，soi層13的開口區(qū)域比光電二極管51的區(qū)域狹窄。即為下述結(jié)構(gòu)：n型層區(qū)域21的端部被soi層13覆蓋，這兩者有重疊。

【實施例3】

圖5是本發(fā)明第3實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置的截面，其是與沿著圖1的a-a線的截面對應(yīng)的剖視圖。對于與圖2相對應(yīng)的部分附以相同編號。其與圖2所示的第1實施例的不同點在于，在與soi層13相同的開口區(qū)域?qū)β袢胙趸?2進行了蝕刻。從而，在n型層區(qū)域21上直接形成絕緣氧化膜31。本結(jié)構(gòu)在用于排除埋入氧化膜12與絕緣氧化膜31的界面處的光反射對于輸出所帶來的影響方面是有效的。

對于soi層13的厚度沒有特別限制，但是，若相對于soi層13的開口寬度不具有一定程度的高度，則傾斜入射的光的吸收比例不足，串擾的抑制不充分。在截至目前的測量結(jié)果中，優(yōu)選(soi層厚度+埋入氧化膜厚度)>soi層開口寬度＊1.73。此處，soi層13的開口寬度在結(jié)構(gòu)上等于埋入氧化膜的開口寬度。

【實施例4】

圖6是本發(fā)明第4實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置的截面，其是與沿著圖1的a-a線的截面對應(yīng)的剖視圖。對于與圖2相對應(yīng)的部分附以相同編號。其與圖2所示的第1實施例的不同點在于，在與soi層13相同的開口區(qū)域?qū)β袢胙趸?2進行了蝕刻，且soi層13的開口區(qū)域比光電二極管51的區(qū)域狹窄。這是為了排除光的傾斜入射的影響、以及埋入氧化膜12與絕緣氧化膜31的界面處的光反射對于輸出所帶來的影響。

【實施例5】

圖7是本發(fā)明第5實施例中的具有受光元件的半導(dǎo)體裝置的截面，其是與沿著圖1的a-a線的截面對應(yīng)的剖視圖。對于與圖2相對應(yīng)的部分附以相同編號。其與圖2所示的第1實施例的不同點在于，為了排除光的傾斜入射的影響，使soi層13的截面形成為梯形。該結(jié)構(gòu)能夠通過在進行soi層13的蝕刻時的條件設(shè)定下減弱各向異性強度的程度來達成。該結(jié)構(gòu)可通過與各向異性蝕刻組合、或者僅使用各向異性蝕刻來達成。

對于soi層13的厚度沒有特別限制，但是，若相對于soi層13的開口寬度不具有一定程度的厚度(＝高度)，則傾斜入射的光的吸收比例不足，串擾的抑制不充分。在截至目前的測量結(jié)果中，優(yōu)選soi層厚度>soi層開口寬度＊1.73。