DE112018005850T5 - Lichtdetektionselement und herstellungsverfahren für selbiges - Google Patents

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Yusuke Otake
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Abstract

Die vorliegende Technologie betrifft ein Lichtdetektionselement und ein Herstellungsverfahren für selbiges, die es ermöglichen, eine Pixelgröße zu reduzieren.Das Lichtdetektionselement beinhaltet mehrere Pixel, die in der Form einer Matrix angeordnet sind. Jedes der Pixel beinhaltet eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die erste Halbleiterschicht in einem Außenperipherieteil in der Nähe einer Pixelgrenze gebildet ist, und eine zweite Halbleiterschicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die zweite Halbleiterschicht auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht gebildet ist. Ein Hohes-Feld-Gebiet, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, ist dazu konfiguriert, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden. Die vorliegende Technologie ist zum Beispiel auf einen Photonenzähler oder dergleichen anwendbar.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Technologie betrifft ein Lichtdetektionselement und ein Herstellungsverfahren für selbiges und insbesondere ein Lichtdetektionselement und ein Herstellungsverfahren für selbiges, die es ermöglichen, eine Pixelgröße zu reduzieren.
  • [Stand der Technik]
  • Eine Lawinenfotodiode (nachfolgend als eine APD (Avalanche Photodiode) bezeichnet), die eine Hochgeschwindigkeitsfotodiode mit hoher Empfindlichkeit ist, die eine Elektronenlawine nutzt, die auftritt, wenn eine Rückwärtsvorspannung an einen pn-Übergang angelegt wird, weist allgemein ein Hohes-Feld-Gebiet auf, das in einer planaren Richtung gebildet ist, und weist einen Schutzring auf, der in einer horizontalen Richtung des Hohes-Feld-Gebiets bereitgestellt ist (siehe zum Beispiel PTLs 1 und 2).
  • [Zitatliste]
  • [Patentliteraturen]
    • [PTL 1] Japanisches Patent, Offenlegungs-Nr. 2015-41746 .
    • [PTL 2] Japanisches Patent, Offenlegungs-Nr. 2013-48278 .
  • [Kurzdarstellung]
  • [Technisches Problem]
  • Jedoch gibt es eine Grenze für die Reduzierung der Pixelgröße in der Struktur, in der das Hohes-Feld-Gebiet in der planaren Richtung gebildet wird.
  • Die vorliegende Technologie erfolgte in Anbetracht solcher Umstände und ermöglicht es, die Pixelgröße zu reduzieren.
  • [Lösung des Problems]
  • Ein Lichtdetektionselement gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Technologie beinhaltet mehrere Pixel, die in einer Form einer Matrix angeordnet sind. Die Pixel beinhalten jeweils eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die erste Halbleiterschicht in einem Außenperipherieteil in einer Nähe einer Pixelgrenze gebildet ist, und eine zweite Halbleiterschicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die zweite Halbleiterschicht auf einer Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht gebildet ist. Ein Hohes-Feld-Gebiet, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, ist dazu konfiguriert, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden.
  • In dem ersten Aspekt der vorliegenden Technologie sind mehrere Pixel bereitgestellt, die in der Form einer Matrix angeordnet sind. Die Pixel sind jeweils mit Folgendem versehen: einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die erste Halbleiterschicht in einem Außenperipherieteil in der Nähe einer Pixelgrenze gebildet ist, und eine zweite Halbleiterschicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die zweite Halbleiterschicht auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht gebildet ist. Ein Hohes-Feld-Gebiet, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, ist dazu konfiguriert, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtdetektionselements gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie beinhaltet Folgendes: Bilden einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps in einem Außenperipherieteil in einer Nähe einer Grenze von Pixeln, die in einer Form einer Matrix angeordnet sind, und Bilden einer zweiten Halbleiterschicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps auf einer Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht. Ein Hohes-Feld-Gebiet, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, ist dazu konfiguriert, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden.
  • Bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie wird eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps in einem Außenperipherieteil in der Nähe einer Grenze von Pixeln gebildet, die in der Form einer Matrix angeordnet sind, wird eine zweite Halbleiterschicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht gebildet. Ein Hohes-Feld-Gebiet, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, ist dazu konfiguriert, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden.
  • Das Lichtdetektionselement kann eine unabhängige Vorrichtung sein oder kann ein in einer anderen Vorrichtung eingebundenes Modul sein.
  • [Vorteilhafter Effekt der Erfindung]
  • Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden Technologie kann eine Pixelgröße reduziert werden.
  • Es ist anzumerken, dass die hier beschriebenen Effekte nicht notwendigerweise beschränkt sind, sondern beliebige von in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Effekten sein können.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer ersten Ausführungsform eines Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [2] 2 ist eine Schnittansicht in einem Fall eines Rückoberflächenbestrahlungstyps in der ersten Ausführungsform.
    • [3] 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer zweiten Ausführungsform eines Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [4] 4 ist eine Schnittansicht in einem Fall, in dem die zweite Ausführungsform kegelförmige Separationsteile aufweist.
    • [5] 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer dritten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [6] 6 ist eine Schnittansicht in einem Fall, in dem die dritte Ausführungsform kegelförmige Separationsteile aufweist.
    • [7] 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer vierten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [8] 8 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der vierten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 3 hinzugefügt ist.
    • [9] 9 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der vierten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 4 hinzugefügt ist.
    • [10] 10 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der vierten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 5 hinzugefügt ist.
    • [11] 11 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der vierten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 6 hinzugefügt ist.
    • [12] 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer fünften Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [13] 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer sechsten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [14] 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer siebten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [15] 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer achten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [16] 16 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der achten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 3 hinzugefügt ist.
    • [17] 17 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der achten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 5 hinzugefügt ist.
    • [18] 18 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der achten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 9 hinzugefügt ist.
    • [19] 19 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der achten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 11 hinzugefügt ist.
    • [20] 20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer neunten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [21] 21 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der neunten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 16 hinzugefügt ist.
    • [22] 22 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der neunten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 17 hinzugefügt ist.
    • [23] 23 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der neunten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 18 hinzugefügt ist.
    • [24] 24 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der neunten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 19 hinzugefügt ist.
    • [25] 25 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer zehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [26] 26 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer elften Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [27] 27 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der elften Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 21 hinzugefügt ist.
    • [28] 28 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der elften Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 22 hinzugefügt ist.
    • [29] 29 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der elften Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 23 hinzugefügt ist.
    • [30] 30 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der elften Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray aus 24 hinzugefügt ist.
    • [31] 31 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer zwölften Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [32] 32 ist eine Schnittansicht in dem Fall des Rückoberflächenbestrahlungstyps in der zwölften Ausführungsform.
    • [33] 33 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer dreizehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [34] 34 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer vierzehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [35] 35 ist ein Diagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel gemäß der vierzehnten Ausführungsform darstellt.
    • [36] 36 ist ein Diagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel gemäß der vierzehnten Ausführungsform darstellt.
    • [37] 37 ist ein Diagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel gemäß der vierzehnten Ausführungsform darstellt.
    • [38] 38 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer fünfzehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [39] 39 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer sechzehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement darstellt, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [40] 40 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel in einem Fall darstellt, in dem ein Leseschaltkreisgebiet von mehreren Pixeln geteilt wird.
    • [41] 41 ist ein Hilfsdiagramm zum Erklären eines ersten Herstellungsverfahrens.
    • [42] 42 ist ein Hilfsdiagramm zum Erklären eines zweiten Herstellungsverfahrens.
    • [43] 43 ist ein Hilfsdiagramm zum Erklären eines dritten Herstellungsverfahrens.
    • [44] 44 ist ein Hilfsdiagramm zum Erklären eines vierten Herstellungsverfahrens.
    • [45] 45 ist ein Hilfsdiagramm zum Erklären eines fünften Herstellungsverfahrens.
    • [46] 46 ist ein Hilfsdiagramm zum Erklären eines sechsten Herstellungsverfahrens.
    • [47] 47 ist ein Hilfsdiagramm zum Erklären eines siebten Herstellungsverfahrens.
    • [48] 48 ist ein Hilfsdiagramm zum Erklären des siebten Herstellungsverfahrens.
  • [Beschreibung der Ausführungsformen]
  • Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung von Modi zum Ausführen der vorliegenden Technologie (die Modi werden nachfolgend als Ausführungsformen bezeichnet). Übrigens erfolgt die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge.
    1. 1. Erste Ausführungsform (Basiskonfigurationsbeispiel für ein Lichtdetektionselement)
    2. 2. Zweite Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit Separationsteilen)
    3. 3. Dritte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel eines Rückoberflächenbestrahlungstyps mit Separationsteilen)
    4. 4. Vierte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel, das intern eine n-Typ-Halbleiterschicht mit niedriger Konzentration aufweist)
    5. 5. Fünfte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit STIs in der Substratoberfläche)
    6. 6. Sechste Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit einer Anode und einer Kathode, die diagonal voneinander separiert sind).
    7. 7. Siebte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit einer STI und einer Anode und einer Kathode, die diagonal angeordnet sind)
    8. 8. Achte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit einer n-Typ-Halbleiterschicht mit niedriger Konzentration, die in einer vertikalen Richtung angrenzt)
    9. 9. Neunte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit einer p-Typ-Halbleiterschicht mit niedriger Konzentration, die in einer vertikalen Richtung angrenzt)
    10. 10. Zehnte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel, bei dem eine n-Typ-Halbleiterschicht einen Potentialgradienten aufweist)
    11. 11. Elfte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit einem Hohes-Feld-Gebiet in einem Teil in einer Tiefenrichtung)
    12. 12. Zwölfte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit einer OCL für jedes Pixel)
    13. 13. Dreizehnte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit mehreren OCLs für ein Pixel)
    14. 14. Vierzehnte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel mit einer OCL für mehrere Pixel)
    15. 15. Fünfzehnte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel, bei dem Signale angrenzender Pixel geteilt werden)
    16. 16. Sechzehnte Ausführungsform (Konfigurationsbeispiel, bei dem ein Signal durch ein Gate gesteuert wird)
    17. 17. Erstes Herstellungsverfahren (Herstellungsverfahren zur Bildung durch Ionenimplantation)
    18. 18. Zweites Herstellungsverfahren (Herstellungsverfahren zur Bildung durch Ionenimplantation und Festphasendiffusion)
    19. 19. Drittes Herstellungsverfahren (Herstellungsverfahren zur Bildung durch ein Substrat mit hoher Konzentration und Festphasendiffusion)
    20. 20. Viertes Herstellungsverfahren (Herstellungsverfahren zur Bildung durch zweimal Festphasendiffusion)
    21. 21. Fünftes Herstellungsverfahren (Herstellungsverfahren zur Bildung durch einmal Festphasendiffusion)
    22. 22. Sechstes Herstellungsverfahren (Herstellungsverfahren zum Bilden von Gräben von der vorderen Oberfläche und Durchführen einer Ionenimplantation)
    23. 23. Siebtes Herstellungsverfahren (Herstellungsverfahren zum Bilden von Gräben von der hinteren Oberfläche und Durchführen einer Ionenimplantation)
    24. 24. Zusammenfassung
  • <Erste Ausführungsform>
  • 1 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer ersten Ausführungsform eines Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 1 ist eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats (Halbleiterschicht) eines Fotodiodenarrays 1. B aus 1 ist eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats des Fotodiodenarrays 1. A aus 1 ist eine Draufsicht der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats in der Schnittansicht aus B aus 1, wobei die untere Oberfläche der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats entspricht. B aus 1 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X aus A aus 1.
  • Das Fotodiodenarray 1 aus 1 wird durch Anordnen von Pixeln 10 in der Form einer 3×3-Matrix gebildet. Eine Lawinenfotodiode (nachfolgend als eine APD bezeichnet) ist in jedem der Pixel 10 gebildet. Gestrichelte Linien in A aus 1 repräsentieren Grenzen zwischen den Pixeln 10.
  • Während das Fotodiodenarray 1 aus 1 durch neun, 3×3-Pixel gebildet ist, sind übrigens die Anzahlen an Pixeln, die in einer Zeilenrichtung und einer Spaltenrichtung angeordnet sind, und eine Gesamtanzahl an Pixeln nicht darauf beschränkt, sondern sind beliebig.
  • Jedes der Pixel 10 des Fotodiodenarrays 1 weist eine erste Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Halbleiterschicht 22 eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf.
  • Insbesondere ist, wie in B aus 1 dargestellt ist, in jedem Pixel 10 die erste Halbleiterschicht 21 des ersten Leitfähigkeitstyps in einem Außenperipherieteil gebildet, der eine Pixelgrenze beinhaltet, und befindet sich in der Nähe der Grenze und ist die zweite Halbleiterschicht 22 des zweiten Leitfähigkeitstyps, als ein zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzter Leitfähigkeitstyp, auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht 21 des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet.
  • Sowohl ein p-Typ als auch ein n-Typ können als der erste Leitfähigkeitstyp genommen werden. Zum Beispiel ist der zweite Leitfähigkeitstyp unter der Annahme, dass der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist, der n-Typ. Unter der Annahme, dass der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist, ist der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ.
  • Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung eines Falls, in dem der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist. Um das Verständis zu fördern, erfolgt die Beschreibung mit den Leitfähigkeitstypen und Fremdstoffkonzentrationen hinzugefügt als in einer p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 als die erste Halbleiterschicht 21 und einer n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 als die zweite Halbleiterschicht 22. Das gleiche gilt für andere Halbleiterschichten, die später beschrieben werden.
  • Übrigens werden in dem p-Typ-Fall Fremdstoffkonzentrationen als „p++“, „p+“, „p“ und „p-“ beschrieben, die angeben, dass die Fremdstoffkonzentration „p++“ am höchsten ist und dass die Fremdstoffkonzentrationen „p++“, „p+“, „p“ und „p-“ in dieser Reihenfolge abnehmen. Gleichermaßen werden in dem n-Typ-Fall Fremdstoffkonzentrationen als „n++“, „n+“, „n“ und „n-“ beschrieben, die angeben, dass die Fremdstoffkonzentration „n++“ am höchsten ist und dass die Fremdstoffkonzentrationen „n++“, „n+“, „n“ und „n-“ in dieser Reihenfolge abnehmen.
  • In einem zentralen Teil eines Pixels 10, wobei der zentrale Teil in der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats liegt, wobei die vordere Oberfläche der unteren Oberfläche in der Schnittansicht aus B aus 1 entspricht, ist ein Kontakt 23, der als eine Kathode dient, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird (der Kontakt wird nachfolgend als ein Kathodenkontakt 23 bezeichnet), durch eine n-Typ-Diffusionsschicht mit hoher Konzentration (n++) gebildet. In einem Grenzteil des Pixels 10, wobei der Grenzteil in der vorderen Oberfläche des Substrats liegt, ist ebenfalls ein Kontakt 24, der als eine Anode dient, wenn die Rückwärtsvorspannung angelegt wird (der Kontakt wird nachfolgend als ein Anodenkontakt 24 bezeichnet), durch eine p-Typ-Diffusionsschicht mit hoher Konzentration (p++) gebildet.
  • Wie in A aus 1 dargestellt, ist der Anodenkontakt 24 auf eine Gitterart entlang des Grenzteils des Pixels 10 gebildet und ist nicht in Pixeleinheiten separiert, wohingegen der Kathodenkontakt 23 in einer Pixeleinheit in dem zentralen Teil des Pixels 10 gebildet ist. Ein optisches Signal, das aus einer fotoelektrischen Umwandlung resultiert, wird von dem Kathodenkontakt 23 ausgegeben.
  • Wie in B aus 1 dargestellt, werden Hohes-Feld-Gebiete 25 in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet, wobei die Hohes-Feld-Gebiete 25 Gebiete sind, in denen eine Lawinenvervielfältigung stattfindet, wenn eine Rückwärtsvorspannung höher als eine Durchbruchspannung an die Anode und Kathode jedes Pixels 10 angelegt wird, die das Fotodiodenarray 1 darstellen. Weil die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 so gebildet ist, dass sie in einer Schnittansicht vertikal länglich innerhalb der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 ist, werden die Hohes-Feld-Gebiete 25 auf langen Seiten eines Rechtecks gebildet. Photonen, die innerhalb des Pixels einfallen, werden einer fotoelektrischen Umwandlung durch die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 unterzogen und werden zu positiven Löchern (Ladungsträgern). Die positiven Löcher bewegen sich in einer horizontalen Richtung und werden durch die Hohes-Feld-Gebiete 25 vervielfältigt.
  • Die Hohes-Feld-Gebiete 25 werden so gebildet, dass sie in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats vertikal länglich sind. Daher können, selbst wenn die planare Größe des Pixels reduziert wird, ausreichend Hohes-Feld-Gebiete in der Tiefenrichtung des Substrats garantiert werden. Außerdem kann, weil die Hohes-Feld-Gebiete 25 in der vertikalen Richtung gebildet werden, ein Randdurchbruch vermieden werden, selbst wenn kein Schutzring in der horizontalen Richtung gebildet wird. Folglich ist gemäß der Struktur des Fotodiodenarrays 1 aus 1 kein Schutzring notwendig und die Pixelgröße kann reduziert werden, während ausreichend Hohes-Feld-Gebiete garantiert werden.
  • Weil die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 so gebildet ist, dass sie vertikal länglich ist, ist außerdem ein Abstand von der Ankunft von Photonen zu der Vervielfältigung von diesen jener einer Bewegung in einer Richtung parallel zu den kurzen Seiten der rechteckigen n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 und wird dementsprechend kurz. Eine Jitter-Charakteristik kann daher verbessert werden.
  • Übrigens kann eine Oberfläche, auf die ein Lichteinfall in dem Fotodiodenarray 1 aus 1 bewirkt wird, kann entweder die vordere Oberfläche oder die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats sein. Jedoch wird in dem Fall eines Rückoberflächenbestrahlungstyps, bei dem sich die Lichteinfallsoberfläche auf der Rückoberflächenseite des Halbleitersubstrats befindet, ein Film 28 mit fester Ladung zum Unterdrücken des Auftretens von Dunkelstrom an einer Rückoberflächengrenzfläche bevorzugt auf der Rückoberflächenseitengrenzfläche gebildet, wie in 2 dargestellt ist. Der Film 28 mit fester Ladung kann zum Beispiel durch einen Film aus HfO2, Al2O3 oder dergleichen gebildet werden.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 3 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer zweiten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 3 ist eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1. B aus 3 ist eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats des Fotodiodenarrays 1. Es wird angenommen, dass die Vorne-Hinten-Beziehung des Halbleitersubstrats in der Draufsicht und Schnittansicht aus 3 ähnlich jener der ersten Ausführungsform ist.
  • In 3 sind Teile, die jenen der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, entsprechen, durch die gleichen Bezugsziffern identifiziert. Eine Beschreibung der Teile wird wie angemessen ausgelassen. Teile, bei denen die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform verschieden ist, werden beschrieben.
  • Bei der zweiten Ausführungsform, wie in A und B aus 3 dargestellt ist, ist im Vergleich zu der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, ein Separationsteil 43, der aus einem Isolationsfilm 41, wie etwa einem Siliciumoxidfilm (SiO2) oder dergleichen, und einem metallischen Film 42, wie etwa Wolfram (W), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder dergleichen, besteht, neu an einer Grenze zwischen Pixeln 10 gebildet. Der Separationsteil 43 isoliert die angrenzenden Pixel und grenzt sie voneinander ab. Hohes-Feld-Gebiete 25 sind so gebildet, dass sie an den Separationsteil 43 angrenzen.
  • Wenn der Separationsteil 43 in dem Halbleitersubstrat gebildet ist, gibt es Bedenken, dass ein Dunkelstrom an einer Grenzfläche zwischen dem Isolationsfilm 41 und dem Halbleitersubstrat auftritt. Jedoch kann der durch die Grenzfläche verursachte Dunkelstrom unterdrückt werden, indem der Separationsteil 43 innerhalb der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 gebildet wird. Außerdem kann das Auftreten von Nebensprechen unterdrückt werden, indem der Separationsteil 43 an der Pixelgrenze bereitgestellt wird.
  • Folglich ist es durch Bereitstellen des Separationsteils 43 an der Pixelgrenze möglich, Nebensprechen, das in winzigen Pixeln zu einem Problem wird, und eine Dunkelzählrate (nachfolgend als eine DCR (Dark Count Rate) bezeichnet), die durch den Dunkelstrom an der Grenzfläche verursacht wird, zu reduzieren.
  • Der Separationsteil 43 kann nur durch den Isolationsfilm 41, wobei der metallische Film 42 weggelassen ist, gebildet werden. Jedoch kann eine Lichtabschirmungseigenschaft durch Bereitstellen des metallischen Films 42 innerhalb des Isolationsfilms 41 verbessert werden. Außerdem kann, wenn eine Spannung auf dem gleichen Potential wie eine Anode an den metallischen Film 42 angelegt wird, der Dunkelstrom, der an der Grenzfläche mit der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 auftritt, weiter unterdrückt werden.
  • Übrigens kann auch in dem Fotodiodenarray 1 aus 3 eine Oberfläche, auf die ein Lichteinfall bewirkt wird, entweder die vordere Oberfläche oder die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats sein. In dem Fall des Rückoberflächenbestrahlungstyps, wie in 2, ist ein Film 28 mit fester Ladung bevorzugt auf der Rückoberflächenseitengrenzfläche des Halbleitersubstrats gebildet.
  • Außerdem kann die Schnittform des Separationsteils 43 eine konische Form sein, so dass planare Gebietsflächen der Rückoberflächenseite und der Vorderoberflächenseite voneinander verschieden sind, wie in 4.
  • 4 veranschaulicht ein Beispiel zum Bilden des Separationsteils 43, falls ein Graben zum Vergraben des Isolationsfilms 41 und des metallischen Films 42 von der Vorderoberflächenseite gebildet ist. In diesem Fall ist die Schnittform des Separationsteils 43 eine sich abwärts verbreiternde konische Form, die hinsichtlich einer planaren Gebietsfläche von der Rückoberflächenseite zu der Vorderoberflächenseite abnimmt. Im Gegensatz dazu ist, obwohl dies nicht dargestellt ist, falls ein Graben zum Vergraben des Isolationsfilms 41 und des metallischen Films 42 von der Rückoberflächenseite gebildet ist, die Schnittform des Separationsteils 43 eine sich abwärts verengende konische Form, die hinsichtlich einer planaren Gebietsfläche von der Rückoberflächenseite zu der Vorderoberflächenseite abnimmt.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 5 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer dritten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 5 ist eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1. B aus 5 ist eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats des Fotodiodenarrays 1. Es wird angenommen, dass die Vorne-Hinten-Beziehung des Halbleitersubstrats in der Draufsicht und Schnittansicht aus 5 ähnlich jener der ersten Ausführungsform ist.
  • In 5 sind Teile, die jenen der zweiten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, entsprechen, durch die gleichen Bezugsziffern identifiziert. Eine Beschreibung der Teile wird wie angemessen ausgelassen. Teile, bei denen die dritte Ausführungsform von der zweiten Ausführungsform verschieden ist, werden beschrieben.
  • Das in 5 dargestellte Fotodiodenarray 1 ist eine Struktur, die durch Spezialisieren des Fotodiodenarrays 1 gemäß der zweiten Ausführungsform, das in 3 dargestellt ist, für den Rückoberflächenbestrahlungstyp gebildet ist. Das in 5 dargestellte Fotodiodenarray 1 ist durch erneutes Hinzufügen eines Films 29 mit fester Ladung zu der Konfiguration aus 3 gebildet.
  • Der Film 29 mit fester Ladung ist auf der Rückoberflächenseitengrenzfläche des Halbleitersubstrats gebildet und kann einen Dunkelstrom unterdrücken, der an der Rückoberflächenseitengrenzfläche auftritt. In einem Teil, wo es einen Separationsteil 43 gibt, ist der Film 29 mit fester Ladung zwischen der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 und dem Isolationsfilm 41 gebildet und unterdrückt einen Dunkelstrom, der an der Grenzfläche zwischen dem Separationsteil 43 und der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 auftritt.
  • Die Schnittform des Separationsteils 43 kann eine konische Form, wie bei der zweiten Ausführungsform, sein. Wenn die Schnittform des Separationsteils 43 eine konische Form ist, ist ein Graben zum Vergraben des Isolationsfilms 41 und des metallischen Films 42 von der Rückoberflächenseite gebildet und daher ist eine sich abwärts verengende konische Form gebildet, wie in 6.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • 7 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer vierten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 7 ist eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1. B aus 7 ist eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats des Fotodiodenarrays 1. Die Draufsicht aus A aus 7 ist eine Draufsicht entlang einer Linie Y-Y aus B aus 7.
  • In der in B aus 7 veranschaulichten Schnittansicht ist ein Film 28 mit fester Ladung zum Unterdrücken eines Dunkelstroms auf der Rückoberflächengrenzfläche des Halbleitersubstrats gebildet. 7 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration des Rückoberflächenbestrahlungstyps dar.
  • Bei der Konfiguration des Rückoberflächenbestrahlungstyps der ersten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, wird eine n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22, die mit einem Kathodenkontakt 23 verbunden ist, durch ein n-Typ-Fremdstoffgebiet gebildet, das gleichmäßig ist und innerhalb des Gebiets mit hoher Konzentration vorliegt.
  • Andererseits ist bei der in 7 dargestellten vierten Ausführungsform eine n-Typ(n-)-artige dritte Halbleiterschicht 61 (nachfolgend als eine n--Typ-artige dritte Halbleiterschicht 61 bezeichnet) einer geringeren Konzentration als die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 auf der Innenseite der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 gebildet, die mit dem Kathodenkontakt 23 verbunden ist. Wie in A aus 7 dargestellt, ist die n--Typ-artige dritte Halbleiterschicht 61 in einem zentralen Teil eines Pixels 10 auf der Innenseite der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 mit hoher Konzentration in einer Draufsicht gebildet.
  • Die andere Konfiguration der vierten Ausführungsform aus 7 ist ähnlich der Konfiguration des Rückoberflächenbestrahlungstyps der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform und daher wird eine Beschreibung davon ausgelassen.
  • Wenn die n--Typ-artige dritte Halbleiterschicht 61 mit niedriger Konzentration in dem zentralen Teil des Pixels in einer Draufsicht angeordnet ist und die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 mit hoher Konzentration auf der Außenseite der n--Typ-artigen dritten Halbleiterschicht 61 mit niedriger Konzentration angeordnet ist, oder mit anderen Worten in einer Richtung, in der ein pn-Übergang angeordnet ist, wie bei der vierten Ausführungsform, kann eine durch fotoelektrische Umwandlung von einfallendem Licht erzeugte Ladung durch einen Potentialgradienten (Potentialgradient), der in einer planaren Richtung gebildet ist, effizient in der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 mit hoher Konzentration gefangen werden.
  • Übrigens ist die Struktur, in der das n-Typ-Fremdstoffgebiet mit dem Kathodenkontakt 23 verbunden ist, dementsprechend durch die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 mit hoher Konzentration gebildet und die n--Typ-artige dritte Halbleiterschicht 61 auf der Innenseite der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 mit hoher Konzentration kann auch auf die vorhergehende zweite und dritte Ausführungsform angewandt werden.
  • 8 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der vierten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray 1 gemäß der zweiten Ausführungsform mit den Separationsteilen 43 hinzugefügt ist, wobei das Fotodiodenarray 1 in 3 dargestellt ist.
  • In 8 sind n--Typ-artige dritte Halbleiterschichten 61 zu den Innenseiten der n+-Typartigen zweiten Halbleiterschichten 22 des in 3 dargestellten Fotodiodenarrays 1 hinzugefügt.
  • 9 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der vierten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray 1 gemäß der zweiten Ausführungsform mit den kegelförmigen Separationsteilen 43 hinzugefügt ist, wobei das Fotodiodenarray 1 in 4 dargestellt ist.
  • In 9 sind n--Typ-artige dritte Halbleiterschichten 61 zu den Innenseiten der n+-Typartigen zweiten Halbleiterschichten 22 des in 3 dargestellten Fotodiodenarrays 1 hinzugefügt. Übrigens repräsentieren 8 und 9 Beispiele für den Rückoberflächenbestrahlungstyp und der Film 28 mit fester Ladung ist ebenfalls auf einer Rückoberflächenseitengrenzfläche gebildet.
  • 10 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der vierten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray 1 gemäß der dritten Ausführungsform mit dem Film 29 mit fester Ladung hinzugefügt ist, wobei das Fotodiodenarray 1 in 5 dargestellt ist.
  • In 10 sind n--Typ-artige dritte Halbleiterschichten 61 zu den Innenseiten der n+-Typartigen zweiten Halbleiterschichten 22 des in 5 dargestellten Fotodiodenarrays 1 hinzugefügt.
  • 11 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der vierten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray 1 gemäß der dritten Ausführungsform mit den kegelförmigen Separationsteilen 43 hinzugefügt ist, wobei das Fotodiodenarray 1 in 6 dargestellt ist.
  • In 11 sind n--Typ-artige dritte Halbleiterschichten 61 zu den Innenseiten der n+-Typartigen zweiten Halbleiterschichten 22 des in 6 dargestellten Fotodiodenarrays 1 hinzugefügt.
  • Bei einer beliebigen der Konfigurationen aus 8 bis 11 kann eine durch die fotoelektrische Umwandlung von einfallendem Licht erzeugte Ladung durch einen Potentialgradienten, der in der planaren Richtung gebildet ist, effizient in die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 mit hoher Konzentration gefangen werden.
  • Übrigens sind, obwohl 8 bis 11 jeweils ein Beispiel für den Rückoberflächenbestrahlungstyp repräsentieren, 8 bis 11 natürlich auch auf einen Vorderoberflächenbestrahlungstyp anwendbar.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • 12 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer fünften Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 12 ist eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1. B aus 12 ist eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats des Fotodiodenarrays 1. Es wird angenommen, dass die Vorne-Hinten-Beziehung des Halbleitersubstrats in der Draufsicht und Schnittansicht aus 12 ähnlich jener der ersten Ausführungsform ist.
  • In 12 sind Teile, die jenen der vorhergehenden ersten bis vierten Ausführungsform entsprechen, durch die gleichen Bezugsziffern identifiziert. Eine Beschreibung der Teile wird wie angemessen ausgelassen und unterschiedliche Teile werden beschrieben.
  • Wenn die Schnittansicht aus B aus 12 mit der Schnittansicht der vierten Ausführungsform verglichen wird, wobei die Schnittansicht in 8 dargestellt ist, ist eine STI (Shallow Trench Isolation - Flache Grabenisolation) 63 neu zu der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats in der fünften Ausführungsform hinzugefügt. Die STI 63 separiert einen Anodenkontakt 24, der mit einer p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 verbunden ist, elektrisch von einem Kathodenkontakt 23, der mit einer n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 verbunden ist. Außerdem wird aufgrund der STI 63 vermieden, dass eine Grenzfläche zwischen der p+-Typartigen ersten Halbleiterschicht 21 und der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22, die ein Hohes-Feld-Gebiet 25 bilden, die vordere Oberfläche des Halbleitersubstrats kontaktiert. Es ist daher möglich, eine Vervielfältigung eines Dunkelstroms, der in der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats auftritt, zu unterdrücken.
  • Übrigens kann, obwohl die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 zwischen dem Kathodenkontakt 23 und der STI 63 in der vorderen Oberfläche des Substrats bei dem in 12 dargestellten Konfigurationsbeispiel angeordnet ist, eine Konfiguration angenommen werden, bei der STIs 63 in allen Teilen zwischen den Kathodenkontakten 23 und Anodenkontakten 24 in der vorderen Oberfläche des Substrats gebildet sind, so dass die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 nicht auf der vorderen Oberfläche des Substrats freigelegt sind.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • 13 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer sechsten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 13 ist eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1. B aus 13 ist eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats des Fotodiodenarrays 1. A aus 13 ist eine Draufsicht der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats in der Schnittansicht aus B aus 13, wobei die untere Oberfläche der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats entspricht. B aus 13 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie Z-Z aus A aus 13.
  • In 13 sind Teile, die jenen der vorhergehenden ersten bis fünften Ausführungsform entsprechen, durch die gleichen Bezugsziffern identifiziert. Eine Beschreibung der Teile wird wie angemessen ausgelassen und unterschiedliche Teile werden beschrieben.
  • Wenn die Schnittansicht aus B aus 13 mit der Schnittansicht der vierten Ausführungsform verglichen wird, wobei die Schnittansicht in 8 dargestellt ist, ist ein Anodenkontakt 24 so gebildet, dass er an jeden der Separationsteile 43 auf beiden Seiten angrenzt, wobei die Separationsteile an Pixelgrenzen in 8 gebildet sind, wohingegen in 13 ein Anodenkontakt 24 so gebildet ist, dass er nur an einen der Separationsteile 43 auf beiden Seiten angrenzt. Außerdem ist ein Kathodenkontakt 23, anstatt in dem zentralen Teil des Pixels 10, so angeordnet, dass er zu der Seite des Separationsteils 43 verschoben ist, wo der Anodenkontakt 24 nicht gebildet ist.
  • Wie in der Draufsicht aus A aus 13 gesehen, ist der Anodenkontakt 24 in Kontakt mit dem Separationsteil 43 bei einer Ecke des rechteckigen Pixels 10 (oben links in A aus 13) angeordnet und ist der Kathodenkontakt 23 so angeordnet, dass er zu einer Position näher zu einer Ecke, die der Ecke diagonal gegenüber liegt, wo der Anodenkontakt 24 angeordnet ist, als zu dem zentralen Teil der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 (zentraler Teil des Pixels) verschoben ist.
  • Dementsprechend sind bei der sechsten Ausführungsform der Kathodenkontakt 23 und der Anodenkontakt 24 in einer diagonalen Richtung innerhalb des planaren Gebiets des rechteckigen Pixels 10 angeordnet. Ein Abstand zwischen dem Kathodenkontakt 23 und dem Anodenkontakt 24 kann daher in einer möglichen Entfernung innerhalb des Pixels erhöht werden. Es ist daher möglich, das Verursachen dessen zu vermeiden, dass ein elektrisches Feld aufgrund der Nähe zwischen dem Kathodenkontakt 23 und dem Anodenkontakt 24 als Schichten mit hoher Konzentration des n-Typs und des p-Typs auf der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats höher als in einem Hohes-Feld-Gebiet 25 wird, und somit einen nichtgewollten Durchbruch zu vermeiden.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • 14 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer siebten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 14 ist eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1. B aus 14 ist eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats des Fotodiodenarrays 1. A aus 14 ist eine Draufsicht der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats in der Schnittansicht aus B aus 14, wobei die untere Oberfläche der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats entspricht. B aus 14 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie Z-Z aus A aus 14.
  • In 14 sind Teile, die jenen der vorhergehenden ersten bis sechsten Ausführungsform entsprechen, durch die gleichen Bezugsziffern identifiziert. Eine Beschreibung der Teile wird wie angemessen ausgelassen und unterschiedliche Teile werden beschrieben.
  • Die siebte Ausführungsform aus 14 ist ein Modus mit den charakteristischen Konfigurationen von sowohl der fünften Ausführungsform aus 12 als auch der sechsten Ausführungsform aus 13.
  • Insbesondere ist, wie bei der fünften Ausführungsform aus 12, die siebte Ausführungsform aus 14 mit einer STI 63 versehen. Die STI 63 separiert einen Anodenkontakt 24, der mit einer p+-Typartigen ersten Halbleiterschicht 21 verbunden ist, elektrisch von einem Kathodenkontakt 23, der mit einer n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 auf der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats verbunden ist. Ebenfalls sind, wie bei der sechsten Ausführungsform aus 13, bei der siebten Ausführungsform aus 14 der Kathodenkontakt 23 und der Anodenkontakt 24 in einer diagonalen Richtung innerhalb des planaren Gebiets des rechteckigen Pixels 10 angeordnet.
  • Es ist daher möglich, eine Vervielfältigung eines Dunkelstroms, der in der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats auftritt, zu unterdrücken. Es ist ebenfalls möglich, das Verursachen dessen zu vermeiden, dass ein elektrisches Feld aufgrund der Nähe zwischen dem Kathodenkontakt 23 und dem Anodenkontakt 24 auf der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats höher als in einem Hohes-Feld-Gebiet 25 wird, und somit einen nichtgewollten Durchbruch zu vermeiden.
  • <Achte Ausführungsform>
  • 15 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer achten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 15 ist eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1. B aus 15 ist eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats des Fotodiodenarrays 1. A aus 15 ist eine Draufsicht der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats in der Schnittansicht aus B aus 15, wobei die untere Oberfläche der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats entspricht. B aus 15 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X aus A aus 15.
  • In der in B aus 15 veranschaulichten Schnittansicht ist ein Film 28 mit fester Ladung zum Unterdrücken eines Dunkelstroms auf der Rückoberflächenseitengrenzfläche des Halbleitersubstrats gebildet. 15 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration des Rückoberflächenbestrahlungstyps dar.
  • Bei der in 15 dargestellten achten Ausführungsform ist, im Vergleich zu der Konfiguration der ersten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, eine n-Typ-artige vierte Halbleiterschicht 71 mit geringerer Fremdstoffkonzentration als die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 (die n-Typ-artige vierte Halbleiterschicht 71 wird nachfolgend als eine n--Typ-artige vierte Halbleiterschicht 71 bezeichnet) zwischen einer n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 und der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet. Auch ist eine n-Typ-artige fünfte Halbleiterschicht 72 mit geringerer Fremdstoffkonzentration als die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 (die n-Typ-artige fünfte Halbleiterschicht 72 wird nachfolgend als eine n--Typ-artige fünfte Halbleiterschicht 72 bezeichnet) zwischen der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 und der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet. Es reicht für die Fremdstoffkonzentrationen der n--Typ-artigen vierten Halbleiterschicht 71 und der n--Typ-artigen fünften Halbleiterschicht 72 aus, dass sie niedriger als jene der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 sind, und die Fremdstoffkonzentrationen der n--Typ-artigen vierten Halbleiterschicht 71 und der n--Typ-artigen fünften Halbleiterschicht 72 müssen nicht die gleiche Konzentration sein.
  • Wie in A aus 15 dargestellt, ist in der planaren Richtung die n--Typ-artige vierte Halbleiterschicht 71 in der Form von konzentrischen Rechtecken zwischen der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 und einer p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 gebildet. Die n--Typ-artige fünfte Halbleiterschicht 72 ist in demselben planaren Gebiet wie die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 gebildet, mit der sich die n--Typ-artige fünfte Halbleiterschicht 72 in Kontakt befindet.
  • Die andere Konfiguration der achten Ausführungsform aus 15 ist ähnlich der Konfiguration des Rückoberflächenbestrahlungstyps der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform und daher wird eine Beschreibung davon ausgelassen.
  • Wenn die n--Typ-artige vierte Halbleiterschicht 71 mit niedrigerer Fremdstoffkonzentration als die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 zwischen der n+-Typartigen zweiten Halbleiterschicht 22 und der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet ist, wird vermieden, dass eine Grenzfläche zwischen der p+-Typartigen ersten Halbleiterschicht 21 und der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22, die ein Hohes-Feld-Gebiet 25 bilden, die vordere Oberfläche des Halbleitersubstrats kontaktiert. Es ist daher möglich, eine Vervielfältigung eines Dunkelstroms, der in der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats auftritt, zu unterdrücken.
  • Wenn die n--Typ-artige fünfte Halbleiterschicht 72 mit niedrigerer Fremdstoffkonzentration als die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 zwischen der n+-Typartigen zweiten Halbleiterschicht 22 und der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet ist, wird vermieden, dass die Grenzfläche zwischen der p+-Typartigen ersten Halbleiterschicht 21 und der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22, die das Hohes-Feld-Gebiet 25 bilden, die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats kontaktiert. Es ist daher möglich, eine Vervielfältigung eines Dunkelstroms, der in der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats auftritt, zu unterdrücken.
  • Übrigens kann die Struktur, in der die n--Typartige vierte Halbleiterschicht 71 und die n--Typ-artige fünfte Halbleiterschicht 72 so angeordnet sind, dass sie an die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 in einer Substrattiefenrichtung angrenzen, auch auf die oben beschriebenen anderen Ausführungsformen angewandt werden.
  • 16 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der achten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray 1 gemäß der zweiten Ausführungsform mit den Separationsteilen 43 hinzugefügt ist, wobei das Fotodiodenarray 1 in 3 dargestellt ist.
  • In 16 ist die Länge in der Substrattiefenrichtung der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22, die die Hohes-Feld-Gebiete 25 des in 3 dargestellten Fotodiodenarrays 1 bilden, verkürzt und n--Typ-artige vierte Halbleiterschichten 71 und n--Typ-artige fünfte Halbleiterschichten 72 sind hinzugefügt, so dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Vorderoberflächenseite und der Rückoberflächenseite des Substrats angrenzen.
  • 17 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der achten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray 1 gemäß der dritten Ausführungsform mit dem Film 29 mit fester Ladung hinzugefügt ist, wobei das Fotodiodenarray 1 in 5 dargestellt ist.
  • In 17 ist die Länge in der Substrattiefenrichtung der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22, die die Hohes-Feld-Gebiete 25 des in 5 dargestellten Fotodiodenarrays 1 bilden, verkürzt und n--Typ-artige vierte Halbleiterschichten 71 und n--Typ-artige fünfte Halbleiterschichten 72 sind hinzugefügt, so dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Vorderoberflächenseite und der Rückoberflächenseite des Substrats angrenzen.
  • 18 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der achten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray 1 gemäß der vierten Ausführungsform mit den kegelförmigen Separationsteilen 43 und den n--Typ-artigen dritten Halbleiterschichten 61 mit geringer Konzentration in den zentralen Teilen von Pixeln hinzugefügt ist, wobei das Fotodiodenarray 1 in 9 dargestellt ist.
  • In 18 ist die Länge in der Substrattiefenrichtung der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22, die die Hohes-Feld-Gebiete 25 des in 9 dargestellten Fotodiodenarrays 1 bilden, verkürzt und n--Typ-artige vierte Halbleiterschichten 71 und n--Typ-artige fünfte Halbleiterschichten 72 sind hinzugefügt, so dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Vorderoberflächenseite und der Rückoberflächenseite des Substrats angrenzen.
  • 19 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration darstellt, in der die charakteristische Konfiguration der achten Ausführungsform zu dem Fotodiodenarray 1 gemäß der vierten Ausführungsform mit den kegelförmigen Separationsteilen 43 und den n--Typ-artigen dritten Halbleiterschichten 61 mit geringer Konzentration in den zentralen Teilen von Pixeln hinzugefügt ist, wobei das Fotodiodenarray 1 in 11 dargestellt ist.
  • In 19 ist die Länge in der Substrattiefenrichtung der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22, die die Hohes-Feld-Gebiete 25 des in 11 dargestellten Fotodiodenarrays 1 bilden, verkürzt und n--Typ-artige vierte Halbleiterschichten 71 und n--Typ-artige fünfte Halbleiterschichten 72 sind hinzugefügt, so dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Vorderoberflächenseite und der Rückoberflächenseite des Substrats angrenzen.
  • In beliebigen der Konfigurationen aus 16 bis 19 kann eine Vervielfältigung eines Dunkelstroms, der in der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats auftritt, durch Bereitstellen der n--Typ-artigen vierten Halbleiterschichten 71 und der n--Typ-artigen fünften Halbleiterschichten 72 unterdrückt werden.
  • <Neunte Ausführungsform>
  • 20 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer neunten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • Die neunte Ausführungsform wird im Vergleich mit der in 15 bis 19 beschriebenen achten Ausführungsform beschrieben.
  • Bei dem Fotodiodenarray 1 gemäß der in 20 dargestellten neunten Ausführungsform sind eine p-Typ-artige sechste Halbleiterschicht 81 und eine p-Typ-artige siebte Halbleiterschicht 82 einer geringeren Fremdstoffkonzentration als die p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 (die p-Typ-artige sechste Halbleiterschicht 81 wird nachfolgend als eine p--Typ-artige sechste Halbleiterschicht 81 bezeichnet und die p-Typ-artige siebte Halbleiterschicht 82 wird nachfolgend als eine p--Typ-artige siebte Halbleiterschicht 82 bezeichnet)in den Gebieten der n--Typ-artigen vierten Halbleiterschicht 71 und der n--Typ-artigen fünften Halbleiterschicht 72 gebildet, die so gebildet sind, dass sie an die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 auf der Substratvorderoberflächenseite und der Substratrückoberflächenseite in der in 15 dargestellten achten Ausführungsform angrenzen.
  • Übrigens ist eine niederkonzentrierte n-Typ-artige (n--Typ) achte Halbleiterschicht 83 (nachfolgend als eine n--Typ-artige achte Halbleiterschicht 83 bezeichnet) mit einer kleinen Filmdicke zwischen der p--Typ-artigen sechsten Halbleiterschicht 81 und der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 eingefügt. Jedoch kann diese n--Typ-artige achte Halbleiterschicht 83 mit der p--Typ-artigen sechsten Halbleiterschicht 81 ersetzt werden.
  • Außerdem ist eine niederkonzentrierte n-Typ-artige (n--Typ) neunte Halbleiterschicht 84 (nachfolgend als eine n--Typ-artige neunte Halbleiterschicht 84 bezeichnet) auf der Innenseite in der planaren Richtung der p--Typ-artigen siebten Halbleiterschicht 82 gebildet. Jedoch kann diese n--Typ-artige neunte Halbleiterschicht 84 mit der p--Typ-artigen siebten Halbleiterschicht 82 ersetzt werden.
  • Ein Fotodiodenarray 1 gemäß der neunten Ausführungsform, wobei das Fotodiodenarray in 21 dargestellt ist, entspricht einem Konfigurationsbeispiel gemäß der achten Ausführungsform, wobei das Konfigurationsbeispiel in 16 dargestellt ist. Die n--Typ-artigen vierten Halbleiterschichten 71 und die n--Typ-artigen fünften Halbleiterschichten 72, die so gebildet sind, dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Vorderoberflächenseite und der Rückoberflächenseite des Substrats in 16 angrenzen, sind mit p--Typ-artigen sechsten Halbleiterschichten 81 und p--Typ-artigen siebten Halbleiterschichten 82 und n--Typ-artigen achten Halbleiterschichten 83 und n--Typ-artigen neunten Halbleiterschichten 84 in 21 ersetzt.
  • Ein Fotodiodenarray 1 gemäß der neunten Ausführungsform, wobei das Fotodiodenarray in 22 dargestellt ist, entspricht einem Konfigurationsbeispiel gemäß der achten Ausführungsform, wobei das Konfigurationsbeispiel in 17 dargestellt ist. Die n- -Typ-artigen vierten Halbleiterschichten 71 und die n--Typ-artigen fünften Halbleiterschichten 72, die so gebildet sind, dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Vorderoberflächenseite und der Rückoberflächenseite des Substrats in 17 angrenzen, sind mit p--Typ-artigen sechsten Halbleiterschichten 81 und p--Typ-artigen siebten Halbleiterschichten 82 und n--Typ-artigen achten Halbleiterschichten 83 und n--Typ-artigen neunten Halbleiterschichten 84 in 22 ersetzt.
  • Ein Fotodiodenarray 1 gemäß der neunten Ausführungsform, wobei das Fotodiodenarray in 23 dargestellt ist, entspricht einem Konfigurationsbeispiel gemäß der achten Ausführungsform, wobei das Konfigurationsbeispiel in 18 dargestellt ist. Die n--Typ-artigen vierten Halbleiterschichten 71 und die n--Typ-artigen fünften Halbleiterschichten 72, die so gebildet sind, dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Vorderoberflächenseite und der Rückoberflächenseite des Substrats in 18 angrenzen, sind mit p--Typ-artigen sechsten Halbleiterschichten 81 und p--Typ-artigen siebten Halbleiterschichten 82 und n--Typ-artigen achten Halbleiterschichten 83 und n--Typ-artigen neunten Halbleiterschichten 84 in 23 ersetzt. Übrigens sind in 23 die n--Typ-artigen neunten Halbleiterschichten 84 als n--Typ-artige dritte Halbleiterschichten 61 des gleichen Typs und der gleichen Konzentration dargestellt.
  • Ein Fotodiodenarray 1 gemäß der neunten Ausführungsform, wobei das Fotodiodenarray in 24 dargestellt ist, entspricht einem Konfigurationsbeispiel gemäß der achten Ausführungsform, wobei das Konfigurationsbeispiel in 19 dargestellt ist. Die n--Typ-artigen vierten Halbleiterschichten 71, die so gebildet sind, dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Vorderoberflächenseite des Substrats in 19 angrenzen, sind mit p--Typ-artigen sechsten Halbleiterschichten 81 in 24 ersetzt.
  • Übrigens können, wie in 20, in 21 bis 23 die n--Typ-artigen achten Halbleiterschichten 83 und die --Typ-artigen neunten Halbleiterschichten 84 mit den p--Typ-artigen sechsten Halbleiterschichten 81 bzw. den p--Typ-artigen siebten Halbleiterschichten 82 ersetzt werden.
  • Gemäß der neunten Ausführungsform aus 21 bis 24 ist eine p--Typ-artige sechste Halbleiterschicht 81 mit geringerer Fremdstoffkonzentration als eine n+-Typartige zweite Halbleiterschicht 22 zwischen der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 und der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet. Dementsprechend wird vermieden, dass eine Grenzfläche zwischen einer p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 und der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22, die ein Hohes-Feld-Gebiet 25 bilden, die vordere Oberfläche des Halbleitersubstrats kontaktiert. Es ist daher möglich, eine Vervielfältigung eines Dunkelstroms, der in der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats auftritt, zu unterdrücken.
  • Eine p--Typ-artige siebte Halbleiterschicht 82 mit geringerer Fremdstoffkonzentration als die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 ist zwischen der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 und der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet. Dementsprechend wird vermieden, dass die Grenzfläche zwischen der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 und der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22, die das Hohes-Feld-Gebiet 25 bilden, die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats kontaktiert. Es ist daher möglich, eine Vervielfältigung eines Dunkelstroms, der in der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats auftritt, zu unterdrücken.
  • <Zehnte Ausführungsform>
  • 25 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer zehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 25 ist eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1. B aus 25 ist eine Schnittansicht des Halbleitersubstrats des Fotodiodenarrays 1. A aus 25 ist eine Draufsicht der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats in der Schnittansicht aus B aus 25, wobei die untere Oberfläche der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats entspricht. B aus 25 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X aus A aus 25.
  • Bei der in 25 dargestellten zehnten Ausführungsform ist eine Konzentrationsverteilung innerhalb des Gebiets einer n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 im Vergleich zu der in 21 dargestellten neunten Ausführungsform verschieden.
  • Insbesondere ist bei der in 21 dargestellten neunten Ausführungsform die Fremdstoffkonzentration innerhalb des Gebiets der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 gleichmäßig gebildet.
  • Andererseits nimmt bei der zehnten Ausführungsform aus 25 die Fremdstoffkonzentration von der hinteren Oberfläche des Substrats zu der vorderen Oberfläche des Substrats in einer Substrattiefenrichtung zu und wird die Fremdstoffkonzentration eines Kathodenkontakts 23 an der vorderen Oberfläche des Substrats. Außerdem nimmt die Fremdstoffkonzentration in der planaren Richtung orthogonal zu der Substrattiefenrichtung von dem zentralen Teil des Pixels zu einer Pixelgrenze zu und wird zu einer ausreichend hohen Konzentration zum Bilden eines Hohes-Feld-Gebiets 25 an der Grenzfläche zwischen der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 und der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22.
  • Wenn ein Potentialgradient in der planaren Richtung gebildet ist, kann eine durch fotoelektrische Umwandlung von einfallendem Licht erzeugte Ladung effizient in dem Hohes-Feld-Gebiet 25 gefangen werden, wie bei der in 7 dargestellten vierten Ausführungsform und dergleichen.
  • Außerdem kann, wenn ein Potentialgradient in der Substrattiefenrichtung gebildet wird, eine Ladung, die in dem Hohes-Feld-Gebiet 25 multipliziert wird, effizient in dem Kathodenkontakt 23 gesammelt werden.
  • <Elfte Ausführungsform>
  • 26 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer elften Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • Die elfte Ausführungsform wird im Vergleich mit der in 20 bis 24 beschriebenen neunten Ausführungsform beschrieben.
  • In dem Fotodiodenarray 1 gemäß der elften Ausführungsform, die in 26 dargestellt ist, sind die p--Typ-artigen siebten Halbleiterschichten 82 und die n--Typ-artigen neunten Halbleiterschichten 84, die so gebildet sind, dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Rückoberflächenseite des Substrats in der in 20 dargestellten neunten Ausführungsform angrenzen, mit niederkonzentrierten n-Typ-artigen (n--Typ-artig) zehnten Halbleiterschichten 91 (nachfolgend als n--Typ-artige zehnte Halbleiterschichten 91 bezeichnet) ersetzt. Die n--Typ-artigen zehnten Halbleiterschichten 91 sind mit einer größeren Dicke in einer Substrattiefenrichtung als die p--Typ-artigen siebten Halbleiterschichten 82 und die n--Typ-artigen neunten Halbleiterschichten 84 in 20 gebildet. Das Gebiet jedes Hohes-Feld-Gebiets 25 ist entsprechend mit einer kurzen Länge in der Substrattiefenrichtung gebildet.
  • Wenn das Gebiet des Hohes-Feld-Gebiets 25 dementsprechend mit einer kurzen Länge in der Substrattiefenrichtung gebildet ist und von der vorderen Oberfläche des Substrats und der hinteren Oberfläche des Substrats separiert ist, wird vermieden, dass eine Grenzfläche zwischen der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 und der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22, die das Hohes-Feld-Gebiet 25 bilden, die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats kontaktiert. Es ist daher möglich, eine Vervielfältigung eines Dunkelstroms, der in der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats auftritt, zu unterdrücken.
  • Ein Fotodiodenarray 1 gemäß der elften Ausführungsform, die in 27 dargestellt ist, entspricht einem Konfigurationsbeispiel gemäß der neunten Ausführungsform, wobei das Konfigurationsbeispiel in 21 dargestellt ist. Die p--Typ-artigen siebten Halbleiterschichten 82 und die n--Typ-artigen neunten Halbleiterschichten 84, die so gebildet sind, dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Rückoberflächenseite des Substrats in 21 angrenzen, sind mit n--Typ-artigen zehnten Halbleiterschichten 91 in 27 ersetzt. Außerdem sind die Separationsteile 43, die an Grenzen zwischen Pixeln 10 gebildet sind, von der Vorderoberflächenseite des Substrats gebildet, so dass sie der Länge in der Substrattiefenrichtung der Gebiete der Hohes-Feld-Gebiete 25 entsprechen.
  • Ein Fotodiodenarray 1 gemäß der elften Ausführungsform, die in 28 dargestellt ist, entspricht einem Konfigurationsbeispiel gemäß der neunten Ausführungsform, wobei das Konfigurationsbeispiel in 22 dargestellt ist. Die Separationsteile 43, die an Grenzen zwischen Pixeln 10 in 22 gebildet sind, sind von der Rückoberflächenseite des Substrats gebildet, so dass sie der Länge in der Substrattiefenrichtung der Gebiete der Hohes-Feld-Gebiete 25 in 28 entsprechen.
  • Ein Fotodiodenarray 1 gemäß der elften Ausführungsform, die in 29 dargestellt ist, entspricht einem Konfigurationsbeispiel gemäß der neunten Ausführungsform, wobei das Konfigurationsbeispiel in 23 dargestellt ist. Die n--Typ-artigen dritten Halbleiterschichten 61 und die p--Typ-artigen siebten Halbleiterschichten 82, die so gebildet sind, dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Rückoberflächenseite des Substrats in 23 angrenzen, sind mit n--Typ-artigen zehnten Halbleiterschichten 91 in 29 ersetzt. Außerdem sind die Separationsteile 43, die an Grenzen zwischen Pixeln 10 gebildet sind, von der Vorderoberflächenseite des Substrats gebildet, so dass sie der Länge in der Substrattiefenrichtung der Gebiete der Hohes-Feld-Gebiete 25 entsprechen.
  • Ein Fotodiodenarray 1 gemäß der elften Ausführungsform, die in 30 dargestellt ist, entspricht einem Konfigurationsbeispiel gemäß der neunten Ausführungsform, wobei das Konfigurationsbeispiel in 24 dargestellt ist. Die n--Typ-artigen fünften Halbleiterschichten 72, die so gebildet sind, dass sie an die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 auf der Rückoberflächenseite des Substrats in 23 angrenzen, sind mit p--Typ-artigen siebten Halbleiterschichten 82 in 30 ersetzt. Außerdem sind die Separationsteile 43, die an Grenzen zwischen Pixeln 10 gebildet sind, von der Rückoberflächenseite des Substrats gebildet, so dass sie der Länge in der Substrattiefenrichtung der Gebiete der Hohes-Feld-Gebiete 25 entsprechen.
  • Gemäß der elften Ausführungsform aus 26 bis 30 ist das Gebiet des Hohes-Feld-Gebiets 25 mit einer kurzen Länge in der Substrattiefenrichtung gebildet und ist von der vorderen Oberfläche des Substrats und der hinteren Oberfläche des Substrats separiert. Dementsprechend wird vermieden, dass die Grenzfläche zwischen der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 und der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22, die das Hohes-Feld-Gebiet 25 bilden, die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats kontaktiert. Es ist daher möglich, eine Vervielfältigung eines Dunkelstroms, der in der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats auftritt, zu unterdrücken. Je kleiner die Fläche des Gebiets des Hohes-Feld-Gebiets 25 wird, desto mehr kann die DCR verbessert werden. Die DCR kann daher verbessert werden.
  • <Zwölfte Ausführungsform>
  • Eine zwölfte bis eine fünfzehnte Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf 31 bis 38 beschrieben werden, repräsentieren Konfigurationsbeispiele, in denen OCLs (On Chip Lens - On-Chip-Linse) zu einer Lichteinfallsoberflächenseite hinzugefügt sind. Wie für eine Konfiguration innerhalb eines Halbleitersubstrats in 31 bis 38 erfolgt eine Beschreibung, indem ein Beispiel genommen wird, bei dem eine Konfiguration gemäß der neunten Ausführungsform, wobei die Konfiguration in 21 dargestellt ist, angenommen wird. Jedoch können die Konfigurationen der anderen Ausführungsformen ebenfalls angenommen werden.
  • 31 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer zwölften Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 31 ist eine Draufsicht der Vorderoberflächenseite eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1. B aus 31 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X aus A aus 31.
  • Bei der zwölften Ausführungsform aus 31 sind OCLs 101 in Einheiten eines Pixels auf der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats gebildet, auf der eine Verdrahtungsschicht 102 gebildet ist. Folglich ist das Fotodiodenarray 1 aus 31 ein Beispiel für einen Vorderoberflächenbestrahlungstyp, bei dem eine Lichteinfallsoberfläche die vordere Oberfläche des Halbleitersubstrats ist. Übrigens stellt die Draufsicht aus A aus 31 nicht die Verdrahtungsschicht 102 dar.
  • Wenn die OCLs 101 dementsprechend auf der Lichteinfallsoberflächenseite gebildet werden, kann einfallendes Licht effizient in den Hohes-Feld-Gebieten 25 gefangen werden, so dass eine Empfindlichkeit verbessert werden kann.
  • 32 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration eines Fotodiodenarrays 1 gemäß der zwölften Ausführungsform in dem Fall des Rückoberflächenbestrahlungstyps dar.
  • Falls eine Lichteinfallsoberfläche die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats in der zwölften Ausführungsform ist, sind OCLs 101 in Einheiten eines Pixels auf der oberen Oberfläche des Films 28 mit fester Ladung auf der hinteren Oberfläche gebildet. Ein Zwischenpixel-Lichtabschirmungsfilm 103, für den ein metallisches Material, wie etwa Wolfram (W), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder dergleichen verwendet wird, ist ebenfalls auf den Pixelgrenzen auf der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet.
  • In dem Fall des Rückoberflächenbestrahlungstyps, in dem die Lichteinfallsoberfläche die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, gibt es keine Verdrahtungsschicht 102 auf einem optischen Pfad. Es ist daher möglich, eine Vignettierung von Licht durch die Verdrahtungsschicht 102 zu unterdrücken und dementsprechend eine Empfindlichkeit weiter zu verbessern.
  • <Dreizehnte Ausführungsform>
  • 33 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer dreizehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 33 ist ein Diagramm, das durch Überlagern von OCLs auf einer Draufsicht der Vorderoberflächenseite eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1 erhalten wird. B aus 33 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X aus A aus 33.
  • Die dreizehnte Ausführungsform aus 33 ist ein Beispiel für den Rückoberflächenbestrahlungstyp, bei dem die Lichteinfallsoberfläche die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats ist. Die dreizehnte Ausführungsform aus 33 weist eine von jener der zwölften Ausführungsform des Rückoberflächenbestrahlungstyps, die in 32 dargestellt ist, verschiedene OCL-Konfiguration auf.
  • Obwohl eine OCL 101 für ein Pixel in der zwölften Ausführungsform aus 32 gebildet ist, sind insbesondere vier 2×2(zwei Zeilen und zwei Spalten)-OCLs 111 für ein Pixel in der dreizehnten Ausführungsform aus 33 gebildet.
  • Wenn mehrere OCLs 111 dementsprechend für ein Pixel gebildet werden, kann einfallendes Licht in den Hohes-Feld-Gebieten 25 gesammelt werden, die in den Umgebungen von Pixelgrenzen gebildet sind. Das heißt, das einfallende Licht kann effektiv in den Hohes-Feld-Gebieten 25 gefangen werden und daher kann eine Empfindlichkeit verbessert werden.
  • Obwohl 33 ein Beispiel repräsentiert, bei dem vier OCLs 111 für ein Pixel angeordnet sind, sind übrigens die Zahl and Anordnung von OCLs 111, die für ein Pixel angeordnet sind, nicht darauf beschränkt, sondern sind willkürlich.
  • <Vierzehnte Ausführungsform>
  • 34 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer vierzehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 34 ist ein Diagramm, das durch Überlagern von OCLs auf einer Draufsicht der Vorderoberflächenseite eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1 erhalten wird. B aus 34 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X aus A aus 34.
  • Die vierzehnte Ausführungsform aus 34 ist ein Beispiel für den Rückoberflächenbestrahlungstyp, bei dem die Lichteinfallsoberfläche die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats ist. Die vierzehnte Ausführungsform aus 34 weist eine von jener der zwölften Ausführungsform des Rückoberflächenbestrahlungstyps, die in 32 dargestellt ist, verschiedene OCL-Konfiguration auf.
  • Obwohl eine OCL 101 für ein Pixel in der zwölften Ausführungsform aus 32 gebildet ist, ist insbesondere eine OCL 121 für vier 2×2-Pixel in der vierzehnten Ausführungsform aus 34 gebildet.
  • Wenn eine OCL 121 dementsprechend für mehrere Pixel gebildet ist, kann die Fläche der Hohes-Feld-Gebiete 25 erhöht werden und daher kann eine Lichtnutzungseffizienz verbessert werden.
  • Falls das Fotodiodenarray 1 so konfiguriert ist, dass eine OCL 121 für mehrere Pixel gebildet ist, ist es übrigens zu bevorzugen, einen metallischen Film 42 nicht in einem Separationsteil 43 unterhalb einer OCL 121 zu vergraben, wie in 35 dargestellt ist. 34 und 35 unterscheiden sich voneinander nur hinsichtlich dessen, ob ein Separationsteil 43 unterhalb einer OCL 121 einen metallischen Film 42 aufweist oder nicht. In dem Fall der Anordnung, bei der eine OCL 121 für vier 2×2-Pixel gebildet ist, wie in A aus 34 dargestellt ist, ist ein metallischer Film 42 in dem Separationsteil 43 eines 2×2-Rechtecks vergraben, wobei der Separationsteil die Peripherie der OCL 121 umgibt, wohingegen der metallische Film 42 in dem Separationsteil 43 auf der Innenseite des 2×2-Rechtecks weggelassen ist, wobei sich der Separationsteil unterhalb der OCL 121 befindet. Es ist daher möglich, eine Vignettierung von Licht zu vermeiden, das durch die OCL 121 konzentriert wird.
  • 34 und 35 sind Beispiele, bei denen eine OCL 121 für vier 2×2-Pixel angeordnet ist. Jedoch sind die Zahl und Anordnung von Pixeln 10, für die eine OCL 121 angeordnet ist, nicht darauf beschränkt, sondern sind willkürlich.
  • Zum Beispiel stellt 36 ein Beispiel dar, bei dem eine OCL 121 für zwei 1×2(eine Zeile und zwei Spalten)-Pixel angeordnet ist. In diesem Fall ist die planare Form einer OCL 121 im Wesentlichen rechteckig.
  • Auch in 36 ist ein metallischer Film 42 in dem Separationsteil 43 eines Rechtecks aus 1×2 Pixel vergraben, wobei der Separationsteil die Peripherie einer OCL 121 umgibt, wohingegen der metallische Film 42 in dem Separationsteil 43 auf der Innenseite des Rechtecks aus den 1×2 Pixeln weggelassen ist, wobei sich der Separationsteil unterhalb der OCL 121 befindet. Es ist daher möglich, eine Vignettierung von Licht zu vermeiden, das durch die OCL 121 konzentriert wird.
  • Außerdem kann die planare Form von Pixeln 10, falls eine OCL 121 für mehrere Pixel angeordnet ist, eine Form außer einer quadratischen Form sein, zum Beispiel eine rechteckige Form oder eine kreisförmige Form.
  • 37 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die planare Form aus Pixeln 10 eine rechteckige Form ist und eine OCL 121 für zwei rechteckige Pixel 10 angeordnet ist. In diesem Fall ist die planare Form einer OCL 121 im Wesentlichen eine quadratische Form.
  • Auch in 37 ist ein metallischer Film 42 in dem Separationsteil 43 eines Rechtecks aus 1×2-Pixeln vergraben, wobei der Separationsteil die Peripherie einer OCL 121 umgibt, wohingegen der metallische Film 42 in dem Separationsteil 43 auf der Innenseite des Rechtecks aus den 1×2-Pixeln weggelassen ist, wobei sich der Separationsteil unterhalb der OCL 121 befindet. Es ist daher möglich, eine Vignettierung von Licht zu vermeiden, das durch die OCL 121 konzentriert wird.
  • <Fünfzehnte Ausführungsform>
  • 38 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer fünfzehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • A aus 38 ist ein Diagramm, das durch Überlagern von OCLs auf einer Draufsicht der Vorderoberflächenseite eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1 erhalten wird. B aus 38 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X aus A aus 38.
  • Die vierzehnte Ausführungsform aus 38 unterscheidet sich von der zwölften Ausführungsform aus 32 als das Fotodiodenarray 1 des Rückoberflächenbestrahlungstyps, bei dem eine OCL 101 für jede Pixel gebildet ist, hinsichtlich einer Konfiguration innerhalb der Verdrahtungsschicht 102, die auf der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats gebildet ist.
  • Insbesondere sind in der Verdrahtungsschicht 102 aus 38 Kathodenkontakte 23 miteinander verbunden und sind Anodenkontakte 24 miteinander in Einheiten von vier 2×2-Pixeln verbunden, so dass optische Signale, die aus einer fotoelektrischen Umwandlung in den vier 2×2-Pixeln resultieren, als ein Signal eines Pixels ausgegeben werden.
  • Wenn die mehreren angrenzenden Pixel dementsprechend ein Signal ausgeben, kann eine höhere Empfindlichkeit erreicht werden.
  • <Sechzehnte Ausführungsform>
  • 39 stellt ein Beispiel für eine Konfiguration einer sechzehnten Ausführungsform des Fotodiodenarrays als ein Lichtdetektionselement dar, auf das die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • Die in 39 dargestellte sechzehnte Ausführungsform ist eine Konfiguration, die durch Hinzufügen eines Ausleseschaltkreisgebiets zu der Vorderoberflächenseite des Halbleitersubstrats in einer Konfiguration gemäß der achten Ausführungsform, wobei die Konfiguration in 17 dargestellt wird, gebildet wird.
  • Insbesondere ist bei der sechzehnten Ausführungsform aus 39 eine n--Typ-artige vierte Halbleiterschicht 71 in der achten Ausführungsform, die in 17 dargestellt ist, erweitert und ist eine Wanne 151 eines zu der n--Typ-artigen vierten Halbleiterschicht 71 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (p-Typ) und mit geringer Fremdstoffkonzentration (wobei die Wanne nachfolgend als eine p--Typ-Wanne 151 bezeichnet wird) innerhalb der n--Typ-artigen vierten Halbleiterschicht 71 gebildet. Ein Transistor Tr1, der aus zwei Source/Drain-Gebieten 152 und einer Gate-Elektrode 153 besteht, ist in der p--Typ-Wanne 151 gebildet. Eines der zwei Source/Drain-Gebiete 152 ist mit einem Kathodenkontakt 23 auf einer rechten Seite in der Figur verbunden. Ein Kathodenkontakt 23 auf einer linken Seite in der Figur ist mit einem Transistor Tr1 einer p--Typ-Wanne 151 verbunden, was in der Figur nicht dargestellt ist.
  • Dementsprechend kann vertikales Stapeln des Ausleseschaltkreisgebiets, das aus mehreren Transistoren besteht, und von Hohes-Feld-Gebieten 25 in einer Substrattiefenrichtung eine Flächennutzungseffizienz verbessern und eine Pixelgröße im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der das Ausleseschaltkreisgebiet und die Hohes-Feld-Gebiete 25 in der planaren Richtung angeordnet sind, reduzieren.
  • Das Ausleseschaltkreisgebiet kann von mehreren Pixeln geteilt werden.
  • 40 stellt ein Konfigurationsbeispiel in einem Fall dar, in dem das Ausleseschaltkreisgebiet von mehreren Pixeln geteilt wird.
  • A aus 40 ist eine Schnittansicht eines Halbleitersubstrats eines Fotodiodenarrays 1, falls ein Ausleseschaltkreisgebiet von mehreren Pixeln geteilt wird. B aus 40 ist eine Draufsicht des Fotodiodenarrays 1, falls das Ausleseschaltkreisgebiet von den mehreren Pixeln geteilt wird. Die Schnittansicht aus A aus 40 entspricht einem Teil, der durch langkurz-gestrichelte Linien in B aus 40 angegeben ist.
  • Wie in A aus 40 dargestellt, ist eines der zwei Source/Drain-Gebiete 152 des Transistors Tr1 in 39 mit einer n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 ersetzt und eine Pinning-Schicht 171 zum Unterdrücken eines Dunkelstroms ist auf der oberen Oberfläche der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 gebildet. Die Pinning-Schicht 171 ist durch eine Halbleiterschicht des p-Typs als ein Leitfähigkeitstyp, der entgegengesetzt zu jenem der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschicht 22 ist, gebildet. Schalten wird zwischen einer Signalakkumulation und einem Auslesen für die n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22 durch Steuern einer Spannung durchgeführt, die an die Gate-Elektrode 153 des Transistors Tr1 geliefert wird.
  • Wie in B aus 40 dargestellt, ist der Transistor Tr1 in einem zentralen Teil aus vier 2×2(zwei Zeilen und zwei Spalten)-Pixeln angeordnet und wird von den vier Pixeln geteilt. Außerdem sind Anodenkontakte 24 an vier Ecken von acht 4×2(vier Zeilen und zwei Spalten)-Pixeln angeordnet und ein Kontakt 172, der die Spannung einer p--Typ-Wanne 151 steuert, ist in einem zentralen Teil der acht 4×2-Pixel angeordnet. Eine vorbestimmte Spannung, wie etwa zum Beispiel null V oder dergleichen, wird an den Kontakt 172 geliefert. Mehrere Steuertransistoren Tr2 außer dem Transistor Tr1 zum Signalauslesen sind in dem Außenperipherieteil der acht 4×2-Pixel angeordnet.
  • Dementsprechend kann das Teilen des Ausleseschaltkreisgebiets zwischen den mehreren Pixeln in der Konfiguration, in der das Ausleseschaltkreisgebiet und die Hohes-Feld-Gebiete 25 vertikal in einer Substrattiefenrichtung gestapelt sind, eine Flächennutzungseffizienz weiter verbessern und eine Pixelgröße reduzieren.
  • <Erstes Herstellungsverfahren>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 41 eine Beschreibung ein erstes Herstellungsverfahren zum Bilden von p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 in dem Halbleitersubstrat eines Fotodiodenarrays 1 beinhalten. Das erste Herstellungsverfahren kann zum Beispiel auf die in 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsform angewandt werden.
  • Zuerst wird eine Wanne 211 eines n+-Typs (die Wanne wird nachfolgend als eine n+-Typ-Wanne 211 bezeichnet) durch mehrmaliges Durchführen einer Ionenimplantation eines n-Typ-Fremdstoffs, wie etwa von Phosphor (P) oder dergleichen, in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet.
  • Als Nächstes werden p+-Typ-artige erste Halbleiterschichten 21 durch mehrmaliges Durchführen einer Ionenimplantation eines p-Typ-Fremdstoffs, wie etwa von Bor (B) oder dergleichen, in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet, indem eine Maske 212, die gemäß Gebieten zum Bilden der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 strukturiert ist, verwendet wird.
  • Die Gebiete, in denen die p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 gebildet sind, entsprechen Außenperipherieteilen an den Grenzen von Pixeln 10 und in den Umgebungen von diesen, wie zum Beispiel in der Draufsicht aus A aus 1. Gebiete der n+-Typ-Wanne 211 außer den gebildeten p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 werden zu n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22. Folglich können die Hohes-Feld-Gebiete 25 in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet werden.
  • Bei dem Verfahren zum Bilden der n+-Typ-Wanne 211 und der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 durch mehrmaliges Durchführen einer Ionenimplantation in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats treten Konzentrationsunterschiede in der Tiefenrichtung in den jeweiligen Gebieten der n+-Typ-Wanne 211 und der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 auf, wie in 41 durch Schraffierung angegeben ist. Die Fremdstoffkonzentration der n+-Typ-Wanne 211 wird bevorzugt so gesteuert, dass sie zum Beispiel näherungsweise 1015 bis 1017 /cm3 beträgt. Außerdem ist die Fremdstoffkonzentration der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 bevorzugt eine höhere Konzentration als die Fremdstoffkonzentration der n+-Typ-Wanne 211.
  • Anschließend wird eine p+-Typ-artige erste Halbleiterschicht 21 in einem gesamten Gebiet einer Rückoberflächenseitengrenzfläche durch Durchführen einer Ionenimplantation des p-Typ-Fremdstoffs in dem gesamten Gebiet der Rückoberflächenseitengrenzfläche gebildet. Übrigens kann die Ionenimplantation des p-Typ-Fremdstoffs durch Verwenden einer Maske anstatt in dem gesamten Gebiet der Rückoberflächenseitengrenzfläche nur in den Gebieten der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 durchgeführt werden. Alternativ dazu werden, wie in 2 dargestellt, falls ein Film 28 mit fester Ladung zum Unterdrücken eines Dunkelstroms auf der Rückoberflächenseitengrenzfläche gebildet ist, positive Löcher in dem Film 28 mit fester Ladung akkumuliert und daher kann der Film 28 mit fester Ladung zusätzlich gebildet werden, ohne dass die p+-Typ-artige erste Halbleiterschicht 21 in dem gesamten Gebiet der Rückoberflächenseitengrenzfläche gebildet ist.
  • Als Nächstes werden Kathodenkontakte 23 und Anodenkontakte 24 auf der Vorderoberflächenseitengrenzfläche des Halbleitersubstrats gebildet.
  • Die p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 können wie oben beschrieben gebildet werden.
  • <Zweites Herstellungsverfahren>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 42 eine Beschreibung eines zweiten Herstellungsverfahrens zum Bilden von p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 in dem Halbleitersubstrat eines Fotodiodenarrays 1 erfolgen. Das zweite Herstellungsverfahren ist auf einen Fall anwendbar, in dem Separationsteile 43 an den Grenzen von Pixeln 10, wie bei der zweiten Ausführungsform aus 3, bereitgestellt sind.
  • Zuerst wird eine Wanne 221 eines n+-Typs (die Wanne wird nachfolgend als eine n+-Typ-Wanne 221 bezeichnet) durch mehrmaliges Durchführen einer Ionenimplantation eines n-Typ-Fremdstoffs, wie etwa von Phosphor (P) oder dergleichen, in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet.
  • Als Nächstes werden Oxidfilme 222, die p-Typ-Ionen beinhalten, in der Substrattiefenrichtung in Gebieten, die Außenperipherieteilen an den Grenzen von Pixeln 10 und in den Umgebungen von diesen innerhalb der n+-Typ-Wanne 221 entsprechen, vergraben und p+-Typ-artige erste Halbleiterschichten 21 werden durch thermische Diffusion gebildet. Gebiete der n+-Typ-Wanne 221 außer den gebildeten p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 werden zu n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22. Folglich können die Hohes-Feld-Gebiete 25 in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet werden.
  • Die Fremdstoffkonzentration der n+-Typ-Wanne 221 wird bevorzugt so gesteuert, dass sie zum Beispiel näherungsweise 1015 bis 1017/cm3 beträgt. Außerdem ist die Fremdstoffkonzentration der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 bevorzugt eine höhere Konzentration als die Fremdstoffkonzentration der n+-Typ-Wanne 221. Die p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21, die durch thermische Diffusion gebildet werden, können darin auftretende Konzentrationsunterschiede in der horizontalen Richtung orthogonal zu der Substrattiefenrichtung innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem eine Ladungsträgerbewegung nicht beeinflusst wird.
  • Anschließende Prozesse sind jenen des ersten Herstellungsverfahrens ähnlich, das unter Bezugnahme auf 41 beschrieben ist.
  • Insbesondere wird ein p-Typ-Fremdstoff in das gesamte Gebiet einer Rückoberflächenseitengrenzfläche oder nur in den Gebieten der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 ionenimplantiert und dadurch wird eine p+-Typ-artige erste Halbleiterschicht 21 in dem gesamten Gebiet der Rückoberflächenseitengrenzfläche gebildet. Alternativ dazu wird der Prozess des Bildens der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschicht 21 in dem gesamten Gebiet der Rückoberflächenseitengrenzfläche ausgelassen und wird ein Film 28 mit fester Ladung auf einer Rückoberflächengrenzfläche gebildet. Außerdem werden Kathodenkontakte 23 und Anodenkontakte 24 auf der Vorderoberflächenseitengrenzfläche des Halbleitersubstrats gebildet.
  • Die Oxidfilme 222 werden wie sie sind als Isolationsfilme 41 belassen, die die Separationsteile 43 darstellen. Des Weiteren wird, falls metallische Filme 42 auf den Innenseiten der Isolationsfilme 41 als die Separationsteile 43 bereitgestellt werden, ein Teil der Oxidfilme 222 als die Isolationsfilme 41 geöffnet und ein metallisches Material wird darin vergraben.
  • <Drittes Herstellungsverfahren>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 43 eine Beschreibung eines dritten Herstellungsverfahrens zum Bilden von p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 in dem Halbleitersubstrat eines Fotodiodenarrays 1 erfolgen. Das dritte Herstellungsverfahren ist ebenfalls ein Herstellungsverfahren in einem Fall, in dem Separationsteile 43 an den Grenzen von Pixeln 10 bereitgestellt werden.
  • Bei dem unter Bezugnahme auf 42 beschriebenen zweiten Herstellungsverfahren wird eine n+-Typ-Wanne 221 zuerst durch mehrmaliges Durchführen einer Ionenimplantation eines n-Typ-Fremdstoffs, wie etwa von Phosphor (P) oder dergleichen, in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet. Das dritte Herstellungsverfahren verwendet ein n-Typ(n+)-Halbleitersubstrat 231 mit hoher Konzentration anstelle des Bildens der n+-Typ-Wanne 221 in dem Halbleitersubstrat. Das Verfahren ist ansonsten dem unter Bezugnahme auf 41 beschriebenen zweiten Herstellungsverfahren ähnlich.
  • Die Fremdstoffkonzentration des n+-Typ-Halbleitersubstrats 231 wird bevorzugt so gesteuert, dass sie zum Beispiel näherungsweise 1015 bis 1017 /cm3 beträgt. Die Fremdstoffkonzentration der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 ist bevorzugt eine höhere Konzentration als die Fremdstoffkonzentration des n+-Typ-Halbleitersubstrats 231. Die p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21, die durch thermische Diffusion gebildet werden, weisen darin auftretende Konzentrationsunterschiede in der horizontalen Richtung orthogonal zu der Substrattiefenrichtung innerhalb eines Bereichs auf, in dem eine Ladungsträgerbewegung nicht beeinflusst wird.
  • Anschließende Prozesse sind jenen des ersten Herstellungsverfahrens ähnlich, das unter Bezugnahme auf 41 beschrieben ist.
  • <Viertes Herstellungsverfahren>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 44 eine Beschreibung eines vierten Herstellungsverfahrens zum Bilden von p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 in dem Halbleitersubstrat eines Fotodiodenarrays 1 erfolgen. Das vierte Herstellungsverfahren ist ebenfalls ein Herstellungsverfahren in einem Fall, in dem Separationsteile 43 an den Grenzen von Pixeln 10 bereitgestellt werden.
  • Zuerst werden erste Oxidfilme 262, die n-Typ-Ionen beinhalten, in einer Substrattiefenrichtung in Gebieten, die Außenperipherieteilen an den Grenzen von Pixeln 10 und in den Umgebungen von diesen in einem Halbleitersubstrat 261 entsprechen, vergraben und n+-Typ-Halbleiterschichten 263 werden durch thermische Diffusion gebildet.
  • Als Nächstes werden die gebildeten ersten Oxidfilme 262, die die n-Typ-Ionen beinhalten, entfernt. Zweite Oxidfilme 264, die p-Typ-Ionen beinhalten, werden in den Teilen vergraben, von denen die ersten Oxidfilme 262 entfernt werden, und p+-Typ-Halbleiterschichten 21 werden durch thermische Diffusion gebildet. Die Gebiete der n+-Typ-Halbleiterschichten 263 außer den gebildeten p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 werden zu n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22. Folglich können die Hohes-Feld-Gebiete 25 in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet werden.
  • Die Fremdstoffkonzentration der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 wird bevorzugt so gesteuert, dass sie zum Beispiel näherungsweise 1015 bis 1017 /cm3 beträgt. Die Fremdstoffkonzentration der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 ist bevorzugt eine höhere Konzentration als die Fremdstoffkonzentration der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22. Die p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22, die durch thermische Diffusion gebildet werden, können darin auftretende Konzentrationsunterschiede in der horizontalen Richtung orthogonal zu der Substrattiefenrichtung innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem eine Ladungsträgerbewegung nicht beeinflusst wird.
  • Anschließende Prozesse sind jenen des ersten Herstellungsverfahrens ähnlich, das unter Bezugnahme auf 41 beschrieben ist.
  • <Fünftes Herstellungsverfahren>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 45 eine Beschreibung eines fünften Herstellungsverfahrens zum Bilden von p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 in dem Halbleitersubstrat eines Fotodiodenarrays 1 erfolgen. Das fünfte Herstellungsverfahren ist ebenfalls ein Herstellungsverfahren in einem Fall, in dem Separationsteile 43 an den Grenzen von Pixeln 10 bereitgestellt werden.
  • Zuerst werden erste Oxidfilme 262, die n-Typ-Ionen beinhalten, in einer Substrattiefenrichtung in Gebieten, die Außenperipherieteilen an den Grenzen von Pixeln 10 und in den Umgebungen von diesen in einem Halbleitersubstrat 261 entsprechen, vergraben.
  • Als Nächstes werden zweite Oxidfilme 264, die p-Typ-Ionen beinhalten, in der Substrattiefenrichtung in Gebieten, die Außenperipherieteilen an den Grenzen von Pixeln 10 und in den Umgebungen von diesen in dem Halbleitersubstrat 261 entsprechen, vergraben. Die Gebiete, in denen die zweiten Oxidfilme 264, die die p-Typ-Ionen enthalten, vergraben werden, sind Gebiete, die von den Gebieten verschieden sind, in denen die ersten Oxidfilme 262, die die n-Typ-Ionen beinhalten, vergraben sind. Die Gebiete, in denen die ersten Oxidfilme 262, die die n-Typ-Ionen beinhalten, vergraben sind, und die Gebiete, in denen die zweiten Oxidfilme 264, die die p-Typ-Ionen beinhalten, vergraben sind, entsprechen jeweils den Gebieten der Isolationsfilme 41 der Separationsteile 43.
  • Als Nächstes werden p+-Typ-Halbleiterschichten 21 und n+-Typ-artige zweite Halbleiterschichten 22 durch Durchführen einer thermischen Diffusion gebildet. Folglich können die Hohes-Feld-Gebiete 25 in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats gebildet werden.
  • Die Fremdstoffkonzentration der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 wird bevorzugt so gesteuert, dass sie zum Beispiel näherungsweise 1015 bis 1017 /cm3 beträgt. Die Fremdstoffkonzentration der p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 ist bevorzugt eine höhere Konzentration als die Fremdstoffkonzentration der n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22. Die p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22, die durch thermische Diffusion gebildet werden, können darin auftretende Konzentrationsunterschiede in der horizontalen Richtung orthogonal zu der Substrattiefenrichtung innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem eine Ladungsträgerbewegung nicht beeinflusst wird.
  • Anschließende Prozesse sind jenen des ersten Herstellungsverfahrens ähnlich, das unter Bezugnahme auf 41 beschrieben ist.
  • <Sechstes Herstellungsverfahren>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 46 eine Beschreibung eines sechsten Herstellungsverfahrens zum Bilden von p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 in dem Halbleitersubstrat eines Fotodiodenarrays 1 erfolgen. Das sechste Herstellungsverfahren ist ein Herstellungsverfahren in einem Fall, in dem kegelförmige Separationsteile 43 durch Graben von der Vorderoberflächenseite des Substrats, wie bei der in 9 veranschaulichten vierten Ausführungsform, gebildet werden.
  • Zuerst werden, wie in A aus 46 veranschaulicht, Gräben 282 durch Graben zu einer vorbestimmten Tiefe von der Vorderoberflächenseite eines niederkonzentrierten n-Typ(n-)-Halbleitersubstrats 281 gebildet. Die Gräben 282 werden in einer konischen Form mit einer breiten Öffnungsfläche an einer Vorderoberflächenseite und einer schmalen Öffnungsfläche auf einer Rückoberflächenseite als ein unterer Teil gefertigt.
  • Als Nächstes werden, wie in B aus 46 veranschaulicht, n+-Typ-artige zweite Halbleiterschichten 22 entlang den Seitenoberflächen der Gräben 282 durch Durchführen einer Ionenimplantation eines n-Typ-Fremdstoffs, wie etwa von Phosphor (P) oder dergleichen, von den Seitenoberflächen der Gräben 282 gebildet.
  • Als Nächstes werden, wie in C aus 46 dargestellt, p+-Typ-artige erste Halbleiterschichten 21 durch durchführen einer Ionenimplantation eines p-Typ-Fremdstoffs, wie etwa von Bor (B) oder dergleichen, innerhalb eines flacheren Substrats als die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 von den Seitenoberflächen der Gräben 282 gebildet. Ein elektrisches Feld kann einfacherer durch Durchführen einer flachen Implantation durch zum Beispiel Plasmadotierung als die Ionenimplantation bereitgestellt werden.
  • Als Nächstes werden, wie in D aus 46 dargestellt, Separationsteile 43 durch Vergraben von Oxidfilmen 41 innerhalb der Gräben 282 gebildet. Falls metallische Filme 42 ebenfalls als die Separationsteile 43 bereitgestellt werden, wird ein Teil der Oxidfilme 41 geöffnet und werden die metallischen Filme 42 vergraben, nachdem die Oxidfilme 41 vergraben wurden.
  • Anschließende Prozesse sind jenen des ersten Herstellungsverfahrens ähnlich, das unter Bezugnahme auf 41 beschrieben ist.
  • <Siebtes Herstellungsverfahren>
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 47 und 48 eine Beschreibung eines siebten Herstellungsverfahrens zum Bilden von p+-Typ-artigen ersten Halbleiterschichten 21 und n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 in dem Halbleitersubstrat eines Fotodiodenarrays 1 erfolgen. Das siebte Herstellungsverfahren ist ein Herstellungsverfahren in einem Fall, in dem kegelförmige Separationsteile 43 durch Graben von der Rückoberflächenseite des Substrats, wie bei der in 24 veranschaulichten neunten Ausführungsform, gebildet werden.
  • Falls die kegelförmigen Separationsteile 43 durch Graben von der Rückoberflächenseite des Substrats gebildet werden, wie zum Beispiel in A aus 47 dargestellt ist, werden Kathodenkontakte 23, Anodenkontakte 24 und p--Typ-artige sechste Halbleiterschichten 81 auf den Peripherien der Anodenkontakte 24 oder dergleichen zuerst auf der Vorderoberflächenseite eines niederkonzentrierten n-Typ(n-)-artigen Halbleitersubstrats 301 gebildet. Anschließend wird eine Verdrahtungsschicht 302 auf der vorderen Oberfläche des Substrats gebildet, in der die Kathodenkontakte 23 und die Anodenkontakte 24 und dergleichen gebildet sind.
  • Nachdem die Verdrahtungsschicht 302 gebildet wurde, wie in B aus 47 dargestellt ist, wird das Halbleitersubstrat 301 vertikal umgedreht und werden Gräben 311 von der Rückoberflächenseite des Halbleitersubstrats 301 bis zu einer vorbestimmten Tiefe gebildet.
  • Als Nächstes werden, wie in C aus 47 veranschaulicht, n+-Typ-artige zweite Halbleiterschichten 22 durch Durchführen einer Ionenimplantation eines n-Typ-Fremdstoffs, wie etwa von Phosphor (P) oder dergleichen, von den Seitenoberflächen der Gräben 311 gebildet.
  • Als Nächstes werden, wie in A aus 48 dargestellt, p+-Typ-artige erste Halbleiterschichten 21 durch Durchführen einer Ionenimplantation eines p-Typ-Fremdstoffs, wie etwa von Bor (B) oder dergleichen, innerhalb eines flacheren Substrats als die n+-Typ-artigen zweiten Halbleiterschichten 22 von den Seitenoberflächen der Gräben 311 gebildet. Ein elektrisches Feld kann einfacherer durch Durchführen einer flachen Implantation durch zum Beispiel Plasmadotierung als die Ionenimplantation bereitgestellt werden.
  • Als Nächstes wird, wie in B aus 48 dargestellt, ein Film 29 mit fester Ladung auf den Seitenoberflächen und unteren Oberflächen der Gräben 311 und den Rückoberflächengrenzflächen des Halbleitersubstrats 301, an denen Rückoberflächengrenzflächen der Gräben 311 nicht gebildet sind, gebildet. Der Film 29 mit fester Ladung ist zum Beispiel ein Film aus HfO2, Al2O3 oder dergleichen.
  • Als Nächstes werden, wie in C aus 48 dargestellt, Oxidfilme 41 innerhalb der Gräben 311 vergraben und werden dadurch Separationsteile 43 gebildet. Falls metallische Filme 42 ebenfalls als die Separationsteile 43 bereitgestellt werden, wird ein Teil der Oxidfilme 41 geöffnet und werden die metallischen Filme 42 vergraben, nachdem die Oxidfilme 41 vergraben wurden.
  • Wie oben beschrieben, kann das Fotodiodenarray 1 mit den kegelförmigen Separationsteilen 43, die von der Rückoberflächenseite des Substrats gebildet sind, hergestellt werden.
  • <Zusammenfassung>
  • Wie oben beschrieben, beinhalten die Fotodiodenarrays 1 gemäß der ersten bis sechzehnten Ausführungsform Folgendes: mehrere Pixel 10, die in einer Form einer Matrix angeordnet sind; wobei die Pixel 10 jeweils Folgendes beinhalten: eine erste Halbleiterschicht (p+-Typ-artige erste Halbleiterschicht 21) eines ersten Leitfähigkeitstyps (zum Beispiel eines p-Typs), wobei die erste Halbleiterschicht in einem Außenperipherieteil in einer Nähe einer Pixelgrenze gebildet ist, und eine zweite Halbleiterschicht (n+-Typartige zweite Halbleiterschicht 22) eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps (zum Beispiel eines n-Typs), wobei die zweite Halbleiterschicht auf einer Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht gebildet ist, ein Hohes-Feld-Gebiet 25, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, das dazu konfiguriert ist, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden.
  • Weil das Hohes-Feld-Gebiet 25 in der Substrattiefenrichtung (vertikalen Richtung) gebildet wird, kann das Hohes-Feld-Gebiet 25 in einem kleinen Bereich in der planaren Richtung gebildet werden, ohne dass irgendein Schutzring bereitgestellt wird, so dass eine Pixelgröße reduziert werden kann.
  • Des Weiteren kann, falls ein Separationsteil 43 an der Pixelgrenze in dem Fotodiodenarray 1 gebildet wird, elektrisches und optisches Nebensprechen reduziert werden.
  • Die erste Halbleiterschicht (p+-Typ-artige erste Halbleiterschicht 21) des ersten Leitfähigkeitstyps (zum Beispiel des p-Typs) und die zweite Halbleiterschicht (n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht 22) des zweiten Leitfähigkeitstyps (zum Beispiel des n-Typs), wobei das Hohes-Feld-Gebiet 25 durch die Halbleiterschichten in der Tiefenrichtung des Substrats gebildet wird, können durch Verwenden von einem des vorhergehenden ersten bis siebten Herstellungsverfahrens gebildet werden.
  • Die Fotodiodenarrays 1 mit darin in der Form einer Matrix angeordneten APDs, wobei das Hohes-Feld-Gebiet 25 in den APDs in der Substrattiefenrichtung (vertikalen Richtung) gebildet werden kann, können zum Beispiel in einem Photonenzähler und einem Lichtempfangselement eines TOF(Time of Flight - Laufzeit)-Sensors verwendet werden.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Technologie sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern sind für verschiedene Änderungen empfänglich, ohne von der Idee der vorliegenden Technologie abzuweichen.
  • Zum Beispiel ist es möglich, Modi zu nutzen, bei denen alle oder ein Teil der mehreren oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.
  • Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Beschreibung beschriebene Effekte lediglich veranschaulichend sind und nicht beschränkt sind, und es kann andere Effekte als jene geben, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind.
  • Übrigens kann die vorliegende Technologie auch die folgenden Konfigurationen annehmen.
    • (1) Ein Lichtdetektionselement, das Folgendes beinhaltet:
      • mehrere Pixel, die in einer Form einer Matrix angeordnet sind;
      • wobei die Pixel jeweils Folgendes beinhalten:
        • eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die erste Halbleiterschicht in einem Außenperipherieteil in einer Nähe einer Pixelgrenze gebildet ist, und
        • eine zweite Halbleiterschicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die zweite Halbleiterschicht auf einer Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht gebildet ist,
      • ein Hohes-Feld-Gebiet, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, das dazu konfiguriert ist, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden.
    • (2) Das Lichtdetektionselement gemäß (1) oben, das ferner Folgendes beinhaltet:
      • einen Separationsteil, der angrenzende Pixel voneinander an einer Pixelgrenze isoliert und separiert, wobei
      • das Hohes-Feld-Gebiet dazu konfiguriert ist, angrenzend an den Separationsteil gebildet zu werden.
    • (3) Das Lichtdetektionselement gemäß (1) oder (2) oben, das ferner Folgendes beinhaltet:
      • eine dritte Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf einer Innenseite der zweiten Halbleiterschicht in einer Draufsicht, wobei die dritte Halbleiterschicht eine niedrigere Fremdstoffkonzentration als die zweite Halbleiterschicht aufweist.
    • (4) Das Lichtdetektionselement gemäß einem von (1) bis (3) oben, wobei die zweite Halbleiterschicht einen Potentialgradienten aufweist, so dass eine Fremdstoffkonzentration zu einer vorderen Oberfläche des Substrats hin zunimmt.
    • (5) Das Lichtdetektionselement gemäß einem von (1) bis (4) oben, das ferner Folgendes beinhaltet:
      • eine vierte Halbleiterschicht einer niedrigen Fremdstoffkonzentration und des ersten Leitfähigkeitstyps oder des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht in der Tiefenrichtung des Substrats angrenzt.
    • (6) Das Lichtdetektionselement gemäß (5) oben, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht auf einer Vorderoberflächenseite des Substrats angrenzt und von dem zweiten Leitfähigkeitstyp ist.
    • (7) Das Lichtdetektionselement gemäß (5) oder (6) oben, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht auf einer Rückoberflächenseite des Substrats angrenzt und von dem zweiten Leitfähigkeitstyp ist.
    • (8) Das Lichtdetektionselement gemäß (5) oben, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht auf einer Vorderoberflächenseite des Substrats angrenzt und von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist.
    • (9) Das Lichtdetektionselement gemäß (5) oder (8) oben, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht auf einer Rückoberflächenseite des Substrats angrenzt und von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist.
    • (10) Das Lichtdetektionselement gemäß einem von (1) bis (9) oben, das ferner Folgendes beinhaltet:
      • einen Ausleseschaltkreis innerhalb einer Wanne des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die Wanne in einer vorderen Oberfläche des Substrats gebildet ist.
    • (11) Das Lichtdetektionselement gemäß (10) oben, wobei der Ausleseschaltkreis von mehreren Pixeln geteilt wird.
    • (12) Das Lichtdetektionselement gemäß (10) oder (11) oben, das ferner Folgendes beinhaltet:
      • eine fünfte Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die fünfte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht angrenzt und sich in der vorderen Oberfläche des Substrats befindet.
    • (13) Das Lichtdetektionselement gemäß einem von (10) bis (12) oben, wobei der Ausleseschaltkreis zwischen Signalakkumulation und Auslesen durch Steuern einer Gate-Elektrode wechselt.
    • (14) Ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtdetektionselements, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet:
      • Bilden einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps in einem Außenperipherieteil in einer Nähe einer Grenze von Pixeln, die in einer Form einer Matrix angeordnet sind; und
      • Bilden einer zweiten Halbleiterschicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps auf einer Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht;
      • ein Hohes-Feld-Gebiet, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, das dazu konfiguriert ist, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden.
    • (15) Das Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements gemäß (14) oben, wobei die erste Halbleiterschicht in dem Außenperipherieteil und die zweite Halbleiterschicht auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht durch Durchführen einer Ionenimplantation des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Außenperipherieteil in der Umgebung der Grenze der Pixel innerhalb einer Wanne des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet werden.
    • (16) Das Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements gemäß (15) oben, wobei die Wanne des zweiten Leitfähigkeitstyps durch Durchführen einer Ionenimplantation in das Substrat gebildet wird.
    • (17) Das Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements gemäß (15) oben, wobei das Substrat des zweiten Leitfähigkeitstyps als die Wanne des zweiten Leitfähigkeitstyps verwendet wird.
    • (18) Das Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements gemäß (15) oben, wobei die erste Halbleiterschicht in dem Außenperipherieteil und die zweite Halbleiterschicht auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht durch Vergraben eines ersten Oxidfilms, der Ionen des zweiten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, Entfernen des ersten Oxidfilms nach dem Bilden der zweiten Halbleiterschicht durch thermische Diffusion, Vergraben eines zweiten Oxidfilms, der Ionen des ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, in einem Teil, von dem der erste Oxidfilm entfernt ist, und Bilden der ersten Halbleiterschicht durch thermische Diffusion gebildet werden.
    • (19) Das Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements gemäß (15) oben, wobei die erste Halbleiterschicht in dem Außenperipherieteil und die zweite Halbleiterschicht auf der Inneseite der ersten Halbleiterschicht durch Vergraben eines ersten Oxidfilms, der Ionen des ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, Vergraben eines zweiten Oxidfilms, der Ionen des zweiten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, in einem Gebiet, das von dem ersten Oxidfilm verschieden ist, und Bilden der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht durch thermische Diffusion gebildet werden.
    • (20) Das Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements gemäß (15) oben, wobei die erste Halbleiterschicht in dem Außenperipherieteil und die zweite Halbleiterschicht auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht durch Bilden eines Grabens, der bis zu einer vorbestimmten Tiefe des Substrats gegraben wurde, an der Grenze der Pixel des Substrats und Durchführen einer Ionenimplantation des ersten Leitfähigkeitstyps und einer Ionenimplantation des zweiten Leitfähigkeitstyps von einer Seitenoberfläche des Grabens gebildet werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1 Fotodiodenarray, 10 Pixel, 21 erste Halbleiterschicht (p+-Typ-artige erste Halbleiterschicht), 22 zweite Halbleiterschicht (n+-Typ-artige zweite Halbleiterschicht), 23 Kontakt (Kathodenkontakt), 24 Kontakt (Anodenkontakt), 25 Hohes-Feld-Gebiet, 28, 29 Film mit fester Ladung, 41 Oxidfilm, 42 metallischer Film, 43 Separationsteil, 61 dritte Halbleiterschicht (n--Typ-artige dritte Halbleiterschicht), 71 vierte Halbleiterschicht (n--Typ-artige vierte Halbleiterschicht), 72 fünfte Halbleiterschicht (n--Typartige fünfte Halbleiterschicht), 81 sechste Halbleiterschicht (p--Typ-artige sechste Halbleiterschicht), 82 siebte Halbleiterschicht (p--Typartige siebte Halbleiterschicht), 83 achte Halbleiterschicht (n--Typ-artige neunte Halbleiterschicht), 91 zehnte Halbleiterschicht (n--Typartige zehnte Halbleiterschicht) , 151 Wanne (p--Typ-Wanne), 153 Gate-Elektrode, 171 Pinning-Schicht, 172 Kontakt, 211 Wanne (n+-Typ-Wanne), 221 Wanne (n+-Typ-Wanne), 222 Oxidfilm, 231, 261 Halbleitersubstrat, 262 erster Oxidfilm, 263 Halbleiterschicht, 264 zweiter Oxidfilm, 281 Halbleitersubstrat, 282, 311 Graben
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 201348278 [0002]

Claims (20)

  1. Lichtdetektionselement, das Folgendes umfasst: mehrere Pixel, die in einer Form einer Matrix angeordnet sind; wobei die Pixel jeweils Folgendes beinhalten: eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die erste Halbleiterschicht in einem Außenperipherieteil in einer Nähe einer Pixelgrenze gebildet ist, und eine zweite Halbleiterschicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die zweite Halbleiterschicht auf einer Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht gebildet ist, ein Hohes-Feld-Gebiet, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, das dazu konfiguriert ist, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden.
  2. Lichtdetektionselement nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Separationsteil, der angrenzende Pixel voneinander an einer Pixelgrenze isoliert und separiert, wobei das Hohes-Feld-Gebiet dazu konfiguriert ist, angrenzend an den Separationsteil gebildet zu werden.
  3. Lichtdetektionselement nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine dritte Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf einer Innenseite der zweiten Halbleiterschicht in einer Draufsicht, wobei die dritte Halbleiterschicht eine niedrigere Fremdstoffkonzentration als die zweite Halbleiterschicht aufweist.
  4. Lichtdetektionselement nach Anspruch 1, wobei die zweite Halbleiterschicht einen Potentialgradienten aufweist, so dass eine Fremdstoffkonzentration zu einer vorderen Oberfläche des Substrats hin zunimmt.
  5. Lichtdetektionselement nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine vierte Halbleiterschicht einer niedrigen Fremdstoffkonzentration und des ersten Leitfähigkeitstyps oder des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht in der Tiefenrichtung des Substrats angrenzt.
  6. Lichtdetektionselement nach Anspruch 5, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht auf einer Vorderoberflächenseite des Substrats angrenzt und von dem zweiten Leitfähigkeitstyp ist.
  7. Lichtdetektionselement nach Anspruch 5, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht auf einer Rückoberflächenseite des Substrats angrenzt und von dem zweiten Leitfähigkeitstyp ist.
  8. Lichtdetektionselement nach Anspruch 5, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht auf einer Vorderoberflächenseite des Substrats angrenzt und von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist.
  9. Lichtdetektionselement nach Anspruch 5, wobei die vierte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht auf einer Rückoberflächenseite des Substrats angrenzt und von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist.
  10. Lichtdetektionselement nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Ausleseschaltkreis innerhalb einer Wanne des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die Wanne in einer vorderen Oberfläche des Substrats gebildet ist.
  11. Lichtdetektionselement nach Anspruch 10, wobei der Ausleseschaltkreis von mehreren Pixeln geteilt wird.
  12. Lichtdetektionselement nach Anspruch 10, das ferner Folgendes umfasst: eine fünfte Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die fünfte Halbleiterschicht an die zweite Halbleiterschicht angrenzt und sich in der vorderen Oberfläche des Substrats befindet.
  13. Lichtdetektionselement nach Anspruch 12, wobei der Ausleseschaltkreis zwischen Signalakkumulation und Auslesen durch Steuern einer Gate-Elektrode wechselt.
  14. Verfahren zum Herstellen eines Lichtdetektionselements, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps in einem Außenperipherieteil in einer Nähe einer Grenze von Pixeln, die in einer Form einer Matrix angeordnet sind; und Bilden einer zweiten Halbleiterschicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps auf einer Innenseite der ersten Halbleiterschicht in einer Draufsicht; ein Hohes-Feld-Gebiet, das durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gebildet wird, wenn eine Rückwärtsvorspannung angelegt wird, das dazu konfiguriert ist, in einer Tiefenrichtung eines Substrats gebildet zu werden.
  15. Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements nach Anspruch 14, wobei die erste Halbleiterschicht in dem Außenperipherieteil und die zweite Halbleiterschicht auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht durch Durchführen einer Ionenimplantation des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Außenperipherieteil in der Umgebung der Grenze der Pixel innerhalb einer Wanne des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet werden.
  16. Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements nach Anspruch 15, wobei die Wanne des zweiten Leitfähigkeitstyps durch Durchführen einer Ionenimplantation in das Substrat gebildet wird.
  17. Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements nach Anspruch 15, wobei das Substrat des zweiten Leitfähigkeitstyps als die Wanne des zweiten Leitfähigkeitstyps verwendet wird.
  18. Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements nach Anspruch 14, wobei die erste Halbleiterschicht in dem Außenperipherieteil und die zweite Halbleiterschicht auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht durch Vergraben eines ersten Oxidfilms, der Ionen des zweiten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, Entfernen des ersten Oxidfilms nach dem Bilden der zweiten Halbleiterschicht durch thermische Diffusion, Vergraben eines zweiten Oxidfilms, der Ionen des ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, in einem Teil, von dem der erste Oxidfilm entfernt ist, und Bilden der ersten Halbleiterschicht durch thermische Diffusion gebildet werden.
  19. Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements nach Anspruch 14, wobei die erste Halbleiterschicht in dem Außenperipherieteil und die zweite Halbleiterschicht auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht durch Vergraben eines ersten Oxidfilms, der Ionen des ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, Vergraben eines zweiten Oxidfilms, der Ionen des zweiten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, in einem Gebiet, das von dem ersten Oxidfilm verschieden ist, und Bilden der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht durch thermische Diffusion gebildet werden.
  20. Verfahren zum Herstellen des Lichtdetektionselements nach Anspruch 14, wobei die erste Halbleiterschicht in dem Außenperipherieteil und die zweite Halbleiterschicht auf der Innenseite der ersten Halbleiterschicht durch Bilden eines Grabens, der bis zu einer vorbestimmten Tiefe des Substrats gegraben wurde, an der Grenze der Pixel des Substrats und Durchführen einer Ionenimplantation des ersten Leitfähigkeitstyps und einer Ionenimplantation des zweiten Leitfähigkeitstyps von einer Seitenoberfläche des Grabens gebildet werden.
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