JP2011205040A - Semiconductor substrate and photoelectric conversion element, and method of manufacturing them - Google Patents

Semiconductor substrate and photoelectric conversion element, and method of manufacturing them Download PDF

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道教 市川
Nobuo Inami
信夫 稲見
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良平 池野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance electron recovery efficiency and to achieve improvement in sensitivity in a long-wavelength range and fast electron recovery.SOLUTION: An electron transfer speed in a semiconductor substrate is increased by giving an impurity concentration of the semiconductor substrate a concentration gradient from a standard concentration to a high concentration with depth, to quickly transfer electrons at a part deeper than a depletion part in a surface direction, and electron recovery is made to be fast by shortening a lifetime of a stray electron, thereby a time resolution is improved.

Description

本発明は、半導体基板および光電変換素子ならびにそれらの製造方法に関し、さらに詳細には、固体撮像素子や固体撮像素子を集積した固体撮像素子集積回路の作製に用いて好適な半導体基板および光電変換素子ならびにそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor substrate, a photoelectric conversion element, and a method for manufacturing the same, and more particularly, a semiconductor substrate and a photoelectric conversion element suitable for use in manufacturing a solid-state image sensor or a solid-state image sensor integrated circuit in which the solid-state image sensor is integrated. And a manufacturing method thereof.

従来より、半導体基板を用いて光電変換素子を作製し、さらに光電変換素子を用いて固体撮像素子や固体撮像素子を集積した固体撮像素子集積回路が作製されている。   Conventionally, a photoelectric conversion element is manufactured using a semiconductor substrate, and a solid-state imaging element integrated circuit in which a solid-state imaging element and a solid-state imaging element are integrated using a photoelectric conversion element is manufactured.

しかしながら、こうした固体撮像素子、特に、高速な電子回収を必要とする固体撮像素子においては、従来から使用されている均一な不純物濃度をもつ半導体基板では、当該半導体基板内を迷走する電子により電子回収の遅れが生じ、時間的な分解能が低下するという問題点が指摘されていた。   However, in such a solid-state imaging device, particularly a solid-state imaging device that requires high-speed electron recovery, in a semiconductor substrate having a uniform impurity concentration that has been conventionally used, electron recovery is performed by electrons straying in the semiconductor substrate. It has been pointed out that there is a problem that the time resolution is lowered and the temporal resolution is lowered.

特に、固体撮像素子に長波長域(波長750nm〜900nm)の近赤外光を照射した場合には、半導体基板の奥深くまで吸収されずに透過してしまう光が生ずるようになり、半導体基板の奥深くまで透過した光は当該半導体基板の奥深くで吸収されて、当該半導体基板の奥深くで電子が発生することになり、こうして半導体基板の奥深くで発生した電子が迷走することとなっていた。   In particular, when a solid-state imaging device is irradiated with near infrared light in a long wavelength region (wavelength 750 nm to 900 nm), light that is transmitted without being absorbed deeply into the semiconductor substrate is generated. The light transmitted deeply is absorbed deep in the semiconductor substrate, and electrons are generated deep in the semiconductor substrate. Thus, electrons generated deep in the semiconductor substrate are strayed.

従って、固体撮像素子に長波長域(波長750nm〜900nm)の近赤外光を照射した場合には、半導体基板内を迷走する電子による電子回収の遅れの影響が大きく、時間分解能を低下させる主たる原因となっていた。   Therefore, when the solid-state imaging device is irradiated with near-infrared light in a long wavelength region (wavelength 750 nm to 900 nm), the influence of delay of electron recovery due to electrons straying in the semiconductor substrate is large, and the time resolution is mainly reduced. It was the cause.

また、半導体基板内を迷走する電子の一部は正孔と再結合するため、固体撮像素子においては近赤外光の感度の急激な低下が起きてしまうこととなっていた。   In addition, since some of the electrons straying in the semiconductor substrate recombine with holes, the sensitivity of near-infrared light is drastically lowered in the solid-state imaging device.


ここで、半導体基板を用いて作製されたPN接合フォトダイオードやフォトゲートなどの光電変換素子において、その電子回収効率を高め、かつ、長波長域での感度を高めるとともに電子回収の高速化を図るための改善の手法としては、主に空乏層を広げることを目的とした方法が採用されてきた。

Here, in a photoelectric conversion element such as a PN junction photodiode or photogate manufactured using a semiconductor substrate, the electron recovery efficiency is increased, the sensitivity in a long wavelength region is increased, and the electron recovery speed is increased. As an improvement method for this purpose, a method mainly aimed at expanding the depletion layer has been adopted.

こうした空乏層を広げるための従来の技術としては、例えば、特許文献1として提示する特開平7−86543号公報に、P型半導体層とN型半導体層との間に絶縁層である真性シリコンを挟んだPIN構造を集積する手法が開示されており、また、特許文献2として提示する特開2008−34836号公報に、真性に近い低濃度のN型半導体層と低濃度のP型半導体層とをエピタキシャル結晶成長制御によって形成する手法が開示されている。   As a conventional technique for expanding such a depletion layer, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-86543 presented as Patent Document 1, intrinsic silicon which is an insulating layer is provided between a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer. A technique for integrating pinned PIN structures is disclosed, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-34836 presented as Patent Document 2 discloses a low-concentration N-type semiconductor layer and a low-concentration P-type semiconductor layer that are close to intrinsic. Is disclosed by controlling the epitaxial crystal growth.

しかしながら、上記した2つの手法のうちの前者については、不純物濃度が非常に低濃度である半導体基板を用いるため、製造に際して技術的な安定性に乏しいという問題点があった。   However, the former of the two methods described above has a problem in that it has poor technical stability during manufacturing because a semiconductor substrate having a very low impurity concentration is used.

また、上記した2つの手法のうちの後者については、極めて高精度に制御された結晶成長工程が必要であり、半導体基板の製造に際してこれまで行われてきた設計方法や製造方法との整合性が低く、半導体基板の製造にこれまで用いられてきた資源を有効に活用することができないという問題点があった。   In addition, the latter of the above two methods requires a crystal growth process controlled with extremely high precision, and is consistent with the design method and manufacturing method that have been performed so far in the manufacture of semiconductor substrates. There is a problem that it is low and resources that have been used in the manufacture of semiconductor substrates cannot be used effectively.


一方、電子回収効率を高める手法として、特許文献3として提示する特開2009−180659号公報に開示されているように、半導体基板を用いて構成された固体撮像素子の裏面側から光を照射する裏面照射技術が提案されている。

On the other hand, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-180659 presented as Patent Document 3 as a technique for increasing electron recovery efficiency, light is irradiated from the back side of a solid-state imaging device configured using a semiconductor substrate. Backside illumination techniques have been proposed.

この裏面照射技術は、電子回収効率を高める点では改善があると思われるが、電子回収時間の短縮化を図ることが容易ではなく、時間分解能の改善を図るという点では不十分なものであった。
特開平7−86543号公報 特開2008−34836号公報 特開2009−180659号公報
Although this backside irradiation technology seems to be improved in terms of increasing electron recovery efficiency, it is not easy to shorten the electron recovery time, and it is insufficient in terms of improving time resolution. It was.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-86543 JP 2008-34836 A JP 2009-180659 A

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子回収効率を高め、かつ、長波長域での感度を高めるとともに電子回収の高速化を図ることができるようにした半導体基板および光電変換素子を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the various problems of the prior art as described above, and its object is to increase the efficiency of electron recovery and increase sensitivity in a long wavelength region. It is an object of the present invention to provide a semiconductor substrate and a photoelectric conversion element that can increase the speed of electron recovery.

また、本発明の目的とするところは、従来から用いられているフォトダイオードやフォトゲートなどの光電変換技術やCMOS方式イメージセンサー技術などと整合性の高い比較的軽微なプロセス変更によって、電子回収効率を高め、かつ、長波長域での感度を高めるとともに電子回収の高速化を図ることができるようにした半導体基板および光電変換素子を作製することのできる半導体基板の製造方法および光電変換素子の製造方法を提供しようとするものである。   Further, the object of the present invention is to achieve an electron recovery efficiency by a relatively minor process change that is highly compatible with conventionally used photoelectric conversion technologies such as photodiodes and photogates, and CMOS image sensor technology. Semiconductor substrate manufacturing method and photoelectric conversion element manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor substrate and a photoelectric conversion element capable of increasing the sensitivity in the long wavelength region and increasing the speed of electron recovery Is to provide a method.

上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板の不純物濃度を深度が深くなるに従って標準的な濃度より高濃度へと移行する濃度勾配をつけることにより、半導体基板中での電子移動速度を増し、空乏層より深部の電子をすばやく表面方向に移動させ、かつ、迷走する電子の寿命を短時間とすることで電子回収の高速化を図り、時間分解能を向上させるようにしたものである。   In order to achieve the above object, the present invention provides an electron transfer rate in a semiconductor substrate by providing a concentration gradient in which the impurity concentration of the semiconductor substrate shifts to a higher concentration than the standard concentration as the depth increases. In addition, by moving electrons deeper than the depletion layer toward the surface quickly, and shortening the lifetime of the stray electrons, the electron recovery speed is increased and the time resolution is improved.

より詳細には、例えば、半導体基板を構成するエピタキシャル結晶成長層について、その不純物濃度を半導体基板の表面からの深度が深くなるに従って標準的な濃度より高濃度となるように濃度勾配をつけるものであり、これによりエピタキシャル結晶成長層中での電子移動速度を増し、空乏層より深部の電子をすばやく表面方向に移動させ、かつ、迷走する電子の寿命を短時間とすることで電子回収の高速化を図り、時間分解能を向上させるものである。   More specifically, for example, the epitaxial crystal growth layer constituting the semiconductor substrate is provided with a concentration gradient so that the impurity concentration becomes higher than the standard concentration as the depth from the surface of the semiconductor substrate increases. Yes, this increases the electron transfer speed in the epitaxial crystal growth layer, moves electrons deeper than the depletion layer to the surface quickly, and shortens the lifetime of stray electrons, thereby speeding up electron recovery. This improves the time resolution.

従って、本発明によれば、例えば、半導体基板に対してマスクを用いてデバイス形成を行なう表面および表面から2μmまでの深度の表層では、当該デバイスが従来より用いていた標準的な不純物濃度をそのまま使えばよいので、従来の手法を変更することなく設計して製造することができ、しかも電子回収効率を高め、かつ、長波長域での感度を高めるとともに電子回収の高速化を図ることができるようになる。   Therefore, according to the present invention, for example, on the surface on which a device is formed using a mask with respect to a semiconductor substrate and the surface layer at a depth of 2 μm from the surface, the standard impurity concentration conventionally used by the device is used as it is. Since it can be used, it can be designed and manufactured without changing the conventional method, and the electron recovery efficiency can be improved, the sensitivity in the long wavelength region can be increased, and the electron recovery speed can be increased. It becomes like this.

つまり、本発明によれば、既存の標準的なCMOS集積回路の設計や製造工程に変更を加えることなく、半導体基板の製造工程の変更のみで、半導体基板に作製する光電変換素子の時間分解能を向上することができる。   In other words, according to the present invention, the time resolution of the photoelectric conversion element manufactured on the semiconductor substrate can be increased only by changing the manufacturing process of the semiconductor substrate without changing the design and manufacturing process of the existing standard CMOS integrated circuit. Can be improved.


即ち、本発明による半導体基板は、表面側に空乏層を備えた光電変換素子構造を構成する半導体基板であって、上記半導体の表面側から裏面側に向けて不純物濃度の濃度勾配をつけて不純物をドープしたものである。

That is, the semiconductor substrate according to the present invention is a semiconductor substrate constituting a photoelectric conversion element structure having a depletion layer on the front surface side, and has an impurity concentration gradient from the front surface side to the back surface side of the semiconductor. Is doped.

また、本発明による半導体基板は、上記した本発明による半導体基板において、上記不純物がP型不純物であり、 上記濃度勾配が上記表面側から上記裏面側に向けてP型不純物濃度が高くなる濃度勾配であるようにしたものである。   The semiconductor substrate according to the present invention is the above-described semiconductor substrate according to the present invention, wherein the impurity is a P-type impurity, and the concentration gradient increases from the front surface side to the back surface side. It is intended to be.

また、本発明による半導体基板は、上記した本発明による半導体基板において、上記濃度勾配における上記表面側の濃度が、上記光電変換素子構造を構成可能な濃度であり、上記濃度勾配が、上記表面側から上記裏面側に向かいP型不純物濃度が単調増加するようにしたものである。   Further, the semiconductor substrate according to the present invention is the above-described semiconductor substrate according to the present invention, wherein the concentration on the surface side in the concentration gradient is a concentration capable of constituting the photoelectric conversion element structure, and the concentration gradient is on the surface side. The P-type impurity concentration is monotonously increased from the above toward the back side.

また、本発明による半導体基板は、上記した本発明による半導体基板において、上記濃度勾配は、指数的に増加する濃度勾配であり、濃度の平均増加率が深さ方向1μmにつき1.05倍以上であるようにしたものである。   The semiconductor substrate according to the present invention is the above-described semiconductor substrate according to the present invention, wherein the concentration gradient is an exponentially increasing concentration gradient, and the average increase rate of the concentration is 1.05 times or more per 1 μm in the depth direction. It is what you have.

また、本発明による光電変換素子は、上記した本発明による半導体基板の表面にN型半導体層を形成して、上記半導体基板の上記表面側に上記空乏層を形成するようにしたものである。   In the photoelectric conversion device according to the present invention, an N-type semiconductor layer is formed on the surface of the semiconductor substrate according to the present invention, and the depletion layer is formed on the surface side of the semiconductor substrate.

また、本発明による半導体基板の製造方法は、表面側に空乏層を備えた光電変換素子構造を構成する半導体基板の製造方法であって、上記光電変換素子構造を構成可能な濃度よりも高濃度でP型不純物をドープした後に熱処理したバルクシリコン基板上に、エピタキシャル成長法により、P型不純物の濃度を上記光電変換素子構造を構成可能な濃度に固定した原料を供給して上記バルクシリコン基板上にエピタキシャル成長によりP型エピタキシャル層を形成し、P型不純物の拡散によって、上記P型エピタキシャル層におけるP型不純物の濃度が、上記P型エピタキシャル層の表面から上記バルクシリコン基板へ向かう方向で単調増加する濃度勾配を備えた半導体基板を形成するようにしたものである。   The method for producing a semiconductor substrate according to the present invention is a method for producing a semiconductor substrate comprising a photoelectric conversion element structure having a depletion layer on the surface side, wherein the concentration is higher than the concentration capable of constituting the photoelectric conversion element structure. On the bulk silicon substrate by supplying a raw material having a concentration of the P-type impurity fixed to a concentration capable of constructing the photoelectric conversion element structure by epitaxial growth on the bulk silicon substrate that has been heat-treated after doping with the P-type impurity in A concentration in which a P-type epitaxial layer is formed by epitaxial growth, and the concentration of the P-type impurity in the P-type epitaxial layer monotonously increases in the direction from the surface of the P-type epitaxial layer to the bulk silicon substrate due to diffusion of the P-type impurity. A semiconductor substrate having a gradient is formed.

また、本発明による半導体基板の製造方法は、上記した本発明による半導体基板の製造方法において、上記バルクシリコン基板の熱処理時間を制御して、P型不純物の拡散による上記P型エピタキシャル層におけるP型不純物の濃度勾配の勾配を制御するようにしたものである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: controlling the heat treatment time of the bulk silicon substrate in the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention; The gradient of the impurity concentration gradient is controlled.

また、本発明による半導体基板の製造方法は、表面側に空乏層を備えた光電変換素子構造を構成する半導体基板の製造方法であって、上記光電変換素子構造を構成可能な濃度よりも高濃度でP型不純物をドープした後に熱処理したバルクシリコン基板上に、エピタキシャル成長法により、エピタキシャル成長の初期段階ではP型不純物の濃度を上記光電変換素子構造を構成可能な濃度よりも高濃度とし、エピタキシャル成長の進展に従ってP型不純物の濃度を下げていき、エピタキシャル成長の最終段階ではP型不純物の濃度を上記光電変換素子構造を構成可能な濃度となるように制御しながら原料供給して、エピタキシャル成長によりP型エピタキシャル層を形成し、上記P型エピタキシャル層におけるP型不純物の濃度が、上記P型エピタキシャル層の表面から上記バルクシリコン基板へ向かう方向で単調増加する濃度勾配を備えた半導体基板を形成するようにしたものである。   The method for producing a semiconductor substrate according to the present invention is a method for producing a semiconductor substrate comprising a photoelectric conversion element structure having a depletion layer on the surface side, wherein the concentration is higher than the concentration capable of constituting the photoelectric conversion element structure. In the initial stage of epitaxial growth, the concentration of the P-type impurity is set higher than the concentration at which the photoelectric conversion element structure can be formed on the bulk silicon substrate that has been heat-treated after being doped with the P-type impurity in step 1. The concentration of the P-type impurity is lowered according to the above, and in the final stage of the epitaxial growth, the raw material is supplied while controlling the concentration of the P-type impurity so as to be a concentration that can constitute the photoelectric conversion element structure. And the concentration of the P-type impurity in the P-type epitaxial layer is the P-type epitaxial layer. From the surface of the Kisharu layer is obtained so as to form a semiconductor substrate having a concentration gradient that increases monotonically in the direction towards the bulk silicon substrate.

また、本発明による光電変換素子の製造方法は、本発明による半導体基板の製造方法により製造された半導体基板のP型エピタキシャル層表面にN型半導体層を形成して、上記半導体の上記表面側に上記空乏層を形成するようにしたものである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a photoelectric conversion element comprising: forming an N-type semiconductor layer on a surface of a P-type epitaxial layer of a semiconductor substrate manufactured by the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention; The depletion layer is formed.

本発明は、以上説明したように構成されているので、電子回収効率を高め、かつ、長波長域での感度を高めるとともに電子回収の高速化を図ることができる半導体基板および光電変換素子を提供することができるようになるという優れた効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, it provides a semiconductor substrate and a photoelectric conversion element that can increase electron recovery efficiency, increase sensitivity in a long wavelength region, and increase the speed of electron recovery. There is an excellent effect of being able to.

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、従来から用いられているフォトダイオードやフォトゲートなどの光電変換技術やCMOS方式イメージセンサー技術などと整合性の高い比較的軽微なプロセス変更によって、電子回収効率を高め、かつ、長波長域での感度を高めるとともに電子回収の高速化を図ることができるようにした半導体基板および光電変換素子を作製することのできる半導体基板の製造方法および光電変換素子の製造方法を提供することができるようになるという優れた効果を奏する。   Further, since the present invention is configured as described above, it is a relatively light process that is highly compatible with conventional photoelectric conversion technologies such as photodiodes and photogates, and CMOS image sensor technology. Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor substrate manufacturing method capable of increasing electron recovery efficiency and improving sensitivity in a long wavelength region and speeding up electron recovery by the change And the outstanding effect that it comes to be able to provide the manufacturing method of a photoelectric conversion element is produced.

図1は、従来のフォトダイオードの断面構造の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a cross-sectional structure of a conventional photodiode. 図2は、図1に示すフォトダイオードにおける電子ならびに正孔の移動の状態をあらわす説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of movement of electrons and holes in the photodiode shown in FIG. 図3は、図1に示すフォトダイオードについて、半導体基板の深度に対する不純物濃度と静電ポテンシャルとをフォトダイオードの断面構造と対応してあらわした説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the impurity concentration and the electrostatic potential with respect to the depth of the semiconductor substrate corresponding to the cross-sectional structure of the photodiode in the photodiode shown in FIG. 図4は、本発明による半導体基板を用いて作製された光電変換素子たるフォトダイオードの断面構造および本発明による半導体基板の深度に対する不純物濃度と静電ポテンシャルとをフォトダイオードの断面構造と対応してあらわした図2に相当する説明図である。FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a photodiode, which is a photoelectric conversion element manufactured using a semiconductor substrate according to the present invention, and the impurity concentration and electrostatic potential with respect to the depth of the semiconductor substrate according to the present invention corresponding to the cross-sectional structure of the photodiode. FIG. 3 is an explanatory diagram corresponding to FIG. 図5は、図4に示す本発明によるフォトダイオードにおける電子ならびに正孔の移動の状態をあらわす説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing the state of movement of electrons and holes in the photodiode according to the present invention shown in FIG. 図6は、P型不純物の濃度勾配と静電ポテンシャル勾配と当該静電ポテンシャル勾配により実現される時間分解能との関係をあらわす図表である。FIG. 6 is a chart showing the relationship between the concentration gradient of the P-type impurity, the electrostatic potential gradient, and the time resolution realized by the electrostatic potential gradient. 図7は、本発明による半導体基板の製造方法における第1の製造方法の説明図である。FIG. 7 is an explanatory view of a first manufacturing method in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention. 図8(a)(b)は、本発明による半導体基板の製造方法における第2の製造方法の説明図である。8A and 8B are explanatory views of a second manufacturing method in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention. 図9は、本発明による半導体基板の製造方法により得られるドーピングプロファイルをあらわすグラフである。FIG. 9 is a graph showing a doping profile obtained by the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention. 図10(a)(b)は、本願発明者が行ったシミュレーションの条件およびその結果をあらわす説明図である。FIGS. 10A and 10B are explanatory diagrams showing conditions and results of simulation performed by the inventor of the present application. 図11(a)はフォノン散乱で自由運動する電子の軌跡のシミュレーション結果であり、また、図11(b)は電界中の電子の移動速度をあらわすグラフである。FIG. 11A is a simulation result of a trajectory of electrons that freely move by phonon scattering, and FIG. 11B is a graph showing a moving speed of electrons in an electric field.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による半導体基板および光電変換素子ならびにそれらの製造方法の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。   Hereinafter, an example of an embodiment of a semiconductor substrate, a photoelectric conversion element, and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

なお、添付の図面の各図ならびに以下の説明において、それぞれ共通あるいは相当する構成などについては同一の符号を用いて示すものとする。   In the drawings of the accompanying drawings and the following description, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals.


I.本発明の理解を容易にするための説明
まず、半導体基板を用いて固体撮像素子を作製する方法について説明しておくと、固体撮像素子は、シリコンインゴットから薄く切り出されたバルクシリコン基板の表面に結晶欠陥の少ないエピタキシャル結晶成長層(以下、「エピ層」と適宜に称する。)を形成して半導体基板(ウェハー)を形成し、このウェハーに各種イオンをマスクに従い打ち込むなどの製法によって目的とする光電変換部やFETなどの半導体素子を形成することにより作製するものであることが知られている。

I. Description for Easily Understanding the Present Invention First, a method for producing a solid-state imaging device using a semiconductor substrate will be described. The solid-state imaging device is formed on the surface of a bulk silicon substrate thinly cut from a silicon ingot. A semiconductor substrate (wafer) is formed by forming an epitaxial crystal growth layer (hereinafter referred to as an “epi layer” as appropriate) having few crystal defects, and a desired method is applied by implanting various ions into the wafer according to a mask. It is known that it is manufactured by forming a semiconductor element such as a photoelectric conversion part or FET.

従来、広く用いられるウェハーの1つが、シリコンに添加する不純物としてP型半導体を形成するホウ素などの不純物を、1立方センチメートル当たり1の15乗原子程度ドーピングしたものである(なお、「1立方センチメートル当たり1の15乗原子」という表記については、記載を簡略化を図るために、以下においては「1e15」と適宜に標記する。)。   Conventionally, one of widely used wafers is doped with impurities such as boron forming a P-type semiconductor as impurities to be added to silicon (about 1 to the 15th power atom per cubic centimeter). In order to simplify the description, the notation of “the 15th power atom” is appropriately indicated as “1e15” in the following.)

このようなウェハーの製造方法は、バルクシリコン基板に不純物濃度が1e15となるように不純物をドープして、その上に同濃度のエピ層を7〜20μm成長させ、均一で欠陥がなく、かつ、不純物が均一にドープされたエピタキシャル基板としてウェハーを製造するというものである。   In such a wafer manufacturing method, an impurity is doped in a bulk silicon substrate so that the impurity concentration is 1e15, and an epitaxial layer having the same concentration is grown on the bulk silicon by 7 to 20 μm. A wafer is manufactured as an epitaxial substrate in which impurities are uniformly doped.

そして、このウェハー、即ち、半導体基板の表面から深度が2μm程度までの表層領域には、集積回路の目的を果たすための各種不純物のドープが行なわれ、様々な半導体素子が形成されることになるものであるが、これら半導体素子の中でも本発明による半導体基板を用いて作製するのに適しているものは、フォトダイオードやフォトゲートと称される光電変換素子である。   The wafer, that is, the surface layer region having a depth of about 2 μm from the surface of the semiconductor substrate is doped with various impurities to achieve the purpose of the integrated circuit, thereby forming various semiconductor elements. However, among these semiconductor elements, those suitable for manufacturing using the semiconductor substrate according to the present invention are photoelectric conversion elements called photodiodes or photogates.


従って、以下の説明においては、本発明による半導体基板に形成される半導体素子として光電変換素子が形成される場合についてのみ説明することとし、光電変換素子以外の他の半導体素子が形成される場合の説明については、以下の説明を援用することにより省略する。

Therefore, in the following description, only the case where the photoelectric conversion element is formed as the semiconductor element formed on the semiconductor substrate according to the present invention will be described, and in the case where other semiconductor elements other than the photoelectric conversion element are formed. The explanation is omitted by using the following explanation.

また、光電変換素子であるフォトダイオードとフォトゲートとについては、両者を本発明による半導体基板に形成した際において、本発明による半導体基板が両者に及ぼす作用効果は同様であるので、以下においてフォトダイオードについてのみ説明することとする。   In addition, regarding the photodiode and the photogate which are photoelectric conversion elements, when both are formed on the semiconductor substrate according to the present invention, the effect of the semiconductor substrate according to the present invention on both is the same. Only that will be described.

さらに、半導体基板の製造方法によっては、不純物濃度の異なるウェハーを用いることもあるが、その場合は、当該製造方法が用いる標準的な不純物濃度(例えば、P型不純物濃度が2.5e15である。)を基準として、本発明に適用することができることは勿論であるが、以下の実施の形態の説明においては説明の煩雑さを避けるため、基準となるウェハーの不純物濃度を1e15として説明する。   Furthermore, depending on the semiconductor substrate manufacturing method, wafers having different impurity concentrations may be used. In this case, the standard impurity concentration used by the manufacturing method (for example, the P-type impurity concentration is 2.5e15). Of course, the present invention can be applied to the present invention on the basis of the above, but in the following description of the embodiments, the impurity concentration of the reference wafer will be described as 1e15 in order to avoid complicated explanation.


ここで、図1には、従来のフォトダイオードの断面構造の説明図が示されており、フォトダイオード100は、P型バルクシリコン基板102上にP型不純物を含むP型エピタキシャル結晶成長層(P型エピ層)104を形成した半導体基板(ウェハー)106の表面から、リンなどのN型不純物を打ち込みN型半導体層(N型ドープ層)108を形成して、所謂、PN接合を形成しており、このPN接合部近傍には電子も正孔も存在しない空乏層110が形成される。なお、図1において、空乏層110は破線によって示されている。

Here, FIG. 1 shows an explanatory diagram of a cross-sectional structure of a conventional photodiode. The photodiode 100 includes a P-type epitaxial crystal growth layer (P) containing a P-type impurity on a P-type bulk silicon substrate 102. N-type impurities such as phosphorus are implanted from the surface of the semiconductor substrate (wafer) 106 on which the type epi layer 104 is formed to form an N-type semiconductor layer (N-type doped layer) 108 to form a so-called PN junction. A depletion layer 110 in which neither electrons nor holes are present is formed in the vicinity of the PN junction. In FIG. 1, the depletion layer 110 is indicated by a broken line.

このフォトダイオード100は、空乏層110中のシリコン原子に光が吸収されたときに発生する電子と正孔とを静電ポテンシャルに従い移動させ、表面近くのN型ドープ層108に電子を回収し、表面より深部のウェハー106中のP型エピ層104に正孔を回収することで光電変換を行なう光電変素子である。   The photodiode 100 moves electrons and holes generated when light is absorbed by silicon atoms in the depletion layer 110 according to the electrostatic potential, and collects electrons in the N-type doped layer 108 near the surface. The photoelectric conversion element performs photoelectric conversion by collecting holes in the P-type epi layer 104 in the wafer 106 deeper than the surface.


ここで、ウェハー106のP型エピ層104がP型不純物を1e15の不純物濃度で含む場合に、空乏層110の厚さT1(N型不純物の打ち込まれた表面から深さ方向に測った距離)は、一般には、2〜3μmである。

Here, when the P-type epitaxial layer 104 of the wafer 106 contains P-type impurities at an impurity concentration of 1e15, the thickness T1 of the depletion layer 110 (distance measured in the depth direction from the surface where the N-type impurities are implanted). Is generally 2 to 3 μm.

即ち、空乏層110の厚さT1は、N型ドープ層108に印加するバイアス電圧112とN型ドープ層108のN型不純物濃度とによって変化するが、一般的なイメージセンサーが使用する2V〜5Vの電圧とN型不純物濃度(1e17〜1e20)では、厚くとも約3μmである。   That is, the thickness T1 of the depletion layer 110 varies depending on the bias voltage 112 applied to the N-type doped layer 108 and the N-type impurity concentration of the N-type doped layer 108, but 2V to 5V used by a general image sensor. And a N-type impurity concentration (1e17 to 1e20) of about 3 μm at the maximum.

この空乏層110の厚さT1をさらに厚くするためには、ウェハー106のP型エピ層104のP型不純物濃度を下げることが最も有効であるが、様々な半導体デバイスを混在させる必要があるCMOS集積回路では、上記のP型不純物を1e15程度含むウェハーを前提として設計されており、不純物濃度を1e14以下にすることは実用的ではない。   In order to further increase the thickness T1 of the depletion layer 110, it is most effective to lower the P-type impurity concentration of the P-type epi layer 104 of the wafer 106, but it is necessary to mix various semiconductor devices. The integrated circuit is designed on the premise of a wafer containing about 1e15 of the P-type impurity, and it is not practical to set the impurity concentration to 1e14 or less.

また、N型不純物を高速で打ち込み、ウェハー106のより深部に1e15に近い不純物濃度でN型不純物をドープすることができれば、原理的には真性シリコンと等価な領域を広げることが可能ではあるが、N型不純物原子は比較的質量が重く、ウェハー106の深部への打ち込みが難しいことが知られており、この手法も実用的ではない。   If an N-type impurity can be implanted at a high speed and the N-type impurity can be doped in a deeper portion of the wafer 106 with an impurity concentration close to 1e15, in principle, it is possible to expand a region equivalent to intrinsic silicon. It is known that N-type impurity atoms have a relatively heavy mass and are difficult to implant into the deep portion of the wafer 106, and this method is also impractical.

即ち、少なくとも標準CMOS集積回路製造プロセスに互換性のある製造プロセスでは、数μmを超える厚みで、濃度が薄く、かつ、マスクレイアウトに忠実なN型不純物ドープを実現することはできないものである。   That is, in a manufacturing process compatible with at least a standard CMOS integrated circuit manufacturing process, N-type impurity doping with a thickness exceeding several μm, a low concentration, and faithful to the mask layout cannot be realized.

つまり、光に対して高い感度をもつ空乏層110の厚さT1は、標準CMOS集積回路製造プロセスに近い製造方法を用いる限り、2〜3μmが限界であり、これを広げることは容易ではない。   That is, the thickness T1 of the depletion layer 110 having high sensitivity to light has a limit of 2 to 3 μm as long as a manufacturing method close to the standard CMOS integrated circuit manufacturing process is used, and it is not easy to widen this.


次に、図2には、図1に示すフォトダイオード100における電子ならびに正孔の移動の状態をあらわす説明図が示されており、この図2を参照しながら、フォトダイオード100への光照射により発生した電子ならびに正孔が、どのように移動するのかについて説明する。

Next, FIG. 2 shows an explanatory diagram showing the state of movement of electrons and holes in the photodiode 100 shown in FIG. 1, and with reference to FIG. A description will be given of how the generated electrons and holes move.

ここで、シリコンの光吸収は波長に依存しており、波長が600nmより短い光は厚さT1が2〜3μmの空乏層110で効率良く吸収され、発生した電子200と正孔202とは空乏層110内部の静電ポテンシャルに従い移動し、電子200はN型ドープ層18に引かれ(図2の矢印Aを参照する。)、正孔202は反対方向に逃げる(図2の矢印Bを参照する。)。   Here, the light absorption of silicon depends on the wavelength, and light having a wavelength shorter than 600 nm is efficiently absorbed by the depletion layer 110 having a thickness T1 of 2 to 3 μm, and the generated electrons 200 and holes 202 are depleted. Moving according to the electrostatic potential inside layer 110, electrons 200 are attracted to N-type doped layer 18 (see arrow A in FIG. 2) and holes 202 escape in the opposite direction (see arrow B in FIG. 2). To do.)

しかしながら、波長が600nmより長い光については、その一部は空乏層110では吸収されずにウェハー106の深部まで到達する。例えば、波長700nmの光線が50%吸収される深度は3.0μm、また、波長800nmの光線が50%吸収される深度は9.0μm程度であることが知られている。   However, part of the light having a wavelength longer than 600 nm reaches the deep part of the wafer 106 without being absorbed by the depletion layer 110. For example, it is known that the depth at which 50% light with a wavelength of 700 nm is absorbed is 3.0 μm, and the depth at which 50% light with a wavelength of 800 nm is absorbed is about 9.0 μm.

つまり、波長が700nmより長い近赤外光の半分以上は、厚さT1が2〜3μmの空乏層110では吸収されることなく、ウェハー106の深部まで透過していく。   That is, more than half of the near-infrared light having a wavelength longer than 700 nm is not absorbed by the depletion layer 110 having a thickness T1 of 2 to 3 μm, but is transmitted to the deep part of the wafer 106.

そして、空乏層110を透過した光線は、ウェハー106の深部でシリコン原子に吸収されて電子204と正孔206とを発生する。   The light beam transmitted through the depletion layer 110 is absorbed by silicon atoms in the deep part of the wafer 106 to generate electrons 204 and holes 206.

こうしてウェハー106の深部で発生した正孔206は、P型エピ層104に回収されるが、P型エピ層104のP型不純物濃度が約1e15で均一(図3に示す半導体基板の深度に対する不純物濃度と静電ポテンシャルとをフォトダイオードの断面構造と対応して表した説明図を参照する。)であり、静電ポテンシャルもほぼ均一(図3に示す不純物濃度と静電ポテンシャルとをフォトダイオードの断面構造と対応して表した説明図を参照する。)であるので、電子204はフォノン散乱を受け自由運動しながら、ウェハー106中を迷走する。   The holes 206 generated in the deep part of the wafer 106 are collected in the P-type epi layer 104, but the P-type impurity concentration of the P-type epi layer 104 is uniform at about 1e15 (impurities with respect to the depth of the semiconductor substrate shown in FIG. 3). (See the explanatory diagram showing the concentration and electrostatic potential corresponding to the cross-sectional structure of the photodiode.), And the electrostatic potential is almost uniform (the impurity concentration and electrostatic potential shown in FIG. Therefore, the electron 204 strays through the wafer 106 while undergoing free motion due to phonon scattering.

こうした迷走電子204は、P型エピ層104中の少数キャリアとして短時間の存在を許されるが、ある確率で正孔との再結合で消滅し、ある確率で表面近くのフォトダイオード100による空乏層110に到達する。   Such stray electrons 204 are allowed to exist for a short time as minority carriers in the P-type epilayer 104, but disappear with recombination with holes with a certain probability, and with a certain probability with a depletion layer due to the photodiode 100 near the surface. 110 is reached.

そして、ある確率で表面近くのフォトダイオード100による空乏層110に到達した電子204は、すぐにN型ドープ層108に引き付けられ回収されるので光感度に寄与するが、その一方で、迷走時間だけ遅れて回収されるため、フォトダイオード100の光に対する時間分解能を低下させてしまうことになる。   The electrons 204 that reach the depletion layer 110 by the photodiode 100 near the surface with a certain probability are immediately attracted to the N-type doped layer 108 and collected, thereby contributing to photosensitivity. Since it is collected with a delay, the time resolution of the photodiode 100 with respect to the light is reduced.

ここで、フォノン散乱による電子は、約1psecに1回の割合で、ランダムな方向に平均的に約10nm移動することが知られている。   Here, it is known that electrons due to phonon scattering move about 10 nm on average in a random direction at a rate of about once every 1 psec.

確率過程をシミュレーション(図11(a)に示すフォノン散乱で自由運動する電子の軌跡のシミュレーション結果を参照する。)すると、1μsecで約2〜3μmの範囲を迷走していると予想される。   When the stochastic process is simulated (refer to the simulation result of the trajectory of free-moving electrons by phonon scattering shown in FIG. 11A), it is expected to stray in the range of about 2 to 3 μm in 1 μsec.

つまり、ウェハー106のP型エピ層104が完全に均一な濃度であるなら、その厚みが7〜20μmであることを考慮すると、少なくとも数μsecの迷走時間が生じることになる。   That is, if the P-type epi layer 104 of the wafer 106 has a completely uniform concentration, a stray time of at least several μsec will occur if the thickness is 7 to 20 μm.

一方で、再結合の頻度は正孔濃度と電子濃度との積に比例することが知られているが、1e15のP型エピ層104中での平均的な電子の寿命は数μsec程度であることが知られており、それより長く迷走する電子は消滅することが予想される。   On the other hand, it is known that the frequency of recombination is proportional to the product of the hole concentration and the electron concentration, but the average electron lifetime in the Pe type epi layer 104 of 1e15 is about several μsec. It is known that electrons straying longer than that are expected to disappear.

結果的に、図1ならびに図2に示したようなウェハー106のP型不純物濃度が均一な従来型CMOS集積回路に構築されたフォトダイオード100を代表とする光電変換素子での近赤外光による時間分解能は数μsecとなり、周波数にして数100KHzであって、それより速い周波数の光信号では振幅の激しい減衰などが起こることが分かる。   As a result, the near-infrared light in the photoelectric conversion element typified by the photodiode 100 constructed in the conventional CMOS integrated circuit in which the P-type impurity concentration of the wafer 106 is uniform as shown in FIGS. The time resolution is several μsec, and the frequency is several hundreds KHz. It can be seen that the optical signal having a faster frequency causes a sharp attenuation of the amplitude.


II.本発明による半導体基板の説明
本発明による半導体基板は、上記した知見に鑑みて案出されたものであり、半導体基板の表面から深部に向かい、P型不純物濃度を適度な勾配をもって濃くするようにしたものである。

II. Description of Semiconductor Substrate According to the Present Invention The semiconductor substrate according to the present invention has been devised in view of the above-described knowledge, and increases the P-type impurity concentration with a moderate gradient from the surface of the semiconductor substrate toward the deep portion. It is a thing.

図4には、本発明による半導体基板を用いて作製された光電変換素子たるフォトダイオードの断面構造および本発明による半導体基板の深度に対する不純物濃度と静電ポテンシャルとをフォトダイオードの断面構造と対応してあらわした図2に相当する説明図が示されている。   FIG. 4 shows the cross-sectional structure of a photodiode, which is a photoelectric conversion element manufactured using a semiconductor substrate according to the present invention, and the impurity concentration and electrostatic potential with respect to the depth of the semiconductor substrate according to the present invention corresponding to the cross-sectional structure of the photodiode. An explanatory diagram corresponding to FIG. 2 is shown.

このフォトダイオード10は、P型不純物を高濃度にドープされたP型バルクシリコン基板12上に濃度勾配をもってP型不純物をドープしたP型エピタキシャル結晶成長層(P型エピ層)14を形成した半導体基板(ウェハー)16の表面から、リンなどのN型不純物を打ち込みN型半導体層(N型ドープ層)108を形成して、所謂、PN接合を形成しており、このPN接合部近傍には電子も正孔も存在しない空乏層110が形成される。なお、図4において、空乏層110は破線によって示されている。   This photodiode 10 is a semiconductor in which a P-type epitaxial crystal growth layer (P-type epilayer) 14 doped with P-type impurities with a concentration gradient is formed on a P-type bulk silicon substrate 12 doped with P-type impurities at a high concentration. An N-type impurity such as phosphorus is implanted from the surface of the substrate (wafer) 16 to form an N-type semiconductor layer (N-type doped layer) 108 to form a so-called PN junction. A depletion layer 110 in which neither electrons nor holes are present is formed. In FIG. 4, the depletion layer 110 is indicated by a broken line.

より詳細には、P型エピ層14は、ウェハー16の表面から深部に向かうに従ってP型不純物濃度が高くなるようにした濃度勾配を備えている。   More specifically, the P-type epi layer 14 has a concentration gradient such that the P-type impurity concentration increases from the surface of the wafer 16 toward the deep part.

具体的には、P型エピ層14のP型不純物濃度は、ウェハー16の表面から2〜3μmの深度では1e15程度として既存プロセスとの整合性を保ち、それより深部では1e16〜1e20程度まで勾配をもって濃度を高める。   Specifically, the P-type impurity concentration of the P-type epi layer 14 is about 1e15 at a depth of 2 to 3 μm from the surface of the wafer 16 to maintain consistency with the existing process, and at a deeper portion, the concentration is about 1e16 to 1e20. To increase the concentration.

例えば、P型エピ層14のP型不純物濃度を、ウェハー16の表面からの深度4μmで1e16とし、深度6μmで1e17とし、深度8μmで1e18とするようにして、概ね指数的に増加する濃度勾配をつけるものである。   For example, the P-type impurity concentration of the P-type epi layer 14 is 1e16 at a depth of 4 μm from the surface of the wafer 16, 1e17 at a depth of 6 μm, and 1e18 at a depth of 8 μm. It is something that attaches.

この深度に対するP型不純物の濃度の増加は、深度1μmにつき3倍程度、換言すれば、深度3μmにつき1桁程度が、後述する静電ポテンシャル勾配の観点から電子回収の高速化に適する。   The increase in the concentration of the P-type impurity with respect to this depth is about three times per 1 μm depth, in other words, about one digit per 3 μm depth, which is suitable for speeding up electron recovery from the viewpoint of the electrostatic potential gradient described later.

しかしながら、深度に対するP型不純物の濃度の増加が、深度1μmにつき1.5倍程度、換言すれば、深度6μmにつき1桁程度であれば、従来の技術と比較すると十分な電子回収の高速化を図ることができ、深度1μmにつき1.05倍程度であっても、従来の技術と比較するとある程度の電子回収の高速化を図ることができる。   However, if the increase in the concentration of the P-type impurity with respect to the depth is about 1.5 times per 1 μm depth, in other words, about one digit per 6 μm depth, sufficient electron recovery speed can be increased compared to the conventional technology. Even if the depth is about 1.05 times per 1 μm depth, the electron recovery speed can be increased to some extent as compared with the conventional technique.


ここで、上記した濃度勾配は単調増加である必要があり、一定率で指数的に増加するものであることが好ましい。

Here, the above-mentioned concentration gradient needs to increase monotonously, and preferably increases exponentially at a constant rate.

また、ウェハー16の表面からのP型エピ層14の厚さT2は、一般的には7〜20μmであるので、それより深いところはシリコンインゴットから薄く切り出されるP型バルクシリコン基板12となるが、そのP型バルクシリコン基板12のP型不純物濃度は、P型エピ層14の最深部のP型不純物濃度より高くすることが好ましい。   Further, since the thickness T2 of the P-type epi layer 14 from the surface of the wafer 16 is generally 7 to 20 μm, the deeper portion becomes the P-type bulk silicon substrate 12 cut out thinly from the silicon ingot. The P-type impurity concentration of the P-type bulk silicon substrate 12 is preferably higher than the P-type impurity concentration in the deepest part of the P-type epi layer 14.

なお、ウェハー16の平面方向のP型不純物濃度は均一であることが好ましいが、厳密な均一性は必要としない。   Note that the P-type impurity concentration in the planar direction of the wafer 16 is preferably uniform, but strict uniformity is not required.

しかしながら、深さ方向にも平面方向にも、不純物濃度の極端な局在や不連続な段差は排除することが好ましい。   However, it is preferable to exclude extreme localization of impurity concentration and discontinuous steps in both the depth direction and the planar direction.


次に、図5には、図4に示す本発明によるフォトダイオード10における電子ならびに正孔の移動の状態をあらわす説明図が示されており、この図5を参照しながら、フォトダイオード10への光照射により発生した電子ならびに正孔が、どのように移動するのかについて説明する。

Next, FIG. 5 shows an explanatory view showing the state of movement of electrons and holes in the photodiode 10 according to the present invention shown in FIG. 4, and referring to FIG. How electrons and holes generated by light irradiation move will be described.

上記において説明したように、シリコンの光吸収は波長に依存しており、波長が600nmより短い光は厚さT1が2〜3μmの空乏層110で効率良く吸収され、発生した電子20と正孔22とは空乏層110内部の静電ポテンシャルに従い移動し、電子20はN型ドープ層108に引かれ(図5の矢印Cを参照する。)、正孔22は反対方向に逃げる(図2の矢印Dを参照する。)。   As described above, the light absorption of silicon depends on the wavelength, and light having a wavelength shorter than 600 nm is efficiently absorbed by the depletion layer 110 having a thickness T1 of 2 to 3 μm, and the generated electrons 20 and holes 22 moves according to the electrostatic potential inside the depletion layer 110, the electrons 20 are attracted to the N-type doped layer 108 (see arrow C in FIG. 5), and the holes 22 escape in the opposite direction (in FIG. 2). (See arrow D).

しかしながら、波長が600nmより長い光については、その一部は空乏層110では吸収されずにウェハー16の深部まで到達する。   However, part of the light having a wavelength longer than 600 nm reaches the deep part of the wafer 16 without being absorbed by the depletion layer 110.

例えば、波長が700nmより長い近赤外光の半分以上は、厚さT1が2〜3μmの空乏層110では吸収されることなく、ウェハー16の深部まで透過していく。   For example, more than half of near-infrared light having a wavelength longer than 700 nm is not absorbed by the depletion layer 110 having a thickness T1 of 2 to 3 μm, but is transmitted to the deep part of the wafer 16.

そして、空乏層110を透過した光線は、ウェハー16のP型エピ層14の深部でシリコン原子に吸収されて電子24と正孔26とを発生する。   The light beam transmitted through the depletion layer 110 is absorbed by silicon atoms in the deep portion of the P-type epi layer 14 of the wafer 16 to generate electrons 24 and holes 26.


ここで、従来より、P型不純物濃度が10倍になると静電ポテンシャルは約59mV上昇することが知られており、本発明のP型エピ層14のようにP型不純物濃度が深度に従い勾配をもっていて、そのP型不純物の濃度勾配が、例えば、1e15から1e20に上昇するものであれば、静電ポテンシャルは都合約300mVの勾配をもつことになる(図4を参照する)。

Conventionally, it is known that the electrostatic potential increases by about 59 mV when the P-type impurity concentration becomes 10 times, and the P-type impurity concentration has a gradient according to the depth as in the P-type epi layer 14 of the present invention. If the concentration gradient of the P-type impurity increases from 1e15 to 1e20, for example, the electrostatic potential has a gradient of about 300 mV (see FIG. 4).

従って、上記において説明したように、従来のウェハー106で発生した電子の一部(迷走電子204)は迷走し、ある確率で正孔と再結合して消滅するものであるが、本発明による深さ方向にP型不純物濃度勾配を備えた半導体基板(ウェハー)16で発生した電子24は、静電ポテンシャルの勾配に従い、迷走することなく表面方向(図5の矢印Eを参照する。)に移動する速度を持つ。   Therefore, as described above, some of the electrons (stray electrons 204) generated in the conventional wafer 106 stray, recombine with holes with a certain probability, and disappear. Electrons 24 generated in the semiconductor substrate (wafer) 16 having a P-type impurity concentration gradient in the vertical direction move in the surface direction (see arrow E in FIG. 5) without stray according to the gradient of the electrostatic potential. Have the speed to do.

このため、従来のフォトダイオード100において電子が迷走する場合と比較すると、本発明によるフォトダイオード10によれば、高い確率で電子は表面近くのフォトダイオード10による空乏層110に到達する。   For this reason, compared with the case where electrons stray in the conventional photodiode 100, according to the photodiode 10 of the present invention, the electrons reach the depletion layer 110 of the photodiode 10 near the surface with a high probability.

なお、既知の事実として、電子移動速度は、電子が均一な濃度中を迷走する場合に比べ、静電ポテンシャルに勾配が存在する場合は桁違いに高速であることが知られている。   As a known fact, it is known that the electron moving speed is orders of magnitude higher when there is a gradient in the electrostatic potential than when electrons stray through a uniform concentration.

具体的には、1kV/cmの電界中の電子の平均速度は約15km/sec(図11(b)に示す電界中の電子の移動速度をあらわすグラフを参照する。)である。   Specifically, the average speed of electrons in an electric field of 1 kV / cm is about 15 km / sec (refer to the graph showing the moving speed of electrons in an electric field shown in FIG. 11B).

従って、それから換算すると、深度1μm当たり30mVの静電ポテンシャル勾配がある場合には、1μmの移動時間は約0.2nsecである。   Therefore, in terms of conversion, when there is an electrostatic potential gradient of 30 mV per 1 μm depth, the travel time of 1 μm is about 0.2 nsec.

即ち、この程度の静電ポテンシャル勾配があれば、ウェハー16の表面から深度10μmの深部で発生した電子は、迷走することなく約2nsec以内にウェハー16の表面近くのフォトダイオード10による空乏層110に到達するか、あるいは、移動途中に正孔と再結合して消滅する。   In other words, if there is an electrostatic potential gradient of this level, electrons generated at a depth of 10 μm from the surface of the wafer 16 do not stray and reach the depletion layer 110 due to the photodiode 10 near the surface of the wafer 16 within about 2 nsec. It arrives or recombines with holes in the middle of movement and disappears.

ここで、P型エピ層14にはP型不純物が1e16から1e21の高濃度で存在するので、P型エピ層14に存在する電子が正孔と再結合する確率は1e15の場合に比べ高いが、一方で電子は静電ポテンシャル勾配によりごく短時間でP型エピ層14を通り過ぎるため、正孔と再結合せずに空乏層110に到達する可能性も高いことが予想される。   Here, since P-type impurities are present in the P-type epi layer 14 at a high concentration of 1e16 to 1e21, the probability that electrons existing in the P-type epi layer 14 recombine with holes is higher than that in the case of 1e15. On the other hand, since electrons pass through the P-type epi layer 14 in a very short time due to the electrostatic potential gradient, it is expected that the possibility of reaching the depletion layer 110 without recombination with holes is high.


一方、P型エピ層14で発生した正孔26は、静電ポテンシャル勾配に従いウェハー16のより深部方向(図5の矢印Fを参照する。)に移動する。

On the other hand, the holes 26 generated in the P-type epi layer 14 move in the deeper direction of the wafer 16 (see arrow F in FIG. 5) according to the electrostatic potential gradient.

その速度は、電子の移動速度の1/3程度であるので、数nsecであると予想される。しかしながら、発生した正孔24の周辺のP型エピ層14のP型不純物濃度は高く、大量の正孔が存在していることを考慮すると、移動というよりも濃度平衡を保つ形で伝播している状態となるものである。   Since the speed is about 1/3 of the moving speed of electrons, it is expected to be several nsec. However, the P-type impurity concentration in the P-type epi layer 14 around the generated holes 24 is high, and considering that a large amount of holes are present, the P-type impurity layer propagates in a form that maintains concentration equilibrium rather than migration. It will be in a state.


なお、光がP型エピ層14で吸収されずにウェハー16中をさらに進むと、P型エピ層14を透過した光は、P型エピ層14よりもさらに深部のバルクシリコン基板12中で吸収されて電子28と正孔30とを発生する。

If the light further proceeds through the wafer 16 without being absorbed by the P-type epi layer 14, the light transmitted through the P-type epi layer 14 is absorbed in the bulk silicon substrate 12 deeper than the P-type epi layer 14. As a result, electrons 28 and holes 30 are generated.

こうして発生した電子28は、静電ポテンシャルの勾配の影響を受けないので、フォノン散乱に従い迷走する。   Since the electrons 28 thus generated are not affected by the gradient of the electrostatic potential, they stray according to phonon scattering.

しかしながら、高い不純物濃度のP型半導体中では、正孔との接触確率は高く、迷走する電子は再結合によって消滅する確率が非常に高い。   However, in a high impurity concentration P-type semiconductor, the probability of contact with holes is high, and the stray electrons have a very high probability of disappearing by recombination.

従って、バルクシリコン基板12のP型不純物濃度が1e20以上の高濃度である場合には、平均的な再結合時間は一般的には1nsec以下程度と予想されるので、P型エピ層14より深いバルクシリコン基板12の深部で発生した電子28は、迷走する間もなく短時間で消滅することになる。   Accordingly, when the P-type impurity concentration of the bulk silicon substrate 12 is a high concentration of 1e20 or more, the average recombination time is generally expected to be about 1 nsec or less, so that it is deeper than the P-type epi layer 14. The electrons 28 generated in the deep part of the bulk silicon substrate 12 disappear in a short time without straying.

一方、バルクシリコン基板12で発生した正孔30は、バルクシリコン基板12に回収される。   On the other hand, the holes 30 generated in the bulk silicon substrate 12 are collected in the bulk silicon substrate 12.


従って、本発明による深さ方向に不純物の濃度勾配をもつ半導体基板(ウェハー)16、即ち、深度が深くなるに従ってP型不純物濃度が高濃度になる濃度勾配をもつP型エピ層14とP型不純物が高濃度にドープされたバルクシリコン基板12とを備えた半導体基板(ウェハー)16においては、ウェハー16の表面より2〜3μmの深度では、従来通りの不純物ドープによってフォトダイオード10の空乏層110を形成することができ、通常通りの光感度がある。

Therefore, the semiconductor substrate (wafer) 16 having the impurity concentration gradient in the depth direction according to the present invention, that is, the P-type epitaxial layer 14 having the concentration gradient in which the P-type impurity concentration becomes higher as the depth increases and the P-type In a semiconductor substrate (wafer) 16 including a bulk silicon substrate 12 doped with impurities at a high concentration, a depletion layer 110 of the photodiode 10 is formed by conventional impurity doping at a depth of 2 to 3 μm from the surface of the wafer 16. The photosensitivity is as usual.

空乏層110より深いP型エピ層14で発生した電子は、緩やかな静電ポテンシャル勾配に従い迷走することなくウェハー16の表面に移動し、極めて短時間でウェハー16の表面に到達するか、移動途中で正孔との再結合により消滅する。   Electrons generated in the P-type epi layer 14 deeper than the depletion layer 110 move to the surface of the wafer 16 without straying according to a gentle electrostatic potential gradient, and reach the surface of the wafer 16 in a very short time, or are moving. It disappears by recombination with holes.

P型エピ層14よりさらに深いバルクシリコン基板12で発生した電子は、短時間で再結合によって消滅する。   Electrons generated in the bulk silicon substrate 12 deeper than the P-type epi layer 14 disappear by recombination in a short time.

従って、本発明による半導体基板(ウェハー16)を用いて形成したフォトダイオード10によれば、従来の半導体基板106を用いて形成した従来のフォトダイオード100と比較すると、時間分解能が大幅に改善される。   Therefore, according to the photodiode 10 formed using the semiconductor substrate (wafer 16) according to the present invention, the time resolution is greatly improved as compared with the conventional photodiode 100 formed using the conventional semiconductor substrate 106. .


なお、以上において説明したP型不純物の濃度勾配は、現行の半導体製造技術によって実現可能な最大濃度勾配を示すものであり、例えば、P型不純物濃度が、ウェハー16の表面で1e15であり、かつ、P型エピ層14の最深部で1e17程度であるような濃度勾配であれば、本発明の効果は十分に得られる。

The P-type impurity concentration gradient described above indicates the maximum concentration gradient that can be realized by the current semiconductor manufacturing technology. For example, the P-type impurity concentration is 1e15 on the surface of the wafer 16, and If the concentration gradient is about 1e17 at the deepest part of the P-type epitaxial layer 14, the effect of the present invention can be sufficiently obtained.

この場合には、静電ポテンシャルの差は都合約120mVであり、さらに緩やかな勾配をもつことになる。   In this case, the difference in electrostatic potential is about 120 mV, and it has a gentler gradient.

この場合でも時間分解能は5〜10nsecであり、均一な濃度の半導体基板を用いる場合に比べれば大幅な改善がある。   Even in this case, the time resolution is 5 to 10 nsec, which is a significant improvement over the case where a semiconductor substrate having a uniform concentration is used.

また、P型不純物の濃度勾配をこうした緩やかな濃度勾配とした場合には、光感度を向上することができるようになる。   Further, when the concentration gradient of the P-type impurity is such a gentle concentration gradient, the photosensitivity can be improved.

即ち、P型不純物濃度が従来に比べて10〜100倍濃くなり、再結合の頻度は濃度に従い高まることになるが、静電ポテンシャル勾配による高速な電子移動によって電子が少数キャリアとしてP型エピ層14中に滞在する時間は1/100〜1/1000に短くなる。   That is, the P-type impurity concentration is 10 to 100 times higher than the conventional one, and the frequency of recombination increases with the concentration. However, the electrons are converted into minority carriers by the high-speed electron transfer due to the electrostatic potential gradient. 14 stays in 1/100 to 1/1000.

従って、電子が再結合されずに生き残る可能性は従来に比べて数倍高く、電子の回収効率が向上し光感度が向上する。   Therefore, the possibility that the electrons survive without being recombined is several times higher than the conventional case, and the electron recovery efficiency is improved and the photosensitivity is improved.


次に、図6には、P型不純物の濃度勾配と静電ポテンシャル勾配と当該静電ポテンシャル勾配により実現される時間分解能との関係をあらわす図表が示されている。

Next, FIG. 6 shows a chart showing the relationship between the concentration gradient of the P-type impurity, the electrostatic potential gradient, and the time resolution realized by the electrostatic potential gradient.

なお、ウェハー16の表面のP型不純物の濃度は1e15で固定とし、ウェハー16のなかでP型不純物の濃度勾配をもたせるP型エピ層14の厚さT2を10μmとし、P型不純物濃度の勾配はウェハー16の表面から一定率で指数的に増加するものとした。   Note that the concentration of the P-type impurity on the surface of the wafer 16 is fixed at 1e15, the thickness T2 of the P-type epitaxial layer 14 in the wafer 16 having a concentration gradient of the P-type impurity is 10 μm, and the gradient of the P-type impurity concentration is Is assumed to increase exponentially from the surface of the wafer 16 at a constant rate.

固体撮像素子における実際の時間分解能は、フォトダイオードの電子回収時間のみで決まることはなく、フォトダイオードの寄生容量、周辺電子回路の速度、信号配線の寄生抵抗と寄生容量などの要因で低下することを考慮すると、P型不純物の濃度勾配を4倍以上にする必要性はあまりなく、100MHz以上の時間分解能を要求する超高速用途であっても、濃度の平均増加率は深さ方向1μmにつき2〜3倍が適当である。   The actual time resolution of a solid-state image sensor is not determined solely by the photodiode's electron recovery time, but is reduced by factors such as the parasitic capacitance of the photodiode, the speed of the peripheral electronic circuit, and the parasitic resistance and parasitic capacitance of the signal wiring. Therefore, it is not necessary to make the concentration gradient of the P-type impurity more than 4 times, and the average increase rate of the concentration is 2 per 1 μm in the depth direction even in an ultrahigh-speed application requiring a time resolution of 100 MHz or more. ~ 3 times is appropriate.

多くの高速用途では、濃度の平均増加率は深さ方向1μmにつき2〜1.5倍で十分であり、所謂、高速カメラのアプリケーションでは、濃度の平均増加率は深さ方向1μmにつき1.2〜1.05倍でも従来に比べれば格段に良い時間分解能が得られる。   In many high-speed applications, an average density increase rate of 2 to 1.5 times per 1 μm in the depth direction is sufficient, and in so-called high-speed camera applications, the average density increase rate is 1.2 per 1 μm in the depth direction. Even at ˜1.05 times, a much better time resolution can be obtained compared to the conventional case.

さらに低い濃度勾配である、濃度の平均増加率が深さ方向1μmにつき1.05〜1.01倍では、電子回収の高速化という点での有効性はあまり大きくはないが、全く濃度勾配がない従来の技術に比べると、電子回収も高速化し、また、電子回収率も向上する。   If the average concentration increase rate is 1.05 to 1.01 times per 1 μm in the depth direction, which is a lower concentration gradient, the effectiveness in terms of speeding up the electron recovery is not so great, but there is no concentration gradient at all. Compared to conventional technologies that do not, the electron recovery speed is increased and the electron recovery rate is improved.

なお、図6に示す図表は、P型エピ層14の厚さT2が10μmの場合を例示したが、P型エピ層14の厚さT2が異なる場合には、要求される時間分解能とP型エピ層14の厚さT2とから適切な不純物濃度の勾配を決定すればよい。   6 illustrates the case where the thickness T2 of the P-type epi layer 14 is 10 μm. However, when the thickness T2 of the P-type epi layer 14 is different, the required time resolution and the P-type are shown. An appropriate impurity concentration gradient may be determined from the thickness T2 of the epi layer 14.


III.本発明による半導体基板の製造方法の説明
本発明による不純物濃度の濃度勾配を備えた半導体基板の製造方法としては、以下に示す第1の製造方法と第2の製造方法とがある。

III. Description of Method for Manufacturing Semiconductor Substrate According to the Present Invention As a method for manufacturing a semiconductor substrate having an impurity concentration concentration gradient according to the present invention, there are a first manufacturing method and a second manufacturing method described below.

以下、第1の製造方法と第2の製造方法とについてそれぞれ説明するが、本発明による半導体基板の製造方法の理解を容易にするために、P型エピ層14の表面、即ち、ウェハー16の表面のP型不純物濃度を1e15とし、深さ方向でP型エピ層14の最深部の濃度を1e20とする場合を例にして説明する。   Hereinafter, the first manufacturing method and the second manufacturing method will be described, respectively. In order to facilitate understanding of the semiconductor substrate manufacturing method according to the present invention, the surface of the P-type epi layer 14, that is, the wafer 16 is formed. The case where the P-type impurity concentration on the surface is 1e15 and the concentration of the deepest part of the P-type epilayer 14 in the depth direction is 1e20 will be described as an example.


〔第1の製造方法〕
図7に示す第1の製造方法の説明図を参照しながら説明するが、この第1の製造方法とは、エピタキシャル成長法により、P型不純物の濃度は固定して原料を供給してバルクシリコン基板上にエピタキシャル成長によりP型エピ層を形成し、P型不純物の濃度については拡散により濃度勾配をつけるという製造方法である。

[First production method]
The first manufacturing method will be described with reference to an explanatory diagram of the first manufacturing method shown in FIG. 7. This first manufacturing method is a bulk silicon substrate in which the concentration of P-type impurities is fixed and a raw material is supplied by an epitaxial growth method. In this manufacturing method, a P-type epi layer is formed on the top by epitaxial growth, and the concentration of P-type impurities is given a concentration gradient by diffusion.

なお、エピタキシャル成長法としては、気相エピタキシャル成長法を用いることが好ましい。   As an epitaxial growth method, it is preferable to use a vapor phase epitaxial growth method.

より詳細には、第1の製造方法は、例えば、エピタキシャル成長前のバルクシリコン基板に対し、エピタキシャル成長させる表面から濃度が1e21を超えるような高濃度でP型不純物を打ち込み、その後に熱処理し、P型不純物を1e21を超えるような高濃度でバルクシリコン基板に導入しておく。   More specifically, in the first manufacturing method, for example, a P-type impurity is implanted into a bulk silicon substrate before the epitaxial growth at a high concentration such that the concentration exceeds 1e21 from the surface to be epitaxially grown, and then a heat treatment is performed. Impurities are introduced into the bulk silicon substrate at a high concentration exceeding 1e21.

こうしたバルクシリコン基板の表面上に、従来通りのP型不純物の濃度が1e15のエピタキシャル成長を行なう気相成膜条件でP型エピ層を形成する。   A P-type epi layer is formed on the surface of such a bulk silicon substrate under the vapor phase film forming conditions for performing epitaxial growth with a conventional P-type impurity concentration of 1e15.

バルクシリコン基板に導入した高濃度のP型不純物は、例えば、ホウ素のような低分子量であるので気相拡散しやすい。   The high-concentration P-type impurity introduced into the bulk silicon substrate has a low molecular weight such as boron, so that it is easily diffused in the gas phase.

そのため、結晶成長に伴いP型不純物はバルクシリコン基板の表面から染み出し蒸散し、気相成長に用いるガスに含まれるP型不純物濃度は、濃度が1e15の条件であっても実際にはそれより高濃度の結晶が作成されることになる。   Therefore, as the crystal grows, the P-type impurities ooze out from the surface of the bulk silicon substrate and evaporate, and the P-type impurity concentration contained in the gas used for vapor phase growth is actually higher than that even if the concentration is 1e15. A high concentration of crystals will be created.

そして、このP型不純物の染み出しによる蒸散は、成長膜厚に対して指数的に減少していくので、P型不純物の濃度勾配を極めて精密に制御することは困難であるかもしれないが、一定の割合で再現性よく濃度勾配を形成することができる。   And since the transpiration due to the seepage of the P-type impurities decreases exponentially with respect to the growth film thickness, it may be difficult to control the concentration gradient of the P-type impurities very precisely. A concentration gradient can be formed at a constant rate with good reproducibility.

なお、この第1の製造方法において、P型不純物の濃度勾配の勾配を制御する手法としては、バルクシリコン基板の熱処理時間を調整する手法がある。   In the first manufacturing method, as a method of controlling the gradient of the concentration gradient of the P-type impurity, there is a method of adjusting the heat treatment time of the bulk silicon substrate.

即ち、従来の製造方法によれば、バルクシリコン基板に高濃度不純物を打ち込み、その後に長時間の熱拡散工程によって、バルクシリコン基板中における不純物濃度が十分に均一になるまで不純物拡散させ、それからエピタキシャル成長の工程に移ることになる。   That is, according to the conventional manufacturing method, high-concentration impurities are implanted into the bulk silicon substrate, and then the impurities are diffused by a long thermal diffusion process until the impurity concentration in the bulk silicon substrate becomes sufficiently uniform, and then epitaxial growth is performed. It will move to the process.

このようにすることで、バルクシリコン基板に打ち込まれた不純物原子は、シリコン原子に対して均−に分散し安定化する。   By doing so, the impurity atoms implanted in the bulk silicon substrate are evenly dispersed and stabilized with respect to the silicon atoms.

一方、第1の製造方法のように積極的な濃度勾配を持たせるためには、バルクシリコン基板に高濃度不純物を打ち込み、その後の熱拡散工程を通常に比べ短時間で終了し、その後、エピタキシャル成長の工程に移るのが有効である。   On the other hand, in order to have a positive concentration gradient as in the first manufacturing method, high concentration impurities are implanted into the bulk silicon substrate, the subsequent thermal diffusion process is completed in a shorter time than usual, and then epitaxial growth is performed. It is effective to move to this process.

このようにすると、バルクシリコン基板内における不純物の均一化が不十分となり、バルクシリコン基板の表面に打ち込まれた過剰なP型不純物は表面付近に偏在し不安定なため、より多くのP型不純物原子が気相拡散(蒸散:アウトディフュージョン)することになる。   In this case, the uniformity of the impurities in the bulk silicon substrate becomes insufficient, and excess P-type impurities implanted into the surface of the bulk silicon substrate are unevenly distributed near the surface and are unstable. The atoms will diffuse in the gas phase (transpiration: out diffusion).

従って、バルクシリコン基板への高濃度不純物の打ち込み後の熱拡散工程の時間を調整することにより、エピタキシャル成長での気相拡散の広がり具合を制御することができる。   Therefore, by adjusting the time of the thermal diffusion process after implanting high-concentration impurities into the bulk silicon substrate, it is possible to control the extent of vapor phase diffusion in epitaxial growth.

なお、バルクシリコン基板の表面付近に偏在する過剰なP型不純物が蒸散すると同時に、バルクシリコン基板中においても不純物の拡散が進むので、表面付近の不純物濃度は下がり、不純物がバルクシリコン基板内で均一になったときに安定化して、バルクシリコン基板の表面からのP型不純物の染み出しは終了する。   At the same time, excessive P-type impurities unevenly distributed near the surface of the bulk silicon substrate are evaporated, and at the same time, the diffusion of impurities also proceeds in the bulk silicon substrate, so that the impurity concentration near the surface is lowered and the impurities are uniform in the bulk silicon substrate. When it becomes, it stabilizes and the exudation of the P-type impurity from the surface of the bulk silicon substrate ends.

つまり、バルクシリコン基板に打ち込むP型不純物濃度の総量と打ち込み後の熱処理の時間とを組み合わせることにより、バルクシリコン基板に最終的にドープされるP型不純物濃度と成長中に気相拡散する不純物による濃度勾配を意図的に設計することができるものであり、不純物を多くドープし、短時間の熱処理であれば、成長完了時におけるバルクシリコン基板の最終濃度も高く、かつ、P型エピ層にできる濃度勾配は緩和の長い形になる(図9に示す本発明による半導体基板の製造方法により得られるドーピングプロファイルをあらわすグラフの曲線Bを参照する。)。   That is, by combining the total amount of P-type impurity concentration implanted into the bulk silicon substrate and the heat treatment time after implantation, the P-type impurity concentration finally doped into the bulk silicon substrate and the impurities diffused in the vapor phase during the growth. The concentration gradient can be intentionally designed, and if the impurity is doped in a large amount and the heat treatment is performed for a short time, the final concentration of the bulk silicon substrate at the completion of the growth is high and a P-type epi layer can be formed. The concentration gradient takes a long form of relaxation (see the curve B of the graph representing the doping profile obtained by the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention shown in FIG. 9).

一方、上記の場合と同じ濃度に相当する不純物をドープした後に、十分に熱処理を行なえば、緩和が急峻ですぐに一定濃度近くに達することになる(図9に示すドーピングプロファイルをあらわすグラフの曲線Cを参照する。)。   On the other hand, if the heat treatment is sufficiently performed after doping impurities corresponding to the same concentration as in the above case, the relaxation is steep and immediately reaches a certain concentration (the curve of the graph showing the doping profile shown in FIG. 9). See C).

また、不純物の総量を抑え、同じように熱処理時間を調整すれば、図9に示すドーピングプロファイルをあらわすグラフの曲線Dならびに曲線Eのようなプロファイルを持つ濃度勾配になる。なお、曲線Dは短時間の熱処理の場合を示し、曲線Eは長時間の熱処理の場合を示している。   Further, if the total amount of impurities is suppressed and the heat treatment time is adjusted in the same manner, a concentration gradient having profiles like curves D and E in the graph representing the doping profile shown in FIG. 9 is obtained. Curve D shows the case of short-time heat treatment, and curve E shows the case of long-time heat treatment.


〔第2の製造方法〕
図8(a)(b)に示す第2の製造方法の説明図を参照しながら説明するが、この第2の製造方法とは、エピタキシャル成長法により、P型不純物の濃度を制御しながら原料供給してエピタキシャル成長によりP型エピ層を形成するという製造方法である。

[Second production method]
The second manufacturing method will be described with reference to the explanatory diagrams of the second manufacturing method shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). This second manufacturing method is a material supply while controlling the concentration of P-type impurities by an epitaxial growth method. Thus, a P-type epi layer is formed by epitaxial growth.

なお、エピタキシャル成長法としては、気相エピタキシャル成長法を用いることが好ましい。   As an epitaxial growth method, it is preferable to use a vapor phase epitaxial growth method.

より詳細には、第2の製造方法は、例えば、エピタキシャル成長を行なう気相成膜装置に導入するガス中のP型不純物濃度を積極的に制御して、気相成長の初期の段階では1e20、次に1e19というように、成長の進展に従って暫時P型不純物濃度を下げていき、最終的にP型不純物濃度が1e15に至るようにP型不純物の濃度勾配をつくるようにしてガス中のP型不純物濃度を調整する(図8(b)を参照する。)。   More specifically, in the second manufacturing method, for example, the P-type impurity concentration in the gas introduced into the vapor deposition apparatus that performs epitaxial growth is positively controlled, so that 1e20, Next, as in 1e19, the P-type impurity concentration is lowered for a while as the growth progresses, and finally a P-type impurity concentration gradient is created so that the P-type impurity concentration reaches 1e15. The impurity concentration is adjusted (see FIG. 8B).

これにより、バルクシリコン基板上に、1e20、次に1e19というようにP型不純物濃度が下がり、最終的にP型不純物濃度が1e15となる濃度勾配を備えたP型エピ層を形成するという製造方法である(図8(a)を参照する。)。   As a result, a P-type epitaxial layer having a concentration gradient in which the P-type impurity concentration is reduced to 1e20 and then 1e19 and finally the P-type impurity concentration is 1e15 is formed on the bulk silicon substrate. (See FIG. 8 (a)).

この第2の製造方法によれば、一定比率で指数的に濃度を高めたP型不純物の濃度勾配を得ることができ(図9に示すドーピングプロファイルをあらわすグラフの曲線Aを参照する。)、正確に濃度勾配を制御できる点で有利である。   According to the second manufacturing method, it is possible to obtain a concentration gradient of P-type impurities whose concentration is increased exponentially at a constant ratio (see curve A of the graph representing the doping profile shown in FIG. 9). This is advantageous in that the concentration gradient can be accurately controlled.

なお、第2の製造方法を用いる場合には、成長膜厚計測などの計測結果をP型不純物濃度の制御にフィードバックし、ガス供給の管理をフィードバック制御することが好ましい。   In the case of using the second manufacturing method, it is preferable to feed back a measurement result such as a growth film thickness measurement to the control of the P-type impurity concentration and to feedback control the management of gas supply.


〔本発明による半導体基板の製造方法のまとめ〕
本発明による半導体基板の製造方法において必要なことは、不純物の濃度について表面から深部に向かって増加する単調な濃度勾配を形成することにある。

[Summary of Manufacturing Method of Semiconductor Substrate According to the Present Invention]
What is necessary in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is to form a monotonous concentration gradient that increases from the surface toward the deep portion with respect to the concentration of impurities.

従って、そのドーピングプロファイルの形状が、図9の曲線A〜Eに示すように大きく異なっていたり、あるいは、ウェハーの平面方向に若干の不均一があったとしても、電子回収時間が、例えば、2nsecになるか5nsecになるかという程度の差異しかなく、実用上における実際の性能にほとんど影響を与えることはない。   Therefore, even if the shape of the doping profile is greatly different as shown by curves A to E in FIG. 9 or there is a slight non-uniformity in the plane direction of the wafer, the electron recovery time is, for example, 2 nsec. Or 5 nsec, and there is almost no influence on the actual performance in practical use.

なお、半導体基板により作製されるデバイスが、1nsec単位の再現性や厳密なバラツキ精度を要求されるものであるならば、図9の曲線Aに示すように、不純物の濃度勾配は静電ポテンシャルが十分にまた単調に勾配を持つように制御することが好ましい。   If a device manufactured from a semiconductor substrate is required to have reproducibility of 1 nsec unit or strict variation accuracy, as shown by curve A in FIG. It is preferable to control to have a sufficiently monotonous gradient.

それとは逆に、図6に示したように、半導体基板により作製されるデバイスが要求する時間分解能が10〜20nsec程度でよいのであれば、P型エピ層全体での静電ポテンシャル勾配は数十mVで十分である。従って、エピタキシャル成長前のバルクシリコン基板に予め1e17〜1e18程度に相当する不純物ドープを施し、P型エピ層は1e15の濃度とする成長条件で成長させれば、十分な濃度勾配(1μmにつき1.2〜1.5倍)が形成される(図9の曲線Dを参照する。)。   On the other hand, as shown in FIG. 6, if the time resolution required for a device manufactured from a semiconductor substrate is about 10 to 20 nsec, the electrostatic potential gradient in the entire P-type epi layer is several tens of times. mV is sufficient. Therefore, if a bulk silicon substrate before epitaxial growth is preliminarily doped with an impurity equivalent to about 1e17 to 1e18, and the P-type epitaxial layer is grown under growth conditions with a concentration of 1e15, a sufficient concentration gradient (1.2 μm per 1 μm) is obtained. (See curve D in FIG. 9).

このような濃度勾配の緩やかなウェハーは、時間分解能と感度との双方を向上することができるので、デバイスの作製には有利である。   Such a wafer having a gentle concentration gradient can improve both time resolution and sensitivity, and is therefore advantageous for manufacturing a device.


なお、上記した第1の製造方法ならびに第2の製造方法の説明においては、説明の便宜上、P型エピ層の厚さT2を10μmの場合を例として示したが、より、長波長に対する感度を求めるならば、より厚いP型エピ層が適しているため、例えば、厚さT2が20μm程度となるようにP型エピ層を積層するようにしてもよい。

In the description of the first manufacturing method and the second manufacturing method described above, the case where the thickness T2 of the P-type epi layer is 10 μm is shown as an example for convenience of description. If desired, since a thicker P-type epi layer is suitable, for example, the P-type epi layer may be laminated so that the thickness T2 is about 20 μm.

また、上記した第1の製造方法と第2の製造方法とのいずれかを選択するかは、製造コストに対する必要な精度や時間分解能を考慮して適宜に決定すればよい。   Whether to select the first manufacturing method or the second manufacturing method described above may be determined as appropriate in consideration of necessary accuracy and time resolution with respect to the manufacturing cost.

上記した第1の製造方法と第2の製造方法とは、いずれも従来の半導体製造プロセスを利用した製造方法であって、従来の半導体基板のエピタキシャル製法を除く集積回路製造プロセスに何らの変更を加える必要はない。   Each of the first manufacturing method and the second manufacturing method described above is a manufacturing method using a conventional semiconductor manufacturing process, and any change is made to the integrated circuit manufacturing process excluding the conventional epitaxial manufacturing method of a semiconductor substrate. There is no need to add.

また、上記した第1の製造方法ならびに第2の製造方法は、研磨によりバルクシリコン基板部分をそぎ落とし、裏面照射型の固体撮像素子を作製する技術との整合性も良く、裏面照射型の固体撮像素子を作製するにあたって何らの不都合も生じない。   In addition, the first manufacturing method and the second manufacturing method described above have good consistency with the technology for scraping off the bulk silicon substrate portion by polishing and manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device, and the back-illuminated solid There is no inconvenience in producing the image sensor.

ただし、裏面照射型の固体撮像素子を作製するための半導体製造基板を作製する際には、短波長感度を得るために、不純物の濃度勾配は一定比率であるよりも裏面でやや急峻にし、平均的に1μm当たり1.05倍程度とし、P型エピ層のP型不純物濃度の平均値が2e15以下となるようにすることが好ましい。   However, when fabricating a semiconductor manufacturing substrate for fabricating a back-illuminated solid-state imaging device, in order to obtain short wavelength sensitivity, the impurity concentration gradient is slightly steeper on the back surface rather than being a constant ratio. Specifically, it is preferable to set the average value of the P-type impurity concentration of the P-type epi layer to 2e15 or less by about 1.05 times per μm.

この程度のP型不純物濃度であれば、電子と正孔との再結合は低頻度となり、裏面近傍で発生した短波長由来の電子が表面近くまで生き残る可能性が高まる。   With such a P-type impurity concentration, recombination of electrons and holes is infrequent, and the possibility that electrons derived from short wavelengths generated in the vicinity of the back surface survive to the vicinity of the surface increases.

また、長波長のみに感度があれば良い用途であれば、濃度勾配を1μm当たり1.5倍程度とし、裏面での濃度を5e17程度まで上げることで、時間分解能も10nsec程度まで高めることができる。   In addition, if it is an application that only requires sensitivity at long wavelengths, the time resolution can be increased to about 10 nsec by increasing the concentration gradient to about 1.5 times per 1 μm and increasing the concentration on the back surface to about 5e17. .


IV.本願発明者によるシミュレーション結果
以下、本願発明者が行ったシミュレーションの結果について、図10(a)(b)を参照しながら説明する。

IV. Simulation Results by the Inventor The simulation results performed by the inventor will be described below with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b).

即ち、図10(a)(b)には、10μmの深度のP型エピ層について、最深部より1e20の濃度でP型不純物であるホウ素をドープし、さらに表面へ向かうに従って指数的に減少する濃度勾配を持つようにしてホウ素のドープを行い、表面でのホウ素濃度を1e15とした場合のシミュレーション結果が示されている。   That is, in FIGS. 10A and 10B, a P-type epi layer having a depth of 10 μm is doped with boron, which is a P-type impurity, at a concentration of 1e20 from the deepest portion, and decreases exponentially toward the surface. The simulation result is shown when boron is doped with a concentration gradient and the boron concentration on the surface is 1e15.

P型エピ層の濃度勾配は、1.5μm当たり10倍(1μm当たり6.7倍)になるように設定した。   The concentration gradient of the P-type epi layer was set to be 10 times per 1.5 μm (6.7 times per 1 μm).

具体的には、P型エピ層のP型不純物濃度は、半導体基板の表面からの深度が10μmで1e20となり、深度が8.5μmで1e19となり、深度が7μmで1e18となり、深度が5.5μmで1e17となり、深度が4μmで1e16となり、深度が2.5μから表面まで1e15となる。   Specifically, the P-type impurity concentration of the P-type epilayer is 1e20 when the depth from the surface of the semiconductor substrate is 10 μm, 1e19 when the depth is 8.5 μm, 1e18 when the depth is 7 μm, and the depth is 5.5 μm. 1e17 at a depth of 4 μm, and 1e16 from a depth of 2.5 μm to the surface.

上記したP型不純物の濃度勾配を備えたP型エピ層を設定した後に、半導体基板の表面よりN型不純物であるリンを打ち込み、表面濃度で1e18であり、深度が1μmで濃度が1e15となるようにN型不純物をガウシアン分布させてN型半導体層を形成し、これによりPN接合を形成した。   After setting the P-type epitaxial layer having the P-type impurity concentration gradient described above, phosphorus, which is an N-type impurity, is implanted from the surface of the semiconductor substrate, the surface concentration is 1e18, the depth is 1 μm, and the concentration is 1e15. As described above, an N-type semiconductor layer was formed by Gaussian distribution of N-type impurities, thereby forming a PN junction.

N型半導体層の表面とP型エピ層の最深部の端面、即ち、半導体基板におけるバルクシリコン基板の裏面に相当する部分とにはタングステン電極をオーミック接続し、2.5Vの直流でバイアスした(図10(b)を参照する。)。   A tungsten electrode was ohmically connected to the surface of the N-type semiconductor layer and the end face of the deepest part of the P-type epi layer, that is, the portion corresponding to the back surface of the bulk silicon substrate, and biased with a direct current of 2.5V ( Reference is made to FIG.

上記した濃度条件において、ポアソン方程式と電流連続式とを繰り返し計算して、収束させた結果が図10(a)のグラフに示されている。   The graph of FIG. 10A shows the result of repeatedly calculating and converging the Poisson equation and the current continuity equation under the above-described concentration conditions.

図10(a)の凡例に示すように、静電ポテンシャルと電子密度と正孔密度とを深度に対して示した。   As shown in the legend of FIG. 10A, the electrostatic potential, the electron density, and the hole density are shown with respect to the depth.

ここで、静電ポテンシャルの単位はV(ボルト)であり、半導体基板中の電圧について、バルクシリコン基板に相当する右端の電極表面を0Vとして示している。なお、図10(a)に示すグラフの数値軸については、左軸を参照する。   Here, the unit of the electrostatic potential is V (volt), and the rightmost electrode surface corresponding to the bulk silicon substrate is shown as 0 V with respect to the voltage in the semiconductor substrate. Note that the left axis is referred to for the numerical axis of the graph shown in FIG.

また、電子密度と正孔密度とは対数軸であり、図10(a)に示すグラフの右軸の数値を参照し、例えば、「1e20」とは1立方センチメートル当たりのキャリア密度が1の20乗個を意味する表記であり、他の右軸の数値も同様である。   Further, the electron density and the hole density are logarithmic axes, and refer to the numerical value on the right axis of the graph shown in FIG. 10A. For example, “1e20” means that the carrier density per cubic centimeter is 1 to the 20th power. It is a notation that means individual, and the same applies to the other numerical values on the right axis.

まず、静電ポテンシャル(図10(a)における実線の曲線)を参照すると、深度0.8μmから深度3μmまで約3Vのポテンシャル勾配があり、この部分が空乏層となっていることが理解される。その後は、深度4μm〜10umまで、なだらかで直線的なポテンシャル勾配が見られ、この部分はP型エピ層のホウ素の濃度勾配に起因するものであり、その勾配は約40mV/μmである。   First, referring to the electrostatic potential (solid curve in FIG. 10A), it is understood that there is a potential gradient of about 3 V from a depth of 0.8 μm to a depth of 3 μm, and this portion is a depletion layer. . Thereafter, a gentle and linear potential gradient is observed from 4 μm to 10 μm in depth, and this portion is caused by the boron concentration gradient in the P-type epilayer, and the gradient is about 40 mV / μm.

次に、電子密度(図10(a)における破線の曲線)を参照すると、表面から深度0.8μmで1e18を示し、それより深部では存在しないことが分かる。   Next, referring to the electron density (dashed curve in FIG. 10A), it can be seen that 1e18 is shown at a depth of 0.8 μm from the surface and does not exist deeper than that.

なお、本シミュレーションは定常状態計算であるので、光吸収で電子が深部で発生したときの振る舞いを計算することはできないが、この結果から予想されるのは、全ての電子は静電ポテンシャル勾配に従いN型半導体に移動するか、P型半導体中の正孔との再結合により消滅することを意味している。   Since this simulation is a steady state calculation, it is impossible to calculate the behavior when electrons are generated deep due to light absorption, but it is expected from this result that all electrons follow the electrostatic potential gradient. It means to move to an N-type semiconductor or to disappear by recombination with holes in a P-type semiconductor.

次に、正孔密度(図10(a)における一点鎖線の曲線)を参照すると、表面より深度3μmのN型半導体中と空乏層とには正孔は非常に少なく、深度3μmから深部では不純物濃度の増加に従って増加する。電子の場合と異なるのは、正孔は広い範囲に存在することで、その全てはトーパントであるホウ素から提供されているのが定常状態であると分かる。   Next, referring to the hole density (the dashed-dotted line curve in FIG. 10A), there are very few holes in the N-type semiconductor and the depletion layer at a depth of 3 μm from the surface, and impurities from a depth of 3 μm to a deep portion. Increasing with increasing concentration. Unlike the case of electrons, holes exist in a wide range, and it can be seen that all of them are provided from boron, which is a tomato, in a steady state.

この広い範囲に光吸収により電子や正孔が発生すると、初期の段階では静電ポテンシャルの勾配に従い、電子は表面に正孔はより深部へ移動を開始すると考えられる。   When electrons and holes are generated by light absorption in this wide range, it is considered that electrons follow the gradient of electrostatic potential in the initial stage, and electrons start moving to the deeper part on the surface.

正孔の存在確率は高いので、一部の電子は正孔と再結合するであろうが、移動速度が再結合速度よりも速い場合は再結合を免れ、空乏層のポテンシャルに引き付けられ、N型半導体まで到達する。   Since the probability of existence of holes is high, some electrons will recombine with the holes, but if the moving speed is faster than the recombination speed, the recombination is avoided and is attracted to the potential of the depletion layer. Reach the type semiconductor.

最も深部、即ち、10μm深度で発生した電子が表面から3μmの空乏層に達するまでの時間は、計算上は1.2nsec以下であり、これが時間分解能の目安になると考えられる。   The time required for the electrons generated at the deepest part, that is, at a depth of 10 μm, to reach the 3 μm depletion layer from the surface is 1.2 nsec or less in calculation, and this is considered to be a measure of time resolution.

これより遅い電子も確率的に存在するが、その電子は散乱の影響をより多く受けているはずであり、散乱中に正孔と再結合する確率が高いので、空乏層への到達確率は低い。   Slower electrons are also present stochastically, but they should be more affected by scattering and are more likely to recombine with holes during scattering, so the probability of reaching the depletion layer is lower. .


V.その他の実施の形態
上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(5)に示すように変形することができるものである。

V. Other Embodiments The embodiments described above can be modified as shown in the following (1) to (5).

(1)上記した実施の形態においては、P型半導体基板について説明したが、P型不純物とN型不純物とを置換することにより、本発明をN型半導体に対して適用することができることは勿論である。   (1) Although the P-type semiconductor substrate has been described in the above-described embodiment, it is needless to say that the present invention can be applied to an N-type semiconductor by substituting a P-type impurity and an N-type impurity. It is.

(2)上記した実施の形態において用いた数値は例示に過ぎないものであり、各種の設計条件に応じて、適宜に数値を選択してもよいことは勿論である。   (2) The numerical values used in the above-described embodiments are merely examples, and it goes without saying that the numerical values may be appropriately selected according to various design conditions.

(3)上記した実施の形態においては、本発明による半導体基板の製造方法として第1の製造方法と第2の製造方法とを示したが、第1の製造方法や第2の製造方法とは異なる製造方法により、本発明による半導体基板を製造してもよいことは勿論である。   (3) In the above-described embodiment, the first manufacturing method and the second manufacturing method are shown as the semiconductor substrate manufacturing method according to the present invention. What are the first manufacturing method and the second manufacturing method? Of course, the semiconductor substrate according to the present invention may be manufactured by different manufacturing methods.

(4)上記した実施の形態においては、PN接合により空乏層を形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ショットキー接合やMOS接合により空乏層を形成するようにしてもよい。   (4) In the above embodiment, the depletion layer is formed by the PN junction. However, the present invention is not limited to this, and the depletion layer is formed by the Schottky junction or the MOS junction. It may be.

(5)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(4)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。   (5) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1) thru | or (4).

本発明は、高速な応答を要求される固体撮像素子、例えば、TOF(光飛行時間計測)型距離画像センサーなどを形成する半導体基板やその製造方法として利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a semiconductor substrate for forming a solid-state imaging device that requires a high-speed response, for example, a TOF (optical time-of-flight measurement) type distance image sensor, or a manufacturing method thereof.

10、100 フォトダイオード
12、102 P型バルクシリコン基板
14、104 P型エピタキシャル結晶成長層(P型エピ層)
16、106 ウェハー
20、24 電子
22、26、30 正孔
28 電子(迷走電子)
108 N型半導体層(N型ドープ層)
110 空乏層
112 バイアス電圧
200 電子
204 電子(迷走電子)
202、206 正孔
10, 100 Photodiode 12, 102 P-type bulk silicon substrate 14, 104 P-type epitaxial crystal growth layer (P-type epi layer)
16, 106 Wafer 20, 24 Electron 22, 26, 30 Hole 28 Electron (stray electron)
108 N-type semiconductor layer (N-type doped layer)
110 depletion layer 112 bias voltage 200 electrons 204 electrons (stray electrons)
202, 206 holes

Claims (9)

表面側に空乏層を備えた光電変換素子構造を構成する半導体基板であって、
前記半導体の表面側から裏面側に向けて不純物濃度の濃度勾配をつけて不純物をドープした
ことを特徴とする半導体基板。
A semiconductor substrate constituting a photoelectric conversion element structure having a depletion layer on the surface side,
A semiconductor substrate, wherein impurities are doped with a concentration gradient of impurity concentration from the front side to the back side of the semiconductor.
請求項1に記載の半導体基板において、
前記不純物は、P型不純物であり、
前記濃度勾配は、前記表面側から前記裏面側に向けてP型不純物濃度が高くなる濃度勾配である
ことを特徴とする半導体基板。
The semiconductor substrate according to claim 1,
The impurity is a P-type impurity,
The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the concentration gradient is a concentration gradient in which a P-type impurity concentration increases from the front surface side toward the back surface side.
請求項2に記載の半導体基板において、
前記濃度勾配における前記表面側の濃度は、前記光電変換素子構造を構成可能な濃度であり、
前記濃度勾配は、前記表面側から前記裏面側に向かいP型不純物濃度が単調増加する
ことを特徴とする半導体基板。
The semiconductor substrate according to claim 2,
The concentration on the surface side in the concentration gradient is a concentration capable of constituting the photoelectric conversion element structure,
The semiconductor substrate, wherein the concentration gradient monotonously increases a P-type impurity concentration from the front side toward the back side.
請求項2または3のいずれか1項に記載の半導体基板において、
前記濃度勾配は、指数的に増加する濃度勾配であり、濃度の平均増加率が深さ方向1μmにつき1.05倍以上である
ことを特徴とする半導体基板。
The semiconductor substrate according to claim 2, wherein:
The semiconductor substrate, wherein the concentration gradient is an exponentially increasing concentration gradient, and an average concentration increase rate is 1.05 times or more per 1 μm in the depth direction.
請求項2、3または4のいずれか1項に記載の半導体基板の表面にN型半導体層を形成して、前記半導体基板の前記表面側に前記空乏層を形成した
ことを特徴とする光電変換素子。
An N-type semiconductor layer is formed on the surface of the semiconductor substrate according to any one of claims 2, 3 and 4, and the depletion layer is formed on the surface side of the semiconductor substrate. element.
表面側に空乏層を備えた光電変換素子構造を構成する半導体基板の製造方法であって、
前記光電変換素子構造を構成可能な濃度よりも高濃度でP型不純物をドープした後に熱処理したバルクシリコン基板上に、
エピタキシャル成長法により、P型不純物の濃度を前記光電変換素子構造を構成可能な濃度に固定した原料を供給して前記バルクシリコン基板上にエピタキシャル成長によりP型エピタキシャル層を形成し、
P型不純物の拡散によって、前記P型エピタキシャル層におけるP型不純物の濃度が、前記P型エピタキシャル層の表面から前記バルクシリコン基板へ向かう方向で単調増加する濃度勾配を備えた半導体基板を形成する
ことを特徴とする半導体基板の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor substrate constituting a photoelectric conversion element structure having a depletion layer on the surface side,
On a bulk silicon substrate that has been heat-treated after being doped with a P-type impurity at a concentration higher than that capable of constituting the photoelectric conversion element structure,
An epitaxial growth method is used to supply a raw material in which the concentration of P-type impurities is fixed to a concentration that can constitute the photoelectric conversion element structure, and a P-type epitaxial layer is formed on the bulk silicon substrate by epitaxial growth.
Forming a semiconductor substrate having a concentration gradient in which the concentration of the P-type impurity in the P-type epitaxial layer monotonously increases in a direction from the surface of the P-type epitaxial layer toward the bulk silicon substrate by diffusion of the P-type impurity; A method for manufacturing a semiconductor substrate.
請求項6に記載の半導体基板の製造方法において、
前記バルクシリコン基板の熱処理時間を制御して、P型不純物の拡散による前記P型エピタキシャル層におけるP型不純物の濃度勾配の勾配を制御する
ことを特徴とする半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor substrate according to claim 6,
A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising: controlling a heat treatment time of the bulk silicon substrate to control a concentration gradient of P-type impurities in the P-type epitaxial layer due to diffusion of P-type impurities.
表面側に空乏層を備えた光電変換素子構造を構成する半導体基板の製造方法であって、
前記光電変換素子構造を構成可能な濃度よりも高濃度でP型不純物をドープした後に熱処理したバルクシリコン基板上に、
エピタキシャル成長法により、エピタキシャル成長の初期段階ではP型不純物の濃度を前記光電変換素子構造を構成可能な濃度よりも高濃度とし、エピタキシャル成長の進展に従ってP型不純物の濃度を下げていき、エピタキシャル成長の最終段階ではP型不純物の濃度を前記光電変換素子構造を構成可能な濃度となるように制御しながら原料供給して、エピタキシャル成長によりP型エピタキシャル層を形成し、
前記P型エピタキシャル層におけるP型不純物の濃度が、前記P型エピタキシャル層の表面から前記バルクシリコン基板へ向かう方向で単調増加する濃度勾配を備えた半導体基板を形成する
ことを特徴とする半導体基板の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor substrate constituting a photoelectric conversion element structure having a depletion layer on the surface side,
On a bulk silicon substrate that has been heat-treated after being doped with a P-type impurity at a concentration higher than that capable of constituting the photoelectric conversion element structure,
By the epitaxial growth method, the concentration of the P-type impurity is set higher than the concentration capable of constructing the photoelectric conversion element structure in the initial stage of the epitaxial growth, and the concentration of the P-type impurity is lowered according to the progress of the epitaxial growth, and in the final stage of the epitaxial growth. The raw material is supplied while controlling the concentration of the P-type impurity so that the photoelectric conversion element structure can be configured, and a P-type epitaxial layer is formed by epitaxial growth.
A semiconductor substrate having a concentration gradient in which the concentration of P-type impurities in the P-type epitaxial layer monotonously increases in a direction from the surface of the P-type epitaxial layer toward the bulk silicon substrate is formed. Production method.
請求項6、7または8のいずれか1項に記載の半導体基板の製造方法により製造された半導体基板のP型エピタキシャル層表面にN型半導体層を形成して、前記半導体の前記表面側に前記空乏層を形成する
ことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
An N-type semiconductor layer is formed on a surface of a P-type epitaxial layer of a semiconductor substrate manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 6, 7, or 8, and the surface of the semiconductor is the surface of the semiconductor substrate. A method for producing a photoelectric conversion element, comprising forming a depletion layer.
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