JP2014204009A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、同一のSOI(Silicon On InsuIator)基板上に、X線等を検出するためのフォトダイオードとトランジスタや抵抗などの回路素子とを混在させた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and in particular, a semiconductor in which a photodiode for detecting X-rays and a circuit element such as a transistor and a resistor are mixed on the same SOI (Silicon On Insulator) substrate. The present invention relates to an apparatus and a manufacturing method thereof.
特許文献1には、同一の半導体基板に、センサと周辺回路とが絶縁膜を介して形成されている構造の半導体装置が開示されている。特許文献1に開示された半導体装置では、アノード電極である高濃度P型拡散層および該高濃度P型拡散層を覆うようにして設けられた低濃度のP型ウエル拡散層を囲うようにして半導体領域を形成している。そして、該半導体領域がフィールドプレートとして働くことにより、P型ウエル拡散層の電位の上昇が抑制され、結果として、半導体装置の逆方向耐圧を上昇させている。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device having a structure in which a sensor and a peripheral circuit are formed on the same semiconductor substrate via an insulating film. In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, a high-concentration P-type diffusion layer as an anode electrode and a low-concentration P-type well diffusion layer provided so as to cover the high-concentration P-type diffusion layer are surrounded. A semiconductor region is formed. Since the semiconductor region functions as a field plate, the increase in the potential of the P-type well diffusion layer is suppressed, and as a result, the reverse breakdown voltage of the semiconductor device is increased.
特許文献1に開示されたX線センサとしての半導体装置では、SOI基板を採用し、X線検出用のフォトダイオードをSOI基板の半導体(シリコン)基板に形成し、能動素子(回路素子)としてのトランジスタを半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた半導体層に形成している。そして、X線入射時の検出感度を高くするため、フォトダイオードを形成する半導体基板として低濃度高抵抗の半導体基板を使用し、この半導体基板の裏面に数百Vのバイアス電圧を印加して、半導体基板全体を空乏化している。したがって、このような構造の半導体装置においては、高耐圧であることも要求される。 In the semiconductor device as an X-ray sensor disclosed in Patent Document 1, an SOI substrate is used, and a photodiode for X-ray detection is formed on a semiconductor (silicon) substrate of the SOI substrate as an active element (circuit element). The transistor is formed in a semiconductor layer provided over a semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween. Then, in order to increase the detection sensitivity at the time of X-ray incidence, a low concentration and high resistance semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate on which the photodiode is formed, and a bias voltage of several hundred volts is applied to the back surface of the semiconductor substrate, The entire semiconductor substrate is depleted. Therefore, the semiconductor device having such a structure is required to have a high breakdown voltage.
しかしながら、特許文献1に開示された半導体装置では、半導体基板に印加されたバイアス電圧がトランジスタが形成されている半導体層に影響し、トランジスタに意図しない電流を発生させる場合があるという問題があった。 However, the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 has a problem that the bias voltage applied to the semiconductor substrate affects the semiconductor layer in which the transistor is formed, and an unintended current may be generated in the transistor. .
この問題を回避するための1つの方法として、X線センサを形成する基板にDouble−SOI(Double−Silicon On Insulator)基板を用いる方法が考えられる。以下、このDouble−SOI基板を用いた半導体装置を、比較例として説明する。 As one method for avoiding this problem, a method using a Double-SOI (Double-Silicon On Insulator) substrate as a substrate on which an X-ray sensor is formed can be considered. Hereinafter, a semiconductor device using this Double-SOI substrate will be described as a comparative example.
図17は、該比較例に係る半導体装置500を示している。
半導体装置500では、図17に示すように、埋め込み酸化膜12の上側の第1の半導体層11を回路動作用のMOSトランジスタ40等の回路素子形成用の高濃度低抵抗基板とし、埋め込み酸化膜14の下側の第2の半導体層15をフォトダイオード30形成用の低濃度高抵抗基板とすることで、1枚のウエハ10上に周辺回路を含めたX線センサ部を構成している。図17のP型の半導体領域231が、フォトダイオード30のアノード領域となっている。
FIG. 17 shows a
In the
また、P型の半導体領域232およびN型の取り出し領域233は、フォトダイオード30およびMOSトランジスタ40を含んで構成されるX線センサ部を取り囲んで形成され、該X線センサ部のガードリング部を構成している。X線センサ部は、アレイ状に敷き詰められた複数のフォトダイオード30を含んで構成されるのが一般的である。
The P-
ガードリング部の基本的な機能は、高いバイアス電圧を印加した場合に、半導体基板(第2の半導体層15)の内部で空乏層が均等に広がるようにして半導体装置500のフォトダイオード30の逆方向耐圧(ブレークダウン電圧)を確保することである。
The basic function of the guard ring part is to reverse the
具体的には、ガードリング部のP型の半導体領域232は、P型の半導体領域231から広がる空乏層をさらに外側に広げる機能を有している。これにより、アレイ状に敷き詰められたフォトダイオード30のうちの比較的外側に配置される(ガードリング部のP型の半導体領域232の内側近傍に配置される)フォトダイオード30と比較的内側に配置されるフォトダイオード30との間での性能のバラツキを抑えることもできる。
Specifically, the P-
一方、ガードリング部のN型の取り出し領域233は、半導体基板(第2の半導体層15)の電位を固定するとともに、上記P型の半導体領域232から広がる空乏層の平面方向への広がりを抑制し、深さ方向へ広げることで、半導体装置500のチップ端面(側面)にP型の半導体領域231から広がる空乏層が到達するのを抑制する機能を有している。
On the other hand, the N-
ここで、前述したように、半導体装置500ではDouble−SOI基板を用いているため、図17において、埋め込み酸化膜12と埋め込み酸化膜14との間に第3の半導体層13が形成されている。
本比較例に係る半導体装置500では、この第3の半導体層13が第1の半導体層11と第2の半導体層15とを電気的に分離するように作用することで、電源28により第2の半導体層15に印加されたバイアス電圧の第1の半導体層11に及ぼす影響が抑制されている。
Here, as described above, since the
In the
すなわち、第3の半導体層13が無い場合には、第2の半導体層15を空乏化するために電源28により第2の半導体層15の裏面に印加されたバイアス電圧が、埋め込み酸化膜12を介して埋め込み酸化膜12上に形成した第1の半導体層11にも伝わる場合がある。すると、第1の半導体層11に形成したMOSトランジスタ40のチャネル領域において、意図しない電流が発生し、半導体装置500が誤動作することもある。
これに対し、第3の半導体層13を設け、第1の半導体層11と第2の半導体層15とを電気的に分離することにより、このような電流の発生が抑制される。
That is, in the absence of the
In contrast, the generation of such a current is suppressed by providing the
ところが、比較例に係る半導体装置500では、製造工程上、ガードリング部を構成するP型の半導体領域232とN型の取り出し領域233との間にもフローティング状態の第3の半導体層13bが存在する。そして、この第3の半導体層13bがフォトダイオード30のブレークダウン電圧を低くするように作用し、半導体装置500の逆方向耐圧を低下させているという問題がある。
However, in the
すなわち、図17に示すように、P型の半導体領域231および232を接地し、N型の取り出し領域233および基板裏面に数百Vのバイアス電圧を印加すると、容量結合によってある電位をもった第3の半導体層13bが、X線センサ部からガードリング部の一番外側の領域(N型の取り出し領域233近傍の領域)に広がる電位ポテンシャルの広がりを抑制してしまう。つまり、第3の半導体層13bが空乏層の広がりを抑圧してしまう。この現象により、半導体装置500の逆方向耐圧を大幅に低下させてしまうという問題がある。
That is, as shown in FIG. 17, when P-
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、半導体層同士の電気的な分離を確保しつつ、耐圧の低下が抑制された半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a decrease in breakdown voltage is suppressed and a manufacturing method thereof while ensuring electrical isolation between semiconductor layers. And
上記目的を達成するために、請求項1に記載の半導体装置は、第1の半導体層に形成されたフォトダイオードと、前記第1の半導体層の一主面上に設けられ回路素子が形成された第2の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に設けられた第3の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との間に設けられた第1の絶縁層と、前記第3の半導体層と前記第2の半導体層との間に設けられた第2の絶縁層と、を含む放射線検知部、及び前記放射線検知部を取り囲んで形成されると共に、前記第1の半導体層の前記一主面に形成された第1の領域と、前記第1の領域を取り囲んで形成されると共に、前記第1の半導体層の前記一主面に形成された第2の領域と、前記第1の半導体層の前記一主面上の領域で前記第1の領域と前記第2の領域とで挟まれた前記第3の半導体層に対応する深さの領域に形成された第3の絶縁層と、を含むガードリング部を備えている。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to claim 1 includes a photodiode formed in a first semiconductor layer and a circuit element provided on one main surface of the first semiconductor layer. A second semiconductor layer, a third semiconductor layer provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. A radiation detecting unit including a first insulating layer provided therebetween, and a second insulating layer provided between the third semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the radiation detecting unit And the first region formed on the one main surface of the first semiconductor layer, the first region surrounding the first region, and the first semiconductor layer The second region formed on one main surface and the region on the one main surface of the first semiconductor layer And a guard ring portion comprising a third insulating layer formed to a depth of a region corresponding to the third semiconductor layer sandwiched between the first region and the second region.
また、上記目的を達成するために、請求項2に記載の半導体装置は、第1の半導体層に形成されたフォトダイオードと、前記第1の半導体層の一主面上に設けられ回路素子が形成された第2の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に設けられた第1の絶縁層と、を含む放射線検知部、及び前記放射線検知部を取り囲んで形成されると共に、前記第1の半導体層の前記一主面に形成された第1の領域と、前記第1の領域を取り囲んで形成されると共に、前記第1の半導体層の前記一主面に形成された第2の領域と、前記第1の半導体層の前記一主面上の領域で前記第1の領域と前記第2の領域とで挟まれた前記第2の半導体層に対応する深さの領域に、化学気相成長法によって形成された第2の絶縁層と、を含むガードリング部を備えている。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to claim 2 includes a photodiode formed in a first semiconductor layer, and a circuit element provided on one main surface of the first semiconductor layer. A radiation detection unit including the formed second semiconductor layer, and a first insulating layer provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and surrounds the radiation detection unit And a first region formed on the one main surface of the first semiconductor layer and surrounding the first region, and the one main region of the first semiconductor layer. Corresponding to the second semiconductor layer sandwiched between the first region and the second region by the second region formed on the surface and the region on the one main surface of the first semiconductor layer And a second insulating layer formed by chemical vapor deposition in a depth region It has a ring section.
一方、請求項10に記載の半導体装置の製造方法は、第1の半導体層と、前記第1の半導体層上の第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上の第3の半導体層と、前記第3の半導体層上の第2の絶縁層と、前記第2の絶縁層上の第2の半導体層を備えたシリコン基板を準備する工程と、前記シリコン基板に形成された第1の領域を囲んで前記第1の半導体層上に不純物を導入して形成される第2の領域と、前記第2の領域を囲んで前記第1の半導体層上に不純物を導入して形成される第3の領域とで囲まれる領域の、少なくとも前記第2の半導体層、前記第2の絶縁層、及び前記第3の半導体層を除去する工程と、前記第2の領域に第1の導電型の不純物を導入する工程と、前記第3の領域に前記第1の導電型とは反対の導電型の第2の導電型の不純物を導入する工程と、前記第2の領域と前記第3の領域とで囲まれた領域の、前記第3の半導体層に対応する深さに第3の絶縁層を形成する工程と、を備えている。
On the other hand, in the method for manufacturing a semiconductor device according to
本発明によれば、半導体層同士の電気的な分離を確保しつつ、耐圧の低下が抑制された半導体装置およびその製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device with which the fall of the proof pressure was suppressed, ensuring the electrical isolation of semiconductor layers, and its manufacturing method are provided.
[第1の実施の形態]
以下、図面を参照して本実施の形態に係る半導体装置100について詳細に説明する。
なお、本実施の形態に係る半導体装置100は、X線、β線、可視光等に感度を有するセンサとして構成することができるが、以下では、X線センサとして機能する半導体装置100を例示して説明する。
[First embodiment]
Hereinafter, the
Note that the
図1に示すように、半導体装置100は、センサ部70、および、センサ部70を取り囲んで形成されたガードリング部72を含んで構成されている。同図では、ガードリング部を構成する後述のP型の半導体領域232およびN型の取り出し領域233も併せて示している。
以下では、まず、センサ部70の構成について説明する。
As shown in FIG. 1, the
Below, the structure of the
図2は、図1においてA−Aで示された部分の縦断面図である。
図2に示すように、本実施の形態に係る半導体装置100は、周辺回路の一部としてMOSトランジスタ40が形成された第1の半導体層11と、センサピクセルとして機能し、第2の半導体層15とP型の半導体領域231とを備えるフォトダイオード30と、第1の半導体層11と第2の半導体層15との間に設けられた第3の半導体層13と、第1の半導体層11と第3の半導体層13との間に設けられた埋め込み酸化膜12と、第2の半導体層15と第3の半導体層13との間に設けられた埋め込み酸化膜14とを備えている。
2 is a longitudinal sectional view of a portion indicated by AA in FIG.
As shown in FIG. 2, the
第1の半導体層11、第3の半導体層13はP型半導体基板、第2の半導体層15はN型半導体基板で各々形成している。第2の半導体層15の主面151の領域51には、P型の半導体領域231が設けられている。P型の半導体領域231とN型の第2の半導体層15で、センサピクセルとして機能する、X線用のフォトダイオード30が形成されている。第2の半導体層15の主面151とは反対側の主面152には、電極280が設けられている。MOSトランジスタ40が形成された第1の半導体層11のアクティブ領域111は、第2の半導体層15の主面151の領域51とは異なる領域61上に設けられている。第1の半導体層11のアクティブ領域111と第2の半導体層15との間に設けられた第3の半導体層13には、高濃度のP型の取り出し領域24が設けられている。
The
センサ部70は、上記のフォトダイオード30、およびMOSトランジスタ40を含んで構成されている。
図2に示すように、センサ部70には第3の半導体層13が形成されており、この第3の半導体層13が第1の半導体層11と第2の半導体層15とを電気的に分離する機能を果たしている。
The
As shown in FIG. 2, the
次に、ガードリング部72の構成について説明する。ガードリング部72は、第2の半導体層15にバイアス電圧を印加したり、スクライブ等を行ってペレッタイズ(チップ個片化)した後のチップの端面(側面)に空乏層が到達するのを抑制したりする機能を有している。
Next, the structure of the
図2に示すように、ガードリング部72は、高濃度のP型の半導体領域232、ガードリング部絶縁膜領域74、および高濃度のN型の取り出し領域233を含んで構成されている。前述したセンサ部70とは異なり、P型の半導体領域232とN型の取り出し領域233とで挟まれたガードリング部絶縁膜領域74には、第3の半導体層13に対応する深さにガードリング部絶縁膜76が形成されており、第3の半導体層13が形成されていない。
As shown in FIG. 2, the
次に、本実施の形態に係る半導体装置100のバイアス電圧の印加について説明する。
半導体装置100では、X線用のフォトダイオード30を構成するN型の第2の半導体層15を空乏化するために、第2の半導体層15の裏面(主面152)と高濃度のN型の取り出し領域233(カソード電極)に対し、電源28より正の高電圧が印加される。また、第3の半導体層13とフォトダイオード30のアノード電極となるP型の半導体領域231、およびガードリング部72の一部であるP型の半導体領域232は、電源28の負極側に接続されるとともにGND(接地)90に接続される(接地される)。
Next, application of a bias voltage in the
In the
より具体的には、N型の第2の半導体層15は、第2の半導体層15の主面152に設けられた電極280および第2の半導体層15の主面151に設けられた高濃度のN型の取り出し領域233に接続された電位固定電極276を介して電源28の正極側に接続されている。また、第2の半導体層15の主面151に設けられたP型の半導体領域231および232は、各々取り出し電極274および電位固定電極275を介して電源28の負極側およびGND90に接続されている。P型の第3の半導体層13は、高濃度のP型の取り出し領域24に接続された電位固定電極271を介してGND90に接続されている。
More specifically, the N-type
P型基板で形成された第3の半導体層13を接地電位に固定することにより、第2の半導体層15を空乏化するために第2の半導体層15の裏面(主面152)に電源28から高電圧を印加した場合でも、第1の半導体層11のアクティブ領域111の埋め込み酸化膜12側の界面には当該高電圧は伝達されない。
By fixing the
このように、第1の半導体層11のアクティブ領域111に形成したMOSトランジスタ40と第2の半導体層15に形成したセンサピクセルとしてのフォトダイオード30の間には接地電位に固定された第3の半導体層13があるために、センサピクセルヘの寄生容量が非常に小さくなる。また、センサピクセルヘ信号が入力された際に第1の半導体層11のMOSトランジスタ40へ影響を及ぼすクロストークも、ほぼ無視できる程度となる。
Thus, the third transistor fixed at the ground potential is between the
一方、上述したように、ガードリング部72には、フィールドプレートとして機能してしまう第3の半導体層13が存在しないため、空乏層を形成する電位分布の広がりが抑圧されずに一定の耐圧を確保することが可能となる。
On the other hand, as described above, since the
次に、本実施の形態に係る半導体装置100の製造方法について説明する。
なお、以下で各部の寸法や電気的特性等を示す数値は一例であり、本発明はこれらの値に限定されるものではない。
Next, a method for manufacturing the
In addition, the numerical value which shows the dimension of each part, an electrical property, etc. below is an example, and this invention is not limited to these values.
まず、図3に示すように埋め込み酸化膜12、14を挟んで上側に第1の半導体層11、下側に約700μmの厚さの第2の半導体層15、中央に第3の半導体層13を各々有するDouble−SOI基板を作製する。この時、例えば第1の半導体層11および第3の半導体層13は比抵抗約10Ω・cmのP型半導体基板、第2の半導体層15は比抵抗約10kΩ・cmのN型半導体基板で形成する。
First, as shown in FIG. 3, the
第1の半導体層11の表面に、パッド酸化膜(図示せず)と窒化膜(図示せず)を形成し、LOCOS(Local Oxidization of Silicon)形成法によりフィールド酸化膜を形成した後に、図4に示すように、全ての窒化膜と、パッド酸化膜を除去する。これにより、第1の半導体層11にアクティブ領域111が形成される。
After a pad oxide film (not shown) and a nitride film (not shown) are formed on the surface of the
さらに、図5に示すように、第1の半導体層11のアクティブ領域111の表面にゲート酸化膜16を形成し、ポリシリコン膜を堆積、フォトレジスト(図示せず)でパターニングを行なったポリシリコン膜のドライエッチングを行い、ゲート電極18を形成する。
Further, as shown in FIG. 5, a
次に、図6に示すように、フォトレジスト(図示せず)を除去した後に、第1の半導体層11のアクティブ領域111にLDD(Lightly Doped Drain、図示せず)のイオン注入を行い、サイドウォールスペーサ20を形成したのちに、高濃度ソース・ドレイン19のイオン注入工程を行い、MOSトランジスタ40を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, after removing the photoresist (not shown), LDD (Lightly Doped Drain, not shown) ions are implanted into the
次に、図7に示すように、第2の半導体層15に形成するべきP型の半導体領域231、232、およびN型の取り出し領域233以外の領域をフォトレジスト(図示せず)にて覆い、埋め込み酸化膜12、14、および第3の半導体層13をエッチングして、開口211、212をそれぞれ形成した後に、フォトレジストを除去する。この際、ガードリング部72を構成するP型の半導体領域232およびN型の取り出し領域233を形成するべき領域については、その間の領域も含めてフォトレジストを塗布しないようにする。
つまり、開口212は、P型の半導体領域232とN型の取り出し領域233との間に存在する第3の半導体層13等も除去するように形成される。
Next, as shown in FIG. 7, regions other than the P-
That is, the
次に、図8に示すように、第3の半導体層13に形成するべきP型の取り出し領域24以外の領域をフォトレジスト(図示せず)にて覆い、埋め込み酸化膜12をエッチングして、開口22を形成した後にフォトレジストを除去する。
Next, as shown in FIG. 8, the region other than the P-
次に、図9に示すように、開口211、212、および22を埋めるようにして全面にフォトレジスト300を塗布する。本フォトレジスト300の塗布は、N型の取り出し領域233、P型の半導体領域231および232、およびP型の取り出し領域24に対応する部分へ不純物を注入するための工程の一部である。
Next, as shown in FIG. 9, a
次に、図10に示すように、マスク(図示せず)によりパターニングしてフォトレジスト300のN型の取り出し領域233に対応する部分に開口213を形成し、該開口213を介して例えば不純物31P+を注入した後、フォトレジスト300を除去する。
Next, as shown in FIG. 10, patterning is performed using a mask (not shown) to form an
同様にして、リソグラフィ技術を用いてフォトダイオード30のアノードを兼ねたP型の半導体領域231およびガードリング部72のP型の半導体領域232に対応する部分に各々フォトレジスト300の開口を形成し、該開口を介して例えば不純物11B+を注入した後、フォトレジスト300を除去する。
さらに、リソグラフィ技術を用いて第3の半導体層13のP型の取り出し領域24に対応する部分にフォトレジスト300の開口を形成し、該開口を介して例えば不純物49BF2 +を注入する(図示せず)。
その後、残留しているフォトレジスト300を除去する。
Similarly, openings of the
Further, an opening of the
Thereafter, the remaining
なお、上記においては、不純物の注入を、N型の取り出し領域233、P型の半導体領域231および232、およびP型の取り出し領域24の順序で行うことを例示して説明したが、これに限られず、不従物の注入順序は適宜変えてもよい。
In the above description, the example in which the impurity implantation is performed in the order of the N-
次に、図11に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)膜の堆積によって開口211、212、および22の埋め込みを行う。ここで、開口212の第3の半導体層13に対応する領域にはガードリング絶縁膜76が形成される。なお、開口211、212および22を埋め込んだCVD膜を層間膜25として使用してもよい。
その後、第1の半導体層11のアクティブ領域111、第2の半導体層15、および第3の半導体層13に各々接続するための電極を形成する場所をエッチングすることによって、図12に示すように、コンタクトホール261、262、263、264、265、
および266を形成する。最後にスパッタによって形成したメタル層の、電極形成領域以外の部分をエッチングすることによって、図13に示すように、電位固定電極271、275、276、トランジスタ電極272、273、および取り出し電極274を形成する。また、第2半導体層15の裏面にも、電極280を形成する。
Next, as shown in FIG. 11, the
After that, by etching a place where an electrode for connecting to each of the
And 266 are formed. Finally, portions other than the electrode formation region of the metal layer formed by sputtering are etched to form
以上詳述したように、本実施の形態に係る半導体装置100によれば、半導体層同士の電気的な分離を確保しつつ、耐圧の低下が抑制された半導体装置およびその製造方法を提供することが可能となる。
As described above in detail, according to the
[第2の実施の形態]
図14および図15を参照して、本実施の形態に係る半導体装置200について説明する。
第1の実施の形態に係る半導体装置100は、ガードリング部72において第3の半導体層13をすべて除去する形態であったのに対し、本実施の形態は、該第3の半導体層13の一部を残す形態である。したがって、図2と同様の構成には同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
[Second Embodiment]
A
The
図14において、ガードリング部72におけるガードリング部絶縁膜領域74の内部には、第3の半導体層13が複数の部分に分離されて部分的に第3の半導体層13aが形成されている。このように第3の半導体層13を複数に分離することにより、分離された個々の第3の半導体層13が異なる電位に保たれ得るようになる。その結果、第3の半導体層13が特定の電位に保たれることにより第2の半導体層15における空乏層の広がりが抑圧されるという先述した作用が生じにくくなるため、第3の半導体層13aのように第3の半導体層13を部分的に残して形成しても本発明の効果を奏することができる。
In FIG. 14, in the guard ring part insulating
図15(a)および(b)は、各々異なる第3の半導体層13aの形成パターンを示しており、図14に示す第3の半導体層13aを主面151(152)に対し垂直な方向から見た平面図により表したものである。すなわち、図15(a)はスリット(帯)状に第3の半導体層13aを形成する場合を示しており、また、図15(b)はアイランド(島)状に第3の半導体層13aを形成する場合を示している。
なお、第3の半導体層13aの形成パターンは図15に示した帯状あるいは島状に限られず、第3の半導体層を部分的に形成した部分と形成しない部分が存在すればよいので、
様々なパターンを適用することが可能である。
FIGS. 15A and 15B show different formation patterns of the
Note that the formation pattern of the
Various patterns can be applied.
半導体装置200は、図3ないし図13に示す半導体装置100の製造方法に準じて製造することが可能である。特に、本実施の形態に係る第3の半導体層13aは、図7においてフォトレジストをパターニングして埋め込み酸化膜12、14、および第3の半導体層13をエッチングする際、該パターニング用のマスクに上記帯状あるいは島状の部分を含ませて形成することができる。
The
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置200によっても、半導体層同士の電気的な分離を確保しつつ、耐圧の低下が抑制された半導体装置およびその製造方法を提供することが可能となる。
As described above, also by the
[第3の実施の形態]
図16を参照して、本実施の形態に係る半導体装置400について説明する。
第1の実施の形態および第2の実施の形態は、Double−SOI基板を採用した形態であったが、本実施の形態は、Single−SOI、すなわち通常のSOI基板を採用した形態である。したがって、図2と同様の構成には同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
[Third Embodiment]
A
Although the first embodiment and the second embodiment employ a double-SOI substrate, the present embodiment employs a single-SOI, that is, a normal SOI substrate. Therefore, the same components as those in FIG. 2 may be denoted by the same reference numerals and the description thereof may be omitted.
図16に示すように、半導体装置400もMOSトランジスタ40等の回路素子、フォトダイオード30等を含んで構成されるセンサ部70、P型の半導体領域232、N型の取り出し領域233、およびガードリング部絶縁膜領域74を含んで構成されるガードリング部72を具備している。
しかしながら、半導体装置400は、図2に示す第3の半導体層13を有しておらず、
埋め込み酸化膜14の上に第1の半導体層11が配置されており、該第1の半導体層11にMOSトランジスタ40が形成されている。
As shown in FIG. 16, the
However, the
A
以上のような構成の半導体装置400においては、製造工程上特に配慮しなければ、P型の半導体領域231、232、およびN型の取り出し領域233に対応する領域以外の領域に第1の半導体層11が配置される。すなわち、図16において、P型の半導体領域232とN型の取り出し領域233との間にも、P型の半導体領域232とN型の取り出し領域233との間以外の部分に配置された第1の半導体層11と同じ位置に第1の半導体層11が配置される。
In the
しかしながら、本実施の形態では、製造工程において、P型の半導体領域232とN型の取り出し領域233との間のガードリング部絶縁膜領域74に配置される第1の半導体層11を除去し、当該除去した第1の半導体層11に対応する深さにガードリング部絶縁膜76を形成している。
However, in the present embodiment, in the manufacturing process, the
これは、P型の半導体領域232とN型の取り出し領域233との間にプレート状に第1の半導体層11が配置されることにより、第1の実施の形態および第2の実施の形態で説明したのと同じ理由で、該プレート状の第1の半導体層11が半導体装置400の耐圧の低下をもたらすからである。
This is because the
半導体装置400は、Single−SOIを用い、図3ないし図13に示す半導体装置100の製造方法に準じて製造することが可能である(例えば、特許文献1参照。)。
特に、P型の半導体領域232とN型の取り出し領域233との間の第1の半導体層11の除去は、例えば、第1の半導体層11にMOSトランジスタ40を形成した後、P型の半導体領域231、232、およびN型の取り出し領域233にイオン注入するための開口を形成する際に行うことができる。
The
In particular, the removal of the
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置400によっても、半導体層同士の電気的な分離を確保しつつ、耐圧の低下が抑制された半導体装置およびその製造方法を提供することが可能となる。
As described above, also by the
ここで、上記では、半導体装置400において、P型の半導体領域232とN型の取り出し領域233との間の第1の半導体層11を完全に除去する形態を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、第2の実施の形態と同様にして、当該領域の第1の半導体層11を帯状あるいは島状に部分的に形成してもよい。
Here, in the above description, the
なお、上記各実施の形態では、第2の半導体層15がN型基板である場合について説明しているが、第2の半導体層15がP型の半導体装置にも適用可能である。
In each of the above embodiments, the case where the
10 ウエハ
11 第1の半導体層
12、14 埋め込み酸化膜
13、13a、13b 第3の半導体層
15 第2の半導体層
16 ゲート酸化膜
18 ゲート電極
19 ソース・ドレイン
20 サイドウォールスペーサ
22 開口
24 P型の取り出し領域
25 層間膜
28 電源
30 フォトダイオード
40 MOSトランジスタ
51 領域
61 領域
70 センサ部
72 ガードリング部
74 ガードリング部絶縁膜領域
76 ガードリング部絶縁膜
90 GND
100、200、400、500 半導体装置
111 アクティブ領域
151、152 主面
211、212、213、 開口
231、232 P型の半導体領域
233 N型の取り出し領域
261、262、263、264、265、266 コンタクトホール
271、275、276 電位固定電極
272、273 トランジスタ電極
274 取り出し電極
300 フォトレジスト
DESCRIPTION OF
100, 200, 400, 500
Claims (11)
及び前記放射線検知部を取り囲んで形成されると共に、前記第1の半導体層の前記一主面に形成された第1の領域と、前記第1の領域を取り囲んで形成されると共に、前記第1の半導体層の前記一主面に形成された第2の領域と、前記第1の半導体層の前記一主面上の領域で前記第1の領域と前記第2の領域とで挟まれた前記第3の半導体層に対応する深さの領域に形成された第3の絶縁層と、を含むガードリング部
を備えた半導体装置。 A photodiode formed in the first semiconductor layer, a second semiconductor layer provided on one main surface of the first semiconductor layer and having a circuit element formed thereon, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer A third semiconductor layer provided between the first semiconductor layer, a first insulating layer provided between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer, and a third semiconductor layer. And a second insulating layer provided between the second semiconductor layer and a radiation detector,
And a first region formed on the one main surface of the first semiconductor layer, a first region formed around the first region, and the first region. A second region formed on the one main surface of the semiconductor layer, and a region on the one main surface of the first semiconductor layer sandwiched between the first region and the second region A semiconductor device comprising: a guard ring portion including: a third insulating layer formed in a region having a depth corresponding to the third semiconductor layer.
及び前記放射線検知部を取り囲んで形成されると共に、前記第1の半導体層の前記一主面に形成された第1の領域と、前記第1の領域を取り囲んで形成されると共に、前記第1の半導体層の前記一主面に形成された第2の領域と、前記第1の半導体層の前記一主面上の領域で前記第1の領域と前記第2の領域とで挟まれた前記第2の半導体層に対応する深さの領域に、化学気相成長法によって形成された第2の絶縁層と、を含むガードリング部 を備えた半導体装置。 A photodiode formed in the first semiconductor layer, a second semiconductor layer provided on one main surface of the first semiconductor layer and having a circuit element formed thereon, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer A radiation detector including a first insulating layer provided between the semiconductor layer and
And a first region formed on the one main surface of the first semiconductor layer, a first region formed around the first region, and the first region. A second region formed on the one main surface of the semiconductor layer, and a region on the one main surface of the first semiconductor layer sandwiched between the first region and the second region A semiconductor device comprising a guard ring portion including a second insulating layer formed by chemical vapor deposition in a region having a depth corresponding to the second semiconductor layer.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, further comprising an application unit configured to apply a negative potential to the first region and a positive potential to the second region.
請求項1又は請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the third insulating layer is a film formed by a chemical vapor deposition method.
請求項1、請求項3、請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。 The third semiconductor layer is formed in a plurality of strips when viewed from a direction perpendicular to the one main surface inside the third insulating layer. 2. The semiconductor device according to claim 1.
請求項1、請求項3、請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。 The third semiconductor layer is formed in a plurality of island shapes when viewed from a direction perpendicular to the one main surface inside the third insulating layer. The semiconductor device according to any one of the above.
請求項1、請求項3ないし請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置。 The first semiconductor layer has a first conductivity type, the second semiconductor layer has a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and the first region has a first conductivity type. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second region is a first conductivity type.
請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the second semiconductor layer is formed in a plurality of strip shapes when viewed from a direction perpendicular to the one main surface inside the second insulating layer.
請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the second semiconductor layer is formed in a plurality of island shapes when viewed from a direction perpendicular to the one main surface inside the second insulating layer.
前記シリコン基板に形成された第1の領域を囲んで前記第1の半導体層上に不純物を導入して形成される第2の領域と、前記第2の領域を囲んで前記第1の半導体層上に不純物を導入して形成される第3の領域とで囲まれる領域の、少なくとも前記第2の半導体層、
前記第2の絶縁層、及び前記第3の半導体層を除去する工程と、
前記第2の領域に第1の導電型の不純物を導入する工程と、
前記第3の領域に前記第1の導電型とは反対の導電型の第2の導電型の不純物を導入する工程と、
前記第2の領域と前記第3の領域とで囲まれた領域の、前記第3の半導体層に対応する深さに第3の絶縁層を形成する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 A first semiconductor layer; a first insulating layer on the first semiconductor layer; a third semiconductor layer on the first insulating layer; and a second insulating layer on the third semiconductor layer. And preparing a silicon substrate comprising a second semiconductor layer on the second insulating layer;
A second region formed by introducing an impurity into the first semiconductor layer surrounding the first region formed on the silicon substrate; and the first semiconductor layer surrounding the second region. At least the second semiconductor layer in a region surrounded by a third region formed by introducing an impurity thereon;
Removing the second insulating layer and the third semiconductor layer;
Introducing an impurity of a first conductivity type into the second region;
Introducing a second conductivity type impurity of a conductivity type opposite to the first conductivity type into the third region;
Forming a third insulating layer at a depth corresponding to the third semiconductor layer in a region surrounded by the second region and the third region;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the first region functions as a radiation detection unit.
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