JP7441086B2 - 光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 - Google Patents

光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車に関する。
半導体領域に入射した光を検出する光検出器がある。光検出器について、感度の向上が望まれている。
特開２０１４－２２５７１４号公報
本発明の実施形態は、感度を向上可能な、光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車を提供する。
実施形態に係る光検出器は、素子及び構造体を含む。素子は、第１導電形の第１半導体領域と、第１導電形の第２半導体領域と、第２導電形の第３半導体領域と、を含む。前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域の上に設けられ、前記第１半導体領域よりも高い第１導電形の不純物濃度を有する。前記第３半導体領域は、前記第２半導体領域の上に設けられる。前記構造体は、前記第１半導体領域から前記第２半導体領域に向かう第１方向に垂直な第１面において前記素子の周りに設けられる。前記構造体は、第１絶縁部、金属含有部、及び第２絶縁部を含む。前記金属含有部は、前記第１絶縁部よりも上方に設けられる。前記金属含有部の少なくとも一部は、前記第３半導体領域と同じ高さに位置する。前記第２絶縁部は、前記第１絶縁部よりも上方に設けられ、前記第１面において前記金属含有部と前記素子との間に位置する。前記第１絶縁部の前記第１方向における厚みは、前記素子と前記金属含有部との間の前記第１面における前記第２絶縁部の厚みよりも大きい。
図１は、第１実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。 図２は、図１における部分IIの拡大平面図である。 図３は、図２のＡ１－Ａ２断面図である。 図４は、図３の一部の拡大図である。 図５は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図６は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図７は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図８は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図９は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１０は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１１は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１２は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１３は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１４は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１５は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１６は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１７は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１８は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図１９は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図２０は、参考例に係る光検出器を例示する模式的断面図である。 図２１は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的断面図である。 図２２は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２３は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２４は、参考例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２５は、第１実施形態の変形例に係る光検出器を例示する模式的平面図である。 図２６は、図２５のＡ１－Ａ２断面図である。 図２７は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２８は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２９は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図２７～図２９のＡ１－Ａ２断面図である。 図３１は、第２実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図３２は、第２実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図３３は、第２実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図３４は、第２実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図３５は、第２実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図３６は、参考例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図３７は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的断面図である。 図３８は、第２実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。 図３９は、第３実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図４０は、第３実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。 図４１は、図３９及び図４０のＡ１－Ａ２断面図である。 図４２は、第３実施形態の変形例に係る光検出器の一部を例示する模式的断面図である。 図４３は、実施形態に係る光検出器の特性を例示するグラフである。 図４４は、実施形態に係る光検出器の特性を例示するグラフである。 図４５は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的断面図である。 図４６は、第２実施形態に係る光検出器の特性を例示するグラフである。 図４７は、第４実施形態に係るライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置を例示する模式図である。 図４８は、ライダー装置の検出対象の検出を説明するための図である。 図４９は、第４実施形態に係るライダー装置を備えた車の上面略図である。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図２は、図１における部分IIの拡大平面図である。図３は、図２のＡ１－Ａ２断面図である。
第１実施形態に係る光検出器１００は、図１～図３に示すように、素子１０、構造体２０、電極３１、導電層３２、
絶縁層３３～３６、配線４１、クエンチ部４２、及びパッド４３を含む。
図３に表したように、素子１０は、第１導電形の第１半導体領域１、第１導電形の第２半導体領域２、及び第２導電形の第３半導体領域３を含む。第１導電形は、ｐ形及びｎ形の一方である。第２導電形は、ｐ形及びｎ形の他方である。以下では、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形の場合について説明する。
ここでは、第１半導体領域１から第２半導体領域２に向かう方向をＺ方向（第１方向）とする。Ｚ方向に垂直であり、相互に直交する２方向をＸ方向（第２方向）及びＹ方向（第３方向）とする。また、説明のために、第１半導体領域１から第２半導体領域２に向かう方向を「上」と言い、その反対方向を「下」と言う。これらの方向は、第１半導体領域１と第２半導体領域２との相対的な位置関係に基づき、重力の方向とは無関係である。
第２半導体領域２は、第１半導体領域１の上に設けられる。第２半導体領域２におけるｐ形不純物濃度は、第１半導体領域１におけるｐ形不純物濃度よりも高い。第３半導体領域３は、第２半導体領域２の上に設けられ、第２半導体領域２に接する。第２半導体領域２と第３半導体領域３との間で、ｐｎ接合が形成される。例えば、ｐｎ接合面は、Ｘ方向及びＹ方向に平行である。
構造体２０は、Ｚ方向に垂直なＸ－Ｙ面（第１面）において素子１０の周りに設けられる。構造体２０は、第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、及び金属含有部２５を含む。
第２絶縁部２２及び金属含有部２５は、第１絶縁部２１よりも上方に設けられる。図３に示す例では、第２絶縁部２２及び金属含有部２５は、第１絶縁部２１の上に位置する。第２絶縁部２２は、素子１０と金属含有部２５との間に位置する。
金属含有部２５の少なくとも一部は、第３半導体領域３と同じ高さに設けられる。すなわち、金属含有部２５の少なくとも一部のＺ方向における位置は、第３半導体領域３のＺ方向における位置と同じである。例えば、第３半導体領域３からＸ方向又はＹ方向に位置する領域に、金属含有部２５が設けられている。
例えば、金属含有部２５の一部は、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間のｐｎ接合面と、同じ高さに設けられる。金属含有部２５の別の一部が、第１半導体領域１の一部と同じ高さに設けられても良い。金属含有部２５の電位は、固定されても良いし、フローティングであっても良い。
好ましくは、金属含有部２５は、Ｘ－Ｙ面において素子１０の周りに設けられる。金属含有部２５は、Ｘ－Ｙ面において素子１０の周りの一部にのみ設けられても良い。
導電層３２は、電極３１の上に設けられる。素子１０及び構造体２０は、導電層３２の上に設けられる。第２半導体領域２は、第１半導体領域１及び導電層３２を介して電極３１と電気的に接続される。
電極３１の電位を制御することで、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間に電圧が印加される。素子１０は、例えば、アバランシェフォトダイオードとして機能する。
導電層３２と構造体２０との間に、第１導電形の半導体領域４が設けられても良い。半導体領域４におけるｐ形不純物濃度は、第１半導体領域１におけるｐ形不純物濃度よりも高い。導電層３２がｐ形半導体層である場合、半導体領域４におけるｐ形不純物濃度は、導電層３２におけるｐ形不純物濃度よりも低い。
図１及び図２に表したように、素子１０は、Ｘ方向及びＹ方向において複数設けられる。図２に表したように、複数の構造体２０が、複数の素子１０の周りにそれぞれ設けられても良い。複数の構造体２０は、互いに離れている。
隣り合う構造体２０同士の間には、例えば、第１導電形の半導体領域５が設けられる。半導体領域５におけるｐ形不純物濃度は、第２半導体領域２におけるｐ形不純物濃度よりも低く、半導体領域４におけるｐ形不純物濃度よりも低い。
絶縁層３３は、素子１０及び構造体２０の上に設けられる。絶縁層３４は、絶縁層３３の上に設けられる。絶縁層３５は、絶縁層３４の上に設けられる。絶縁層３６は、絶縁層３５の上に設けられる。
図２に示すように、第３半導体領域３は、配線４１と電気的に接続される。例えば、第３半導体領域３は、プラグ４１ａ、金属層４１ｂ、プラグ４１ｃ、クエンチ部４２、及びプラグ４１ｄを介して、配線４１と電気的に接続される。
クエンチ部４２の電気抵抗は、プラグ４１ａ、金属層４１ｂ、プラグ４１ｃ、及びプラグ４１ｄのそれぞれの電気抵抗よりも大きい。クエンチ部４２の電気抵抗は、５０ｋΩ以上２ＭΩ以下であることが好ましい。
例えば、クエンチ部４２の少なくとも一部は、半導体領域５の上に絶縁層３３を介して設けられる。クエンチ部４２は、素子１０の上には設けられない。これにより、素子１０に向けて進行した光が、クエンチ部４２によって遮られることを抑制できる。
クエンチ部４２は、素子１０に光が入射し、アバランシェ降伏が発生した際に、アバランシェ降伏の継続を抑制するために設けられる。アバランシェ降伏が発生し、クエンチ部４２に電流が流れると、クエンチ部４２の電気抵抗に応じて電圧降下が生じる。電圧降下により、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間の電位差が小さくなり、アバランシェ降伏が停止する。これにより、次に素子１０へ入射した光を検出できるようになる。
例えば、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間には、降伏電圧を超える逆電圧が印加され、素子１０は、ガイガーモードで動作する。例えば、電極３１には、パッド４３に対して、－２５Ｖ～－３５Ｖの電圧が印加される。ガイガーモードで動作することにより、高いゲインと短い時定数を持ったパルス状の信号が出力される。
上述したように、大きな電圧降下を生じさせる抵抗体がクエンチ部４２として設けられても良いし、抵抗体に代えて電流を遮断する制御回路がクエンチ部４２として設けられても良い。例えば、制御回路は、コンパレータ、制御ロジック部、及び２つのスイッチング素子を含む。制御回路には、アクティブクエンチ回路と呼ばれる公知の構成を適用可能である。
金属含有部２５の上端は、素子１０（第３半導体領域３）よりも上方に位置し、配線４１及び金属層４１ｂよりも下方に位置する。例えば、金属含有部２５の上端は、クエンチ部４２よりも上方に位置する。
例えば図１及び図２に示すように、配線４１は、Ｘ方向において複数設けられる。それぞれの配線４１は、Ｙ方向に沿って延びている。複数の配線４１は、パッド４３と電気的に接続される。図１に示すように、複数のパッド４３が設けられても良い。
各要素の材料の一例を説明する。
第２半導体領域２、第３半導体領域３、第１半導体領域１、半導体領域４、及び半導体領域５は、シリコン、炭化シリコン、ガリウムヒ素、及び窒化ガリウムからなる群より選択される少なくとも１つの半導体材料を含む。これらの半導体領域がシリコンを含むとき、リン、ヒ素、又はアンチモンがｎ形不純物として用いられる。ボロンがｐ形不純物として用いられる。
第２半導体領域２におけるｐ形不純物濃度は、例えば１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。第３半導体領域３におけるｎ形不純物濃度は、例えば１．０×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。第１半導体領域１、半導体領域４、及び半導体領域５のそれぞれにおけるｐ形不純物濃度は、例えば１．０×１０１３ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。
第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、及び絶縁層３３～３６は、絶縁材料を含む。第１絶縁部２１及び第２絶縁部２２に含まれる絶縁材料の屈折率は、素子１０に含まれる半導体材料の屈折率よりも低い。例えば、第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、及び絶縁層３３～３６は、シリコンと、酸素及び窒素からなる群より選択される１つと、を含む。例えば、第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、及び絶縁層３３～３６は、酸化シリコン又は窒化シリコンを含む。
金属含有部２５は、金属を含む。例えば、金属含有部２５は、タングステン、アルミニウム、及び銅からなる群より選択された少なくとも１つを含む。金属含有部２５は、金属とシリコンの化合物を含んでも良い。例えば、金属含有部２５は、タングステンシリサイドを含む。このため、金属含有部２５は、第１絶縁部２１及び第２絶縁部２２に比べて、光を反射し易い。
金属含有部２５は、第１層２５ａ及び第２層２５ｂを含んでも良い。第２層２５ｂは、第１層２５ａと第１絶縁部２１との間、第１層２５ａと第２絶縁部２２との間、及び第１層２５ａと絶縁層３３との間に設けられる。例えば、第１層２５ａは、タングステンを含む。第２層２５ｂは、チタンを含む。第２層２５ｂは、チタン層及び窒化チタン層を含んでも良い。窒化チタン層は、チタン層と第１層２５ａとの間に設けられる。
第１絶縁部２１及び第２絶縁部２２のそれぞれに含まれる材料の屈折率が、第２半導体領域２及び第３半導体領域３に含まれる材料の屈折率よりも低くければ、第１絶縁部２１及び第２絶縁部２２は、上記とは異なる材料を含んでも良い。第１絶縁部２１及び第２絶縁部２２よりも光が吸収又は反射され易ければ、金属含有部２５に代えて別の部材が設けられても良い。例えば、当該別の部材は、炭素を含み、黒色であっても良い。
導電層３２は、例えば、ｐ形の半導体領域である。導電層３２は、上述した半導体材料を含む。導電層３２におけるｐ形不純物濃度は、１．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１．０×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。又は、導電層３２は、金属を含んでも良い。例えば、導電層３２は、アルミニウム、銅、チタン、金、及びニッケルからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
抵抗体としてのクエンチ部４２は、半導体材料としてポリシリコンを含む。クエンチ部４２には、ｎ形不純物又はｐ形不純物が添加されていても良い。
プラグ４１ａ、４１ｃ、及び４１ｄは、金属材料を含む。例えば、プラグ４１ａ、４１ｃ、及び４１ｄは、チタン、タングステン、銅、及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。プラグ４１ａ、４１ｃ、及び４１ｄは、チタン、タングステン、銅、及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つの窒化物又はシリコン化合物からなる導電体を含んでも良い。図３に示すように、各プラグは、金属層ＭＬ１及びＭＬ２を含んでも良い。金属層ＭＬ２は、金属層ＭＬ１と各絶縁層との間に設けられる。例えば、金属層ＭＬ１は、タングステンを含む。金属層ＭＬ２は、チタンを含む。金属層ＭＬ２は、チタン層と、チタン層と金属層ＭＬ１との間に設けられた窒化チタン層と、を含んでも良い。
電極３１、配線４１、金属層４１ｂ、及びパッド４３は、銅及びアルミニウムからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
図４は、図３の一部の拡大図である。
図４に示すように、第１絶縁部２１のＺ方向における厚みＴ１は、素子１０と金属含有部２５との間の第２絶縁部２２のＸ－Ｙ面における厚みＴ２よりも大きい。例えば、厚みＴ１は、素子１０から金属含有部２５に向かう方向における金属含有部２５の厚みＴ３よりも大きい。厚みＴ２は、厚みＴ３よりも大きくても良いし、小さくても良い。例えば、厚みＴ２は、厚みＴ３よりも小さい。
図５～図１７は、第１実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。
図５（ａ）～図１６（ａ）は、図５（ｂ）～図１６（ｂ）のＡ１－Ａ２断面をそれぞれ示す。図５～図１７を参照して、第１実施形態に係る光検出器の製造工程の一例を説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、シリコン基板１００ａ及びｐ形のシリコンエピ層１０１を含む基板を用意する。シリコン基板１００ａからシリコンエピ層１０１に向かう方向は、Ｚ方向に対応する。シリコンエピ層１０１は、シリコン基板１００ａの上に、シリコンをエピタキシャル成長させることで形成される。シリコン基板１００ａ及びシリコンエピ層１０１は、ホウ素がドープされた単結晶ｐ形シリコンを含む。シリコン基板１００ａにおけるホウ素濃度は、４．０×１０１８ｃｍ－３である。シリコンエピ層１０１におけるホウ素濃度は、１．０×１０１５ｃｍ－３である。シリコンエピ層１０１の厚みは、１０μｍである。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、シリコンエピ層１０１の表面を酸化し、１００ｎｍの厚みのシリコン酸化膜１０２を形成する。減圧熱ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜１０２の上に、１５０ｎｍのシリコン窒化膜１０３を堆積させる。減圧熱ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜１０３の上に、シリコン酸化膜１０３１を１μｍ堆積させる。素子分離領域１０４を規定するレジスト１０５をリソグラフィ工程によって形成する。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、レジスト１０５の開口部を通してシリコン酸化膜１０３１、シリコン窒化膜１０３、及びシリコン酸化膜１０２をエッチングする。素子分離領域１０４の幅は、１．８μｍである。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、レジスト１０５を剥離する。素子分離領域１０４のシリコンエピ層１０１を、シリコン酸化膜１０３１をマスクとして用いてエッチングする。これにより、第１トレンチ１０６が形成される。この時、エッチングの深さは、シリコンエピ層１０１の厚みと、シリコン基板１００ａに含まれるホウ素のシリコンエピ層１０１への拡散量と、により決定される。拡散量は、プロセス全体での熱工程を考慮して決定される。エッチング深さは、例えば９μｍである。第１トレンチ１０６の形成に際しては、約２°のテーパ角度を付けることが好ましい。テーパ角度は、Ｚ方向に対する第１トレンチ１０６の側面の傾きである。これにより、後の酸化膜埋め込み時のボイド発生を抑制することができる。
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、第１トレンチ１０６の表面を酸化し、５０ｎｍの厚みのシリコン酸化膜１０６１を形成する。イオン注入を基板全面に行うことで、第１トレンチ１０６の底部に被注入領域１０６２を形成しても良い。被注入領域１０６２は、ホウ素を注入加速電圧４０ｋｅＶ、注入ドーズ量２．５×１０１２ｃｍ－２、基板鉛直方向との角度を０度に設定したイオン注入によって形成される。この時、前記角度を±３０度とすれば、図８（ａ）に示すように、第１トレンチ１０６の底部側面にも被注入領域１０６２が形成される。ＲＩＥにより第１トレンチ１０６を形成する際、シリコンエピ層１０１には、結晶欠陥が発生する。第１トレンチ１０６の底部側面に被注入領域１０６２を形成することで、欠陥に起因するノイズ成分を抑制することができる。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、酸化膜１０６３をプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法により１．２μｍ堆積する。１０００℃の窒素アニールを実行し、酸化膜１０６３の構造を緻密化する。シリコン窒化膜１０３をストッパとして用いて、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理により酸化膜１０６３を平坦化した。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、熱燐酸処理によりシリコン窒化膜１０３を剥離する。フッ酸処理によりシリコン酸化膜１０２を剥離する。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、シリコンエピ層１０１の表面を酸化し、５０ｎｍの厚みのシリコン酸化膜１０７を形成する。０．２μｍの厚みのポリシリコン膜を減圧熱ＣＶＤ法により成膜する。リソグラフィ工程とＲＩＥ工程により、シリコン酸化膜１０７及びポリシリコン膜を所定の形状に加工し、クエンチ抵抗１１２を形成する。クエンチ抵抗１１２の抵抗を調整するために、例えばホウ素を、注入加速電圧２０ｋｅＶで、１．０×１０１５ｃｍ－２の不純物を注入し、活性化アニールを行う。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程及びイオン注入工程により、素子領域１０８内に、ｐ形アバランシェ層１０９をパターン形成する。以降の図１２（ｂ）～図１８（ｂ）では、シリコン酸化膜１０７の図示を省略する。ｐ形アバランシェ層１０９は、ホウ素のイオン注入により形成される。ホウ素のピーク深さが０．８μｍであり、ピーク濃度が１．０×１０１７ｃｍ－３となるように、ｐ形アバランシェ層１０９を形成する。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程、及びイオン注入工程により、ｎ形アバランシェ層１１３をパターン形成する。ｎ形アバランシェ層１１３は、素子領域１０８内に形成される。ｎ形アバランシェ層１１３は、金属を含む配線と半導体領域とのオーミック電極部を兼ねる。ｎ形アバランシェ層１１３は、リンのイオン注入により形成される。リンのピークが基板の表面に位置し、ピーク濃度が１．５×１０２０ｃｍ－３となるように、ｎ形アバランシェ層１１３を形成する。ｎ形アバランシェ層１１３を活性化するために、Ｎ２雰囲気中でアニール処理を行う。
ＣＶＤ法により、０．５ｕｍの厚みの絶縁膜１１４を成膜する。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程及びＲＩＥ工程により、絶縁膜１１４を貫通し、酸化膜１０６３に達する第２トレンチ１１４１を形成する。例えば、第２トレンチ１１４１の幅は、０．６μｍである。シリコンエピ層１０１上面からの第２トレンチ１１４１の深さは、３μｍである。なお、図１４（ｂ）～図１８（ｂ）では、絶縁膜１１４の図示を省略する。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、第２トレンチ１１４１の内壁に沿ってチタン膜１１５及び窒化チタン膜１１６をスパッタ法によりそれぞれ５０ｎｍ成膜する。タングステン膜１１７をＣＶＤ法により４００ｎｍ成膜し、第２トレンチ１１４１を埋め込む。絶縁膜１１４をストッパとして用いて、ＣＭＰにより、タングステン膜１１７、窒化チタン膜１１６及びチタン膜１１５を平坦化する。タングステン膜１１７に代えて、酸化膜１０６３よりも光を反射又は吸収し易い別の材料の層が設けられても良い。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法により、０．３μｍの厚みの絶縁膜１１８を成膜する。リソグラフィ工程及びＲＩＥ工程により、絶縁膜１１８、絶縁膜１１４、及びシリコン酸化膜１０７に複数のコンタクトホール１１９を形成する。複数のコンタクトホール１１９を通して、クエンチ抵抗１１２の一部及びｎ形アバランシェ層１１３の一部が露出する。なお、図１６（ｂ）～図１８（ｂ）では、絶縁膜１１８の図示を省略する。
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、チタン膜１２０及び窒化チタン膜１２１をスパッタ法によりそれぞれ１０ｎｍ成膜する。タングステン膜１２２をＣＶＤ法により０．３μｍ成膜する。絶縁膜１１８をストッパとして用いて、ＣＭＰによりタングステン膜１２２、窒化チタン膜１２１及びチタン膜１２０を平坦化し、コンタクトホール１１９の埋め込みを行った。
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、スパッタ法により、０．５ｕｍの厚みのアルミニウム層１２３を成膜する。リソグラフィ工程及びＲＩＥ工程により、アルミニウム層１２３を所定の形状に加工する。パッシベーション膜１２４として、０．３μｍの厚みのシリコン窒化膜をＣＶＤ法により成膜する。
図１９に示すように、ＲＩＥ法により、パッシベーション膜１２４に開口を形成し、パッド１２４１を露出させる。シリコン基板１００ａの厚みが６００μｍになるまで、シリコン基板１００ａの裏面を研磨する。裏面電極１２５としてＴｉ膜及びＡｕ膜を成膜する。これにより、パッド１２４１側が、アバランシェフォトダイオードのアノード電極となる。裏面電極１２５側が、カソード電極となる。以上の工程により、第１実施形態に係る光検出器１００が製造される。
上述した製造工程の裏面電極１２５は、光検出器１００の電極３１に対応する。シリコン基板１００ａは、導電層３２に対応する。シリコンエピ層１０１の一部は、第１半導体領域１及び半導体領域５に対応する。被注入領域１０６２は、半導体領域４に対応する。ｐ形アバランシェ層１０９は、第２半導体領域２に対応する。ｎ形アバランシェ層１１３は、第３半導体領域３に対応する。シリコン酸化膜１０６１及び酸化膜１０６３は、第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、及び第３絶縁部２３に対応する。チタン膜１１５、窒化チタン膜１１６、及びタングステン膜１１７は、金属含有部２５に対応する。シリコン酸化膜１０７は、絶縁層３３に対応する。絶縁膜１１４は、絶縁層３４に対応する。絶縁膜１１８は、絶縁層３５に対応する。パッシベーション膜１２４は、絶縁層３６に対応する。クエンチ抵抗１１２は、クエンチ部４２に対応する。チタン膜１２０、窒化チタン膜１２１、及びタングステン膜１２２は、プラグに対応する。アルミニウム層１２３は、配線４１に対応する。パッド１２４１は、パッド４３に対応する。
第１実施形態の効果を説明する。
図２０は、参考例に係る光検出器を例示する模式的断面図である。
参考例に係る光検出器１００ｒ１では、図２０に示すように、構造体２０が、絶縁層２８及び金属層２９を含む。絶縁層２８は、金属層２９と各半導体領域との間に設けられている。絶縁層２８の厚みは、略一定である。金属層２９は、絶縁層２８に比べて、光を反射し易い。構造体２０が金属層２９を含むことで、１つの素子１０から隣り合う素子１０に向けた二次光子の進入を抑制できる。これにより、光検出器１００ｒ１のクロストークノイズを低減できる。
光検出器１００及び１００ｒ１の感度を高めるためには、第１半導体領域１のＺ方向における厚みが大きいことが望ましい。第１半導体領域１の厚みが大きいと、波長が長く、素子１０の深くまで入射する光を検出可能となる。第１半導体領域１の厚みを増大させる場合、厚みの増大に応じて、構造体２０も深くまで設けられることが望ましい。構造体２０の深さを変えずに第１半導体領域１の厚みを増大させると、１つの素子１０から隣り合う素子１０に向けて、構造体２０下方の領域を通してキャリアの移動や二次光子の入射が生じ易くなる。すなわち、クロストークノイズが増大する。
光検出器１００ｒ１では、絶縁層２８の内側に金属層２９を充填させることで構造体２０を形成している。金属材料の堆積時のステップカバレッジは、絶縁材料に比べて、一般的に劣る。このため、第１半導体領域１の厚みを増大させ、構造体２０を深くすると、金属層２９の充填が困難となる。例えば、金属層２９の表面にボイドが発生すると、その後のリソグラフィ工程において、ボイド内にレジストの残差が発生する。レジストの残差は、製造装置の有機汚染、層状のダストの形成などを引き起こす。従って、参考例に係る光検出器１００ｒ１によれば、構造体２０を深くできず、感度を向上させた際に、クロストークノイズも増大してしまう。
この課題について、第１実施形態に係る光検出器１００では、構造体２０が、第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、及び金属含有部２５を含む。第１絶縁部２１は、金属含有部２５の下方に設けられる。第１絶縁部２１のＺ方向における厚みは、第１半導体領域１のＺ方向における厚みの増大に応じて、容易に大きくできる。この結果、例えば図４に示すように、第１絶縁部２１の厚みＴ１は、第２絶縁部２２の少なくとも一部の厚みＴ２よりも大きい。第１実施形態によれば、光検出器１００におけるクロストークノイズの増大を抑制しつつ、光検出器１００の感度を向上できる。
例えば、第１実施形態によれば、第１半導体領域１のＺ方向における厚みを６μｍ以上にできる。第１半導体領域１の厚みが６μｍ以上の場合でも、その厚みに応じた構造体２０を素子１０の周りに形成できる。第１実施形態によれば、第１半導体領域１の厚みをさらに大きくし、１０μｍ以上にすることも可能である。これにより、光検出器１００におけるクロストークノイズの増大を抑制しつつ、光検出器１００の感度をさらに向上できる。
ここでは、構造体２０が、第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、及び金属含有部２５を含む例を説明した。構造体２０は、金属含有部２５に代えて、光を反射又は吸収し易い別の部材を含んでも良い。当該別の部材は、例えば黒色又は白色である。当該別の部材は、導電性であっても良いし、絶縁性であっても良い。例えば、当該別の部材は、カーボンブラックを含む。
例えば、構造体２０は、第１部分～第３部分を含んでも良い。第２部分及び第３部分は、第１部分よりも上方に設けられる。第３部分は、素子１０と第２部分との間に設けられる。すなわち、第１部分は、第１絶縁部２１と対応する位置に設けられる。第２部分は、金属含有部２５と対応する位置に設けられる。第３部分は、第２絶縁部２２と対応する位置に設けられる。第１部分及び第３部分に含まれる材料の屈折率は、素子１０に含まれる半導体材料の屈折率よりも低い。第２部分は、第１部分及び第３部分よりも光を吸収又は反射し易い。第１部分のＺ方向における厚みは、素子１０と第２部分との間の第３部分の厚みよりも大きい。この構造体２０を用いることで、図示した光検出器１００と同様に、光検出器１００におけるクロストークノイズの増大を抑制しつつ、光検出器１００の感度を向上できる。
素子１０に光が入射した際、主に、第２半導体領域２と第３半導体領域３との間の界面（ｐｎ接合面）で二次光子が発生する。金属含有部２５は、Ｘ方向又はＹ方向において、当該界面と並んでいることが好ましい。これにより、二次光子が隣り合う素子１０へ入射することを効果的に抑制できる。この結果、光検出器１００におけるクロストークノイズを低減できる。
図２１は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的断面図である。
構造体２０は、図４に示すように導電層３２から離れていても良いし、図２１に示すように導電層３２に接していても良い。構造体２０の下端が、導電層３２の上面よりも下方に位置しても良い。
構造体２０が導電層３２から離れている場合、光検出器１００の製造工程において、構造体２０の製造プロセス（例えばエッチングプロセス）に拘わらず、第１半導体領域１を厚くできる。このため、光検出器１００の感度を向上できる。
構造体２０が導電層３２に接する場合、例えば、光検出器１００のリーク電流を低減できる。これは、以下の理由による。光検出器１００の製造工程において、構造体２０を形成するために、図７（ａ）及び図７（ｂ）に表したように第１トレンチ１０６が形成される。このとき、第１トレンチ１０６底面には、エッチングのダメージに起因する欠陥が発生する。構造体２０が導電層３２に接する光検出器１００を製造する場合は、シリコン基板１００ａに達する第１トレンチ１０６が形成される。この場合、第１トレンチ１０６底部の欠陥が、シリコン基板１００ａにドーピングされたキャリアによって補填される。この結果、欠陥の密度が低下し、製造された光検出器１００のリーク電流が低減される。
金属含有部２５の上端は、第３半導体領域３よりも上方に位置することが好ましい。ただし、金属含有部２５の上端の位置が高すぎると、金属含有部２５の形成が困難となる。具体的には、金属含有部２５のための開口を形成した後、その開口に材料を埋め込むことが困難となる。また、金属層４１ｂや配線４１などの配置に制約が生じる。このため、金属含有部２５の上端は、配線４１よりも下方に位置することが好ましい。
構造体２０は、例えば図２に示すように、複数設けられる。複数の構造体２０は、互いに離れている。複数の構造体２０が設けられる場合、隣り合う素子１０同士の間に１つの構造体２０が設けられる場合に比べて、構造体２０の界面の数が増える。界面の数の増加により、隣り合う素子１０に向けて進む二次光子がさらに反射又は吸収され易くなる。これにより、クロストークノイズをさらに低減できる。
図２２及び図２３は、第１実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
例えば、構造体２０は、Ｚ方向から見たときに、５角以上の多角形である。図２２に示す例では、構造体２０は、Ｚ方向から見たときに、八角形状である。具体的には、構造体２０は、Ｘ方向に沿って延びる一対の第１延在部分２０ａ、Ｙ方向に沿って延びる一対の第２延在部分２０ｂ、及び複数の連結部分２０ｃを含む。素子１０は、Ｙ方向において、一対の第１延在部分２０ａの間に設けられる。素子１０は、Ｘ方向において、一対の第２延在部分２０ｂの間に設けられる。各連結部分２０ｃは、第１延在部分２０ａの一端と、第２延在部分２０ｂの一端と、を連結している。
第１延在部分２０ａのＸ方向における長さは、連結部分２０ｃのＸ方向における長さよりも長い。第２延在部分２０ｂのＹ方向における長さは、連結部分２０ｃのＹ方向における長さよりも長い。例えば、Ｚ方向から見たときに、連結部分２０ｃは、直線状である。第１延在部分２０ａと連結部分２０ｃとの間の角度θ１は、１３５度以上が好ましい。第２延在部分２０ｂと連結部分２０ｃとの間の角度θ２は、１３５度以上が好ましい。
連結部分２０ｃのＸ方向における長さＬ１及び連結部分２０ｃのＹ方向における長さＬ２は、それぞれ１μｍ以上であることが好ましい。
又は、図２３に示すように、Ｚ方向から見たときに、構造体２０の角は、湾曲していても良い。すなわち、Ｚ方向から見たときに、連結部分２０ｃが湾曲していても良い。図２３に示す例では、構造体２０は、Ｚ方向から見たときに、角丸の四角形状である。例えば、第１延在部分２０ａと連結された連結部分２０ｃの一端は、Ｘ方向に沿う。第２延在部分２０ｂと連結された連結部分２０ｃの他端は、Ｙ方向に沿う。これにより、連結部分２０ｃは、第１延在部分２０ａ及び第２延在部分２０ｂと滑らかに連結される。
図２４は、参考例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
図２４に示す参考例に係る光検出器１００ｒ２では、構造体２０が格子状に設けられている。具体的には、構造体２０の一部は、Ｘ方向に沿って延びている。構造体２０の別の一部は、Ｙ方向に沿って延びている。構造体２０のＸ方向に沿って延びる部分と、Ｙ方向に沿って延びる部分と、の交差部分ＣＰ近傍では、素子１０の角が略９０度である。この素子１０の角の突出により、交差部分ＣＰ近傍では、他の部分に比べて、素子１０と構造体２０との間に大きな応力が生じる。
構造体２０が、図２２に示すように、Ｚ方向から見たときに５角以上の多角形である場合、構造体２０の内角の角度をより大きくできる。例えば、図２２に示す構造によれば、第１延在部分２０ａと連結部分２０ｃとの間の内角の角度、及び第２延在部分２０ｂと連結部分２０ｃとの間の内角の角度を、１３５度以上にできる。又は、構造体２０が、図２３に示すように、Ｚ方向から見たときに角丸の多角形である場合、構造体２０の角を湾曲させることができる。これらの構造によれば、構造体２０の角において、素子１０と構造体２０との間に加わる応力を緩和できる。例えば、応力の緩和により、素子１０及び構造体２０にクラックが発生することを抑制できる。クラックの発生に起因する動作不良を抑制できる。
また、構造体２０に対応するシリコン酸化膜１０６１及び酸化膜１０６３の形成時に、シリコンエピ層１０１、シリコン酸化膜１０６１、又は酸化膜１０６３にクラックが発生すると、その後のフォトリソグラフィ工程において、レジストがクラックに入り込む可能性がある。レジストがクラックに入ると、レジストを剥離する際に、クラック内にレジストの残差が発生する。レジストの残差は、その後の酸化等熱工程において酸化炉の有機汚染を引き起こす。シリコンエピ層１０１、シリコン酸化膜１０６１、及び酸化膜１０６３への応力を緩和することで、クラックの発生を抑制でき、光検出器１００の歩留まりを向上できる。
また、図２４に示す構造体２０の構造では、交差部分ＣＰの斜め方向における寸法Ｄｉ１が、交差部分ＣＰのＸ方向又はＹ方向における寸法Ｄｉ２の約１．４倍となる。斜め方向は、Ｚ方向に垂直であり、Ｘ方向及びＹ方向に対して傾斜している。換言すると、図２４に示す構造を製造する際、図８に対応する工程において、交差部分ＣＰが形成される部分では、第１トレンチ１０６の斜め方向における寸法が、Ｘ方向又はＹ方向における寸法Ｄｉ２の約１．４倍となる。この寸法差により、第１トレンチ１０６内に酸化膜１０６３を形成したとき、交差部分ＣＰでは、第１トレンチ１０６が完全に埋め込まれず、酸化膜１０６３中にボイドが発生する。ボイドは、クラックと同様に、ボイドへのレジストの入り込み、及びボイドにおけるレジストの残差を発生させる。図２２及び図２３に示す構造によれば、局所的な第１トレンチ１０６の寸法の増大を回避でき、ボイドの発生を抑制できる。
図２２及び図２３に示す例において、連結部分２０ｃのＸ方向及びＹ方向におけるそれぞれの長さは、１μｍ以上であることが好ましい。これにより、連結部分２０ｃ近傍で発生する応力を効果的に緩和できる。
ここでは、構造体２０が、一対の第１延在部分２０ａ、一対の第２延在部分２０ｂ、及び複数の連結部分２０ｃを含む例を説明した。構造体２０は、互いに連設された１つの第１延在部分２０ａ、１つの第２延在部分２０ｂ、及び１つの連結部分２０ｃを少なくとも含んでいれば良い。これにより、１つの第１延在部分２０ａ、１つの第２延在部分２０ｂ、及び１つの連結部分２０ｃが設けられた領域近傍の応力を緩和できる。
発明者らは、以下の条件で第１実施形態に係る光検出器１００を作製した。構造体２０の形状は、Ｚ方向から見たときに八角形とした。素子１０の中心同士の間隔は、２５μｍとした。構造体２０の幅は、１．６μｍとした。構造体２０の幅は、素子１０から構造体２０に向かう方向における構造体２０の長さに対応する。導電層３２のＸ－Ｙ面における面積に対する、複数の素子１０のＸ－Ｙ面における面積の和の比は、０．６とした。素子１０のｐｎ接合面から導電層３２に向けて、３μｍの空乏層が延びるように設計した。
この光検出器１００について、電極３１に負の動作電圧（Ｖｏｐ）を印加し、パッド４３からパルス信号を読み出した。動作電圧は、－２５Ｖから－３５Ｖの範囲に設定した。この光検出器１００におけるクロストークノイズと、参考例に係る光検出器１００ｒ２におけるクロストークノイズを比較した結果、光検出器１００におけるクロストークノイズは、光検出器１００ｒ２におけるクロストークノイズよりも３０％小さかった。
（変形例）
図２５は、第１実施形態の変形例に係る光検出器を例示する模式的平面図である。
図２６は、図２５のＡ１－Ａ２断面図である。
変形例に係る光検出器１１０では、図２５及び図２６に示すように、クエンチ部４２が、構造体２０の上に設けられる。例えば、クエンチ部４２は、金属含有部２５の一部と、同じ高さに設けられる。クエンチ部４２は、金属含有部２５から離れ、金属含有部２５とは電気的に分離されている。
具体的な一例として、構造体２０は、金属含有部２５と半導体領域５との間に位置する第３絶縁部２３をさらに含む。クエンチ部４２は、第３絶縁部２３の上に設けられる。例えば、金属含有部２５と半導体領域５との間の第３絶縁部２３の厚みは、素子１０と金属含有部２５との間の第２絶縁部２２の厚みよりも、大きい。
クエンチ部４２が構造体２０の上に設けられる場合、クエンチ部４２が半導体領域５の上に絶縁層３３を介して設けられる場合に比べて、クエンチ部４２を各半導体領域からより遠くに離すことができる。クエンチ部４２に大きな電圧が印加されたときでも、絶縁破壊が生じる可能性を低減できる。これにより、例えば、素子１０の降伏電圧の設計自由度を高めることができる。
［第２実施形態］
図２７～図２９は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
図３０は、図２７～図２９のＡ１－Ａ２断面図である。
図２７では、絶縁層３３～３６が省略され、第２半導体領域２が破線で表されている。図２８は、図３０のＢ１－Ｂ２断面図に対応する。図２９は、図３０のＣ１－Ｃ２断面図に対応する。
図２７～図２９に示すように、第２実施形態に係る光検出器２００では、１つの構造体２０が、Ｘ－Ｙ面においてそれぞれの素子１０の周りに設けられている。
光検出器１００と同様に、構造体２０は、第１絶縁部２１、第２絶縁部２２、及び金属含有部２５を含む。図２９に示すように、１つの第１絶縁部２１が、Ｘ－Ｙ面においてそれぞれの素子１０の周りに設けられている。また、図２８に示すように、１つの金属含有部２５が、Ｘ－Ｙ面においてそれぞれの素子１０の周りに設けられている。
例えば図２８及び図３０に示すように、１つの第２絶縁部２２が、１つの素子１０と金属含有部２５との間に設けられる。複数の第２絶縁部２２が、Ｘ－Ｙ面において、複数の素子１０の周りにそれぞれ設けられる。光検出器２００においても、第１絶縁部２１のＺ方向における厚みは、素子１０と金属含有部２５との間の第２絶縁部２２の厚みよりも大きい。
具体的な一例として、複数の素子１０は、図２８～図３０に示すように、素子１０－１及び１０－２を含む。素子１０－２は、素子１０－１とＸ方向において隣り合う。構造体２０は、第２絶縁部２２－１及び２２－２を含む。第２絶縁部２２－１は、Ｘ－Ｙ面において素子１０－１の周りに設けられる。第２絶縁部２２－２は、Ｘ－Ｙ面において素子１０－２の周りに設けられる。
第２絶縁部２２－１の一部、及び第２絶縁部２２－２の一部は、素子１０－１と１０－２との間に位置する。第１絶縁部２１のＺ方向における厚みＴ１（図３０に示す）は、素子１０－１と１０－２を結ぶ方向における、素子１０－１と金属含有部２５との間の第２絶縁部２２－１の前記一部のＸ－Ｙ面における厚みＴ２ａ（図２８及び図３０に示す）よりも大きい。第１絶縁部２１の厚みＴ１は、素子１０－１と１０－２を結ぶ方向における、素子１０－２と金属含有部２５との間の第２絶縁部２２－２の前記一部のＸ－Ｙ面における厚みＴ２ｂよりも大きい。
図２９及び図３０に示すように、構造体２０は、ボイドＶを含んでも良い。例えば、ボイドＶは、第１絶縁部２１に設けられる。ボイドＶの一部が第２絶縁部２２に設けられても良い。ボイドＶは、金属含有部２５から離れている。例えば図２９に示すように、１つの連続したボイドＶが、Ｘ－Ｙ面においてそれぞれの素子１０の周りに設けられる。
図３１～図３５は、第２実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。
図３１（ａ）～図３５（ａ）は、図３１（ｂ）～図３５（ｂ）のＡ１－Ａ２断面をそれぞれ示す。図３１～図３５を参照して、第２実施形態に係る光検出器の製造工程の一例を説明する。
まず、図５～図９に示す工程と同様の工程を実行する。図７に示す工程では、光検出器２００における構造体２０の位置及び形状に対応した第１トレンチ１０６が形成される。また、図９に示す工程では、ボイドＶがＸ方向及びＹ方向に沿って存在するように、酸化膜１０６３を形成しても良い。これにより、図３１（ａ）及び図３１（ｂ）に示すように、ボイドＶを含む酸化膜１０６３が形成される。酸化膜１０６３の幅は、例えば２．５μｍである。
図３２（ａ）及び図３２（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１０７、クエンチ抵抗１１２、ｐ形アバランシェ層１０９、及びｎ形アバランシェ層１１３を形成する。シリコン酸化膜１０７、クエンチ抵抗１１２、ｐ形アバランシェ層１０９、及びｎ形アバランシェ層１１３は、例えば、図１１～図１３に示す工程と同様の工程により形成される。以降の図３３（ｂ）～図３５（ｂ）では、シリコン酸化膜１０７の図示を省略する。
図３３（ａ）及び図３３（ｂ）に示すように、絶縁膜１１４及び第２トレンチ１１４１を形成する。図３３（ｂ）、以降の図３４（ｂ）及び図３５（ｂ）では、絶縁膜１１４の図示を省略する。絶縁膜１１４及び第２トレンチ１１４１は、例えば、図１４に示す工程と同様の工程により形成される。例えば、第２トレンチ１１４１の幅は、０．６μｍである。シリコンエピ層１０１上面からの第２トレンチ１１４１の深さは、３μｍである。また、第２トレンチ１１４１は、ボイドＶとつながらないように、形成される。例えば、第２トレンチ１１４１は、ボイドＶを避けて、隣り合うｎ形アバランシェ層１１３同士の間の中心から０．３５μｍずらした位置に形成される。
図３４（ａ）及び図３４（ｂ）に示すように、チタン膜１１５、窒化チタン膜１１６、及びタングステン膜１１７を形成する。その後、図１６～図１９と同様の工程を実行する。これにより、図３５（ａ）及び図３５（ｂ）に示すように、第２実施形態に係る光検出器２００が製造される。
第２実施形態の効果を説明する。
第２実施形態に係る光検出器２００では、第１絶縁部２１の厚みＴ１が、第２絶縁部２２の厚みＴ２ａ又はＴ２ｂよりも大きい。このため、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、光検出器２００におけるクロストークノイズの増大を抑制しつつ、光検出器２００の感度を向上できる。
図３６は、参考例に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
図３６は、参考例に係る光検出器２００ｒの断面を示す。断面は、Ｚ方向に対して垂直であり、第１絶縁部２１を通る。光検出器２００ｒでは、複数のボイドＶが点在している。それぞれのボイドＶは、斜め方向において隣り合う素子１０同士の間に位置する。Ｘ方向において隣り合う素子１０同士の間、及びＹ方向において隣り合う素子１０同士の間には、ボイドＶが存在しない。光検出器２００ｒのように複数のボイドＶが点在する場合、ボイドＶの上端近傍で、応力の集中が生じる。これにより、ボイドＶを起点としてクラックが発生し易い。
この課題について、光検出器２００では、１つのボイドＶが隣り合う素子１０同士の間に連続的に設けられる。例えば、１つの連続したボイドＶが、それぞれの素子１０の周りに設けられる。ボイドＶが連続的に設けられることで、ボイドＶ上端近傍に発生する応力を分散できる。これにより、ボイドＶを起点としたクラックの発生を抑制できる。また、ボイドＶは、構造体２０や素子１０に発生する応力に応じて変形しうる。このため、構造体２０や素子１０に発生する応力が緩和される。これにより、ボイドＶ以外の部分におけるクラックの発生も抑制できる。
連続的なボイドＶを形成するための好ましい構造体２０の形状について説明する。
図３７は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的断面図である。
図３７に示すように、構造体２０は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を含むことが好ましい。第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１の上に設けられる。第１領域Ｒ１の幅は、上方に向かうほど、広くなっている。第２領域Ｒ２の幅は、上方に向かうほど、狭くなっている。第１領域Ｒ１の側面Ｓ１及び第２領域Ｒ２の側面Ｓ２は、Ｚ方向に対して傾斜している。なお、幅は、構造体２０が延びる方向及びＺ方向に対して垂直な方向における長さに対応する。図３７では、Ｙ方向に沿って延びる構造体２０の一部が示されている。幅は、構造体２０の当該一部のＸ方向における長さに対応する。同様に、Ｘ方向に沿って延びる構造体２０の一部の幅については、構造体２０の当該一部のＹ方向における長さに対応する。
構造体２０は、第３領域Ｒ３をさらに含んでも良い。第３領域Ｒ３は、第２領域Ｒ２の上に設けられる。第３領域Ｒ３の幅は、上方に向かうほど、広くなっている。第３領域Ｒ３の側面Ｓ３は、Ｚ方向に対して傾斜している。
例えば、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３の境界は、金属含有部２５及び第２絶縁部２２と同じ高さに設けられる。第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３の境界は、金属含有部２５及び第２絶縁部２２よりも下方に位置しても良い。
図３８は、第２実施形態に係る光検出器の製造工程を例示する模式図である。
図３７に示す構造体２０を作製するために、例えば図７に示す工程において、構造体２０の形状に対応した第１トレンチ１０６が形成される。具体的には、図３８に示すように、第１トレンチ１０６の下部ＬＰの幅は、上方に向かうほど広い。第１トレンチ１０６の中部ＭＰの幅は、上方に向かうほど狭い。第１トレンチ１０６の上部ＵＰの幅は、上方に向かうほど広い。下部ＬＰの側面Ｓ１、中部ＭＰの側面Ｓ２、及び上部ＵＰの側面Ｓ３は、Ｚ方向に対して傾斜している。
例えば、ＲＩＥプロセス中の反応性ガスの流量及び圧力を、第１トレンチ１０６の形成中に変化させる。反応性ガスの流量及び圧力を変化させることで、シリコンエピ層１０１のエッチングに対する異方性が変化する。これにより、図３８に示す形状の第１トレンチ１０６を形成できる。図３８に示す形状の第１トレンチ１０６の内部に酸化膜１０６３を形成することで、酸化膜１０６３中に連続的なボイドＶが形成され易くなる。
ボイドＶの圧力は、大気圧と同じでも良いし、大気圧よりも低くても良い。ボイドＶには、空気が存在しても良いし、不活性ガスが存在しても良い。例えば、ボイドＶにおける不活性ガスの濃度は、大気中の不活性ガスの濃度より高くても良い。不活性ガスは、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、及び窒素からなる群より選択される少なくとも１つである。
光検出器２００において、第３半導体領域３は、構造体２０から離れていることが好ましい。第３半導体領域３が構造体２０と接していると、構造体２０を設けるための第１トレンチ１０６の形成時に、第３半導体領域３の外周が形成される領域における欠陥が増加する。欠陥の増加は、入射光によるパルスから遅れて出力されるアフターパルスの影響を増大させる。第３半導体領域３が構造体２０から離れていると、第３半導体領域３における欠陥の数を低減でき、欠陥に起因するアフターパルスの影響を抑制できる。
例えば、第３半導体領域３と構造体２０との間の距離は、０．５μｍ以上であることが好ましい。ただし、当該距離が長すぎると、第３半導体領域３のＸ－Ｙ面における面積が小さくなる。このため、当該距離は、１．０μｍ以下であることが好ましい。
また、図３０に示すように、第３半導体領域３外周の下端ＬＥは、第１半導体領域１の一部と接することが好ましい。例えば、第２半導体領域２のＸ方向又はＹ方向における長さは、第３半導体領域３のＸ方向又はＹ方向における長さよりも短い。第１半導体領域１の一部は、Ｘ方向又はＹ方向において第２半導体領域２と並び、第３半導体領域３の下端ＬＥに接する。第１半導体領域１と下端ＬＥとの間で、ｐｎ接合が形成される。
下端ＬＥが第１半導体領域１と接する場合、下端ＬＥ近傍の電界強度を低減できる。下端ＬＥ近傍における局所的な降伏の発生を抑制でき、素子１０の降伏電圧を高めることができる。
また、図２７に示すように、第３半導体領域３のＸ－Ｙ面における角部Ｃは、Ｚ方向から見たときに湾曲していることが好ましい。角部Ｃの曲率半径は、好ましくは、１μｍ以上７μｍ以下である。角部Ｃが湾曲していることで、角部Ｃ近傍の電界強度を低減できる。
他の実施形態に係る光検出器において、光検出器２００と同様に、第３半導体領域３が構造体２０から離れていても良い。第３半導体領域３の角部が、湾曲していても良い。第３半導体領域３の下端ＬＥが、第１半導体領域１と接していても良い。
［第３実施形態］
図３９及び図４０は、第３実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的平面図である。
図４１は、図３９及び図４０のＡ１－Ａ２断面図である。
図３９では、絶縁層３３～３６が省略されている。図４０は、図４１のＢ１－Ｂ２断面図に対応する。
第３実施形態に係る光検出器３００は、構造体２０の形状が異なる点で、第２実施形態に係る光検出器２００と差異を有する。
図４１に示すように、光検出器３００では、構造体２０の下部の幅が、構造体２０の上部の幅よりも狭い。具体的には、第１絶縁部２１の幅が、第２絶縁部２２の幅と、金属含有部２５の幅と、の和よりも狭い。例えば、第１絶縁部２１の幅は、第２絶縁部２２の幅よりも狭い。
幅は、構造体２０が延びる方向及びＺ方向に対して垂直な方向における長さに対応する。図３７では、Ｙ方向に沿って延びる構造体２０の一部が示されている。幅は、構造体２０の当該一部のＸ方向における長さに対応する。すなわち、図４１において、第１絶縁部２１の幅は、第１絶縁部２１のＸ方向における長さに対応する。第２絶縁部２２の幅は、第２絶縁部２２のＸ方向における長さに対応する。同様に、Ｘ方向に沿って延びる構造体２０の一部の幅については、構造体２０の当該一部のＹ方向における長さに対応する。
金属含有部２５は、第１絶縁部２１の直上に位置しても良いし、第１絶縁部２１の直上に位置していなくても良い。金属含有部２５は、第１絶縁部２１よりも上方に存在すれば良い。例えば、金属含有部２５は、第１半導体領域１の一部とＺ方向において並ぶ。
第１絶縁部２１には、ボイドＶが設けられても良い。ボイドＶは、第２絶縁部２２及び金属含有部２５よりも下方に位置する。例えば図４０に示すように、１つのボイドＶが、Ｘ－Ｙ面においてそれぞれの素子１０の周りに設けられる。
第３実施形態に係る光検出器の製造工程の一例を説明する。
まず、図４～図７に示す工程と同様の工程を実行し、第１トレンチ１０６を形成する。図７に示す工程では、１つの第１トレンチ１０６が、Ｘ方向及びＹ方向において格子状に形成される。このとき、第１トレンチ１０６の幅は、第１絶縁部２１の幅に対応する。第１トレンチ１０６の内部にシリコン酸化膜１０６１及び酸化膜１０６３を形成する。
リソグラフィ工程及びＲＩＥ工程により、シリコン酸化膜１０６１及び酸化膜１０６３からなる分離領域の上部と、この分離領域の上部に隣接するシリコンエピ層１０１と、を除去する。これにより、残ったシリコン酸化膜１０６１及び酸化膜１０６３の上に、より幅の広い開口が形成される。この開口の内壁に沿ってシリコン酸化膜を形成する。埋め込み酸化膜により、開口を埋め込む。以降は、図３３～図３６に示す工程と同様の工程を実行する。以上の工程により、第３実施形態に係る光検出器３００が製造される。
上述した製造工程において、第１トレンチ１０６の幅を狭くし、第１トレンチ１０６のアスペクト比を高めても良い。これにより、第１トレンチ１０６が酸化膜１０６３によって完全には埋め込まれ難くなる。この結果、酸化膜１０６３中に、連続的なボイドＶが形成される。例えば図４０に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に沿って延びる格子状のボイドＶを形成できる。
又は、第１トレンチ１０６の底部の幅を、図３８に示す第１トレンチ１０６と同様に、Ｚ方向において変化させても良い。これにより、ボイドＶがより連続的に形成され易くなる。
第３実施形態の効果を説明する。
第３実施形態に係る光検出器３００では、第１絶縁部２１の厚みＴ１が、第２絶縁部２２の厚みＴ２ａ又はＴ２ｂよりも大きい。このため、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、光検出器３００におけるクロストークノイズの増大を抑制しつつ、光検出器３００の感度を向上できる。
また、光検出器３００では、第１絶縁部２１にボイドＶが存在する。ボイドＶにより、光検出器２００と同様に、構造体２０や素子１０に発生する応力を緩和できる。また、連続的なボイドＶが設けられることで、ボイドＶを起点としたクラックの発生を抑制できる。
構造体２０がボイドＶを含む場合、金属含有部２５は、ボイドＶから離れている。例えば、図３３に示すように、金属含有部２５を形成するための第２トレンチ１１４１は、ボイドＶと繋がらないように形成される。第２トレンチ１１４１をボイドＶと繋がらないように形成するためには、第２トレンチ１１４１のＸ－Ｙ面における位置を、ボイドＶのＸ－Ｙ面における位置からずらす必要がある。この結果、構造体２０のＸ方向又はＹ方向の長さが、ボイドＶを含まない場合に比べて増大する。
この課題について、光検出器３００では、第２絶縁部２２及び金属含有部２５の下方に、第１絶縁部２１が設けられる。第１絶縁部２１の幅は、第２絶縁部２２の幅と金属含有部２５の幅との和よりも狭い。ボイドＶは、第１絶縁部２１中に設けられ、Ｚ方向において金属含有部２５から離れている。
この構造によれば、光検出器２００に比べて、構造体２０においてボイドＶがより下方に位置する。金属含有部２５のための第２トレンチ１１４１を形成する際、ボイドＶは、第２トレンチ１１４１よりも下方に存在する。第２トレンチ１１４１のＸ－Ｙ面における位置を、ボイドＶのＸ－Ｙ面における位置からずらす必要が無い。このため、構造体２０の幅を、光検出器２００に比べて狭くできる。この結果、例えば、第２半導体領域２及び第３半導体領域３のＸ－Ｙ面における面積を大きくし、光検出器３００の感度を向上できる。又は、構造体２０の面積が減少した分、光検出器３００を小型化できる。
ここでは、金属含有部２５をボイドＶから離すために、より幅の狭い第１絶縁部２１を設ける例について説明した。この例に限らず、第３実施形態に係る構造体２０の構造は、構造体２０に別の部材が設けられる場合にも適用可能である。すなわち、構造体２０下部の幅を、構造体２０上部の幅よりも狭くし、構造体２０の下部にボイドＶを設ける。これにより、構造体２０の上部に任意の部材が設けられる場合でも、構造体２０の幅が広くなることを抑制できる。
（変形例）
図４２は、第３実施形態の変形例に係る光検出器の一部を例示する模式的断面図である。
図４２に示す光検出器３１０では、構造体２０上部の側面が、Ｚ方向に対して傾斜している。具体的には、素子１０と金属含有部２５との間に位置する構造体２０の面が、Ｚ方向に対して傾斜している。素子１０と金属含有部２５との間の第２絶縁部２２の厚みは、下方に向けて狭くなっている。
構造体２０上部の側面の傾斜により、素子１０のｐｎ接合面で発生した二次光子が、反射され易くなる。これにより、光検出器３１０のクロストークノイズがさらに減少する。
構造体２０上部の側面のＺ方向に対する傾斜角度は、二次光子が反射され易いように、２１度以上であることが好ましい。
（実施例）
以上で説明した実施形態に関して、以下の検証を行った。
まず、第２実施形態に係る光検出器２００について、電極３１に動作電圧として負バイアスを印加した。素子１０に光が入射しない状態で、パッド４３から出力されるアバランシェパルス信号を読み出した。この測定を１万パルスカウント以上行い、素子１０のゲインと測定系の変換係数とを用いて、横軸に１パルスあたりの光電変換電子数を取ったヒストグラムを作成した。ヒストグラムにおいて、（２個以上の光電変換電子数となるカウント数）／（全カウント数）を、直接クロストーク確率（ＰＤｉ－ＣＴＫ）として算出した。
遅延クロストーク確率の算出については、前記パルスカウント測定において、任意のパルス出力をトリガーとして、次の発生パルスまでの時間差を横軸にした遅延パルスカウントヒストグラム（時間相間ヒストグラム）を作成した。前記時間相間ヒストグラムを複数の遅延パルス分布に分離し、それぞれの分布に含まれるパルスカウント数を割り出した。そして、遅延時間毎に、遅延クロストーク確率（ＰＤｅ－ＣＴＫ）を、（遅延パルス分布に含まれるカウント数)／（全カウント数）と定義して算出した。
上記手法に基づき第２実施形態に係る光検出器２００の評価を行い、以下の結果を得た。
図４３及び図４４は、実施形態に係る光検出器の特性を例示するグラフである。
図４３において、横軸は、素子１０上面からの金属含有部２５の深さＤ１を示す。深さは、Ｚ方向における長さに対応する。ここでは、素子１０上面からの構造体２０の深さは、９．０μｍである。第３半導体領域３のＺ方向における厚みは、０．５μｍである。縦軸は，直接クロストーク確率Ｐ１を示す。図４３において、深さＤ１が０μｍの点は、構造体２０が設けられない場合の特性を示す。図４３の結果から、金属含有部２５を含む構造体２０が設けられることで、構造体２０が設けられない場合に比べて、直接クロストーク確率Ｐ１が大きく減少していることが分かる。
確率Ｐ１は、深さＤ１が３μｍ以上でほぼ一定であった。また、図４３に関する検証において、動作電圧Ｖｏｐは、－３１Ｖであった。このとき、空乏層は、素子１０の上面から３μｍの深さまで伸びていた。以上の結果から、金属含有部２５の深さは、空乏層深さ以上が好ましいことが分かる。
図４４において、横軸は、素子１０上面からの構造体２０の深さＤ２を示す。縦軸は、遅延クロストーク確率Ｐ２を示す。図４４において、深さＤ２が０μｍの点は、構造体２０が設けられない場合の特性を示す。図４４の結果から、構造体２０が設けられる場合、遅延クロストーク確率Ｐ２が少なくとも１０％減少していることが分かる。
一方、確率Ｐ２は、深さＤ２が８μｍ以上でほぼ一定であった。図４４に関する検証において、素子１０の上面から導電層３２までの深さは１０μｍであった。以上の結果から、構造体２０の深さは、素子１０の上面から導電層３２までの深さと同等以上が好ましいことが分かる。
また、図４３及び図４４の結果から、直接クロストーク確率Ｐ１の低減のためには、金属含有部２５の深さは、構造体２０の深さに比べて浅くても良いことがわかる。
図４５は、第２実施形態に係る光検出器の一部を例示する模式的断面図である。
二次光子は、ｐｎ接合面付近のアバランシェ発生点から等方的に放射される。このとき、図４５の矢印Ａ１で示すように、隣接する素子１０に向けて放射された二次光子は、金属含有部２５により反射される。又は、金属含有部２５により吸収される。金属含有部２５が設けられていない場合は、矢印Ａ２に示すように、二次光子が隣接する素子１０に入射しうる。金属含有部２５が設けられることで、隣接する素子１０への二次光子の入射を抑制できる。
また、矢印Ａ３及びＡ４に示すように、金属含有部２５よりも下方に向けて進行した光は、第１絶縁部２１により屈折又は反射される。例えば、第１絶縁部２１中を進んだ光は、屈折され、隣接する素子１０の空乏層ＤＬよりも下方を通る。このため、二次光子が空乏層ＤＬ内で光電変換されて生じる直接クロストークが、抑制される。また、空乏層ＤＬよりも下方を通った二次光子は、導電層３２に入射する。二次光子の光電変換によって発生したキャリアは、導電層３２における再結合により消失する。これにより、空乏層ＤＬ以外で光電変換されたキャリアの拡散によって生じる遅延クロストークが、抑制される。
また、第１絶縁部２１にボイドＶが存在すると、二次光子は、ボイドＶと第１絶縁部２１との界面でも反射される。これにより、クロストークがさらに低減される。
また、ｐｎ接合面よりも上方に向けて放射された二次光子の一部は、矢印Ａ５で示すように、金属含有部２５により反射される。又は、金属含有部２５により吸収される。発明者らの検証した結果、素子１０よりも上方における二次光子の反射又は吸収も、クロストークノイズの低減に寄与することが分かった。
図４６は、第２実施形態に係る光検出器の特性を例示するグラフである。
図４６において、横軸は、素子１０上面からの金属含有部２５の突出長さＰＬを示す。長さＰＬは、換言すると、素子１０上面と金属含有部２５の上端との間のＺ方向における距離である。縦軸は、長さＰＬが０μｍのときのクロストーク量を１としたときの、各長さＰＬにおける相対的なクロストーク量ＣＴを示す。
図４６から、長さＰＬが２μｍ以下では、長さＰＬが長くなるほど、相対クロストーク量ＣＴは減少していることが分かる。一方、発明者らが検証した結果、長さＰＬが２μｍを超えると、相対クロストーク量ＣＴはほぼ一定であった。長さＰＬが長いほど、金属含有部２５の形成が困難となる。これらの結果から、長さＰＬは、１μｍ以上２μｍ以下が好ましい。
［第４実施形態］
図４７は、第４実施形態に係るライダー（Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）装置を例示する模式図である。
この実施形態は、ライン光源、レンズと構成され長距離被写体検知システム（ＬＩＤＡＲ）などに応用できる。ライダー装置５００１は、対象物４１１に対してレーザ光を投光する投光ユニットＴと、対象物４１１からのレーザ光を受光しレーザ光が対象物４１１までを往復してくる時間を計測し距離に換算する受光ユニットＲ（光検出システムともいう）と、を備えている。
投光ユニットＴにおいて、レーザ光発振器（光源ともいう）４０４はレーザ光を発振する。駆動回路４０３は、レーザ光発振器４０４を駆動する。光学系４０５は、レーザ光の一部を参照光として取り出し、そのほかのレーザ光をミラー４０６を介して対象物４１１に照射する。ミラーコントローラ４０２は、ミラー４０６を制御して対象物４１１にレーザ光を投光する。ここで、投光とは、光を当てることを意味する。
受光ユニットＲにおいて、参照光用光検出器４０９は、光学系４０５によって取り出された参照光を検出する。光検出器４１０は、対象物４１１からの反射光を受光する。距離計測回路４０８は、参照光用光検出器４０９で検出された参照光と光検出器４１０で検出された反射光に基づいて、対象物４１１までの距離を計測する。画像認識システム４０７は、距離計測回路４０８で計測された結果に基づいて、対象物４１１を認識する。
ライダー装置５００１は、レーザ光が対象物４１１までを往復してくる時間を計測し距離に換算する光飛行時間測距法（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を採用している。ライダー装置５００１は、車載ドライブ－アシストシステム、リモートセンシング等に応用される。光検出器４１０として上述した実施形態の光検出器を用いると、特に近赤外線領域で良好な感度を示す。このため、ライダー装置５００１は、人が不可視の波長帯域への光源に適用することが可能となる。ライダー装置５００１は、例えば、車向け障害物検知に用いることができる。
図４８は、ライダー装置の検出対象の検出を説明するための図である。
光源３０００は、検出対象となる物体６００に光４１２を発する。光検出器３００１は、物体６００を透過あるいは反射、拡散した光４１３を検出する。
光検出器３００１は、例えば、上述した本実施形態に係る光検出器を用いると、高感度な検出を実現する。なお、光検出器４１０および光源４０４のセットを複数設け、その配置関係を前もってソフトウェア（回路でも代替可）に設定しておくことが好ましい。光検出器４１０および光源４０４のセットの配置関係は、例えば、等間隔で設けられることが好ましい。それにより、各々の光検出器４１０の出力信号を補完しあうことにより、正確な三次元画像を生成することができる。
図４９は、第４実施形態に係るライダー装置を備えた車の上面略図である。
本実施形態に係る車両７００は、車体７１０の４つの隅にライダー装置５００１を備えている。本実施形態に係る車両は、車体の４つの隅にライダー装置を備えることで、車両の全方向の環境をライダー装置によって検出することができる。
以上で説明した各実施形態における、各半導体領域の間の不純物濃度の相対的な高低については、例えば、ＳＣＭ（走査型静電容量顕微鏡）を用いて確認することが可能である。なお、各半導体領域におけるキャリア濃度は、各半導体領域において活性化している不純物濃度と等しいとみなせる。従って、各半導体領域の間のキャリア濃度の相対的な高低についても、ＳＣＭを用いて確認することができる。また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により測定することが可能である。
以上で説明した各実施形態によれば、光検出器におけるクロストークノイズの増大を抑制しつつ、光検出器の感度を向上できる。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光検出器に含まれる半導体領域、素子、構造体、金属含有部、電極、導電層、絶縁層、クエンチ部、配線、パッドなどの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１：第１半導体領域、 ２：第２半導体領域、 ３：第３半導体領域、 ４，５：半導体領域、 ５：半導体領域、 １０，１０－１，１０－２：素子、 ２０：構造体、 ２０－１：第１部分、 ２０－２：第２部分、 ２０－３：第３部分、 ２０ａ：第１延在部分、 ２０ｂ：第２延在部分、 ２０ｃ：連結部分、 ２１：第１絶縁部、 ２２，２２－１，２２－２：第２絶縁部、 ２３：第３絶縁部、 ２５：金属含有部、 ２５ａ：第１層、 ２５ｂ：第２層、 ２８：絶縁層、 ２９：金属層、 ３１：電極、 ３２：導電層、 ３３～３６：絶縁層、 ４１：配線、 ４１ａ，４１ｃ，４１ｄ：プラグ、 ４１ｂ：金属層、 ４２：クエンチ部、 ４３：パッド、 １００，１００ｒ１，１００ｒ２，１１０：光検出器、 １００ａ：シリコン基板、 １０１：シリコンエピ層、 １０２：シリコン酸化膜、 １０３：シリコン窒化膜、 １０４：素子分離領域、 １０５：レジスト、 １０６：第１トレンチ、 １０７：シリコン酸化膜、 １０８：素子領域、 １０９：ｐ形アバランシェ層、 １１２：クエンチ抵抗、 １１３：ｎ形アバランシェ層、 １１４：絶縁膜、 １１５：チタン膜、 １１６：窒化チタン膜、 １１７：タングステン膜、 １１８：絶縁膜、 １１９：コンタクトホール、 １２０：チタン膜、 １２１：窒化チタン膜、 １２２：タングステン膜、 １２３：アルミニウム層、 １２４：パッシベーション膜、 １２５：裏面電極、 ２００，２００ｒ，３００，３１０：光検出器、 ４０２：ミラーコントローラ、 ４０３：駆動回路、 ４０４：レーザ光発振器、 ４０５：光学系、 ４０６：ミラー、 ４０７：画像認識システム、 ４０８：距離計測回路、 ４０９：参照光用光検出器、 ４１０：光検出器、 ４１１：対象物、 ４１２：光、 ４１３：光、 ６００：物体、 ７００：車両、 ７１０：車体、 １０３１：シリコン酸化膜、 １０６１：シリコン酸化膜、 １０６２：被注入領域、 １０６３：酸化膜、 １１４１：第２トレンチ、 １１７１：トレンチ、 １２４１：パッド、 ３０００：光源、 ３００１：光検出器、 ５００１：ライダー装置、 Ｃ：角部、 ＣＰ：交差部分、 ＣＴ：相対クロストーク量、 Ｄ１，Ｄ２：深さ、 ＤＬ：空乏層、 Ｄｉ１，Ｄｉ２：寸法、 ＬＥ：下端、 ＬＰ：下部、 ＭＬ１：金属層、 ＭＬ２：金属層、 ＭＰ：中部、 Ｐ１：直接クロストーク確率、 Ｐ２：遅延クロストーク確率、 Ｒ：受光ユニット、 Ｓ１：側面、 Ｓ２：側面、 Ｓ３：側面、 Ｔ：投光ユニット、 Ｔ１：厚み、 Ｔ２：厚み、 Ｔ２ａ：厚み、 Ｔ２ｂ：厚み、 Ｔ３：厚み、 ＵＰ：上部、 Ｖ：ボイド、 Ｖｏｐ：動作電圧、 θ１：角度、 θ２：角度

Claims (17)

  1. 第１導電形の第１半導体領域と、
    前記第１半導体領域の上に設けられ、前記第１半導体領域よりも高い第１導電形の不純物濃度を有する第１導電形の第２半導体領域と、
    前記第２半導体領域の上に設けられた第２導電形の第３半導体領域と、
    を含む素子と、
    前記第１半導体領域から前記第２半導体領域に向かう第１方向に垂直な第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向と、において前記素子の周りに設けられた構造体であって、
    酸化シリコン又は窒化シリコンからなる第１絶縁部と、
    前記第１絶縁部よりも上方に設けられ、少なくとも一部が前記第３半導体領域と同じ高さに位置する金属含有部と、
    前記第１絶縁部よりも上方に設けられ、前記第２方向及び前記第３方向において前記金属含有部と前記素子との間に位置する第２絶縁部と、
    を含み、前記第１絶縁部の前記第１方向における厚みは、前記素子と前記金属含有部との間の前記第２絶縁部の厚みよりも大きい、前記構造体と、
    を備えた光検出器。
  2. 前記金属含有部の一部は、前記第１方向に垂直な第２方向において前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との間の界面と同じ高さに設けられた請求項１記載の光検出器。
  3. 導電層をさらに備え、
    前記素子及び前記構造体は、前記導電層の上に設けられ、
    前記構造体は、前記導電層から離れている請求項２記載の光検出器。
  4. 導電層をさらに備え、
    前記素子及び前記構造体は、前記導電層の上に設けられ、
    前記構造体は、前記導電層に接する請求項２記載の光検出器。
  5. 前記第３半導体領域よりも上方に設けられ、前記第３半導体領域と電気的に接続された配線と、
    前記第３半導体領域と前記配線との間に電気的に接続されたクエンチ部と、
    をさらに備えた請求項１～４のいずれか１つに記載の光検出器。
  6. 前記金属含有部の上端は、前記第３半導体領域よりも上方に位置し、前記配線よりも下方に位置する請求項５記載の光検出器。
  7. 前記第１絶縁部にボイドが設けられた請求項１～６のいずれか１つに記載の光検出器。
  8. 前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域は、前記構造体に接する請求項１～７のいずれか１つに記載の光検出器。
  9. 前記第３半導体領域の一部は、前記第１方向において前記第１半導体領域と接する請求項１～７のいずれか１つに記載の光検出器。
  10. 前記第２絶縁部は、シリコンと、酸素及び窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む請求項１～９のいずれか１つに記載の光検出器。
  11. 前記金属含有部は、タングステン、アルミニウム、及び銅からなる群より選択された少なくとも１つを含む請求項１～１０のいずれか１つに記載の光検出器。
  12. 前記素子は、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードを含む請求項１～１１のいずれか１つに記載の光検出器。
  13. 請求項１～１２のいずれか１つに記載の光検出器と、
    前記光検出器の出力信号から光の飛行時間を算出する距離計測回路と、
    を備えた光検出システム。
  14. 物体に光を照射する光源と、
    前記物体に反射された光を検出する請求項１３記載の光検出システムと、
    を備えたライダー装置。
  15. 前記光源と前記光検出器の配置関係に基づいて、三次元画像を生成する画像認識システムと、を備える請求項１４記載のライダー装置。
  16. 請求項１４又は１５に記載のライダー装置を備えた車。
  17. 車体の４つの隅のそれぞれに請求項１４又は１５に記載のライダー装置を備えた車。
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