(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板と、
（ｂ）前記半導体基板内の少なくとも第１および第２の電極ブロックと
を含み、
前記第１の電極ブロックが第１、第２および第３の電極を含み、
前記第２の電極ブロックが第４、第５および第６の電極を含み、
前記第１および第４の電極が、前記半導体基板内の第１の深さのところで前記半導体基板と物理的にじかに接触し、
前記第２および第５の電極が、前記半導体基板内の第２の深さのところで前記半導体基板と物理的にじかに接触し、
前記第３および第６の電極が、前記半導体基板内の第３の深さのところで前記半導体基板と物理的にじかに接触し、
前記第１の深さが前記第２の深さよりも深く、前記第２の深さが前記第３の深さよりも深く、
さらに、
（ｃ）前記半導体基板内の半導体ブロック
を含み、
前記半導体ブロックが、前記第１の電極ブロックと前記第２の電極ブロックの間に配置されており、
前記半導体ブロックが第１、第２および第３の半導体領域を含み、
前記第１の半導体領域が、前記第１の電極と前記第４の電極の間に配置され、前記第１および第４の電極と物理的にじかに接触し、
前記第２の半導体領域が、前記第２の電極と前記第５の電極の間に配置され、前記第２および第５の電極と物理的にじかに接触し、
前記第３の半導体領域が、前記第３の電極と前記第６の電極の間に配置され、前記第３および第６の電極と物理的にじかに接触し、
前記第１、第２および第３の半導体領域が互いと物理的にじかに接触し、
前記第１、第２、第３、第４、第５および第６の電極のどの部分も、前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域の間には配置されておらず、
前記第１、第２、第３、第４、第５および第６の電極のどの部分も、前記第２の半導体領域と前記第３の半導体領域の間には配置されていない
半導体構造。
【請求項２】
前記第１、第２および第３の電極が互いに積み重なっており、
前記第４、第５および第６の電極が互いに積み重なっている、
請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記第１の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた基板領域を含み、
前記第２の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた２つの基板領域を含み、
前記第３の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた２つの基板領域を含み、
前記第４の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた基板領域を含み、
前記第５の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた２つの基板領域を含み、
前記第６の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた２つの基板領域を含み、
前記第１、第２、第３、第４、第５および第６の電極が第１のドーパントを含み、
前記半導体基板が第２のドーパントを含み、
前記第１のドーパントと前記第２のドーパントが反対のドーピング極性を有する、
請求項２に記載の構造。
【請求項４】
前記第１、第２、第４および第５の電極がそれぞれＬ字形である、請求項２に記載の構造。
【請求項５】
前記第１、第２、第３、第４、第５および第６の電極のうちのどの２つの電極も互いに重なっていない、請求項１に記載の構造。
【請求項６】
前記第１、第２、第３、第４、第５および第６の電極がそれぞれ、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた基板領域を含む、請求項５に記載の構造。
【請求項７】
第１、第２、第３および第４の誘電体領域をさらに含み、
前記第１の誘電体領域が前記第１の電極と前記第２の電極の間に挟まれており、
前記第２の誘電体領域が前記第２の電極と前記第３の電極の間に挟まれており、
前記第３の誘電体領域が前記第４の電極と前記第５の電極の間に挟まれており、
前記第４の誘電体領域が前記第５の電極と前記第６の電極の間に挟まれている、
請求項１に記載の構造。
【請求項８】
（ａ）半導体基板と、
（ｂ）前記半導体基板内の少なくとも第１および第２の電極ブロックと
を含み、
前記第１の電極ブロックが、第１、第２および第３の電極、ならびに第１および第２の誘電体領域を含み、
前記第２の電極ブロックが、第４、第５および第６の電極、ならびに第３および第４の誘電体領域を含み、
前記第１、第２、第４および第５の電極がそれぞれＬ字形であり、
前記第１、第２、第４および第５の電極の前記Ｌ字形の垂直部分が前記半導体基板の上面まで達しており、
前記第１および第４の電極が、前記半導体基板内の第１の深さのところで前記半導体基板と物理的にじかに接触し、
前記第２および第５の電極が、前記半導体基板内の第２の深さのところで前記半導体基板と物理的にじかに接触し、
前記第３および第６の電極が、前記半導体基板内の第３の深さのところで前記半導体基板と物理的にじかに接触し、
前記第１の深さが前記第２の深さよりも深く、前記第２の深さが前記第３の深さよりも深く、
前記第１の誘電体領域が前記第１の電極と前記第２の電極の間に挟まれており、
前記第２の誘電体領域が前記第２の電極と前記第３の電極の間に挟まれており、
前記第３の誘電体領域が前記第４の電極と前記第５の電極の間に挟まれており、
前記第４の誘電体領域が前記第５の電極と前記第６の電極の間に挟まれており、
さらに、
（ｃ）前記半導体基板内の半導体ブロック
を含み、
前記半導体ブロックが、前記第１の電極ブロックと前記第２の電極ブロックの間に配置されており、
前記半導体ブロックが第１、第２および第３の半導体領域を含み、
前記第１の半導体領域が、前記第１の電極と前記第４の電極の間に配置され、前記第１および第４の電極と物理的にじかに接触し、
前記第２の半導体領域が、前記第２の電極と前記第５の電極の間に配置され、前記第２および第５の電極と物理的にじかに接触し、
前記第３の半導体領域が、前記第３の電極と前記第６の電極の間に配置され、前記第３および第６の電極と物理的にじかに接触し、
前記第１、第２および第３の半導体領域が互いと物理的にじかに接触した
半導体構造。
【請求項９】
前記第１、第２、第３および第４の誘電体領域が二酸化シリコンを含む、請求項８に記載の構造。
【請求項１０】
前記第１の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた基板領域を含み、
前記第２の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた２つの基板領域を含み、
前記第３の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた２つの基板領域を含み、
前記第４の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた基板領域を含み、
前記第５の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた２つの基板領域を含み、
前記第６の電極が、ドープされたポリシリコン領域およびドープされた２つの基板領域を含み、
前記第１、第２および第３の電極が第１のドーパントを含み、
前記第４、第５および第６の電極ならびに前記半導体基板が第２のドーパントを含み、  前記第１のドーパントと前記第２のドーパントが反対のドーピング極性を有する、
請求項１又は８に記載の構造。
【請求項１１】
第１、第２および第３の電源をさらに含み、
前記第１の電源が、前記第１および第４の電極に電気的に接続されており、
前記第２の電源が、前記第２および第５の電極に電気的に接続されており、
前記第３の電源が、前記第３および第６の電極に電気的に接続されている、
請求項１又は８に記載の構造。
【請求項１２】
前記第１の半導体領域が赤色光子を含み、
前記第２の半導体領域が緑色光子を含み、
前記第３の半導体領域が青色光子を含む、
請求項１又は８に記載の構造。
【請求項１３】
半導体基板を含む構造を用意するステップと、
前記半導体基板内の第１の深さのところに第１の電極および第４の電極を形成するステップと、
前記第１および第４の電極を形成する前記ステップを実行した後に、前記半導体基板内の第２の深さのところに第２の電極および第５の電極を形成するステップと、
前記第２および第５の電極を形成する前記ステップを実行した後に、前記半導体基板内の第３の深さのところに第３の電極および第６の電極を形成するステップと
を含み、
前記第１の深さが前記第２の深さよりも深く、
前記第２の深さが前記第３の深さよりも深く、
前記半導体基板の第１の半導体領域が、前記第１の電極と前記第４の電極の間に配置され、前記第１および第４の電極と物理的にじかに接触し、
前記半導体基板の第２の半導体領域が、前記第２の電極と前記第５の電極の間に配置され、前記第２および第５の電極と物理的にじかに接触し、
前記半導体基板の第３の半導体領域が、前記第３の電極と前記第６の電極の間に配置され、前記第３および第６の電極と物理的にじかに接触し、
前記第１、第２および第３の半導体領域が互いと物理的にじかに接触した
半導体製造方法。
【請求項１４】
前記第１および第４の電極を形成する前記ステップを実行した後、前記第２および第５の電極を形成する前記ステップを実行する前に、第１の誘電体領域および第３の誘電体領域を形成するステップ
をさらに含み、
前記第１の誘電体領域が前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置され、
前記第３の誘電体領域が前記第４の電極と前記第５の電極の間に配置され、
さらに、
前記第２および第５の電極を形成する前記ステップを実行した後、前記第３および第６の電極を形成する前記ステップを実行する前に、第２の誘電体領域および第４の誘電体領域を形成するステップ
を含み、
前記第２の誘電体領域が前記第２の電極と前記第３の電極の間に配置され、
前記第４の誘電体領域が前記第５の電極と前記第６の電極の間に配置される、
請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体構造に関し、より詳細には、異なる深さのところで光子を集める能力を有する半導体光センサ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる波長の光子は、半導体基板に入った後に、半導体基板内の異なる深さまで到達する。したがって、半導体基板内の異なる深さのところで光子を集めることができる半導体光センサ構造（およびその形成方法）が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体基板内の異なる深さのところで光子を集めることができる半導体センサ構造（およびその形成方法）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、（ａ）半導体基板と、（ｂ）半導体基板内の少なくとも第１および第２の電極ブロックとを含み、第１の電極ブロックが第１、第２および第３の電極を含み、第２の電極ブロックが第４、第５および第６の電極を含み、第１および第４の電極が、半導体基板内の第１の深さのところで半導体基板と物理的にじかに接触し、第２および第５の電極が、半導体基板内の第２の深さのところで半導体基板と物理的にじかに接触し、第３および第６の電極が、半導体基板内の第３の深さのところで半導体基板と物理的にじかに接触し、第１の深さが第２の深さよりも深く、第２の深さが第３の深さよりも深く、さらに、（ｃ）半導体基板内の半導体ブロックを含み、半導体ブロックが、第１の電極ブロックと第２の電極ブロックの間に配置されており、半導体ブロックが第１、第２および第３の半導体領域を含み、第１の半導体領域が、第１の電極と第４の電極の間に配置され、第１および第４の電極と物理的にじかに接触し、第２の半導体領域が、第２の電極と第５の電極の間に配置され、第２および第５の電極と物理的にじかに接触し、第３の半導体領域が、第３の電極と第６の電極の間に配置され、第３および第６の電極と物理的にじかに接触し、第１、第２および第３の半導体領域が互いと物理的にじかに接触し、第１、第２、第３、第４、第５および第６の電極のどの部分も、第１の半導体領域と第２の半導体領域の間には配置されておらず、第１、第２、第３、第４、第５および第６の電極のどの部分も、第２の半導体領域と第３の半導体領域の間には配置されていない半導体構造を提供する。
【０００５】
本発明はさらに、（ａ）半導体基板と、（ｂ）半導体基板内の少なくとも第１および第２の電極ブロックとを含み、第１の電極ブロックが、第１、第２および第３の電極、ならびに第１および第２の誘電体領域を含み、第２の電極ブロックが、第４、第５および第６の電極、ならびに第３および第４の誘電体領域を含み、第１、第２、第４および第５の電極がそれぞれＬ字形であり、第１、第２、第４および第５の電極のＬ字形の垂直部分が半導体基板の上面まで達しており、第１および第４の電極が、半導体基板内の第１の深さのところで半導体基板と物理的にじかに接触し、第２および第５の電極が、半導体基板内の第２の深さのところで半導体基板と物理的にじかに接触し、第３および第６の電極が、半導体基板内の第３の深さのところで半導体基板と物理的にじかに接触し、第１の深さが第２の深さよりも深く、第２の深さが第３の深さよりも深く、第１の誘電体領域が第１の電極と第２の電極の間に挟まれており、第２の誘電体領域が第２の電極と第３の電極の間に挟まれており、第３の誘電体領域が第４の電極と第５の電極の間に挟まれており、第４の誘電体領域が第５の電極と第６の電極の間に挟まれており、さらに、（ｃ）半導体基板内の半導体ブロックを含み、半導体ブロックが、第１の電極ブロックと第２の電極ブロックの間に配置されており、半導体ブロックが第１、第２および第３の半導体領域を含み、第１の半導体領域が、第１の電極と第４の電極の間に配置され、第１および第４の電極と物理的にじかに接触し、第２の半導体領域が、第２の電極と第５の電極の間に配置され、第２および第５の電極と物理的にじかに接触し、第３の半導体領域が、第３の電極と第６の電極の間に配置され、第３および第６の電極と物理的にじかに接触し、第１、第２および第３の半導体領域が互いと物理的にじかに接触した半導体構造を提供する。
【０００６】
本発明はさらに、半導体基板を含む構造を用意するステップと、半導体基板内の第１の深さのところに第１の電極および第４の電極を形成するステップと、第１および第４の電極を形成するステップを実行した後に、半導体基板内の第２の深さのところに第２の電極および第５の電極を形成するステップと、第２および第５の電極を形成するステップを実行した後に、半導体基板内の第３の深さのところに第３の電極および第６の電極を形成するステップとを含み、第１の深さが第２の深さよりも深く、第２の深さが第３の深さよりも深く、半導体基板の第１の半導体領域が、第１の電極と第４の電極の間に配置され、第１および第４の電極と物理的にじかに接触し、半導体基板の第２の半導体領域が、第２の電極と第５の電極の間に配置され、第２および第５の電極と物理的にじかに接触し、半導体基板の第３の半導体領域が、第３の電極と第６の電極の間に配置され、第３および第６の電極と物理的にじかに接触し、第１、第２および第３の半導体領域が互いと物理的にじかに接触した半導体製造方法を提供する。
【０００７】
本発明は、半導体基板内の異なる深さのところで光子を集めることができる半導体光センサ構造（およびその形成方法）を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜２３に、半導体光センサ１００を形成するための第１の製造プロセスを、本発明の諸実施形態に従って示す。図１〜１８は透視図、図１９〜２３は断面図である。
【０００９】
図１を参照してより具体的に説明すると、一実施形態では、この第１の製造プロセスがｐ型シリコン基板１１０から開始される。次に、一実施形態では、ｐ型シリコン基板１１０の上に窒化物研磨ストップ層１２０が形成される。窒化物研磨ストップ層１２０は例えば、ＣＶＤ（化学的気相蒸着）によって形成される。
【００１０】
次に、図２を参照すると、一実施形態では、窒化物研磨ストップ層１２０内およびｐ型シリコン基板１１０内にトレンチ２１０が形成される。トレンチ２１０は例えば、従来のリソグラフィ・プロセスおよびそれに続くエッチング・ステップによって形成される。
【００１１】
次に、図３を参照すると、一実施形態では、トレンチ２１０の側壁に誘電体側壁領域３１０が形成される。一実施形態では誘電体側壁領域３１０が二酸化シリコンを含む。二酸化シリコン側壁領域３１０は例えば、（ｉ）薄い熱酸化、次いで二酸化シリコンのＣＶＤを実施して、（トレンチ２１０の底壁および側壁を含む）図２の構造１００の表面に二酸化シリコン層（図示せず）を形成し、次いで、（ii）この二酸化シリコン層を、窒化物研磨ストップ層１２０の上面１２２が周囲の環境に露出し、図３のトレンチ２１０の底のｐ型シリコン基板１１０の表面１１２が周囲の環境に露出するまで、方向性（異方性）エッチ・バックを行う(directionallyetching back)ことによって形成される。
【００１２】
次に、図４を参照すると、一実施形態では、図３のトレンチ２１０に、濃くドープされたｎ型ポリシリコンが充填されて、ポリシリコン領域４１０が形成される。ポリシリコン領域４１０は例えば、（ｉ）濃くドープされたｎ型ポリシリコンのＣＶＤを実施して、（トレンチ２１０の内部を含む）図３の構造１００の表面全体にポリシリコン層（図示せず）を形成し、次いで（ii）付着させたポリシリコン層を、窒化物研磨ストップ層１２０が周囲の環境に露出するまでＣＭＰ（化学機械研磨）によって平坦化することによって形成される。
【００１３】
次に、図５を参照すると、一実施形態では、ポリシリコン領域４１０（図４）内にトレンチ５１０が形成される。トレンチ５１０は例えば、従来のリソグラフィ・プロセスおよびそれに続く方向性エッチング・ステップによって形成され、この方向性エッチング・ステップは、トレンチ２１０（図２）内の露出したポリシリコン領域４１０の一部を除去する。以後、ポリシリコン領域４１０（図４）の残されたＬ字形のポリシリコン領域５２０をポリシリコン・タブ５２０と称する。この従来のリソグラフィ・プロセスは、ポリシリコン・タブ５２０が窒化物研磨ストップ層１２０の上面１２２との共面を維持するポリシリコン・タブ５２０の上面５２１の位置を画定する。
【００１４】
次に、図６を参照すると、一実施形態では、ウェット・エッチング・ステップが実行されて、周囲の環境に露出した部分の二酸化シリコン側壁領域３１０（図５）が除去される。その結果、トレンチ５１０の側壁のところでｐ型シリコン基板１１０が周囲の環境に露出する。図６に示されているように、二酸化シリコン側壁領域３１０（図５）の（ウェット・エッチング・ステップ後に）残された酸化物領域５３０は、ポリシリコン・タブ５２０を間に挟む。
【００１５】
見やすいようにｐ型シリコン基板１１０を省いた図６の構造１００を図７に示す。図７に示されているように、構造１００は、窒化物研磨ストップ層１２０と、（上面５２１を有する）ポリシリコン・タブ５２０と、ポリシリコン・タブ５２０を間に挟む酸化物領域５３０とを含む。以後、図７〜１８では、分かりやすくするために図６のｐ型シリコン基板１１０が省略される。
【００１６】
次に、図８を参照すると、一実施形態では、（図６のトレンチ５１０の底壁および側壁を含む）図６の構造１００の露出した表面全体に酸化物層７１０が形成される。酸化物層７１０は例えば、図６の構造１００の表面全体に二酸化シリコンのＣＶＤを実施し、図８に示された酸化物層７１０を得ることによって形成される。
【００１７】
次に、図９を参照すると、一実施形態では、図６のトレンチ５１０内にポリシリコン領域７２０が形成される。ポリシリコン領域７２０は例えば、（ｉ）図８の構造１００の表面全体に、濃くドープされたｎ型ポリシリコンを、トレンチ５１０がこの濃くドープされたｎ型ポリシリコンによって満たされるまでＣＶＤによって付着させ、（ii）付着させた濃くドープされたｎ型ポリシリコンを、酸化物層７１０が周囲の環境に露出するまで平坦化することによって形成される。
【００１８】
次に、図１０を参照すると、一実施形態では、図９の構造１００の上に、パターン形成された窒化物層８１０が形成され、このパターン形成された窒化物層８１０は、ポリシリコン・タブ５２０の上面５２１（図７）の全部およびポリシリコン領域７２０（図９）の一部がパターン形成された窒化物層８１０のすぐ下にあるように形成される。パターン形成された窒化物層８１０は例えば、ブランケット窒化物膜（図示せず）を付着させ、次いで従来のリソグラフィ・プロセスを使用し、次いでエッチング・ステップを使用することによって形成される。
【００１９】
次に、図１１を参照すると、一実施形態では、ポリシリコン領域７２０（図１０）内に、（パターン形成された窒化物層８１０と位置合せされた）トレンチ８２０が形成される。トレンチ８２０は例えば、パターン形成された窒化物層８１０をブロッキング・マスクとして使用して、ポリシリコン領域７２０（図１０）の一部分を方向性エッチングすることによって形成される。このエッチング・ステップ後に残るポリシリコン領域７２０（図１０）の部分がポリシリコン・タブ８３０である（図１１からは分からないがポリシリコン・タブ８３０はＬ字形の形状を有する）。
【００２０】
次に、一実施形態では、酸化物層７１０の露出部分が等方性エッチングされて、図１２の構造１００が得られる。
【００２１】
次に、図１３を参照すると、一実施形態では、トレンチ８２０（図１２）の内部および窒化物研磨ストップ層１２０の上にポリシリコン領域１０１１が（図１３に示されているように）形成される。ポリシリコン領域１０１１は例えば、（ｉ）（図１２のトレンチ８２０内を含む）図１２の構造１００の表面全体に、濃くドープされたｎ型ポリシリコンをＣＶＤによって付着させ、次いで、（ii）この付着させた濃くドープされたｎ型ポリシリコンを、パターン形成された窒化物層８１０が周囲の環境に露出するまでＣＭＰによって平坦化し、図１３の構造１００を得ることによって形成される。
【００２２】
次に、図１４を参照すると、一実施形態では、図１３のポリシリコン１０１１がＲＩＥ（反応性イオン・エッチング）によって方向性エッチングされて、ｐ型シリコン基板１１０（図１）の上面よりも落ち込んだポリシリコン領域１０１０が形成される。
【００２３】
次に、図１５を参照すると、一実施形態では、（二酸化シリコンなどの）酸化物材料が（ｉ）図１４の構造１００の表面全体にＣＶＤによって付着され、次いで、（ii）この酸化物材料が、窒化物層８１０が周囲の環境に露出し、図１５に示された酸化物領域１０２０が得られるまで、ＣＭＰステップによって平坦化される。
【００２４】
次に、図１６を参照すると、一実施形態では、窒化物研磨ストップ層１２０の上面１２２よりも上の全ての層が、従来のプロセスを使用することによって除去される。その結果、パターン形成された窒化物層８１０（図１４）、酸化物層７１０（図１４）、ポリシリコン１０１０の一部、および酸化物領域１０２０（図１５）の一部が除去され、図１６に示された構造１００が形成される。
【００２５】
以後、図１５の酸化物領域１０２０の残された部分を図１６の酸化物領域１１１０と称する。上記の除去の結果、ポリシリコン・タブ５２０の上面５２１、酸化物層７１０の上面７１２、ポリシリコン・タブ８３０の上面８３２、およびポリシリコン領域１０１０の上面１０１２が、図１６の構造１００の上面のところで周囲の環境に露出する。
【００２６】
次に、図１７を参照すると、一実施形態では、図１６の酸化物領域１１１０内にトレンチ１２１０が形成される。トレンチ１２１０は例えば、従来のリソグラフィ・プロセスおよびそれに続くエッチング・ステップによって形成される。
【００２７】
次に、図１８を参照すると、一実施形態では、図１７のトレンチ１２１０内にポリシリコン領域１２２０が形成される。ポリシリコン領域１２２０は例えば、（ｉ）濃くドープされたｎ型ポリシリコンのＣＶＤをトレンチ１２１０（図１７）が満たされるまで実施し、次いで（ii）ＣＭＰステップを実施することによって形成される。
【００２８】
図１９に図１８の構造１００の断面を示す。この第１の製造プロセスのこの時点で、構造１００は、窒化物研磨ストップ層１２０、ポリシリコン領域１２２０、酸化物領域１１１０、ポリシリコン領域１０１０＋８３０（ポリシリコン領域１０１０とポリシリコン・タブ８３０とを含む領域）、酸化物領域７１０＋５３０（酸化物層７１０と酸化物領域５３０とを含む領域）、ポリシリコン・タブ５２０、およびｐ型シリコン基板１１０を含む。
【００２９】
次に、図２０を参照すると、一実施形態では、ポリシリコン領域１２２０、１０１０＋８３０および５２０内のドーパントがｐ型シリコン基板１１０内へ拡散して、それぞれ、図２０に示された濃くドープされたｎ型領域１３１１、１３１２および１３１３が得られるように、図１９の構造１００が高温に加熱される。
【００３０】
図２１を参照すると、簡潔にするために、図２０のポリシリコン領域１２２０と濃くドープされたｎ型領域１３１１とを集合的に電極１３１４と呼ぶことができ、図２０のポリシリコン領域１０１０＋８３０と濃くドープされたｎ型領域１３１２とを集合的に電極１３１５（図２１）と呼ぶことができ、図２０のポリシリコン領域５２０と濃くドープされたｎ型領域１３１３とを集合的に電極１３１６（図２１）と呼ぶことができる。これらの３つ電極１３１４、１３１５および１３１６（これらの電極は酸化物領域１３１７および１３１８によって電気的に分離されている）を集合的にブロック１３１０と呼ぶことができる。電極１３１４はすでに構造１００の上面にあり、他の２つの電極１３１５および１３１６はｐ型シリコン基板１１０内の異なる深さにあり、これらの２つの電極１３１５および１３１６は、それぞれのポリシリコン領域５２０および８３０によって、上面５２１および上面８３２（図１８）のところで構造１００の上面にそれぞれ別個に電気的に接続されている。
【００３１】
以上の実施形態では簡潔にするために構造１００はブロック１３１０（図２１）を１つだけ含む。しかし一般に半導体光センサ１００は、ブロック１３１０と同様のブロックを複数含むことができる。
【００３２】
一例として、図２２に、ブロック１３１０ならびにブロック１３１０と同様の別のブロック１３２０を含む構造１００を示す。ブロック１３１０は、前述の３つの電極１３１４、１３１５および１３１６を含む。ブロック１３２０は、それぞれ電極１３１４、１３１５および１３１６と同様の３つの電極１３２４、１３２５および１３２６を含む。その結果、図２２の構造１００は、３つの電極対１３１４−１３２４（互いに積み重っている）、１３１５−１３２５（互いに積み重っている）射るおよび１３１６−１３２６を含むと考えることができる。
【００３３】
図２３を参照すると、一実施形態では、構造１００の動作は以下のとおりである。入射光１３５１の光子１３５０が、窒化物研磨ストップ層１２０を通過して、（２つのブロック１３１０と１３２０の間の）ｐ型シリコン基板１１０に達する。（入射光１３５１の）光子１３５０の青色光子１３４１、緑色光子１３４２および赤色光子１３４３は、ｐ型シリコン基板１１０内の異なる３つの深さまで達する。光子１３４１、１３４２および１３４３のエネルギーは、ｐ型シリコン基板１１０内のシリコン原子によって吸収され、３つの電極対１３１４−１３２４、１３１５−１３２５および１３１６−１３２６に対応するこれらの異なる３つの深さのところに電子−正孔対を生み出す。
【００３４】
電極対１３１４−１３２４、１３１５−１３２５および１３１６−１３２６を異なる３つの電源１３６１、１３６２および１３６３にそれぞれ接続すると、電子１３７０はアノードに結合された電極に向かって、正孔１３８０はカソードに結合された電極に向かって移動し、その結果、３つの独立した電流が生じ、これらの電流の大きさは、ｐ型シリコン基板１１０内の３つのそれぞれの深さのところで吸収された光子の数に比例する。これらの３つの電流の大きさに基づいて、入射光１３５１の青色光子１３４１、緑色光子１３４２および赤色光子１３４３の比率を求めることができる。その結果、図２３の構造１００は、異なる色（波長）の光子の量を感じ取ることができる半導体光センサの役割を果たす。
【００３５】
図２４〜２８に、半導体光センサ２００を形成するための第２の製造プロセスを、本発明の諸実施形態に従って示す。
【００３６】
図２４を参照すると、一実施形態では、第２の製造プロセスがシリコン基板１４１０から開始される。次に、一実施形態では、シリコン基板１４１０の上に窒化物研磨ストップ層１４２０が形成される。窒化物研磨ストップ層１４２０は例えばＣＶＤによって形成される。
【００３７】
次に、図２５を参照すると、一実施形態では、窒化物層１４２０内およびシリコン基板１４１０内に、トレンチ１５１１、１５１２、１５１３、１５２１、１５２２および１５２３が形成される。トレンチ１５１１および１５２１は例えば、従来のリソグラフィ・プロセスおよびそれに続くエッチング・ステップによって形成される。次に、同じ方法で（従来のリソグラフィ・プロセスおよびそれに続くエッチング・ステップを使用して）、トレンチ１５１２および１５２２が形成される。次に、同様に、従来のリソグラフィ・プロセスおよびそれに続くエッチング・ステップによってトレンチ１５１３および１５２３が形成される。
【００３８】
次に、図２６を参照すると、一実施形態では、トレンチ１５１１、１５１２、１５１３、１５２１、１５２２および１５２３の側壁にそれぞれ、酸化物層１６１１、１６１２、１６１３、１６２１、１６２２および１６２３が形成される。酸化物層１６１１、１６１２、１６１３、１６２１、１６２２および１６２３は例えば、（ｉ）（トレンチ１５１１、１５１２、１５１３、１５２１、１５２２および１５２３の底壁および側壁を含む）図２５の構造２００の露出した表面全体にＣＶＤによって二酸化シリコンを付着させて二酸化シリコン層（図示せず）を形成し、次いで、（ii）この付着させた二酸化シリコン層に方向性エッチ・バックを行い、図２６に示された酸化物層１６１１、１６１２、１６１３、１６２１、１６２２および１６２３を得ることによって形成される。
【００３９】
次に、図２７を参照すると、一実施形態では、図２６のトレンチ１５１１、１５１２、１５１３、１５２１、１５２２および１５２３内にそれぞれ、ポリシリコン領域１７１１、１７１２、１７１３、１７２１、１７２２および１７２３が形成される。ポリシリコン領域１７１１、１７１２、１７１３、１７２１、１７２２および１７２３は例えば、（ｉ）（図２６のトレンチ１５１１、１５１２、１５１３、１５２１、１５２２および１５２３内を含む）構造２００の露出した表面全体に、濃くドープされたｎ型ポリシリコン層（図示せず）をＣＶＤによって付着させ、次いで、（ii）構造２００の表面に付着させたこの濃くドープされたｎ型ポリシリコン層を平坦化して、図２７に示されたポリシリコン領域１７１１、１７１２、１７１３、１７２１、１７２２および１７２３を得ることによって形成される。
【００４０】
次に、図２８を参照すると、一実施形態では、濃くドープされたｎ型ポリシリコン領域１７１１、１７１２、１７１３、１７２１、１７２２および１７２３内のドーパントがシリコン基板１４１０内へ拡散して、その結果それぞれ、図２８に示されたドープされた領域１８１１、１８１２、１８１３、１８２１、１８２２および１８２３が得られるように、図２７の構造２００が高温に加熱される。
【００４１】
一実施形態では、構造２００の動作は図２３の構造１００の動作と同様である。例えば、青色光子、緑色光子および赤色光子（図示せず）がシリコン基板１４１０内の異なる深さまで達する。一実施形態では、赤色光子によって生み出された電子および正孔が主に、関連電極対１８１１−１８２１によって集められ、緑色光子によって生み出された電子および正孔が主に、関連電極対１８１２−１８２２によって集められ、青色光子によって生み出された電子および正孔が主に、関連電極対１８１３−１８２３によって集められる。
【００４２】
図２３を参照して要約すると、構造１００は、ｐ形半導体基板１１０内の異なる３つの深さのところで動作する３つのフォトダイオードとして機能することができる。第１のフォトダイオードは、ドープされた２つのｎ型ダイオード電極１３１６および１３２６を有し、ｐ形半導体基板１１０内の最も深いところで動作する。第２のフォトダイオードは、ドープされた２つのｎ型ダイオード電極１３１５および１３２５を有し、ｐ形半導体基板１１０内の中間の深さで動作する。第３のフォトダイオードは、ドープされた２つのｎ型ダイオード電極１３１４および１３２４を有し、ｐ形半導体基板１１０内の最も浅いところで動作する。半導体基板１１０がｎ型にドープされる場合には、ダイオード電極１３１４、１３２４、１３１５、１３２５、１３１６および１３２６はｐ型に濃くドープされることに留意されたい。言い換えると、ダイオード電極１３１４、１３２４、１３１５、１３２５、１３１６および１３２６のドーパントと半導体基板１１０のドーパントは反対のドーピング極性を有する。
【００４３】
図２３を参照して以上に説明した実施形態では、電極１３１４、１３１５、１３１６、１３２４、１３２５および１３２６は全てｎ型にドープされる。代替実施形態では、電極１３１４、１３１５および１３１６がｎ型にドープされ、電極１３２４、１３２５および１３２６がｐ型にドープされる。
【００４４】
本明細書では本発明の特定の実施形態を例示目的で説明したが、当業者には多くの修正および変更が明白であろう。したがって添付の請求項は、このような全ての修正および変更を、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図３】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図４】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図５】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図６】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図７】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図８】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図９】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１０】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１１】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１２】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１３】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１４】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１５】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１６】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１７】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１８】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図１９】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２０】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２１】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２２】半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２３】半導体光センサの動作を、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２４】別の半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２５】別の半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２６】別の半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２７】別の半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【図２８】別の半導体光センサの製造プロセスを、本発明の一実施形態に従って示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  半導体光センサ
１１０  ｐ型シリコン基板
１２０  窒化物研磨ストップ層
１１２  トレンチ２１０の底のｐ型シリコン基板の表面
１２２  窒化物研磨ストップ層の上面
２００  半導体光センサ
２１０  トレンチ
３１０  誘電体（二酸化シリコン）側壁領域
４１０  ポリシリコン領域
５１０  トレンチ
５２０  ポリシリコン・タブ（Ｌ字形ポリシリコン領域）
５２１  ポリシリコン・タブの上面
５３０  酸化物領域
７１０  酸化物層
７１０＋５３０  酸化物領域
７１２  酸化物層７１０の上面
７２０  ポリシリコン領域
８１０  窒化物層
８２０  トレンチ
８３０  ポリシリコン・タブ
８３２  ポリシリコン・タブ８３０の上面
１０１０  ポリシリコン領域
１０１０＋８３０  ポリシリコン領域
１０１１  ポリシリコン領域
１０１２  ポリシリコン領域１０１０の上面
１０２０  酸化物領域
１１１０  酸化物領域
１２１０  トレンチ
１２２０  ポリシリコン領域
１３１０  電極ブロック
１３１１  濃くドープされたｎ型領域
１３１２  濃くドープされたｎ型領域
１３１３  濃くドープされたｎ型領域
１３１４  電極
１３１５  電極
１３１６  電極
１３１７  酸化物領域
１３１８  酸化物領域
１３２０  電極ブロック
１３２４  電極
１３２５  電極
１３２６  電極
１３４１  青色光子
１３４２  緑色光子
１３４３  赤色光子
１３５０  光子
１３５１  入射光
１３６１  電源
１３６２  電源
１３６３  電源
１３７０  電子
１３８０  正孔
１４１０  シリコン基板
１４２０  窒化物研磨ストップ層
１５１１  トレンチ
１５１２  トレンチ
１５１３  トレンチ
１５２１  トレンチ
１５２２  トレンチ
１５２３  トレンチ
１６１１  酸化物層
１６１２  酸化物層
１６１３  酸化物層
１６２１  酸化物層
１６２２  酸化物層
１６２３  酸化物層
１７１１  ポリシリコン領域
１７１２  ポリシリコン領域
１７１３  ポリシリコン領域
１７２１  ポリシリコン領域
１７２２  ポリシリコン領域
１７２３  ポリシリコン領域
１８１１  電極
１８１２  電極
１８１３  電極
１８２１  電極
１８２２  電極
１８２３  電極
【図１】
0005137382.tif 000002
【図２】
0005137382.tif 000003
【図３】
0005137382.tif 000004
【図４】
0005137382.tif 000005
【図５】
0005137382.tif 000006
【図６】
0005137382.tif 000007
【図７】
0005137382.tif 000008
【図８】
0005137382.tif 000009
【図９】
0005137382.tif 000010
【図１０】
0005137382.tif 000011
【図１１】
0005137382.tif 000012
【図１２】
0005137382.tif 000013
【図１３】
0005137382.tif 000014
【図１４】
0005137382.tif 000015
【図１５】
0005137382.tif 000016
【図１６】
0005137382.tif 000017
【図１７】
0005137382.tif 000018
【図１８】
0005137382.tif 000019
【図１９】
0005137382.tif 000020
【図２０】
0005137382.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0005137382.tif 000023
【図２３】
0005137382.tif 000024
【図２４】
0005137382.tif 000025
【図２５】
0005137382.tif 000026
【図２６】
0005137382.tif 000027
【図２７】
0005137382.tif 000028
【図２８】
0005137382.tif 000029