(57)【要約】【課題】  信号電荷の収集効率を向上する。【解決手段】  半導体基板の表面１０００の第１区域１００１の下に設けられた第１半導体領域１３１と、表面１０００の第２区域１００２の下に設けられ、接続部３００に接続された第２半導体領域１３２と、表面１０００の第１区域１００１と第２区域１００２との間の第３区域１００３の下に設けられた第３半導体領域１３３とを有するエネルギー線変換装置の製造方法において、  第１半導体領域１３１及び第３半導体領域１３１を、第１区域１００１及び第３区域１００３を覆い、且つ、第３区域１００３を覆う部分２０３の厚さが第１区域１００１を覆う部分２０１の厚さよりも薄い緩衝膜２００を介して、半導体基板１００にイオン注入を行うことによって形成する。【選択図】  図４
2013021014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー線の照射に応じて信号電荷が発生し、且つ、前記信号電荷を多数キャリアとする電荷発生領域を有する半導体基板と、前記電荷発生領域の一部に接続された接続部と備え、
前記電荷発生領域が、前記半導体基板の表面の第１区域の下に設けられた第１半導体領域と、前記表面の第２区域の下に設けられ、前記接続部に接続された第２半導体領域と、前記表面の、第１区域と第２区域との間の第３区域の下に設けられた第３半導体領域とを有するエネルギー線検出装置の製造方法であって、
前記第１半導体領域及び第３半導体領域を、前記第１区域及び前記第３区域を覆い、且つ、前記第３区域を覆う部分の厚さが前記第１区域を覆う部分の厚さよりも薄い緩衝膜を介して、前記半導体基板に、前記第１半導体領域及び第３半導体領域の導電型と同じ導電型の不純物のイオン注入を行うことによって形成することを特徴とするエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項２】
エネルギー線の照射に応じて信号電荷を発生し、且つ、前記信号電荷を多数キャリアとする電荷発生領域と、前記信号電荷を多数キャリアとする浮遊拡散領域と、前記電荷発生領域と前記浮遊拡散領域との間に設けられ、前記電荷発生領域から前記浮遊拡散領域に前記信号電荷を転送するチャネルが形成されるチャネル領域と、を有する半導体基板と、前記浮遊拡散領域の一部に接続された接続部と、を備え、
前記電荷発生領域が、前記半導体基板の表面の第１区域の下に設けられた第１半導体領域を有し、
前記浮遊拡散領域が、前記表面の第２区域の下に設けられ、前記接続部に接続された第２半導体領域を有し、
前記電荷発生領域が、前記表面の、前記第１区域と前記第２区域との間の第３区域の下に設けられた第３半導体領域をさらに有するエネルギー線検出装置の製造方法であって、
前記第１半導体領域及び第３半導体領域を、前記第１区域及び前記第３区域を覆い、且つ、前記第３区域を覆う部分の厚さが前記第１区域を覆う部分の厚さよりも薄い緩衝膜を介して、前記半導体基板に、前記第１半導体領域及び第３半導体領域の導電型と同じ導電型の不純物のイオン注入を行うことによって形成することを特徴とするエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項３】
エネルギー線の照射に応じて信号電荷を発生し、且つ、前記信号電荷を多数キャリアとする電荷発生領域と、前記信号電荷を多数キャリアとする浮遊拡散領域と、前記電荷発生領域と前記浮遊拡散領域との間に設けられ、前記電荷発生領域から前記浮遊拡散領域に前記信号電荷を転送するチャネルが形成されるチャネル領域と、を有する半導体基板と、前記浮遊拡散領域の一部に接続された接続部と、を備え、
前記浮遊拡散領域が、前記半導体基板の表面の第１区域の下に設けられた第１半導体領域と、前記表面の第２区域の下に設けられ、前記接続部に接続された第２半導体領域と、前記表面の、前記第１区域と前記第２区域との間の第３区域の下に設けられた第３半導体領域とを有するエネルギー線検出装置の製造方法であって、
前記第１半導体領域及び第３半導体領域を、前記第１区域及び前記第３区域を覆い、且つ、前記第３区域を覆う部分の厚さが前記第１区域を覆う部分の厚さよりも薄い緩衝膜を介して、前記半導体基板に、前記第１半導体領域及び第３半導体領域の導電型と同じ導電型の不純物のイオン注入を行うことによって形成することを特徴とするエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項４】
前記緩衝膜を介して行う前記イオン注入を、第１イオン注入と、前記第１イオン注入の注入エネルギーよりも注入エネルギーの低い第２イオン注入とを含む、複数回のイオン注入に分けて行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２イオン注入のドーズ量が、前記第１イオン注入のドーズ量よりも高いことを特徴とする請求項４に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２イオン注入を前記第１イオン注入の後に行うことを特徴とする請求項４または５に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１区域は前記第３区域を囲み、前記第２区域は前記第３区域に囲まれていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項８】
前記緩衝膜は、前記第２区域を覆い、かつ、前記第２区域を覆う部分の厚みが前記第３区域を覆う部分の厚みよりも薄く、前記第２半導体領域を、前記緩衝膜を介して、前記半導体基板に、前記第２半導体領域の導電型と同じ導電型の不純物のイオン注入を行うことによって形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２半導体領域を、前記緩衝膜を介して行う前記イオン注入と、前記緩衝膜を介さずに行うイオン注入とに分けて形成することを特徴とする請求項８に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項１０】
前記電荷発生領域と前記表面との間に、前記電荷発生領域の導電型と反対の導電型の半導体領域を形成することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１乃至第３半導体領域を、分離部で囲まれた第１の活性部に形成し、前記信号電荷に基づく増幅信号を生成する増幅回路を、前記第１の活性部と前記分離部によって分離された第２の活性部に形成し、前記接続部を、前記分離部を跨いで前記第１半導体領域と前記増幅回路に接続するように形成することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項１２】
前記緩衝膜は、階調露光法を用いて厚み分布を有するように加工された感光性樹脂膜であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項１３】
前記緩衝膜は、等方性エッチング法又は異方性エッチング法によって厚み分布を有するように加工された無機絶縁膜であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項１４】
エネルギー線の波長を変換する波長変換部材と、エネルギー線の波長を選択する波長選択部材の少なくとも一方を、前記半導体基板の上に配置することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【請求項１５】
Ｘ線の照射に応じて可視光線を発する蛍光体を、前記半導体基板の上に配置することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のエネルギー線検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー線検出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー線検出装置には、広く用いられている半導体プロセスを用いて、半導体装置として製造されたものが知られている。
かかるエネルギー線検出装置は、信号電荷を発生する電荷発生素子が形成された活性部と、この活性部に接続された導電性の接続部とを備え、この接続部を介して信号電荷を検知する。具体的には、この接続部を、例えば増幅回路の増幅トランジスタのゲートに電気的に接続することによって、信号電荷の量に応じた増幅信号を得ることができる。高精度にエネルギー線を検出する上では、活性部において、接続部の近傍に信号電荷を効率的に収集することが有効である。
特許文献１には、半導体領域に不純物濃度が異なる複数の領域（第２半導体領域および内部領域）を形成することにより、電極領域に向けて電荷を移動させ得る電位勾配を形成することが開示されている。
特許文献２には、第２不純物領域が、第１部分と、第１部分の外側に配置された第２部分とを含み、第１部分が、第２部分の不純物濃度に比して高い不純物濃度を有するラインセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１２０２４号公報
【特許文献２】特開２００７−８１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、第２半導体領域と内部領域を、フォトレジストマスクを２回形成して、各フォトレジストをマスクとしてイオン注入を行うことによって形成している。このような方法では、良好な電位勾配を形成することが難しく、電極領域に信号電荷を十分に収集することができない場合があった。
そこで本発明は、エネルギー線検出装置において、信号電荷の収集効率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の第１は、エネルギー線の照射に応じて信号電荷が発生し、且つ、前記信号電荷を多数キャリアとする電荷発生領域を有する半導体基板と、前記電荷発生領域の一部に接続された接続部と備え、前記電荷発生領域が、前記半導体基板の表面の第１区域の下に設けられた第１半導体領域と、前記表面の第２区域の下に設けられ、前記接続部に接続された第２半導体領域と、前記表面の、第１区域と第２区域との間の第３区域の下に設けられた第３半導体領域とを有するエネルギー線検出装置の製造方法であって、前記第１半導体領域及び第３半導体領域を、前記第１区域及び前記第３区域を覆い、且つ、前記第３区域を覆う部分の厚さが前記第１区域を覆う部分の厚さよりも薄い緩衝膜を介して、前記半導体基板に、前記第１半導体領域及び第３半導体領域の導電型と同じ導電型の不純物のイオン注入を行うことによって形成することを特徴とする。
【０００６】
また、上記課題を解決するための本発明の第２は、エネルギー線の照射に応じて信号電荷を発生し、且つ、前記信号電荷を多数キャリアとする電荷発生領域と、前記信号電荷を多数キャリアとする浮遊拡散領域と、前記電荷発生領域と前記浮遊拡散領域との間に設けられ、前記電荷発生領域から前記浮遊拡散領域に前記信号電荷を転送するチャネルが形成されるチャネル領域と、を有する半導体基板と、前記浮遊拡散領域の一部に接続された接続部と、を備え、前記電荷発生領域が、前記半導体基板の表面の第１区域の下に設けられた第１半導体領域を有し、前記浮遊拡散領域が、前記表面の第２区域の下に設けられ、前記接続部に接続された第２半導体領域を有し、前記電荷発生領域が、前記表面の、前記第１区域と前記第２区域との間の第３区域の下に設けられた第３半導体領域をさらに有するエネルギー線検出装置の製造方法であって、前記第１半導体領域及び第３半導体領域を、前記第１区域及び前記第３区域を覆い、且つ、前記第３区域を覆う部分の厚さが前記第１区域を覆う部分の厚さよりも薄い緩衝膜を介して、前記半導体基板に、前記第１半導体領域及び第３半導体領域の導電型と同じ導電型の不純物のイオン注入を行うことによって形成することを特徴とする。
【０００７】
また、上記課題を解決するための本発明の第３は、エネルギー線の照射に応じて信号電荷を発生し、且つ、前記信号電荷を多数キャリアとする電荷発生領域と、前記信号電荷を多数キャリアとする浮遊拡散領域と、前記電荷発生領域と前記浮遊拡散領域との間に設けられ、前記電荷発生領域から前記浮遊拡散領域に前記信号電荷を転送するチャネルが形成されるチャネル領域と、を有する半導体基板と、前記浮遊拡散領域の一部に接続された接続部と、を備え、前記浮遊拡散領域が、前記半導体基板の表面の第１区域の下に設けられた第１半導体領域と、前記表面の第２区域の下に設けられ、前記接続部に接続された第２半導体領域と、前記表面の、前記第１区域と前記第２区域との間の第３区域の下に設けられた第３半導体領域とを有するエネルギー線検出装置の製造方法であって、前記第１半導体領域及び第３半導体領域を、前記第１区域及び前記第３区域を覆い、且つ、前記第３区域を覆う部分の厚さが前記第１区域を覆う部分の厚さよりも薄い緩衝膜を介して、前記半導体基板に、前記第１半導体領域及び第３半導体領域の導電型と同じ導電型の不純物のイオン注入を行うことによって形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信号電荷の収集効率が向上したエネルギー線検出装置を簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）第１実施形態におけるエネルギー線検出装置の電気回路図、（ｂ）第１実施形態におけるエネルギー線検出装置の平面模式図。（ｂ）第１実施形態におけるエネルギー線検出装置の断面模式図。
【図２】第１実施形態におけるエネルギー線検出装置の製造方法（工程ａ〜工程ｅ）を説明する断面模式図。
【図３】第１実施形態におけるエネルギー線検出装置の製造方法（工程ｆ、工程ｇ）を説明する断面模式図。
【図４】第１実施形態におけるエネルギー線検出装置の製造方法（工程ｈ）を説明する断面模式図。
【図５】第１実施形態におけるエネルギー線検出装置の製造方法（工程ｉ〜工程ｋ）を説明する断面模式図。
【図６】イオン注入による不純物濃度分布を説明する模式図。
【図７】緩衝膜の形成方法の一例を説明する模式図。
【図８】（ａ）第２実施形態におけるエネルギー線検出装置の電気回路図、（ｂ）第２実施形態におけるエネルギー線検出装置の平面模式図。（ｂ）第２実施形態におけるエネルギー線検出装置の断面模式図。
【図９】第２実施形態におけるエネルギー線検出装置の製造工程（工程ｎ〜ｐ）を説明する断面模式図。
【図１０】第２実施形態におけるエネルギー線検出装置の製造工程（工程ｑ〜ｓ）を説明する断面模式図。
【図１１】（ａ）第３実施形態におけるエネルギー線検出装置の平面模式図、（ｂ）第３実施形態におけるエネルギー線検出装置の断面模式図、（ｃ）第３実施形態におけるエネルギー線検出装置の製造方法（工程ｕ）を説明する断面模式図。
【図１２】（ａ）第４実施形態におけるエネルギー線検出装置の平面模式図、（ｂ）第４実施形態におけるエネルギー線検出装置の断面模式図、（ｃ）第４実施形態におけるエネルギー線検出装置の製造方法（工程ｗ）を説明する断面模式図。
【図１３】（ａ）第５実施形態におけるエネルギー線検出装置の電気回路図、（ｂ）第５実施形態におけるエネルギー線検出装置の平面模式図、（ｃ）第５実施形態におけるエネルギー線検出装置の断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のエネルギー線検出装置（以下、単純に検出装置と呼ぶ）の概要を説明する。検出装置は、エネルギー線を信号電荷に変換する変換手段を有している。変換手段は、検出装置へのエネルギー線の照射に応じて信号電荷を発生する電荷発生素子を有する。当然ながら、検出装置へ照射されるエネルギー線は少なくとも変換手段に照射される必要がある。検出装置へ照射されるエネルギー線としては可視光（波長３６０〜７３０ｎｍ）や赤外光、紫外光などの光線や、Ｘ線やγ線などの放射線、電子ビームやイオンビームなどの粒子線が挙げられる。しかし、電荷発生素子が反応する物理量が、変換手段に照射されるエネルギー線（すなわち、検出装置で検出されるエネルギー線）と全く同じである必要はない。例えば、電荷発生素子が反応する物理量が、変換手段に照射されるエネルギー線の一部であってもよいし、変換手段に照射されるエネルギー線とは異種のエネルギー線であってもよい。例えば、変換手段は、検出装置に照射されたエネルギー線から電荷発生素子が反応する波長を選択する波長選択部材を含むことができる。また、変換手段は、検出装置に照射されたエネルギー線の波長を、電荷発生素子が反応する波長のエネルギー線に変換する波長変換部材を含むことができる。
【００１１】
検出装置は変換手段によって生成された信号電荷を検出する検出手段を備える。検出手段は、信号電荷の量に応じた信号を生成するが、信号電荷の量はエネルギー線の強度に依存するため、この信号はエネルギー線の強度を示す強度信号であると云える。そのため、この強度信号でもって、照射されたエネルギー線を検出することができる。検出手段は、例えば、増幅信号を生成する増幅回路や、増幅信号からノイズ低減等の信号処理を行う信号処理回路を含むことができる。強度信号は、典型的には電圧信号又は電流信号である。
【００１２】
検出装置としては、単純にエネルギー線の強度を検出する測定装置も挙げられるが、エネルギー線の強度分布を画像として取得する撮像装置（イメージセンサ）には、本発明を特に好ましく適用することができる。エリアセンサ等の撮像装置は、多数の電荷発生素子を２次元状に配列することで得られる。また、ラインセンサ等の撮像装置は、多数の電荷発生素子を１次元状に配列し、撮影対象と相対移動することにより、撮影対象の画像を生成することができる。
【００１３】
検出装置は半導体基板を有しており、変換手段を構成する電荷発生素子は、半導体基板に半導体素子として形成される。典型的には、検出手段もまた、電荷発生素子が形成された半導体基板と同一の半導体基板に集積回路として形成することができる。ただし、検出手段を電荷発生素子が設けられた半導体基板とは別に設けることもできる。半導体基板は、典型的には、単結晶Ｓｉ基板であるが、単結晶Ｇｅ基板や単結晶ＧａＡｓ基板などであってもよい。
【００１４】
電荷発生素子としては、ＰＮ接合を有するフォトダイオードが好適に用いられるが、ＭＩＳ接合を有するフォトゲートを用いてもよい。フォトダイオードは、ＰＮ接合を成す第１導電型の半導体領域と第２導電型の半導体領域を有するが、以下の説明では、信号電荷として用いる電荷を多数キャリアとする半導体領域を、第１導電型の半導体領域と定義する。信号電荷として用いる電荷を少数キャリアとする導電型の半導体領域を第２導電型の半導体領域と定義する。なお、信号電荷として用いる電荷は、信号電荷そのものの場合もあれば、信号電荷ではなく、例えばノイズとして振る舞う電荷であるが信号電荷と同極性の電荷である場合もある。
【００１５】
例えば、フォトダイオードで生じた電子を信号電荷として用いる場合には、フォトダイオードを構成するＮ型半導体領域とＰ型半導体領域のうち、Ｎ型半導体領域を第１導電型の半導体領域と呼び、Ｐ型半導体領域を第２導電型の半導体領域と呼ぶ。信号電荷が正孔であってもよく、その場合には、Ｎ型半導体領域を第１導電型の半導体領域と呼び、Ｐ型半導体領域を第２導電型の半導体領域と呼ぶ。フォトダイオードでは、第１導電型の半導体領域だけでなく、第２導電型の半導体領域でも信号電荷が発生され得るが、本発明では、第１導電型の半導体領域に着目する。第２導電型の半導体領域で発生された信号電荷は、第２導電型の半導体領域から第１導電型の半導体領域へ空乏層を介して移動する。そのため、結果的に電荷発生素子に存在する信号電荷の大部分は第１導電型の半導体領域に存在することになる。したがって、電荷発生素子を有する検出装置において、第１導電型の半導体領域に着目することは、信号電荷の振る舞いを理解する上で有用である。なお、フォトゲートの場合は、ＭＩＳ接合を構成する（絶縁体に接する）半導体領域を、第１導電型の半導体領域とする。
【００１６】
そして、本発明に係る検出装置は次のような構成を有している。半導体基板の表面は第１区域と第２区域と、第１区域と第２区域の間の第３区域を含んでいる。そして、第１区域の下には第１導電型の第１半導体領域が設けられている。第２区域の下には第１導電型の第２半導体領域が設けられている。第３区域の下には第１導電型の第３半導体領域が設けられている。第１乃至３半導体領域は変換手段の一部を成す。変換手段と検出手段とを接続する接続部は、第２半導体領域に接続される。
【００１７】
本発明では、このような半導体装置である検出装置を、第１半導体領域及び第３半導体領域を、緩衝膜を介して、半導体基板に、第１導電型の不純物のイオン注入を行うことによって形成するのである。この時用いる緩衝膜は、第１区域及び前記第３区域を覆い、且つ、緩衝膜の第３区域を覆う部分の厚さが第１区域を覆う部分の厚さよりも薄くなっている。
【００１８】
以上のようにして検出装置を製造することにより、第３半導体領域の不純物濃度を、第１半導体領域の不純物濃度よりも容易に高くすることが可能になる。これに伴い、第１半導体領域に存在する信号電荷は、第３半導体領域へ容易に移動可能になる。したがって、第１半導体領域にとって第３半導体領域の向こう側に位置する第２半導体領域に集まる信号電荷の収集効率が向上し、第２半導体領域に接続された接続部の近傍に現れる信号電荷が多くなる。その結果、エネルギー線の検出精度が向上した検出装置を得ることができる。
【００１９】
以下、電荷発生素子がフォトダイオードであり、信号電荷が電子であり、半導体基板が単結晶シリコンである例を挙げて、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１（ａ）は検出装置の第１実施形態における電気回路図である。本実施形態では、フォトダイオードである電荷発生素子１６０のカソードに、接続部３００が接続されている。この接続部３００は増幅回路５００に接続されている。増幅回路５００は少なくとも増幅トランジスタ５１０を有している。本例では、増幅回路５００は、リセットトランジスタ５２０と選択トランジスタ５３０をさらに有している。そして接続部３００は、増幅トランジスタ５１０のゲート電極と、リセットトランジスタ５２０の主電極（ソースまたはドレイン）に接続されている。増幅トランジスタ５１０のソースには選択トランジスタ５３０の主電極（ソース・ドレイン）を介して定電流源が接続されている。
【００２１】
リセットトランジスタ５２０をＯＮにすることにより、電荷発生素子１６０のカソードの電位がリセット電位Ｖｒｅｓに規定される。リセットトランジスタ５２０をＯＦＦにした後、エネルギー線の強度に応じた電荷が、電荷発生素子１６０で発生し、電荷発生素子１６０に蓄積される。接続部３００に接続された増幅トランジスタ５１０のゲート電極は、電荷発生素子１６０で生じた電荷量に応じた電位に接続部３００を介して規定される。選択トランジスタ５３０をＯＮにすることにより、選択トランジスタ５３０の主電極に接続されたノードには増幅トランジスタ５１０のゲート電極の電位に応じた電圧が現れ、この電圧を増幅信号として得ることができる。増幅信号は信号処理回路５４０に入力され、ノイズ除去等の処理が行われ、エネルギー線の強度を示す強度信号として取り出される。
【００２２】
かかる電気回路は半導体基板に集積回路として形成されている。電荷発生素子１６０は半導体基板の或る活性部１２０（第１の活性部）に設けられ、増幅回路５００の少なくとも増幅トランジスタ５１０は、半導体基板の別の活性部１２５（第２の活性部）に設けられている。なお、本例では、リセットトランジスタ５２０と選択トランジスタ５３０を別の活性部１２５に設けているが、これらの少なくとも一方を活性部１２０及び活性部１２５とはさらに別の活性部に設けてもよい。また、選択トランジスタ５３０を省略して、増幅トランジスタ５１０の主電極を直接、定電流源に接続してもよい。
【００２３】
図１（ｂ）は半導体基板１００において、電荷発生素子１６０が設けられた活性部１２０の近傍の平面模式図であり、図１（ｃ）は活性部１２０の近傍の断面模式図である。活性部１２０は、半導体基板１００の表面１０００の下（半導体基板１００の内部）に設けられている。本例では、平面的に見て活性部１２０の大部分が、電荷発生素子１６０で占められている。すなわち、活性部１２０のほぼ全域に渡って、電荷発生素子１６０のＰＮ接合部が延在している。以下、図１（ｂ）と図１（ｃ）を相互に参照しながら、活性部１２０について説明する。
【００２４】
電荷発生素子１６０は第１導電型の半導体領域である第１電荷発生領域１３０と第２導電型の半導体領域である第２電荷発生領域１４０を有しており、第１電荷発生領域１３０と第２電荷発生領域１４０とがＰＮ接合を成している。第１電荷発生領域１３０は半導体基板１００の表面１０００と第２電荷発生領域１４０との間に配されている。第１電荷発生領域１３０と第２電荷発生領域１４０で発生した電荷は、第１電荷発生領域１３０に蓄積される。すなわち、第１電荷発生領域１３０は蓄積領域としても機能する。
【００２５】
第１電荷発生領域１３０は、それぞれが第１導電型の半導体領域である、第１半導体領域１３１と、第２半導体領域１３２と、第３半導体領域１３３とを有している。
【００２６】
ここで、半導体基板１００の表面１０００について説明する。表面１０００を便宜的に、第１区域１００１、第２区域１００２、第３区域１００３を含む複数の区域に区分する。第３区域１００３は、第１区域１００１と第２区域１００２との間に位置する。本実施形態においては、第１区域１００１は第３区域１００３を囲んでおり、第２区域１００２は第３区域１００３に囲まれている。本例では、第３区域１００３は、第１区域１００１に連続しており、第２区域１００２にも連続している。
【００２７】
第１半導体領域１３１は第１区域１００１の下に設けられており、第２半導体領域１３２は第２区域１００２の下に設けられており、第３半導体領域１３３は第３区域１００３の下に設けられている。第３半導体領域１３３は、第１半導体領域１３１と第２半導体領域１３２との間に配されている。そのため、第３半導体領域１３３を中間半導体領域と呼ぶこともできる。本実施形態においては、第１半導体領域１３１は第３半導体領域１３３を囲んでおり、第２半導体領域１３２は第３半導体領域１３３に囲まれている。本例では、第３半導体領域１３３は、第１半導体領域１３１に連続しており、第２半導体領域１３２にも連続している。
【００２８】
さらに詳細に第１電荷発生領域１３０について説明する。
【００２９】
第１電荷発生領域１３０は、それぞれが第１導電型の半導体領域である、第１濃度部分１３０１と第２濃度部分１３０２と第３濃度部分１３０３と第４濃度部分１３０４と第５濃度部分１３０５と第６濃度部分１３０６とを有している。
【００３０】
第１半導体領域１３１は第１濃度部分１３０１を有している。第１濃度部分１３０１が第２電荷発生領域１４０とＰＮ接合を成している。
【００３１】
第２半導体領域１３２は、第２電荷発生領域１４０側から第２区域１００２側に向かって、第３濃度部分１３０３と第５濃度部分１３０５と第６濃度部分１３０６をこの順で有している。第３濃度部分１３０３が第２電荷発生領域１４０とＰＮ接合を成している。
【００３２】
第３半導体領域１３３は第２電荷発生領域１４０側から第２区域１００２側に向かって、第２濃度部分１３０２と第４濃度部分１３０４をこの順で有している。第２濃度部分１３０２が第２電荷発生領域１４０とＰＮ接合を成している。
【００３３】
第１〜第６濃度部分の不純物濃度について説明する。第４濃度部分１３０４と第５濃度部分１３０５の不純物濃度は、第１濃度部分１３０１と第２濃度部分１３０２と第３濃度部分１３０３の不純物濃度よりも高く、第６濃度部分１３０６の不純物濃度よりも低い。
【００３４】
第１濃度部分１３０１と第２濃度部分１３０２と第３濃度部分１３０３はそれぞれ同程度の不純物濃度を有する。ただし、第３濃度部分１３０３の不純物濃度が、第１濃度部分１３０１の不純物濃度よりも高く、第２濃度部分１３０２の不純物濃度が、第１濃度部分１３０１と第３濃度部分１３０３の間の不純物濃度を有することが好ましい。
【００３５】
また、第４濃度部分１３０４と第５濃度部分１３０５はそれぞれ同程度の不純物濃度を有する。ただし、第５濃度部分１３０５の不純物濃度が第４濃度部分の不純物濃度よりも高いことが好ましい。
【００３６】
以上をまとめると、不純物濃度は、第１濃度部分１３０１≦第２濃度部分１３０２≦第３濃度部分１３０３＜＜第４濃度部分１３０４≦第５濃度部分１３０５＜＜第６濃度部分１３０６の関係となっている。
【００３７】
本例では、第２半導体領域１３２の第６濃度部分１３０６は、低濃度部１３２１と高濃度部１３２２とを有している。低濃度部１３２１と高濃度部１３２２の不純物濃度は、いずれも第４濃度部分１３０４および第５濃度部分１３０５の不純物濃度よりも高い。低濃度部１３２１は、高濃度部１３２２と、第４濃度部分１３０４及び第５濃度部分１３０５との間に位置しており、高濃度部１３２２接している。なお、第６濃度部分１３０６が低濃度部１３２１と高濃度部１３２２を有さずに、均一な不純物濃度分布を有していてもよい。
【００３８】
また、本例における電荷発生素子１６０は、半導体基板１００の表面１０００と第１電荷発生領域１３０との間に第２導電型の半導体領域である表面領域１５０を有している。半導体基板１００の表面１０００近傍には結晶欠陥が多く暗電流などのノイズ源となりやすいが、表面領域１５０を設けることにより、ノイズの影響を低減できる。このように、本例の電荷発生素子１６０はいわゆる埋め込み型のフォトダイオードとなっている。
【００３９】
なお、第２電荷発生領域１４０が、不純物濃度が異なる複数の第２導電型の半導体領域を有していてもよい。例えば、第２電荷発生領域１４０を、第２導電型の第４半導体領域と、第２導電型の第５半導体領域と、第４半導体領域と第５半導体領域との間に位置する第６半導体領域と、で構成することができる。ここで、第４半導体領域は第６半導体領域よりも半導体基板１００の深部に配される。そして、第２導電型の第５半導体領域が第２導電型の第２半導体領域１３２とＰＮ接合を成す。このような構造の第２電荷発生領域１４０において、第４半導体領域の不純物濃度をＣ４、第５半導体領域の不純物濃度をＣ５、第６半導体領域の不純物濃度をＣ６として、Ｃ６＜Ｃ５＜Ｃ４を満たすことが好ましい。このような構成は、特開２００５−１９７６７４号公報を参考にすることができる。第２電荷発生領域１４０の不純物濃度は、１０１５〜１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００４０】
活性部１２０は別の活性部１２５から分離するための分離部１１０で囲まれている。本例では分離部１１０としてＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｄａｔｉｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）によって形成した分離絶縁体１１１（酸化シリコン膜）を有する構造を例示している。代わりに、半導体基板１００に形成された凹部に分離絶縁体１１１を埋め込んだ構造（ＳＴＩ：Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を採用してもよいし、ＰＮ接合によって分離（拡散分離）してもよい。本例の分離部１１０は、分離絶縁体１１１と、分離絶縁体１１１に近接して配された第２導電型の半導体領域である分離領域１１２を含んでいる。分離領域１１２の不純物濃度は第２電荷発生領域１４０の不純物濃度より高い。分離領域１１２は第１分離領域１１２１と第２分離領域１１２２を有しており、第１分離領域１１２１は分離絶縁体１１１の下面に、第２分離領域１１２２は分離絶縁体１１１の側面（バーズビークの下面）に接してそれぞれ配されている。分離絶縁体１１１の近傍には半導体の結晶欠陥が多くノイズ源（暗電流源）となりやすいが、第２分離領域１１２２を設けることにより、ノイズの影響を低減できる。なお、分離部１１０と活性部１２０については、分離部１１０の一部（分離絶縁体１１１のバーズビークと第２分離領域１１２２）が平面的に見て活性部１２０と重なって配置されている。ここで、第１分離領域１１２１と第２分離領域１１２２の不純物濃度を、第２電荷発生領域１４０の不純物濃度よりも高くする。これにより、分離領域１１２と第２電荷発生領域１４０とが同一導電型（第２導電型）であっても、第２電荷発生領域１４０と分離領域１１２の間での電荷の移動を抑制することができる。第１分離領域１１２１と第２分離領域１１２２の不純物濃度は、１０１５〜１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００４１】
これら分離部１１０と活性部１２０を覆う層間絶縁膜３２０が基板上に設けられている。層間絶縁膜３２０にはコンタクトホールが設けられており、コンタクトホール内には、タングステンからなるコンタクトプラグ３１０が形成されている。このコンタクトプラグ３１０は第１半導体領域１３１に接続されており、コンタクトプラグ３１０と第１半導体領域１３１はＭＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）接合を成している。このＭＳ接合はオーミック接合であることが望ましいが、ショットキー接合であってもよい。なお、ＭＳ接合とは慣用的に用いられる用語であって、Ｍｅｔａｌに対応するコンタクトプラグ３１０が金属であることに限定されることはない。すなわち、コンタクトプラグ３１０は実用的な導電性を有する材料（導体）であればポリシリコンであってもよいし、窒化物等の金属化合物であってもよい。
【００４２】
本例では、コンタクトプラグ３１０は第２半導体領域１３２の一部を成す第６濃度部分１３０６の、高濃度部１３２２と接続している。コンタクトプラグ３１０が高濃度部１３２２のみならず、低濃度部１３２１あるいは、第６濃度部分１３０６を貫通して第５濃度部分１３０５と接続していてもよい。第２半導体領域１３２の、コンタクトプラグ３１０が接続される部分（本例では第６濃度部分１３０６の高濃度部１３２２）の不純物濃度は、１０１７〜１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００４３】
コンタクトプラグ３１０は、絶縁膜上に配された接続配線３３０に接続されている。コンタクトプラグ３１０と接続配線３３０とが、電荷発生素子１６０に接続された接続部３００を成す。接続配線３３０は分離部１１０の上方に配され、分離部１１０の上方を横切って、増幅回路５００に接続されている。詳細には、接続配線３３０は増幅トランジスタ５１０のゲート電極に接続された、接続部３００の一部を成すコンタクトプラグに接続されている。このようにして、接続部３００は、分離部１１０を跨いで、第１の活性部１２０と第２の活性部１２５とを接続している。
【００４４】
第１電荷発生領域１３０で発生された電荷は第１電荷発生領域１３０内に生じる電位分布に従って、第１電荷発生領域１３０内を移動する。本実施形態によれば、第１半導体領域１３１と第３半導体領域１３３の不純物濃度は、接続部３００が接続された第１半導体領域１３１に近づくにしたがって高くなっている。そのため、第１電荷発生領域１３０内には、不純物濃度分布に起因した電位分布が生じる。この電位分布の電位は、第３半導体領域１３３が第２半導体領域１３２よりも高くなっている。そのため、第１電荷発生領域１３０の或る位置に存在する信号電荷は、接続部３００に移動しやすくなっている。よって、電荷発生素子１６０に発生した信号電荷を接続部３００の近傍（第２半導体領域１３２）へ迅速かつ効率的に集めることができ、信号電荷によって増幅トランジスタ５１０のゲート電極に現れる電位の精度を高めることができる。その結果、第１電荷発生領域１３０が不純物濃度分布を有しない場合に比べて、エネルギー線を高精度に検出可能な検出装置を得ることができる。なお、本例においては、第３半導体領域１３３と第１半導体領域１３３の不純物濃度も、接続部３００が接続された第１半導体領域１３１に近づくにしたがって高くなっている。そのため、第１電荷発生領域１３０に存在する信号電荷である電子は、第３半導体領域１３３から、第１電荷発生領域１３０と接続部３００とのＭＳ接合部へ向かう方向に移動しやすくなっている。このように第１電荷発生領域１３０のほぼ全域に亘って信号電荷が接続部３００の近傍へ移動しやすくなる濃度分布が存在することが望ましい。しかしながら、本実施形態はこれに限定されることない。すなわち、少なくとも第１電荷発生領域１３０内の一部に信号電荷が接続部３００の近傍へ移動しやすくなる濃度分布が、第１半導体領域１３１と第３半導体領域１３３とで形成されていればよい。
【００４５】
以下、上記構成を有する検出装置の製造方法について、特に活性部１２０の形成方法を中心に説明する。なお、イオン注入について、Ｎ型半導体領域は、Ｐ（リン）やＡｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などのドナーとなる、Ｎ型の不純物を半導体基板へイオン注入等によってドープすることにより形成される。Ｐ型半導体領域はＢ（ホウ素）やＡｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）などアクセプターとなるＰ型の不純物を半導体基板へイオン注入等によってドープすることにより形成される。なお、第１導電型の半導体領域を形成する際に不純物が注入される領域は、第１導電型の半導体領域であってもよいし第２導電型の半導体領域であってもよし、真性半導体領域であってもよい。以下、いくつかのイオン注入において、ドーパントと注入エネルギー、ドーズ量などの注入条件を例示する。ただし、例示した条件によって形成される半導体領域と、実質的に同じ機能を有する半導体領域を、例示した注入条件とは異なる注入条件を用いても形成可能であることは、容易に理解できよう。
【００４６】
（工程ａ）：本工程を、図２（ａ）を用いて説明する。第１導電型の基体層１０１（ウエハ）の上に、エピタキシャル成長によって第１導電型の半導体層１０２を形成する。これにより、図２（ａ）に示す様に、基体層１０１と半導体層１０２とを有する第１導電型の半導体基板１００が得られる。半導体基板１００の表面１０００は、本工程における半導体層１０２の表面１０００と一致する。半導体層１０２は半導体基板１００の表面１０００の結晶欠陥を低減する機能を有する。なお、エピタキシャル成長を行わずに、ウエハ自体を半導体基板１００として用いてもよい。また、半導体基板１００はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｒａｔｏｒ）構造を有していてもよい。なお、以下の説明では、基体層１０１と半導体層１０２の区別なく、半導体基板１００として説明する。
【００４７】
（工程ｂ）：本工程を、図２（ｂ）を用いて説明する。半導体基板１００上に第１のマスクとして窒化シリコン膜（不図示）を形成し、ＬＯＣＯＳ法により分離部１１０の分離絶縁体１１１としての酸化シリコン膜を形成する。その後、第１のマスクを除去する。
【００４８】
（工程ｃ）：本工程を、図２（ｃ）を用いて説明する。分離部１１０の分離絶縁体１１１が形成されていない領域を覆う第２のマスク（不図示）を形成し、分離絶縁体１１１を介してイオン注入を行う。これにより、第１分離領域１１２１として第２導電型の半導体領域を形成する。その後、第２のマスクを除去する。第１分離領域１１２１を形成するためのイオン注入の注入エネルギーは、  ドーパントがＢの場合には、典型的には１００Ｋｅｖ〜３ＭｅＶである。第１分離領域１１２１を注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成してもよい。ドーズ量は１０１２〜１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００４９】
（工程ｄ）：本工程を、図２（ｄ）を用いて説明する。酸化シリコン膜の側面（バーズビーク）の近傍にイオン注入を行う。これにより、第２分離領域１１２２として第２導電型の半導体領域を形成する。これにより分離部１１０が形成される。第２分離領域１１２２を形成するためのイオン注入の注入エネルギーは、ドーパントがＢの場合には、典型的には１０ＫｅＶ〜５００ＫｅＶである。第２分離領域１１２２を注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入によって形成してもよい。ドーズ量は１０１２〜１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２であることが好ましい。以上のようにして、分離部１１０が形成される。
【００５０】
（工程ｅ）：本工程を、図２（ｅ）を用いて説明する。分離部１１０を覆う第３のマスク（不図示）を形成し、イオン注入を行う。これにより、第２導電型のウェル領域４０が形成される。その後、第３のマスクを除去する。なお、工程ａ〜工程ｅでは、第２導電型のウェル領域４０を第１導電型の半導体基板１００にイオン注入を行って形成した例を説明したが、第２導電型の半導体基板１００自体をウェル領域４０として用いてもよい。ウェル領域４０を形成するためのイオン注入の注入エネルギーは、ドーパントがＢの場合には、典型的には１０ＫｅＶ〜３ＭｅＶである。ドーズ量は１０１１〜１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２であることが好ましい。ウェル領域４０の一部は、後述する工程によって、上述した第２導電型の第２電荷発生領域１４０を成す。なお、異なる注入エネルギー、ドーズ量にて複数回のイオン注入を行うことによって、第２電荷発生領域１４０が上述したような第２導電型の第４〜第６半導体領域を有するように、ウェル領域４０を形成してもよい。
【００５１】
工程ｂ〜ｅは、これらの順番を入れ替えてもよい。例えば、工程ｂを行った後の工程ｃと工程ｄの順序を逆にしてもよい。また、例えば、工程ｃ、工程ｄの後に、工程ｂを行ってもよい。この場合には、分離領域１１２を形成するイオン注入は、分離絶縁体１１１を介さずに行われることになる。
【００５２】
（工程ｆ）：本工程を、図３（ｆ）を用いて説明する。半導体基板１００を覆う感光性樹脂膜２１０（フォトレジスト）を形成する。そして、階調フォトマスクＰＭを用いた階調露光法によって感光性樹脂膜２１０を露光する。本例では、ポジ型感光性樹脂を用いているが、ネガ型感光性樹脂を用いてもよい。感光性樹脂膜２１０の厚みは、後の工程（特に工程ｈ、工程ｇ）に応じて適宜決定されるべきであるが、典型的には５μｍ〜１０μｍである。
【００５３】
（工程ｇ）：本工程を、図３（ｇ）を用いて説明する。露光された感光性樹脂膜２１０を現像する。これにより、工程ｆで行った階調露光の露光量に応じて、図３（ｇ）に示す様に厚み分布を有する緩衝膜２００が形成される。工程ｆではポジ型の感光性樹脂膜２１０を用いているため、現像すると階調露光による露光量が多い部分の厚みが薄くなる。
【００５４】
ここで、後の工程ｈ〜ｋの説明のために、半導体基板１００の表面１０００を便宜的に、第１区域１００１、第２区域１００２、第３区域１００３および保護区域１００５を含む複数の区域に区分する。第３区域１００３は、第１区域１００１と第２区域１００２との間に位置する。本実施形態においては、第１区域１００１は第３区域１００３を囲んでおり、第２区域１００２は第３区域１００３に囲まれている。本例では、第３区域１００３は、第１区域１００１に連続しており、第２区域１００２にも連続している。保護区域１００５は第１区域１００１に連続している。
【００５５】
図３（ｇ）に示す様に、緩衝膜２００は、半導体基板１００の表面１０００を覆っている。ここで、後の工程ｈの説明のために、緩衝膜２００を便宜的に、第１部分２０１、第２部分２０２、第３部分２０３および保護部分２０５を含む複数の部分に区分する。第１部分２０１は第１区域１００１を覆い、第２部分２０２は第２区域１００２を覆い、第３部分２０３は第３区域１００３を覆い、保護部分２０５は保護区域１００５を覆っている。第１部分２０１及び第１区域１００１、第２部分２０２および第２区域１００２、そして、第３部分２０３および第３区域１００３の下には、ウェル領域４０が位置している。保護部分２０５および保護区域１００５の直下には、分離領域１１２が位置している。保護部分２０５と保護区域１００５との間には、分離絶縁体１１１が位置しており、保護部分２０５は分離絶縁体１１１を覆っている。
【００５６】
第３部分２０３は、第１部分０１と第２部分２０２との間に位置する。本実施形態においては、第１部分２０１は第３部分２０３を囲んでおり、第２部分２０２は第３部分２０３に囲まれている。本例では、第３部分２０３は、第１部分２０１に連続しており、第２部分２０２にも連続している。保護部分２０５は第１部分２０１に連続している。
【００５７】
本工程において、第３部分２０３の厚みは第１部分２０１の厚みよりも薄くなっている。また、第２部分２０２の厚みは第３部分２０３の厚みよりも薄くなっている。保護部分２０５の厚みは第１部分２０１の厚みよりも厚くなっている。本例では、第１部分２０１、第３部分２０３、第２部分２０２の厚みは、連続的に変化しており、この順で厚みが単調減少する凹形状の表面を有している。先の工程ｆにおける階調露光は、現像することによってこのような厚み分布が生じるように行われる。
【００５８】
（工程ｈ）：本工程を、図４（ｈ１）〜図４（ｈ３）を用いて説明する。
【００５９】
本工程では、緩衝膜２００を介して半導体基板１００にイオン注入を行う。これにより、第１電荷発生領域１３０を形成する。本例では、イオン注入を３回に分けて行っている。図４（ｈ１）に示すのは、１回目のイオン注入である第１イオン注入であり、図４（ｈ２）に示すのは、２回目のイオン注入である第２イオン注入であり、図４（ｈ３）に示すのは、３回目のイオン注入である第３イオン注入である。第２イオン注入は第１イオン注入よりも低い注入エネルギーにて行われ、第３イオン注入は第２イオン注入よりも低い注入エネルギーにて行われる。第１電荷発生領域１３０の形成を、厚み分布を有する緩衝膜２００を介して１回のイオン注入で行ってもよいが、このように、異なる注入エネルギーにて複数回のイオン注入で行うことが望ましい。また、注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入のドーズ量（ビーム電流）を、それぞれ異ならせることも好ましい。本例では、第２イオン注入は第１イオン注入よりも高いドーズ量にて行われ、第３イオン注入は第２イオン注入よりも高いドーズ量にて行われる。第１電荷発生領域１３０の形成を、厚み分布を有する緩衝膜２００を介して単一のドーズ量にて行ってもよいが、このように、異なるドーズ量にて複数回のイオン注入で行うことが望ましい。
【００６０】
図４（ｈ１）〜図４（ｈ３）では、第１〜３イオン注入におけるイオンの軌跡を矢印で示している。実線の矢印がウェル領域４０に注入されるイオンの軌跡を示しており、破線の矢印が緩衝膜２００によって注入が妨げられるイオンの軌跡を示している。
【００６１】
第１イオン注入では、緩衝膜２００の保護部分２０５はマスクとして機能する。一方、保護部分２０５よりも薄い第１部分２０１と第２部分２０２、第３部分２０３を介して、ウェル領域４０にイオンが注入される。イオンは、保護区域１００５を通過せず、第１区域１００１と第２区域１００２、第３区域１００３を通過する。
【００６２】
これにより、第１部分２０１および第１区域１００１と、第２部分２０２および第２区域１００２、第３部分２０３および第３区域１００３のそれぞれの下に第１導電型の第１不純物層３１が形成される。
【００６３】
第２イオン注入では、緩衝膜２００の保護部分２０５と第１部分２０１はマスクとして機能する。一方、第１部分２０１よりも薄い第３部分２０３と第２部分２０２を介して、ウェル領域４０にイオンが注入される。イオンは、保護区域１００５と第１区域１００１を通過せず、第２区域１００２と第３区域１００３を通過する。これにより、第３部分２０３および第３区域１００３と、第２部分２０２および第２区域１００２の下に、第１導電型の第２不純物層３２が形成される。第３部分２０３及び第２部分２０２の下においては、第２不純物層３２は第１不純物層３１よりも浅い位置に形成される。
【００６４】
第３イオン注入では、緩衝膜２００の保護部分２０５と第１部分２０１と第３部分２０３はマスクとして機能する。一方、第３部分２０３よりも薄い第２部分２０２を介して、ウェル領域４０にイオンが注入される。イオンは保護区域１００５と第１区域１００１と第３区域１００３を通過せず、第２区域１００２を通過する。これにより、第２部分２０２および第２区域の下に第１導電型の第３不純物層３３が形成される。第２部分２０２の下においては、第３不純物層３３は第２不純物層３２よりも浅い位置に形成される。
【００６５】
本工程のイオン注入の注入条件について、第１導電型の半導体領域のドーパントをＡｓとする場合の典型例を説明する。第１イオン注入の注入エネルギーは１ＭｅＶ〜５ＭｅＶであり、ドーズ量は１０１１〜１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２である。第２イオン注入の注入エネルギーは５００ＫｅＶ〜３ＭｅＶであり、ドーズ量は１０１２〜１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２である。第３イオン注入の注入エネルギーは１００ＫｅＶ〜１ＭｅＶであり、ドーズ量は１０１３〜１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２である。以上の範囲内で、注入エネルギー、ドーズ量が第１イオン注入、第２イオン注入、第３イオン注入との間で、上記した大小関係を満足することが好ましい。
【００６６】
複数のイオン注入の順番は、本例とは異なる順番であってもよい。しかしながら、後のイオン注入の注入エネルギーを先のイオン注入の注入エネルギーよりも高くすると、先のイオン注入で形成された半導体領域を通過して、後のイオン注入を行うことになる。そのため、先のイオン注入で形成された半導体猟奇の不純物濃度が、設計値と異なる場合が生じる。これに対して、複数回のイオン注入を、注入ネルギーの高い順に行うことにより、先のイオン注入で形成された半導体領域に後のイオン注入が与える影響を低減することがでる。そのため、より好適な不純物濃度分布を形成することができる。
【００６７】
本工程によって形成される不純物濃度分布を、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、本工程における半導体基板１００の断面図であり、図６（ｂ）は第１導電型の半導体領域の表面１０００の一部に平行な方向における不純物濃度分布を示している。
【００６８】
なお、図６（ｂ）における実線Ａ、実線Ｂ、実線Ｃは、半導体基板１００側からこの順の深さの位置における不純物濃度分布である。実線Ａが図６（ａ）の破線Ａの深さにおける不純物濃度分布を、実線Ｂが図６（ａ）の破線Ｂの深さにおける不純物濃度分布を、実線Ｃが図６（ａ）の破線Ｃの深さにおける不純物濃度分布を、それぞれ示している。
【００６９】
第１区域１００１の下と第３区域１００３の下の破線Ｂの深さでは、第１部分２０１と第３部分２０３の厚みの違いに応じて第１不純物層３１に濃度分布が生じている。この濃度分布では、第１不純物層３１の第３区域１００３の下に位置する部分の不純物濃度が、第１不純物層３１の第１区域１００１の下に位置する部分の不純物濃度よりも高くなっている。
【００７０】
第１区域１００１の下と第３区域１００３の下の破線Ａの深さでは、第１部分２０１と第３部分２０３の厚みの違いに加え、第１イオン注入と第２イオン注入のドーズ量の違いに応じて第１不純物層３１と第２不純物層３２との間で濃度差が生じている。この濃度差は、第２不純物層３２の第３区域１００３の下に位置する部分の不純物濃度が、第１不純物層３１の第１区域１００１の下に位置する部分の不純物濃度よりも高くなっている。
【００７１】
同様に、第３区域１００３の下と第２区域１００２の下の破線Ｂの深さでは、第３部分２０３と第２部分２０２の厚みの違いに応じて第２不純物層３２に濃度分布が生じている。また、第３区域１００３の下と第２区域１００２の下の破線Ｃの深さでは、第３部分２０３と第２部分２０２の厚みの違いに応じて第１不純物層３１に濃度分布が生じている。また、第３区域１００３の下と第２区域１００２の下の破線Ａの深さでは、第３部分２０３と第２部分２０２の厚みの違いに応じて第３不純物層３３に濃度分布が生じている。
【００７２】
（工程ｉ）：本工程を、図５（ｉ）を用いて説明する。第２区域１００２の一部を覆い、第２区域１００２の一部と、第１区域１００１、第３区域１００３を露出させる第４のマスク２４０を形成し、イオン注入を行う。これにより、第２導電型の表面領域１５０が形成される。その後、第４のマスク２４０を除去する。表面領域１５０を形成するためのイオン注入の注入エネルギーは、ドーパントがＢの場合には、典型的には１ＫｅＶ〜１００ＫｅＶである。ドーズ量は１０１２〜１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００７３】
（工程ｊ）：本工程を、図５（ｊ）を用いて説明する。第２区域１００２の一部と、第１区域１００１、第３区域１００３、保護区域１００５を覆い、第２区域１００２の一部を露出させる第５のマスク２５０を形成し、第３不純物層３３にイオン注入を行う。これにより、第１導電型の低濃度部３３ａと第１導電型の高濃度部３３ｂを有する第３不純物層３３’が形成される。その後、第５のマスク２５０を除去する。なお、第１導電型の低濃度部３３ａは、図４（ｈ３）で説明したように、工程ｈで第３不純物層３３としてすでに形成されている。なお、工程ｉと工程ｊの順序を逆にしてもよい。高濃度部３３ｂを形成するためのイオン注入の注入エネルギーは、ドーパントがＡｓの場合には、典型的には１ＫｅＶ〜２００ＫｅＶである。ドーズ量は１０１２〜１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２であることが好ましい。なお、工程ｉにおいて緩衝膜２００が第２区域１００２を覆わないようにして、工程ｈにおいて第３不純物層３３を、高濃度部３３ｂと同程度の不純物濃度を有するように形成してもよい。
【００７４】
（工程ｋ）：本工程を、図５（ｋ）を用いて説明する。半導体基板１００上に絶縁膜を形成し、絶縁膜の、第２区域１００２の上の部分にコンタクトホールを形成する。絶縁膜上からタングステンなどの金属からなる導体膜を成膜して、導体でコンタクトホールを埋める。その後、ＣＭＰ法により、絶縁膜上の不要な導体膜を除去する。これにより、層間絶縁膜３２０のコンタクトホールにコンタクトプラグ３１０が形成される。層間絶縁膜３２０の材料としては、酸化シリコン、ＢＳＧ、ＰＳＧ，ＢＰＳＧを好ましく用いることができる。なお、工程ｊで説明した、高濃度部３３ｂを、第５マスク２５０ではなく、コンタクトホールが形成された層間絶縁膜３２０をマスクとして、コンタクトホールを介してイオン注入を行うことにより形成してもよい。
【００７５】
なお、半導体基板１００には、工程ｋの前までに公知の形成方法によって不図示の増幅トランジスタ５１０や、リセットトランジスタ５２０、選択トランジスタ５３０等の増幅回路５００、定電流源、信号処理回路５４０等が形成される。本工程において、増幅トランジスタ５１０のゲート電極およびリセットトランジスタ５２０の主電極に接続する、コンタクトプラグ３１０とは別のコンタクトプラグを形成する。
【００７６】
コンタクトプラグ３１０に接続するように、コンタクトプラグ３１０上に接続配線３３０を形成する。これにより、コンタクトプラグ３１０と接続配線３３０を有する接続部３００は、第１電荷発生領域１３０の第２半導体領域１３２に接続されることになる。この時、接続配線３３０を増幅トランジスタ５１０のゲート電極およびリセットトランジスタ５２０の主電極に接続されたコンタクトプラグにも接続するように形成する。これにより、第２半導体領域１３２と増幅回路５００を接続する接続部３００が得られる。
【００７７】
（工程ｌ）：層間絶縁膜３２０の上にさらに層間絶縁膜を形成して、さらにこの層間絶縁膜の上に配線層を形成する。すなわち、多層配線構造を形成する。そして、必要に応じて、エネルギー線の波長を制限する波長選択部材を、半導体基板１００の上に配置する。検出するエネルギー線が可視光の場合には、波長選択部材としては原色系あるいは補色系のカラーフィルターを用いることができる。また、必要に応じて、マイクロレンズを半導体基板１００の上に配置してもよい。
【００７８】
（工程ｍ）：本工程を、再び図６を用いて説明する。半導体基板１００を加熱（アニール）して活性化する。活性化に要する温度は例えば８００℃〜１１００℃である。
【００７９】
工程ｈの状態では第１不純物層３１、第２不純物層３２、第３不純物層３３は、図６（ｂ）に示す様に、注入エネルギーに強く依存した不純物濃度分布となっている。本工程を行うことによって、イオン注入によって半導体基板１００内へ導入された不純物が適切に拡散して、図６（ｃ）のように滑らかな不純物濃度分布を有する第１電荷発生領域１３０が得られる。
【００８０】
詳細には、図１（ｃ）を用いて説明したように、主に第１不純物層３１が第１濃度部分１３０１と第２濃度部分１３０２と第３濃度部分１３０３を構成するように拡散する。主に第２不純物層３２が第４濃度部分１３０４と第５濃度部分１３０５を構成するように拡散する。主に第３不純物層３３’が第６濃度部分１３０６を構成するように拡散する。なお、第６濃度部分１３０６の低濃度部１３２１と高濃度部１３２２は、工程ｊで形成された低濃度部３３ａと高濃度部３３ｂがそれぞれ適当に拡散することによって形成される。
【００８１】
なお、本工程は緩衝膜２００を介してイオン注入を行う工程ｈの後であれば任意のタイミングで行ってよく、異なるタイミングで複数回に渡って加熱を繰り返してもよい。なお、活性化を行わずに、第１電荷発生領域１３０を、第１不純物層３１と第２不純物層３２と第３不純物層３３（あるいは第３不純物層３３’）で構成することもできる。
【００８２】
次に、本実施形態の工程ｆ、工程ｇで説明した緩衝膜２００の形成工程について、他の方法を図７を用いて説明する。
【００８３】
図３（ｆ）、（ｇ）では緩衝膜２００として、加工された感光性樹脂膜２１０を用いた例であったが、図７（ａ）〜（ｃ）は、緩衝膜２００として無機絶縁膜２２０を用いた例である。図７（ａ）の例では、まず、ウェル領域４０および分離部１１０を覆う無機絶縁膜２２０を形成し、無機絶縁膜２２０をＣＭＰ法やエッチバック法などにより平坦化する。次いで無機絶縁膜２２０の上に感光性樹脂膜を形成する。感光性樹脂膜を図３（ｆ）、（ｇ）で説明したのと同様にして階調露光法を用いて露光、現像を行う。これにより、厚み分布を有する感光性樹脂膜２３０が得られる。プラズマエッチング等の異方性エッチング法を用いて感光性樹脂膜２３０および無機絶縁膜２２０をエッチングにする。このとき、異方性エッチングの無機絶縁膜２２０に対するエッチングレートを、感光性樹脂膜２３０と同程度にしておくか、感光性樹脂膜２３０よりも高くしておく。これにより、無機絶縁膜２２０には現像によって得られた感光性樹脂膜２３０の厚み分布を反映した厚み分布が生じる。このように加工された厚み分布を有する無機絶縁膜２２０を、緩衝膜２００として用いることができる。なお、無機絶縁膜２２０の加工に用いられた感光性樹脂膜２３０は、除去することが好ましいが、緩衝膜２００の一部として用いてもよい。
【００８４】
図７（ｂ）の例では、まず、ウェル領域４０および分離部１１０を覆う無機絶縁膜２２０を形成し、無機絶縁膜２２０をＣＭＰ法やエッチバック法などにより平坦化する。次いで無機絶縁膜２２０の上に感光性樹脂膜を形成する。感光性樹脂膜を通常の露光法を用いて貫通孔２３１を有するようにパターニングする。ウェットエッチングやベイパーエッチング等の等方性エッチング法を用いて貫通孔２３１を有する感光性樹脂膜２３０をマスクとして、貫通孔２３１から無機絶縁膜２２０をエッチングする。これにより、無機絶縁膜２２０には感光性樹脂膜２３０の貫通孔２３１周辺の直下でのアンダーエッチによって厚み分布が生じる。感光性樹脂膜２３０を除去したのち、この厚み分布を有する無機絶縁膜２２０を緩衝膜２００として用いることができる。
【００８５】
なお、図７（ｂ）、（ｃ）の例において、半導体基板１００を覆う無機絶縁膜２２０の平坦性が十分に高い場合には、無機絶縁膜２２０を平坦化する必要はない。
【００８６】
図７（ｃ）、（ｄ）の例は、分離部１１０の形成にＬＯＣＯＳ法を用いた場合など、ウェル領域４０の表面に対して分離部（本例では分離絶縁体１１１）が突出する場合に採用することができる。
【００８７】
図７（ｃ）の例では、まず、ウェル領域４０および分離部１１０を覆う無機絶縁膜２２０を形成する。この時、無機絶縁膜２２０はＬＯＣＯＳによって形成された分離絶縁体１１１（酸化シリコン膜）の厚みに応じた凹凸を有することになる。その後、無機絶縁膜２２０を加熱して流動（リフロー）させることにより、無機絶縁膜２２０のウェル領域４０上の部分には厚み分布が生じる。このように加工された、厚み分布を有する無機絶縁膜２２０を緩衝膜２００として用いることができる。
【００８８】
工程ｆ、工程ｇでは、緩衝膜２００を感光性樹脂膜（有機絶縁膜）としたが、有機絶縁膜を介して工程ｈでイオン注入を行うと、イオン注入の衝撃を受けて、有機絶縁膜中の炭素が半導体基板１００の中に混入してしまう可能性がある。このような炭素は検出装置の性能を低下させる場合がある。そのため、上記のような手法により、緩衝膜２００を有機絶縁膜ではなく無機絶縁膜とすることで、炭素の混入を避けることができる。
【００８９】
図７（ｄ）の例では、ウェル領域４０および分離絶縁体１１１を覆う、感光性樹脂等の樹脂膜を塗布法によって形成する。この時、樹脂膜の粘度を通常よりも高くしておく。これにより、樹脂膜のウェル領域４０上の部分には厚み分布が生じる。この厚み分布を有する樹脂膜を緩衝膜２００として用いることができる。
【００９０】
厚み分布を有する緩衝膜２００は、上記以外でも様々な方法で形成することができる。なお、このような緩衝膜２００の形成方法は、第１実施形態のみならず、後述する第２〜第５実施形態にも適用可能である。
【００９１】
＜第２実施形態＞
図８（ａ）は検出装置の第２実施形態における電気回路図である。本実施形態では、フォトダイオードである電荷発生素子１６０のカソードには転送ゲート４００を介して容量素子１８０が接続されており、この容量素子１８０が接続部３００に接続されている。増幅回路５００の構成と、接続部３００と増幅回路５００との接続は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９２】
リセットトランジスタ５２０をＯＮにすることにより、フォトダイオードの電位がリセット電位Ｖｒｅｓに規定される。リセットトランジスタ５２０をＯＦＦにした後、エネルギー線の強度に応じた電荷が、電荷発生素子１６０で発生し、電荷発生素子１６０に蓄積される。転送ゲート４００をＯＮにすることにより、電荷発生素子１６０に蓄積された電荷が、容量素子１８０に転送される。接続部３００に接続された増幅トランジスタ５１０のゲート電極は、容量素子１８０に転送された電荷量に応じた電位に接続部３００を介して規定される。電気回路図における他の構成の動作は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００９３】
かかる電気回路は半導体基板に集積回路として形成されている。電荷発生素子１６０と容量素子１８０は、半導体基板１００の或る活性部１２０に設けられている。増幅回路５００の少なくとも増幅トランジスタ５１０は、半導体基板の別の活性部１２５（第２の活性部）に設けられている。増幅回路５００の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９４】
図８（ｂ）は電荷発生素子１６０が設けられた活性部１２０の近傍の平面模式図であり、図１（ｃ）は活性部１２０の近傍の断面模式図である。活性部１２０は、半導体基板１００の表面１０００の下（半導体基板１００の内部）に設けられている。本例では、平面的に見て活性部１２０の大部分が、電荷発生素子１６０と容量素子１８０で占められている。以下、図８（ｂ）と図８（ｃ）を相互に参照しながら、活性部１２０について説明する。
【００９５】
電荷発生素子１６０は第１導電型の半導体領域である第１電荷発生領域１３０と第２導電型の半導体領域である第２電荷発生領域１４０を有しており、第１電荷発生領域１３０と第２電荷発生領域１４０とがＰＮ接合を成している。第１電荷発生領域１３０は半導体基板１００の表面１０００と第２電荷発生領域１４０との間に配されている。第１電荷発生領域１３０と第２電荷発生領域１４０で発生した電荷は、第１電荷発生領域１３０に蓄積される。すなわち、第１電荷発生領域１３０は蓄積領域としても機能する。
【００９６】
容量素子１８０は、第１導電型の半導体領域である浮遊拡散領域１７０と第２導電型の半導体領域であるウェル領域１４２を有しており、浮遊拡散領域１７０とウェル領域１４２とがＰＮ接合を成している。
【００９７】
転送ゲート４００は、第２導電型のチャネル領域１４４と、ゲート絶縁膜４２０と、ポリシリコンからなる転送ゲート電極４１０を有している。これらのうち、チャネル領域１４４は第２導電型の半導体領域として、活性部１２０に配されている。そして転送ゲート電極４１０とゲート絶縁膜４２０とチャネル領域１４４とで、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のゲート構造（転送ゲート）を成している。なお、ＭＩＳ型とは慣用的に用いられる用語であって、Ｍｅｔａｌに対応するゲート電極が金属に限定されることはない。すなわち、転送ゲート電極４１０はチャネル領域１４４にチャネルを形成する（転送ゲート４００をＯＮにする）ために十分な導電性を有する材料（導体）であれば上述のようにポリシリコンであってもよいし、窒化物等の金属化合物であってもよい。
【００９８】
チャネル領域１４４は、第１電荷発生領域１３０と浮遊拡散領域１７０と間に設けられている。転送ゲート４００をＯＮにすることにより、第２導電型のチャネル領域１４４には、第１導電型のチャネルが形成され、このチャネルを介して信号電荷が第１電荷発生領域１３０から浮遊拡散領域１７０へ転送される。
【００９９】
第１電荷発生領域１３０は、それぞれが第１導電型の半導体領域である、第１半導体領域１３１と、第３半導体領域１３３とを有している。
【０１００】
浮遊拡散領域１７０は、第１導電型の半導体領域である、第２半導体領域１３２を有している。
【０１０１】
このように、活性部１２０は、第１導電型の半導体領域として、第１半導体領域１３１と、第２半導体領域１３２と、第３半導体領域１３３を有している。
【０１０２】
ここで、半導体基板１００の表面１０００について説明する。表面１０００を便宜的に、第１区域１００１、第２区域１００２、第３区域１００３、第４区域１００４を含む複数の区域に区分する。第３区域１００３は、第１区域１００１と第２区域１００２との間に位置する。第４区域１００４は第３区域１００３と第２区域１００２との間に位置する。
【０１０３】
本例では、第３区域１００３は、第１区域１００１に連続しており、第４区域１００４にも連続している。また、第４区域１００４は第２区域１００２に連続している。
【０１０４】
第１半導体領域１３１は第１区域１００１の下に設けられており、第２半導体領域１３２は第２区域１００２の下に設けられており、第３半導体領域１３３は第３区域１００３の下に設けられている。チャネル領域１４４は第４区域１００４の下に設けられており、第４区域１００４の上には、ゲート絶縁膜４２０を介して転送ゲート電極４１０が設けられている。第３半導体領域１３３は、第１半導体領域１３１と第２半導体領域１３２との間に配されている。そのため、第３半導体領域１３３を中間半導体領域と呼ぶこともできる。チャネル領域１４４は、第３半導体領域１３３と第２半導体領域１３２との間に配されている。本例では、第３半導体領域１３３は、第１半導体領域１３１に連続しており、チャネル領域１４４に接している。第２半導体領域１３２はチャネル領域１４４に接している。
【０１０５】
なお、第２電荷発生領域１４０とチャネル領域１４４とウェル領域１４２は、いずれも第２導電型の半導体領域であるため、それぞれの境界の区別が難しい場合があるが、便宜的に、表面１０００のどの区域の下にあるかで区別をつけることができる。
【０１０６】
ここでは、第２半導体領域１３２と第３半導体領域１３３がそれぞれチャネル領域１４４に接している例を示したが、チャネル領域１４４と第３半導体領域１３３との間に、第３半導体領域１３３よりも不純物濃度の低い第１導電型の半導体領域を設けてもよい。同様にチャネル領域１４４と第２半導体領域１３２との間に、第２半導体領域１３２よりも不純物濃度の低い第１導電型の半導体領域を設けてもよい。これらチャネル領域１４４の近傍に配される不純物濃度の低い第１導電型の半導体領域は、慣用的にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域と呼ばれる。
【０１０７】
さらに詳細に第１電荷発生領域１３０について説明する。
【０１０８】
第１電荷発生領域１３０は、それぞれが第１導電型の半導体領域である、第１濃度部分１３０１と第２濃度部分１３０２と第３濃度部分１３０３と第４濃度部分１３０４と第５濃度部分１３０５と第６濃度部分１３０６とを有している。
【０１０９】
第１半導体領域１３１は第１濃度部分１３０１を有している。第１濃度部分１３０１が第２電荷発生領域１４０とＰＮ接合を成している。
【０１１０】
第２半導体領域１３２は、第２電荷発生領域１４０側から第２区域１００２側に向かって、第３濃度部分１３０３と第５濃度部分１３０５と第６濃度部分１３０６をこの順で有している。第３濃度部分１３０３が第２電荷発生領域１４０とＰＮ接合を成している。
【０１１１】
第３半導体領域１３３は第２電荷発生領域１４０側から第２区域１００２側に向かって、第２濃度部分１３０２と第４濃度部分１３０４をこの順で有している。第２濃度部分１３０２が第２電荷発生領域１４０とＰＮ接合を成している。
【０１１２】
第１〜第６濃度部分の不純物濃度について説明する。第４濃度部分１３０４と第５濃度部分１３０５の不純物濃度は、第１濃度部分１３０１と第２濃度部分１３０２と第３濃度部分１３０３の不純物濃度よりも高く、第６濃度部分１３０６の不純物濃度よりも低い。
【０１１３】
第１濃度部分１３０１と第２濃度部分１３０２と第３濃度部分１３０３はそれぞれ同程度の不純物濃度を有する。ただし、第３濃度部分１３０３の不純物濃度が、第１濃度部分１３０１の不純物濃度よりも高く、第２濃度部分１３０２の不純物濃度が、第１濃度部分１３０１と第３濃度部分１３０３の間の不純物濃度を有することが好ましい。
【０１１４】
また、第４濃度部分１３０４と第５濃度部分１３０５はそれぞれ同程度の不純物濃度を有する。ただし、第５濃度部分１３０５の不純物濃度が第４濃度部分の不純物濃度よりも高いことが好ましい。
【０１１５】
以上をまとめると、不純物濃度は、第１濃度部分１３０１≦第２濃度部分１３０２≦第３濃度部分１３０３＜＜第４濃度部分１３０４≦第５濃度部分１３０５＜＜第６濃度部分１３０６の関係となっている。
【０１１６】
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、電荷発生素子１６０は半導体基板１００の表面１０００と第１電荷発生領域１３０との間に第２導電型の半導体領域である表面領域１５０を有している。また、第１実施形態と同様に、第２電荷発生領域１４０が、不純物濃度が異なる複数の第２導電型の半導体領域を有していてもよい。分離部１１０の構成については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１１７】
本実施形態では、浮遊拡散領域１７０の少なくとも一部を成す、第２半導体領域１３２に接続部３００が接続されている。接続部３００の構成は、第１実施形態と同様に、コンタクトプラグ３１０と接続配線３３０を用いることができるため、詳細な説明を省略する。コンタクトプラグ３１０が接続される第２半導体領域１３２の不純物濃度は、１０１５〜１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい。
【０１１８】
第１電荷発生領域１３０で発生された電荷は第１電荷発生領域１３０内に生じる電位分布に従って、第１電荷発生領域１３０内を移動する。本実施形態によれば、第１導電型の第１半導体領域１３１と第３半導体領域１３３の不純物濃度は、接続部３００が接続された第２半導体領域１３２に近づくにしたがって高くなっている。そのため、第１電荷発生領域１３０内には、不純物濃度分布に起因した電位分布が生じる。この電位分布の電位は、第３半導体領域１３３が第２半導体領域１３２よりも高くなっている。そのため、第１電荷発生領域１３０の或る位置に存在する信号電荷は、チャネル領域１４４に形成されるチャネルを介して接続部３００に移動しやすくなっている。よって、電荷発生素子１６０に発生した信号電荷を接続部３００の近傍へ迅速かつ効率的に集めることができ、信号電荷によって増幅トランジスタ５１０のゲート電極に現れる電位の精度を高めることができる。その結果、第１電荷発生領域１３０が不純物濃度分布を有しない場合に比べて、エネルギー線を高精度に検出可能な検出装置を得ることができる。
【０１１９】
以下、上記構成を有する検出装置の製造方法について、特に活性部１２０の形成方法を中心に説明する。なお、本実施形態の検出装置は、第１実施形態で説明した工程ａ〜工程ｅまでは同様の工程で製造が可能である。したがって、これらの説明を省略し、第１実施形態の工程ｆ〜工程ｍの代わりに、工程ｅの後に行われる工程ｎ〜工程ｔを説明する。
【０１２０】
（工程ｎ）  本工程を、図９（ｎ）を用いて説明する。ウェル領域４０上にドライ酸化（熱酸化）またはウェット酸化によってゲート絶縁膜４２０を形成する。ゲート絶縁膜４２０の上にポリシリコン膜を成膜し、ポリシリコン膜をフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて転送ゲート電極４１０の形状にパターニングする。
【０１２１】
（工程ｏ）  本工程を、図９（ｏ）を用いて説明する。半導体基板１００の表面１０００を覆うように、ゲート絶縁膜４２０及び転送ゲート電極４１０の上に、感光性樹脂膜２１０を形成する。階調露光法によって感光性樹脂膜２１０を露光する。本例では、ポジ型レジストを用いていが、ネガ型レジストを用いてもよい。
【０１２２】
（工程ｐ）：本工程を、図９（ｐ）を用いて説明する。工程ｏで露光された感光性樹脂膜２１０を現像することにより、厚み分布を有する緩衝膜２００を形成する。これにより、工程ｏで行った階調露光の露光量に応じて、図９（ｐ）に示す様に厚み分布を有する緩衝膜２００が形成される。工程ｏではポジ型の感光性樹脂膜２１０を用いているため、現像すると階調露光による露光量が多い部分の厚みが薄くなる。
【０１２３】
ここで、本工程ｐ及び後の工程ｑ、ｒの説明のために、表面１０００を便宜的に、第１区域１００１、第２区域１００２、第３区域１００３、第４区域１００４を含む複数の区域に区分する。第３区域１００３は、第１区域１００１と第２区域１００２との間に位置する。第４区域１００４は第３区域１００３と第２区域１００２との間に位置する。
【０１２４】
本例では、第３区域１００３は、第１区域１００１に連続しており、第４区域１００４にも連続している。また、第４区域１００４は第２区域１００２に連続している。
【０１２５】
緩衝膜２００は、半導体基板１００の表面１０００を覆っている。ここで、本工程ｐの説明のために、緩衝膜２００を便宜的に、第１部分２０１、第２部分２０２、第３部分２０３、第４部分２０４および保護部分２０５を含む複数の部分に区分する。第１部分２０１は第１区域１００１を覆い、第２部分２０２は第２区域１００２を覆い、第３部分２０３は第３区域１００３を覆っている。第４部分２０４は第４区域１００４の一部を覆い、保護部分２０５は保護区域１００５を覆っている。第１部分２０１及び第１区域１００１、第２部分２０２および第２区域１００２、そして、第３部分２０３および第３区域１００３、第４部分２０４および第４区域１００４の下には、第２導電型のウェル領域４０が位置している。第４部分２０４と第４区域１００４との間には、転送ゲート電極４１０とゲート絶縁膜４２０が位置しており、第４部分２０４は転送ゲート電極４１０の一部を覆っている。保護部分２０５および保護区域１００５の直下には、分離領域１１２が位置している。保護部分２０５と保護区域１００５との間には、分離絶縁体１１１が位置しており、保護部分２０５は分離絶縁体１１１を覆っている。
【０１２６】
第３部分２０３は、第１部分０１と第２部分２０２との間に位置する。第４部分２０４は第３部分２０３と第２部分２０２との間に位置する。本例では、第３部分２０３は第１部分２０１に連続しており、第４部分２０４は第２部分２０２に連続している。保護部分２０５は第１部分２０１と第２部分２０２に連続している。
【０１２７】
現像によって、第３部分２０３の厚みは第１部分２０１の厚みよりも薄くなっている。また、第２部分２０２の厚みは第３部分２０３の厚みよりも厚くなっている。保護部分２０５の厚みは第１部分２０１の厚みよりも厚くなっている。本例では、第１部分２０１と第３部分２０３の厚みは、連続的に変化しており、この順で厚みが単調減少する凹形状の表面を有している。先の工程ｏにおける階調露光は、現像することによってこのような厚み分布が生じるように行われる。
【０１２８】
なお、上述したように、ＬＤＤ領域を設ける場合には、例えば、緩衝膜２００を形成する前に、低ドーズ量でイオン注入を行ってＬＤＤ領域を形成する。その後、ゲート電極の側壁を覆うサイドスペーサを第３区域１００３の端部上に形成し、さらに、緩衝膜２００を形成する。
【０１２９】
緩衝膜２００を形成した後、第１実施形態の工程ｈと同様に、緩衝膜２００を介して、ウェル領域４０にイオン注入を行う。これにより、第１電荷発生領域１３０を形成する。本例でも、イオン注入を３回に分けて行っている。なお、図９（ｐ）に示すのは、１回目のイオン注入である第１イオン注入と、２回目のイオン注入である第２イオン注入とを経た後の、３回目のイオン注入である第３イオン注入である。
【０１３０】
第２イオン注入は第１イオン注入よりも低い注入エネルギーにて行われ、第３イオン注入は第２イオン注入よりも低い注入エネルギーにて行われる。第１電荷発生領域１３０の形成を、厚み分布を有する緩衝膜２００を介して１回のイオン注入で行ってもよいが、このように、異なる注入エネルギーにて複数回のイオン注入で行うことが望ましい。また、注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入のドーズ量（ビーム電流）を、それぞれ異ならせることも好ましい。本例では、第２イオン注入は第１イオン注入よりも高いドーズ量にて行われ、第３イオン注入は第２イオン注入よりも高いドーズ量にて行われる。第１電荷発生領域１３０の形成を、厚み分布を有する緩衝膜２００を介して単一のドーズ量にて行ってもよいが、このように、異なるドーズ量にて複数回のイオン注入で行うことが
望ましい。
【０１３１】
図９（ｐ）では、第１〜３イオン注入におけるイオンの軌跡を矢印で示している。実線の矢印がウェル領域４０に注入されるイオンの軌跡を示しており、破線の矢印が緩衝膜２００によって注入が妨げられるイオンの軌跡を示している。
【０１３２】
第１イオン注入では、緩衝膜２００の保護部分２０５と第２部分２０２、第４部分２０４はマスクとして機能する。一方、保護部分２０５よりも薄い第１部分２０１と第３部分２０３を介して、ウェル領域４０にイオンが注入される。イオンは、保護区域１００５と第２区域１００２と第４区域１００４とを通過せず、第１区域１００１と第３区域１００３を通過する。これにより、第１部分２０１および第１区域１００１と、第３部分２０３および第３区域１００３とのそれぞれの下に第１導電型の第１不純物層３１が形成される。
【０１３３】
第２イオン注入では、緩衝膜２００の第２部分２０２と第４部分２０４、保護部分２０５はマスクとして機能する。一方、第３部分２０３を介して、ウェル領域４０にイオンが注入される。イオンは、保護区域１００５と第１区域１００１と第２区域１００２を通過せず、第３区域１００３を通過する。これにより、第３部分２０３および第３区域１００３の下に、第１導電型の第２不純物層３２が形成される。第３部分２０３の下においては、第２不純物層３２は第１不純物層３１よりも浅い位置に形成される。
【０１３４】
第３イオン注入では、緩衝膜２００の第３部分２０３の比較的厚い部分と、保護部分２０５と第１部分２０１と第２部分２０２はマスクとして機能する。一方、第３部分２０３の比較的薄い部分を介して、ウェル領域４０にイオンが注入される。イオンは第３区域１００３の一部と保護区域１００５と第１区域１００１と第３区域１００３を通過せず、第３区域１００３の一部を通過する。これにより、第３部分２０３および第３区域１００３の一部の下に第１導電型の第３不純物層３３が形成される。第３部分２０３の一部の下においては、第３不純物層３３は第２不純物層３２よりも浅い位置に形成される。
【０１３５】
本工程のイオン注入の注入条件については、第１実施形態の工程ｈと同様に行うことができるため、説明を省略する。
【０１３６】
なお、第３イオン注入では、第３不純物層３３が第４区域１００４の下、すなわち、転送ゲート電極４１０の下に潜り込むように、斜めイオン注入を用いることが好ましい。第１イオン注入と第２イオン注入においても斜めイオン注入を用いてもよい。
【０１３７】
（工程ｑ）  本工程を、図１０（ｑ）を用いて説明する。第１区域１００１と第４区域１００４と保護区域１００５を覆い、第２区域１００２と第３区域１００３を露出させる第４のマスク２４０を形成し、イオン注入を行う。これにより、第２導電型の表面領域１５０が形成される。その後、第４のマスク２４０を除去する。
【０１３８】
（工程ｒ）  本工程を、図１０（ｒ）を用いて説明する。第１区域１００１と第３区域１００３と保護区域１００５と第４区域１００４を覆い、第１区域１００１を露出させる第５のマスク２５０を形成し、ウェル領域４０へイオン注入を行う。これにより、第１導電型の半導体領域である、第２半導体領域１３２を有する浮遊拡散領域１７０が形成される。その後、第５のマスク２５０を除去する。浮遊拡散領域１７０を形成するためのイオン注入の注入エネルギーは、ドーパントがＡｓの場合には、典型的には１ＫｅＶ〜２００ＫｅＶである。ドーズ量は１０１２〜１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２であることが好ましい。
【０１３９】
なお、工程ｐと工程ｑと工程ｒをこの順に行うことが好ましいが、これらの順序を入れ替えてもよい。
【０１４０】
（工程ｑ）  本工程を、図１０（ｑ）を用いて説明する。第１区域１００１と保護区域１００５を覆い、第２区域１００２と第３区域１００３を露出させる第４のマスク２４０を形成し、イオン注入を行う。これにより、第２導電型の表面領域１５０が形成される。その後、第４のマスク２４０を除去する。
【０１４１】
（工程ｒ）  本工程を、図１０（ｒ）を用いて説明する。第２区域１００２と第３区域１００３と保護区域１００５を覆い、第１区域１００１を露出させる第５のマスク２５０を形成し、第１区域１００１を通過するイオン注入を行う。これにより、第１導電型の第２半導体領域１３２である浮遊拡散領域１７０が形成される。その後、第５のマスク２５０を除去する。浮遊拡散領域１７０を形成するためのイオン注入の注入エネルギーは、ドーパントがＡｓの場合には、典型的には１ＫｅＶ〜２００ＫｅＶである。ドーズ量は１０１２〜１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２であることが好ましい。
【０１４２】
なお、工程ｐと工程ｑと工程ｒをこの順に行うことが好ましいが、これらの順序を入れ替えてもよい。
【０１４３】
（工程ｓ）：本工程を、図１０（ｓ）を用いて説明する。半導体基板１００上に絶縁膜を形成し、絶縁膜の第２区域１００２の上の部分にコンタクトホールを形成する。絶縁膜上からタングステンなどの金属膜を成膜して、金属でコンタクトホールを埋める。その後、ＣＭＰ法により、絶縁膜上の不要な金属膜を除去する。これにより、層間絶縁膜３２０のコンタクトホールにコンタクトプラグ３１０としてのコンタクトプラグが形成される。コンタクトプラグに接続するように、コンタクトプラグ上に接続配線３３０を形成する。これにより、コンタクトプラグ３１０と接続配線３３０を有する接続部３００は、第１電荷発生素子１６０の第２半導体領域１３２に接続されることになる。これ以外の点は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１４４】
（工程ｔ）：本工程は、第１実施形態の工程ｌと工程ｍと同様に行うことができる。本実施形態の場合は、活性化によって、第１不純物層３１と第２不純物層３２と第３不純物層３３が適当に拡散して、第１〜第６濃度部分を有する第１電荷発生領域１３０が形成される。詳細には、図８（ｃ）を用いて説明したように、主に第１不純物層３１が第１濃度部分１３０１と第２濃度部分１３０２と第３濃度部分１３０３を構成するように拡散する。主に第２不純物層３２が第４濃度部分１３０４と第５濃度部分１３０５を構成するように拡散する。主に第３不純物層３３が第６濃度部分１３０６を構成するように拡散する。
【０１４５】
＜第３実施形態＞
本実施形態は、第２実施形態と類似の構成において、浮遊拡散領域１７０を、緩衝膜２００を介したイオン注入によって形成する例である。図１１（ａ）は活性部１２０の平面模式図であり、図１１（ｂ）は活性部１２０の断面模式図である。
【０１４６】
第１導電型の浮遊拡散領域１７０は、第１半導体領域１３１と、第２半導体領域１３２と、第３半導体領域１３３とを有している。半導体基板１００の表面１０００は、第２実施形態と同様に、第１区域１００１、第２区域１００２、第３区域１００３を含む複数の区域に区分することができる。第１半導体領域１３１は第１区域１００１の下に設けられ、第２半導体領域１３２は第２区域１００２の下に設けられ、第３半導体領域１３３は第３区域１００３の下に設けられる。第３区域１００３は第１区域１００１と第２区域１００２との間に位置し、第３半導体領域１３３は、第１半導体領域１３１と第２半導体領域１３２との間に設けられる。接続部３００が第２半導体領域１３２に接続されている。
【０１４７】
活性部１２０には、第１導電型の第１電荷発生領域１３０と第２導電型の第２電荷発生領域１４０を有する電荷発生素子１６０が設けられている。第１電荷発生領域１３０と浮遊拡散領域１７０との間には第２導電型のチャネル領域１４４が設けられている。
【０１４８】
なお、本実施形態の検出装置は、第１実施形態で説明した工程ａから工程ｅまでは同様の工程で製造が可能であるので、これらの説明を省略する。また、第２実施形態で説明した工程ｎから工程ｑまでも同様の工程で製造が可能であり、これらの説明を省略する。本実施形態では、第２実施形態の工程ｒと異なる工程ｕを用いる。ただし、本実施形態において、工程ｏから工程ｑまでを膜厚分布を有する緩衝膜２００を用いなくてもよい。すなわち、公知のように、第１電荷発生領域１３０を形成する部分に半導体基板１００の表面１０００を露出させて、単一のイオン注入によって第１電荷発生領域１３０を形成してもよい。
【０１４９】
（工程ｕ）：本工程を、図１１（ｃ）を用いて説明する。図１１（ｃ）は浮遊拡散領域１７０を形成する工程の断面模式図である。第１電荷発生領域１３０を形成した後、厚み分布を有する緩衝膜２００を形成する。この緩衝膜２００は、半導体基板１００の表面１０００の第１区域１００１を覆わず、第２区域１００２と第３区域１００３と第４区域１００４と保護区域１００５とを覆っている。この緩衝膜２００を介してイオン注入を行う。本例では、イオン注入を２回に分けて行っている。なお、図１１（ｃ）に示すのは、１回目のイオン注入である第１イオン注入を経た後の、２回目のイオン注入である第２イオン注入である。第２イオン注入は第１イオン注入よりも低い注入エネルギーにて行われる。また、第２イオン注入は第１イオン注入よりも高いドーズ量にて行われる。
【０１５０】
第１イオン注入では、保護部分２０５はマスクとして機能する。一方、第１部分２０１と第３部分２０３を介して、ウェル領域４０へイオンが注入される。イオンは、第１区域１００１と第２区域１００２、第３区域１００３を通過する。これによって第１不純物層３１が形成される。第２イオン注入では、保護部分２０５と第１部分２０１はマスクとして機能する。一方、第３部分２０３を介してウェル領域４０へイオンが注入される。イオンは、第１区域１００１と第２区域１００２とを通過する。これによって、第２不純物層３２が形成される。
【０１５１】
（工程ｖ）：工程ｕの後、半導体基板１００上に絶縁膜を形成し、絶縁膜をエッチングして、浮遊拡散領域１７０の第１半導体領域１３１に対応する位置にコンタクトホールを形成する。絶縁膜上に導体膜を成膜して、導体でコンタクトホールを埋める。その後、ＣＭＰ法により、絶縁膜上の不要な導体膜を除去する。これにより、コンタクトホールに、第１半導体領域１３１と接続するコンタクトプラグ３１０が形成される。コンタクトプラグに接続するように、コンタクトプラグ上に接続配線３３０を形成する。なお、半導体基板１００には、工程ｖの前までに公知の形成方法によって不図示のリセットトランジスタ５２０、増幅トランジスタ５１０、選択トランジスタ５３０や定電流源、信号処理回路５４０等が形成される。本工程によって、接続配線３３０は、増幅トランジスタ５１０のゲート電極およびリセットトランジスタ５２０の主電極にそれぞれ接続される。その後の工程は、第１実施形態の工程ｌと工程ｍと同様に行うことができる。
【０１５２】
本実施形態では、第１不純物層３１のうち第１区域１００１の下に位置する部分が、適当に拡散することにより第１半導体領域１３１を形成する。第１不純物層３１と第２不純物層３２のうち第３区域１００３の下に位置する部分が、適当に拡散することにより第３半導体領域１３３を形成する。第１不純物層３１と第２不純物層３２のうち第２区域１００２の下に位置する部分が、適当に拡散することにより第２半導体領域１３２を形成する。そして、第１半導体領域１３１が接続部３００に接続される。なお、第２不純物層３２の第２区域１００２の下に位置する部分は、緩衝膜２００で覆われていないため、第２不純物層３２の他の部分に比べて濃度が高い。したがって、この高濃度部に接続部３００を接続すると良い。
【０１５３】
＜第４実施形態＞
本実施形態は、第１実施形態に、第２実施形態のように信号電荷を転送する機能を付加した例である。本実施形態の電気回路図は第２実施形態において図８（ａ）を用いて説明したものと同じであるので説明を省略する。図１２（ａ）は活性部１２０の平面模式図であり、図１２（ｂ）は活性部１２０の断面模式図である。
【０１５４】
本実施形態では、第１区域１００１が第３区域１００３を囲み、第４区域１００４と第２区域１００２が第３区域１００３に囲まれている点が第２実施形態と異なる。また、第１半導体領域１３１が第３半導体領域１３３を囲み、チャネル領域１４４と浮遊拡散領域１７０が第３半導体領域で囲まれている点が、第２実施形態と異なる。そして、活性部１２０の構造において、浮遊拡散領域１７０が第２半導体領域１３２を有し、第２半導体領域１３２に接続部３００が接続されている点などは第２実施形態と同様であるので、説明を省略する。接続部３００をなすコンタクトプラグ３１０は転送ゲート電極４１０で囲まれている。第２実施形態と同様、ＬＤＤ領域を設けることもできる。
【０１５５】
本実施形態の検出装置の製造方法を図１２（ｃ）を用いて説明するが、第２実施形態における製造方法と大きく変わらないため、第２実施形態と異なる点のみ説明する。具体的には、下記の工程ｗが、第２実施形態の工程ｐと置き換えられる。第２実施形態の工程ｎにおいて、ポリシリコンからなるゲート電極をループ状に形成する。
【０１５６】
（工程ｗ）  本工程を、図１２（ｃ）を用いて説明する。図１２（ｃ）において、緩衝膜２００は、第２区域１００２を除く、半導体基板１００の表面を覆っている。詳細には、第１部分２０１は第１区域１００１を覆い、第２部分２０２は第２区域１００２を覆い、第３部分２０３は第３区域１００３の一部を覆い、保護部分２０５は保護区域１００５を覆っている。第４部分２０４は第４区域１００４の一部を覆っている。なお、本例では、緩衝膜２００は第３区域１００３の一部を覆っておらず、第３区域１００３の一部が露出している。第３部分２０３が第３区域１００３の全体を覆うようにしてもよい。第４区域１００４は転送ゲート電極で覆われている。保護区域１００５は分離部１１０の分離絶縁体１１１の表面１０００を含んでいる。第３区域１００３は第１区域１００１と第２区域１００２との間に位置しており、第１区域１００１に連続している。本実施形態では、第３区域１００３は第２区域１００２から離れており、第２区域１００２と第３区域１００３との間には第４区域１００４が位置している。本例では、第４区域１００４は第２区域１００２に連続し、第３区域１００３にも連続している。また、保護区域１００５は第２区域１００２とに接している。本実施形態では、第３部分２０３の厚みは第１部分２０１の厚みよりも薄くなっている。また、第２部分２０２と第４部分２０４の厚みは第１部分２０１の厚みよりも厚くなっている。また、保護部分２０５の厚みは第１部分２０１の厚みよりも厚くなっている。本例では、第１部分２０１、第３部分２０３の厚みは、連続的に変化しており、この順で厚みが単調減少する形状となっている。
【０１５７】
第１実施形態の工程ｈと同様に、緩衝膜２００を介して、半導体基板１００にイオン注入を行う。本例では、イオン注入を２回に分けて行っている。なお、図１２（ｃ）に示すのは、１回目のイオン注入である第１イオン注入を経た後の、２回目のイオン注入である第２イオン注入である。
【０１５８】
第２イオン注入は第１イオン注入よりも低い注入エネルギーにて行わる。第１電荷発生領域１３０の形成を、厚み分布を有する緩衝膜２００を介して１回のイオン注入で行ってもよいが、このように、異なる注入エネルギーにて複数回のイオン注入で行うことが望ましい。また、注入エネルギーの異なる複数回のイオン注入のドーズ量（ビーム電流）を、それぞれ異ならせることも好ましい。本例では、第２イオン注入は第１イオン注入よりも高いドーズ量にて行われる。第１電荷発生領域１３０の形成を、厚み分布を有する緩衝膜２００を介して単一のドーズ量にて行ってもよいが、このように、異なるドーズ量にて複数回のイオン注入で行うことが望ましい。
【０１５９】
図１２（ｃ）では、第１、第２イオン注入におけるイオンの軌跡を矢印で示している。実線の矢印が第２電荷発生領域１４０に注入されるイオンの軌跡を示しており、破線の矢印が緩衝膜２００によって注入が妨げられるイオンの軌跡を示している。
【０１６０】
第１イオン注入では、緩衝膜２００の保護部分２０５と第２部分２０２、第４部分２０４はマスクとして機能する。一方、第２部分２０２、第３部分２０３を介して、ウェル領域４０に注入される。イオンは、第２区域１００２、第３区域１００３を通過する。これにより、第１導電型の第１不純物層３１が形成される。
【０１６１】
第２イオン注入では、緩衝膜２００の保護部分２０５と第１部分２０１と第２部分２０２はマスクとして機能する。一方、イオンは、第２部分２０２よりも薄い第３部分２０３を介して、ウェル領域４０に注入される。イオンは、第３区域１００３を通過する。これにより、第１導電型の第２不純物層３２が形成される。第３区域１００３の下においては、第２不純物層３２は第１不純物層３１よりも浅い位置に形成される。
【０１６２】
なお、第２イオン注入では、第２不純物層３２が第４区域１００４の下、すなわち、転送ゲート電極の下に潜り込むように、斜めイオン注入を用いることが好ましい。第１イオン注入においても斜めイオン注入を用いてもよい。また、第２不純物層３２を転送ゲート電極の全周に潜り込ませる場合には、半導体基板１００を回転させて複数の方向からイオン注入を行う、回転イオン注入を用いると良い。この時、回転させながらイオン注入を行ってもよいし、向きを変えるごとにイオン注入の開始、終了を繰り返してもよい。
【０１６３】
本工程の後、緩衝膜２００を除去し、第２実施形態の工程ｒと同様にして、第１区域１００１を通過するイオン注入を行って、第２半導体領域１３２を形成する。これ以降の工程は第２実施形態と同様に行うことができるため、説明を省略する。
【０１６４】
＜第５実施形態＞
本実施形態は、放射線を検出するための波長変換部材６１０（シンチレータ）を有する検出装置に本発明を適用した例である。特に、２〜２０ｋｅＶの典型的なＸ線を検出し、画像として出力するＸ線撮像装置に好適である。勿論、シンチレータを有しない検出装置でも、軟Ｘ線など、電荷発生素子１６０に照射されることで信号電荷を発生可能な放射線を検出することができる。
【０１６５】
図１３（ａ）は、検出装置の第５実施形態における電気回路図である。図１３（ａ）に示す電気回路（画素回路）が１つの画素６０１を構成して、多数の画素６０１が２次元状に配列されている。画素回路は、電荷発生素子であるフォトダイオードＰＤに接続されており、リセットトランジスタＲＳに加えて、増幅回路と、クランプ回路と、Ｓ／Ｈ回路（サンプルホールド回路）と、バッファ回路を有している。クランプ回路と、Ｓ／Ｈ回路（サンプルホールド回路）と、バッファ回路は信号処理回路５４０を構成する。
【０１６６】
増幅回路について説明する。Ａ１は第１増幅トランジスタ、Ａ２は第２増幅トランジスタである。Ａ１とＡ２はゲート幅とゲート長の少なくとも一方が互いに異なっており、異なる増幅率を有している。ＡＳ１は第１増幅トランジスタを有効にする増幅用第１選択トランジスタ、ＡＳ２は第２増幅トランジスタを有効にする増幅用第２選択トランジスタである。Ａ１及びＡ２はそれぞれＡＳ１、ＡＳ２を介して第１定電流源ＣＣＳ１に接続されており、ソースフォロワ回路を成している。Ｃ１は第１付加容量、Ｃ２は第２付加容量である。Ｃ１とＣ２は異なる容量を有している。ＣＳ１は第１容量を有効にする容量用第１選択トランジスタ、ＣＳ２は第２容量を有効にする容量用第２選択トランジスタである。Ａ１又はＡ２の出力が後段のクランプ回路に入力される。本例では、ＡＳ１、ＡＳ２、ＣＳ１、ＣＳ２のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦの組み合わせにより、同じ信号電荷量に対して、感度とダイナミックレンジが設定された５通りの出力が可能となっている。このように本例では、増幅回路は選択可能な複数の増幅トランジスタ（Ａ１、Ａ２）を有している。また、増幅回路は選択可能な複数の負荷容量（Ｃ１、Ｃ２）を有している。
【０１６７】
クランプ回路について説明する。ＣＬはクランプ容量、ＣＬＳはクランプ用選択トランジスタ、Ａ３は第３増幅トランジスタである。Ａ３は第２定電流源ＣＣＳ２に接続されており、ソースフォロワ回路を成している。Ａ３からの出力が後段のＳ／Ｈ回路に出力される。ＲＳをＯＮにした後ＣＬＳをＯＮにすることにより、ＲＳをＯＦＦにした際にＡ３からの出力は、増幅回路の出力（信号成分＋雑音成分）からＲＳをＯＮにした際の（雑音成分）が差し引かれたもの（信号成分）となる。
【０１６８】
Ｓ／Ｈ回路について説明する。ＳＨ１は第１サンプルトランジスタ、ＳＨ２は第２サンプルトランジスタ、ＣＨ１は第１ホールド容量、ＣＨ２は第２ホールド容量である。ＳＨ１をＯＮにすることにより信号成分はＣＨ１に電荷として保持され、ＳＨ２をＯＮにすることにより雑音成分はＣＨ２に電荷として保持される。
【０１６９】
バッファ回路について説明する。Ｂ１は第１バッファトランジスタ、Ｂ２は第２バッファトランジスタである。Ｂ１は第３定電流源ＣＣＳ３に接続されておりソースフォロワ回路を成している。Ｂ２は第４定電流源ＣＣＳ４に接続されておりソースフォロワ回路を成している。Ｂ１の出力は第１スイッチＳ１をＯＮにすることにより信号用配線Ｓに出力され、Ｂ２の出力は第２スイッチＳ２をＯＮにすることにより雑音用配線Ｎに出力される。以上のようにして、画素から配線を介して、エネルギー線の強度を示す強度信号を得ることができる。このような画素回路と類似の構成は、特開２００２−３４４８０９号公報にも開示されており、本実施形態に採用してもよい。
【０１７０】
第５実施形態に係る検出装置の製造方法について説明する。なお、本実施形態の放射線検出装置は、第１実施形態で説明した工程ａ〜工程ｋまでと、工程ｍは同様の工程で製造が可能であるので、これらの説明を省略する。勿論、第２〜４実施形態に本発明を適用することもできる。
【０１７１】
（工程ｘ）：図１３（ｂ）、（ｃ）を用いて本工程を説明する。図１３（ｂ）は検出装置の平面模式図であり、図１３（ｃ）はエネルギー線検出装置の断面模式図である。工程ｋの後、必要に応じて、絶縁膜の上に層間絶縁膜を形成して、さらに層間絶縁膜３２０の上に接続配線３３０を形成する。このようにして得られた、上述した半導体基板１００を含んで構成されるチップ６００を複数枚用意する。ここでは、例示的に１枚あたりに１２個の画素６０１が形成された６枚のチップ６００を用意するが、実際には１枚当たりのチップにはさらにさらに多くの、例えば１万画素以上が形成されている。例えば、１枚あたりに縦２００画素×横１００００画素の計２０万画素を配列したチップ６００を、縦１３枚×横２枚の系２８枚を並べることができる。これにより、縦２８０００画素×横２００００画素の計５６０万画素の撮像装置を得ることができる。
【０１７２】
複数枚のチップ６００を板状の保持部材６２０に、接着剤６３０によって２次元状に貼り付ける。
【０１７３】
そして、エネルギー線の波長を変換する波長変換部材６１０を、チップ６００の上に接着剤等（不図示）を用いて固定する。検出するエネルギー線がＸ線の場合には、波長変換部材６１０としては、Ｘ線の照射に応じて可視光線を発する蛍光体（シンチレータ）を用いることができる。また、必要に応じて、波長変換部材６１０とチップ６００との間に、波長選択部材を配置してもよい。波長変換部材６１０が放射線を可視光線に変換する場合には、波長選択部材としては蛍光体の発光波長に透過域を有する単色カラーフィルターを用いることができる。チップ６００に設けられた電極パッド６０２にＦＰＣ等の配線部材を接続して、電源や駆動信号を電極パッド６０２へ入力し、また、得られた画像信号が電極パッド６０２から出力される。
【符号の説明】
【０１７４】
１００  半導体基板
１０００  表面
１１０  分離部
１２０  第１の活性部
１２５  第２の活性部
１３０  第１電荷発生領域
１３１  第１半導体領域
１３２  第２半導体領域
１３３  第３半導体領域
１００１  第１区域
１００２  第２区域
１００３  第３区域
１４０  第２電荷発生領域
１４４  チャネル領域
１５０  表面領域
１７０  浮遊拡散領域
２００  緩衝膜
２０１  第１部分
２０２  第２部分
２０３  第３部分
３００  接続部
５００  増幅回路
６１０  波長変換部材
【図１】
2013021014.tif 000003
【図２】
2013021014.tif 000004
【図３】
2013021014.tif 000005
【図４】
2013021014.tif 000006
【図５】
2013021014.tif 000007
【図６】
2013021014.tif 000008
【図７】
2013021014.tif 000009
【図８】
2013021014.tif 000010
【図９】
2013021014.tif 000011
【図１０】
2013021014.tif 000012
【図１１】
2013021014.tif 000013
【図１２】
2013021014.tif 000014
【図１３】
2013021014.tif 000015