(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表層部が第１導電型の半導体からなる下地基板と、
前記下地基板の上に形成され、該下地基板の表層部よりも高抵抗の半導体からなる第１の層と、
前記第１の層の表面の一部の領域に形成され、前記第１導電型とは反対の第２導電型の不純物がドープされ、前記下地基板の表面までは達しない第１の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域から、面内方向にある間隔を隔てて前記第１の層内に配置され、前記下地基板の表面まで達する第１導電型の第２の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域と第２の不純物拡散領域との間に配置され、前記第１の層に形成された溝、及び該溝の内部の少なくとも一部の領域に配置された誘電体材料からなる第１の分離領域と、
前記第１の不純物拡散領域及び第２の不純物拡散領域から、面内方向にある間隔を隔てて、該第１の不純物拡散領域に隣り合うように前記第１の層内に配置され、第２導電型の不純物がドープされ、前記下地基板の表面まで達しない第３の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域と第３の不純物拡散領域との間の前記第１の層内に配置され、該第１の不純物拡散領域と第３の不純物拡散領域とを電気的に相互に分離する第２の分離領域と
を有し、
前記第１の層のうち、前記下地基板と前記第１の不純物拡散領域との間の領域が第１導電型であり、
前記第１の不純物拡散領域と、その下の前記第１の層とがフォトダイオードを構成し、
前記第２の不純物拡散領域は、前記下地基板の表層部を介して、前記第１の不純物拡散領域の下の前記第１の層に接続されており、
前記第１の層が、前記下地基板側の第１の下層と、該第１の下層の上に形成された第１の上層とを含み、該第１の上層が第２導電型の半導体で形成され、該第１の下層が第１導電型の半導体で形成され、その不純物濃度が、前記下地基板の表層部の第１導電型の不純物濃度よりも低く、
前記第１の不純物拡散領域が、前記第１の上層の一部に配置され、前記第１の下層まで達しており、
前記第１の分離領域が、前記第２の不純物拡散領域と第３の不純物拡散領域との間にも配置されており、
前記第２の分離領域が、第１導電型の不純物がドープされた領域により構成されており、
前記第２の分離領域が前記第１の分離領域に接触しており、
前記第２の分離領域のうち前記第１の分離領域に接触する部分に、前記第２の分離領域形成の為の不純物注入とは別に、第１導電型の不純物が注入されている半導体受光素子。
【請求項２】
さらに、前記第１の不純物拡散領域の表面の少なくとも一部の領域上に形成された反射防止膜を有する請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
さらに、前記第１の不純物拡散領域と第２の不純物拡散領域とに、逆バイアス電圧を印加するための電極を有する請求項１または２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記第１の分離領域が、前記第２の不純物拡散領域から離れて配置されている請求項１〜３のいずれかに記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記第１の分離領域が、前記第１の層と前記下地基板との界面まで達しておらず、
さらに、前記第１の層のうち前記第１の分離領域の底に接する部分に、前記第１の不純物拡散領域の直下よりも、第１導電型の不純物濃度の高い高濃度領域が形成されており、該高濃度領域は前記第１の下層内に配置され、前記第１の上層まで達していない請求項１〜４のいずれかに記載の半導体受光素子。
【請求項６】
前記第１の分離領域が、前記第１の不純物拡散領域と前記第２の不純物拡散領域との間の領域から、前記第３の不純物拡散領域と前記第２の不純物拡散領域との間の領域まで連続して配置され、前記第２の分離領域が前記第１の分離領域の側面に突き当たっている請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項７】
さらに、前記第１の層の表層部及び表面上に形成されたバイポーラトランジスタを有し、該バイポーラトランジスタは、前記第１の層内に形成されたコレクタ領域、該コレクタ領域と前記第１の層の上面との間に配置され、両者に接するベース領域と、該ベース領域の上に配置され、不純物がドープされた多結晶シリコンからなるエミッタとを含む請求項１〜６のいずれかに記載の半導体受光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に半導体基板内に形成された２つの不純物拡散領域間の寄生容量を低減することが可能な半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５（Ａ）に、受光素子の一種であるフォトダイオードの断面図を示す。ｐ型シリコン基板１００の表面上に、ｎ型シリコンからなるエピタキシャル層１０１が形成されている。ｎ型エピタキシャル層１０１の表面上にフィールド酸化膜１０２が形成され、複数の活性領域が画定されている。
【０００３】
１つの活性領域（図１５（Ａ）の中央の活性領域）内に、相互にある間隔を隔てて複数のｎ型のカソード領域１０３が形成されている。隣り合う２つのカソード領域１０３の間に、ｐ型の分離領域１０４が形成されている。カソード領域１０３及び分離領域１０４が配置された活性領域の表面が、反射防止膜１０５で覆われている。
【０００４】
カソード領域１０３が形成された活性領域に隣り合う活性領域（図１５（Ａ）の左端及び右端の活性領域）に、ｐ型のアノード引出し領域１０６が形成されている。アノード引出し領域１０６の底面は、ｐ型シリコン基板１００まで達している。
【０００５】
カソード領域１０３とｐ型シリコン基板１００とが、フォトダイオードを構成する。このフォトダイオードでは、ｐ型シリコン基板１００がアノードとして作用する。
【０００６】
フォトダイオードは、光電変換機能を有する光センサとしてＤＶＤやＣＤ等の光ディスク装置に代表される光電変換機器に備えられる光ピックアップに広く使用されている。光ディスク装置においては、レーザ光の短波長化とともに、受光素子の動作速度の高速化が望まれている。安定な高速動作を実現するために、受光素子内の種々の寄生容量の低減及びリーク電流の低減が望まれている。
【０００７】
図１５（Ａ）に示した受光素子においては、カソード領域１０３とその隣に配置されたアノード引出し領域１０６との間の寄生容量、カソード領域１０３とｐ型シリコン基板１００との間の寄生容量、及びカソード領域１０３と分離領域１０４との間の寄生容量が存在する。安定な高速動作を確保するために、これらの寄生容量を低減することが望まれる。
【０００８】
図１５（Ｂ）に、一部の寄生容量の低減を図った従来の受光素子の断面図を示す。カソード領域１０３とアノード引出領域１０６との間に、フィールド酸化膜１０２を貫通し、ｐ型シリコン基板１００の表層部まで達するトレンチ１０８が形成されている。トレンチ１０８の側面及び底面上に酸化シリコン膜が形成され、トレンチ１０８内に多結晶シリコンが埋め込まれている。
【０００９】
ｐ型シリコン基板１００及びｎ型エピタキシャル層１０１のうちトレンチ１０８に接する領域に、ｐ型不純物が高濃度に注入されたｐ型高濃度領域１０９が形成されている。ｐ型高濃度領域１０９は、トレンチ１０８の底面を介して流れるリーク電流の発生を防止する。
【００１０】
トレンチ１０８の側面上に、シリコンよりも誘電率の低い酸化シリコンからなる薄膜が形成されているため、カソード領域１０３とアノード引出し領域１０６との間の寄生容量が低減される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１５（Ｂ）に示した受光素子においては、カソード領域１０３とアノード引出し領域１０６との間の寄生容量は低減されるが、カソード領域１０３とｐ型シリコン基板１００との間の寄生容量、及びカソード領域１０３と分離領域１０４との間の寄生容量は低減されない。
【００１２】
また、トレンチ１０８の周囲にｐ型高濃度領域１０９が形成されているため、カソード領域１０３とｐ型高濃度領域１０９との間に新たな寄生容量が発生する。
【００１３】
本発明の目的は、相互に反対導電型を有する２つの不純物拡散領域の間の寄生容量を低減させることが可能な半導体装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、
少なくとも表層部が第１導電型の半導体からなる下地基板と、
前記下地基板の上に形成され、該下地基板の表層部よりも高抵抗の半導体からなる第１の層と、
前記第１の層の表面の一部の領域に形成され、前記第１導電型とは反対の第２導電型の不純物がドープされ、前記下地基板の表面までは達しない第１の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域から、面内方向にある間隔を隔てて前記第１の層内に配置され、前記下地基板の表面まで達する第１導電型の第２の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域と第２の不純物拡散領域との間に配置され、前記第１の層に形成された溝、及び該溝の内部の少なくとも一部の領域に配置された誘電体材料からなる第１の分離領域と、
前記第１の不純物拡散領域及び第２の不純物拡散領域から、面内方向にある間隔を隔てて、該第１の不純物拡散領域に隣り合うように前記第１の層内に配置され、第２導電型の不純物がドープされ、前記下地基板の表面まで達しない第３の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域と第３の不純物拡散領域との間の前記第１の層内に配置され、該第１の不純物拡散領域と第３の不純物拡散領域とを電気的に相互に分離する第２の分離領域と
を有し、
前記第１の層のうち、前記下地基板と前記第１の不純物拡散領域との間の領域が第１導電型であり、
前記第１の不純物拡散領域と、その下の前記第１の層とがフォトダイオードを構成し、
前記第２の不純物拡散領域は、前記下地基板の表層部を介して、前記第１の不純物拡散領域の下の前記第１の層に接続されており、
前記第１の層が、前記下地基板側の第１の下層と、該第１の下層の上に形成された第１の上層とを含み、該第１の上層が第２導電型の半導体で形成され、該第１の下層が第１導電型の半導体で形成され、その不純物濃度が、前記下地基板の表層部の第１導電型の不純物濃度よりも低く、
前記第１の不純物拡散領域が、前記第１の上層の一部に配置され、前記第１の下層まで達しており、
前記第１の分離領域が、前記第２の不純物拡散領域と第３の不純物拡散領域との間にも配置されており、
前記第２の分離領域が、第１導電型の不純物がドープされた領域により構成されており、
前記第２の分離領域が前記第１の分離領域に接触しており、
前記第２の分離領域のうち前記第１の分離領域に接触する部分に、前記第２の分離領域形成の為の不純物注入とは別に、第１導電型の不純物が注入されている半導体受光素子が提供される。
【００１５】
第１の不純物拡散領域と下地基板との間に、高抵抗の第１の層が配置されている。このため、第１の不純物拡散領域と下地基板との間の寄生容量の低減を図ることができる。また、第１の分離領域を構成する溝内に誘電体材料が配置されているため、第１の不純物拡散領域と第２の不純物拡散領域との間の寄生容量の低減を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の第１の実施例による半導体受光素子の平面図を示す。半導体基板の表層部に、正方形の外周に沿った平面形状を有するトレンチ２が配置されている。トレンチ２で画定される正方形の相互に対向する２辺の中心同士を分離領域３が接続し、トレンチ２の内側を４つの領域に区分している。分離領域３の先端は、トレンチ２の側面に突き当たっている。
【００１７】
分離領域３で区分された４つの領域内に、それぞれカソード領域１ａ〜１ｄが配置されている。各カソード領域１ａ〜１ｄは、トレンチ２及び分離領域３からある距離を隔てて配置されている。カソード領域１ａ〜１ｄ及び分離領域３の表面が、後に説明するように反射防止膜で覆われている。この反射防止膜に、カソード領域１ａ〜１ｄに対応して、それぞれ電極引き出し用の開口４ａ〜４ｄが形成されている。開口４ａ〜４ｄは、それぞれカソード領域１ａ〜１ｄの中に配置されている。
【００１８】
トレンチ２の外側を、アノード引出領域５が取り囲んでいる。さらに、アノード引出領域５の外側を、もう一つのトレンチ６が取り囲んでいる。
図２に、図１の一点鎖線Ａ２−Ａ２における断面図を示す。不純物濃度１×１０14〜１×１０18ｃｍ-3のｐ型シリコン基板１０の表層部にｐ型不純物をドープすることによって、濃度ピークが約１×１０17ｃｍ-3となるｐ型高濃度層１１が形成されている。ｐ型高濃度層１１の上に、厚さ約１０〜２０μｍ、表面側のｐ型不純物濃度が１×１０14ｃｍ-3以下のｐ型エピタキシャル層１２が形成されている。さらに、ｐ型エピタキシャル層１２の上に、不純物濃度約５×１０15ｃｍ-3、厚さ０．８〜２μｍのｎ型エピタキシャル層１３が形成されている。
【００１９】
ｎ型エピタキシャル層１３の表面にフィールド酸化膜１５が形成され、複数の活性領域が画定されている。
図２の中央の活性領域のｎ型エピタキシャル層１３内に、ｎ型のカソード領域１ａ及び１ｂが形成されている。なお、図２には現れていないが、図１に示したように、カソード領域１ｃ及び１ｄも、この活性領域内に形成されている。活性領域１ａ〜１ｄは、リンが添加されたｎ型の不純物拡散領域であり、その不純物濃度は１×１０15〜１×１０20ｃｍ-3である。カソード領域１ａ〜１ｄは、ｐ型エピタキシャル層１２の上面まで達している。なお、カソード領域１ａ〜１ｄがｐ型エピタキシャル層１２の上面まで達しない構成もあり得る。
【００２０】
カソード領域１ａと１ｂとの間のｎ型エピタキシャル層１３内に、分離領域３が形成されている。分離領域３は、ボロンが注入されたｐ型不純物拡散領域であり、その不純物濃度は１×１０16〜１×１０20ｃｍ-3である。分離領域３は、カソード領域１ａと１ｂとを電気的に分離し、両者の間を流れるリーク電流の発生を防止する。分離領域３は、カソード領域１ａ〜１ｄよりも深くするか、または同じ深さとすることが好ましい。
【００２１】
カソード領域１ａ、１ｂ及び分離領域３が配置された活性領域の表面上に反射防止膜１６が形成されている。反射防止膜１６は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層構造を有し、受光すべき波長域の光の反射率を低減させる。
【００２２】
カソード領域１ａ、１ｂ、及び分離領域３が配置された活性領域の隣の活性領域内に、アノード引出領域５が形成されている。アノード引出領域５は、ボロンが添加されたｐ型不純物拡散領域であり、その不純物濃度は、１×１０16〜１×１０20ｃｍ-3である。アノード引出領域５は、ｎ型エピタキシャル層１３の上面から、ｐ型高濃度層１１まで達する。アノード引出領域５を形成するためのイオン注入は、後に説明するように、ｎ型エピタキシャル層１３を形成する前のイオン注入と、形成した後のイオン注入との２回に分けて行われる。
【００２３】
カソード領域１ａとアノード引出領域５との間、及びカソード領域１ｂとアノード引出領域５との間に逆バイアス電圧が印加される。
カソード領域１ａ及び１ｂが配置された活性領域と、アノード引出領域５が配置された活性領域との間に、トレンチ２が形成されている。アノード引出領域５を挟んで、トレンチ２の反対側にもう一つのトレンチ６が形成されている。トレンチ２及び６は、ｐ型高濃度層１１とｐ型エピタキシャル層１２との界面よりもやや浅い位置まで達しており、その幅は約１μｍである。トレンチ２及び６の側面上及び底面上に、厚さ約０．３μｍの酸化シリコン膜１８が形成されている。さらに、トレンチ２及び６内に、多結晶シリコンからなる埋込部材１９が埋め込まれている。
【００２４】
ｐ型エピタキシャル層１２のうちトレンチ２及び６に接する領域に、ボロンが注入された高濃度のｎチャネルストップ拡散領域２０が形成されている。ｎチャネルストップ拡散領域２０のボロン濃度は、１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3である。ｎチャネルストップ拡散領域２０は、トレンチ２の側面及び底面に沿って流れるリーク電流を低減させる。
【００２５】
上記第１の実施例による受光素子では、ｐ型エピタキシャル層１２及びｐ型高濃度層１１をアノードとし、カソード領域１ａ及び１ｂをカソードとするフォトダイオードが構成される。カソード領域１ａとｐ型高濃度層１１との間に高抵抗のｐ型エピタキシャル層１２が配置されている。このため、図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示した従来例のように、カソード領域１０３とｐ型基板１００（アノード）とが接している場合に比べて、カソードとアノードとの間の寄生容量を低減させることができる。
【００２６】
また、カソード領域１ａとアノード引出領域５との間にトレンチ２が配置されている。トレンチ２内に配置された酸化シリコン膜１８の誘電率は、シリコンの誘電率よりも低いため、両者の間の寄生容量を低減させることができる。トレンチ２は、アノード引出領域５から基板の面内方向にある間隔を隔てて配置されている。これにより、寄生容量の低減効果を高めることができる。なお、酸化シリコン膜の代わりに、シリコンの誘電率よりも低い他の誘電体材料からなる膜を形成してもよい。
【００２７】
図３に、図２に示したトレンチ２の側面近傍における深さ方向の不純物濃度分布を示す。横軸は不純物濃度を表し、縦軸は深さを表す。点線２１が、ｎ型エピタキシャル層１３の形成時にドープされたｎ型不純物の濃度を示し、実線２２がｐ型エピタキシャル層１２の形成時にドープされたｐ型不純物の濃度を示し、実線２３が、ｎチャネルストップ拡散領域２０の形成時にドープされたｐ型不純物の濃度を示す。
【００２８】
点線２１と実線２２との交点が、ｎ型エピタキシャル層１３とｐ型エピタキシャル層１２との界面に相当する。ｎチャネルストップ拡散領域２０を形成するために注入したｐ型不純物は、ｐ型エピタキシャル層１２内に止まり、ｎ型エピタキシャル層１３までは拡散していない。すなわち、ｎチャネルストップ拡散領域２０は、ｎ型エピタキシャル層１３から深さ方向にある間隔を隔てて配置され、ｐ型エピタキシャル層１２内に形成されている。このため、図２に示したカソード領域１ａとｎチャネルストップ拡散領域２０との間の寄生容量の増加を抑制することができる。
【００２９】
トレンチ２をより深くし、ｎチャネルストップ拡散領域２０をトレンチ２の底面近傍にのみ配置してもよい。このような構成とすることにより、カソード領域１ａとｎチャネルストップ拡散領域２０との間の寄生容量を、さらに低減させることができる。このような構成にするために、図２に示したトレンチ２をトレンチ６よりも深くしてもよい。
【００３０】
図１に、戻って説明を続ける。分離領域３とトレンチ２との界面を含む領域に、ｎチャネルストップ拡散領域２５が配置されている。
図４に、図１の一点鎖線Ａ４−Ａ４における断面図を示す。分離領域３は活性領域内に配置され、フィールド酸化膜１５の下方まで延びていない。ｎチャネルストップ拡散領域２５が、分離領域３とトレンチ２との間のフィールド酸化膜１５の下方に配置される。ｎチャネルストップ拡散領域２５は、ボロンが注入されたｐ型不純物拡散領域であり、その不純物濃度は約１×１０17ｃｍ-3である。
【００３１】
ｎチャネルストップ拡散領域２５は、図１に示したトレンチ２の側面を介して、相互に隣り合うカソード領域、例えばカソード領域１ａと１ｂとの間に流れるリーク電流を低減させることができる。
【００３２】
図５に、第２の実施例による受光装置の平面図を示す。図１に示した第１の実施例では、カソード領域１ａ〜１ｄとアノード引出領域５との間に配置されたトレンチ２が１重であったが、第２の実施例では、トレンチ２Ａと２Ｂとが２重に配置されている。すなわち、トレンチが、カソード領域１ａ〜１ｄとアノード引出領域５との隔たる方向に２個配置されている。その他の構成は、第１の実施例による受光装置の構成と同様である。
【００３３】
このように、トレンチを２個配置することにより、カソード領域１ａ〜１ｄとアノード引出領域５との間の寄生容量を、より低減させることができる。なお、トレンチを、３個以上配置してもよい。
【００３４】
図６に、第３の実施例による受光装置の平面図を示す。第１の実施例では、図１に示したトレンチ２の幅を約１μｍとしたが、第３の実施例では、カソード領域１ａ〜１ｄとアノード引出領域５との間に配置されたトレンチ２Ｃの幅を、それよりも広くしている。このため、カソード領域１ａ〜１ｄとアノード引出領域５との間隔が、第１の実施例による受光装置のそれよりも広い。その他の構成は、図１に示した第１の実施例による受光装置の構成と同様である。すなわち、アノード引出領域５の外側を取り囲むトレンチ６の幅は、第１の実施例による受光装置のトレンチ６の幅と同一である。
【００３５】
このように、トレンチ２Ｃの幅を第１の実施例のトレンチ２よりも広げることにより、カソード領域１ａ〜１ｄとアノード引出領域５との間の寄生容量を低減させることができる。なお、トレンチ２Ｃ内の側面及び底面上に形成された酸化シリコン膜を厚くすることにより、寄生容量の低減効果をより高めることができる。トレンチ２Ｃ内の空間を、すべて酸化シリコン膜で埋め込んでもよい。
【００３６】
図７に、第４の実施例による受光装置の平面図を示す。図１に示した第１の実施例による受光装置では、図２に示したように分離領域３がｐ型不純物拡散領域で構成されていたが、第４の実施例では、分離領域３Ａがトレンチ及びトレンチ内に埋め込まれた埋め込み部材で構成される。分離領域３Ａを構成するトレンチは、カソード領域１ａ〜１ｄとアノード引出領域５との間に配置されたトレンチ２から分岐している。分離領域３Ａをトレンチ構造とすることにより、第１の実施例のカソード領域１ａと分離領域３との間の寄生容量の低減を図ることができる。
【００３７】
図８に、第５の実施例による受光装置の平面図を示す。図１に示した第１の実施例では、カソード領域１ａとアノード引出領域５との間に配置されたトレンチ２が、隣り合うカソード領域１ｂとアノード引出領域５との間に配置されているトレンチ２に連続し、分離領域３の先端がトレンチ２の側面に突き当たっていた。
【００３８】
第５の実施例では、相互に隣り合う２つのカソード領域、例えばカソード領域１ａと１ｂとの間の分離領域３Ｂが、アノード引出領域５まで達している。すなわち、分離領域３Ｂの先端がアノード引出領域５の側面に突き当たっている。このため、カソード領域１ａとアノード引出領域５との間のトレンチ２Ｄと、カソード領域１ｂとアノード引出領域５との間のトレンチ２Ｅとが、分離領域３Ｂにより相互に分離されている。トレンチ２Ｄ及び２Ｅの先端は、分離領域３Ｂの側面に突き当たっている。カソード領域１ｃとアノード引出領域５との間のトレンチ２Ｆ、及びカソード領域１ｄとアノード引出領域５との間のトレンチ２Ｇも、上記トレンチ２Ｄ及び２Ｅと同様の構成である。その他の構成は、第１の実施例による受光装置の構成と同様である。
【００３９】
第１の実施例の場合には、カソード領域１ａとカソード領域１ｂとの間で、トレンチ２の側面を介してリーク電流が流れる場合がある。第５の実施例では、カソード領域１ａとアノード領域５との間に配置されたトレンチ２と、カソード領域１ｂとアノード引出領域５との間に配置されたトレンチ２とが、分離領域３Ｂによって分離されている。このため、トレンチ２の側面に沿って流れるリーク電流の発生を防止することができる。
【００４０】
図９に、第６の実施例による受光装置の平面図を示す。図８に示した第５の実施例では、カソード領域１ａとアノード引出領域５との間に配置されたトレンチ２Ｄが１重であったが、第６の実施例では第５の実施例のトレンチ２Ｄに対応するトレンチ２Ｈが、カソード領域１ａとアノード引出領域５との隔たる方向に関して２重構造になっている。他のトレンチ２Ｉ、２Ｊ、２Ｋも同様に２重構造になっている。その他の構成は、図８に示した第５の実施例による受光装置の構成と同様である。
【００４１】
カソード領域１ａとアノード引出領域５との間に配置されたトレンチ２Ｄを２重構造にすることにより、両者の間の寄生容量の低減を図ることができる。
次に、図１０〜図１２を参照して、上記第１の実施例による受光素子の製造方法について説明する。なお、以下に説明する方法では、受光装置で発生した光電流を増幅するためのバイポーラトランジスタが受光素子と同一の基板上に、同時に作製される。
【００４２】
図１０（Ａ）に示すように、抵抗率約４０Ωｃｍのｐ型シリコン基板１０の表層部にボロンイオンを注入することにより、表面の不純物濃度が約１×１０19ｃｍ-3となるｐ型高濃度層１１を形成する。ｐ型高濃度層１１の上に、化学気相成長（ＣＶＤ）により表面側の不純物濃度が約１×１０14ｃｍ-3以下となる高抵抗のｐ型エピタキシャル層１２を形成する。
【００４３】
ｐ型エピタキシャル層１２の一部にボロンイオンを注入し、アノード引出埋込領域５ａを形成する。アノード引出埋込領域５ａは、ｐ型高濃度層１１まで達し、図２に示したアノード引出領域５のうちｐ型エピタキシャル層１２内の部分に相当する。アノード引出埋込領域５ａの不純物濃度は、１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3である。
【００４４】
図１０（Ｂ）に示すように、ｐ型エピタキシャル層１２の一部にリンイオンを注入することにより、ｎ型のｐチャネルストップ拡散領域３０を形成する。ｐチャネルストップ拡散領域３０は、ｐ型エピタキシャル層１２内に配置され、ｐ型高濃度層１１までは達しない。ｐチャネルストップ拡散領域３０内のリン濃度は１×１０16〜１０18ｃｍ-3である。リン濃度は、ｐ型高濃度層１１とｐチャネルストップ拡散領域３０との間の十分な耐圧、及びｐチャネルストップ拡散領域３０内に形成されるｐｎｐトランジスタのコレクタ領域とｐチャネルストップ拡散領域３０との間の十分な耐圧を確保できるように調節される。
【００４５】
次に、ｐ型エピタキシャル層１２の一部にアンチモンイオンを注入することにより、ｎ型埋込拡散領域３１を形成する。同時に、ｐチャネルストップ拡散領域３０に連続するｎ型埋込拡散領域３２を形成する。ｎ型埋込拡散領域３１及びｎ型埋込拡散領域３２のアンチモン濃度は１×１０18〜１×１０20ｃｍ-3である。
【００４６】
ｐチャネルストップ拡散領域３０内の表層部にボロンイオンを注入することにより、ｐ型埋込拡散領域３３を形成する。同時に、図１に示した分離領域３に対応する領域にもボロンイオンを注入することにより、分離領域下部３ａを形成する。ｐ型埋込拡散領域３３及び分離領域下部３ａのボロン濃度は１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3である。
【００４７】
ｐ型エピタキシャル層１２の上に、０．８〜２μｍのｎ型エピタキシャル層１３をＣＶＤにより形成する。ｎ型エピタキシャル層１３のｎ型不純物濃度は約５×１０15ｃｍ-3である。
【００４８】
ｎ型エピタキシャル層１３のうちｐ型埋込拡散領域３３に接触する部分にボロンイオンを注入し、ｐ型ウェル３５を形成する。同時に、アノード引出埋込領域５ａに接する部分にもボロンイオンを注入し、アノード引出上部領域５ｂを形成する。ｐ型ウェル３５及びアノード引出上部領域５ｂのボロン濃度は１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3である。アノード引出埋込領域５ａとアノード引出上部領域５ｂとが、図２に示したアノード引出領域５を構成する。
【００４９】
図１１（Ｃ）に示すように、ｎ型エピタキシャル層１３の表面上に、シリコン局所酸化（ＬＯＣＯＳ）用のマスクパターン４０を形成する。マスクパターン４０は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層構造を有する。図１に示したｎチャネルストップ拡散領域２５の配置される領域にボロンイオンを注入する。ｎチャネルストップ拡散領域２５のボロン濃度は、約１×１０17ｃｍ-3である。シリコン局所酸化を行う前に注入されるため、ｎチャネルストップ拡散領域２５は、後の工程で形成されるフィールド酸化膜の下にも配置される。
【００５０】
マスクパターン４０をマスクとしてｎ型エピタキシャル層１３の表面を局所酸化する。
図１１（Ｄ）に示すように、フィールド酸化膜１５が形成され、活性領域が画定される。フィールド酸化膜１５の厚さは約６００ｎｍである。次に、図１に示したトレンチ２及び６を形成する。同時に、ｐｎｐトランジスタが配置される活性領域４１ｂとｎｐｎトランジスタが配置される活性領域４１ａとの境界にトレンチ４２を形成する。
【００５１】
トレンチの形成後、図２に示したｎチャネルストップ拡散領域２０を形成するためのボロンイオンの注入を行う。ボロン濃度は、１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3である。
【００５２】
トレンチ２、６、及び４２の内面及び基板の表面を覆うように、酸化シリコン膜を形成する。さらに、トレンチ２、６、及び４２内を埋め込むように多結晶シリコン膜を形成する。この酸化シリコン膜と多結晶シリコン膜とをエッチバックし、トレンチ内にのみ酸化シリコン膜と多結晶シリコン膜とを残す。さらに、酸化シリコン膜を全面に形成し、トレンチ内の多結晶シリコン膜の上面を被覆する。
【００５３】
基板全面上に、反射防止膜１６を形成する。反射防止膜１６は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層構造を有する。これらの層は、例えば熱酸化とＣＶＤで形成される。
【００５４】
分離領域下部３ａの上のｎ型エピタキシャル層１３に、ボロンイオンを注入し、分離領域上部３ｂを形成する。ボロン濃度は１×１０16〜１×１０20ｃｍ-3である。分離領域下部３ａと分離領域上部３ｂとが、図２に示した分離領域３を構成する。次に、カソード領域１ａを形成するためのリンイオンの注入を行う。リン濃度は１×１０15〜１×１０20ｃｍ-3である。なお、リンの代わりに砒素やアンチモンを用いてもよい。分離領域３及びカソード領域１ａの不純物濃度は、フォトダイオードの感度及び応答速度の観点から適正化される。
【００５５】
図１２（Ｅ）に示す状態までの工程を説明する。反射防止膜１６の、電極を形成すべき領域に開口を形成する。基板全面上に厚さ約３００ｎｍの第１層目の多結晶シリコン膜を形成する。この多結晶シリコン膜をパターニングし、反射防止膜１６に形成された開口を覆う第１層目の多結晶シリコン膜４５を残す。なお、カソード領域１ａの表面を覆う反射防止膜１６の上にも、多結晶シリコン膜４５が残されている。
【００５６】
多結晶シリコン膜４５を介して、ｎｐｎトランジスタのコレクタ領域４３にリンイオンを注入する。リン濃度は、約１×１０19ｃｍ-3であり、コレクタ領域４３はｎ型埋込拡散領域３１まで達する。同時に、ｎ型埋込拡散領域３２に達するｎ型引出領域４４を形成する。
【００５７】
ｎｐｎトランジスタの配置される活性領域を覆う多結晶シリコン膜４５ａに、外部ベース形成用のボロンを注入する。ｐｎｐトランジスタの配置される活性領域を覆う多結晶シリコン膜４５ｂに、外部ベース形成用のリンを注入する。ボロン及びリンの濃度は、約１×１０19ｃｍ-3である。
【００５８】
基板全面上に酸化シリコンからなる層間絶縁膜４６を形成する。層間絶縁膜４６に、エミッタ用窓４６ａ及び４６ｂを形成する。エミッタ用窓４６ａ及び４６ｂを通して、内部ベースと外部ベースとを横方向に接続するためのイオン注入を行う。エミッタ用窓４６ａ及び４６ｂの内周面上にサイドウォールスペーサを形成する。
【００５９】
次に、エミッタ用窓４６ａ及び４６ｂを通して、ｎ型エピタキシャル層１３の表層部に、内部ベース形成用のイオン注入を行う。ｎｐｎトランジスタの内部ベース４７にはボロンを注入し、ｐｎｐトランジスタの内部ベース４８にはリンを注入する。ボロン及びリンの濃度は、ともに約１×１０18ｃｍ-3である。
【００６０】
イオン注入後、活性化熱処理を行う。この熱処理により、多結晶シリコン膜４５ａ内のボロンがｎ型エピタキシャル層１３の表層部に拡散し、外部ベース４９を形成する。同様に、多結晶シリコン膜４５ｂ内のリンがｐ型ウェル３５の表層部に拡散し外部ベース５０を形成する。
【００６１】
図１３（Ｆ）に示すように、層間絶縁膜４６の上に第２層目の多結晶シリコン膜を形成する。この多結晶シリコン膜のうち、ｎｐｎトランジスタが配置される部分にリンイオンを注入し、ｐｎｐトランジスタが配置される部分にボロンイオンを注入する。リン及びボロンの濃度は、ともに１×１０19〜１×１０20ｃｍ-3である。この多結晶シリコン膜をパターニングし、エミッタ用窓４６ａ及び４６ｂ内にそれぞれ多結晶シリコンからなるエミッタ５１及び５２を残す。熱処理を行うことにより、エミッタ５１及び５２内の不純物を、ｎ型エピタキシャル層１３の表層部に拡散させる。
【００６２】
層間絶縁膜４６に、トランジスタのコレクタ、ベース、エミッタ、及びフォトダイオードのカソード及びアノード等の電極取り出し用の開口を形成し、これらの開口内に第１層目のアルミニウム電極５５を形成する。第１層目の層間絶縁膜４６の上に、酸化シリコンからなる第２層目の層間絶縁膜６０を形成し、ｎｐｎトランジスタのベース引き出し用の開口を形成する。この開口内に、第２層目のアルミニウム電極５６を形成する。第２層目の層間絶縁膜６０の上に、シリケートガラス及び窒化シリコンからなるカバー膜６１を形成する。
【００６３】
図１４（Ｇ）に示すように、フォトダイオードの受光部分に、カバー膜６１から第１層目の層間絶縁膜４６までの３層を貫通する開口を形成する。このとき、反射防止膜１６の表面を覆う第１層目の多結晶シリコン膜４５がエッチングストッパとして作用する。開口を形成した後、反射防止膜１６の上の多結晶シリコン膜４５を除去する。
【００６４】
上記方法においては、分離領域下部３ａが、ｐ型埋込拡散領域３３と同時に形成される。アノード引出上部領域５ｂが、ｐ型ウェル３５と同時に形成される。このため、製造工程の増加を極力抑制することができる。
【００６５】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００６６】
上述の実施例から、以下の付記に記載された発明が導出される。
（付記１）  少なくとも表層部が第１導電型の半導体からなる下地基板と、
前記下地基板の上に形成され、該下地基板の表層部よりも高抵抗の半導体からなる第１の層と、
前記第１の層の表面の一部の領域に形成され、前記第１導電型とは反対の第２導電型の不純物がドープされ、前記下地基板の表面までは達しない第１の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域から、面内方向にある間隔を隔てて前記第１の層内に配置され、前記下地基板の表面まで達する第１導電型の第２の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域と第２の不純物拡散領域との間に配置され、前記第１の層に形成された溝、及び該溝の内部の少なくとも一部の領域に配置された誘電体材料からなる第１の分離領域と
を有する半導体装置。
【００６７】
（付記２）  さらに、前記第１の不純物拡散領域の表面の少なくとも一部の領域上に形成された反射防止膜を有する付記１に記載の半導体装置。
（付記３）  さらに、前記第１の不純物拡散領域と第２の不純物拡散領域とに、逆バイアス電圧を印加するための電極を有する付記１または２に記載の半導体装置。
【００６８】
（付記４）  前記第１の層が、前記下地基板側の第１の下層と、該第１の下層の上に形成された第１の上層とを含み、該第１の下層が第１導電型の半導体で形成され、その不純物濃度が、前記下地基板の表層部の第１導電型の不純物濃度よりも低い付記１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【００６９】
（付記５）  前記第１の分離領域が、前記第１の上層と第１の下層との界面よりも深い位置まで達している付記４に記載の半導体装置。
（付記６）  さらに、前記第１の不純物拡散領域及び第２の不純物拡散領域から、面内方向にある間隔を隔てて、該第１の不純物拡散領域に隣り合うように前記第１の層内に配置され、第２導電型の不純物がドープされ、前記下地基板の表面まで達しない第３の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域と第３の不純物拡散領域との間の前記第１の層内に配置され、該第１の不純物拡散領域と第３の不純物拡散領域とを電気的に相互に分離する第２の分離領域と
を有し、
前記第１の分離領域が、前記第２の不純物拡散領域と第３の不純物拡散領域との間にも配置されている付記１〜５のいずれかに記載の半導体装置。
【００７０】
（付記７）  前記第２の分離領域が、第１導電型の不純物がドープされた領域により構成されている付記６に記載の半導体装置。
（付記８）  前記第２の分離領域が前記第１の分離領域に接触している付記７に記載の半導体装置。
【００７１】
（付記９）  前記第２の分離領域のうち前記第１の分離領域に接触する部分に、前記第２の分離領域形成の為の不純物注入とは別に、第１導電型の不純物が注入されている付記８に記載の半導体装置。
【００７２】
（付記１０）  前記第１の分離領域が、前記第１の不純物拡散領域と第２の不純物拡散領域との隔たる方向に複数個配置されている付記１〜９のいずれかに記載の半導体装置。
【００７３】
（付記１１）  前記第１の分離領域が、前記第２の不純物拡散領域から離れて配置されている付記１〜１０のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１２）  前記第１の分離領域が、前記第１の層と前記下地基板との界面まで達しておらず、
さらに、前記第１の層のうち前記第１の分離領域の底に接する部分に、前記第１の不純物拡散領域の直下よりも、第１導電型の不純物濃度の高い高濃度領域が形成されており、該高濃度領域は前記第１の下層内に配置され、前記第１の上層まで達していない付記４に記載の半導体装置。
【００７４】
（付記１３）  前記第２の分離領域が、前記第１の層に形成された溝、及び該溝内の少なくとも一部に配置された誘電体材料を含む付記６に記載の半導体装置。
【００７５】
（付記１４）  前記第１の分離領域が、前記第１の不純物拡散領域と前記第２の不純物拡散領域との間の領域から、前記第３の不純物拡散領域と前記第２の不純物拡散領域との間の領域まで連続して配置され、前記第２の分離領域が前記第１の分離領域の側面に突き当たっている付記１〜１３のいずれかに記載の半導体装置。
【００７６】
（付記１５）  前記第２の分離領域を構成する溝が前記第１の分離領域を構成する溝から分岐している付記１３に記載の半導体装置。
（付記１６）  前記第２の分離領域が、前記第２の不純物拡散領域まで達し、前記第１の分離領域が前記第２の分離領域の側面に突き当たっている付記７に記載の半導体装置。
【００７７】
（付記１７）  さらに、前記第１の層の表層部及び表面上に形成されたバイポーラトランジスタを有し、該バイポーラトランジスタは、前記第１の層内に形成されたコレクタ領域、該コレクタ領域と前記第１の層の上面との間に配置され、両者に接するベース領域と、該ベース領域の上に配置され、不純物がドープされた多結晶シリコンからなるエミッタとを含む付記１〜１６のいずれかに記載の半導体装置。
【００７８】
（付記１８）  少なくとも表層部が第１導電型の半導体からなる下地基板と、前記下地基板の上に形成され、該下地基板の表層部よりも高抵抗の半導体からなる第１の層と、
前記第１の層の表面の一部の領域に形成され、前記第１導電型とは反対の第２導電型の不純物がドープされ、前記下地基板の表面までは達しない第１の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域から、面内方向にある間隔を隔てて前記第１の層内に配置され、前記下地基板の表面まで達する第１導電型の第２の不純物拡散領域と、
前記第１の不純物拡散領域及び前記第２の不純物拡散領域が配置された領域を取り囲むように、前記第１の層に形成された溝と、
前記溝の内部の少なくとも一部の領域に配置された誘電体材料からなる部材とを有する半導体装置。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１導電型の拡散領域の上に、高抵抗のエピタキシャル層が形成され、その上に第２導電型の拡散領域が形成されている。このため、２つの拡散領域の間の寄生容量の低減を図ることができる。また、第１導電型の拡散領域と基板上の電極とを接続するために、高抵抗エピタキシャル層内に形成された第１導電型の引出領域と、第２導電型の拡散領域との間に、トレンチが配置されている。このため、両者の間の寄生容量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施例による受光素子の平面図である。
【図２】  第１の実施例による受光素子の断面図である。
【図３】  第１の実施例による受光素子のトレンチ脇における深さ方向の不純物濃度分布を示すグラフである。
【図４】  第１の実施例による受光素子のトレンチと分離領域との接合部分の断面図である。
【図５】  第２の実施例による受光素子の平面図である。
【図６】  第３の実施例による受光素子の平面図である。
【図７】  第４の実施例による受光素子の平面図である。
【図８】  第５の実施例による受光素子の平面図である。
【図９】  第６の実施例による受光素子の平面図である。
【図１０】  第１の実施例による受光素子とバイポーラトランジスタとを集積した半導体装置の製造方法を説明するための断面図（その１）である。
【図１１】  第１の実施例による受光素子とバイポーラトランジスタとを集積した半導体装置の製造方法を説明するための断面図（その２）である。
【図１２】  第１の実施例による受光素子とバイポーラトランジスタとを集積した半導体装置の製造方法を説明するための断面図（その３）である。
【図１３】  第１の実施例による受光素子とバイポーラトランジスタとを集積した半導体装置の製造方法を説明するための断面図（その４）である。
【図１４】  第１の実施例による受光素子とバイポーラトランジスタとを集積した半導体装置の製造方法を説明するための断面図（その５）である。
【図１５】  従来の受光素子の断面図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ  カソード領域
２、６、４２  トレンチ
３  分離領域
４ａ〜４ｄ  開口
５  アノード引出領域
１０  ｐ型シリコン基板
１１  ｐ型高濃度層
１２  ｐ型エピタキシャル層
１３  ｎ型エピタキシャル層
１５  フィールド酸化膜
１６  反射防止膜
１８  酸化シリコン膜
１９  埋込部材
２０  ｎチャネルストップ拡散領域
２５  ｎチャネルストップ拡散領域
３０  ｐチャネルストップ拡散領域
３１、３２  ｎ型埋込拡散領域
３３  ｐ型埋込拡散領域
３５  ｐ型ウェル
４０  マスクパターン
４１ａ、４１ｂ  活性領域
４３  ｎ型コレクタ領域
４５  多結晶シリコン膜
４６  第１層目の層間絶縁膜
４７、４８  内部ベース
４９、５０  外部ベース
５１、５２  エミッタ
５５  第１層目のアルミニウム電極
５６  第２層目のアルミニウム電極
６０  第２層目の層間絶縁膜
６１  カバー膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004342142.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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