[发明专利]半导体器件及其制造方法和控制方法

说明书

相关申请的交叉引用

2014年2月27日提交的日本专利申请No.2014-036886包括说明书、附图和摘要通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及半导体器件、制造半导体器件的方法以及控制半导体器件的方法，具体地涉及包括诸如光电二极管之类的光电转换元件的半导体器件、制造半导体器件的方法以及控制半导体器件的方法。

背景技术

用于车载数字相机、特别是数字单透镜反射相机的图像传感器通常通过形成布线、向布线施加玻璃涂层并继而在玻璃涂层上形成分色彩色滤光片和光收集片上透镜而制造。来自拍摄对象的反射光依赖于拍摄对象的颜色而穿过相应颜色的彩色滤光片，并且该光在光电转换元件中穿行。光然后通过光电转换被转换为电荷。通过分析这些电荷的量，拍摄对象的颜色被检测到。

彩色滤光片由富含金属的有机材料制成，所以彩色滤光片不能在硅工艺线上制造。晶片在硅工艺后被转移到外包公司，并且在那里制造彩色滤光片。这增加产品的节拍时间并且提高成本。

除了上述问题之外，充当彩色滤光片的原始材料的有机材料在高温环境下质量上发生变化。使用彩色滤光片的图像传感器因此不适合用于例如车载数字相机。这是因为例如车引擎室的温度在车运行时甚至增加到125℃。进一步地，当入射光穿过彩色滤光片时，其强度被衰减约30％或更多且50％或更少。

例如，以下专利文献公开了针对光的每个颜色、也就是针对光的每个波长来分析光量的方法，以便克服上述问题。

[专利文献]

[专利文献1]日本专利公开No.2004-221506

[专利文献2]国际公开No.2011/067879

[专利文献3]日本专利公开No.2008-283057

[专利文献4]日本专利公开No.2008-283058

[专利文献5]日本专利公开No.2009-5061

[专利文献6]日本专利公开No.Hei4(1992)-72664

发明内容

在专利文献1和专利文献2中，多个光电转换元件(pn结)被接连地堆叠在一个像素区域中，并且光电转换元件均具有被设计以具有对于它们执行多色分离最优的厚度或深度的配置。增加在一个像素区域中形成的pn结的数目可以增加在无光地方中非期望地流动的漏电流并且使输出图像的质量退化。

在专利文献3、4和5中，对从短波长光至长波长光敏感的光电转换元件被形成，并且它改变将向在像素中提供的载流子提取区域施加的偏置电压。这改变电子的提取深度并且区分谱特性，从而使得有可能实现依赖于颜色而不同的谱特性。然而，即使当对应于每个颜色的谱特性可以仅通过单个光电转换元件实现时，因此输出的像素的图像质量也可以变得次于针对相应的颜色使用多个光电转换元件的典型图像传感器的图像质量。

在专利文献6中，通过每个颜色的光的光电转换可获得的电荷的检测灵敏度通过改变用于每个颜色的像素的深度而被增强。然而，在该文献中，需要最大深度的配置红色检测像素的p阱通过离子注入形成。在这种情况下，可以形成的p阱具有深度限制，使得通过在比深度限制更深的区域中发生的光电转换所形成的电荷不能被检测到并且电荷的灵敏度相应地降低。因此输出的像素的图像质量的退化也可以在该专利文献中公开的方法中发生。

其它目的和新颖特征从本文的描述和附图中将显而易见。

根据一个实施例的半导体器件具有p型半导体衬底以及第一像素区域、第二像素区域和第三像素区域。第一像素区域、第二像素区域和第三像素区域均具有在p型半导体衬底中形成的p型阱区域和与p型阱区域构成pn结的n型区域。第一像素区域的p型阱区域的从主表面至距主表面最远的最下部分的深度比第二像素区域和第三像素区域的p型阱区域的从主表面至距主表面最远的最下部分的深度更小。在与第一像素区域和第二像素区域的p型阱区域的主表面相对的侧上，与p型阱区域邻接的掩埋p型阱区域进一步被放置。