JPH0695571B2 - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPH0695571B2
JPH0695571B2 JP60225995A JP22599585A JPH0695571B2 JP H0695571 B2 JPH0695571 B2 JP H0695571B2 JP 60225995 A JP60225995 A JP 60225995A JP 22599585 A JP22599585 A JP 22599585A JP H0695571 B2 JPH0695571 B2 JP H0695571B2
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章雅 田中
潤一 西澤
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、固体撮像装置などで用いられる光電変換装置
に関する。
[先行技術の説明] 従来、PN接合を有する光電変換装置においては、接合の
臨む半導体表面にSiO2等の絶縁膜を形成してプレナー構
造とすることにより、接合表面を安定化させ、逆方向特
性の向上を図っている。また、光感度を向上させたい時
には、少数キャリアとしてライフタイムの長い電子によ
り光電流を得ようということから、P型基板にN型不純
物拡散層を形成する素子が用いられている。
第3図(a)にそのような素子の断面図を示す。この素
子を得るための製造方法をここで簡単に述べておく。第
1の導電性基板であるP型シリコン基板1の主表面にSi
O2膜2を形成し、主表面の反対側に電極取り出し用P+
散層3を形成する。次に、主表面に形成されたSiO2膜2
に部分的に窓孔を設け、PN接合形成のためのN型不純物
拡散層4を公知の技術(フォトエッチング,拡散法等)
により形成する。
この場合、光電特性の向上のためには、N型不純物拡散
層は、高濃度でかつ表面から接合部に向かって不純物量
を急激に低下させ、かつ、接合を浅く形成させる必要が
ある。
更に、上述に述べた構造の素子では、通常低濃度のP型
シリコン基板を用いるため、SiO2等の絶縁膜2の直下、
すなわちP型のシリコン基板1の主表面に電気的にN型
不純物拡散層4と同じ負極性を示す反転層、いわゆるチ
ャネル5が生ずる。この反転層が形成されると、反転層
を介してリーク電流が流れて耐圧が低下する。尚、図
中、6は裏面電極を示す。
このリーク電流を低減させるために第3図(b)に示す
様に、P型基板1と同じ導電型のP型高濃度不純物層を
チャネルストッパ7としてPN接合をとり囲み、かつPN接
合よりも深く形成することで解決することができるが、
このための製造プロセスに酸化膜形成フォトエッチン
グ、高濃度拡散の処理等を新たに必要とし、特に高温で
の熱処理が必要となるため結晶欠陥が発生しやすく、キ
ャリアの再結合が増え、PN接合を通してリーク電流が増
大する。
また、画素分離を行なうために、N型の高濃度不純物層
を形成したりすると、チップ全体に占める受光面積が著
しく減少し、感度が低下する。更に、1画素当りの面積
が減少すると増々その受光面積減少の割合が大きくな
る。なぜなら、チャネルストップ、画素分離用領域は画
素の周辺にほぼ一定に設けられるからである。
また、受光部の面積が減少してくると、別の問題が生じ
てくる。これは、受光部の面積すなわちPN接合の面積が
減少することでPN接合の容量が小さくなることである。
PN接合の容量が小さくなることは、固体撮像装置などに
おける光蓄積を利用している装置において、蓄積光量の
減少という問題が生ずる。従って、画素面積が減少して
も受光部容量を増加させる受光構造を考えなければなら
なくなる。
更にまた、第3図(a),(b)に示された構造を有す
る装置が紫外線周波数を含むスペクトル範囲の光電変換
装置として用いられた時、PN接合フォトダイオードのリ
ーク電流増大をもたらす。この種のリーク電流は、PN接
合フォトダイオードが紫外線の照射を受けるときに増大
する。この増大は空乏領域がシリコン表面と交差する拡
散領域の端部で主に起ることが知られている。
従って、光電変換装置の構造を工夫することにより、こ
のリーク電流を減少させなければ、例えば分析装置の検
出器として使用し、連続して紫外線露光を照射された時
など、リーク電流の増加によって検出器の寿命が短くな
る。また、分析装置の感度が低下する紫外線強度が低い
動作条件において検出器の使用が制限される等の欠点が
生じる。
[発明の目的] 本発明は、リーク電流を低減し、特性改善を図った光電
変換装置の構造を提供することを目的とする。
[発明の概要] このため本願第1発明の光電変換装置は、基板に形成さ
れてその基板との間でPN接合を形成する複数個の拡散領
域と、その拡散領域のそれぞれの領域の周囲を取り囲ん
で形成された前記PN接合よりも深い溝と、前記基板表面
及び前記溝に形成された絶縁膜と、その絶縁膜上に前拡
散領域と一部重なるように形成された透明導電膜と、そ
の透明導電膜上に形成され、かつ、基準電位に接続され
た、紫外線に対して不透明な導電膜とから形成されてい
ることを特徴とするものである。
また本願第2発明の光電変換装置は、基板に形成されて
その基板との間でPN接合を形成する複数個の拡散領域
と、その拡散領域のそれぞれの領域の周囲を取り囲んで
形成された前記PN接合よりも深い溝と、前記基板表面及
び前記溝に形成された絶縁膜と、その絶縁膜上に前記拡
散領域と一部重なるように形成され、かつ、基準電位に
接続された、紫外線に対して不透明な導電膜とから形成
されていることを特徴とするものである。
そして、上記各構成により、画素分離特性が改善され、
受光部容量の大きい紫外線照射によるpn接合リーク電流
が阻止され、絶縁膜上にチャージアップした電荷による
暗電流が抑制されるという作用効果を奏するものであ
る。
[発明の実施例] 以下、本発明を半導体として最も一般的に使用されてい
るシリコンを基板に用いた場合を例にとり、その実施例
を説明する。
第1図(a)、(b)は本発明の一実施例を示す装置の
平面図と、その断面図である。
第1図において、裏面電極10上の第1の導電体を有する
半導体基板、たとえば不純物濃度が1018〜1019cm-3のP+
型シリコン基板11の上に、不純物濃度が1015cm-3程度の
P型シリコン層12をエピタキシャル成長により形成させ
る。その主表面にSiO2膜13を形成し、受光PN接合フォト
ダイオードを取り囲む溝を形成する部分のSiO2膜13をエ
ッチング除去する。その後、RIE(リアクティブ・イオ
ン・エッチング),プラズマエッチングなどのドライエ
ッチングによりシリコンエピタキシャル層12に溝を形成
する。このとき、ドライエッチングによるシリコン基板
へのダメージを小さくするためにウェットエッチングと
の併用を行なうとよい。また、溝の深さは、最低でもPN
接合深さよりも深くし、P+型シリコン基板11にまで達し
てもさしつかえない。通常、PN接合拡散深さの2倍以上
とするとよい。
次にP型シリコン層12の表面及び溝掘り表面上にSiO2
13を形成する。この時、P型シリコン層2の表面に形成
するSiO2膜13は、反射防止膜をかねるため、その膜厚を
溝堀り表面上に形成したSiO2膜13と厚さを変えることが
望ましい。次にSiO2膜13にフォトエッチングにより窓孔
を設け、受光部となるPN接合形成のためにN+型不純物拡
散層14をイオン注入技術、又は熱拡散技術などにより形
成する。N+型拡散層14は光電特性から、シリコン基板の
表面近傍に厚さ0.1〜1.5μm程度で高濃度に拡散させる
必要がある。
次に、溝堀り部分のすき間を埋める様に、低抵抗なポリ
シリコン層15をCVD技術などにより形成する。このと
き、エピタキシャル層12上にもSiO2膜13を介在させてポ
リシリコン層15が形成され、前記PN接合のN+領域14にこ
のポリシリコン層15が十分オーバーラップして、N+領域
14とポリシリコン層15が、絶縁膜として用いたSiO2膜13
をはさんで所望の容量を形成する。次に、層間絶縁膜と
して、PSG膜16などをCVD技術により形成し、その後、ポ
リシリコン層15上とN+拡散領域14の電極取り出し部分の
窓孔を形成するために前記PSG膜16を除去して配線用Al
膜17及び光シールド用Al膜18を形成する。
尚、この光シールド用Al膜18はPN接合の境界19よりもN+
拡散領域14内に少なくとも100Å(オングストローム)
はオーバーラップしていることが必要である。これは一
般に紫外線は100Å程度の深さまで透過し、一方拡散領
域は0.1〜1.5μm程度の深さを有するから、フォトダイ
オードアレイの表面の100Å以内に広がっている空乏領
域のみシールドする必要があるからである。
また、上記実施例においてシールド層としてアルミニウ
ム(Al)を使用するのは、Alが紫外線を通さず、また半
導体製造技術において幅広く使用されているからであ
る。
この様にして作成した構造をもつ光電変換装置は、PN接
合の回りで完全に機械的に反転層を切断するので表面降
伏を防止し、また、長波長により発生したPN接合からみ
て遠い所すなわち主表面から深い所のキャリアが隣接す
るフォトダイオード部に流れ込むことがなく画素間分離
が著しく改善される。
また、光シールド用Al膜18がPN接合フォトダイオードの
境界19を覆っているので、紫外線によるリーク電流増大
が防止される。更に、この光シールド用Al膜18を接地す
ることにより、N+拡散層14とポリシリコン層15の間に容
量が形成され、この容量が接合容量に対して並列に入る
ので受光部容量の増加となる。更に、光シールド用Al膜
18が接地されるとそれぞれの受光部が接地電位に囲まれ
るので雑音に対して極めて強くなる。
第2図は本発明の他の実施例を示したもので、同図
(a)はその平面図、同図(b)はその断面図である。
図中、第1図と同一符号は同一または相当部分を示し、
第1図に示した構造と異なる点は、溝堀り部分の埋め込
みにポリシリコン層15を使用する代りに、光シールド用
Al膜18そのもので溝堀り部分の埋め込みを兼用した点で
ある。その他の点は第1図とほぼ同じで、特性的にも大
きな違いはない。ただ、使用形態が若干異なる。即ち、
第1図に示した装置は、周辺回路を同一チップ上に作成
し、例えばフォトダイオードアレイの走査回路としてポ
リシリコンゲートMOSFETを採用した時など同一プロセス
で出来ることを示している。従って、第1図(a)の配
線用Al膜17はこの時走査回路へ接続される。これに対
し、第2図に示した装置では、Al膜17の2層配線、走査
回路などが同一チップ上にない様な単なるフォトダイオ
ードアレイとして使用される。
尚、紫外線を含まない光照射を受けるときなど、紫外線
による劣化などを考える必要がない時には光シールド用
Al膜18を使用する必要がなく、第1図に示した実施例の
光シールド用Al膜18を省略して、光の利用効率をより一
層高めることもできる。
また、ポリシリコン層15の代わりに、他の透明導電膜
(例えば、ITO膜,SnO2膜など)を使用しても良いし、通
常の固体撮像装置に本構造を適応すること、また、各部
分の導電型が全く逆のものでもよいことは当業技術者に
とって明らかである。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、PN接合のリーク電流低
減、耐圧向上、画素間分離の改善、紫外線によるリーク
電流増大の防止、画素面積の縮小による受光部容量の低
下防止、特に受光部が長細いような受光部レイアウトに
おいては著しく性能が改善される。また、製造上も溝堀
り工程を除けば、従来の光電変換装置特に固体撮像装置
の製造方法がそのまま適応できるので、容易に製造でき
る極めて優れた光電変換装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る光電変換装置の構成図
で、同図(a)はその平面図、同図(b)はその断面
図、第2図は本発明の他の一実施例に係る光電変換装置
の構成図で、同図(a)はその平面図、同図(b)はそ
の断面図、第3図(a)は従来の光電変換装置の断面
図、第3図(b)はその光電変換装置の特性改善を図っ
た断面図である。 1,12……P基板またはエピタキシャル成長したP層、2,
13……SiO2膜、3……P+拡散領域、4,14……n+拡散領
域、5……チャネル層(反転層)、6,10……裏面電極、
7……チャネルストッパ、11……P+基板、15……ポリシ
リコン膜、16……層間絶縁膜、17……配線用Al膜、18…
…光シールド用Al膜、19……PN接合の境界。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西澤 潤一 宮城県仙台市米ヶ袋1丁目6番16号 (56)参考文献 特開 昭56−36143(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板に形成されてその基板との間でPN接合
    を形成する複数個の拡散領域と、 その拡散領域のそれぞれの領域の周囲を取り囲んで形成
    された前記PN接合よりも深い溝と、 前記基板表面及び前記溝に形成された絶縁膜と、 その絶縁膜上に前記溝部と溝部から前記拡散領域と一部
    重なるように形成された透明導電膜と、 その透明導電膜上に形成され、かつ、基準電位に接続さ
    れた、紫外線に対して不透明な導電膜とから形成されて
    いることを特徴とする光電変換装置。
  2. 【請求項2】基板に形成されてその基板との間でPN接合
    を形成する複数個の拡散領域と、 その拡散領域のそれぞれの領域の周囲を取り囲んで形成
    された前記PN接合よりも深い溝と、 前記基板表面及び前記溝に形成された絶縁膜と、 その絶縁膜上に前記溝部と溝部から前記拡散領域と一部
    重なるように形成され、かつ、基準電位に接続された、
    紫外線に対して不透明な導電膜とから形成されているこ
    とを特徴とする光電変換装置。
JP60225995A 1985-10-12 1985-10-12 光電変換装置 Expired - Lifetime JPH0695571B2 (ja)

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JPS6286756A JPS6286756A (ja) 1987-04-21
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