JPH0818091A - 複数のフォトダイオードを有する半導体光電変換素子 - Google Patents
複数のフォトダイオードを有する半導体光電変換素子Info
- Publication number
- JPH0818091A JPH0818091A JP6149924A JP14992494A JPH0818091A JP H0818091 A JPH0818091 A JP H0818091A JP 6149924 A JP6149924 A JP 6149924A JP 14992494 A JP14992494 A JP 14992494A JP H0818091 A JPH0818091 A JP H0818091A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photodiode
- separation band
- light
- semiconductor substrate
- photoelectric conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Element Separation (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 クロストーク現象や不感帯の受光に
よるドリフトが極めて少ない上、構成する素子の光電特
性が揃った高品質のフォトダイオードを含む集積回路を
提供する。 【構成】 一枚の半導体基板上に形成される複
数個のフォトダイオードを形成するｐｎ接合部の近傍に
それと同型の不純物を拡散させて分離帯を設けると共
に、その分離帯表面に遮光被覆を施す。
よるドリフトが極めて少ない上、構成する素子の光電特
性が揃った高品質のフォトダイオードを含む集積回路を
提供する。 【構成】 一枚の半導体基板上に形成される複
数個のフォトダイオードを形成するｐｎ接合部の近傍に
それと同型の不純物を拡散させて分離帯を設けると共
に、その分離帯表面に遮光被覆を施す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複数個のフォトダイオー
ドを有する半導体光電変換素子に関する。
ドを有する半導体光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、フォトダイオード等の光
電素子は、半導体基板上にその半導体と反対の導電型を
形成する不純物を、その半導体基板上の所定の領域に拡
散してｐｎ接合部を形成すると共に、そのｐｎ接合部及
びそれとは別異の部位に外部回路に接続する出力端子を
設けて成るものであり、それらの出力端子を外部回路に
接続し、そのｐｎ接合部に光を照射するとその照度に応
じて光電流を発生するので、光量を計測するセンサーや
光学式エンコーダなどの外、論理回路間の絶縁、リモー
トコントロール装置、光通信などに広く用いられてい
る。
電素子は、半導体基板上にその半導体と反対の導電型を
形成する不純物を、その半導体基板上の所定の領域に拡
散してｐｎ接合部を形成すると共に、そのｐｎ接合部及
びそれとは別異の部位に外部回路に接続する出力端子を
設けて成るものであり、それらの出力端子を外部回路に
接続し、そのｐｎ接合部に光を照射するとその照度に応
じて光電流を発生するので、光量を計測するセンサーや
光学式エンコーダなどの外、論理回路間の絶縁、リモー
トコントロール装置、光通信などに広く用いられてい
る。
【０００３】フォトダイオードには、単一のチップ上に
複数のフォトダイオードを設けて成る、所謂、フォトダ
イオードアレイと呼ばれるものがある。このフォトダイ
オードアレイは、互いに独立に作動する複数個のフォト
ダイオードから成り、単独で、又はそれらの出力信号処
理回路などと共に、一つの半導体基板上に形成されるも
のであるが、このフォトダイオードアレイには、二つの
大きな問題点があった。
複数のフォトダイオードを設けて成る、所謂、フォトダ
イオードアレイと呼ばれるものがある。このフォトダイ
オードアレイは、互いに独立に作動する複数個のフォト
ダイオードから成り、単独で、又はそれらの出力信号処
理回路などと共に、一つの半導体基板上に形成されるも
のであるが、このフォトダイオードアレイには、二つの
大きな問題点があった。
【０００４】その第一の問題点は、フォトダイオード間
の相互干渉、即ち、クロストークである。このクロスト
ークとは、特定のフォトダイオードの出力電流が、隣接
する他のフォトダイオードの作動状態、即ちその受光量
や外部回路のインピーダンスの変動により影響を受ける
という現象である。
の相互干渉、即ち、クロストークである。このクロスト
ークとは、特定のフォトダイオードの出力電流が、隣接
する他のフォトダイオードの作動状態、即ちその受光量
や外部回路のインピーダンスの変動により影響を受ける
という現象である。
【０００５】典型的な例では、総てのフォトダイオード
に光を均等に照射した状態で、中央部にある特定のフォ
トダイオードの出力端子を電流計に接続し、その特定の
フォトダイオードに隣接するフォトダイオードの出力端
子を短絡した状態から、開放状態に切り換えると、（即
ち、外部インピーダンスを０から無限大とすると）その
特定のフォトダイオードの光電流が数十〜百％増大す
る。この増大分がクロストークである。
に光を均等に照射した状態で、中央部にある特定のフォ
トダイオードの出力端子を電流計に接続し、その特定の
フォトダイオードに隣接するフォトダイオードの出力端
子を短絡した状態から、開放状態に切り換えると、（即
ち、外部インピーダンスを０から無限大とすると）その
特定のフォトダイオードの光電流が数十〜百％増大す
る。この増大分がクロストークである。
【０００６】この現象は、隣接するフォトダイオードの
出力端子が短絡されているときは、そのフォトダイオー
ドの光電流は殆ど総て短絡回路を流れるが、その出力回
路が開放されると、光電流が溢流し、外部回路が接続さ
れている近隣のフォトダイオードに集中して流れるため
発生するものである。
出力端子が短絡されているときは、そのフォトダイオー
ドの光電流は殆ど総て短絡回路を流れるが、その出力回
路が開放されると、光電流が溢流し、外部回路が接続さ
れている近隣のフォトダイオードに集中して流れるため
発生するものである。
【０００７】上記のようなクロストーク現象を防止する
簡単かつ有力な方法が、実開昭62−074350号に開示され
ている。これは、ｐｎ接合部の間に分離帯領域を設け、
ｐｎ接合部を形成するのと同一工程で、そのｐｎ接合部
に拡散させた不純物と同質の不純物を拡散させて分離帯
を形成し、その分離帯を半導体基板に短絡しておき、出
力端子が開放されたとき、溢流する光電流を他のフォト
ダイオードを通すことなく半導体基板に還流させ、これ
によりクロストークを解消しようとするものである。
簡単かつ有力な方法が、実開昭62−074350号に開示され
ている。これは、ｐｎ接合部の間に分離帯領域を設け、
ｐｎ接合部を形成するのと同一工程で、そのｐｎ接合部
に拡散させた不純物と同質の不純物を拡散させて分離帯
を形成し、その分離帯を半導体基板に短絡しておき、出
力端子が開放されたとき、溢流する光電流を他のフォト
ダイオードを通すことなく半導体基板に還流させ、これ
によりクロストークを解消しようとするものである。
【０００８】この場合、分離帯の特性は、ｐｎ接合部と
完全に同一でなくとも良く、単に同一の導電型でありさ
えすれば良いものである。然しながら、ｐｎ接合部を形
成する不純物拡散工程で、フォトダイオードのｐｎ接合
部を形成するのと同時に分離帯を形成すれば、余分な工
程を付加することなく、分離帯にはｐｎ接合部に注入さ
れるのと同種の不純物が、それと同濃度で、同じ深さま
で拡散せしめられので好都合である。
完全に同一でなくとも良く、単に同一の導電型でありさ
えすれば良いものである。然しながら、ｐｎ接合部を形
成する不純物拡散工程で、フォトダイオードのｐｎ接合
部を形成するのと同時に分離帯を形成すれば、余分な工
程を付加することなく、分離帯にはｐｎ接合部に注入さ
れるのと同種の不純物が、それと同濃度で、同じ深さま
で拡散せしめられので好都合である。
【０００９】然しながら、この公知の方法では、ある程
度クロストーク現象を抑制できるものの、完全にクロス
トーク現象を防止することは不可能であった。即ち、こ
の公報には、この方法によりクロストークを10％前後に
抑制し得ることが記載されているが、これを実質的に０
とすることは不可能とされていた。
度クロストーク現象を抑制できるものの、完全にクロス
トーク現象を防止することは不可能であった。即ち、こ
の公報には、この方法によりクロストークを10％前後に
抑制し得ることが記載されているが、これを実質的に０
とすることは不可能とされていた。
【００１０】第二の問題点は、このクロストークとは別
に、フォトダイオードの間の不感帯であるべき領域に光
が当たると、少数キャリヤが発生し隣接するフォトダイ
オードのｐｎ接合部に流れ込み、そのため不感帯の受光
量の変化によりドリフトが生じると言う問題である。
に、フォトダイオードの間の不感帯であるべき領域に光
が当たると、少数キャリヤが発生し隣接するフォトダイ
オードのｐｎ接合部に流れ込み、そのため不感帯の受光
量の変化によりドリフトが生じると言う問題である。
【００１１】この問題を解決するため、前記の実開昭62
−074350号には、不感帯領域に遮光被覆を設け少数キャ
リヤの発生を抑制する技術が記載されている。このよう
にすればこのドリフトは解消するが、このような遮光被
覆には前記のクロストークを抑制する機能はないと考え
られていた。
−074350号には、不感帯領域に遮光被覆を設け少数キャ
リヤの発生を抑制する技術が記載されている。このよう
にすればこのドリフトは解消するが、このような遮光被
覆には前記のクロストークを抑制する機能はないと考え
られていた。
【００１２】又、上記の問題点の外、従来公知のフォト
ダイオードでは、そのｐｎ接合部を形成するため、不純
物の拡散源として一般的にＢＣｌ3 を用いているが、こ
れらの拡散源を使用して製造されたフォトダイオードア
レイは歩留まりが悪い上、上記のドリフトなどが一定で
なくバラツキが大きいため、一枚の半導体基板（ウェハ
ー）上に形成される多数のフォトダイオードの光電特性
のバラツキも大きくなり、そのため、チップ間、及び同
一チップ内での有効受光面積が等しい受光部間にも、光
電変換特性に大きなバラツキが生じるという問題もあっ
た。
ダイオードでは、そのｐｎ接合部を形成するため、不純
物の拡散源として一般的にＢＣｌ3 を用いているが、こ
れらの拡散源を使用して製造されたフォトダイオードア
レイは歩留まりが悪い上、上記のドリフトなどが一定で
なくバラツキが大きいため、一枚の半導体基板（ウェハ
ー）上に形成される多数のフォトダイオードの光電特性
のバラツキも大きくなり、そのため、チップ間、及び同
一チップ内での有効受光面積が等しい受光部間にも、光
電変換特性に大きなバラツキが生じるという問題もあっ
た。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の観点に
立ってなされたものであり、その目的とするところは、
クロストーク現象や不感帯の受光によるドリフトが極め
て少ない上、構成する素子の光電特性が揃った高品質の
フォトダイオードを含む集積回路を提供することにあ
る。
立ってなされたものであり、その目的とするところは、
クロストーク現象や不感帯の受光によるドリフトが極め
て少ない上、構成する素子の光電特性が揃った高品質の
フォトダイオードを含む集積回路を提供することにあ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記の分離帯でクロスト
ークを完全に抑止できなかったのは、分離帯自身がフォ
トダイオードであり、受光すれば相当量の光電流を生じ
るので、その光電流に加えて隣接する本来のフォトダイ
オードからの溢流電流を完全に吸収し、半導体基板に還
流させるには分離帯回路の電流容量が不足するためであ
ることが判明した。
ークを完全に抑止できなかったのは、分離帯自身がフォ
トダイオードであり、受光すれば相当量の光電流を生じ
るので、その光電流に加えて隣接する本来のフォトダイ
オードからの溢流電流を完全に吸収し、半導体基板に還
流させるには分離帯回路の電流容量が不足するためであ
ることが判明した。
【００１５】即ち、分離帯回路の電流容量が不十分であ
るため、分離帯自身が発生する光電流に加えて、隣接す
る本来のフォトダイオードからの溢流電流を完全に吸収
し、半導体基板に還流させることができず、そのため、
外部回路に接続されているフォトダイオードに余分な電
流が溢流することとなり、これがクロストークとなるも
のである。
るため、分離帯自身が発生する光電流に加えて、隣接す
る本来のフォトダイオードからの溢流電流を完全に吸収
し、半導体基板に還流させることができず、そのため、
外部回路に接続されているフォトダイオードに余分な電
流が溢流することとなり、これがクロストークとなるも
のである。
【００１６】従って、この分離帯に遮光被覆を施し、そ
れ自身がフォトダイオードとして機能せず、光電流を発
生しないようにしておけば、分離帯回路の電流容量に余
裕が生じるから、隣接する本来のフォトダイオードから
の溢流電流を完全に吸収し、半導体基板に還流させるこ
とができるようになるものであり、従ってクロストーク
を完全に抑止できるようになることが判明した。
れ自身がフォトダイオードとして機能せず、光電流を発
生しないようにしておけば、分離帯回路の電流容量に余
裕が生じるから、隣接する本来のフォトダイオードから
の溢流電流を完全に吸収し、半導体基板に還流させるこ
とができるようになるものであり、従ってクロストーク
を完全に抑止できるようになることが判明した。
【００１７】従って、本発明の上記の目的は、一枚の半
導体基板上に形成される複数個のフォトダイオードを形
成するｐｎ接合部の近傍にそのｐｎ接合部と同型の不純
物を拡散させて分離帯を設けると共に、その分離帯表面
に遮光被覆を施すことにより達成される。
導体基板上に形成される複数個のフォトダイオードを形
成するｐｎ接合部の近傍にそのｐｎ接合部と同型の不純
物を拡散させて分離帯を設けると共に、その分離帯表面
に遮光被覆を施すことにより達成される。
【００１８】更に具体的には、本発明の上記の目的は、
下記の構成要素から成る複数個のフォトダイオードを有
する半導体光電変換素子により一層確実に達成される。 （ａ）半導体基板。 （ｂ）半導体基板の表面の夫々独立した複数の領域に、
その半導体基板とは反対の導電型の不純物を拡散して成
り、それぞれフォトダイオードとして機能する複数のｐ
ｎ接合部。 （ｃ）上記ｐｎ接合部のそれぞれの領域を微小間隙を介
して囲繞するよう画成される分離帯領域に、上記ｐｎ接
合部に拡散させた不純物と同質の不純物を拡散させて成
る分離帯。 （ｄ）複数のｐｎ接合部のそれぞれに電気的に接続され
た出力端子。 （ｅ）出力端子のためのコンタクトホールを除き、少な
くとも複数のｐｎ接合部及び分離帯の表面を被覆する酸
化層。 （ｆ）複数のｐｎ接合部の受光面を除き、少なくとも分
離帯の表面を被覆する遮光層。 （ｇ）半導体基板の裏面に設けられる電極。
下記の構成要素から成る複数個のフォトダイオードを有
する半導体光電変換素子により一層確実に達成される。 （ａ）半導体基板。 （ｂ）半導体基板の表面の夫々独立した複数の領域に、
その半導体基板とは反対の導電型の不純物を拡散して成
り、それぞれフォトダイオードとして機能する複数のｐ
ｎ接合部。 （ｃ）上記ｐｎ接合部のそれぞれの領域を微小間隙を介
して囲繞するよう画成される分離帯領域に、上記ｐｎ接
合部に拡散させた不純物と同質の不純物を拡散させて成
る分離帯。 （ｄ）複数のｐｎ接合部のそれぞれに電気的に接続され
た出力端子。 （ｅ）出力端子のためのコンタクトホールを除き、少な
くとも複数のｐｎ接合部及び分離帯の表面を被覆する酸
化層。 （ｆ）複数のｐｎ接合部の受光面を除き、少なくとも分
離帯の表面を被覆する遮光層。 （ｇ）半導体基板の裏面に設けられる電極。
【００１９】以下、図面により本発明を具体的に説明す
る。図１は本発明に係る複数個のフォトダイオードを有
する半導体光電変換素子の構成を示す平面図、図２は図
１に示した半導体光電変換素子のII−II断面図、図３は
図１に示した半導体光電変換素子のIII−III断面図であ
る。
る。図１は本発明に係る複数個のフォトダイオードを有
する半導体光電変換素子の構成を示す平面図、図２は図
１に示した半導体光電変換素子のII−II断面図、図３は
図１に示した半導体光電変換素子のIII−III断面図であ
る。
【００２０】而して、図中、１は半導体基板、２−１、
２−２及び２−３（以下、２−ｉとする）は基板１上に
設けられるフォトダイオード、３は分離帯、４−１、４
−２及び４−３（以下、４−ｉとする）はフォトダイオ
ード２−ｉに対応してそれぞれ設けられた出力端子、５
は酸化層、６はフォトダイオード２−ｉの受光面以外を
被覆する遮光層、７は半導体基板の裏面に設けられた電
極、８は分離帯３を電極７に短絡するための接続端子で
ある。
２−２及び２−３（以下、２−ｉとする）は基板１上に
設けられるフォトダイオード、３は分離帯、４−１、４
−２及び４−３（以下、４−ｉとする）はフォトダイオ
ード２−ｉに対応してそれぞれ設けられた出力端子、５
は酸化層、６はフォトダイオード２−ｉの受光面以外を
被覆する遮光層、７は半導体基板の裏面に設けられた電
極、８は分離帯３を電極７に短絡するための接続端子で
ある。
【００２１】フォトダイオード２−ｉの受光部には夫々
出力端子４−ｉが設けられており、それらはそれぞれ図
示されていない外部回路を介して電極７に接続される。
分離帯３は、フォトダイオード２−ｉの受光面を出来る
だけ完全に囲むよう、かつ、ｐｎ接合部との間の間隙が
出来るだけ小さくなるよう設けることが望ましいが、ｐ
ｎ接合部が一列に排列されているようなときは、それら
の間の光電流回路を遮断できるように設ければ足りるも
のである。而して、分離帯３は、図示されていないコン
タクトホールなどにより、電極７に短絡される。
出力端子４−ｉが設けられており、それらはそれぞれ図
示されていない外部回路を介して電極７に接続される。
分離帯３は、フォトダイオード２−ｉの受光面を出来る
だけ完全に囲むよう、かつ、ｐｎ接合部との間の間隙が
出来るだけ小さくなるよう設けることが望ましいが、ｐ
ｎ接合部が一列に排列されているようなときは、それら
の間の光電流回路を遮断できるように設ければ足りるも
のである。而して、分離帯３は、図示されていないコン
タクトホールなどにより、電極７に短絡される。
【００２２】又、遮光層６は、分離帯３を完全に被覆、
遮光すると共に、フォトダイオード２−ｉの受光部の周
囲の不感帯をも出来るだけ完全に被覆、遮光するように
設ける。遮光層６は、フォトダイオード２−ｉの受光部
の周辺部に多少重なっても支障はない。酸化層５を設け
るのは、遮光層６を形成するとき、その金属イオンが半
導体基板１に浸透、拡散しないようにするためである。
遮光すると共に、フォトダイオード２−ｉの受光部の周
囲の不感帯をも出来るだけ完全に被覆、遮光するように
設ける。遮光層６は、フォトダイオード２−ｉの受光部
の周辺部に多少重なっても支障はない。酸化層５を設け
るのは、遮光層６を形成するとき、その金属イオンが半
導体基板１に浸透、拡散しないようにするためである。
【００２３】以下、このようなフォトダイオードアレイ
の製造方法、従来公知のものとの比較試験の結果に就い
て述べる。本発明にかかるフォトダイオードを製造する
ときは半導体基板の導電型がｎ型の場合、通常の製造工
程（熱酸化、酸化膜窓開け、ｐ型不純物拡散、コンタク
トホール開け、Ａｌ蒸着、Ａｌエッチング、裏面電極蒸
着）でフォトダイオードアレイを製造する際、各ｐｎ接
合部間に、ｐ型不純物拡散層から成る分離帯を設けるも
のである。半導体基板の導電型がｐ型の場合は、フォト
ダイオード２−ｉ及び分離帯３の不純物拡散層の導電型
は当然ｎ型となる。
の製造方法、従来公知のものとの比較試験の結果に就い
て述べる。本発明にかかるフォトダイオードを製造する
ときは半導体基板の導電型がｎ型の場合、通常の製造工
程（熱酸化、酸化膜窓開け、ｐ型不純物拡散、コンタク
トホール開け、Ａｌ蒸着、Ａｌエッチング、裏面電極蒸
着）でフォトダイオードアレイを製造する際、各ｐｎ接
合部間に、ｐ型不純物拡散層から成る分離帯を設けるも
のである。半導体基板の導電型がｐ型の場合は、フォト
ダイオード２−ｉ及び分離帯３の不純物拡散層の導電型
は当然ｎ型となる。
【００２４】次に、半導体基板の導電型がｎ型の場合を
例に取って、本発明に係るフォトダイオードアレイの製
造例を説明する。比抵抗が 0.001〜1000Ωcmで、導電型
がｎ型の半導体基板の受光面側に、熱酸化法により酸化
膜（ＳｉＯ2 ）を数千オングストロームまで成長させ
る。熱酸化は600 〜1200℃の範囲で行い、酸化雰囲気に
はウェットＯ2 またはドライＯ2 を用いる。
例に取って、本発明に係るフォトダイオードアレイの製
造例を説明する。比抵抗が 0.001〜1000Ωcmで、導電型
がｎ型の半導体基板の受光面側に、熱酸化法により酸化
膜（ＳｉＯ2 ）を数千オングストロームまで成長させ
る。熱酸化は600 〜1200℃の範囲で行い、酸化雰囲気に
はウェットＯ2 またはドライＯ2 を用いる。
【００２５】次に、ｐ型の不純物を拡散させるために、
酸化層にフォトダイオードを構成させるに必要な部分に
窓開けを行う。窓開けを行うには、まずフォトレジスト
（感光性樹脂）を酸化層上に薄く均一に塗布し、ＵＶ光
に対し不透明な部分と透明な部分とからなるフォトマス
クをウェハー上に配置する。フォトマスクにはフォトダ
イオードを構成する部分と分離帯を構成する部分が不透
明な遮光部分となっている。
酸化層にフォトダイオードを構成させるに必要な部分に
窓開けを行う。窓開けを行うには、まずフォトレジスト
（感光性樹脂）を酸化層上に薄く均一に塗布し、ＵＶ光
に対し不透明な部分と透明な部分とからなるフォトマス
クをウェハー上に配置する。フォトマスクにはフォトダ
イオードを構成する部分と分離帯を構成する部分が不透
明な遮光部分となっている。
【００２６】これにＵＶ光を照射し現像して、ＵＶ光の
照射されなかった部分のフォトレジストを除去する。こ
れはフォトレジストとしてネガタイプを用いる例である
が、ポジタイプを用いても何等問題はない。このウェハ
ーをフッ酸（ＨＦ）系の処理液でエッチングして、窓と
なる部分のＳｉＯ2 を除去し、更に不要なフォトレジス
トは有機溶剤で取り除く。
照射されなかった部分のフォトレジストを除去する。こ
れはフォトレジストとしてネガタイプを用いる例である
が、ポジタイプを用いても何等問題はない。このウェハ
ーをフッ酸（ＨＦ）系の処理液でエッチングして、窓と
なる部分のＳｉＯ2 を除去し、更に不要なフォトレジス
トは有機溶剤で取り除く。
【００２７】次に、ｐ型不純物を熱拡散法によりｎ型半
導体基板内部に拡散させ、フォトダイオードのｐｎ接合
部及び分離帯を形成する。拡散源としてはポリボロンフ
ィルム、ＢＮ、Ｂ2 Ｈ6 、Ｂ2 Ｏ3 等を用い、拡散炉内
で1000〜1200℃の雰囲気で拡散させる。ｐ型不純物の拡
散源としてはＢＣｌ3 もあるが、この拡散源は歩留まり
の低下を招くので推奨されない。
導体基板内部に拡散させ、フォトダイオードのｐｎ接合
部及び分離帯を形成する。拡散源としてはポリボロンフ
ィルム、ＢＮ、Ｂ2 Ｈ6 、Ｂ2 Ｏ3 等を用い、拡散炉内
で1000〜1200℃の雰囲気で拡散させる。ｐ型不純物の拡
散源としてはＢＣｌ3 もあるが、この拡散源は歩留まり
の低下を招くので推奨されない。
【００２８】又、拡散と同時にＳｉの表面を再度熱酸化
してＳｉＯ2 酸化層を全面に形成する。このとき、表面
にＢガラス層（ＢＳＧ）が生じるため、拡散炉から取り
出した後、フッ酸系の処理液を使用してＳｉＯ2 の表面
をエッチングする。次に、窓開けとは別のフォトマスク
を使用して、ｐ型層の必要部分（受光部となる部分及び
分離帯となる部分）にコンタクトホールを開ける。この
工程は、酸化層の窓開け工程と同様である。
してＳｉＯ2 酸化層を全面に形成する。このとき、表面
にＢガラス層（ＢＳＧ）が生じるため、拡散炉から取り
出した後、フッ酸系の処理液を使用してＳｉＯ2 の表面
をエッチングする。次に、窓開けとは別のフォトマスク
を使用して、ｐ型層の必要部分（受光部となる部分及び
分離帯となる部分）にコンタクトホールを開ける。この
工程は、酸化層の窓開け工程と同様である。
【００２９】次に、ウェハー表面に真空蒸着法、電子ビ
ーム蒸着法、スパッタリング法等を用いて、Ａｌをウェ
ハーの受光面側全面に蒸着させる。Ａｌを蒸着させた
後、配線、電極（ワイヤボンディング用パッド）及び遮
光部を形成するため、Ａｌマスクを使用し、不要なＡｌ
を除去する。不要部分を除去した後、Ｓｉとのオーミッ
クコンタクトを図るため、熱処理を行う。熱処理の温度
はＡｌとＳｉの共晶温度が５７７℃であるため、この温
度以下で行う。
ーム蒸着法、スパッタリング法等を用いて、Ａｌをウェ
ハーの受光面側全面に蒸着させる。Ａｌを蒸着させた
後、配線、電極（ワイヤボンディング用パッド）及び遮
光部を形成するため、Ａｌマスクを使用し、不要なＡｌ
を除去する。不要部分を除去した後、Ｓｉとのオーミッ
クコンタクトを図るため、熱処理を行う。熱処理の温度
はＡｌとＳｉの共晶温度が５７７℃であるため、この温
度以下で行う。
【００３０】次に、受光面裏面の電極を形成するため、
ウェハー裏面を酸エッチングし、金属材をＡｌ蒸着と同
等の手段で蒸着させる。金属材としては、例えばＡｕ、
Ｎｉ、Ｔｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ等があるが、どれを用い
ても何等問題はない。金属材蒸着後は、オーミックコン
タクトを図るため、Ａｌ蒸着工程と同じように熱処理す
る。
ウェハー裏面を酸エッチングし、金属材をＡｌ蒸着と同
等の手段で蒸着させる。金属材としては、例えばＡｕ、
Ｎｉ、Ｔｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ等があるが、どれを用い
ても何等問題はない。金属材蒸着後は、オーミックコン
タクトを図るため、Ａｌ蒸着工程と同じように熱処理す
る。
【００３１】その後、ダイヤモンド・スクライビング、
ダイシング等を用い、個々のフォトダイオードアレイチ
ップに分割する。基準となる半導体基板の導電型がｐ型
の場合には、ｎ型の不純物を拡散させてｐｎ接合部及び
フォトダイオード分離帯を形成させる。拡散源としては
ＰＯＣｌ3 、ＰＨ3 、Ｐ2 Ｏ5 等を用い、900 〜1200℃
の雰囲気で拡散させればよく、不純物拡散工程以外は上
述と同様にすればよい。
ダイシング等を用い、個々のフォトダイオードアレイチ
ップに分割する。基準となる半導体基板の導電型がｐ型
の場合には、ｎ型の不純物を拡散させてｐｎ接合部及び
フォトダイオード分離帯を形成させる。拡散源としては
ＰＯＣｌ3 、ＰＨ3 、Ｐ2 Ｏ5 等を用い、900 〜1200℃
の雰囲気で拡散させればよく、不純物拡散工程以外は上
述と同様にすればよい。
【００３２】以下、この本発明に係るフォトダイオード
アレイの性能を確認するため行った試験結果に就いて述
べる。試験に供したフォトダイオードアレイは次の三種
である。 Ａ： 本発明に係る分離帯を有するもの。 Ｂ： 分離帯を有しない公知のもの。 Ｃ： 分離帯であるべき部分の導電型が本発明とは逆の
もの。 尚、試料は各３個作製し、全試料について同じ実験を実
施した。
アレイの性能を確認するため行った試験結果に就いて述
べる。試験に供したフォトダイオードアレイは次の三種
である。 Ａ： 本発明に係る分離帯を有するもの。 Ｂ： 分離帯を有しない公知のもの。 Ｃ： 分離帯であるべき部分の導電型が本発明とは逆の
もの。 尚、試料は各３個作製し、全試料について同じ実験を実
施した。
【００３３】これらの試料は分離帯の部分を除き、全く
同様に製造されたものであり、フォトダイオード、絶縁
層及び遮光層の構成はすべて同一である。Ｓｉ基板とし
ては、大きさ４インチ、厚さ 450μｍのｎ型（ドーパン
トはＰ）のウェハーを用いた。表面に鏡面加工を施し
た、比抵抗２〜10Ωcm、結晶軸〈１１１〉のスタンダー
ドタイプのウェハーである。このウェハーを、1150℃、
ウェットＯ2 雰囲気の炉内に置き、表面にＳｉＯ2から
成る絶縁層を6800〜7800オングストロームの厚さに形成
する。
同様に製造されたものであり、フォトダイオード、絶縁
層及び遮光層の構成はすべて同一である。Ｓｉ基板とし
ては、大きさ４インチ、厚さ 450μｍのｎ型（ドーパン
トはＰ）のウェハーを用いた。表面に鏡面加工を施し
た、比抵抗２〜10Ωcm、結晶軸〈１１１〉のスタンダー
ドタイプのウェハーである。このウェハーを、1150℃、
ウェットＯ2 雰囲気の炉内に置き、表面にＳｉＯ2から
成る絶縁層を6800〜7800オングストロームの厚さに形成
する。
【００３４】次に、ｐ型の不純物を拡散させるため、フ
ォトダイオードのｐｎ接合部及びフォトダイオード分離
帯となる部分に窓開けを行う。フォトレジストにはネガ
タイプ（40ｃｐ）を、フォトマスクにはガラスマスク
を、現像後の不要なＳｉＯ2 の除去にはバッファードフ
ッ酸（ＢＨＦ、フッ酸＋フッ化アンモニウム）を使用し
た。
ォトダイオードのｐｎ接合部及びフォトダイオード分離
帯となる部分に窓開けを行う。フォトレジストにはネガ
タイプ（40ｃｐ）を、フォトマスクにはガラスマスク
を、現像後の不要なＳｉＯ2 の除去にはバッファードフ
ッ酸（ＢＨＦ、フッ酸＋フッ化アンモニウム）を使用し
た。
【００３５】ｐ型不純物の拡散源にはポリボロンフィル
ム（ＰＢＦ、液状でメチルセロソルブ、水、有機ポリマ
ー、無水ホウ酸から成る）を使用し、スピンコーターで
ウェハー全面に均一に塗布し、1100℃、Ｎ2 雰囲気の拡
散炉内に15分間置き、1.8 〜2.2 μｍの深さまで拡散さ
せた。ＢＳＧ層の除去にはフッ酸（ＨＦ）を使用し、約
2000オングストロームエッチングした。
ム（ＰＢＦ、液状でメチルセロソルブ、水、有機ポリマ
ー、無水ホウ酸から成る）を使用し、スピンコーターで
ウェハー全面に均一に塗布し、1100℃、Ｎ2 雰囲気の拡
散炉内に15分間置き、1.8 〜2.2 μｍの深さまで拡散さ
せた。ＢＳＧ層の除去にはフッ酸（ＨＦ）を使用し、約
2000オングストロームエッチングした。
【００３６】コンタクトホールを開けた後、ウェハー表
面に電子ビーム（Ｅ−Ｇｕｎ）を使用して、Ａｌから成
る遮光層を1.8 〜2.2 μｍの厚さまで蒸着させた。蒸着
スピードは35オングストローム／sec である。Ａｌ液を
用いて不要部分の遮光層を除去した。その後、ＳｉとＡ
ｌとのオーミックコンタクトを計るため、 450℃で30分
間加熱した。
面に電子ビーム（Ｅ−Ｇｕｎ）を使用して、Ａｌから成
る遮光層を1.8 〜2.2 μｍの厚さまで蒸着させた。蒸着
スピードは35オングストローム／sec である。Ａｌ液を
用いて不要部分の遮光層を除去した。その後、ＳｉとＡ
ｌとのオーミックコンタクトを計るため、 450℃で30分
間加熱した。
【００３７】次に、裏面電極を形成するために、ウェハ
ー裏面を約0.5 μｍ、酸エッチングし、金属材であるＡ
ｕ・Ａｓ−Ａｕを合計3500オングストローム（Ａｕ・Ａ
ｓ2000オングストローム、Ａｕ1500オングストローム）
蒸着させた。裏面電極のオーミックコンタクトを形成す
るため、420℃、15分間加熱して行った。尚、試料Ｃの
分離帯に相当する部分のｎ型不純物濃度は、基板より高
濃度にしてある。この製造方法は、分離帯部分にｎ型不
純物を拡散させる工程を加えた以外、試料Ａの製造条件
と同じである。ｎ型不純物の拡散はｐ型不純物を拡散さ
せた後に行った。
ー裏面を約0.5 μｍ、酸エッチングし、金属材であるＡ
ｕ・Ａｓ−Ａｕを合計3500オングストローム（Ａｕ・Ａ
ｓ2000オングストローム、Ａｕ1500オングストローム）
蒸着させた。裏面電極のオーミックコンタクトを形成す
るため、420℃、15分間加熱して行った。尚、試料Ｃの
分離帯に相当する部分のｎ型不純物濃度は、基板より高
濃度にしてある。この製造方法は、分離帯部分にｎ型不
純物を拡散させる工程を加えた以外、試料Ａの製造条件
と同じである。ｎ型不純物の拡散はｐ型不純物を拡散さ
せた後に行った。
【００３８】ｎ型不純物の拡散源としてはＰＯＣｌ3 を
用い、1050℃、Ｎ2 ／Ｏ2 雰囲気の拡散炉内に30分間放
置し、3.0 〜4.0 μｍの深さまで拡散させた。このよう
にして、図２に示した如きフォトダイオードアレイと、
その比較対照品を製造し、クロストーク現象についての
実験を行った。各受光部の大きさは0.2 × 0.7mm、各受
光部間の間隔は 0.1mm、受光部と遮光層との間隔は10μ
ｍ、ｐｎ接合部と分離帯との間隔は30μｍである。
用い、1050℃、Ｎ2 ／Ｏ2 雰囲気の拡散炉内に30分間放
置し、3.0 〜4.0 μｍの深さまで拡散させた。このよう
にして、図２に示した如きフォトダイオードアレイと、
その比較対照品を製造し、クロストーク現象についての
実験を行った。各受光部の大きさは0.2 × 0.7mm、各受
光部間の間隔は 0.1mm、受光部と遮光層との間隔は10μ
ｍ、ｐｎ接合部と分離帯との間隔は30μｍである。
【００３９】この実験は、光源としてタングステンラン
プを用いて、上記フォトダイオードアレイの全面に1000
Ｌｘとなるように光を照射し、出力端子４―１及び４―
３を裏面電極と短絡、又は開放した状態で、出力端子４
−２の電流値を測定した。この実験の結果を表１に示
す。出力端子４−１、４−３を裏面電極に短絡した状態
から開放状態に切換えたとき、出力端子４―２からの出
力の増大分がクロストークである。この表のクロストー
クの数値は、出力端子４−１、４−３を裏面電極と短絡
した状態から開放に切り換えた時の出力端子４−２から
の光電流の増加量及び短絡時の電流に対する百分比であ
る。本発明品の場合、クロストークは測定誤差範囲内で
０であると認められる値であり、クロストーク現象が無
いことが判る。
プを用いて、上記フォトダイオードアレイの全面に1000
Ｌｘとなるように光を照射し、出力端子４―１及び４―
３を裏面電極と短絡、又は開放した状態で、出力端子４
−２の電流値を測定した。この実験の結果を表１に示
す。出力端子４−１、４−３を裏面電極に短絡した状態
から開放状態に切換えたとき、出力端子４―２からの出
力の増大分がクロストークである。この表のクロストー
クの数値は、出力端子４−１、４−３を裏面電極と短絡
した状態から開放に切り換えた時の出力端子４−２から
の光電流の増加量及び短絡時の電流に対する百分比であ
る。本発明品の場合、クロストークは測定誤差範囲内で
０であると認められる値であり、クロストーク現象が無
いことが判る。
【表１】 I0は出力端子4-1、4-3を開放したときの端子4-2の出力
電流。ISは出力端子4-1、4-3を裏面電極７に短絡したと
きの端子4-2の出力電流
電流。ISは出力端子4-1、4-3を裏面電極７に短絡したと
きの端子4-2の出力電流
【００４０】比較例Ａ、即ち、分離帯を有しない公知の
ものでは、不感帯部分に遮光層が存在していても、約10
％に上るクロストークがあることが確認された。更に
又、比較例Ｂ、即ち、分離帯である部分の導電型がｎ型
であるフォトダイオードアレイでは、クロストークは平
均14.3％に上り、却ってクロストーク現象が増大するこ
とが判る。又、本発明に於いては、表２に示す如く形成
されるフォトダイオードの光電特性が極めて安定し、バ
ラツキが約20分の１に減少すると言う効果もある。
ものでは、不感帯部分に遮光層が存在していても、約10
％に上るクロストークがあることが確認された。更に
又、比較例Ｂ、即ち、分離帯である部分の導電型がｎ型
であるフォトダイオードアレイでは、クロストークは平
均14.3％に上り、却ってクロストーク現象が増大するこ
とが判る。又、本発明に於いては、表２に示す如く形成
されるフォトダイオードの光電特性が極めて安定し、バ
ラツキが約20分の１に減少すると言う効果もある。
【表２】
【００４１】
【発明の効果】上記の如く、本発明によれば、簡単な構
造によりクロストーク現象及び不感帯の照射光によるド
リフトをほぼ完全に抑制し得ると共に、フォトダイオー
ドの光電変換特性を均斉とすることができる。又、この
フォトダイオードは、従来の工法のみで製造し得るの
で、製造コストは従来品と殆ど変わることがない。
造によりクロストーク現象及び不感帯の照射光によるド
リフトをほぼ完全に抑制し得ると共に、フォトダイオー
ドの光電変換特性を均斉とすることができる。又、この
フォトダイオードは、従来の工法のみで製造し得るの
で、製造コストは従来品と殆ど変わることがない。
【図１】図１は本発明に係る複数個のフォトダイオード
を有する半導体光電変換素子の構成を示す平面図であ
る。
を有する半導体光電変換素子の構成を示す平面図であ
る。
【図２】図２は図１に示した半導体光電変換素子のII−
II断面図である。
II断面図である。
【図３】図３は図１に示した半導体光電変換素子のIII
−III断面図である。
−III断面図である。
１・・・半導体基板 ２−１、２−２、２−３・・・フォトダイオート ３・・・分離帯 ４−１、４−２、４−３・・・出力端子 ５・・・酸化層 ６・・・遮光層 ７・・・裏面電極 ８・・・分離帯短絡用の接続端子
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/0232 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｚ 31/02 Ｄ (72)発明者 宮 地 賢 司 東京都千代田区霞が関三丁目２番５号 三 井東圧化学株式会社内 (72)発明者 小 長 井 誠 東京都品川区南大井６−18−１−437
Claims (4)
- 【請求項１】複数のフォトダイオードを有する半導体光
電変換素子に於いて、各フォトダイオードを形成するｐ
ｎ接合部の近傍にそれと同型の不純物を拡散させて分離
帯を形成すると共に、各フォトダイオードの受光面を除
き少なくとも分離帯表面に遮光被覆を設けて成る上記の
半導体光電変換素子。 - 【請求項２】下記の構成要素から成る複数個のフォトダ
イオードを有する半導体光電変換素子。 （ａ）半導体基板（１）。 （ｂ）半導体基板（１）の表面の夫々独立した複数の領
域に、その半導体基板（１）とは反対の導電型の不純物
を拡散して成り、それぞれフォトダイオードとして機能
する複数のｐｎ接合部（２−１、２−２、２−３）。 （ｃ）上記ｐｎ接合部（２−１、２−２、２−３）のそ
れぞれの領域を微小間隙を介して囲繞するよう画成され
る分離帯領域に、上記ｐｎ接合部（２−１、２−２、２
−３）に拡散させた不純物と同質の不純物を、拡散させ
て成る分離帯（３）。 （ｄ）複数のｐｎ接合部（２−１、２−２、２−３）の
それぞれに電気的に接続された出力端子（４−１、４−
２、４−３）。 （ｅ）出力端子（４−１、４−２、４−３）のためのコ
ンタクトホールを除き、少なくとも複数のｐｎ接合部
（２−１、２−２、２−３）及び分離帯（３）の表面を
被覆する酸化層（５）。 （ｆ）複数のｐｎ接合部（２−１、２−２、２−３）の
受光面を除き、少なくとも分離帯（３）の表面を被覆す
る遮光層（６）。 （ｇ）半導体基板（１）の裏面に設けられる電極
（７）。 - 【請求項３】 半導体基板（１）がＳｉ、酸化層（５）
がＳｉＯ2 から成る請求項２に記載の複数のフォトダイ
オードを有する半導体光電変換素子。 - 【請求項４】 分離帯（３）が電極（７）に短絡された
請求項２又は３に記載の複数のフォトダイオードを有す
る半導体光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6149924A JPH0818091A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 複数のフォトダイオードを有する半導体光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6149924A JPH0818091A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 複数のフォトダイオードを有する半導体光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0818091A true JPH0818091A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15485562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6149924A Pending JPH0818091A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 複数のフォトダイオードを有する半導体光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0818091A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09257685A (ja) * | 1996-03-26 | 1997-10-03 | Horiba Ltd | 光検出器 |
| US6462328B2 (en) | 2000-08-08 | 2002-10-08 | Denso Corporation | Photo-detection sensor and method of manufacturing the same |
| KR100527969B1 (ko) * | 1997-02-25 | 2006-01-27 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 광수신장치 |
| JP2006080381A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Nec Electronics Corp | Ｃｃｄ型撮像装置 |
| JP2006093442A (ja) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Hamamatsu Photonics Kk | ホトダイオード、ホトダイオードアレイ、分光器およびホトダイオードの製造方法 |
| KR100652038B1 (ko) * | 2000-11-16 | 2006-11-30 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 액정 디스플레이 패널 제조방법 |
| WO2009025048A1 (ja) * | 2007-08-22 | 2009-02-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 光半導体装置 |
| JPWO2019097839A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2020-12-03 | 株式会社カネカ | 光電変換素子および光電変換装置 |
| CN114141886A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-04 | 江苏尚飞光电科技股份有限公司 | 一种雪崩光电二极管阵列探测器 |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP6149924A patent/JPH0818091A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09257685A (ja) * | 1996-03-26 | 1997-10-03 | Horiba Ltd | 光検出器 |
| KR100527969B1 (ko) * | 1997-02-25 | 2006-01-27 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 광수신장치 |
| US6462328B2 (en) | 2000-08-08 | 2002-10-08 | Denso Corporation | Photo-detection sensor and method of manufacturing the same |
| KR100652038B1 (ko) * | 2000-11-16 | 2006-11-30 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 액정 디스플레이 패널 제조방법 |
| JP2006080381A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Nec Electronics Corp | Ｃｃｄ型撮像装置 |
| JP2006093442A (ja) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Hamamatsu Photonics Kk | ホトダイオード、ホトダイオードアレイ、分光器およびホトダイオードの製造方法 |
| WO2009025048A1 (ja) * | 2007-08-22 | 2009-02-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 光半導体装置 |
| JPWO2019097839A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2020-12-03 | 株式会社カネカ | 光電変換素子および光電変換装置 |
| US11482637B2 (en) | 2017-11-15 | 2022-10-25 | Kaneka Corporation | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device |
| CN114141886A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-04 | 江苏尚飞光电科技股份有限公司 | 一种雪崩光电二极管阵列探测器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4199777A (en) | Semiconductor device and a method of manufacturing the same | |
| JPH027417B2 (ja) | ||
| JPS63204666A (ja) | 放射感知半導体デバイス | |
| US5804847A (en) | Backside illuminated FET optical receiver with gallium arsenide species | |
| US4559695A (en) | Method of manufacturing an infrared radiation imaging device | |
| US5466948A (en) | Monolithic silicon opto-coupler using enhanced silicon based LEDS | |
| JP4522531B2 (ja) | 半導体エネルギー検出素子 | |
| JPH0818091A (ja) | 複数のフォトダイオードを有する半導体光電変換素子 | |
| US4920395A (en) | High sensitivity photodiode | |
| JP2878031B2 (ja) | 薄形ソーラセルおよび製造法 | |
| US4345021A (en) | Solid-state image pickup element and process for fabricating the same | |
| JP4443981B2 (ja) | 半導体光検出素子及び光検出装置 | |
| JPH0691228B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US4447720A (en) | Solid-state image pickup element and process for fabricating the same | |
| JPS6286756A (ja) | 光電変換装置 | |
| JPS62172765A (ja) | 光−電圧変換装置 | |
| JPH01216581A (ja) | 半導体装置 | |
| JP2770810B2 (ja) | 受光素子 | |
| JPH08130324A (ja) | 高耐圧プレーナ型受光素子 | |
| JPS60217671A (ja) | 半導体放射線検出器の製造方法 | |
| JPS6177375A (ja) | カラ−センサ | |
| JPS61105878A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH02284481A (ja) | 光電変換装置の製造方法 | |
| KR840001604B1 (ko) | 고체촬상소자의 제조방법 | |
| JPS6222405B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040615 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040622 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041102 |