DE69632893T2 - Photodetektorelement mit Schaltungselement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Photodetektorelement mit Schaltungselement und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement wie beispielsweise eine Signalverarbeitungsschaltung enthält, das in einer optischen Aufnahmevorrichtung, einem optischen Fernbedienungselement oder dergleichen verwendet wird, und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • 13 ist ein schematischer Querschnitt, der eine spezifische Struktur eines Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, gemäß einem ersten Beispiel des Standes der Technik zeigt.
  • Solch ein Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, ist weit verbreitet für eine optische Aufnahmevorrichtung, ein optisches Fernbedienungselement oder dergleichen verwendet worden. Das Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, umfasst einen Anschlussflächenbereich 21, einen Photodiodenbereich 22 zum Nachweisen des empfangenen Lichts und einen Signalverarbeitungsschaltungsbereich 23 zum Verarbeiten des empfangenen optischen Signals. Das Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, hat eine Vielschicht-Struktur mit einem Substrat 1 vom P-Typ, eine epitaktische Schicht 5 vom N-Typ, einen SiO2-Film 7 und einen Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche in dieser Rei henfolge vom Boden der Figur. An vorgeschriebenen Positionen des Substrats 1 vom P-Typ und der epitaktischen Schicht 5 vom N-Typ sind eine vergrabene Diffusionsschicht 2 vom N-Typ, eine vergrabene isolierende Diffusionsschicht 3 vom P-Typ, eine isolierende Diffusionsschicht 4 vom P-Typ, eine Diffusionsschicht 6 vom P-Typ und eine Diffusionsschicht 8 vom N-Typ zur Bildung einer Schaltung gebildet. Metallschichten (Aluminiumschichten, die auch als Metall-Verbindungsbereiche bezeichnet sind) 9b bis 9f, die sich an vorgeschriebenen Positionen des SiO2-Films 7 erstrecken, sind elektrisch mit der Diffusionsschicht 6 vom P-Typ oder der Diffusionsschicht 8 vom N-Typ, wie vorstehend erwähnt, verbunden und werden zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung auf dem SiO2-Film verwendet. Die Oberfläche des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, einschließlich dieser Metallschichten 9b bis 9f ist mit einem Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche bedeckt, so dass der direkte Kontakt der Metallschichten 9b bis 9f mit der Umgebungsluft verhindert wird.
  • Ferner ist eine Metallschicht 9a am Anschlussflächenbereich 21 bereitgestellt. An dem Bereich der Metallschicht 9a, der sich in dem Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 befindet, ist der Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche nicht gebildet. Daher kann an der Metallschicht 9a in dem Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 eine elektrische Verbindung nach außen bereitgestellt werden.
  • Solch ein Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, wird in ein transparentes Harzgehäuse aus Formwerkstoff eingebettet bzw. eingekapselt und als eine elektronische Komponente verwendet.
  • 14 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Struktur eines Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß einem zweiten Beispiel des Standes der Technik zeigt.
  • In dem Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß dem ersten Beispiel des Standes der Technik ist es möglich, dass optische Träger in dem Siliziumsubstrat aufgrund von Licht, das auf den signalverarbeitenden Schaltkreisbereich 23 einfällt, erzeugt werden und dass ein parasitärer Strom durch die erzeugten optischen Träger verursacht wird, was zu einer Störung des Betriebs der Schaltung führt.
  • In dem Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß dem zweiten Beispiel des Standes der Technik ist, um diese Störung zu verhindern, ein isolierender Zwischenschicht-Film 10 auf den ersten Metallschichten 9a bis 9f und auf dem SiO2-Film 7 gebildet, und eine zweite Metallschicht 11 ist an dem Bereich der signalverarbeitenden Schaltung 23 auf dem isolierenden Zwischenschicht-Film 10 gebildet. Der Schutzfilm 12 ist auf der zweiten Metallschicht 11 gebildet.
  • Genauer gesagt wird in dem Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß dem zweiten Beispiel des Standes der Technik eine Zweischicht-Verbindungsstruktur, die die erste Metallschicht 9 und die zweite Metallschicht 11 umfasst, verwendet. Da die signalverarbeitende Schaltung 23 der zweiten Metallschicht bedeckt ist, tritt Licht in den signalverarbeitenden Schaltungsbereich nicht ein. Daher kann eine durch optische Träger verursachte Störung der Schaltung, verhindert werden.
  • 15 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Struktur eines Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß einem dritten Beispiel des Standes der Technik zeigt. In diesem Beispiel wird die zweite Metallschicht 11 als eine Verbindung für die signalverarbeitende Schaltung verwendet.
  • 16 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Struktur eines Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß einem vierten Beispiel des Standes der Technik zeigt. In diesem Beispiel ist ein Oberflächen-Antireflexionsfilm 17 aus Si3N4 an dem Photodiodenbereich 22 gebildet, welcher das Photodetektorelement ist.
  • In den vorstehend beschriebenen Beispielen bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Bereiche.
  • Die vorstehend beschriebenen Photodetektorelemente, die Schaltungselemente enthalten, haben jedoch die folgenden Nachteile.
  • Das Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, gemäß dem ersten Beispiel des Standes der Technik ist in einem transparenten Harzgehäuse aus Formwerkstoff eingekapselt. Das transparente Harzgehäuse aus Formwerkstoff ist jedoch nicht feuchtigkeitsbeständig. Obwohl die Metall-Verbindungsbereiche 9b bis 9f aus Aluminium mit einem Schutzfilm 12 be deckt sind, hat der Schutzfilm 12, der aus SiO2 oder Polyimidharz gebildet ist, eine schlechte Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit. Daher hat es Fälle gegeben, in denen Metall-Verbindungsbereiche 9b bis 9f, die aus Aluminium aufgebaut sind, durch Wasser korrodiert werden, welches durch den Schutzfilm durchgedrungen ist. Ferner ist der Metallbereich 9a an dem Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 nicht mit dem Schutzfilm 12 bedeckt, und daher ist Korrosion wahrscheinlicher.
  • Um dieses Problem zu lösen, ist eine mögliche Lösung, Si3N4 für den Schutzfilm 12 zu verwenden, welches gegen Feuchtigkeit sehr beständig ist. In diesem Fall kann eine Korrosion der Metall-Verbindungsbereiche 9b bis 9f verhindert werden. Der Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 ist jedoch nicht mit dem Schutzfilm 12 bedeckt, und daher konnte Korrosion nicht vermieden werden.
  • Ferner sind für das Verfahren zur Herstellung des Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß dem zweiten und dritten Beispiel des Standes der Technik zusätzlich zu den Schritten zur Herstellung des Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß dem ersten Beispiel des Standes der Technik (1) der Schritt zum Abscheiden eines isolierenden Zwischenschichtfilms 10, (2) der Schritt zum Öffnen eines durchgängigen Lochbereichs in dem isolierenden Zwischenschichtfilm 10, (3) der Schritt zum Abscheiden einer zweiten Metallschicht 11 und (4) der Schritt zum Strukturieren der zweiten Metallschicht 11 erforderlich. Die zusätzlichen Schritte (1) bis (4) verursachen zusätzliche Zeit, die für die Herstellung des Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, notwendig ist, und daher erhöhte Herstellungskosten.
  • Ferner ist auf dem Gebiet von optischen Aufnahmevorrichtungen und dergleichen kürzlich eine Struktur vorgeschlagen worden, in der ein lichtemittierendes Element, beispielsweise ein Laserdioden-Chip, direkt als Teilstück bzw. Plättchen auf das Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, verbunden worden ist, um die Größe der Vorrichtung zu reduzieren. In den Strukturen der Beispiele des Standes der Technik wurde jedoch kein Lötmaterial für ein direktes Verbinden des Plättchens des Laserdioden-Chips verwendet, und daher konnte der Laserdioden-Chip nicht direkt als Plättchen verbunden werden.
  • Ferner wird in dem vierten Beispiel des Standes der Technik, das in 16 gezeigt ist, ein Antireflexionsfilm aus Si3N4 auf der Photodiode, welche das Photodetektorelement ist, gebildet, um die optische Empfindlichkeit des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, zu verbessern. Wenn der Schutzfilm 12 aus Si3N4 gebildet wird, um die Feuchtigkeitsempfindlichkeit in solch einer Struktur zu verbessern, tritt das folgende Problem auf.
  • In 16 hat der SiO2-Film 7 an dem Photodiodenbereich 22, welcher das Photodetektorelement ist, ein Loch, und ein Antireflexionsfilm 17 aus Si3N4 ist gebildet. In dieser Struktur variiert, wenn Si3N4 als ein Film 12 zum Schutz der Oberfläche verwendet wird, wobei der Film 12 zum Schutz der Oberfläche auf den Antireflexionsfilm 17 auf dem Photodiodenbereich 22 gestapelt ist, das Reflexionsvermögen der Oberfläche, wie die Dicke des Antireflexionsfilms (die der Gesamtdicke der Si3N4-Filme 12 und 17 entspricht) variiert, in einem breiten Bereich. Daher wird es notwendig, den Film 12 zum Schutz der Oberfläche an dem Photodiodenbereich zu entfernen. Zum Zeitpunkt, an dem der Film 12 zum Schutz der Oberfläche geätzt wird, wird der Si3N4-Film 17 jedoch auch gleichzeitig geätzt. Daher ist eine Veränderung der Filmdicke des Antireflexionsfilms nicht vermeidbar.
  • Um die Veränderung der Filmdicke zu verhindern, ist es möglich, die folgenden Schritte durchzuführen. Zuerst bleibt, wie in 17 gezeigt, wenn ein Metall-Verbindungsbereich an dem signalverarbeitenden Schaltungsbereich gebildet wird, ein Metallmuster 9 auch auf dem Photodiodenbereich 22 zurück. Danach wird, wie in 18 gezeigt, ein Si3N4-Film 10, der der isolierende Zwischenschichtfilm ist, abgeschieden, und ein durchgängiges Loch wird geöffnet. Danach werden die zweite Verbindungsschicht des signalverarbeitenden Schaltungsbereichs und eine Metallschicht 11, die zur Unterbrechung von Licht dient, abgeschieden, und durch gemeinsame photolithographische Verfahren strukturiert. Danach wird der Si3N4-Film 12 zum Schutz der Oberfläche abgeschieden, und der Photodiodenbereich 22 und der Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 werden geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt wird, da der Photodiodenbereich durch Metallmuster 9 und 11 geschützt ist, der Antireflexionsfilm 15 nicht geätzt.
  • Danach werden gemeinsame photolithographische Verfahren durchgeführt, so dass die Metallschichten 9 und 11 auf der Photodiode entfernt werden und sich die in 16 gezeigte Struktur ergibt.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Herstellungsschritte kann ein Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, das feuchtigkeitsbeständig ist und in dem die Veränderung der Dicke des Reflexionsschutzfilms unterdrückt wird, bereitgestellt werden.
  • Gemäß diesem Verfahren ist es jedoch notwendig, den Photolithographie-Schritt hinzuzufügen, um die Metallschichten auf der Photodiode zu entfernen, was die Kosten erhöht. Ferner ist in dieser Struktur der Aluminiumfilm an dem Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 freigelegt, und daher ist an diesem Bereich die Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit nicht ausreichend.
  • In der in 16 gezeigten Struktur wird, wenn ein Material wie beispielsweise ein PSG-(Phosphor-Silicat-Glas-)Film oder ein Polyimidfilm, der selektives Ätzen gegenüber Si3N4 zulässt, als der Film 12 zum Schutz der Oberfläche verwendet wird, der zusätzliche Photolithographieschritt nicht notwendig. Dabei kann das Metallmuster auf der Photodiode gleichzeitig mit der Strukturierung der zweiten Verbindungsschicht entfernt werden. Daher ist ein zusätzlicher Schritt im Vergleich mit der Struktur von 14 überhaupt nicht notwendig.
  • Bei diesem Verfahren hat jedoch der PSG-Film oder Polyimidfilm keine ausreichende Feuchtigkeitsbeständigkeit, und daher kann ein Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, mit einer besseren Feuchtigkeitsbeständigkeit nicht bereitgestellt werden. Mit anderen Worten konnte ein Detektorelement, das ein Schaltungselement enthält, mit einer verbesserten Feuchtigkeitsbeständigkeit, ebenso wie mit einer stabilen optischen Empfindlichkeit durch keines der vorstehend beschriebenen Verfahren bereitgestellt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Daher ist es erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen und ein Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, bereitzustellen, bei dem die Metall-Verbindungsbereiche, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind, weniger anfällig gegenüber Korrosion sind.
  • Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, mit einer lichtunterbrechenden Struktur für eine Signalverarbeitungsschaltung, oder ein Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, mit einer zweischichtigen Verbindungsstruktur durch eine kleinere Anzahl von Prozessschritten herzustellen.
  • Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Photodetektorelement bereitzustellen, welches ein Schaltungselement enthält, bei dem ein lichtemittierendes Element direkt auf ein Halbleitersubstrat als Plättchen verbunden werden kann.
  • Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, in einem Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, mit einem Antireflexionsfilm auf dem Photodetektorelement, eine Struktur mit einer verbesserten Feuchtigkeitsbeständigkeit durch eine kleinere Anzahl von Prozessschritten herzustellen.
  • Die vorstehend beschriebenen Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch das Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, nach Anspruch 1 gelöst.
  • Gemäß einer Ausführungsform, enthält das Photodetektorelement, das das Schaltungselement enthält, ferner ein lichtemittierendes Element, das auf dem korrosionshemmenden Metallbereich, der auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist, ausgebildet ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem abhängigen Anspruch 3 definiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Photodetektorelements, das ein Schaltkreiselement enthält, in Anspruch 8 definiert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann zuerst die Feuchtigkeitsbeständigkeit des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, verbessert werden. Zweitens kann das lichtemittierende Element auf dem Halbleitersubstrat gebildet werden und daher kann die Größe des Elements verringert werden. Drittens kann der korrosionshemmende Metallbereich auf der signalverarbeitenden Schaltung gebildet werden, so dass eine Störung der Funktion der Schaltung unterdrückt werden kann und die notwendige Anzahl an Schritten zur Herstellung des Elements verringert werden kann. Viertens kann eine in hohem Maße feuchtigkeitsbeständige Struktur für das Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, mit einem Antireflexionsfilm auf dem Photodetektorelement durch eine geringere Anzahl an Prozessschritten hergestellt werden.
  • Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematischer Querschnitt eines Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 bis 5 zeigen Schritte zur Herstellung eines Photodetektorelements, das ein Schaltungselement, das in 1 gezeigt ist, enthält.
  • 6 zeigt eine Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt einen Laserchip, der als Plättchen auf das Substrat des Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden ist.
  • 8 ist ein Querschnitt, der eine Struktur eines Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 9 ist ein Querschnitt, der eine Struktur eines Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 10 bis 12 zeigen Schritte zur Herstellung des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, welches in 9 gezeigt ist.
  • 13 bis 16 sind schematische Querschnitte eines Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, der Beispiele des Standes der Technik.
  • 17 und 18 zeigen Schritte zur Herstellung des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, das in 16 gezeigt ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Bereiche.
  • In 1 umfasst das Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, ein Substrat 1 vom P-Typ, eine epitaktische Schicht 5 vom N-Typ, einen SiO2-Film 7, eine Metallschicht 9, einen Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche, eine Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13 und eine Goldschicht 14, die in dieser Reihe vom Boden her aufgestapelt sind.
  • Die vergrabene Diffusionsschicht 2 vom n-Typ, die vergrabene isolierende Diffusionsschicht 3 vom P-Typ, die isolierende Diffusionsschicht 4 vom P-Typ, eine Diffusionsschicht 6 vom P-Typ und eine Diffusionsschicht 8 vom N-Typ sind in dem P-Typ-Substrat 1 gebildet, und die epitaktische Schicht 5 vom N-Typ ist ähnlich wie in den Beispielen des Standes der Technik. Daher wird eine Beschreibung nicht wiederholt. Es gibt eine Öffnung an einer vorgeschriebenen Position des SiO2-Films 7, und ein Teil der Metallschicht 9, der sich in die Öffnung erstreckt, stellt eine elektrische Verbindung durch den SiO2-Film 7 bereit.
  • Wie im Stand der Technik ist das Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, im Allgemeinen in einen Verbindungs- Anschlussflächenbereich 21, einen Photodiodenbereich 22 und einen signalverarbeitenden Schaltungsbereich 23 aufgeteilt.
  • Hier ist der Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche aus Si3N4 gebildet. Auf der Metallschicht 9 in dem Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 ist eine Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13a gebildet. Auf der Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13a ist eine Goldschicht 14a gebildet. Auf der Goldschicht 14a ist eine Goldschicht 14b, die dicker als die Goldschicht 14a ist, gebildet.
  • Die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13a in dem Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 ist gebildet, um das Haftvermögen zwischen der Gold- und der Metallschicht 9 aus Aluminium zu verbessern. In ähnlicher Weise sind auf dem Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche in dem signalverarbeitenden Schaltungsbereich 23 die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13b und die Goldschichten 14c und 14d gebildet.
  • Auf diese Weise ist in dem Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Substratoberfläche mit einem Si3N4-Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche bedeckt, und die Metallschicht 9 im Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 ist mit Goldschichten 14a und 14b bedeckt, wobei eine Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13a dazwischengeschoben ist. Daher kann die Korrosion von Aluminium, welches anfällig gegenüber Korrosion ist, verhindert werden.
  • Ferner kann, da der Einfall von Licht in den signalverarbeitenden Schaltungsbereich 23 durch die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13b und die Goldschichten 14c und 14d unterbrochen wird, eine Störung der Funktionsweise der Schaltung, die durch parasitären Strom verursacht wird, verhindert werden.
  • Ferner können, da das Material, das den Verbindungs-Anschlussflächenbereich bedeckt, dasselbe wie das Material ist, das das Licht, welches auf den signal-verarbeitenden Schaltungsbereich 23 einfällt, unterbricht, diese Bereiche beispielsweise gleichzeitig durch Photolithographie gebildet werden, und daher kann die Anzahl an Prozessschritten reduziert werden.
  • Das Metall, das den Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 bedeckt, muss nur ein Metall mit einer hohen Beständigkeit gegenüber Korrosion sein. Da her kann anstelle von Gold Platin verwendet werden. Hinsichtlich der Feuchtigkeitsbeständigkeit ist Si3N4 für den Schutzfilm 12 erwünscht. Es kann jedoch ein SiO2-Isolierfilm zum Schutz der Oberfläche verwendet werden. In diesem Fall kann die Korrosion der Metallschicht 9, die von dem Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche bedeckt ist, nicht vermieden werden. Selbst in diesem Fall jedoch können der Bereich aus Gold beispielsweise, der den Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 bedeckt, und der Bereich, welcher auf den signalverarbeitenden Schaltungsbereich 23 einfallendes Licht unterbricht, gleichzeitig gebildet werden, so dass die Anzahl an Herstellungsschritten kleiner als im Stand der Technik gemacht werden kann. Ferner kann die Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit am Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 verbessert werden.
  • Die Schritte zur Herstellung des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, welches in 1 gezeigt ist, werden nachfolgend beschrieben.
  • Die 2 bis 5 zeigen Schritte zur Herstellung des Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, das in 1 gezeigt ist.
  • Zuerst werden, wie in 2 gezeigt, zahlreiche Verunreinigungen in ein Halbleitersubstrat mit einem Substrat 1 vom P-Typ und einer epitaktischen Schicht 5 vom N-Typ diffundiert und danach wird ein erstes Metall-Verbindungselement (Metallschicht) 9 aus Aluminium gebildet. Danach wird der Si3N4-Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche gebildet. Danach wird der Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 des Isolierfilms 12 zum Schutz der Oberfläche geöffnet. Danach werden, wie in 3 gezeigt, die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13 und eine Dünnfilm-Schicht 14a aus Gold aufeinanderfolgend durch Sputtern gebildet. Photoresistmaterial 15 wird aufgetragen und danach strukturiert, wobei der Bereich, an dem der lichtunterbrechende Film auf der signalverarbeitenden Schaltung 23 und das Metall an dem Verbindungs-Anschlussbereich 21, gebildet werden geöffnet wird, wie in 4 gezeigt ist. Danach werden durch elektrolytisches Plattieren oder dergleichen dicke Filmschichten 14b und 14d aus Gold an den Bereichen des Halbleitersubstrats gebildet, auf denen Photoresist nicht aufgetragen worden ist. Schließlich wird der Photoresist 15 durch eine geeignete Trennflüssigkeit entfernt, und die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13 und die Gold-Dünnfilmschicht 14a werden unter Verwendung der dicken Gold schicht 14b als eine Maske geätzt, was zu dem in 1 gezeigten Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, führt.
  • Insbesondere waren in dem in 14 gezeigten Beispiel des Standes der Technik zwei Lithographieschritte notwendig, um eine Struktur bereitzustellen, die Licht an dem signalverarbeitenden Schaltkreisbereich 23 unterbrach, während gemäß der vorliegenden Erfindung eine Struktur mit einer ähnlichen Funktion durch nur einen Photolithographie-Schritt implementiert werden kann.
  • Ferner ist im Hinblick auf die Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit an dem Verbindungs-Anschlussflächenbereich die in dem Verbindungs-Anschlussflächenbereich 21 bereitgestellte Goldschicht 14b nicht immer notwendig. Wenn ein Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, ohne Goldschicht 14b zu bilden ist, kann das Halbleitersubstrat nach den Herstellungsschritten, die in den 2 und 3 gezeigt sind, einem photolithographischen Verfahren unterzogen werden, um die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13 und die Goldschicht 14 an Bereichen außerhalb des Verbindungs-Anschlussflächenbereichs 21 und des signalverarbeitenden Schaltungsbereichs 23 zu entfernen. Somit wird ein Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, ohne die dicke Goldschicht, wie in 6 gezeigt gebildet.
  • Ferner wird es gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, direkt ein lichtemittierendes Element, wie beispielsweise einen Halbleiterlaser, auf einem auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Basiselement, welches die Goldschichten 14a und 14b umfasst, als Plättchen zu verbinden. Beispielsweise wird in der in 7 gezeigten Struktur des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, ein Halbleiter-Laserchip 16 direkt auf die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13a, die Goldschichten 14a und 14b, die auf dem Isolierfilm 12 zum Schutz der Oberfläche gebildet sind, als Plättchen verbunden. Der Verbindungs-Anschlussflächenbereich ist in 7 nicht gezeigt. Direktes Verbinden als Plättchen des Halbleiter-Laserchips auf dem Halbleitersubstrat lässt eine Verringerung der Größe der Komponente, wie beispielsweise einer optischen Aufnahmevorrichtung zu.
  • 8 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Struktur des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in der Figur gezeigt ist, werden in dem in 8 gezeigten Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, eine Metallschicht, die aus Goldschichten 14c und 14d besteht und eine Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13b des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, als Verbindungselement für den signalverarbeitenden Schaltungsbereich 23 verwendet.
  • Insbesondere hat in dem Beispiel des Standes der Technik, das in 15 gezeigt ist, die zweite Metall-Verbindungsschicht 11, die aus Aluminium gebildet ist, eine schlechte Beständigkeit gegenüber Korrosion. Im Gegensatz dazu ist gemäß der zweiten Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, die zweite Verbindungsschicht durch ein korrosionshemmendes Metall, wie beispielsweise Gold gebildet, und daher ist die Korrosionsbeständigkeit deutlich verbessert. Ferner kann, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, die Korrosionsbeständigkeit ohne einen Schutzfilm verbessert werden. Daher kann das Element durch eine kleinere Anzahl von Schritten und bei reduzierten Kosten im Vergleich zu den Beispielen des Standes der Technik hergestellt werden.
  • 9 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Struktur eines Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform wird ein SiO2-Film 7 des Photodiodenbereichs 22, der das Photodetektorelement ist, geöffnet, und ein Antireflexionsfilm 17 aus Si3N4 mit einem vorgeschriebenen Brechungsindex wird gebildet. Dadurch wird eine verbesserte optische Empfindlichkeit realisiert. Ferner ist der Film 12 zum Schutz der Oberfläche an dem signalverarbeitenden Schaltungsbereich 22 aus Si3N4 gebildet, und der Verbindungsflächen-Anschlussbereich 21 ist mit Gold bedeckt. Daher kann ein Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, mit einer verbesserten Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit verwirklicht werden.
  • Das Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, das in 9 gezeigt ist, ermöglicht eine genaue Steuerung der Filmdicke des Anti reflexionsfilms 17, ohne die notwendige Anzahl von Herstellungsschritten zu erhöhen, da es durch die in den 10 bis 12 gezeigten Schritte hergestellt wird. Diese Schritte werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
  • Die Schritte zum Bilden der epitaktischen Schicht 5 vom N-Typ, die vergrabene Diffusionsschicht 2 vom N-Typ, die vergrabene isolierende Diffusionsschicht 3, die isolierende Diffusionsschicht 4 vom P-Typ, die Diffusionsschicht 6 vom P-Typ und die Diffusionsschicht 8 vom N-Typ im P-Typ-Substrat 1 sind dieselben, wie diejenigen, die unter Bezugnahme auf die Beispiele des Standes der Technik beschrieben worden sind. Daher wird ihre Beschreibung nicht wiederholt. Danach wird der SiO2-Film an dem Photodiodenbereich 22, wie in 10 gezeigt, geöffnet, der Antireflexionsfilm 17 aus Si3N4 wird durch ein CVD-Verfahren gebildet, ein Kontaktloch wird in dem SiO-Film geöffnet, und eine Metallschicht 9 aus Aluminium wird abgeschieden.
  • Danach werden, wie in 11 gezeigt, Metall-Verbindungsmuster durch Photolithographie gebildet und gleichzeitig wird das Muster der Metallverbindungsschicht auch auf der Photodiode gelassen.
  • Danach wird, wie in 12 gezeigt, der Si3N4-Fim 12 zum Schutz der Oberfläche gebildet, und der Verbindungs-Anschlussflächenbereich und der Photodiodenbereich werden geöffnet. Danach werden die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13 und die Gold-Dünnfilmschicht 14a durch Sputtern gebildet, und danach wird die dicke Goldschicht 14b durch Abscheidung aus der Gasphase oder elektrolytisches Plattieren gebildet.
  • Danach werden die Goldschichten 14a und 14b ebenso wie die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13 durch gemeinsame photolithographische Verfahren strukturiert, womit die Goldbeschichtungsschicht an dem Verbindungs-Anschlussflächenbereich und die zweite Verbindungsschicht der signalverarbeitenden Schaltung gebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Titan-Wolfram-Legierungsschicht 13 und die Goldschichten 14a und 14b auf der Photodiode gleichzeitig entfernt. Dann wird die Aluminiumschicht 9 auf der Photodiode durch ein Ätzmittel mit einer höheren Ätzrate für die Aluminiumschicht im Vergleich zu Si3N4 geätzt. Somit ergibt sich die in 9 gezeigte Struktur. Zum Zeitpunkt des Ätzens der Aluminiumschicht können die Goldschichten 14a und 14b ebenso wie die Titan-Wolfram-Schicht 13 als Maske verwendet werden.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Schritte kann ein Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, mit einer verbesserten Feuchtigkeitsbeständigkeit, in der der Antireflexionsfilm auf der Photodiode gebildet ist, verwirklicht werden. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es nicht notwendig, den Photolithographie-Schritt neu hinzuzufügen, um die Aluminiumschichten 9, die für den Schutz des Antireflexionsfilms auf der Photodiode vorgesehen sind, zu entfernen, und daher kann ein Photodetektorelement, das ein Schaltungselement enthält, mit einer verbesserten Feuchtigkeitsbeständigkeit und einer hohen optischen Empfindlichkeit ohne Erhöhung der Herstellungskosten verwirklicht werden.
  • Im Vergleich mit dem vierten Beispiel des Standes der Technik, das in 16 gezeigt ist, können die Schritte zur Bildung des Si3N4-Films 12 als Film zum Schutz der Oberfläche und zur Photolithographie weggelassen werden, und daher kann das Element durch eine niedrigere Anzahl an Schritten mit niedrigeren Kosten hergestellt werden. Ferner kann eine Veränderung der Dicke des Antireflexionsfilms unterdrückt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben kann durch die vorliegende Erfindung die Feuchtigkeitsbeständigkeit des Photodetektorelements, das ein Schaltungselement enthält, verbessert werden und eine durch auf den signalverarbeitenden Schaltungsbereich einfallendes Licht verursachte Störung der Funktion kann verhindert werden, ohne die Kosten zu erhöhen. Ferner kann, wenn Si3N4 als Film zum Schutz der Oberfläche des Halbleitersubstrats verwendet wird, ein Photodetekorelement, das ein Schaltungselement enthält, mit einer verbesserten Feuchtigkeitsbeständigkeit bereitgestellt werden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und veranschaulicht worden ist, ist es selbstverständlich, dass dies nur zur Veranschaulichung und als Beispiel erfolgt ist und nicht als Beschränkung anzusehen ist, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt ist.

Claims (9)

  1. Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, wobei das Photodetektorelement einen Photodetektorbereich (22), einen signalverarbeitenden Schaltungsbereich (23) und einen Verbindungs-Anschlußflächenbereich (21) umfasst, und: ein Halbleiter-Substrat (1, 5) mit dem Verbindungs-Anschlußflächenbereich (21) darauf und einem Metall-Verbindungsbereich (9) an dem Photodetektor-Bereich (22); einen ersten Isolierfilm (12) zum Schutz der Oberfläche, der auf dem Halbleiter-Substrat gebildet ist und den Metall-Verbindungsbereich bedeckt; einen ersten korrosionshemmenden Metallbereich (13a, 14a, 14b), der den Verbindungs-Anschlußflächenbereich bedeckt; und einen zweiten korrosionshemmenden Metallbereich (13b, 14c, 14d), der den signalverarbeitenden Schaltungsbereich (23) bedeckt, umfasst.
  2. Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, nach Anspruch 1, ferner umfassend ein lichtemittierendes Element (16), das auf einem dritten korrosionshemmenden Metallbereich (13a, 14a, 14b), der auf dem Halbleiter-Substrat gebildet ist, gebildet ist.
  3. Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, nach Anspruch 1, bei dem das Halbleiter-Substrat den signalverarbeitenden Schaltungsbereich (23) enthält; das Photodetektorelement ferner einen zweiten Isolierfilm (12) zum Schutz der Oberfläche, der den signalverarbeitenden Schaltungsbereich (23) in dem Halbleiter-Substrat bedeckt, umfasst, wobei der zweite korrosionshemmende Metallbereich (13b, 14c, 14d) auf dem zweiten Isolierfilm zum Schutz der Oberfläche gebildet ist.
  4. Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, nach Anspruch 3, bei dem der zweite korrosionshemmende Metallbereich eine Verbindung der signalverarbeitenden Schaltung enthält.
  5. Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, nach Anspruch 1, bei dem das Halbleiter-Substrat den Photodetektorbereich (22) enthält, und das Photodetektorelement ferner einen Antireflexionsfilm (17) umfasst, der auf dem Photodetektorbereich (22) gebildet ist.
  6. Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, nach Anspruch 1, bei dem der erste Isolierfilm zum Schutz der Oberfläche Si3N4 enthält.
  7. Photodetektorelement, welches ein Schaltungselement enthält, nach Anspruch 1, bei dem der erste korrosionshemmende Metallbereich Gold enthält.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, nach Anspruch 1, mit den Schritten: Bilden eines Antireflexionsfilms (17) mit einem vorgeschriebenen Brechungsindex auf dem Photodetektorbereich (22), der in dem Halbleiter-Substrat gebildet ist; Bilden einer Metallschicht (9) auf dem Antireflexionsfilm; Bilden einer korrosionshemmenden Metallschicht (13, 14a, 14b) auf der Metallschicht; und Entfernen der Metallschicht und der korrosionshemmenden Metallschicht an dem Photodetektorbereich (22).
  9. Verfahren zur Herstellung eines Photodetektorelements, welches ein Schaltungselement enthält, nach Anspruch 8, ferner mit den Schritten: Bilden einer Metall-Verbindungsschicht (9) auf dem Halbleiter-Substrat, wenn die Metallschicht (9) auf dem Antireflexionsfilm gebildet wird; Bilden eines Isolierfilms (12) zumindest an einem Bereich außerhalb des Antireflexionsfilms auf dem Halbleiter-Substrat; Bilden einer Schicht (13, 14a, 14b) aus korrosionshemmendem Metall auf dem Halbleiter-Substrat; und Freilegen des Antireflexionsfilms durch Entfernen der korrosionshemmenden Metallschicht und der Metallschicht auf dem Antireflexionsfilm.
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