JP2001177083A - 半導体装置およびその検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｎ型エピタキシャル８とＰ型高比抵抗エピタ
キシャル層３０との界面に発生するＰ型異常拡散層１０
３を検出する。 【解決手段】 Ｎ型エピタキシャル８とＰ型高比抵抗エ
ピタキシャル層３０との界面での不純物濃度を確認する
ために、Ｐ型高比抵抗エピタキシャル層３０を介して電
気的に接続している一対の表面からの検査用Ｐ型分離拡
散領域７０が適当な間隔でさらに設けられ、一対の表面
からの検査用Ｐ型分離拡散領域７０間(電極１００と電
極１０２との間)の抵抗値Ｒｄを測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換信号を発
生するフォトダイオードと光電変換信号を処理する回路
を内蔵した半導体装置およびその検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置は、近年動画などの多量
のデータを高速で処理するようになってきている。例え
ば、ＤＶＤ−ＲＯＭ装置では、データの読み出し速度の
高速化(等速から４倍速へ)が急速に進められており、今
後は１２倍速、更にはそれ以上の高速化が要求されてい
る。ＤＶＤ−ＲＯＭ装置には、信号の読み出しのための
受光素子(フォトダイオード)と、その受光素子(フォト
ダイオード)によって発生した光電変換信号の処理のた
めの信号処理回路素子(ＮＰＮトランジスタ)とを同一チ
ップ上に集積した光ピックアップチップが一般に使用さ
れている。したがって、ＤＶＤ−ＲＯＭ装置の高速動作
を実現するには、光ピックアップチップに内蔵される受
光素子(フォトダイオード)の高速化が要求されている。

【０００３】従来より、光ピックアップチップに内蔵さ
れる受光素子(フォトダイオード)は、Ｎ型エピタキシャ
ル層とＰ型基板との間のＰＮ接合領域、あるいはＮ型エ
ピタキシャル層とＰ型拡散層との間のＰＮ接合領域を有
している。前者のＮ型エピタキシャル層とＰ型基板との
間のＰＮ接合領域を有するフォトダイオードでは、基板
内で発生した光キャリアが拡散によって移動するので応
答速度が遅くなる。一方、後者のＮ型エピタキシャル層
とＰ型拡散層との間のＰＮ接合領域で形成されたフォト
ダイオードでは、Ｎ型エピタキシャル層における不純物
濃度に応じて接合容量が大きくなり応答速度が遅くなる
という問題点が存在する。更に、後者のＮ型エピタキシ
ャル層とＰ型拡散層との間にＰＮ接合領域を有するフォ
トダイオードをＤＶＤ−ＲＯＭ装置に使用すると、ＤＶ
Ｄ−ＲＯＭ装置で再生光として使用される波長６５０ｎ
ｍのレーザ光の大部分が基板内に到達するために動作感
度の低下が生じるおそれがある。

【０００４】このように、従来の光ピックアップでは、
回路を内蔵していない単体のＰＩＮ型フォトダイオード
に比較して高速動作特性が劣る傾向にある。

【０００５】以上の問題点を解決するために、いくつか
の提案がされている。図７は、特開平４−２７１１７２
号公報に開示されている受光素子(フォトダイオード)の
構成を示している。

【０００６】この構成では、Ｐ型基板２２３の上にノン
ドープのＰ型第１エピタキシャル層２２４が形成されて
おり、更に、信号処理回路素子(ＮＰＮトランジスタ)２
９０の形成箇所には、Ｐ型ウェル領域２２６が形成され
ている。Ｐ型第１エピタキシャル層２２４の上には、Ｎ
型第２エピタキシャル層２２５が形成されている。フォ
トダイオード２８０におけるＮ型第２エピタキシャル層
２２５の表面近傍には、Ｎ⁺拡散領域２３０が形成され
ている。一方、信号処理回路素子２９０におけるＮ型第
２エピタキシャル層２２５には、その表面近傍にＮＰＮ
トランジスタを構成するＰ型領域(ベース)２３５、Ｎ⁺
拡散領域(エミッタ)２３６、Ｎ⁺拡散領域(コレクタ)２
３７がそれぞれ形成され、その下方にはＮ⁺拡散領域２
３４が形成されている。信号処理回路素子(ＮＰＮトラ
ンジスタ)２９０とフォトダイオード２８０とは、Ｐ型
第１分離拡散領域２２８およびＰ型第２分離拡散領域２
２９からなる表面からのＰ型分離拡散領域２２７によ
り、電気的に分離されている。

【０００７】これらの構成の上面には、酸化物層２３１
が形成されている。そして、フォトダイオード２８０に
は、酸化物層２３１に設けられたコンタクトホールを介
して電極配線層(カソード)２３２および電極配線層(ア
ノード)２３３が接続されており、一方、信号処理回路
素子(ＮＰＮトランジスタ)２９０には、同様にコンタク
トホールを介して電極配線層(Ａｌ電極)２３８が接続さ
れている。

【０００８】この構成では、比抵抗が約４０Ωｃｍ〜約
６０ΩｃｍであるＰ型基板２２３を使用して、Ｐ型基板
２２３からその上のＰ型第１エピタキシャル層２２４へ
のオートドーピングを抑制している。また、Ｐ型第１エ
ピタキシャル層２２４としてノンドープの半導体結晶層
を使用することで、フォトダイオード２８０に形成され
る空乏層を、基板側に大きく広げることが可能になって
いる。更に、信号処理回路素子(ＮＰＮトランジスタ)２
９０は、Ｐ型ウェル領域２２６と表面からの分離拡散領
域２２７(２２８および２２９を含む)とのＰ型領域によ
って取り囲まれた構造をしているため、寄生素子からの
影響が低減されている。

【０００９】このように、フォトダイオード２８０を高
速動作させるには、Ｐ型基板２２３内で発生した光キャ
リアが拡散によって移動するのを防止するために空乏層
を大きく広げる必要があり、必然的に不純物濃度が低い
高比抵抗層をフォトダイオード２８０に使用しなければ
ならない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】フォトダイオードの応
答速度は、ＰＮ接合領域に形成される接合容量、および
フォトダイオードを構成する各部分の抵抗成分によって
決定される直列抵抗に依存する。接合容量は、基板の不
純物濃度が低い高比抵抗基板や高比抵抗エピタキシャル
層を使用する事により、空乏層を大きくでき接合容量を
小さくすることができる。前述した図７に示す従来の構
造では、Ｐ型基板２２３の上に形成されるＰ型第１エピ
タキシャル層２２４の不純物濃度を低く抑える、或いは
ノンドープにしてその領域の抵抗を高くする事により、
空乏層を大きくして接合容量が小さくされている。

【００１１】しかし、図７の構造を得るには製造工程上
に問題がある。その問題とは、Ｐ型第１エピタキシャル
層２２４上にＮ型第２エピタキシャル層２２５を成長さ
せる際にＰ型ウェル領域２２６およびＰ型第１分離拡散
領域２２８の表面からの不純物の外方拡散(アウトディ
フュージョン)が起ることである。外方拡散(アウトディ
フュージョン)が起ると、フォトダイオード２８０のＰ
Ｎ接合領域であるＰ型第１エピタキシャル層２２４とＮ
型第２エピタキシャル層２２５との界面に外方拡散(ア
ウトディフュージョン)した不純物が再付着し、Ｐ型の
異常拡散層が発生する。この時、Ｐ型第１エピタキシャ
ル層２２４は、フォトダイオード２８０を高速動作させ
るように不純物濃度を低くしているために、構造敏感の
状態であり外方拡散がわずかに起っても、フォトダイオ
ード２８０のＰＮ接合領域の空乏層の幅が狭くなり接合
容量が増大する。

【００１２】すなわち、フォトダイオード２８０のＰＮ
接合領域であるＰ型第１エピタキシャル層２２４とＮ型
第２エピタキシャル層２２５との界面に不純物が再付着
しＰ型の異常拡散層が発生すると、ＰＮ接合領域の空乏
層の幅が狭くなり接合容量が大きくなることで、フォト
ダイオード２８０の応答速度低下がおこる。

【００１３】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、その目的は、Ｐ型第１エピタキシャル層とＮ型
第２エピタキシャル層との界面に発生するＰ型の異常拡
散層を検出し、Ｐ型の異常拡散層が生じている光ピック
アップチップを除去した、高速動作のフォトダイオード
を内蔵した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】第１導電型半導体層上に
第２導電型半導体層が形成されるとともに、該第２導電
型半導体層が複数の第１導電型分離拡散層により複数に
分割されており、該第１導電型分離拡散層により囲まれ
た領域が受光素子部になるとともに、該受光素子部に隣
接し該第１導電型分離拡散層で囲まれた領域が信号処理
回路素子部になった半導体装置において、該第１導電型
半導体層と該第２導電型半導体層との界面での不純物濃
度を確認するために、該第１導電型半導体層を介して電
気的に接続している一対の検査用該第１導電型分離拡散
層が適当な間隔でさらに設けられていることを特徴とす
る。

【００１５】前記検査用第１導電型分離拡散層の一方の
下部に第１導電型埋め込み分離拡散層が形成されてい
る。

【００１６】前記第１導電型半導体層は、第１導電型高
比抵抗エピタキシャル層よりも比抵抗が低い第１導電型
半導体基板と、該第１導電型半導体基板の上に積層され
た該第１導電型高比抵抗エピタキシャル層とで構成され
ている。

【００１７】前記第１導電型高比抵抗エピタキシャル層
と前記第１導電型半導体基板との間に、前記第１導電型
半導体基板よりも比抵抗が低い第１導電型埋め込み拡散
層を有している。

【００１８】前記第１導電型半導体層は、第１導電型高
比抵抗半導体基板である。

【００１９】請求項１に記載の半導体装置において、前
記第２導電型半導体層に定電圧を印加するとともに、前
記一対の検査用第１導電型分離拡散層のそれぞれに電位
差をつけて電圧を印加して、前記一対の検査用第１導電
型分離拡散層間の抵抗値を測定することによって前記第
１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との界面で
の不純物濃度を確認することを特徴とする。

【００２０】前記第２導電型半導体層に印加される電圧
の値が異なっている。

【００２１】前記検査用第１導電型半導体層の一方と前
記第２導電型半導体層との電圧差が、前記第２導電型半
導体層とその検査用第１導電型分離拡散層とで形成され
る順方向のＰＮ接合間に流れる電流値と、前記一対の検
査用第１導電型分離拡散層間を流れる電流値との比を１
／１０以下になるように設定されている。

【００２２】前記一対の検査用第１導電型分離拡散層間
の抵抗値が、前記不純物濃度が正常である場合における
前記抵抗値のバラツキの下限値よりも低い場合に前記不
純物濃度を異常と判定する。

【００２３】前記一対の検査用第１導電型分離拡散層間
の抵抗値が、受光素子部の動作特性に影響しないレベル
よりも低いと前記不純物濃度を異常と判定する。

【００２４】前記一方の検査用第１導電型分離拡散層の
一方と前記第２導電型半導体層とが、回路で使用する端
子にそれぞれ接続されている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。図６ａは、Ｐ型異常拡散層の
検出原理を説明するための半導体装置の断面図である。
この構成では、Ｐ型半導体基板１の上にＰ型高比抵抗エ
ピタキシャル層３０が形成されている。Ｐ型高比抵抗エ
ピタキシャル層３０は、Ｐ型半導体基板１からの不純物
のオートドーピングによりＰ型半導体基板１との界面か
ら遠ざかるほど、厚さ方向に不純物濃度が減少するオー
トドープ層２と、オートドープ層２の上方にあり厚さ方
向に均一な不純物濃度分布である均一濃度層３とを有し
ている。さらに、Ｐ型高比抵抗エピタキシャル層３０の
上には、Ｎ型エピタキシャル層８が形成されている。Ｎ
型エピタキシャル層８内には、Ｎ型エピタキシャル層８
の表面から所定の深さの一対の検査用Ｐ型分離拡散領域
７０が、それぞれＰ型第１分離拡散領域７とＰ型第２分
離拡散領域９とによって形成されており、この表面から
の一対の検査用Ｐ型分離拡散領域７０によりＮ型エピタ
キシャル層８が複数の領域に分離されている。また、Ｐ
型第１分離拡散領域７の下部には、Ｐ型埋め込み分離拡
散層４が形成されている。

【００２６】図６ａに示す半導体装置では、Ｐ型高比抵
抗エピタキシャル層３０とＮ型エピタキシャル層８との
界面にＰ型異常拡散層１０３が発生していない場合を示
しているが、Ｐ型高比抵抗エピタキシャル層３０とＮ型
エピタキシャル層８との界面にＰ型異常拡散層１０３が
発生している場合の空乏層５の広がり方を図６ｂに示
す。図６ｂに示すように、Ｐ型高比抵抗エピタキシャル
層３０とＮ型エピタキシャル層８との界面にＰ型異常拡
散層１０３が発生すると、Ｐ型高比抵抗エピタキシャル
層３０の上層部分(均一濃度層３)の比抵抗が低くなり、
Ｎ型エピタキシャル層８と均一濃度層３との界面で形成
されるＰＮ接合領域において、Ｐ型異常拡散層１０３が
発生していない場合と比較して空乏層５の幅が狭くなり
接合容量が大きくなる。

【００２７】空乏層５の広がり方は、Ｐ型異常拡散層１
０３の不純物濃度に依存する。すなわちＰ型異常拡散層
１０３の不純物濃度が増加すると、空乏層５の幅は狭く
なって接合容量が大きくなり、反対にＰ型異常拡散層１
０３の不純物濃度が低下すると、空乏層５の幅は広くな
って接合容量が小さくなる。前述したように、Ｐ型異常
拡散層１０３が発生して空乏層５の幅が狭くなると、Ｐ
型第１分離拡散領域７下部の厚み方向への空乏層５の広
がりが減少するため、Ｐ型第１分離拡散領域７下部の厚
み方向のＰ型半導体層における電流パスが広くなり、均
一濃度層３の抵抗Ｒ１が小さくなる。抵抗Ｒ２はオート
ドープ層２の抵抗成分で、抵抗Ｒ３はＰ型半導体基板１
の抵抗成分で、抵抗Ｒ４はＰ型埋め込み分離拡散層４の
抵抗成分とオートドープ層２がＰ型埋め込み分離拡散層
４に接触する領域の抵抗成分との合成抵抗あり、Ｐ型異
常拡散層１０３の発生の有無に関らずそれぞれの抵抗値
は一定である。これより、表面からの一対の検査用Ｐ型
分離拡散領域７０の間(電極１００と電極１０２との間)
の抵抗をＲｄとすると、抵抗Ｒｄは抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ
２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４の合成抵抗で表わされる。すな
わち、抵抗Ｒｄは、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４が常
に一定であることから、Ｐ型異常拡散層１０３の発生の
有無により抵抗値が変化する抵抗Ｒ１に比例し、抵抗Ｒ
ｄを測定することによってＰ型異常拡散層１０３の発生
の有無が確認できる。

【００２８】したがって、Ｐ型異常拡散層１０３の不純
物濃度変化により、表面からの一対の検査用Ｐ型分離拡
散領域７０の間(電極１００と電極１０２との間)の抵抗
Ｒｄが変化するため、この抵抗Ｒｄを測定することによ
ってＰ型異常拡散層１０３が発生したチップを検出で
き、その異常チップを除去することができる。

【００２９】図１は、本発明の実施形態である半導体装
置の構成を示す断面図である。図１に示す半導体装置
は、フォトダイオード８０と、信号処理回路素子(ＮＰ
Ｎトランジスタ)９０と、Ｐ型異常拡散層検出部１１０
とを有している。この半導体装置は、Ｐ型半導体基板１
の表面にＰ型高比抵抗エピタキシャル層３０が形成され
ている。Ｐ型高比抵抗エピタキシャル層３０は、Ｐ型半
導体基板１からの不純物のオートドーピングによりＰ型
半導体基板１との界面から遠ざかるほど、厚さ方向に不
純物濃度が減少するオートドープ層２と、オートドープ
層２の上方にあり厚さ方向に均一な不純物濃度分布であ
る均一濃度層３とを有している。さらに、Ｐ型高比抵抗
エピタキシャル層３０の上には、Ｎ型エピタキシャル層
８が形成されている。Ｎ型エピタキシャル層８内には、
Ｎ型エピタキシャル層８の表面から所定の深さのＰ型分
離拡散領域７０がＰ型第１分離拡散領域７とＰ型第２分
離拡散領域９とで形成されており、この表面からのＰ型
分離拡散領域７０によりＮ型エピタキシャル層８が複数
の領域に分離されている。

【００３０】表面からのＰ型分離拡散領域７０により複
数の領域に分離されているＮ型エピタキシャル層８の任
意の領域には、Ｎ型エピタキシャル層８とその下のＰ型
高比抵抗エピタキシャル層３０とで形成されるＰＮ接合
領域が、フォトダイオード８０の電荷発生領域になって
いる。フォトダイオード８０を構成しているＮ型エピタ
キシャル層８の表面近傍には、カソード抵抗を下げるた
めのＮ⁺型拡散層２２が形成されている。一方、フォト
ダイオード８０に隣接する領域には、信号処理回路素子
(ＮＰＮトランジスタ)９０が設けられている。信号処理
回路素子(ＮＰＮトランジスタ)９０は、コレクタ抵抗を
下げるＮ型埋め込み領域６と、Ｎ型補償拡散層１０と、
ベース拡散領域１１と、およびエミッタ拡散領域１２と
を有している。

【００３１】さらに、信号処理回路素子(ＮＰＮトラン
ジスタ)９０に隣接し、フォトダイオード８０の反対側
の領域には、Ｐ型異常拡散層検出部１１０が設けられて
いる。

【００３２】Ｐ型異常拡散層検出部１１０は、信号処理
回路素子(ＮＰＮトランジスタ)９０に設けられた表面か
らのＰ型分離拡散領域７０に、隣接して設けられた表面
からの検査用Ｐ型分離拡散領域７０と、この表面からの
検査用Ｐ型分離拡散領域７０から適当な間隔をあけて、
表面部分に設けられた表面からの検査用Ｐ型分離拡散領
域７０とを有している。信号処理回路素子(ＮＰＮトラ
ンジスタ)９０に隣接して設けられた表面からの検査用
Ｐ型分離拡散領域７０におけるＰ型第１分離拡散領域７
の下部は、信号処理回路素子(ＮＰＮトランジスタ)９０
を構成しているＰ型埋め込み分離拡散層４内に位置して
いる。

【００３３】フォトダイオード８０、信号処理回路素子
９０、およびＰ型異常拡散層検出部１１０は、前述のＰ
型第１分離拡散領域７およびＰ型第２分離拡散領域９で
形成される表面からのＰ型分離拡散領域７０により電気
的に分離されている。

【００３４】フォトダイオード８０、信号処理回路素子
９０、およびＰ型異常拡散層検出部１１０の上面には、
酸化シリコン膜などからなる絶縁膜層１４が形成されて
いる。

【００３５】フォトダイオード８０のＮ型拡散層２２の
上側には、コンタクトホールを介してカソード電極１５
が形成されている。アノード電極１６はＰ型第１分離拡
散領域７およびＰ型第２分離拡散領域９で形成される表
面からのＰ型分離拡散領域７０の上部に接続されてい
る。信号処理回路素子(ＮＰＮトランジスタ)９０には、
前述と同様にコンタクトホールを介してエミッタ拡散領
域１２の上部にエミッタ電極１７ａ、ベース拡散領域１
１の上部にベース電極１７ｂ、Ｎ型補償拡散層１０の上
部にコレクタ電極１７ｃが電気的に接続されている。さ
らに、Ｐ型異常拡散層検出部１１０は、表面からの一対
の検査用Ｐ型分離拡散領域７０の上部にそれぞれ電極１
００および電極１０２と、電極１０２の左右にそれぞれ
設けられた電極１０１ａおよび電極１０１ｂとを有して
いる。そして、電極１００、電極１０１ａ、電極１０１
ｂに印加電圧０(Ｖ)、電極１０２には印加電圧０．３
(Ｖ)とし、電極１００と電極１０２との間の抵抗値Ｒｄ
を測定することで、抵抗値Ｒｄの大小により抵抗値Ｒｄ
に対応する不純物濃度が判り、Ｐ型異常拡散層１０３の
有無が確認できる。

【００３６】図２は、Ｐ型異常拡散層検出部１１０にお
いて電極１００と電極１０２との間の抵抗Ｒｄを測定し
て、Ｎ型エピタキシャル層８とその下のＰ型高比抵抗エ
ピタキシャル層３０との界面に発生するＰ型異常拡散層
１０３の不純物濃度変化を調べた結果を示すグラフであ
る。このグラフは、横軸にＰ型異常拡散層１０３のピー
ク不純物濃度、縦軸にＰ型異常拡散層検出部１１０にて
測定する表面からの一対の検査用Ｐ型分離拡散領域７０
間(電極１００と電極１０２との間)の抵抗値Ｒｄを取
り、ピーク不純物濃度に対する抵抗値の関係をプロット
したものである。抵抗値Ｒｄの測定条件は、Ｎ型エピタ
キシャル層８上部の電極１０１ａ、電極１０１ｂ、およ
び表面からの検査用Ｐ型分離拡散層７０上部の電極１０
０には印加電圧を０(Ｖ)とし、表面からの検査用Ｐ型分
離拡散層７０の一方の上部の電極１０２は印加電圧を
０．３(Ｖ)とした。このグラフより、Ｐ型異常拡散層１
０３のピーク不純物濃度が増加するとともに、表面から
の一対の検査用Ｐ型分離拡散領域７０間(電極１００と
電極１０２との間)の抵抗値Ｒｄは低下していくことが
判る。この理由は、図６ｂに示すようにＰ型異常拡散層
１０３により空乏層５の幅が狭くなり、Ｐ型第１分離拡
散領域７の下部への空乏層５の広がりが減少するため、
Ｐ型第１分離拡散領域７下部の厚み方向のＰ型半導体層
における電流パスが広くなり、均一濃度層３の抵抗Ｒ１
が減少しこれにともない電極１００と電極１０２との間
の抵抗Ｒｄも減少するためである。

【００３７】図２のグラフは、さらにＰ型高比抵抗エピ
タキシャル層３０の厚みが薄くなる場合にも、表面から
の一対の検査用Ｐ型分離拡散領域７０間、すなわち電極
１００と電極１０２との間の抵抗値Ｒｄが低下していく
ことを示している。この理由は、Ｐ型高比抵抗エピタキ
シャル層３０の厚みが薄くなると、Ｐ型第１分離拡散領
域７下部の近傍までＰ型半導体基板１からの不純物拡散
領域が接近または接触するため、Ｐ型第１分離拡散領域
７下部の空乏層５の幅が狭くなることで、電流パスが広
がり均一濃度層３の抵抗Ｒ１が減少し、これにともない
抵抗Ｒｄも減少するためである。Ｐ型高比抵抗エピタキ
シャル層３０の厚みをパラメータＴｅｐｉとし、Ｐ型高
比抵抗エピタキシャル層３０の厚みバラツキ範囲が２０
±２μｍとすると、図２に示すように、Ｔｅｐｉ＝１８
μｍとＴｅｐｉ＝２２μｍとで挟まれた範囲で、表面か
らの一対の検査用Ｐ型分離拡散領域７０間(電極１００
と電極１０２との間)の抵抗値Ｒｄは、Ｐ型異常拡散層
１０３のピーク不純物濃度に対して依存していることが
明らかである。

【００３８】図２の左側には、Ｐ型異常拡散層１０３が
ない場合の表面からの一対の検査用Ｐ型分離拡散領域７
０間(電極１００と電極１０２との間)の抵抗値(Ｒｄ)を
Ｐ型高比抵抗エピタキシャル層３０の厚みをパラメータ
Ｔｅｐｉとしてプロットしている。

【００３９】Ｐ型異常拡散層１０３がない場合の正常な
状態における抵抗値Ｒｄのバラツキの下限は、Ｔｅｐｉ
＝１８μｍのときで、その抵抗値Ｒｄは４６ＫΩであ
る。したがって、管理基準をＴｅｐｉ＝１８μｍの時Ｒ
ｄ＝４６ＫΩ以上とすると、Ｐ型異常拡散層１０３の不
純物濃度が４×１０¹³atom／cm³以上発生した異常チッ
プは、すべて検出され除去することができる。

【００４０】前述のように、管理基準は、Ｐ型異常拡散
層１０３が無い正常チップの抵抗値Ｒｄ＝４６ＫΩ以上
としたが、フォトダイオードの動作に影響がなければＰ
型異常拡散層１０３の不純物濃度が１×１０¹⁴atom／cm
³で抵抗値Ｒｄの管理基準を２５ＫΩ以上としてもよ
い。

【００４１】図２における抵抗値Ｒｄの測定条件は、前
述したようにＮ型エピタキシャル層８上部の電極１０１
ａ、電極１０１ｂ、および表面からの検査用Ｐ型分離拡
散層７０上部の電極１００には印加電圧を０(Ｖ)とし、
表面からの検査用Ｐ型分離拡散層７０の一方の上部の電
極１０２は印加電圧を０．３(Ｖ)とした。構造的にＮ型
エピタキシャル層８上部の電極１０１ａ、電極１０１ｂ
に対し表面からの検査用Ｐ型分離拡散層７０の一方の上
部の電極１０２の電位を高くすると、表面からの一対の
検査用Ｐ型分離拡散領域７０間の電極１００と電極１０
２との間に流れる電流に加えて、Ｎ型エピタキシャル層
８と表面からの検査用Ｐ型分離拡散層７０の一方とで形
成されるＰＮ接合の順方向電流が加わって流れるため、
Ｐ型異常拡散層１０３の検出が難しくなる。このことよ
り、表面からの検査用Ｐ型分離拡散層７０の一方の上部
の電極１０２の電位は、表面からの一対の検査用Ｐ型分
離拡散領域７０間の電極１００と電極１０２との間に流
れる電流に対して、Ｎ型エピタキシャル層８と表面から
の検査用Ｐ型分離拡散層７０の一方とで形成されるＰＮ
接合の順方向電流が１／１０以下となるように設定しな
ければならない。

【００４２】Ｎ型エピタキシャル層８上部の電極１０１
ａ、電極１０１ｂ、および電極１００に対する印加電圧
を０(Ｖ)とし、表面からの検査用Ｐ型分離拡散層７０の
一方の上部の電極１０２の印加電圧を０．３(Ｖ)とした
場合に、表面からの一対の検査用Ｐ型分離拡散領域７０
間の電極１００と電極１０２との間に流れる電流値は約
６．５μＡであり、Ｎ型エピタキシャル層８と表面から
の検査用Ｐ型分離拡散層７０の一方とで形成されるＰＮ
接合の順方向電流は数ｎＡであるため、電流比は１／１
００(１．０％)以下となり測定結果に与える影響はほと
んど無いと考えられる。

【００４３】本実施の形態では、Ｐ型異常拡散層１０３
を検出する方法として、Ｎ型エピタキシャル層８を定電
位とし、表面からの一対の検査用Ｐ型分離拡散領域７０
間の電極１００と電極１０２との間の抵抗値Ｒｄを測定
する方法を示したが、さらにＮ型エピタキシャル層８の
印加電圧を２水準以上の条件で表面からの一対の検査用
Ｐ型分離拡散領域７０間の電極１００と電極１０２との
間の抵抗値Ｒｄを測定し、その抵抗値の比をとることで
Ｐ型異常拡散層１０３の有無を識別することも可能であ
る。

【００４４】図３は、本発明の実施形態である半導体装
置の断面図を示す。図３に示す半導体装置は、Ｐ型半導
体基板１とＰ型高比抵抗エピタキシャル層３０の間にＰ
型埋め込み拡散層１０４を形成している。その他の構成
は、図１に示す半導体装置と同様である。Ｐ型埋め込み
拡散層１０４を形成することは、フォトダイオード８０
の厚み方向の深い部分であるＰ型半導体基板１中で発生
した光キャリアが、Ｐ型埋め込み拡散層１０４の不純物
プロファイルによるポテンシャルバリア効果によって光
電流に寄与しなくなるため、フォトダイオード８０の更
なる高速化が可能となる。

【００４５】図３に示すように高速フォトダイオード８
０を内蔵した構造でも、図２に示したＰ型高比抵抗エピ
タキシャル層３０とＮ型エピタキシャル層８との界面に
発生するＰ型異常拡散層１０３の検出は、同様に行うこ
とが可能である。

【００４６】図４は、本発明のさらに他の実施形態であ
る半導体装置の断面図を示す。図４の半導体装置は、図
１に示しているＰ型半導体基板１とＰ型高比抵抗エピタ
キシャル層３０との２層を、Ｐ型高比抵抗基板１０５に
置き換えた構成である。その他の構成は、図１に示す半
導体装置と同様である。この半導体装置は、Ｐ型高比抵
抗基板１０５を使用しておりフォトダイオード８０の接
合容量を低減できるとともに、図１に示すＰ型半導体基
板１とＰ型高比抵抗エピタキシャル層３０との２層構造
を１層にできるためウエハコストも低減できるメリット
を有する。図４に示す半導体装置は、Ｐ型高比抵抗基板
１０５とＮ型エピタキシャル層８との界面に発生するＰ
型異常拡散層１０３の検出についても、図１の半導体装
置と同等に行うことができる。

【００４７】さらに、図５に示す本発明の実施形態は、
図３に示す半導体装置において、Ｐ型異常拡散層検出部
１１０の表面からの検査用Ｐ型分離拡散領域７０の上部
に形成された電極１００とＮ型エピタキシャル層８の上
部形成された電極１０１ａおよび電極１０１ｂとが、回
路で使用している端子と共通配線されており、具体的に
は、電極１００が回路のアース(ＧＮＤ)端子と、電極１
０１ａおよび電極１０１ｂが回路の電源(Ｖｃｃ)端子と
共通配線になっている。ただし、その共通配線が回路動
作に支障がなければ前述の端子以外と接続してもよい。
その他の構成は、図１に示す半導体装置と同様である。
この実施形態は、Ｐ型異常拡散層検出部１１０の３つの
電極を、回路で使用している端子と共通配線しているた
めチップ面積を小さくすることが可能となる。

【００４８】

【発明の効果】以上より、本発明の半導体装置は、Ｐ型
高比抵抗エピタキシャル層を介して電気的に接続してい
る表面からの一対の検査用Ｐ型分離拡散領域を形成し
て、表面からの一対の検査用Ｐ型分離拡散領域の間の抵
抗値を測定することにより、Ｎ型エピタキシャル層とＰ
型高比抵抗エピタキシャル層との界面に発生するＰ型異
常拡散層の有無を検出できる。この結果、Ｐ型異常拡散
層が生じている半導体装置を除去でき、半導体装置の歩
留りが著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の半導体装置の構成を示す
断面図である。

【図２】図１に示す半導体装置のＮ型エピタキシャル層
とＰ型高比抵抗エピタキシャル層との界面に発生するＰ
型異常拡散層の不純物濃度変化を調べたグラフである。

【図３】本発明の実施形態２の半導体装置の構成を示す
断面図である。

【図４】本発明の実施形態３の半導体装置の構成を示す
断面図である。

【図５】本発明の実施形態４の半導体装置の構成を示す
断面図である。

【図６】(ａ)は、本発明のＰ型異常拡散層の検出原理を
説明するための半導体装置の断面図、(ｂ)は、その動作
説明のための断面図である。

【図７】従来の半導体装置の構成を示す断面図です。

【符号の説明】

１ Ｐ型半導体基板 ２ オートドープ層 ３ 均一濃度層 ４ Ｐ型埋め込み分離拡散層 ５ 空乏層 ６ Ｎ型埋め込み領域 ７ Ｐ型第１分離拡散領域 ８ Ｎ型エピタキシャル層 ９ Ｐ型第２分離拡散領域 １０ Ｎ型補償拡散層 １１ ベース拡散領域 １２ エミッタ拡散 １４ 絶縁膜層 １５ カソード電極 １６ アノード電極 １７ａ エミッタ電極 １７ｂ ベース電極 １７ｃ コレクタ電極 ２２ Ｎ型拡散層 ３０ Ｐ型高比抵抗エピタキシャル層 ７０ 表面からのＰ型分離拡散領域 ８０ フォトダイオード ９０ 信号処理回路素子(ＮＰＮトランジスタ) １００ 電極 １０１ａ 電極 １０１ｂ 電極 １０２ 電極 １０３ Ｐ型異常拡散層 １０４ Ｐ型埋め込み拡散層 １０５ Ｐ型高比抵抗基板 １１０ Ｐ型異常拡散層検出部 ２２３ Ｐ型基板 ２２４ Ｐ型第１エピタキシャル層 ２２５ Ｎ型第２エピタキシャル層 ２２７ 表面からのＰ型分離拡散領域 ２２８ Ｐ型第１分離拡散領域 ２２９ Ｐ型第２分離拡散領域 ２３０ Ｎ⁺拡散領域 ２３１ 酸化物層 ２３２ 電極配線層(カソード) ２３３ 電極配線層(アノード) ２３４ Ｎ⁺拡散領域 ２３５ Ｐ型領域(ベース) ２３６ Ｎ⁺拡散領域(エミッタ) ２３７ Ｎ⁺拡散領域(コレクタ) ２３８ 電極配線層(Ａｌ電極) ２８０ フォトダイオード ２９０ 信号処理回路素子(ＮＰＮトランジスタ)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M106 AA02 AB09 BA14 CA02 CA10 CB01 4M118 AA09 AA10 AB05 BA02 BA30 CA03 CA18 EA01 FC09 GA10 5F038 DF20 DT12 DT15 EZ14 EZ20 5F049 MA02 NA03 NA15 NA18 NB08 QA15 RA06 RA10 WA03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型半導体層上に第２導電型半導
   体層が形成されるとともに、該第２導電型半導体層が複
   数の第１導電型分離拡散層により複数に分割されてお
   り、該第１導電型分離拡散層により囲まれた領域が受光
   素子部になるとともに、該受光素子部に隣接し該第１導
   電型分離拡散層で囲まれた領域が信号処理回路素子部に
   なった半導体装置において、 該第１導電型半導体層と該第２導電型半導体層との界面
   での不純物濃度を確認するために、該第１導電型半導体
   層を介して電気的に接続している一対の検査用該第１導
   電型分離拡散層が適当な間隔でさらに設けられているこ
   とを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記検査用第１導電型分離拡散層の一方
   の下部に第１導電型埋め込み分離拡散層が形成されてい
   る請求項１に記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記第１導電型半導体層は、第１導電型
   高比抵抗エピタキシャル層よりも比抵抗が低い第１導電
   型半導体基板と、該第１導電型半導体基板の上に積層さ
   れた該第１導電型高比抵抗エピタキシャル層とで構成さ
   れている請求項１に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記第１導電型高比抵抗エピタキシャル
   層と前記第１導電型半導体基板との間に、前記第１導電
   型半導体基板よりも比抵抗が低い第１導電型埋め込み拡
   散層を有している請求項１に記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 前記第１導電型半導体層は、第１導電型
   高比抵抗半導体基板である請求項１に記載の半導体装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第２導電型半導体層に定電圧を印加するとともに、
   前記一対の検査用第１導電型分離拡散層のそれぞれに電
   位差をつけて電圧を印加して、前記一対の検査用第１導
   電型分離拡散層間の抵抗値を測定することによって前記
   第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との界面
   での不純物濃度を確認することを特徴とする半導体装置
   の検査方法。
7. 【請求項７】 前記第２導電型半導体層に印加される電
   圧の値が異なっている請求項６に記載の半導体装置の検
   査方法。
8. 【請求項８】 前記検査用第１導電型半導体層の一方と
   前記第２導電型半導体層との電圧差が、前記第２導電型
   半導体層とその検査用第１導電型分離拡散層とで形成さ
   れる順方向のＰＮ接合間に流れる電流値と、前記一対の
   検査用第１導電型分離拡散層間を流れる電流値との比を
   １／１０以下になるように設定されている請求項６に記
   載の半導体装置の検査方法。
9. 【請求項９】 前記一対の検査用第１導電型分離拡散層
   間の抵抗値が、前記不純物濃度が正常である場合におけ
   る前記抵抗値のバラツキの下限値よりも低い場合に前記
   不純物濃度を異常と判定する請求項６に記載の半導体装
   置の検査方法。
10. 【請求項１０】 前記一対の検査用第１導電型分離拡散
    層間の抵抗値が、受光素子部の動作特性に影響しないレ
    ベルよりも低いと前記不純物濃度を異常と判定する請求
    項６に記載の半導体装置の検査方法。
11. 【請求項１１】 前記一方の検査用第１導電型分離拡散
    層の一方と前記第２導電型半導体層とが、回路で使用す
    る端子にそれぞれ接続されている請求項６に記載の半導
    体装置の検査方法。