JP2001237451A - 抵抗素子及び光電変換素子 - Google Patents

抵抗素子及び光電変換素子

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JP2001237451A
JP2001237451A JP2000048397A JP2000048397A JP2001237451A JP 2001237451 A JP2001237451 A JP 2001237451A JP 2000048397 A JP2000048397 A JP 2000048397A JP 2000048397 A JP2000048397 A JP 2000048397A JP 2001237451 A JP2001237451 A JP 2001237451A
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resistance
photoelectric conversion
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substrate
conversion element
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Takuro Nakamura
卓郎 中邑
Atsushi Sakai
淳 阪井
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型かつ高抵抗の抵抗素子及びこの抵抗素子
を用いた電圧降下の少ない光電変換素子を提供するこ
と。 【解決手段】 半導体基板(1)に、抵抗成分となる不
純物層3をパターン形成してなる抵抗素子において、不
純物層3を有する半導体基板(1)の不純物層側の主表
面を、不純物層3の拡散厚以上エッチングして、抵抗パ
ターン(3)を形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光エネルギーを電
気に変換してこの電気信号によりスイッチ制御等を行う
光電変換素子と、その光電変換素子に接続される抵抗素
子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図12に光電変換素子とそれを用いたス
イッチ回路について示す。アモルファスシリコンからな
る光電変換素子11の電流電圧特性を図12(a)に、
そして、光電変換素子11とMOSFET16などを組
み合わせて、光スイッチを形成した例を図12(b)示
す。
【0003】光電変換素子11はダイオード特性を有す
る。光を受けると特性曲線が図中矢印に示すように推移
し、電圧が発生する(電圧軸上に黒丸印)。図12
(b)に示すように、光電変換素子11とMOSFET
16とを接続し、光電変換素子11に光が照射される
と、電圧Vが発生し、この電圧によりMOSFET16
のゲートが制御されてスイッチとして働き、MOSFE
T16に接続される駆動装置(図示せず)が制御され
る。スイッチがノーマリオンであるかノーマリオフであ
るかは、MOSFET16の種類に依存する。ここで、
光電変換素子11に並列に抵抗素子15を設けることに
よって、光電変換素子11で発生した電圧Vを放電する
ようにして、スイッチ動作の高速化等を目的とした放電
制御が行われている。
【0004】尚、図12(b)のスイッチ回路では、光
電変換素子11を直列に複数個接続して、電圧向上を図
っているが特に数を限定するものではない。また、図1
2(c)に示すように、一般に光電変換素子11及び抵
抗素子15は基板17に個別に実装されている。
【0005】ここで、光電変換素子11で発生した電圧
の電圧降下を抑えるために、抵抗素子15は比較的高抵
抗であることが望ましい。この抵抗素子15の材料とし
て、絶縁基板上に形成できて比較的高抵抗を実現しやす
い多結晶シリコンや微結晶シリコンを用いることが考え
られるが、これらの材料の抵抗温度特性が負特性であ
る。つまり、温度上昇に伴い抵抗値が下がる。さらに光
電変換素子11の温度特性も負特性であり、図12
(a)の破線曲線及び破線矢印に示すように光電変換素
子11の温度が上昇すると発生する電圧が低くなる傾向
にある。このように、抵抗素子15に多結晶シリコンや
微結晶シリコンを用いた場合、光電変換素子11の特性
と合わさって、温度上昇に伴い電圧がさらに低くなると
いう問題がある。そこで、抵抗素子15の材料として、
抵抗温度特性が正特性の単結晶シリコンを用いて、光電
変換素子11の負特性を相殺して、電圧低下を抑えるこ
とが考えられる。
【0006】単結晶シリコンを用いて抵抗素子15を形
成する従来例を図13に示す。単結晶シリコン基板1
(以下シリコン基板と称する)に酸化膜又はレジストに
よるマスク2を用いて不純物注入する(a)。そして不
純物を堆積、熱拡散させる等を行い、不純物層3を形成
する(b)。この不純物層3が抵抗成分となる。シリコ
ン基板1の限られた面積に高抵抗を実現するため、不純
物層3の配線は同図(c)に示すように、折り返しを繰
り返してジグザグ状に引き回される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、不純物
層3には、横方向への拡散による拡がりがあるため、十
分な1/W(抵抗長と抵抗幅の比)をとることができな
い。また、ジグザグ状に配線することから、抵抗配線間
にリークが発生して、抵抗値が低下する。特に単結晶シ
リコンの場合、多結晶シリコンや微結晶シリコンと比較
して、抵抗値(シート抵抗)がかなり低くなるため、1
/Wの値を非常に大きくとらなければならず、そのため
小型化が困難である。
【0008】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、小型かつ高抵抗の抵抗素
子及びこの抵抗素子を用いた電圧降下の少ない光電変換
素子を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、半導体基板に、抵抗成分と
なる不純物層をパターン形成してなる抵抗素子におい
て、不純物層を有する半導体基板の不純物層側の主表面
を、不純物層の拡散厚以上エッチングして、抵抗パター
ンを形成したことを特徴とするものである。
【0010】請求項2記載の発明は、請求項1記載の抵
抗素子において、前記半導体基板がシリコン基板である
ことを特徴とするものである。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1記載の抵
抗素子において、前記半導体基板が、シリコン基板上に
絶縁層を介してシリコン層を形成したSOI基板である
ことを特徴とするものである。
【0012】請求項4記載の発明は、請求項1記載の抵
抗素子において、前記半導体基板が、絶縁基板上にシリ
コン層を形成したSOI基板であることを特徴とするも
のである。
【0013】請求項5記載の発明は、請求項3又は請求
項4記載の抵抗素子において、前記SOI基板の絶縁層
または絶縁基板に達するエッチングをしたことを特徴と
するものである。
【0014】請求項6記載の発明は、光エネルギーを電
気信号に変換する光電変換素子において、請求項1乃至
請求項5のいずれかに記載の抵抗素子を有し、光電変換
素子の電極と、前記抵抗素子の電極とを電気的接続した
ことを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
抵抗素子及び光電変換素子について図1乃至図11にも
とづき説明する。
【0016】本発明の第1の実施の形態の抵抗素子を図
1に示す。シリコン基板1に不純物を注入し、均一に不
純物層3を形成する(a)。そして、シリコン基板1の
主表面に対し、垂直方向に、不純物層3の拡散厚以上エ
ッチングして掘込み部4を形成することにより、抵抗パ
ターンを形成する(b)(c)。ここで、図1(c)の
a−b断面が同図(b)となる。
【0017】このように抵抗パターンを形成することよ
り、隣接する抵抗配線を分離することができるので、十
分な1/W(抵抗長と抵抗幅の比)をとることができ、
さらに抵抗配線間のリークが低減されて、密に抵抗配線
ができ、小型かつ高抵抗の抵抗素子を形成することがで
きるという効果を奏する。
【0018】本発明の第2の実施の形態の抵抗素子を図
2に示す。シリコン基板5a上に、絶縁層(酸化膜)5
cを介してシリコン層(活性層)5bが形成されたSO
I基板(Silicon On Insulator)5のシリコン層5b
に不純物を注入し、均一に不純物層3を形成する
(a)。そして、SOI基板5の主表面に対し、垂直方
向に、不純物層3の拡散厚以上エッチングして掘込み部
4を形成することにより、抵抗パターンを形成する
(b)(c)。ここで、図2(c)のa−b断面が同図
(b)となる。
【0019】このように、SOI基板5を用いることに
より、SOI基板5の絶縁層5cにより、さらに抵抗配
線間のリークを低減することができるという効果を奏す
る。
【0020】本発明の第3の実施の形態の抵抗素子を図
3に示す。SOI基板5のシリコン層5bに不純物を注
入し、均一に不純物層3を形成する(a)。そして、S
OI基板5の主表面に対し、垂直方向に、不純物層3の
拡散厚以上で、絶縁層5cに達するエッチングして掘込
み部4を形成することにより、抵抗パターンを形成する
(b)(c)。ここで、図2(c)のa−b断面が同図
(b)となる。
【0021】このように、SOI基板5を用いて、絶縁
層5cに達するエッチングをして、抵抗パターンを形成
するようにしたので、抵抗配線間のリークがSOI基板
5の絶縁層5cで、ほぼ完全に防止され、高抵抗を実現
できるという効果を奏する。
【0022】第1乃至第3の実施形態に示した抵抗素子
を用いた光電変換素子の実施形態を図3乃至図9に示
す。
【0023】図4は、抵抗素子15に光電変換素子11
を実装する上での途中構造を示す。第1乃至第3の実施
形態に示した抵抗素子の表面に絶縁膜6を形成し、その
絶縁膜6表面に光を遮蔽する遮蔽膜7を形成する。図4
(a)及び(b)及び(c)は、各々第1の実施形態、
第2の実施形態、第3の実施形態の抵抗素子15に、絶
縁膜6及び遮蔽膜7を形成したものを示す。
【0024】図5は、抵抗素子15に光電変換素子11
を実装する上で、両者の電気的接続に必要となる電極パ
ッド8の形成部位を示すものである。図5(a)は、電
極パッド8形成部位の断面図(同図(b)のc−d断
面)であり、同図(b)は上面図である。ここでは第1
の実施形態の抵抗素子15を例にあげている。図4で形
成された絶縁膜6に絶縁膜窓9を開けるとともに抵抗配
線である不純物層3に接するように電極パッド8を形成
する。尚、ここで、電極パッド8と図4で示した遮蔽膜
7とを同じ材料を用いて、遮蔽膜7と電極パッド8とを
同時に形成すれば効果的である。
【0025】図6は、抵抗素子15に光電変換素子11
を実装した状態を示す断面図である。第1乃至第3の実
施形態に、図4で示した遮蔽膜7を形成し、図5で示し
た電極パッド8を形成した抵抗素子15に光電変換素子
11を実装している。光電変換素子は、i型半導体層1
2a及びn型半導体層12b及びp型半導体層12cの
積層構造からなる半導体層12と、図において、その半
導体層の上側主表面に上部電極13、下側主表面に下部
電極14とを有してなる。ここで、電極パッド8の一方
は上部電極13と接続され、もう一方は下部電極14と
接続される(図7参照)。また、上部電極13は光電変
換素子11内に光を入射させるため、透明の電極であ
る。また、遮蔽膜7は、抵抗パターンを形成している不
純物層3に光が入射することを防いで、抵抗特性の劣化
を防止する役割を果たしている。
【0026】図7は、図6に示した、抵抗素子15に光
電変換素子11を実装した状態の上面図である。上側か
ら上部電極13、半導体層12、下部電極14、遮蔽膜
7が形成されている。また、前述のように、電極パッド
8の一方は上部電極13と接続され、もう一方は下部電
極14と接続されている。
【0027】図8は、遮蔽膜7を用いずに第1乃至第3
の実施形態に絶縁膜6を介して、光電変換素子11が実
装されている。ここでは、下部電極14が遮蔽膜7の役
割を果たす。図6に示したように遮蔽膜7を用いる方
が、不純物層3への光の遮蔽効果が大きいが、下部電極
14を用いて、部分的に光を遮蔽するようにしてもよ
い。また、この構造では、遮蔽膜7の形成過程を削減で
きるという効果がある。
【0028】図9に図8で示した実施形態の上面図を示
す。図7と同様であるが、遮蔽膜7の無い点が異なる。
【0029】図10に、抵抗素子15上に複数個の光電
変換素子11を実装した実施形態を示す。例として、シ
リコン基板1を用いた第1の実施形態の抵抗素子15
に、遮蔽膜7を介して、光電変換素子11を実装したも
のである。一部、上部電極13及び下部電極14を示し
たが、他の光電変換素子11では、それを略して記載し
ている。ここで、光電変換素子11は直列接続される。
つまり光電変換素子11の上部電極13と、それに隣接
する光電変換素子11の下部電極14が互いに接続され
る構成である。また、電極パッド8におけるA−A断面
を同図(c)に示す。このように、複数個の光電変換素
子が形成されることにより発生する電圧を高圧にするこ
とができるという効果がある。
【0030】図11に、複数個の抵抗素子15と光電変
換素子11の対をシリコン基板1上に形成した実施形態
を示す。また、電極パッド8におけるA−A断面を同図
(c)に示す。図10の実施形態同様、数個の光電変換
素子が形成されることにより発生する電圧を高圧にする
ことができるという効果がある。
【0031】以上、実施の形態を示したが、第2及び第
3の実施形態に用いたSOI基板5は、シリコン基板5
a上に絶縁層5cを介して、シリコン層5bを形成した
ものであるが、石英などの絶縁基板上にシリコン層を形
成したSOI基板を用いてもよい。
【0032】
【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項1記載の発
明によれば、半導体基板に、抵抗成分となる不純物層を
パターン形成してなる抵抗素子において、不純物層を有
する半導体基板の不純物層側の主表面を、不純物層の拡
散厚以上エッチングして、抵抗パターンを形成ようにし
たので、十分な1/W(抵抗長と抵抗幅の比)をとるこ
とができ、さらに抵抗配線間のリークが低減されて、密
に抵抗配線ができ、小型かつ高抵抗の抵抗素子を提供で
きた。
【0033】請求項2記載の発明においては、前記半導
体基板がシリコン基板であるので、容易に抵抗を形成す
ることができるとういう効果を奏する。
【0034】請求項3記載の発明においては、前記半導
体基板が、シリコン基板上に絶縁層を介してシリコン層
を形成したSOI基板であるので、抵抗配線間のリーク
をさらに低減することができるという効果を奏する。
【0035】請求項4記載の発明においては、前記半導
体基板が、絶縁基板上にシリコン層を形成したSOI基
板であるので、抵抗配線間のリークをさらに低減するこ
とができるという効果を奏する。
【0036】請求項5記載の発明においては、前記SO
I基板の絶縁層または絶縁基板に達するエッチングをす
るようにしたので、抵抗配線間のリークをほぼなくすこ
とができるという効果を奏する。
【0037】請求項6記載の発明においては、光エネル
ギーを電気信号に変換する光電変換素子として、請求項
1乃至請求項5のいずれかに記載の抵抗素子を有し、光
電変換素子の電極と、前記抵抗素子の電極とを電気的接
続するようにしたので、電圧降下の少ない光電変換素子
を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の抵抗素子である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の抵抗素子である。
【図3】本発明の第3の実施の形態の抵抗素子である。
【図4】本発明の第1乃至第3の実施の形態の抵抗素子
に光電変換素子を実装する際の途中構造を示す図であ
る。
【図5】本発明の第1乃至第3の実施の形態の抵抗素子
に光電変換素子を実装する際の途中構造を示す図であ
る。
【図6】本発明の第1乃至第3の実施の形態の抵抗素子
を用いた光電変換素子の実施形態を示す図である。
【図7】本発明の第1乃至第3の実施の形態の抵抗素子
を用いた光電変換素子の実施形態を示す図である。
【図8】本発明の第1乃至第3の実施の形態の抵抗素子
を用いた光電変換素子の実施形態を示す図である。
【図9】本発明の第1乃至第3の実施の形態の抵抗素子
を用いた光電変換素子の実施形態を示す図である。
【図10】本発明の第1乃至第3の実施の形態の抵抗素
子を用いた光電変換素子の実施形態を示す図である。
【図11】本発明の第1乃至第3の実施の形態の抵抗素
子を用いた光電変換素子の実施形態を示す図である。
【図12】抵抗素子及び光電変換素子の概要を示す図で
ある。
【図13】従来の抵抗素子を示す図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 3 不純物層 4 掘込み部 5 SOI基板 11 光電変換素子 15 抵抗素子

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に、抵抗成分となる不純物層
    をパターン形成してなる抵抗素子において、不純物層を
    有する半導体基板の不純物層側の主表面を、不純物層の
    拡散厚以上エッチングして、抵抗パターンを形成したこ
    とを特徴とする抵抗素子。
  2. 【請求項2】 前記半導体基板がシリコン基板であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の抵抗素子。
  3. 【請求項3】 前記半導体基板が、シリコン基板上に絶
    縁層を介してシリコン層を形成したSOI基板であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の抵抗素子。
  4. 【請求項4】 前記半導体基板が、絶縁基板上にシリコ
    ン層を形成したSOI基板であることを特徴とする請求
    項1記載の抵抗素子。
  5. 【請求項5】 前記SOI基板の絶縁層または絶縁基板
    に達するエッチングをしたことを特徴とする請求項3又
    は請求項4記載の抵抗素子。
  6. 【請求項6】 光エネルギーを電気信号に変換する光電
    変換素子を有し、該光電変換素子の電極と、前記抵抗素
    子の電極とを電気的接続したことを特徴とする請求項1
    乃至請求項5のいずれかに記載の抵抗素子を有する光電
    変換素子。
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