JP2001352094A - ホトダイオードアレイ - Google Patents
ホトダイオードアレイInfo
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Abstract
検出を達成することができるホトダイオードアレイを提
供する。 【解決手段】 このホトダイオードアレイによれば、複
数のホトダイオードPD1,PD2間に素子分離用のト
レンチ溝GRVが形成されているので、各ホトダイオー
ド間のクロストークを抑制できる。トレンチ溝GRV
は、ホトダイオードPD1,PD2におけるpn接合の
形成後に、このpn接合を厚み方向に横断するように形
成されている。したがって、ホトダイオードのpn接合
がトレンチ溝GRVの内面に接触するまで延びることと
なり、実質的な受光領域を広くすることができる。
Description
レイに関する。
62−33454号公報に記載されている。同公報は、
固体撮像装置において、基板に到達するまでの素子分離
用トレンチ溝を画素間に設けることで、画素間クロスト
ークを防止している。
アレイの製造工程を説明するための説明図である。この
ホトダイオードアレイの製造においては、まず、高濃度
n型Si基板上に、低濃度n型半導体層をエピタキシャ
ル成長させ(図6(a))、低濃度n型半導体層から基
板に到達するトレンチ溝を形成する(図6(b))。し
かる後、低濃度n型半導体層の表面側からp型不純物を
拡散させ(図6(c))、更に、高温で熱処理を行うこ
とにより、トレンチ溝の内面に酸化膜を形成する(図6
(d))。
法で製造されたホトダイオードアレイの場合、p型不純
物はトレンチ溝内部まで拡散することとなり、また、熱
酸化時にp型不純物は更に拡散していくので、トレンチ
溝近傍においてはpn接合がなくなり、実際には不感領
域が形成され、実質的な受光領域が小さくなる。また、
p型不純物を拡散したSiを酸化させて形成したSi酸
化膜にはp型不純物が含まれることとなるため、酸化膜
が薄い場合には酸化膜近傍でリーク電流が流れる場合が
ある。したがって、従来のホトダイオードアレイにおい
ては、クロストークは抑制できるものの、これと同時に
高品質な光像検出を達成することはできなかった。本発
明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ク
ロストークを抑制すると共に高品質な光像検出を達成す
ることができるホトダイオードアレイを提供することを
目的とする。
め、本発明に係るホトダイオードアレイは、同一半導体
基板上に一次元又は二次元状に形成された複数のホトダ
イオードを備え、複数のホトダイオード間に素子分離用
のトレンチ溝が形成されたホトダイオードアレイにおい
て、トレンチ溝はホトダイオードにおけるpn接合の形
成後に、このpn接合を横断するように形成されること
を特徴とする。
上に基板と同じ導電型のエピタキシャル成長層を成長
し、その表面に反対導電型の層が形成され、素子分離用
の前記トレンチ溝が前記半導体基板まで達していること
を特徴としてもよい。
ホトダイオード間に素子分離用のトレンチ溝が形成され
ているので、各ホトダイオード間のクロストークを抑制
できると共に、トレンチ溝は、ホトダイオードにおける
pn接合の形成後に、このpn接合を横断するように形
成されているので、pn接合がトレンチ溝の内面に接触
するまで延びることとなり、したがって、実質的な受光
領域を広くすることができる。
いることが好ましく、この場合においても、トレンチ溝
の内面におけるn型領域においては、p型不純物が拡散
していないので、酸化膜近傍で発生するリーク電流を抑
制することができる。
ることができるが、これは誘導結合プラズマ(ICP)
エッチングによって形成されることが好ましい。
からなる充填材料で埋められていることが好ましく、こ
の場合には、トレンチ溝の形成による基板の機械的強度
の劣化を抑制することができると共に、当該充填材料上
に、pn接合に電気的に接続される配線を形成すること
ができるので、装置の小型化を達成することができる。
いることが好ましく、この場合には、トレンチ部分より
pn接合に入射する光を遮蔽することができ、かかる入
射光に基づくノイズ及びクロストークを低減することが
できる。
もでき、この場合には遮光膜を形成する工程が不要とな
るため、製造工程が簡略化できる。
に前記充填材料上に形成されていることが好ましく、こ
の場合には、遮光膜は配線保護膜としても機能する。
ホトダイオードアレイについて説明する。なお、同一要
素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略
する。
配列してなるホトダイオードアレイの平面図、図2は図
1に示したホトダイオードアレイのII−II矢印線断
面図(端面図)である。なお、平面図においては、内部
構成が明確になるように、最上部に位置する絶縁層IL
T及び各ホトダイオードに接続された電極eu1,eu2
の記載を省略する。また、図中においては、5×5個の
ホトダイオードが記載されているが、説明の簡略化のた
め、この中の代表的な2つのホトダイオードPD1,P
D2のみについて符号を付し、説明を行う。以下、詳説
する。
ドPD1,PD2が形成されており、それぞれのホトダ
イオードPD1,PD2はポリシリコン、Au又はAl
等からなるパターン配線Wを介して、電極パッドPD1
o,PD2oに接続されている。ホトダイオードPD
1,PD2間には素子分離用のトレンチ溝GRVが介在
しており、トレンチ溝GRVの内面は半導体の露出面で
規定され、この内面は絶縁層ILTによって被覆され、
絶縁層ILTの更に上から絶縁体ILT’が埋設され、
これにより基板自体の強度が向上している。
ち、トレンチ溝GRV内に埋設された絶縁体ILT’上
を這っており、配線Wの直下領域にはホトダイオードP
D1,PD2が位置しないこととされている。これによ
り、配線Wから電磁波として出力されるノイズのホトダ
イオードPD1,PD2への入射が抑制される。
の上に低濃度のn型半導体層、p型半導体層が順次形成
され、ホトダイオードPD1,PD2間にトレンチ溝G
RVが形成されることで、上記低濃度n型半導体層及び
p型半導体層が、それぞれ、n型半導体層1n1,1n2
及びp型半導体層1p1,1p2として分離され、これら
のn型半導体層とp型半導体層の境界はpn接合を構成
している。
型半導体層1p1,1p2に比して不純物濃度が低く、零
バイアス時に拡散電位が形成されている場合において
も、また、ホトダイオードPD1,PD2に逆バイアス
を印加した場合においても、空乏層はpn接合界面から
低濃度側のn型半導体層1n1,1n2に広がり、この領
域1n1,1n2が光吸収層として機能する。なお、これ
らの導電型は反転させてもよく、その場合にはp型半導
体層が光吸収層として機能する。
が全面に形成されており、p型半導体層1p1,1p2の
表面側には、上面電極eu1,eu2がそれぞれ形成され
ている。なお、上面電極eu1,eu2は、p型半導体層
1p1,1p2の露出表面を被覆する絶縁層ILTに設け
られた開口(コンタクトホール)内に形成されている。
以下の通りであり、絶縁層ILT及び絶縁体ILT’
は、それぞれ例えばSiO2又はSiNxからなる。絶
縁体ILT’については、ポリイミド等の樹脂やノンド
ープの絶縁性シリカ溶液であってもよく、この場合には
ポリイミドやノンドープの絶縁性シリカ溶液をスピンコ
ートによりトレンチ溝GRV内に導入し、ベーキングす
ることによって絶縁体ILT’を埋設・形成する。
いて説明しておく。各ホトダイオードPD1,PD2に
光が入射し、この光入射に感応して光吸収層で発生した
キャリア(電子・正孔)は基板内部の電界に従って移動
し、その一方は裏面電極elから、他方は上面電極eu
1,eu2から取出されると共に配線W及び電極パッドP
D1o及びPD2oを介して外部に出力される。
法について説明する。
説明するための説明図である。
板(ウエハ)1s上にエピタキシャル成長法を用いてn
型半導体層1nを形成する(厚さ5μm)。
導体層1nの露出表面側からn型半導体層1nの表層部
にp型不純物(ボロン)を拡散によって添加し、この表
層部の導電型を反転させてp型半導体層1pを形成する
(厚さ0.5μm)。
体層1p上に絶縁層ILTを堆積する(厚さ0.1μ
m)。この堆積法としては、CVD(化学的気相成長)
法やスパッタ法等を用いることができる。
トリソグラフィー技術を用いてマスクパターンを絶縁層
ILT上に形成し、マスクの開口部(幅1μm)をIC
P(誘導結合プラズマ)エッチングを行い、この開口部
直下の領域にトレンチ溝GRVを形成すると共に、n型
及びp型半導体層1n,1pを、それぞれn型半導体層
1n1,1n2,p型半導体層1p1,1p2に分割する。
なお、トレンチ溝GRVの深さは、n型半導体層1nと
半導体基板1sとの境界から深部に5μmの位置まで達
する。図2のようにトレンチ溝を半導体基板1sに到達
するように形成した場合、空乏層が分割されたpn接合
の各チャンネルにまたがって広がることを防ぐことがで
きる為、チャンネル間のクロストークを更に低減するこ
とができる。このエッチングによるトレンチ溝GRVの
形成によって、トレンチ溝GRVの内面の半導体層(S
i)は露出する。
気中において本半導体基板を加熱し、上記Siの露出表
面を熱酸化し、トレンチ溝GRVの内面をSiO2から
なる絶縁層ILTで被覆する。熱酸化の温度は950℃
〜1100℃の高温である。なお、この絶縁層ILT
は、p型半導体層1pの表面を覆う絶縁層ILTに連続
することとなるので、双方とも同一の符号ILTを用い
て表記している。
ンチ溝GRV内に絶縁体ILT’を埋め込む。絶縁体I
LT’の形成工程においてはCVD法を用いる。本CV
D法に用いられる供給ガス源は、珪素有機化合物である
珪酸エチル(テトラエトキシシラン:TEOS)であ
る。形成温度は300℃前後であって、必要に応じて窒
素や酸素ガスと共にTEOSを供給する。この方法によ
り、平坦な膜成形を行うことができ、絶縁体ILT’は
トレンチ溝GRV内ばかりでなく、p型半導体層1pの
表面を覆う絶縁層ILT上にも平坦性を保持したまま形
成される。なお、必要に応じて、これに燐や硼素等を添
加してもよい。燐源としてはトリメチルフォスフェイト
(TMOP)等が、硼素源としてはトリメチルボレイト
(TMOB)、トリエチルボレイト (TEOB)等が
TEOSと一緒に用いることができ、これによりNaイ
オンの拡散阻止や流動性向上、膜の誘電率の調整を行う
ことができる。
極el、上面電極eu1,eu2、及び配線W(Al又は
Au)をスパッタ法或いは蒸着法により形成し、更に、
図1に示した電極パッドPD1o,PD2oを基板表面
上に設け、ウエハからホトダイオードアレイを切り出す
ようにダイシングを行うことにより、図1に示したホト
ダイオードアレイが完成する。
ドアレイは、同一半導体基板内に一次元又は二次元状に
形成された複数のホトダイオードPD1,PD2を備
え、複数のホトダイオードPD1,PD2間に素子分離
用のトレンチ溝GRVが形成されたホトダイオードアレ
イにおいて、トレンチ溝GRVは、ホトダイオードPD
1,PD2におけるpn接合(n型半導体層1n、p型
半導体層1p)の形成(図3(b))の後に、このpn接
合を基板厚み方向に横断するように形成される(図3
(d))。なお、ここでいう半導体基板とは、本デバイ
ス形成当初に用いられる半導体基板1sを意味するもの
ではなく、各種の半導体層が形成され、或いは絶縁層・
電極が必要に応じて形成されたものを示す。
ば、複数のホトダイオードPD1,PD2間に素子分離
用のトレンチ溝GRVが形成されているので、各ホトダ
イオード間のクロストークを抑制できる。トレンチ溝G
RVは、ホトダイオードPD1,PD2におけるpn接
合の形成後に、このpn接合を横断するように形成され
ているので、pn接合がトレンチ溝GRVの内面に接触
するまで延びることとなり、したがって、実質的な受光
領域を広くすることができる。
は、従来のように、トレンチ溝GRVの内面におけるn
型領域1nにp型不純物が拡散していない。したがっ
て、トレンチ溝GRV内の酸化膜ILT近傍で発生する
リーク電流を抑制することができる。また、熱酸化膜I
LTは、暗電流を抑制すると共にpn接合を保護してい
る。
よって形成されたが、これは様々な方法によって形成す
ることができる。例えば、アルカリ性の水溶液を用いて
ウエットエッチングを行うこともできる。また、ICP
エッチングの後、p型半導体層1pの表面に位置する絶
縁層ILTを除去し、続いて熱酸化を行うことで、当該
表面上に新たな絶縁層ILT(Si酸化膜)を形成して
もよい。この絶縁層除去には、絶縁層ILTがSiNx
であるとすると、例えば燐酸処理を用いることができ
る。
DROM/RAM用の光ピックアップセンサに用いるこ
ともできる。
あり、トレンチ溝GRVによって分離された4分割ホト
ダイオードPD1,PD2,PD3,PD4は、配線W
を介して電極パッドPD1o,PD2o,PD3o,P
D4oに接続されている。本例では、センサ中心の4分
割ホトダイオードPD1,PD2,PD3,PD4に近
接して、トレンチ溝GRVで分離された2分割ホトダイ
オードPD41,PD42及びPD51,PD52が配
置されており、これらは配線Wを介して電極パッドPD
41o,PD42o,PD51o,PD52oに接続さ
れている。これらのホトダイオード及びトレンチ溝GR
Vの縦断面構造は、上述の実施形態のものと同様であ
る。
T用のセンサに用いることもできる。
の平面図であり、一次元状にPD1〜PD24が配列し
ており、各ホトダイオード間にはトレンチ溝GRVが形
成されている。本例では、隣接するホトダイオードの位
置精度は±1μm以下に抑えることができる。
布した粉末試料に照射し、これを上記ホトダイオードア
レイで検出すれば、上記ホトダイオードアレイは粒度分
布計の検出器として使用することができる。例えば、粉
末試料は扇形に分布させる。本実施形態のホトダイオー
ドアレイを用いると、ホトダイオード間の隙間を1μm
程度まで狭くすることができる。
可能である。以下、このような実施形態について説明す
る。すなわち、上述の実施形態においては、また、トレ
ンチ溝GRV内は、SiO2からなる絶縁体ILT’
(充填材料)で埋められていたが、この場合には、トレ
ンチ溝GRVの形成による基板の機械的強度の劣化を抑
制することができると共に、当該充填材料上に、ダイオ
ードに電気的に接続される配線Wを形成することができ
るので、装置の小型化を達成することができた。
態に係るホトダイオードアレイの縦断面図(端面図)で
ある。上述の実施形態のホトダイオードアレイとの違い
は、トレンチ溝GRV内が、SiO2に代えて、ホトリ
ソグラフィによるパターン形成可能なエポキシまたは、
アクリル系の高純度感光性樹脂からなる絶縁体ILT’
(充填材料)で埋められている点であり、この場合に
も、機械的強度劣化の抑制及び装置の小型化を達成する
ことができる。
が形成されており、トレンチ部分よりpn接合に入射す
る光を遮蔽することができ、かかる入射光に基づくノイ
ズ及びクロストークを低減することができる。ここで、
遮光膜SLDは、配線Wを覆うように充填材料ILT’
上に形成されており、遮光膜SLDは配線保護膜として
も機能している。この遮光膜も前記充填材料と同様にパ
ターン形成可能な感光性黒色樹脂である
施形態に係るホトダイオードアレイの縦断面図(端面
図)である。このホトダイオードアレイは、図7に示し
た充填材料ILT’を光透過性の樹脂から遮光性樹脂に
代えたものであり、これに伴い、遮光膜SLDを省略し
たものである。本例においては、遮光膜SLDを形成す
る工程が不要となるため、製造工程が簡略化できる。
は、図3に示した工程(e)の後に、トレンチ溝GRV
内に充填材料ILT’を充填し、しかる後、充填材料I
LT’上に配線Wを形成し、必要に応じて上記遮光膜S
LDを形成すればよい。なお、上述の遮光膜SLDも黒
色の樹脂であり、充填材料用の樹脂としては、ホトレジ
スト単体又はホトレジスト内に黒色の染料又は絶縁処理
したカーボンブラック等、顔料を混入させてなる黒色ホ
トレジストを、遮光膜SLD用の樹脂としては黒色ホト
レジストを用いることができる。なお、黒色ホトレジス
トに代えて遮光性の金属を用いることもできる。
施形態に係るホトダイオードアレイの縦断面図(端面
図)である。本例のホトダイオードアレイは、図2に示
したホトダイオードアレイのSiO2からなる充填材料
ILT’上に、配線Wを覆うように遮光膜SLDを形成
したものであり、その他の構成は図2に示したものと同
一である。本例の構造においても、遮光膜SLDによっ
て、充填材料ILT’を介してpn接合に入射する光を
遮蔽することができる。
斜視図であり、図11は図10に示したホトダイオード
のXI−XI矢印線断面図、図12は図10に示した領
域XIIを拡大して示す当該領域の平面図である。本例
は、トレンチ溝GRV内に樹脂を充填し、遮光膜SLD
を充填材料ILT’上に形成したものである。
向のダイシングラインは、トレンチ溝の形成工程と同時
にエッチングによって基板表面に形成された溝の一部分
に設定され、このダイシングラインに沿って、同一半導
体ウエハ上に形成された複数のホトダイオードアレイが
切断・分離される。ダイシング用の溝内にも充填材料I
LT’は充填されているが、ダイシング用の各溝の中心
線上の充填材料ILT’は、ダイシングを容易とするた
め、除去されている。
心線DV上に、上記と同様にトレンチ溝GRVを形成す
れば、2分割ホトダイオードアレイを製造することがで
き、この分割数を増加させれば、本装置は二次元ホトダ
イオードアレイとなる。なお、上述のホトダイオードア
レイは、光ピックアップや粒径測定等にも用いることが
できる。
接合がトレンチ溝の内面に接触するまで延びることとな
り、実質的な受光領域を広くすることができるので、ク
ロストークを抑制すると共に高品質な光像検出を達成す
ることができる。また、受光領域が広くなるため、装置
全体を小型化することもできる。
るホトダイオードアレイの平面図である。
I矢印線断面図(端面図)である。
めの説明図である。
めの説明図である。
ダイオードアレイの縦断面図(端面図)である。
ホトダイオードアレイの縦断面図(端面図)である。
ホトダイオードアレイの縦断面図(端面図)である。
る。
矢印線断面図である。
面図である。
溝。
Claims (10)
- 【請求項1】 同一半導体基板上に一次元又は二次元状
に形成された複数のホトダイオードを備え、前記複数の
ホトダイオード間に素子分離用のトレンチ溝が形成され
たホトダイオードアレイにおいて、前記トレンチ溝は前
記ホトダイオードにおけるpn接合の形成後に、このp
n接合を横断するように形成されることを特徴とするホ
トダイオードアレイ。 - 【請求項2】 前記ホトダイオードアレイは、前記半導
体基板上に基板と同じ導電型のエピタキシャル成長層を
成長し、その表面に反対導電型の層が形成され、素子分
離用の前記トレンチ溝が前記半導体基板まで達している
ことを特徴とする請求項1記載のホトダイオードアレ
イ。 - 【請求項3】 前記トレンチ溝の内面は、熱酸化されて
いることを特徴とする請求項1又は2に記載のホトダイ
オードアレイ。 - 【請求項4】 前記トレンチ溝は、誘導結合プラズマエ
ッチングによって形成されることを特徴とする請求項1
又は2に記載のホトダイオードアレイ。 - 【請求項5】 前記トレンチ溝内は、SiO2からなる
充填材料で埋められていることを特徴とする請求項1に
記載のホトダイオードアレイ。 - 【請求項6】 前記トレンチ溝内は、樹脂からなる充填
材料で埋められていることを特徴とする請求項1に記載
のホトダイオードアレイ。 - 【請求項7】 前記pn接合に電気的に接続される配線
が、前記充填材料上に形成されていることを特徴とする
請求項5又は6に記載のホトダイオードアレイ。 - 【請求項8】 前記充填材料上に遮光膜が形成されてい
ることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記
載のホトダイオードアレイ。 - 【請求項9】 前記樹脂は、遮光性樹脂であることを特
徴とする請求項6又は7に記載のホトダイオードアレ
イ。 - 【請求項10】 前記遮光膜は、前記配線を覆うように
前記充填材料上に形成されていることを特徴とする請求
項8に記載のホトダイオードアレイ。
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JP2000105199 | 2000-04-06 | ||
JP2000331187A JP2001352094A (ja) | 2000-04-06 | 2000-10-30 | ホトダイオードアレイ |
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