JP2006269973A

JP2006269973A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2006269973A
Application number: JP2005089463A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kasahara; 正樹笠原
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】光を検出する半導体装置に関し、簡単な構成で、所望の波長の光を高感度に検出できる半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、半導体基板（１１１；２１１）に形成された第１のＰＮ接合と、半導体基板（１１１；２１１）の第１のＰＮ接合とは半導体基板（１１１；２１１）の表面から異なる位置に形成された第２のＰＮ接合とを有し、第１のＰＮ接合により検出された信号と第２のＰＮ接合により検出された信号とを演算して検出感度特性を所望の特性に設定することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体装置に係り、特に、所望の波長の光を検出するための半導体装置に関する。

シリコンダイオードを用いた光センサの場合、その材料物性とＰＮジャンクションの深さから光に対する分光感度特性が決定されていた。その特性は、赤外領域に大きな感度を持つ性質があり、人間の感じる明るさとは大きく異なる出力を発生する。このような特性を改善するために、パッケージそのものに赤外領域の光をカットするフィルタを搭載したり、シリコンチップに直接赤外線カットフィルタを形成したりして、人間の視感度に近づけるような改良が施されている（特許文献１）。
特開２００２−２３１９９３号公報

しかるに、従来のこの種の半導体装置においてパッケージにフィルタを搭載する構成では、パッケージが必要となるとともに、パッケージにフィルタを形成する必要があったため、製造コストが増加する。また、シリコンチップ上にフィルタを形成する場合には、成膜、パターニング工程の増加や特性的にはチップ側面からの光の入射により赤外領域の光に感度をもってしまい、所望の光の検出感度特性が得られないなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、所望の波長の光を高感度に検出できる半導体装置を提供することを目的とする。

本発明は、半導体基板（１１１；２１１）に形成された第１のＰＮ接合と、半導体基板（１１１；２１１）の第１のＰＮ接合とは半導体基板（１１１；２１１）の表面から異なる位置に形成された第２のＰＮ接合とを有し、第１のＰＮ接合により検出された信号と第２のＰＮ接合により検出された信号とを演算して検出感度特性を所望の特性に設定することを特徴とする。

また、第２のＰＮ接合は、第１のＰＮ接合の内周側に配置され、第１のＰＮ接合により検出された信号から第２のＰＮ接合により検出された信号とを減算することにより、検出感度特性を所望の特性に設定したことを特徴とする。

第１のＰＮ接合と第２のＰＮ接合とはサイズが異なることを特徴とする。

半導体基板（１１１；２１１）には、第１のＰＮ接合により検出された信号と第２のＰＮ接合により検出された信号とを演算する演算回路（１２１）が搭載されたことを特徴とする。

半導体基板（１１１；２１１）は、シリコン基板から構成されたことを特徴とする。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

本発明によれば、半導体基板に第１のＰＮ接合を形成し、半導体基板の第１のＰＮ接合とは半導体基板の表面から異なる位置に第２のＰＮ接合を形成し、第１のＰＮ接合により検出された信号と第２のＰＮ接合により検出された信号とを演算して検出感度特性を所望の特性に設定することにより、簡単な構成で、所望の波長の光を高感度に検出できる。

〔第１実施例〕
図１は本発明の第１実施例の斜視図、図２は本発明の第１実施例の構成図を示す。

本実施例の半導体装置１０１は、プリント配線板１０２上に直接、搭載されて用いられる。半導体装置１０１は、Ｎ型シリコン基板１１１の矢印Ｚ１方向側の面、全面に亘って赤外線反射膜１１２を形成し、矢印Ｚ２方向側の面に矩形状に形成された第１のＰ型領域１１３及び第２のＰ型領域１１４と、矢印Ｚ２方向側の面に第２のＰ型領域１１４の内周側に設けられ、差動増幅回路が形成された回路領域１１５を有する構成とされている。

Ｎ型シリコン基板１１１は、シリコン基板にドナーをドーピングしたものであり、多数キャリアが電子とされている。Ｎ型シリコン基板１１１は、一般に他の成分に比べて赤外線を吸収する性質を有する。

赤外線反射膜１１２は、Ｎ型シリコン基板１１１の矢印Ｚ１方向側の面、全面に亘って形成されており、Ｎ型シリコン基板１１１の矢印Ｚ１方向側の面に入射する光のうち赤外線をＮ型シリコン基板１１１に入射しないようにする。これによって、Ｎ型シリコン基板１１１の側面からの赤外線に対して指向性を有するようになる。

第１のＰ型領域１１３は、アクセプタをチップのスクライブラインに沿って、矩形状にドーピングすることにより形成されている。第２のＰ型領域１１４は、第１のＰ型領域１１３の所定の距離ｄだけ内周側にアクセプタを矩形状にドーピングすることにより形成されている。

第１のＰ型領域１１３とＮ型シリコン基板１１１との間に第１のＰＮ接合が形成される。また、第２のＰ型領域１１４とＮ型シリコン基板１１１との間に第２のＰＮ接合が形成される。このとき、第２のＰＮ接合は、第１のＰＮ接合の内周側に形成されているため、第１のＰＮ接合のサイズに比べて小さいサイズとなっている。

この第１のＰＮ接合及び第２のＰＮ接合が光センサとして作用し、回路領域１１５に形成された差動増幅回路により第１のＰＮ接合で検出された信号から第２のＰＮ接合で検出された信号を減算することにより所望の光の感度特性を取得できる。

図３は本発明の第１実施例の等価回路図を示す。

回路領域１１５には、差動増幅回路１２１が形成されている。差動増幅回路１２１の非反転入力端子には、第１のＰ型領域１１３が接続されている。また、差動増幅回路１２１の反転入力端子には、第２のＰ型領域１１４が接続されている。

差動増幅回路１２１は、第１のＰ型領域１１３の電圧から第２のＰ型領域１１４の電圧を減算した電圧を出力する。差動増幅回路１２１の出力端子は、処理回路１４１に供給される。差動増幅回路１２１の出力信号により処理回路１４１は各種処理を実行する。このとき、差動増幅回路１２１の出力信号は、所望の光の感度特性とされている。

〔動作〕
図４は本発明の第１実施例の動作波形図を示す。

第１のＰ型領域１１３は、Ｎ型シリコン基板１１１の外周側に位置する。このため、第１のＰ型領域１１３とＮ型シリコン基板１１１とで構成される第１のＰＮ接合に到達する光はＮ型シリコン基板１１１を通過する距離が短いので、赤外線及び可視光を含む光となる。よって、第１のＰＮ接合により検出される信号は図４（Ａ）に示すように赤外線及び可視光を含む信号となる。

また、第２のＰ型領域１１４は、Ｎ型シリコン基板１１１の第１のＰ型領域１１３より内周側に位置する。このため、第２のＰ型領域１１３とＮ型シリコン基板１１１とで構成される第２のＰＮ接合に到達する光はＮ型シリコン基板１１１を通過する距離が長いので、可視光が減衰され、また、赤外光が多く含む光となる。よって、第２のＰＮ接合により検出される信号は図４（Ｂ）に示すように赤外線の成分を多く含む信号となる。

図４（Ａ）に示す第１のＰＮ接合で検出された信号と図４（Ｂ）に示す第２のＰＮ接合で検出された信号とは、差動増幅回路に供給される。差動増幅回路は、図４（Ａ）に示す第１のＰＮ接合で検出された信号から図４（Ｂ）に示す第２のＰＮ接合で検出された信号を減算する。これによって、図４（Ｃ）に示すような可視光が強調された信号を出力することができる。

図４（Ｃ）に示す差動増幅回路の出力信号は、赤外線成分が減衰され、可視光成分が強調された信号となる。よって、差動増幅回路の出力信号を参照することにより、可視光成分の感度が良好な信号を取得できる。したがって、人間の視感度に近似した特性を得ることができる。

〔効果〕
本実施例によれば、半導体基板１１１に第１のＰＮ接合を形成し、半導体基板１１１の第１のＰＮ接合の内周側に第２のＰＮ接合を形成し、第１のＰＮ接合により検出された信号から第２のＰＮ接合により検出された信号を回路領域１１５に形成された差動増幅回路１２１により減算して、検出感度特性を可視光が強調された特性に設定することにより、簡単な構成で、可視光を高感度に検出できる。

このとき、本実施例によれば、Ｎ型シリコン基板１１１の深度に応じて赤外線の感度異なることを利用して、深度の異なる位置に形成されたＰＮ接合により得られる光を所望の成分を抽出することができるため、特殊なフィルタなどが不要となる。

赤外線反射膜１１２は、Ｎ型シリコン基板１１１の矢印Ｚ１方向側の面、全面に形成すればよいので、パターニングの工数を削減できる。

また、Ｎ型シリコン基板１１１の外周部分にＰＮ接合が形成され、上面は遮蔽されているので、Ｎ型シリコン基板１１１の側面からの赤外線に対して指向性を有するようにできる。

〔第２実施例〕
図５は本発明の第２実施例の斜視図、図６は本発明の第２実施例の構成図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の半導体装置２０１は、プリント配線板１０２上に直接、搭載されて用いられる。半導体装置２０１は、Ｐ型シリコン基板２１１の矢印Ｚ１方向側の面、全面に亘って赤外線反射膜１１２を形成し、矢印Ｚ２方向側の面に矩形状に形成された第１のＮ型領域２１３及び第２のＮ型領域２１４と、矢印Ｚ２方向側の面に第２のＮ型領域２１４の内周側に設けられ、差動増幅回路が形成された回路領域１１５を有する構成とされている。

Ｐ型シリコン基板２１１は、シリコン基板にアクセプタをドーピングしたものであり、多数キャリアが正孔とされている。Ｐ型シリコン基板２１１は、Ｎ型シリコン基板１１１と同様に一般に赤外線を吸収する性質を有する。

赤外線反射膜１１２は、Ｐ型シリコン基板２１１の矢印Ｚ１方向側の面、全面に亘って形成されており、Ｐ型シリコン基板２１１の矢印Ｚ１方向側の面に入射する光のうち赤外線をＰ型シリコン基板２１１に入射しないようにする。これによって、Ｐ型シリコン基板２１１の側面からの赤外線に対して指向性を持たせることができる。

第１のＮ型領域２１３は、ドナーをチップのスクライブラインに沿って、矩形状にドーピングすることにより形成されている。第２のＮ型領域２１４は、第１のＮ型領域２１３の所定の距離ｄだけ内周側にドナーを矩形状にドーピングすることにより形成されている。第１のＮ型領域２１３とＰ型シリコン基板２１１との間に第１のＰＮ接合が形成される。また、第２のＮ型領域２１４とＰ型シリコン基板２１１との間に第２のＰＮ接合が形成される。このとき、第２のＰＮ接合は、第１のＰＮ接合の内周側に形成されているため、第１のＰＮ接合のサイズに比べて小さいサイズとなっている。

この第１のＰＮ接合及び第２のＰＮ接合が光センサとして作用し、回路領域１１５に形成された差動増幅回路により第１のＰＮ接合で検出された信号から第２のＰＮ接合で検出された信号を減算することにより所望の光の感度特性、人間の視感度に対応した特性を取得できる。これによって、第１実施例と同様に動作させることが可能となる。

〔その他〕
なお、上記第１及び第２実施例では、Ｎ型シリコン基板１１１及びＰ型シリコン基板２１１の矢印Ｚ１方向の面に赤外線反射膜１１２を形成したが、Ｎ型シリコン基板１１１及びＰ型シリコン基板２１１の矢印Ｚ１方向の面に形成するのは赤外線反射膜に限定されるものではない。例えば、赤外線吸収膜もしくは光未透過の膜、例えば、金属膜などであってもよい。要は、不要な成分の光、本実施例では赤外線がＮ型シリコン基板１１１及びＰ型シリコン基板２１１への入射を防止できればよい。

また、本実施例では、シリコン基板を例に説明を行なったが、シリコン基板に限定されるものではなく、他の半導体基板であってもよい。

本発明の第１実施例の斜視図である。本発明の第１実施例の構成図である。本発明の第１実施例の等価回路図である。本発明の第１実施例の動作波形図である。本発明の第２実施例の斜視図である。本発明の第２実施例の構成図である。

符号の説明

１０１半導体装置
１０２プリント配線板
１１１Ｎ型シリコン基板、１１２赤外線反射膜
１１３第１のＰ型領域、１１４第２のＰ型領域、１１５回路領域
２０１半導体装置
２１１Ｐ型シリコン基板
２１３第１のＮ型領域、２１４第２のＮ型領域

Claims

半導体基板に形成された第１のＰＮ接合と、
前記半導体基板の前記第１のＰＮ接合とは前記半導体基板の表面から異なる位置に形成された第２のＰＮ接合とを有し、
前記第１のＰＮ接合により検出された信号と前記第２のＰＮ接合により検出された信号とを演算して検出感度特性を所望の特性に設定することを特徴とする半導体装置。
前記第２のＰＮ接合は、前記第１のＰＮ接合の内周側に配置され、
前記第１のＰＮ接合により検出された信号から前記第２のＰＮ接合により検出された信号とを減算することにより、検出感度特性を所望の特性に設定したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記第１のＰＮ接合と前記第２のＰＮ接合とはサイズが異なることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
前記半導体基板には、前記第１のＰＮ接合により検出された信号と前記第２のＰＮ接合により検出された信号とを演算する演算回路が搭載されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の半導体装置。
前記半導体基板は、シリコン基板から構成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。