JP2009071177A

JP2009071177A - Optical sensor

Info

Publication number: JP2009071177A
Application number: JP2007239878A
Authority: JP
Inventors: Takashi Suzuki; 喬鈴木; Hironobu Takahashi; 博信高橋; Sadaji Takimoto; 貞治滝本
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-04-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monolithic optical sensor configured to enable at a high level embodying both a low dark current of a light-receiving component and excellent characteristics of a switching component. <P>SOLUTION: The optical sensor 10 relating to the present invention is configured such that it has regions partitioned by a field oxide film 6a to form a light-receiving component D1 and a switching component Q1, respectively, with the light-receiving component D1 and the switching component Q1 connected to each other. The optical sensor 10 is provided with: silicon oxide layers 6b, 6c provided to cover a silicon substrate 2 in conjunction with field oxide films 6a; a silicon nitride layer 7 provided to cover the silicon oxide layer 6b in the region where the light-receiving component D1 is formed, with an end portion 7a located spaced apart from the field oxide film 6a; an interlayer insulating layer 8 provided to cover the portion exclusive of a light-receiving part 12 of the light-receiving component D1; and a passivation layer 9 provided on the interlayer insulating layer 8. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、受光素子とスイッチ素子とを備えるモノリシック型の光センサに関する。 The present invention relates to a monolithic photosensor including a light receiving element and a switch element.

シリコン基板に対する酸化処理、イオン注入処理、蒸着処理、エッチング処理などの種々のプロセスを繰り返し行うことにより、同一のシリコン基板に複数の素子を備えるモノリシック型半導体装置が形成される。光センサの分野においても、フォトダイオードなどの受光素子と、この受光素子が出力する電気信号を処理するトランジスタなどのスイッチ素子とが同一のシリコン基板に形成された光センサが開発されている。 By repeatedly performing various processes such as an oxidation process, an ion implantation process, a vapor deposition process, and an etching process on the silicon substrate, a monolithic semiconductor device including a plurality of elements on the same silicon substrate is formed. Also in the field of optical sensors, optical sensors in which a light receiving element such as a photodiode and a switch element such as a transistor for processing an electric signal output from the light receiving element are formed on the same silicon substrate have been developed.

例えば、特許文献１に記載の半導体装置は、モノリシック型の光センサであり、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法によって設けられたフィールド酸化膜で分離された領域に、フォトダイオード及びバイポーラトランジスタがそれぞれ形成されている。
特開２００４−３９９９８号公報 For example, the semiconductor device described in Patent Document 1 is a monolithic photosensor, and a photodiode and a bipolar transistor are formed in regions separated by a field oxide film provided by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method, respectively. Has been.
JP 2004-39998 A

ところで、シリコン基板を受光素子形成領域とスイッチ素子形成領域とに区画するため、基板の一部を酸化してフィールド酸化膜を形成すると、このフィールド酸化膜とこれに隣接するｐｎ接合部との界面周辺にケイ素原子の未結合手（格子欠陥）が生じやすいという問題がある。かかる未結合手は、受光素子の暗電流の増大につながるため、光センサの製造プロセスにおいて水素処理などを実施し、格子欠陥を低減する必要がある。 By the way, in order to divide the silicon substrate into the light receiving element forming region and the switch element forming region, if a part of the substrate is oxidized to form a field oxide film, the interface between the field oxide film and the pn junction adjacent thereto is formed. There is a problem in that dangling bonds (lattice defects) of silicon atoms are likely to occur around. Since such dangling bonds lead to an increase in dark current of the light receiving element, it is necessary to reduce lattice defects by performing hydrogen treatment or the like in the manufacturing process of the optical sensor.

他方、モノリシック型の光センサの製造プロセスにおいては、受光素子及びスイッチ素子の形成を並行して行うため、例えば、受光素子の暗電流の低減に適した製造方法を実施すると、その一方でスイッチ素子の特性が不十分になるといった場合もある。 On the other hand, in the manufacturing process of the monolithic photosensor, the light receiving element and the switch element are formed in parallel. For example, when a manufacturing method suitable for reducing the dark current of the light receiving element is performed, the switch element is on the other hand. In some cases, the characteristics of the system become insufficient.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、受光素子の低い暗電流及びスイッチ素子の優れた特性の両方を高水準に達成可能なモノリシック型の光センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a monolithic photosensor that can achieve both a low dark current of a light receiving element and an excellent characteristic of a switch element at a high level. And

本発明に係る光センサは、シリコン基板を複数の領域に区画する酸化シリコンからなるフィールド酸化膜を有し、区画された異なる領域にそれぞれ形成される受光素子とスイッチ素子とが接続されたものであって、フィールド酸化膜とともにシリコン基板を覆うように設けられた酸化シリコン層と、受光素子が形成される領域の酸化シリコン層を覆うように設けられ、端部が前記フィールド酸化膜と離隔している窒化シリコン層と、受光素子の受光面をなす窒化シリコン層を露出させるための開口を有しており、窒化シリコン層の端部、フィールド酸化膜及び酸化シリコン層を覆うように設けられた層間絶縁層と、この層間絶縁層上に設けられたパッシベーション層とを備える。 An optical sensor according to the present invention includes a field oxide film made of silicon oxide that partitions a silicon substrate into a plurality of regions, and a light receiving element and a switch element that are respectively formed in different partitioned regions are connected. And a silicon oxide layer provided so as to cover the silicon substrate together with the field oxide film, and a silicon oxide layer in a region where the light receiving element is formed, and an end portion is separated from the field oxide film. A silicon nitride layer and an opening for exposing the silicon nitride layer forming the light receiving surface of the light receiving element, and an interlayer provided to cover the end of the silicon nitride layer, the field oxide film, and the silicon oxide layer An insulating layer and a passivation layer provided on the interlayer insulating layer are provided.

本発明の光センサは、その製造プロセスにおいて効率的に水素処理を実施できるという利点を有する。すなわち、本発明の光センサは、窒化シリコン層とフィールド酸化膜とが互いに離隔して設けられているため、製造プロセスにおいて水素処理を実施すると、窒化シリコン層とフィールド酸化膜との間の隙間から内部へと水素イオンが浸透する。これにより、フィールド酸化膜とｐｎ接合部との界面周辺に存在するケイ素原子の未結合手に水素が付加し、水素終端とすることができる。その結果、受光素子の暗電流の発生が低減されて感度特性が向上する。 The optical sensor of the present invention has an advantage that hydrogen treatment can be efficiently performed in the manufacturing process. That is, in the optical sensor of the present invention, since the silicon nitride layer and the field oxide film are provided apart from each other, when hydrogen treatment is performed in the manufacturing process, the gap is formed between the silicon nitride layer and the field oxide film. Hydrogen ions penetrate into the interior. As a result, hydrogen is added to the dangling bonds of silicon atoms existing around the interface between the field oxide film and the pn junction, and the hydrogen termination can be achieved. As a result, the generation of dark current in the light receiving element is reduced and the sensitivity characteristics are improved.

本発明者らは、製造プロセスにおいて上記のような水素処理を実施すると、受光素子の暗電流の低減効果に加え、スイッチ素子の特性をも向上できるとの知見を得た。かかる知見に基づき、更に検討を重ねた結果、採用するスイッチ素子が電界効果トランジスタである場合に、スイッチ素子の特性向上効果が特に顕著であることを見出した。その理由について、本発明者らは以下のように推察している。 The present inventors have obtained the knowledge that when the hydrogen treatment as described above is performed in the manufacturing process, the characteristics of the switch element can be improved in addition to the effect of reducing the dark current of the light receiving element. As a result of further investigation based on such knowledge, it has been found that the effect of improving the characteristics of the switch element is particularly remarkable when the employed switch element is a field effect transistor. About the reason, the present inventors guess as follows.

すなわち、電界効果トランジスタは、キャリアの移動する領域がシリコン基板の極めて浅い領域に形成されるのに対し、バイポーラトランジスタにあっては、電界効果トランジスタと比較すると、キャリアがシリコン基板の深い領域を移動する。水素処理によって水素イオンが浸透するのは、キャリア移動領域の極めて浅い部分に限定されるため、キャリアの移動領域の深浅の相違から、電界効果トランジスタの方がより一層高い特性向上効果が奏されると考えられる。 That is, in the field effect transistor, the carrier moving region is formed in a very shallow region of the silicon substrate, whereas in the bipolar transistor, the carrier moves in a deep region of the silicon substrate as compared with the field effect transistor. To do. Since hydrogen ions permeate through hydrogen treatment is limited to a very shallow portion of the carrier movement region, the field effect transistor has a higher characteristic improvement effect due to the difference in depth of the carrier movement region. it is conceivable that.

なお、本発明者らは、電界効果トランジスタをスイッチ素子形成領域に形成する場合に、水素処理によって特に優れた特性向上効果が奏されるのは、いわゆる１／ｆノイズを効果的に低減できるためと考えている。１／ｆノイズは、電界効果トランジスタのキャリア移動領域において電子がトラップされることにより発生すると考えられる。つまり、当該領域にケイ素原子の未結合手があると、そこで電子の捕獲及び放出がランダムに発生して１／ｆノイズが生じる。このような電子のトラップに起因する１／ｆノイズは、回路等の設計上の工夫によっては低減することは困難であるが、上記のような水素処理によって効果的に低減できる。 In addition, when forming the field effect transistor in the switch element formation region, the present inventors have a particularly excellent characteristic improvement effect by the hydrogen treatment because the so-called 1 / f noise can be effectively reduced. I believe. 1 / f noise is considered to be generated by trapping electrons in the carrier movement region of the field effect transistor. In other words, if there are dangling bonds of silicon atoms in the region, electron capture and emission occur at random, and 1 / f noise is generated. Although it is difficult to reduce 1 / f noise caused by such electron traps depending on design of a circuit or the like, it can be effectively reduced by hydrogen treatment as described above.

また、本発明の光センサにおいては、受光素子形成領域のシリコン基板上に設けられた酸化シリコン層及び窒化シリコン層を受光素子の反射防止膜として機能させることにより、入射光のうちの反射成分が低減され、受光感度の向上が図られる。 In the optical sensor of the present invention, the silicon oxide layer and the silicon nitride layer provided on the silicon substrate in the light receiving element formation region function as an antireflection film of the light receiving element, so that the reflected component of the incident light is reduced. And the light receiving sensitivity is improved.

本発明によれば、受光素子の低い暗電流及びスイッチ素子の優れた特性の両方を高水準に達成可能なモノリシック型の光センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a monolithic photosensor that can achieve both a low dark current of a light receiving element and an excellent characteristic of a switch element at a high level.

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same reference numerals are used for the same elements, and duplicate descriptions are omitted.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光センサの断面図（ａ）、その平面図（ｂ）である。同図に示す光センサ１０は、同一のシリコン基板２に形成されたフォトダイオード（受光素子）Ｄ１と、ＮＭＯＳ回路で構成される電界効果トランジスタ（スイッチ素子）Ｑ１とを配線１３で接続したモノリシック型の光センサである。図１に示す領域ＰＤはフォトダイオードＤ１に係る領域を意味し、領域ＮＭＯＳは電界効果トランジスタＱ１に係る領域を意味する。シリコン基板２は、ＳｉＯ_２からなるフィールド酸化膜６ａを有しており、フィールド酸化膜６ａによって複数の領域に区画されている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) of the photosensor according to the first embodiment. The optical sensor 10 shown in the figure is a monolithic type in which a photodiode (light receiving element) D1 formed on the same silicon substrate 2 and a field effect transistor (switching element) Q1 formed of an NMOS circuit are connected by a wiring 13. This is an optical sensor. A region PD shown in FIG. 1 means a region related to the photodiode D1, and a region NMOS means a region related to the field effect transistor Q1. The silicon substrate 2 has a field oxide film 6a made of SiO ₂ and is partitioned into a plurality of regions by the field oxide film 6a.

まず、フォトダイオードＤ１の構成について説明する。図１に示すように、フォトダイオードＤ１は、シリコン基板２の表面に形成された高濃度のｐ型半導体層（アノード）３ａと、高濃度のｎ型半導体層（カソード）３ｃを備えている。ｎ型半導体層３ｃには、層間絶縁層８に設けられたコンタクトホールを介して配線１３が接続されている。また、ｐ型半導体層３ａは、層間絶縁層８に設けられたコンタクトホールを介して電極１９が接続されている。 First, the configuration of the photodiode D1 will be described. As shown in FIG. 1, the photodiode D1 includes a high-concentration p-type semiconductor layer (anode) 3a formed on the surface of the silicon substrate 2 and a high-concentration n-type semiconductor layer (cathode) 3c. A wiring 13 is connected to the n-type semiconductor layer 3 c through a contact hole provided in the interlayer insulating layer 8. The p-type semiconductor layer 3 a is connected to an electrode 19 through a contact hole provided in the interlayer insulating layer 8.

フォトダイオードＤ１の受光部１２は、シリコン基板２に形成されたフィールド酸化膜６ａで囲まれた領域に形成されている。フォトダイオードＤ１の受光部１２以外の部分は、層間絶縁層８上に積層されたパッシベーション層９によって被覆されているのに対し、フォトダイオードＤ１の受光部１２は、酸化シリコン層６ｂ上に積層され、受光面１２ａをなす窒化シリコン層７によって被覆されている。酸化シリコン層６ｂ及び窒化シリコン層７は、任意の波長の光に対して反射率が低くなるように厚さが調整されており、反射防止膜としての役割を果たしている。 The light receiving portion 12 of the photodiode D1 is formed in a region surrounded by a field oxide film 6a formed on the silicon substrate 2. The portions other than the light receiving portion 12 of the photodiode D1 are covered with the passivation layer 9 stacked on the interlayer insulating layer 8, whereas the light receiving portion 12 of the photodiode D1 is stacked on the silicon oxide layer 6b. The silicon nitride layer 7 forming the light receiving surface 12a is covered. The thicknesses of the silicon oxide layer 6b and the silicon nitride layer 7 are adjusted so that the reflectance is low with respect to light of an arbitrary wavelength, and serves as an antireflection film.

フォトダイオードＤ１においては、窒化シリコン層７の端部７ａは、周囲のフィールド酸化膜６ａと離隔している。かかる構成を具備することで、後述するように製造プロセスにおいて効率的に水素処理を実施できるという利点を有する。 In the photodiode D1, the end 7a of the silicon nitride layer 7 is separated from the surrounding field oxide film 6a. By having such a configuration, there is an advantage that hydrogen treatment can be efficiently performed in the manufacturing process as described later.

電界効果トランジスタＱ１の構成について説明する。電界効果トランジスタＱ１は、ｐ型のシリコン基板２の表面に形成されたｐ型ウェル４ｗと、ｐ型ウェル４ｗの表面に形成されたｎ型のソース領域４ｓ及びドレイン領域４ｄと、シリコン基板２の表面に形成された酸化シリコン層（ゲート酸化膜）６ｃ、酸化シリコン層６ｃ上に設けられたゲート電極１４ｇとを備えている。ソース領域４ｓ、ドレイン領域４ｄ、ゲート電極１４ｇには、層間絶縁層８に設けられたコンタクトホールを介して、それぞれ、コンタクト電極１４Ｓ（配線１３）、コンタクト電極１４Ｇ、コンタクト電極１４Ｄが接続されている。 The configuration of the field effect transistor Q1 will be described. The field effect transistor Q1 includes a p-type well 4w formed on the surface of the p-type silicon substrate 2, an n-type source region 4s and a drain region 4d formed on the surface of the p-type well 4w, and the silicon substrate 2 A silicon oxide layer (gate oxide film) 6c formed on the surface, and a gate electrode 14g provided on the silicon oxide layer 6c are provided. A contact electrode 14S (wiring 13), a contact electrode 14G, and a contact electrode 14D are connected to the source region 4s, the drain region 4d, and the gate electrode 14g through contact holes provided in the interlayer insulating layer 8, respectively. .

次に、図２〜４を参照しながら、光センサ１０の製造方法について説明する。図２（ａ）に示す構成の光センサ１０用のシリコン基板を作製するため、まず、下記のプロセスを実施する。 Next, a method for manufacturing the optical sensor 10 will be described with reference to FIGS. In order to produce a silicon substrate for the optical sensor 10 having the configuration shown in FIG. 2A, first, the following process is performed.

結晶面が（１００）であり、不純物濃度が１０^１５〜１０^１６ｃｍ^−３のｐ型シリコンウェハを準備し、電界効果トランジスタＱ１の形成領域にｐ型不純物を添加してウェル４ｗを形成する。次いで、フィールド酸化膜６ａに対応する位置にｐ型半導体層３ｂ形成用のｐ型の不純物（ホウ素など）をイオン注入する。その後、水蒸気雰囲気の炉で熱処理し、フィールド酸化膜６ａを形成するとともに、イオン注入したホウ素をシリコン中に拡散させて、ｐ型半導体層３ｂを形成する。 A p-type silicon wafer having a crystal plane of (100) and an impurity concentration of 10 ¹⁵ to 10 ¹⁶ cm ⁻³ is prepared, and a p-type impurity is added to the formation region of the field effect transistor Q1 to form a well 4w. Next, a p-type impurity (such as boron) for forming the p-type semiconductor layer 3b is ion-implanted at a position corresponding to the field oxide film 6a. Thereafter, heat treatment is performed in a steam atmosphere furnace to form a field oxide film 6a, and ion-implanted boron is diffused into silicon to form a p-type semiconductor layer 3b.

イオン注入の際に使用したレジストを除去し、露出したシリコン基板表面に薄いＳｉＯ_２膜からなる酸化シリコン層６ｂ，６ｃを形成する。次いで、ゲート形成領域に多結晶シリコン膜を堆積させ、この多結晶シリコンにリンをイオン注入してゲート電極１４ｇを形成する。その後、ｎ型の不純物のイオン注入によって、ソース領域４ｓ、ドレイン領域４ｄ、ｎ型半導体層３ｃを同時に形成する。更に、ｐ型の不純物のイオン注入によって、ｐ型半導体層３ａを形成する。上記プロセスにより、図２（ａ）に示す構成のシリコン基板が得られる。 The resist used in the ion implantation is removed, and silicon oxide layers 6b and 6c made of a thin SiO ₂ film are formed on the exposed silicon substrate surface. Next, a polycrystalline silicon film is deposited in the gate formation region, and phosphorus is ion-implanted into the polycrystalline silicon to form a gate electrode 14g. Thereafter, the source region 4s, the drain region 4d, and the n-type semiconductor layer 3c are simultaneously formed by ion implantation of an n-type impurity. Further, the p-type semiconductor layer 3a is formed by ion implantation of p-type impurities. By the above process, a silicon substrate having the structure shown in FIG.

図２（ａ）に示すシリコン基板が得られたら、フィールド酸化膜６ａ及び酸化シリコン層６ｂ，６ｃを覆うようにＳｉ_３Ｎ_４からなり、矩形の窒化シリコン層７を形成する（図２（ｂ）参照）。次いで、フォトダイオードＤ１の受光部１２上以外の部分について窒化シリコン層７のエッチングを行う。 When the silicon substrate shown in FIG. 2A is obtained, a rectangular silicon nitride layer 7 made of Si ₃ N ₄ is formed so as to cover the field oxide film 6a and the silicon oxide layers 6b and 6c (FIG. 2B). )reference). Next, the silicon nitride layer 7 is etched on portions other than the light receiving portion 12 of the photodiode D1.

その結果、図２（ｃ）に示すように、窒化シリコン層７は、フォトダイオードＤ１の受光部１２のみに残存し、電界効果トランジスタＱ１が形成される領域までは延在しないことになる。窒化シリコン層７の四辺（端部７ａ）が周囲のフィールド酸化膜６ａと離隔するように加工されることにより、フィールド酸化膜６ａと窒化シリコン層７の間の隙間がフォトダイオードＤ１のｐ型半導体層３ｂとｎ型半導体層３ｃのｐｎ接合部の上方に形成される。 As a result, as shown in FIG. 2C, the silicon nitride layer 7 remains only in the light receiving portion 12 of the photodiode D1, and does not extend to the region where the field effect transistor Q1 is formed. By processing the four sides (end portions 7a) of the silicon nitride layer 7 so as to be separated from the surrounding field oxide film 6a, the gap between the field oxide film 6a and the silicon nitride layer 7 becomes a p-type semiconductor of the photodiode D1. It is formed above the pn junction between layer 3b and n-type semiconductor layer 3c.

このシリコン基板に対し、水素処理を実施する。図３（ｄ）に示すように、窒化シリコン層７の端部７ａとフィールド酸化膜６ａとの間の隙間から酸化シリコン層６ｂを通じて水素イオンがシリコン基板内へと浸透するため、フィールド酸化膜の周辺に生じやすいケイ素原子の未結合手を水素終端とすることができる。したがって、フォトダイオードＤ１に対してはフィールド酸化膜６ａの周辺の結晶欠陥に起因する暗電流の発生を防ぐことができ、より低ノイズとすることができる。他方、かかる水素処理は、電界効果トランジスタＱ１に対し、１／ｆノイズを低減するという効果をもたらす。 Hydrogen treatment is performed on the silicon substrate. As shown in FIG. 3D, since hydrogen ions permeate into the silicon substrate through the silicon oxide layer 6b from the gap between the end 7a of the silicon nitride layer 7 and the field oxide film 6a, the field oxide film The dangling bonds of silicon atoms that are likely to occur around can be terminated with hydrogen. Therefore, dark current due to crystal defects around the field oxide film 6a can be prevented for the photodiode D1, and noise can be further reduced. On the other hand, such hydrogen treatment has an effect of reducing 1 / f noise to the field effect transistor Q1.

なお、窒化シリコン層７は水素を透過しにくい性質を有しており、窒化シリコン層７で覆われたｎ型半導体層３ｃに対しては水素の浸透が十分に抑制される。したがって、窒化シリコン層７とフィールド酸化膜６ａとの間に隙間を設けない場合には、同様な水素処理を実施しても、酸化シリコン層６よりも膜厚が厚いフィールド酸化膜６ｂと窒化シリコン層７に水素イオンが遮られ、シリコン基板内に浸透する水素イオンが不十分となる。 Note that the silicon nitride layer 7 has a property of being hard to permeate hydrogen, and hydrogen permeation is sufficiently suppressed for the n-type semiconductor layer 3 c covered with the silicon nitride layer 7. Therefore, when no gap is provided between the silicon nitride layer 7 and the field oxide film 6a, the field oxide film 6b and the silicon nitride, which are thicker than the silicon oxide layer 6, are formed even if the same hydrogen treatment is performed. Hydrogen ions are blocked by the layer 7, and the hydrogen ions penetrating into the silicon substrate are insufficient.

次いで、図３（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法によって層間絶縁層８を堆積させた後、図４（ｆ）に示すように、層間絶縁層８にコンタクトホールを形成し、コンタクト電極、配線１３を形成する。続いて、層間絶縁層８上にＣＶＤ法により、パッシベーション層９を堆積させる（図４（ｇ）参照）。 Next, as shown in FIG. 3 (e), an interlayer insulating layer 8 is deposited by the CVD method, and then a contact hole is formed in the interlayer insulating layer 8 as shown in FIG. 4 (f). 13 is formed. Subsequently, a passivation layer 9 is deposited on the interlayer insulating layer 8 by a CVD method (see FIG. 4G).

その後、フォトダイオードＤ１の受光部１２上のパッシベーション層９及び層間絶縁層８をエッチングして、開口１２ｂを形成する（図１（ａ）参照）。パッシベーション層９及び層間絶縁層８のエッチングには、窒化シリコン層７に対するエッチングレートが小さいエッチング液又はエッチングガスを用いることが好ましい。このことにより、窒化シリコン層７をエッチングストッパーとして機能させることができる。 Thereafter, the passivation layer 9 and the interlayer insulating layer 8 on the light receiving portion 12 of the photodiode D1 are etched to form the opening 12b (see FIG. 1A). For etching the passivation layer 9 and the interlayer insulating layer 8, it is preferable to use an etching solution or etching gas having a low etching rate with respect to the silicon nitride layer 7. Thus, the silicon nitride layer 7 can function as an etching stopper.

以上の通り、本実施形態に係る光センサ１０のフォトダイオードＤ１は、製造プロセスにおける水素処理に好適な構造を有しているため、フォトダイオードＤ１の低い暗電流を達成できる。また、電界効果トランジスタＱ１の形成領域についても当該水素処理が施されることによって、キャリアが移動する酸化シリコン層６ｃの浅い領域の格子欠陥が低減され、１／ｆノイズの発生を十分に抑制することができる。 As described above, the photodiode D1 of the photosensor 10 according to the present embodiment has a structure suitable for hydrogen treatment in the manufacturing process, and thus can achieve a low dark current of the photodiode D1. Also, the hydrogen treatment is performed on the formation region of the field effect transistor Q1, whereby lattice defects in the shallow region of the silicon oxide layer 6c where carriers move are reduced, and generation of 1 / f noise is sufficiently suppressed. be able to.

また、窒化シリコン層７及び酸化シリコン層６ｂの層厚を最適化し、任意の波長に対する反射率を小さくすることで、測定すべき入射光の受光面１２ａでの反射を低減できる。これにより、フォトダイオードの高い受光感度を達成できる。 Further, by optimizing the thicknesses of the silicon nitride layer 7 and the silicon oxide layer 6b and reducing the reflectance with respect to an arbitrary wavelength, reflection of incident light to be measured on the light receiving surface 12a can be reduced. Thereby, the high light receiving sensitivity of the photodiode can be achieved.

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る光センサの断面図（ａ）、その平面図（ｂ）である。図５に示す光センサ２０は、スイッチ素子がＮＭＯＳ回路を有する電界効果トランジスタＱ１及びＰＭＯＳ回路を有する電界効果トランジスタＱ１０からなるＣＭＯＳ回路で構成される点において上記の第１実施形態に係る光センサ１０と相違する。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) of an optical sensor according to the second embodiment. The optical sensor 20 shown in FIG. 5 is a photosensor 10 according to the first embodiment in that the switch element is composed of a CMOS circuit including a field effect transistor Q1 having an NMOS circuit and a field effect transistor Q10 having a PMOS circuit. Is different.

電界効果トランジスタＱ１０は、シリコン基板２の表面に形成されたｎ型ウェル５ｗと、ｎ型ウェル５ｗの表面に形成されたｐ型のソース領域５ｓ及びドレイン領域５ｄと、シリコン基板２の表面に形成された酸化シリコン層（ゲート酸化膜）６ｄ、酸化シリコン層６ｄ上に設けられたゲート電極１５ｇとを備えている。ソース領域５ｓ、ドレイン領域５ｄ、ゲート電極１５ｇには、層間絶縁層８に設けられたコンタクトホールを介して、それぞれ、コンタクト電極１５Ｓ、コンタクト電極１５Ｇ、コンタクト電極１５Ｄが接続されている。 The field effect transistor Q10 is formed on the surface of the silicon substrate 2, the n-type well 5w formed on the surface of the silicon substrate 2, the p-type source region 5s and the drain region 5d formed on the surface of the n-type well 5w, and the surface of the silicon substrate 2. A silicon oxide layer (gate oxide film) 6d, and a gate electrode 15g provided on the silicon oxide layer 6d. A contact electrode 15S, a contact electrode 15G, and a contact electrode 15D are connected to the source region 5s, the drain region 5d, and the gate electrode 15g through contact holes provided in the interlayer insulating layer 8, respectively.

第２実施形態に係る光センサ２０は、第１実施形態の光センサ１０と同様、製造プロセスにおける水素処理により、フォトダイオードＤ１の暗電流を十分に低減できるとともに、電界効果トランジスタＱ１，Ｑ１０における１／ｆノイズの発生を十分に抑制することができる。 Similar to the optical sensor 10 of the first embodiment, the optical sensor 20 according to the second embodiment can sufficiently reduce the dark current of the photodiode D1 by hydrogen treatment in the manufacturing process, and 1 in the field effect transistors Q1 and Q10. / F Noise generation can be sufficiently suppressed.

（第３実施形態）
図６は、第２実施形態に係る光センサの断面図（ａ）、その平面図（ｂ）である。図６に示す光センサ３０は、同一のシリコン基板に複数のフォトダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３及び複数の電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３が形成されたアレイ構造を有する点において第１実施形態に係る光センサ１０と相違する。 (Third embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) of the photosensor according to the second embodiment. The optical sensor 30 shown in FIG. 6 is related to the first embodiment in that it has an array structure in which a plurality of photodiodes D1, D2, D3 and a plurality of field effect transistors Q1, Q2, Q3 are formed on the same silicon substrate. Different from the optical sensor 10.

第３実施形態に係る光センサ３０においても、第１実施形態の光センサ１０と同様、製造プロセスにおいて水素処理を実施することにより、フォトダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の暗電流を十分に低減できるとともに、電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３における１／ｆノイズの発生を十分に抑制することができる。 In the optical sensor 30 according to the third embodiment, as in the optical sensor 10 of the first embodiment, the dark current of the photodiodes D1, D2, and D3 can be sufficiently reduced by performing hydrogen treatment in the manufacturing process. Generation of 1 / f noise in the field effect transistors Q1, Q2, and Q3 can be sufficiently suppressed.

以上、本発明に係る光センサの実施形態について詳しく説明したが、本発明は更に下記のような形態であってもよい。 As mentioned above, although the embodiment of the optical sensor according to the present invention has been described in detail, the present invention may further include the following forms.

例えば、上記第１〜３実施形態においては、窒化シリコン層７の四辺（端部７ａ）が周囲のフィールド酸化膜６ａと離隔するように形成された光センサを例示したが、端部７ａが周囲のフィールド酸化膜６ａと部分的に離隔するように窒化シリコン層７を形成してもよい。水素処理によってフィールド酸化膜とｐｎ接合部との界面領域に十分な水素イオンを供給する観点からは、窒化シリコン層７の四辺が周囲のフィールド酸化膜６ａと離隔していることが好ましいが、例えば、窒化シリコン層７の四辺のうち、三辺又は二辺がフィールド酸化膜６ａと離隔するように設けられたものであっても、暗電流低減効果が奏される。 For example, in the first to third embodiments, the optical sensor formed so that the four sides (end portion 7a) of the silicon nitride layer 7 are separated from the surrounding field oxide film 6a is exemplified. The silicon nitride layer 7 may be formed so as to be partially separated from the field oxide film 6a. From the viewpoint of supplying sufficient hydrogen ions to the interface region between the field oxide film and the pn junction by hydrogen treatment, it is preferable that the four sides of the silicon nitride layer 7 are separated from the surrounding field oxide film 6a. Even if three or two sides of the four sides of the silicon nitride layer 7 are provided so as to be separated from the field oxide film 6a, the dark current reducing effect is exhibited.

また、第１〜３実施形態においては、ｎ＋／ｐ型のフォトダイオードを例示したが、これに代えて、ｐ＋／ｎ型のフォトダイオードを受光素子として採用してもよい。また、第１〜３実施形態では、フォトダイオードがｐ型ウェルの外に形成する場合を例示したが、フォトダイオードをｐ型ウェルの中に形成してもよい。更に、第１実施形態の光センサ１０において、スイッチ素子としてＮＭＯＳ回路の代わりにＰＭＯＳ回路で構成される電界効果トランジスタを採用してもよい。また、スイッチ素子としてバイポーラトランジスタを採用した場合も製造プロセスにおいて水素処理を実施することで、キャリアの移動領域にあるケイ素原子の未結合手が低減され、ノイズ低減効果が奏される。 In the first to third embodiments, an n + / p-type photodiode is exemplified. However, instead of this, a p + / n-type photodiode may be adopted as a light receiving element. In the first to third embodiments, the case where the photodiode is formed outside the p-type well is illustrated, but the photodiode may be formed in the p-type well. Furthermore, in the optical sensor 10 of the first embodiment, a field effect transistor configured by a PMOS circuit may be adopted as the switching element instead of the NMOS circuit. In addition, even when a bipolar transistor is employed as the switch element, by performing hydrogen treatment in the manufacturing process, dangling bonds of silicon atoms in the carrier movement region are reduced, and a noise reduction effect is achieved.

本発明の第１実施形態に係る光センサの断面図（ａ）、その平面図（ｂ）である。It is sectional drawing (a) of the optical sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, and its top view (b). （ａ）〜（ｃ）は、図１に示した光センサ用のシリコン基板を製造するプロセスにおける各段階の状態を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the state of each step in the process which manufactures the silicon substrate for optical sensors shown in FIG. （ｄ）及び（ｅ）は、図１に示した光センサ用のシリコン基板を製造するプロセスにおける各段階の状態を示す断面図である。(D) And (e) is sectional drawing which shows the state of each step in the process which manufactures the silicon substrate for optical sensors shown in FIG. （ｆ）及び（ｇ）は、図１に示した光センサ用のシリコン基板を製造するプロセスにおける各段階の状態を示す断面図である。(F) And (g) is sectional drawing which shows the state of each step in the process which manufactures the silicon substrate for optical sensors shown in FIG. 本発明の第２実施形態に係る光センサの断面図（ａ）、その平面図（ｂ）である。It is sectional drawing (a) of the optical sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention, and its top view (b). 本発明の第３実施形態に係る光センサの断面図（ａ）、その平面図（ｂ）である。It is sectional drawing (a) of the optical sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention, and its top view (b).

Explanation of symbols

２…シリコン基板、６ａ…フィールド酸化膜、６ｂ，６ｃ，６ｄ…酸化シリコン層、７…窒化シリコン層、７ａ…窒化シリコン層の端部、８…層間絶縁層、９…パッシベーション層、１０，２０，３０…光センサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…フォトダイオード（受光素子）、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ１０…電界効果トランジスタ（スイッチ素子）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Silicon substrate, 6a ... Field oxide film, 6b, 6c, 6d ... Silicon oxide layer, 7 ... Silicon nitride layer, 7a ... End of silicon nitride layer, 8 ... Interlayer insulating layer, 9 ... Passivation layer, 10, 20 , 30... Optical sensors, D1, D2, D3... Photodiodes (light receiving elements), Q1, Q2, Q3, Q10.

Claims

An optical sensor having a field oxide film made of silicon oxide for partitioning a silicon substrate into a plurality of regions, and connecting a light receiving element and a switch element respectively formed in different partitioned regions,
A silicon oxide layer provided so as to cover the silicon substrate together with the field oxide film;
A silicon nitride layer provided so as to cover the silicon oxide layer in a region where the light receiving element is formed and having an end portion separated from the field oxide film;
Interlayer insulation provided to cover the end of the silicon nitride layer, the field oxide film, and the silicon oxide layer, having an opening for exposing the silicon nitride layer forming the light receiving surface of the light receiving element Layers,
A passivation layer provided on the interlayer insulating layer;
An optical sensor comprising:

The optical sensor according to claim 1, wherein the switch element is a field effect transistor.