JP2009239003A - 光センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光センサ1は、半導体支持基板11と、半導体支持基板11上に埋め込み酸化膜12を介して配置されたSOI層13とからなるSOI基板10において、半導体支持基板11に形成された可視光センサ3と、SOI層13に形成された紫外線センサ5と、を有する。可視光センサ3は、第1可視光用フォトダイオード21、第2可視光用フォトダイオード22、及び第3可視光用フォトダイオード23を有する。紫外線センサ5は、紫外線用フォトダイオード41を有する。
【選択図】図1
Description
この場合、その製品は少なくとも2つのチップが必要となるため、実装面積が増大し、またコストも高くなってしまうという問題があった。
そこで本発明の目的は、紫外線センサと可視光センサを1チップ化した光センサを提供することである。
半導体支持基板と、前記半導体支持基板上に絶縁層を介して配置された半導体層とからなるSOI基板において、
前記半導体支持基板に形成された可視光センサと、
前記半導体層に形成された紫外線センサと、
を有することを特徴とする。
(実施形態)
本発明の実施形態に係る光センサ及びその製造方法を、図1乃至図10を用いて説明する。図1は、実施形態に係る光センサの構造を示す平面図及び断面図であり、図2乃至図9は、実施形態に係る光センサの製造方法を示す断面図である。また図10は、実施形態に係る光センサの動作を示す図である。
まず、本発明の実施形態に係る光センサの構造を、図1を用いて説明する。
図1(a)は、実施形態に係る光センサの平面図であり、図1(b)は、実施形態に係る光センサの断面図である。また図1(b)は、図1(a)のB−B線における断面図である。なお、図1(a)では、理解を容易にするためにコンタクトプラグ等の一部の構成の図示を省略してある。
可視光センサ3は、第1ウェル26と第2ウェル27とからなる第1可視光用フォトダイオード21と、第2ウェル27と第3ウェル28とからなる第2可視光用フォトダイオード22と、第3ウェル28と第4ウェル29とからなる第3可視光用フォトダイオード23と、からなる。なお、可視光センサとしての機能を得るためには少なくとも2つの可視光用フォトダイオード(例えば、第1可視光用フォトダイオード21と第2可視光用フォトダイオード22)があればよい。しかしながら、本実施形態のように3つの可視光用フォトダイオードを用いることにより、より精度の高い可視光センサを実現することが可能となる。
SOI層13の受光領域20には、紫外線センサ5が正方形に形成されている。紫外線センサ5の周りは、SOI層13に形成された素子分離領域15が取り囲んでいる。また、紫外線センサ5は、可視光センサ3の第4ウェル29が形成された領域の内側に形成されている。従って、可視光センサ3は、紫外線センサ5の下方に形成されている。
SOI層13の制御用回路形成領域60には、トランジスタ7が形成されている。トランジスタ7は、ゲート電極61と、ソース領域62と、ドレイン領域63とを有する。トランジスタ7の周りは、SOI層13に形成された素子分離領域15が取り囲んでいる。制御用回路形成領域60は、可視光センサ3及び紫外線センサ5によって検出されたフォト電流値を増幅、演算等するための回路形成領域であるが、その他の用途の回路を形成しても構わない。
ゲート電極61は、SOI層13のチャネル領域67上にゲート絶縁膜64を介して形成されている。
以上が、SOI基板10の受光領域20及び制御用回路形成領域60に形成された、可視光センサ3、紫外線センサ5及びトランジスタ7の説明である。
そして、中間絶縁膜14上には所望の配線パターンが形成され、コンタクトプラグ36、50、70及び73は配線パターンと電気的に接続される。
次に、本発明の実施形態に係る光センサの製造方法を、図2乃至図9を用いて説明する。図2乃至図9は、図1(a)のB−B線に対応する工程断面図である。
次に、図8(a)に示すように、シリサイドを形成する領域の絶縁膜95及び96を選択的に除去する。具体的にはまず、レジストパターン90を絶縁膜96上に形成する。レジストパターン90は、第1高濃度領域47及び第2高濃度領域48上の絶縁膜96の部分、並びに制御用回路形成領域60の絶縁膜96全面を露出するマスクパターンである。
(動作)
次に、本発明の実施形態に係る光センサの動作を、図10を用いて説明する。図10(a)は、本発明の実施形態に係る光センサの動作を示すために、受光領域20の構造及び動作状況を模式的に示した図である。図10(b)は、可視光センサ3が可視光波長領域に対して受光感度を持つことを示す図である。
本発明の実施形態に係る光センサによれば、SOI基板10の半導体支持基板11に可視光センサ3が形成され、SOI層10に紫外線センサ5が形成されているので、紫外線センサと可視光センサを1チップ化した光センサを実現することができる。
また、可視光センサ3が紫外線センサ5の下方に形成されているので、可視光センサと紫外線センサという2種類のセンサを有しているにもかかわらず、その面積は1つのセンサの分しか必要としない。すなわち、面積を増大させずに紫外線センサと可視光センサを1チップ化した光センサを実現することができる。
本発明の変形例に係る光センサを、図11を用いて説明する。図11(a)は、変形例に係る光センサの平面図であり、図11(b)は、変形例に係る光センサの断面図である。なお、図11(b)は、図11(a)のB−B線における断面図である。なお、図11(a)では、理解を容易にするために一部の構成(コンタクトプラグ等)の図示を省略してある。
本発明の変形例に係る光センサによれば、SOI基板10の半導体支持基板11に可視光センサ3が形成され、SOI層10に紫外線センサ5が形成されているので、紫外線センサと可視光センサを1チップ化した光センサを実現することができる。
3 可視光センサ
5 紫外線センサ
7 トランジスタ
10 SOI基板
11 半導体支持基板
12 埋め込み酸化膜(絶縁層)
13 SOI層(半導体層)
14 中間絶縁膜
15 素子分離領域
16 素子領域
20 受光領域
21 第1可視光用フォトダイオード
22 第2可視光用フォトダイオード
23 第3可視光用フォトダイオード
26 第1ウェル
27 第2ウェル
28 第3ウェル
29 第4ウェル
41 紫外線用フォトダイオード
46 低濃度領域
47 第1高濃度領域
48 第2高濃度領域
60 制御用回路形成領域
61 ゲート電極
62 ソース領域
63 ドレイン領域
81〜90 レジストパターン
Claims (16)
- 半導体支持基板と、前記半導体支持基板上に絶縁層を介して配置された半導体層とからなるSOI基板において、
前記半導体支持基板に形成された可視光センサと、
前記半導体層に形成された紫外線センサと、
を有する光センサ。 - 前記可視光センサは、前記紫外線センサの下方に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の光センサ。
- 前記可視光センサは、前記紫外線センサの下方以外の領域に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の光センサ。
- 前記可視光センサは、
第1導電型の前記半導体支持基板中に形成された第2導電型の第1ウェルと、前記第1ウェル中に形成された第1導電型の第2ウェルとからなる第1可視光用フォトダイオードと、
前記第2ウェルと、前記第2ウェル中に形成された第2導電型の第3ウェルとからなる第2可視光用フォトダイオードと、
を有することを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の光センサ。 - 前記可視光センサは、
第1導電型の前記半導体支持基板中に形成された第2導電型の第1ウェルと、前記第1ウェル中に形成された前記第1導電型の第2ウェルとからなる第1可視光用フォトダイオードと、
前記第2ウェルと、前記第2ウェル中に形成された前記第2導電型の第3ウェルとからなる第2可視光用フォトダイオードと、を有し、
前記紫外線センサは、
前記半導体層中に形成された第1導電型の低濃度領域と、前記低濃度領域に隣接して形成された第2導電型の第1高濃度領域と、前記低濃度領域に隣接しかつ前記第1高濃度領域と対向して形成された前記第1導電型の第2高濃度領域とを有し、前記第1高濃度領域及び前記第2高濃度領域の不純物濃度は前記低濃度領域の不純物濃度よりも高い、紫外線用フォトダイオードを有することを特徴とする、請求項1に記載の光センサ。 - 前記第1ウェル、前記第2ウェル及び前記第3ウェルは、前記低濃度領域の下方に形成されていることを特徴とする、請求項5に記載の光センサ。
- 前記半導体層には、制御用回路素子がさらに形成されていることを特徴とする、請求項6に記載のセンサ。
- 前記可視光センサは、
前記第3ウェルと、前記低濃度領域の下方の前記第3ウェル中に形成された前記第1導電型の第4ウェルとからなる第3可視光用フォトダイオードをさらに有することを特徴とする、請求項6又は7に記載の光センサ。 - 前記可視光センサは、前記紫外線センサの下方以外の領域に形成されていることを特徴とする、請求項5に記載の光センサ。
- 前記可視光センサが形成された領域上には前記絶縁層が形成されていないことを特徴とする、請求項9に記載の光センサ。
- 前記半導体層には、制御用回路素子がさらに形成されていることを特徴とする、請求項10に記載のセンサ。
- 前記可視光センサは、
前記第3ウェルと、前記第1導電型の第4ウェルとからなる第3可視光用フォトダイオードをさらに有することを特徴とする、請求項9から11のいずれかに記載の光センサ。 - 前記低濃度領域は、3nm以上36nm以下の膜厚であることを特徴とする、請求項5から12のいずれかに記載の光センサ。
- 前記第1高濃度領域及び前記第2高濃度領域は、30nm以上の膜厚であることを特徴とする、請求項5から13のいずれかに記載の光センサ。
- 前記第1高濃度領域及び前記第2高濃度領域の膜厚は、前記制御用回路素子が形成された部分の前記半導体層の膜厚と同じであることを特徴とする、請求項7又は11のいずれかに記載の光センサ。
- 前記第1高濃度領域及び前記第2高濃度領域の膜厚は、40nm以上100nm以下の膜厚であることを特徴とする、請求項15に記載の光センサ。
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