JP2014060190A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device including a photo detector having good high-frequency response characteristic.SOLUTION: A semiconductor device SD1 includes a photo detector PD1. The photo detector PD1 includes a semiconductor substrate SS1, first conductivity type first through third semiconductor layers SL1-SL3 and a second conductivity type fourth semiconductor layer SL4 formed on the third semiconductor layer SL3. The second through fourth semiconductor layers SL2-SL4 form a mesa structure MS1. The photo detector PD1 includes a second conductivity type fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) formed on a side wall of the mesa structure MS1. A first impurity as a second conductivity type impurity of the fourth semiconductor layer SL4 and a second impurity as a second conductivity type impurity of the fifth semiconductor layer are elements different from each other. A diffusion constant of the second impurity in the fifth semiconductor layer is larger than a diffusion constant of the first impurity in the fourth semiconductor layer SL4.

Description

本発明は、メサ構造を有する受光素子を含む半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a light receiving element having a mesa structure and a method for manufacturing the semiconductor device.

特許文献1に記載された半導体受光素子においては、n型InP基板上に、n型InPバッファ層と、n型InPバッファ層と、n型InP電界緩和層と、アンドープInAlGaAs/InAlAs超格子増倍層と、p型InP電界緩和層とp型InGaAs光吸収層と、p型InPキャップ層と、p+型InGaAsコンタクト層と、が順次形成されている。そして、n型InP基板上のこれら積層構造がメサ構造を構成している。 In the semiconductor light-receiving element described in Patent Document 1, an n + -type InP buffer layer, an n -type InP buffer layer, an n + -type InP electric field relaxation layer, an undoped InAlGaAs / InAlAs on an n + -type InP substrate. A superlattice multiplication layer, a p + type InP electric field relaxation layer, a p type InGaAs light absorption layer, a p type InP cap layer, and a p + type InGaAs contact layer are sequentially formed. These stacked structures on the n + -type InP substrate constitute a mesa structure.

なお、特許文献1には、メサ構造の頂部のp型半導体層(p型InPキャップ層)の不純物について何ら記載が無い。   In Patent Document 1, there is no description about impurities in the p-type semiconductor layer (p-type InP cap layer) at the top of the mesa structure.

特開平8−181349号公報JP-A-8-181349

変調された光が受光素子に入射したときに、受光素子により光電変換がなされ、受光素子から電流が出力される。この電流出力波形が、入力光波形にどれだけ追随しているかを表す特性を、高周波応答特性という。近年、高周波応答特性が良好な受光素子を含む半導体装置を製造する要請が高まっている。   When the modulated light enters the light receiving element, photoelectric conversion is performed by the light receiving element, and a current is output from the light receiving element. A characteristic indicating how much the current output waveform follows the input optical waveform is called a high frequency response characteristic. In recent years, there has been an increasing demand for manufacturing a semiconductor device including a light receiving element having good high frequency response characteristics.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

一実施の形態によれば、第四半導体層の第二導電型の不純物である第一不純物と第五半導体層の第二導電型の不純物である第二不純物とが互いに異なる元素である。そして、第四半導体層における第一不純物の拡散定数よりも第五半導体層における第二不純物の拡散定数が大きい。   According to one embodiment, the first impurity that is the second conductivity type impurity of the fourth semiconductor layer and the second impurity that is the second conductivity type impurity of the fifth semiconductor layer are different elements. The diffusion constant of the second impurity in the fifth semiconductor layer is larger than the diffusion constant of the first impurity in the fourth semiconductor layer.

前記一実施の形態によれば、高周波応答特性が良好な受光素子を含む半導体装置が得られる。   According to the one embodiment, a semiconductor device including a light receiving element having good high frequency response characteristics can be obtained.

第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示す平面図である。1 is a plan view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の受光素子のメサ構造の頂部を構成する第四半導体層の深さ方向における不純物濃度のプロファイルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the profile of the impurity concentration in the depth direction of the 4th semiconductor layer which comprises the top part of the mesa structure of the light receiving element of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment.

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

〔第1の実施形態〕
図1は第1の実施形態に係る半導体装置SD1の構造を示す断面図である。図2は半導体装置SD1の構造を示す平面図である。図1は図2のA−A線に沿った断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device SD1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the structure of the semiconductor device SD1. 1 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

本実施形態に係る半導体装置SD1は、受光素子PD1(半導体受光素子)を有する。受光素子PD1は、半導体基板SS1と、第一半導体層SL1と、第二半導体層SL2と、第三半導体層SL3と、第四半導体層SL4と、第五半導体層(第二導電型領域SL5)と、を有する。第一半導体層SL1は半導体基板SS1上に積層して形成され、第二半導体層SL2は第一半導体層SL1上に積層して形成され、第三半導体層SL3は第二半導体層SL2上に積層して形成され、第四半導体層SL4は第三半導体層SL3上に積層して形成されている。第二半導体層SL2、第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4によりメサ構造MS1が構成されている。第五半導体層(第二導電型領域SL5)は、メサ構造MS1の側壁に形成されている。第一半導体層SL1、第二半導体層SL2及び第三半導体層SL3は第一導電型(例えばn型)である。
第四半導体層SL4及び第五半導体層(第二導電型領域SL5)は、第二導電型(例えばp型)である。ただし、第四半導体層SL4の第二導電型の不純物である第一不純物と、第五半導体層(第二導電型領域SL5)の第二導電型の不純物である第二不純物とは、互いに異なる元素である。そして、第四半導体層SL4における第一不純物の拡散定数よりも第五半導体層(第二導電型領域SL5)における第二不純物の拡散定数が大きい。
以下、詳細に説明する。
The semiconductor device SD1 according to this embodiment includes a light receiving element PD1 (semiconductor light receiving element). The light receiving element PD1 includes a semiconductor substrate SS1, a first semiconductor layer SL1, a second semiconductor layer SL2, a third semiconductor layer SL3, a fourth semiconductor layer SL4, and a fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5). And having. The first semiconductor layer SL1 is stacked on the semiconductor substrate SS1, the second semiconductor layer SL2 is stacked on the first semiconductor layer SL1, and the third semiconductor layer SL3 is stacked on the second semiconductor layer SL2. The fourth semiconductor layer SL4 is stacked on the third semiconductor layer SL3. A mesa structure MS1 is configured by the second semiconductor layer SL2, the third semiconductor layer SL3, and the fourth semiconductor layer SL4. The fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) is formed on the side wall of the mesa structure MS1. The first semiconductor layer SL1, the second semiconductor layer SL2, and the third semiconductor layer SL3 are of the first conductivity type (for example, n-type).
The fourth semiconductor layer SL4 and the fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) are of the second conductivity type (for example, p-type). However, the first impurity that is the second conductivity type impurity of the fourth semiconductor layer SL4 and the second impurity that is the second conductivity type impurity of the fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) are different from each other. It is an element. The diffusion constant of the second impurity in the fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) is larger than the diffusion constant of the first impurity in the fourth semiconductor layer SL4.
Details will be described below.

半導体基板SS1は、例えば、InP基板である。この半導体基板SS1は、例えば、半絶縁性(semi-insulating type)である。半絶縁性の半導体基板SS1は、InP基板にFe等をドープすることにより深い準位が形成され、高抵抗化されている。   The semiconductor substrate SS1 is, for example, an InP substrate. The semiconductor substrate SS1 is, for example, semi-insulating type. The semi-insulating semiconductor substrate SS1 has a deep level formed by doping Fe or the like into the InP substrate, and has a high resistance.

第一半導体層SL1は、例えば、n型のInP層である。 The first semiconductor layer SL1 is, for example, an n + type InP layer.

第二半導体層SL2は、例えば、n型のInP層である。或いは、第二半導体層SL2は、n型のInP層上にn型のInAlAs層を積層することにより構成されたものであっても良い。 The second semiconductor layer SL2 is, for example, an n type InP layer. Alternatively, the second semiconductor layer SL2 is, n - the type of InP layer n - or may be constructed by laminating type InAlAs layer.

第三半導体層SL3は、例えば、n型のInGaAs層である。第三半導体層SL3は、光吸収層として機能する。 The third semiconductor layer SL3 is, for example, an n type InGaAs layer. The third semiconductor layer SL3 functions as a light absorption layer.

第四半導体層SL4は、例えば、p型のInGaAs層である。すなわち、第一不純物は、p型の不純物である。   The fourth semiconductor layer SL4 is, for example, a p-type InGaAs layer. That is, the first impurity is a p-type impurity.

例えば、第一半導体層SL1、第二半導体層SL2及び第三半導体層SL3のn型不純物は、Siである。   For example, the n-type impurity of the first semiconductor layer SL1, the second semiconductor layer SL2, and the third semiconductor layer SL3 is Si.

例えば、第四半導体層SL4のp型不純物(第一不純物)は、Be、C又はMgである。   For example, the p-type impurity (first impurity) of the fourth semiconductor layer SL4 is Be, C, or Mg.

例えば、第五半導体層(第二導電型領域SL5)のp型不純物(第二不純物)は、Znである。   For example, the p-type impurity (second impurity) of the fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) is Zn.

上記のように、第二半導体層SL2、第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4によりメサ構造MS1が構成されている。   As described above, the mesa structure MS1 is configured by the second semiconductor layer SL2, the third semiconductor layer SL3, and the fourth semiconductor layer SL4.

メサ構造MS1は、例えば、裾広がりに形成されている。すなわち、メサ構造MS1は、上から下に向けて当該メサ構造MS1の平断面積が拡大する形状に形成され、且つ、メサ構造MS1の側壁の傾斜角度が90°未満である。つまり、メサ構造MS1は、正面断面形状が台形状の部分である。メサ構造MS1の頂面は、ほぼ水平となっている。   The mesa structure MS1 is formed, for example, so as to widen the bottom. That is, the mesa structure MS1 is formed in a shape in which the plane cross-sectional area of the mesa structure MS1 increases from the top to the bottom, and the inclination angle of the side wall of the mesa structure MS1 is less than 90 °. That is, the mesa structure MS1 is a trapezoidal portion in front sectional shape. The top surface of the mesa structure MS1 is substantially horizontal.

メサ構造MS1は、第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4により構成された第一メサMS11と、第二半導体層SL2により構成された第二メサMS12と、を含んで構成されている。第二メサMS12は、第一メサMS11よりも平面寸法が大きい。平面視において、第二メサMS12の外形線は、第一メサMS11の外形線の外側に位置する。   The mesa structure MS1 includes a first mesa MS11 configured by the third semiconductor layer SL3 and the fourth semiconductor layer SL4, and a second mesa MS12 configured by the second semiconductor layer SL2. The second mesa MS12 has a larger planar dimension than the first mesa MS11. In plan view, the outline of the second mesa MS12 is located outside the outline of the first mesa MS11.

図2に示すように、メサ構造MS1は、例えば、平面視において円形に形成されている。第一メサMS11及び第二メサMS12は、それぞれ平面視において円形に形成され、且つ、平面視において互いに同心円状に配置されている。   As shown in FIG. 2, the mesa structure MS1 is formed in a circular shape in a plan view, for example. The first mesa MS11 and the second mesa MS12 are each formed in a circular shape in plan view, and are arranged concentrically with each other in plan view.

メサ構造MS1の両側には、それぞれ第二電極EL2の下地となる突起形状を構成するメサ構造MS2、MS3が形成されている。メサ構造MS2、MS3と、メサ構造MS2、MS3上に形成された第二電極EL2と、により電極パッドが構成されている。   On both sides of the mesa structure MS1, mesa structures MS2 and MS3 are formed, each forming a protrusion shape serving as a base for the second electrode EL2. The mesa structure MS2, MS3 and the second electrode EL2 formed on the mesa structure MS2, MS3 constitute an electrode pad.

メサ構造MS2、MS3は、メサ構造MS1と同様の積層構造からなる。すなわち、メサ構造MS2、MS3は、メサ構造MS1と同様に、第二半導体層SL2、第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4により構成されている。メサ構造MS2、MS3は、例えば、それぞれ平面視矩形状(具体的には、平面視長方形状)に形成されている。   The mesa structures MS2 and MS3 have the same stacked structure as the mesa structure MS1. That is, the mesa structures MS2 and MS3 are configured by the second semiconductor layer SL2, the third semiconductor layer SL3, and the fourth semiconductor layer SL4, similarly to the mesa structure MS1. The mesa structures MS2 and MS3 are each formed, for example, in a rectangular shape in plan view (specifically, in a rectangular shape in plan view).

メサ構造MS2は、メサ構造MS1と同様に、第一メサMS21と、第一メサMS21よりも平面寸法が大きい第二メサMS22と、を含んで構成されており、平面視において、第二メサMS22の外形線は、第一メサMS21の外形線の外側に位置する。第一メサMS21及び第二メサMS22は、それぞれ平面視において矩形状に形成され、互いに同心で且つ同じ向きに(各辺が互いに平行となるように)配置されている。   Similar to the mesa structure MS1, the mesa structure MS2 includes a first mesa MS21 and a second mesa MS22 having a larger planar dimension than the first mesa MS21, and the second mesa MS22 in plan view. The outer contour line is located outside the outer contour line of the first mesa MS21. The first mesa MS21 and the second mesa MS22 are each formed in a rectangular shape in plan view, and are arranged concentrically and in the same direction (so that each side is parallel to each other).

同様に、メサ構造MS3は、第一メサMS31と、第一メサMS31よりも平面寸法が大きい第二メサMS32と、を含んで構成されており、平面視において、第二メサMS32の外形線は、第一メサMS31の外形線の外側に位置する。第一メサMS31及び第二メサMS32は、それぞれ平面視において矩形状に形成され、互いに同心で且つ同じ向きに(各辺が互いに平行となるように)配置されている。   Similarly, the mesa structure MS3 includes a first mesa MS31 and a second mesa MS32 having a larger planar dimension than the first mesa MS31. In the plan view, the outline of the second mesa MS32 is , Located outside the outline of the first mesa MS31. The first mesa MS31 and the second mesa MS32 are each formed in a rectangular shape in plan view, and are arranged concentrically and in the same direction (so that each side is parallel to each other).

メサ構造MS2、3は、例えば、メサ構造MS1と同様に、裾広がりに形成されている。すなわち、メサ構造MS2、3は、上から下に向けてメサ構造MS2、3の平断面積が拡大する形状に形成され、且つ、メサ構造MS2、3の側壁の傾斜角度が90°未満である。メサ構造MS2、3は、正面断面形状及び側面断面形状がそれぞれ台形状の部分である。メサ構造MS2、3の頂面は、ほぼ水平となっている。   For example, the mesa structures MS2 and MS3 are formed to spread out like the mesa structure MS1. That is, the mesa structures MS2 and MS3 are formed in a shape in which the plane cross-sectional area of the mesa structures MS2 and 3 is enlarged from top to bottom, and the inclination angle of the side walls of the mesa structures MS2 and MS3 is less than 90 °. . The mesa structures MS2 and MS3 are portions in which the front sectional shape and the side sectional shape are trapezoidal. The top surfaces of the mesa structures MS2 and MS3 are almost horizontal.

なお、半導体装置SD1において、メサ構造MS1、MS2、MS3の形成領域と、それらの間の領域と、により受光素子PD1が構成されている。受光素子PD1において、メサ構造MS1、MS2、MS3の非形成領域では、最上層の半導体層が第一半導体層SL1となっている。   In the semiconductor device SD1, the light receiving element PD1 is configured by the formation region of the mesa structures MS1, MS2, and MS3 and the region therebetween. In the light receiving element PD1, the uppermost semiconductor layer is the first semiconductor layer SL1 in the non-formation regions of the mesa structures MS1, MS2, and MS3.

上記のように、第五半導体層としての第二導電型領域SL5は、メサ構造MS1の側壁に形成されている。第二導電型領域SL5は、例えば、第一メサMS11の側壁から第二メサMS12の上面に亘って連続的に形成されている。   As described above, the second conductivity type region SL5 as the fifth semiconductor layer is formed on the side wall of the mesa structure MS1. For example, the second conductivity type region SL5 is formed continuously from the side wall of the first mesa MS11 to the upper surface of the second mesa MS12.

なお、メサ構造MS2、MS3の側壁には、第二導電型領域SL5が形成されていても良いし、形成されていなくても良い。本実施形態の場合、例えば、第二導電型領域SL5は、第一メサMS21の側壁から第二メサMS22の上面に亘って連続的に形成されているとともに、第一メサMS31の側壁から第二メサMS32の上面に亘って連続的に形成されている。   Note that the second conductivity type region SL5 may or may not be formed on the sidewalls of the mesa structures MS2 and MS3. In the case of the present embodiment, for example, the second conductivity type region SL5 is continuously formed from the side wall of the first mesa MS21 to the upper surface of the second mesa MS22, and from the side wall of the first mesa MS31 to the second side. It is continuously formed over the upper surface of the mesa MS32.

半導体装置SD1は、更に、第一絶縁膜IF1と、第二絶縁膜IF2と、第一コンタクトCNT1と、第一電極EL1と、第二コンタクトCNT2と、第二電極EL2と、を有する。第一コンタクトCNT1は、pコンタクトを構成し、第二コンタクトCNT2は、nコンタクトを構成する。   The semiconductor device SD1 further includes a first insulating film IF1, a second insulating film IF2, a first contact CNT1, a first electrode EL1, a second contact CNT2, and a second electrode EL2. The first contact CNT1 constitutes a p contact, and the second contact CNT2 constitutes an n contact.

第一絶縁膜IF1は、表面保護膜として機能するものであり、例えば、SiN膜などの無機膜や、ポリイミドなどの有機膜からなる。第一絶縁膜IF1は、メサ構造MS1、MS2、MS3と、第一半導体層SL1の上面と、を覆っている。なお、第一絶縁膜IF1は、メサ構造MS1、MS2、MS3とともに、メサ構造MS1、MS2、MS3の側壁に形成された第五半導体層(第二導電型領域SL5)を覆っている。   The first insulating film IF1 functions as a surface protective film, and is made of, for example, an inorganic film such as a SiN film or an organic film such as polyimide. The first insulating film IF1 covers the mesa structures MS1, MS2, and MS3 and the upper surface of the first semiconductor layer SL1. The first insulating film IF1 covers the fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) formed on the sidewalls of the mesa structures MS1, MS2, and MS3 together with the mesa structures MS1, MS2, and MS3.

メサ構造MS1の頂部においては、第一絶縁膜IF1に開口IF1aが形成されている。開口IF1aは、例えば平面視円形に形成され、メサ構造MS1の頂面と同心に配置されている。   At the top of the mesa structure MS1, an opening IF1a is formed in the first insulating film IF1. The opening IF1a is formed in a circular shape in plan view, for example, and is arranged concentrically with the top surface of the mesa structure MS1.

開口IF1a内において、第四半導体層SL4の頂面上には(つまりメサ構造MS1の頂面上には)、第一コンタクトCNT1が形成されている。すなわち、第一コンタクトCNT1は、メサ構造MS1の頂面に対して電気的に接続されている。   In the opening IF1a, the first contact CNT1 is formed on the top surface of the fourth semiconductor layer SL4 (that is, on the top surface of the mesa structure MS1). That is, the first contact CNT1 is electrically connected to the top surface of the mesa structure MS1.

第一コンタクトCNT1上には、第一電極EL1が形成されている。第一電極EL1は、開口IF1aを介して第一コンタクトCNT1の上面に対して電気的に接続されているとともに、開口IF1aの周囲縁部における第一絶縁膜IF1の上面にも形成されている。   A first electrode EL1 is formed on the first contact CNT1. The first electrode EL1 is electrically connected to the upper surface of the first contact CNT1 through the opening IF1a, and is also formed on the upper surface of the first insulating film IF1 at the peripheral edge of the opening IF1a.

第一コンタクトCNT1及び第一電極EL1は、それぞれ平面視円形に形成されている。   The first contact CNT1 and the first electrode EL1 are each formed in a circular shape in plan view.

第二絶縁膜IF2は、半導体基板SS1の裏面に形成されている。第二絶縁膜IF2は、無反射膜として機能するものであり、例えば、SiN膜などの無機膜からなる。   The second insulating film IF2 is formed on the back surface of the semiconductor substrate SS1. The second insulating film IF2 functions as a non-reflective film and is made of, for example, an inorganic film such as a SiN film.

メサ構造MS1の周囲においては、第一半導体層SL1上の第一絶縁膜IF1に、平面視においてメサ構造MS1と同心の弧状(例えばC字状)のリング形状の開口IF1bが形成されている。   Around the mesa structure MS1, an arc-shaped (for example, C-shaped) ring-shaped opening IF1b concentric with the mesa structure MS1 is formed in the first insulating film IF1 on the first semiconductor layer SL1 in a plan view.

開口IF1b内においては、第一半導体層SL1上に、メサ構造MS1と同心の弧状(例えばC字状)のリング形状の第二コンタクトCNT2が形成されている。すなわち、第二コンタクトCNT2は、メサ構造MS1の周囲において、第一半導体層SL1の上面に接している。   In the opening IF1b, an arc-shaped (for example, C-shaped) ring-shaped second contact CNT2 concentric with the mesa structure MS1 is formed on the first semiconductor layer SL1. That is, the second contact CNT2 is in contact with the upper surface of the first semiconductor layer SL1 around the mesa structure MS1.

開口IF1b及び第二コンタクトCNT2は、平面視において、メサ構造MS1から離間して、メサ構造MS1の周囲に配置されている。開口IF1b及び第二コンタクトCNT2は、平面視において、メサ構造MS2、MS3からも離間しており、且つ、メサ構造MS2とメサ構造MS3との間に配置されている。   The opening IF1b and the second contact CNT2 are spaced from the mesa structure MS1 and are disposed around the mesa structure MS1 in plan view. The opening IF1b and the second contact CNT2 are also separated from the mesa structures MS2 and MS3 in a plan view, and are disposed between the mesa structure MS2 and the mesa structure MS3.

第二コンタクトCNT2に対して、第二電極EL2が接続されている。   A second electrode EL2 is connected to the second contact CNT2.

第二電極EL2は、第二コンタクトCNT2上からメサ構造MS2の頂面上に亘って連続的に形成され、第二コンタクトCNT2上からメサ構造MS3の頂面上に亘って連続的に形成され、且つ、メサ構造MS2上からメサ構造MS3上に亘って連続的に形成されている。より具体的には、第二電極EL2は、第二コンタクトCNT2の全体と、メサ構造MS2の全体と、メサ構造MS3の全体と、メサ構造MS2とメサ構造MS3との間における第一半導体層SL1と、を覆っている。
ただし、第二電極EL2は、メサ構造MS1を避けて配置されている。第二電極EL2には、例えば、鍵穴形状の切欠形状部CO1が形成されている。そして、第二電極EL2における切欠形状部CO1の縁部が、第二コンタクトCNT2の上面に接続されている。
The second electrode EL2 is continuously formed from the second contact CNT2 to the top surface of the mesa structure MS2, and continuously formed from the second contact CNT2 to the top surface of the mesa structure MS3. Further, it is continuously formed over the mesa structure MS2 to the mesa structure MS3. More specifically, the second electrode EL2 includes the entire second contact CNT2, the entire mesa structure MS2, the entire mesa structure MS3, and the first semiconductor layer SL1 between the mesa structure MS2 and the mesa structure MS3. And covering.
However, the second electrode EL2 is arranged avoiding the mesa structure MS1. In the second electrode EL2, for example, a keyhole-shaped cutout portion CO1 is formed. And the edge part of notch shape part CO1 in 2nd electrode EL2 is connected to the upper surface of 2nd contact CNT2.

第一コンタクトCNT1、第一電極EL1、第二コンタクトCNT2及び第二電極EL2は、それぞれ金属からなる。本実施形態の場合、第一コンタクトCNT1はpコンタクトであり、第一電極EL1はp電極であり、第二コンタクトCNT2はnコンタクトであり、第二電極EL2はn電極(n引き出し電極)である。   The first contact CNT1, the first electrode EL1, the second contact CNT2, and the second electrode EL2 are each made of metal. In the present embodiment, the first contact CNT1 is a p-contact, the first electrode EL1 is a p-electrode, the second contact CNT2 is an n-contact, and the second electrode EL2 is an n-electrode (n lead electrode). .

本実施形態に係る半導体装置SD1の受光素子PD1は、裏面入射型である。すなわち、受光素子PD1の裏面側から入射光IR1が入射した場合に、第一電極EL1と第二電極EL2との間で電流が流れる。   The light receiving element PD1 of the semiconductor device SD1 according to the present embodiment is a back-illuminated type. That is, when incident light IR1 enters from the back side of the light receiving element PD1, a current flows between the first electrode EL1 and the second electrode EL2.

図3(a)及び図3(b)の各々は、第四半導体層SL4の深さ方向における不純物濃度のプロファイルの例を示す図である。図3(a)及び図3(b)の各々において、横軸は深さ(μm)であり、縦軸はp型不純物の濃度(cm−3)である。図3(a)及び図3(b)において、深さ0.1μmから0.5μmまでの範囲が、第四半導体層SL4における第一不純物の濃度を示している。第四半導体層SL4におけるp型不純物の濃度は、例えば、1.5×1019cm−3から1.0×1017cm−3の範囲とすることができる。 FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams showing examples of impurity concentration profiles in the depth direction of the fourth semiconductor layer SL4. In each of FIG. 3A and FIG. 3B, the horizontal axis represents depth (μm), and the vertical axis represents p-type impurity concentration (cm −3 ). 3A and 3B, the range from the depth of 0.1 μm to 0.5 μm indicates the concentration of the first impurity in the fourth semiconductor layer SL4. The concentration of the p-type impurity in the fourth semiconductor layer SL4 can be, for example, in the range of 1.5 × 10 19 cm −3 to 1.0 × 10 17 cm −3 .

図3(a)及び図3(b)に示すように、第四半導体層SL4における第一不純物の濃度は、第四半導体層SL4の深さ方向に向けて減少している。より具体的には、例えば、第四半導体層SL4の上端から下端に向けて、第一不純物の濃度が低下する領域が存在し、且つ、第一不純物の濃度が増加する領域は存在していない。
例えば、図3(a)に示すように、第四半導体層SL4における第一不純物の濃度は、第四半導体層SL4の深さ方向に向けて段階的に減少している。或いは、図3(b)に示すように、第四半導体層SL4における第一不純物の濃度は、第四半導体層SL4の深さ方向に向けて連続的に減少している。すなわち、第四半導体層SL4は、結晶成長接合によって形成された、階段型又はグレーデッド型のドーピング層である。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the concentration of the first impurity in the fourth semiconductor layer SL4 decreases in the depth direction of the fourth semiconductor layer SL4. More specifically, for example, there is a region where the concentration of the first impurity decreases from the upper end to the lower end of the fourth semiconductor layer SL4, and there is no region where the concentration of the first impurity increases. .
For example, as shown in FIG. 3A, the concentration of the first impurity in the fourth semiconductor layer SL4 decreases stepwise in the depth direction of the fourth semiconductor layer SL4. Alternatively, as illustrated in FIG. 3B, the concentration of the first impurity in the fourth semiconductor layer SL4 continuously decreases in the depth direction of the fourth semiconductor layer SL4. That is, the fourth semiconductor layer SL4 is a stepped or graded doping layer formed by crystal growth junction.

次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
この製造方法は、受光素子PD1を含む半導体装置SD1を製造する方法であり、以下の(1)〜(6)の工程を有する。
(1)半導体基板SS1上に第一導電型の第一半導体層SL1を形成する工程
(2)第一半導体層SL1上に第一導電型の第二半導体層SL2を形成する工程
(3)第二半導体層SL2上に第一導電型の第三半導体層SL3を形成する工程
(4)第三半導体層SL3上に第二導電型の第四半導体層SL4を形成する工程
(5)第二半導体層SL2、第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4をメサ形状に加工することによってメサ構造MS1を形成する工程
(6)メサ構造MS1の側壁に第二導電型の第五半導体層(第二導電型領域SL5)を形成する工程
ここで、第四半導体層SL4の第二導電型の不純物である第一不純物と、第五半導体層(第二導電型領域SL5)の第二導電型の不純物である第二不純物とが、互いに異なる元素である。そして、第四半導体層SL4における第一不純物の拡散定数よりも第五半導体層(第二導電型領域SL5)における第二不純物の拡散定数が大きい。
以下、詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described.
This manufacturing method is a method of manufacturing the semiconductor device SD1 including the light receiving element PD1, and includes the following steps (1) to (6).
(1) Step of forming first conductive type first semiconductor layer SL1 on semiconductor substrate SS1 (2) Step of forming first conductive type second semiconductor layer SL2 on first semiconductor layer SL1 (3) First Step of forming first conductive type third semiconductor layer SL3 on second semiconductor layer SL2 (4) Step of forming second conductive type fourth semiconductor layer SL4 on third semiconductor layer SL3 (5) Second semiconductor Step of forming mesa structure MS1 by processing layer SL2, third semiconductor layer SL3, and fourth semiconductor layer SL4 into a mesa shape (6) Second semiconductor layer of second conductivity type (second second) on the side wall of mesa structure MS1 Step of Forming Conductive Type Region SL5) Here, the first impurity that is the second conductive type impurity of the fourth semiconductor layer SL4 and the second conductive type impurity of the fifth semiconductor layer (second conductive type region SL5) Is a different element from the second impurity A. The diffusion constant of the second impurity in the fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) is larger than the diffusion constant of the first impurity in the fourth semiconductor layer SL4.
Details will be described below.

図4乃至図6の各図は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。   Each of FIGS. 4 to 6 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.

先ず、半絶縁性のInP基板である半導体基板SS1を準備する。次に、半導体基板SS1上に、例えばMBE(Molecular Beam Epitaxy)法により、第一半導体層SL1、第二半導体層SL2、第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4を順次に結晶成長させる(図4(a))。   First, a semiconductor substrate SS1 that is a semi-insulating InP substrate is prepared. Next, the first semiconductor layer SL1, the second semiconductor layer SL2, the third semiconductor layer SL3, and the fourth semiconductor layer SL4 are sequentially grown on the semiconductor substrate SS1 by, for example, MBE (Molecular Beam Epitaxy) (FIG. 4 (a)).

ここで、第一半導体層SL1は、例えば、膜厚が0.1μm以上2.0μm以下程度のn型のInP層である。
第二半導体層SL2は、例えば、膜厚が0.8μm以上1.5μm以下程度のn型のInP層である。なお、第二半導体層SL2は、下層のn型のInP層と上層のn型のInAlAs層との2層の積層構造をなしていても良い。
第三半導体層SL3は、例えば、膜厚が0.7μm以上1.5μm以下程度のn型のInGaAs層である。
第四半導体層SL4は、例えば、膜厚が0.2μm以上1.5μm以下程度のp型のInGaAs層である。
ここで、n型不純物としてはSiを用い、p型不純物(第一不純物)としてはBeを用いる。
第四半導体層SL4におけるp型不純物のドーピングプロファイルは、第四半導体層SL4の深さ方向に向けて、段階的に、又は、連続的に減少させる(図3(a)、図3(b))。
Here, the first semiconductor layer SL1 is, for example, an n + -type InP layer having a thickness of about 0.1 μm to 2.0 μm.
The second semiconductor layer SL2 is, for example, an n type InP layer having a thickness of about 0.8 μm to 1.5 μm. The second semiconductor layer SL2 may have a two-layer structure of a lower n type InP layer and an upper n type InAlAs layer.
The third semiconductor layer SL3 is, for example, an n type InGaAs layer having a thickness of about 0.7 μm to 1.5 μm.
For example, the fourth semiconductor layer SL4 is a p-type InGaAs layer having a thickness of about 0.2 μm to 1.5 μm.
Here, Si is used as the n-type impurity, and Be is used as the p-type impurity (first impurity).
The doping profile of the p-type impurity in the fourth semiconductor layer SL4 is decreased stepwise or continuously in the depth direction of the fourth semiconductor layer SL4 (FIGS. 3A and 3B). ).

次に、第四半導体層SL4上に、レジスト膜又はSiO膜等の膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、この膜を第一メサのエッチング用のマスクMSK1に加工する(図4(b))。マスクMSK1は、第四半導体層SL4において、メサ構造MS1、MS2、MS3と対応する領域にそれぞれ形成される。このうちメサ構造MS1と対応する領域のマスクMSK1は、直径10μm以上45μm以下程度の円形に形成される。メサ構造MS2、3と対応する領域のマスクMSK1は、それぞれ矩形状に形成される。 Next, after a film such as a resist film or a SiO 2 film is formed on the fourth semiconductor layer SL4, this film is processed into an etching mask MSK1 for the first mesa by performing normal photolithography. (FIG. 4B). The mask MSK1 is formed in regions corresponding to the mesa structures MS1, MS2, and MS3 in the fourth semiconductor layer SL4. Of these, the mask MSK1 in a region corresponding to the mesa structure MS1 is formed in a circle having a diameter of about 10 μm to 45 μm. The mask MSK1 in the region corresponding to the mesa structures MS2 and MS3 is formed in a rectangular shape.

次に、マスクMSK1を介して、第四半導体層SL4及び第三半導体層SL3をエッチングする。このエッチングは、ウェットエッチングでも良いし、ドライエッチングでも良い。これにより、第四半導体層SL4及び第三半導体層SL3に、メサ構造MS1の第一メサMS11と、メサ構造MS2の第一メサMS21と、メサ構造MS3の第一メサMS31と、を形成する(図4(b))。次に、マスクMSK1を除去する(図4(c))。   Next, the fourth semiconductor layer SL4 and the third semiconductor layer SL3 are etched through the mask MSK1. This etching may be wet etching or dry etching. Thereby, the first mesa MS11 of the mesa structure MS1, the first mesa MS21 of the mesa structure MS2, and the first mesa MS31 of the mesa structure MS3 are formed in the fourth semiconductor layer SL4 and the third semiconductor layer SL3 ( FIG. 4 (b)). Next, the mask MSK1 is removed (FIG. 4C).

次に、SiO膜等の膜FLM1を、第一メサMS11上、第一メサMS21上、第一メサMS31上、及び、第二半導体層SL2上に形成する(図4(d))。 Next, a film FLM1 such as a SiO 2 film is formed on the first mesa MS11, the first mesa MS21, the first mesa MS31, and the second semiconductor layer SL2 (FIG. 4D).

次に、膜FLM1に対し、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、膜FLM1を拡散用のマスクMSK2に加工する(図5(a))。マスクMSK2は、メサ構造MS1、MS2、MS3と対応する領域にそれぞれ形成される。このうちメサ構造MS1と対応する領域のマスクMSK2は、直径5μm以上40μm以下程度の円形に形成される。メサ構造MS2、3と対応する領域のマスクMSK2は、それぞれ矩形状に形成される。なお、メサ構造MS1と対応する領域のマスクMSK2は、メサ構造MS1と対応する領域のマスクMSK1と同心円状に配置する。メサ構造MS2と対応する領域のマスクMSK2はメサ構造MS2と対応する領域のマスクMSK1と同心で同じ向きに(各辺が互いに平行となるように)配置する。同様に、メサ構造MS3と対応する領域のマスクMSK2はメサ構造MS3と対応する領域のマスクMSK1と同心で同じ向きに(各辺が互いに平行となるように)配置する。   Next, the film FLM1 is processed into a diffusion mask MSK2 by performing normal photolithography on the film FLM1 (FIG. 5A). Masks MSK2 are formed in regions corresponding to mesa structures MS1, MS2, and MS3, respectively. Of these, the mask MSK2 in a region corresponding to the mesa structure MS1 is formed in a circular shape having a diameter of about 5 μm to 40 μm. The masks MSK2 in the regions corresponding to the mesa structures MS2 and MS3 are each formed in a rectangular shape. The mask MSK2 in the region corresponding to the mesa structure MS1 is arranged concentrically with the mask MSK1 in the region corresponding to the mesa structure MS1. The mask MSK2 in the region corresponding to the mesa structure MS2 is arranged concentrically and in the same direction (so that the sides are parallel to each other) of the mask MSK1 in the region corresponding to the mesa structure MS2. Similarly, the mask MSK2 in the region corresponding to the mesa structure MS3 is arranged concentrically and in the same direction (so that the sides are parallel to each other) of the mask MSK1 in the region corresponding to the mesa structure MS3.

次に、拡散用のマスクMSK2をマスクとして、固相拡散法又は気相拡散法によりZn(第二不純物)を拡散する。これにより、第五半導体層(第二導電型領域SL5)を、第一メサMS11の側壁、第一メサMS21の側壁、第一メサMS31の側壁、及び、第二半導体層SL2上に形成する(図5(b))。ここで、Znの拡散深さ(第二導電型領域SL5の厚さ)は、第二半導体層SL2が全層厚に亘ってp型化しない深さ(厚さ)とする。Znの拡散深さは、例えば、0.05μm以上0.7μm以下程度とする。   Next, Zn (second impurity) is diffused by the solid phase diffusion method or the vapor phase diffusion method using the diffusion mask MSK2 as a mask. Thereby, the fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) is formed on the side wall of the first mesa MS11, the side wall of the first mesa MS21, the side wall of the first mesa MS31, and the second semiconductor layer SL2. FIG. 5B). Here, the Zn diffusion depth (thickness of the second conductivity type region SL5) is a depth (thickness) at which the second semiconductor layer SL2 is not p-type over the entire thickness. The diffusion depth of Zn is, for example, about 0.05 μm or more and 0.7 μm or less.

次に、マスクMSK2上及び第二導電型領域SL5上に、レジスト膜又はSiO膜等の膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、この膜を第二メサのエッチング用のマスクMSK3に加工する(図5(c))。マスクMSK3は、マスクMSK2を介して第一メサMS11の頂面、第一メサMS21の頂面、及び、第一メサMS31の頂面を覆っているとともに、第二導電型領域SL5上を介して第一メサMS11の側壁、第一メサMS21の側壁、及び、第一メサMS31の側壁を覆っている。このうち第一メサMS11の頂面及び側壁を覆うマスクMSK3は、直径15μm以上47μm以下程度の円形に形成され、且つ、第一メサMS11と同心円状に配置される。メサ構造MS2の頂面及び側壁を覆うマスクMSK3は、第一メサMS21と同心で同じ向きに(各辺が互いに平行となるように)配置する。同様に、メサ構造MS3の頂面及び側壁を覆うマスクMSK3は、第一メサMS31と同心で同じ向きに(各辺が互いに平行となるように)配置する。 Next, a film such as a resist film or a SiO 2 film is formed on the mask MSK2 and the second conductivity type region SL5, and then this film is used for etching the second mesa by performing normal photolithography. The mask MSK3 is processed (FIG. 5C). The mask MSK3 covers the top surface of the first mesa MS11, the top surface of the first mesa MS21, and the top surface of the first mesa MS31 via the mask MSK2, and over the second conductivity type region SL5. The side wall of the first mesa MS11, the side wall of the first mesa MS21, and the side wall of the first mesa MS31 are covered. Among these, the mask MSK3 covering the top surface and the side wall of the first mesa MS11 is formed in a circular shape having a diameter of about 15 μm to 47 μm and is arranged concentrically with the first mesa MS11. Mask MSK3 covering the top surface and the side wall of mesa structure MS2 is arranged concentrically and in the same direction as first mesa MS21 (each side is parallel to each other). Similarly, the mask MSK3 covering the top surface and the side wall of the mesa structure MS3 is arranged concentrically and in the same direction as the first mesa MS31 (each side is parallel to each other).

次に、マスクMSK3を介して第二半導体層SL2(上層がp型化されることにより第二導電型領域SL5となっている第二半導体層SL2)をウェットエッチング又はドライエッチングする。このエッチングは、第一半導体層SL1に達する深さまで行う。これにより、残留した第二半導体層SL2によって、メサ構造MS1の第二メサMS12、メサ構造MS2の第二メサMS22、及び、メサ構造MS3の第二メサMS32が形成される(図5(d))。なお、第二導電型領域SL5は、第二メサMS12、MS22及びMS32の上面にも存在する。第二メサMS12は、第一メサMS11の下側に位置し、且つ、第一メサMS11と同心円形状に配置される。第二メサMS22は、第一メサMS21の下側に位置し、且つ、第一メサMS21と同心で同じ向きに(各辺が互いに平行となるように)配置される。同様に、第二メサMS32は、第一メサMS31の下側に位置し、且つ、第一メサMS31と同心で同じ向きに(各辺が互いに平行となるように)配置される。   Next, the second semiconductor layer SL2 (the second semiconductor layer SL2 that has become the second conductivity type region SL5 due to the p-type upper layer) is wet-etched or dry-etched through the mask MSK3. This etching is performed to a depth reaching the first semiconductor layer SL1. Thereby, the second mesa MS12 of the mesa structure MS1, the second mesa MS22 of the mesa structure MS2, and the second mesa MS32 of the mesa structure MS3 are formed by the remaining second semiconductor layer SL2 (FIG. 5D). ). The second conductivity type region SL5 is also present on the upper surfaces of the second mesas MS12, MS22, and MS32. The second mesa MS12 is located below the first mesa MS11 and is arranged concentrically with the first mesa MS11. The second mesa MS22 is located below the first mesa MS21 and is concentric with the first mesa MS21 and arranged in the same direction (so that each side is parallel to each other). Similarly, the second mesa MS32 is located below the first mesa MS31 and is concentric with the first mesa MS31 and arranged in the same direction (so that the sides are parallel to each other).

こうして、メサ構造MS1は、第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4により構成された第一メサMS11と、第一メサMS11よりも平面寸法が大きく第二半導体層SL2により構成された第二メサMS12と、を含むものとなる。同様に、メサ構造MS2は、第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4により構成された第一メサMS21と、第一メサMS21よりも平面寸法が大きく第二半導体層SL2により構成された第二メサMS22と、を含むものとなる。同様に、メサ構造MS3は、第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4により構成された第一メサMS31と、第一メサMS31よりも平面寸法が大きく第二半導体層SL2により構成された第二メサMS32と、を含むものとなる。   Thus, the mesa structure MS1 includes the first mesa MS11 configured by the third semiconductor layer SL3 and the fourth semiconductor layer SL4, and the second mesa configured by the second semiconductor layer SL2 having a larger planar dimension than the first mesa MS11. MS12. Similarly, the mesa structure MS2 has a first mesa MS21 constituted by the third semiconductor layer SL3 and the fourth semiconductor layer SL4, and a second mesa structure having a larger planar dimension than the first mesa MS21 and constituted by the second semiconductor layer SL2. And mesa MS22. Similarly, the mesa structure MS3 includes a first mesa MS31 constituted by the third semiconductor layer SL3 and the fourth semiconductor layer SL4, and a second mesa structure having a larger planar dimension than the first mesa MS31 and constituted by the second semiconductor layer SL2. And mesa MS32.

また、マスクMSK3を介した上記エッチングを行う結果として、第五半導体層(第二導電型領域SL5)は、各メサ構造MS1、MS2、MS3において、第一メサMS11、MS21、MS31の側壁から第二メサMS12、MS22、MS32の上面に亘る領域に、残留する。   Further, as a result of performing the etching through the mask MSK3, the fifth semiconductor layer (second conductivity type region SL5) is formed in the mesa structures MS1, MS2, and MS3 from the side walls of the first mesa MS11, MS21, and MS31. It remains in the region extending over the top surfaces of the two mesas MS12, MS22, and MS32.

次に、マスクMSK3及びマスクMSK2を除去する(図5(d))。   Next, the mask MSK3 and the mask MSK2 are removed (FIG. 5D).

次に、例えばSiNからなる第一絶縁膜IF1を全面に形成する(図6(a))。   Next, a first insulating film IF1 made of, for example, SiN is formed on the entire surface (FIG. 6A).

次に、第一コンタクトCNT1及び第二コンタクトCNT2を形成する。   Next, the first contact CNT1 and the second contact CNT2 are formed.

このためには、先ず、全面にレジスト膜等の膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、この膜をエッチング用のマスクに加工する。このマスクには、第一コンタクトCNT1及び第二コンタクトCNT2にそれぞれ対応する開口が形成されている。次に、このマスクを介して第一絶縁膜IF1をウェットエッチング又はドライエッチングする。これにより、第一絶縁膜IF1には、内部に第一コンタクトCNT1を形成するための開口IF1aと、内部に第二コンタクトCNT2を形成するための開口IF1bと、が形成される(図6(b))。
このうち開口IF1aは、第一絶縁膜IF1におけるメサ構造MS1の頂面上の部分に、メサ構造MS1の頂面と同心円状の円形に形成される。開口IF1aは、第四半導体層SL4に達する深さに形成される。
開口IF1bは、第一絶縁膜IF1におけるメサ構造MS1の周囲の部分に、メサ構造MS1と同心の弧状(例えばC字状)の形状に形成される(図2参照)。開口IF1bは、第一半導体層SL1に達する深さに形成される。
For this purpose, a film such as a resist film is first formed on the entire surface, and then this film is processed into an etching mask by performing normal photolithography. Openings corresponding to the first contact CNT1 and the second contact CNT2 are formed in the mask. Next, the first insulating film IF1 is wet-etched or dry-etched through this mask. Thus, an opening IF1a for forming the first contact CNT1 therein and an opening IF1b for forming the second contact CNT2 therein are formed in the first insulating film IF1 (FIG. 6B). )).
Among these, the opening IF1a is formed in a circular shape concentric with the top surface of the mesa structure MS1 in a portion on the top surface of the mesa structure MS1 in the first insulating film IF1. The opening IF1a is formed to a depth reaching the fourth semiconductor layer SL4.
The opening IF1b is formed in an arc shape (for example, C-shape) concentric with the mesa structure MS1 in a portion around the mesa structure MS1 in the first insulating film IF1 (see FIG. 2). The opening IF1b is formed to a depth reaching the first semiconductor layer SL1.

次に、第一コンタクトCNT1及び第二コンタクトCNT2を構成する金属膜を全面に成膜する。なお、この金属膜は、開口IF1a、IF1bを介して、第四半導体層SL4上及び第一半導体層SL1上にも形成される。次に、全面にレジスト膜等の膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、この膜をエッチング用のマスクに加工する。このマスクは、第一コンタクトCNT1の形成領域上(開口IF1a上)及び第二コンタクトCNT2の形成領域上(開口IF1b上)に位置する。次に、このマスクを介してウェットエッチング又はドライエッチングを行うことにより、開口IF1a及び開口IF1a内の金属膜を残留させるとともに、金属膜におけるその他の部分を除去する。その結果、開口IF1a内には第一コンタクトCNT1が形成され、開口IF1b内には第二コンタクトCNT2が形成される。   Next, a metal film constituting the first contact CNT1 and the second contact CNT2 is formed on the entire surface. This metal film is also formed on the fourth semiconductor layer SL4 and the first semiconductor layer SL1 through the openings IF1a and IF1b. Next, after a film such as a resist film is formed on the entire surface, this film is processed into an etching mask by performing normal photolithography. This mask is located on the formation region of the first contact CNT1 (on the opening IF1a) and on the formation region of the second contact CNT2 (on the opening IF1b). Next, wet etching or dry etching is performed through this mask to leave the opening IF1a and the metal film in the opening IF1a, and remove other portions of the metal film. As a result, the first contact CNT1 is formed in the opening IF1a, and the second contact CNT2 is formed in the opening IF1b.

次に、第一電極EL1及び第二電極EL2を形成する。   Next, the first electrode EL1 and the second electrode EL2 are formed.

このためには、先ず、第一電極EL1及び第二電極EL2を構成する金属膜を全面に成膜する。次に、この金属膜上に、レジスト膜等の膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、この膜をエッチング用のマスクに加工する。このマスクは、第一電極EL1と対応する領域、及び、第二電極EL2と対応する領域に、それぞれ形成される。次に、このマスクを介して金属膜をエッチングすることにより、第一電極EL1及び第二電極EL2が形成される(図6(b))。   For this purpose, first, a metal film constituting the first electrode EL1 and the second electrode EL2 is formed on the entire surface. Next, after a film such as a resist film is formed on the metal film, the film is processed into an etching mask by performing normal photolithography. The mask is formed in a region corresponding to the first electrode EL1 and a region corresponding to the second electrode EL2. Next, the first electrode EL1 and the second electrode EL2 are formed by etching the metal film through this mask (FIG. 6B).

次に、半導体基板SS1の厚さが100μm以上200μm以下程度となるように、半導体基板SS1の裏面を鏡面研磨する。次に、半導体基板SS1の裏面に、CVDまたはスパッタリングによって第二絶縁膜IF2を形成する(図6(c))。   Next, the back surface of the semiconductor substrate SS1 is mirror-polished so that the thickness of the semiconductor substrate SS1 is about 100 μm or more and 200 μm or less. Next, a second insulating film IF2 is formed on the back surface of the semiconductor substrate SS1 by CVD or sputtering (FIG. 6C).

以上により、受光素子PD1を有する半導体装置SD1が得られる。   Thus, the semiconductor device SD1 having the light receiving element PD1 is obtained.

なお、上記の工程において、第四半導体層SL4は、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法により形成しても良い。第四半導体層SL4の不純物としては、Beの代わりに、C又はMgを用いても良い。   In the above process, the fourth semiconductor layer SL4 may be formed by a MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) method. As an impurity of the fourth semiconductor layer SL4, C or Mg may be used instead of Be.

以上のような第1の実施形態によれば、エピ接合を有するメサ型のPINフォトダイオード構造において、メサ構造MS1の側壁の一部分にp型領域(第二導電型領域SL5)を設けている。より具体的には、メサ構造MS1の側壁の一部分はp化されている。これにより、バンドギャップの小さい半導体(InGaAsからなる第三半導体層SL3及び第四半導体層SL4)の空乏層がメサ構造MS1の側壁に露出しないようにでき、当該空乏層が表面保護膜(第一絶縁膜IF1)と直接接触しない構造の受光素子PD1が得られる。すなわち、不安定な表面保護膜(第一絶縁膜IF1)と空乏化アンドープInGaAsとの界面が存在しないようにできる。これにより、暗電流が安定し、半導体装置SD1の高信頼特性が得られる。 According to the first embodiment as described above, in the mesa PIN photodiode structure having an epi junction, the p-type region (second conductivity type region SL5) is provided in a part of the side wall of the mesa structure MS1. More specifically, a part of the side wall of the mesa structure MS1 is p + . As a result, the depletion layers of the semiconductors having the small band gap (the third semiconductor layer SL3 and the fourth semiconductor layer SL4 made of InGaAs) can be prevented from being exposed on the side walls of the mesa structure MS1, and the depletion layer can be prevented from being exposed to the surface protection film A light receiving element PD1 having a structure not in direct contact with the insulating film IF1) is obtained. That is, the interface between the unstable surface protective film (first insulating film IF1) and the depleted undoped InGaAs can be prevented. Thereby, the dark current is stabilized and the high reliability characteristic of the semiconductor device SD1 is obtained.

そして、メサ構造SM1の頂部(受光部分)を構成する第四半導体層SL4のp型不純物元素(第一不純物)の熱拡散定数よりも、メサ構造MS1の側壁部に設けられた第二導電型領域SL5のp型不純物元素(第二不純物)の熱拡散定数の方が大きい。このような素子構造により、メサ構造MS1の側壁部に対してp型不純物を拡散する熱工程にて、メサ構造MS1の頂部(第四半導体層SL4)のp型不純物のドーピングプロファイルが崩れてしまうことを抑制できる。すなわち、メサ構造MS1の頂部を構成する第四半導体層SL4の第一不純物の拡散定数が小さいことにより、当該第四半導体層SL4のドーピングプロファイルが崩れることを抑制できる。しかも、メサ構造MS1の側壁部に設けられた第二導電型領域SL5の第二不純物の拡散定数が大きいことにより、第四半導体層SL4のドーピングプロファイルを崩さないよう、速やかにメサ構造MS1の側壁部に第二不純物を導入することができる。これにより、良好な高周波応答特性を有する受光素子PD1が得られる。   The second conductivity type provided on the side wall portion of the mesa structure MS1 is larger than the thermal diffusion constant of the p-type impurity element (first impurity) of the fourth semiconductor layer SL4 constituting the top portion (light receiving portion) of the mesa structure SM1. The thermal diffusion constant of the p-type impurity element (second impurity) in region SL5 is larger. With such an element structure, the doping profile of the p-type impurity at the top (fourth semiconductor layer SL4) of the mesa structure MS1 is destroyed in the thermal process of diffusing the p-type impurity into the side wall of the mesa structure MS1. This can be suppressed. That is, since the diffusion constant of the first impurity in the fourth semiconductor layer SL4 that forms the top of the mesa structure MS1 is small, it is possible to suppress the doping profile of the fourth semiconductor layer SL4 from collapsing. In addition, since the diffusion constant of the second impurity in the second conductivity type region SL5 provided on the side wall portion of the mesa structure MS1 is large, the side wall of the mesa structure MS1 is promptly maintained so as not to destroy the doping profile of the fourth semiconductor layer SL4. A second impurity can be introduced into the part. Thereby, the light receiving element PD1 having good high frequency response characteristics is obtained.

図7は、実施形態に係る半導体装置SD1が有する受光素子PD1の効果を説明するための図である。図7において、横軸は受光素子PD1に対して入射光IR1として入射される変調光の変調周波数であり、縦軸は受光素子PD1からの出力電流の相対強度(dB表示)である。
図7において、曲線L1(実線)は、実施形態に係る半導体装置SD1における受光素子PD1の特性(高周波応答特性)を示し、曲線L2(点線)は、比較例に係る半導体装置の受光素子の特性(高周波応答特性)を示す。変調された光が受光素子に入射したときに、受光素子により光電変換がなされ、受光素子から電流が出力される。この電流出力波形が、入力光波形にどれだけ追随しているかを表す特性を、高周波応答特性という。
比較例に係る半導体装置は、第四半導体層SL4のp型不純物元素の熱拡散定数と、第二導電型領域SL5のp型不純物元素の熱拡散定数とが互いに等しい点でのみ、実施形態に係る半導体装置SD1と相違し、その他の点では、実施形態に係る半導体装置SD1と同様に構成されている。
図7に示すように、実施形態に係る半導体装置SD1の受光素子PD1の高周波応答特性(曲線L1)の方が、比較例に係る半導体装置の受光素子の高周波応答特性(曲線L2)よりも良好である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the effect of the light receiving element PD1 included in the semiconductor device SD1 according to the embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis represents the modulation frequency of the modulated light incident on the light receiving element PD1 as the incident light IR1, and the vertical axis represents the relative intensity (in dB) of the output current from the light receiving element PD1.
In FIG. 7, a curve L1 (solid line) indicates the characteristic (high frequency response characteristic) of the light receiving element PD1 in the semiconductor device SD1 according to the embodiment, and a curve L2 (dotted line) indicates the characteristic of the light receiving element of the semiconductor device according to the comparative example. (High frequency response characteristics). When the modulated light enters the light receiving element, photoelectric conversion is performed by the light receiving element, and a current is output from the light receiving element. A characteristic indicating how much the current output waveform follows the input optical waveform is called a high frequency response characteristic.
The semiconductor device according to the comparative example is in the embodiment only in that the thermal diffusion constant of the p-type impurity element of the fourth semiconductor layer SL4 and the thermal diffusion constant of the p-type impurity element of the second conductivity type region SL5 are equal to each other. The semiconductor device SD1 is different from the semiconductor device SD1 and is otherwise configured in the same manner as the semiconductor device SD1 according to the embodiment.
As shown in FIG. 7, the high frequency response characteristic (curve L1) of the light receiving element PD1 of the semiconductor device SD1 according to the embodiment is better than the high frequency response characteristic (curve L2) of the light receiving element of the semiconductor device according to the comparative example. It is.

上記のように、第四半導体層SL4のp型不純物の濃度は、例えば、1.5×1019cm−3から1.0×1017cm−3の範囲であり、この濃度範囲内では、非発光再結合によるロスを小さくでき、量子効率に寄与させることが可能である。さらに、p濃度のプロファイルを適切に設計することにより、電子に対する擬似電界が利用できるので、高速応答特性が良好な受光素子PD1が得られる。 As described above, the concentration of the p-type impurity in the fourth semiconductor layer SL4 is, for example, in the range of 1.5 × 10 19 cm −3 to 1.0 × 10 17 cm −3 , and within this concentration range, Loss due to non-radiative recombination can be reduced and can contribute to quantum efficiency. Furthermore, by appropriately designing the p-concentration profile, a pseudo electric field with respect to electrons can be used, so that the light receiving element PD1 with good high-speed response characteristics can be obtained.

本実施形態によれば、低動作電圧、高速、高量子効率で且つ高信頼な、受光素子PD1を含む半導体装置SD1を、簡便な素子構造にて高歩留まりで製造することができる。より具体的には、例えば、動作速度10Gb/s以上、特に25〜40Gb/sの波長1.3〜1.5μm帯の低動作電圧、高速、高量子効率、高信頼な受光素子PD1が得られる。   According to the present embodiment, the semiconductor device SD1 including the light receiving element PD1 having a low operating voltage, high speed, high quantum efficiency, and high reliability can be manufactured with a simple element structure and high yield. More specifically, for example, a light receiving element PD1 having an operating speed of 10 Gb / s or higher, particularly a low operating voltage of 25 to 40 Gb / s in a wavelength range of 1.3 to 1.5 μm, high speed, high quantum efficiency, and high reliability is obtained. It is done.

また、第四半導体層SL4における第一不純物の濃度は、第四半導体層SL4の深さ方向に向けて減少している。これにより、メサ構造MS1の側壁部に対してp型不純物を拡散する熱工程にて、メサ構造MS1の頂部を構成する第四半導体層SL4のp型不純物のドーピングプロファイルが崩れてしまうことをより好適に抑制できる。   In addition, the concentration of the first impurity in the fourth semiconductor layer SL4 decreases in the depth direction of the fourth semiconductor layer SL4. As a result, the p-type impurity doping profile of the fourth semiconductor layer SL4 constituting the top of the mesa structure MS1 is destroyed in the thermal process of diffusing the p-type impurity into the side wall of the mesa structure MS1. It can suppress suitably.

〔第2の実施形態〕
図8は第2の実施形態に係る半導体装置SD2の構造を示す断面図である。図9は半導体装置SD2の構造を示す平面図である。図8は図9のA−A線に沿った断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device SD2 according to the second embodiment. FIG. 9 is a plan view showing the structure of the semiconductor device SD2. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

本実施形態に係る半導体装置SD2は、表面入射型の受光素子PD2を有している。本実施形態に係る半導体装置SD2は、以下に説明する点で、上記の第1の実施形態に係る半導体装置SD1と相違し、その他の点では、半導体装置SD1と同様に構成されている。   The semiconductor device SD2 according to this embodiment includes a front-illuminated light receiving element PD2. The semiconductor device SD2 according to the present embodiment is different from the semiconductor device SD1 according to the first embodiment in the points described below, and is configured in the same manner as the semiconductor device SD1 in other points.

本実施形態の場合も、第一コンタクトCNT1は、メサ構造MS1の頂面上(第四半導体層SL4上)において、第一絶縁膜IF1の開口IF1a内に形成されている。ただし、第1の実施形態では第一コンタクトCNT1が平面視円形であるのに対し、本実施形態の場合、第一コンタクトCNT1は平面視リング状(ドーナツ状)に形成されている。   Also in the present embodiment, the first contact CNT1 is formed in the opening IF1a of the first insulating film IF1 on the top surface of the mesa structure MS1 (on the fourth semiconductor layer SL4). However, in the first embodiment, the first contact CNT1 is circular in plan view. In the present embodiment, the first contact CNT1 is formed in a ring shape (doughnut shape) in plan view.

本実施形態の場合、第一電極EL1は、リング状部EL11と、引き出し部EL12と、矩形状部EL13と、を有している。   In the case of this embodiment, the first electrode EL1 has a ring-shaped portion EL11, a lead-out portion EL12, and a rectangular portion EL13.

リング状部EL11は、平面視リング状(ドーナツ状)をなし、第一コンタクトCNT1上、及び、第一絶縁膜IF1における開口IF1aの周囲縁部の上と、に形成されている。   The ring-shaped portion EL11 has a ring shape (doughnut shape) in plan view, and is formed on the first contact CNT1 and on the peripheral edge portion of the opening IF1a in the first insulating film IF1.

矩形状部EL13は、平面視矩形状をなし、メサ構造MS3の頂面上に、第一絶縁膜IF1を介して形成されている。   The rectangular portion EL13 has a rectangular shape in plan view, and is formed on the top surface of the mesa structure MS3 via the first insulating film IF1.

引き出し部EL12は、平面視において、所定の幅を持つ線状(長尺な矩形状)に形成されている。引き出し部EL12は、リング状部EL11と矩形状部EL13とを相互に接続する引き出し配線として機能する。引き出し部EL12は、メサ構造MS1の頂面上、メサ構造MS1の側壁上、メサ構造MS1とメサ構造MS3との間における半導体基板SS1上、及び、メサ構造MS3の側壁上に、第一絶縁膜IF1を介して形成されている。   The lead portion EL12 is formed in a linear shape (long rectangular shape) having a predetermined width in plan view. The lead portion EL12 functions as a lead wiring that connects the ring-shaped portion EL11 and the rectangular portion EL13 to each other. The lead portion EL12 is formed on the top surface of the mesa structure MS1, on the sidewall of the mesa structure MS1, on the semiconductor substrate SS1 between the mesa structure MS1 and the mesa structure MS3, and on the sidewall of the mesa structure MS3. It is formed via IF1.

本実施形態の場合も、第二コンタクトCNT2は、メサ構造MS1の周囲において、第一絶縁膜IF1の開口IF1b内に形成され、且つ、第一半導体層SL1上に配置されている。本実施形態の場合も、第二コンタクトCNT2は、メサ構造MS1と同心の弧状(例えばC字状)のリング形状に形成されており、メサ構造MS1の周囲において、第一半導体層SL1の上面に接している。   Also in the present embodiment, the second contact CNT2 is formed in the opening IF1b of the first insulating film IF1 around the mesa structure MS1, and is disposed on the first semiconductor layer SL1. Also in the present embodiment, the second contact CNT2 is formed in an arc-shaped (for example, C-shaped) ring shape concentric with the mesa structure MS1, and on the upper surface of the first semiconductor layer SL1 around the mesa structure MS1. It touches.

本実施形態の場合、第二電極EL2は、弧状部EL21と、引き出し部EL22と、矩形状部EL23と、を有している。   In the case of this embodiment, the second electrode EL2 has an arc-shaped portion EL21, a lead-out portion EL22, and a rectangular portion EL23.

弧状部EL21は、平面視において第二コンタクトCNT2とほぼ同形状に形成され、且つ、平面視において第二コンタクトCNT2と重なるように、第二コンタクトCNT2上に形成されて、第二コンタクトCNT2に対して電気的に接続されている。   The arc-shaped portion EL21 is formed on the second contact CNT2 so as to be substantially the same shape as the second contact CNT2 in a plan view and overlaps the second contact CNT2 in a plan view. Are electrically connected.

矩形状部EL23は、平面視矩形状をなし、メサ構造MS2の頂面上に、第一絶縁膜IF1を介して形成されている。   The rectangular portion EL23 has a rectangular shape in plan view, and is formed on the top surface of the mesa structure MS2 via the first insulating film IF1.

引き出し部EL22は、平面視において、所定の幅を持つ線状(例えば、幅広で短尺な矩形状)に形成されている。引き出し部EL22は、弧状部EL21と矩形状部EL23とを相互に接続する引き出し配線として機能する。引き出し部EL22は、メサ構造MS3の側壁上、及び、メサ構造MS2と第二コンタクトCNT2との間における第一半導体層SL1上(後述する第三メサMS13上)に、第一絶縁膜IF1を介して形成されている。   The lead portion EL22 is formed in a linear shape (for example, a wide and short rectangular shape) having a predetermined width in a plan view. The lead portion EL22 functions as a lead wire that connects the arc-shaped portion EL21 and the rectangular portion EL23 to each other. The lead portion EL22 is disposed on the side wall of the mesa structure MS3 and on the first semiconductor layer SL1 (on the third mesa MS13 to be described later) between the mesa structure MS2 and the second contact CNT2 via the first insulating film IF1. Is formed.

更に、本実施形態に係る半導体装置SD2は、以下に説明する第三メサMS13及び第三メサMS33を有する。なお、受光素子PD2において、第三メサMS13及び第三メサMS33の非形成領域には、第一乃至第五半導体層SL1〜SL5が存在せず、第一絶縁膜IF1を介して半導体基板SS1が露出しているか、又は、第一絶縁膜IF1及び第一電極EL1の引き出し部EL12を介して半導体基板SS1が露出している。   Furthermore, the semiconductor device SD2 according to the present embodiment includes a third mesa MS13 and a third mesa MS33 described below. In the light receiving element PD2, the first to fifth semiconductor layers SL1 to SL5 do not exist in the non-formation regions of the third mesa MS13 and the third mesa MS33, and the semiconductor substrate SS1 is formed via the first insulating film IF1. The semiconductor substrate SS1 is exposed through the first insulating film IF1 and the lead portion EL12 of the first electrode EL1.

図9に示すように、第三メサMS13は、第一半導体層SL1の一部分により構成されている。第三メサMS13は、平面視において、メサ構造MS1の形成領域、メサ構造MS2の形成領域、及び、第二電極EL2の形成領域(第二コンタクトCNT2の形成領域を含む)を包含する矩形状に形成されている。従って、第三メサMS13の上にメサ構造MS1及びメサ構造MS2が配置されている。   As shown in FIG. 9, the third mesa MS13 is configured by a part of the first semiconductor layer SL1. The third mesa MS13 has a rectangular shape including a formation region of the mesa structure MS1, a formation region of the mesa structure MS2, and a formation region of the second electrode EL2 (including the formation region of the second contact CNT2) in plan view. Is formed. Therefore, the mesa structure MS1 and the mesa structure MS2 are arranged on the third mesa MS13.

第三メサMS13は、裾広がりに形成されている。すなわち、第三メサMS13は、上から下に向けて第三メサMS13の平断面積が拡大する形状に形成され、且つ、第三メサMS13の側壁の傾斜角度が90°未満である。第三メサMS13は、正面断面形状及び側面断面形状がそれぞれ台形状の部分である。   The third mesa MS13 is formed to spread out at the bottom. That is, the third mesa MS13 is formed in a shape in which the plane cross-sectional area of the third mesa MS13 increases from top to bottom, and the inclination angle of the side wall of the third mesa MS13 is less than 90 °. The third mesa MS13 is a trapezoidal part in front sectional shape and side sectional shape.

なお、第三メサMS13には平面視台形状或いは矩形状などの切欠形状部CO2が形成されており、平面視において切欠形状部CO2の形成領域には、第三メサMS13が存在しない。切欠形状部CO2は、メサ構造MS1とメサ構造MS3との間に位置において、引き出し部EL12の形成領域及びその周囲の領域に形成されている。   The third mesa MS13 is formed with a notch-shaped portion CO2 having a trapezoidal shape or a rectangular shape in plan view, and the third mesa MS13 does not exist in the formation region of the notch-shaped portion CO2 in plan view. The notch-shaped part CO2 is formed between the mesa structure MS1 and the mesa structure MS3 in the formation area of the lead part EL12 and the surrounding area.

一方、第三メサMS33は、第一半導体層SL1により構成され、且つ、メサ構造MS3の下部を構成している。第三メサMS33は、第二メサMS32よりも平面寸法が大きく、平面視において、第三メサMS33の外形線は、第二メサMS32の外形線の外側に位置する。第三メサMS33は、平面視において矩形状に形成されている。第三メサMS33と第二メサMS32(及び第一メサMS31)は、互いに同心で且つ同じ向きに(各辺が互いに平行となるように)配置されている。   On the other hand, the third mesa MS33 is composed of the first semiconductor layer SL1 and constitutes the lower part of the mesa structure MS3. The third mesa MS33 has a larger planar dimension than the second mesa MS32, and the outline of the third mesa MS33 is located outside the outline of the second mesa MS32 in plan view. The third mesa MS33 is formed in a rectangular shape in plan view. The third mesa MS33 and the second mesa MS32 (and the first mesa MS31) are arranged concentrically and in the same direction (so that each side is parallel to each other).

本実施形態の場合、半導体受光素子は、表面側から入射する入射光IR1を検出するため、メサ構造の頂部に形成された第一コンタクトCNT1及び第一電極EL1は、それぞれリング形状をなしている。すなわち、メサ構造の頂部上の第一絶縁膜IF1には、リング形状の開口IF1aが形成され、該開口IF1a内に、リング形状の第一コンタクトCNT1が形成されている。また、第一電極EL1におけるメサ構造の頂部上の部分には、円形の開口EL1aが形成されている。第一電極EL1における開口EL1aの周囲縁部が、第一コンタクトCNT1の上面に接続されている。   In the case of this embodiment, since the semiconductor light receiving element detects incident light IR1 incident from the front surface side, the first contact CNT1 and the first electrode EL1 formed on the top of the mesa structure each have a ring shape. . That is, a ring-shaped opening IF1a is formed in the first insulating film IF1 on the top of the mesa structure, and a ring-shaped first contact CNT1 is formed in the opening IF1a. In addition, a circular opening EL1a is formed in a portion on the top of the mesa structure in the first electrode EL1. The peripheral edge of the opening EL1a in the first electrode EL1 is connected to the upper surface of the first contact CNT1.

第一電極EL1は、メサ構造の頂部から、その周囲の枠状部の頂部に亘って形成されている。   The first electrode EL1 is formed from the top of the mesa structure to the top of the surrounding frame-like portion.

また、メサ構造の周囲のドーナツ状の谷状部の一部分(図3の右側部分)は、半導体基板SS1の表面に達しており、当該一部分の上に、第一絶縁膜IF1が形成されている。   In addition, a portion of the doughnut-shaped valley portion around the mesa structure (the right portion in FIG. 3) reaches the surface of the semiconductor substrate SS1, and the first insulating film IF1 is formed on the portion. .

また、半導体基板SS1の裏面には、第二絶縁膜IF2(図1)が形成されていない。   Further, the second insulating film IF2 (FIG. 1) is not formed on the back surface of the semiconductor substrate SS1.

次に、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
図10は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment.

先ず、図4(a)から図5(d)までの工程を、第1の実施形態と同様に行う。   First, the steps from FIG. 4A to FIG. 5D are performed as in the first embodiment.

次に、第三メサMS13及び第三メサMS33を形成する。このためには、先ず、全面にレジスト膜又はSiO膜等の膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、この膜をエッチング用のマスクに加工する。このマスクは、第三メサMS13と対応する領域(図9に示すように、切欠形状部CO2を有する矩形状の領域)、及び、第三メサMS33と対応する領域(図9に示すように矩形状の領域)に、それぞれ形成される。次に、このマスクを介して第一半導体層SL1をエッチング(ウェットエッチング又はドライエッチング)する。このエッチングは、半導体基板SS1に達する深さまで行う。これにより、第一半導体層SL1からなる第三メサMS13及び第三メサMS33が形成される(図10(a))。 Next, the third mesa MS13 and the third mesa MS33 are formed. For this purpose, first, a film such as a resist film or a SiO 2 film is formed on the entire surface, and then this film is processed into an etching mask by performing normal photolithography. This mask includes a region corresponding to the third mesa MS13 (a rectangular region having a notch-shaped portion CO2 as shown in FIG. 9) and a region corresponding to the third mesa MS33 (a rectangular region as shown in FIG. 9). In the shape area). Next, the first semiconductor layer SL1 is etched (wet etching or dry etching) through this mask. This etching is performed to a depth that reaches the semiconductor substrate SS1. Thereby, the third mesa MS13 and the third mesa MS33 made of the first semiconductor layer SL1 are formed (FIG. 10A).

次に、例えばSiNからなる第一絶縁膜IF1を全面に形成する(図10(b))。   Next, a first insulating film IF1 made of, for example, SiN is formed on the entire surface (FIG. 10B).

次に、第一コンタクトCNT1及び第二コンタクトCNT2を形成する。   Next, the first contact CNT1 and the second contact CNT2 are formed.

このためには、先ず、全面にレジスト膜等の膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、この膜をエッチング用のマスクに加工する。このマスクには、第一コンタクトCNT1及び第二コンタクトCNT2にそれぞれ対応する開口が形成されている。次に、このマスクを介して第一絶縁膜IF1をウェットエッチング又はドライエッチングする。これにより、第一絶縁膜IF1には、内部に第一コンタクトCNT1を形成するための開口IF1aと、内部に第二コンタクトCNT2を形成するための開口IF1bと、が形成される(図10(b))。
このうち開口IF1aは、第一絶縁膜IF1におけるメサ構造MS1の頂面上の部分に、メサ構造MS1の頂面と同心円状のリング状の形状に形成される。開口IF1aは、第四半導体層SL4に達する深さに形成される。
開口IF1bは、第一絶縁膜IF1におけるメサ構造MS1の周囲の部分に、メサ構造MS1と同心の弧状(例えばC字状)の形状に形成される(図8参照)。開口IF1bは、第一半導体層SL1に達する深さに形成される。
For this purpose, a film such as a resist film is first formed on the entire surface, and then this film is processed into an etching mask by performing normal photolithography. Openings corresponding to the first contact CNT1 and the second contact CNT2 are formed in the mask. Next, the first insulating film IF1 is wet-etched or dry-etched through this mask. As a result, an opening IF1a for forming the first contact CNT1 therein and an opening IF1b for forming the second contact CNT2 therein are formed in the first insulating film IF1 (FIG. 10B). )).
Among these, the opening IF1a is formed in a ring-like shape concentric with the top surface of the mesa structure MS1 in a portion on the top surface of the mesa structure MS1 in the first insulating film IF1. The opening IF1a is formed to a depth reaching the fourth semiconductor layer SL4.
The opening IF1b is formed in an arc shape (for example, C-shape) concentric with the mesa structure MS1 in a portion around the mesa structure MS1 in the first insulating film IF1 (see FIG. 8). The opening IF1b is formed to a depth reaching the first semiconductor layer SL1.

次に、第一コンタクトCNT1及び第二コンタクトCNT2を構成する金属膜を全面に成膜する。なお、この金属膜は、開口IF1a、IF1bを介して、第四半導体層SL4上及び第一半導体層SL1上にも形成される。次に、全面にレジスト膜等の膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、この膜をエッチング用のマスクに加工する。このマスクは、第一コンタクトCNT1の形成領域上(開口IF1a上)及び第二コンタクトCNT2の形成領域上(開口IF1b上)に位置する。次に、このマスクを介してウェットエッチング又はドライエッチングを行うことにより、開口IF1a及び開口IF1a内の金属膜を残留させるとともに、金属膜におけるその他の部分を除去する。その結果、開口IF1a内には第一コンタクトCNT1が形成され、開口IF1b内には第二コンタクトCNT2が形成される。   Next, a metal film constituting the first contact CNT1 and the second contact CNT2 is formed on the entire surface. This metal film is also formed on the fourth semiconductor layer SL4 and the first semiconductor layer SL1 through the openings IF1a and IF1b. Next, after a film such as a resist film is formed on the entire surface, this film is processed into an etching mask by performing normal photolithography. This mask is located on the formation region of the first contact CNT1 (on the opening IF1a) and on the formation region of the second contact CNT2 (on the opening IF1b). Next, wet etching or dry etching is performed through this mask to leave the opening IF1a and the metal film in the opening IF1a, and remove other portions of the metal film. As a result, the first contact CNT1 is formed in the opening IF1a, and the second contact CNT2 is formed in the opening IF1b.

次に、第一電極EL1及び第二電極EL2を形成する。   Next, the first electrode EL1 and the second electrode EL2 are formed.

このためには、先ず、第一電極EL1及び第二電極EL2を構成する金属膜を全面に成膜する。次に、この金属膜上に、レジスト膜等の膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィを行うことによって、この膜をエッチング用のマスクに加工する。このマスクは、第一電極EL1と対応する領域、及び、第二電極EL2と対応する領域に、それぞれ形成される。次に、このマスクを介して金属膜をエッチングすることにより、第一電極EL1及び第二電極EL2が形成される(図10(b))。   For this purpose, first, a metal film constituting the first electrode EL1 and the second electrode EL2 is formed on the entire surface. Next, after a film such as a resist film is formed on the metal film, the film is processed into an etching mask by performing normal photolithography. The mask is formed in a region corresponding to the first electrode EL1 and a region corresponding to the second electrode EL2. Next, the first electrode EL1 and the second electrode EL2 are formed by etching the metal film through this mask (FIG. 10B).

次に、半導体基板SS1の厚さが100μm以上200μm以下程度となるように、半導体基板SS1の裏面を鏡面研磨する(図10(c))。   Next, the back surface of the semiconductor substrate SS1 is mirror-polished so that the thickness of the semiconductor substrate SS1 is about 100 μm or more and 200 μm or less (FIG. 10C).

以上により、受光素子PD2を有する半導体装置SD2が得られる。   Thus, the semiconductor device SD2 having the light receiving element PD2 is obtained.

以上のような第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   According to the second embodiment as described above, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

CNT1 第一コンタクト
CNT2 第二コンタクト
CO1 切欠形状部
CO2 切欠形状部
EL1 第一電極
EL1a 開口
EL11 リング状部
EL12 引き出し部
EL13 矩形状部
EL2 第二電極
EL21 弧状部
EL22 引き出し部
EL23 矩形状部
IF1 第一絶縁膜
IF1a 開口
IF1b 開口
IF2 第二絶縁膜
IR1 入射光
IR2 入射光
MS1 メサ構造
MS11 第一メサ
MS12 第二メサ
MS13 第二メサ
MS2 メサ構造
MS21 第一メサ
MS22 第二メサ
MS3 メサ構造
MS31 第一メサ
MS32 第二メサ
MS33 第二メサ
MSK1 マスク
MSK2 マスク
MSK3 マスク
FLM1 膜
PD1 受光素子
PD2 受光素子
SD1 半導体装置
SD2 半導体装置
SL1 第一半導体層
SL2 第二半導体層
SL3 第三半導体層
SL4 第四半導体層
SL5 第二導電型領域(第五半導体層)
SS1 半導体基板
CNT1 First contact CNT2 Second contact CO1 Notch shape portion CO2 Notch shape portion EL1 First electrode EL1a Opening EL11 Ring shape portion EL12 Lead portion EL13 Rectangular portion EL2 Second electrode EL21 Arc portion EL22 Lead portion EL23 Rectangular portion IF1 First Insulating film IF1a Opening IF1b Opening IF2 Second insulating film IR1 Incident light IR2 Incident light MS1 Mesa structure MS11 First mesa MS12 Second mesa MS13 Second mesa MS2 Mesa structure MS21 First mesa MS22 Second mesa MS3 Mesa structure MS31 First mesa MS32 Second mesa MS33 Second mesa MSK1 Mask MSK2 Mask MSK3 Mask FLM1 Film PD1 Light receiving element PD2 Light receiving element SD1 Semiconductor device SD2 Semiconductor device SL1 First semiconductor layer SL2 Second semiconductor layer SL3 Third semiconductor layer SL4 Four semiconductor layer SL5 second conductivity type region (fifth semiconductor layer)
SS1 semiconductor substrate

Claims (13)

受光素子を有し、
前記受光素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された、第一導電型の第一半導体層と、
前記第一半導体層上に形成された、第一導電型の第二半導体層と、
前記第二半導体層上に形成された、第一導電型の第三半導体層と、
前記第三半導体層上に形成された、第二導電型の第四半導体層と、
を有し、
前記第二半導体層、前記第三半導体層及び前記第四半導体層によりメサ構造が構成され、
前記受光素子は、前記メサ構造の側壁に形成された、第二導電型の第五半導体層を更に有し、
前記第四半導体層の第二導電型の不純物である第一不純物と、前記第五半導体層の第二導電型の不純物である第二不純物とが、互いに異なる元素であり、
前記第四半導体層における前記第一不純物の拡散定数よりも前記第五半導体層における前記第二不純物の拡散定数が大きい半導体装置。
Having a light receiving element,
The light receiving element is
A semiconductor substrate;
A first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the semiconductor substrate;
A second semiconductor layer of a first conductivity type formed on the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer of a first conductivity type formed on the second semiconductor layer;
A fourth semiconductor layer of a second conductivity type formed on the third semiconductor layer;
Have
A mesa structure is constituted by the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer,
The light receiving element further includes a fifth semiconductor layer of a second conductivity type formed on a side wall of the mesa structure,
A first impurity that is a second conductivity type impurity of the fourth semiconductor layer and a second impurity that is a second conductivity type impurity of the fifth semiconductor layer are elements different from each other;
A semiconductor device, wherein a diffusion constant of the second impurity in the fifth semiconductor layer is larger than a diffusion constant of the first impurity in the fourth semiconductor layer.
前記第四半導体層における前記第一不純物の濃度は、前記第四半導体層の深さ方向に向けて減少している請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a concentration of the first impurity in the fourth semiconductor layer decreases in a depth direction of the fourth semiconductor layer. 前記第四半導体層における前記第一不純物の濃度は、前記第四半導体層の深さ方向に向けて段階的に減少している請求項2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the concentration of the first impurity in the fourth semiconductor layer decreases stepwise in the depth direction of the fourth semiconductor layer. 前記第四半導体層における前記第一不純物の濃度は、前記第四半導体層の深さ方向に向けて連続的に減少している請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the concentration of the first impurity in the fourth semiconductor layer continuously decreases in the depth direction of the fourth semiconductor layer. 前記メサ構造は、
前記第三半導体層及び前記第四半導体層により構成された第一メサと、
前記第二半導体層により構成された第二メサと、
を含み、
平面視において、前記第二メサの外形線は、前記第一メサの外形線の外側に位置する請求項1に記載の半導体装置。
The mesa structure is
A first mesa composed of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer;
A second mesa composed of the second semiconductor layer;
Including
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the outline of the second mesa is located outside the outline of the first mesa in plan view.
前記第五半導体層は、
前記第一メサの側壁から前記第二メサの上面に亘って連続的に形成されている請求項5に記載の半導体装置。
The fifth semiconductor layer is
The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is continuously formed from a side wall of the first mesa to an upper surface of the second mesa.
前記メサ構造は、上から下に向けて当該メサ構造の平断面積が拡大する形状に形成され、且つ、側壁の傾斜角度が90°未満である請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the mesa structure is formed in a shape in which a plane cross-sectional area of the mesa structure increases from top to bottom, and an inclination angle of a side wall is less than 90 °. 前記メサ構造は平面視において円形である請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the mesa structure is circular in a plan view. 前記半導体基板はInP基板であり、
前記第一半導体層はn型のInP層であり、
前記第二半導体層はn型のInP層であるか、又は、n型のInP層上にn型のInAlAs層を積層してなり、
前記第三半導体層はn型のInGaAs層であり、
前記第四半導体層はp型のInGaAs層である請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate is an InP substrate;
The first semiconductor layer is an n-type InP layer;
The second semiconductor layer is an n-type InP layer, or an n-type InAlAs layer is stacked on the n-type InP layer,
The third semiconductor layer is an n-type InGaAs layer;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the fourth semiconductor layer is a p-type InGaAs layer.
前記第一半導体層、前記第二半導体層及び前記第三半導体層のn型不純物はSiであり、
前記第一不純物はBe、C又はMgである請求項9に記載の半導体装置。
The n-type impurity of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer is Si,
The semiconductor device according to claim 9, wherein the first impurity is Be, C, or Mg.
前記第二不純物はZnである請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second impurity is Zn. 半導体基板上に第一導電型の第一半導体層を形成する工程と、
前記第一半導体層上に第一導電型の第二半導体層を形成する工程と、
前記第二半導体層上に第一導電型の第三半導体層を形成する工程と、
前記第三半導体層上に第二導電型の第四半導体層を形成する工程と、
前記第二半導体層、前記第三半導体層及び前記第四半導体層をメサ形状に加工することによってメサ構造を形成する工程と、
前記メサ構造の側壁に第二導電型の第五半導体層を形成する工程と、
を有し、
前記第四半導体層の第二導電型の不純物である第一不純物と、前記第五半導体層の第二導電型の不純物である第二不純物とが、互いに異なる元素であり、
前記第四半導体層における前記第一不純物の拡散定数よりも前記第五半導体層における前記第二不純物の拡散定数が大きい、受光素子を含む半導体装置の製造方法。
Forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on a semiconductor substrate;
Forming a first conductivity type second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming a first conductivity type third semiconductor layer on the second semiconductor layer;
Forming a fourth semiconductor layer of the second conductivity type on the third semiconductor layer;
Forming a mesa structure by processing the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer into a mesa shape;
Forming a second conductivity type fifth semiconductor layer on the side wall of the mesa structure;
Have
A first impurity that is a second conductivity type impurity of the fourth semiconductor layer and a second impurity that is a second conductivity type impurity of the fifth semiconductor layer are elements different from each other;
A method of manufacturing a semiconductor device including a light receiving element, wherein a diffusion constant of the second impurity in the fifth semiconductor layer is larger than a diffusion constant of the first impurity in the fourth semiconductor layer.
前記メサ構造の側壁に対し、固相拡散法又は気相拡散法により前記第二不純物を拡散することによって、前記第五半導体層を形成する請求項12に記載の半導体装置の製造方法。   13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the fifth semiconductor layer is formed by diffusing the second impurity by a solid phase diffusion method or a vapor phase diffusion method with respect to the side wall of the mesa structure.
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JP2017183633A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 旭化成エレクトロニクス株式会社 Infrared light-receiving element, manufacturing method thereof, and gas sensor

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