JP2014103347A - Light receiving element - Google Patents

Light receiving element Download PDF

Info

Publication number
JP2014103347A
JP2014103347A JP2012256040A JP2012256040A JP2014103347A JP 2014103347 A JP2014103347 A JP 2014103347A JP 2012256040 A JP2012256040 A JP 2012256040A JP 2012256040 A JP2012256040 A JP 2012256040A JP 2014103347 A JP2014103347 A JP 2014103347A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffusion layer
junction
substrate
light receiving
depth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012256040A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Kashu
和弘 夏秋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2012256040A priority Critical patent/JP2014103347A/en
Publication of JP2014103347A publication Critical patent/JP2014103347A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light receiving element which can reduce sensitivity variation, can be designed easily and can simultaneously detect multiple colors with high sensitivity and high resolution.SOLUTION: A light receiving element includes: a second conductive type first diffusion layer (2) which is formed on a first conductive type substrate (1) and forms first junction (JN1) on an interface between the substrate (1) and the first diffusion layer (2); a first conductive type second diffusion layer (3) which is formed on the first diffusion layer (2) and forms second junction (JN2) on an interface between the first diffusion layer (2) and the second diffusion layer (3); and a second conductive type third diffusion layer (4) which is formed on the second diffusion layer (3) and forms third junction (JN3) on an interface between the second diffusion layer (3) and the third diffusion layer (4). The first junction (JN1), the second junction (JN2) and the third junction (JN3) are respectively formed in the preset depth in a substrate depth direction so as to detect light having the preset wavelength. An impurity concentration peak is formed in the preset depth in the substrate depth direction on the second diffusion layer (3) on the front surface side of the substrate (1) of the second junction (JN2) and the third diffusion layer (4) on the front surface side of the substrate (1) of the third junction (JN3).

Description

この発明は、受光素子に関する。   The present invention relates to a light receiving element.

近年、ディジタルスチルカメラの普及に伴い、画像入力装置としてCCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)などのデバイスが多く用いられている。これらは、従来のフィルムカメラのフィルムの位置する場所に、CCDなどの光電変換装置を置くことにより、光学系から得られた画像を電気信号に変換する役割を持つ。   In recent years, with the spread of digital still cameras, devices such as CCDs (Charge Coupled Devices) are often used as image input devices. These have a role of converting an image obtained from an optical system into an electric signal by placing a photoelectric conversion device such as a CCD at a position where a film of a conventional film camera is located.

また、近年では、携帯電話機器にも地球温暖化などの環境問題を踏まえて、テレビジョン装置などの画像表示装置に関しても、消費電力の低減化が要求されている。このため、単画素のカラーセンサを搭載することで、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)照明や電球等の照明の違いにより、より繊細にバックライトを調整し、画面の美しさや消費電流を低減するのに寄与する動きが出てきている。さらに、テレビジョン機能などが搭載された携帯機器が増加してきており、このような携帯機器では、電池で駆動しているために消費電力の低減化がより一層要求されている。このため、人がいない時に、画面表示を自動的に切るために近接センサ(測距センサ)を用いることも検討されている。   In recent years, mobile phone devices are also required to reduce power consumption for image display devices such as television devices in consideration of environmental problems such as global warming. For this reason, by installing a single-pixel color sensor, the backlight is adjusted more delicately due to differences in lighting such as LED (Light Emitting Diode) lighting and light bulbs, and the beauty and current consumption of the screen are reduced. Movements that contribute to the reduction are emerging. Furthermore, the number of portable devices equipped with a television function or the like is increasing, and such portable devices are further required to reduce power consumption because they are driven by batteries. For this reason, the use of a proximity sensor (ranging sensor) to automatically turn off the screen display when no one is present is also being studied.

光電変換装置となるデバイスは、複数の受光素子により構成されている。この受光素子自体は色を識別することができず、光の強さ(光量)しか検出することができない。そこで、画像を電気信号に変換する場合、色を識別するために、各受光素子上にカラーフィルタを被せて、各受光素子で光の3原色である緑、赤、青の光量を検出することで、受光素子の色信号を取得する。このような複数の受光素子から色信号を得るデバイスは、一般的には、ベイヤー配列と呼ばれるモザイク状に配置した緑、赤、青のカラーフィルタを用いる。ベイヤー配列では、輝度情報および人間の目の感度特性により緑のカラーフィルタを最も密に、4画素のブロック中に2画素を配置する。残った1画素ずつに青と赤のカラーフィルタをそれぞれ配置する。このような構造のカラーフィルタを有するCCDを用いて画像の色信号を検出する。   A device to be a photoelectric conversion device is composed of a plurality of light receiving elements. The light receiving element itself cannot identify the color and can only detect the intensity (light quantity) of light. Therefore, when converting an image into an electrical signal, in order to identify the color, a color filter is put on each light receiving element, and the light amounts of the three primary colors of light, green, red, and blue, are detected by each light receiving element. Thus, the color signal of the light receiving element is obtained. A device that obtains a color signal from such a plurality of light receiving elements generally uses green, red, and blue color filters arranged in a mosaic shape called a Bayer array. In the Bayer array, the green color filter is most densely arranged according to the luminance information and the sensitivity characteristic of the human eye, and two pixels are arranged in a block of four pixels. Blue and red color filters are arranged for each remaining pixel. A color signal of an image is detected using a CCD having a color filter having such a structure.

上記モザイク状のカラーフィルタを用いた場合、コストが高いCCDの受光素子が1枚で済むことから普及している。しかしながら、この方式では、通常のCCD/CMOSイメージャーの工程の後、カラーフィルタを形成せねばならず、さらに、カラーフィルタでは赤外光がカットできないため、高価な赤外光カットガラスを形成する必要があった。   When the mosaic color filter is used, it is popular because only one CCD light receiving element is required because of its high cost. However, in this method, a color filter must be formed after the normal CCD / CMOS imager process, and furthermore, since the infrared light cannot be cut with the color filter, an expensive infrared light cut glass is formed. There was a need.

また、画素の実際の色情報としては、赤緑青の3色のカラーフィルタを用いた場合では、全画素数の1/3しか色情報を得られず、色再現性、偽色の発生、エッジ部分の再現性等に問題があった。また、人と物の区別を行うため、近赤外光を得ようとする技術が進んでいるが、このように赤青緑以外に様々な色情報を得ようとカラーフィルタ種類を増やせば、その分、各色に割り当てられる画素数が少なくなって解像度が犠牲となるため、3色以上のカラーフィルタの配置は現実的でないといった問題もある。   In addition, as the actual color information of the pixels, when the red, green, and blue color filters are used, only 1/3 of the total number of pixels can be obtained, and color reproducibility, generation of false colors, edge There was a problem in the reproducibility of the part. In addition, in order to distinguish between people and things, technology to obtain near-infrared light is advancing, but if you increase the number of color filter types to obtain various color information in addition to red, blue and green, Accordingly, the number of pixels assigned to each color is reduced and the resolution is sacrificed, so that there is a problem that the arrangement of color filters of three or more colors is not realistic.

上記問題を解決するため、素子表面から基板深さ方向に光吸収層を分割することで、CCDやCMOSイメージャーのようにカラーフィルタを用いずに、光の波長により吸収長が異なることを利用して、色を検出する受光素子が知られている(例えば、特表2002−513145号公報(特許文献1)参照)。   In order to solve the above problem, the light absorption layer is divided from the element surface in the substrate depth direction, so that the absorption length differs depending on the wavelength of light without using a color filter like a CCD or CMOS imager. A light receiving element for detecting a color is known (see, for example, JP-T-2002-513145 (Patent Document 1)).

このような素子表面から基板深さ方向に光吸収層を分割する受光素子であれば、色分割を基板深さ方向で行うため、上述したように色数による解像度の低下を考慮する必要がなく、上述した課題のない受光素子を実現できる。   With such a light receiving element that divides the light absorption layer from the element surface in the substrate depth direction, color division is performed in the substrate depth direction, so there is no need to consider the reduction in resolution due to the number of colors as described above. A light receiving element that does not have the above-described problems can be realized.

上記従来の素子表面から基板深さ方向に光吸収層を分割する受光素子では、P型基板上にN型半導体とP型半導体を交互に3重に積層させ、深さの異なる3つの接合を形成することで、それぞれ浅い接合の順に侵入長の異なる例えば青,緑,赤の3色の光を吸収して、3つの接合において電気信号に夫々変換する。   In the conventional light receiving element that divides the light absorption layer from the surface of the element in the substrate depth direction, N-type semiconductors and P-type semiconductors are alternately stacked on a P-type substrate, and three junctions having different depths are formed. By forming the light, for example, light of three colors of blue, green, and red having different penetration lengths in the order of shallow junctions are absorbed and converted into electrical signals at the three junctions, respectively.

上記受光素子を図6を用いて説明する。P型シリコン基板301上に表面から約2.0μmの深さにN型ウェル領域(N型拡散層302)が形成され、そのN型ウェル領域(N型拡散層302)の内側の約0.6μmの深さにP型ウェル領域(P型拡散層303)が形成されている。また、そのP型ウェル領域(P型拡散層303)の内側の0.2μmの深さにN型拡散層304が形成されている。そして、P型シリコン基板301とN型ウェル領域(N型拡散層302)との間、N型ウェル領域(N型拡散層302)とP型ウェル領域(P型拡散層303)との間、P型ウェル領域(P型拡散層303)とN型拡散層304との間の夫々には、光電流センサS301,S302,S303が設けられており、第1接合JN301では赤色光子を集め、第2接合JN302では緑色光子を集め、第3接合JN303では青色光子を集める。   The light receiving element will be described with reference to FIG. An N-type well region (N-type diffusion layer 302) is formed on the P-type silicon substrate 301 at a depth of about 2.0 μm from the surface, and about 0. 0 inside the N-type well region (N-type diffusion layer 302). A P-type well region (P-type diffusion layer 303) is formed at a depth of 6 μm. An N-type diffusion layer 304 is formed at a depth of 0.2 μm inside the P-type well region (P-type diffusion layer 303). And between the P-type silicon substrate 301 and the N-type well region (N-type diffusion layer 302), between the N-type well region (N-type diffusion layer 302) and the P-type well region (P-type diffusion layer 303), Photocurrent sensors S301, S302, and S303 are provided between the P-type well region (P-type diffusion layer 303) and the N-type diffusion layer 304, respectively, and the first junction JN301 collects red photons. The second junction JN302 collects green photons, and the third junction JN303 collects blue photons.

ここで、もう少し具体的に、光電流の発生の仕方を考察する。例えば、入射した光によりP型シリコン基板301で発生した光キャリアは、一部は接合に到達せず、再結合により消滅するが、そのほとんどが第1接合JN301によって収集される。   Here, a method of generating a photocurrent will be considered more specifically. For example, some of the optical carriers generated in the P-type silicon substrate 301 by incident light do not reach the junction and disappear due to recombination, but most of them are collected by the first junction JN301.

また、N型ウェル領域(N型拡散層302)で発生した光キャリアのうち、第1接合JN301に近い個所で発生した光キャリアは第1接合JN301で収集され、第2接合JN302近傍で発生した光キャリアは第2接合JN302で収集される。   In addition, among the optical carriers generated in the N-type well region (N-type diffusion layer 302), the optical carriers generated near the first junction JN301 are collected by the first junction JN301 and generated near the second junction JN302. Optical carriers are collected at the second junction JN302.

また、P型ウェル領域(P型拡散層303)で発生した光キャリアもN型ウェル領域と同様であり、第2接合JN302の近くで発生した光キャリアは第2接合JN302で収集され、残りの光キャリアは第3接合JN303で収集される。   Also, the optical carriers generated in the P-type well region (P-type diffusion layer 303) are the same as those in the N-type well region, and the optical carriers generated near the second junction JN302 are collected by the second junction JN302, and the remaining Optical carriers are collected at the third junction JN303.

さらに、N型拡散層304内で発生した光キャリアは、一部が表面再結合により消滅するが、そのほとんどが第3接合JN303内で収集される。   Furthermore, some of the optical carriers generated in the N-type diffusion layer 304 disappear due to surface recombination, but most of them are collected in the third junction JN303.

ここで、P型シリコン基板301への入射光の波長が長くなるほど、その光は吸収される前により深くシリコン内に入り込むことになる。400〜490nmの波長を持つ青色光は、その大部分が約0.2〜0.5μmの深さでP型シリコン基板301に吸収される。490〜575nmの波長を持つ緑色光は、その大部分が約0.5〜1.5ミクロンの深さでP型シリコン基板301に吸収される。575〜700nmの波長を持つ赤色光は、約1.5〜3.0ミクロンの深さでシリコンに吸収される。この侵入長の違いにより利用して、光電流センサS301,S302,S303により赤色、緑色、青色の光を主に取り出す。この光電流センサS301,S302,S303から出力される光電流は図7に示すような特性となる。   Here, the longer the wavelength of incident light on the P-type silicon substrate 301, the deeper the light enters the silicon before being absorbed. Most of the blue light having a wavelength of 400 to 490 nm is absorbed by the P-type silicon substrate 301 at a depth of about 0.2 to 0.5 μm. Most of the green light having a wavelength of 490 to 575 nm is absorbed by the P-type silicon substrate 301 at a depth of about 0.5 to 1.5 microns. Red light having a wavelength of 575 to 700 nm is absorbed by silicon at a depth of about 1.5 to 3.0 microns. Utilizing this difference in penetration length, red, green, and blue light are mainly extracted by the photocurrent sensors S301, S302, and S303. The photocurrents output from the photocurrent sensors S301, S302, and S303 have characteristics as shown in FIG.

特表2002−513145号公報JP-T-2002-513145

上記素子表面から基板深さ方向に光吸収層を分割する受光素子の製造方法を図6を用いて説明する。なお、光電流センサS301,S302,S303および配線層の製造方法は、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor:コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミコンダクタ)プロセスと同様のプロセスに従う。   A method for manufacturing a light receiving element in which the light absorption layer is divided in the substrate depth direction from the element surface will be described with reference to FIGS. The manufacturing methods of the photocurrent sensors S301, S302, S303 and the wiring layer follow a process similar to a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) process.

まず、図6に示すように、比較的低不純物濃度(例えば、1×1015cm−3程度)のP型シリコン基板301の上面上の所定の位置にフォトリソグラフィー技術などを用いて、N型ウェル領域(N型拡散層302)となる領域上にイオン注入を用いて表面近傍にリンイオンを導入し、熱処理により2.0μm程度の深さまで拡散させる。 First, as shown in FIG. 6, an N-type is used at a predetermined position on the upper surface of a P-type silicon substrate 301 having a relatively low impurity concentration (for example, about 1 × 10 15 cm −3 ). Phosphorus ions are introduced into the vicinity of the surface by ion implantation on a region to be a well region (N-type diffusion layer 302), and are diffused to a depth of about 2.0 μm by heat treatment.

続いて、同様にフォトリソグラフィー技術などを用いて、P型ウェル領域(P型拡散層303)となる領域上の表面近くにイオン注入を用いてボロンイオンを導入し、熱処理により0.6μmの深さまで拡散させる。   Subsequently, similarly, using photolithography technology or the like, boron ions are introduced by ion implantation near the surface on the region to be the P-type well region (P-type diffusion layer 303), and a depth of 0.6 μm is obtained by heat treatment. Let it diffuse.

さらに、同様の方法でN+層(N型拡散層304)となる領域にフォトリソグラフィー技術などを用いて、リンイオンを導入し、熱処理により活性化させる。以上の方法により、P型シリコン基板上に三重拡散層が形成される。ここでは、コンタクトや配線および回路部の製造方法は割愛する。   Further, phosphorus ions are introduced into a region to be an N + layer (N-type diffusion layer 304) by a similar method using a photolithography technique or the like, and activated by heat treatment. By the above method, a triple diffusion layer is formed on the P-type silicon substrate. Here, the manufacturing method of the contact, wiring, and circuit portion is omitted.

ところで、この製造方法による図6に示すX2−Y2断面での不純物濃度プロファイルを図8に示す。図8に示すように、一般的な積層型の受光素子では、基板表面から基板深さ方向に向かって深さが深くなるほど不純物濃度が薄くなっている。これにより、N型ウェル領域(N型拡散層302)中で発生した光キャリアは、第1,第2接合JN301,JN302に加えられた電界にのみ従って第1,第2接合JN301,JN302に到達するのではなく、この不純物濃度勾配による表面から基板側に向かった内蔵電界により、第1接合JN301側へ移動し(落ち込み)やすくなる。P型ウェル領域(P型拡散層304)中でも同様であり、その濃度勾配による内蔵電界により第2,第3接合JN302,JN303のうち、第2接合JN302側へ移動しやすくなる。   FIG. 8 shows an impurity concentration profile in the X2-Y2 cross section shown in FIG. 6 according to this manufacturing method. As shown in FIG. 8, in a general laminated light receiving element, the impurity concentration decreases as the depth increases from the substrate surface toward the substrate depth direction. As a result, optical carriers generated in the N-type well region (N-type diffusion layer 302) reach the first and second junctions JN301 and JN302 only according to the electric field applied to the first and second junctions JN301 and JN302. Instead, the built-in electric field from the surface toward the substrate due to this impurity concentration gradient tends to move (drop) toward the first junction JN301. The same applies to the P-type well region (P-type diffusion layer 304), and the built-in electric field due to the concentration gradient makes it easier to move to the second junction JN302 side of the second and third junctions JN302 and JN303.

このような上記従来の受光素子には次の(i)〜(iii)の課題があった。   Such conventional light receiving elements as described above have the following problems (i) to (iii).

(i) 第1の課題は、この不純物濃度勾配のバラツキにより、各接合へ移動する光キャリアがバラツキ、結果として感度バラツキを起こしやすい。   (i) The first problem is that the optical carrier moving to each junction varies due to the variation in the impurity concentration gradient, and as a result, the sensitivity varies easily.

(ii) 第2の課題は、光キャリアが不純物濃度勾配により基板側に移動しやすくなることで、表面に近い接合の感度が低くなりやすい。   (ii) The second problem is that the optical carrier tends to move to the substrate side due to the impurity concentration gradient, so that the sensitivity of the junction close to the surface tends to be low.

(iii) 第3の課題は、不純物濃度勾配によりどちらの接合にどの程度移動するか予想がつきにくく、デバイス設計時、感度予想が立てにくい。   (iii) The third problem is that it is difficult to predict which junction will move to which junction due to the impurity concentration gradient, and it is difficult to predict sensitivity when designing a device.

また、上記従来の受光素子の構造で各拡散層から出力される光電流は、N型ではプラスの電流、P型ではマイナスの電流として取り出される。各層から出力された光電流の強度を演算する回路は、回路誤差をできる限り小さくするため、全く同じ回路構成であることが望ましく、その際、上述したように拡散層から取り出される電流の向きが異なると、取り出す電流の向きに応じて回路構成を変えざるを得ない。   The photocurrent output from each diffusion layer in the conventional light receiving element structure is extracted as a positive current in the N type and as a negative current in the P type. It is desirable that the circuits for calculating the intensity of the photocurrent output from each layer have exactly the same circuit configuration in order to minimize the circuit error. At this time, the direction of the current extracted from the diffusion layer is as described above. If they are different, the circuit configuration must be changed according to the direction of the extracted current.

本発明は、これら課題を鑑みてなされたものであり、感度バラツキを低減できると共に、設計が容易にでき、高感度かつ高解像度で同時に多色検出が可能な受光素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and it is an object of the present invention to provide a light receiving element that can reduce sensitivity variation, can be easily designed, and can simultaneously detect multiple colors with high sensitivity and high resolution. To do.

上記課題を解決するため、この発明の受光素子は、
第1導電型の基板と、
上記基板に形成され、上記基板との界面に第1接合を形成する第2導電型の第1の拡散層と、
上記第1の拡散層上に形成され、上記第1の拡散層との界面に第2接合を形成する第1導電型の第2の拡散層と、
上記第2の拡散層上に形成され、上記第2の拡散層との界面に第3接合を形成する第2導電型の第3の拡散層と
を備え、
上記第1接合と上記第2接合と上記第3接合は夫々、予め設定された波長の光を検出するために基板深さ方向に予め設定された深さに形成されており、
上記第1接合と上記第2接合と上記第3接合のうちのいずれか1つの接合を形成する上記基板表面側の拡散層に、基板深さ方向に予め設定された深さに不純物濃度ピークが形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the light receiving element of the present invention is:
A first conductivity type substrate;
A first diffusion layer of a second conductivity type formed on the substrate and forming a first junction at an interface with the substrate;
A second diffusion layer of a first conductivity type formed on the first diffusion layer and forming a second junction at the interface with the first diffusion layer;
A third diffusion layer of a second conductivity type formed on the second diffusion layer and forming a third junction at the interface with the second diffusion layer;
The first junction, the second junction, and the third junction are each formed at a preset depth in the substrate depth direction in order to detect light having a preset wavelength,
In the diffusion layer on the substrate surface side that forms one of the first junction, the second junction, and the third junction, an impurity concentration peak has a depth set in advance in the substrate depth direction. It is formed.

また、一実施形態の受光素子では、
上記不純物濃度ピークは、予め設定された波長の光に対する上記基板内での侵入長に応じた基板深さ方向の深さに形成されている。
In the light receiving element of one embodiment,
The impurity concentration peak is formed at a depth in the substrate depth direction corresponding to a penetration depth in the substrate with respect to light having a preset wavelength.

また、一実施形態の受光素子では、
上記第3の拡散層上に形成され、上記第3の拡散層との界面に第4接合を形成する第1導電型の第4の拡散層を備えた。
In the light receiving element of one embodiment,
A fourth diffusion layer of the first conductivity type is formed on the third diffusion layer and forms a fourth junction at the interface with the third diffusion layer.

また、一実施形態の受光素子では、
上記各拡散層のうちの最も表面側に形成された拡散層の不純物濃度プロファイルは、上記基板の表面から基板深さ方向に深くなるほど不純物濃度が減少する。
In the light receiving element of one embodiment,
Among the diffusion layers, the impurity concentration profile of the diffusion layer formed on the most surface side decreases as the depth from the surface of the substrate increases in the substrate depth direction.

また、この発明の受光素子では、
第1導電型の基板と、
上記基板に形成され、上記基板との界面に第1接合を形成する第2導電型の第1の拡散層と、
上記第1の拡散層上に形成され、上記第1の拡散層との界面に第2接合を形成する第1導電型の第2の拡散層と、
上記第2の拡散層上に形成され、上記第2の拡散層との界面に第3接合を形成する第2導電型の第3の拡散層と、
上記基板に上記第1の拡散層と離間して形成され、上記基板との界面に第4接合を形成する第2導電型の第4の拡散層と、
上記第4の拡散層上に形成され、上記第4の拡散層との界面に第5接合を形成する第1導電型の第5の拡散層と、
上記第5の拡散層上に形成され、上記第5の拡散層との界面に第6接合を形成する第2導電型の第6の拡散層と、
上記第6の拡散層上に形成され、上記第6の拡散層との界面に第7接合を形成する第2導電型の第7の拡散層と
を備え、
上記第1接合と上記第5接合の基板深さ方向の深さが同じであり、かつ、
上記第2接合と上記第6接合の基板深さ方向の深さが同じであり、かつ、
上記第3接合と上記第7接合の基板深さ方向の深さが同じであり、
上記第1接合と上記第2接合と上記第3接合のうちのいずれか1つの接合の上記基板表面側の拡散層に、基板深さ方向に予め設定された深さに不純物濃度ピークが形成されていると共に、
上記第5接合と上記第6接合と上記第7接合のうちのいずれか1つの接合の上記基板表面側の拡散層に、基板深さ方向に予め設定された深さに不純物濃度ピークが形成されていることを特徴とする。
In the light receiving element of the present invention,
A first conductivity type substrate;
A first diffusion layer of a second conductivity type formed on the substrate and forming a first junction at an interface with the substrate;
A second diffusion layer of a first conductivity type formed on the first diffusion layer and forming a second junction at the interface with the first diffusion layer;
A third diffusion layer of a second conductivity type formed on the second diffusion layer and forming a third junction at the interface with the second diffusion layer;
A second diffusion layer of a second conductivity type formed on the substrate apart from the first diffusion layer and forming a fourth junction at the interface with the substrate;
A fifth diffusion layer of a first conductivity type formed on the fourth diffusion layer and forming a fifth junction at an interface with the fourth diffusion layer;
A sixth diffusion layer of a second conductivity type formed on the fifth diffusion layer and forming a sixth junction at an interface with the fifth diffusion layer;
A second conductivity type seventh diffusion layer formed on the sixth diffusion layer and forming a seventh junction at an interface with the sixth diffusion layer;
The depth in the substrate depth direction of the first bond and the fifth bond is the same, and
The depth of the second junction and the sixth junction in the substrate depth direction is the same, and
The depth in the substrate depth direction of the third junction and the seventh junction is the same,
An impurity concentration peak is formed at a predetermined depth in the substrate depth direction in the diffusion layer on the substrate surface side of any one of the first junction, the second junction, and the third junction. And
In the diffusion layer on the substrate surface side of any one of the fifth junction, the sixth junction, and the seventh junction, an impurity concentration peak is formed at a depth set in advance in the substrate depth direction. It is characterized by.

以上より明らかなように、この発明によれば、感度バラツキを低減できると共に、設計が容易でかつ高感度,高解像度で同時に多色を検出可能な受光素子を実現することができる。   As apparent from the above, according to the present invention, it is possible to realize a light receiving element that can reduce sensitivity variation and that can be easily designed and can detect multiple colors simultaneously with high sensitivity and high resolution.

図1はこの発明の第1実施形態の受光素子の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a light receiving element according to a first embodiment of the present invention. 図2は上記受光素子のX1−Y1断面での不純物濃度プロファイルを示す図であるFIG. 2 is a diagram showing an impurity concentration profile in the X1-Y1 cross section of the light receiving element. 図3はイオン種を注入する際のピーク飛程Rpを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the peak range Rp when ion species are implanted. 図4Aは上記第1実施形態の受光素子において、演算回路により分光感度を演算した結果を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing the result of calculating the spectral sensitivity by the arithmetic circuit in the light receiving element of the first embodiment. 図4Bは上記演算回路により青色光電流の分光感度を演算した結果を示す図である。FIG. 4B is a diagram illustrating a result of calculating the spectral sensitivity of the blue photocurrent by the above calculation circuit. 図5はこの発明の第2実施形態の受光素子の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a light receiving element according to a second embodiment of the present invention. 図6は従来の受光素子の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a conventional light receiving element. 図7は上記従来の受光素子の入射光の波長に対する光電流の関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship of the photocurrent with respect to the wavelength of incident light of the conventional light receiving element. 図8は上記従来の受光素子のX2−Y2断面での不純物濃度プロファイルを示す図であるFIG. 8 is a diagram showing an impurity concentration profile in the X2-Y2 cross section of the conventional light receiving element. 図9は従来のイオン種を注入する際のピーク飛程Rpを説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the peak range Rp when a conventional ion species is implanted.

以下、この発明の受光素子を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the light receiving element of the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

〔第1実施形態〕
図1はこの発明の第1実施形態による受光素子の断面図を示している。この第1実施形態による受光素子10は、カラーセンサとしての機能を有している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a sectional view of a light receiving element according to a first embodiment of the present invention. The light receiving element 10 according to the first embodiment has a function as a color sensor.

上記受光素子10は、図1に示すように、P型不純物が比較的低濃度(例えば、1×1015cm−3)で導入されたP型シリコン基板1に、複数の第1〜第4の拡散層2〜5が形成された構造を有している。上記複数の第1〜第4の拡散層2〜5は、基板深さ方向に所定の深さに接合を形成するように夫々形成されている。例えば、P型シリコン基板1と第1の拡散層2との界面の第1接合JN1の深さは7.0nmであり、第1の拡散層2と第2の拡散層3との界面の第2接合JN2の深さは深さ3.0nmであり、第2の拡散層3と第3の拡散層4との界面の第3接合JN3の深さは1.0nmであり、さらに第3の拡散層4と第4の拡散層5との界面の第4接合JN4の深さは0.2nmである。上記第1接合JN1は、赤外(波長750nm以上)の光キャリアを収集する。上記第2接合JN2は、赤色(波長650nm)の光キャリアを収集する。上記第3接合JN3は、緑色(波長550nm)の光キャリアを収集する。上記第4接合JN4は、青色(波長450nm)の光キャリアを収集する。 As shown in FIG. 1, the light receiving element 10 includes a plurality of first to fourth elements on a P-type silicon substrate 1 into which a P-type impurity is introduced at a relatively low concentration (for example, 1 × 10 15 cm −3 ). The diffusion layers 2 to 5 are formed. The plurality of first to fourth diffusion layers 2 to 5 are each formed so as to form a junction at a predetermined depth in the substrate depth direction. For example, the depth of the first junction JN1 at the interface between the P-type silicon substrate 1 and the first diffusion layer 2 is 7.0 nm, and the first interface at the interface between the first diffusion layer 2 and the second diffusion layer 3 has a depth of 7.0 nm. The depth of the second junction JN2 is 3.0 nm, the depth of the third junction JN3 at the interface between the second diffusion layer 3 and the third diffusion layer 4 is 1.0 nm, and the third junction JN2 has a depth of 3.0 nm. The depth of the fourth junction JN4 at the interface between the diffusion layer 4 and the fourth diffusion layer 5 is 0.2 nm. The first junction JN1 collects infrared (wavelength 750 nm or more) optical carriers. The second junction JN2 collects red (wavelength 650 nm) optical carriers. The third junction JN3 collects green (wavelength 550 nm) optical carriers. The fourth junction JN4 collects blue (wavelength 450 nm) optical carriers.

また、上記第2の拡散層3の第1濃度ピークは0.5nmの位置に形成され、第3の拡散層4の第2濃度ピークの位置は1.5nmの位置に形成される。ここで、一般的に青色光(450nm)でのシリコンへの光の吸収係数25000cm−1から考慮して、光の侵入長(1/eまで光が減衰する深さ)は約0.5nm程度と考えることができる。また、緑色光(550nm)は同様に光の吸収係数6500cm−1から考慮して、光の侵入長が1.5nm程度と考えられる。さらに赤色光(650nm)は光の吸収係数2500cm−1から考慮して、侵入長が約4.0nmであり濃度ピークを形成するとすれば、4.0nmの深さに形成するのが望ましい。今回、四重拡散層としてあるのは、赤色の分光から赤外光を除去することで、IRカットフィルタ不要となるよう工夫してある。従来の三重拡散では赤色の分光に赤外光が混在し、IRカットフィルタを別途つける必要があり、コストアップとなっていた。IRカットフィルタは、酸化ニオブ等からなる干渉膜フィルタで構成され、40層以上の層を積層して製造するために高価であったが、四重拡散とすることでこのIRカットフィルタ分のコストダウンができる。 The first concentration peak of the second diffusion layer 3 is formed at a position of 0.5 nm, and the position of the second concentration peak of the third diffusion layer 4 is formed at a position of 1.5 nm. Here, in general, considering the light absorption coefficient of silicon into blue light (450 nm) of 25000 cm −1 , the light penetration length (the depth at which light attenuates to 1 / e) is about 0.5 nm. Can be considered. Similarly, green light (550 nm) is considered to have a light penetration length of about 1.5 nm in consideration of the light absorption coefficient of 6500 cm −1 . Further, red light (650 nm) is preferably formed to a depth of 4.0 nm if the penetration depth is about 4.0 nm and a concentration peak is formed in consideration of the light absorption coefficient of 2500 cm −1 . This time, the quadruple diffusion layer is devised so that an IR cut filter is not required by removing infrared light from the red spectrum. In the conventional triple diffusion, infrared light is mixed in the red spectrum, and it is necessary to attach an IR cut filter separately, which increases the cost. The IR cut filter is composed of an interference film filter made of niobium oxide or the like, and was expensive to manufacture by laminating 40 or more layers. I can go down.

上記受光素子は、P型シリコン基板1内に形成されたN型拡散層2(第1の拡散層)と、N型拡散層2の内側に形成されたP型拡散層3(第2の拡散層)と、P型拡散層3の内側に形成されたN型拡散層4(第3の拡散層)と、N型拡散層4の内側に形成されたP型拡散層5(第4の拡散層)と、P型シリコン基板1全面を覆うシリコン酸化膜6とを備えている。これらのN型拡散層2,P型拡散層3,N型拡散層4,P型拡散層5のオーバーラップ量は、受光素子として各拡散に印加される逆バイアスでもブレイクダウンしない程度に十分オーバーラップすることが必要である。   The light receiving element includes an N-type diffusion layer 2 (first diffusion layer) formed in the P-type silicon substrate 1 and a P-type diffusion layer 3 (second diffusion layer) formed inside the N-type diffusion layer 2. Layer), an N-type diffusion layer 4 (third diffusion layer) formed inside the P-type diffusion layer 3, and a P-type diffusion layer 5 (fourth diffusion layer) formed inside the N-type diffusion layer 4. Layer) and a silicon oxide film 6 covering the entire surface of the P-type silicon substrate 1. The overlap amount of the N-type diffusion layer 2, the P-type diffusion layer 3, the N-type diffusion layer 4, and the P-type diffusion layer 5 is sufficient to prevent breakdown even when reverse bias is applied to each diffusion as a light receiving element. It is necessary to wrap.

受光素子10の具体的な構造としては、P型シリコン基板1の表面側の所定領域に、N型ウェル領域(N型拡散層2)が形成されている。N型ウェル領域(N型拡散層2)となる領域上にフォトリソグラフィー技術などを用いてイオン注入を行い、所定の深さにリンイオンを導入し、熱処理により7.0nm程度の深さまで拡散させることにより形成する。   As a specific structure of the light receiving element 10, an N-type well region (N-type diffusion layer 2) is formed in a predetermined region on the surface side of the P-type silicon substrate 1. Ion implantation is performed on a region to be an N-type well region (N-type diffusion layer 2) using a photolithography technique or the like, phosphorus ions are introduced to a predetermined depth, and are diffused to a depth of about 7.0 nm by heat treatment. To form.

また、P型ウェル領域(P型拡散層3)は、N型ウェル領域(N型拡散層2)となる領域上の所定の位置にフォトリソグラフィー技術を用いて、イオン注入機の注入エネルギーを変えて連続的にP型不純物であるボロンが選択導入される。例えば、2000keV、1500keV、1000keV、650keV、500keV、250keV、100keVのように多段階にイオン注入を行うことにより、所定の深さに不純物濃度ピークを持たせる。このため、例えば、エネルギー1500keVでの注入量を最も多くし順に減少させながら注入することによって、所定の深さ(表面から2.0nm程度)に不純物濃度ピーク(領域11)を持たせるように、P型ウェル領域(P型拡散層3)が形成される。P型ウェル領域(P型拡散層3)の不純物濃度ピークは、例えば、1×1016〜1×1018cm−3程度である。これは、P型ウェル領域(P型拡散層3)の濃度が一般的に1×1015〜1×1016cm−3程度で形成されるが、その濃度に対して少なくとも1ケタ以上の濃度差をつけないと光キャリアがポテンシャルバリアを乗り越えてしまうためである。また、濃度が濃すぎて1×1019cm−3に近づくと高濃度領域での再結合による感度低下が発生しまうため、上記1×1016〜1×1018cm−3程度の不純物濃度が望ましい。 The P-type well region (P-type diffusion layer 3) changes the implantation energy of the ion implanter at a predetermined position on the region to be the N-type well region (N-type diffusion layer 2) by using a photolithography technique. Then, boron, which is a P-type impurity, is selectively introduced. For example, ion implantation is performed in multiple stages, such as 2000 keV, 1500 keV, 1000 keV, 650 keV, 500 keV, 250 keV, and 100 keV, thereby giving an impurity concentration peak at a predetermined depth. For this reason, for example, by implanting while increasing the implantation amount at an energy of 1500 keV and decreasing in order, the impurity concentration peak (region 11) is given to a predetermined depth (about 2.0 nm from the surface). A P-type well region (P-type diffusion layer 3) is formed. The impurity concentration peak of the P-type well region (P-type diffusion layer 3) is, for example, about 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −3 . This is because the P-type well region (P-type diffusion layer 3) is generally formed with a concentration of about 1 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −3 , but at least one digit higher than that concentration. This is because the optical carrier will overcome the potential barrier if there is no difference. In addition, when the concentration is too high and approaches 1 × 10 19 cm −3 , the sensitivity is reduced due to recombination in the high concentration region. Therefore, the impurity concentration of about 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −3 is desirable.

また、P型ウェル領域(P型拡散層3)の表面側には、N型ウェル領域(N型拡散層4)が形成されている。N型ウェル領域(N型拡散層4)は、表面側からイオン注入機の注入エネルギーを変えて連続的にN型不純物であるボロンが導入される。このとき、所定のエネルギーでの注入量を増やすことで、所定の深さ(表面から0.5nm程度)に不純物濃度ピーク(領域12)を持たせるように、N型ウェル領域(N型拡散層4)が形成される。   An N-type well region (N-type diffusion layer 4) is formed on the surface side of the P-type well region (P-type diffusion layer 3). In the N-type well region (N-type diffusion layer 4), boron, which is an N-type impurity, is continuously introduced from the surface side by changing the implantation energy of the ion implanter. At this time, an N-type well region (N-type diffusion layer) is provided so as to have an impurity concentration peak (region 12) at a predetermined depth (about 0.5 nm from the surface) by increasing the amount of implantation at a predetermined energy. 4) is formed.

また、N型ウェル領域(N型拡散層4)の表面側には、P型ウェル領域(P型拡散層5)がフォトリソグラフィー技術を用いた選択的なイオン注入により表面近傍に導入され、約0.2nm程度の深さに形成されている。   On the surface side of the N-type well region (N-type diffusion layer 4), a P-type well region (P-type diffusion layer 5) is introduced in the vicinity of the surface by selective ion implantation using a photolithography technique. It is formed to a depth of about 0.2 nm.

この第1実施形態の受光素子10では、基板としてP型シリコン基板1を用いたが、N型シリコン基板を用いて、P型拡散層から順にP型拡散層とN型拡散層とを交互に積層してもよい。また、基板は、シリコンに限らず、ゲルマニウムなどの他の半導体でもよい。   In the light receiving element 10 according to the first embodiment, the P-type silicon substrate 1 is used as the substrate. However, using the N-type silicon substrate, the P-type diffusion layer and the N-type diffusion layer are alternately arranged in order from the P-type diffusion layer. You may laminate. The substrate is not limited to silicon, but may be other semiconductors such as germanium.

次に、図2を用いて、受光素子10における不純物濃度ピークの効果を説明する。図2は図1に示す受光素子10の構造のX1−Y1断面での不純物濃度プロファイルである。図2において、横軸は基板深さ方向の深さ[任意目盛]、縦軸は不純物濃度[任意目盛]を表す。   Next, the effect of the impurity concentration peak in the light receiving element 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an impurity concentration profile in the X1-Y1 cross section of the structure of the light receiving element 10 shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the depth in the substrate depth direction [arbitrary scale], and the vertical axis represents the impurity concentration [arbitrary scale].

図2に示すように、第1不純物濃度ピークP1を深さ1.5nmに形成することにより、P型ウェル領域(P型拡散層3)中の不純物濃度による内蔵電界が第3接合JN3の方に向かって形成されるため、緑色(波長550nm)の光キャリアを収集する第3接合JN3の感度を向上させることができ、また、光キャリアは、深さ1.5nmのピークの前後で第2接合JN2と第3接合JN3に振り分けられるため、これまでのように濃度勾配のバラツキを考慮する必要はなく、感度バラツキを低減することができる。N型ウェル領域(N型拡散層4)中の第2不純物濃度ピークP2についても同様である。これら不純物濃度ピークP1,P2は、それぞれ、第2,第3接合JN2,JN3で主に吸収される光の波長に合わせて設計される。   As shown in FIG. 2, by forming the first impurity concentration peak P1 to a depth of 1.5 nm, the built-in electric field due to the impurity concentration in the P-type well region (P-type diffusion layer 3) is applied to the third junction JN3. Therefore, the sensitivity of the third junction JN3 that collects green (wavelength 550 nm) optical carriers can be improved, and the optical carriers are second before and after the peak at a depth of 1.5 nm. Since it is distributed to the junction JN2 and the third junction JN3, it is not necessary to consider the concentration gradient variation as before, and the sensitivity variation can be reduced. The same applies to the second impurity concentration peak P2 in the N-type well region (N-type diffusion layer 4). These impurity concentration peaks P1 and P2 are designed according to the wavelength of light mainly absorbed by the second and third junctions JN2 and JN3, respectively.

また、P型シリコン基板1の表面から所定の不純物濃度でイオン注入されたP型拡散層5も表面側からのイオン注入による不純物導入により形成される。このとき、イオン注入前にシリコン表面に所定の厚さ、例えば28nm程度の注入酸化膜(シリコン酸化膜6)を形成し、図3に示すように、本イオン種を注入する際のイオン注入エネルギーを、不純物のピーク飛程Rpが28nmの酸化膜中となるようエネルギーを調整する。図3において、横軸は基板深さ方向の深さ[nm]、縦軸は不純物濃度[cm−3]を表す。 The P-type diffusion layer 5 ion-implanted with a predetermined impurity concentration from the surface of the P-type silicon substrate 1 is also formed by introducing impurities by ion implantation from the surface side. At this time, before the ion implantation, an implantation oxide film (silicon oxide film 6) having a predetermined thickness, for example, about 28 nm is formed on the silicon surface, and as shown in FIG. The energy is adjusted so that the peak range Rp of the impurity is in the oxide film having a thickness of 28 nm. In FIG. 3, the horizontal axis represents the depth [nm] in the substrate depth direction, and the vertical axis represents the impurity concentration [cm −3 ].

従来のピーク飛程Rpは、図9に示すように、酸化膜厚28nmよりも大きくなるように設定され、Si中に濃度ピークが存在するように設計されるが、上述した濃度ピークによる内蔵電界の効果により、Si基板中に濃度ピークを形成すると、酸化膜界面側へ振り分けられる電荷が増え、表面再結合により感度低下が発生する。図9において、ピーク飛程Rpはイオンの平均飛程であり、△Rpはイオンの平均分布である。   As shown in FIG. 9, the conventional peak range Rp is set to be larger than the oxide film thickness of 28 nm and is designed so that a concentration peak exists in Si. As a result, when a concentration peak is formed in the Si substrate, the charge distributed to the oxide film interface increases, and the sensitivity is lowered due to surface recombination. In FIG. 9, the peak range Rp is the average range of ions, and ΔRp is the average distribution of ions.

これを防ぐため、P型拡散層5は、シリコン酸化膜6中に不純物のピーク飛程Rpを持つよう設計することで、シリコン表面から基板深さ方向に一律に濃度が減少するように形成することができ、表面近傍で吸収される300〜450nm程度の比較的短い波長の光により発生した光キャリアは、一律にP型シリコン基板1の深い側へ拡散し、表面側へ拡散することで表面再結合して消滅し、感度低下してしまうことを防ぐことができる。   In order to prevent this, the P-type diffusion layer 5 is designed to have a peak range Rp of impurities in the silicon oxide film 6 so that the concentration is uniformly reduced from the silicon surface in the substrate depth direction. The optical carriers generated by the light having a relatively short wavelength of about 300 to 450 nm absorbed in the vicinity of the surface are uniformly diffused to the deep side of the P-type silicon substrate 1 and diffused to the surface side. It can be prevented from disappearing due to recombination and a decrease in sensitivity.

また、図1の受光素子10単体では、カラーセンサとしてのみ機能するが、複数、碁盤の目状に並べることで積層型受光素子のイメージセンサとして用いることもできる。   1 functions only as a color sensor, but it can also be used as an image sensor of a laminated light receiving element by arranging a plurality of light receiving elements 10 in a grid pattern.

また、第1実施形態において、各接合で発生した光電流は、光電流センサS1〜S4で検出され、これら光電流信号が演算回路20(図1に示す)により信号処理されて、分光感度が演算される。   In the first embodiment, the photocurrent generated at each junction is detected by the photocurrent sensors S1 to S4, and these photocurrent signals are signal-processed by the arithmetic circuit 20 (shown in FIG. 1), so that the spectral sensitivity is increased. Calculated.

上記受光素子10と演算回路20で受光装置を構成している。   The light receiving element 10 and the arithmetic circuit 20 constitute a light receiving device.

図4Aはこの発明の第1実施形態の受光素子10において、演算回路20により分光感度を演算した結果を示している。図4Aにおいて、横軸は波長[nm]、縦軸は分光感度を表す。この演算結果により、各深さの接合で吸収される光信号はRGB(赤,緑,青)の信号として出力されることが確認された。   FIG. 4A shows the result of calculating the spectral sensitivity by the arithmetic circuit 20 in the light receiving element 10 of the first embodiment of the present invention. In FIG. 4A, the horizontal axis represents wavelength [nm], and the vertical axis represents spectral sensitivity. From this calculation result, it was confirmed that the optical signal absorbed at the junction of each depth is output as an RGB (red, green, blue) signal.

ここで、通常の拡散(図8)の手法では、不純物濃度プロファイルによる内蔵電界により光キャリアの振る舞いが左右されるため、感度バラツキはイオン注入エネルギーおよび濃度とその後の熱処理といった複数のパラメータによる不純物濃度プロファイルのバラツキにより感度バラツキが大きくなっていた。これに対して、この発明の受光素子は、不純物濃度ピークを持たせたことにより、感度バラツキがイオン注入エネルギーによる不純物濃度ピークの深さのみにより一律に決まり、濃度分布バラツキに影響するパラメータを減らすことで、光感度バラツキを低減することができた。   Here, in the normal diffusion method (FIG. 8), the behavior of the optical carrier is influenced by the built-in electric field based on the impurity concentration profile, and thus the sensitivity variation is the impurity concentration due to a plurality of parameters such as ion implantation energy and concentration and subsequent heat treatment. Sensitivity variation was large due to profile variation. In contrast, the light receiving element of the present invention has an impurity concentration peak, so that the sensitivity variation is uniformly determined only by the depth of the impurity concentration peak due to the ion implantation energy, and the parameters affecting the concentration distribution variation are reduced. As a result, variation in photosensitivity could be reduced.

また、基板深さ方向の所定の位置に不純物濃度ピークを持たせることで、青色、緑色等必要な分光の接合に光を集めることができ、感度を向上させることができる。   Further, by providing an impurity concentration peak at a predetermined position in the substrate depth direction, light can be collected at a necessary spectral junction such as blue or green, and sensitivity can be improved.

また、最表面のP型拡散層5の濃度が表面から基板深さ方向に向かって一律に濃度が減少する構造としたことで、青色の分光のピーク感度をより短波長側にシフトさせることができる。   In addition, by adopting a structure in which the concentration of the P-type diffusion layer 5 on the outermost surface decreases uniformly from the surface toward the substrate depth direction, the peak sensitivity of the blue spectrum can be shifted to the shorter wavelength side. it can.

また、赤外光をカットする四重目の拡散を追加することにより、IRカットフィルタや複雑な演算により赤外光をカットする必要が無くなり、簡単な方法で赤外光をカットすることができる。   Also, by adding a quadruple diffusion that cuts infrared light, it is not necessary to cut infrared light by an IR cut filter or complicated calculation, and infrared light can be cut by a simple method. .

なお、この第1実施形態では、4重拡散による受光素子について説明したが、拡散の重ね合わせ回数は4回に限らず、拡散の重ね合わせ回数が3回または5回以上の受光素子にこの発明を適用してもよく、この場合も感度バラツキの低減効果を有する。   In the first embodiment, the light receiving element by quadruple diffusion has been described. However, the number of diffusion superpositions is not limited to four, and the invention is applied to a light receiving element in which the number of diffusion superpositions is three or five or more. May be applied, and also in this case, there is an effect of reducing sensitivity variation.

上記構成の受光素子10によれば、P型拡散層3およびN型拡散層4の夫々に、所定の深さに不純物濃度ピークP1,P2(図2に示す)が形成されていることによって、この不純物濃度ピークP1,P2により光キャリアが第2接合JN2,第3接合JN3からP型シリコン基板1側に流れ落ちるのを抑制し、不純物濃度ピークP1,P2よりも表面側の感度向上に寄与すると共に、感度が不純物濃度ピークP1,P2の位置によって決まるため、濃度勾配のバラツキによる感度バラツキを考慮する必要がなくなる。したがって、感度バラツキを低減できると共に、設計が容易でかつ高感度,高解像度で同時に多色を検出可能な受光素子を実現できる。   According to the light receiving element 10 having the above configuration, the impurity concentration peaks P1 and P2 (shown in FIG. 2) are formed at predetermined depths in the P-type diffusion layer 3 and the N-type diffusion layer 4, respectively. The impurity concentration peaks P1 and P2 suppress the flow of optical carriers from the second junction JN2 and the third junction JN3 to the P-type silicon substrate 1 side, thereby contributing to an improvement in sensitivity on the surface side than the impurity concentration peaks P1 and P2. At the same time, since the sensitivity is determined by the positions of the impurity concentration peaks P1 and P2, it is not necessary to consider the sensitivity variation due to the concentration gradient variation. Therefore, it is possible to realize a light receiving element that can reduce variation in sensitivity and that can be easily designed and can detect multiple colors at the same time with high sensitivity and high resolution.

また、上記不純物濃度ピークP1,P2が、予め設定された波長の光に対するシリコン内での侵入長に応じた基板深さ方向の深さに形成されていることによって、デバイス設計時、濃度勾配によって光キャリアが接合から基板側に流れる効果を無視して、所望の波長の感度を高めることができる。   The impurity concentration peaks P1 and P2 are formed at a depth in the substrate depth direction corresponding to the penetration depth in the silicon with respect to light having a preset wavelength. The sensitivity of a desired wavelength can be enhanced by ignoring the effect of the optical carrier flowing from the junction to the substrate side.

また、上記第3の拡散層(N型拡散層4)に、第3の拡散層(N型拡散層4)との界面に第4接合JN4を形成するP型の第4の拡散層(P型拡散層5)を形成することによって、一般的な赤色,青色,緑色以外に赤外光等の出力が必要な場合でも解像度を落とさずに多色の出力化ができる。   In addition, a P-type fourth diffusion layer (P) that forms a fourth junction JN4 at the interface with the third diffusion layer (N-type diffusion layer 4) in the third diffusion layer (N-type diffusion layer 4). By forming the mold diffusion layer 5), multi-color output can be achieved without lowering the resolution even when output of infrared light or the like is required in addition to general red, blue, and green.

また、上記イオン注入を多段階に行うことによって不純物濃度ピークを形成するので、所定の深さに不純物濃度ピークを作ることが可能になる。   Further, since the impurity concentration peak is formed by performing the ion implantation in multiple stages, it is possible to make the impurity concentration peak at a predetermined depth.

また、最も表面側に形成された第4の拡散層(P型拡散層5)の不純物濃度プロファイルが、P型シリコン基板1の表面から基板深さ方向に深くなるほど不純物濃度が減少するので、表面近傍で発生した光キャリアが、表面側に形成されるシリコン酸化膜6の界面へ移動することがなくなり、表面再結合による短波長光の感度低下を抑えることができる。   Further, since the impurity concentration profile of the fourth diffusion layer (P-type diffusion layer 5) formed on the most surface side becomes deeper in the substrate depth direction from the surface of the P-type silicon substrate 1, the impurity concentration decreases. The optical carriers generated in the vicinity do not move to the interface of the silicon oxide film 6 formed on the surface side, and a decrease in sensitivity of short wavelength light due to surface recombination can be suppressed.

また、上記高感度かつ高解像度で同時に多色を検出可能な受光素子10を複数配置して色情報を複数得ることで、カラー画面情報を得ることが可能になる。   Further, it is possible to obtain color screen information by arranging a plurality of light receiving elements 10 capable of detecting multiple colors at the same time with high sensitivity and high resolution to obtain a plurality of color information.

また、単体でカラーセンサとしてのみ機能する受光素子10を複数碁盤の目状に並べた受光装置は、イメージセンサとして用いることができる。   A light receiving device in which the light receiving elements 10 that function alone as a color sensor are arranged in a plurality of grids can be used as an image sensor.

また、受光素子10に入射した入射光の予め決められた波長毎の光強度を演算回路20により演算することによって、感度バラツキを低減できると共に、設計が容易にできる高感度かつ高解像度で同時に多色の光強度を検出可能な受光装置を実現することができる。   Further, by calculating the light intensity for each predetermined wavelength of the incident light incident on the light receiving element 10 by the arithmetic circuit 20, it is possible to reduce sensitivity variations and to simultaneously increase the sensitivity with high resolution and high resolution that can be easily designed. A light receiving device capable of detecting the light intensity of the color can be realized.

上記演算回路20によれば、例えば次のような演算を行うことにより、各色の分光強度の半値幅を小さくして分解能を改善することが可能である。
赤色光電流 − 緑色光電流×K1(定数)
緑色光電流 − 赤色光電流×K2(定数)
According to the arithmetic circuit 20, for example, by performing the following calculation, it is possible to reduce the half-value width of the spectral intensity of each color and improve the resolution.
Red photocurrent − Green photocurrent × K1 (constant)
Green photocurrent-Red photocurrent x K2 (constant)

なお、4重拡散の構成の受光素子では、赤外光電流を検出して、
赤色光電流 − 赤外光電流×K3(定数)
による演算を行うことにより、赤色の分光の半値幅を小さくして分解能を改善することができる。
In addition, in the light receiving element of the configuration of quadruple diffusion, infrared photocurrent is detected,
Red photocurrent-infrared photocurrent x K3 (constant)
By performing the calculation, the half-value width of the red spectrum can be reduced and the resolution can be improved.

また、基板深さ方向に分光する受光素子では、各色の分光強度波形の長波長側のテール(尾)が続いて、波長分解能(分光強度の半値幅)が長くなくなる。そこで、この分光強度波形の長波長側のテール(尾)を低減するために、例えば図4Bに示すように、青色光電流の分光強度波形において、演算回路20によって、緑色光電流をX倍して緑色光電流の分光強度波形(図4Bの一点鎖線で示す)の長波長側のテール(尾)を青色光電流の長波長側のテール(尾)に略合わせた後、X倍した緑色光電流を青色光電流から減算することで長波長側の成分を減らして、図4Bの点線で示す青色光電流の分光強度波形とすることにより分解能を改善することができる。   Further, in the light receiving element that performs the spectrum in the substrate depth direction, the long wavelength tail of the spectral intensity waveform of each color continues, and the wavelength resolution (half-value width of spectral intensity) does not become long. Therefore, in order to reduce the long-wavelength tail of the spectral intensity waveform, for example, as shown in FIG. 4B, the arithmetic circuit 20 multiplies the green photocurrent by X in the spectral intensity waveform of the blue photocurrent. The green light current spectral intensity waveform (shown by the alternate long and short dash line in FIG. 4B) is approximately aligned with the long wavelength tail (tail) of the blue photocurrent and then multiplied by X times. The resolution can be improved by subtracting the current from the blue photocurrent to reduce the component on the long wavelength side to obtain the spectral intensity waveform of the blue photocurrent indicated by the dotted line in FIG. 4B.

〔第2実施形態〕
上記第1実施形態の受光素子によれば、光強度出力は、接合を挟む各拡散層からの出力の差分により算出される。しかしながら、デジタル出力とするため、例えば、AD変換用にΔΣ回路を用いた場合などの一部演算回路によれば、各接合で出力された光電流の回路での演算によるバラツキを防ぐため、各演算回路および回路レイアウトまでを完全に同一化し、また、例えば、赤色、緑色、青色用の3つの回路を固定せず、交換して使用することで回路バラツキを防ぐ手法が用いられている。フォトダイオードは、逆バイアスを印加して使用するため、図1のN型ウェル領域(N型拡散層4)およびN型ウェル領域(N型拡散層2)からの出力は、N型半導体からの出力となり、プラス出力の光電流を得ることが可能になるが、P型拡散層5およびP型ウェル領域(P型拡散層3)からの出力は、P型半導体からの出力となり、マイナス出力の光電流となり、それぞれの信号処理回路を交換して動作させることができない。
[Second Embodiment]
According to the light receiving element of the first embodiment, the light intensity output is calculated by the difference between the outputs from the respective diffusion layers sandwiching the junction. However, in order to obtain digital output, for example, according to some arithmetic circuits such as when using a ΔΣ circuit for AD conversion, in order to prevent variation due to calculation in the circuit of the photocurrent output at each junction, A technique is used in which the arithmetic circuit and the circuit layout are completely identical, and for example, three circuits for red, green, and blue are not fixed but are used interchangeably to prevent circuit variations. Since the photodiode is used with a reverse bias applied, the outputs from the N-type well region (N-type diffusion layer 4) and the N-type well region (N-type diffusion layer 2) in FIG. It becomes possible to obtain a positive output photocurrent, but the output from the P-type diffusion layer 5 and the P-type well region (P-type diffusion layer 3) becomes an output from the P-type semiconductor, and is a negative output. It becomes a photocurrent, and each signal processing circuit cannot be replaced and operated.

このような課題を解決する第2実施形態の受光素子を備えた受光装置ついて図5に従って以下に説明する。   A light-receiving device including the light-receiving element according to the second embodiment that solves such a problem will be described below with reference to FIG.

この第2実施形態の受光装置では、図5に示すように、上記第1実施形態と同じ第1の受光素子100と、各拡散層の深さは同様であるが、各拡散層の極性が逆の第2の受光素子200の2つの受光素子により構成される。   In the light receiving device of the second embodiment, as shown in FIG. 5, the depth of each diffusion layer is the same as that of the first light receiving element 100 as in the first embodiment, but the polarity of each diffusion layer is the same. It is composed of two light receiving elements of the opposite second light receiving element 200.

上記第1の受光素子100は、P型シリコン基板101内に形成されたN型拡散層102(第1の拡散層)と、N型拡散層102の内側に形成されたP型拡散層103(第2の拡散層)と、P型拡散層103の内側に形成されたN型拡散層104(第3の拡散層)と、P型シリコン基板101全面を覆うシリコン酸化膜105とを有する。上記N型拡散層102は、所定の深さに不純物濃度ピーク(領域111)を持たせるように形成されている。また、P型拡散層103は、所定の深さに不純物濃度ピーク(領域112)を持たせるように形成されている。   The first light receiving element 100 includes an N type diffusion layer 102 (first diffusion layer) formed in a P type silicon substrate 101 and a P type diffusion layer 103 (inside the N type diffusion layer 102). A second diffusion layer), an N-type diffusion layer 104 (third diffusion layer) formed inside the P-type diffusion layer 103, and a silicon oxide film 105 covering the entire surface of the P-type silicon substrate 101. The N-type diffusion layer 102 is formed so as to have an impurity concentration peak (region 111) at a predetermined depth. The P-type diffusion layer 103 is formed to have an impurity concentration peak (region 112) at a predetermined depth.

また、上記第2の受光素子200は、P型シリコン基板101内に第1の受光素子100から離間して形成されたN型拡散層202(第4の拡散層)と、N型拡散層202の内側に形成されたP型拡散層203(第5の拡散層)と、P型拡散層203の内側に形成されたN型拡散層204(第6の拡散層)と、N型拡散層204の内側に形成されたP型拡散層205(第7の拡散層)とを有する。上記N型拡散層202は、所定の深さに不純物濃度ピーク(領域211)を持たせるように形成されている。また、P型拡散層203は、所定の深さに不純物濃度ピーク(領域212)を持たせるように形成されている。また、N型拡散層204は、所定の深さに不純物濃度ピーク(領域213)を持たせるように形成されている。   The second light receiving element 200 includes an N type diffusion layer 202 (fourth diffusion layer) formed in the P type silicon substrate 101 and spaced from the first light receiving element 100, and an N type diffusion layer 202. P-type diffusion layer 203 (fifth diffusion layer) formed on the inner side, N-type diffusion layer 204 (sixth diffusion layer) formed on the inner side of the P-type diffusion layer 203, and N-type diffusion layer 204 And a P-type diffusion layer 205 (seventh diffusion layer) formed inside. The N-type diffusion layer 202 is formed to have an impurity concentration peak (region 211) at a predetermined depth. The P-type diffusion layer 203 is formed so as to have an impurity concentration peak (region 212) at a predetermined depth. The N-type diffusion layer 204 is formed to have an impurity concentration peak (region 213) at a predetermined depth.

これにより、第2実施形態の受光素子100の出力端子T1および出力端子T3と受光素子200にある出力端子T2を使用し、すべてN型拡散層からのプラスの電流出力として光電流を取り出すことができる。このことにより、赤色、緑色、青色の光電流出力をすべてN型半導体からのプラスの光電流出力で得ることができる。これにより、上述したように回路誤差を減らすために、それぞれの信号を処理する回路を交換しながら使用し、回路バラツキの低減を行うことができ、更なる感度バラツキの低減に効果的である。   Thereby, the output terminal T1 and output terminal T3 of the light receiving element 100 of the second embodiment and the output terminal T2 in the light receiving element 200 are used, and the photocurrent can be extracted as a positive current output from the N-type diffusion layer. it can. As a result, red, green and blue photocurrent outputs can all be obtained with positive photocurrent output from the N-type semiconductor. Thus, as described above, in order to reduce the circuit error, the circuit for processing each signal can be used while being exchanged to reduce the circuit variation, which is effective in further reducing the sensitivity variation.

上記第2実施形態の受光素子によれば、極性は異なるが、第1接合JN101と第5接合JN202の基板深さ方向の深さが同じであり、かつ、第2接合JN102と第6接合JN203の基板深さ方向の深さが同じであり、かつ、第3接合JN103と第7接合JN204の基板深さ方向の深さが同じにした受光素子100,200を備え、出力端子T1,T2,T3のN型半導体より光電流を検出することにより、青色、緑色、赤色すべての出力よりプラスの光電流を取り出すことができる。   According to the light receiving element of the second embodiment, although the polarities are different, the first junction JN101 and the fifth junction JN202 have the same depth in the substrate depth direction, and the second junction JN102 and the sixth junction JN203. And the third junction JN103 and the seventh junction JN204 have the same depth in the substrate depth direction, and the output terminals T1, T2, By detecting the photocurrent from the N-type semiconductor of T3, a positive photocurrent can be extracted from all the outputs of blue, green, and red.

上記構成の受光素子によれば、感度バラツキを低減できると共に、設計が容易にできる高感度かつ高解像度で同時に多色を検出可能な受光素子を実現することができる。   According to the light receiving element having the above-described configuration, it is possible to realize a light receiving element that can reduce sensitivity variation and can detect multiple colors at the same time with high sensitivity and high resolution that can be easily designed.

さらに、すべてN型拡散層(またはすべてP型拡散層)から光電流出力を得ることができるようになるため、どの光電流出力もすべてプラス(またはすべてマイナス)の電流を得ることができ、後段に設けられる演算回路も全く同じ方式で設計できるようになるため、回路の違いにより各光電流出力がばらつくといったことを考慮する必要がなくなる。   Further, since the photocurrent output can be obtained from all N-type diffusion layers (or all P-type diffusion layers), any photocurrent output can obtain all plus (or all minus) currents, Since the arithmetic circuit provided in can be designed in exactly the same manner, it is not necessary to consider that each photocurrent output varies due to the circuit difference.

また、この第2実施形態の受光素子100,200を備えた受光装置においても、第1実施形態と同様に演算回路により光強度を演算してもよい。   In the light receiving device including the light receiving elements 100 and 200 according to the second embodiment, the light intensity may be calculated by an arithmetic circuit as in the first embodiment.

上記第2実施形態では、第1,第2の受光素子100,200を備えた受光装置について説明したが、3以上の受光素子を備えた受光装置にこの発明を適用してもよい。   In the second embodiment, the light receiving device including the first and second light receiving elements 100 and 200 has been described. However, the present invention may be applied to a light receiving device including three or more light receiving elements.

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。   Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

この発明の受光素子は、
第1導電型の基板1、
上記基板1に形成され、上記基板1との界面に第1接合を形成する第2導電型の第1の拡散層2と、
上記第1の拡散層2上に形成され、上記第1の拡散層2との界面に第2接合を形成する第1導電型の第2の拡散層3と、
上記第2の拡散層3上に形成され、上記第2の拡散層3との界面に第3接合を形成する第2導電型の第3の拡散層4と
を備え、
上記第1接合JN1と上記第2接合JN2と上記第3接合JN3は夫々、予め設定された波長の光を検出するために基板深さ方向に予め設定された深さに形成されており、
上記第1接合JN1と上記第2接合JN2と上記第3接合JN3のうちのいずれか1つの接合の上記基板1表面側の拡散層に、基板深さ方向に予め設定された深さに不純物濃度ピークが形成されていることを特徴とする。
The light receiving element of this invention is
A substrate 1 of a first conductivity type,
A first diffusion layer 2 of a second conductivity type formed on the substrate 1 and forming a first junction at the interface with the substrate 1;
A second diffusion layer 3 of a first conductivity type formed on the first diffusion layer 2 and forming a second junction at the interface with the first diffusion layer 2;
A second diffusion layer 4 of a second conductivity type formed on the second diffusion layer 3 and forming a third junction at the interface with the second diffusion layer 3;
The first junction JN1, the second junction JN2, and the third junction JN3 are each formed at a depth set in advance in the substrate depth direction in order to detect light having a preset wavelength.
In the diffusion layer on the surface side of the substrate 1 of any one of the first junction JN1, the second junction JN2, and the third junction JN3, the impurity concentration is set to a depth set in advance in the substrate depth direction. A peak is formed.

上記構成によれば、第1接合JN1と第2接合JN2と第3接合JN3のうちのいずれか1つの接合の基板1表面側の拡散層に、所定の深さに不純物濃度ピークが形成されていることによって、この不純物濃度ピークにより光キャリアが接合から基板1側に流れ落ちるのを抑制し、不純物濃度ピークよりも表面側の感度向上に寄与すると共に、感度が不純物濃度ピークの位置によって決まるため、濃度勾配のバラツキによる感度バラツキを考慮する必要がなくなる。したがって、感度バラツキを低減できると共に、設計が容易でかつ高感度,高解像度で同時に多色を検出可能な受光素子を実現できる。   According to the above configuration, the impurity concentration peak is formed at a predetermined depth in the diffusion layer on the surface side of the substrate 1 of any one of the first junction JN1, the second junction JN2, and the third junction JN3. As a result, it is possible to suppress the optical carrier from flowing down from the junction to the substrate 1 side by this impurity concentration peak, contribute to the improvement of sensitivity on the surface side than the impurity concentration peak, and the sensitivity is determined by the position of the impurity concentration peak. There is no need to consider sensitivity variations due to concentration gradient variations. Therefore, it is possible to realize a light receiving element that can reduce variation in sensitivity and that can be easily designed and can detect multiple colors at the same time with high sensitivity and high resolution.

また、一実施形態の受光素子では、
上記不純物濃度ピークは、予め設定された波長の光に対する上記基板1内での侵入長に応じた基板深さ方向の深さに形成されている。
In the light receiving element of one embodiment,
The impurity concentration peak is formed at a depth in the substrate depth direction corresponding to a penetration depth in the substrate 1 with respect to light having a preset wavelength.

上記実施形態によれば、不純物濃度ピークが、予め設定された波長の光に対する基板1内での侵入長に応じた基板深さ方向の深さに形成されていることによって、デバイス設計時、濃度勾配によって光キャリアが接合から基板1側に流れる効果を無視して、所望の波長の感度を高めることができる。   According to the above embodiment, the impurity concentration peak is formed at a depth in the substrate depth direction corresponding to the penetration depth in the substrate 1 with respect to light having a preset wavelength. The sensitivity of a desired wavelength can be increased by ignoring the effect of the optical carrier flowing from the junction to the substrate 1 side due to the gradient.

また、一実施形態の受光素子では、
上記第3の拡散層4上に形成され、上記第3の拡散層4との界面に第4接合を形成する第1導電型の第4の拡散層5を備えた。
In the light receiving element of one embodiment,
A fourth diffusion layer 5 of the first conductivity type formed on the third diffusion layer 4 and forming a fourth junction at the interface with the third diffusion layer 4 is provided.

上記実施形態によれば、一般的な赤色,青色,緑色以外に赤外光等の出力が必要な場合でも解像度を落とさずに多色の出力化ができる。   According to the above-described embodiment, multi-color output can be performed without reducing the resolution even when output of infrared light or the like is required in addition to general red, blue, and green.

また、一実施形態の受光素子では、
上記不純物濃度ピークは、イオン注入を多段階に行うことによって形成された。
In the light receiving element of one embodiment,
The impurity concentration peak was formed by performing ion implantation in multiple stages.

上記実施形態によれば、イオン注入を多段階に行うことによって不純物濃度ピークを形成するので、所定の深さに不純物濃度ピークを作ることが可能になる。   According to the above embodiment, the impurity concentration peak is formed by performing ion implantation in multiple stages, so that the impurity concentration peak can be formed at a predetermined depth.

また、一実施形態の受光素子では、
上記各拡散層2,3,4,5のうちの最も表面側に形成された拡散層5の不純物濃度プロファイルは、上記基板1の表面から基板深さ方向に深くなるほど不純物濃度が減少する。
In the light receiving element of one embodiment,
The impurity concentration profile of the diffusion layer 5 formed on the most surface side of each of the diffusion layers 2, 3, 4, 5 decreases as the depth from the surface of the substrate 1 increases in the substrate depth direction.

上記実施形態によれば、各拡散層2,3,4,5のうちの最も表面側に形成された拡散層5の不純物濃度プロファイルが、基板1の表面から基板深さ方向に深くなるほど不純物濃度が減少するので、表面近傍で発生した光キャリアが、表面側に形成される例えばSiO2界面へ移動することがなくなり、表面再結合による短波長光の感度低下を抑えることができる。 According to the above embodiment, the impurity concentration profile of the diffusion layer 5 formed on the most surface side of each diffusion layer 2, 3, 4, 5 becomes deeper in the substrate depth direction from the surface of the substrate 1. Therefore, optical carriers generated near the surface do not move to, for example, the SiO 2 interface formed on the surface side, and it is possible to suppress a decrease in sensitivity of short wavelength light due to surface recombination.

また、この発明の受光素子では、
第1導電型の基板101と、
上記基板101に形成され、上記基板101との界面に第1接合JN101を形成する第2導電型の第1の拡散層102と、
上記第1の拡散層102上に形成され、上記第1の拡散層102との界面に第2接合JN102を形成する第1導電型の第2の拡散層103と、
上記第2の拡散層103上に形成され、上記第2の拡散層103との界面に第3接合JN103を形成する第2導電型の第3の拡散層104と、
上記基板101に上記第1の拡散層102と離間して形成され、上記基板101との界面に第4接合JN201を形成する第2導電型の第4の拡散層202と、
上記第4の拡散層202上に形成され、上記第4の拡散層202との界面に第5接合JN202を形成する第1導電型の第5の拡散層203と、
上記第5の拡散層203上に形成され、上記第5の拡散層203との界面に第6接合JN203を形成する第2導電型の第6の拡散層204と、
上記第6の拡散層204上に形成され、上記第6の拡散層204との界面に第7接合JN204を形成する第2導電型の第7の拡散層205と
を備え、
上記第1接合JN101と上記第5接合JN202の基板深さ方向の深さが同じであり、かつ、
上記第2接合JN102と上記第6接合JN203の基板深さ方向の深さが同じであり、かつ、
上記第3接合JN103と上記第7接合JN204の基板深さ方向の深さが同じであり、
上記第1接合JN101と上記第2接合JN102と上記第3接合JN103のうちのいずれか1つの接合の上記基板101表面側の拡散層に、基板深さ方向に予め設定された深さに不純物濃度ピークが形成されていると共に、
上記第5接合JN202と上記第6接合JN203と上記第7接合JN204のうちのいずれか1つの接合の上記基板101表面側の拡散層に、基板深さ方向に予め設定された深さに不純物濃度ピークが形成されていることを特徴とする。
In the light receiving element of the present invention,
A first conductive type substrate 101;
A first diffusion layer 102 of a second conductivity type formed on the substrate 101 and forming a first junction JN101 at the interface with the substrate 101;
A first conductivity type second diffusion layer 103 formed on the first diffusion layer 102 and forming a second junction JN102 at the interface with the first diffusion layer 102;
A second conductivity type third diffusion layer 104 formed on the second diffusion layer 103 and forming a third junction JN103 at the interface with the second diffusion layer 103;
A second conductivity type fourth diffusion layer 202 formed on the substrate 101 to be separated from the first diffusion layer 102 and forming a fourth junction JN201 at the interface with the substrate 101;
A fifth diffusion layer 203 of a first conductivity type formed on the fourth diffusion layer 202 and forming a fifth junction JN202 at the interface with the fourth diffusion layer 202;
A second conductivity type sixth diffusion layer 204 formed on the fifth diffusion layer 203 and forming a sixth junction JN 203 at the interface with the fifth diffusion layer 203;
A second conductivity type seventh diffusion layer 205 formed on the sixth diffusion layer 204 and forming a seventh junction JN 204 at the interface with the sixth diffusion layer 204;
The first junction JN101 and the fifth junction JN202 have the same depth in the substrate depth direction, and
The second junction JN102 and the sixth junction JN203 have the same depth in the substrate depth direction, and
The depth of the third junction JN103 and the seventh junction JN204 in the substrate depth direction is the same,
In the diffusion layer on the surface side of the substrate 101 of any one of the first junction JN101, the second junction JN102, and the third junction JN103, the impurity concentration is set to a depth set in advance in the substrate depth direction. A peak is formed,
In the diffusion layer on the surface side of the substrate 101 of any one of the fifth junction JN202, the sixth junction JN203, and the seventh junction JN204, the impurity concentration is set to a depth set in advance in the substrate depth direction. A peak is formed.

上記構成によれば、感度バラツキを低減できると共に、設計が容易にできる高感度かつ高解像度で同時に多色を検出可能な受光素子100,200を実現できる。さらに、すべてN型拡散層(またはすべてのP型拡散層)から光電流出力を得ることができるようになるため、どの光電流出力もすべてプラス(またはすべてマイナス)の電流を得ることができ、後段に設けられる演算回路も全く同じ方式で設計できるようになるため、回路の違いにより各光電流出力がばらつくといったことを考慮する必要がなくなる。   According to the above configuration, it is possible to realize the light receiving elements 100 and 200 that can reduce sensitivity variations and can easily detect multiple colors at the same time with high sensitivity and high resolution. Furthermore, since all the N-type diffusion layers (or all P-type diffusion layers) can obtain photocurrent output, any photocurrent output can obtain all plus (or all minus) current, Since the arithmetic circuit provided in the subsequent stage can be designed in exactly the same manner, it is not necessary to consider that each photocurrent output varies due to the difference in the circuit.

また、この発明の受光装置では、
上記のいずれか1つの受光素子10を複数配置したことを特徴とする。
In the light receiving device of the present invention,
A plurality of the light receiving elements 10 described above are arranged.

上記構成によれば、感度バラツキを低減できると共に、設計が容易にできる高感度かつ高解像度で同時に多色を検出可能な受光素子10を複数配置して色情報を複数得ることで、カラー画面情報を得ることが可能になる。   According to the above configuration, color screen information can be obtained by arranging a plurality of light receiving elements 10 capable of simultaneously detecting multiple colors with high sensitivity and high resolution that can reduce sensitivity variation and can be easily designed, thereby obtaining a plurality of color information. Can be obtained.

また、一実施形態の受光装置では、
上記複数の受光素子10を碁盤の目状に配置した。
In the light receiving device of one embodiment,
The plurality of light receiving elements 10 are arranged in a grid pattern.

上記実施形態によれば、単体でカラーセンサとしてのみ機能する受光素子10を複数碁盤の目状に並べることでイメージセンサとして用いることができる。   According to the embodiment described above, the light receiving elements 10 that function alone as a color sensor can be used as an image sensor by arranging them in a plurality of grids.

また、この発明の受光装置では、
上記のいずれか1つの受光素子と、
上記複数の受光素子10に入射する入射光によって得られる少なくとも上記第1〜第3の拡散層102〜104からの光電流に基づいて、上記入射光の上記予め決められた波長毎の光強度を演算する演算回路20と
を備えたことを特徴とする。
In the light receiving device of the present invention,
Any one of the light receiving elements described above;
Based on at least photocurrents from the first to third diffusion layers 102 to 104 obtained by incident light incident on the plurality of light receiving elements 10, the light intensity for the predetermined wavelength of the incident light is determined. And an arithmetic circuit 20 for calculating.

上記構成によれば、受光素子10に入射した入射光の予め決められた波長毎の光強度を演算回路20により演算することによって、感度バラツキを低減できると共に、設計が容易でかつ高感度,高解像度で同時に多色を検出可能な受光装置を実現できる。   According to the above configuration, the light intensity for each predetermined wavelength of the incident light incident on the light receiving element 10 is calculated by the arithmetic circuit 20, whereby sensitivity variation can be reduced, design is easy, high sensitivity, and high sensitivity. It is possible to realize a light receiving device capable of detecting multiple colors at the same time with resolution.

1…P型シリコン基板
2…N型拡散層
3…P型拡散層
4…N型拡散層
5…P型拡散層
6…シリコン酸化膜
10…受光素子
20…演算回路
100…第1の受光素子
101…P型シリコン基板
102…N型拡散層
103…P型拡散層
104…N型拡散層
105…シリコン酸化膜
200…第2の受光素子
202…N型拡散層
203…P型拡散層
204…N型拡散層
205…P型拡散層
JN1,JN101…第1接合
JN2,JN102…第2接合
JN3,JN103…第3接合
JN4…第4接合
JN201…第4接合
JN202…第5接合
JN203…第6接合
JN204…第7接合
S1〜S4…光電流センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... P-type silicon substrate 2 ... N-type diffusion layer 3 ... P-type diffusion layer 4 ... N-type diffusion layer 5 ... P-type diffusion layer 6 ... Silicon oxide film 10 ... Light receiving element 20 ... Arithmetic circuit 100 ... First light receiving element DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... P type silicon substrate 102 ... N type diffusion layer 103 ... P type diffusion layer 104 ... N type diffusion layer 105 ... Silicon oxide film 200 ... Second light receiving element 202 ... N type diffusion layer 203 ... P type diffusion layer 204 ... N-type diffusion layer 205 ... P-type diffusion layer JN1, JN101 ... First junction JN2, JN102 ... Second junction JN3, JN103 ... Third junction JN4 ... Fourth junction JN201 ... Fourth junction JN202 ... Fifth junction JN203 ... Sixth Junction JN204 ... seventh junction S1-S4 ... photocurrent sensor

Claims (5)

第1導電型の基板と、
上記基板に形成され、上記基板との界面に第1接合を形成する第2導電型の第1の拡散層と、
上記第1の拡散層上に形成され、上記第1の拡散層との界面に第2接合を形成する第1導電型の第2の拡散層と、
上記第2の拡散層上に形成され、上記第2の拡散層との界面に第3接合を形成する第2導電型の第3の拡散層と
を備え、
上記第1接合と上記第2接合と上記第3接合は夫々、予め設定された波長の光を検出するために基板深さ方向に予め設定された深さに形成されており、
上記第1接合と上記第2接合と上記第3接合のうちのいずれか1つの接合の上記基板表面側の拡散層に、基板深さ方向に予め設定された深さに不純物濃度ピークが形成されていることを特徴とする受光素子。
A first conductivity type substrate;
A first diffusion layer of a second conductivity type formed on the substrate and forming a first junction at an interface with the substrate;
A second diffusion layer of a first conductivity type formed on the first diffusion layer and forming a second junction at the interface with the first diffusion layer;
A third diffusion layer of a second conductivity type formed on the second diffusion layer and forming a third junction at the interface with the second diffusion layer;
The first junction, the second junction, and the third junction are each formed at a preset depth in the substrate depth direction in order to detect light having a preset wavelength,
An impurity concentration peak is formed at a predetermined depth in the substrate depth direction in the diffusion layer on the substrate surface side of any one of the first junction, the second junction, and the third junction. A light receiving element characterized by comprising:
請求項1に記載の受光素子において、
上記不純物濃度ピークは、予め設定された波長の光に対する上記基板内での侵入長に応じた基板深さ方向の深さに形成されていることを特徴とする受光素子。
The light receiving element according to claim 1,
The light-receiving element, wherein the impurity concentration peak is formed at a depth in a substrate depth direction corresponding to a penetration depth in the substrate with respect to light having a preset wavelength.
請求項1または2に記載の受光素子において、
上記第3の拡散層上に形成され、上記第3の拡散層との界面に第4接合を形成する第1導電型の第4の拡散層を備えたことを特徴とする受光素子。
In the light receiving element according to claim 1 or 2,
A light receiving element comprising: a fourth diffusion layer of a first conductivity type formed on the third diffusion layer and forming a fourth junction at an interface with the third diffusion layer.
請求項1から3のいずれか1つに記載の受光素子において、
上記各拡散層のうちの最も表面側に形成された拡散層の不純物濃度プロファイルは、上記基板の表面から基板深さ方向に深くなるほど不純物濃度が減少することを特徴とする受光素子。
In the light receiving element according to any one of claims 1 to 3,
The light receiving element, wherein the impurity concentration profile of the diffusion layer formed on the most surface side among the diffusion layers is such that the impurity concentration decreases as the depth from the surface of the substrate increases in the substrate depth direction.
第1導電型の基板と、
上記基板に形成され、上記基板との界面に第1接合を形成する第2導電型の第1の拡散層と、
上記第1の拡散層上に形成され、上記第1の拡散層との界面に第2接合を形成する第1導電型の第2の拡散層と、
上記第2の拡散層上に形成され、上記第2の拡散層との界面に第3接合を形成する第2導電型の第3の拡散層と、
上記基板に上記第1の拡散層と離間して形成され、上記基板との界面に第4接合を形成する第2導電型の第4の拡散層と、
上記第4の拡散層上に形成され、上記第4の拡散層との界面に第5接合を形成する第1導電型の第5の拡散層と、
上記第5の拡散層上に形成され、上記第5の拡散層との界面に第6接合を形成する第2導電型の第6の拡散層と、
上記第6の拡散層上に形成され、上記第6の拡散層との界面に第7接合を形成する第2導電型の第7の拡散層と
を備え、
上記第1接合と上記第5接合の基板深さ方向の深さが同じであり、かつ、
上記第2接合と上記第6接合の基板深さ方向の深さが同じであり、かつ、
上記第3接合と上記第7接合の基板深さ方向の深さが同じであり、
上記第1接合と上記第2接合と上記第3接合のうちのいずれか1つの接合の上記基板表面側の拡散層に、基板深さ方向に予め設定された深さに不純物濃度ピークが形成されていると共に、
上記第5接合と上記第6接合と上記第7接合のうちのいずれか1つの接合の上記基板表面側の拡散層に、基板深さ方向に予め設定された深さに不純物濃度ピークが形成されていることを特徴とする受光素子。
A first conductivity type substrate;
A first diffusion layer of a second conductivity type formed on the substrate and forming a first junction at an interface with the substrate;
A second diffusion layer of a first conductivity type formed on the first diffusion layer and forming a second junction at the interface with the first diffusion layer;
A third diffusion layer of a second conductivity type formed on the second diffusion layer and forming a third junction at the interface with the second diffusion layer;
A second diffusion layer of a second conductivity type formed on the substrate apart from the first diffusion layer and forming a fourth junction at the interface with the substrate;
A fifth diffusion layer of a first conductivity type formed on the fourth diffusion layer and forming a fifth junction at an interface with the fourth diffusion layer;
A sixth diffusion layer of a second conductivity type formed on the fifth diffusion layer and forming a sixth junction at an interface with the fifth diffusion layer;
A second conductivity type seventh diffusion layer formed on the sixth diffusion layer and forming a seventh junction at an interface with the sixth diffusion layer;
The depth in the substrate depth direction of the first bond and the fifth bond is the same, and
The depth of the second junction and the sixth junction in the substrate depth direction is the same, and
The depth in the substrate depth direction of the third junction and the seventh junction is the same,
An impurity concentration peak is formed at a predetermined depth in the substrate depth direction in the diffusion layer on the substrate surface side of any one of the first junction, the second junction, and the third junction. And
In the diffusion layer on the substrate surface side of any one of the fifth junction, the sixth junction, and the seventh junction, an impurity concentration peak is formed at a depth set in advance in the substrate depth direction. A light receiving element characterized by comprising:
JP2012256040A 2012-11-22 2012-11-22 Light receiving element Pending JP2014103347A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012256040A JP2014103347A (en) 2012-11-22 2012-11-22 Light receiving element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012256040A JP2014103347A (en) 2012-11-22 2012-11-22 Light receiving element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014103347A true JP2014103347A (en) 2014-06-05

Family

ID=51025574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012256040A Pending JP2014103347A (en) 2012-11-22 2012-11-22 Light receiving element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014103347A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019067893A (en) * 2017-09-29 2019-04-25 エイブリック株式会社 Semiconductor photodetection device and photodetection method of specific wavelength

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203954A (en) * 2000-10-31 2002-07-19 Sharp Corp Light receiving element with built-in circuit
WO2008010292A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Renesas Technology Corp. Photoelectric conversion device and imaging device
JP2008076084A (en) * 2006-09-19 2008-04-03 Denso Corp On-vehicle color sensor, and its manufacturing method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203954A (en) * 2000-10-31 2002-07-19 Sharp Corp Light receiving element with built-in circuit
WO2008010292A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Renesas Technology Corp. Photoelectric conversion device and imaging device
JP2008076084A (en) * 2006-09-19 2008-04-03 Denso Corp On-vehicle color sensor, and its manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019067893A (en) * 2017-09-29 2019-04-25 エイブリック株式会社 Semiconductor photodetection device and photodetection method of specific wavelength

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5249994B2 (en) Semiconductor light detecting element and semiconductor device
JP4020309B2 (en) CMOS image sensor and manufacturing method thereof
KR100684878B1 (en) Image sensor with buried barrier layer having different thickness according to wavelength of light and method of formign the same
TWI418022B (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
US20070114626A1 (en) Photodiode device and photodiode array for optical sensor using the same
US20110317048A1 (en) Image sensor with dual layer photodiode structure
JP2016127264A (en) Solid state image sensor, manufacturing method of the same, and electronic apparatus
US8350937B2 (en) Solid-state imaging device having pixels including avalanche photodiodes
TWI427783B (en) Multi-junction photodiode in application of molecular detection and discrimination, and method for fabricating the same
TWI740958B (en) Photogate for front-side-illuminated infrared image sensor and method of manufacturing the same
CN107210309B (en) Color image sensor with white pixels and color pixels
JP2008187169A5 (en)
JP4227069B2 (en) Photoelectric conversion device, image sensor, and method of manufacturing photoelectric conversion device
KR20150104098A (en) Imaging device
CN111712921A (en) Semiconductor optical sensor for visible and ultraviolet light detection and corresponding manufacturing process
JP2008166735A (en) Image sensor
Huang et al. Back-side illuminated photogate CMOS active pixel sensor structure with improved short wavelength response
KR20140085656A (en) Image sensor and method for fabricating the same
JP2009099722A (en) Semiconductor photodetector and illuminance sensor
CN104752448A (en) Backside illuminated CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors) image sensor and forming method thereof
TW202002317A (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
US9202840B2 (en) Photodetecting device having semiconductor regions separated by a potential barrier
KR20180071192A (en) Image sensor and electronic device including the same
Batistell et al. Color recognition sensor in standard CMOS technology
JP2014103347A (en) Light receiving element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150916

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160706

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160712

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160826

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170228

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170522

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20170531

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20170728