JP2024094260A - フォトダイオードの構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】無線周波干渉を低減できるフォトダイオード構造を提供する。【解決手段】半導体構造２０は第１電極１０上に位置する。第１反射防止層３０は、半導体構造２０上に位置する。第２反射防止層４０は、第１反射防止層３０上に位置する。第２電極５０は、第２反射防止層４０上に位置し、第１反射防止層３０と第２反射防止層４０を貫通して、半導体構造２０に電気的に接続される。ブロッキング構造６０は、第１反射防止層３０と第２電極５０との間に設置され、第１反射防止層３０が第２電極５０に直接接触するのを防止する。【選択図】図３
Description
本発明は、フォトダイオードに関し、特に無線周波の干渉を低減できるフォトダイオードの構造に関する。
フォトダイオードは、外部光を受光し、対応するアナログ信号を出力したり、回路内の異なる状態を切り替えたりする。現在、フォトダイオードは、光計測を必要とする製品に広く使用されている。例えば、多くのスマートウェアラブルデバイスは、フォトダイオードを利用し、脈拍や血中酸素の測定などの機能を実行する。
しかし、スマートウェアラブルデバイスは、通信機能を実行する際に無線周波（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＦ）信号を発することが多い。これらの無線周波信号は、伝送中に従来のフォトダイオードの電極を通してフォトダイオードの構造内に容易に入り込み、オフセット電圧を発生させる。例えば、図１に示すように、従来のフォトダイオードの構造３００は、半導体構造３１０上に第１反射防止層３２０と第２反射防止層３３０が順番に形成される。第１反射防止層３２０と第２反射防止層３３０にエッチング工程によって半導体構造３１０が露出する部分を形成した後、メタライゼーション工程によって前記部分に電極３４０を形成する。図１に示す従来のフォトダイオードの構造３００に対して無線周波干渉試験（無線周波数は約８００ＭＨｚ）を実施し、その結果を図２に示す。図２には、ウェハの上部位置での試験結果を折れ線「Ｔｏｐ」で示し、ウェハの中央位置での試験結果を折れ線「Ｃｅｎｔｅｒ」で示し、ウェハの下部位置での試験結果を折れ線「Ｂｏｔｔｏｍ」で示し、ウェハの左側位置での試験結果を折れ線「Ｌｅｆｔ」で示し、ウェハの右側位置での試験結果を折れ線「Ｒｉｇｈｔ」で示す。第１反射防止層３２０が電極３４０と直接接触しているため、無線周波二乗平均平方根電圧ＲＦ Ｖｒｍｓが約１Ｖに増加すると、無線周波干渉ＲＦＩが大幅に減少し始め、電圧オフセットが発生することが分かる。従来のフォトダイオードの構造３００は、無線周波干渉の影響を受け、検知精度や性能が低下することがわかる。
従って、どのように前述の問題を改善し、無線周波干渉を低減できるフォトダイオードの構造を設計するかは、研究に値する課題である。
本発明の目的は、無線周波干渉を低減できるフォトダイオード構造を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係るフォトダイオードの構造は、第１電極、半導体構造、第１反射防止層、第２反射防止層、第２電極、及びブロッキング構造を備える。半導体構造は、第１電極上に位置する。第１反射防止層は、半導体構造上に位置する。第２反射防止層は、第１反射防止層上に位置する。第２電極は、第２反射防止層上に位置し、第１反射防止層と第２反射防止層を貫通して、半導体構造に電気的に接続される。ブロッキング構造は、第１反射防止層と第２電極との間に設置され、第１反射防止層が第２電極に直接接触するのを防止する。
本発明の実施例において、第１反射防止層には、半導体構造の一部を露出させるための第１中空部が形成され、ブロッキング構造は第１中空部内に位置する。
本発明の実施例において、第２反射防止層には、第１中空部の位置に対応する位置に第２中空部が形成される。
本発明の実施例において、ブロッキング構造には、半導体構造の一部を露出させるための貫通部が形成され、貫通部の径方向の長さは、第２中空部の径方向の長さよりも大きくない。
本発明の実施例において、ブロッキング構造と第２反射防止層は同じ材料で作られている。
本発明の実施例において、ブロッキング構造は、第２反射防止層に接続されている。
本発明の実施例において、第１反射防止層は、窒化ケイ素からなる。
本発明の実施例において、第１反射防止層の厚さは、１０ｎｍから５０ｎｍである。
本発明の実施例において、第２反射防止層は、五酸化ニオブと二酸化ケイ素からなる。
本発明の実施例において、第２反射防止層の厚さは、１００ｎｍから１５０ｎｍである。
それによって、本発明に係るフォトダイオードの構造は、ブロッキング構造の設置により、無線周波干渉の問題を効果的に改善することができるので、本発明に係るフォトダイオードの構造がスマートウェアラブルデバイスに適用される場合、無線周波信号の影響を受けることなく、検知精度や性能を向上させることができる。
各態様および実施形態は単なる例示であり、限定的なものではないため、本明細書を参照した後、通常の知識を有する者により、本発明の範囲から逸脱することなく、他の態様および実施形態がなされ得る。以下の詳細な説明及び特許出願の範囲によれば、これらの実施形態の特徴及び利点がより明らかになるであろう。
本明細書では、「１つ」または「１個」という用語は、本明細書に記載される要素および構成要素を記述するために使用される。これは便宜上であり、本発明の範囲に一般的な意味を持たせるためである。従って、別の意味を指すものでない限り、そのような説明は、1つまたは少なくとも1つを含むものと理解され、単数形には複数形も含まれる。
本明細書では、「第１」や「第２」という序数詞の用語は、主に同一または類似の構成要素や構造を区別または参照するために使用されるものであり、必ずしもこれらの構成要素や構造の空間的または時間的な順序付けを意味するものではない。特定の状況や構成では、本発明の実施に影響を与えることなく、序数詞を互換的に使用できることに留意されたい。
本明細書では、「備える」、「有する」、またはその他の類似の用語は、非排他的な包含を対象とする。例えば、複数の要素を含む構成要素または構造は、本明細書に列挙された要素だけに限定されるものではなく、明示的に列挙されていないが、構成要素や構造に固有の他の要素を含んでいてもよい。
図３から図４Ｂを参照して説明する。図３は、本発明に係るフォトダイオードの構造を示す模式図である。図４Ａは、本発明に係る第２電極が形成される前のフォトダイオーの構造を示す部分模式図である。図４Ｂは、本発明に係る第２電極が形成された後のフォトダイオーの構造を示す部分模式図である。図３から図４Ｂに示すように、本発明に係るフォトダイオードの構造１は、第１電極１０、半導体構造２０、第１反射防止層３０、第２反射防止層４０、第２電極５０、及びブロッキング構造６０を備える。第１電極１０は、半導体構造２０の一方の表面に設置されている。第１電極１０は、前述の表面に対してメタライゼーション工程を行うことで形成される。本発明において、第１電極１０は負極であるが、本発明はこれに限定されるものではない。
半導体構造２０は、第１電極１０上に位置する。半導体構造２０は、本発明に係るフォトダイオードの構造１のベース構造である。半導体構造２０は、第１半導体層２１と第２半導体層２２とに大別することができる。第１半導体層２１は、主にＮ型半導体材料からなる。第２半導体層２２は、主にＰ型半導体材料からなる。第１半導体層２１と第２半導体層２２との間には、ＰＮ接合が形成されている。半導体構造２０の第１半導体層２１は、第１電極１０に接続されている。
第１反射防止層３０は、半導体構造２０上に位置し、半導体構造２０の表面の大部分を覆う。本発明の実施例において、第１反射防止層３０は、低圧化学蒸着（Ｌｏｗ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＬＰＣＶＤ）プロセスによって窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）から形成される。第１反射防止層３０の厚さは、１０ｎｍから５０ｎｍである。しかし、第１反射防止層３０の材料または／および厚さは、設計要件に応じて変化し得る。第１反射防止層３０には、第１中空部３１が形成される。半導体構造２０の一部は、第１中空部３１によって露出している。
第２反射防止層４０は、第１反射防止層３０上に位置し、第１反射防止層３０の表面の大部分を覆う。本発明の実施例において、第２反射防止層４０は、物理蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）プロセスによって、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成される。第２反射防止層４０の厚さは、１００ｎｍから１５０ｎｍである。しかし、第２反射防止層４０の材料または／および厚さは、設計要件に応じて変化し得る。第２反射防止層４０には、第２中空部４１が形成される。第２中空部４１の位置は、第１中空部３１の位置に対応している。本発明において、第２中空部４１は、第１中空部３１の略直上に位置しており、第２中空部４１の径方向の長さは、第１中空部３１の径方向の長さよりも小さくない。例えば、第１中空部３１及び第２中空部４１がいずれも円筒穴である場合には、前記径方向の長さは、対応する円筒穴の直径となる。
第２電極５０は、第２反射防止層４０上に位置し、第１反射防止層３０と第２反射防止層４０を貫通して、半導体構造２０に電気的に接続される。詳しくは、第２電極５０は、第１反射防止層３０の表面および第２反射防止層４０の表面に対して垂直な方向に沿って、第２反射防止層４０の第２中空部４１と第１反射防止層３０の第１中空部３１を順に通過し、第１中空部３１に露出した半導体構造２０と接触する。それによって、第２電極５０は、半導体構造２０とオーミックコンタクトを形成する。本発明において、第２電極５０は正極であるが、本発明はこれに限定されるものではない。
ブロッキング構造６０は、第１反射防止層３０と第２電極５０との間に設置され、第１反射防止層３０が第２電極５０に直接接触するのを防止する。詳しくは、ブロッキング構造６０は、第１反射防止層３０の第１中空部３１内に位置する。ブロッキング構造６０の厚さは、第１反射防止層３０の厚さと同じである。本発明において、ブロッキング構造６０には、第１中空部３１に露出していた半導体構造２０の一部を露出させるための貫通部６１が形成される。構造設計において、ブロッキング構造６０の貫通部６１の径方向の長さは、第２反射防止層４０の第２中空部４１の径方向の長さよりも大きくない。例えば、貫通部６１が円筒穴である場合には、前記径方向の長さは、対応する円筒穴の直径となる。
本発明の実施例において、ブロッキング構造６０と第２反射防止層４０は同じ材料で作られている。例えば、半導体構造２０の表面に第１反射防止層３０をコーティングし、第１中空部３１を形成した後、ＰＶＤコーティンググプロセスにより、第２反射防止層４０とブロッキング構造６０を同じ材料で同時に形成することができる。続いて、フォトエッチングプロセスにより、ブロッキング構造６０の貫通部６１と第２反射防止層４０の第２中空部４１が形成される。なお、本発明の実施例において、ブロッキング構造６０は、同じＰＶＤコーティンググプロセスによって第２反射防止層４０に接続される。
図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２に示すように、従来のフォトダイオードの構造３００に関しては、第１反射防止層３２０が電極３４０と直接接触しているため、本発明のブロッキング構造と同様の構造の設計は存在しない。無線周波干渉試験（無線周波数は約８００ＭＨｚ）の結果から見ると、無線周波二乗平均平方根電圧ＲＦ Ｖｒｍｓが約１Ｖに増加すると、無線周波干渉ＲＦＩが大幅に減少し始め、電圧オフセットが発生することが分かる。従って、無線周波信号が強まるにつれて、従来のフォトダイオードの構造３００は、無線周波干渉の影響を受けやすくなる。
図３及び図５を参照して説明する。図５は、本発明に係るフォトダイオードの構造で無線周波干渉試験の結果を示す図である。図５には、ウェハの上部位置での試験結果を折れ線「Ｔｏｐ」で示し、ウェハの中央位置での試験結果を折れ線「Ｃｅｎｔｅｒ」で示し、ウェハの下部位置での試験結果を折れ線「Ｂｏｔｔｏｍ」で示し、ウェハの左側位置での試験結果を折れ線「Ｌｅｆｔ」で示し、ウェハの右側位置での試験結果を折れ線「Ｒｉｇｈｔ」で示す。図３及び図５に示すように、本発明に係るフォトダイオードの構造１に関しては、ブロッキング構造６０によって、第１反射防止層３０が第２電極５０に直接接触するのが防止される。同じ条件に基づいて異なる位置での無線周波干渉試験（無線周波数は約８００ＭＨｚ）の結果は同じである。その結果から見ると、無線周波二乗平均平方根電圧ＲＦ Ｖｒｍｓが約１．３Ｖに増加しても、無線周波干渉ＲＦＩは安定し、電圧オフセットが発生しないことが分かる。従って、本発明に係るフォトダイオードの構造１は、無線周波干渉の影響を受けにくく、従来のフォトダイオードの構造よりも有利である。
上述した実施形態はあくまでも例示であり、本願の実施形態やその用途を限定することを意図するものではない。さらに、前述の実施形態において少なくとも1つの例示的な実施例を示したが、本発明に多数の変形例が存在し得ることを理解されたい。また、本明細書に記載される実施例は、請求の範囲、用途、または構成をいかなる形で限定することを意図するものではない。むしろ、前述の実施形態は、当該技術分野における通常の知識を有する者に、実施形態の１つまたは複数を実施するためのガイドを提供する。さらに、請求の範囲を逸脱することなく、要素の機能および配置に変更を加えることができ、請求の範囲には、本特許出願の出願時における既知の均等物および予見可能なすべての均等物が含まれる。
１ フォトダイオードの構造
１０ 第１電極
２０ 半導体構造
２１ 第１半導体層
２２ 第２半導体層
３０ 第１反射防止層
３１ 第１中空部
４０ 第２反射防止層
４１ 第２中空部
５０ 第２電極
６０ ブロッキング構造
６１ 貫通部
３００ フォトダイオードの構造
３１０ 半導体構造
３２０ 第１反射防止層
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１０ 第１電極
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２２ 第２半導体層
３０ 第１反射防止層
３１ 第１中空部
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５０ 第２電極
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３００ フォトダイオードの構造
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３２０ 第１反射防止層
３３０ 第２反射防止層
３４０ 電極
Claims (10)
- フォトダイオードの構造であって、
第１電極と、
前記第１電極上に位置する半導体構造と、
前記半導体構造上に位置する第１反射防止層と、
前記第１反射防止層上に位置する第２反射防止層と、
前記第２反射防止層上に位置し、前記第１反射防止層と前記第２反射防止層を貫通して、前記半導体構造に電気的に接続される第２電極と、
前記第１反射防止層と前記第２電極との間に設置され、前記第１反射防止層が前記第２電極に直接接触するのを防止するブロッキング構造と、を備えるフォトダイオードの構造。 - 前記第１反射防止層には、前記半導体構造の一部を露出させるための第１中空部が形成され、前記ブロッキング構造は前記第１中空部内に位置することを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオードの構造。
- 前記第２反射防止層には、前記第１中空部の位置に対応する位置に第２中空部が形成されることを特徴とする請求項２に記載のフォトダイオードの構造。
- 前記ブロッキング構造には、前記半導体構造の一部を露出させるための貫通部が形成され、前記貫通部の径方向の長さは、前記第２中空部の径方向の長さよりも大きくないことを特徴とする請求項３に記載のフォトダイオードの構造。
- 前記ブロッキング構造と前記第２反射防止層は同じ材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオードの構造。
- 前記ブロッキング構造は、前記第２反射防止層に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のフォトダイオードの構造。
- 前記第１反射防止層は、窒化ケイ素からなることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオードの構造。
- 前記第１反射防止層の厚さは、１０ｎｍから５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオードの構造。
- 前記第２反射防止層は、五酸化ニオブと二酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオードの構造。
- 前記第２反射防止層の厚さは、１００ｎｍから１５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオードの構造。
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