JP3129801B2 - 受光素子及び受光素子の使用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フォトダイオードやＰ
ＩＮフォトダイオード，アバランシェフォトダイオード
など受光素子及び受光素子の使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】受光素子が形成されたシリコンや化合物
半導体等の基板上に光導波路を積層した光電子集積素子
が種々提案されている（例えば電子通信学会 光量子エ
レクトロニクス研究会 ＯＱＥ８５−７２，Ｐ３９（１
９８５）参照）。

【０００３】図９は、受光素子として多く用いられてい
るシリコンＰＩＮフォトダイオードの断面図を示す。こ
の受光素子は、第１導電型のシリコン基板１０と、この
基板１０の一部の表面付近に形成されて受光部をなす第
２導電型の不純物拡散領域２０と、基板１０を覆うよう
に形成された酸化膜からなる絶縁膜３０と、絶縁膜３０
の除去した部分を通して受光部２０に導通する第１の電
極４０と、基板１０の裏面等に設けられた図示しない第
２の電極とによって構成されている。基板１０としては
第１導電型のシリコン基板を用いており、上下方向に形
成された低抵抗層１１と高抵抗層１２とから成ってい
る。第１の電極４０は絶縁膜３０上に引き出されてお
り、基板１０の裏面等に設けられた図示しない第２の電
極と対になって受光素子の２つの端子を構成している。

【０００４】通常、上述の受光素子においては、基板１
０の面積効率の点からも、第２導電型の不純物拡散領域
２０が基板１０の大きさにできるだけ近い面積で形成さ
れ、電極４０が第１導電型の基板１０の表面と絶縁膜３
０を挟んで対向する部分の面積は比較的小さく形成され
る。

【０００５】また、上述の受光素子において、同一の基
板１０の上に複数個の第２導電型の不純物拡散領域２０
を形成し、各不純物拡散領域２０にそれぞれ絶縁膜３０
の除去した部分を通して複数個の第１の電極４０を接続
するようにしたものがある。さらに、この受光素子にお
いて、絶縁膜３０上で電極を不純物拡散領域２０には直
接に接続せずに基板１０上にモノリシックあるいはハイ
ブリッドに集積された電子素子等に接続するようにした
ものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
受光素子では、受光部である不純物拡散領域２０が光学
系の一部として要求される位置に配置されるので、電極
４０がボンディングパッド等の外部への引き出し位置ま
で長く引き回されることが多い。又、このとき、電極４
０の引き回しは光学系への影響を避けるために必らずし
も最短経路を選ぶことができず、電極の配線がますます
長くなりがちである。

【０００７】また、上述の受光素子は応答速度の高速性
が求められることが多く、このためにＰＩＮフォトダイ
オードやアバランシェフォトダイオードが用いられてい
る。受光素子の応答速度を定める要因のひとつが受光素
子自身の持つ静電容量である。この静電容量は、通常、
導電型の異なる基板１０と不純物拡散領域２０との接合
容量に起因する。しかし、上述のように電極の配線が長
く引き回されると、絶縁膜３０を挟んで基板１０と不純
物拡散領域２０との間に、静電容量Ｃｆが形成され、こ
の静電容量Ｃｆが図５に示すようにフォトダイオードＤ
に並列に挿入されることとなる。例えば、この静電容量
Ｃｆは絶縁膜３０として０．８μｍ厚の酸化シリコンを
用いた場合、１００μｍ²の面積当り０．４３ｐＦにな
る。

【０００８】したがって、上述の受光素子は電極の配線
が長くなる程大きな容量が付加されることとなり、応答
速度が遅くなってしまう。これはアバランシェフォトダ
イオードや化合物半導体の場合も同様である。

【０００９】また、同一の基板１０の上に複数個の受光
部２０を形成して各受光部２０にそれぞれ絶縁膜３０の
除去した部分を通して複数個の第１の電極４０を接続し
たものでは、複数個の受光部２０にそれぞれ接続された
複数個の第１の電極４０の各間で絶縁膜３０を介して互
いに容量結合され、各受光部２０の間でクロストークを
生じてしまう問題がある。

【００１０】絶縁膜３０上で電極を不純物拡散領域２０
には直接に接続せずに基板１０上にモノリシックあるい
はハイブリッドに集積された電子素子等に接続したもの
では、上述のように電極の配線が長くなる場合には電極
２０の配線と基板１０との間の容量の増大だけでなく、
電極の配線の至る所で共通の基板１０を通して容量結合
し、回路の正常な動作を妨げてしまうという問題があ
る。

【００１１】本発明は、上記欠点を改善し、電極の配線
の延長による応答速度の低下を抑えることができて各容
量結合を防止することができる受光素子及び受光素子の
使用方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、第１導電型の半導体基板
と、この半導体基板の表面付近に形成された第２導電型
の受光用不純物拡散領域と、前記半導体基板の表面に形
成された絶縁膜と、前記受光用不純物拡散領域に接続す
るように前記絶縁膜上に形成された電極とを有する受光
素子において、前記電極が延長して形成される部分にお
ける前記絶縁膜の下の前記半導体基板の表面付近に形成
された第２導電型の接合容量低下用不純物拡散領域を備
え、前記絶縁膜を挟んで前記半導体基板と前記受光用不
純物拡散領域との間に形成される静電容量に、前記接合
容量低下用不純物拡散領域と前記半導体基板との間の接
合容量を直列に付加したものであり、請求項２記載の発
明は、請求項１記載の受光素子において、前記電極が延
長して形成される部分の少なくとも一部分を、前記受光
用不純物拡散領域及びその領域上の絶縁膜と同一の断面
構造に形成された前記接合容量低下用不純物拡散領域及
びその領域上の絶縁膜の上に形成したものであり、請求
項３記載の発明は、請求項１記載の受光素子において、
前記受光用不純物拡散領域と前記接合容量低下用不純物
拡散領域との間の前記半導体基板の表面付近に形成され
た第１導電型の動作不良防止用不純物拡散領域を備えた
ものであり、請求項４記載の発明は、請求項１，２また
は３記載の受光素子において、前記電極とは別に設けら
れて前記接合容量低下用不純物拡散領域に接続され前記
半導体基板に対して逆方向バイアス電圧となるような電
圧が印加される第２電極を備えたものであり、請求項５
記載の発明は、第１導電型の半導体基板と、この半導体
基板の表面付近に形成された複数個の第２導電型の受光
用不純物拡散領域と、前記半導体基板の表面に形成され
た絶縁膜と、前記複数個の受光用不純物拡散領域にそれ
ぞれ接続するように前記絶縁膜上に形成された複数個の
電極とを有する受光素子において、少なくとも前記絶縁
膜の一部の下における前記半導体基板の表面付近に前記
複数個の電極にそれぞれ対応して形成された複数個の互
いに独立した第２導電型の不純物拡散領域を備え、前記
絶縁膜を挟んで前記半導体基板と前記複数個の受光用不
純物拡散領域との各間に形成される複数個の静電容量
に、前記複数個の接合容量低下用不純物拡散領域と前記
半導体基板との各間の複数個の接合容量をそれぞれ直列
に付加したものであり、請求項６記載の発明は、請求項
５の受光素子において、前記受光用不純物拡散領域には
直接には接続されなくて前記絶縁膜の上に形成された電
極と、この電極に対応して前記絶縁膜の下における前記
半導体基板の表面付近に形成された単数または複数個の
互いに独立した第２導電型の不純物拡散領域を備えたも
のであり、請求項７記載の発明は、請求項５または６の
受光素子において、前記不純物拡散領域の各間における
前記半導体基板の表面付近に形成された第１導電型の不
純物拡散領域を備えたものであり、請求項８記載の発明
は、請求項７の受光素子において、前記第２導電型の不
純物拡散領域の各々に接続される複数個の電極を備えた
ものであり、請求項９記載の発明は、請求項８の受光素
子を使用する受光素子の使用方法であって、前記第２導
電型の不純物拡散領域の各々に接続された複数個の電極
へそれぞれ前記半導体基板に対して逆方向バイアス電圧
となるような電圧を印加しながら前記受光用不純物拡散
領域で受光を行い、請求項１０記載の発明は、請求項９
の受光素子の使用方法において、前記第２導電型の不純
物拡散領域の各々に接続された複数個の電極へ前記半導
体基板に対して逆方向バイアス電圧となるような電圧を
それぞれ独立した電源から印加し、請求項１１記載の発
明は、請求項９の受光素子の使用方法において、前記第
２導電型の不純物拡散領域の各々に接続された複数個の
電極へ前記半導体基板に対して逆方向バイアス電圧とな
るような電圧を単一の電源から各々独立した抵抗を介し
て印加し、請求項１２記載の発明は、請求項５，６また
は７の受光素子において、前記第２導電型の不純物拡散
領域に接続された第２導電型の不純物拡散領域と、この
第２導電型の不純物拡散領域に接続される電極とを備え
たものである。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明では、不純物拡散領域に接
続される電極と絶縁膜を挾んで半導体基板との間に形成
される容量は、第２導電型の接合容量低下用不純物拡散
領域と半導体基板との間に形成される容量が直列に接続
されることになり、電極と半導体基板との間の全体の容
量が低減される。この結果、受光素子に並列に挿入され
る容量が小さくなり、電極の配線引き回しによる受光素
子の応答速度の低下が抑えられる。

【００１４】請求項２記載の発明では、電極が延長して
形成される部分の少なくとも一部分が、受光用不純物拡
散領域及びその領域上の絶縁膜と同一の断面構造に形成
された接合容量低下用不純物拡散領域及びその領域上の
絶縁膜の上に形成されたことによって、不純物拡散領域
及び接合容量低下用不純物拡散領域と，電極が上に形成
される絶縁膜とを同時に形成することが可能になって製
造工程を特に変えることなく製造できる。

【００１５】請求項３記載の発明では、受光用不純物拡
散領域と接合容量低下用不純物拡散領域との間の半導体
基板の表面付近に第１導電型の動作不良防止用不純物拡
散領域が形成されたことにより、受光素子の暗電流の増
加や光電流の漏洩等の動作不良が未然に防止される。

【００１６】請求項４記載の発明では、半導体基板に対
して逆方向バイアス電圧となるような電圧が第２電極に
印加される。

【００１７】請求項５記載の発明では、絶縁膜の一部の
下における半導体基板の表面付近に複数個の電極にそれ
ぞれ対応して複数個の互いに独立した第２導電型の不純
物拡散領域が形成されることにより、複数個の電極と半
導体基板との各間の容量結合が低減され、応答速度の低
下が防止されて各受光部の間のクロストークが減少す
る。

【００１８】請求項６記載の発明では、受光用不純物拡
散領域には直接には接続されなくて絶縁膜の上に形成さ
れた電極と、この電極に対応して絶縁膜の下における半
導体基板の表面付近に単数または複数個の互いに独立し
た第２導電型の不純物拡散領域が形成されることによ
り、各受光用不純物拡散領域の間のクロストークが減少
するだけでなく、受光用不純物拡散領域には直接には接
続されなくて絶縁膜の上に形成された電極と半導体基板
との間の静電容量及び電極間のクロストークが減少して
正常な回路動作が行われる。

【００１９】請求項７記載の発明では、各不純物拡散領
域の間における半導体基板の表面付近に第１導電型の不
純物拡散領域が形成されることにより、各不純物拡散領
域の間のクロストークが低減される。

【００２０】請求項８記載の発明では、第２導電型の不
純物拡散領域の各々に複数個の電極が接続されることに
より、半導体基板に対して逆方向バイアス電圧となるよ
うな電圧が第２電極に印加される。

【００２１】請求項１２記載の発明では、第２導電型の
不純物拡散領域に第２導電型の不純物拡散領域が接続さ
れ、この第２導電型の不純物拡散領域に電極が接続され
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の第１実施例の断面図を示す。この実施例の受光素
子は、第１導電型のシリコン基板からなる半導体基板１
０と、この基板１０の一部の表面付近に形成された受光
部をなす第２導電型の受光用不純物拡散領域２０と、基
板１０の一部の表面付近に形成され、接合容量を低下さ
せるための第２導電型の接合容量低下用不純物拡散領域
５０と、基板１０を覆うように形成された絶縁膜３０
と、絶縁膜３０の除去した部分を通して受光部２０に導
通する第１の電極４０と、基板１０の裏面等に設けられ
た図示しない第２の電極とによって構成されている。基
板１０としては第１導電型のシリコン基板を用いてい
る。第１の電極４０は絶縁膜３０上にかなり長い距離、
引き出されており、基板１０の裏面等に設けられた図示
しない第２の電極と対になって受光素子の２つの端子を
構成している。外部からの光は受光用不純物拡散領域２
０で受光されて光電変換されて受光信号となり、この受
光信号が第１の電極４０及び第２の電極を介して出力さ
れる。

【００２３】第２導電型の接合容量低下用不純物拡散領
域５０は、第１の電極４０に対して絶縁膜３０を挟んで
断面的には対向する（第１の電極４０に対して絶縁膜３
０を挟んで上下方向に対向する）とともに、平面的には
少なくとも第１の電極４０の形成されている部分に重畳
されるように形成されている。この場合、接合容量低下
用不純物拡散領域５０は第１の電極４０と対向した部分
ができる限り含まれるように広くして基板１０との間の
静電容量が直列に接続される範囲を広げるとともに、第
１の電極４０の形成されていない部分に対しては、でき
る限り広がらないようにして基板１０との間の接合容量
を小さくすることが望ましい。但し、接合容量低下用不
純物拡散領域５０が受光用不純物拡散領域２０と接続し
てしまうと、効果がむしろ低下してしまうので、図１に
示すように受光用不純物拡散領域２０と接合容量低下用
不純物拡散領域５０とは分離して形成する方がより効果
的である。

【００２４】このような回路を模式的に示したのが図６
であり、前述した絶縁膜３０を挟んで基板１０と受光用
不純物拡散領域２０との間に形成される静電容量Ｃｆに
接合容量低下用不純物拡散領域５０と基板１０との間の
接合容量Ｃｊが直列に付加され、受光素子に並列に挿入
される容量が Ｃｆ−Ｃｊ／（Ｃｆ＋Ｃｊ） に低下する。典型的なＰＩＮフォトダイオードではＣｊ
は１００μｍ²の面積当りで、０．２ｐＦ程度以下であ
るので、受光素子に並列に挿入される静電容量はＣｆの
みの場合に比べて小さくなる。

【００２５】このような構造の受光素子は、受光用不純
物拡散領域２０および接合容量低下用不純物拡散領域５
０を同時に形成した後、受光用不純物拡散領域２０上の
絶縁膜３０を加工する方法や、接合容量低下用不純物拡
散領域５０を形成した後、絶縁膜３０の加工や受光用不
純物拡散領域２０の形成を行なう方法等により製造でき
る。

【００２６】このように、第１実施例によれば、受光用
不純物拡散領域２０に接続される電極４０と半導体基板
１０との間に絶縁膜３０を介して形成される静電容量Ｃ
ｆは、第２導電型の接合容量低下用不純物拡散領域５０
と半導体基板１０との間に形成される静電容量Ｃｊが直
列に接続されることになり、電極４０と半導体基板１０
との間の全体の静電容量が低減される。この結果、受光
素子に並列に挿入される静電容量が小さくなり、電極の
配線引き回しによる受光素子の応答速度の低下が抑えら
れる。

【００２７】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。この第２実施例では、図２に示すように、第２導電
型の接合容量低下用不純物拡散領域５１を設ける構成は
第１の実施例と同様であるが、受光用不純物拡散領域２
０上の絶縁膜３１１と接合容量低下用不純物拡散領域５
１上の絶縁膜３１２の断面形状が同じに形成されている
点が異なり、かつ絶縁膜３１の除去した部分を通して受
光部２０に導通する第１の電極４１が絶縁膜３１上に延
長して引き回されている。

【００２８】第１実施例の構成は、上記のように、受光
用不純物拡散領域２０および接合容量低下用不純物拡散
領域５０を別々に形成する製法も可能であるが、第２実
施例では、受光用不純物拡散領域２０および接合容量低
下用不純物拡散領域５１の断面形状が同じに形成され、
受光用不純物拡散領域２０と接合容量低下用不純物拡散
領域５１およびそれらの上の絶縁膜３１１，３１２を同
時に形成することが可能である。即ち、受光用不純物拡
散領域２０と接合容量低下用不純物拡散領域５１とを、
それら領域上の絶縁膜３１の断面形状を同じにすること
により、通常の受光素子製造の工程を変えることなく、
第２実施例の受光素子を製造することができる。

【００２９】この場合、受光用不純物拡散領域２０上の
絶縁膜３１１は、通常、他の部分より薄いので、接合容
量低下用不純物拡散領域５１上の絶縁膜３１２でも同様
に薄くなり、Ｃｆの値は増大する。しかし、前述のよう
にＣｊの値の方がＣｆより小さいので、これらのＣｆ，
Ｃｊを直列に接続したものとして受光素子に並列に挿入
される静電容量の増加はわずかであり、実用上は問題は
ない。

【００３０】上述の第２実施例によれば、電極４１が延
長して形成される部分の少なくとも一部分が、不純物拡
散領域２０及びその領域上の絶縁膜３１１と同一の断面
構造に形成された接合容量低下用不純物拡散領域５１及
びその領域上の絶縁膜３１２の上に形成されたことによ
って、受光用不純物拡散領域２０及び接合容量低下用不
純物拡散領域５１と，電極４１が上に形成される絶縁膜
３１２とを同時に形成することが可能になって製造工程
を特に変えることなく製造できる。

【００３１】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。この第３実施例は、図３に示すように、受光用不純
物拡散領域２０と電極４０配線下の接合容量低下用不純
物拡散領域５０とを分離して形成し、さらにそれらの間
に動作不良を防止するための第１導電型の動作不良防止
用不純物拡散領域６０を形成したものである。

【００３２】第３実施例はこのような構成とすることに
より、受光用不純物拡散領域２０と接合容量低下用不純
物拡散領域５０（第２実施例の接合容量低下用不純物拡
散領域５１と同様なものでも良い。）との間で主に基板
１０の表面付近に沿って電流が流れ、受光素子の暗電流
が増加したり、受光用不純物拡散領域２０と接合容量低
下用不純物拡散領域５０との間がその上側の電極に加え
られる電圧によって寄生的に形成されたＭＯＳＦＥＴと
して動作してしまうことで分離の効果を損なったり、そ
の他受光素子の動作不良を引き起こしたりする等の問題
が発生する可能性を未然に防止することができる。

【００３３】この第３実施例では、図７に示すように、
動作不良防止用不純物拡散領域６０の部分で電極４０と
基板１０との間に形成される容量Ｃｆ１が並列に付加さ
れるが、この部分の平面的な面積を十分小さくすること
で、この付加的な容量Ｃｆ１の増加は無視できる程度に
小さくすることが可能である。尚、この辺の事情は、前
記第１実施例及び第２実施例においても第１導電型の不
純物拡散領域６０が形成されない基板１０の部分と、そ
れに対向する電極４０，４１とにより生ずる容量につい
ても同様である。

【００３４】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。この第４実施例は、図４に示すように、上記第３実
施例において、電極４０とは別に、絶縁層３０の除去さ
れた部分を介して接合容量低下用不純物拡散領域５０に
接続された第２電極７０を設けたものである。この第４
実施例において、基板１０側に形成した静電容量（基板
１０と接合容量低下用不純物拡散領域５０との接合容
量）Ｃｊは、導電型の異なる半導体同志の接合を用いた
ものである。この接合容量Ｃｊは、２つの導電型の半導
体の間の電極７０に印加される電圧により変化する。こ
の印加電圧が逆方向電圧（Ｐ型領域に負、Ｎ型領域に正
の向きに印加する逆方向バイアス電圧）であると、この
逆方向電圧が高い程、接合容量Ｃｊが減少する。

【００３５】例えば前述のような典型的ＰＩＮフォトダ
イオードでは、電極７０に印加される逆方向電圧が１０
Ｖとすると、同じく１００μｍ²当りで接合容量Ｃｊは
０．０５ｐＦ程度となる。さらに高い逆方向電圧を電極
７０に印加すれば、電極７０に電圧を印加しない場合よ
り接合容量Ｃｊを１桁以上を減らすことが可能である。

【００３６】このように、第４実施例では、接合容量低
下用不純物拡散領域５０に接続した電極７０へ基板１０
と接合容量低下用不純物拡散領域５０との間で逆方向バ
イアス電圧となるような電圧Ｖ_Bを印加することで、基
板１０と接合容量低下用不純物拡散領域５０との間の接
合容量Ｃｊｖが小さくなり、受光素子に並列に挿入され
る容量がさらに減少する。この第４実施例の等価回路は
図８に示すようになる。

【００３７】本発明は上記実施例に限らず、各種の変形
が可能である。例えば、第１実施例〜第４実施例におい
ては、上記構成のものの外側にいわゆるチャンネルスト
ッパと呼ばれる第１導電型の不純物拡散領域を形成して
も良い。

【００３８】図１０は本発明の第５実施例の一部を示
す。この第５実施例は、第１実施例の受光素子を同一の
半導体基板上に複数個形成するようにしたものである。
第１導電型のシリコン基板１０の表面付近には複数個の
受光部をなす第２導電型の受光用不純物拡散領域２
０₁，２０₂・・・が互いに分離して形成され、基板１０
を覆うように絶縁膜３０が形成される。第１の電極４０
₁，４０₂・・・は互いに分離してそれぞれ絶縁膜３０の
除去した部分を通して第２導電型の受光用不純物拡散領
域２０₁，２０₂・・・に導通するように設けられ、第２
導電型の接合容量低下用不純物拡散領域５０₁，５０₂・
・・は互いに分離してそれぞれ第１の電極４０₁，４０₂
・・・に対して絶縁膜３０を挟んで断面的には対向する
（第１の電極４０₁，４０₂・・・に対して絶縁膜３０を
挟んで上下方向に対向する）とともに、平面的には少な
くとも第１の電極４０₁，４０₂・・・の形成されている
部分に重畳されるように形成されている。基板１０の裏
面等には図示しない第２の電極が設けられ、第１の電極
４０₁，４０₂・・・は絶縁膜３０上にかなり長い距離引
き出されていて第２の電極と対になって各受光素子毎に
２つの端子が構成されている。外部からの光は受光用不
純物拡散領域２０₁，２０₂・・・でそれぞれ受光されて
光電変換されて受光信号となり、これらの受光信号がそ
れぞれ第１の電極４０₁，４０₂・・・及び第２の電極を
介して出力される。

【００３９】この第５実施例によれば、絶縁膜３０の一
部の下における基板１０の表面付近に複数個の電極４０
₁，４０₂・・・にそれぞれ対応して複数個の互いに独立
した第２導電型の不純物拡散領域５０₁，５０₂・・・が
形成されるので、接合容量低下用不純物拡散領域５
０₁，５０₂・・・が一体に設けられた場合に比べて各電
極４０₁，４０₂・・・と半導体基板１０との間の静電容
量が低減され、応答速度の低下が防止されて各受光部２
０₁，２０₂・・・の間のクロストークが減少する。

【００４０】図１１は本発明の第６実施例を示す。この
第６実施例では、上記第５実施例において、基板１０上
にモノリシックに集積された抵抗，コンデンサ，トラン
ジスタ等の電子素子あるいはハイブリッドに集積された
チップ部品等の部品９０が、絶縁膜３０上に互いに分離
して形成された電極４２₁，４２₂・・・により接続され
て回路が構成される。そして、基板１０の表面付近には
第２導電型の接合容量低下用不純物拡散領域５２₁，５
２₂・・・が互いに分離してそれぞれ上記電極４２₁，４
２₂・・・に対して絶縁膜３０を挟んで断面的に対向す
る（電極４２₁，４２₂・・・に対して絶縁膜３０を挟ん
で上下方向に対向する）とともに、平面的に少なくとも
電極４２₁，４２₂・・・の形成されている部分に重畳さ
れるように形成されている。

【００４１】この第６実施例によれば、第５実施例と同
様な効果を奏するだけでなく、受光用不純物拡散領域２
０ｉ（ｉ＝₁，₂，・・・）には直接には接続されなくて
絶縁膜３０の上に形成された電極４２₁，４２₂・・・
と、この電極４２₁，４２₂・・・に対応して絶縁膜３０
の下における基板１０の表面付近に複数個の互いに独立
した第２導電型の接合容量低下用不純物拡散領域５
２₁，５２₂・・・とが形成されることにより、各受光用
不純物拡散領域の間のクロストークが減少するだけでな
く、電極４２₁，４２₂・・・と基板１０との間の静電容
量及び電極４２₁，４２₂・・・間のクロストークが減少
して正常な回路動作が行われる。

【００４２】図１２は本発明の第７実施例を示す。この
第７実施例では、第１導電型のシリコン基板１０の表面
付近には複数個の受光部をなす第２導電型の受光用不純
物拡散領域２０₁，２０₂・・・が互いに分離して形成さ
れ、基板１０を覆うように絶縁膜３０が形成される。第
１の電極４１₁，４０₂，４０₃・・・は互いに分離して
それぞれ絶縁膜３０の除去した部分を通して第２導電型
の受光用不純物拡散領域２０₁，２０₂・・・に導通する
ように設けられ、第２導電型の接合容量低下用不純物拡
散領域５１₁，５０₂・・・は互いに分離してそれぞれ第
１の電極４１₁，４０₂・・・に対して絶縁膜３０を挟ん
で断面的には対向する（第１の電極４１₁，４０₂・・・
に対して絶縁膜３０を挟んで上下方向に対向する）とと
もに、平面的には少なくとも第１の電極４１₁，４０₂・
・・の形成されている部分に重畳されるように形成され
ている。基板１０の裏面等には図示しない第２の電極が
設けられ、第１の電極４１₁，４０₂・・・は絶縁膜３０
上にかなり長い距離引き出されていて第２の電極と対に
なって各受光素子毎に２つの端子が構成されている。

【００４３】基板１０上にモノリシックに集積された抵
抗，コンデンサ，トランジスタ等の電子素子あるいはハ
イブリッドに集積されたチップ部品等の部品９０が、絶
縁膜３０上に互いに分離して形成された電極４２₁，４
２₂・・・により接続されて回路が構成される。そし
て、基板１０の表面付近には第２導電型の接合容量低下
用不純物拡散領域５２₁，５２₂・・・が互いに分離して
それぞれ上記電極４２₁，４２₂・・・に対して絶縁膜３
０を挟んで断面的に対向する（電極４２₁，４２₂・・・
に対して絶縁膜３０を挟んで上下方向に対向する）とと
もに、平面的に少なくとも電極４２₁，４２₂・・・の形
成されている部分に重畳されるように形成されている。
基板１０上の表面付近における第２導電型の受光用不純
物拡散領域２０₁，２０₂・・・と第２導電型の接合容量
低下用不純物拡散領域５１₁，５０₂・・・との間には第
１導電型の接合容量低下用不純物拡散領域６０₁，６０₂
・・・が形成され、基板１０上の表面付近における第２
導電型の接合容量低下用不純物拡散領域５２₁，５２₂・
・・及び受光用不純物拡散領域２０₃の各間には第２導
電型の接合容量低下用不純物拡散領域６１₁，６１₂・・
・が形成される。さらに、基板１０上の表面付近におけ
る受光用不純物拡散領域２０₁，２０₂の間には第１導電
型の接合容量低下用不純物拡散領域６２が形成され、こ
の接合容量低下用不純物拡散領域６２は受光素子間の分
離手段あるいはチャンネルストッパ等として知られてい
る。

【００４４】この第７実施例によれば、基板１０上の表
面付近における受光用不純物拡散領域２０₁，２０₂・・
・と接合容量低下用不純物拡散領域５１₁，５０₂・・・
との間には第１導電型の接合容量低下用不純物拡散領域
６０₁，６０₂・・・が形成されるので、受光用不純物拡
散領域２０₁，２０₂・・・と接合容量低下用不純物拡散
領域５１₁，５０₂・・・との間の分離を確実にすること
ができる。

【００４５】図１３は本発明の第８実施例を示す。この
第８実施例は、第７実施例において、電極７０₁，７
０₂，７０₃・・・を互いに分離してそれぞれ絶縁膜３０
の除去した部分を通して接合容量低下用不純物拡散領域
５１₁，５０₂，５２₁，５２₂・・・に導通するように設
けたものであり、この電極７０₁，７０₂，７０₃・・・
には基板１０と接合容量低下用不純物拡散領域５１₁，
５０₂，５２₁，５２₂・・・との間で逆方向バイアス電
圧となるような電圧が印加される。

【００４６】本発明の第９実施例は、上記第８実施例に
おいて、基板１０に対して逆バイアス電圧となるような
電圧を各第２導電型の接合容量低下用不純物拡散領域に
印加しながら各受光部で受光を行うようにしたものであ
り、各電極と基板１０との間の容量をさらに低減するこ
とができる。

【００４７】図１４は本発明の第１０実施例の等価回路
を示す。この第１０実施例は上記第８実施例において、
基板１０と接合容量低下用不純物拡散領域５１₁，５
０₂，５２₁，５２₂・・・との間で逆方向バイアス電圧
となるような電圧を互いに独立した電源Ｅ１，Ｅ２，・
・・から電極７０₁，７０₂，７０₃・・・に個別に印加
するようにしたものである。なお、図１４において、Ｃ
ｆ₁，Ｃｆ₂・・・は絶縁膜３０を挟んで基板１０と受光
用不純物拡散領域２０₁，２０₂、接合容量低下用不純物
拡散領域５２₁，５２₂・・・との各間に形成される静電
容量、Ｃｊｖ₁，Ｃｊｖ₂・・・は接合容量低下用不純物
拡散領域５１₁，５０₂，５２₁，５２₂・・・と基板１０
との各間の接合容量、ＰＤ₁，ＰＤ₂は受光用不純物拡散
領域２０₁，２０₂及び基板１０により構成される受光部
分である。基板１０と接合容量低下用不純物拡散領域５
１₁，５０₂，５２₁，５２₂・・・との間で逆方向バイア
ス電圧となるような電圧を単一の電源Ｅから電極７
０₁，７０₂，７０₃・・・へ介して印加する場合には、
その電源電圧印加ラインを通して接合容量低下用不純物
拡散領域５１₁，５０₂，５２₁，５２₂・・・が実質的に
一体なものになってクロストークを生ずるという問題が
あるが、第１０実施例では、基板１０と接合容量低下用
不純物拡散領域５１₁，５０₂，５２₁，５２₂・・・との
間で逆方向バイアス電圧となるような電圧を互いに独立
した電源Ｅ１，Ｅ２，・・・から電極７０₁，７０₂，７
０₃・・・に個別に印加するので、そのような問題が回
避できる。

【００４８】図１５は本発明の第１１実施例の等価回路
を示す。この第１１実施例は上記第１０実施例におい
て、基板１０と接合容量低下用不純物拡散領域５１₁，
５０₂，５２₁，５２₂・・・との間で逆方向バイアス電
圧となるような電圧を単一の電源Ｅから電極７０₁，７
０₂，７０₃・・・へ抵抗Ｒ₁，Ｒ₂・・・をそれぞれ介し
て印加するようにしたものであり、抵抗Ｒ₁，Ｒ₂・・・
の挿入により接合容量低下用不純物拡散領域５１₁，５
０₂，５２₁，５２₂・・・の各間の結合が弱められて上
記問題を解決でき、かつ構成の簡単化，小型軽量化，低
コスト化を計ることができる。

【００４９】図１６は本発明の第１２実施例の一部を示
す。この第１２実施例は、抵抗Ｒiとして第２導電型の
不純物拡散領域を用いるようにしたものである。すなわ
ち、上記実施例とほぼ同様に、第１導電型のシリコン基
板１０の表面付近には複数個の受光部をなす第２導電型
の受光用不純物拡散領域２０₁，２０₂・・・が互いに分
離して形成され、基板１０を覆うように絶縁膜３０が形
成される。第１の電極４０₁，４０₂・・・は互いに分離
してそれぞれ絶縁膜３０の除去した部分を通して第２導
電型の受光用不純物拡散領域２０₁，２０₂・・・に導通
するように設けられ、第２導電型の接合容量低下用不純
物拡散領域５０₁，５０₂・・・は互いに分離してそれぞ
れ第１の電極４０₁，４０₂・・・に対して絶縁膜３０を
挟んで断面的には対向する（第１の電極４０₁，４０₂・
・・に対して絶縁膜３０を挟んで上下方向に対向する）
とともに、平面的には少なくとも第１の電極４０₁，４
０₂・・・の形成されている部分に重畳されるように形
成されている。基板１０の裏面等には図示しない第２の
電極が設けられ、第１の電極４０₁，４０₂・・・は絶縁
膜３０上にかなり長い距離引き出されていて第２の電極
と対になって各受光素子毎に２つの端子が構成されてい
る。

【００５０】基板１０上の表面付近における第２導電型
の受光用不純物拡散領域２０₁，２０₂・・・と第２導電
型の接合容量低下用不純物拡散領域５０₁，５０₂・・・
との間には第１導電型の接合容量低下用不純物拡散領域
６０₁，６０₂・・・が形成され、基板１０上の表面付近
における第２導電型の接合容量低下用不純物拡散領域５
２₁，５２₂・・・及び受光用不純物拡散領域２０₃の各
間には第２導電型の接合容量低下用不純物拡散領域６１
₁，６１₂・・・が形成される。さらに、基板１０上にモ
ノリシックに集積された抵抗，コンデンサ，トランジス
タ等の電子素子あるいはハイブリッドに集積されたチッ
プ部品等の部品９０が、絶縁膜３０上に互いに分離して
形成された電極４２₁，４２₂・・・により接続されて回
路が構成される。基板１０上の表面付近における受光用
不純物拡散領域２０₁，２０₂の間には第１導電型の接合
容量低下用不純物拡散領域６２が形成され、この接合容
量低下用不純物拡散領域６２は受光素子間の分離手段あ
るいはチャンネルストッパ等として知られている。

【００５１】基板１０の表面付近における電極７３と接
合容量低下用不純物拡散領域５０₁，５０₂・・・との各
間には抵抗として第２導電型の抵抗用不純物拡散領域５
３₁，５３₂・・・が互いに分離してそれぞれ上記電極４
０₁，４０₂・・・に対して絶縁膜３０を挟んで断面的に
対向する（電極４０₁，４０₂・・・に対して絶縁膜３０
を挟んで上下方向に対向する）とともに、平面的に少な
くとも電極４０₁，４０₂・・・の形成されている部分に
重畳されるように細長に形成されている。そして、基板
１０と接合容量低下用不純物拡散領域５１₁，５０₂，５
２₁，５２₂・・・との間で逆方向バイアス電圧となるよ
うな電圧が単一の電源Ｅから電極７３を介して更に抵抗
用不純物拡散領域５３₁，５３₂・・・をそれぞれ介して
接合容量低下用不純物拡散領域５０₁，５０₂・・・に印
加される。

【００５２】抵抗用不純物拡散領域５３₁，５３₂・・・
は抵抗値を大きくするために細長に形成されているが、
蛇行させることなどにより抵抗値を大きくするようにし
てもよい。なお、接合容量低下用不純物拡散領域６
０₁，６０₂，６１₁，６１₂・・・は公知のチャンネルス
トッパ等と一体になって連続して不可分に形成されてい
る。また、抵抗用不純物拡散領域５３₁，５３₂・・・の
存在により接合容量低下用不純物拡散領域５０₁，５０₂
・・・の各間の接合容量低下用不純物拡散領域６１₁，
６１₂・・・に相当する部分は分断されているが、接合
容量低下用不純物拡散領域５０₁，５０₂・・・の各間の
結合が実質的に小さければ差し支えない。

【００５３】この第１２実施例によれば、同一の基板１
０上に抵抗用不純物拡散領域５３₁，５３₂・・・を抵抗
として設けたので、特別の部品あるいは製造工程の追加
を必要とせずに実現できる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、不純物拡散領域に接続される電極と絶縁膜を挾んで
半導体基板との間に形成される容量が、第２導電型の接
合容量低下用不純物拡散領域と半導体基板との間に形成
される容量が直列に接続されるので、電極と半導体基板
との間の全体の容量を低減できて受光素子に並列に挿入
される容量を小さくでき、電極の配線引き回しによる受
光素子の応答速度の低下を抑えることができる。

【００５５】請求項２記載の発明によれば、電極が延長
して形成される部分の少なくとも一部分が、受光用不純
物拡散領域及びその領域上の絶縁膜と同一の断面構造に
形成された接合容量低下用不純物拡散領域及びその領域
上の絶縁膜の上に形成されるので、不純物拡散領域及び
接合容量低下用不純物拡散領域と，電極が上に形成され
る絶縁膜とを同時に形成することが可能になって製造工
程を特に変えることなく製造できる。

【００５６】請求項３記載の発明によれば、受光用不純
物拡散領域と接合容量低下用不純物拡散領域との間の半
導体基板の表面付近に第１導電型の動作不良防止用不純
物拡散領域が形成されるので、受光素子の暗電流の増加
や光電流の漏洩等の動作不良を未然に防止できる。

【００５７】請求項４記載の発明によれば、半導体基板
に対して逆方向バイアス電圧となるような電圧を第２電
極に印加するので、半導体基板と接合容量低下用不純物
拡散領域との間の接合容量を小さくでき、受光素子に並
列に挿入される容量をさらに減少させることができる。

【００５８】請求項５記載の発明によれば、絶縁膜の一
部の下における半導体基板の表面付近に複数個の電極に
それぞれ対応して複数個の互いに独立した第２導電型の
不純物拡散領域が形成されるので、複数個の電極と半導
体基板との各間の容量結合を低減でき、応答速度の低下
を防止できて各受光部の間のクロストークを減少させる
ことができる。

【００５９】請求項６記載の発明によれば、受光用不純
物拡散領域には直接には接続されなくて絶縁膜の上に形
成された電極と、この電極に対応して絶縁膜の下におけ
る半導体基板の表面付近に単数または複数個の互いに独
立した第２導電型の不純物拡散領域が形成されるので、
各受光用不純物拡散領域の間のクロストークを減少させ
ることができるだけでなく、受光用不純物拡散領域には
直接には接続されなくて絶縁膜の上に形成された電極と
半導体基板との間の静電容量及び電極間のクロストーク
を減少させることができて正常な回路動作を行わせるこ
とができる。

【００６０】請求項７記載の発明では、各不純物拡散領
域の間における半導体基板の表面付近に第１導電型の不
純物拡散領域が形成されるので、各不純物拡散領域の間
のクロストークを低減させることができる。

【００６１】請求項８記載の発明及び請求項９記載の発
明によれば、第２導電型の不純物拡散領域の各々に複数
個の電極を接続して半導体基板に対して逆方向バイアス
電圧となるような電圧を第２の電極に印加するので、受
光素子に並列に挿入される容量をさらに減少させること
ができる。

【００６２】請求項１０記載の発明によれば、第２導電
型の不純物拡散領域の各々に接続された複数個の電極へ
前記半導体基板に対して逆方向バイアス電圧となるよう
な電圧をそれぞれ独立した電源から印加するので、電源
電圧印加ラインを通して接合容量低下用不純物拡散領域
が実質的に一体なものになってクロストークを生ずると
いう問題を回避することができる。

【００６３】請求項１１記載の発明によれば、第２導電
型の不純物拡散領域の各々に接続された複数個の電極へ
半導体基板に対して逆方向バイアス電圧となるような電
圧を単一の電源から各々独立した抵抗を介して印加する
ので、電源電圧印加ラインを通して接合容量低下用不純
物拡散領域が実質的に一体なものになってクロストーク
を生ずるという問題を解決することができる。

【００６４】請求項１２記載の発明によれば、第２導電
型の不純物拡散領域に第２導電型の不純物拡散領域を接
続してこの第２導電型の不純物拡散領域に電極を接続す
るので、特別の部品あるいは製造工程の追加を必要とせ
ずに実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す断面図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す断面図である。

【図５】従来の受光素子の等価回路を示す回路図であ
る。

【図６】上記第１実施例の等価回路を示す回路図であ
る。

【図７】上記第３実施例の等価回路を示す回路図であ
る。

【図８】上記第４実施例の等価回路を示す回路図であ
る。

【図９】従来の受光素子を示す断面図である。

【図１０】本発明の第５実施例を示す断面図である。

【図１１】本発明の第６実施例を示す断面図である。

【図１２】本発明の第７実施例を示す断面図である。

【図１３】本発明の第８実施例を示す断面図である。

【図１４】本発明の第１０実施例の等価回路を示す回路
図である。

【図１５】本発明の第１１実施例の等価回路を示す回路
図である。

【図１６】本発明の第１２実施例の一部を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０ 半導体基板 ２０ 受光用不純物拡散領域 ３０，３１，３１１，３１２ 絶縁膜 ４０，４１，４２，７０，７３ 電極 ５０，５１，５２，６１ 接合容量低下用不純物拡
散領域 ６０ 動作不良防止用不純物拡散領域 Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ 電源 抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄ 抵抗 ５３ 抵抗用不純物拡散領域

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−18256（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−274769（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−220867（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−126653（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/00 - 31/0392 H01L 31/10 - 31/119 H01L 27/14 - 27/148

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１導電型の半導体基板と、この半導体基
   板の表面付近に形成された第２導電型の受光用不純物拡
   散領域と、前記半導体基板の表面に形成された絶縁膜
   と、前記受光用不純物拡散領域に接続するように前記絶
   縁膜上に形成された電極とを有する受光素子において、 前記電極が延長して形成される部分における前記絶縁膜
   の下の前記半導体基板の表面付近に形成された第２導電
   型の接合容量低下用不純物拡散領域を備え、前記絶縁膜
   を挟んで前記半導体基板と前記受光用不純物拡散領域と
   の間に形成される静電容量に、前記接合容量低下用不純
   物拡散領域と前記半導体基板との間の接合容量を直列に
   付加したことを特徴とする受光素子。
2. 【請求項２】請求項１記載の受光素子において、前記電
   極が延長して形成される部分の少なくとも一部分を、前
   記受光用不純物拡散領域及びその領域上の絶縁膜と同一
   の断面構造に形成された前記接合容量低下用不純物拡散
   領域及びその領域上の絶縁膜の上に形成したことを特徴
   とする受光素子。
3. 【請求項３】請求項１記載の受光素子において、前記受
   光用不純物拡散領域と前記接合容量低下用不純物拡散領
   域との間の前記半導体基板の表面付近に形成された第１
   導電型の動作不良防止用不純物拡散領域を備えたことを
   特徴とする受光素子。
4. 【請求項４】請求項１，２または３記載の受光素子にお
   いて、前記電極とは別に設けられて前記接合容量低下用
   不純物拡散領域に接続され前記半導体基板に対して逆方
   向バイアス電圧となるような電圧が印加される第２電極
   を備えたことを特徴とする受光素子。
5. 【請求項５】第１導電型の半導体基板と、この半導体基
   板の表面付近に形成された複数個の第２導電型の受光用
   不純物拡散領域と、前記半導体基板の表面に形成された
   絶縁膜と、前記複数個の受光用不純物拡散領域にそれぞ
   れ接続するように前記絶縁膜上に形成された複数個の電
   極とを有する受光素子において、 少なくとも前記絶縁膜の一部の下における前記半導体基
   板の表面付近に前記複数個の電極にそれぞれ対応して形
   成された複数個の互いに独立した第２導電型の不純物拡
   散領域を備え、前記絶縁膜を挟んで前記半導体基板と前
   記複数個の受光用不純物拡散領域との各間に形成される
   複数個の静電容量に、前記複数個の接合容量低下用不純
   物拡散領域と前記半導体基板との各間の複数個の接合容
   量をそれぞれ直列に付加したことを特徴とする受光素
   子。
6. 【請求項６】請求項５の受光素子において、前記受光用
   不純物拡散領域には直接には接続されなくて前記絶縁膜
   の上に形成された電極と、この電極に対応して前記絶縁
   膜の下における前記半導体基板の表面付近に形成された
   単数または複数個の互いに独立した第２導電型の不純物
   拡散領域を備えたことを特徴とする受光素子。
7. 【請求項７】請求項５または６の受光素子において、前
   記不純物拡散領域の各間における前記半導体基板の表面
   付近に形成された第１導電型の不純物拡散領域を備えた
   ことを特徴とする受光素子。
8. 【請求項８】請求項７の受光素子において、前記第２導
   電型の不純物拡散領域の各々に接続される複数個の電極
   を備えたことを特徴とする受光素子。
9. 【請求項９】請求項８の受光素子を使用する受光素子の
   使用方法であって、前記第２導電型の不純物拡散領域の
   各々に接続された複数個の電極へそれぞれ前記半導体基
   板に対して逆方向バイアス電圧となるような電圧を印加
   しながら前記受光用不純物拡散領域で受光を行うことを
   特徴とする受光素子の使用方法。
10. 【請求項１０】請求項９の受光素子の使用方法におい
    て、前記第２導電型の不純物拡散領域の各々に接続され
    た複数個の電極へ前記半導体基板に対して逆方向バイア
    ス電圧となるような電圧をそれぞれ独立した電源から印
    加することを特徴とする受光素子の使用方法。
11. 【請求項１１】請求項９の受光素子の使用方法におい
    て、前記第２導電型の不純物拡散領域の各々に接続され
    た複数個の電極へ前記半導体基板に対して逆方向バイア
    ス電圧となるような電圧を単一の電源から各々独立した
    抵抗を介して印加することを特徴とする受光素子の使用
    方法。
12. 【請求項１２】請求項５，６または７の受光素子におい
    て、前記第２導電型の不純物拡散領域に接続された第２
    導電型の不純物拡散領域と、この第２導電型の不純物拡
    散領域に接続される電極とを備えたことを特徴とする受
    光素子。