JP3986267B2

JP3986267B2 - 受光素子および受光装置

Info

Publication number: JP3986267B2
Application number: JP2001132174A
Authority: JP
Inventors: 晋西村
Original assignee: Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002329883A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光センサーに好適な受光素子およびそれを用いた受光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の受光装置は例えば特開平３−７２７３０公報に示されている。この公報によると、受光素子と回路素子が回路基板上に載置され、シールドケースに収納されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記受光装置を例えばテレビジョン受信機に内蔵した場合、所定の入力光信号が受信機のフライバックトランス等による電磁ノイズを拾い易い第１の欠点が有る。そのために、シールドケースにメッシュ構造体を設け、フィルタを設けているので、コスト高になり、装置が大型化する第２の欠点が有る。
【０００４】
この欠点を解消するために、本発明者は、受光素子の表面にメッシュ状の表面電極を設けた。しかし、表面電極と、受光素子の高濃度不純物層との間に設けられた絶縁層が存在するため、上記部品によりコンデンサが構成される。しかも上記絶縁層の厚さは小さいので、コンデンサの容量は大きい。そのため、受光できる到達距離が５〜６ｍと小さくなる第３の欠点が有る。
【０００５】
また、上記受光素子では、表面方向からの電磁ノイズを拾いにくくなるが、側面方向からの電磁ノイズを拾い易い第４の欠点が有る。そこで、本発明はこの様な従来の欠点を考慮して、電磁ノイズを拾いにくく、コストが安く、コンデンサ容量の少ない受光素子および受光装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明では、表面の周囲に傾斜面を有し、低濃度不純物を含む半導体基板と、前記半導体基板の表面側の略中央に位置する中央部分と、前記傾斜面に位置する周辺部分を有し、かつ第１導電型の高濃度不純物を含む第１層と、前記中央部分と前記周辺部分に挟まれて位置し、かつ第２導電型の高濃度不純物を含む第２層とを具備する。
【０００７】
請求項２の本発明では、前記第１層に於て、前記中央部分と前記周辺部分とを接続し、細片状の連絡部分を設けた。
【０００８】
請求項３の本発明では、前記第１層のシート抵抗が５０Ω／□以下であるものとする。
【０００９】
請求項４の本発明では、前記第２層の上方を覆い、前記第１層に接触する第１電極と、前記第２層の上方を覆い、前記第２層に接触する第２電極とを設けた。
【００１０】
請求項５の本発明では、請求項１から請求項４のいずれかに記載された受光素子と、グランド電位に接続されたフレームと、前記フレーム上に前記受光素子の底面を固着する絶縁性接着剤とを具備した。
【００１１】
請求項６の本発明では、前記受光素子を構成する前記第１層と前記フレームを同電位とする接続手段を設けた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１の製造工程図に従い、本発明の実施の形態に係る受光素子１の製造について説明する。最初に、ウエハ２を準備する（図１（ａ）参照）。ウエハ２は例えば、低濃度（例えば、４×１０¹³ｃｍ^-3以下）のＮ型不純物を含むシリコン基板であり、厚さは例えば４００μｍである。
【００１３】
次に、ウエハ２の表面全体に、二酸化珪素から成る絶縁層をスピンコートにて形成する。そして、フォトリソグラフィにより、上記絶縁層を所定の第１パターン３に形成する（図１（ｂ）参照）。
【００１４】
次に、ＩＲＥ又はウエットエッチングにより、深さが約２００μｍの傾斜部４を形成する（図１（ｃ）参照）。
【００１５】
そして、フォトリソグラフィにより、上記絶縁層を所定の第２パターン５に形成する（図１（ｄ）参照）。この時、絶縁層の残部６も形成される。
【００１６】
次に、例えば拡散法により、傾斜部４および第２パターン５の下に、各々、ボロン等が拡散されたＰ型不純物層７、８を形成する（図１（ｄ）参照）。Ｐ型不純物層７、８は例えば、不純物濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3であり、シート抵抗が２０Ω／□であり、深さが１〜２μｍである。
【００１７】
そして、例えば拡散法により、Ｐ型不純物層７、８の周辺に、燐等が拡散されたＮ型不純物層（図示せず）を形成する。上記Ｎ型不純物層は例えば、不純物濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3であり、深さが１〜２μｍである。
【００１８】
次に、このウエハ９の表面上に絶縁層（図示せず）を形成する。その後、フォトリソグラフィにより、上記絶縁層の一部を除去する。そして、蒸着法により、Ｐ型不純物層８とコンタクト（接触）する様に第１電極（図示せず）を形成し、Ｎ型不純物層とコンタクトする様に第２電極（図示せず）を形成する。更に、ウエハ９を分割して、受光素子１を得る。
【００１９】
次に、図１ないし図３に従い、この受光素子１を説明する。図２は受光素子１の平面図（主要部品は透視されている）、図３は図２のＡ１Ａ２Ａ３Ａ４に沿う断面図である。
【００２０】
これらの図に於て、半導体基板１０は、ウエハ９が素子に分割されたものである。半導体基板１０は、傾斜部４（図１（ｃ）参照）に従って、表面の周囲に、傾斜面１１が形成されている。
【００２１】
半導体基板１０は、低濃度（例えば４×１０¹³ｃｍ^-3 以下）のＮ型不純物を含むシリコン基板から成る。
【００２２】
周辺部分１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、Ｐ型不純物層７（図１（ｄ）参照）に相当する部分である。即ち、周辺部分１２ａ〜１２ｄは、半導体基板１０に形成された４つの傾斜面１１の内部に形成された（拡散された）Ｐ型不純物層である。
【００２３】
周辺部分１２ａ〜１２ｄは、例えば、ボロン等による不純物濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3であり、シート抵抗が２０Ω／□であり、深さが１〜２μｍである。
【００２４】
中央部分１３はＰ型不純物層８（図１（ｄ）参照）に相当する部分である。即ち、中央部分１３は、半導体基板１０の表面側の略中央の内部に形成された（拡散された）Ｐ型不純物層である。
【００２５】
連絡部分１４は、中央部分１３と周辺部分１２ａを接続する様に、細片状に設けられている（図２参照）。この様に、連絡部分１４は、半導体基板１０の表面の内部に形成されたＰ型不純物層である。
【００２６】
これらの周辺部分１２ａ〜１２ｄと、中央部分１３と、連絡部分１４とにより第１層１５が構成されている。即ち、第１層１５は第１導電型（例えばＰ型）の高濃度不純物（例えば、１×１０²⁰ｃｍ^-3のボロン）を含んでいる。第１層１５のシート抵抗は、望しくは５０Ω／□以下になる様に設けられている。
【００２７】
第２層１６は、Ｎ型不純物層（図１に従って上述した通り）に相当する部分である。第２層１６は、中央部分１３と周辺部分１２ａ〜１２ｄと連絡部分１４に離れて位置し、かつ中央部分１３と周辺部分１２ａ〜１２ｄに挟まれて位置している（図２参照）。
【００２８】
この様に、第２層１６は、半導体基板１０の表面の内部に、深さが１〜２μｍにて形成（拡散）されている。第２層１６は、第２導電型（例えばＮ型）の高濃度不純物（例えば１×１０¹⁹ｃｍ^-3の燐）を含んでいる。
【００２９】
絶縁層１７は例えば珪素から成り、第１層１５の表面と、第２層１６の表面と半導体基板１０の表面上に形成されている。絶縁層１７の適所には、孔１８、１９、２０が形成されている。
【００３０】
第１電極２１は例えば金から成り、第２層１６の上方を覆い、第１層１５に接触（コンタクト）する様に形成されている。即ち、第１電極２１は、第２層１６上に形成された絶縁層１７上に形成されている。第１電極２１は、絶縁層１７の孔１８、１９内に形成された部分を介して、各々、周辺部分１２ａと、中央部分１３に接触している。
【００３１】
この様に、第１電極２１は第２層１６の上方を覆う様に、略コ字状に形成されている（図２参照）。
【００３２】
第２電極２２は例えば金から成り、第２層１６の上方を覆い、第２層１６に接触する様に形成されている。即ち、第２電極２２は、絶縁層１７の孔２０に形成された部分を介して、第２層１６に接触している。この様にして、第２電極２２は第２層１６の上方を部分的に覆う様に、略長方形状に形成されている（図２参照）。上記部品により、この受光素子１が構成されている。
【００３３】
次に、図２ないし図４に従い、この受光素子１を用いた受光装置２３を説明する。図４は受光装置２３の断面図である。図４に於て、フレーム２４は例えば金属板等から成る。フレーム２４はグランド電位に接続されている。絶縁性接着剤２５は、フレーム２４上に受光素子１の底面を固着するものである。
【００３４】
接続手段２６は金属細線であり、受光素子１を構成する第１層１５に接触する第１電極２１（図４では図示せず）と、フレーム２４との間に配線されている。この様に、受光素子１の第１層１５とフレーム２４を同電位とする接続手段２６が設けられている。
【００３５】
集積回路素子２７は例えば、増幅器と検波回路と波形整形回路等から成るＩＣである。集積回路素子２７は、導電性接着剤２８を介して、フレーム２４上に固着されている。
【００３６】
金属細線２９は、受光素子１の第２層１６に接触する第２電極２２（図４では図示せず）と、集積回路素子２７の電極（図示せず）との間に配線されている。
【００３７】
樹脂３０は例えばエポキシ樹脂から成り、受光素子１と、集積回路素子２７とフレーム２４と、第２フレーム（図示せず）の周辺を覆う様に形成されている。樹脂３０は受光素子１の感度特性に合わせ、赤外光を透過するが、可視光を減衰させるフィルタ染料が混入してある。これらの部品により、受光装置２３が構成されている。
【００３８】
次に、従来の受光素子１におけるコンデンサ容量Ｃ１と、本発明の受光素子１におけるコンデンサ容量Ｃ２とを比較する。コンデンサ容量は極間距離に反比例するので、次式が成り立つ。Ｃ２／Ｃ１＝Ｄ１／Ｄ２…（１）式。
【００３９】
ただし、Ｄ１は従来の受光素子における極間距離、Ｄ２は受光素子１における極間距離である。Ｄ１は絶縁層の厚さに等しいので、例えば、Ｄ１＝１μｍである。Ｄ２は、第１層１５と第２層１６との離間距離であり（図３参照）、例えば、Ｄ２＝５００μｍである。これらの値を（１）式に代入すると、Ｃ２／Ｃ１＝１／５００となる。
【００４０】
即ち、本発明の受光素子１におけるコンデンサ容量は、従来の１／５００倍となる。その結果、受光できる到達距離が、従来に比べ、格段に長くなり、実用上差し支えない程度となる。
【００４１】
なお、上述の説明では、ＰＩＮホトダイオードを例にとったが、本発明はこれに限られるものでなく、一般のホトダイオードに適用できる。更に、上記実施例とは逆極性の受光素子についても適用できる。
【００４２】
次に、図４に従い、この受光装置３０の動作を説明する。光リモコンの発光装置（共に図示せず）から送られ、電気信号を変調して赤外光に重畳された入力光信号が樹脂３０を介して、受光素子１の表面に入射する。
【００４３】
この時、集積回路素子２７内のＡＢＬＣ（オートバイアスロジックレベルコントローラ）により、受光素子１に対し、一定の逆バイアス電圧は印加されている。上記入力光信号の強度に従う光信号出力が、金属細線２９を介して、集積回路素子２７に入る。
【００４４】
上記光信号出力は、集積回路素子２７内の増幅器と検波回路と波形整形回路等により、検波された電気信号となり、第２フレームから出力される。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１の本発明では、表面の周囲に傾斜面を有し、低濃度不純物を含む半導体基板と、半導体基板の表面側の略中央に位置する中央部分と、傾斜面に位置する周辺部分を有し、かつ第１導電型の高濃度不純物を含む第１層と、中央部分と周辺部分に挟まれて位置し、かつ第２導電型の高濃度不純物を含む第２層とを具備した構成とする。この様に、半導体基板の表面側の略中央および表面の周囲の傾斜面に、高濃度不純物を含む第１層を設ける事により、表面方向からの電磁ノイズおよび側面方向からの電磁ノイズを拾いにくくなる。また、第１層と第２層から成る極間距離は、横方向に延びる両層の離間距離、即ちＤ２に等しいので、従来の極間距離Ｄ１に比べ、格段に長くなる。その結果、本発明の受光素子に係るコンデンサ容量は、従来に比べ、格段に小さくなる。
【００４６】
請求項２の本発明では、第１層において、中央部分と周辺部分とを接続し、細片状の連絡部分を設けた構成とする。この様に、連絡部分により、中央部分と周辺部分とを接続するので、中央部分と周辺部分が同電位となり、電磁シールド面が増えるので、外部からの電磁ノイズを拾いにくくなる。
【００４７】
請求項３の本発明では、第１層のシート抵抗が５０Ω／□以下である構成とする。この様に、シート抵抗を５０Ω／□以下とする事により、第１層の導電性を高め、電磁シールド性を高める事ができる。
【００４８】
請求項４の本発明では、第２層の上方を覆い、第１層に接触する第１電極と、第２層の上方を覆い、第２層に接触する第２電極とを設けた構成とする。この様に、第１電極および第２電極により、電気的に高ゲインを持つ第２層を、外部の電磁ノイズから保護する事ができる。また、上記構成は、従来の様に、メッシュ構造でないので、入射光ロスが少なく、光信号出力は十分に大きい値となる。
【００４９】
請求項５の本発明では、上記受光素子と、グランド電位に接続されたフレームと、フレーム上に受光素子の底面を固着する絶縁性接着剤とを具備した構成とする。上述の様に、受光素子自身に電磁シールド性を持たせるているので、従来の様に、シールド対策としてのメッシュ構造体やフィルタを設ける必要が無い。故に、コストが安く、かつ装置を小型化できる。
【００５０】
請求項６の本発明では、受光素子を構成する第１層と、フレームを同電位とする接続手段を設けた構成とする。この様に、同電位である第１層とフレームにより、受光素子を挟むので、外部からの電磁ノイズに対し、電磁シールド性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る受光素子１の製造工程図である。
【図２】上記受光素子１の平面図である。
【図３】図２のＡ１Ａ２Ａ３Ａ４に沿う断面図である。
【図４】上記受光素子１を用いた受光装置２３の断面図である。
【符号の説明】
１０半導体基板
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ周辺部分
１３中央部分
１５第１層
１６第２層

Claims

表面の周囲に傾斜面を有し、低濃度不純物を含む半導体基板と、前記半導体基板の表面側の略中央に位置する中央部分と、前記傾斜面に位置する周辺部分を有し、かつ第１導電型の高濃度不純物を含む第１層と、前記中央部分と前記周辺部分に挟まれて位置し、かつ第２導電型の高濃度不純物を含む第２層とを具備した事を特徴とする受光素子。
前記第１層に於て、前記中央部分と前記周辺部分とを接続し細片状の連絡部分を設けた事を特徴とする請求項１の受光素子。
前記第１層のシート抵抗が５０Ω／□以下である事を特徴とする請求項１の受光素子。
前記第２層の上方を覆い、かつ前記第１層に接触する第１電極と、前記第２層の上方を覆い、前記第２層に接触する第２電極とを設けた事を特徴とする請求項１の受光素子。
請求項１から請求項４のいずれかに記載された受光素子と、グランド電位に接続されたフレームと、前記フレーム上に前記受光素子の底面を固着する絶縁性接着剤とを具備した事を特徴とする受光装置。
前記受光素子を構成する前記第１層と前記フレームを同電位とする接続手段を設けた事を特徴とする請求項５の受光装置。