JP6988103B2 - Manufacturing method of semiconductor devices, semiconductor devices - Google Patents

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本発明は、例えば光通信などに用いられる半導体装置の製造方法と、その製造方法で製造された半導体装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device used for, for example, optical communication, and a semiconductor device manufactured by the manufacturing method.

特許文献1には、アノード電極とカソード電極を同一面上に有するプレーナ型のフォトダイオードが開示されている。このフォトダイオードは、裏面入射型として用いることができ、実装が容易であり、素子容量低減による高速化が可能である。このようなフォトダイオードの検出回路として、TIA(トランスインピーダンスアンプ)が用いられる。TIAにコンデンサおよび抵抗を組み合わせて電子回路が形成される。電子回路には通常、フォトダイオードとは別部品である外付けのコンデンサと抵抗が用いられる。しかし、装置の小型化のために、集積回路で実施されているようにMIM(Metal-Insulator-Metal)構造を使用したキャパシタをフォトダイオードに混載したり、半導体部にpn接合を形成したキャパシタをフォトダイオードに混載したりすることが知られている。 Patent Document 1 discloses a planar type photodiode having an anode electrode and a cathode electrode on the same surface. This photodiode can be used as a backside incident type, is easy to mount, and can be speeded up by reducing the element capacity. A TIA (transimpedance amplifier) is used as a detection circuit for such a photodiode. An electronic circuit is formed by combining a TIA with a capacitor and a resistor. External capacitors and resistors, which are separate components from photodiodes, are usually used in electronic circuits. However, in order to reduce the size of the device, a capacitor using a MIM (Metal-Insulator-Metal) structure may be mixed with a photodiode as implemented in an integrated circuit, or a capacitor having a pn junction formed in a semiconductor portion may be used. It is known that it is mixed with a photodiode.

特許文献2には、光検出部の受光層と、その受光層に光を導波させる導波路が同一基板に形成されている半導体受光装置が開示されている。特許文献2には、半導体部に、光検出部とバイパスコンデンサを形成した受光装置をエピタキシャル法で形成することも開示されている。pinダイオードをバイパスコンデンサとして用いる。 Patent Document 2 discloses a semiconductor light receiving device in which a light receiving layer of a photodetector and a waveguide for guiding light to the light receiving layer are formed on the same substrate. Patent Document 2 also discloses that a light receiving device in which a photodetector and a bypass capacitor are formed in a semiconductor portion is formed by an epitaxial method. A pin diode is used as a bypass capacitor.

特開2016−25095号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-25095 特開2001−127333号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-127333

受光素子を単独で使用することは稀であり、受光素子に外付けのキャパシタを接続して使用することが多い。そのため、特許文献1に開示の受光素子は、多くの場合、外付けキャパシタとともにパッケージに実装される。部品点数を削減するためには、受光素子とキャパシタを同一基板に混載することが好ましい。 It is rare to use the light receiving element alone, and it is often used by connecting an external capacitor to the light receiving element. Therefore, the light receiving element disclosed in Patent Document 1 is often mounted in a package together with an external capacitor. In order to reduce the number of parts, it is preferable to mount the light receiving element and the capacitor on the same substrate.

集積回路などで用いられるMIM構造のキャパシタは一般的な技術であり形成しやすいが、使用できる絶縁膜材料が限定される。そのため、MIM構造によって大容量のキャパシタを提供することは難しい。キャパシタを大容量にするためにはキャパシタの面積を大きくする必要があるため、組立スペースの確保が困難になる。また、特許文献2では、受光素子に隣接するpn接合をエピタキシャル成長で形成するので工程が複雑になり工期とコストが増大する。 MIM-structured capacitors used in integrated circuits and the like are a general technique and easy to form, but the insulating film material that can be used is limited. Therefore, it is difficult to provide a large-capacity capacitor by the MIM structure. Since it is necessary to increase the area of the capacitor in order to increase the capacity of the capacitor, it becomes difficult to secure the assembly space. Further, in Patent Document 2, since the pn junction adjacent to the light receiving element is formed by epitaxial growth, the process becomes complicated and the construction period and cost increase.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、弊害を回避しつつ受光素子とキャパシタを同一基板に混載できる半導体装置の製造方法と半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of mounting a light receiving element and a capacitor on the same substrate while avoiding adverse effects. ..

本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の上にn型の光吸収層を形成する工程と、該光吸収層の上に窓層を形成する工程と、該窓層の中に固相拡散又は気相拡散により該光吸収層に接するp型の第1拡散層を形成する工程と、該窓層の中に固相拡散又は気相拡散により該光吸収層に接するp型の第2拡散層を形成する工程と、該基板の上面側にアイソレーション溝を形成する工程と、該第1拡散層に電気的に接続されるアノード電極と、該基板に電気的に接続されるカソード電極を形成することで該第1拡散層と該光吸収層によるpn接合を有する受光素子部を形成し、該第2拡散層に電気的に接続される第1電極と、該基板に電気的に接続される第2電極を形成することで該第2拡散層と該光吸収層によるpn接合を有するキャパシタ部を形成する工程と、前記アイソレーション溝として、前記第2拡散層の周りに前記窓層と前記光吸収層を貫通して前記基板を露出させる貫通溝を形成する工程と、を備え、該アイソレーション溝によって該受光素子部と該キャパシタ部が電気的にアイソレートされたことを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an n-type light absorbing layer on a substrate, a step of forming a window layer on the light absorbing layer, and a solid inside the window layer. A step of forming a p-type first diffusion layer in contact with the light absorption layer by phase diffusion or gas phase diffusion, and a p-type first diffusion layer in contact with the light absorption layer by solid phase diffusion or gas phase diffusion in the window layer. 2 A step of forming a diffusion layer, a step of forming an isolation groove on the upper surface side of the substrate, an anode electrode electrically connected to the first diffusion layer, and a cathode electrically connected to the substrate. By forming an electrode, a light receiving element portion having a pn junction between the first diffusion layer and the light absorption layer is formed, and the first electrode electrically connected to the second diffusion layer and the substrate are electrically connected. A step of forming a capacitor portion having a pn junction between the second diffusion layer and the light absorption layer by forming a second electrode connected to the above, and as the isolation groove, the said around the second diffusion layer. A step of forming a through groove that penetrates the window layer and the light absorption layer to expose the substrate is provided, and the light receiving element portion and the capacitor portion are electrically isolated by the isolation groove. It is a feature.

本願の発明に係る半導体装置は、基板と、該基板に形成された受光素子部と、該基板の該受光素子部の隣に形成されたキャパシタ部と、を備え、該受光素子部は、p型の第1拡散層とn型の光吸収層が接するpn接合を有し、該キャパシタ部は、p型の第2拡散層とn型の光吸収層が接するpn接合を有し、該第1拡散層と該第2拡散層の厚みが異なり、該基板の上面側に該受光素子部と該キャパシタ部を電気的にアイソレートするアイソレーション溝を備え、前記アイソレーション溝として、前記第2拡散層の周りに前記光吸収層を貫通して前記基板を露出させる貫通溝が形成されていることを特徴とする。
The semiconductor device according to the present invention includes a substrate, a light receiving element portion formed on the substrate, and a capacitor portion formed next to the light receiving element portion of the substrate, and the light receiving element portion is p. The capacitor portion has a pn junction in which the first diffusion layer of the type and the light absorption layer of the n type are in contact with each other, and the capacitor portion has a pn junction in which the second diffusion layer of the p type and the light absorption layer of the n type are in contact with each other. The thickness of the first diffusion layer and the second diffusion layer are different, and an isolation groove for electrically isolating the light receiving element portion and the capacitor portion is provided on the upper surface side of the substrate, and the second diffusion groove is used as the isolation groove. A through groove is formed around the diffusion layer so as to penetrate the light absorbing layer and expose the substrate .

本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。 Other features of the invention will be clarified below.

本発明によれば、キャパシタ部のpn接合を提供するp型層を拡散法で形成するので弊害を回避しつつ受光素子とキャパシタを同一基板に混載できる。 According to the present invention, since the p-type layer that provides the pn junction of the capacitor portion is formed by the diffusion method, the light receiving element and the capacitor can be mixedly mounted on the same substrate while avoiding adverse effects.

実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1. FIG. 図1の半導体装置の底面図である。It is a bottom view of the semiconductor device of FIG. 図1の半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device of FIG. CANパッケージの平面図である。It is a top view of the CAN package. 図4のCANパッケージの回路図である。It is a circuit diagram of the CAN package of FIG. 光吸収層と窓層を示す図である。It is a figure which shows the light absorption layer and the window layer. 第1拡散層の形成方法を示す図である。It is a figure which shows the formation method of the 1st diffusion layer. 第2拡散層の形成方法を示す図である。It is a figure which shows the formation method of the 2nd diffusion layer. アイソレーション溝とカソード溝と絶縁膜を示す図である。It is a figure which shows the isolation groove, the cathode groove, and the insulating film. 電極を示す図である。It is a figure which shows the electrode. 電極とメタルマスクと低反射膜を示す図である。It is a figure which shows an electrode, a metal mask, and a low reflection film. 実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2. FIG. 図12の半導体装置の底面図である。It is a bottom view of the semiconductor device of FIG. 図12の半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device of FIG. CANパッケージの平面図である。It is a top view of the CAN package. 図15のCANパッケージの回路図である。It is a circuit diagram of the CAN package of FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on Embodiment 3. FIG. 図17の半導体装置の底面図である。It is a bottom view of the semiconductor device of FIG. 実施の形態4に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on Embodiment 4. FIG. 図19の半導体装置の底面図である。It is a bottom view of the semiconductor device of FIG. CANパッケージの平面図である。It is a top view of the CAN package. 実施の形態5に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on Embodiment 5. FIG. 図22の半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device of FIG. 図22の半導体装置の底面図である。It is a bottom view of the semiconductor device of FIG. CANパッケージの平面図である。It is a top view of the CAN package.

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法と半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。 The method for manufacturing a semiconductor device and the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components may be designated by the same reference numerals and the description may be omitted.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る半導体装置10の断面図である。半導体装置10は受光素子部10Aとキャパシタ部10Bを備えている。破線の左側が受光素子部10Aであり破線の右側がキャパシタ部10Bである。受光素子部10Aはアバランシェフォトダイオード(APD)である。キャパシタ部10Bは逆バイアスされたpn接合に生じる空乏層を電気容量として使用するタイプのキャパシタである。図1の半導体装置10の上面を「裏面」と称し、下面を「表面」と称する。受光素子部10Aは裏面側から光が入射する裏面入射型の受光素子部である。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device 10 according to the first embodiment. The semiconductor device 10 includes a light receiving element unit 10A and a capacitor unit 10B. The left side of the broken line is the light receiving element portion 10A, and the right side of the broken line is the capacitor portion 10B. The light receiving element unit 10A is an avalanche photodiode (APD). The capacitor portion 10B is a type of capacitor that uses the depletion layer generated in the reverse-biased pn junction as the electric capacity. The upper surface of the semiconductor device 10 in FIG. 1 is referred to as a “back surface”, and the lower surface is referred to as a “front surface”. The light receiving element unit 10A is a back surface incident type light receiving element unit in which light is incident from the back surface side.

半導体装置10は基板11を備えている。基板11は例えばn型InP基板である。基板11はn型又は絶縁型のInPとすることが好ましい。基板11の下には光吸収層12が形成されている。光吸収層12は例えばn型のInGaAsで形成されている。光吸収層12の下には窓層14が形成されている。窓層14は例えばn型のInPで形成されている。窓層14には、第1拡散層16Aと第2拡散層16Bが形成されている。第1拡散層16Aと第2拡散層16Bは、窓層14にp型のドーパントを熱拡散させて形成したp型の領域である。第1拡散層16Aと第2拡散層16BはP型のInP層である。 The semiconductor device 10 includes a substrate 11. The substrate 11 is, for example, an n-type InP substrate. The substrate 11 is preferably an n-type or an insulating type InP. A light absorption layer 12 is formed under the substrate 11. The light absorption layer 12 is formed of, for example, n-type InGaAs. A window layer 14 is formed below the light absorption layer 12. The window layer 14 is formed of, for example, an n-type InP. A first diffusion layer 16A and a second diffusion layer 16B are formed on the window layer 14. The first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B are p-type regions formed by thermally diffusing a p-type dopant in the window layer 14. The first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B are P-type InP layers.

第1拡散層16Aと第2拡散層16Bはどちらも、光吸収層12と窓層14に接している。第1拡散層16Aと第2拡散層16Bの厚みは異なっている。第1拡散層16Aの厚みは窓層14の厚みと同じである。第2拡散層16Bは窓層14よりも厚く形成されている。第2拡散層16Bは、窓層14だけでなく光吸収層12にもp型のドーパントを熱拡散させて形成されている。 Both the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B are in contact with the light absorption layer 12 and the window layer 14. The thicknesses of the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B are different. The thickness of the first diffusion layer 16A is the same as the thickness of the window layer 14. The second diffusion layer 16B is formed thicker than the window layer 14. The second diffusion layer 16B is formed by thermally diffusing a p-type dopant not only in the window layer 14 but also in the light absorption layer 12.

半導体装置10の表面にはアイソレーション溝I1、I2、及びカソード溝C1が形成されている。半導体装置10の表面には絶縁膜30が形成されている。絶縁膜30はアイソレーション溝I1、I2とカソード溝C1の内壁にも形成されている。絶縁膜30は例えばSiN、SiO又はSiONなどで形成されている。 Isolation grooves I1, I2, and a cathode groove C1 are formed on the surface of the semiconductor device 10. An insulating film 30 is formed on the surface of the semiconductor device 10. The insulating film 30 is also formed on the inner walls of the isolation grooves I1 and I2 and the cathode groove C1. The insulating film 30 is made of, for example, SiN, SiO 2 or SiON.

第1拡散層16Aに接するようにアノード電極18が形成されている。第2拡散層16Bに接するように第1電極20が形成されている。カソード溝C1に形成された絶縁膜30に沿ってカソード電極22が形成されている。カソード電極22は、絶縁膜30の開口に形成されることで基板11に接続されている。アノード電極18、第1電極20およびカソード電極22は絶縁膜30から露出する。アノード電極18、第1電極20およびカソード電極22は、例えばTiとAuなどを用いた積層構造で形成される。そのような積層構造には、Ti/Au、Ti/Pt/Au、Pt/Ti/Pt/Auが含まれる。なお、/は積層を意味し、左端の材料が半導体または絶縁膜に接する。 The anode electrode 18 is formed so as to be in contact with the first diffusion layer 16A. The first electrode 20 is formed so as to be in contact with the second diffusion layer 16B. The cathode electrode 22 is formed along the insulating film 30 formed in the cathode groove C1. The cathode electrode 22 is connected to the substrate 11 by being formed in the opening of the insulating film 30. The anode electrode 18, the first electrode 20, and the cathode electrode 22 are exposed from the insulating film 30. The anode electrode 18, the first electrode 20, and the cathode electrode 22 are formed in a laminated structure using, for example, Ti and Au. Such laminated structures include Ti / Au, Ti / Pt / Au, Pt / Ti / Pt / Au. Note that / means lamination, and the material at the left end is in contact with the semiconductor or the insulating film.

半導体装置10の裏面にはメタルマスク40と第2電極42が形成されている。メタルマスク40は受光素子部10Aの裏面にアノード電極18の直上部を開口する形状を有する。そのため、メタルマスク40はアノード電極18の直上には形成されていない。メタルマスク40は例えばTiとAuなどを用いた積層構造で形成される。そのような積層構造には、AuGe/Ni/Ti/Pt/Au、AuZn/Ti/Pt/Auが含まれる。メタルマスク40は主として遮光のために設けられる。第2電極42は、第1電極20の直上に設けられている。第2電極42は、例えば第1電極20と同じ材料又はAuGe/Ni/Ti/Pt/Auなどで形成される。 A metal mask 40 and a second electrode 42 are formed on the back surface of the semiconductor device 10. The metal mask 40 has a shape that opens immediately above the anode electrode 18 on the back surface of the light receiving element portion 10A. Therefore, the metal mask 40 is not formed directly above the anode electrode 18. The metal mask 40 is formed of a laminated structure using, for example, Ti and Au. Such laminated structures include AuGe / Ni / Ti / Pt / Au, AuZn / Ti / Pt / Au. The metal mask 40 is provided mainly for shading. The second electrode 42 is provided directly above the first electrode 20. The second electrode 42 is formed of, for example, the same material as the first electrode 20, AuGe / Ni / Ti / Pt / Au, or the like.

半導体装置10の裏面には低反射膜44が形成されている。低反射膜44は反射防止膜として機能する。低反射膜44は前述のメタルマスク40と第2電極42を露出させつつ半導体装置10の裏面に形成されるものである。低反射膜44は、例えばSiとSiOの積層構造である。そのような積層構造には、Si/SiO、Si/SiO/Si/SiOが含まれる。 A low reflection film 44 is formed on the back surface of the semiconductor device 10. The low reflection film 44 functions as an antireflection film. The low-reflection film 44 is formed on the back surface of the semiconductor device 10 while exposing the above-mentioned metal mask 40 and the second electrode 42. The low-reflection film 44 has, for example, a laminated structure of Si and SiO 2. Such laminated structures include Si / SiO 2 and Si / SiO 2 / Si / SiO 2 .

図2は、図1の半導体装置10の底面図である。アイソレーション溝I1はアノード電極18を囲むように環状に形成されている。カソード電極22は底面視で四角形である。受光素子部10Aはアノード電極18とカソード電極22を同一面上に有するプレーナ構造を有している。アノード電極18とカソード電極22は基板11の表面側に形成されている。図2のA−A’線における断面図が図1の受光素子部10Aである。アイソレーション溝I2は第1電極20を囲むように環状に形成されている。図2のB−B’線における断面図が図1のキャパシタ部10Bである。 FIG. 2 is a bottom view of the semiconductor device 10 of FIG. The isolation groove I1 is formed in an annular shape so as to surround the anode electrode 18. The cathode electrode 22 is a quadrangle when viewed from the bottom. The light receiving element portion 10A has a planar structure having the anode electrode 18 and the cathode electrode 22 on the same surface. The anode electrode 18 and the cathode electrode 22 are formed on the surface side of the substrate 11. The cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 2 is the light receiving element portion 10A of FIG. The isolation groove I2 is formed in an annular shape so as to surround the first electrode 20. The cross-sectional view taken along the line BB'of FIG. 2 is the capacitor portion 10B of FIG.

図3は、図1の半導体装置10の平面図である。メタルマスク40は、受光素子部10Aの裏面の大部分に形成されるが、一部に円形の開口を有している。この開口部分に外部から光信号が入射する。第2電極42はキャパシタ部10Bの概ね中央に形成されている。 FIG. 3 is a plan view of the semiconductor device 10 of FIG. The metal mask 40 is formed on most of the back surface of the light receiving element portion 10A, but has a circular opening in a part thereof. An optical signal is incident on this opening from the outside. The second electrode 42 is formed substantially in the center of the capacitor portion 10B.

図1の説明に戻る。図1における矢印は受光素子部10Aに入射する光を示す。低反射膜44は入射光の反射を抑え、メタルマスク40はアノード電極18の直上以外から入射する光を遮断する。受光素子部10Aにおけるp型の第1拡散層16Aと、n型の光吸収層12又は窓層14とが接するpn接合に光が達すると電子と正孔が発生する。それぞれのキャリアがアノード電極18とカソード電極22に流れることによって受光素子部10Aに電流が流れる。 Returning to the description of FIG. The arrow in FIG. 1 indicates the light incident on the light receiving element portion 10A. The low-reflection film 44 suppresses the reflection of incident light, and the metal mask 40 blocks incident light from other than directly above the anode electrode 18. When light reaches the pn junction where the p-type first diffusion layer 16A and the n-type light absorption layer 12 or the window layer 14 in the light receiving element portion 10A are in contact with each other, electrons and holes are generated. As each carrier flows through the anode electrode 18 and the cathode electrode 22, a current flows through the light receiving element portion 10A.

キャパシタ部10Bでは、p型の第2拡散層16Bが、n型の光吸収層12と窓層14に接することでpn接合が提供されている。第1電極20と第2電極42に電圧を印加してこのpn接合を逆バイアスすると当該pn接合界面に空乏層が発生する。この空乏層により電気容量を提供することができる。キャパシタ部10Bは受光素子部10Aに対して電気的にアイソレートしているため、キャパシタ部10Bを通常のキャパシタとして使用することができる。そのため、従来フォトダイオードの横に設けていた外付けのコンデンサを不要とすることができる。 In the capacitor portion 10B, the p-type second diffusion layer 16B is in contact with the n-type light absorption layer 12 and the window layer 14 to provide a pn junction. When a voltage is applied to the first electrode 20 and the second electrode 42 to reverse bias the pn junction, a depletion layer is generated at the pn junction interface. This depletion layer can provide electrical capacity. Since the capacitor portion 10B is electrically isolated from the light receiving element portion 10A, the capacitor portion 10B can be used as a normal capacitor. Therefore, it is possible to eliminate the need for an external capacitor that is conventionally provided next to the photodiode.

図4は、半導体装置10が実装されたCANパッケージ50の平面図である。CANパッケージ50にはサブマウント52、TIA(トランスインピーダンスアンプ)54及びコンデンサ56がはんだで固定されている。半導体装置10は受光領域がある裏面を上にしてサブマウント52に固定されている。これにより、半導体装置10を裏面入射型の受光素子として用いることができるようにした。サブマウント52には配線パターン52aが形成されている。配線パターン52aは、主として半導体装置10の表面側の電極との電気的接続に用いられている。CANパッケージ50には5つのリード線58が固定されている。1本のリード線は、TIA54の裏側にある。ワイヤ60によって各デバイスとリード線58を接続する。例えば、コンデンサ56のボンディングパッドと電源用のリード線58がワイヤ60で接続され、TIA54の信号出力部とリード線58がワイヤ60で接続される。 FIG. 4 is a plan view of the CAN package 50 on which the semiconductor device 10 is mounted. A submount 52, a TIA (transimpedance amplifier) 54, and a capacitor 56 are fixed to the CAN package 50 by soldering. The semiconductor device 10 is fixed to the submount 52 with the back surface having the light receiving region facing up. This made it possible to use the semiconductor device 10 as a backside incident type light receiving element. A wiring pattern 52a is formed on the submount 52. The wiring pattern 52a is mainly used for electrical connection with an electrode on the surface side of the semiconductor device 10. Five lead wires 58 are fixed to the CAN package 50. One lead wire is on the back side of the TIA 54. The wire 60 connects each device to the lead wire 58. For example, the bonding pad of the capacitor 56 and the lead wire 58 for the power supply are connected by the wire 60, and the signal output unit of the TIA 54 and the lead wire 58 are connected by the wire 60.

図5は、図4のCANパッケージ50の回路図である。半導体装置10のキャパシタ部10BはTIA54のバイパスコンデンサとして用いられる。キャパシタ部10BをTIA54のバイパスコンデンサとして使用することで、TIA54に対する電源ノイズをカットすることができる。外付けのコンデンサであるコンデンサ56は、受光素子部10Aのバイパスコンデンサとした。 FIG. 5 is a circuit diagram of the CAN package 50 of FIG. The capacitor portion 10B of the semiconductor device 10 is used as a bypass capacitor of the TIA 54. By using the capacitor unit 10B as a bypass capacitor for the TIA 54, power supply noise for the TIA 54 can be cut. The capacitor 56, which is an external capacitor, is a bypass capacitor of the light receiving element portion 10A.

図6−11を参照して、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、光吸収層12と窓層14を形成する。図6は、基板11の上に光吸収層12を形成し、光吸収層12の上に窓層14を形成したことを示す図である。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6-11. First, the light absorption layer 12 and the window layer 14 are formed. FIG. 6 is a diagram showing that the light absorption layer 12 is formed on the substrate 11 and the window layer 14 is formed on the light absorption layer 12.

次いで、第1拡散層16Aを形成する。図7は、第1拡散層16Aの形成方法を示す図である。写真製版技術、エッチング技術、及び蒸着又はスパッタなどの薄膜形成技術を用いて、拡散元となるZnO膜16aを窓層14の上に成膜する。そして、基板11とZnO膜16aに熱処理を施してZnを拡散させる。これにより、窓層14の中に光吸収層12に接するp型の第1拡散層16Aを形成する。なお、第1拡散層16Aは固相拡散又は気相拡散により形成することができる。 Next, the first diffusion layer 16A is formed. FIG. 7 is a diagram showing a method of forming the first diffusion layer 16A. A ZnO film 16a as a diffusion source is formed on the window layer 14 by using a photoplate making technique, an etching technique, and a thin film forming technique such as thin film deposition or sputtering. Then, the substrate 11 and the ZnO film 16a are heat-treated to diffuse Zn. As a result, the p-type first diffusion layer 16A in contact with the light absorption layer 12 is formed in the window layer 14. The first diffusion layer 16A can be formed by solid phase diffusion or gas phase diffusion.

次いで、第2拡散層16Bを形成する。図8は、第2拡散層16Bの形成方法を示す図である。第2拡散層16Bは、第1拡散層16Aと同じ方法で形成する。すなわち、エッチング技術、及び蒸着又はスパッタなどの薄膜形成技術を用いて、拡散元となるZnO膜16bを窓層14の上に成膜する。そして、基板11とZnO膜16bに熱処理を施してZnを拡散させる。これにより、窓層14の中に光吸収層12に接するp型の第2拡散層16Bを形成する。第2拡散層16Bは固相拡散又は気相拡散により形成することができる。 Next, the second diffusion layer 16B is formed. FIG. 8 is a diagram showing a method of forming the second diffusion layer 16B. The second diffusion layer 16B is formed in the same manner as the first diffusion layer 16A. That is, a ZnO film 16b as a diffusion source is formed on the window layer 14 by using an etching technique and a thin film forming technique such as thin film deposition or sputtering. Then, the substrate 11 and the ZnO film 16b are heat-treated to diffuse Zn. As a result, the p-type second diffusion layer 16B in contact with the light absorption layer 12 is formed in the window layer 14. The second diffusion layer 16B can be formed by solid phase diffusion or vapor phase diffusion.

ZnO膜以外のドープした酸化膜又は多結晶シリコンを窓層14に形成して熱処理することで、固相拡散により第1拡散層16Aと第2拡散層16Bを形成してもよい。気相拡散で第1拡散層16Aと第2拡散層16Bを形成する場合、不純物を含んだ気体などを用いて窓層14に不純物を高濃度に含んだ層を形成した後、基板11を高温で長時間加熱して不純物を所望の深さまで導入する。 The first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B may be formed by solid phase diffusion by forming a doped oxide film or polycrystalline silicon other than the ZnO film on the window layer 14 and heat-treating the window layer 14. When the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B are formed by vapor phase diffusion, a layer containing impurities at a high concentration is formed in the window layer 14 using a gas containing impurities, and then the substrate 11 is heated to a high temperature. Heat for a long time to introduce impurities to the desired depth.

どの程度の深さまで第2拡散層16Bを形成するかによってキャパシタ部10Bの電気容量を任意の値にすることができる。つまり、第2拡散層16Bの厚みはキャパシタ部10Bの電気容量を決める。第2拡散層16Bを厚くすればC=εS/dのdを小さくすることができるので、電気容量を大きくすることができる。例えば、1.7μmのdを0.1μmとした場合は39pFの電気容量を提供することができる。第2拡散層16Bの厚さは、熱拡散の温度および時間などの条件を調整することで制御できる。第2拡散層16Bの厚さを窓層14の厚さと一致させてもよいし、第2拡散層16Bの厚さを窓層14の厚みより大きくしてもよい。 The electric capacity of the capacitor portion 10B can be set to an arbitrary value depending on the depth to which the second diffusion layer 16B is formed. That is, the thickness of the second diffusion layer 16B determines the electric capacity of the capacitor portion 10B. If the second diffusion layer 16B is made thicker, d of C = εS / d can be made smaller, so that the electric capacity can be made larger. For example, when d of 1.7 μm is 0.1 μm, an electric capacity of 39 pF can be provided. The thickness of the second diffusion layer 16B can be controlled by adjusting conditions such as the temperature and time of thermal diffusion. The thickness of the second diffusion layer 16B may be matched with the thickness of the window layer 14, or the thickness of the second diffusion layer 16B may be larger than the thickness of the window layer 14.

次いで、溝と絶縁膜を形成する。図9は、アイソレーション溝I1、I2とカソード溝C1と絶縁膜30を示す図である。写真製版技術とエッチング技術を用いて、アイソレーション溝I1、I2とカソード溝C1を形成する。次いで、ウエハ表面全面に絶縁膜30を形成する。アイソレーション溝I1、I2とカソード溝C1は光吸収層12を複数の領域に分けてそれらをアイソレートする目的で設ける。アイソレーション溝I2は、第2拡散層16Bの周りに窓層14と光吸収層12を貫通して基板11を露出させる貫通溝である。基板11と光吸収層12の間に他のエピ層を形成してもよい。 Next, a groove and an insulating film are formed. FIG. 9 is a diagram showing isolation grooves I1 and I2, a cathode groove C1, and an insulating film 30. Isolation grooves I1 and I2 and a cathode groove C1 are formed by using a photoengraving technique and an etching technique. Next, the insulating film 30 is formed on the entire surface of the wafer. The isolation grooves I1 and I2 and the cathode groove C1 are provided for the purpose of dividing the light absorption layer 12 into a plurality of regions and isolating them. The isolation groove I2 is a through groove that penetrates the window layer 14 and the light absorption layer 12 around the second diffusion layer 16B to expose the substrate 11. Another epi layer may be formed between the substrate 11 and the light absorption layer 12.

次いで、基板の表面側に電極を形成する。図10は、アノード電極18、第1電極20及びカソード電極22を形成したことを示す図である。写真製版技術、エッチング技術、および薄膜形成技術を用いて、アノード電極18、第1電極20及びカソード電極22を基板11の表面側に形成する。カソード電極22は、窓層14と光吸収層12を貫通するカソード溝C1を形成することで露出した基板11に接触するように形成する。なお、第1拡散層16Aとアノード電極18の間と、第2拡散層16Bと第1電極20の間に、コンタクト抵抗を下げるための半導体層を設けてもよい。 Next, an electrode is formed on the surface side of the substrate. FIG. 10 is a diagram showing that the anode electrode 18, the first electrode 20, and the cathode electrode 22 are formed. The anode electrode 18, the first electrode 20, and the cathode electrode 22 are formed on the surface side of the substrate 11 by using a photoplate making technique, an etching technique, and a thin film forming technique. The cathode electrode 22 is formed so as to come into contact with the exposed substrate 11 by forming a cathode groove C1 penetrating the window layer 14 and the light absorption layer 12. A semiconductor layer for lowering the contact resistance may be provided between the first diffusion layer 16A and the anode electrode 18 and between the second diffusion layer 16B and the first electrode 20.

次いで、基板11の裏面側に電極、メタルマスク、低反射膜を形成する。図11は、基板11の裏面側に第2電極42とメタルマスク40と低反射膜44を形成したことを示す図である。まず、基板11の裏面側全面に低反射膜44を形成する。そして、写真製版技術、エッチング技術、および薄膜形成技術を用いて、第2電極42とメタルマスク40を形成する。低反射膜44は、目的とする波長と反射率に応じて材料、層厚又は層数を変えてもよい。こうして、受光素子部10Aとキャパシタ部10Bを有する半導体装置10が完成する。 Next, an electrode, a metal mask, and a low-reflection film are formed on the back surface side of the substrate 11. FIG. 11 is a diagram showing that the second electrode 42, the metal mask 40, and the low reflection film 44 are formed on the back surface side of the substrate 11. First, the low-reflection film 44 is formed on the entire back surface side of the substrate 11. Then, the second electrode 42 and the metal mask 40 are formed by using the photoplate making technique, the etching technique, and the thin film forming technique. The material, layer thickness or number of layers of the low-reflection film 44 may be changed according to the target wavelength and reflectance. In this way, the semiconductor device 10 having the light receiving element portion 10A and the capacitor portion 10B is completed.

第1拡散層16Aに電気的に接続されるアノード電極18と、基板11に電気的に接続されるカソード電極22を形成することで第1拡散層16Aと光吸収層12によるpn接合を有する受光素子部10Aが形成される。第2拡散層16Bに電気的に接続される第1電極20と、基板11に電気的に接続される第2電極42を形成することで第2拡散層16Bと光吸収層12によるpn接合を有するキャパシタ部10Bが形成される。 By forming an anode electrode 18 electrically connected to the first diffusion layer 16A and a cathode electrode 22 electrically connected to the substrate 11, light receiving light having a pn junction between the first diffusion layer 16A and the light absorption layer 12. The element portion 10A is formed. By forming the first electrode 20 electrically connected to the second diffusion layer 16B and the second electrode 42 electrically connected to the substrate 11, the second diffusion layer 16B and the light absorption layer 12 form a pn junction. The capacitor portion 10B to have is formed.

第1拡散層16Aと第2拡散層16Bを形成する前に、アイソレーション溝I1、I2とカソード溝C1を形成してもよい。しかしこの場合、第1拡散層16Aと第2拡散層16Bの拡散元の膜が溝の影響で凹凸を持つことになる。そのため、半導体面と拡散元の膜が密着しない箇所が発生し、p型領域フロントが均一にならないことがある。つまり、第1拡散層16Aと第2拡散層16Bの不純物プロファイルが狙いどおりにならないことがある。よって、第1拡散層16Aと第2拡散層16Bの寸法に注意が必要である。 Isolation grooves I1 and I2 and a cathode groove C1 may be formed before forming the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B. However, in this case, the diffusion source films of the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B have irregularities due to the influence of the grooves. Therefore, there may be a place where the semiconductor surface and the diffusion source film do not adhere to each other, and the p-type region front may not be uniform. That is, the impurity profiles of the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B may not be as intended. Therefore, it is necessary to pay attention to the dimensions of the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置10は、基板11に、受光素子部10Aと、受光素子部10Aの隣に設けられたキャパシタ部10Bとが形成されたものである。本発明の実施の形態1では、第1拡散層16Aと第2拡散層16Bを別々の工程で形成するので、第1拡散層16Aと第2拡散層16Bの厚みを自在に調整できる。すなわち、窓層14の表面からの深さが異なる第1拡散層16Aと第2拡散層16Bを提供することができる。特に、第2拡散層16Bを拡散で形成することで、その厚みを自在に調整し、必要な電気容量値を得ることができる。図1には第2拡散層16Bが第1拡散層16Aより厚く形成されることが示されているが、第2拡散層16Bの厚さを第1拡散層16Aの厚さと一致させてもよいし、第2拡散層16Bを第1拡散層16Aより薄くしてもよい。 In the semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention, a light receiving element portion 10A and a capacitor portion 10B provided next to the light receiving element portion 10A are formed on the substrate 11. In the first embodiment of the present invention, since the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B are formed in separate steps, the thicknesses of the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B can be freely adjusted. That is, it is possible to provide the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B having different depths from the surface of the window layer 14. In particular, by forming the second diffusion layer 16B by diffusion, the thickness thereof can be freely adjusted and a required electric capacity value can be obtained. Although it is shown in FIG. 1 that the second diffusion layer 16B is formed thicker than the first diffusion layer 16A, the thickness of the second diffusion layer 16B may be matched with the thickness of the first diffusion layer 16A. Then, the second diffusion layer 16B may be made thinner than the first diffusion layer 16A.

また、本発明の実施の形態1では、第1拡散層16Aと第2拡散層16Bを、エピタキシャル成長ではなく拡散法で形成する。よって、エピキシャル成長する場合と比べて簡単かつ低コストで半導体装置10を製造できる。第2拡散層16Bと、光吸収層12及び窓層14とのpn接合部に逆バイアスを印加することで形成される空乏層によって電気容量を得ることができる。pn接合部のp型キャリア濃度が1E18cm−3、n型キャリア濃度が2E15cm−3の場合、3.3Vのバイアス印加で1.7μmの空乏層が得られる。この空乏層はφ200μmのパターンであれば2.3pFに相当する。 Further, in the first embodiment of the present invention, the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B are formed by a diffusion method instead of epitaxial growth. Therefore, the semiconductor device 10 can be manufactured easily and at low cost as compared with the case of epic growth. The electric capacity can be obtained by the depletion layer formed by applying a reverse bias to the pn junction between the second diffusion layer 16B and the light absorption layer 12 and the window layer 14. When the p-type carrier concentration of the pn junction is 1E18 cm -3 and the n-type carrier concentration is 2E15 cm -3 , a depletion layer of 1.7 μm can be obtained by applying a bias of 3.3 V. This depletion layer corresponds to 2.3 pF if the pattern is φ200 μm.

一般に外付けコンデンサに利用されるアルミナの比誘電率は10である。実施の形態1に係るキャパシタ部10Bの光吸収層12はInGaAsで形成されておりその比誘電率は14である。キャパシタ部10Bの電気容量はεS/dで算出されるので、εを大きくすることは電気容量を大きくできることを意味する。さらに、受光素子部10Aを有する半導体装置にキャパシタ部10Bを混載することで、半導体装置10に外付けする外付けコンデンサを不要としたりその数を減らしたりすることができる。外付けコンデンサを減らすことで組み立てを要する部品点数を減らすことができる。また、外付けコンデンサが減った分だけ、半導体装置10とサブマウント52を大きくすることができる。キャパシタ部10Bの面積Sを大きくすれば、εS/dで算出される電気容量Cを大きくすることができる。例えばφ200μmであったSをφ1000μmまで大きくできれば57pFの電気容量を提供できる。 Generally, the relative permittivity of alumina used for an external capacitor is 10. The light absorption layer 12 of the capacitor portion 10B according to the first embodiment is made of InGaAs and has a relative permittivity of 14. Since the electric capacity of the capacitor unit 10B is calculated by εS / d, increasing ε means that the electric capacity can be increased. Further, by mounting the capacitor portion 10B in a semiconductor device having the light receiving element section 10A, it is possible to eliminate or reduce the number of external capacitors externally attached to the semiconductor device 10. By reducing the number of external capacitors, the number of parts that need to be assembled can be reduced. Further, the semiconductor device 10 and the submount 52 can be enlarged by the amount that the external capacitor is reduced. If the area S of the capacitor portion 10B is increased, the electric capacity C calculated by εS / d can be increased. For example, if S, which was φ200 μm, can be increased to φ1000 μm, an electric capacity of 57 pF can be provided.

さらに、図2に示されるように、第1電極20の周りにアイソレーション溝I2を形成することで、電気容量の最大値を制限することができる。アイソレーション溝I2を設けることで、第2拡散層16Bの深さのみで電気容量を調整できるようになるので、電気容量を安定化できる。 Further, as shown in FIG. 2, the maximum value of the electric capacity can be limited by forming the isolation groove I2 around the first electrode 20. By providing the isolation groove I2, the electric capacity can be adjusted only by the depth of the second diffusion layer 16B, so that the electric capacity can be stabilized.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法と半導体装置はその特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。受光素子部10Aはアバランシェフォトダイオード(APD)以外の受光素子としてもよい。例えば、フォトダイオード(PD)又はPINフォトダイオードを受光素子部10Aとしてもよい。第1拡散層16Aと第2拡散層16Bの形成順は入れ替えても良い。実施の形態1では、厚みが異なる第1拡散層16Aと第2拡散層16Bを説明したが、第1拡散層16Aと第2拡散層16Bの窓層14表面からの深さを等しくする場合は、第1拡散層16Aと第2拡散層16Bは同じ工程で形成することができる。基板11は、n型のInPでなく絶縁型のInPとすることもでき、基板11と光吸収層12の間にn型のInP層を形成すれば実施の形態1と同じ効果が得られる。これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体装置の製造方法と半導体装置に応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置の製造方法と半導体装置は実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。 The method for manufacturing a semiconductor device and the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention can be variously modified without losing their characteristics. The light receiving element unit 10A may be a light receiving element other than an avalanche photodiode (APD). For example, a photodiode (PD) or a PIN photodiode may be used as the light receiving element unit 10A. The order of formation of the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B may be interchanged. In the first embodiment, the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B having different thicknesses have been described, but when the depths of the first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B from the window layer 14 surface are equalized, , The first diffusion layer 16A and the second diffusion layer 16B can be formed in the same process. The substrate 11 may be an insulating type InP instead of an n-type InP, and if an n-type InP layer is formed between the substrate 11 and the light absorption layer 12, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. These modifications can be applied to the semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device according to the following embodiments. Since the semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device according to the following embodiments have much in common with the first embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described.

実施の形態2.
図12は、実施の形態2に係る半導体装置70の断面図である。半導体装置70は、2つのキャパシタ部10B、10Bを備えている。1つの基板11に受光素子部10Aとキャパシタ部10Bとキャパシタ部10Bが混載されている。キャパシタ部10Bを例えばTIA54のバイパスコンデンサとして用い、キャパシタ部10Bを例えば受光素子部10Aの電源用バイパスコンデンサとして用いることができる。キャパシタ部Bにより受光素子部10Aに対する電源ノイズをカットすることが可能となる。半導体装置70に、複数のアイソレートされたキャパシタ部を形成することで外付けコンデンサの更なる削減が可能となる。
Embodiment 2.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor device 70 according to the second embodiment. The semiconductor device 70 includes two capacitor units 10B 1 and 10B 2 . The light receiving element unit 10A, the capacitor unit 10B 1, and the capacitor unit 10B 2 are mounted on one substrate 11 in a mixed manner. The capacitor unit 10B 1 can be used, for example, as a bypass capacitor for the TIA 54, and the capacitor unit 10B 2 can be used, for example, as a power supply bypass capacitor for the light receiving element unit 10A. The capacitor unit B 2 makes it possible to cut power supply noise for the light receiving element unit 10A. By forming a plurality of isolated capacitor portions in the semiconductor device 70, it is possible to further reduce the number of external capacitors.

図13は、半導体装置70の底面図である。C−C´線における断面図が図12のキャパシタ部10Bであり、B−B´線における断面図が図12のキャパシタ部10Bである。図14は、半導体装置70の平面図である。 FIG. 13 is a bottom view of the semiconductor device 70. The cross-sectional view taken along the line CC is the capacitor portion 10B 1 in FIG. 12, and the cross-sectional view taken along the line BB is the capacitor portion 10B 2 in FIG. FIG. 14 is a plan view of the semiconductor device 70.

図15は、半導体装置70を含むCANパッケージ50の平面図である。半導体装置70の2つのキャパシタ部はワイヤ60で別々のリード線58に接続される。図16は、図15のCANパッケージ50の回路図である。キャパシタ部10Bは受光素子部10Aのバイパスコンデンサとして用いられる。キャパシタ部10BはTIA54のバイパスコンデンサとして用いられる。これにより外付けコンデンサは不要となる。 FIG. 15 is a plan view of the CAN package 50 including the semiconductor device 70. The two capacitor portions of the semiconductor device 70 are connected to separate lead wires 58 by wires 60. FIG. 16 is a circuit diagram of the CAN package 50 of FIG. The capacitor unit 10B 1 is used as a bypass capacitor for the light receiving element unit 10A. The capacitor portion 10B 2 is used as a bypass capacitor for the TIA 54. This eliminates the need for an external capacitor.

実施の形態3.
図17は、実施の形態3に係る半導体装置80の断面図である。実施の形態1の半導体装置10と異なり、キャパシタ部10Bの周囲にアイソレーション溝を設けていない。これにより、製造工程を簡素化できる。キャパシタ部10Bの第2拡散層16Bと、光吸収層12及び窓層14とのpn接合面で発生する空乏層の上限を精確に制御する必要がない場合は、上述のとおりキャパシタ部10Bの周囲のアイソレーション溝を省略することができる。図18は、半導体装置80の底面図である。キャパシタ部10Bの底面には溝は形成されていない。実施の形態3に係る半導体装置80の平面図は図3と同じである。半導体装置90を備えたCANパッケージの平面図は、図4の半導体装置10を半導体装置80に置き換えたものであるため省略する。
Embodiment 3.
FIG. 17 is a cross-sectional view of the semiconductor device 80 according to the third embodiment. Unlike the semiconductor device 10 of the first embodiment, no isolation groove is provided around the capacitor portion 10B. This can simplify the manufacturing process. When it is not necessary to accurately control the upper limit of the depletion layer generated at the pn junction surface between the second diffusion layer 16B of the capacitor portion 10B and the light absorption layer 12 and the window layer 14, the periphery of the capacitor portion 10B is described above. Isolation groove can be omitted. FIG. 18 is a bottom view of the semiconductor device 80. No groove is formed on the bottom surface of the capacitor portion 10B. The plan view of the semiconductor device 80 according to the third embodiment is the same as that of FIG. The plan view of the CAN package provided with the semiconductor device 90 is omitted because the semiconductor device 10 in FIG. 4 is replaced with the semiconductor device 80.

実施の形態4.
図19は、実施の形態4に係る半導体装置90の断面図である。半導体装置90のキャパシタ部10Bは、表面側に第1電極20と第2電極92が形成されたものである。第2電極92は、窓層14と光吸収層12を貫通し基板11を露出させるカソード溝C2に沿って、基板11と接触するように形成されている。基板11の裏面側には低反射膜44とメタルマスク40が形成され、第2電極は形成されない。
Embodiment 4.
FIG. 19 is a cross-sectional view of the semiconductor device 90 according to the fourth embodiment. The capacitor portion 10B of the semiconductor device 90 has a first electrode 20 and a second electrode 92 formed on the surface side thereof. The second electrode 92 is formed so as to come into contact with the substrate 11 along the cathode groove C2 that penetrates the window layer 14 and the light absorption layer 12 and exposes the substrate 11. The low reflection film 44 and the metal mask 40 are formed on the back surface side of the substrate 11, and the second electrode is not formed.

図20は、半導体装置90の底面図である。底面にキャパシタ部10Bの第1電極20と第2電極92が設けられている。半導体装置90の底面に、第1電極20、第2電極92、アノード電極18及びカソード電極22が設けられている。半導体装置90の平面図は図3と同じである。図21は、半導体装置90を含むCANパッケージ50の平面図である。半導体装置90の底面の4つの電極がサブマウント52の配線パターン52aに個別に接続されている。キャパシタ部10Bの第2電極92の電位であるカソード電位は、サブマウント52の配線パターン52aから与えられる。半導体装置90へ直接結線する必要がなくなるため、配線ダメージなどによる不良を抑制できる。 FIG. 20 is a bottom view of the semiconductor device 90. A first electrode 20 and a second electrode 92 of the capacitor portion 10B are provided on the bottom surface. A first electrode 20, a second electrode 92, an anode electrode 18, and a cathode electrode 22 are provided on the bottom surface of the semiconductor device 90. The plan view of the semiconductor device 90 is the same as that in FIG. FIG. 21 is a plan view of the CAN package 50 including the semiconductor device 90. The four electrodes on the bottom surface of the semiconductor device 90 are individually connected to the wiring pattern 52a of the submount 52. The cathode potential, which is the potential of the second electrode 92 of the capacitor portion 10B, is given by the wiring pattern 52a of the submount 52. Since it is not necessary to directly connect to the semiconductor device 90, defects due to wiring damage or the like can be suppressed.

実施の形態5.
図22は、実施の形態5に係る半導体装置100の断面図である。半導体装置100は、実施の形態1の裏面入射型構造ではなく、表面入射型構造を採用するものである。図22の半導体装置100の上面を表面と称し、下面を裏面と称する。半導体装置100は表面側にアノード電極102を有している。アノード電極102は第1拡散層16Aに接している。キャパシタ部10Bの表面側には第1電極20と第2電極92が形成されている。受光素子部10Aとキャパシタ部10Bの裏面側には、メタルマスク104が形成されている。
Embodiment 5.
FIG. 22 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100 according to the fifth embodiment. The semiconductor device 100 adopts a front surface incident type structure instead of the back surface incident type structure of the first embodiment. The upper surface of the semiconductor device 100 of FIG. 22 is referred to as a front surface, and the lower surface is referred to as a back surface. The semiconductor device 100 has an anode electrode 102 on the surface side. The anode electrode 102 is in contact with the first diffusion layer 16A. A first electrode 20 and a second electrode 92 are formed on the surface side of the capacitor portion 10B. A metal mask 104 is formed on the back surface side of the light receiving element portion 10A and the capacitor portion 10B.

図23は、半導体装置100の平面図である。アノード電極102は環状に形成されている。アノード電極102に囲まれた領域に光が入射すると、受光素子部10Aによって光検出される。図24は、半導体装置100の底面図である。受光素子部10Aの裏面側はメタルマスク104に覆われている。キャパシタ部10Bの裏面の概ね中央に円形のメタルマスク104が設けられている。 FIG. 23 is a plan view of the semiconductor device 100. The anode electrode 102 is formed in an annular shape. When light is incident on the region surrounded by the anode electrode 102, the light is detected by the light receiving element unit 10A. FIG. 24 is a bottom view of the semiconductor device 100. The back surface side of the light receiving element portion 10A is covered with a metal mask 104. A circular metal mask 104 is provided in the center of the back surface of the capacitor portion 10B.

図25は、半導体装置100が実装されたCANパッケージ50の平面図である。半導体装置100は、窓層14がある表面側を上にしてサブマウント52に固定し、表面入射型として用いる。図25のCANパッケージ50の回路図は図5と同じであるので省略する。ここまでに説明した各実施の形態に係る半導体装置の製造方法と半導体装置の特徴は組み合わせて用いてもよい。 FIG. 25 is a plan view of the CAN package 50 on which the semiconductor device 100 is mounted. The semiconductor device 100 is fixed to the submount 52 with the surface side on which the window layer 14 is located facing up, and is used as a surface incident type. The circuit diagram of the CAN package 50 in FIG. 25 is the same as that in FIG. 5, and is omitted. The semiconductor device manufacturing method and the features of the semiconductor device according to each embodiment described so far may be used in combination.

10 半導体装置、 11 基板、 12 光吸収層、 14 窓層、 18 アノード電極、 20 第1電極、 22 カソード電極、 42 第2電極、 50 CANパッケージ 10 Semiconductor device, 11 Substrate, 12 Light absorption layer, 14 Window layer, 18 Anode electrode, 20 1st electrode, 22 Cathode electrode, 42 2nd electrode, 50 CAN package

Claims (10)

基板の上にn型の光吸収層を形成する工程と、
前記光吸収層の上に窓層を形成する工程と、
前記窓層の中に固相拡散又は気相拡散により前記光吸収層に接するp型の第1拡散層を形成する工程と、
前記窓層の中に固相拡散又は気相拡散により前記光吸収層に接するp型の第2拡散層を形成する工程と、
前記基板の上面側にアイソレーション溝を形成する工程と、
前記第1拡散層に電気的に接続されるアノード電極と、前記基板に電気的に接続されるカソード電極を形成することで前記第1拡散層と前記光吸収層によるpn接合を有する受光素子部を形成し、前記第2拡散層に電気的に接続される第1電極と、前記基板に電気的に接続される第2電極を形成することで前記第2拡散層と前記光吸収層によるpn接合を有するキャパシタ部を形成する工程と、
前記アイソレーション溝として、前記第2拡散層の周りに前記窓層と前記光吸収層を貫通して前記基板を露出させる貫通溝を形成する工程と、を備え、
前記アイソレーション溝によって前記受光素子部と前記キャパシタ部が電気的にアイソレートされたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The process of forming an n-type light absorption layer on the substrate and
The step of forming the window layer on the light absorption layer and
A step of forming a p-type first diffusion layer in contact with the light absorption layer by solid phase diffusion or gas phase diffusion in the window layer.
A step of forming a p-type second diffusion layer in contact with the light absorption layer by solid phase diffusion or gas phase diffusion in the window layer.
The step of forming an isolation groove on the upper surface side of the substrate and
A light receiving element portion having a pn junction between the first diffusion layer and the light absorption layer by forming an anode electrode electrically connected to the first diffusion layer and a cathode electrode electrically connected to the substrate. By forming a first electrode electrically connected to the second diffusion layer and a second electrode electrically connected to the substrate, the pn by the second diffusion layer and the light absorption layer is formed. The process of forming a capacitor portion with a junction and
The isolation groove includes a step of forming a through groove that penetrates the window layer and the light absorption layer and exposes the substrate around the second diffusion layer.
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the light receiving element portion and the capacitor portion are electrically isolated by the isolation groove.
記基板はn型であり、前記カソード電極は、前記窓層と前記光吸収層に前記アイソレーション溝と共に貫通溝を形成することで露出した前記基板に接触するように形成し、
前記基板は表面と裏面を有し、前記アノード電極と前記カソード電極は前記表面側に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
Before SL substrate is n-type, the cathode electrode is formed to contact the substrate exposed by forming a through groove together with the isolation trench in the light absorbing layer and the window layer,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate has a front surface and a back surface, and the anode electrode and the cathode electrode are formed on the front surface side.
前記基板はn型又は絶縁型のInPであり、前記光吸収層はInGaAsであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is an n-type or an insulating type InP, and the light absorption layer is InGaAs. 前記第1拡散層と前記第2拡散層は前記窓層の上にZnO膜を形成し、前記ZnO膜に熱処理を施すことで形成することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The second diffusion layer and the first diffusion layer forms a ZnO film on the window layer, any one of claims 1 to 3, characterized in that formed by heat treatment in the ZnO film The method for manufacturing a semiconductor device according to the above. 前記第1拡散層と前記第2拡散層の前記窓層の表面からの深さは異なることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the depths of the first diffusion layer and the second diffusion layer from the surface of the window layer are different. 前記第1拡散層と前記第2拡散層の前記窓層の表面からの深さは等しく、
前記第1拡散層と前記第2拡散層は同じ工程で形成することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
The depths of the first diffusion layer and the second diffusion layer from the surface of the window layer are equal.
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the first diffusion layer and the second diffusion layer are formed in the same step.
前記第2拡散層を2つ形成し、前記キャパシタ部を2つ備えたことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 , wherein two second diffusion layers are formed and two capacitor portions are provided. 前記第2電極は、前記窓層と前記光吸収層に貫通溝を形成することで露出した前記基板に接触させることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the second electrode is brought into contact with the exposed substrate by forming a through groove in the window layer and the light absorption layer. 前記アノード電極は前記第1拡散層の上に環状に形成されたことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the anode electrode is formed in an annular shape on the first diffusion layer. 基板と、
前記基板に形成された受光素子部と、
前記基板の前記受光素子部の隣に形成されたキャパシタ部と、を備え、
前記受光素子部は、p型の第1拡散層とn型の光吸収層が接するpn接合を有し、
前記キャパシタ部は、p型の第2拡散層とn型の光吸収層が接するpn接合を有し、
前記第1拡散層と前記第2拡散層の厚みが異なり、
前記基板の上面側に前記受光素子部と前記キャパシタ部を電気的にアイソレートするアイソレーション溝を備え
前記アイソレーション溝として、前記第2拡散層の周りに前記光吸収層を貫通して前記基板を露出させる貫通溝が形成されていることを特徴とする半導体装置。
With the board
The light receiving element portion formed on the substrate and
A capacitor portion formed next to the light receiving element portion of the substrate is provided.
The light receiving element portion has a pn junction in which a p-type first diffusion layer and an n-type light absorption layer are in contact with each other.
The capacitor portion has a pn junction in which a p-type second diffusion layer and an n-type light absorption layer are in contact with each other.
The thickness of the first diffusion layer and the second diffusion layer are different,
An isolation groove for electrically isolating the light receiving element portion and the capacitor portion is provided on the upper surface side of the substrate .
A semiconductor device characterized in that, as the isolation groove, a through groove is formed around the second diffusion layer so as to penetrate the light absorption layer and expose the substrate.
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