JPH01123480A - 光検知素子 - Google Patents
光検知素子Info
- Publication number
- JPH01123480A JPH01123480A JP62281888A JP28188887A JPH01123480A JP H01123480 A JPH01123480 A JP H01123480A JP 62281888 A JP62281888 A JP 62281888A JP 28188887 A JP28188887 A JP 28188887A JP H01123480 A JPH01123480 A JP H01123480A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- oxide film
- type
- epitaxial layer
- junction
- 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
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 9
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ＰＮ接合もしくはシロットキー接合を有する
半導体基板への光の侵入により生ずる光電流を利用した
光検知素子に関する。
半導体基板への光の侵入により生ずる光電流を利用した
光検知素子に関する。
従来、光検知素子を応用した装置は、多く実用化されて
いる。それらはいずれも半導体基板にＰＮ接合もしくは
シッットキー接合を形成し、その空乏層での内部電界で
光励起キャリアを電子と正孔に分離するという手法をと
っている。したがって、空乏層からの距離が拡散長より
小さい領域で生成されたキャリアは、光電流に寄与する
。半導体基板がシリコンの場合、光吸収係数の波長依存
性は第２図に示すとおりであるので、光がシリコンキャ
リア内を侵入する距離は、第３図のような波長依存性を
有する。ここで、侵入距離としては光の強度が１／６に
減衰する距離をとっている。
いる。それらはいずれも半導体基板にＰＮ接合もしくは
シッットキー接合を形成し、その空乏層での内部電界で
光励起キャリアを電子と正孔に分離するという手法をと
っている。したがって、空乏層からの距離が拡散長より
小さい領域で生成されたキャリアは、光電流に寄与する
。半導体基板がシリコンの場合、光吸収係数の波長依存
性は第２図に示すとおりであるので、光がシリコンキャ
リア内を侵入する距離は、第３図のような波長依存性を
有する。ここで、侵入距離としては光の強度が１／６に
減衰する距離をとっている。
第３図より波長５００ｎｓの光はたかだか１−しか侵入
しないが、波長８００ｎ−の光は１０ｕ、１０００ｎ−
の光では５０μも侵入するということが分かる。したが
って、キャリアの拡散長が５０−程度もある場合には、
１０００ｎｓという近赤外波長領域でも光検知素子は充
分感度をもっている。第４図に従来のシリコンフォトダ
イオードの分光感度曲線の一例を示す。
しないが、波長８００ｎ−の光は１０ｕ、１０００ｎ−
の光では５０μも侵入するということが分かる。したが
って、キャリアの拡散長が５０−程度もある場合には、
１０００ｎｓという近赤外波長領域でも光検知素子は充
分感度をもっている。第４図に従来のシリコンフォトダ
イオードの分光感度曲線の一例を示す。
近赤外波長領域でも充分感度を有していることが分かる
。
。
ところが、レンズを構成要素として含む光学系では、レ
ンズの色収差が７５０ｎｍより長波長の光で急激に大き
くなるため、この光学系に光検知素子を組み込んで使用
する場合、光検知素子に入射する光は７５０ｎ−より長
波長をカットされたものでなければならない、これに対
する方策として、光学系の光路上、光検知素子の前段に
赤外カットフィルタを設置することが必要となるが、実
際には７５０〜１１００ｎ＋ａの全波長範囲で有効にカ
ットできるフィルタが得にくいため、本波長範囲の光が
一部透過する。従って、この透過光の影響を実質的に受
けないようにするためには、光検知素子の７５０ｎＩｌ
より長波長域で感度を充分低くしなければならない、し
かし、従来の技術で形成されたシリコンフォトダイオー
ドでは、第４図に示すように７５０ｎｍより長波長域で
も感度があまり低下しないので、従来の光検知素子を用
いたラインセンサで測距等の動作を行わせると゛、誤っ
た距離値を出す確率が高いという問題が生じていた。
ンズの色収差が７５０ｎｍより長波長の光で急激に大き
くなるため、この光学系に光検知素子を組み込んで使用
する場合、光検知素子に入射する光は７５０ｎ−より長
波長をカットされたものでなければならない、これに対
する方策として、光学系の光路上、光検知素子の前段に
赤外カットフィルタを設置することが必要となるが、実
際には７５０〜１１００ｎ＋ａの全波長範囲で有効にカ
ットできるフィルタが得にくいため、本波長範囲の光が
一部透過する。従って、この透過光の影響を実質的に受
けないようにするためには、光検知素子の７５０ｎＩｌ
より長波長域で感度を充分低くしなければならない、し
かし、従来の技術で形成されたシリコンフォトダイオー
ドでは、第４図に示すように７５０ｎｍより長波長域で
も感度があまり低下しないので、従来の光検知素子を用
いたラインセンサで測距等の動作を行わせると゛、誤っ
た距離値を出す確率が高いという問題が生じていた。
本発明の目的は、上述の問題を解決し、近赤外波長領域
での感度が低減され、実質的にレンズの色収差の影響を
受けない光検知素子を提供することにある。
での感度が低減され、実質的にレンズの色収差の影響を
受けない光検知素子を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の光検知素子は、
酸素を含む半導体基板の光入射側上に積層された所定の
厚さのエピタキシャル半導体層に空乏層形成のための接
合を有するものとする。
酸素を含む半導体基板の光入射側上に積層された所定の
厚さのエピタキシャル半導体層に空乏層形成のための接
合を有するものとする。
エピタキシャル層面に入射した光のうち、所定の厚さの
エピタキシャル層を超えて基板内部に侵入する近赤外波
長領域の光によって生成したキャリアは、基板内の高密
度の酸素析出欠陥によって捕獲され、再結合するため、
光電流に寄与しなくなる。
エピタキシャル層を超えて基板内部に侵入する近赤外波
長領域の光によって生成したキャリアは、基板内の高密
度の酸素析出欠陥によって捕獲され、再結合するため、
光電流に寄与しなくなる。
（実施例〕
第１図は、本発明の一実施例を説明するための光信号処
理用半導体集積回路の要部構造断面図である０図におい
て、Ｎ型シリコン基板１の上に５−の厚さのＮ型エピタ
キシャル層２が堆積されており、表面側に２層３を形成
して図示しない部分で電極を接触させることによりＰＮ
接合フォトダイオード、Ｐ型ソース・ドレイン領域４１
とエピタキシャル層上の酸化膜５を介してゲート電極６
を形成することによりＭＯＳトランジスタ、酸化膜５を
はさむ２層４２とＭ配線７によりキャパシタが集積され
、各素子の間はフィールド酸化膜５１により分離されて
いる。各素子部は、ＣＶＤ酸化膜５２で覆われ、光信号
処理部は遮光膜８で覆われてい゛ る。
理用半導体集積回路の要部構造断面図である０図におい
て、Ｎ型シリコン基板１の上に５−の厚さのＮ型エピタ
キシャル層２が堆積されており、表面側に２層３を形成
して図示しない部分で電極を接触させることによりＰＮ
接合フォトダイオード、Ｐ型ソース・ドレイン領域４１
とエピタキシャル層上の酸化膜５を介してゲート電極６
を形成することによりＭＯＳトランジスタ、酸化膜５を
はさむ２層４２とＭ配線７によりキャパシタが集積され
、各素子の間はフィールド酸化膜５１により分離されて
いる。各素子部は、ＣＶＤ酸化膜５２で覆われ、光信号
処理部は遮光膜８で覆われてい゛ る。
第１図に示した光信号処理用半導体集積回路は基本的に
ＭＯＳ型の半導体装置でしり、その製造プロセスは通常
のＭＯＳプロセスである。すなわち、Ｎ型シリコン基板
１としてＣＺＮ型（１００）面結晶、酸素濃度２〜３×
１Ｏ１ｅ１１−３のものを出発材料とし、エピタキシャ
ル層２を堆積後、まず、１１００℃の高温で５００人厚
０酸化膜５を成長させた後、温度ｒ ＮＲ雰囲気で１時
間熱処理を行う、続いて４℃／分の降温速度で６５０℃
まで温度を下げ、この温度で１６時間熱処理する。さら
に、再び２℃／分の昇温速度でゆっくり温度を上げ、１
１００℃までもってい＜ 、 １１００℃では３０分間
熱処理を加える。
ＭＯＳ型の半導体装置でしり、その製造プロセスは通常
のＭＯＳプロセスである。すなわち、Ｎ型シリコン基板
１としてＣＺＮ型（１００）面結晶、酸素濃度２〜３×
１Ｏ１ｅ１１−３のものを出発材料とし、エピタキシャ
ル層２を堆積後、まず、１１００℃の高温で５００人厚
０酸化膜５を成長させた後、温度ｒ ＮＲ雰囲気で１時
間熱処理を行う、続いて４℃／分の降温速度で６５０℃
まで温度を下げ、この温度で１６時間熱処理する。さら
に、再び２℃／分の昇温速度でゆっくり温度を上げ、１
１００℃までもってい＜ 、 １１００℃では３０分間
熱処理を加える。
最後に４℃／分の降温速度で８００℃まで温度を下げ、
この温度でエピタキシャル層２を有する半導体基板１を
炉からな引き出す、ここで示した熱処理によってＮ型シ
リコン基板１の内部には、酸素析出物が１０４個／ｄ程
度形成されるがもともと内部に酸素を含んでいないエピ
タキシャル層２には酸素析出に起因する欠陥は発生しな
い、すなわち、５ｎ厚の無欠陥層２とその下の高密度欠
陥Ｎ型シリコン基板１との二層構造が形成される。この
あと選択酸化法による素子分離用のフィールド酸化膜５
１の形成、ポリシリコンゲート電極６の形成、イオン注
入法による自己整合的なソース・ドレイン領域４１およ
びダイオ−１２層３の形成、アルミニウム配線７の形成
、ＣＶＤ酸化膜５２、遮光膜８の形成が行われる。エピ
タキシャル層２の領域は欠陥のほとんどない無欠陥領域
となり、この領域での素子を形成するとリーク電流の極
めて少ないものが得られる。
この温度でエピタキシャル層２を有する半導体基板１を
炉からな引き出す、ここで示した熱処理によってＮ型シ
リコン基板１の内部には、酸素析出物が１０４個／ｄ程
度形成されるがもともと内部に酸素を含んでいないエピ
タキシャル層２には酸素析出に起因する欠陥は発生しな
い、すなわち、５ｎ厚の無欠陥層２とその下の高密度欠
陥Ｎ型シリコン基板１との二層構造が形成される。この
あと選択酸化法による素子分離用のフィールド酸化膜５
１の形成、ポリシリコンゲート電極６の形成、イオン注
入法による自己整合的なソース・ドレイン領域４１およ
びダイオ−１２層３の形成、アルミニウム配線７の形成
、ＣＶＤ酸化膜５２、遮光膜８の形成が行われる。エピ
タキシャル層２の領域は欠陥のほとんどない無欠陥領域
となり、この領域での素子を形成するとリーク電流の極
めて少ないものが得られる。
本実施例でのフォトダイオードは、深さ０．５ ｎの２
層３とＮ型エピタキシャル層２の間に接合面を有してい
るので、その下４．５ｎから欠陥研域が始まる。したが
って、７００ｎｓ＋より長波長側の光による光キャリア
は、波長が長くなるにつれて、欠陥による再結合割合が
増加し、実効的に近赤外領域の感度が低減される。その
結果、第５図に示すような分光感度曲線を得、本発明の
効果は第４図と比較すれば明らかである。
層３とＮ型エピタキシャル層２の間に接合面を有してい
るので、その下４．５ｎから欠陥研域が始まる。したが
って、７００ｎｓ＋より長波長側の光による光キャリア
は、波長が長くなるにつれて、欠陥による再結合割合が
増加し、実効的に近赤外領域の感度が低減される。その
結果、第５図に示すような分光感度曲線を得、本発明の
効果は第４図と比較すれば明らかである。
本発明によれば、光検知素子の接合を酸素を含む半導体
基板上に積層された適切な厚さをもつエピタキシャル層
に形成することによって、製造工程中に基板中に生ずる
酸素析出欠陥により、基板まで侵入する近赤外波長領域
の光によって生成したキャリアを、前記欠陥により効率
良く捕獲、再結合させ、光電流に寄与しないようにする
ことができる。従って、素子に入射させる光のための光
学系のレンズの色収差の大きい近赤外波長領域の感度を
低減させ、測距等の精度を高めることができるようにな
った。
基板上に積層された適切な厚さをもつエピタキシャル層
に形成することによって、製造工程中に基板中に生ずる
酸素析出欠陥により、基板まで侵入する近赤外波長領域
の光によって生成したキャリアを、前記欠陥により効率
良く捕獲、再結合させ、光電流に寄与しないようにする
ことができる。従って、素子に入射させる光のための光
学系のレンズの色収差の大きい近赤外波長領域の感度を
低減させ、測距等の精度を高めることができるようにな
った。
第１図は、本発明の一実施例のフォトダイオ、−ドを含
む光信号処理用半導体集積回路の要部断面図、第２図は
シリコンの光吸収係数の分光曲線図、第３図はシリコン
への光の侵入距離の分光曲線図、第４図は従来のシリコ
ンフォトダイオードの分光感度曲線図、第５図は本発明
の一実施例のシリコンフォトダイオードの分光感度曲線
図である。 １：Ｎ型シリコン基板、２：Ｎ型エピタキシャル層、３
：フォトダイオード２層、４１：Ｐ型ソース・ドレイン
領域、５二酸化膜、６：ゲート電橋、７：Ａ１配線。 よ雫 第２図 光のＸ長０…） 第３図 光のＪ長（μり たの波長（右々ン 第５図
む光信号処理用半導体集積回路の要部断面図、第２図は
シリコンの光吸収係数の分光曲線図、第３図はシリコン
への光の侵入距離の分光曲線図、第４図は従来のシリコ
ンフォトダイオードの分光感度曲線図、第５図は本発明
の一実施例のシリコンフォトダイオードの分光感度曲線
図である。 １：Ｎ型シリコン基板、２：Ｎ型エピタキシャル層、３
：フォトダイオード２層、４１：Ｐ型ソース・ドレイン
領域、５二酸化膜、６：ゲート電橋、７：Ａ１配線。 よ雫 第２図 光のＸ長０…） 第３図 光のＪ長（μり たの波長（右々ン 第５図
Claims (1)
- １）酸素を含む半導体基板の光入射側上に積層された所
定の厚さのエピタキシャル層に空乏層形成のための接合
を有することを特徴とする光検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281888A JPH01123480A (ja) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | 光検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62281888A JPH01123480A (ja) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | 光検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01123480A true JPH01123480A (ja) | 1989-05-16 |
Family
ID=17645364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62281888A Pending JPH01123480A (ja) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | 光検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01123480A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5793567A (en) * | 1980-12-03 | 1982-06-10 | Oki Electric Ind Co Ltd | Integrated photodetecting circuit device |
| JPS5837702A (ja) * | 1981-08-28 | 1983-03-05 | Hitachi Ltd | 三重化制御装置 |
-
1987
- 1987-11-07 JP JP62281888A patent/JPH01123480A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5793567A (en) * | 1980-12-03 | 1982-06-10 | Oki Electric Ind Co Ltd | Integrated photodetecting circuit device |
| JPS5837702A (ja) * | 1981-08-28 | 1983-03-05 | Hitachi Ltd | 三重化制御装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105140315B (zh) | 半导体光检测元件 | |
| US5430321A (en) | Photodiode structure | |
| JPH03220782A (ja) | 半導体受光装置 | |
| JPH027417B2 (ja) | ||
| JPH01207640A (ja) | 半導体光検出装置と紫外線検出方法および半導体光検出素子とその製造方法 | |
| US4791467A (en) | Heterojunction HgCdTe photovoltaic detector and its production process | |
| JPH0671097B2 (ja) | カラ−センサ− | |
| US4626675A (en) | Demultiplexing photodiode sensitive to plural wavelength bands | |
| JPS61139061A (ja) | 半導体光検出装置 | |
| JPH0691228B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPH01123480A (ja) | 光検知素子 | |
| JPH01503664A (ja) | 被覆層構造物 | |
| JPS61141175A (ja) | 半導体光検出装置 | |
| JPH0570946B2 (ja) | ||
| US9412780B2 (en) | Image sensor | |
| JPH01292220A (ja) | 半導体光検出装置 | |
| JPH01107579A (ja) | 光検知素子 | |
| US10236399B2 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
| JPH03145763A (ja) | 光検知装置 | |
| JP2002164565A (ja) | 光電変換装置 | |
| JPH01216581A (ja) | 半導体装置 | |
| JPS61113287A (ja) | 光検出素子 | |
| JP2003051589A (ja) | 受光素子内蔵型半導体装置の製造方法及び受光素子内蔵型半導体装置 | |
| JPH05226686A (ja) | 受光素子 | |
| JPH09213920A (ja) | 半導体受光素子 |