JPH0230189A - 半導体光検出装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光起電力効果を利用した例えばホトダイオ−
］・のような半導体光検出装置に関し、その受光効率の
改善に関するものである。

（従来の技ｆネｉ） 第３図は第１の従来例における半導体光検出装置の断面
＋ｉｌ造を示し、同図において、例えばｐ型の半導体基
板１上にｎ型のエピタキシャル成長層２を生成し、エピ
タキシャル成長層２の半導体基板１と反対側の領域にｐ
型の不純物導入領域３を形成してｐｎ接合を有するホト
ダイオード構造にする。又、上記不純物導入領域３の周
囲は、ｐ型の不純物専大によって形成されるアイソレー
ション領域４によってエピタキシャル成長層２を分離し
、不純物導入領域３を含む表面上に反射防止膜としての
絶縁層５が形成される。この絶縁層５にコンタクトポー
ルが形成されて不純物導入領域３及びエピタキシャル成
長層２と接触している外部取出し用電極６．６が形成さ
れる。

第４図は第２の従来例における半導体光検出装置の断面
構造を示し、同図において、第３図と同し、又は相当部
分には同符号を付しである。第１の従来例と異なる点は
、不純物導入領域３を設けてない点であり、半導体基板
ｌとエピタキシャル成長層２とでｐｎ接合を形成してい
る。又、もう一方の外部引出し用電極（図示せず）は半
導体基板ｌの露出表面である裏面に形成されている。

次に動作について説明する。透明な絶縁層５側から光が
照射されると、この入射光のエネルギーによりｐｎ接合
部に電子−正孔対が生成する。半導体光検出装置の空乏
層の電界によって、正孔は半導体基板１　（及び不純物
導入領域３）等へ、電子はエピタキシャル成長層２へ移
動して分離され、一方が正に、他方が負に帯電する。外
部引出し用電極６，６を結線すると、光の照射中、結線
を経て電流が流れる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の装置では構造のいずれかをと
るごとにより、以下に述べる課題があった。

第３図に示す半導体光検出装置の場合には、エピタキシ
ャル成長層２内に、入射光により発生したキャリアは、
不純物導入領域３へ流入して光電流になるものと、半導
体基板１及びアイソレーション領域４に流入して光電流
とならないものとに分かれ、光電流にならない分だけ受
光感度が低下する。これは入射光の波長が長いもの程、
顕著にあられれ長波長の入射光に対する感度が著るしく
低下する課題があった。

第４図に示す半導体光検出装置の場合には、エピタキシ
ャル成長層２と半導体基板１とのｐｎ接合部が表面より
深い位置にあるために波長の長い入射光に対しては半専
体透過時の減衰が少な（有効であるが、短波長の入射光
に対しては減衰が大きいためにエピタキシャル成長層２
の表面付近で主に発生したキャリアが半導体基板１に流
れ込む効率が低下し、受光感度が低下する等の課題があ
った。

本発明は、以上述べた長波長又は短波長のいずれかの波
長の入射光に対して光感度が低下する課題を解決し、波
長の区別なく受光効率の優れた半導体光検出装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明の半導体光検出装置は、半導体基板と、半導体基
板上の逆導電型の接合層と、半導体基板とでこの接合層
を挟むように形成された半導体基板と同感電型の第１の
領域と、この第１の領域と接し且つ半導体基板迄到達す
る半導体基板と同導電型の第２の領域とを設けたもので
ある。

本発明の他の発明の半導体光検出装置は、半導体基板と
、半導体基板上に形成された半導体基板と逆導電型の接
合層と、半導体基板とで接合層を挟むように形成された
半導体基板と同導電型の第１の領域と、半導体基板に到
達する半導体基板と同導電型の第２の領域と、第１及び
第２の領域を電極材料で接続した接続部とを設けたもの
である。

（作　用） 本発明における半導体光検出装置は、長波長の入射光で
誘起されたキャリアをその近くの第１の領域と半導体基
板に流入させ、短波長の入射光で誘起されたキャリアを
その近くの第１の領域に流入させ、半導体基板と第１の
領域とは電気的に普通状態にしであるのでｐｎ接合部内
に光誘起された全キャリアを効率良く吸収し、受光効率
を向上させるようにした。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例による半導体光検出装置の構造を
説明するだめの工程図である。

まず、第１図（Ａ）において、比抵抗が２５Ω・Ｃｌ１
１で（１１１）の研磨面を有するｐ型のシリコン基板１
１を用意し、この上に比抵抗が４．３　Ω・ｃｍのｎ型
エピタキシャル成長層１２を厚さ略７　ｐＩｌｌに成長
させ、さらにその上にＪｖさ略５０００人のシリコン酸
化膜１３を形成する。

次に、第１図（Ｂ）に示すように、ホトリソ・エツチン
グ技術によりシリコン酸化膜１３を選択的に除去してア
イソレーション形成用のパターンを形成し、エピタキシ
ャル成長層１２の露出部分を含′む全面上に拡散法によ
りボロンをデポジションし、その時にボロンシリケート
ガラス膜（以下、ＢＳＧ膜と称す）１４が形成され、そ
の表面を軽く除去した後に、そのボロンをエピタキシャ
ル成長＋ｉＵ　１２にドライブインする。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、上記ボロンのドライ
ブインによりシリコン基板ｌｌ迄到達するｐ型アイソレ
ーション領域１５が形成され、このｐ型アイソレーショ
ン領域１５によりエピタキシャル成長層１２にｎ型の分
離領域１２ａが形成される。その後、シリコン酸化膜１
３等を除去する。

次に、第１図（Ｄ）に示すように、ｎ型の分離領域１２
ａを含む全面にシリコン酸化膜１６を厚さ略４５００人
に形成し、次に、フォトリソ・エツチング技術によりア
イソレーション領域１５と分離領域１２ａの各一部分の
上面がつながって露出するようにシリコン酸化膜１６を
選択的に除去し、その露出面を含む全面上にボロンを拡
散法によりデポジションし、その時にＢＳＧ膜１７が形
成され、その表面を軽く除去した後に、そのボロンをｎ
型分離領域１２ａにドライブインすると共にシリコン酸
化膜を成長させる。

次に、第１図（Ｅ）に示すように、上記ボロンのドライ
ブインによりｎ型の分離領域１２ａの上面の一部分にア
イソレーション領域１５と接するようにシー）　＋ＩＥ
抗値が５５Ω／口、厚さが略１．５．ｙ＋ｓのｐ型の不
純物導入領域１８が形成される。又、この上に形成され
た厚さ略４５００人のシリコン酸化膜を含むシリコン酸
化膜１６が成長される。この後に、ｎ型分離領域１２ａ
上面の一部分が露出するようにフォトリソ・エツチング
技術によりシリコン酸化膜１６を選択的に除去し、露出
したｎ型の分離領域１２２表面部分上を含む全面上に拡
散法によりリンをデポジションし、その時にリンシリケ
ートガラス膜（以下、ＰＳＧ膜と称す）１９コン酸化膜
を成長させる。

次に、第１図（Ｆ）　に示すように、上記リンのドライ
ブインによりｎ゛型のコンタクト部２０が形成される。

その後、第１の不純物理゛人領域１８とコンタクト部２
０にそれぞれ通じるコンタクトホール２１ａ、２１ｂを
形成するためにフォトリソ・エツチング技術によりシリ
コン酸化１１６を選択的に除去する。

次に、第１図（Ｇ）に示すように、上記工・ノチング除
去部分を含む全面上に藩着によりアルミニウム膜を厚さ
１．４ｘｎ＋程度に形成し、このアルミニウム膜をフォ
トリソ・エツチング技術により選択的に除去して、不純
物導入領域１８に接する第１の配線２２ａとコンタクト
部２０に接する第２の配線２２ｂを形成する。

上記のようにして製造した半導体光検出装置は、接合層
としてのｎ型分離領域１２ａを半導体基板としてのｐ型
シリコン基板１１とで挟むように形成された第１の不純
物導入領域としての不純物導入領域１８は、第２の不純
物導入領域としてのｐ型アイソレーション領域１５に一
部が接するように形成され、アイソレーション領域１５
を介してｐ型シリコン基板１１に接続されている。

なお、半導体基板としては、長波長の入射光に対する受
光部とするために半導体素子表面より奥側に空乏層及ｄ
有効拡散長がのびるように低ｐ型不純″！＃基板を使用
することが望ましい。

又、ｎ型のエピタキシャル成長層１２としては、半導体
光検出装置以外に集積されるデバイスが同一１板内に形
成でき、且つ、シリコン基板１１とエピタキシャル成長
層１２内に形成する不′４＠吻導入領域１８とが接触し
ない厚さが必要である。又、ｎ型のエピタキシャル成長
層１２を低濃度の不純物量とし、厚さを厚くした方が半
導体光検出装置の受光効率を考慮に入れた場合には有効
であるが、低濃度化することにより他の周辺デバイスの
シリーズ抵抗の増大及び厚さを厚くすることによりアイ
ソレーション領域１５の横方向への拡がりの増加による
ダイスサイズの増大等の問題が派生するため、以上の、
事を考慮に入れた上でｎ型エピタキシャル成長層１２の
生成条件を決定することが望まれる。

又、不純物導入領域１８としては、半導体光検出装置以
外の周辺デバイスのｐ型不純物導入領域を形成する際に
同時に形成したが、短波長の入射光に対しては、不純物
導入領域１８の深さが浅い方が受光効率に関して荷動と
なるため、周辺デバイスのｐ型不純物導入領域を形成後
に浅く形成した方が好ましい。

上記実施例においては、不純物導入領域１８アイソレー
シヨンｅＪｉ域１５及びシリコンＭＦｉｚとから成る部
分が第１の配置２２ａによりアノード側として接地され
、カソード側のｎ型分離領域１２ａとコンタクト部２０
を介して接触している第２の配線２２ｂが次段の回路の
高圧側に接続されている。

次に、第１図（Ｇ）により動作について説明する。

透明なシリコン酸化膜１６側から光が入射するとその光
エネルギーによりｎ型エピタキシャル成長層１２の分離
領域１２ａとｐ型シリコン基板１１及びｐ型の不純物導
入領域１８とのｐｎ接合部に正孔−電子対が生成される
。この場合、入射光の長波長光成分によりｐ型シリコン
基板１１及びｐ型の第１の不純物導入θＭ域１８側の両
ｐｎ接合部に正孔−電子対が生成し、入射光の短波長光
成分によりｐ型の不純物導入領域１８例のｐｎ接合部に
正孔−電子対が生成する。上記ｐｎ接合部の空乏層の電
界効果により、正孔はシリコン基板１１アイソレーシヨ
ン領域１５や不純物導入領域１８へ、電子はエピタキシ
ャル成長層１２の分離領域】２．ｉへ移動し゛Ｃ分月１
され、正・負に帯電する。

しかし、第１の配線２２ａと電気的に導通状態にある第
１の不純物導入領域１８．アイソレーンヨン領域１５及
びシリコン基板１１とは回路を介して第２の配線２２ｂ
に結線されているので光電流が効率良く結線を経て流れ
る。

なお、本実施例では、ｎ型分離領域１２ａ表面のコンタ
クト部２０の形成領域以外の残りの略全表面に不純物導
入領域１８を形成してアイソレーション領域１５と接触
させたが、第１の不純物導入ｎＭ域のその接触部の一部
のみをアイソレーション領域と接触するようにしても良
い。例えばエピタキシャル成長層の表面内に第１の不純
物導入領域を形成し且つエピタキシャル成長層側面に一
部を導出させてアイソレーンヨン領域と接触させるよう
にしても良い。

第２図は本発明の他の実施例による半導体光検出装置の
構造を示す断面図である。同図において、第１の実施例
と同一、又は相当部分には第１図（Ｇ）と同符号を付し
である。この実施例では、不純物導入領域１８をアイソ
レーション領域１５から分離してｎ型分離領域１２ａ内
に形成し、シリコン酸化１模１６に不純物導入領域１８
とアイソレーション領域１５にそれぞれ通じるコンタク
トホール２３ａ、２３ｂを形成する。これらのコンタク
トボール２３ａ、’１３ｂを埋めて接続するアルミニウ
ム配線２２Ｃを形成することにより、不純物導入領域１
８とアイソレーション領域１５即らシリコン基板１１と
の電気的導通を図ったものである。

他の構成及び動作は上記第１の実施例と同しなのでその
説明を省略する。

以上のように、第１の実施例では、アイツレジョン領域
と受光部とが直接接続されているので、第２の実施例の
ようにアルミ配線パターンによる接続が不要となり、受
光部の面積を広くすることができ、高感度となる。又、
受光部形成用の分離領域を小ざくすることができ、集積
度を高めることができる。さらに、アルミ配線パターン
の欠１貝による不良率が低下する。

これに対して第２の実施例では、コンタクトホール用フ
ォトリノ、アルミ用フォトリソのマスクパターンを変え
るごとにより、アイソレーションＭ域と受光部との接続
が分離し易くなり、配線上、柔軟性に富むものである。

又、上記各実施例において導電型を１旨定したが、それ
らの導電型が全て逆の導電型であっても上記各実施例と
同様の効果を奏する。

さらに、上記各実施例において半扉体集積回路内に組込
んだ半導体光検出装置として説明したが、ディスクリー
トの半導体光検出装置であっても良い。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように本発明によれば短波長の入
射光成分によりｐｎ接合部に発生したキャリアを半導体
基板上の接合層上に形成された半導体基板と同導電型の
第１の領域により効率良く吸収し、又、長波長の入射光
成分によりｐｎ接合部に発生したキャリアを第１の領域
及びこれと電気的に導通状態にある半導体基板とで効率
良く吸収できるように構成したので、入射光の波長の長
・短いかんにかかわらず受光効率の向上が期待できる。

又、第１の領域と半導体基板とを配線を介して接続可能
に構成したので、それらを分離し易く、配線上、柔軟性
に富むものが期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る半導体光検出装置の工
程図、第２図は本発明の他の実施例に係る半導体光検出
装置の構造断面図、第３図は第１の従来例の半導体光検
出装置の構造断面図、第４図は第２の従来例の半導体光
検出装置の構造断面図である。 図中、１１・・・シリコン基板、１２・・・エピタキシ
ャル成長層、１２ａ・・・ｎ型分離領域、１５・・・ア
イソレーション領域、１６・・・シリコン酸化膜、１８
・・・不純物導入領域、２０・・・コンタクＩ・部、２
２ａ〜２２Ｃ・・・配線。 第１図 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、 該半導体基板上に形成された上記半導体基板と逆導電型
   の接合層と、 上記半導体基板とで上記接合層を挟むように設けられた
   上記半導体基板と同導電型の第１の領域と、 該第１の領域と接し且つ上記半導体基板迄到達するよう
   に設けられた上記半導体基板と同導電型の第２の領域と
   、 を備えた事を特徴とする半導体光検出装置。
2. （２）半導体基板と、 該半導体基板上に形成された上記半導体基板と逆導電型
   の接合層と、 上記半導体基板とで上記接合層を挟むように設けられた
   上記半導体基板と同導電型の第１の領域と、 上記半導体基板に到達するように設けられた上記半導体
   基板と同導電型の第２の領域と、 上記第１及び第２の領域を電極材料で接続した接続部と
   、 を備えた事を特徴とする半導体光検出装置。