JPH04245476A - Photosemiconductor device - Google Patents

Photosemiconductor device

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JPH04245476A
JPH04245476A JP3010167A JP1016791A JPH04245476A JP H04245476 A JPH04245476 A JP H04245476A JP 3010167 A JP3010167 A JP 3010167A JP 1016791 A JP1016791 A JP 1016791A JP H04245476 A JPH04245476 A JP H04245476A
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region
substrate
type
epitaxial layer
conductivity type
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JP3010167A
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Keiji Mita
恵司 三田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To form an extremely thick depletion layer by a method wherein a P-type epitaxial layer 14 is laminated while introducing impurities 19 for offsetting the impurity concentration in a substrate 13. CONSTITUTION:Phosphorus is ion-implanted as an offsetting impurity 19 in a P type substrate 13. Next, a P type epitaxial layer 14 is laminated on the substrate 13 and then separated to form the first and second insular regions 16, 17. Next, an N<+> type diffused region 18 to be a photodiode 11 is formed in the first insular region 16. Finally, an N type collector region 22 is formed in the second insular region 17 and then a P type base region 23 and an N<+> type emitter region 24 are formed to make an NPN transistor 12.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はホトダイオードとバイポ
ーラICとを一体化した光半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device that integrates a photodiode and a bipolar IC.

【0002】0002

【従来の技術】受光素子と周辺回路とを一体化してモノ
リシックに形成した光半導体装置は、受光素子と回路素
子とを別個に作ってハイブリッドIC化したものと異な
り、コストダウンが期待でき、また、外部電磁界による
雑音に対して強いというメリットを持つ。
[Prior Art] Optical semiconductor devices in which a light-receiving element and peripheral circuitry are integrated and formed monolithically are expected to reduce costs, unlike hybrid ICs in which the light-receiving element and circuit elements are made separately. , which has the advantage of being resistant to noise caused by external electromagnetic fields.

【0003】従来の光半導体装置の受光素子としては、
例えば特開昭61−47664号公報に記載された構造
が公知である。即ち図11に示す通り、P型基板(1)
上に形成したN型エピタキシャル層(2)と、P+型分
離領域(3)によって分離された島領域(4)と、島領
域(4)の表面に形成したP型拡散領域(5)およびN
+型拡散領域(6)とを有し、P型拡散領域(5)とN
−型島領域(4)とのPN接合をホトダイオード(7)
として構成したものである。(8)はN+型埋込層であ
る。
As a light receiving element of a conventional optical semiconductor device,
For example, the structure described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-47664 is known. That is, as shown in FIG. 11, a P-type substrate (1)
The N type epitaxial layer (2) formed above, the island region (4) separated by the P+ type isolation region (3), the P type diffusion region (5) formed on the surface of the island region (4), and the N
+ type diffusion region (6), P type diffusion region (5) and N
- PN junction with type island region (4) as photodiode (7)
It is constructed as follows. (8) is an N+ type buried layer.

【0004】ところで、ホトダイオード(7)の高性能
化という点では、カソードとなる島領域(4)の比抵抗
を大とし、容量の低減を図るのが良い。そのため同じく
特開昭61−47664号公報には、NPNトランジス
タ(9)にN型ウェル領域(10)を形成し、コレクタ
となる領域の不純物濃度を補うことでホトダイオード(
7)の高性能化を図った例が開示されている。
By the way, in terms of improving the performance of the photodiode (7), it is better to increase the resistivity of the island region (4) which becomes the cathode, thereby reducing the capacitance. Therefore, in the same Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-47664, an N-type well region (10) is formed in an NPN transistor (9), and by supplementing the impurity concentration of the region that will become the collector, a photodiode (
An example of improving the performance of 7) has been disclosed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、P型基
板(1)上にエピタキシャル層(2)を成長させると、
エピタキシャル層(2)は基板(1)からのボロン(B
)のオートドープや外部からの予期せぬ不純物(主にP
型不純物)の進入を受ける。そのため、N型エピタキシ
ャル層(2)の高比抵抗化を押し進めるとエピタキシャ
ル層(2)をN型に維持することが困難となり、抵抗値
と導電型の制御が困難である欠点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, when an epitaxial layer (2) is grown on a P-type substrate (1),
The epitaxial layer (2) is composed of boron (B) from the substrate (1).
) autodoping and unexpected impurities from the outside (mainly P
type impurities). Therefore, if the specific resistance of the N-type epitaxial layer (2) is increased, it becomes difficult to maintain the epitaxial layer (2) as an N-type, and there is a drawback that it is difficult to control the resistance value and conductivity type.

【0006】また、上述した状況により高比抵抗化でき
ないので、ホトダイオード(7)のPN接合部に形成さ
れる空乏層の幅を拡大できず、そのためホトダイオード
(7)の特性を左右する接合容量を十分に低減できない
欠点があった。さらに、P型拡散領域(5)やエピタキ
シャル層(2)の深部等で発生する空乏層外生成キャリ
アの走行時間によって、ホトダイオード(7)の応答速
度が劣化する欠点があった。
Furthermore, due to the above-mentioned situation, it is not possible to increase the specific resistance, so the width of the depletion layer formed at the PN junction of the photodiode (7) cannot be increased, and therefore the junction capacitance, which affects the characteristics of the photodiode (7), cannot be increased. There were some drawbacks that could not be reduced sufficiently. Furthermore, there is a drawback that the response speed of the photodiode (7) deteriorates due to the transit time of carriers generated outside the depletion layer, which are generated deep in the P-type diffusion region (5) or the epitaxial layer (2).

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上述した種々の
欠点に鑑み成されたもので、P型基板(13)上に形成
したP型のエピタキシャル層(14)と、エピタキシャ
ル層(14)を分離した第1と第2の島領域(16)(
17)と、第1の島領域(16)の表面に形成したホト
ダイオード(11)のN+型拡散領域(18)と、第1
の島領域(16)の基板(13)表面にイオン注入した
基板(13)の不純物濃度を相殺するN型不純物(19
)と、第2の島領域(17)の導電型を反転させるN型
コレクタ領域(22)と、コレクタ領域(22)の表面
に形成したベース領域(23)、N+型エミッタ領域(
24)とを具備することにより、高性能のホトダイオー
ド(11)内蔵ICを提供するものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention has been made in view of the various drawbacks mentioned above, and includes a P-type epitaxial layer (14) formed on a P-type substrate (13), and an epitaxial layer (14) formed on a P-type substrate (13). The first and second island regions (16) (
17), the N+ type diffusion region (18) of the photodiode (11) formed on the surface of the first island region (16), and the first
An N-type impurity (19) is ion-implanted into the surface of the substrate (13) in the island region (16) to offset the impurity concentration of the substrate (13).
), an N-type collector region (22) that inverts the conductivity type of the second island region (17), a base region (23) formed on the surface of the collector region (22), and an N+-type emitter region (
24), thereby providing an IC with a built-in high-performance photodiode (11).

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、P型のエピタキシャル層(1
4)とすることによって、基板(13)からのオートド
ープP型不純物を相殺反転させる制御が必要無いので、
イントリシックに近い高比抵抗層を容易に得ることがで
きる。そのため、ホトダイオード(11)のPN接合部
に生じる空乏層(34)を基板(13)に達するまで拡
大できるので、ホトダイオード(11)の容量を低減で
きる。
[Operation] According to the present invention, a P-type epitaxial layer (1
4), there is no need for control to cancel and invert the autodoped P-type impurity from the substrate (13).
A nearly intrinsic high resistivity layer can be easily obtained. Therefore, the depletion layer (34) generated at the PN junction of the photodiode (11) can be expanded until it reaches the substrate (13), so the capacitance of the photodiode (11) can be reduced.

【0009】さらに、基板(13)表面に基板(13)
の不純物濃度を相殺するN型不純物(19)を導入した
ので、基板(13)の深部にまで空乏層(34)を拡大
できる。さらに、基板(13)に達するまで空乏層を拡
大することにより、アノード側の空乏層外生成キャリア
の発生を低減できる。カソード側のN+型拡散領域(1
8)においては、エミッタ拡散により高不純物濃度の浅
い領域に形成できるので、空乏層外生成キャリアの発生
を抑え、且つ生成キャリアの走行時間を短縮できる。
Further, the substrate (13) is coated on the surface of the substrate (13).
Since the N-type impurity (19) is introduced to offset the impurity concentration of , the depletion layer (34) can be expanded to the deep part of the substrate (13). Furthermore, by expanding the depletion layer until it reaches the substrate (13), the generation of carriers generated outside the depletion layer on the anode side can be reduced. N+ type diffusion region on the cathode side (1
In 8), since it can be formed in a shallow region with a high impurity concentration by emitter diffusion, generation of carriers generated outside the depletion layer can be suppressed and the transit time of the generated carriers can be shortened.

【0010】0010

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図1はホトダイオード(11)とN
PNトランジスタ(12)とを組み込んだICの断面図
である。(13)はP型の単結晶シリコン半導体基板、
(14)は基板(13)上に気相成長法により形成した
厚さ10〜12μのP−型のエピタキシャル層である。 基板(13)は40〜60Ω・cmの比抵抗を有し、エ
ピタキシャル層(14)は完成時で200〜1500Ω
・cmの比抵抗を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Figure 1 shows the photodiode (11) and N
FIG. 2 is a cross-sectional view of an IC incorporating a PN transistor (12). (13) is a P-type single crystal silicon semiconductor substrate;
(14) is a P-type epitaxial layer with a thickness of 10 to 12 μm formed on the substrate (13) by vapor phase growth. The substrate (13) has a specific resistance of 40 to 60 Ω·cm, and the epitaxial layer (14) has a resistivity of 200 to 1500 Ω when completed.
・It has a specific resistance of cm.

【0011】P−型エピタキシャル層(14)は、エピ
タキシャル層(14)表面から基板(13)に達する分
離領域(15)を設けることによりホトダイオード(1
1)形成用の第1の島領域(16)とNPNトランジス
タ(12)形成用の第2の島領域(17)とに区画され
る。第1と第2の島領域(16)(17)は、分離領域
(15)とエピタキシャル層(14)との境界、および
基板(13)とエピタキシャル層(14)との境界で夫
々が完全に囲まれている。
The P-type epitaxial layer (14) has a separation region (15) extending from the surface of the epitaxial layer (14) to the substrate (13) to separate the photodiode (1).
1) It is divided into a first island region (16) for forming an NPN transistor (12) and a second island region (17) for forming an NPN transistor (12). The first and second island regions (16) and (17) are completely separated at the boundary between the isolation region (15) and the epitaxial layer (14) and the boundary between the substrate (13) and the epitaxial layer (14), respectively. being surrounded.

【0012】第1の島領域(16)には、光信号の入力
部となるホトダイオード(11)を形成する。ホトダイ
オード(11)は、第1の島領域(16)のほぼ全面に
N+型拡散領域(18)を形成し、N+型拡散領域(1
8)が第1の島領域(16)とPN接合を形成すること
で構成する。N+型拡散領域(18)の拡散深さは0.
8〜1.0μである。
A photodiode (11) serving as an input section for optical signals is formed in the first island region (16). The photodiode (11) has an N+ type diffusion region (18) formed on almost the entire surface of the first island region (16).
8) forms a PN junction with the first island region (16). The diffusion depth of the N+ type diffusion region (18) is 0.
It is 8 to 1.0μ.

【0013】第1の島領域(16)の底辺となる基板(
13)表面には、1×1011〜5×1011程度のリ
ン(P)がイオン注入によって導入されており、この不
純物(19)が完成時に基板(13)の不純物濃度を増
大させ、比抵抗200以上の比抵抗を持つP型層の厚み
を2〜10ミクロン増大できる.第2の島領域(17)
には、信号処理回路を構成するNPNトランジスタ(1
2)を形成する。第2の島領域(17)の底部には基板
(13)とエピタキシャル層(14)との境界にまたが
るようにしてN+型埋め込み層(20)を形成し、埋め
込み層(20)に重畳するようにして低不純物濃度の第
2の埋め込み層(21)を形成する。第2の埋め込み層
(21)は基板(13)とエピタキシャル層(14)と
の境界から上方に向って拡散形成する。第2の島領域(
17)の表面にはN型コレクタ領域(22)を形成し、
コレクタ領域(22)と第2の埋め込み層(21)とを
連結することで第2の島領域(17)の導電型をN型に
反転させる。そしてNPNトランジスタ(12)は、コ
レクタ領域(22)と第2の埋め込み層(21)をコレ
クタとし、コレクタ領域(22)の表面に形成したP型
ベース領域(23)、ベース領域(23)の表面に形成
したN+型エミッタ領域(24)とで構成する。 (25)はN+型コレクタコンタクト領域である。また
、第2の島領域(17)を区画する分離領域(15)は
コレクタ領域(22)の全周に接し完全に囲んでいる。
[0013] The substrate (
13) Phosphorus (P) of about 1 x 1011 to 5 x 1011 is introduced into the surface by ion implantation, and this impurity (19) increases the impurity concentration of the substrate (13) upon completion, resulting in a resistivity of 200 The thickness of the P-type layer with the above specific resistance can be increased by 2 to 10 microns. Second island area (17)
The NPN transistor (1
2) Form. An N+ type buried layer (20) is formed at the bottom of the second island region (17) so as to span the boundary between the substrate (13) and the epitaxial layer (14), and to overlap the buried layer (20). Then, a second buried layer (21) having a low impurity concentration is formed. The second buried layer (21) is formed by diffusion upward from the boundary between the substrate (13) and the epitaxial layer (14). Second island area (
An N-type collector region (22) is formed on the surface of 17),
By connecting the collector region (22) and the second buried layer (21), the conductivity type of the second island region (17) is inverted to N type. The NPN transistor (12) uses the collector region (22) and the second buried layer (21) as collectors, and the P-type base region (23) formed on the surface of the collector region (22). It consists of an N+ type emitter region (24) formed on the surface. (25) is an N+ type collector contact region. Furthermore, the separation region (15) that partitions the second island region (17) touches and completely surrounds the entire circumference of the collector region (22).

【0014】エピタキシャル層(14)の表面は酸化膜
(26)で覆われ、部分的に開孔されてコンタクトホー
ルを形成する。このコンタクトホールを介して各領域上
に電極(27)(28)(29)が配設される。ホトダ
イオード(11)のN+型拡散領域(18)とコンタク
トする電極(27)がカソード電極となり、分離領域(
15)とコンタクトする電極(28)がアノード電極で
ある。
The surface of the epitaxial layer (14) is covered with an oxide film (26) and partially opened to form contact holes. Electrodes (27), (28), and (29) are provided on each region via this contact hole. The electrode (27) in contact with the N+ type diffusion region (18) of the photodiode (11) becomes the cathode electrode, and the isolation region (
The electrode (28) in contact with 15) is the anode electrode.

【0015】上述した構造は、以下の製造方法により得
ることができる。先ずP型基板(13)の全面に相殺不
純物(19)となるリン(P)をドーズ量1×1011
〜5×1011でイオン注入する(図2)。尚、第1の
島領域(16)の予定領域にのみ選択的に導入しても良
い。次いでP型基板(13)の表面を熱酸化して酸化膜
(30)を形成し、酸化膜(30)をホトエッチングし
て選択マスクを形成する。そして基板(13)表面にN
PNトランジスタ(12)の埋め込み層(20)を形成
するアンチモン(Sb)を導入し、次いで同じ選択マス
クを利用してNPNトランジスタ(12)の第2の埋め
込み層(21)を形成するリン(P)をイオン注入する
(図3)。その後、選択マスクを変更して基板(13)
表面に分離領域(15)の下側分離領域(31)を形成
するボロン(B)を導入する(図4)。
The above structure can be obtained by the following manufacturing method. First, phosphorus (P), which serves as a countervailing impurity (19), is applied to the entire surface of the P-type substrate (13) at a dose of 1×1011.
Ion implantation is performed at ~5×10 11 (FIG. 2). Note that it may be selectively introduced only to the planned area of the first island area (16). Next, the surface of the P-type substrate (13) is thermally oxidized to form an oxide film (30), and the oxide film (30) is photoetched to form a selective mask. Then, N on the surface of the substrate (13).
Antimony (Sb) is introduced to form the buried layer (20) of the PN transistor (12), and then phosphorus (P) is introduced to form the second buried layer (21) of the NPN transistor (12) using the same selection mask. ) is ion-implanted (Figure 3). After that, change the selection mask and select the substrate (13).
Boron (B) is introduced into the surface to form the lower isolation region (31) of the isolation region (15) (FIG. 4).

【0016】次いで選択マスクとして用いた酸化膜(3
0)を全て除去し、基板(13)をエピタキシャル成長
装置のサセプタ上に配置し、ランプ加熱によって基板(
13)に1140℃程度の高温を与えると共に反応管内
にSiH2Cl2ガスとH2ガスを導入することにより
ノンドープのエピタキシャル層(14)を10〜15μ
成長させる。この様にノンドープで成長させると、基板
(13)からのボロン(B)のオートドーピングによっ
てエピタキシャル層(14)全部を完成時にイントリシ
ックに近い比抵抗200〜1500Ω・cmのP−型層
にすることができる(図5)。
Next, an oxide film (3
0) is removed, the substrate (13) is placed on the susceptor of an epitaxial growth apparatus, and the substrate (13) is heated by lamp heating.
By applying a high temperature of about 1140°C to 13) and introducing SiH2Cl2 gas and H2 gas into the reaction tube, a non-doped epitaxial layer (14) is formed with a thickness of 10 to 15 μm.
Make it grow. When grown without doping in this way, the entire epitaxial layer (14) becomes a P-type layer with a specific resistance of 200 to 1500 Ωcm, which is close to intrinsic, when completed due to autodoping of boron (B) from the substrate (13). (Figure 5).

【0017】次いでエピタキシャル層(14)の表面に
酸化膜(32)を形成し、ホトエッチングによって選択
マスクを形成し、NPNトランジスタ(12)のN型コ
レクタ領域(22)を形成するリン(P)をイオン注入
する。そして基板(13)全体に熱処理を加えることに
よって、N型コレクタ領域(22)、第2の埋め込み層
(21)、および下側分離領域(31)をドライブイン
する。このドライブインによって、コレクタ領域(22
)は5〜6μ、第2の埋め込み層(21)は7〜9μ拡
散されて、互いに連結する(図6)。下側分離領域(3
1)は9〜10μ拡散される。
Next, an oxide film (32) is formed on the surface of the epitaxial layer (14), a selective mask is formed by photoetching, and a phosphorus (P) film is formed to form the N-type collector region (22) of the NPN transistor (12). ion implantation. Then, by applying heat treatment to the entire substrate (13), the N-type collector region (22), the second buried layer (21), and the lower isolation region (31) are driven in. This drive-in allows the collector area (22
) are diffused by 5 to 6μ, and the second buried layer (21) is diffused by 7 to 9μ and connected to each other (FIG. 6). Lower separation area (3
1) is diffused by 9-10μ.

【0018】次いでエピタキシャル層(14)表面から
分離領域(15)の上側分離領域(33)を拡散し、下
側分離領域(31)と連結してエピタキシャル層(14
)を第1と第2の島領域(16)(17)に区画する(
図7)。そして、エピタキシャル層(14)表面からP
型不純物を選択拡散してNPNトランジスタ(12)の
ベース領域(23)を形成し、次いでN型不純物を選択
拡散してNPNトランジスタ(12)のエミッタ領域(
24)、コレクタコンタクト領域(25)、およびホト
ダイオード(11)のN+型拡散領域(18)を形成す
る(図8)。
Next, the upper isolation region (33) of the isolation region (15) is diffused from the surface of the epitaxial layer (14) and connected to the lower isolation region (31).
) into first and second island regions (16) and (17) (
Figure 7). Then, P from the surface of the epitaxial layer (14)
A type impurity is selectively diffused to form the base region (23) of the NPN transistor (12), and an N-type impurity is then selectively diffused to form the emitter region (23) of the NPN transistor (12).
24), a collector contact region (25), and an N+ type diffusion region (18) of the photodiode (11) are formed (FIG. 8).

【0019】その後、Alの堆積とホトエッチングによ
り電極を配設することで図1の構造が得られる。次に、
上記した構成のホトダイオード(11)の動作を説明す
る。ホトダイオード(11)の電極(28)に接地電位
(GND)を、電極(27)に+5Vの如き逆バイアス
電圧を加えると、ホトダイオード(11)のPN接合部
には図9に示す空乏層(34)が形成される。空乏層(
34)の幅は、エピタキシャル層(14)を高比抵抗と
したことにより10μ以上あり、エピタキシャル層(1
4)と分離領域(15)との境界部まで、およびエピタ
キシャル層(14)と基板(13)との境界部まで容易
に達する。さらに、基板(13)の不純物を相殺する不
純物(19)を導入したことにより、第1の島領域(1
6)の基板(13)表面は100〜1000Ω・cmの
高比抵抗になっている。そのため、基板(13)深部に
も10μ程度空乏層(34)が広がり、エピタキシャル
層(14)の分と合わせて20μ程度の厚みの空乏層(
34)が得られる。
Thereafter, the structure shown in FIG. 1 is obtained by disposing electrodes by depositing Al and photo-etching. next,
The operation of the photodiode (11) having the above configuration will be explained. When a ground potential (GND) is applied to the electrode (28) of the photodiode (11) and a reverse bias voltage such as +5V is applied to the electrode (27), a depletion layer (34 ) is formed. Depletion layer (
The width of the epitaxial layer (14) is 10μ or more due to the high specific resistance of the epitaxial layer (14).
4) and the isolation region (15) as well as the boundary between the epitaxial layer (14) and the substrate (13). Furthermore, by introducing the impurity (19) that cancels out the impurity of the substrate (13), the first island region (1
6) The surface of the substrate (13) has a high specific resistance of 100 to 1000 Ω·cm. Therefore, the depletion layer (34) spreads about 10μ deep into the substrate (13), and the depletion layer (34) has a thickness of about 20μ including the epitaxial layer (14).
34) is obtained.

【0020】従って、エピタキシャル層(14)の厚み
を越える極めて厚い空乏層(34)が得られるので、ホ
トダイオード(11)のキャパシティを低減し応答速度
を速めることができる。また、本願の構造は島領域(1
6)と分離領域(15)とでPN接合を形成しないので
、図11の例でみられたN型島領域(4)とP+型分離
領域(3)との接合容量が存在せず、この点でもホトダ
イオード(11)のキャパシティを低減できる。
[0020] Therefore, an extremely thick depletion layer (34) exceeding the thickness of the epitaxial layer (14) can be obtained, so that the capacitance of the photodiode (11) can be reduced and the response speed can be increased. In addition, the structure of the present application has an island region (1
6) and the isolation region (15), there is no junction capacitance between the N-type island region (4) and the P+-type isolation region (3), which was seen in the example of FIG. The capacity of the photodiode (11) can also be reduced at this point.

【0021】一方、空乏層(34)以外でも入射光によ
り電子正孔対が発生し、空乏層外生成キャリア(35)
となって光電流に関与する。この空乏層外生成キャリア
(35)は図10に示すようにP型又はN型の領域を拡
散した後、空乏層(34)に致達するので、拡散時間が
ホトダイオード(11)の応答速度を劣化させる要因と
なる。しかしながら、N型領域となるN+型拡散領域(
18)は、NPNトランジスタ(12)のエミッタ拡散
によって高不純物濃度の領域であるので、N+型拡散領
域(18)で発生した空乏層外生成キャリア(35)は
寿命が極めて短く、即消滅する。また、消滅しきれなか
った空乏層外生成キャリア(35)は、N+型拡散領域
(18)が浅い領域であるので、極めて短い時間で空乏
層(34)に達することができる。従って、N+型拡散
領域(18)で発生した空乏層外生成キャリア(35)
はホトダイオード(11)の応答速度には殆ど影響しな
い。
On the other hand, electron-hole pairs are generated by the incident light outside the depletion layer (34), and carriers generated outside the depletion layer (35)
and is involved in photocurrent. These carriers (35) generated outside the depletion layer diffuse through the P-type or N-type region as shown in FIG. 10 and then reach the depletion layer (34), so the diffusion time deteriorates the response speed of the photodiode (11). It becomes a factor that causes However, the N+ type diffusion region (
18) is a region with high impurity concentration due to the emitter diffusion of the NPN transistor (12), so the carriers (35) generated outside the depletion layer generated in the N+ type diffusion region (18) have an extremely short lifetime and disappear immediately. Moreover, the carriers (35) generated outside the depletion layer that could not be completely eliminated can reach the depletion layer (34) in an extremely short time because the N+ type diffusion region (18) is a shallow region. Therefore, carriers generated outside the depletion layer (35) generated in the N+ type diffusion region (18)
has almost no effect on the response speed of the photodiode (11).

【0022】さらにP型基板(13)では、基板(13
)深部まで拡大する空乏層(34)によって入射光の大
部分が吸収されるので、P型基板(13)で発生する空
乏層外生成キャリア(35)は殆ど無い。そのため、遅
延電流が小さくホトダイオード(11)の応答速度を劣
化させることが無い。そしてさらに、カソード側は高不
純物濃度のN+型拡散領域(18)から電極(27)を
取り出すので直列抵抗を小さくでき、アノード側も高不
純物濃度のP+型分離領域(15)から電極(28)を
取り出すので直列抵抗を小さくできる。従ってホトダイ
オード(11)の速度を向上できる。
Further, in the P type substrate (13), the substrate (13
) Since most of the incident light is absorbed by the depletion layer (34) which extends deep, there are almost no carriers (35) generated outside the depletion layer in the P-type substrate (13). Therefore, the delay current is small and the response speed of the photodiode (11) is not degraded. Further, on the cathode side, the series resistance can be reduced because the electrode (27) is taken out from the N+ type diffusion region (18) with high impurity concentration, and on the anode side, the electrode (28) is taken out from the P+ type isolation region (15) with high impurity concentration. Since it takes out the series resistance can be reduced. Therefore, the speed of the photodiode (11) can be improved.

【0023】第2の島領域(17)においては、コレク
タ領域(22)と第2の埋め込み層(21)が導電型を
反転させるので、NPNトランジスタ(12)を形成す
ることが可能となる。しかも基板(13)表面からの拡
散による第2の埋め込み層(21)とエピタキシャル層
(14)表面からの拡散によるコレクタ領域(22)と
を連結させるので、エピタキシャル層(14)を厚くで
きる他、拡散時間を短縮できる。さらに、第2の埋め込
み層(21)は基板(13)に近づくにつれて不純物濃
度が高くなるので、NPNトランジスタ(12)のVC
E(sat)を小さくできる。
In the second island region (17), the conductivity types of the collector region (22) and the second buried layer (21) are reversed, so that it is possible to form an NPN transistor (12). Moreover, since the second buried layer (21) formed by diffusion from the surface of the substrate (13) and the collector region (22) formed by diffusion from the surface of the epitaxial layer (14) are connected, the epitaxial layer (14) can be made thicker. Diffusion time can be shortened. Furthermore, since the impurity concentration of the second buried layer (21) increases as it approaches the substrate (13), the VC of the NPN transistor (12)
E(sat) can be reduced.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば、
■  P型基板(13)上にP−型エピタキシャル層(
14)を積層するので、N型反転したエピタキシャル層
を積層するのに比べ、高比抵抗層が安定して得られる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
■ A P-type epitaxial layer (
14), a high resistivity layer can be stably obtained compared to stacking N-type inverted epitaxial layers.

【0025】■  上記高比抵抗層により厚い空乏層(
34)が得られ、且つ相殺不純物(19)によって基板
(13)の深部にまで空乏層(34)を拡大できるので
、極めて厚い空乏層(34)が得られる。そのため、ホ
トダイオード(11)の容量を低減し速度を向上できる
。■  島領域(16)と分離領域(15)とでPN接
合を形成しないので、ホトダイオード(11)のキャパ
シタを低減できる。
■ A thick depletion layer (
34) is obtained, and since the depletion layer (34) can be expanded to the deep part of the substrate (13) by the canceling impurity (19), an extremely thick depletion layer (34) can be obtained. Therefore, the capacity of the photodiode (11) can be reduced and the speed can be improved. (2) Since no PN junction is formed between the island region (16) and the isolation region (15), the capacitor of the photodiode (11) can be reduced.

【0026】■  エミッタ拡散による浅い高不純物濃
度のN+型拡散領域(18)でPN接合を形成するので
、空乏層外生成キャリア(35)による遅延電流が小さ
く、ホトダイオード(11)の応答速度を向上できる。 ■  上記厚い空乏層(34)によって入射光の大部分
を吸収できるので、基板(13)での空乏層外生成キャ
リア(35)の発生が少ない。
■ Since a PN junction is formed in the N+ type diffusion region (18) with a shallow high impurity concentration by emitter diffusion, the delay current due to carriers (35) generated outside the depletion layer is small and the response speed of the photodiode (11) is improved. can. (2) Since most of the incident light can be absorbed by the thick depletion layer (34), less carriers (35) are generated outside the depletion layer in the substrate (13).

【0027】■  浅いN+型拡散領域(18)でPN
接合を形成するので、波長λが400nmの如き短波長
の光にまて対応できる。という効果を有する。従って、
感度が高く応答速度に優れたホトダイオード(11)を
IC内に組み込むことができるものである。
■ PN in shallow N+ type diffusion region (18)
Since a junction is formed, it is possible to cope with light having a short wavelength such as a wavelength λ of 400 nm. It has this effect. Therefore,
A photodiode (11) with high sensitivity and excellent response speed can be incorporated into an IC.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の半導体装置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device of the present invention.

【図2】図1の製造方法を説明する第1の図面である。FIG. 2 is a first drawing illustrating the manufacturing method of FIG. 1;

【図3】図1の製造方法を説明する第2の図面である。FIG. 3 is a second drawing illustrating the manufacturing method of FIG. 1;

【図4】図1の製造方法を説明する第3の図面である。FIG. 4 is a third drawing illustrating the manufacturing method of FIG. 1;

【図5】図1の製造方法を説明する第4の図面である。FIG. 5 is a fourth drawing illustrating the manufacturing method of FIG. 1;

【図6】図1の製造方法を説明する第5の図面である。FIG. 6 is a fifth drawing illustrating the manufacturing method of FIG. 1;

【図7】図1の製造方法を説明する第6の図面である。7 is a sixth drawing illustrating the manufacturing method of FIG. 1. FIG.

【図8】図1の製造方法を説明する第7の図面である。8 is a seventh drawing illustrating the manufacturing method of FIG. 1. FIG.

【図9】ホトダイオード(11)部を示す断面図である
FIG. 9 is a sectional view showing a photodiode (11) section.

【図10】ホトダイオード(11)のバンド図である。FIG. 10 is a band diagram of a photodiode (11).

【図11】従来例を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a conventional example.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  一導電型の半導体基板と、前記半導体
基板の表面に形成した一導電型の高抵抗のエピタキシャ
ル層と、前記エピタキシャル層の表面から前記基板に達
する一導電型の分離領域と、前記分離領域と前記エピタ
キシャル層との境界および前記基板と前記エピタキシャ
ル層との境界で囲まれた、ホトダイオード形成用の第1
の島領域およびトランジスタ形成用の第2の島領域と、
前記第1の島領域の表面に形成した逆導電型の低抵抗の
拡散領域と、前記第1の島領域の基板表面に打ち込まれ
た前記基板の不純物濃度を相殺する逆導電型の不純物と
、前記第2の島領域の表面に形成した前記第2の島領域
の導電型を反転させる逆導電型のコレクタ領域と、前記
コレクタ領域の表面に形成した一導電型のベース領域と
、前記ベース領域の表面に形成した逆導電型のエミッタ
領域とを具備することを特徴とする光半導体装置。
1. A semiconductor substrate of one conductivity type, a high-resistance epitaxial layer of one conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate, and an isolation region of one conductivity type reaching the substrate from the surface of the epitaxial layer. a first region for forming a photodiode surrounded by a boundary between the isolation region and the epitaxial layer and a boundary between the substrate and the epitaxial layer;
an island region and a second island region for transistor formation;
a low resistance diffusion region of opposite conductivity type formed on the surface of the first island region; and an impurity of opposite conductivity type implanted into the substrate surface of the first island region to offset the impurity concentration of the substrate; a collector region of an opposite conductivity type that inverts the conductivity type of the second island region formed on the surface of the second island region; a base region of one conductivity type formed on the surface of the collector region; and the base region. 1. An optical semiconductor device comprising: an emitter region of opposite conductivity type formed on a surface of the semiconductor device.
【請求項2】  前記半導体基板は比抵抗が40〜60
Ω・cmであることを特徴とする請求項第1項記載の光
半導体装置。
2. The semiconductor substrate has a specific resistance of 40 to 60.
2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the resistance is Ω·cm.
【請求項3】  前記エピタキシャル層は比抵抗が20
0〜1500Ω・cmであることを特徴とする請求項第
1項記載の光半導体装置。
3. The epitaxial layer has a specific resistance of 20
2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the resistance is 0 to 1500 Ω·cm.
【請求項4】  前記第1の島領域の逆導電型拡散領域
は前記第2の島領域のエミッタ拡散によるものであるこ
とを特徴とする請求項第1項記載の光半導体装置。
4. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the opposite conductivity type diffusion region of the first island region is formed by emitter diffusion of the second island region.
【請求項5】  前記相殺する不純物を前記半導体基板
の全面に導入したことを特徴とする請求項第1項記載の
光半導体装置。
5. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the canceling impurity is introduced into the entire surface of the semiconductor substrate.
【請求項6】  前記相殺する不純物を前記第1の島領
域の基板表面に選択的に導入したことを特徴とする請求
項第1項記載の光半導体装置。
6. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the canceling impurity is selectively introduced into the substrate surface of the first island region.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004349715A (en) * 2004-06-21 2004-12-09 Sony Corp Image sensor

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