JPH0496379A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0496379A
JPH0496379A JP2214859A JP21485990A JPH0496379A JP H0496379 A JPH0496379 A JP H0496379A JP 2214859 A JP2214859 A JP 2214859A JP 21485990 A JP21485990 A JP 21485990A JP H0496379 A JPH0496379 A JP H0496379A
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JP
Japan
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light
region
insulating layer
photodiode
type
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Pending
Application number
JP2214859A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Nakamura
稔 中村
Mitsuru Ito
満 伊藤
Mitsuhiko Kobayashi
光彦 小林
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH0496379A publication Critical patent/JPH0496379A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase the heat generation of electron-hole pairs at the lower end section of a depletion layer extending from a P-N joint surface, and to improve sensibility by forming an insulating layer having specific thickness under an element forming region. CONSTITUTION:Light projected to a photodiode PD is reflected by each interface, the interface (a) of an insulating layer 15 and an element forming region 5n and the interface (b) of the insulating layer 15 and a silicon substrate 1p, of the insulating layer 15 by forming the insulating layer 15, and the attenuation of the quantity of light absorption in the depth direction of a depletion layer extending from a P-N joint surface (j) can be inhibited. The quantity of light absorption is increased more remarkably especially when the film thickness (t) of the insulating layer 15 is set so that light reflected by each interface (a) and (b) is maximized by mutual interference action-that is, reflected light is brought to phase-shifting relationship, in which reflected light is intensified mutually, thus augmenting the generation of electron-hole pairs at the lower end section of the depletion layer, then improving the sensibility of the photodiode PD.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置、特に素子形成領域内におけるPN
接合により、フォトダイオードを形成してなる半導体装
置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device, particularly a PN in an element formation region.
The present invention relates to a semiconductor device in which a photodiode is formed by a junction.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、素子形成領域内に形成されたPN接合により
受光素子を形成してなる半導体装置において、上記素子
形成領域下に所定の厚みを有する絶縁層を設けて構成す
ることにより、PN接合面より延びる空乏層下端部での
電子・正孔対の発生を増加させて、受光感度(量子効率
)を向上させるようにしたものである。
The present invention provides a semiconductor device in which a light-receiving element is formed by a PN junction formed in an element formation region, in which an insulating layer having a predetermined thickness is provided under the element formation region, so that the PN junction surface is The generation of electron-hole pairs at the lower end of the depletion layer, which extends further, is increased to improve light-receiving sensitivity (quantum efficiency).

また、本発明は、上記半導体装置において、上記PN接
合を形成する一方の半導体領域をくし歯状に形成して構
成することにより、他素子の特性並びに集積度を劣化さ
せることな(、空乏層゛の広がりを増大化させて受光感
度を向上させるようにしたものである。
Further, in the semiconductor device of the present invention, one of the semiconductor regions forming the PN junction is formed in a comb-tooth shape so that the characteristics and integration degree of other elements are not deteriorated (depletion layer The light-receiving sensitivity is improved by increasing the spread of the light.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の半導体装置、特にフォトダイオードとトランジス
タ等の素子が共存する半導体装置は、第10図に示すよ
うに、P型のシリコン基板(41)上に選択的にN型の
埋込み層(42)を形成したのち、全面にN型のエピタ
キシャル層(43)を形成し、その後、選択的に素子分
離領域(44)を形成して、この素子分離領域(44)
で囲まれて成る複数の素子形成領域(45)及び(46
)を形成し、そして、一方の素子形成領域(45)に、
N型のコレクタ取出し領域(47)と、P型のベース領
域(48)及び該ベース領域(48)で囲まれたN型の
エミッタ領域(49)から成るNPNトランジスタ(T
r)を形成すると共に、他方の素子形成領域(46)に
、N型の不純物拡散領域(50)とP型の不純物拡散領
域(51)を形成することによって、PN接合(j)で
構成されるフォトダイオード(PD)を形成してなる。
Conventional semiconductor devices, especially semiconductor devices in which elements such as photodiodes and transistors coexist, have an N-type buried layer (42) selectively formed on a P-type silicon substrate (41), as shown in FIG. After forming, an N-type epitaxial layer (43) is formed on the entire surface, and then an element isolation region (44) is selectively formed.
A plurality of element formation regions (45) and (46) surrounded by
), and in one element formation region (45),
An NPN transistor (T
r) and also form an N-type impurity diffusion region (50) and a P-type impurity diffusion region (51) in the other element formation region (46), thereby forming a PN junction (j). A photodiode (PD) is formed.

そして、このフォトダイオード(PD)において、N型
の不純物拡散領域(50)上にカソード電極(52)が
形成され、P型の不純物拡散領域(51)上にアノード
電極(53)が形成されて、このフォトダイオード(P
D)に逆バイアスが印加されるようになされている。尚
、(54)はSin、等からなる絶縁層を示す。
In this photodiode (PD), a cathode electrode (52) is formed on the N-type impurity diffusion region (50), and an anode electrode (53) is formed on the P-type impurity diffusion region (51). , this photodiode (P
A reverse bias is applied to D). Note that (54) indicates an insulating layer made of Sin or the like.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

一般に、フォトダイオード(PD)の受光感度(量子効
率)は、PN接合面(j)から延びる空乏層内で発生し
た電子・正孔対の密度で決まり、また、この密度は、空
乏層内での光の吸収量に依存する。
Generally, the light receiving sensitivity (quantum efficiency) of a photodiode (PD) is determined by the density of electron-hole pairs generated within the depletion layer extending from the PN junction surface (j), and this density is depends on the amount of light absorbed.

しかしながら、従来のフォトダイオード(PD)におけ
る光の吸収量は、第11図の特性図で示すように、表面
部分で最大であり、深さ方向に進むに従って減衰すると
いう特性を有するため、空乏層下端部での光の吸収量は
少なく、それに伴ない該空乏層下端部での電子・正孔対
の発生量も少なくなり、フォトダイオード(PD)の受
光感度を上げるには限界があるという不都合がある。
However, as shown in the characteristic diagram of FIG. 11, the amount of light absorbed in a conventional photodiode (PD) has the characteristic that it is maximum at the surface and attenuates as it goes in the depth direction. The amount of light absorbed at the bottom end is small, and accordingly, the amount of electron-hole pairs generated at the bottom end of the depletion layer is also small, which is a disadvantage in that there is a limit to increasing the light receiving sensitivity of the photodiode (PD). There is.

ところで、通常のPN接合によるフォトダイオード(P
D)において、その空乏層の幅が狭い場合、光吸収によ
り発生した電子・正孔対のうち、一部の少数キャリアし
か光電流の発生に寄与しない。
By the way, a photodiode (P
In D), when the width of the depletion layer is narrow, only some minority carriers of the electron-hole pairs generated by light absorption contribute to the generation of photocurrent.

しかし、空乏層を厚くして、その中でほとんどの光が吸
収されるようにすれば、発生した電子と正孔は確実に空
乏層内の電界で分離、ドリフトされて光電流に寄与する
ことになり、高い受光感度を得ることができる。
However, if the depletion layer is made thicker so that most of the light is absorbed within it, the generated electrons and holes will definitely be separated and drifted by the electric field within the depletion layer and will contribute to the photocurrent. This makes it possible to obtain high light-receiving sensitivity.

また、空乏層の外側で発生した少数キャリアについては
、拡散電流成分となるため、高速応答時には追随できず
、光電流にはほとんど寄与しない。
Furthermore, minority carriers generated outside the depletion layer become a diffusion current component and cannot be followed during high-speed response, making little contribution to photocurrent.

従って、フォトダイオード(PD)の高性能化(受光感
度、周波数特性)のためには、空乏層領域を広くとり、
そこで発生したキャリアのみを取り出すことが望ましい
Therefore, in order to improve the performance (light receiving sensitivity, frequency characteristics) of a photodiode (PD), it is necessary to widen the depletion layer region.
It is desirable to take out only the carriers generated there.

一方、−船釣なフォトダイオード(PD)の構造におい
て、図示する如(、ICプロセスにフォトダイオード(
PD)を入れる場合、エピタキシャル層(43)の濃度
は、他の素子(ここではNPN )ランジスタ(Tr)
 )の特性との兼ね合いで自由に選択することができな
いため、光電流は、エピタキシャル層(23)の濃度に
応じてPN接合面(j)から延びる空乏層の面積で決ま
ってしまい、例えば、エピタキシャル層(23)の濃度
が比較的高い場合、充分に空乏層を広げることができな
いことから、高い受光感度を得ることができない。その
ため、大きな光電流を得たい場合には、素子面積を増大
化させる必要があり、素子の集積度を上げるうえで大き
な障害になるという不都合がある。
On the other hand, in the structure of a typical photodiode (PD), as shown in the figure, the photodiode (PD) is
PD), the concentration of the epitaxial layer (43) is the same as that of other elements (NPN here) transistors (Tr).
) cannot be selected freely in consideration of the characteristics of If the concentration of the layer (23) is relatively high, the depletion layer cannot be sufficiently expanded, and high light-receiving sensitivity cannot be obtained. Therefore, if it is desired to obtain a large photocurrent, it is necessary to increase the area of the device, which is a disadvantage in that it becomes a major obstacle in increasing the degree of integration of the device.

本発明は、このような点に鑑み成されたもので、その目
的とするところは、PN接合面より延びる空乏層下端部
での電子・正孔対の発生を増大化させて、受光感度の向
上を図ることができる半導体装置を提供することにある
The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to increase the generation of electron-hole pairs at the lower end of the depletion layer extending from the PN junction surface, thereby increasing the light receiving sensitivity. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be improved.

また、本発明は、他素子の特性並びに集積度を劣化させ
ることなく、空乏層の広がりを増大化させて受光感度の
向上を図ることができる半導体装置を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device that can increase the spread of the depletion layer and improve the light-receiving sensitivity without deteriorating the characteristics or the degree of integration of other elements.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、素子形成領域(5)内に形成されたPN接合
(j)により受光素子(PD)を形成してなる半導体装
置(AI)において、上記素子形成領域(5)下に所定
の厚みLを有する絶縁層(15)を設けて構成する。
The present invention provides a semiconductor device (AI) in which a light receiving element (PD) is formed by a PN junction (j) formed in an element formation region (5), in which a predetermined thickness is provided below the element formation region (5). An insulating layer (15) having L is provided and configured.

また、本発明は、上記半導体装置(A2)において、上
記PN接合(j)を形成する一方の半導体領域(lO)
をくし歯状に形成して構成する。
Further, the present invention provides that in the semiconductor device (A2), one semiconductor region (lO) forming the PN junction (j)
is formed into a comb-like shape.

〔作用〕[Effect]

上述の本発明の構成によれば、素子形成領域(5)下に
絶縁層(15)を設けるようにしたので、入射した光が
絶縁層(15)の各界面(a)及び(b)で反射し、空
乏層下端部での光の吸収量が増大化する。また、絶縁層
(15)の厚みtを例えば各界面(a)及び(b)から
の反射光が互いの干渉作用によって最大となるように設
定すれば、空乏層下端部での光吸収量がより増大化し、
該空乏層下端部での電子・正孔対の発生が増え、受光感
度を向上させることができる。
According to the above-described configuration of the present invention, since the insulating layer (15) is provided under the element formation region (5), the incident light is transmitted to each interface (a) and (b) of the insulating layer (15). The amount of light absorbed at the lower end of the depletion layer increases. Furthermore, if the thickness t of the insulating layer (15) is set, for example, so that the reflected light from each interface (a) and (b) is maximized by mutual interference, the amount of light absorption at the lower end of the depletion layer can be increased. more and more,
The generation of electron-hole pairs at the lower end of the depletion layer increases, and the light receiving sensitivity can be improved.

また、上述の本発明の構成によれば、PN接合(j)を
形成する一方の半導体領域(10)をくし歯状に形成す
るようにしたので、PN接合面(j)の面積が増え、そ
れによりPN接合面(j)から延びる空乏層の広がりを
増大化させることができる。従って、素子形成領域(5
)全体の濃度及び膜厚を変えることなく、空乏層の広が
りを増大化させることが可能となり、他素子の特性並び
に集積度を劣化させることなく、受光素子(PD)の受
光感度を向上させることができる。
Furthermore, according to the above-described configuration of the present invention, one of the semiconductor regions (10) forming the PN junction (j) is formed in a comb-teeth shape, so that the area of the PN junction surface (j) increases; Thereby, the spread of the depletion layer extending from the PN junction surface (j) can be increased. Therefore, the element formation region (5
) It is possible to increase the spread of the depletion layer without changing the overall concentration and film thickness, and improve the light-receiving sensitivity of the photodetector (PD) without deteriorating the characteristics and integration degree of other elements. I can do it.

〔実施例〕〔Example〕

以下、第1図〜第9図を参照しながら本発明の詳細な説
明する。尚、各半導体領域(素子形成領域や不純物拡散
領域等)において、その導電型がP型であれば、符号に
添字Pを付し、N型であれば符号に添字nを付して記す
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to FIGS. 1 to 9. In each semiconductor region (element formation region, impurity diffusion region, etc.), if the conductivity type is P type, a subscript P is added to the code, and if the conductivity type is N type, a subscript n is added to the code.

第1図は、第1実施例に係る半導体装置(A、)を示す
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a semiconductor device (A,) according to a first embodiment.

この半導体装置(A1)は、図示する如く、例えばP型
のシリコン基板(lp)上のN型の半導体領域(2n)
に選択的にP型の素子分離領域(3p)を形成すること
により、この素子分離領域(3p)で囲まれた複数の素
子形成領域(4n)及び(5n)を形成し、更に、一方
の素子形成領域(4n)に、N型のコレクタ取出し領域
(6n)と、P型のベース領域(7p)及び該ベース領
域(7p)で囲まれたN型のエミッタ領域(8n)から
成るNPN )ランジスタ(Tr)を形成すると共に、
他方の素子形成領域(5n)に、N型の不純物拡散領域
(9n)とP型の不純物拡散領域(Lop)を形成する
ことによって、PN接合(j)で構成されるフォトダイ
オード(PD)を形成してなる。NPNトランジスタ(
Tr)のベース領域(7p)とフォトダイオード(PD
)のP型の不純物拡散領域(Lop)並びにNPN l
−ランジスタ(Tr)のコレクタ取出し領域(6n)と
エミッタ領域(8n)とフォトダイオード(PD)のN
型の不純物拡散領域(9n)は夫々同時に形成される。
As shown in the figure, this semiconductor device (A1) includes, for example, an N-type semiconductor region (2n) on a P-type silicon substrate (lp).
By selectively forming a P-type element isolation region (3p) in the element isolation region (3p), a plurality of element formation regions (4n) and (5n) surrounded by this element isolation region (3p) are formed. NPN (NPN) consisting of an N-type collector extraction region (6n), a P-type base region (7p), and an N-type emitter region (8n) surrounded by the base region (7p) in the element formation region (4n). While forming a transistor (Tr),
By forming an N-type impurity diffusion region (9n) and a P-type impurity diffusion region (Lop) in the other element formation region (5n), a photodiode (PD) composed of a PN junction (j) is formed. It forms. NPN transistor (
Tr) base region (7p) and photodiode (PD
) P-type impurity diffusion region (Lop) and NPN l
- Collector extraction region (6n) and emitter region (8n) of transistor (Tr) and N of photodiode (PD)
The type impurity diffusion regions (9n) are formed simultaneously.

そして、上記フォトダイオード(PD)において、P型
の不純物拡散領域(10p)上にアノード電極(11)
、N型の不純物拡散領域(9n)上にカソード電極(1
2)が形成されて、このフォトダイオード(PD)に逆
バイアスが印加されるように構成される。尚、(13)
はSiO□等からなる絶縁層を示し、(14n)はN型
の埋込み層を示す。
In the photodiode (PD), an anode electrode (11) is placed on the P-type impurity diffusion region (10p).
, a cathode electrode (1) is placed on the N type impurity diffusion region (9n).
2) is formed so that a reverse bias is applied to this photodiode (PD). Furthermore, (13)
indicates an insulating layer made of SiO□ or the like, and (14n) indicates an N-type buried layer.

しかして、本例においては、P型のシリコン基板(1p
)と素子形成領域(5n)の間に、例えばSiO□等か
らなる絶縁層(15)が形成されてなる。
However, in this example, a P-type silicon substrate (1p
) and the element formation region (5n), an insulating layer (15) made of, for example, SiO□ is formed.

この第1実施例によれば、上記絶縁層(15)の形成に
より、フォトダイオード(PD)に入射した光は、絶縁
層(15)の各界面、即ち絶縁層(15)と素子形成領
域(5n)との界面(a)及び絶縁層(15)とシリコ
ン基板(1p)との界面(ロ)で反射するようになり、
PN接合面(j)から延びる空乏層の深さ方向における
光の吸収量の減衰を抑制することができる。これは、第
2図の特性図で示すように、上記絶縁層(15)を形成
しない通常のフォトダイオードにおいては、曲線I (
破線)で示すように、その光の吸収量は深さ方向に進む
に従って減衰する。ところが、本例の如く、シリコン基
板(1p)と素子形成領域(5n)の間に絶縁層(15
)を設ければ、曲線■(実線)で示すように、光の吸収
量は、素子形成領域(5n)の中間光たりを最小として
深さ方向に増加し、通常の場合と比して、斜線で示す部
分(C)に相当する吸収量の増加を期待することができ
る。
According to this first embodiment, due to the formation of the insulating layer (15), the light incident on the photodiode (PD) is transmitted through each interface of the insulating layer (15), that is, between the insulating layer (15) and the element forming area ( 5n) and the interface (b) between the insulating layer (15) and the silicon substrate (1p),
Attenuation of the amount of light absorbed in the depth direction of the depletion layer extending from the PN junction surface (j) can be suppressed. As shown in the characteristic diagram of FIG. 2, in a normal photodiode without the insulating layer (15), the curve I (
As shown by the broken line), the amount of light absorbed decreases as the depth increases. However, as in this example, an insulating layer (15) is placed between the silicon substrate (1p) and the element formation region (5n).
), as shown by the curve (solid line), the amount of light absorbed increases in the depth direction with the minimum at the middle light of the element formation region (5n), compared to the normal case. An increase in absorption amount corresponding to the shaded area (C) can be expected.

特に、絶縁層(15)の膜厚tを、各界面(a)及び(
b)で反射した光が互いの干渉作用で最大となるように
、即ち、反射光同士が強め合う位相関係となるように設
定すれば、光の吸収量の増加はより顕著になり、空乏層
下端部での電子・正孔対の発生が増し、フォトダイオー
ド(PD)の受光感度が向上する。
In particular, the film thickness t of the insulating layer (15) is set at each interface (a) and (
If the setting is made so that the reflected light in step b) is maximized by mutual interference, that is, the reflected light has a mutually reinforcing phase relationship, the increase in the amount of light absorption becomes more remarkable, and the depletion layer The generation of electron-hole pairs at the lower end increases, and the light receiving sensitivity of the photodiode (PD) improves.

次に、上記第1実施例に係る半導体装置(A、)の製法
を第3図に基いて説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device (A,) according to the first embodiment will be explained with reference to FIG.

まず、第3図Aに示すように、N型のシリコン基板(2
1n)を用意し、このシリコン基板(21n)の表面に
、例えばイオン注入等によってN型の高濃度領域即ち、
N型の埋込み層(14n)を形成したのち、表面を酸化
してSiO□膜(15a)を形成する。このときのSi
n、膜(15a)の膜厚をt、とする。尚、周波数特性
を問題にしない場合は、上記N型の埋込み層(14n)
は形成しなくてもよい。
First, as shown in FIG. 3A, an N-type silicon substrate (2
1n) is prepared, and an N-type high concentration region, ie,
After forming an N-type buried layer (14n), the surface is oxidized to form a SiO□ film (15a). At this time, Si
n, and the film thickness of the film (15a) is t. In addition, if frequency characteristics are not an issue, use the N-type buried layer (14n) as described above.
does not need to be formed.

次に、第3図Bに示すように、別のP型のシリコン基板
(1p)を用意し、このシリコン基板(1p)の表面を
酸化してSiO□膜(15b)を形成する。このときの
SiO□膜(15b)の膜厚をt2とする。
Next, as shown in FIG. 3B, another P-type silicon substrate (1p) is prepared, and the surface of this silicon substrate (1p) is oxidized to form a SiO□ film (15b). The thickness of the SiO□ film (15b) at this time is defined as t2.

次に、第3図Cに示すように、通常のウェハの貼り合せ
技術を用いて、上記2枚のシリコン基板(21n)及び
(1p)を夫々Si0g膜(15a)及び(15b)を
対向させて貼り合せる。
Next, as shown in FIG. 3C, using a normal wafer bonding technique, the two silicon substrates (21n) and (1p) are bonded with the Si0g films (15a) and (15b) facing each other, respectively. and paste it together.

この例では、入射光に対する5iOzWA(15a)及
び(15b)の各界面(a)及び(b)での反射光が最
大となるように、5tO2膜(15a)及び(15b)
のトータル厚みt (−t+ + tz)を選定するこ
とが好ましい、具体的には、第4図の特性図で示すよう
に、膜厚に対する光の反射率がピークになるポイントP
を膜厚tとして選ぶ。
In this example, the 5tO2 films (15a) and (15b) are arranged so that the reflected light at each interface (a) and (b) of the 5iOzWA (15a) and (15b) with respect to the incident light is maximized.
It is preferable to select the total thickness t (-t+ + tz) of the film. Specifically, as shown in the characteristic diagram of FIG.
is selected as the film thickness t.

次に、第3図りに示すように、シリコン基板(21n)
の主面を研磨して所望の厚さにしたのち、P型の素子分
離領域(3p)を形成して、該素子分離領域(3p)で
囲まれた素子形成領域(5n)を形成する。
Next, as shown in the third diagram, a silicon substrate (21n)
After polishing the main surface to a desired thickness, a P-type element isolation region (3p) is formed, and an element formation region (5n) surrounded by the element isolation region (3p) is formed.

その後、素子形成領域(5n)にP型の不純物拡散領域
(10p) 、 N型の不純物拡散領域(9n) 、表
面保護膜(絶縁膜) (13)、 Af等によるアノー
ド電極(11)及びカソード電極(12)を形成して第
1実施例に係る半導体装t(At)を得る。
After that, a P-type impurity diffusion region (10p), an N-type impurity diffusion region (9n), a surface protection film (insulating film) (13), an anode electrode (11) and a cathode made of Af etc. are formed in the element formation region (5n). An electrode (12) is formed to obtain a semiconductor device t(At) according to the first example.

この製法によれば、第1図で示すようなシリコン基板(
1p)と素子形成領域(5n)間に絶縁層(15)が介
在された半導体装置(八〇を容易に形成することができ
る。尚、この製法による半導体装置(A、)において、
光の反射をより一層高めるために、第3−8においてP
型のシリコン基板(1p)に対する酸化処理の前に予め
該基板(1p)の表面をシリサイド化しておいてもよい
According to this manufacturing method, a silicon substrate (
A semiconductor device (80) in which an insulating layer (15) is interposed between the element formation region (5n) and the semiconductor device (A) can be easily formed.
In order to further increase the reflection of light, P in No. 3-8
The surface of the silicon substrate (1p) may be silicided in advance before the oxidation treatment of the silicon substrate (1p).

次に、第2実施例に係る半導体装置(A2)、特にPN
接合面の改善を図ったフォトダイオード(PD)の構成
を第5図の工程図に基いて説明する。
Next, the semiconductor device (A2) according to the second embodiment, especially the PN
The structure of a photodiode (PD) with an improved junction surface will be explained based on the process diagram of FIG.

このフォトダイオード(PD)は、まず、第5図Aに示
すように、P型のシリコン基板(1p)上にN型の埋込
み層(14n)とP型の埋込み1i(22p)を形成す
る。
For this photodiode (PD), first, as shown in FIG. 5A, an N-type buried layer (14n) and a P-type buried layer 1i (22p) are formed on a P-type silicon substrate (1p).

次に、第5図Bに示すように、シリコン基板(1p)上
にN型のエピタキシャル層(23n)を形成したのち、
P型の埋込み層(22p)に達する上層の素子骨1tl
 領域(3p)を形成すると共に、P型の埋込み層(2
2p)及び素子分離領域(3p)で囲まれた素子形成領
域(5n)内に、素子骨R領域(3p)と同等の深さを
有し、比較的幅の狭いP型の不純物拡散領域(24P)
を複数個形成する。上記素子分離領域(3p)と不純物
波’h、領域(24p)は同一マスクにより形成される
Next, as shown in FIG. 5B, after forming an N-type epitaxial layer (23n) on the silicon substrate (1p),
Upper element bone 1tl reaching the P-type embedded layer (22p)
A region (3p) is formed, and a P-type buried layer (2p) is formed.
In the element formation region (5n) surrounded by the element isolation region (3p) and the element isolation region (3p), there is a relatively narrow P-type impurity diffusion region ( 24P)
Form multiple pieces. The element isolation region (3p) and the impurity wave 'h' region (24p) are formed using the same mask.

次に、第5図Cに示すように、素子形成領域(5n)に
比較的浅いP型の不純物拡散領域(10p)を形成して
、第6図に示すように、この領域(10ρ)で、先に形
成された複数の不純物拡散領域(24p)をその表面部
において包含するようになす。即ち、各不純物拡散領域
(lop)及び(24p)でくし歯状の形状をかたちづ
くるようにして、PN接合面(j)の面積を増大化させ
る。上記不純物拡散領域(Lop)は、図示しないNP
N )ランジスタのベース領域の形成時に同時に形成さ
れる。その後、N型の不純物拡散領域(9n) 、絶縁
膜(13)及びM等によるアノード電極(11)、カソ
ード電極(12)を形成して第2実施例に係るフォトダ
イオード(PD)を得る。ここで、上記N型の不純物拡
散領域(9n)は、図示しないNPN )ランジスタの
コレクタ取出し領域及びエミッタ領域と同時に形成され
る。
Next, as shown in FIG. 5C, a relatively shallow P-type impurity diffusion region (10p) is formed in the element formation region (5n), and as shown in FIG. , so as to include the plurality of previously formed impurity diffusion regions (24p) in its surface portion. That is, each impurity diffusion region (lop) and (24p) form a comb-like shape to increase the area of the PN junction surface (j). The impurity diffusion region (Lop) is an NP (not shown).
N) Formed at the same time as forming the base region of the transistor. Thereafter, an N-type impurity diffusion region (9n), an insulating film (13), an anode electrode (11) and a cathode electrode (12) made of M or the like are formed to obtain a photodiode (PD) according to the second embodiment. Here, the N-type impurity diffusion region (9n) is formed simultaneously with the collector lead-out region and emitter region of an NPN (not shown) transistor.

この第2実施例によれば、素子形成領域(5n)とPN
接合(j)を形成する半導体領域を、深さ方向に延びる
複数の不純物拡散領域(24p) と平面方向に延びる
1つの不純物拡散領域(10p)でくし歯状に形成する
ようにしたので、PN接合面(j)の面積が増え、それ
に伴ない、PN接合面(j)から延びる空互層の広がり
が増大化する。従って、素子形成領域(5n)即ち、こ
の第2実施例では、エピタキシャル層(23n)全体の
濃度及び膜厚を変えることなく、空乏層の広がりを増大
化させることが可能になり、他素子(図示しないNPN
 トランジスタ等)の特性並びに集積度を劣化させるこ
となく、フォトダイオード(PD)の受光感度を向上さ
せることができる。
According to this second embodiment, the element formation region (5n) and the PN
Since the semiconductor region forming the junction (j) is formed in a comb-like shape with a plurality of impurity diffusion regions (24p) extending in the depth direction and one impurity diffusion region (10p) extending in the plane direction, the PN As the area of the bonding surface (j) increases, the spread of the alternating layers extending from the PN bonding surface (j) increases accordingly. Therefore, in the element formation region (5n), that is, in this second embodiment, it is possible to increase the spread of the depletion layer without changing the concentration and film thickness of the entire epitaxial layer (23n), and other elements ( NPN not shown
The light-receiving sensitivity of a photodiode (PD) can be improved without deteriorating the characteristics and degree of integration of transistors, etc.).

次に、上記第2実施例の変形例に係る半導体装置、特に
フォトダイオード(PD)の構成を第7図に基いて説明
する。
Next, the structure of a semiconductor device, particularly a photodiode (PD), according to a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.

このフォトダイオード(PD)は、図示するように、上
記第2実施例における各半導体領域の導電型を逆にした
構成を有する。この変形例においてもP型の素子形成領
域(5p)に対してPN接合(j)を形成するN型の不
純物拡散領域(Ion)かくし歯状に形成されているた
め、PN接合面(j)の面積が増大化し、フォトダイオ
ード(PD)の受光感度を向上させることができる。
As shown in the figure, this photodiode (PD) has a configuration in which the conductivity type of each semiconductor region in the second embodiment is reversed. Also in this modification, the N-type impurity diffusion region (Ion) forming the PN junction (j) with respect to the P-type element formation region (5p) is formed in a comb-like shape, so that the PN junction surface (j) The area of the photodiode (PD) increases, and the light receiving sensitivity of the photodiode (PD) can be improved.

次に、上記変形例の作り方の一例を第8図の工程図に基
いて説明する。
Next, an example of how to make the above modification will be explained based on the process diagram of FIG. 8.

まず、第8図Aに示すように、P型のシリコン基板(1
p)上に選択的にP型の埋込み層(31p)を形成する
。その後、第8図Bに示すように、シリコン基板(1p
)上にN型のエピタキシャル層(23n)を形成したの
ち、P型の素子分離領域(3p)を形成して、該素子分
離領域(3p)で囲まれた複数の素子形成領域(Ion
)及び(4n)を形成する。このとき、方の素子形成領
域(Ion)においては、その下部にP型の埋込み層(
31p)が複数個形成されたかたちとなり、この構造で
、第7図に示すフォトダイオード(PD)が構成される
。尚、この後、例えば他方の素子形成領域(4n)には
、夫々P型のウェル領域(32p)、P型のコレクタ取
出し領域(6p)、 N型のベース領域(7n)及びP
型のエミッタ領域(8p)からなるPNP )ランジス
タ(Tr)が形成される。
First, as shown in FIG. 8A, a P-type silicon substrate (1
p) A P-type buried layer (31p) is selectively formed on the layer p). After that, as shown in FIG. 8B, a silicon substrate (1p
) After forming an N-type epitaxial layer (23n) on the device isolation region (3p), a P-type element isolation region (3p) is formed, and a plurality of element formation regions (Ion) surrounded by the element isolation region (3p) are formed.
) and (4n) are formed. At this time, in one element formation region (Ion), a P-type buried layer (
31p) are formed, and this structure constitutes a photodiode (PD) shown in FIG. After this, for example, in the other element formation region (4n), a P-type well region (32p), a P-type collector extraction region (6p), an N-type base region (7n), and a P-type well region (32p) are formed.
A PNP transistor (Tr) consisting of a type emitter region (8p) is formed.

この変形例によれば、表面より比較的深い位置に高濃度
のPN接合(j)が形成されるため、周波数特性の向上
を図ることができる。また、PN接合(j)を形成する
素子形成領域(Ion)がくし歯状となっているため、
フォトダイオード(PD)の受光感度の向上も図ること
ができる。
According to this modification, a highly concentrated PN junction (j) is formed at a position relatively deeper than the surface, so that frequency characteristics can be improved. In addition, since the element formation region (Ion) forming the PN junction (j) has a comb-like shape,
It is also possible to improve the light receiving sensitivity of the photodiode (PD).

上記各実施例、即ち第1実施例においては、空乏層の下
端部における光の吸収量を増大化させてフォトダイオー
ド(PD)の受光感度を上げるようにし、第2実施例に
おいては、PN接合面(j)の面積を増大化させてフォ
トダイオード(PD)の受光感度を上げるようにしたが
、もちろん、第9図に示すように、第1実施例の構成と
第2実施例の構成を組合せることも可能である。この場
合、絶縁層(15)による効果とP型の不純物拡散領域
(Lop)のくし歯状による効果の相乗作用により、更
に受光感度を向上させることが可能となる。
In each of the above embodiments, that is, in the first embodiment, the amount of light absorbed at the lower end of the depletion layer is increased to increase the light receiving sensitivity of the photodiode (PD), and in the second embodiment, the light receiving sensitivity of the photodiode (PD) is increased. Although the area of the surface (j) was increased to increase the light receiving sensitivity of the photodiode (PD), as shown in FIG. 9, the structure of the first embodiment and the structure of the second embodiment are of course A combination is also possible. In this case, the synergistic effect of the effect of the insulating layer (15) and the effect of the comb-like shape of the P-type impurity diffusion region (Lop) makes it possible to further improve the light-receiving sensitivity.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に係る半導体装置によれば、PN接合面より延び
る空乏層下端部での電子・正孔対の発生を増加させて、
受光素子の受光感度を向上させることができる。
According to the semiconductor device according to the present invention, the generation of electron-hole pairs at the lower end of the depletion layer extending from the PN junction surface is increased,
The light receiving sensitivity of the light receiving element can be improved.

また、本発明に係る半導体装置によれば、他素子の特性
並びに集積度を劣化させることなく、空乏層の広がりを
増大化させて受光素子の受光感度を向上させることがで
きる。
Further, according to the semiconductor device according to the present invention, the light-receiving sensitivity of the light-receiving element can be improved by increasing the spread of the depletion layer without deteriorating the characteristics and integration degree of other elements.

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

第1図は第1実施例に係る半導体装置を示す構成図、第
2図は本実施例の深さ方向に対する光の吸収量の変化を
示す特性図、第3図は第1実施例に係る半導体装置の製
法の一例を示す工程図、第4図は絶縁層の膜厚に対する
光反射率の変化を示す特性図、第5図は第2実施例に係
る半導体装置の構成を示す工程図、第6図はその要部を
示す平面図、第7図は第2実施例の変形例を示す構成図
、第8図はその製法の一例を示す工程図、第9図は他の
実施例に係る半導体装置を示す構成図、第10図は従来
例に係る半導体装置を示す構成図、第11図は従来の深
さ方向に対する光の吸収量の変化を示す特性図である。 (AI)及び(^2)は半導体装置、(PD)はフォト
ダイオード、(1p)はシリコン基板、(3p)は素子
分離領域、(4n)及び(5n)は素子形成領域、(9
n)はN型の不純物拡散領域、(10ρ)及び(24p
)はP型の不純物拡散領域、(11)はアノード電極、
(12)はカソード電極、(14n)はN型の埋込み層
、(15)は絶縁層、(j)はPN接合(面)である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a semiconductor device according to the first embodiment, FIG. 2 is a characteristic diagram showing changes in the amount of light absorption in the depth direction of this embodiment, and FIG. 3 is a diagram showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. A process diagram showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device, FIG. 4 is a characteristic diagram showing changes in light reflectance with respect to film thickness of an insulating layer, and FIG. 5 is a process diagram showing the configuration of a semiconductor device according to a second embodiment. Fig. 6 is a plan view showing the main parts, Fig. 7 is a configuration diagram showing a modification of the second embodiment, Fig. 8 is a process diagram showing an example of its manufacturing method, and Fig. 9 is a diagram showing another embodiment. FIG. 10 is a block diagram showing a conventional semiconductor device, and FIG. 11 is a conventional characteristic diagram showing changes in the amount of light absorbed in the depth direction. (AI) and (^2) are semiconductor devices, (PD) is a photodiode, (1p) is a silicon substrate, (3p) is an element isolation region, (4n) and (5n) are element formation regions, (9
n) is an N-type impurity diffusion region, (10ρ) and (24p
) is a P-type impurity diffusion region, (11) is an anode electrode,
(12) is a cathode electrode, (14n) is an N-type buried layer, (15) is an insulating layer, and (j) is a PN junction (plane).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、素子形成領域内に形成されたPN接合により受光素
子を形成してなる半導体装置において、上記素子形成領
域下に所定の厚みを有する絶縁層を設けてなる半導体装
置。 2、素子形成領域内に形成されたPN接合により受光素
子を形成してなる半導体装置において、上記PN接合を
形成する一方の半導体領域をくし歯状に形成してなる半
導体装置。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor device in which a light-receiving element is formed by a PN junction formed in an element formation region, in which an insulating layer having a predetermined thickness is provided below the element formation region. 2. A semiconductor device in which a light-receiving element is formed by a PN junction formed in an element formation region, in which one semiconductor region forming the PN junction is formed in a comb-like shape.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8685801B2 (en) 2010-08-12 2014-04-01 Fuji Electric Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device
JP2021027185A (en) * 2019-08-06 2021-02-22 ローム株式会社 Optical semiconductor device

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