JPH05190886A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３は、光電変換装置の従来例として、
同一出願人による「特開平３−９１９６９」記載の光電
変換装置を示したものである。この装置についてその概
要を説明する。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a conventional example of a photoelectric conversion device.
1 shows a photoelectric conversion device described in "Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-91969" by the same applicant. The outline of this device will be described.
【０００３】半導体基板２１０中には、半導体基板２１
０と反対の導電型を有する複数個の不純物ドープ領域２
３０（２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ…）が設けられ、
不純物ドープ領域２３０と半導体基板２１０とでフォト
ダイオードを形成している。不純物ドープ領域２３０を
形成する際にはイオン注入装置が用いられており、導電
層であるポリシリコン層２７０はそのときマスクとして
用いられている。そのため、不純物ドープ領域２３０の
位置は、ポリシリコン層２７０によって決められ、ポリ
シリコン層２７０でマスクされていないところに不純物
ドープ領域２３０が設けられる。絶縁膜２５０は、不純
物ドープ領域２３０及び半導体基板２１０の表面状態を
安定化させるいわゆるパシベーション膜で、通常ＳｉＯ
2 が使用されている。この絶縁膜２５０によってフォト
ダイオードの表面リーク電流が減少し、光検出器として
重要なパラメータである暗電流を小さな値にしている。
絶縁膜２５０はこの装置において非常に重要な役割を担
っている。In the semiconductor substrate 210, the semiconductor substrate 21
A plurality of impurity-doped regions 2 having a conductivity type opposite to 0
30 (230a, 230b, 230c ...) are provided,
The impurity-doped region 230 and the semiconductor substrate 210 form a photodiode. An ion implanter is used when forming the impurity-doped region 230, and the polysilicon layer 270 that is a conductive layer is then used as a mask. Therefore, the position of the impurity-doped region 230 is determined by the polysilicon layer 270, and the impurity-doped region 230 is provided where it is not masked by the polysilicon layer 270. The insulating film 250 is a so-called passivation film that stabilizes the surface state of the impurity-doped region 230 and the semiconductor substrate 210, and is usually SiO 2.
2 is used. This insulating film 250 reduces the surface leak current of the photodiode, and reduces the dark current, which is an important parameter for the photodetector, to a small value.
The insulating film 250 plays a very important role in this device.
【０００４】「特開平３−９１９６９」では、ポリシリ
コン層２７０を接地し、半導体基板２１０と同電位にし
てより暗電流を減少させている。According to Japanese Patent Laid-Open No. 3-91969, the polysilicon layer 270 is grounded to have the same potential as the semiconductor substrate 210 to further reduce the dark current.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前述の装置は、本件出
願人によって分光光度計のような分析装置においてスペ
クトル検出器に使われ、多くのユーザに好評を博してい
る。近年、ユーザからより高感度で高度な分析装置が求
められるようになってきた。しかし、前述の装置におい
てもある程度の暗電流があり、これによって装置の感度
が制限されている。この暗電流が生ずる原因について本
件の発明者が鋭意研究した結果、つぎのことが判明し
た。The above-mentioned device has been used by the applicant of the present invention as a spectrum detector in an analyzer such as a spectrophotometer, and has been well received by many users. In recent years, users have come to demand more highly sensitive and sophisticated analyzers. However, even in the device described above, there is some dark current, which limits the sensitivity of the device. As a result of earnest research by the inventor of the present invention regarding the cause of this dark current, the following has been found.
【０００６】前述の装置がおかれた環境によってフォト
ダイオードの上に設けられた絶縁膜２５０が帯電するこ
と（以後、チャージアップという）がある。すると、チ
ャージアップで生じた電荷が生じた絶縁膜２５０の下に
あるフォトダイオードに不必要な電界が加わり、この電
界によって暗電流が増加するのである。また、暗電流は
チャージアップ量に応じて増加する。The insulating film 250 provided on the photodiode may be charged (hereinafter referred to as charge-up) depending on the environment in which the above-mentioned device is placed. Then, an unnecessary electric field is applied to the photodiode below the insulating film 250 where the charge generated by the charge-up is generated, and the dark current is increased by this electric field. Further, the dark current increases according to the charge-up amount.
【０００７】このように、チャージアップによって暗電
流が増加するため、チャージアップが生じないような環
境下で使用する必要があり、分析装置としての使用が制
限されるという欠点が生じる。また、チャージアップに
よって検出器の寿命が短くなる恐れもある。As described above, since dark current increases due to charge-up, it is necessary to use in an environment where charge-up does not occur, and there is a drawback that the use as an analyzer is limited. In addition, the charge-up may shorten the life of the detector.
【０００８】本発明は、前述の問題点に鑑み、チャージ
アップによる暗電流の増加を防止することをその目的と
する。In view of the above problems, it is an object of the present invention to prevent an increase in dark current due to charge-up.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光電変換装置は、半導体基板（例えばシリ
コン基板）と、半導体基板に半導体基板との間でフォト
ダイオードを形成する不純物ドープ領域と、絶縁膜（例
えば、酸化シリコン膜）を介して半導体基板上に導電層
とを有し、導電層（例えば、ポリシリコン）は、不純物
ドープ領域上において不純物ドープ領域に光を透過させ
るのに十分薄く形成され、また、所定の一定電位に固定
されていることを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a photoelectric conversion device of the present invention is a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate), and an impurity-doped semiconductor substrate for forming a photodiode between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate. And a conductive layer over the semiconductor substrate with an insulating film (for example, a silicon oxide film) interposed therebetween, and the conductive layer (for example, polysilicon) transmits light to the impurity-doped region over the impurity-doped region. It is characterized in that it is formed sufficiently thin and is fixed to a predetermined constant potential.
【００１０】[0010]
【作用】本発明の光電変換装置では、不純物ドープ領域
と半導体基板との間でフォトダイオードが形成され、こ
のうえに絶縁膜が形成されている。不純物ドープ領域上
の導電層の部分は、不純物ドープ領域に光を透過させる
のに十分薄く形成されており、ここを通った光がフォト
ダイオードで検出される。ここで、この絶縁膜が帯電し
た場合、生じる電荷が導電層により放電され所定の一定
電位に固定される。そのため、絶縁膜が帯電し生じる電
荷によってフォトダイオードに不必要な電界が与えられ
ることがない。In the photoelectric conversion device of the present invention, the photodiode is formed between the impurity-doped region and the semiconductor substrate, and the insulating film is formed thereon. The portion of the conductive layer on the impurity-doped region is formed thin enough to allow light to pass through the impurity-doped region, and the light passing therethrough is detected by the photodiode. Here, when the insulating film is charged, the generated charge is discharged by the conductive layer and fixed at a predetermined constant potential. Therefore, an unnecessary electric field is not given to the photodiode by the electric charge generated by charging the insulating film.
【００１１】また、半導体基板の分離領域（不純物ドー
プ領域のない領域）の絶縁膜に電荷が生じても、反対極
性電荷の誘起が押さえられ、暗電流の増加が抑えられ
る。Further, even if charges are generated in the insulating film in the isolation region (the region without the impurity-doped region) of the semiconductor substrate, the induction of charges of opposite polarity is suppressed, and the increase of dark current is suppressed.
【００１２】[0012]
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１３】図１には、本発明の一実施例である光電変
換装置の光検出部の構造断面図が示されている。この装
置の光検出部は、半導体基板１１０中に、半導体基板１
１０との間で複数のフォトダイオードを形成する不純物
ドープ領域１３０（１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ…）
を形成し、不純物ドープ領域１３０側の表面に絶縁性の
酸化膜１５０が設けられている。そして、この絶縁膜１
５０上に不純物ドープ領域の形成時にその厚い部分がマ
スクとなる導電性のポリシリコン層１７０を形成し、そ
のうえに保護用のパシベーション膜（酸化膜）１８０を
形成している。ポリシリコン層１７０は、図示しない配
線で半導体基板１１０と電気的に接続されてグランドに
つながれている。即ち接地電位という一定の電位に固定
されている。FIG. 1 is a structural cross-sectional view of a photo-detecting portion of a photoelectric conversion device which is an embodiment of the present invention. The photo-detecting section of this device includes a semiconductor substrate 110 and a semiconductor substrate 1
Impurity-doped regions 130 (130a, 130b, 130c ...) Forming a plurality of photodiodes with respect to 10
And an insulating oxide film 150 is provided on the surface of the impurity-doped region 130 side. And this insulating film 1
A conductive polysilicon layer 170 whose thick portion serves as a mask when the impurity-doped region is formed is formed on 50, and a passivation film (oxide film) 180 for protection is formed thereon. The polysilicon layer 170 is electrically connected to the semiconductor substrate 110 by a wiring (not shown) and is connected to the ground. That is, it is fixed at a constant potential called the ground potential.
【００１４】また、図１の装置は、前述の光検出部のほ
かに、光検出部で検出された信号電荷を不純物ドープ領
域１３０から転送するＣＣＤ電荷転送部と、転送された
信号電荷を所定の信号処理などを施して出力するＭＯＳ
集積化信号処理回路などを有している。ＣＣＤ電荷転送
部、ＭＯＳ集積化信号処理回路などは、公知の技術にて
製作されており、光検出部とともにモノリシックに製作
されている。Further, in the apparatus of FIG. 1, in addition to the above-mentioned photodetection section, a CCD charge transfer section for transferring the signal charge detected by the photodetection section from the impurity-doped region 130 and a predetermined signal charge transferred. MOS that processes and outputs the signal
It has an integrated signal processing circuit and the like. The CCD charge transfer unit, the MOS integrated signal processing circuit, and the like are manufactured by known techniques, and are monolithically manufactured together with the photodetector unit.
【００１５】図２は、この装置の製造工程の概略を示し
たものである。この図をもとに図１の装置の製造工程を
説明する。まず、半導体基板１１０上に熱酸化によりの
ちのイオン注入に適した厚さ（０．０５μｍ程度）の酸
化膜１５０を形成する（図２（ａ））。つぎに、ポリシ
リコン層１７０を５００〜７００ｎｍ形成する（図２
（ｂ））。ポリシリコン層１７０はつぎにおいてマスク
として用いられる。そのため、不純物ドープ領域１３０
を形成する領域となるところにフォトエッチにて窓あけ
を行い、その部分を薄くする（図２（ｃ））。ここで、
ポリシリコン層１７０の薄い部分は、電気的に導通すれ
ば良く、また、検出光に対し透明であれば良いので、薄
いほど良い。１ｎｍ程度であれば十分であると思われ
る。FIG. 2 shows an outline of the manufacturing process of this device. The manufacturing process of the device of FIG. 1 will be described with reference to this drawing. First, an oxide film 150 having a thickness (about 0.05 μm) suitable for subsequent ion implantation is formed on the semiconductor substrate 110 by thermal oxidation (FIG. 2A). Next, a polysilicon layer 170 is formed to a thickness of 500 to 700 nm (see FIG. 2).
(B)). The polysilicon layer 170 is then used as a mask. Therefore, the impurity-doped region 130
A window is formed by photoetching in a region to be a region for forming a thin portion (FIG. 2C). here,
The thinner part of the polysilicon layer 170 is required to be electrically conductive and transparent to the detection light, and thus the thinner the better. It seems that about 1 nm is sufficient.
【００１６】そして、イオン注入装置を用いてポリシリ
コン層１７０をマスクとして所望のイオンを注入して不
純物ドープ領域１３０を形成する（図２（ｄ））。ポリ
シリコン層１７０は、半導体基板１１０と電気的に接続
されるように配線される。そして、パシベーション膜
（酸化膜）１８０を形成する（図２（ｅ））。このよう
にして図１の装置が作られる。Then, using the ion implanter, desired ions are implanted using the polysilicon layer 170 as a mask to form the impurity-doped region 130 (FIG. 2D). The polysilicon layer 170 is wired so as to be electrically connected to the semiconductor substrate 110. Then, a passivation film (oxide film) 180 is formed (FIG. 2E). In this way, the device of FIG. 1 is produced.
【００１７】図１の装置において、フォトダイオードの
上に設けられた絶縁膜１５０が帯電すると（チャージア
ップが生じると）、不純物ドープ領域１３０側の表面に
設けられたポリシリコン層１７０によってチャージアッ
プで生じた電荷が除去される。つまり、チャージアップ
で生じた電荷はポリシリコン層１７０の薄い部分によっ
て捕らえられ、接地電位に放電される。これによってチ
ャージアップ時に生じた電荷が一掃され、絶縁膜１５０
の下にあるフォトダイオードに不必要な電界が加わるの
が抑えられる。これにより異常な暗電流が発生せず、暗
電流の増加を抑えている。また、チャージアップ時に生
じた電荷が一掃され、モノリシックに設けられたほかの
部分に飛び込むのが防止されているため、装置が電気的
に保護されることになるので、寿命が帯びることにな
る。In the device of FIG. 1, when the insulating film 150 provided on the photodiode is charged (when charge-up occurs), it is charged up by the polysilicon layer 170 provided on the surface of the impurity-doped region 130 side. The generated charge is removed. That is, the charge generated by the charge-up is captured by the thin portion of the polysilicon layer 170 and discharged to the ground potential. As a result, the charges generated at the time of charge-up are swept away, and the insulating film 150
An unnecessary electric field is suppressed from being applied to the photodiode below. As a result, no abnormal dark current is generated, and the increase of dark current is suppressed. In addition, since the electric charge generated at the time of charge-up is wiped out and prevented from jumping into other portions provided monolithically, the device is electrically protected, and the life is extended.
【００１８】また、半導体基板１１０の分離領域（不純
物ドープ領域１３０の間）の絶縁膜１５０に電荷が生じ
ても暗電流の増加は、ポリシリコン層１７０の厚い部分
により抑えられる。これを詳述するとつぎのようにな
る。分離領域の絶縁膜１５０に電荷が生じると、これに
よって反対極性の電荷が誘起される。これによって不純
物ドープ領域１３０の間が短絡したり、あるいは暗電流
が発生することになる。図１の装置では、ポリシリコン
層１７０が接地電位につながれているため、上記の反対
極性電荷の誘起が押さえられることになる。これによっ
て暗電流の増加が抑えられている。Even if a charge is generated in the insulating film 150 in the isolation region (between the impurity-doped regions 130) of the semiconductor substrate 110, the increase in dark current is suppressed by the thick portion of the polysilicon layer 170. The details are as follows. When charges are generated in the insulating film 150 in the isolation region, charges of opposite polarities are induced thereby. As a result, a short circuit occurs between the impurity-doped regions 130 or a dark current is generated. In the device of FIG. 1, since the polysilicon layer 170 is connected to the ground potential, the induction of the opposite polarity charge is suppressed. This suppresses an increase in dark current.
【００１９】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, but various modifications can be made.
【００２０】ポリシリコン層と半導体基板とは、図示し
ない配線で電気的に接続してグランドにつないだが、
「特開平３−９１９６９」記載のようにポリシリコン層
と半導体基板とをスルーホールでつないでも良い。ま
た、ポリシリコン層は一定の電圧がかかっていれば暗電
流の増加を抑え得るので、接地電位とせずに所定の定電
圧にしても良い。さらに、ポリシリコン膜にかえて、金
属（例えば、金、白金、モリブデン、タングステンな
ど）を蒸着して形成しても良い。この場合、ポリシリコ
ン層を薄く形成してレジストをマスクとして不純物ドー
プ領域を形成しても良い。Although the polysilicon layer and the semiconductor substrate are electrically connected to the ground by a wiring (not shown),
The polysilicon layer and the semiconductor substrate may be connected by a through hole as described in "JP-A-3-91969". Further, since the polysilicon layer can suppress an increase in dark current if a constant voltage is applied, a predetermined constant voltage may be used instead of the ground potential. Further, instead of the polysilicon film, a metal (for example, gold, platinum, molybdenum, tungsten, etc.) may be formed by vapor deposition. In this case, the polysilicon layer may be formed thin and the impurity-doped region may be formed using the resist as a mask.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、絶縁膜が帯
電し生じる電荷が導電層により放電されて所定の一定電
位に固定され、フォトダイオードに不必要な電界が与え
られることがないため、フォトダイオードの暗電流が減
少し、感度の高くすることができ、また、装置が電気的
に保護されるため、装置の寿命を長くすることができ
る。As described above, according to the present invention, the electric charge generated by charging the insulating film is discharged by the conductive layer and fixed to a predetermined constant potential, and an unnecessary electric field is not applied to the photodiode. The dark current of the photodiode can be reduced, the sensitivity can be increased, and the device is electrically protected, so that the life of the device can be extended.
【００２２】[0022]
【図１】本発明の一実施例の構造断面図。FIG. 1 is a structural cross-sectional view of an embodiment of the present invention.
【図２】図１の光電変換装置の製造工程の概略図。FIG. 2 is a schematic view of a manufacturing process of the photoelectric conversion device of FIG.
【図３】従来例の構造断面図。FIG. 3 is a structural cross-sectional view of a conventional example.
１１０…半導体基板，１３０（１３０ａ，１３０ｂ，１
３０ｃ）…不純物ドープ領域，１５０…絶縁膜，１７０
…ポリシリコン層。110 ... Semiconductor substrate, 130 (130a, 130b, 1
30c) ... Impurity doped region, 150 ... Insulating film, 170
… Polysilicon layer.
Claims (1)
ードを形成する不純物ドープ領域と、 絶縁膜を介して前記半導体基板上に導電層とを有し、 前記導電層は、前記不純物ドープ領域上において前記不
純物ドープ領域に光を透過させるのに十分薄く形成さ
れ、また、所定の一定電位に固定されていることを特徴
とする光電変換装置。1. A semiconductor substrate, an impurity-doped region for forming a photodiode between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate, and a conductive layer on the semiconductor substrate via an insulating film. Is formed thin enough on the impurity-doped region to transmit light to the impurity-doped region, and is fixed to a predetermined constant potential.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4003931A JPH05190886A (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Photoelectric conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4003931A JPH05190886A (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Photoelectric conversion device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190886A true JPH05190886A (en) | 1993-07-30 |
Family
ID=11570887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4003931A Pending JPH05190886A (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Photoelectric conversion device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05190886A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10024473A1 (en) * | 2000-05-18 | 2001-11-29 | Vishay Semiconductor Gmbh | Optical receiver |
-
1992
- 1992-01-13 JP JP4003931A patent/JPH05190886A/en active Pending
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