JPH05198788A - 回路内蔵受光素子およびその製造方法 - Google Patents

回路内蔵受光素子およびその製造方法

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JPH05198788A
JPH05198788A JP4008298A JP829892A JPH05198788A JP H05198788 A JPH05198788 A JP H05198788A JP 4008298 A JP4008298 A JP 4008298A JP 829892 A JP829892 A JP 829892A JP H05198788 A JPH05198788 A JP H05198788A
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photodiode
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light receiving
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元彦 山本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路内蔵受光素子のS/N比向上と高集積化
を達成する。 【構成】 P型半導体基板1の表面のN型エピタキシャ
ル層3に、絶縁膜容量CのN+ 型拡散層6と、フォトダ
イオードAのN+ 型拡散層6とを同時に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、信号処理回路を内蔵し
た受光素子の改良に関するものであり、特にS/N比を
向上させるための構造およびその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】回路内蔵受光素子は、光センサ,フォト
カプラなどに広く用いられている。図8は、従来の一般
的なNPNトランジスタを有する回路内蔵受光素子の略
断面図を示す。
【0003】同図において、1枚のP型半導体基板1上
に受光素子であるフォトダイオードAとNPNトランジ
スタBおよび絶縁膜容量Cなどの信号処理回路素子とが
形成されている。フォトダイオードAはP型半導体基板
1とその上に成長させたN型エピタキシャル層3とから
構成される。NPNトランジスタBは、P型半導体基板
1に埋込んだN+ 型埋込み拡散層2、その上に成長させ
たN型エピタキシャル層3、その表面のP型拡散層5
(ベース)、その表面のN+ 型拡散層6(エミッタ)等
から構成されている。絶縁膜容量Cは、N+ 型拡散層6
の表面にシリコン窒化膜9を介して金属電極10を設け
ることにより形成されている。フォトダイオードAおよ
びNPNトランジスタBの表面はシリコン酸化膜8およ
びシリコン窒化膜9で被覆され、必要な個所に穴をあけ
電極10,10…を設ける。絶縁膜容量CのN+ 型拡散
層6の表面のシリコン酸化膜8およびシリコン窒化膜9
にも穴をあけ、電極10が設けられている。NPNトラ
ンジスタBの部分の7は、N + 型コレクタ拡散層であ
る。これらのフォトダイオードA,NPNトランジスタ
Bおよびその他の回路素子たとえば絶縁膜容量Cとの間
は、素子間分離拡散層4,4…によって分離されてい
る。
【0004】ところで、最近、回路内蔵受光素子の高機
能化の要求が高まっており、その中でも重要視される機
能としてS/N比向上の要請が強い。このS/N比向上
のためには、信号強度を上げるか、ノイズレベルを下げ
るかのいずれかもしくは両方を達成しなければならな
い。
【0005】この内、受光素子の光感度を向上させて信
号強度を向上させる手段として、図9に示されるような
構造の回路内蔵受光素子がある。この構造においては、
フォトダイオードAの表面のシリコン酸化膜8を除去
し、その表面にシリコン窒化膜9のみからなる表面反射
防止膜を形成することにより、フォトダイオードA内へ
の入射光強度を増加させ光感度をfしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図9の構造
の回路内蔵受光素子を実現にするにおいては、次のよう
な問題がある。
【0007】図9の構造において、フォトダイオードA
の表面にシリコン窒化膜9を直接形成するには、シリコ
ン酸化膜を窓開けする必要がある。通常、このシリコン
窒化膜は絶縁膜容量としても使用するため、信号処理回
路部分の絶縁膜容量Cの部分においても、同時にシリコ
ン酸化膜8の窓明けが行なわれる。これらの窓明けが行
なわれる部分のシリコン酸化膜8の厚さは互いに異なっ
ており、エッチングの完了する時間が異なっている。こ
のため、フォトダイオードA部分より酸化膜厚が薄い絶
縁膜容量C部分では、エッチング完了後のオーバーエッ
チ時間が長くなってしまい、酸化膜窓の線幅がマスク線
幅よりも大幅にシフトしてしまうという問題が発生す
る。このため、絶縁膜容量Cの表面のシリコン酸化膜8
の窓明け幅制御が困難となり、図9の構造の回路内蔵受
光素子の高集積化に対して障害となっていた。
【0008】また、図9の構造では、ノイズを低減する
効果はないため、S/N比を改善する効果は小さい。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明においては、1枚
の半導体基板上に受光素子と信号処理回路とを構成し、
受光素子は、第1の導電型の半導体基板とその上に形成
した第2導電型の半導体層とこの第2導電型の半導体層
上に形成した高不純物濃度の第2導電型の半導体層と、
その上に積層した受光素子の表面反射防止絶縁膜とによ
り形成した。
【0010】また、その製造に際しては、1枚の第1導
電型の半導体基板の表面の第2導電型の半導体層に、受
光素子部の高不純物濃度の第2導電型の半導体層と信号
処理回路内の絶縁膜容量部の高不純物濃度の第2導電型
の半導体層とを同時に形成するようにした。
【0011】
【作用】本発明によれば、受光素子であるフォトダイオ
ードAおよび絶縁膜容量Cの表面のシリコン酸化膜の厚
さが同一となるため、絶縁膜容量C部分でのシリコン酸
化膜窓明け幅制御が容易になり、また、フォトダイオー
ド部AのN型エピタキシャル層3の表面にN+ 型拡散層
6を設けてあるから、フォトダイオードの低ノイズ化を
達成できる。
【0012】
【実施例】図1は、NPNトランジスタを有する本発明
の一実施例の略断面図である。図9に示される従来例と
異なるところは、フォトダイオードAの表面のN型エピ
タキシャル層3にN+ 型拡散層6を形成したことであ
る。図2〜図4は、この実施例の各工程毎の略断面図で
ある。以下これらの図によって説明する。
【0013】まず、図2に示されるように、通常のバイ
ポーラICの工程を経ることにより、P型半導体基板1
の表面にフォトダイオードAおよびNPNトランジスタ
Bおよび絶縁膜容量Cなどの信号処理回路を同一基板上
に形成するのであるが、その終段の過程において、N型
エピタキシャル層3の表面に、絶縁膜容量CのN+ 型拡
散層6を形成するとき、同時にフォトダイオードAの部
分のN型エピタキシャル層3の表面にもN+ 型拡散層6
を形成する。
【0014】その後、図3に示すように、フォトダイオ
ードA部表面と絶縁膜容量C部の表面のシリコン酸化膜
8の窓明けを行なう。このとき、本発明においては、フ
ォトダイオードAと絶縁膜容量Cの窓開けを行なう部分
のシリコン酸化膜厚さが同一であるため、この厚さに差
があるときのようなマスク線幅からの窓開け幅のシフト
は生じない。
【0015】この後、図4に示すように、フォトダイオ
ードAの反射防止膜および絶縁膜容量Cの絶縁膜として
使用するシリコン窒化膜9を積層する。次に各電極の形
成予定領域に、シリコン窒化膜9およびシリコン酸化膜
8の窓開けを行なった後、各電極の形成を行なう。その
後、表面にカバー絶縁膜11を積層して図1の構造を得
る。
【0016】この図1の構造においては、フォトダイオ
ードAの表面にシリコン窒化膜9による反射防止膜を形
成しており、フォトダイオードAの光感度の向上が可能
となっている。また、フォトダイオードAの表面にN+
型拡散層6を形成していることにより、フォトダイオー
ドの低ノイズ化をも達成している。そのメカニズムは、
フォトダイオードA部分のホールに対するポテンシャル
分布とシリコン基板表面からの距離との関係が、図5の
ようになることで、N型エピタキシャル層3中に発生す
る光キャリア(ホール)が表面に到達しないようになっ
ているため、フォトダイオードAにおける表面再結合電
流の低減が可能になるためである。このN型エピタキシ
ャル層3の表面にN+ 型拡散層6を設けた受光素子につ
いては、本出願人が平成3年2月5日出願した特願平3
−14160に詳細に述べられている。
【0017】本発明は、N+ 型拡散層6を絶縁膜容量C
の部分に形成するとき、同時にフォトダイオードAの部
分にも形成するから、回路内蔵受光素子のS/N比向上
を達成しながら、同時に高集積化を実現することができ
る。
【0018】さらに、より高集積化を目指す場合に、2
層配線プロセスを採用する場合がある。そのときに、フ
ォトダイオード上に反射防止膜を形成する方法として、
本出願人により平成3年2月5日出願の特願平3−14
158において、図6の略断面図に示されるような回路
内蔵受光素子が開示されている。これは、シリコン窒化
膜9および12を二重に重ねたものである。13は2層
目の配線である。その他は、図9と同一であり同一符号
で表わされている。この構造においても、本発明を適用
することは可能であり、それを適用した構造の略断面図
が図7に示される。
【0019】図7において、フォトダイオード部のN型
エピタキシャル層3の表面にN+ 型拡散層6が形成さ
れ、その表面にシリコン窒化膜9および12が2層に形
成されている。
【0020】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、回路内蔵
受光素子のS/N比向上と高集積化を同時に達成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の略断面図である。
【図2】図1の構造を得る1工程の略断面図である。
【図3】図1の構造を得る1工程の略断面図である。
【図4】図1の構造を得る1工程の略断面図である。
【図5】フォトダイオード部のホールに対するポテンシ
ャルとシリコン基板表面からの距離との関係を示すグラ
フである。
【図6】2層配線プロセスによる回路内蔵素子の従来例
の略断面図である。
【図7】図6の構造に本発明を適用した1例の略断面図
である。
【図8】従来の回路内蔵受光素子の1例の略断面図であ
る。
【図9】従来の回路内蔵受光素子の他の1例を示す略断
面図である。
【符号の説明】
1 P型半導体基板 2 N型埋込拡散層 3 N型エピタキシャル層 4 素子間分離拡散層 5 P型拡散層 6 N+ 型拡散層 7 N+ 型補償拡散層 8 シリコン酸化膜 9 シリコン窒化膜 10 金属電極 11 カバー絶縁膜 A フォトダイオード B NPNトランジスタ C 絶縁膜容量

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1枚の半導体基板上に形成された受光素
    子と信号処理回路とにより構成され、受光素子は、第1
    の導電型の半導体基板と、その上に形成した第2導電型
    の半導体層と、この第2導電型の半導体層上に形成した
    高不純物濃度の第2導電型の半導体層と、その上に積層
    した受光素子の表面反射防止絶縁膜とを有することを特
    徴とする回路内蔵受光素子。
  2. 【請求項2】 1枚の第1導電型の半導体基板の表面の
    第2導電型の半導体層上に、受光素子部の高不純物濃度
    の第2導電型の半導体層と信号処理回路内の絶縁膜容量
    部の高不純物濃度の第2導電型の半導体層とを同時に形
    成することを特徴とする回路内蔵受光素子の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07231113A (ja) * 1993-12-20 1995-08-29 Nec Corp 半導体装置およびその製造方法
US6147390A (en) * 1997-04-07 2000-11-14 Nec Corporation Solid-state imaging device with film of low hydrogen permeability including openings

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07231113A (ja) * 1993-12-20 1995-08-29 Nec Corp 半導体装置およびその製造方法
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