JPH06177414A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
- Publication number
- JPH06177414A JPH06177414A JP4321854A JP32185492A JPH06177414A JP H06177414 A JPH06177414 A JP H06177414A JP 4321854 A JP4321854 A JP 4321854A JP 32185492 A JP32185492 A JP 32185492A JP H06177414 A JPH06177414 A JP H06177414A
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- JP
- Japan
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- semiconductor substrate
- light receiving
- thickness
- receiving element
- circuit
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入射光により発生した光キャリアが接合に到
達するまでに再結合してしまうのを低減し、光に対し高
感度の半導体素子を得る。 【構成】 受光素子のＮ型半導体基板１の厚さＷを、 【数５】 とし、光が入射する面の反対側の面に反射膜３を設け
た。
達するまでに再結合してしまうのを低減し、光に対し高
感度の半導体素子を得る。 【構成】 受光素子のＮ型半導体基板１の厚さＷを、 【数５】 とし、光が入射する面の反対側の面に反射膜３を設け
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光センサ，光結合素子
等に使用される受光素子および回路内蔵受光素子のよう
な半導体素子の改良、特に受光素子の高感度化に関する
ものである。
等に使用される受光素子および回路内蔵受光素子のよう
な半導体素子の改良、特に受光素子の高感度化に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の受光素子の一例の略断面
図である。たとえば、Ｎ型の半導体基板１の表面には、
Ｐ型拡散層２が形成されている。
図である。たとえば、Ｎ型の半導体基板１の表面には、
Ｐ型拡散層２が形成されている。
【０００３】受光素子の光電流は、入射した光が半導体
基板で吸収され、それにより発生した光キャリアがＰＮ
接合に到達して発生する。表面には酸化膜，保護膜等が
形成されているが、図６では簡略化のため省略されてい
る。
基板で吸収され、それにより発生した光キャリアがＰＮ
接合に到達して発生する。表面には酸化膜，保護膜等が
形成されているが、図６では簡略化のため省略されてい
る。
【０００４】通常受光素子の厚さは２００〜５００μｍ
であり、接合は表面から１〜２０μｍの深さに形成され
ている。たとえば、入射光が９５０ｎｍの場合、シリコ
ンでの光吸収係数は４００ｃｍ-1であり、９９％が吸収
されるのは１１５μｍの深さである。
であり、接合は表面から１〜２０μｍの深さに形成され
ている。たとえば、入射光が９５０ｎｍの場合、シリコ
ンでの光吸収係数は４００ｃｍ-1であり、９９％が吸収
されるのは１１５μｍの深さである。
【０００５】したがって、発生した光キャリアがすべて
光電流に寄与するには、数十μｍ以上移動して接合に到
達する必要がある。
光電流に寄与するには、数十μｍ以上移動して接合に到
達する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体基板で
のキャリアの拡散長は数十〜数百μｍであるため、接合
に到達できる光キャリアは発生した光キャリアの一部し
かない。
のキャリアの拡散長は数十〜数百μｍであるため、接合
に到達できる光キャリアは発生した光キャリアの一部し
かない。
【０００７】一例としてキャリアの拡散長を１００μｍ
とすると、距離Ｘ（ｃｍ）移動して残っているキャリア
の割合は、ｅｘｐ（−Ｘ／１０-2）で表わされる。たと
えば、１０μｍ移動する場合には、約１０％のキャリア
が再結合してしまい光電流に寄与できない。
とすると、距離Ｘ（ｃｍ）移動して残っているキャリア
の割合は、ｅｘｐ（−Ｘ／１０-2）で表わされる。たと
えば、１０μｍ移動する場合には、約１０％のキャリア
が再結合してしまい光電流に寄与できない。
【０００８】このように、従来は受光素子の光感度を十
分に高感度化することができなかった。
分に高感度化することができなかった。
【０００９】本発明の目的は、入射光により発生した光
キャリアが接合に到達するまでに再結合してしまうのを
低減し、光に対し高感度の半導体素子を得ることにあ
る。
キャリアが接合に到達するまでに再結合してしまうのを
低減し、光に対し高感度の半導体素子を得ることにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】受光部分の半導体基板の
厚さＷ（μｍ）を、
厚さＷ（μｍ）を、
【００１１】
【数２】
【００１２】とし、光が入射する面の反対側の面に反射
膜を設けることにより、入射光により発生した光キャリ
アが接合まで移動する距離を短くする。また、回路内蔵
受光素子においては、回路部分の基板の厚さを１０μｍ
以上とする。さらに、受光素子部分の薄い部分は半導体
基板をエッチングして形成する。薄くなった半導体基板
の裏面には別の半導体基板を貼付ける。
膜を設けることにより、入射光により発生した光キャリ
アが接合まで移動する距離を短くする。また、回路内蔵
受光素子においては、回路部分の基板の厚さを１０μｍ
以上とする。さらに、受光素子部分の薄い部分は半導体
基板をエッチングして形成する。薄くなった半導体基板
の裏面には別の半導体基板を貼付ける。
【００１３】
【作用】受光素子部分の半導体基板の厚さを薄くし、か
つ裏面に反射膜を設けたので、入射光により発生した光
キャリアが接合まで移動する距離を短くし、接合に到達
する光キャリアが増加するから、光電流が増加し受光素
子の感度が向上する。さらに、受光素子を形成した半導
体基板の裏面に、別の半導体基板を貼付けるから機械的
強度が維持される。
つ裏面に反射膜を設けたので、入射光により発生した光
キャリアが接合まで移動する距離を短くし、接合に到達
する光キャリアが増加するから、光電流が増加し受光素
子の感度が向上する。さらに、受光素子を形成した半導
体基板の裏面に、別の半導体基板を貼付けるから機械的
強度が維持される。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の略断面図であ
る。図６の従来例と異なるところは、その半導体基板の
厚さである。Ｎ型半導体基板１の表面にＰ型拡散層２を
形成し、研磨等で薄くして、裏面にたとえば金を蒸着し
て反射膜３を形成する。半導体基板１の厚さＷは、
る。図６の従来例と異なるところは、その半導体基板の
厚さである。Ｎ型半導体基板１の表面にＰ型拡散層２を
形成し、研磨等で薄くして、裏面にたとえば金を蒸着し
て反射膜３を形成する。半導体基板１の厚さＷは、
【００１５】
【数３】
【００１６】とする。こうすることにより、従来深さＷ
より深いところで発生していた光キャリアは、裏面の反
射膜３により光が反射されるために、深さＷより浅いと
ころで発生する。すなわち、光キャリアが移動する必要
のある接合までの距離が大幅に低減されるため、再結合
で失われる光キャリアが減少し、光電流は従来より増加
する。すなわち、受光素子の高感度化が実現できる。
より深いところで発生していた光キャリアは、裏面の反
射膜３により光が反射されるために、深さＷより浅いと
ころで発生する。すなわち、光キャリアが移動する必要
のある接合までの距離が大幅に低減されるため、再結合
で失われる光キャリアが減少し、光電流は従来より増加
する。すなわち、受光素子の高感度化が実現できる。
【００１７】以下に厚さの制限について述べる。一般
に、光が入射したときの深さｄでの光強度Ｉは、 Ｉ＝Ｉ0 ｅｘｐ（−αｄ）…（１） で表わされる。ここで、Ｉ0 は入射光強度、αは光吸収
係数である。
に、光が入射したときの深さｄでの光強度Ｉは、 Ｉ＝Ｉ0 ｅｘｐ（−αｄ）…（１） で表わされる。ここで、Ｉ0 は入射光強度、αは光吸収
係数である。
【００１８】式（１）の両辺をＩ0 で割り自然対数をと
ると、 ｌｎ（Ｉ／Ｉ0 ）＝−αｄ…（２） したがって、 ｄ＝−（１／α）ｌｎ（Ｉ／Ｉ0 ）…（３） ここで、入射光が９９％吸収される深さを求めると、そ
のときＩ／Ｉ0 ＝０．０１であるので、 ｄ＝−（１／α）ｌｎ０．０１…（４） となる。この深さより深いところに反射膜が存在して
も、反射する光は入射光の１％以下であり効果がない。
ると、 ｌｎ（Ｉ／Ｉ0 ）＝−αｄ…（２） したがって、 ｄ＝−（１／α）ｌｎ（Ｉ／Ｉ0 ）…（３） ここで、入射光が９９％吸収される深さを求めると、そ
のときＩ／Ｉ0 ＝０．０１であるので、 ｄ＝−（１／α）ｌｎ０．０１…（４） となる。この深さより深いところに反射膜が存在して
も、反射する光は入射光の１％以下であり効果がない。
【００１９】また、入射光が８０％吸収される深さを求
めると、そのときＩ／Ｉ0 ＝０．２であるので、 ｄ＝−（１／α）ｌｎ０．２ となる。この深さの１／２のところより浅いところに反
射膜が存在すると、反射した光が表面から外部に出てい
ってしまう量が入射光の２０％以上にも及び、感度が逆
に低下してしまう。したがって、反射膜が形成される深
さの最小値は、 ｄ＝（−１／２α）ｌｎ０．２…（５） となる。ゆえに、半導体基板の厚さＷは、式（４）と式
（５）の範囲内にあれば、８０％以上の光を吸収でき
る。
めると、そのときＩ／Ｉ0 ＝０．２であるので、 ｄ＝−（１／α）ｌｎ０．２ となる。この深さの１／２のところより浅いところに反
射膜が存在すると、反射した光が表面から外部に出てい
ってしまう量が入射光の２０％以上にも及び、感度が逆
に低下してしまう。したがって、反射膜が形成される深
さの最小値は、 ｄ＝（−１／２α）ｌｎ０．２…（５） となる。ゆえに、半導体基板の厚さＷは、式（４）と式
（５）の範囲内にあれば、８０％以上の光を吸収でき
る。
【００２０】入射光の波長が９５０ｎｍの場合について
考えてみる。光吸収係数は４００ｃｍ-1である。入射光
が８０％吸収される深さは４０μｍであり、反射膜は２
０μｍより深いところに設けることになる。一方、接合
の位置が表面から１μｍとすると、光キャリアの最大必
要移動距離は１９μｍである。ここで、キャリアの拡散
長を１００μｍとすると、１９μｍ移動する間に再結合
して消失してしまうキャリアは、 １−ｅｘｐ（−１９／１００）＝０．１７ すなわち１７％である。これから入射光が８０％吸収さ
れる深さの１／２よりも浅いところに反射膜を設ける
と、逆に感度が低下してしまうことが分かる。
考えてみる。光吸収係数は４００ｃｍ-1である。入射光
が８０％吸収される深さは４０μｍであり、反射膜は２
０μｍより深いところに設けることになる。一方、接合
の位置が表面から１μｍとすると、光キャリアの最大必
要移動距離は１９μｍである。ここで、キャリアの拡散
長を１００μｍとすると、１９μｍ移動する間に再結合
して消失してしまうキャリアは、 １−ｅｘｐ（−１９／１００）＝０．１７ すなわち１７％である。これから入射光が８０％吸収さ
れる深さの１／２よりも浅いところに反射膜を設ける
と、逆に感度が低下してしまうことが分かる。
【００２１】図２は、本発明を応用した回路内蔵受光素
子の略断面図である。図２において、Ｐ型半導体基板４
の表面には、Ｐ型分離拡散層７，７…により区分された
領域に受光素子と回路素子が形成されている。受光素子
であるフォトダイオードは、Ｐ型半導体基板４の表面に
形成されたＮ型エピタキシャル層６と、その一部に形成
されたカソード用のＮ+ 型拡散層９−２によって構成さ
れている。
子の略断面図である。図２において、Ｐ型半導体基板４
の表面には、Ｐ型分離拡散層７，７…により区分された
領域に受光素子と回路素子が形成されている。受光素子
であるフォトダイオードは、Ｐ型半導体基板４の表面に
形成されたＮ型エピタキシャル層６と、その一部に形成
されたカソード用のＮ+ 型拡散層９−２によって構成さ
れている。
【００２２】回路素子は、Ｐ型半導体基板４の表面にＮ
+ 型埋込拡散層５を介して形成されたＮ型エピタキシャ
ル層６の表面に順次形成されたＰ+ 型拡散層８およびＮ
+ 型拡散層９とによってＮＰＮトランジスタが構成され
ている。なお、その表面にはコレクタ電極用のＮ+ 型拡
散層９−１が形成されている。裏面には反射膜３が設け
られている。通常表面に形成される酸化膜，配線，保護
膜等は省略してある。
+ 型埋込拡散層５を介して形成されたＮ型エピタキシャ
ル層６の表面に順次形成されたＰ+ 型拡散層８およびＮ
+ 型拡散層９とによってＮＰＮトランジスタが構成され
ている。なお、その表面にはコレクタ電極用のＮ+ 型拡
散層９−１が形成されている。裏面には反射膜３が設け
られている。通常表面に形成される酸化膜，配線，保護
膜等は省略してある。
【００２３】この回路内蔵受光素子は、通常の方法で作
成された後、研磨等で薄くして裏面に反射膜３を形成す
る。厚さＷは、
成された後、研磨等で薄くして裏面に反射膜３を形成す
る。厚さＷは、
【００２４】
【数４】
【００２５】とする。図２に示されるような回路内蔵受
光素子は、基板がかなり薄くなる場合がある。ところ
で、回路部分の基板部分の抵抗が高くなると、ラッチア
ップや基板（ＧＮＤ）電位の上昇等の不具合が生じるこ
とが一般に知られている。基板の比抵抗が通常１０Ωｃ
ｍであるので、１０μｍの厚さにすると、シート抵抗と
しては１０ＫΩ／ となる。これより抵抗が高くなる
と、前述のような問題が発生するので、回路部分の基板
の厚さは１０μｍ以上にしておく必要がある。
光素子は、基板がかなり薄くなる場合がある。ところ
で、回路部分の基板部分の抵抗が高くなると、ラッチア
ップや基板（ＧＮＤ）電位の上昇等の不具合が生じるこ
とが一般に知られている。基板の比抵抗が通常１０Ωｃ
ｍであるので、１０μｍの厚さにすると、シート抵抗と
しては１０ＫΩ／ となる。これより抵抗が高くなる
と、前述のような問題が発生するので、回路部分の基板
の厚さは１０μｍ以上にしておく必要がある。
【００２６】その方法としては、半導体基板の厚さを１
０μｍ以上に設定する方法が考えられるが、設計の自由
度が低下してしまう。
０μｍ以上に設定する方法が考えられるが、設計の自由
度が低下してしまう。
【００２７】図３は前述の問題を解決するために基板の
厚さを回路素子の部分を厚く、受光素子の部分は薄くし
た実施例の略断面図である。各部の符号は図２と同様で
ある。半導体基板４の受光素子の部分のみ、たとえば裏
面をエッチングして、前述のような受光素子に最適な厚
さＷとして、裏面に反射膜３を形成する。こうすれば、
受光素子部分と回路部分の厚さを、それぞれ独立に設定
できるため、設計の自由度が高く最適な設計が可能とな
る。また、ウェハやチップの機械的強度を、受光素子お
よび回路部分ともに薄くするのに比べて、向上できる。
上記のエッチングは、一般的に知られた異方性エッチン
グにより行なうことができる。
厚さを回路素子の部分を厚く、受光素子の部分は薄くし
た実施例の略断面図である。各部の符号は図２と同様で
ある。半導体基板４の受光素子の部分のみ、たとえば裏
面をエッチングして、前述のような受光素子に最適な厚
さＷとして、裏面に反射膜３を形成する。こうすれば、
受光素子部分と回路部分の厚さを、それぞれ独立に設定
できるため、設計の自由度が高く最適な設計が可能とな
る。また、ウェハやチップの機械的強度を、受光素子お
よび回路部分ともに薄くするのに比べて、向上できる。
上記のエッチングは、一般的に知られた異方性エッチン
グにより行なうことができる。
【００２８】図４は、さらに機械的強度を向上させた一
実施例の略断面図である。図２に示されるような回路内
蔵受光素子を形成したＰ型半導体基板４の裏面に、別の
シリコン基板１０を貼付ける。Ｐ型半導体基板４の裏面
に形成した反射膜３にシリコン基板１０を接触させ熱処
理を加えることで貼付けることができる。
実施例の略断面図である。図２に示されるような回路内
蔵受光素子を形成したＰ型半導体基板４の裏面に、別の
シリコン基板１０を貼付ける。Ｐ型半導体基板４の裏面
に形成した反射膜３にシリコン基板１０を接触させ熱処
理を加えることで貼付けることができる。
【００２９】ここでは図２の構造の回路内蔵受光素子へ
の適用について述べたが、図３の構造の回路内蔵受光素
子へも適用できる。
の適用について述べたが、図３の構造の回路内蔵受光素
子へも適用できる。
【００３０】前記の方法以外に、通常通り作成して薄く
した回路内蔵受光素子を形成したＰ型半導体基板４に、
反射膜３の働きをするシリサイド（またはメタル）膜１
１を形成したシリコン基板を貼付けるという方法でもよ
い。
した回路内蔵受光素子を形成したＰ型半導体基板４に、
反射膜３の働きをするシリサイド（またはメタル）膜１
１を形成したシリコン基板を貼付けるという方法でもよ
い。
【００３１】また、基板の貼付けを容易にするには、基
板の表面にシリサイド（またはメタル）膜を形成し、そ
の上に酸化膜を形成したシリコン基板を、通常通り作成
して薄くした回路内蔵受光素子に貼付ければよい。
板の表面にシリサイド（またはメタル）膜を形成し、そ
の上に酸化膜を形成したシリコン基板を、通常通り作成
して薄くした回路内蔵受光素子に貼付ければよい。
【００３２】図５（ａ）および（ｂ）は、前述の方法に
よる工程の略断面図である。まず、図５（ａ）に示され
るように、表面に受光素子と回路素子を形成したＰ型半
導体基板４と、表面に酸化膜１２およびシリサイド膜１
１を形成したシリコン基板１０を用意する。次にこの両
者を接着すると図５（ｂ）に示されるような回路内蔵受
光素子が形成される。
よる工程の略断面図である。まず、図５（ａ）に示され
るように、表面に受光素子と回路素子を形成したＰ型半
導体基板４と、表面に酸化膜１２およびシリサイド膜１
１を形成したシリコン基板１０を用意する。次にこの両
者を接着すると図５（ｂ）に示されるような回路内蔵受
光素子が形成される。
【００３３】また、前もって反射膜を有するウェハを貼
付けてから、回路内蔵受光素子を作成してもよい。ま
た、反射膜を形成せずにアセンブリ材（フレーム，Ａｇ
ペースト等）を反射膜として代用してもよい。
付けてから、回路内蔵受光素子を作成してもよい。ま
た、反射膜を形成せずにアセンブリ材（フレーム，Ａｇ
ペースト等）を反射膜として代用してもよい。
【００３４】
【発明の効果】入射光により発生した光キャリアが接合
まで移動する距離を短くしたので、接合に到達する光キ
ャリアが増加し、光電流が増加する。すなわち、受光素
子が高感度化される。
まで移動する距離を短くしたので、接合に到達する光キ
ャリアが増加し、光電流が増加する。すなわち、受光素
子が高感度化される。
【図１】本発明による受光素子の略断面図である。
【図２】本発明による回路内蔵受光素子の略断面図であ
る。
る。
【図３】本発明による回路内蔵受光素子の他の実施例の
略断面図である。
略断面図である。
【図４】本発明による回路内蔵受光素子のさらに他の実
施例の略断面図である。
施例の略断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、基板の貼付法に関する
一例の各工程の略断面図である。
一例の各工程の略断面図である。
【図６】従来の受光素子の略断面図である。
１ Ｎ型半導体基板 ２ Ｐ型拡散層 ３ 反射膜 ４ Ｐ型半導体基板 ５ Ｎ+ 型埋込拡散層 ６ Ｎ型エピタキシャル層 ７ Ｐ型分離拡散層 ８ Ｐ+ 型拡散層 ９ Ｎ+ 型拡散層 ９−１，９−２ Ｎ+ 型拡散層 １０ シリコン基板 １１ シリサイド膜 １２ 酸化膜
Claims (6)
- 【請求項１】 厚さＷ（μｍ）の半導体基板の受光面側
に形成されたＰＮ接合と、その反対側に形成された反射
膜とを有し、該基板の光吸収係数をα（ｃｍ -1）とした
とき、Ｗの範囲は、 【数１】 であることを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 半導体基板の表面の一部に回路素子を形
成し、他の部分に受光素子として請求項１記載の半導体
素子を有することを特徴とする半導体素子。 - 【請求項３】 反射膜は金であることを特徴とする請求
項１または２記載の半導体素子。 - 【請求項４】 回路部分の半導体基板の厚さが１０μｍ
以上であることを特徴とする請求項２記載の半導体素
子。 - 【請求項５】 受光素子部分の半導体基板をエッチング
することにより、受光素子部分の厚さと回路部分の半導
体基板の厚さを独立に制御したことを特徴とする請求項
４記載の半導体素子。 - 【請求項６】 少なくとも受光素子部分を形成した半導
体基板の裏面に別の半導体基板を貼付けたことを特徴と
する請求項１，２または３記載の半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4321854A JPH06177414A (ja) | 1992-12-01 | 1992-12-01 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4321854A JPH06177414A (ja) | 1992-12-01 | 1992-12-01 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06177414A true JPH06177414A (ja) | 1994-06-24 |
Family
ID=18137166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4321854A Pending JPH06177414A (ja) | 1992-12-01 | 1992-12-01 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06177414A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001015792A (ja) * | 1999-04-28 | 2001-01-19 | Denso Corp | 光センサ |
| KR20020048716A (ko) * | 2000-12-18 | 2002-06-24 | 박종섭 | 기판 뒷면에 반사층을 구비하는 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| JP2010056167A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| WO2018116697A1 (ja) * | 2016-12-20 | 2018-06-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-12-01 JP JP4321854A patent/JPH06177414A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001015792A (ja) * | 1999-04-28 | 2001-01-19 | Denso Corp | 光センサ |
| JP4604301B2 (ja) * | 1999-04-28 | 2011-01-05 | 株式会社デンソー | 光センサ |
| KR20020048716A (ko) * | 2000-12-18 | 2002-06-24 | 박종섭 | 기판 뒷면에 반사층을 구비하는 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| JP2010056167A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| US8129213B2 (en) | 2008-08-26 | 2012-03-06 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and method for manufacturing the same |
| WO2018116697A1 (ja) * | 2016-12-20 | 2018-06-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000912 |