JPH08130324A - 高耐圧プレーナ型受光素子 - Google Patents

高耐圧プレーナ型受光素子

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JPH08130324A
JPH08130324A JP6267496A JP26749694A JPH08130324A JP H08130324 A JPH08130324 A JP H08130324A JP 6267496 A JP6267496 A JP 6267496A JP 26749694 A JP26749694 A JP 26749694A JP H08130324 A JPH08130324 A JP H08130324A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な工程の追加により感度の高い高耐圧プ
レーナ型受光素子を得る。 【構成】 N型シリコン基板表面のSiO2 膜上方の抵
抗膜を高比抵抗膜6とこれに不純物を拡散した低比抵抗
膜8で形成する。N型シリコン基板1表面のPN接合は
アノード電極9によって覆われておらず、低比抵抗膜8
を通過した光により光電変換効率が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高耐圧のプレーナ型受
光素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は、比較的浅い拡散のプレーナ型受
光素子を高耐圧にしたものの一例の略断面図である。図
はその素子の左半分を示したもので、これと対称のもの
が右半分にも存在する。
【0003】図4において、第1導電型の半導体基板、
たとえば、N型シリコン基板1の表面の周縁部にはチャ
ネルストッパとなるN+ 型拡散層3が形成され、その内
側にはある間隔を隔てて第2導電型の拡散層、たとえ
ば、p型拡散層2が選択的拡散により形成されており、
その表面はSiO2 膜5で覆われている。N型シリコン
基板1の周辺表面のN型層とN+ 型拡散層3との境界部
から、N型シリコン基板1の表面のN型層とP型拡散層
2との境界のPN接合部までを覆う絶縁膜として、Si
2 膜5が形成されており、その表面は半絶縁性の透光
性の、たとえば、多結晶シリコンのような高比抵抗膜6
で覆われている。高比抵抗膜6の表面はSiO2 膜7で
覆われている。これらの両端に設けたアノード電極9お
よびチャネルストッパ電極10をそれぞれP型拡散層2
およびN+ 型拡散層3とオーミックコンタクトさせてい
る。
【0004】N型シリコン基板1の裏面には、N+ 型拡
散層4が形成され、さらにその表面にはカソード電極1
1が形成されている。N+ 型拡散層4は、カソード電極
11とのオーミックコンタクトを良好にさせるためのも
のである。
【0005】P型拡散層2には、アノード電極9により
逆バイアスとなる−電位が印加され、N+ 型拡散層3に
は、チャネルストッパ電極10により+電位が印加され
る。
【0006】このような構造であるから、この両者間の
高比抵抗膜6に微小電流が流れ、素子表面のフィールド
部には、この高比抵抗膜6により固定電位が形成され、
その結果、素子内部の電界集中が緩和され高耐圧とする
ことができる。
【0007】図4において、アノード電極9はN型シリ
コン基板1の表面のPN接合の境界部分を超えてチャネ
ルストッパの方向に延長されているが、これは下記の理
由によるものである。
【0008】図5(a)および(b)は、その説明のた
めのプレーナ型受光素子の略断面図である。(a)はア
ノード電極9が狭くPN接合の端部を覆っていない場
合、(b)はアノード電極9が十分広くPN接合の端部
上方を広く覆っている場合である。図面を簡略化するた
め、素子の左半分を示し、図4の高比抵抗膜6,SiO
2 膜7および裏面のN+ 型拡散層4およびカソード電極
11は省略してある。
【0009】図5(a)において、アノード電極9はN
型シリコン基板1の表面のPN接合の端部上方まで延長
していない場合を考える。P型拡散層2の周辺部以外の
部分(A)のPN接合は平面であり、この部分での電界
は集中しない。しかしP型拡散層2の周辺の端部(B)
は丸く湾曲しているから端部(B)は電界が集中しやす
い。さらに、PN接合とSiO2 膜5との接触部である
コーナー(C)は、Q SSと呼ばれる正の固定電位や、絶
縁膜中のナトリウムイオンなどの正電荷によりN型シリ
コン基板1の表面はさらにN型化し、点線20,20間
の空乏層はSiO2 膜5界面近くで湾曲し(C)付近で
降伏が発生する。
【0010】図4(b)は前記の欠点に対する対策を施
したもので、図4(a)と異なるところは、アノード電
極9を延長し、PN接合のSiO2 膜5との接触部を十
分広く覆うようにしたものである。このようにフィール
ドプレートと呼ばれる、アノード電極9の延長された電
極9aをPN接合の端部よりも外側に延ばすことによ
り、アノード電極部の基板表面のN層はP型となる傾向
を持つため、接合部の表面近傍における空乏層は図5
(b)の点線20,20で挟まれる領域のようにN型基
板表面の左方に延びるので、PN接合の周辺部(B)お
よび(C)における電界集中が緩和され耐圧の向上が図
られる。
【0011】図5(a)および(b)は、図4に示され
る半絶縁性膜である高比抵抗膜6を用いない、酸化膜た
とえばSiO2 膜5のみのパッシベーション方式を用い
て説明したが、半絶縁性の高比抵抗膜を用いた場合で
も、その比抵抗が高く、正電荷の影響が大きい場合は全
く同様で、フィールドプレート用の電極9aが必要とな
る。図4はこのフィールドプレートおよび高比抵抗膜の
双方を備えた一例である。
【0012】ところで、前記の高比抵抗膜6の比抵抗
は、効果を得るためには108 〜10 12Ω・cmの範囲
であることが望ましい。理由は1012Ω・cm以上とな
るとほぼ完全な絶縁体になってしまい、高比抵抗膜の効
果がなくなり、一方、108 Ωcm以下ではリーク電流
が増大してしまい高耐圧素子として実用上好ましくな
い。以上のように高耐圧化を図るためには、108 〜1
12Ω・cmの比抵抗である高比抵抗膜の採用と、Al
電極等によるフィールドプレート電極が必要である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】光電素子、たとえば、
フォトダイオード,フォトトランジスタ,フォトサイリ
スタ等では、入射光による感度が高いことが重要であ
り、可能な限り小さいチップで光信号を電気信号に変換
することが必要となる。しかしながら、高耐圧を得るた
めには、前述のようにAl等によるフィールドプレート
電極により、チップ周辺の最も感度が高く面積の大きい
基板表面のPN接合の端部を覆う必要があり、そのため
光感度は大幅に低下している。
【0014】本発明の目的は簡単な工程の追加により感
度の高い高耐圧プレーナ型受光素子を得ることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】フィールド部に固定電位
を形成するための高比抵抗膜のアノード電極側の部分に
不純物を拡散して低比抵抗膜とし、アノード電極がN型
半導体基板表面のP型拡散層との境界の上部を覆わない
ようにし、透光性の低比抵抗膜をフィールドプレートと
した。
【0016】
【作用】このような構造とすることにより、フィールド
部に固定電位を得るための高比抵抗膜のPN接合の端部
上方を覆う部分は、不純物拡散によりフィールドプレー
ト電極として十分使用できる低比抵抗の膜となる。低比
抵抗膜として、たとえば透光性の半絶縁性多結晶シリコ
ン膜を用いることにより、受光面積が増加するから耐圧
に影響を与えずに高感度化が図られる。
【0017】
【実施例】図1は本発明の一実施例の略断面図である。
図4の従来例と異なるところは、アノード電極9が短く
されPN接合の端部を覆っていないことと、高比抵抗膜
6のPN接合の端部を覆う部分が後述のように、低比抵
抗膜8とされていることである。その他同一の部分は同
一の符号で表示される。
【0018】図2(a)〜(e)は前記の構造を得るた
めの製法の一例の各工程の略断面図である。
【0019】まず、図2(a)に示すように、SiO2
膜5によって覆われた高比抵抗のN型シリコン基板1の
内側にアノードとなる高不純物濃度のP型拡散層2を選
択的に形成する。
【0020】次に、図2(b)に示すように、基板表面
には、P型拡散層2より所定距離離れた素子周辺に、チ
ャネルストッパとなるN+ 型拡散層3を形成し、基板裏
面には、裏面電極とのオーミックコンタクトを良好なら
しめるためのN+ 型拡散層4を同時に形成する。各拡散
のたびにSiO2 膜5は孔あけされ、拡散層の表面は再
びSiO2 膜で覆われその厚さは変化するが、以下の図
面においてSiO2 膜各部の厚さの変化は省略して図示
される。
【0021】次に、図2(c)に示されるように、P型
拡散層2の周辺部とN+ 型拡散層3の内縁部にまたがる
ようにSiO2 膜5の表面に、半絶縁性の多結晶シリコ
ン膜よりなる高比抵抗膜6を形成する。
【0022】次に、図2(d)に示すように、高比抵抗
膜6の表面のP型拡散層2側のアノード電極予定領域,
フィールドプレート予定領域およびN+ 型拡散層側のチ
ャネルストッパ電極予定領域を除いた部分に、SiO2
膜7を形成する。この図2(d)の状態でアノード電極
予定領域,フィールドプレート予定領域およびチャネル
ストッパ電極予定領域に、たとえばリン等の不純物を拡
散する。
【0023】図2(e)は拡散後の状態で、高比抵抗膜
6上のSiO2 膜7は不純物拡散時のカバーとなり、S
iO2 膜7直下の高比抵抗膜には不純物は拡散されず、
フィールドプレート予定領域とアノードおよびチャネル
ストッパ両電極予定領域のコンタクト部のみに不純物が
拡散される。その結果、固定電荷が必要でかつリーク電
流を小さくしたいフィールド部は高比抵抗膜6のままで
あり、抵抗率が低い方が望ましいフィールドプレート部
と電極コンタクト部は低比抵抗膜8となる。本実施例で
は、高比抵抗膜6に成長時の酸素濃度が30%の酸素ド
ープの多結晶シリコン膜を使用し、不純物拡散はリンを
900℃で拡散し、アニールは950℃で行なった。そ
の結果高比抵抗膜6の部分の比抵抗は約109 Ω・c
m、低比抵抗膜8の部分の比抵抗は約10Ω・cmとな
り、それぞれの目的に適した値となった。
【0024】本実施例では不純物にリンを使用したが、
他の不純物でも同じ効果を得られる。
【0025】次に図2(f)に示すように、アノード電
極およびチャネルストッパ電極用のコンタクトホール1
2,13をSiO2 膜5に形成する。最後に図2(g)
に示すように、素子表面には、アノード電極9とチャネ
ルストッパ電極10をAl等で蒸着して形成し、裏面に
は、カソード電極11をAu等の金属で蒸着して形成す
る。
【0026】なお前述の構造では多結晶シリコン膜が素
子表面で露出している部分がある。この部分の吸湿によ
る比抵抗の変動等、信頼性を考えると緻密な膜で覆った
方が望ましく、図3の実施例に示すように、多結晶シリ
コン膜への不純物拡散後、多結晶シリコン膜の表面をS
iN等の保護膜14で被覆した方がよい。
【0027】図6は受光素子の各部の相対感度の関係を
示すグラフの一例である。グラフの左端の座標は、図
1,図4の素子の左端に相当し、a,b,c,dはそれ
ぞれ図1および図4のa,b,c,dに対応する。一点
鎖線の曲線Aは従来例,実線の曲線Bは本発明に対応す
る。実線CはAl電極がない場合のレベルである。斜線
を施した部分が本発明により改善された部分である。
【0028】本発明の構造を耐圧750Vのラテラル型
フォトトライアックに採用し、フィールド部分のAl電
極を従来チップに比べ、35μm内側に後退させること
により、最小トリガ電流は約30%向上した。
【0029】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、不純物
拡散工程を1回追加するだけで、高比抵抗の半絶縁性多
結晶シリコン膜を選択的に透光性の低比抵抗膜とするこ
とが可能になり、従来Al電極により行なっていたフィ
ールドプレートを透明の導電膜で形成することが可能と
なり、受光面積を増大し耐圧を低下させずに光感度化が
図られる。
【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】(a)〜(g)はそれぞれ本発明の一実施例の
製造工程の略断面図である。
【図3】本発明の他の実施例の略断面図である。
【図4】従来の受光素子の一例の略断面図である。
【図5】(a)および(b)はそれぞれフィールドプレ
ートの効果を説明するための図面である。
【図6】素子の各位置に対する相対光感度の関係を示す
グラフである。
【符号の説明】
1 N型シリコン基板 2 P型拡散層 3,4 N+ 型拡散層 5,7 SiO2 膜 6 高比抵抗膜 8 低比抵抗膜 9 アノード電極 10 チャネルストッパ電極 11 カソード電極 12,13 コンタクトホール 14 保護膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光面となる表面に選択的に形成された
    第2導電型の拡散層を有する第1導電型の半導体基板
    と、 該半導体基板の表面に、前記の拡散層との境界を含む半
    導体基板の周辺にわたる表面を覆うように形成された絶
    縁膜と、 絶縁膜の表面に形成され、両端に電極により電圧を印加
    される、透光性の比抵抗の異なる部分を有する抵抗膜と
    を有し、 該抵抗膜の半導体基板の周辺側の上方の部分は高比抵抗
    膜であり、その拡散層側の半導体基板表面の拡散層との
    境界の上方の部分は高比抵抗膜に選択的に不純物を拡散
    して形成した低比抵抗膜であり、 前記低比抵抗膜に電圧を印加する電極は半導体基板の表
    面の前記拡散層との境界の上方を覆わないようにされて
    いることを特徴とする高耐圧プレーナ型受光素子。
  2. 【請求項2】 高比抵抗膜は、比抵抗が108 〜1012
    Ω・cm以上の半絶縁性多結晶シリコン膜で、この高比
    抵抗膜に選択的に不純物を拡散した低比抵抗膜は比抵抗
    が106 Ω・cm以下である請求項1記載の高耐圧プレ
    ーナ型受光素子。
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