JPH09213917A - Optical semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Optical semiconductor integrated circuit device

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JPH09213917A
JPH09213917A JP8016118A JP1611896A JPH09213917A JP H09213917 A JPH09213917 A JP H09213917A JP 8016118 A JP8016118 A JP 8016118A JP 1611896 A JP1611896 A JP 1611896A JP H09213917 A JPH09213917 A JP H09213917A
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JP
Japan
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optical semiconductor
epitaxial layer
isolation region
integrated circuit
circuit device
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Application number
JP8016118A
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Japanese (ja)
Inventor
Teruo Tabata
輝夫 田端
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09213917A publication Critical patent/JPH09213917A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a photo diode deteriorated in frequency characteristic due to a parasitic capacitance and adjacent photo diodes from malfunctioning by forming a reverse conductivity type epitaxial layer on a semiconductor substrate and dielectric isolation region piercing the epitaxial layer to the substrate. SOLUTION: A p-type semiconductor substrate 11 uses a Si single crystal substrate to mechanically support a semiconductor integrated circuit device. An n-type epitaxial layer 12 is laminated on the substrate 11 and dielectric isolation region 13 is composed of trenches 17 extending from the surface of the epitaxial layer 12 to the substrate 11, wall oxide film 18, and dielectric layer 19. This region 13 perfectly surrounds and isolates island regions 20 which form an optical semiconductor device. Thus, the frequency characteristic can be greatly improved to realize a high speed operation. Mutual interference due to flow-in of carriers generated by isolation at the p-n junction is completely avoided and this contributes to the elevation of the degree of integration.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体分離を用い
たフオトダイオード等の光半導体装置を内蔵する光半導
体集積回路装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor integrated circuit device incorporating an optical semiconductor device such as a photodiode using dielectric isolation.

【0002】[0002]

【従来の技術】受光素子であるフオトダイオードとその
周辺回路とを一体化したモノリシック光半導体集積回路
装置はそれぞれを別個に作りハイブリッド化した集積回
路装置に比べて、大幅なコストダウンが実現でき、外部
から電磁界による雑音にも強い利点を有している。
2. Description of the Related Art A monolithic optical semiconductor integrated circuit device in which a photodiode, which is a light receiving element, and its peripheral circuit are integrated is manufactured separately, and a significant cost reduction can be realized as compared with a hybridized integrated circuit device. It also has a strong advantage against external noise caused by electromagnetic fields.

【0003】従来の光半導体集積回路装置は例えば特公
平1−205564号公報に記載されているものが知ら
れている。図8および図9を用いて従来の光半導体集積
回路装置について説明する。図8において、(1)はP
型の半導体基板、(2)はN‐型のエピタキシヤル層、
(3)はP+型の下側分離領域、(4)はP+型の上側
分離領域、(5)はN+型カソード取り出し拡散領域、
(6)はカソード電極、(7)はシリコン酸化膜であ
る。
As a conventional optical semiconductor integrated circuit device, for example, one disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-205564 is known. A conventional optical semiconductor integrated circuit device will be described with reference to FIGS. In FIG. 8, (1) is P
Type semiconductor substrate, (2) is an N-type epitaxial layer,
(3) is a P + type lower isolation region, (4) is a P + type upper isolation region, (5) is an N + type cathode extraction diffusion region,
(6) is a cathode electrode, and (7) is a silicon oxide film.

【0004】かかる構造では、半導体基板(1)と上側
分離領域(4)および下側分離領域(3)で囲まれたエ
ピタキシヤル層(2)との間で形成されるPN接合をフ
オトダイオードとして利用される。このフオトダイオー
ドではエピタキシヤル層(2)に入射される光により発
生されるキャリアを電流としてカソード取り出し拡散領
域(5)にオーミック接触したカソード電極(6)から
検出して用いる。
In such a structure, the PN junction formed between the semiconductor substrate (1) and the epitaxial layer (2) surrounded by the upper isolation region (4) and the lower isolation region (3) is used as a photodiode. Used. In this photodiode, carriers generated by light incident on the epitaxial layer (2) are detected as current from the cathode electrode (6) in ohmic contact with the cathode extraction diffusion region (5) and used.

【0005】図9はその検出回路を示す。直流電源E間
に直列に検出抵抗RとフオトダイオードPDを接続し、
フオトダイオードPDと検出抵抗Rの接続ノードの電位
をオペアンプOPで検出している。なおフオトダイオー
ドPDに並列に接続された容量Cは上側および下側分離
領域(3)(4)とエピタキシヤル層(2)間に逆バイ
アス電位により形成された図8に点線で示した空乏層
(8)による寄生容量である。
FIG. 9 shows the detection circuit. The detection resistor R and the photodiode PD are connected in series between the DC power source E,
The potential of the connection node between the photodiode PD and the detection resistor R is detected by the operational amplifier OP. The capacitor C connected in parallel to the photodiode PD is a depletion layer shown by a dotted line in FIG. 8 formed by a reverse bias potential between the upper and lower isolation regions (3) and (4) and the epitaxial layer (2). It is the parasitic capacitance due to (8).

【0006】また図8では隣接した2個のフオトダイオ
ードが示されている。それぞれのフオトダイオードには
図9に示す検出回路がそれぞれ接続されており、当然同
一の集積回路装置内に集積化されている。
Further, in FIG. 8, two adjacent photodiodes are shown. The detection circuits shown in FIG. 9 are connected to the respective photodiodes, and they are naturally integrated in the same integrated circuit device.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
構造の光半導体集積回路装置では空乏層(8)による寄
生容量が必然的に形成されるので、図9に示す検出抵抗
Rとで時定数回路が形成され、寄生容量が大きいほどフ
オトダイオードPDの周波数特性が悪くなり、高速動作
を阻害する問題点を有している。
However, in the optical semiconductor integrated circuit device having such a structure, a parasitic capacitance is inevitably formed by the depletion layer (8), so that a time constant circuit is formed with the detection resistor R shown in FIG. The larger the parasitic capacitance formed, the worse the frequency characteristics of the photodiode PD, and there is the problem of impeding high-speed operation.

【0008】また図8に示すように複数のフオトダイオ
ードPDを隣接して配置した場合、フオトダイオードP
D間を分離している分離領域(3)(4)に光が入射さ
れると、それにより励起されたキャリアが隣接した両方
のフオトダイオードPDに流れてしまう。そのために光
の入射を希望しないフオトダイオードPDでも光の入射
がなされたと検出される問題点を有していた。これを防
止するには入射される光のスポットに比べて充分に大き
な分離領域(3)(4)に形成するか、全く独立してフ
オトダイオ一ドPDを配置する制約を受け、集積度を低
下させる問題点も有していた。
When a plurality of photodiodes PD are arranged adjacent to each other as shown in FIG.
When light is incident on the separation regions (3) and (4) separating between D, carriers excited by the light flow into both adjacent photodiodes PD. Therefore, there is a problem that even the photodiode PD, which does not want the light to enter, is detected to have the light to enter. In order to prevent this, the integration degree is lowered due to the restriction of forming the isolation regions (3) and (4) sufficiently larger than the spot of incident light or arranging the photodiodes PD completely independently. There was also a problem that caused it.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明はかかる従来の課
題に鑑みなされたもので、フオトダイオードを囲む工ピ
タキシャル層を誘電体分離領域で分離することにより、
寄生容量による周波数特性の悪化および隣接したフオト
ダイオードの誤動作を防止する光半導体集積回路装置を
提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and by separating the functional epitaxial layer surrounding the photodiode with a dielectric isolation region,
(EN) An optical semiconductor integrated circuit device which prevents deterioration of frequency characteristics due to parasitic capacitance and malfunction of an adjacent photodiode.

【0010】本発明に依れば、誘電体分離領域を用いて
いるので、誘電体分離領域とエピタキシャル層間で逆バ
イアス電位による空乏層の発生が無く、空乏層による寄
生容量が無くフォトダイオードの周波数特性の悪化を排
除でき、高速動作を実現できる。また本発明に依れば、
隣接した複数のフオトダイオードを形成する場合に各フ
オトダイオード間を誘電体分離領域で分離しているの
で、誘電体分離領域に光が入射されても誘電体分離領域
からその光により励起されたキャリアは発生されず隣接
したフオトダイオード間での誤動作は防止できる。
According to the present invention, since the dielectric isolation region is used, the depletion layer is not generated by the reverse bias potential between the dielectric isolation region and the epitaxial layer, the parasitic capacitance due to the depletion layer is not present, and the frequency of the photodiode is reduced. It is possible to eliminate deterioration of characteristics and realize high-speed operation. According to the present invention,
When multiple adjacent photodiodes are formed, the photodiodes are separated by the dielectric isolation region, so even if light is incident on the dielectric isolation region, carriers excited by the light from the dielectric isolation region Is not generated, and malfunction between adjacent photodiodes can be prevented.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図1は本発明による光半導体集積回
路装置を示す断面図である。図2は本発明による光半導
体集積回路装置を示す平面図である。図1において、
(11)はP型の半導体基板、(12)はN‐型のエピ
タキシャル層、(13)は誘電体分離領域、(14)は
N+型カソード取り出し拡散領域、(15)はカソード
電極、(16)はシリコン酸化膜である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an optical semiconductor integrated circuit device according to the present invention. FIG. 2 is a plan view showing an optical semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In FIG.
(11) is a P-type semiconductor substrate, (12) is an N-type epitaxial layer, (13) is a dielectric isolation region, (14) is an N + type cathode extraction diffusion region, (15) is a cathode electrode, (16) ) Is a silicon oxide film.

【0012】P型の半導体基板(11)はシリコン単結
晶基板を用い、半導体集積回路装置を完成したときに2
00〜1500Ω・cmの比抵抗を有しており、また半
導体集積回路装置を機械的に支持しているので300ミ
クロン以上と厚く形成されている。N一型のエピタキシ
ャル層(12)は半導体基板(11)上に気相成長法に
よりリン(P)ドープで成長され、厚さ4〜10μに積
層される。この厚みは入射される光により最適の厚みに
選定される。
A silicon single crystal substrate is used as the P-type semiconductor substrate (11), and when the semiconductor integrated circuit device is completed,
It has a specific resistance of 00 to 1500 Ω · cm, and since it mechanically supports the semiconductor integrated circuit device, it is formed as thick as 300 μm or more. The N 1 -type epitaxial layer (12) is grown on the semiconductor substrate (11) by phosphorus (P) doping by a vapor phase growth method, and is laminated to have a thickness of 4 to 10 μm. This thickness is selected to be optimum depending on the incident light.

【0013】本発明の特徴とする誘電体分離領域(1
3)はエピタキシャル層(12)表面より半導体基板
(11)まで達するトレンチ(17)とその表面を酸化
して形成した約3000Åのウオール酸化膜(18)と
トレンチ(17)を充填する多結晶シリコン等の誘電体
材料層(19)とで構成されている。本発明ではフオト
ダイオ一ド等の光半導体装置を形成する島領域(20)
をこの誘電体分離領域(13)で完全に取り囲んでいる
ことが特徴である。従って図1に示すように複数の光半
導体装置を隣接して形成される場合は両光半導体装置は
完全にその島領域(20)を誘電体分離領域(13)で
分離される。
The dielectric isolation region (1
3) is a trench (17) extending from the surface of the epitaxial layer (12) to the semiconductor substrate (11), and a wall oxide film (18) of about 3000 Å formed by oxidizing the surface and polycrystalline silicon filling the trench (17). And other dielectric material layers (19). In the present invention, an island region (20) forming an optical semiconductor device such as a photo diode is formed.
Is characterized in that it is completely surrounded by this dielectric isolation region (13). Therefore, as shown in FIG. 1, when a plurality of optical semiconductor devices are formed adjacent to each other, the island regions (20) of both optical semiconductor devices are completely separated by the dielectric isolation region (13).

【0014】N‐型のカソード取り出し拡散領域(1
4)は選択拡散法によりたとえばNPNトランジスタの
エミツタ拡散時に同時にエピタキシヤル層(12)の上
面に形成される。そのカソード取り出し拡散領域(1
4)にはオーミック接触したアルミニウムのカソード電
極(15)を設ける。上述した本発明による光半導体装
置は単独で半導体集積回路装置内に組み込まれる場合も
あり、また図2に示すように複数の光半導体装置を列状
に複数個並べて組み込まれる場合もある。かかる光半導
体装置はP型の半導体基板(11)が共通のアノード領
域を形成し、誘電体分離領域(13)で個々に分離され
たN‐型のエピタキシャル層(12)がカソード領域を
形成し、半導体基板(11)とN‐型のエピタキシャル
層(12)で形成されたPN接合が各光半導体装置のP
N接合を構成している。
N-type cathode extraction diffusion region (1
4) is formed on the upper surface of the epitaxial layer (12) at the same time as the emitter diffusion of the NPN transistor by the selective diffusion method. The cathode extraction diffusion region (1
4) is provided with an aluminum cathode electrode (15) in ohmic contact. The above-described optical semiconductor device according to the present invention may be incorporated alone in a semiconductor integrated circuit device, or as shown in FIG. 2, a plurality of optical semiconductor devices may be arranged in a line and incorporated. In such an optical semiconductor device, a P-type semiconductor substrate (11) forms a common anode region, and N-type epitaxial layers (12) individually separated by a dielectric isolation region (13) form a cathode region. , The PN junction formed by the semiconductor substrate (11) and the N-type epitaxial layer (12) is the P of each optical semiconductor device.
It forms an N junction.

【0015】かかる本発明による光半導体装置の検出回
路は図9に示すものと同様の回路を用い、複数個の光半
導体装置があるときは個別に検出回路を設ける。当然で
あるが、この検出回路は光半導体装置の近くのエピタキ
シヤル層(12)に集積化される。このような本発明に
よる光半導体装置では、エピタキシャル層(12)を誘
電体分離領域(13)で電気的に分離しているので、誘
電体分離領域(13)に分離のための逆バイアス電位の
印可が不要となり、PN分離のときに発生する逆バイア
スによる空乏層の発生が皆無となる。従って空乏層によ
る寄生容量の発生がなく、図9に示す検出回路の検出抵
抗Rとで形成される時定数回路が除去できる。これによ
りフオトダイオード等の光半導体装置の周波数特性を大
幅に改善でき、高速動作を実現できる。
As the detection circuit of the optical semiconductor device according to the present invention, a circuit similar to that shown in FIG. 9 is used, and when there are a plurality of optical semiconductor devices, the detection circuit is individually provided. Naturally, this detection circuit is integrated in the epitaxial layer (12) near the optical semiconductor device. In such an optical semiconductor device according to the present invention, since the epitaxial layer (12) is electrically isolated by the dielectric isolation region (13), a reverse bias potential for isolation is applied to the dielectric isolation region (13). The application becomes unnecessary and the depletion layer due to the reverse bias generated at the time of PN separation is completely eliminated. Therefore, no parasitic capacitance is generated by the depletion layer, and the time constant circuit formed by the detection resistor R of the detection circuit shown in FIG. 9 can be eliminated. As a result, the frequency characteristics of an optical semiconductor device such as a photodiode can be significantly improved and high speed operation can be realized.

【0016】また図2に示す直列に隣接して複数のフオ
トダイオード等の光半導体装置を配置した場合には、こ
の個別の光半導体装置に入射される光のスポット(2
1)が通常分離領域の幅より大きいので、このスポット
(21)が隣接する光半導体装置に移行する際に必ず両
方の光半導体装置に跨って入射される。本発明では誘電
体分離領域(13)を採用しているので、そのスポット
(21)がこの誘電体分離領域(13)に入射されても
この光の入射により誘電体分離領域(13)から励起さ
れたキャリアが発生されないので、確実にスポット(2
0)が大きく入射されている光半導体装置を検出でき、
従来のようなPN接合分離で発生するキャリアの流入に
よる相互干渉を完全に防止できる。
When a plurality of optical semiconductor devices such as photodiodes are arranged adjacent to each other in series as shown in FIG. 2, light spots (2
Since 1) is usually larger than the width of the separation region, this spot (21) is surely incident over both optical semiconductor devices when it moves to the adjacent optical semiconductor device. Since the dielectric isolation region (13) is adopted in the present invention, even if the spot (21) is incident on the dielectric isolation region (13), it is excited from the dielectric isolation region (13) by the incidence of this light. Since the generated carriers are not generated, the spot (2
0) can detect an optical semiconductor device with a large incidence,
Mutual interference due to carrier inflow that occurs in the conventional PN junction separation can be completely prevented.

【0017】続いて以下に本発明による光半導体集積回
路装置の製造方法を図3から図7を参照して説明する。
まず図3において、P型の半導体基板(11)上にN‐
型のエピタキシヤル層(12)を積層する。本工程では
周知の気相成長法により0.5Ω・cm程度のN−型の
エピタキシヤル層(12)を約4〜10μ程度に積層さ
れる。このエビタキシャル層(12)の厚みは通常時間
により制御され、入射される光に適した厚みを選択され
る。なおエピタキシャル層(12)表面は第1のシリコ
ン酸化膜(31)を熱酸化により形成する。
Next, a method of manufacturing an optical semiconductor integrated circuit device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
First, in FIG. 3, N- is formed on the P-type semiconductor substrate (11).
A mold epitaxial layer (12) is laminated. In this step, an N-type epitaxial layer (12) having a thickness of about 0.5 Ω · cm is laminated to a thickness of about 4 to 10 μm by a known vapor phase growth method. The thickness of the epitaxial layer (12) is usually controlled by the time, and a thickness suitable for the incident light is selected. The surface of the epitaxial layer (12) is formed by thermal oxidation of the first silicon oxide film (31).

【0018】図4において、エピタキシヤル層(12)
を員通するようにトレンチ(17)を形成する。第1の
シリコン酸化膜(31)上に約1000Åのシリコン窒
化膜(32)を減圧CVD法により付着する。続いてそ
の上に約5000Åのリンガラス(PSG)層(33)
を減圧CVD法により付着する。べーキングをした後、
予定のトレンチ(17)上の第1のシリコン酸化膜(3
1)、シリコン窒化膜(32)およびリンガラス層(3
3)を選択エッチングするために予定のトレンチ(1
7)上を除きフオトレジスト層(34)で被覆する。続
いて異方性ドライエッチングによりリンガラス層(3
3)、シリコン窒化膜(32)、第1のシリコン酸化膜
(31)の順に除去し、露出されたシリコンよりなるエ
ピタキシヤル層(12)の異方性ドライエツチングを行
い、半導体基板(11)まで到達するトレンチ(17)
を形成する。
In FIG. 4, the epitaxial layer (12) is shown.
A trench (17) is formed so as to pass through. A silicon nitride film (32) of about 1000 Å is deposited on the first silicon oxide film (31) by a low pressure CVD method. Then, about 5000 Å phosphorous glass (PSG) layer (33)
Are attached by a low pressure CVD method. After baking
The first silicon oxide film (3) on the planned trench (17)
1), silicon nitride film (32) and phosphorous glass layer (3)
3) Planned trench (1) for selective etching of
7) Cover with photoresist layer (34) except on top. Subsequently, the phosphorus glass layer (3
3), the silicon nitride film (32) and the first silicon oxide film (31) are removed in this order, and the exposed epitaxial layer (12) of silicon is anisotropically dry-etched to obtain a semiconductor substrate (11). Trench reaching up to (17)
To form

【0019】図5において、フオトレジスト層(34)
を除去した後、トレンチ(17)内に誘電体材料である
多結晶シリコン層(36)を充填する。まずトレンチ
(17)の側面を900℃、スチーム雰囲気中でダミー
酸化により約1000Åの薄いダミー酸化膜(図示せ
ず)を形成し、さらにリンガラス層(33)を除去して
1000℃、スチーム雰囲気内で酸化し、約3000Å
のウオール酸化膜(18)を形成する。次に、全面にノ
ンドープの多結晶シリコンを約1.5μの厚みに減圧C
VD法で付着し、トレンチ(17)内を誘電体材料層
(19)で埋める。
In FIG. 5, the photoresist layer (34).
Then, the trench (17) is filled with a polycrystalline silicon layer (36) which is a dielectric material. First, a thin dummy oxide film (not shown) with a thickness of about 1000Å is formed by dummy oxidation in the side surface of the trench (17) at 900 ° C in a steam atmosphere. Oxidized inside, about 3000Å
A wall oxide film (18) is formed. Next, non-doped polycrystalline silicon is applied to the entire surface under reduced pressure C to a thickness of about 1.5 μm.
It is deposited by the VD method and the inside of the trench (17) is filled with a dielectric material layer (19).

【0020】図6において、表面に堆積された多結晶シ
リコンは異方性エツチングにより工ッチバツクされて除
去され、トレンチ(17)内の多結晶シリコンのみが残
される。次にシリコン窒化膜(32)をマスクとして用
い、選択酸化してトレンチ(17)の多結晶シリコン層
(19)上面に約2500Åのキヤップ酸化膜(35)
を形成する。その後シリコン窒化膜(32)を除去し、
同時にキャップ酸化膜(35)も除去されるので平坦な
上面が形成される。
In FIG. 6, the polycrystalline silicon deposited on the surface is etched back by anisotropic etching and removed, leaving only the polycrystalline silicon in the trench (17). Next, using the silicon nitride film (32) as a mask, selective oxidation is performed to form a cap oxide film (35) of about 2500 Å on the upper surface of the polycrystalline silicon layer (19) of the trench (17).
To form After that, the silicon nitride film (32) is removed,
At the same time, the cap oxide film (35) is also removed, so that a flat upper surface is formed.

【0021】図7において、誘電体分離領域(13)で
囲まれたエピタキシヤル層(12)で形成された島領域
(20)の表面には選択拡散法によりN+型のカソード
取り出し拡散領域(14)を形成する。たとえば、カソ
ード取り出し拡散領域(14)はNPNトランジスタの
エミッタ拡散と同時に形成される場合が多い。その後カ
ソード取り出し拡散領域(14)のシリコン酸化膜(1
6)にコンタクト孔を形成した後、全面にアルミニウム
層をスパッターで付着し、所定形状にドライエッチング
してカソード電極(15)を形成する。
In FIG. 7, on the surface of the island region (20) formed of the epitaxial layer (12) surrounded by the dielectric isolation region (13), an N + type cathode extraction diffusion region (14) is formed by a selective diffusion method. ) Is formed. For example, the cathode extraction diffusion region (14) is often formed at the same time as the emitter diffusion of the NPN transistor. After that, the silicon oxide film (1
After forming a contact hole in 6), an aluminum layer is deposited on the entire surface by sputtering, and dry etching is performed in a predetermined shape to form a cathode electrode (15).

【0022】フォトダイオードPDのエピタキシャル層
(12)の表面を大きさを1辺Lμの正方形とし、エピ
タキシャル層(12)の厚みをtμと仮定すると、第8
図に示す従来の上下PN接合分離構造におけるフォトダ
イオードPDの浮遊容量Cpnは式1で表される
Assuming that the surface of the epitaxial layer (12) of the photodiode PD is a square with one side Lμ and the thickness of the epitaxial layer (12) is tμ,
The stray capacitance Cpn of the photodiode PD in the conventional upper and lower PN junction isolation structure shown in FIG.

【0023】[0023]

【数1】 [Equation 1]

【0024】ここでdは空乏層(8)の幅(μm)であ
り、PN接合分離への印加電圧の関数であるので、同一
の使用条件下では定数とみなせる。Sはフォトダイオー
ドPDの側面を含めた表面積(μm×μm)であり、式
2で表すこともできる。
Here, d is the width (μm) of the depletion layer (8), which is a function of the voltage applied to the PN junction isolation, and therefore can be regarded as a constant under the same use conditions. S is a surface area (μm × μm) including the side surface of the photodiode PD, which can also be expressed by Expression 2.

【0025】[0025]

【数2】 [Equation 2]

【0026】一方本発明の誘電体分離のフォトダイオー
ドPDでは、側壁の浮遊容量は無視できる位小さいの
で、式3で浮遊容量を表すことができる。
On the other hand, in the photodiode PD having the dielectric isolation according to the present invention, the stray capacitance on the side wall is so small as to be negligible, so that the stray capacitance can be expressed by the equation 3.

【0027】[0027]

【数3】 (Equation 3)

【0028】従って、式1と式3との差である式4の分
だけ、従来のフォトダイオードPDより本発明のフォト
ダイオードの方が浮遊容量を低減できる。
Therefore, the stray capacitance of the photodiode of the present invention can be reduced more than that of the conventional photodiode PD by the amount of the equation 4 which is the difference between the equation 1 and the equation 3.

【0029】[0029]

【数4】 (Equation 4)

【0030】具体的には、Lを100μ角、tを5μ、
PN接合分離への印加電圧を1Vとすると表1の通りと
なる。
Specifically, L is 100 μ square, t is 5 μ,
If the voltage applied to the PN junction isolation is 1 V, then Table 1 is obtained.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】図10に従来と本発明のフォトダイオード
PDの浮遊容量Cpnの特性を示す。図10から、本発
明のフォトダイオードPDでは同一サイズの従来のフォ
トダイオードPDの浮遊容量より約30%も減少でき
る。更にフォトダイオードPDのサイズを小さくする
と、従来と本発明の浮遊容量の比(Cpn/Ctr)は
大きくなる。即ち、浮遊容量の比を式5で表すことがで
きる。
FIG. 10 shows the characteristics of the stray capacitance Cpn of the photodiode PD of the related art and the present invention. From FIG. 10, the photodiode PD of the present invention can be reduced by about 30% from the stray capacitance of the conventional photodiode PD of the same size. Further, if the size of the photodiode PD is reduced, the ratio (Cpn / Ctr) of the stray capacitances of the related art and the present invention increases. That is, the ratio of the stray capacitance can be expressed by Equation 5.

【0033】[0033]

【数5】 (Equation 5)

【0034】このレシオを図11に示す。これはフォト
ダイオードPDの下面のPN接合面積が小さくなり、更
に本発明の効果が顕著になることを示している。従って
レーザ光受光用のフォトダイオードのように小さいスポ
ットに凝縮される場合は当然小さい面積のフォトダイオ
ードとなり、本発明の構造による浮遊容量の削減効果は
著しく大きくなる。
This ratio is shown in FIG. This indicates that the PN junction area on the lower surface of the photodiode PD becomes smaller and the effect of the present invention becomes more remarkable. Therefore, when condensed into a small spot like a photodiode for receiving a laser beam, the photodiode naturally has a small area, and the effect of reducing the stray capacitance by the structure of the present invention is significantly increased.

【0035】従って図9に示す検出回路では、カットオ
フ周波数fcは式6のようになり、フォトダイオードP
Dの浮遊容量Ctrによりこのカットオフ周波数fcは
決定される。カットオフ周波数fcの特性を従来と本発
明の構造とで比較した特性図を図12に示す。
Therefore, in the detection circuit shown in FIG. 9, the cutoff frequency fc is given by the equation 6, and the photodiode P
The cut-off frequency fc is determined by the stray capacitance Ctr of D. FIG. 12 shows a characteristic diagram comparing the characteristics of the cutoff frequency fc between the conventional structure and the structure of the present invention.

【0036】[0036]

【数6】 (Equation 6)

【0037】一方、フォトダイオードPDの感度は当然
その面積に比例するので、同一面積であれば従来の本発
明の感度を持つ。しかし本発明の構造では浮遊容量Ct
rを小さくできる分だけ高速動作が可能となる。最後
に、本発明の構造では隣接して複数のフォトダイオード
PDを配列した際に、誘電体分離領域(13)に光が入
射されてもここではキャリアが励起されないので、光入
射を希望しないフォトダイオードPDの隣に光入射され
ているフォトダイオードが位置し、該光入射が両者間の
誘電体分離領域(13)にも及んでいる場合であって
も、光入射を希望しないフォトダイオードPDが分離部
分で励起したキャリアで誤動作するといった従来の欠点
を完全に防止できる。従って複数のフォトダイオードP
Dの配列が自由であり、また従来より更に近接して配置
することが可能であるので、集積度向上にも寄与でき
る。
On the other hand, since the sensitivity of the photodiode PD is naturally proportional to its area, the sensitivity of the conventional invention is obtained if the area is the same. However, in the structure of the present invention, the stray capacitance Ct
Higher speed operation is possible because r can be reduced. Finally, in the structure of the present invention, when a plurality of photodiodes PD are arranged adjacent to each other, the carriers are not excited here even if light is incident on the dielectric isolation region (13), so that the photo-incidence is not desired. Even when a photodiode that is incident light is located next to the diode PD and the incident light also reaches the dielectric isolation region (13) between the two, a photodiode PD that does not want the incident light is detected. It is possible to completely prevent the conventional defect that malfunctions are caused by the carriers excited in the separated portion. Therefore, a plurality of photodiodes P
The arrangement of Ds is free, and they can be arranged closer to each other than in the conventional case, which can contribute to the improvement of the degree of integration.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明に依れば
フォトダイオード等の光半導体装置の周波数特性を大幅
に改善でき、高速動作を実現できる利点を有する。ま
た、隣接して複数のフォトダイオードを配列した場合
は、従来のようなPN接合分離で発生するキャリアの流
入による相互干渉を完全に防止できるので、複数のフォ
トダイオードPDの配列が自由であり、また従来より更
に近接して配置することが可能であるので、集積度向上
にも寄与できる利点を有するものである。
As described above, according to the present invention, the frequency characteristics of an optical semiconductor device such as a photodiode can be greatly improved and high speed operation can be realized. Further, when a plurality of photodiodes are arranged adjacent to each other, mutual interference due to carrier inflow that occurs in the conventional PN junction separation can be completely prevented, so that the plurality of photodiodes PD can be arranged freely. Further, since they can be arranged closer to each other than the conventional one, there is an advantage that they can contribute to the improvement of the degree of integration.

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

【図1】本発明の光半導体集積回路装置を説明するため
の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view for explaining an optical semiconductor integrated circuit device of the present invention.

【図2】本発明の光半導体集積回路装置を説明するため
の平面図である。
FIG. 2 is a plan view for explaining an optical semiconductor integrated circuit device of the present invention.

【図3】本発明の光半導体集積回路装置の製造方法を説
明するための断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the optical semiconductor integrated circuit device of the present invention.

【図4】本発明の光半導体集積回路装置の製造方法を説
明するための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the optical semiconductor integrated circuit device of the present invention.

【図5】本発明の光半導体集積回路装置の製造方法を説
明するための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the optical semiconductor integrated circuit device of the present invention.

【図6】本発明の光半導体集積回路装置の製造方法を説
明するための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the optical semiconductor integrated circuit device of the present invention.

【図7】本発明の光半導体集積回路装置の製造方法を説
明するための断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the optical semiconductor integrated circuit device of the present invention.

【図8】従来の光半導体集積回路装置を説明するための
断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a conventional optical semiconductor integrated circuit device.

【図9】従来および本発明に用いる光半導体装置の検出
回路を説明する回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a detection circuit of an optical semiconductor device used in the related art and the present invention.

【図10】フォトダイオードの浮遊容量Cpnを示す特
性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a stray capacitance Cpn of a photodiode.

【図11】浮遊容量の比を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a ratio of stray capacitances.

【図12】カットオフ周波数を示す特性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram showing a cutoff frequency.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一導電型の半導体基板と前記半導体基板
上に形成された逆導電型のエピタキシャル層と前記エピ
タキシヤル層を貫通し少なくとも前記半導体基板に到達
した誘電体分離領域とを具備し、前記誘電体分離領域で
囲まれた前記エピタキシャル層を用いた光半導体装置を
形成したことを特徴とする光半導体集積回路装置。
1. A semiconductor substrate of one conductivity type, a reverse conductivity type epitaxial layer formed on the semiconductor substrate, and a dielectric isolation region penetrating the epitaxial layer and reaching at least the semiconductor substrate, An optical semiconductor integrated circuit device, wherein an optical semiconductor device using the epitaxial layer surrounded by the dielectric isolation region is formed.
【請求項2】 一導電型の半導体基板と前記半導体基板
上に形成された逆導電型のエピタキシヤル層と前記エピ
タキシヤル層を貫通し少なくとも前記半導体基板に到達
した誘電体分離領域とを具備し、前記誘電体分離領域で
囲まれた前記エピタキシャル層と前記半導体基板で形成
されたPN接合を用いた光半導体装置を形成したことを
特徴とする光半導体集積回路装置。
2. A semiconductor substrate of one conductivity type, an epitaxial layer of an opposite conductivity type formed on the semiconductor substrate, and a dielectric isolation region penetrating the epitaxial layer and reaching at least the semiconductor substrate. An optical semiconductor integrated circuit device comprising an optical semiconductor device using a PN junction formed of the semiconductor layer and the epitaxial layer surrounded by the dielectric isolation region.
【請求項3】 前記誘電体分離領域は前記半導体基板ま
で到達したトレンチと前記トレンチに充填された多結晶
シリコンとで形成されたことを特徴とする請求項1また
は請求項2記載の光半導体集積回路装置。
3. The optical semiconductor integrated device according to claim 1, wherein the dielectric isolation region is formed of a trench reaching the semiconductor substrate and polycrystalline silicon filling the trench. Circuit device.
【請求項4】 前記光半導体装置はフオトダイオードで
あることを特徴とした請求項1または請求項2記載の光
半導体集積回路装置。
4. The optical semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is a photodiode.
【請求項5】 一導電型の半導体基板と前記半導体基板
上に形成された逆導電型のエピタキシヤル層と前記エピ
タキシヤル層を貫通し少なくとも前記半導体基板に到達
した誘電体分離領域とを具備し、前記誘電体分離領域で
囲まれ且つ隣接した複数の前記エピタキシャル層を用い
た複数の光半導体装置を有することを特徴とする光半導
体集積回路装置。
5. A semiconductor substrate of one conductivity type, an epitaxial layer of opposite conductivity type formed on the semiconductor substrate, and a dielectric isolation region penetrating the epitaxial layer and reaching at least the semiconductor substrate. An optical semiconductor integrated circuit device comprising: a plurality of optical semiconductor devices using a plurality of the epitaxial layers which are surrounded by the dielectric isolation region and are adjacent to each other.
【請求項6】 前記誘電体分離領域は前記半導体基板ま
で到達したトレンチと前記トレンチに充填された多結晶
シリコンとで形成されたことを特徴とする請求項4記載
の光半導体集積回路装置。
6. The optical semiconductor integrated circuit device according to claim 4, wherein the dielectric isolation region is formed of a trench reaching the semiconductor substrate and polycrystalline silicon filling the trench.
【請求項7】 前記光半導体装置はフオトダイオードで
あることを特徴とした請求項5記載の光半導体集積回路
装置。
7. The optical semiconductor integrated circuit device according to claim 5, wherein the optical semiconductor device is a photodiode.
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