JPH11163386A

JPH11163386A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH11163386A
Application number: JP9331630A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Sugito; 泰成杉戸; Seiji Fujino; 誠二藤野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】検出感度波長が異なる受光素子を１つの半導
体基板に形成する。【解決手段】ｎ形の半導体基板１に絶縁膜４を介して
ｎ形の半導体層５を形成し、この半導体層５をエッチン
グにより所定領域に残して周囲に酸化膜４を形成する。
半導体基板１の表面部分にｐ形領域６を形成すると共
に、半導体層５にもｐ形領域９を形成し、受光素子とし
てのフォトダイオード２，３を設ける。フォトダイオー
ド２，３は、それぞれ半導体基板１，半導体層５の厚さ
を光吸収層とするので、検出感度波長が短波長側と長波
長側とに異なるように設定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検出波長感度が異
なるように設定された複数の受光素子を設ける構成の半
導体装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】半導体を利用した受光
素子としての光センサは、受光状態に応じたレベルの検
出信号を出力させることができるので、この検出信号を
用いて受光状態に応じた装置の制御を行なうことができ
る。例えば、自動車の空調装置においては、車室内の温
度変化に応じた制御を行なうことに加えて、車室内に差
し込む太陽光の状態に応じて制御を行なうために、車室
内への太陽光の入射状態を検出する光センサを設けるこ
とが行なわれている。

【０００３】また、自動車においては、空調装置以外に
も照明装置の制御についても受光状態に応じて自動的に
行なうものがある。例えば、夕方や明け方などの状態で
はスモールランプを点灯させ、夜間やトンネルなどの暗
い状態ではヘッドランプを点灯させるなどの制御を行な
うものである。このような場合においても、光の入射状
態に応じて制御を行なうために光センサを用いることが
ある。

【０００４】また、このように光センサを用いて受光状
態に応じて装置を制御することは、自動車以外にも住宅
用機器や事業用機器などにも幅広く適用されており、し
かも、可視光のみならず赤外光などを検出する光センサ
も活用されている。したがって、実用上においては、複
数個の光センサを異なる用途で用いるために同じ検出場
所に設ける可能性が高くなってきている。

【０００５】ところで、このように様々な用途で用いる
光センサは、その検出対象となる光の波長についても異
なることが一般的であるから、一つの光センサを設けて
その検出信号を兼用する構成とすることができず、結果
として、それぞれに適した光センサを設けることとな
る。しかし、特に自動車などの設置領域に制約があるよ
うな場合においては、複数の光センサを配設することに
よるスペースの確保の点や、素子の個数が増えることに
よる取り付けのための工数の増大によるコスト高を招く
などの点で課題となっていた。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、検出波長感度が異なる光センサを個々
に設けることなくそれぞれの装置の制御に用いることが
できるようにした半導体装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、支持基板上に絶縁膜を介して形成された半導体層を
絶縁分離した複数の半導体層領域に形成し、それらのう
ちの異なる半導体層領域に検出波長感度が異なるように
設定された受光素子をそれぞれ形成する構成としたの
で、検出波長感度が異なる受光素子の検出信号をそれぞ
れ独立に用いて装置の制御を行なうことができる。これ
によって、複数の装置を個別に制御する場合において検
出光の波長が異なることに起因して一つの受光素子を共
通化することができないときでも、複数の受光素子を互
いに電気的に絶縁分離した状態で独立して一体に設けた
構成としているので、受光素子を個々に配設する場合に
比べて省スペース化を図ることができると共に取り付け
のコストも低減することができるようになる。

【０００８】請求項２の発明によれば、半導体基板上に
絶縁膜を介して形成された半導体層に受光素子を形成す
ると共に、この半導体層を部分的に除去して露出させた
半導体基板の表面にも受光素子を形成し、これら複数の
受光素子の検出波長感度を異なるように設定して構成し
たので、検出波長感度が異なる受光素子の検出信号をそ
れぞれ独立に用いて装置の制御を行なうことができるよ
うになり、受光素子を個別に設ける必要がなく、省スペ
ース化を図ると共に取り付けのコスト低減も図ることが
できるようになる。

【０００９】請求項３の発明によれば、上述のような構
成を、複数の受光素子のそれぞれに対して、光吸収層の
厚さ寸法を異ならせる構成として検出波長感度を異なる
ように設定したので、同一の材質の半導体を用いる構成
で簡単に検出波長感度を異なるように設定する構成を得
ることができるようになる。

【００１０】一般に、半導体のバルクにバンドギャップ
エネルギー以上のエネルギーを有する光が入射すると、
半導体内でその光エネルギーが吸収されてキャリアが発
生するようになり、これによって光電流が生成される。
この場合において、半導体に入射した光の強度は、半導
体表面からの侵入距離によって指数関数的に減少する性
質があることと、光の波長が長波長側で吸収係数が小さ
くなることから、入射光の成分のうち長波長側の光成分
ほど半導体の表面から深い位置まで侵入して光電流に寄
与することがわかる。

【００１１】したがって、上述したように、光吸収層の
厚さを異なるように設定した複数の受光素子を設けるこ
とにより、その光吸収層の厚さ寸法が厚い受光素子の方
がより長波長側の光を検出することができるようになる
のである。

【００１２】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態について図１ないし図３を参照しなが
ら説明する。図１は、半導体基板であるｎ形の単結晶シ
リコン基板１に２つの受光素子としてのフォトダイオー
ド２，３を形成した状態を模式的断面図で示すもので、
単結晶シリコン基板１には絶縁膜としての酸化膜４が形
成されると共に単結晶シリコン薄膜からなる半導体層と
してのｎ形のＳＯＩ層５が形成されている。このＳＯＩ
層５は、表面および側壁部分が酸化膜４により覆われ、
半導体層領域に絶縁分離されている。第１のフォトダイ
オード２は単結晶シリコン基板１に形成されており、第
２のフォトダイオード３はＳＯＩ層５に形成されてい
る。

【００１３】単結晶シリコン基板１は、ｎ形の不純物が
導入された高抵抗のシリコン基板を用いており、第１の
フォトダイオード２を構成するｐ形領域６はｐ形の不純
物を導入して拡散により形成したもので、このｐ形領域
６と単結晶シリコン基板１とにより形成されるｐｎ接合
でフォトダイオードを構成している。ｐ形領域６には電
極７が設けられ、単結晶シリコン基板１には電極８が設
けられている。また、第２のフォトダイオード３を構成
するｐ形領域９は、ＳＯＩ層５にｐ形の不純物を導入し
て拡散により形成したもので、このｐ形領域９とＳＯＩ
層５とにより形成されるｐｎ接合でフォトダイオードを
構成している。ｐ形領域９には電極１０が形成され、Ｓ
ＯＩ層５には電極１１が形成されている。

【００１４】上述の構成において、フォトダイオード
２，３は、それぞれｐ形領域６，９の表面を主な受光面
としており、この受光面で受けた光が内部に侵入すると
その光エネルギーによりキャリア（電子正孔対）が生成
され、このキャリアがｐｎ接合を横切ることにより光電
流として寄与するようになる。このとき、入射する光に
よりキャリアが発生する条件は、受光面から浅い領域で
は短波長側の光（光エネルギーが大きい）による成分が
多く、深い領域に進むにしたがって長波長側の光による
成分が多くなる。これは、光の波長による吸収係数が短
波長側ほど大きいからである。

【００１５】したがって、フォトダイオードを構成する
光吸収層の厚さが厚い方がより長波長側の光の成分によ
る光電流を検出することができるようになる。この場
合、第１のフォトダイオード２は単結晶シリコン基板１
に形成され、光吸収層の厚さとしては、基板の厚さを考
慮すると十分厚く設定されていることになり、一方、第
２のフォトダイオード３はＳＯＩ層５に形成されている
ことから、光吸収層の厚さは、そのＳＯＩ層５の膜厚
（例えば１０μｍ程度）に設定されていることになる。

【００１６】このような光吸収層の厚さ寸法の違いによ
る検出波長感度の違いについて以下に説明する。一般
に、半導体のバルクに対して、バンドギャップエネルギ
ー以上のエネルギーを有する光が入射すると、半導体内
でその光エネルギーが吸収されてキャリアが発生するよ
うになり、これによって光電流が生成される。この場合
において、半導体に入射した光の強度は、半導体表面か
らの侵入距離によって指数関数的に減少する性質があ
る。このことを式で示すと、光の入射強度をＰｏ、吸収
係数をαｏとし、光の侵入距離をｘとすると、この光の
侵入距離ｘの関数となる入射光の強度Ｐ（ｘ）は、次式
で示される。Ｐ（ｘ）＝Ｐｏ・ｅｘｐ（−αｏ・ｘ） …（１）

【００１７】また、光の吸収係数αｏについては、光の
波長依存性があり、具体的には波長が長くなるほど吸収
係数の値は小さくなる。したがって、上式（１）により
光の強度が減衰することを考慮すると、吸収係数αｏが
小さいほど、つまり長波長側の光ほど半導体の深い位置
まで侵入して光電流に寄与することがわかる。つまり、
光電流に寄与する半導体の厚さすなわち光吸収層の厚さ
を厚く設定したフォトダイオードほど長波長側に感度を
有するものとして形成することができる。

【００１８】このような光吸収層の厚さの違いによる検
出波長感度の違いについて図２に示す。これは、例え
ば、シリコンのフォトダイオードを形成した場合に、そ
の光吸収層として４００μｍ程度に設定したフォトダイ
オードＡ（第１のフォトダイオード２に対応）と、１０
μｍ程度に設定したフォトダイオードＢ（第２のフォト
ダイオード３に対応）とのそれぞれにおいて得られる検
出波長感度の測定結果を示すもので、横軸に入射光の波
長（μｍ）を取り、縦軸にピーク値を１００とした場合
の相対感度を取って示している。なお、光吸収層の厚さ
の設定は、不純物濃度を低くしたｎ形領域の厚さ寸法に
より設定しており、光吸収層として寄与しない領域を不
純物濃度を高く設定する構成としている。

【００１９】この図２からわかるように、フォトダイオ
ードＡの分光感度特性は、０．９〜１．０μｍ程度をピ
ーク値としており、赤外光にも十分な感度を有するもの
であるのに対して、フォトダイオードＢの分光感度特性
は、０．７μｍ程度をピーク値としてそれよりも長波長
側では徐々に感度が低下する特性を有しており、可視光
領域では十分な感度を有しているが赤外光に対する感度
はフォトダイオードＡに比べると低くなっている。

【００２０】次に、上記構成の半導体装置である光セン
サの製造工程について図３を参照して説明する。まず、
使用する基板として、単結晶シリコン基板１に絶縁膜で
ある酸化膜４が形成されると共に、その上に単結晶シリ
コン薄膜としてのＳＯＩ層５が形成されたＳＯＩ基板１
２を用いる（図３（ａ）参照）。この場合、単結晶シリ
コン基板１およびＳＯＩ層５は、同じ導電型として例え
ばｎ形の不純物が導入されている。また、このＳＯＩ基
板１２は、例えば、貼り合わせ技術や酸素イオンの注入
によるシリコン酸化膜の形成により酸化膜上に単結晶シ
リコン薄膜層を形成したものである。

【００２１】このＳＯＩ基板１２に対して、フォトダイ
オード２に対応する領域のＳＯＩ層５を部分的に除去す
る。これは、一般的なフォトリソグラフィ処理によって
エッチング用のマスク部材をパターニングし、ドライエ
ッチング等のエッチング処理によって所望のＳＯＩ層５
の領域を残すようにしてエッチングする。これにより、
単結晶シリコン基板１に形成した酸化膜４の表面が部分
的に露出するようになる（同図（ｂ）参照）。

【００２２】次に、ＳＯＩ層５の表面に絶縁膜としての
酸化膜４を全面に形成する（同図（ｃ）参照）。この場
合、酸化膜４の形成は、熱酸化法によるＳＯＩ層５の酸
化あるいはＣＶＤ法による酸化物の堆積などの一般的な
方法により形成することができる。

【００２３】続いて、第１および第２のフォトダイオー
ド２，３を形成すべく、単結晶シリコン基板１およびＳ
ＯＩ層５のそれぞれにｐ形領域６，９を形成する（同図
（ｄ）参照）。まず、対応する部分の酸化膜４にｐ形領
域６，９の形状に対応した開口部を形成し、その開口部
を介してｐ形の不純物を導入する。この不純物の導入に
際しては、熱拡散法あるいはイオン注入法などの一般的
な方法を用いることができる。なお、ｐ形領域６，９に
ついては、全く同じ工程で同時に形成することができ
る。

【００２４】この後、各領域に対応して電気的に接続を
するために電極７，８，１０，１１を形成する（図１参
照）。これは、例えば、対応する部分の酸化膜４にフォ
トリソグラフィ処理によってコンタクト用の開口部を形
成した状態で、アルミニウム等の電極金属を蒸着法など
によって全面に被膜し、再びフォトリソグラフィ処理に
よって必要な部分を残してエッチングで除去することに
より形成する。これにより、図１の構成の半導体装置を
得ることができる。

【００２５】なお、以降の工程では、パッケージに組み
付けるなどの一般的な組み立て工程が設けられており、
検出波長感度を異なるように設定したフォトダイオード
２，３を一体に設けた半導体装置を得ることができる。

【００２６】このような本実施形態によれば、一枚の単
結晶シリコン基板１に、異なる検出波長感度を有する２
個のフォトダイオード２，３を設けることができるの
で、省スペース化を図ることができると共に、組み付け
の工数の低減も図ることができるようになる。また、２
個のフォトダイオード２，３のｐ形領域６，９を同時に
形成することができるので、製造工程の簡略化を図るこ
とができる。

【００２７】（第２の実施形態）図４および図５は、本
発明の第２の実施形態を示すもので、以下、第１の実施
形態と異なる部分について説明する。図４は全体構成の
模式的な断面を示すもので、半導体基板としての単結晶
シリコン基板１３に、光吸収層の厚さ寸法が異なるよう
に設定された２つの受光素子であるフォトダイオード１
４，１５が形成されている。単結晶シリコン基板１３
は、ｎ形不純物が低濃度で導入された基板で、表面には
絶縁膜としての酸化膜１６が全面に渡って形成されてい
る。

【００２８】フォトダイオード１４は、単結晶シリコン
基板１３にｐ形領域１７を形成してｐｎ接合を設け、各
層に電極１８，１９を形成した構成である。この場合、
フォトダイオード１４の光吸収層の厚さは、単結晶シリ
コン基板１３の厚さ寸法と同等である。なお、電極１８
は、フォトダイオード１４の受光面を大きく遮らないよ
うに形成される。

【００２９】フォトダイオード１５は、対応する部分の
単結晶シリコン基板１３の内部の所定深さに埋込酸化膜
層２０が形成されており、光吸収層として機能する単結
晶シリコン基板１３の厚さ寸法をそれよりも上部に位置
する領域に限定している。そして、この表面部分には、
ｐ形領域２１が形成されてｐｎ接合を設けている。

【００３０】また、このｐ形領域２１を包囲するように
単結晶シリコン基板１３の表面から埋込酸化膜層２０に
至る領域までの間に高濃度のｎ形拡散領域２２が形成さ
れている。これにより、もともとの単結晶シリコン基板
１３の一部がｎ形拡散領域２２と埋込酸化膜層２０とに
より囲まれた部分に区画され、単結晶シリコン基板１３
の他の領域とは分離された状態に半導体層としての低濃
度のｎ形領域２３が形成された状態となり、このｎ形領
域２３中にｐ形領域２１が形成された構成となる。この
ｐ形領域２１とｎ形領域２３との両者には、それぞれ電
極２４，２５が形成される。

【００３１】なお、このｎ形領域２３は、単結晶シリコ
ン基板１３の低濃度ｎ形領域とは電気的には導通状態に
あるが、横方向に対する電気的抵抗値が高くなると共
に、入射光により発生されたキャリアは埋込酸化膜層２
０および高濃度ｎ形領域２２とにより遮られるのでｎ形
領域２３の外側で発生したキャリアは実質的にフォトダ
イオード１５の光電流としては寄与しない構成とするこ
とができる。つまり、ｎ形領域２３が実質的な光吸収層
として機能することになる。

【００３２】次に、上記構成の半導体装置の製造方法に
ついて図５を参照して簡単に説明する。すなわち、フォ
トダイオード１５の光吸収層としてｎ形領域２３を形成
するための埋込酸化膜層２０は、単結晶シリコン基板１
３に対して、酸素イオンを選択的に注入して（注入領域
２０ａ）、熱処理を行なうことにより注入した酸素イオ
ンをシリコンと化合させて形成する（図５（ａ）参
照）。この場合、酸素イオンを注入する領域以外の部分
には、フォトリソグラフィ処理等でパターニングするこ
とによりマスク部材を覆うように形成し、注入領域２０
ａに選択的にイオン注入を行なえるようにする。なお、
埋込酸化膜層２０上のｎ形層については、埋込酸化膜層
２０を形成した後にエピタキシャル成長等により所望の
厚さに設定することができる。

【００３３】この後、ｎ形領域２３を形成するために、
埋込酸化膜層２０の周辺部の位置に対応させて高濃度ｎ
形領域２２を熱拡散等により埋込酸化膜層２０に達する
深さまで形成する（同図（ｂ）参照）。この後、ｐ形不
純物を所定の領域に導入することによりｐ形領域１７，
２１を形成し、アルミニウムなどの電極金属を形成する
と共にパターニングを行って電極１８，１９，２４，２
５を形成する。これにより、図４に示す構成の半導体装
置を形成することができる。

【００３４】このような構成とすることにより、第１お
よび第２のフォトダイオード１４および１５を第１の実
施形態のものと同様に動作させることができるようにな
り、同様の効果を得ることができ、しかも、簡単な工程
を経ることにより形成することができるようになる。

【００３５】（第３の実施形態）図６および図７は、本
発明の第３の実施形態を示すもので、以下、第２の実施
形態と異なる部分について説明する。図６は全体構成の
模式的な断面を示すもので、半導体基板としての単結晶
シリコン基板２６に、光吸収層の厚さ寸法が異なるよう
に設定された２つの受光素子であるフォトダイオード２
７，２８が形成されている。単結晶シリコン基板２６
は、ｎ形不純物が低濃度で導入された基板で、表面には
絶縁膜としての酸化膜２９が全面に渡って形成されてい
る。

【００３６】フォトダイオード２７は、単結晶シリコン
基板２６にｐ形領域３０を形成してｐｎ接合を設け、各
層に電極３１，３２を形成した構成である。この場合、
フォトダイオード２７の光吸収層の厚さは、単結晶シリ
コン基板２６の厚さ寸法と同等である。なお、電極３１
は、フォトダイオード２７の受光面を大きく遮らないよ
うに形成される。

【００３７】フォトダイオード２８は、対応する部分の
単結晶シリコン基板２６の内部の所定深さに埋込酸化膜
層３３が形成され、その周囲にはその埋込酸化膜層３３
から単結晶シリコン基板２６の表面まで達するように形
成された溝にシリコン酸化物を埋め込むように形成した
酸化膜層３４が形成されており、光吸収層として機能す
る単結晶シリコン基板２６の厚さ寸法をそれよりも上部
に位置するｎ形領域３５を絶縁分離した状態で限定して
いる。そして、この表面部分には、ｐ形領域３６が形成
されてｐｎ接合を設けている。

【００３８】これにより、単結晶シリコン基板２６の他
の領域とは分離された状態に低濃度のｎ形領域３５が形
成された状態となり、このｎ形領域３５中にｐ形領域３
６が形成された構成となる。このｐ形領域３６とｎ形領
域３５との両者には電極３７，３８が形成される。

【００３９】次に、上記構成の半導体装置の製造方法に
ついて図７を参照して簡単に説明する。すなわち、フォ
トダイオード２８の光吸収層としてｎ形領域３５を形成
するための埋込酸化膜層３３は、前述同様にして、単結
晶シリコン基板２６に対して、酸素イオンを選択的に注
入して（注入領域３３ａ）、熱処理を行なうことにより
注入した酸素イオンをシリコンと化合させて形成する
（図７（ａ）参照）。

【００４０】この後、ｎ形領域３５を形成するために、
埋込酸化膜層３３の周辺部の位置に対応させて溝部をエ
ッチングなどの方法により埋込酸化膜層３３の表面に達
する深さまで形成し、形成した溝部にＣＶＤ法などによ
り酸化物を埋込形成して酸化膜層３４を形成する。これ
により、ｎ形領域３５が単結晶シリコン基板２６と絶縁
分離された状態に設けられる。以下の工程については第
２の実施形態とほぼ同様である。

【００４１】このような構成とすることにより、第１お
よび第２のフォトダイオード２７および２８を第１の実
施形態のものと同様に動作させることができるようにな
り、同様の効果を得ることができ、しかも、簡単な工程
を経ることにより形成することができるようになる。

【００４２】（第４の実施形態）図８および図９は、本
発明の第４の実施形態を示すもので、第１ないし第３の
実施形態と異なるところは、支持基板である単結晶シリ
コン基板３９に形成する第１および第２の受光素子とし
てのフォトダイオード４０，４１を共に絶縁膜を介して
絶縁状態に形成された半導体層に形成したところであ
る。

【００４３】すなわち、構造的には、第３の実施形態で
示したフォトダイオード２８と同様に、フォトダイオー
ド４０，４１は、単結晶シリコン基板３９とは酸化膜層
４２，４３により電気的に絶縁された状態に設けられた
ｎ形領域４４，４５にｐ形領域４６，４７を形成した構
成のもので、その検出波長感度は、それぞれのｎ形領域
４４，４５の膜厚つまり光吸収層の厚さを異なるように
設定したことにより異なる特性となるように構成したも
のである。

【００４４】なお、単結晶シリコン基板３９の表面に
は、酸化膜４８が全面に渡って形成されると共に、各フ
ォトダイオード４０，４１に対応して電極４９，５０，
５１，５２が形成されている。

【００４５】図９は、上記構成の半導体装置を形成する
際の各製造工程における模式的な断面を簡単に示すもの
で、単結晶シリコン基板３９に対して、前述同様にし
て、酸素イオンを所定深さに選択的に注入して熱処理を
することにより、酸化膜層４２の底面部分である埋込酸
化膜層４２ａを形成する（同図（ａ）参照）。次に、単
結晶シリコン基板３９の表面に全面に渡って所定膜厚の
単結晶シリコン薄膜５３をエピタキシャル成長法により
形成する（同図（ｂ）参照）。

【００４６】続いて、前述と同様にしてエピタキシャル
成長した単結晶シリコン薄膜５３内に酸素イオンを所定
深さに選択的に注入して熱処理をすることにより、酸化
膜層４３の底面部分である埋込酸化膜層４３ａを形成す
る（同図（ｃ）参照）。この後、それぞれの埋込酸化膜
層４２ａ，４３ａに対応して周囲に溝部をエッチングに
より形成し、その溝部内にＣＶＤ法等によって酸化膜４
２ｂ，４３ｂを埋込形成する（同図（ｄ）参照）。

【００４７】これにより、周囲を酸化膜層４２，４３で
単結晶シリコン基板３９と電気的に絶縁分離された状態
として厚さ寸法つまり光吸収層の厚さが異なるｎ形領域
４４，４５を形成することができる。このｎ形領域４
４，４５内にそれぞれｐ形領域４６，４７を形成するこ
とでフォトダイオード４０，４１を形成している。

【００４８】このような第４の実施形態によっても、第
１ないし第３の実施形態と同様の作用効果を得ることが
できると共に、フォトダイオード４０，４１を共に単結
晶シリコン基板３９と絶縁分離した状態に形成したｎ形
領域４４，４５に形成するので、その厚さ寸法つまり光
吸収層の厚さを所望の厚さに設定した状態に形成するこ
とができ、基板の厚さに制約を受けることがなくなり、
設計の自由度の向上を図ることができるようになる。

【００４９】（第５の実施形態）図１０および図１１
は、本発明の第５の実施形態を示すもので、第４の実施
形態と異なるところは、支持基板として後述するように
形成した多結晶シリコン基板５４を用いることで、第１
および第２の受光素子としてのフォトダイオード５５，
５６の構造としてはほぼ同様である。

【００５０】すなわち、多結晶シリコン基板５４には、
全面に酸化膜層５７が形成され、その上部にフォトダイ
オード５５に対応する領域には、単結晶シリコンからな
る所定膜厚の低濃度のｎ形領域５８が酸化膜層５９によ
り周囲を絶縁された状態に形成されている。このｎ形領
域５８の表面側にはｐ形領域６０が形成され、表面は酸
化膜６１により覆われた状態とされ、ｐ形領域６０およ
びｎ形領域５８のそれぞれには電極６２，６３が形成さ
れている。

【００５１】一方、フォトダイオード５６に対応する領
域には、多結晶シリコン層６４が積層形成されると共
に、その上部に酸化膜層６５が形成され、その上部に単
結晶シリコンからなる所定膜厚の低濃度のｎ形領域６６
が酸化膜層６７により周囲を絶縁された状態に形成され
ている。このｎ形領域６６の表面側にはｐ形領域６８が
形成されており、ｐ形領域６８およびｎ形領域６６のそ
れぞれには電極６９，７０が形成されている。

【００５２】上記構成としたことにより、フォトダイオ
ード５５および５６の各ｎ形領域５８，６６の厚さつま
り光吸収層の厚さを異なるように設定したことにより検
出波長感度を異なるように設定した構成とすることがで
きる。

【００５３】次に、上記構成の製造工程について図１１
を参照して簡単に説明する。ｎ形領域５８，６６を形成
するための元となる単結晶シリコン基板７１に、フォト
ダイオード５６に対応する領域に部分的に酸化膜層６５
を形成し、フォトダイオード５５に対応する領域は単結
晶シリコン基板７１の表面を露出する状態とする。この
状態で、エピタキシャル成長法によりシリコン膜を堆積
させる。このとき、単結晶シリコン基板７１の表面が露
出している領域には、単結晶シリコン薄膜７２が形成さ
れ、酸化膜層６５の領域には単結晶が成長せず、多結晶
シリコンが成長するので多結晶シリコン層６４が形成さ
れる（同図（ａ）参照）。

【００５４】次に、全面に酸化膜層５７を形成し、さら
にその上に多結晶シリコンを堆積させる（同図（ｂ）参
照）。このとき、多結晶シリコンを堆積する膜厚は、こ
の層が支持基板としての多結晶シリコン基板５４として
の機能を果たすことができる程度であるから、例えば数
百μｍの膜厚を形成することになる。

【００５５】この後、単結晶シリコン基板７１を裏面側
から研磨することにより、多結晶シリコン基板５４側に
所望の膜厚すなわちフォトダイオード５６の光吸収層の
厚さに対応する程度の膜厚となるまで研削する（同図
（ｃ）参照）。そして、フォトダイオード５５および５
６のそれぞれに対応する領域にｎ形領域５８，６６を形
成するために、溝部をエッチング等によって形成し、そ
の溝部に酸化膜層５９，６７を埋込形成し絶縁分離す
る。

【００５６】このようにして形成されたｎ形領域５８，
６６に対して、前述と同様にしてそれぞれｐ形領域６
０，６８を形成すると共に電極６２，６３，６９，７０
を形成してフォトダイオード５５，５６を形成すること
ができる。したがって、第４の実施形態と同様の作用効
果を得ることができるようになる。

【００５７】本発明は、上記実施形態にのみ限定される
ものではなく、次のように変形また拡張できる。本実施
形態においては、受光素子をシリコンを用いて形成した
が、これに限らず、他の半導体を用いて形成することも
でき、また、シリコンのような間接遷移形のものに限ら
ず、直接遷移形の半導体を用いることも可能である。上
記各実施形態においては、基板をｎ形不純物を低濃度で
導入し、ｐ形領域を形成した構成としたが、ｐ形とｎ形
を入れ替えた構成のものにも適用することができる。

【００５８】受光素子は２個に限らず、３個以上設けて
異なる検出波長感度を有する構成とすることができる。
この場合に、半導体層を異なる厚さに形成して絶縁分離
し、それぞれにフォトダイオードを設けることで形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す要部の模式的な
縦断側面図

【図２】光吸収層の厚さの違いによる検出感度の分光特
性

【図３】製造工程を概略的に示す模式的な縦断側面図

【図４】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図

【図５】図３相当図

【図６】本発明の第３の実施形態を示す図１相当図

【図７】図３相当図

【図８】本発明の第４の実施形態を示す図１相当図

【図９】図３相当図

【図１０】本発明の第５の実施形態を示す図１相当図

【図１１】図３相当図

【符号の説明】

１，１３，２６，３９は単結晶シリコン基板（半導体基
板）、２，１４，２７，４０，５５は第１のフォトダイ
オード（受光素子）、３，１５，２８，４１，５６は第
２のフォトダイオード（受光素子）、４，１６，２９，
４８，６１は酸化膜（絶縁膜）、５はＳＯＩ層（半導体
層）、６，９，１７，２１，３０，３６，４６，４７は
ｐ形領域、１２はＳＯＩ基板、２０，３３，４２，４
３，６５は埋込酸化膜層（絶縁膜）、３４，５７，５
９，６７は酸化膜層（絶縁膜）、２２は高濃度ｎ形拡散
領域、２３，３５，４４，４５，５８，６６はｎ形領域
（半導体層）、５３，７２は単結晶シリコン薄膜、５４
は多結晶シリコン基板（支持基板）、６４は多結晶シリ
コン層、７１は単結晶シリコン基板である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基板上に絶縁膜を介して形成された
半導体層に素子が形成される構成の半導体装置におい
て、前記半導体層を絶縁分離した複数の半導体層領域として
形成すると共に、それらのうちの異なる半導体層領域に
検出波長感度が異なるように設定された受光素子をそれ
ぞれ形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】半導体基板上に絶縁膜を介して形成され
た半導体層に素子が形成される構成の半導体装置におい
て、前記半導体層に受光素子を形成すると共に、前記半導体
層を部分的に除去して露出させた前記半導体基板にも受
光素子を形成し、それら複数の受光素子の検出波長感度
を異なるように設定して構成したことを特徴とする半導
体装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の半導体装置に
おいて、前記複数の受光素子は、光吸収層の厚さ寸法を異ならせ
ることにより前記検出波長感度を異なるように設定して
いることを特徴とする半導体装置。