JPS5845830B2 - 集積回路とその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は集積回路と、高速回路用の光検出増幅器を作
る方法とに関する。

半導体フォトダイオードは、光と結合される回路に使わ
れる数が段々増加しており、光放出ダイオードのコスト
が安くなるにつれて、この使い途が増大している。

光感知フォトダイオードは、光検出器の中で一第速度が
速い方であり、高速回路用によく使われる。

低い光レベルに対して切換えの速い増幅器を作るには、
光感釦装置又はフォトダイオードは、単位面積あたりの
静電容量を小さくして、光子効率を高くしなければなら
ない。

この為に担体の寿命が長いことが必要である。

従来フォトダイオードを作るには、一般にエピタキシャ
ル層への拡散を用いていたが、このエピタキシャル法に
よっては長い担体寿命が得られなかった。

集積回路でも、大電流電力トランジスタでは、トランジ
スタの飽和電圧が高くならず、高い電流レベルで良好な
電流利得を得る為には、担体の寿命が長いことが必要で
ある。

更に、電力トランジスタでは降伏電圧を高くする必要か
ら、厚さ１．５乃至２，５ミルの比抵抗の大きいｎ型領
域を必要とするが、これをエピタキシャル法で作るのは
困難であると共に費用がかさむ。

信号トランジスタはパラメータの条件が違い、例えば比
抵抗が比較的小さい半導体材料に作らなければならない
。

一般に、１個の均質なエピタキシャル層を用いて、信号
及び電力構造とフォトダイオードとを最適の形に組込む
ことは出来ないと言える。

速度、感度、電力損失及び電流容量の何れかを犠牲にし
なければならない。

この発明の１実施例では、比抵抗が比較的大きい第１の
導電型の半導体材料から成る半導体基板に光検出増幅器
を構成する。

基板の中には、第２の導電型の領域で構成される複数個
の隔離手段が形成される。

隔離手段が基板を少なくとも１つのフォトダイオード領
域と少なくとも１つの信号トランジスタ領域とに分け、
各々の領域が互いに隔離される。

成る模様のフォトダイオードをフォトダイオード領域に
形成する。

一方の導電型の拡散ポケット領域を信号トランジスタ領
域に形成し、比抵抗が比較的小さい領域を構成する。

次に比抵抗が小さい拡散ポケット領域の中に信号トラン
ジスタを形成する。

次に図面について説明すると、半導体基板１１が大体平
面状の上面及び下面１１ａ、１１ｂを持っている。

この発明の１実施例では、半導体基板１１は厚さが約６
ミルで、１０乃至１５オーム・センナメートル程度の比
較的大きい比抵抗を持つｎ型半導体材料で形成される。

この様な比抵抗の大きい半導体材料は和体の寿命が比較
的長い。

第１図に示す様に、半導体基板１１にｐ十領域１２を形
式する。

ｐ＋領域１２は、周知の方法で基板１１の下側にｎ型不
純物を拡散することによって形成される。

この点で、第１図でも、残りの第２図乃至第１図でも、
写真製版法で半導体に拡散区域を作る際に使われる普通
のマスク工程並びにその他の工程を示すことは全部省略
されていることを承知されたい。

これらの工程は周知である。第２図では、第２の導電型
、即ちｐ型の別の隔離領域が、半導体基板１１の上側及
び下側からの拡散によって形成される。

即ち、ｐ型隔離領域１３が半導体基板１１の下側から拡
がるように形成され、ｐ壁領域１４が半導体基板１１の
上面１１ａから拡がり且つｐ壁領域１３とつながる。

同様に、ｐ壁領域１６が半導体基板１１の上面１１ａへ
の拡散によって形成され、このｐ壁領域１６が下方に拡
がり、ｐ壁領域１２と接触する。

第２図にその断面を示したｐ型隔離領域１３゜１４．１
６が、四角、矩形又は円形の様に、任意の所望の平面形
状であってよいことは、言うまでもない。

第２図に示すように隔離領域が形成されると、半導体基
板１１の中に、隔離された３つの別々のｎ型領域、即ち
、フォトダイオード領域１７と、信号トランジスタ領域
１８と、電力装置領域１９とが出来る。

第３図には、電力装置領域１９に電力装置、即ち、電力
トランジスタを作る最初の工程が示されている。

ｎ＋領域２１が基板１１の下側からの拡散によって電力
装置領域の中に形成され、ｎ十コレクタ接点領域２２が
基板１１の上面への拡散によって形成される。

ｎ十領域２２はシンカー（５ｉｎｋｅｒ ）であり、ｎ
＋領域２１に達するまで下方に伸びる。

ｎ＋領域２１が埋込層となり、シンカー領域２２と共に
、公知の如く、電力装置領域１９に形成される電力トラ
ンジスタのコレクタ飽和抵抗を小さくする。

第４図に示す次の工程は、信号トランジスタ領域１８に
、第１の導電型、即ちｎ型の半導体材料の、比抵抗が比
較的小さいポケット領域を形成することである。

この為、半導体基板１１の上面からｎ型不純物を領域１
８に拡散して、ポケット領域２３を形成する。

こうして得られるポケット領域２３の比抵抗が、所望の
信号装置の電圧と信号に対するベースの面積比抵抗とに
よって決まる範囲内になるように、拡散のパラメータを
調節する。

適当な値の一例は、大体０．２乃至０．３オーム・セン
ナメートルである。

この発明の集積回路を作る次の工程は、フォトダイオー
ド領域１７、信号トランジスタ領域１８及び電力装置領
域１９に同時にｎ型不純物を拡散することである。

フォトダイオード領域１７にｐ型を拡散することにより
、フォトダイオードの成る模様、或いは指形の陽極領域
２４が形成される。

この発明に使うのに適した模様つき又は指形陽極構造を
利用したフォトダイオードについて更に詳しいことは、
米国特許第３８１２５１８号を参照されたい。

モノリシックの集積回路形式でフォトダイオード及びト
ランジスタを含む光検出増幅器について、更に詳しいこ
とは、米国特許第３７８６２６４号を参照されたい。

フォトダイオードの陽極となるｐ壁領域２４をフォトダ
イオード領域１７に形成するのと同時に、基板１１の上
面から電力装置領域１９にｐ型を拡散することにより、
ｐ型ベース領域２６が形成される。

基板１１の上面からポケット領域２３にｐ型を拡散する
ことにより、信号トランジスタのｐ型ベース領域２７も
形成される。

この拡散は、領域２４．２６を形成するｐ型の拡散と同
時に行なうことが出来、ｎ型ポケット領域２３の比抵抗
が小さい為、拡散で出来るベース２７は、ｐ型の拡散部
２４，２６程、基板１１の上面から深く拡がらない。

希望によっては、同時に別のｐ型拡散を行なってｐ壁領
域２８を形成し、後で、形成された信号トランジスタに
関連したバルク抵抗領域として役立てることが出来る。

前述の工程が全部行なわれた後、構造は第５図に簡略断
面で示すようになる。

第６図には、この発明に従って集積回路を形成する時の
次の工程が示されている。

これはフォトダイオード領域１７、信号トランジスタ領
域１８及び電力装置領域１９にｎ＋領領域形成するもの
である。

フォトダイオード領域１７に対するｎ型不純物の拡散に
よって、ｎ＋領領域形式され、これがフォトダイオード
の陰極を構成する。

領域１７に作る適当なフォトダイオードについて更に詳
しいことは、前掲米国特許第３８１２５１８号を参照さ
れたい。

ｎ＋型の拡散が半導体基板１１の上面から信号トランジ
スタ領域１８に、更に詳しく言えば、前に形成されたｐ
型頭域２７にも行なわれる。

この拡散により、領域１８の信号トランジスタのエミッ
タ領域３１が形成されるが、この拡散を利用して、常套
手段として行なわれるように、絞り形抵抗を形成するこ
とも出来る。

同じく、半導体基板１１の上面から電力装置領域１８、
詳しく言えば、前に形成されたｐ型ベース領域２６にも
ｎ型の拡散が行なわれて、電力トランジスタのエミッタ
領域３２が出来る。

電力トランジスタの分野で公知の様に、第６図では、こ
れを成る模様のエミッタとして示しである。

前述の全ての工程が実施された後、第６図の簡略断面図
で示す構造が出来、領域１７の成る模様のフォトダイオ
ード、領域１８の信号トランジスタ（並びに希望によっ
てはバルク抵抗）、及び領域１９の電力トランジスタに
必要な全ての構成要素が形成される。

各々の領域１７，１８，１９は隔離拡散部によって互い
に隔離されており、領域１７のフォトダイオードと領域
１９の電力トランジスタとは、比抵抗が比較的大きい半
導体材料の中に形成されている。

前述の如く、この結果、担体の寿命が長くなるが、これ
はこれらの装置にとって望ましい。

領域１８の信号トランジスタは比抵抗の小さい半導体材
料で形成された拡散ポケット部の中に形成されるが、こ
れは信号トランジスタにとって望ましいことである。

更にこの発明では、フォトダイオードと信号トランジス
タとが同じ半導体基板に形成され、モノリシックの装置
となる。

この発明の１実施例では、電力トランジスタも同じ半導
体基板に形成される。

この発明の１実施例として、第６図は、基板１１をヘッ
ダ又は別の基板に合金化し或いは容易に取付ける為、基
板１１の下面を２酸化珪素の不働態化層３３で選択的に
被覆し、更にその上に例えば数ミクロンの多結晶珪素３
４を重ねることが出来ることを例示している。

酸化物が基板１１の下側にある接合に対する不働態化層
として作用し、多結晶珪素３４がある為に普通の合金法
を使うことが出来る。

普通のメタライズ層及び不働態化層を基板１１の上面に
適用して、フォトダイオード、信号トランジスタ及び電
力トランジスタの選ばれたリード線を相互接続する。

これは普通のことなので、図示してない。

フォトダイオードに対する陰極及び陽極接続部が、第６
図に端子Ｃ，Ａで概略的に示されている。

信号トランジスタのエミッタ、ベース及びコレクタに対
する接続部がＥｌ、 Ｂ１． Ｃ１で示されており、電
力トランジスタのエミッタ、ベース及びコレクタに対す
る接続部がＢ２．Ｂ２．Ｃ２で示されており、バルク抵
抗に対する接続部がＲ１，Ｒ２で示されている。

この発明の別の実施例では、集積回路をバイプレーナ形
式に作り上げることにより、均質な集積構造（即ち、エ
ピタキシャル層を含まない）を使う利点を活用する。

例えば、第７図にバイプレーナ形光検出増幅器を示す。

この場合、基板１１の下面の選ばれた領域に電気接点を
つけることが出来るように、２酸化珪素層３３及び多結
晶珪素層３４を適当な模様にする。

然し、装置を製造する上でこの他の成る変更を加えない
と、バイプレーナ形構造の利点を十分に実現出来ない。

例えば第７図では、フォトダイオド領域１７のｎ＋型陰
極領域を基板１１の下面に設けて、光検出器を作ること
を示している。

領域１９の電力トランジスタのコレクタ領域も、基板の
下側に接点をつける。

電力領域１９には、陽極領域３７、陰極領域３９及びゲ
ート領域４０を含むサイリスク又はシリコン制御整流器
も垂直方向に形成されている。

この形にすると、非常に効率のよい装置になる。

こうして得られた第７図に示す構造は、飽和電圧が小さ
く、個別装置と同様に、各装置の面積が最小になる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図はこの発明の光検出増幅器を作る際の
処理工程を逐次的に示す簡略断面図である。 主な符号の説明、１１：基板、１２，１３゜１４．１６
：隔離領域、１１：フォトダイオード領域、１８：信号
トランジスタ領域、２３：ポケット領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光検出増幅器を構成する集積回路に於て、大体平面
   状で平行な上面及び下面を持つと共に比抵抗が比較的大
   きい第１の導電型の材料で形成された半導体基板を有し
   、第２の導電型の拡散によって複数個の隔離手段を構成
   し、該隔離手段は基板を完全に通りぬけて該基板を少な
   くとも１つのフォトダイオード領域と信号トランジスタ
   領域とに分け、各々の領域が互いに隔離されるようにし
   、前記フォトダイオード領域の中にフォトダイオードが
   形成され、一方の導電型を持つ拡散ポケット領域が前記
   信号トランジスタ領域に形成されて比較的小さい比抵抗
   を持つ領域を構成し、該拡散ポケット領域の中に信号ト
   ランジスタが形成されている集積回路。 ２、特許請求の範囲１に記載した集積回路に於て、フォ
   トダイオード領域並びに信号トランジスタ領域から前記
   隔離手段によって隔離された電力装置領域を設け、該電
   力装置領域に電力装置を形成した集積回路。 ３ 特許請求の範囲２に記載した集積回路に於て、比抵
   抗が比較的大きい基板の比抵抗が１０乃至１５オーム・
   センナメートルの範囲であり、比抵抗が比較的小さい拡
   散ポケット領域の比抵抗が０．２乃至０．３オーム・セ
   ンナメートルの範囲である集積回路。 ４ 特許請求の範囲２に記載した集積回路に於て、基板
   の下側から内向きに伸びる第１の導電型の埋込層を電力
   装置領域に形成した集積回路。 ５ 特許請求の範囲２に記載した集積回路に於て、比抵
   抗が比較的小さい拡散ポケット領域に第２の導電型のバ
   ルク抵抗領域を形成した集積回路。 ６ 特許請求の範囲２に記載した集積回路に於て、信号
   トランジスタ並びに電力装置に対して電気接続をする手
   段を設けた集積回路。 ７ 特許請求の範囲２に記載した集積回路に於て、電気
   接続をする手段が、基板の両面の選ばれた領域に対する
   電気接点を含む集積回路。 ８ 特許請求の範囲２に記載した集積回路に於て、電力
   装置がトランジスタである集積回路。 ９ ％許請求の範囲２に記載した集積回路に於て、電力
   装置領域にシリコン制御整流器を設けた集積回路。 １０集積回路を作る方法に於て、第１の導電型で比抵抗
   が比較的大きい半導体基板を選び、第２の導電型の不純
   物を基板に拡散することによって複数個の隔離手段を形
   成して、互いに隔離された少なくとも１つのフォトダイ
   オード領域と信号トランジスタ領域とを形成し、前記一
   方の導電型の不純物を拡散することによって信号トラン
   ジスタ領域に前記一方の導電型のポケット領域を形成し
   て、該信号トランジスタ領域に比抵抗が比較的小さいポ
   ケット領域を形成し、フォトダイオード領域にフォトダ
   イオードを形成し、比抵抗が比較的小さいポケット領域
   に信号トランジスタを形成する工程から成る方法。 １１ 特許請求の範囲１０に記載した方法に於て、フォ
   トダイオード領域及び信号トランジスタ領域から隔離さ
   れた電力装置領域を基板に形成し、該電力装置領域に電
   力装置を形成する工程を含む方法。 １２特許請求の範囲１１に記載した方法に於て、電力装
   置を形成する工程が電力トランジスタを形成する工程で
   あり、更に、電力装置領域内で電力トランジスタの下方
   に第１の導電型の埋込層を形成する工程を含む方法。 １３特許請求の範囲１０に記載した方法に於て、比抵抗
   が比較的小さい拡散ポケット領域にバルク抵抗を形成す
   る工程を含む方法。 １４特許請求の範囲１０に記載した方法に於て、複数個
   の隔離手段を形成する工程が、第２の導電型の不純物を
   半導体基板の下面に拡散し、更に第２の導電型の不純物
   を半導体基板の上面に拡散することから戒り、基板の両
   面からこうして拡散された領域が基板の内部で出合って
   、基板の上面及び下面の間を完全に伸びるｐｎ接合隔離
   部を形成するようにする方法。 １５特許請求の範囲１０に記載した方法に於て、基板の
   両面で少なくとも電力装置に電気接点をつける工程を含
   む方法。