JPS5963778A - シリコンホトダイオ−ド装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同一のシリコン基板上に分光感度の異なる２以
上のホトダイオードを設＋Ｊたシリコンポトダイオード
装置およびその装置の製造方法に関する。

シリコンウェファに形成されたシリコンボｉ・ダイオー
ド装置はウェファ表面に形成された例えばＰ形の層と、
前記Ｐ形の層に接してその下位にあるＮ形の層および各
層に接続された電極から構成されている。

このようなシリコンホトダイオード装置の分光感度特性
は、前記表面のＰ形の層とその下位のＮ形層の深さによ
って決まる。すなわら赤色光や赤外光のような長い波長
の光はシリコンウェファの内部を容易に透過することが
できるが、青色光や紫外光のように比較的波長の短い光
はシリコンウェファ内で極めてよく吸収される。そのた
めＰ−Ｎ接合面がウェファ表面に近いほど青色光や紫外
光のように比較的波長の短い光の感度を向上させること
ができる。反対にＰ−Ｎ接合面がウェファ表面から深い
はと青色光や紫外光は吸収されるので、赤色光や赤外光
のような長い波長の光の感度が大きくなる。

またＮ形の層の深さを小さくすると赤色光や赤外光の感
度を低下さ・υることができる。

したかっ′Ｃ１■）形の層とＮ形の層のｊ−ｆさを調整
すれば、種々の分光感度のホトダイオードが冑られるは
ずであるが同一の基板上に分光感度の異なる２以上のシ
リ二Ｊンボトダイオードを形成することは困ゲ１ｔであ
った。

従来のシリコンウェファ上にシリコンホトダイオー１′
を形成した一般的なシリコンホトダイオード装置では、
例えばＮ形のシリコンウェファの一つの面にＰ形の不純
物をイオン注入や拡％により■）形の層を形成している
。拡１１にの時間や注入イオンのエネルギーを変化させ
て第１の導電層であるＩ）形の層の厚さを調整して希望
する特性を得゛ζいる。

しかし第２の導電層である前記Ｎ形層の深さはシリコン
ウェファ自体の厚さであるから調整することはできない
。

従来の他の構造すなわち、第１の導電形の基板上に第２
の導電形の層をエピタキシャル成長により形成しさらに
その層の上に第１の導電形の層を同様に形成する３府構
造の場合は前記第２層の厚さを調整することが可能であ
る。しかしこの構造でも同一のシリコンウェファ上で各
種の厚さを得ることばできない。

本発明の第１の目的は、同一のシリコンウェファに分光
感度の異なる２以上のシリコンボしダイオードを形成し
たシリコンホトダイオード装置および前記装置の製造方
法を提供することにある。

ｍＩ記目的を達成するために本発明′によるシリコンホ
トダイオ−１′装置は、同一のシリコン半導体□基板上
に分光感度の異なる２以上のホトダイオードを設けたシ
リコンホトダイオード装置において、高抵抗シリコン半
導体基板の一つの表面の一部に形成された第１の導電形
の第１導電層と、前記表面の他の部分に前記第１導電層
に近接して設げられ前記第１導電層と同一導電形で異な
る深さで設りられた第２導電層と、前記第１導電層とＰ
−Ｎ接合を形成するように設けられた第２の導電形の第
３導電層と、前記第２導電層とＰ−Ｎ接合を形成するよ
うに設けられた第２の導電形の第４導電層とを含み、前
記第１導電層と第３導電層とで第１のシリコンホトタイ
オート、前記第２導電層と第４導電層とで第２のシリコ
ンホトダイオ−１−を形成して構成されている。

本発明の第２の目的は、同一のシリコンウェッブに分光
感度の異なる２以」二のシリコンホトダイオ−１を形成
したシリコンホトダイオード装置の製造方法を提供する
ことにある。

前記目的を達成するために本発明によるシリコンホトダ
イオード装置の製造方法は、同一のシリコン基板上に分
光感度の異なる２以」二のホトダイオ−１＝を設りたシ
リコンホトダイオード装置の製造方法において、高抵抗
のシリコン基板を中性子線で照射し゛（シリコン基板中
の質量数３０のシリコンの一部を質量数３１の燐に変換
する工程と、前記基板の表面の第１および第２の部分に
Ｐ形不純物を注入する注入工程と、前記Ｐ形不純物が注
入された第１の部分を含む領域を第１の光源で照射して
アニールすることにより、Ｐ形層とＮ形層を形成して第
１のシリコンホトダイオードを形成する第１のアニール
工程と、前記Ｐ形不純物が注入された第２の部分を含む
領域を第２の光源で照射してアニールすることにより、
Ｐ形層とＮ形層を形成して第２のシリコンホトダイオー
ドを形成する第２のアニール工程とを設けて構成されて
いる。

第１図は本発明によるシリコンホトダイオード装置の実
施例を示す概略縦断面図、第２図は同平面図である。

実質的に絶縁物として機能するＮ形の高抵抗シリコン半
導体基板（シリコンウェファ）１の表面にＮ形の導電層
２１と、この導電層２１に近接して同じＮ形の導電層２
２がより深く設けられている。

前記Ｎ形の導電層２１とＰ−Ｎ接合を形成するようにＰ
形の導電Ｊｉ３１が設りられている。

前記Ｎ形の導電＠２１には電極４１、前記Ｐ形の導電層
３１には電極４２が接続され第１のシリコンホトタイオ
ートを形成している。

また前記Ｎ形の導電層２２とＰ−Ｎ接合を形成するよう
にＰ形の導電層３２が設番ノられている。

前記Ｎ形の導電ＪＰｉ２２には電極４４、前記Ｐ形の導
電層３２には電極４３が接続され第２のシリコンホトダ
イオ−ｌζを形成している。

前記構成のシリコンホトタイオート装置は以下の製造方
法により製造される。

第３図は前記実施装置を製造する方法の実施例を示す工
程の流れ図、第４図は前記工程で使用するマスクをシリ
：ノンホトダイオード装置の平面図と対応して示した説
明図である。

（１）まず高抵抗ＩＫΩ・Ｃ１７１以上のＮ形シリコン
ウγ４ファを用意する。

このＮ形シリコンウェファの厚さは、’（’　５０　Ｉ
ｔ　ｍである。

（２）前記Ｎ形シリコンウェファを中性子線で照射する
。

前記照射後、シリコンウェファを数日間放置し、前述し
た中性子線の照射に原因する原子核変換の際に発生ずる
カンマ−線、ベータ線の放射を充分に減衰させる。

（３）　前記第１のシリコンホトタイオートの■）形１
？＋　３１の外形（第４図Ｅ参照）に対応する開口を持
つ第４１図Ａ　ｉ、；二示ず゛７スクＩ　Ｍ　＋を前記
シリコンウェファ」−に載置する。

（４）前記マスク１Ｍ１の開り部から硼素をイオン注入
する。・イオンのエネルギーは２５　Ｋ　（！　Ｖ、ｉ
’Ｌ大量は１０１５／ＣＪである。

（５）続いて前記第２のシリニ１ンホトダ・イオードの
１）形層３２の外形に対応する開１−１を持つ第４図１
３に示すマスク１Ｍ２を前記シリコンウェファ上Ｇ、二
・１市置Ｊ゛ろ。

（６）前記マツ、り１Ｍ２の開口部から硼素をイオン注
入する。イオンのエネルギーＩ：Ｉ：　２５　Ｋ　ｅ’
　Ｖ、注入量はＬ　（１”　／、ｃｎｌである。

（７）次に第４図Ｃに示す、第１のシリコンホトタイオ
ートのＮ形層２１の外形に対応する開口を持゛アンスク
Ｐへイ１をシリコンウェッブ−しに・Ｆ表置し゛ζＹＡ
Ｇレーザ光でアニールする。

ごのＹへＧレーザ光の光源の出力は１．３Ｗで、ｉｉ’
ｊｉＭ　１００７＋　ｍに集光され、２０　ｃ　ｍ／　
ｓｅｅでシリコンウェファを走査する。

（８）ｆ欠に第４図りに示す、第２のシリコンホトダイ
オード 持つマスクＩ）　Ｍ　２をシリコンウェファ上に載置し
てキセノンフラッシュランプで照射してアニールする。

このときのキセノンフランシュランプの照射エネルギー
は２８　、）　／ｃｔＡである。

（９）このようにして形成された第１のシリコンホトダ
イオード置のＮ形層２１に電極４１、Ｐ形層３１に電極
４２、第２のシリコンボ）・ダイオードのＮ形層２２に
電極４４、Ｐ形層３２に電極４３を接続して第４図Ｅに
示すシリコンホトダイオード装置の！１１！！造を終了
する。

前記工程で製造されたシリコンホトダイオード装置の第
１のシリコンホトダイオードのＰ形層３１とＮ形層２１
間に形成されるＰ−Ｎ接合のシリコンウェファ表面から
の距離は０．２４μｍであり、Ｎ形層２１と絶縁層の境
界層のシリコンウェファ表面からの距離は１μｍである
。

第２のシリコンボ）・ダイオードのＰ形層３２とＮ形層
２２間に形成されるＰ−Ｎ接合のシリコンウェファ表面
からの距離は０．４μｍであり、Ｎ形［２１と絶縁層の
境界層のシリコンウェファ表面からの距離は２５μｍで
ある・ 第５図はこのシリコンホトダイオード装置の分光感度特
性を示すグラフである。

第１のシリコンホトダイオードの分光特性を曲線へ、第
１のシリコンホトダイオードのそれを曲線Ｂで示しであ
る。

Ｐ−Ｎ接合のシリコンウェファ表面からの距離が小さい
第１のシリコンホトダイオードの分光特性曲線のピーク
ば５００ｎｍ、Ｐ−Ｎ接合のシリコンウェファ表面から
の距離がより大きい第２のシリコンホトダイオードの分
光特性曲線のピークは６５０ｎｍである。

前述したように本発明によれば、同一のシリコン基板上
に分光特性の異なる２以上のシリコンホトダイオードを
形成することができる。

またこのようにして形成されたシリコ：／ホトダ・イオ
ー１は、相互に分離されているからそれぞれ独立して出
力を取り出すことができるので、広い応用が期待できる
。

各シリコンホトダイオードの特性は予め測定することが
できるので、各シリコンホトダイオードの出力を評価す
るごとにより入射光の特性を測定できる。

また各シリコンホトダイオードの出力を並列的に処理す
ることにより、広い分光感度の出力ホトダイオ−１−装
置を構成することもできる。

以」二詳しく説明した実施例につき本発明の範囲内で種
々の変形を施すことができる。

さらに多種類の光源を用意し、工程を増加することによ
り、３以上のシリコンボ（・ダイオードを同一基板上に
形成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシリコンホトダイオード装置の実
施例を示す概略縦断面図、第２図は開平面図である。 第３図は前記実施装置を製造する方法の実施例を示す工
程の流れ図、第４図は前記工程で使用するマスクをシリ
コンホトダイオード装置の平面図と対応して示した説明
図である。 第５図は本発明によるシリコンホトダイオード装置の分
光感度特性を示すグラフである。 １・・・高抵抗領域 ２１．２２・・・Ｎ形導電性部分 ３１．３２・・・Ｐ形導電層 ４１．４２．４３．４４・・・電極 ＩＭ１．ＩＭ２．ＰＭＩ、ＰＭ２・・・マスク特許出願
人　　　浜松テレビ株式会社 代理人　弁理士　　井　〕　ロ　　壽 第３図 第４Ｎ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一のシリコン半導体基板−ヒに分光感度の異な
   る２以−１−のボトダイオートを設けたシリコンホトダ
   イオード装置であって、高抵抗シリコン半導体基板の一
   つの表面の一部に形成された第１の導電形の第１導電層
   と、前記表面の他の部分に前記第１導電層に近接して設
   けられ前記第１７７７電囚と同一導電形で異なる深さで
   設＆Ｊられた第２導電層と、前記第１導電層とＩ）　−
   Ｎ接合を形成するように設ｃノられた第２の４電形の第
   ３導電層と、前記第２導電層とＰ”Ｎ接合を形成するよ
   うに設ジノ゛られた第２の導電形の第４導電層と−含め
   、曲内ｌ導電層と第３導電層とで第１のシリコンホトダ
   イオ−１−１、前記第２導電層と第４導電層とで第２の
   ノリコンホトダイオードを形成して構成したシリコンホ
   トダイオーＦ装置。
2. （２）前記高抵抗シリコン半導体基板は少なくとも比抵
   抗が°ｌＩ〈Ω・ｃｍ以上のＮ形シリコンウェファであ
   って同一基板に形成されたシリコンホトダイオ−１・゛
   を分離する絶縁物として機能する特許請求の範囲第１項
   記載のシリコンホトダイオード装置。
3. （３）前記第１の導電形は、Ｐ形であり前記第２の導電
   形はＮ形である特許請求の範囲第２項記載のシリコンホ
   トダイオード装置。
4. （４）同一のシリコン基板上に分光感度の異なる２以上
   のホトダイオードを設けたシリコンホトダイオード装置
   の製造方法において、高抵抗のシリコン基板を中性子線
   で照射してシリコン基板中の質Ｆｉｔ数３０のシリコン
   の一部を質量数３１の鱗に変換する工程と、前記基板の
   表面の第１および第２の部分にＰ形不純物を注入する注
   入工程と、前記Ｐ形不純物が注入された第１の部分を含
   む領域を第１の光源で照射してアニールすることにより
   、Ｐ形層とＮ形層を形成して第１のシリコンホトダイオ
   ードを形成する第１のアニール工程と、前記Ｐ形不純物
   が注入された第２の部分を含む領域を第２の光源で照射
   してアニールすることにより、■）形層とＮ形層を形成
   して第２のシリコンボ１−ダイオ−１を形成する第２の
   アニール工程とを設けて構成したシリコンボ１−ダイオ
   ード装置の製造方法。
5. （５）前記シリニ１ンＷ板は少なくとも１１てΩ・ＣＴ
   ｎ以上のシリコンウェファであって実質的に同一基板に
   形成された２つのダイオードを分離する絶縁物として機
   能する」（￥許請求の範囲第４項記載のシリコンホトダ
   イオード装置の製造方法。
6. （６）前記注入工程で使用されるＰ形不純物は硼素であ
   る特許請求の範囲第４項記載のシリコンポトダイオード
   装置の製造方法。
7. （７）前記第１のアニール工程で使用される光はＹΔＧ
   レー勺゛からの光である特許請求の範囲第４項記載のシ
   リコンホトダイオード装置の製造方法。
8. （８）前記第２のアニール工程で使用される光はギセノ
   ンフラソシュランプからの光である特有１Ｆ請求の範囲
   第４ｍ記載のシリコンポ１−ダイオード装置の製造方法
   。