JPS6098686A - プレ−ナ−型半導体受光装置 - 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】 〔づＣ明の技術分野〕 本発明はホトサイリスタ，ホトトライアック。

ホトトランジスタ，ホトダイオード晴．の半導体受光装
置に関し、就中，高耐圧で且つ感度の高いプレーナー型
半導体受光装ｉｄに係る。

〔発明の技術的背景〕

一般に、ゾレーナー型半導体装置では、表面付近の空乏
層が接合の曲率や表面電荷の影２Ａ・、を受けて内部の
空乏層よシも幅が狭くなり、との壁乏層が狭くなった部
分で電界強反が大きくなるためブレークダウン耐圧が低
下するという問題かめる。この問題を解決するために、
従来のプレーナー型半導体装置には第１図に示すｊｉｌ
ｔ造が採用されている。

弟１図において、１はＮ型シリコン基板である。該シリ
コン基板ｌの表層ｊにはＰ＋型拡散ハ゛１２が形成され
、更に基板１の表層はシリコン酸化ｙ３で覆われている
。このシリコン醒化膜，？上には・コンタクトホールを
介してＰ＋型拡散１￥：　２にオーミックコンタクトし
たアルミニウムＴＬｃ　４’％４が形成され、またシリ
コン基＆ｌの表面にもアルミニウムの蒸着によシシｉ（
板′ＩＩ１．極５が形成されている。そして、前記アル
ミニウム’市４５４４は図示のように幅広で、ＰＮ接合
の上を広く桜って形成されている。アルミニウム電極４
が上記のように接合部をオーバーレイして形成されるこ
とによシ、基板１および拡ｔＩｔ　ｈＸｒ　２間におけ
るＰＮ接合のブレークダウン曲］圧低下が防止される。

即ち、図示のようにＰＮ接合に逆バイアスが印加された
状態において、表面付近のＰＮ接合部では、アルミニウ
ムｉ１．；、　４＄ｊ　４による負電圧印加の影も・り
を受けてＮ型基板・領域に空乏層が広がる。従って、表
ｉ７Ｉ＋付近の接Ｏｆ’ｉｌｌにおいても充分な空乏層
の幅が確保されるからでりる。

上記第１図の格造は、ｌ！’：Ｊ面Ｉ　ＥｌをＩＢ安と
する半祈１体受光装置にも同様に：ｊｌ’ｌｉ用されて
いる。第２図はホトダイオードに適用し／こ１りｌＪヲ
一部１ｔｌｉ面で示す斜視図であわ、図中１〜５は第２
図と同じ部分を示している。また、同図においてＷｄは
空乏層の幅を示し、Ｌ、およびＬｎは夫々少数キャリア
の拡散長（Ｌ、は正孔の拡散長、Ｌｎは’ｔｌｊ、子の
拡散長）を夫々示している。このホトダイオードのＰＮ
接合部またはその近傍に光が入射すると電子−正孔対が
生成されるが、該電子正孔対をＰＮ接合で分離して電流
に変換するために、ＰＮ接合には第１図の場合と同じく
逆ノ々イアスが印加されている。従って、この場合にも
接合のブレークダウン耐圧低下が問題となり、これを防
止するためにアルミニウム電極４が接合部近傍上にオー
バーレイして形成されているのである。

〔背景技術の問題点〕

上記のように、アルミニウム等の金属電極全接合部上に
オーバーレイして形成することで半導体受光装置の高耐
圧化を図ることが可能となるが、その反面、金部電極は
不透光性あるいは光透過率が極めて低いために接合部内
に入射される光量が減少し、感度が低下するという問題
が生じる。

この問題を第２図のホトダイオードについて更に詳しく
説明すると、第２図のホトダイオードで光に感応し得る
光感領域は、およそ空乏７ｆｆｉ？領域および空乏Ｊ＠
端から少θキャリアの拡ｔｉλ畏り、　、　Ｌｎまでの
範囲である。然るに、この光感領域上は不透光性のアル
ミニウム’ｊＴｔ、極４でかなりの面私が覆われている
ため、本来有効であるはずの入射光が遮蔽される結果、
受光装置ｉｆとしての感度が低下してしまうのである。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、接合部近傍
上に電極をオーバーレイして形成することにより　ｈ＝
合のブレークダウン耐圧を向上し、且つ受光感度の高い
プレーナー型半匈′；１体受光装置ｉ：；−を提供する
ものである。

〔強引の伯、殻〕

不発明によるル−ナー型半７．ｉＩ一体受光装置１・は
、第１２ｊ）　′Ｎ３．型の半導体基板と、該半；、Ｉ
）体基板の表１・、・！に形成された第２導１（Ｌ型の
不純物拡散領域と、ｒ］ＩＩｔじ半畳体基板歎面におけ
るｆｊｆＪ記不純物拡散領域の境界およびその近傍上に
ｔｓ２　Ａｉ＆　Ｉｋｑを介して形成された且つ前記不
純物拡散領域に電気的に接続された透光性導電膜とを具
備し、前記半導体基板と前記不純物拡散領域との間のＰ
Ｎ接合部およびその近傍に入射した光によシ発生する電
子−正孔対を前記ＰＮ接合間の逆／ｓ（ｌイアスにより
分離し、光信号を％気化号に変換することをＩｋ徴とす
るものである。

本発明における透光性導電膜としては、例えば威化錫、
酸化インジウム、多結晶シリコン等を用いることができ
る。これらのうち、次の理由から燐、砒素等の不純物を
ドープして低抵抗化した多結晶シリコンを用いるのが象
ましい。

第１に、多結晶シリコン膜を形成および加工する工程は
一般のＬＳＩ等の製造工程で現在多用されておシ、即に
技術的に成熟しているから、これをそのまま応用するこ
とによシ製造コストの低減が可能となる。第２の理由は
、半尋体装Ｉ１１の製造プロセスでは、拡散源以外の不
純物（例えばインジウム、錫等）の混入を嫌うのが一般
的であシ、多結晶シリコンの場合はその心配がないから
である。史に第３の理由として、多結晶シリコンは光の
透過率、勃に長波長（近赤外）の光に対する透過率が高
いことが早げられる。

上記本発明のプレーナー型半勇１体受光装置では、ＰＮ
接合のブレークダウンｌ６１１圧を上けるために接合界
面上を口って設けられでいる電極が透光性で、入射光を
遮蔽しない。従って、有効領域に入射して来／Ｃ略総で
の）ｔが光感領域に達して電流に変換されるから、高い
受光感度をイ４することかできる。

なお、込光性七７・電膜パターンは蒸ン、ｊ法、スパッ
タ法、気相成長法咎、用いるＡ）；　！ｉ」に遇した既
イｊの方法で被膜を形成し、これをノやターンニングし
て形成すれはよい。

−また、後述の央Ｍｉ例に示すように、本光す」の半４
ム体受ブ０装置は従来のプレーナ一工程に透光性へ・γ
電膜パターンを形成する工程を追加するたけでｆ＋ｉｊ
易に製造することができる。

〔発り」の実施例〕

以下、第３図〜泥５図をりｊ慎して本つ６明のソ、力１
１１秒ｇを、Ｊ兄り」する。

第１図は本発明をホトダイオードに適用した一実施例を
示す断面図である。同図において、１１はＮ型シリコン
基板である。該シリコン基板１１の表層にはＰ＋型の不
純物拡散領域１２が形成されておシ、基板辰面はシリコ
ン酸化膜１３で被覆されている。このシリコン酸化膜１
３上にはコンタクトホールを介して前記Ｐ＋型不純物拡
散領域１２にオーミックコンタクトしたアルミニウム電
極１４が形成され、更に該アルミニウム′電極１４に接
続された多結晶シリコン九ｄパターン１５が形成されて
いる。多結晶シリコンル（パターン１５は、Ｐ＋型不純
物拡散領域１２の境界およびその近傍上を覆ってリング
状に形成されておシ、また砒素ドープにより低抵抗化さ
れている。そして、これらの電極１４゜１５上には更に
ば化シリコン等からなる保ｈ　ｈ１６が抜身されている
。他方、前記Ｎ型シリコン基板１）の裏面側には基板電
極とのオーミックコンタクトをとるためのＮ＋型層１７
が形成され、該Ｎ型層１７０表面には基板′電極１８が
形成されている。

上記史施例のホトダイオードについて具体的に本発明に
よる効果を検証するため、次のようにして第３図の構造
を有するホトダイオードを製造した。

まず、アンチモンをドープした比抵抗０，０１Ω、ｃ、
ｎ　（７）　Ｎ”　’ｆＪＪ、シリコンウェハーを基体
ウェハーとし、該基体ウェハー上に気相エピタキシャル
法によって比抵抗１０Ω・、ＳＩＩ’り−Ｊ、／ｌｏμ
のＮ型シリコ７層１１を成長させる。続いて、このＮ型
シリコ７層１１表面を熱酸化し、全表面を負う井２′！
厚１μのシリコンｒｉｌｉ化膜１３を形成する。

次いで、該シリコン１波化ｊ反に３０（）μｍ−」（コ
ーナ一部はＲ３０μ）の拡散窓を開孔した後、ＢＳＧを
拡敬υ１只とするポロンの熱拡散を行ない、接合深さ５
μのＰ型不純物拡散領域１２を形成する。仄に、砒素を
ｌＸｌ０　ａｔｏ□−ｒｎ３の直皮でドープしｌヒ多結
晶シリコン層を全面に堆石’ｔ　Ｌグ辷後、コれヲ・セ
ターンニングすることによＪＰＰ＋不純物拡散領域２の
」ｊχ界から内ｔ！１４へ１０μ、外側へ４０μの幅で
接合部上を憶うリング状の多結晶シリコン膜パターン（
１５）を形成する。

その後、Ｐ＋型不純物拡散領域１２上のシリコン酸化膜
１３上にコンタクトホールを開孔し、アルミニウムの蒸
着およびパターンニングを行なうことによシ、戸型不純
物拡散領域１２にオーミックコンタクトし、且つ前記多
結晶シリコン膜パターン１５に接続したアルミニウム電
極１４を形成する。そして、基体ウェハーの裏面をラッ
ピングした後、残存したｒ型層１７面にバナジウム、ニ
ッケルを蒸着して基板電極１８を形成した。

こうして製造された第３図の実施例になるホトダイオー
ド（以下実施例品という）についてその耐圧および受光
感度を測定し、これを従来のホトダイオードについて得
た値と比較したところ、第１表に示す結果が得られた。

なお、比較の対象となる従来のホトダイオードとしては
、次の二種類のものを用いた。

（４）実施例品と同寸法で、且つ第２図の構造を有する
ホトダイオード（以下従来品Ａという）。

ＣＢ）　実施例品と同寸法で、且つアルミニウム電極４
が接合部上を覆っていない点を除いて第２図と同様の４
−Ｎ造を有するホトダイオード（以下従来品Ｂという）
。

また、受光感度の比較については、光臨として液相成長
法によシ製造された９　４０　ｎｍの発光中心波長を有
するシリコンドープのＧａＡｓ発光ダイオードを用い、
各ホトダイオードについて測冗された光電流を相対値で
比較して行なった。

第　１　茨 上記の結果から、第３図の実施例品では第２図の従来品
Ａと同様の高制圧が得られ、且つ光感度の低下が顕著に
抑ｊｔｆｌｊされていることがわかる。

第４図は、本発明をホトトランジスタに適用した他の実
施例を示している。この実施例では、ホトトランジスタ
を構成するためにＮ＋型のエミッタ領域１９．エミッタ
１Ｌ極２１が加えられている。とのホトトランジスタは
Ｎ型基板１１とＰ＋型不純物拡散領域１２からなるＰ　
−Ｎホトダイオードの光電流をトランジスタ増幅するも
のと考えることができる。従って、この実施例でも透光
性を有する多結晶シリコン層１５によってペース／コレ
クタ間の耐圧向上および受光感度の向上といった同様の
効果が得られる。寸だ、この実施例ではトランジスタの
耐圧を更に高めるためにＰ型のガードリング２θが設け
られておシ、このようにＰ　ｌ’７ガ゛−ドリツプと組
み合わせて本発明を適用することも可能である。

第５図は本発明をホトサイリスクに適用した更に別の実
施例を示している。このホトサイリスクは、Ｎ型基板１
１とＰ＋型不純物領域１２とからなるＰ−Ｎホトダイオ
ードの光電流をゲート１）Ｌ流としたｉＬ流トリガーサ
イリスクと渚えることができる。従って、この場合にも
透光性の多結晶シリコン膜パターン１５を設けることに
よって、同様に高１ｕ１圧および高級、度をイシするこ
とかできる。

なお、上記の実施例では倒れのｊｊｌ、９付もアルミニ
ウム′ｉは極１４を介して多紅１晶シリコン膜パターン
１５をＰ１型不純物拡散領域１２．２０に接続している
が、アルミニウム化１ｉ　１４は本発明の枯成上特に必
仮とされるものではなく、多結晶シリコン膜パターン１
５をｉｉ４＋：接Ｐ＋型不純物拡ｔｊｋ領域１２に接続
するようにしてもよい。

１だ、多結晶シリコンパターン１５　ＣＤ　ＩＩＶ＋ｉ
　ｌ’ｊ、Ｎ　４１ソ基板１１の不純物碗度、Ｐ１型不
純物拡１□月；ｄ１２の拡散深展、シリコン敲化知々１
３の厚さもの具体的な米作によって適宜設′、Ｊ：、さ
れるべきものでおる。

〔９包捜コのシカ果〕 以上ｉｉ−＋”述したように、不発りｉによｊｔは接合
部近傍上に′ＩＬＬ　極をオーバーレイして形成するこ
とによシ耐圧の向上を図シ、しかも高い受光感度を有す
る半導体受光装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のル−ナー型半導体装置において接合曲率
部の電界集中を防止し、耐圧向上を図るために採用され
ている構造を示す断面図、泥２図は第１図の構造を採用
した従来のホトダイオードの断面図、第３図は本発明を
ホトダイオードに適用した一実施例を示す断面図、第４
図は本発明をホトトランジスタに適用した別の実施例を
示す断面図、第５図は本発明をホトサイリスタに適用し
た更に別の実施例を示す断面図である。 １１・・・Ｎ型シリコン基板、１２　・Ｐ型不純物拡散
領域、１３・・・シリコン酸化％、１４・・・アルミニ
ウム電極、１５・・・多結晶シリコン膜・ぐクーン、１
６・・保臆膜、１７・・・Ｎ＋型層、１８・・・基板電
極、１９・・・Ｎ＋型エミッタ領域、２０・・・ガード
リング。 プ′？　１　図 ｘｐ　２１？１ ’Ａ１３　Ｉ’ｌ１ ８ 号７４図 ）７５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　第１導電型の半導体基板と、該半導体基板の表層
   に形成された第２導電型の不純物拡散領域と、前記半導
   体基板表面における＋ｉｉｊ記不純物拡散領域の境界お
   よびその近傍上に絶縁膜を介して形成され且つ前記不純
   物拡散領域に電気的に接続された透光性４電説とを具備
   し、前記半導体基板と前記不純物拡散領域との間のＰＮ
   接合部およびその近傍に入射した光によシ発生する電子
   −正孔対を６１ｊ記ＰＮ接合間の逆バイアスによ部分離
   し、光信号を′電気信号に変換することを特徴とするゾ
   レーナー型半導体受光装置。 （２）　前記透光性導′東膜が多ｔｌＴｉ’ｉ晶シリコ
   ン膜であることを特徴とする特許 載のプレーナー輩半尋体受元装１１・゜τ。