JPS61141175A - Semiconductor photodetector - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、光の照射を検出する半導体光検出装置に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a semiconductor photodetection device that detects light irradiation.
(従来の技術)
位置検出および分光測定等に同一基板上に複数個のホト
ダイオードをアレー状に配列した半導体光検出装置が用
いられている。(Prior Art) A semiconductor photodetection device in which a plurality of photodiodes are arranged in an array on the same substrate is used for position detection, spectroscopic measurement, and the like.
このようなホトダイオードアレー形式の半導体光検出装
置において、入射光の入射位置の分解を高めるためにホ
トダイオードの集積度を大きくすると種々の問題が生ず
る。In such a photodiode array type semiconductor photodetecting device, various problems arise when the degree of integration of the photodiodes is increased in order to improve the resolution of the incident position of incident light.
まず第1に挙げられる問題は、隣接したホトダイオード
間に入射した光が素子間で相互干渉を起こす、光学的ク
ロストークである。光学的クロストークを第6図を参照
して説明する。The first problem is optical crosstalk, in which light incident between adjacent photodiodes causes mutual interference between the elements. Optical crosstalk will be explained with reference to FIG.
第6図はホトダイオードアレー形式の半導体光検出装置
における光学的クロストーク万示す装置の断面図である
。FIG. 6 is a cross-sectional view of a device illustrating optical crosstalk in a photodiode array type semiconductor photodetection device.
光学的クロストークは、吸収係数の小さい光が半導体装
置のPN接合から離れた深い部分に到達し、内部で電子
・正孔対を発生し、これらのキャリアが拡散によって同
一アレー内の隣接するホトダイオードに到達することに
よって起こる。Optical crosstalk occurs when light with a small absorption coefficient reaches a deep part of a semiconductor device far from the PN junction, generates electron-hole pairs inside, and these carriers diffuse into adjacent photodiodes in the same array. It happens by reaching .
例えばP+領域13の下のNl1lOの深い部分で発生
したキャリアがP+領域14に到達する場合等がそれで
ある。For example, this is the case when carriers generated in a deep part of Nl11O under the P+ region 13 reach the P+ region 14.
第2にブルーミングと呼ばれる物理的なりロストークが
ある。第7図を参照してこの物理的なりロストークを説
明する。Second, there is a physical losstalk called blooming. This physical losstalk will be explained with reference to FIG.
物理的クロストークは、強い光照射により図中破線で示
す空乏層に蓄積される電荷が飽和し、素子内を拡散する
ことにより隣接するホトダイオードに到達することによ
って起こる。Physical crosstalk occurs when the charge accumulated in the depletion layer shown by the broken line in the figure becomes saturated due to strong light irradiation, and then diffuses within the device and reaches the adjacent photodiode.
P+領域13の下のN層10に形成された空乏層内で発
生したキャリアがP+領域14に到達する場合等がそれ
である。This is the case, for example, when carriers generated in the depletion layer formed in the N layer 10 below the P+ region 13 reach the P+ region 14.
これらのクロストークは、位置センサにおける位置境界
を不鮮明にし、分析センサにおける隣接する二つの信号
ピークの区別を不明確にする。These crosstalks blur the position boundaries at the position sensor and blur the distinction between two adjacent signal peaks at the analysis sensor.
また近年、ホトダイオードアレーと信号読出のための自
己走査回路(シフトレジスタ)を組み合わせたイメージ
センサが広く用いられている。Furthermore, in recent years, image sensors that combine a photodiode array and a self-scanning circuit (shift register) for signal reading have been widely used.
第8図はそのようなイメージセンサの1素子分を示す断
面図である。FIG. 8 is a sectional view showing one element of such an image sensor.
このようなN基板1を用いたPチャンネルMOSFET
構造のイメージセンサの等価回路を第9図に示す。P-channel MOSFET using such an N-substrate 1
An equivalent circuit of the image sensor structure is shown in FIG.
N基板1を用いたPチャンネルMOSFET構造では、
ソース2の領域のPN接合部を受光面として用いている
。In the P channel MOSFET structure using N substrate 1,
The PN junction in the source 2 region is used as a light receiving surface.
ゲート電極4に負のパルス電圧を加えると、ゲート電極
4の下のシリコン表面にPチャンネルが生じ、このとき
ドレイン3より電荷が供給され、ソース2の拡散接合を
ドレイン3の電圧と等しくしてこのダイオードを充電す
る。When a negative pulse voltage is applied to the gate electrode 4, a P channel is generated on the silicon surface under the gate electrode 4, and at this time, charge is supplied from the drain 3, making the diffusion junction of the source 2 equal to the voltage of the drain 3. Charge this diode.
ゲート電極4の電圧をオフし、チャンネルが閉じると、
ソース2の電位(蓄積電荷)はそのまま保たれる。When the voltage of the gate electrode 4 is turned off and the channel is closed,
The potential (accumulated charge) of the source 2 is maintained as it is.
この状態で入射光によりキャリアが励起されると、蓄積
電荷はこのキャリアに放電し、ソース2の電位は低下す
る。次に再び走査パルスがゲート4を介して印加される
と、放電電荷に対する充電電荷がソース2に流れこみ、
外部回路に取り出される。When the carriers are excited by the incident light in this state, the accumulated charges are discharged into the carriers, and the potential of the source 2 decreases. Next, when the scanning pulse is applied again through the gate 4, the charged charge relative to the discharged charge flows into the source 2,
Taken out to external circuit.
以下この動作を繰り返す。Repeat this operation below.
このようなホトダイオードアレーにおいては、アレー内
の各素子の電位は常に異なる。シフトレジスタの走査パ
ルスによって、ある点のホトダイオードの電位が高くな
った場合、電位の低い隣接するホトダイオードへ電流が
流れ込む現象が起こる。これは、電気的なりロストーク
であリホトダイオード間の距離が短くなった場合、ある
いは高抵抗の基板を用いた場合、特に起こり易くなる。In such a photodiode array, the potential of each element within the array is always different. When the potential of a photodiode at a certain point increases due to the scanning pulse of the shift register, a phenomenon occurs in which current flows into an adjacent photodiode with a lower potential. This is particularly likely to occur when the distance between the photodiodes is shortened due to electrical losstalk, or when a high resistance substrate is used.
電気的なりロストークは、正確な光信号の測定や微弱光
の測定を困難にする。Electrical losstalk makes accurate optical signal measurements and weak light measurements difficult.
これら、光学的、物理的、電気的なりロストークを総合
して、以下単にクロストークと呼ぶこととする。These optical, physical, and electrical losstalks will be collectively referred to as crosstalk hereinafter.
このようなりロストークに対して従来第10図に示すよ
うに、隣接する素子間にアルミニウムのような反射11
51i5を形成し、素子間への光の入射を妨げる対策が
採られてきた。Conventionally, as shown in FIG. 10, in order to deal with such losstalk, a reflection layer 11 such as aluminum is used between adjacent elements.
Measures have been taken to form 51i5 and prevent light from entering between the elements.
しかしこの方法では、例えばガラス窓付きのパッケージ
に組み込んだ場合、反射11i 5で反射した光がさら
にガラス窓で乱反射し、かえって信号の相互干渉が激し
くなる。However, in this method, when the device is incorporated into a package with a glass window, for example, the light reflected by the reflection 11i5 is further diffusely reflected by the glass window, and mutual interference of signals becomes more intense.
また電気的なりロストークに対しては、何の効果も示さ
ない。Furthermore, it has no effect on electrical losstalk.
他の方法としては第11図に示すように、拡散により形
成されたP+層6でホトダイオード間を分離する構造が
考えられる。Another possible method is to use a structure in which the photodiodes are separated by a P+ layer 6 formed by diffusion, as shown in FIG.
しかし、この方法では、素子間は一応は分離されるもの
の、分1iIl領域付近に入射した光により発生したキ
ャリアは、全てこのP+型の分離領域6に吸収され、信
号量の低下が起こる。However, in this method, although the elements are separated for the time being, all carriers generated by light incident near the 1iIl region are absorbed by this P+ type separation region 6, resulting in a decrease in signal amount.
また分離領域P十層6をホトダイオードに隣接して設け
た場合には、分@P十層とホトダイオ−12間での相互
作用が強くなり、ホトダイオードに蓄積された信号電荷
が分離P十層に流れ易くなり電気的なりロストークは増
加する。Furthermore, when the separation region P10 layer 6 is provided adjacent to the photodiode, the interaction between the P10 layer and the photodiode 12 becomes stronger, and the signal charge accumulated in the photodiode is transferred to the separation P10 layer. It becomes easier to flow, and electrical losstalk increases.
分離領域の深さは最低でも5μmは必要であるが、拡散
で形成した場合、深さ方向の拡散だけでなく同程度の横
方向への拡散も同時に起こる。The depth of the isolation region must be at least 5 μm, but when it is formed by diffusion, not only the depthwise diffusion but also the same degree of lateral diffusion occur simultaneously.
このため、P+分離領域の幅を10μm以下に制御する
ことは困難である。さらに、受光面のP層より広がった
空乏層が、分離領域のP+層6に到達すると、耐圧が著
しく低下するため、受光面と分離領域間の距離は少なく
とも20μm程度は必要である。Therefore, it is difficult to control the width of the P+ isolation region to 10 μm or less. Furthermore, when the depletion layer, which has spread beyond the P layer on the light receiving surface, reaches the P+ layer 6 in the separation region, the withstand voltage will drop significantly, so the distance between the light receiving surface and the separation region must be at least about 20 μm.
この結果、隣接するホトダイオード間の間隔は50μm
以上になる。これにより、解像度の限界が決められてし
まう。As a result, the spacing between adjacent photodiodes is 50 μm.
That's all. This limits the resolution.
以上のように隣接するホトダイオード間にP+の分離領
域を形成してもクロストークの防止には効果はあるが、
リーク電流の増加、耐圧の低下。Although forming a P+ isolation region between adjacent photodiodes as described above is effective in preventing crosstalk,
Increase in leakage current, decrease in withstand voltage.
信号の漏゛洩など、かえって信号の不明確さが増し、素
子の特性は低下するばかりである。On the contrary, the ambiguity of the signal increases due to signal leakage, etc., and the characteristics of the device only deteriorate.
第12図に示すようにホトダイオード間に絶縁物または
溝からなる分離領域7を形成する構造が考えられる。As shown in FIG. 12, a structure may be considered in which isolation regions 7 made of an insulator or grooves are formed between photodiodes.
この構造によりホトダイオード間は構造的に分離される
ためクロストークの除去に対しては相当な効果がある。This structure structurally isolates the photodiodes and is therefore very effective in eliminating crosstalk.
しかし、この構造も暗電流や逆耐圧に関連する性能につ
いては満足できるものではない。However, this structure is also not satisfactory in terms of performance related to dark current and reverse breakdown voltage.
ホトダイオードに蓄積できる最大電荷量は接合容量とバ
イアス電圧の積により決定される。The maximum amount of charge that can be stored in a photodiode is determined by the product of junction capacitance and bias voltage.
接合容量は基板の種類により一定の値を示すため、バイ
アス電圧の大きさにより最大電荷量が決定されることに
なる。Since the junction capacitance exhibits a constant value depending on the type of substrate, the maximum amount of charge is determined by the magnitude of the bias voltage.
しかし、バイアス電圧があまり大きいと、空乏層が分離
領域7に達する場合がある。However, if the bias voltage is too large, the depletion layer may reach the isolation region 7.
分離領域7は形成時のダメージにより結晶性が悪く、空
乏層が到達すると、リーク電流が激しく流れる。The isolation region 7 has poor crystallinity due to damage during formation, and when the depletion layer reaches it, leakage current flows intensely.
このため、バイアス電圧を大きくすることができず、そ
の結果としてホトダイオードの最大検出電荷量が制限さ
れる。Therefore, the bias voltage cannot be increased, and as a result, the maximum amount of charge detected by the photodiode is limited.
さらに暗電流の増加により最大蓄積時間が制限される。Furthermore, the increase in dark current limits the maximum storage time.
このように、従来の前記各技術では満足できる特性のホ
トダイオードアレーが得られ難い。As described above, it is difficult to obtain a photodiode array with satisfactory characteristics using the conventional techniques described above.
(発明の目的)
本発明の目的は、ホトダイオードアレー型の半導体装置
の前記各種のクロストークを低下させることにより、高
解像性能、高位置分解性能を達成する半導体光検出装置
を提供することにある。(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide a semiconductor photodetection device that achieves high resolution performance and high position resolution performance by reducing the various crosstalks of a photodiode array type semiconductor device. be.
(発明の構成)
前記目的を達成するために、本発明による半導体光検出
装置は、光検出のための接合部を有する複数のホトダイ
オードを同一の半導体基板内にアレー状に配列した半導
体光検出装置において、第1の導電型の前記半導体基板
内に形成された第2の導電型の互いに分離された複数の
ホトダイオードと、前記複数のホトダイオードを互いに
隔離するように前記半導体基板内に形成された第1の導
電型を有する多結晶半導体からなる隔離領域を設けて構
成されている。(Structure of the Invention) In order to achieve the above object, a semiconductor photodetection device according to the present invention includes a semiconductor photodetection device in which a plurality of photodiodes each having a junction for photodetection are arranged in an array on the same semiconductor substrate. A plurality of mutually separated photodiodes of a second conductivity type formed in the semiconductor substrate of a first conductivity type, and a plurality of photodiodes formed in the semiconductor substrate so as to isolate the plurality of photodiodes from each other. It is configured by providing an isolation region made of a polycrystalline semiconductor having one conductivity type.
(実施例)
以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and the like.
第1図は本発明による半導体光検出装置の第1の実施例
を示す図であって、同図(A)は断面図、同図(B)は
平面図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a semiconductor photodetection device according to the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view and FIG. 1B is a plan view.
N型シリコン基板10に、受光面(P+領域)13およ
び受光面(P+領域)14が形成され、それぞれの領域
はN型シリコン基板10との間にPN接合部15.16
を形成している。A light-receiving surface (P+ region) 13 and a light-receiving surface (P+ region) 14 are formed on the N-type silicon substrate 10, and each region has a PN junction 15.16 between the N-type silicon substrate 10 and the light-receiving surface (P+ region) 14.
is formed.
各PN接合部15.16を分離するために多結晶半導体
の分離領域12.12.12が形成され、上面は二酸化
珪素膜11で覆われている。Isolation regions 12.12.12 of polycrystalline semiconductor are formed to separate each PN junction 15.16, the top surface of which is covered with a silicon dioxide film 11.
17.18はそれぞれ裏面電極と表面電極を形成してい
る。17 and 18 form a back electrode and a front electrode, respectively.
図中左側のホトダイオード内で発生したキャリアは、P
N接合部15に集められて光信号として検出される。同
様に右側のホトダイオード内で発生したキャリアは、P
N接合部16に集められて光信号として検出される。The carriers generated in the photodiode on the left side of the figure are P
The light is collected at the N junction 15 and detected as an optical signal. Similarly, the carriers generated in the right photodiode are P
The light is collected at the N-junction 16 and detected as an optical signal.
このとき、両ホトダイオード間はN+層からなる分離領
域12により完全に分離されるため、例えば左側のホト
ダイオード内で発生したキャリアが右側のPN接合部1
6に混合することはなく、光学的および物理的なりロス
トークを著しく減少させることができる。At this time, the two photodiodes are completely separated by the isolation region 12 made of an N+ layer, so that, for example, carriers generated in the left photodiode are transferred to the right PN junction 1.
6, and optical and physical losstalk can be significantly reduced.
また高濃度のN+層を通して、両ホトダイオード間で電
流が流れることは無いため、電気的なりロストークも同
様に減少させることができる。Further, since no current flows between the two photodiodes through the highly concentrated N+ layer, electrical losstalk can be similarly reduced.
さらに、分離領域12はプラズマエツチングにより形成
するため、幅を2μm以下に縮小できる。Furthermore, since the isolation region 12 is formed by plasma etching, the width can be reduced to 2 μm or less.
このため、ホトダイオード間の間隔を縮小することがで
き、ホトダイオードアレーの解像性能および分解性能を
高めることができる。Therefore, the spacing between photodiodes can be reduced, and the resolution performance and decomposition performance of the photodiode array can be improved.
分離領域12の周辺はリンドープの多結晶シリコンが拡
散源としてはたらくため、N+になっている。ホトダイ
オードに、空乏層が分離領域12に到達する程度の、バ
イアス電圧をかけても高濃度のN+層には空乏層は広が
らず、第12図に示した構成に見られる、分離領域形成
時のダメージによるリーク電流は問題にならない。The periphery of the isolation region 12 is N+ because the phosphorus-doped polycrystalline silicon acts as a diffusion source. Even if a bias voltage is applied to the photodiode to the extent that the depletion layer reaches the isolation region 12, the depletion layer does not spread to the highly doped N+ layer, and as seen in the configuration shown in FIG. Leakage current due to damage is not a problem.
このため、ホトダイオードにかかるバイアス電圧はリー
ク電流の増加をもたらすことなく可能な限り大きくでき
、結果としてホトダイオードの感度を向上させることが
できる。Therefore, the bias voltage applied to the photodiode can be made as large as possible without causing an increase in leakage current, and as a result, the sensitivity of the photodiode can be improved.
次に前記実施例装置の製造工程を第2図を参照 。Next, refer to FIG. 2 for the manufacturing process of the device of the above embodiment.
して説明する。and explain.
(A)N型シリコン基板10上に熱酸化により、二酸化
珪素膜11を約1μm成長させる。(A) A silicon dioxide film 11 of about 1 μm is grown on an N-type silicon substrate 10 by thermal oxidation.
(B)ホトエツチングにより分離領域となる部分の二酸
化珪素膜を除去し、さらにプラズマエツチング法を用い
てN型シリコン基板の一部を約5μm除去する。(B) The silicon dioxide film in the portion that will become the isolation region is removed by photo-etching, and then a portion of the N-type silicon substrate is removed by about 5 μm using plasma etching.
(C)CVD法により全面に、高濃度にリンまたは砒素
ドープした多結晶シリコンを堆積することにより、前記
分離領域に多結晶シリコン12を充填する。(C) The isolation region is filled with polycrystalline silicon 12 by depositing polycrystalline silicon doped with phosphorus or arsenic at a high concentration over the entire surface by CVD.
(D)次いで、ホトエツチングにより受光面となる部分
の二酸化珪素膜を除去し、拡散法によりP ゛型領
域13を形成した後、熱酸化により二酸化珪素膜を約0
.2μm成長させる。(D) Next, the silicon dioxide film in the portion that will become the light-receiving surface is removed by photo-etching, a P-type region 13 is formed by a diffusion method, and then the silicon dioxide film is removed by thermal oxidation.
.. Grow 2 μm.
その後、アルミニウム等の金属膜で所定の電極配線を行
い、工程は終了する。Thereafter, predetermined electrode wiring is performed using a metal film such as aluminum, and the process is completed.
以上の工程により製造された半導体光検出装置は前述の
ように分離領域の多結晶シリコン12により、各接合間
の分離がされている。しかしながら、この実施例装置に
も若干の問題がある。In the semiconductor photodetector device manufactured by the above steps, each junction is separated by the polycrystalline silicon 12 of the separation region as described above. However, this embodiment also has some problems.
第3図に示すように、分離領域の多結晶シリコン12よ
りも深いところで生成したキャリアによる光学的なりロ
ストークが問題となる。As shown in FIG. 3, optical loss talk caused by carriers generated deeper than the polycrystalline silicon 12 in the isolation region becomes a problem.
第4図は本発明による半導体光検出装置の第2の実施例
を示す断面図および回路図である。FIG. 4 is a sectional view and a circuit diagram showing a second embodiment of the semiconductor photodetection device according to the present invention.
この第2の実施例装置は、P型シリコン基板上20上に
エピタキシャル成長法によりN型層10を形成する。In this second example device, an N-type layer 10 is formed on a P-type silicon substrate 20 by epitaxial growth.
そしてこのN型領域10内に、分離領域12と受光面1
3を形成するものである。In this N-type region 10, a separation region 12 and a light-receiving surface 1 are provided.
3.
この実施例装置はP型基板20とN型領域10間には逆
バイアスをかけて使用する。The device of this embodiment is used with a reverse bias applied between the P type substrate 20 and the N type region 10.
このためP型基板20内で発注したキャリアはN型領域
10には拡散せず、すべて裏面の電極17に集められる
。そのため、結晶深部で発生したキャリアにより光学的
クロストークはすべて除去できる。Therefore, the carriers ordered in the P-type substrate 20 do not diffuse into the N-type region 10, but are all collected on the electrode 17 on the back surface. Therefore, all optical crosstalk can be eliminated by carriers generated deep in the crystal.
第5図は本発明による半導体光検出装置の第3の実施例
を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the semiconductor photodetection device according to the present invention.
この実施例装置は引上法(CZ法)により製作されたN
−の10Ωcmの高抵抗のシリコン基板21を用いたも
のである。This example device is manufactured by the pulling method (CZ method).
A silicon substrate 21 having a high resistance of -10 Ωcm is used.
CZ法で製作されたシリコン結晶には、通常5〜50p
pmの酸素が溶存している。Silicon crystals produced by the CZ method usually contain 5 to 50p.
PM of oxygen is dissolved.
この基板上に、エピタキシャル法によりN型領域10を
形成後、800℃の窒素(N2)ガス中で1〜16時間
、1050℃の乾燥酸素中で18時間熱処理を行う。After forming an N-type region 10 on this substrate by an epitaxial method, heat treatment is performed in nitrogen (N2) gas at 800°C for 1 to 16 hours and in dry oxygen at 1050°C for 18 hours.
この工程によりN−基板21中に酸素の凝結に起因した
微少欠陥ができる。これは、インターナルゲッタ法と呼
ばれる公知の方法である。この微少欠陥が再結合中心と
してはたらくため、N−基板21内で生成したキャリア
のライフタイムは極めて短く、N領域10に拡散する前
にすべて消滅させられる。This step creates minute defects in the N-substrate 21 due to the condensation of oxygen. This is a known method called the internal getter method. Since these minute defects act as recombination centers, the lifetime of carriers generated within the N − substrate 21 is extremely short, and they are all annihilated before diffusing into the N region 10 .
このため第11図の方法と同様、光学的クロストークは
すべて除去できる。Therefore, as with the method shown in FIG. 11, all optical crosstalk can be removed.
以上詳しく説明した実施例について種々の変形を施すこ
とができる。Various modifications can be made to the embodiments described in detail above.
前述した実施例におけるP型と、N型をそれぞれ換えて
構成しても同様の効果が得られる。Similar effects can be obtained even if the P-type and N-type in the above-described embodiments are changed.
(発明の効果)
以上詳しく述べたように、本発明による半導体光検出装
置は各ホトダイオード間に、N+層からなる分離領域を
有しているので、光学的、物理的、電気的等の各種のク
ロストークを著しく除去できる。(Effects of the Invention) As described in detail above, since the semiconductor photodetection device according to the present invention has a separation region made of an N+ layer between each photodiode, various optical, physical, electrical, etc. Crosstalk can be significantly eliminated.
このため、ホトダイオード間の相互干渉がなく、結果と
して、解像性能、分解性能を向上することができる。Therefore, there is no mutual interference between the photodiodes, and as a result, resolution performance and decomposition performance can be improved.
さらに、分離領域の幅は2μm以下に縮小することがで
き、これによる解像性能の向上も同時に期待できる。Furthermore, the width of the separation region can be reduced to 2 μm or less, and an improvement in resolution performance can be expected at the same time.
また、高濃度のN+層には空乏層が広がらないため、ホ
トダイオードにかかるバイアス電圧は可能な限り大きく
でき、ホトダイオードの感度を向上させることができる
。Further, since a depletion layer does not spread in the highly doped N+ layer, the bias voltage applied to the photodiode can be made as large as possible, and the sensitivity of the photodiode can be improved.
本発明による光検出装置は、単体として位置検出や分光
光度測定に用いることにより、高位置分解性能や高分解
性能を達成できる。また本発明による半導体光検出装置
を、自己走査回路と組み合わせたイメージセンサとして
用いることにより、鮮明な画像を得ることができる。The photodetection device according to the present invention can achieve high position resolution performance and high resolution performance by using it as a single unit for position detection and spectrophotometry. Further, by using the semiconductor photodetection device according to the present invention as an image sensor in combination with a self-scanning circuit, clear images can be obtained.
第1図は、本発明よる半導体光検出装置の第1の実施例
を示す断面図および平面図である。
第2図は前記実施例装置の製造工程を示す断面図である
。
第3図は前記実施例装置における問題を説明するための
断面図である。
第4図は、本発明よる半導体光検出装置の第2の実施例
を示す断面図である。
第5図は、本発明よる半導体光検出装置の第3の
1実施例を示す断面図である。
第6図は従来のホトダイオードアレー形式の半導体光検
出装置における光学的クロストークを示す断面図である
。
第7図は従来のホトダイオードアレー形式の半導体光検
出装置における物理的クロストークを示す断面図である
。
第8図は従来のイメージセンサの1素子分を示す断面図
である。
第9図は第8図に示した従来のイメージセンサをN基板
を用いたPチャンネルMOS F ET構造にしたとき
のイメージセンサの等価回路図である。
第10図はクロストークを防止するために素子間に反射
膜を設ける従来例を示す断面図である。
第11図はクロストークを防止するために素子間にP+
層を形成した従来例を示す断面図である。
第12図はクロストークを防止するために素子間に絶縁
物による分離領域を形成した従来例を示す断面図および
平面図である。
1・・・N型シリコン基板 2・・・ソース113・
・・ドレイン領域 4・・・ゲート電極5・・・
反射11!J 6・・・P+分離領域1
0・・・N型シリコン基板 11・・・二酸化珪素膜1
2・・・N+分離領域
13.14・・・受光面(P+領域)
15.16・・・PN接合部
17・・・裏面電極
18・・・表面電極
20・・・P型シリコン基板
21・・・N−型シリコン基板
特許出願人 浜松ホトニクス株式会社
代理人 弁理士 井 ノ ロ 壽
齋〃図FIG. 1 is a sectional view and a plan view showing a first embodiment of a semiconductor photodetection device according to the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing the manufacturing process of the device of the embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining problems in the apparatus of the embodiment. FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the semiconductor photodetection device according to the present invention. FIG. 5 shows a third embodiment of the semiconductor photodetection device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view showing optical crosstalk in a conventional photodiode array type semiconductor photodetecting device. FIG. 7 is a cross-sectional view showing physical crosstalk in a conventional photodiode array type semiconductor photodetecting device. FIG. 8 is a sectional view showing one element of a conventional image sensor. FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of an image sensor obtained by changing the conventional image sensor shown in FIG. 8 to a P-channel MOS FET structure using an N substrate. FIG. 10 is a sectional view showing a conventional example in which a reflective film is provided between elements to prevent crosstalk. Figure 11 shows P+ between elements to prevent crosstalk.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional example in which layers are formed. FIG. 12 is a sectional view and a plan view showing a conventional example in which isolation regions made of an insulator are formed between elements to prevent crosstalk. 1... N-type silicon substrate 2... Source 113.
...Drain region 4...Gate electrode 5...
Reflection 11! J 6...P+separation area 1
0...N-type silicon substrate 11...Silicon dioxide film 1
2... N+ isolation region 13.14... Light receiving surface (P+ region) 15.16... PN junction 17... Back electrode 18... Surface electrode 20... P type silicon substrate 21. ...N-type silicon substrate patent applicant Hamamatsu Photonics Co., Ltd. agent Patent attorney Jusai Inoro
Claims (3)
ードを同一の半導体基板内にアレー状に配列した半導体
光検出装置において、第1の導電型の前記半導体基板内
に形成された第2の導電型の互いに分離された複数のホ
トダイオードと、前記複数のホトダイオードを互いに隔
離するように前記半導体基板内に形成された第1の導電
型を有する多結晶半導体からなる隔離領域を設けて構成
したことを特徴とする半導体光検出装置。(1) In a semiconductor photodetection device in which a plurality of photodiodes having junctions for photodetection are arranged in an array in the same semiconductor substrate, a second conductivity type formed in the semiconductor substrate of a first conductivity type is used. A plurality of photodiodes of conductivity types separated from each other, and an isolation region made of a polycrystalline semiconductor having a first conductivity type formed in the semiconductor substrate so as to isolate the plurality of photodiodes from each other. A semiconductor photodetection device characterized by:
の上にエピタキシャル成長で第1の導電型層を形成した
ものである特許請求の範囲第1項記載の半導体光検出装
置。(2) The semiconductor photodetecting device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a semiconductor wafer of a second conductivity type and a layer of the first conductivity type formed by epitaxial growth.
導電型の上にエピタキシャル成長された10Ωcm以上
の高い抵抗値を持つ第1の導電型層を有するものである
特許請求の範囲第1項記載の半導体光検出装置。(3) The semiconductor substrate has a first conductivity type layer having a high resistance value of 10 Ωcm or more that is epitaxially grown on a first conductivity type fabricated by a CZ method. The semiconductor photodetection device described.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59263795A JPS61141175A (en) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | Semiconductor photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59263795A JPS61141175A (en) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | Semiconductor photodetector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61141175A true JPS61141175A (en) | 1986-06-28 |
Family
ID=17394355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59263795A Pending JPS61141175A (en) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | Semiconductor photodetector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61141175A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4801991A (en) * | 1987-07-17 | 1989-01-31 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor light receiving device |
US5243215A (en) * | 1990-05-31 | 1993-09-07 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor photodiode device with reduced junction area |
US5329149A (en) * | 1990-10-12 | 1994-07-12 | Seiko Instruments Inc. | Image sensor with non-light-transmissive layer having photosensing windows |
JP2003086826A (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Hamamatsu Photonics Kk | Photodiode array, solid image pickup unit and radiation detector |
WO2006006392A1 (en) * | 2004-07-07 | 2006-01-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid-state image pickup device, manufacturing method thereof and camera using the solid-state image pickup device |
JP2007013142A (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | General Electric Co <Ge> | Detector comprising electrically isolated pixel |
CN107346794A (en) * | 2016-05-04 | 2017-11-14 | 北大方正集团有限公司 | The preparation method of PIN photodiode |
JP2021150359A (en) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | 株式会社東芝 | Photo detector, photo detection system, lidar device, and mobile body |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5661177A (en) * | 1979-10-23 | 1981-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | Preparation of semiconductor photodetector |
JPS5833373A (en) * | 1981-08-21 | 1983-02-26 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor image pickup device |
JPS5985188A (en) * | 1982-11-08 | 1984-05-17 | Nec Corp | Solid-state image pickup device |
JPS59188966A (en) * | 1983-04-12 | 1984-10-26 | Matsushita Electronics Corp | Manufacture of solid-state image pickup device |
-
1984
- 1984-12-14 JP JP59263795A patent/JPS61141175A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5661177A (en) * | 1979-10-23 | 1981-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | Preparation of semiconductor photodetector |
JPS5833373A (en) * | 1981-08-21 | 1983-02-26 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor image pickup device |
JPS5985188A (en) * | 1982-11-08 | 1984-05-17 | Nec Corp | Solid-state image pickup device |
JPS59188966A (en) * | 1983-04-12 | 1984-10-26 | Matsushita Electronics Corp | Manufacture of solid-state image pickup device |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4801991A (en) * | 1987-07-17 | 1989-01-31 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor light receiving device |
US5243215A (en) * | 1990-05-31 | 1993-09-07 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor photodiode device with reduced junction area |
US5329149A (en) * | 1990-10-12 | 1994-07-12 | Seiko Instruments Inc. | Image sensor with non-light-transmissive layer having photosensing windows |
JP2003086826A (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Hamamatsu Photonics Kk | Photodiode array, solid image pickup unit and radiation detector |
JP4482253B2 (en) * | 2001-09-12 | 2010-06-16 | 浜松ホトニクス株式会社 | Photodiode array, solid-state imaging device, and radiation detector |
WO2006006392A1 (en) * | 2004-07-07 | 2006-01-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid-state image pickup device, manufacturing method thereof and camera using the solid-state image pickup device |
CN100459141C (en) * | 2004-07-07 | 2009-02-04 | 松下电器产业株式会社 | Solid-state image pickup device, manufacturing method thereof and camera using the solid-state image pickup device |
US7696592B2 (en) | 2004-07-07 | 2010-04-13 | Panasonic Corporation | Solid state imaging apparatus method for fabricating the same and camera using the same |
JP4719149B2 (en) * | 2004-07-07 | 2011-07-06 | パナソニック株式会社 | Solid-state imaging device and camera using the same |
JP2007013142A (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | General Electric Co <Ge> | Detector comprising electrically isolated pixel |
CN107346794A (en) * | 2016-05-04 | 2017-11-14 | 北大方正集团有限公司 | The preparation method of PIN photodiode |
JP2021150359A (en) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | 株式会社東芝 | Photo detector, photo detection system, lidar device, and mobile body |
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