JPS6161457A - 光センサおよびその製造方法 - Google Patents

光センサおよびその製造方法

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JPS6161457A
JPS6161457A JP59183149A JP18314984A JPS6161457A JP S6161457 A JPS6161457 A JP S6161457A JP 59183149 A JP59183149 A JP 59183149A JP 18314984 A JP18314984 A JP 18314984A JP S6161457 A JPS6161457 A JP S6161457A
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Hidemasa Mizutani
英正 水谷
Jun Nakayama
潤 中山
Masaru Nakayama
中山　優
Takeshi Yamaguchi
健 山口
Kazuhiko Muto
和彦 武藤
Yasuteru Ichida
市田　安照
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier

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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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、高感度で製造が容易な光センサおよびその製
造方法に関する。
本発明による光センサは、たとえばカメラの測光器や距
離のΔＩＩＩ定器等に適用される。
［従来技術］ 光電変換素子としては、フォトダイオードやフォトトラ
ンジスタ等が一般的である。ただし、このような光電変
換素子だけでは、感度が十分ではないために、通常、増
幅器を接続して感度の向上を図っている。
ところが、従来の光センサは、光電変換素子と増幅器と
を別基板に形成して、それらをワイヤポンディング等の
配線で接続していたために、光電変換素子と増幅器との
間に接続リーク電流が存在していた。そのために、特に
光電変換素子に生じる光電流が微小である低照度（１０
−３ルクス程度）の場合に、Ｓ／Ｎ比の悪化を招いてい
た。
このような欠点を解消するものとして、光電変換素子と
増幅器を一体形成した光センサが提案されている（特公
昭５９−２７１０４号公報、特開昭５９−５００５３９
号公報）。
しかしながら、特公昭５９−２７１０４号公報に記載さ
れている発明では、ＩＩＬゲートと一体形成しているた
めに、低照度で光電流が微小になった場合、インジェク
ション電流／信号電流の比が大きくなり、出力信号が不
安定となる。
また、特開昭５９−５００５３９号公報に記載されてい
る発明では、ショットキーバリヤ型のトランジスタ等を
用いているために、特殊な製造工程が必要である。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、 低照度において感度が低下し、出力が不安定になるとい
う上記従来の光センサの問題点と、特殊な製造工程を必
要とするという上記従来の製造方法が有する問題点と、
を解決しようとするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明による光センサは、光電変換素子とその出力を増
幅する増幅器とを一体形成するとともに、増幅器の入力
段に絶縁ゲート型トランジスタを設け、そのゲート電極
に光電変換素子の出力を入力することを特徴とする。
このような構成によって、入力インピーダンスが高くな
るとともに、微小な光電流であっても良好なＳ／Ｎ比で
安定して検出することができる。
また、本発明による光センサの製造方法は、上記増幅器
におけるバイポーラトランジスタのベース領域と、この
ベース領域と同一導電型である上記光電変換部の感光領
域とを同時に形成することを特徴とする。
このように光センサを製造することで、一般的な集積回
路製造工程を用いて上記高特性の光センサを製造するこ
とができ、特に深さ方向の制御が必要な半導体領域の拡
散工程を簡略化することができる。
［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は、本発明による光センサの一実施例の回路図で
ある。
同図において、フォトダイオード１の両端子はオペアン
プ２の入力端子２１および２２に接続され、対数変換用
のトランジスタ３はオペアンプ２の入力端子２２と出力
端子２３に接続されている。また、入力端子２１には電
源４が接続されている。
オペアンプ２において、入力端子２１および２２は、Ｍ
ＯＳ　）ランジスタ２４および２５の各ゲートにそれぞ
れ接続されている。　ＭＯＳ　）ランジスタ２４および
２５とバイポーラトランジスタ２８および２７とは、Ｂ
ｉ−ＭＯＳ型の差動増幅回路を構成し、オペアンプ２の
入力段となっている。
また、接続リーク電流を極力小さくするために、以上の
回路がモノシリツクに形成されている。
このような構成を有する本実施例において、光りがフォ
トダイオード１に入射すると、入射光りの強度に対応し
た光電流がフォトダイオード１に流れる。この光電流が
、オペアンプ２およびトランジスタ３より成る対数変換
回路によって対数圧縮され、出力電圧ｖＯとして出力端
子２３から出力される。
このように、入力段がＭＯＳ　）う７ジスタ２４および
２５であるために、１０−３ルクスの光りが入射して流
れるｌ　Ｑ　−Ｌ２アンペア程度の微小な光電流であっ
ても、リーク電流の少ない高インピーダンス入力となり
、Ｓ／Ｎ比の良好な安定した出力を得ることができる。
第２図は、本発明による光センサの製造方法の一実施例
を示す概略的製造工程図である。
第２図（Ａ）において、Ｐ型シリコンの基板５１上に、
まず、Ｎ十埋込層５２、Ｎ−エビタキシャル層５３、お
よび素子分離用のＰ領域５４を形成する。
同図には、フォトダイオード領域ＰＤ　（第１図におけ
るフォトダイオード１に当たる。）、ＭＯＳトランジス
タ領域ＭＯ５（第１図におけるＭＯＳ　トランジスタ２
４および２５に当たる、）およびバイポーラ領域Ｂｌ（
第１図におけるバイポーラトランジスタ２６　、２７　
、２８等に当たる、）が示されている。
続いて、領域ＰＤおよびＢｌの各Ｎ−エピタキシャル層
５３内に、ボロン等のＰ型不純物を同時に拡散し、フォ
トダイオードのＰＮ接合のＰ十領域５５と、ＮＰＮバイ
ポーラトランジスタのベース領域５６とを同時形成する
。ただし、Ｐ十領域５５の深さはフォトダイオードの分
光感度特性を決定し、ベース領域５６の深さはバイポー
ラトランジスタの特性に影響を与えるために、両特性を
考慮してＰ十拡散領域５５および５６を形成する必要が
ある。
次に、第２図ＣＢ）に示すように、ＭＯＳゲート用の酸
化＋１！、！５７を形成し、その上にポリシリコンのゲ
ート５８を形成する。続いて、ゲート５８をマスクとし
て、Ｐ型の不純物イオンを打込み、熱拡散によってソー
スおよびドレインとなるＰ中領域５８を形成する。
続いて、第２図（Ｃ）に示すように、領域ＰＤ上の酸化
Ｍ５７を所定の厚さになるまで、さらに酸化する。酸化
膜５７は、後述するように、反射防止の役割を有してお
り、その厚さが重要となる。
酸化［９５７が所定の厚さになると、その上に窒化シリ
コン（Ｓｉ３Ｎ　４　）　［８Ｇを形成する。この窒化
等から保護されるとともに、各半導体素子への不良原因
となるイオンの侵入が防止される。
続いて、リン等のＮ型の不純物イオンの打込みおよび拡
散によって、領域８１にエミッタ領域８１およびコレク
タのオーミックコンタクト領域６２、領域ＰＤにオーミ
ックコンタクト領域８３を形成する。
そして、第１図に示す回路を構成するようにアルミニウ
ム配線を形成するとともに、保護膜６４（層間絶縁膜、
遮光金属膜およびパシベーション膜等）を形成する。
そして、領域ＰＯの受光面上の保護膜６４をエツチング
除去する。続いて、窒化シリコン膜６０をプラズマエツ
チング除去し、酸化膜５７を露出させて受光部６５を形
成する。
プラズマエツチングには、ガスとしてＣＦ４　＋Ｑ２（
４ｚ）を用いる。このガスは、窒化シリコンと酸化シリ
コンの選択比が７程度であるために、酸化膜５７をほと
んどエツチングするととなく、窒化シリコン膜ＢＯだけ
を除去することができる。
このように、酸化膜５７に対して相対的にエツチング選
択比の高い膜を酸化膜５７の保護膜として用いることで
、厚さに関して精度を要する反射防止用の酸化膜５７を
安全に保護することができる。
ところで、酸化膜５７の厚さは次のようにして決定され
る。
酸化膜５７より外側の媒体（ここでは空気）の屈折率を
ｎＱ、酸化膜５７の屈折率をｎｌ、酸化膜５７より内側
の媒体（ここではシリコン）の屈折率をｎ２とすると、
フォトダイオード領域ＰＤのＰ十領域５５の表面におけ
る反射率Ｒは、次式で求められる。
ただし、 ここで、λは入射光の波長 ｄｌは酸化膜５７の厚さ 上式によって、反射率Ｒを零とするｄｌの値を求め、ｄ
ｌとなるように酸化膜５７の厚さを制御する。こうする
ことで、フォトダイオードの表面で光が損失することな
く感度の高いフォトダイオードを作製することができる
。
〔発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明による光センナは、
入力インピーダンスが極めて高くなり、リーク電流が小
さいために、微小な光電流であっても良好なＳ／Ｎ比で
安定して検出することができる。
また、本発明による光センサの製造方法は、一般的な集
積回路製造工程を用いて上記高特性の光センサを製造す
ることができ、特に深さ方向の制御が必要な半導体領域
および酸化膜の形成工程を簡略化することができる。さ
らに、バイポーラトランジスタのベース領域と、このベ
ース領域と同一導電型である光電変換部の感光領域とを
同時に形成するとともに、光電変換部の透明保護Ｉ模と
他のトランジスタの保護膜とを同時に形成するために、
製造工程が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による光センサの一実施例の回路図、 第２図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は１本発明によ
る光センサの製造方法の一実施例を示す概略的製造工程
図である。 １鳴・・フォトダイオード ２４．２５−・・ＭＯＳ　）ランジスタ２Ｂ、２７．２
８・會・バイポーラトランジスタ５５・・拳ＰＮ接合の
Ｐ十領域 ５６φ・・バイポーラトランジスタのベース領域６５・
・・受光部 ＰＤ・・争フォトダイオード部 ＭＯＳ　・・・ＭＯＳトランジスタ部 Ｂｌ・・・バイポーラトランジスタ部 第１図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）光電変換手段と、該光電変換手段の出力を増幅す
    る増幅手段とが一体的に形成された光センサにおいて、 前記増幅手段の入力段は絶縁ゲート型ト ランジスタを有し、前記光電変換手段の出力は前記絶縁
    ゲート型トランジスタのゲート電極に入力することを特
    徴とする光センサ。
  2. （２）上記光電変換手段の受光面は、透明保護膜で覆わ
    れ、該透明保護膜の厚さは前記光電変換手段の受光面で
    の入射光の反射率を零とするように決定されることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の光センサ。
  3. （３）一導電型半導体の基板に、ＰＮ接合を含む光電変
    換部と、該光電変換部の出力を入力する絶縁ゲート型ト
    ランジスタおよびバイポーラトランジスタより成る増幅
    部と、を少なくとも有する光センサの製造方法において
    、 前記バイポーラトランジスタのベース領 域と、該ベース領域と同一導電型である前記光電変換部
    のＰＮ接合の一方の領域とを同時に形成することを特徴
    とする光センサの製造方法。
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