KR100595802B1 - 수광 소자를 갖는 반도체 장치, 광학 픽업 장치, 및 수광 소자를갖는 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

수광 소자를 갖는 반도체 장치, 광학 픽업 장치, 및 수광 소자를갖는 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR100595802B1 KR1019990008892A KR19990008892A KR100595802B1 KR 100595802 B1 KR100595802 B1 KR 100595802B1 KR 1019990008892 A KR1019990008892 A KR 1019990008892A KR 19990008892 A KR19990008892 A KR 19990008892A KR 100595802 B1 KR100595802 B1 KR 100595802B1
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Abstract

광이 수광 소자에 및 인접한 분할된 부분에 조사되는 경우, 주파수 특성은 악화된다. 본 발명에 따르면, 수광 소자는 제1 도전형 제1 반도체부 및 제2 도전형 제2 반도체부의 접합부 즉 p-n 접합에 의해 반도체 기판 상에 형성된다. 다음으로, 제2 도전형 분할 영역이 제1 반도체부의 일부 상에 형성된다. 수광 소자가 구동되는 경우, 접합부에 인가된 역바이어스 전압보다 더 낮은 역 바이어스 전압의 인가로, 분할 영역에 의해 상기 접합부로부터의 공핍층의 폭 및 수광 소자를 구성하는 접합부에 의해 제1 반도체부가 복수 부분으로 분리되어, 주파수 특성이 개선된다.
수광 소자, 매립층, 애노드 전극, 캐소드 전극, 분리 절연층, 표면 절연층, 층간 절연층, 차광층, 보호막, 반도체 레이저, 마이크로 프리즘

Description

수광 소자를 갖는 반도체 장치, 광학 픽업 장치, 및 수광 소자를 갖는 반도체 장치의 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING A LIGHT-RECEIVING ELEMENT, OPTICAL PICKUP DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING A LIGHT-RECEIVING ELEMENT}
도 1은 종래 장치의 개략 단면도.
도 2a 및 도 2b는 포토다이오드의 각 일례의 패턴도.
도 3은 본 발명 장치의 일례의 개략 단면도.
도 4는 본 발명 장치의 다른예의 주요부의 개략 단면도.
도 5은 본 발명 장치의 다른예의 주요부의 개략 단면도.
도 6는 p-n 접합내의 공핍층의 역바이어스 전압과 폭 사이의 관계의 불순물 농도 의존성을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 픽업 장치를 도시하는 도면.
도 8a 및 도 8b은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법의 일례의 공정도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
PD, PD0, PDS1, PDS2, PD1, PD2 : 포토다이오드(수광 소자)
TR : 트랜지스터
1 : 반도체 기판
2 : 반도체 기체
3 : 매립층
4 : 애노드 영역
5 : 콜렉터 매립 영역
6 : 매립 분리 영역
7 : 애노드 전극
8 : 고농도 매립 영역
9 : 캐소드 영역
10 : 콜렉터 영역
11 : 분리 절연층
12 : 분리 영역
13 : 애노드 전극 추출 영역
14 : 애노드 컨택트 영역
15 : 콜렉터 전극 추출 영역
16 : 베이스 영역
17 : 에미터 영역
18 : 고농도 캐소드 영역
19 : 캐소드 전극
20E : 에미터전극
20B : 베이스전극
20C : 콜렉터전극
21 : 표면 절연층
22 : 층간 절연층
23 : 차광층
24 : 보호막
31 : 제1 반도체층
32 : 제2 반도체층
51 : 반도체 레이저
52 : 수광 소자를 갖는 반도체 장치
53 : 광학계
55 : 마이크로 프리즘
56 : 광학 기록 매체
61 : 제1 다결정 반도체층
62 : 제2 다결정 반도체층
본 발명은 수광 소자를 갖는 반도체 장치, 광학 픽업 장치 및 수광 소자를 갖는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
광 신호를 전기 신호로 변환하는 것이 가능한 수광 소자로서 활용가능한 포토다이오드는 각종 광-전기 변환기에 있어서의 제어 광 센서, 예를 들면 광학 기록 매체에 대한 광학적 기록 혹은 재생, 또는 그 쌍방이 이루어지도록 한 소위 광학 픽업 장치에 있어서의 정보 신호(이하 RF 신호), 트랙킹 오차 신호, 포커싱 오차 신호 등을 추출하는 센서 등에 널리 이용되고 있다.
이 수광 소자는, 다른 회로 소자, 예를 들면 바이폴라 트랜지스터, 저항, 캐패시터 등의 각종 회로 소자와 동시에 동일한 반도체 기판 상에 혼재되어, 소위 포토 IC(광 집적 회로)로서 구성된다. 이러한 포토 IC는, 일반적으로, 상술한 다른 회로 소자로서 역할을 하는 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법에 따라서 형성된다.
고속이고, 또한 고감도의 수광 소자를 갖는 포토 IC에 있어서, 고저항 에피택셜 반도체층을 갖는 구성이 제안되어 있다.
도 1은 종래의 수광 소자인 포토다이오드 PD와, 바이폴라 트랜지스터 TR이 혼재되어 이루어지는 이 종류의 포토 IC의 개략 단면도를 나타낸다. 이 예에 있어서는, npn형 트랜지스터 TR과 애노드 공통형 포토다이오드 PD가 동일한 반도체 기판(1) 상에 형성된 포토 IC로서 이용되는 바이폴라 IC를 구성한 것이다.
이 바이폴라 IC에 있어서는, p형 Si 반도체 기체(semiconductor base: 2)의 일주면(一主面)에, 고불순물 농도의 p형의 매립층(3)이 전면적으로 형성되고, 이 매립층(3)에, 포토다이오드 PD의 애노드 영역(4)을 구성하는 저불순물 농도의 p형의 제1 반도체층(31)이 에피택셜 성장된다. 그리고, 이 제1 반도체층(31)의 트랜지스터 TR의 형성부에는, 고불순물 농도의 콜렉터 매립 영역(5)이 형성되고, 각 회로 소자 사이나, 후술하는 포토다이오드 PD의 분할부 등에 고불순물 농도의 매립 분리 영역(6)이 선택적으로 형성된다. 또한, 이 매립 분리 영역(6)의 형성과 동시에, 포토다이오드 PD에 대한 애노드 전극(7)의 컨택트부 아래에 p형의 고불순물 농도 매립 영역(8)이 형성된다.
제1 반도체층(31) 상에는, 또한, 포토다이오드 PD의 캐소드 영역(9)이나, 트랜지스터 TR의 콜렉터 영역(10)을 형성하는 저불순물 농도의 n형의 제2 반도체층(32)이 에피택셜 성장된다.
이와 같이 하여, 반도체 기체(2) 상에 제1 및 제2 반도체층(31 및 32)이 에피택셜 성장된 Si 반도체 기판(1)의 표면, 즉 제2 반도체층(31)에, 상호 전기적으로 분리하는 반도체 회로 소자, 혹은 영역 사이에, 실리콘의 국부적 산화 소위 LOCOS(Local Oxidation of Silicon)에 의해 SiO2에 의한 분리 절연층(11)이 형성된다.
또한, 제2 반도체층(32)의, 분리 절연층(11) 하에 회로 소자 사이의 절연 분리 부분에 있어서의 분리 절연층(11)과 그 아래의 매립 분리 영역(6) 사이에, p형의 고불순물 농도의 분리 영역(12)이 형성되고, 고불순물 농도 매립 영역(8) 상에, 고불순물 농도의 p형의 애노드 전극 추출 영역(13)이 형성되고, 이 위에 고불순물 농도의 애노드 컨택트 영역(14)이 형성되고, 애노드 영역(4)의 분할부에 형성된 매립 영역(6) 상에, 이 영역(6)과 접하여 p형의 고불순물 농도의 분리 영역(30)이 형성된다.
그리고, 콜렉터 영역(10)에는 n형의 고불순물 농도의 콜렉터 전극 추출 영역(15)과, p형 베이스 영역(16)이 형성된다. 베이스 영역(16) 상에는 n형의 에미터 영역(17)이 형성된다.
또한, 포토다이오드 PD의 각 애노드(4) 상에 고불순물 농도의 캐소드 영역(18)이 형성되고, 이것으로 캐소드 전극(19)이 오믹 컨택트된다.
반도체 기판(1)의 표면에는, SiO2 등의 절연층(21)이 피착 형성되고, 이것에 각각 전극 컨택트창이 형성되어, 각각 트랜지스터 TR의 에미터, 베이스 및 콜렉터 전극(20E, 20B, 및 20C)이 컨택트된다. 그리고, 그 위에 SiO2 등의 층간 절연층(22)이 형성되고, 이 위에, 수광창이 형성된 Al 등으로 이루어지는 차광층(23)이 형성되고, 이 위에 보호막(24)이 형성된다.
그리고, 절연층(21 및 22)이 반사 방지막으로 되어, 차광층(23)의 수광창을 통해, 포토다이오드 PD에 검출광이 조사된다.
상술한 IC에 있어서의 포토다이오드 PD는, 예를 들면 광학 기록 매체에 대한 광학적 기록, 재생, 혹은 그 쌍방을 행할 수 있는 광학 픽업 장치에 있어서의 RF신호, 트랙킹 오차 신호나, 포커스 오차 신호를 추출하기 위한 센서를 구성할 수 있다.
도 2a는, 예를 들면 광학 픽업 장치에 있어서의 RF 신호, 트랙킹 오차 신호나, 포커스 오차 신호를 추출하는 센서로서의 포토다이오드 PD의 평면 패턴도를 나타낸다. 이 예에서는, 광학 기록 매체, 예를 들면 광 디스크로부터의, 중앙의 광스폿 SP0과, 양측의 사이드 스폿 SPS1 및 SPS2와의, 3개의 스폿을, 예를 들면 4분할된 포토다이오드 PD0과, 양측의 포토다이오드 PDS1 및 PDS2에 조사하여, 포커스 오차 신호는, 예를 들면 A, B, C 및 D로 4분할된 포토다이오드 PD의 각부에서 광전변환된 출력을 각각 A∼D로 할 때, (A+C)-(B+D)라는 연산을 함으로써 얻어지고, 트랙킹 오차 신호는, 다른 2개의 포토다이오드 PDS1 및 PDS2의 출력을 E 및 F로 할 때, (E-F)에 의해 얻어지며, 신호 판독 출력, 즉 RF 신호는, (A+B+C+D)에 의해 얻도록 이루어져 있다.
도 2b는, 마찬가지로 예를 들면 광학 픽업 장치에 적용하는 포토다이오드 PD의 예를 나타내고, 이 예에서는, 각각 평행하게 A, B, C, D 및 A', B', C', D'로 4분할된 포토다이오드 PD1 및 PD2에, 스폿 SP1 및 SP2가 조사된다. 이 경우, 각 포토다이오드의 각 중심의 2개의 포토다이오드부 B, C, 및 B', C'는, 예를 들면 14㎛피치라는 매우 가는 스트라이프형 패턴으로 된다. 그리고, 각 포토다이오드 PD1 및 PD2의 각부 A, B, C, D 및 A', B', C', D'의 출력을, 각각 A, B, C, D 및 A', B', C', D'로 할 때, 포커스 오차 신호는, (B+C)-(A+D)-{(B'+C')-(A'+D')}의 연산에 의해 얻어지고, 트랙킹 오차 신호는, (A+B+C'+D')-(C+D+A'+B')의 연산으로 얻어지며, RF 신호는 (A+B+C+D) + (A'+B' +C' +D')의 연산으로 얻어진다.
상술한 예를 들면 4분할 포토다이오드와 같이, 복수 부분으로 분할된 포토다이오드를 갖는 반도체 장치에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 분리 영역(30) 과 이것의 아래에 연속해서 형성된 매립 분리 영역(6)에 의해 캐소드 영역(9)을 그 전두께에 걸쳐 분리한 구성으로 된다.
즉, 이 종래의 구성에 있어서는, 포토다이오드 PD에 역바이어스가 인가되어 있지 않은, 비동작 시의 상태로, 분리 영역(30)과 이것의 아래에 연속해서 형성된 매립 분리 영역(6)에 의해 캐소드 영역(9)은 완전히 분리된 상태로 된다. 그리고, 포토다이오드 PD의 동작 시에, 이것에 인가되는 역바이어스 전압에 의해 애노드 영역(4)과 캐소드 영역(9)에 의한 p-n접합, 및 분리 영역(30)과 캐소드 영역(9)에 의한 p-n 접합으로부터, 애노드 영역(4) 및 캐소드 영역(9)에, 도 1에 있어서 쇄선 a 및 a'로 나타난 바와 같이, 이 공핍층의 확산되어 있다.
그런데, 상술한 예를 들면 도 2a 및 도 2b의 구성에 의한 수광 소자를 포함하는 반도체 장치, 소위 포토 IC를 구성하여, A, B, C, D나, A', B', C', D'의 각부에 걸쳐, 즉, 각 분리 영역(30) 및 그 아래의 매립 분리 영역(6)에, 광스폿이 조사되는 경우, 포토다이오드의 주파수 특성이 나빠진다.
포토다이오드에 있어서의 주파수 특성은, 주로, 그 기생 용량 (C)와 기생 저항 (R)로 결정되는 CR 시상수나, 포토다이오드에 있어서의 공핍층 내부를 캐리어가 주행하는 시간, 공핍화하지 않고 있는 반도체층을 캐리어가 확산하는 시간으로 결정된다.
따라서, 예를 들면 상술한 4분할 포토다이오드에 있어서는, 분리 영역(30) 및 매립 분리 영역(6)의 근방과, 이것에 의해 충분히 이격한 위치에서는, 주파수 특성이 변화한다.
이것에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다. 광 조사에 의해 매립 분리 영역(6) 내와, 그 근방의 애노드 영역(4)에 생긴 소수 캐리어 즉 전자 e는, 이 매립 분리 영역(6)의 포텐셜이, 소수 캐리어의 전자 e에 대해 배리어로서 작용함으로써, 이들 전자 e는, 화살표 b로 나타낸 바와 같이, 멀어지는 방향으로 힘으로 받기 때문에, 이 전자 e는, 공핍층에 직선적으로 향할 수 없어 만곡한 경로를 거치게 된다. 이것에 비해, 매립 분리 영역(6)으로부터 충분히 이격한 위치에 발생한 전자 e는 이 포텐셜의 영향을 받지 않거나, 대부분 없기 때문에, 화살표 c로 나타낸 바와 같이, 직선적으로 공핍층을 향하는 경로를 찾아간다. 즉, 매립 분리 영역(6) 및 그 근방에 발생한 전자는, 매립 분리 영역(6)보다 충분히 이격한 위치에서 발생한 전자에 비해, 공핍층까지의 주행 거리가 길어지기 때문에, 캐리어의 확산 시간이 길어져서, 결과로서 주파수 특성이 저하된다.
이 때문에, 상술한 바와 같이, 예를 들면 4분할 포토다이오드가 이용되어, 그 분리 영역에 따라서, 매립 분리 영역(6)을 포함하여 광 스폿의 조사가 이루어지는 사용 형태가 채용되는 경우, 광조사 면적에 차지하는 분리 영역의 면적이 크기 때문에, 주파수 특성에 문제가 생긴다. 특히, RF 신호는 각 분할 영역에서의 합(sum)의 신호로서 추출하기 때문에, 주파수 특성의 악화가 문제로 되어, 또한, 고속 성능이 가장 요구되는 RF 신호에 있어서는, 큰 문제가 된다.
본 발명에 있어서는, 그 광 조사가, 포토다이오드, 즉 수광 소자의 분할부 및 그 근방에 이루어지는 구성으로 하는 경우에 있어서도, 주파수 특성의 개선을 도모할 수 있도록 한다.
본 발명에 있어서는, 수광 소자를 갖는 반도체 장치, 및 이 수광 소자를 갖는 반도체 장치를 이용한 광학 픽업 장치에 있어서, 수광 소자에 대한 광 조사에 의해 발생하는 소수 캐리어의 주행 거리가 거의 똑같게 되고, 소수 캐리어에 대한 그 경로를 우회시키는 포텐셜 배리어의 발생을 회피한다.
즉, 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치에 있어서는, 반도체 기판에, 제1 도전형의 제1 반도체부와, 제2 도전형의 제2 반도체부에 의한 접합부, 즉 p-n 접합에 의해 수광 소자를 형성한다.
그리고, 그 제1 반도체부의 일부에, 제2 도전형의 분할 영역을 형성하고, 수광 소자의 동작 시에 접합부에 인가되는 역바이어스 전압 이하의 역바이어스 전압의 인가에 의해, 수광 소자를 구성하는 접합부와 분할 영역에 의한 접합부로부터의 공핍층의 확산에 의해 제1 반도체부를 복수 부분으로 분리하는 구성으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광학 픽업 장치는, 반도체 발광 소자와, 수광 소자를 갖는 반도체 장치와, 광학계를 갖는 광학 픽업 장치에 있어서, 그 수광 소자를 갖는 반도체 장치의 구성을, 상술한 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치의 구성으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치의 제조 방법은, 반도체 기판의 일주면내에 혹은 반도체 기체의 일주면 상에, 제2 도전형의 고불순물 농도 매립층을 형성하는 공정과, 이 고불순물 농도 매립 영역 상에, 수광 소자를 구성하는 제2 도전형의 제1 반도체부를 구성하는 제2 반도체층을 형성하는 공정과, 제2 반도체층 상에, 수광 소자를 구성하는 제1 도전형의 제1 반도체부를 구성하는 제2 반도체층을 형성하는 공정과, 제1 반도체층에, 수광 소자를 복수로 분할하는 제2 도전형의 분할 영역을, 제1 반도체층의 두께 방향으로 일부를 남겨둔채로 선택적으로 형성하는 공정과, 제1 반도체부의 표면 내지는 표면 근방에 제1 도전형의 고불순물 농도의 제3 반도체부를 선택적으로 형성하는 공정을 거쳐서, 상술한 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치를 얻는다.
상술한 바와 같이, 본 발명 장치에 있어서는, 수광 소자의 분리를, 이 수광 소자의 동작 시에 인가되는 역바이어스 전압에 의해 생기는 공핍층에 의해 분리하는 것이고, 이와 같이 함으로써, 분리 영역의 존재에 의해 수광 소자의 반도체부에 광 조사에 의해 발생한 소수 캐리어에 대한 그 주행을 우회시키는 포텐셜 배리어의 발생을 회피한다.
본 발명의 실시 형태를 설명한다.
본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치에 있어서는, 반도체 기판에, 제1 도전형의 제1 반도체부와, 제2 도전형의 제2 반도체부에 의한 접합부, 즉 p-n 접합에 의해 수광 소자를 형성한다.
그리고, 그 제1 반도체부의 일부에, 제2 도전형의 분할 영역을 형성하고, 수광 소자의 동작 시에 접합부에 인가되는 역바이어스 전압 이하의 역바이어스 전압, 구체적으로는 0. 3V∼11.0V, 더욱 전형적으로는, 0.5V ∼ 1.5V의 인가에 의해 수광 소자를 구성하는 접합부와 분할 영역에 의한 접합부로부터 넓어지는 공핍층에 의해 제1 반도체부를 복수 부분으로 분리하는 구성으로 한다.
이 수광 소자를 구성하는 접합부에 대해, 동작 시의 역바이어스 전압보다 충분히 낮은 전압밖에 인가되지 않은 상태에서는, 제1 반도체부는, 공핍층에 의해 복수 부분으로 분리되지 않은 상태로 된다.
이 때문에, 분할 영역은, 제1 반도체부상의, 제2 반도체부보다 선정의 간격만큼 이격된 위치에 형성한다.
혹은, 분할 영역을, 제1 반도체부의, 제2 반도체부측에 위치한 위치에, 즉 제1 반도체부의, 제2 반도체부와는 반대측의 면과 선정의 거리를 이격한 위치에 형성한다.
또는, 분할 영역은 제1 반도체부의 두께 방향의 중간부에 한정적으로 형성된다.
제1 반도체부 상의, 공핍층에 의해 분리되는 각 부분의 표면에는, 제1 반도체부와 동도전형의 고불순물 농도의 제3 반도체부를 각각 형성한다.
이 제3 반도체부의 두께는, 0. 01㎛∼ 0. 2㎛의 범위내에서 선택할 수 있다.
또한, 제2 반도체부의, 수광 소자를 구성하는 접합부와는 반대측에, 제2 반도체부와 접하여, 제2 반도체부에 비해 고불순물 농도의 제4 반도체부를 형성한다.
이 경우, 반도체 기판의 표면으로부터 제4 반도체부까지의 거리는, 수광 소자에의 입사광의 흡수 길이보다 크게 선정한다.
또한, 본 발명에 따른 광학 픽업 장치는 반도체 발광 소자와, 수광 소자를 갖는 반도체 장치와, 광학계를 갖는 광학 픽업 장치에 있어서, 그 수광 소자를 갖 는 반도체 장치의 구성을, 상술한 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치의 구성으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치의 제조 방법은, 반도체 기체의 일주면내에, 혹은 반도체 기체의 일주면 상에, 제2 도전형의 고불순물 농도 매립층을 형성하는 공정과, 이 고불순물 농도 매립 영역 상에, 수광 소자를 구성하는 제2 도전형의 제1 반도체부를 구성하는 제2 반도체층을 형성하는 공정과, 제2 반도체층 상에, 수광 소자를 구성하는 제1 도전형의 제1 반도체부를 구성하는 제2 반도체층을 형성하는 공정과, 제1 반도체층에, 수광 소자를 복수로 분할하는 제2 도전형의 분할 영역을, 제1 반도체층의 두께의 일부를 남겨둔채로 선택적으로 형성하는 공정과, 제1 반도체부의 표면 내지는 표면 근방에 제1 도전형의 고불순물 농도의 제3 반도체부를 선택적으로 형성하는 공정을 거쳐서, 상술한 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치를 얻는다.
도 3을 참조하여 본 발명에 따른 수광부를 갖는 반도체 장치의 일례를 설명한다. 그러나, 본 발명 장치는 이 구성에 한정되는 것은 아니다.
도 3은, 도 1에 있어서와 마찬가지로, 수광 소자인 포토다이오드 PD와, 바이폴라 트랜지스터 TR이 혼재되어 이루어지는 포토 IC에 적용한 경우의 개략 단면도를 나타낸다. 또한, 이 예에 있어서는, npn형 트랜지스터 TR과 애노드 공통형 포토다이오드 PD가 동일한 반도체 기판(1) 상에 형성된 포토 IC로서 이용되는 바이폴라 IC를 구성한 경우이다. 그리고, 이 경우, 포토다이오드 PD는, 도 2a 혹은 도 2b로 도시한 바와 같은 복수 부분으로 분할된 구성으로 되는 것으로, 도 3에 있어 서는, 2부분으로 분할된 상태가 나타나 있다.
이 바이폴라 IC에 있어서는, p형 Si 반도체 기체 즉 반도체 기판(2)의 일주면에, 상술의 제4 반도체부에 상당하는 고불순물 농도의 p형의 매립층(3)이 전면적으로 형성되고, 이 매립층(3)에, 상술의 제2 반도체부에 상당하는 포토다이오드 PD의 애노드 영역(4)을 구성하는 저불순물 농도의 p형의 제1 반도체층(31)이 에피택셜 성장된다. 그리고, 이 제1 반도체층(31)의, 트랜지스터 TR의 형성부에는, 고불순물 농도의 콜렉터 매립 영역(5)이 형성되고, 각 회로 소자 사이에, 고불순물 농도의 매립 분리 영역(6)이 형성된다.
그러나, 이 경우, 도 1의 종래 구조에 있어서와 같이, 포토다이오드 PD의 분할부에는 매립 영역(6)을 형성하지 않는 구조로 한다.
또한, 포토다이오드 PD에 대한 애노드 전극(7)이 배치되는 부분 하에 p형의 고불순물 농도 매립 영역(8)이 형성된다.
제1 반도체층(31) 상에는, 또한, 상술한 제1 반도체부에 상당하는 포토다이오드 PD의 캐소드 영역(9)이나, 트랜지스터 TR의 콜렉터 영역(10)을 형성하는 저불순물 농도의 n형의 제2 반도체층(32)이 에피택셜 성장된다.
이와 같이 하여, 반도체 기체(2) 상에 제1 및 제2 반도체층(31 및 32)이 에피택셜 성장된 Si 반도체 기판(1)이 구성되고, 그 표면, 즉 제2 반도체층(31)에, 상호 전기적으로 분리하는 반도체 회로 소자, 혹은 영역 사이에, LOCOS에 의한 SiO2 분리 절연층(11)이 형성된다.
제2 반도체층(32)의, 분리 절연층(11) 아래에 회로 소자 사이의 절연 분리 부분에 있어서의 분리 절연층(11)과 그 아래의 매립 분리 영역(6) 사이에, p형의 고불순물 농도의 분리 영역(12)이 형성되고, 애노드 전극(7)의 배치부 아래의 고불순물 농도 매립 영역(8) 상에, p형의 고불순물 농도의 애노드 전극 추출 영역(13)이 형성되고, 이 위에 고불순물 농도의 애노드 컨택트 영역(14)이 형성된다.
그리고, 본 발명 장치에 있어서는, 포토다이오드 PD의 형성부의 분할 위치에, 애노드 영역(4: 제2 반도체부)에 비해 높은 불순물 농도를 갖는 p형의 분할 영역(40)을 형성한다.
이 분할 영역(40)의 평면 패턴은, 예를 들면 도 2a 및 도 2b에서 도시한 4분할 구성으로 하는 경우, 예를 들면 도 2a의 포토다이오드 PD0을 구성하는 경우에 있어서는, 열십자 패턴, 또한, 도 2b의 포토다이오드 PD1 혹은 PD2를 구성하는 경우에 있어서는, 3개의 평행 스트라이프 패턴으로 한다.
그리고, 이들 분할 영역(40)은 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이, 애노드 영역(4) 즉 제2 반도체부로부터 선정의 거리 d만큼 이격한 위치에 형성한다.
혹은, 도 4에 본 발명 장치의 주요부의 단면도를 나타낸 바와 같이, 분할 영역(40)을, 애노드 영역(제2 반도체부)에 기울여 배치한다.
또는, 도 5에 본 발명 장치의 주요부의 단면도를 나타낸 바와 같이, 분할 영역(40)을, 캐소드 영역(9) 즉 제1 반도체부에 있어서, 그 두께 방향의 중간부에, 즉 제1 반도체부의 표면에 이르지 않고, 또한 애노드 영역(4: 제2 반도체부)에 이 르지 않는 위치에 형성한다. 도 4 및 도 5에 있어서, 도 3과 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙여 중복 설명을 생략한다.
그리고, 도 3에 도시된 것처럼 콜렉터 영역(10)에는, n형의 고불순물 농도의 콜렉터 전극 추출 영역(15)과, p형 베이스 영역(16)이 형성된다. 베이스 영역(16) 상에는, n형의 에미터 영역(17)이 형성된다.
또한, 포토다이오드 PD의 분할 영역(40)에 의해 구분된 각 애노드 영역(4) 상에, 캐소드 영역(9)에 비해 고불순물 농도로 된 상술의 제3 반도체부에 상당하는 고농도의 캐소드 영역(18)이 형성되고, 이것으로 캐소드 전극(19)이 오믹 컨택트된다.
반도체 기판(1)의 표면에는, SiO2 등의 절연층(21)이 피착 형성되고, 이것에 각각 전극 컨택트창이 형성되어, 각각 트랜지스터 TR의 에미터, 베이스 및 콜렉터 전극(20E, 20B, 및 20C)이 컨택트된다. 그리고, 그 위에 SiO2 등의 층간 절연층(22)이 형성되고, 이 위에, 수광창이 형성된 Al 등으로 이루어지는 차광층(23)이 형성되고, 이 위에 보호막(24)이 형성된다.
그리고, 절연층(21 및 22)이 반사 방지막으로 되어, 차광층(23)의 수광창을 통하여, 포토다이오드 PD에, 검출광이 조사된다.
상술의 구성에 있어서, 포토다이오드 PD의 동작 시에는, 그 애노드 전극(7)과 캐소드 전극(19) 사이에 선정의 역바이어스 전압을 인가하는 것이지만, 본 발명 장치에 있어서는, 이 역바이어스 전압이 인가된 상태에서, 즉 이 역바이어스 전압 이하의 전압에 있어서, 캐소드 영역(9) 즉 제1 반도체부가, 분할 영역(40)과 캐소드 영역(9) 사이의 p-n 접합 j와, 캐소드 영역(9)과 애노드 영역(4) 사이의 p-n 접합 J로부터 넓어지는 쇄선 a' 및 a로 나타내는 공핍층(41)에 의해 복수 부분, 즉 각 분할 포토다이오드에 대해 분리되도록 한다. 그러나, 상술의 역바이어스 전압이 인가되어 있지 않은 상태, 즉 포토다이오드 PD가, 동작되어 있지 않은 상태에서는, 분할 영역(40)에 의해, 포토다이오드 PD의 각 분할부가 분리되지 않은 상태에 있도록, 분할 영역(40)의 위치 및 깊이, 제1 및 제2 반도체부 즉 캐소드 영역(9) 및 애노드 영역(4)의 두께 및 불순물 농도의 선정이 이루어진다.
캐소드 영역(제1 반도체부: 9)은 두께가 예를 들면 0. 01∼10㎛의 범위내에서 선정되고, 불순물 농도는 1×1011∼1×1016atoms/㎤의 범위내에서 선정된다.
애노드 영역(제2 반도체부: 4)은 두께가 예를 들면 0. 01∼ 600㎛의 범위내에서 선정되고, 불순물 농도가 1×1011∼ 1×1016atom/㎤의 범위내에서 선정된다.
고농도 캐소드 영역(제3 반도체부: 18)은 두께가 예를 들면 0.01∼ 0. 2㎛의 범위내에서 선정되고, 불순물 농도가 1×1015∼1×1021 atoms/㎤의 범위내에서 선정된다.
매립층(제4 반도체부: 3)은 두께가 예를 들면 1∼ 30㎛의 범위내에서 선정되고, 불순물 농도가 1 ×1016∼1×1021atoms/㎤의 범위내에서 선정된다.
매립 분리층(6)은 두께가 예를 들면 0. 01∼ 10㎛의 범위내에서 선정되고, 불순물 농도가 1×1014∼ 1×1021atoms/㎤의 범위내에서 선정된다.
상술한 구성에 있어서, 공핍층(41)은 애노드 영역(4: 제2 반도체부)을 완전히, 즉 매립층(3: 제4반도체부)에 이르는 부분까지 공핍화할 수 있도록, 제2 반도체부의 불순물 농도는, 2×1014atoms/㎤ 이하로, 더욱 바람직하게는, 캐소드 영역(9: 제1 반도체부)을 완전히 공핍화할 수 있도록, 제1 반도체부의 불순물 농도는 5×1014atoms/㎤ 이하로 선정하는 것이 바람직하다.
덧붙여서, p-n 접합에 있어서의, 역바이어스 인가 전압과, 공핍층의 확산간의 관계의 불순물 농도의 의존성에 대해서는, 예를 들면 광학 도서(주) 발행, 요네즈 저, 광 통신 소자 광학 제329페이지 등에 의해 알려져 있는 부분이다.
또한, 반도체 기판의 표면으로부터 제4 반도체부까지의 거리는, 수광 소자에의 입사광의 흡수 길이보다 크게 선정하여, 광전 변환이 유효하게 이루어지도록 한다.
상술의 본 발명 장치에 따르면, 그 동작 시에 있어서는, 포토다이오드 PD가, 공핍층(41)에 의해 복수로 분할되는 것이지만, 그 분할부, 즉 도 3∼도 5에 있어서, 분할 영역(40)이 형성된 부분 혹은 그 근방에 광조사가 이루어지고, 예를 들면 이 분할부에 있어서의 애노드 영역(4)에, 소수 캐리어, 이 예에서는 전자 e가 발생한 경우에 있어서도, 이것에 대한 도 1에서 설명한 이 분할부에 있어서의 매립 영역(6)에 의한 포텐셜 배리어가 존재하지 않기 때문에, 화살표 b로 그 경로를 나타낸 바와 같이, 화살표 c로 나타내는 다른 부에 발생한 전자 e와 마찬가지로 직선적으로 공핍층(41)을 향하게 할 수 있다. 따라서, 내부에서 발생한 소수 캐리어의 주행 거리간의 차이가 회피되고, 이로써 주파수 특성의 개선이 도모된다.
또한, 상술한 예에 있어서는, 공통의 반도체 기판(1)에, 수광 소자 즉 포토다이오드와 동시에 다른 회로 소자로서 트랜지스터를 형성한 경우이지만, 수광 소자와 함께, 다른 회로 소자로서 예를 들면 pnp형 트랜지스터, 반도체 영역에 의해 구성하는 저항 소자, 용량 등을 형성한 IC 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 3에 있어서는, 그 수광 소자로서, 복수로 분할된 1개의 포토다이오드 PD만이 도시되어 있지만, 도 2a 및 도 2b로 나타낸 바와 같이, 1개의 분할 포토다이오드 외에, 분할되지 않은 포토다이오드, 혹은 각각 분할 포토다이오드에 의한 복수의 포토다이오드를, 공통의 반도체 기판(1)에 형성하도록 한 포토 IC 등에 본 발명을 적용할 수 있다.
도 7은, 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치를 이용하여 구성한 본 발명에 따른 광학 픽업 장치의 개략 구성도를 나타낸다.
이 광학 픽업 장치는, 예를 들면 반도체 발광 소자 예를 들면 반도체 레이저(51)와, 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치(52)가 일체화된 소위 레이저 커플러를 지니고, 광학계(53) 즉 대물 렌즈를 갖고 이루어진다.
반도체 장치(52)는, 예를 들면 도 2b에 도시한 바와 같이, 2개의 포토다이오드 PD1 및 PD2가 형성된 본 발명에 따른 반도체 장치에 의해 구성된다. 즉, 이 경우 반도체 기판(1)에, 다른 회로 소자와 함께, 각각 도 3의 포토다이오드 PD와 마찬가지의 구성에 의한 포토다이오드 PD1 및 PD2가 형성된 반도체 장치(52)가 준비되 고, 그 반도체 기판(1) 상에, 예를 들면 반도체 레이저(52)와, 이것으로 후방 출사광을 검출하는 반도체 레이저의 출력을 모니터하는 모니터용 광 검출 소자(54) 예를 들면 통상의 포토다이오드가 제조된 혹은 장착된 블럭(57)이 장착된다.
한편, 반도체 장치(52)의 반도체 기판(1)의, 각 포토다이오드 PD1 및 PD2의 배치부 상에, 마이크로 프리즘(55)이 장착된다.
그리고, 반도체 레이저(51)로부터 출사된 전방 레이저광 L을, 마이크로 프리즘(55)에 형성된 사면 55M에 의해 반사시켜서, 광학계(53)를 통해 광학 기록 매체(56) 예를 들면 광 디스크에 조사하고, 그 귀환광을, 마이크로 프리즘(55)에 복귀하고, 사면 55M에서 굴곡시켜 프리즘(55) 내에 도입하여, 반도체 장치(52)의 한쪽의 포토다이오드 PD1에 입사시키고, 그 반사광을, 다른쪽의 포토다이오드 PD2에 입사시킨다. 광학 기록 매체(56)에는, 예를 들면 기록 정보 피트나 트랙킹 신호를 얻는 그루브 등이 형성되어 있고, 이에 따른 귀환광이 포토다이오드 PD1 및 PD2에 입사됨에 따라 검출한 상술한 각 출력 A∼D, A'∼D'를 연산함으로써, 트랙킹 오차 신호, 포커스 오차 신호, RF 신호를 얻을 수 있다. 그리고, 트랙킹 오차 신호에 의해, 도시하지 않지만, 통상 알려져 있는 방법에 의해 광학 기록 매체와, 이것에 조사하는 레이저광의 위치가 트랙킹 오차 신호에 의해 제어되고, 또한 포커스 오차 신호에 의해 광학계(53)의 위치 조정이 이루어져 포커싱의 제어가 이루어진다.
한편, 반도체 레이저(51)의 후방 출사 레이저광은, 모니터 광 검출 소자(54)에 입사되고, 그 출력에 따라서 전방 레이저광 L의 출력이 검출되고, 이것에 의해 레이저(51)에의 구동 전압의 제어가 이루어져서, 소정의 출력으로 설정되도록 이루어진다.
이 구성에 의한 픽업 장치는, 상술한 바와 같이, 그 수광 소자 즉 포토다이오드가 뛰어난 특성을 갖기 때문에, 트랙킹 및 포커싱을 정확하게 행할 수 있어, 또한 S/N가 높은 RF 신호를 추출할 수 있다.
다음에, 도 8를 참조하여, 도 3에서 설명한 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 설명한다.
우선, 도 8a에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 예를 들면 p형의 Si 반도체 기체(2)를 준비하고, 열 산화에 의해 그 표면에, 도시하지 않지만, 예를 들면 두께 120㎚ 정도의 산화막을 형성하고, 이 산화막을 통해 반도체 기체(2)의 일주면에 전면적으로, 붕소 이온(B+)을 30keV에서 2.5×1015/㎠의 도우즈량으로 이온 주입한다.
계속해서 이온 주입된 붕소를 활성화시키기 위해서 1200℃의 N2 분위기 중에서 80분간 어닐링한다.
또한 이온 주입 시의 손상에 기인하는 결함을 제거할 목적으로 1200℃에서 소위 웨트(WET) O2 분위기 중에서 20분간 열 처리한다. 이와 같이 하여, p형 매립층(3)을 형성한다. 그 후, 불화 수소(hydrogen fluoride)을 이용하여 산화막을 제거한다.
다음에, 반도체 기체(2)의 매립층(3)이 형성된 주요면에, 매립층(3)과 동 도전형의 p형의 제1 반도체층(31)을, 예를 들면 두께 20㎛에서, 저항율 50Ω·㎝를 갖고 에피택셜 성장한다.
그리고, 도시하지 않지만, 이 제1 반도체층(31)의 표면을 열산화하여 두께 예를 들면 120㎚의 산화막을 형성한 후, 이 위에 선정의 패턴의 포토레지스트를, 포토레지스트의 도포, 패턴 노광 및 현상에 의해 형성하고, 이것을 마스크로 하여, 반도체층(31)의 표면에 형성된 산화막을 에칭하여, 이것에 개구를 형성한다. 그 후 포토레지스트를 제거한다. 포토레지스트의 제거는, 과산화수소수와 황산과의 혼합액을 이용할수 있다. 그리고, 포토다이오드의 형성부의 주변 부분이나, 다른 회로 소자와의 분리를 하는 부분에, 붕소 B+를 30keV의 주입 에너지로, 2.5×1015/㎠의 조건으로 이온 주입한다.
계속해서, 이 이온 주입된 붕소를 활성화시키기 위해서, 1200℃의 N2 분위기 중에서 80분간의 어닐링 처리를 행한다.
또한, 이온 주입 시의 손상에 기인하는 결함을 제거할 목적으로 1200℃로 웨트 O2 분위기에서 20분간의 산화 처리를 행한다. 이와 같이 하여, p형 매립 분리 영역(6)과, 포토다이오드의 애노드 영역에 대한 전극 추출의 고농도 매립 영역(8)을 형성한다.
또한, 제1 반도체층(31)의 트랜지스터 형성부에 상당하는 위치에 개구를 갖는 선정의 패턴의 포토레지스트를 형성하고, 이것을 마스크로 하여, 반도체층(31)의 표면에 형성된 산화막을 에칭하고, 이것에 개구를 형성한다. 그 후 포토레지스트를 제거한다. 포토레지스트의 제거는, 과산화수소수와 황산과의 혼합액을 이용 할 수 있다.
그리고, 반도체층(31) 상의 산화막에 형성한 개구를 통하여 제2 도전형, 이 예에서는 n형의 콜렉터 매립 영역(5)을, Sb2O3의 고체 소스를 이용한 1200℃, 60분간의 열 확산에 의해 형성한다.
그 후, 불화 수소를 이용한 열 처리를 행하여 산화막을 제거한다.
그 후, 도 8b에 도시한 바와 같이, 제2 도전형 즉 n형의 제2 반도체층(32)을, 예를 들면 두께 3㎛로, 저항율 1Ω·㎝를 갖고 에피택셜 성장하여 반도체 기판(1)을 구성한다. 이 때, 제2 반도체층(32)의 에피택셜 성장에 있어서의 가열에 의해, 제1 반도체층(31)에 형성되어 있는, 각 고농도의 콜렉터 매립 영역(5), 매립 분리 영역(6), 고농도 매립 영역(8)으로부터 각각의 불순물이 반도체층(32)에 확산됨에 따라, 각 영역(5, 6 및 8)은, 각각 제2 반도체층(32) 중에 들어가 형성된다.
다음에, LOCOS에 의해 분리 절연층(11)을 형성한다. 이 분리 절연층(11)의 형성은, 제2 반도체층(32)의 표면을 열 산화하여 두께 예를 들면 20㎚의 SiO2 산화막을 형성하고, 이 위에, 질화실리콘 SiOxNy막을 감압 CVD법으로 65㎚의 두께로 퇴적한다. 그리고, 제2 반도체층(32)에, 400㎚ 정도로 들어가는 깊이에, 산화막과 질화막과 제2 반도체층(32)을 RIE(반응성 이온 에칭)법으로 선택적으로 에칭 제거한다. 그 후, 남겨진 질화막을 내산화 마스크로 하여, 1050℃의 웨트 O2 분위기에서 제2 반도체층(32)을 열 산화하여 두께 예를 들면 800㎚의 분리 절연층(11)을 형성 한다.
그 후, 질화막을, 예를 들면 150℃의 인산으로 선택적으로 에칭 제거하고, 제2 반도체층(32)의, 콜렉터 매립 영역(5)의 일부 상에, 제1 도전형 즉 n형의 고불순물 농도의 콜렉터 전극 추출 영역(15)을 형성한다. 이 영역(15)의 형성은, 인(P+)을 70keV에서 1×1016/㎠로 이온 주입한다.
그리고, 불순물의 활성화의 열 처리를, 1050℃의 N2 분위기에서 60분간 행한다.
또한, 각각 p형의 고불순물 농도의 분리 영역(12), 애노드 전극 추출 영역(13)과, 분할 영역(40)과, n형의 고농도 애노드 영역(18)의 형성을 행한다.
분리 영역(12)과 애노드 전극 추출 영역(13)과 분할 영역(40)은, 붕소(B+)를 선택적으로 400keV에서 1×1014/㎠로 이온 주입한다. 고농도 캐소드 영역(18)의 형성은, 비소(As+)를 70keV에서 1×1015/㎠ 이온 주입한다. 그리고, 각 불순물 이온의 활성화의 열 처리를 1000℃에서 30분간 행하여, p형의 고불순물 농도의 분리 영역(12), 애노드 전극 추출 영역(13)과, 분할 영역(40)과, n형의 고농도 캐소드 영역(18)을 형성한다.
이 경우, 각각 p형의 고불순물 농도의 분리 영역(12)과 애노드 전극 추출 영역(13)과 분할 영역(40)은 동시에 형성되지만, 매립 분리 영역(6) 및 고농도 매립 영역(8)은 분리 영역(12)과 애노드 전극 추출 영역(13)이 상술한 것처럼 형성되는 부분 아래의 제2 반도체층(32)으로 돌출된다. 그러므로, 이들에 접하도록 분리 영역(12)과 애노드 전극 추출 영역(13)을 형성할 수 있고, 분할 영역(40)에 대해서는, 제1 반도체층(31)에 의해 구성되는 애노드 영역(4)에 이르지 않는 깊이로 형성할 수 있다. 즉, 분할 영역(40)을, 애노드 영역(4: 제2 반도체부)으로부터 선정의 거리만큼 이격한 위치에 형성할 수 있다.
그 후에는, 통상의 바이폴라 트랜지스터 IC의 제조 공정에 따른다. 즉, 예를 들면 반도체 기판(1)의 반도체층(32)의 표면에 형성된 산화막 등의 하층 절연층을 형성하고, 이것에 포토리소그래피에 의한 에칭을 행하여, 트랜지스터의 베이스 영역 형성부에 개구를 형성한다. 이 개구의 형성과 동시에, 예를 들면 애노드 전극 추출 영역(13) 상에 있어도 개구의 형성을 행한다. 그리고, 이들 개구를 폐색하도록, 제1 다결정 반도체층(61)을 형성한다. 이 제1 다결정 반도체층(61)은 다결정 실리콘에 p형의 불순물을 고농도로 함유시켜 구성한다.
이 제1 다결정 반도체층(61)에 대해 포토리소그래피에 의한 에칭을 행하여 최종적으로 트랜지스터의 베이스 영역의 형성부와 이에 따른 전극 추출 부분과, 또한 애노드 전극 추출 영역(13) 상과 이에 따른 전극 추출 부분을 남겨둔채로 에칭 제거한다.
또한, 제1 다결정 반도체층(61)의 베이스 영역 형성부의, 진성 베이스 영역의 형성부에 개구를 형성하여 p형의 불순물을 확산하여 진성 베이스 영역(16i)을 형성하고, 또한 SiO2 등을 형성하고, 먼저 형성한 하층 절연층과 함께 선정의 두께 를 갖는 표면 절연층(21)을 형성한다. 그리고, 절연층(21)의, 진성 베이스 영역(16i) 상에 개구를 형성하고, 이 개구를 폐색하도록, 제2 다결정 반도체층(62)을 형성한다. 이 제2 다결정 반도체층(62)은, n형의 불순물을 고농도로 함유시킨 다결정 실리콘층에 의해 형성한다.
그리고, 이 제2 다결정 반도체층(62)에 대해 포토리소그래피에 의한 에칭에 의해 에미터 전극의 추출부를 남겨두고 제거한다.
그리고, 제1 및 제2 다결정 반도체층(61 및 62)으로부터의 불순물을 반도체층(32)에 확산하여 p형의 고농도의 그라프트 베이스 영역(16g)을 진성 베이스 영역(16i)의 주위에 형성함과 동시에, 애노드 전극 추출 영역(13) 상에 고농도의 애노드 컨택트 영역(14)을 형성하고, 진성 베이스 영역(16i) 상에 고농도의 n형의 에미터 영역(17)을 형성한다.
절연층(21)에는, 각각 전극 컨택트창이 형성되어, 각각 트랜지스터 TR의 에미터, 베이스 및 콜렉터 전극(20E, 20B, 및 20C)이 컨택트된다. 그리고, 그 위에 SiO2 등의 층간 절연층(22)이 형성되고, 이 위에, 수광창이 형성된 Al 등으로 이루어지는 차광층(23)이 형성되고, 이 위에 보호막(24)이 형성된다.
그리고, 절연층(21 및 22)이 반사 방지막으로 되어, 차광층(23)의 수광창을 통하여 포토다이오드 PD에 검출광이 조사된다.
이와 같이 하여, 공통(동일) 반도체 기판(1) 상에, 트랜지스터 TR 및 애노드 공통형의 포토다이오드 PD가 형성된 반도체 장치가 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명 장치에 있어서는, 그 포토다이오드 PD의 분할 영역(40)에 의한 접합 j, 및 포토다이오드를 구성하는 p-n 접합 J로부터의 공핍층에 의해, 포토다이오드를 복수로 분리하는 구성으로 하는 것이다. 즉, 이 분리부에는, 도 1의 종래 구조에 있어서와 같이, 매립 영역(6)이 형성되는 구조로 하지 않은 것으로, 이에 따라, 이 분할 내지는 분리 영역 근방에 광 조사되어 광전 변환으로 생성된 캐리어가, 분리 영역에 의한 포텐셜 배리어에 의해 이것보다 멀어지는 힘을 받는 것이 회피되기 때문에, 캐리어는, 그 생성 위치로부터 공핍층까지 최단 거리를 주행할 수 있어, 광 조사의 위치에 상관 없이 주행 시간을 거의 같게 할 수 있다. 따라서, 포토다이오드 PD의 분할 영역에 광이 조사되는 사용 형태가 채용되더라도, 양호한 주파수 특성으로 RF 신호를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 예에서는, 바이폴라 트랜지스터 TR이, 제1 및 제2 다결정 반도체층(61및 62)을 이용한 소위 더블 폴리실리콘 구조로 한 경우이지만, 이온 주입법 등에 의하거나, 혹은 에미터 영역의 형성을 이온 주입으로 한 소위 싱글 폴리실리콘 에미터 구조로 하는 것도 가능한 등의 변형 변경을 행할 수 있다.
또한, 분할 영역(40)의 형성은 상술한 바와 같이, 분리 영역(12)과 동시에 형성하는 경우에 한정되는 것이 아니라, 각 영역을 다른 공정에서 형성하는 것도 가능하다.
또한, 제2 반도체부(즉 상술한 예에서는, 애노드 영역 4)는, 에피택셜 성장에 의해 형성하는 경우에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 반도체 기체(2) 자체에 의해 구성하는 것도 가능하다.
또, 상술한 예에서는, 제1 도전형이 n형이고, 제2 도전형이 p형, 즉 수광 소자의 포토다이오드가, 수광면측에 캐소드가 배치된 애노드 공통형 구성으로 한 경우이지만, 각부의 도전형을 상술한 것과는 역도전형으로 하는 것도 가능한 등 상술한 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명에 따른 수광 소자를 갖는 반도체 장치, 그 제조 방법, 광학 픽업 장치는, 상술한 예에서 한정되는 것이 아니다.
상술한 본 발명에 따르면, 그 동작 시에 있어서는, 포토다이오드 PD 즉 수광 소자가, 공핍층에 의해 복수로 분리되도록 하지만 이 분리부 및 그 근방에 광 조사가 이루어져 발생한 캐리어에 대해, 배리어가 되는 포텐셜의 존재를 회피함에 따라, 반도체 중의 어떤 부분에 발생한 캐리어에 대해서만 거의 똑같은 확산 거리로 할 수 있음에 따라, 분할 구성으로 한 경우에 있어서도 뛰어난 주파수 특성을 갖는 수광 소자를 갖는 반도체 장치를 구성할 수 있다.
그 때문에, 광학 픽업 장치에 있어서, 복수로 분할한 포토다이오드의 분리 영역을 포함하는 영역에 광 조사가 이루어지고, 고속성이 요구되는 RF 신호를 추출하는 경우나, 레이저 커플러로 이용하고 있는, 매우 가는 스트라이프 패턴에 광 조사되는 경우에도, 양호한 주파수 특성을 실현할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 반도체 장치, 이것을 이용한 광학 픽업 장치를 제조하는 데 있어서, 종래에 비해 더이상 공정수를 증가시키지 않는다.
첨부된 도면을 참조로 본 발명의 양호한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에만 국한되지 않으며 첨부된 특허 청구 범위에서 정해진 본 발명의 기술 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 많은 변경 및 개조가 가능함은 자명하다.

Claims (13)

  1. 반도체 기판상에 제1 도전형의 제1 반도체부 및 제2 도전형의 제2 반도체부로 구성된 접합부에 의한 수광 소자가 형성되고,
    상기 제1 반도체부의 일부에 제2 도전형의 분할 영역이 형성되며,
    상기 수광 소자의 동작 시에 상기 접합부에 인가되는 역바이어스 전압보다 낮은 역바이어스 전압의 인가에 의해 상기 수광 소자를 구성하는 접합부 및 상기 분할 영역에 의해 상기 접합부로부터 확산된 공핍층의 일부에 의해 상기 제1 반도체부가 복수 부분으로 분리되도록 한 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서, 역바이어스 전압이 상기 수광 소자를 구성하는 접합부에 인가되지 않은 상태에서는 상기 제1 반도체부는 상기 공핍층에 의해 복수 부분으로 분리되지 않는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분할 영역이 상기 제2 반도체부로부터 선정의 간격만큼 떨어진 위치의 상기 제1 반도체부 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 분할 영역이 상기 제2 반도체부측으로 변위된 상기 제1 반도체부 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분할 영역이 상기 제1 반도체부의 두께 방향의 중간부에 한정적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 기판의 상기 제1 도전형의 제1 반도체부 상에 형성된 상기 공핍층에 의해 분리되는 각 부분의 표면에 형성되며, 상기 제1 반도체부에 비해 고불순물 농도를 갖는 제1 도전형의 제3 반도체부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반도체 기판의 상기 제2 도전형의 제2 반도체부의 상기 수광 소자를 구성하는 접합부와는 반대측에 상기 제2 반도체부와 접하도록 형성되며 상기 제2 반도체부에 비해 고불순물 농도를 갖는 제4 반도체부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반도체 기판의 표면으로부터 상기 제4 반도체부까지의 거리가 상기 수광 소자상의 입사광의 흡수 길이보다 크도록 선택되는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제3 반도체부는 0. 01㎛∼ 0. 2㎛ 범위에서 선택되는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수광 소자를 구성하는 상기 제2 반도체부는 1×1011∼1×1016atoms/㎤ 범위의 불순물 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 수광 소자를 구성하는 상기 제1 및 제2 반도체부는 1×1011∼ 1×1016atoms/㎤ 범위의 불순물 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치.
  12. 반도체 발광 소자 및 수광 소자를 갖는 반도체 장치와 광학계를 포함하는 광학 픽업 장치에 있어서,
    수광 소자를 갖는 상기 반도체 장치는 상기 수광 소자가 제1 도전형의 제1 반도체부 및 제2 도전형의 제2 반도체부에 의한 접합부에 의해 형성되는 반도체 기판을 가지고, 제2 도전형의 분할 영역이 상기 제1 반도체부의 일부에 형성되고,
    상기 수광 소자의 동작 시에 상기 접합부에 인가되는 역바이어스 전압 이하의 역바이어스 전압의 인가에 의해 상기 수광 소자를 구성하는 접합부 및 상기 분할 영역에 의해 상기 접합부로부터 확산된 공핍층의 일부에 의해 상기 제1 반도체부가 복수 부분으로 분리되도록 한 것을 특징으로 하는 광학 픽업 장치.
  13. 반도체 기판의 일주면(一主面)에 대향하거나 상기 반도체 기판의 일주면 상에 제2 도전형의 고불순물 농도 매립층을 형성하는 공정과,
    상기 고불순물 농도 매립 영역 상에 수광 소자를 형성하는 제2 도전형의 제1 반도체부를 포함하는 제2 반도체층을 형성하는 공정과,
    상기 제2 반도체층 상에 상기 수광 소자를 형성하는 제1 도전형의 제1 반도체부를 포함하는 제2 반도체층을 형성하는 공정과,
    상기 제1 반도체층상에 상기 수광 소자를 복수개의 수광 소자로 분할하는 제2 도전형의 분할 영역을, 상기 제1 반도체층의 두께의 일부를 남겨두고, 선택적으로 형성하는 공정과,
    상기 제1 반도체부의 표면 또는 표면 근방에 제1 도전형의 고불순물 농도의 제3 반도체부를 선택적으로 형성하는 공정을 포함하되,
    상기 제1 도전형의 제1 반도체부 및 상기 제2 도전형의 제2 반도체부에 의한 접합부에 의해 상기 반도체 기판 상에 상기 수광 소자가 형성되고, 상기 제1 반도체부의 일부에 제2 도전형의 분할 영역이 형성되고, 상기 수광 소자의 동작 시에 상기 접합부에 인가되는 역바이어스 전압보다 더 낮은 역바이어스 전압의 인가에 의해 상기 수광 소자를 포함하는 접합부 및 상기 분할 영역에 의해 상기 접합부로부터 확산된 공핍층의 일부에 의해 상기 제1 반도체부가 복수 부분으로 분리되도록 한 상기 수광 소자를 갖는 반도체 장치를 얻는 것을 특징으로 하는 수광 소자를 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3370298B2 (ja) * 1999-07-27 2003-01-27 シャープ株式会社 回路内蔵受光素子
JP3900233B2 (ja) * 1999-09-06 2007-04-04 シャープ株式会社 受光素子および回路内蔵型受光素子
US6309905B1 (en) * 2000-01-31 2001-10-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Stripe photodiode element with high quantum efficiency for an image sensor cell
JP2002026366A (ja) * 2000-07-11 2002-01-25 Sony Corp 半導体装置
JP2002203954A (ja) * 2000-10-31 2002-07-19 Sharp Corp 回路内蔵受光素子
JP2002151729A (ja) * 2000-11-13 2002-05-24 Sony Corp 半導体装置及びその製造方法
JP3974322B2 (ja) * 2000-12-07 2007-09-12 株式会社日立製作所 光半導体集積回路装置及び光記憶再生装置
JP2002231992A (ja) * 2001-02-02 2002-08-16 Toshiba Corp 半導体受光素子
JP3918442B2 (ja) * 2001-02-19 2007-05-23 ソニー株式会社 半導体装置及びその製造方法
US20030034540A1 (en) * 2001-08-20 2003-02-20 Em Microelectronic-Marin Sa Photodetector, photodetecting device and method for controlling the sensitivity profile of a photodetector
JP4168615B2 (ja) 2001-08-28 2008-10-22 ソニー株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP4107855B2 (ja) * 2002-03-11 2008-06-25 シャープ株式会社 受光素子内蔵型半導体装置の製造方法及び受光素子内蔵型半導体装置
JP2004087979A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Sharp Corp 受光素子およびその製造方法並びに回路内蔵型受光素子
WO2004047181A1 (en) * 2002-11-20 2004-06-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Radiation-emitting semiconductor device and method of manufacturing such a device
US7605415B2 (en) 2004-06-07 2009-10-20 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup device comprising photoelectric conversation unit, floating diffusion region and guard ring
EP1846948A4 (en) * 2005-02-08 2009-09-09 Canesta Inc METHODS AND DEVICES FOR ENHANCED LOAD MANAGEMENT IN THREE-DIMENSIONAL AND COLOR DETECTION
JP4105170B2 (ja) * 2005-03-02 2008-06-25 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 半導体装置およびその検査方法
JP2006294871A (ja) * 2005-04-11 2006-10-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置
US7307327B2 (en) * 2005-08-04 2007-12-11 Micron Technology, Inc. Reduced crosstalk CMOS image sensors
JP4618064B2 (ja) 2005-09-12 2011-01-26 ソニー株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2007081137A (ja) * 2005-09-14 2007-03-29 Fujifilm Corp 光電変換素子及び固体撮像素子
JP5095287B2 (ja) * 2007-07-18 2012-12-12 パナソニック株式会社 固体撮像素子及びその製造方法
JP2009064800A (ja) * 2007-09-04 2009-03-26 Nec Electronics Corp 分割フォトダイオード
JP4951551B2 (ja) * 2008-02-26 2012-06-13 浜松ホトニクス株式会社 半導体光検出装置
JP5767465B2 (ja) 2010-12-15 2015-08-19 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラ
JP2020009790A (ja) * 2016-11-09 2020-01-16 シャープ株式会社 アバランシェフォトダイオード
JP2018156984A (ja) * 2017-03-15 2018-10-04 株式会社東芝 光検出素子

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02254767A (ja) * 1989-03-28 1990-10-15 Matsushita Electron Corp 光半導体装置
KR960026909A (ko) * 1994-12-14 1996-07-22 김광호 전하결합소자형 고체촬상장치 및 그 제조방법
KR970018753A (ko) * 1995-09-26 1997-04-30 쯔지 하루오 수광소자
JPH09307086A (ja) * 1996-05-16 1997-11-28 Sharp Corp 回路内蔵受光素子
KR19980025177A (ko) * 1996-09-30 1998-07-06 쯔지 하루오 회로내장수광소자

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5412229A (en) * 1990-08-31 1995-05-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Semiconductor light detecting device making use of a photodiode chip
JP2799540B2 (ja) * 1993-04-19 1998-09-17 シャープ株式会社 受光素子
DE69637636D1 (de) * 1995-12-06 2008-09-25 Sony Corp Aus einer Fotodiode und einem bipolaren Element bestehende Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung
US5777352A (en) * 1996-09-19 1998-07-07 Eastman Kodak Company Photodetector structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02254767A (ja) * 1989-03-28 1990-10-15 Matsushita Electron Corp 光半導体装置
KR960026909A (ko) * 1994-12-14 1996-07-22 김광호 전하결합소자형 고체촬상장치 및 그 제조방법
KR970018753A (ko) * 1995-09-26 1997-04-30 쯔지 하루오 수광소자
JPH09307086A (ja) * 1996-05-16 1997-11-28 Sharp Corp 回路内蔵受光素子
KR19980025177A (ko) * 1996-09-30 1998-07-06 쯔지 하루오 회로내장수광소자

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Publication number Publication date
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JPH11266033A (ja) 1999-09-28
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SG120860A1 (en) 2006-04-26
KR19990077941A (ko) 1999-10-25
EP0944117A1 (en) 1999-09-22
MY124274A (en) 2006-06-30
US6252286B1 (en) 2001-06-26
JP4131031B2 (ja) 2008-08-13
EP0944117B1 (en) 2009-04-01
TW409430B (en) 2000-10-21

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