TW586241B - Separable photo detector, circuit-containing photo detector and optical disc device - Google Patents

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Tatsuya Morioka
Shigeki Hayashida
Yoshihiko Tani
Isamu Ohkubo
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Sharp Kk
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Description

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本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 2 五、發明説明（ ’，:二:如400 nm之光，其氧化層厚度將成為7〇麵。又 :“笔層之構成亦可以使用—對應於所 反射率之多層膜構造。 反长，、低 然而，如圖20所示，在例如p型半導體
N型半導體層一。2而形成二個受光部時(在二N =導體層、P型半導體層之電極輪廓或中間層等並未圖示 出采），由於電荷係被積存在介恭 型半導體層9。。表面之導電類V層二3h ^ 之¥%類型，即可形成N型反轉層904 ’而糟由制型反轉層9〇4，兩個受光部將產生關聯。结果 二個受光部之信號將不能個別取出，而有不能作為 分割型受光元件機能之問題。像這樣之分割型受光元件2 問題’尤其在為了使分割型受光元件之州接合電容降低， 亚使CR常數所定之頻率特性提高，而降低該供設置N型半 導體層之P型半導體層的濃度時，特別容易發生。 發明概要 因此，本發明之目的在於提供·一種即使電荷積存 層^亦能確實作為一分割型受光元件之分割型受光元件 並提ί、種使用该分割型受光元件之電路内建型受一 件，及光碟裝置。 70 為達成上述目的，本發明之分割型受光元件具特徵在於 包含有··複數個第二導電型擴散層，其相互間隔一特距 離形成於第—導電型半導體層上，1漏防止層，形成於令 第-導電型半導體層上之至少上述複數個第二導電型擴^ 層之間，用以防止該等複數個第二導電型擴散層間之洩漏
本紙張尺度顧t s ® mWiCNS) 10X297公釐) 586241 五、發明説明（ ，·以及介電層，形成於一包令 声盥节啕、、居阶μ0 匕3。亥寻硬數個第二導電型擴散 層與違洩漏防止層且該第一導 要入射之區域上。 ^料導體層上之至少光所 根據上述構成之分割型香 ^ 1又先疋件，在該等複數個第二導 域以外的區域上，即使因為該作為 丰^ u南 之电何的釤響，而使第一導電型 面處於一反轉成第二導電型的條件，由於在該 之間开導體層上之至少複數個第二導電型擴散層 增方止層’第一導電型半導體層表面將不 ^ 導電型’而不會使該等複數個第二導電 型擴政層間產生關聯，而能防止茂漏。因此，即使介電層 中積存有電荷，亦可以確實地作為_分割型受光元件。 586241 A7
d 1 x VcT x i 〇 10 根據上述實施例之分割型受光元件，即使為了最佳化該 介電層之反射率，而要最佳化介電質之厚度時，只要使其 滿足上述條件，即可成一良好的洩漏防止層。 /、 又，其中-實施例之分割型受光元件具特徵在於：在节 :樹層之寬度為释]’該茂漏防止層之表面濃度為 [⑽1時’設定該茂漏防止層之寬度w：i與表面濃度c】 使其當W 1 < 4 10· 時，C 1 $ 2.0 10 而在W 1 — 5 YV 1 ^ X 10、cm時，則滿足 C1 s 丨 〇 x i〇u χ up (-4 χ 1 〇4 χ w ] 之條件。 根據上述實施例之分割型受光元件，將可以得到一含有 一該洩漏防止層，且在整個受光面區域都具有均勻靈敏度特性的分割型受光元件。 以又 又，本發明之分割型受光元件具特徵在於包含有··複數 :第：導電型第一擴散層，#相互間隔一特定距離形成於 第-導電型半導體層上；複數個第一導電型第二擴散層， 成於該第一導電型半導體層上之至少該等複數個第二 導電型第一擴散層之間；以及介電層，形成於一包含該等 複數個第二導電型第一擴散層與該第一導電型第二擴散層 且在該第一導電型半導體層上之至少光所會入射之區域上 ，且該等複數個第二導電型第一擴散層與第一導電型第二 擴散層之厚度與短波長之光的吸收長度相同，或較厚。 根據上述構成之分割型受光元件，在該等複數個第二導 電型第一擴散層所形成之區域以外的區域上，即使受到一
V 裝
5 五、發明説明 該作為抗反射層之介電層所致電荷之影響，而使第一導電 型半導體層表面處於-會反轉成第二導電型的條件下，由 :在該第-導電型之半導體層上之至少複數個第二導電型 弟-擴散層之間，开》成有第一導電型第二擴散層，第一導 電型半導體層表面將不會反轉成第二導電$，且該等複數 個第二導電型第一擴散層間不會產生關聯，而能防止泡漏 。再者’由於該等複數第二導電型第-擴散層與該第-導 電型第二擴散層之厚度，與短波長光（例如波長約35〇〜45〇 細）的吸收長度相同，或者較厚，對於短波長光之特性將很 好，且即使介電層中積存有電荷，亦可以確實地作為一分 割型受光元件。 •又，在其中-實施例中之分割型受光元件並具特徵在於 •在該等複數個第二導電型第一擴散層與該第一導電型第 一擴散層之間，會露出該第一導電型半導體層。 根據上述實施例下之分割型受光元件，由於在該等複數 個第二導電型第一擴散層與該第一導電型第二擴散層之間 ，露出該第-導電型半導體層，冑可以使該等複數個第二 導電型第一擴散層間之洩漏減少，並能使第二導電型第一 擴散層與第一導電型第二擴散層間之耐壓提高。 又，在其中一實施例中之分割型受光元件具特徵在於： 當该介電層厚度為d2[nm]’而該第一導電型第二把今声之 表面濃度為C2 [cm~]時，將該介電層之厚度们與該第一導 電型第一擴散層之表面濃度C 2設定成滿足下述條件·· d2 X VC2 ^ 1 X ΙΟ10 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 586241 A7 B7 五、發明說明（6 八根據上述實施例之分割型受光元件，即使為了最佳化該 厂兒層之反射率，而要最佳化介電質之厚度時，只要使其 二足上述條件’即可形成一具有良好洩漏防止機能的第一 導電型第二擴散層。 又’其中一實施例之分割型受光元件具特徵在於：在該 第—導電型第二擴散層之寬度為W2 [cm]，該第一導電型第 一擴散層之表面濃度為C2 [cm·3]時，將該第二擴散層之寬 度W2與表面濃度C2，設定成當W2 < 4 χ 1〇_5⑽時， x 1〇丨9，而在 W224 X icr5em 時，則滿χ 1〇2〇 χ ΕχΡ (-4 χ 1 〇4 x W2)之條件。 根據上述實施例之分割型受光元件，將可以得到一含有 4第一導電型第二擴散層區域，且對於短波長光而言， 在整個受光面區域都具有均勻靈敏度特性的分割型受光元 件。 又，在一實施例之分割型受光元件具特徵在於：該介電 層係構設成-由至少三層以上之氧化層和氮化層交互層積 而成之構造。 ^根據上述實施例之分割型受光元件，由於可以降低反射 千，且可以降低洩漏防止層之表面濃度，因而可以保持良 好的靈敏度。 又，本發明之電路内建型受光元件具特徵在於該分割型 叉光元件係興一 k唬處理電路一同形成於同一半導體基板 上，而該信號處理電路係用以處理一由該分割型受光元件 所輸出之信號。
根據上述構成之雪/ Μ声P奸的带 内建31受光元件，將可以得到一兪 敏度良好的电路内建型受光元件。 - 又’本發明之光碟裝置 从斗、4 +妨 置〃、特破在於使用該分割型受朵分 件或該電路内建型受光元件。 I又先疋 根據上述構成之光碑穿 敏度特性的分割型受以實現-將具有良好靈 光拾取器部的光碟裝置。路内建型受光元件使用於 圖式簡單說明 圖1為-顯示本發明之第—實施例之分割型受光 平面構造的平面圖。 半之 圖2為由圖1之n — H線截取之戴面圖。 圖3A顯示該分割型受光元件之㈣度與侵^ 關係，圖3B為該分割$受光元件之截面構造圖。一之 圖4為一顯示本發明之第二實施 平面構造的平面圖。 又先凡件之 圖5為由圖4之V—V線截取的戴面圖。 圖6為分割型受光元件之雜質濃度分佈圖。 型 相 圖7顯示出相對於本發明之第三實施例所揭作為分宝 文光元件之抗反射層的介電層構造下的反射率計嘗、纟士】 圖8顯示上述分割型受光元件之洩漏防止層表面^ = 對於介電層厚度下的變化。 •入 之寬度較小 光元件的戴 圖9為本發明之第四實施例所揭洩漏防止層 下之分割型受光元件的截面構造圖。 圖1 〇為洩漏防止層之寬度較寬下之分割型受 -10- 586241 A7 B7 五、發明説明（ 面構造圖。 圖11顯示圖9、圖10之分割型受光元件構造下的串擾 (cross talk)特性。 圖12顯示出相對於上述分割型受^ 口j尘又尤兀件之洩漏防止層寬 度與表面濃度下的靈敏度特性。 圖13顯示該分割型受光元件之載子移動情形。 圖14為一在洩漏防止用P型半導體層下方設了一p型半導 體層之構造下的分割型受光元件截面圖。 圖15為本發明之第五實施例下之電路内建型受光元件之 截面圖。 圖16為本發明之第六實施例下之使用了分割型受光元件 的光碟裝置之光拾取部的構成概略圖。 圖Π為一顯示本發明之第七實施例下之分割型受光元件 之平面構造的平面圖。 圖18為一取自圖17iXVIII—XVIIUt下的戴面圖。 圖19顯示出一相對於四層抗反射層中之第三層氧化矽層 下的反射率計算結果。 圖20為一顯示習知分割型受光元件之構造的截面圖。 發明之詳細說明 以下，以圖示之實施例來更詳細地說明本發明之分割型 受光元件、電路内建型受光元件、以及光碟裝置。 (第一實施例） 圖1顯示本發明之第一實施例下之分割型受光元件平面 構造的平面圖，圖2為沿圖丨之丨丨一 ^線戴取而得之戴面圖。 __ -11 - 本紙張尺度適用中®國標準(CNS) A4規格(21GX297公ί~ — 586241 五 發明説明（ 程』貫施例之分割型受光元件中，在金屬配線製 :乂使所形成之構造(例如多層配線、中間層等)予以省略 且’在圖1中’為便於看圖 予以省略。 圖2所不之介電層115 如圖卜圖2所示，在_(B)濃度1 X l〇l5cm-3之P型半 f〇r一 一 :型半導體層⑻。在上述第一 P型半⑽ /成厚度14〜16 pm之硼濃度1 X 10丨4〜i x 1015 ‘左右之作為第一導電型半導體層的第二p型半導妒層 102。再於如此所形成之第型半導體層1Q2表面，形成^ 極接點形成用之第三p型半導體層103。該第二p型半導體 =。2之表面上’形成有一用以分隔元件用之咖⑽區域 又’在^第二P型半導體層1〇2表面’形成有例如石申濃度 10 :1 X 1〇2:Cm'接合深度為0·1〜0.8 _左右， 且相互間隔一疋間隔’作為第二導電型擴散層的Ν型擴散 層1〇5、1〇6、1〇7、108。且在各個該Ν型擴散層105、1〇6 、1〇7、108上’分別設有電流取出用陰極電極、⑴、 112 、 113 。 進一步，在該等N型擴散層1〇5、1〇6、1〇7、1〇8周圍， 形成有爛濃度為1><1〇Wp型茂漏防止層1〇9。御 茂漏防止層H)9連接至陽極接點形成用第三p型半導體層 103上’且在兀件表面形成有作為該等電流取出用之陽極電 極114。另外’在該第二p型半導體層1〇2上光所照射之區域 本紙張尺度適用中國國家標準 -12- 586241 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) '—^ 上，形成有一厚約70 nm之用以防止光在表面反射之介電層 115(例如氧化層）。 以下’就上述分割型受光元件之構造，作更詳細之說明。 藉由以一設置於該第二P型半導體層102上之N型擴散層 105〜108所形成之PN接合，在p型半導體層1〇2中，將形成 一空乏層11 6。因光照射於該區域所產生於空乏層i丨6中之 電子’會流入N型擴散層105〜1〇8,而可由陰極電極（如圖1 所示之110、111、112、113)被取出；相反地，產生於空乏 層116中之電洞，則會流入第二p型半導體層1〇2,而由陽極 電極114被取出。例如，當光照射於N型擴散層1〇5上時， 光電流將由陰極電極Π 0與陽極電極114取出。同樣地，告 光照射於其它N型擴散層106、107、108時，光電流會由分 別對應於N型擴散層！06、107、108之各陰極電極m、U2 、113其中之一與陽極電極Π4取出。像這樣，將可以估算 照射於各分割型受光元件上之光量。 又’光最好能完全被吸收於該因N型擴散層ι〇5〜1〇8所 形成之PN接合所形成之空乏層116中。圖3a顯示出一4〇〇 nm波長之光入射至矽中之後，相對於侵入深度之吸收比率 ，圖3B顯示元件之截面圖。在圖3A中，橫軸表示光強度， 縱軸表示侵入深度（μπι)。如同由圖3A、圖叩所明瞭者，就 400 nm之波長（吸收係數約為50000 cm-i)而言，其吸收長度 約0·2 μπι左右。亦即，當光強度為卜入射光強度為1〇, 2 收係數為α、侵入深度為d時，光強度I為： I = I〇 X exp'ad -______- 13-_ 本紙張尺度適财國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) ' ----- 裝
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所揭分割型受光元件之$ N型導電型，仍可以運用本發明 漏防止層這一機能。 又，雖然使用砷作為^^型 4其匕雜質；且雖使用，作 銦等其它雜質。 擴散層之雜質，亦可以使用碟 為P型擴散層之雜質，亦可使用 又， 於本第 上述第二P型半導體層102之濃度與厚度等結構不限 一實施例所記載者。 料，陽極電極與陰極電極等之配置和形狀等亦 本第一實施例中所記載者。 产士穿 ^ ^ 、 /一 秋有而且，在本苐一貫施例中，雖 係就4刀副的分割型受光元件之情形作一描述，但對於作二 分割等之其它分割形狀的分割型受光元件，亦可應用本： 明中所記載之洩漏防止層。 (第一貫施例） 圖4為一顯示本發明之第二實施例下之分割型受光元件 之平面構造的平面圖，圖5為圖4之¥ 一 V線截取之截面圖。 ^在本第二實施例之分割型受光元件中，自金屬配線製 私以後所形成之構造（例如多層配線、中間層等）都予以省 略。 如圖4、圖5所示，在石朋（B)濃度j χ 1〇i5cm4ps!半導體 基^2〇(H例如矽基板）上，形成一厚度1 μπι之硼濃度為1 x 0 Cm的第一 Ρ型半導體層201。在上述第一 ρ型半導體層 201上，形成一厚度14〜16卜⑺之硼濃度i x 10丨4〜i χ 1〇15 左右的第二p型半導體層202。再於如此所形成之第二P 1半V體層202表面，形成陽極接點形成用之第三p型半導 ；· 裝 訂
586241 13 五、發明説明（ 體層203。該第二P型半導體層2〇2之表面上，邢 分隔元件用之LOCOS區域204。 7 有—用以 又，在^第二㈣半導體層202表面，形成 為i X X H)2〇cm.3,接合深度為〇中展度 且相互間隔—定間隔’作為第二導電型第—擴二:型 擴散層205、206，且在各個該N型擴散層2〇5、上，八 別a又有電流取出用陰極電極2 〇 §、2 〇 9。接英 刀 擴散層撕、·間之區域，形成_用以防止^在 漢度為5 X 10i8cm'接合深度〇3 _之作為第—導 二擴散層的Ρ型洩漏防止層2 〇 7。
:外=第二Ρ型半導體層202上之至少光所照射之區 域上，形成有-作為抗反射層之介電層(氧化層)2U 層（氮化層）212。且在該第三P型半導體層2〇3上，形: 陽極電極2 1 0。 在這樣之構造下’即使第二P型半導體層2〇2所露出於表 面之部分’因介電層（川、212)之電荷而產生反轉，由於 有㈣茂漏防止層207 ’各N型擴散層205、206之間亦不會 有所關聯，進而能確實地作為一分割型受光元件。 圖6所示為上述第二實施例之分割型受光元件之構造中 ，沿圖4所示虛線八截取且離表面約〇2 _之位置下的碎與 删濃度輪廓圖。在該N型擴散層2〇5與ρ”漏防止層2〇7之 —I由方、第_ p型半導體層2〇2顯露’因而與第一實施例所 示漠度較高之N型半導體層係與作為茂漏防止層之p型擴 月a相互接口之’’月形相比，本第二實施例之構造，將更能 16- 本纸張尺度制x 297_ ^^6241
提高洩漏之控制，以及N型擴散層與p型洩漏防止層間之耐 壓。又，由於濃度較高的逆導電型層之間並沒有相接，因 而將可以降低此部分之接合電容，並能使整個元件之電容 量與一沒有設P型洩漏防止層下之情形相同，且能使cr常 數所決定之元件響應特性保持良好。
又，在本第二實施例中，各半導體層之濃度或厚度不限 定於第二實施例中所I己載者，且該作為漏防止層之p 型擴散層以BF2形成亦可。 又，在上述第二P型半導體層202上所形成之介電層（2 Η 、2 12)之構成亦不限定於第二實施例所記載者，可以用各 種材料或構成。 裝 又，電極構造、受光面之形狀、個數等，亦不限於第二 實施例所記載者。 (第三實施例） 玎
其次，就本發明之第三實施例所揭分割型受光元件作說 明。又’本第三實施例之分割型受光元件之各岸纟士 二實施例之分割型受光元件具有相同之構成，因而援用圖4 與圖5。 ’ 在本第三實施例之分割型受光元件中，設於第二ρ型半導 體層202上之介電層2丨丨、2 1 2之厚度設定成入射光可以很有 效率地入射至受光元件内。 圖7顯示出在400 nm波長之光下，使介電層（氧化雇）2l i 之厚度’相對於介電層（氮化層）212之厚度，作變化了之表 面反射率的計算結果。如同由圖7所明白者，為了減低反射 -17- 本紙張尺度適财國iii^(CNS)_A4規格(謂χ 297公釐) 586241 A7
率’必須最佳化介電層（氮化層）212之厚度與介電層（氧化層） 211之厚度，而對於波長400nm附近之光而言，當薄化介電 層（氧化層）211時，最好增厚介電層（氮化層）212之厚度。
圖8為第二實施例所揭分割型受光元件之元件構造中，當 使氧化層厚度變化，而使P型洩漏防止層2〇7之表面濃度變 化時’測量不同陰極間之洩漏電流所得之結果。根據該結 果’可以了解到在具有相同表面濃度之p型洩漏防止層2 〇 7 下’隨著介電層（氧化層）2 11厚度之變薄，將無法抑制陰極 裝 陰極間之）¾漏電流。其原因係因在抗反射層中之氧化層 與氮化層之界面上存積有電荷，當該電荷為正電荷時，電 子將存積於P型洩漏防止層207之表面而形成N型反轉層區 域’於是在作為複數個陰極之N型擴散層2〇5、2〇6間，即 產生電氣關聯之故。
為了防止此現象，設計了一個具有特定表面濃度的p型洩 漏防止層207。然而，即使存積在介電質界面上之電荷量是 一定的，且P型洩漏防止層207之濃度係一定的，可以了解 到當介電層（氧化層）2 1 1之厚度相當薄時，因電荷所致電場 強度將變強，第二導電型P型半導體層之反轉即更容易發 生。結果，在N型擴散層205、206之間’將產生電氣關聯 ，為了防止此點，有必要提高P型洩漏防止層2〇7之表面濃 度。 更詳細地檢討上述關係之結果，了解到最好將作為洩漏 防止層之P型擴散層的表面濃度Cl [cm·3]，與作為抗反射層 之介電層（氧化層厚度）dl [nm]間之關係，設定成 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公愛) 五 發明説明（
dl X Vci ^ 1 X ΙΟ10 、例如，為了將表面反射率抑制成2 5%，最好將氮化 疋成4 0 n m，將氧化芦执宁或7 Λ 膜口又 „ f虱化層s又疋為〗0⑴^在此場合，有必要蔣ρ i洩漏防止層207之濃度，設定在1 χ 1〇l8[cm•勺以上. ，由如上所述之構成，將可以抑制各作為陰極之_ 政層205、鳩間之茂漏，而能確實地作為—分割型心 ▲又’本苐三實施例之分割型受光元件之效果，在即 ^作為抗反射層之介電層作成氧化層之單層構造時，由於 電荷被存積在該氧化層表面或表面附近，將產生導電型之 反轉’因而藉由將介電質之厚度設定成滿足上述關二 可抑制該問題。 、又’本第三實施例所示構造下之導電型，即使將N型作 成P型，將P型作成N型，亦可得到同樣之效果。 (第四實施例） 其次，就本發明之第四實施例所揭分割型受光元件 :。又，本第四實施例下之分割型受光元件具有一與第1 實施例所揭分割型受光元件相同之構成。 如圖9所不，當光照射於一形成於p型半導體層3〇2上作為 陰極之第二導電型第一擴散層的N型擴散層305、306區域 上時（在圖9中為照射於306上），在該區域中所生成之電子 ，將被設置於N型擴散層305、306上之陰極電極（圖中未示） 所取出。相對於此，電洞將由基板側及身為第一導電型第 二擴散層之P型洩漏防止層307的陽極電極（圖中未示）取 586241 A7
出。 然而，當光照射至P型洩漏防止層307區域上時，所生成 ^ 將大、力等比例地為各陰極電極所取出。έ士果，去、喜 掃福邊照射光時，依Ρ型雜方止層307之寬度二= 極電極所取出之陰極電流將不同。亦即，在圖9所示之ρ型 洩漏防止層307之寬度相當窄時，以及在圖1〇所示ρ型洩漏 =止層307之寬度相當寬時，陰極電流被取出之狀態將產生 變化。圖11顯示出當圖9與圖10中依箭頭所示方向（圖中為 自左側向右方）掃描光照射位置時，各個陰極電極之輸出特 性（串擾CR〇SS TALK特性）。又，在圖η中，μ為圖9之 陰極（306)之輸出、Bch為陰極（3〇5)之輸出，且為圖⑺ 之陰極（3〇6)之輸出、]°^為圖1〇之陰極（3 05)之輸出。 由於具有以上特性，因而有必要依用途，來最佳化上述ρ 型洩漏防止層307之寬度。變化此場合下之ρ型洩漏防止層 3〇7之見度與濃度而測量其靈敏度時所得之結果示於圖u 中。在忒圖12中所示之靈敏度曲線顯示出一與身為陰極區 域之N型半‘體層具有相同靈敏度之區域，亦即在受光元 件表面内具有均勻靈敏度特性的區域。如同由圖丨2所明瞭 者，藉由加寬P型洩漏防止層3〇7之寬度，靈敏度將會降 低。 11點係因為在光係屬於短波長類於矽基板中具有較大吸 收係數的條件下，光將在元件表面附近被吸收。此時，因 照射於陰極區域上之光所生成之電子、電洞等將流向 擴散層與基板側，相對於此，在作為洩漏防止層之ρ型擴散 L___ -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) X 297公爱） 18 五、發明説明（ 層：：所發生之載子中身為少數載子之電子將如圖 ，擴政至㈣漏防止層307之表面附近， ^錢散請、咖。因此，當㈣漏防止層3〇7二 :相：南時：由於成為少數載子之電子的生存時間降低， F =日光“之產生。亦即，當該㈣$漏防止層307 :1 t見纟，比所發生之成為少數載子之電子的擴散長度 =^ ’將發生該㈣。結果’將發生？型茂漏防止層3〇7 之靈敏度降低的情形。 因此，使P型泡漏防止層307之半導體層之寬度W1㈣ :以及表面濃度Cl [cm，產生變化，而來測量該區域之靈 敏度的結果是，最好該p型洩漏防止層3〇7作成當W1<4 X 10- 5 c m 時，
Cl $ 2.0 X 10 丨9 而當 W1 - 4 X l〇_5cm 時，
Cl$ 1.0 X 1〇2〇 X Exp (-4 X 1〇4 X W1) 藉此，將可以防止P型洩漏防止層3〇7之靈敏度的降低。 在上述具有氣化層與氧化層雙層結構之介電層（3H、 3 12)中，例如為了將反射率抑制在2·5%以下，最好將氮化 層之厚度設定為40 nm，將氧化層之厚度設定為1〇 nm，且 在此場合’有必要將P型洩漏防止層3 〇 7之濃度設定在1 X 10 18 cm·3以上。亦即，為了要使該p型洩漏防止層3〇7區域 之靈敏度’與作為陰極部之N型擴散層305、306相同，必 須將P型洩漏防止層307之寬度W1設定在1 1.5 μηι以下。 ______ -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 586241 19 五、發明説明（ 上述P型洩漏防止層307之構成怎樣都可以，且由於p型洩 漏防止層之表面濃度與寬度僅影響靈敏度，因而採用一例 如圖14所示，在p型洩漏防止層下方設一？型擴散層之構造 亦可。 a亦即，如圖14所示，在p型半導體基板4〇〇上，依序形成 第一 P型半導體層401、第二P型半導體層4〇2，再由第二p 型半導體402表面，形成陽極接點形成用第三p型半導體層 403。在該第二p型半導體層4〇2表面上，形成有一用以進行 元件分離之L0C0S區域404。進一步，並在該第二p型半導 體層402表面上，形成N型擴散層4〇5、4〇6，再分別於n型 擴散層405、406上設電流取出用陰極電極（圖中未示）、。在 上述N型擴散層405、4〇6間之區域上，形成有_用以防止 洩漏之P型洩漏防止層407。進一步，在該第二p型半導體層 4〇2上之至少光所會照射到之區域上，形成一作為抗反射^ 之介電層（氧化層）411、以及介電層（氮化層）412。再於第^ P型半導體層403上，形成陽極電極410。另外，在爷p型洩 漏防止層407下，形成有一p型半導體層413。在該p型半導 體層4 1 3中，可以應用各式各樣的濃度或構造。 (苐五實施例） 圖1 5為本發明之第五實施例之電路内建型受光元件之構 造戴面圖。該電路内建型受光元件係由分割型受光元件， 以及用以處理該分割型受光元件所得之信號的例如雙載子 電晶體，一起形成於一同一半導體基板上而成。又，在本 第五實施例之電路内建型受光元件中，自金屬配線製程以 -22 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） B7 20 五、發明説明（ 後所形成之構造（例如多層配線、中間層等）都予以省略 如圖15所示，在哪濃度丨χ 1〇ΆΡ型半導體基板 600(例如矽基板）上，為了減少相對於分割型受光元件之陽 極所生之寄生電阻，形成一厚度卜2_之蝴濃度為ΐχΐ〇ΐ8 〜1 X 1019cm-j左右的第一Ρ型半導體層6〇卜並形成一厚度 15〜16 μπι之硼濃度為i x 1〇丨3〜i χ 1〇丨左右的第二又p 型半導體層602。再於上述第二p型半導體層6〇2上，形成一 作為NPN電晶體之集極6丨3的N型半導體層。接著，在該 第型半V，層602上，形成一厚丨〜2 μηι且硼濃度為i X 1〇〜1 X 1014 cm”左右的第四p型半導體層611。再於該第 四P型半導體層611上，形成有一用以作為元件分隔用之 Ο C〇S區i或6 0 3。 進一步，在該第四P型半導體層611上，形成有複數個例 如磷濃度為1 X 1〇19〜丨x 1〇2Q cm_3，接合深度為〇·3〜0.8 μπι左右’作為第二導電型第一擴散層的Ν型擴散層6〇5、6〇6 以及在该等Ν型擴散層605、6〇6間之區域中，例如硼濃 度為1 X 1 〇18、寬約2 μιγι之作為第一導電型第二擴散層的ρ 型’戈漏防止層607。藉由該ρ型洩漏防止層6〇7，即使高電阻 率化違形成ΡΝ接合之第四Ρ型半導體層6 1 1，也可以防止該 ^型半導體層表面之導電型因受到抗反射層界面中之正電 荷的衫響而反轉，進而使Ν型擴散層605、606間產生電氣 關聯的情形。 又’在該第四Ρ型半導體層6丨丨上之至少光所照射之區域 开/成有一作為抗反射層之介電層（氧化層）604、介電層 五、發明説明（21 气化層）6 10。且，為了在基板表面上形成該第一 p型半導 體，6(Π之金屬接線，並形成有一獨濃度為！ n! X i〇19 cm。左右的第三p型半導體層6〇8、6〇9。 進步在作為電晶體區域之第四p型半導體層611上， 形成有一例如磷濃度為2 χ 1〇15〜2 χ 1〇16cnr3之3n型井結 才^ 612。在上述^^型井結構612之區域中，形成有一作為^ 晶體之集極接點614之例如磷濃度為丨χ 1〇丨9〜2 X ⑽·、Ν型擴散層。而且，在該_井結構6丨2之一區域中， 還形成有7—作為電晶體之基底615之例如硼濃度為丨χ ι〇π 2X10 Cm之？型擴散層，以及一作為射極616之由例如 注入有砷之聚矽藉由固層擴散而得之N型擴散層。接著， 形成該分割型受光元件之陰極電極（圖中未示）與陽極電極 617,以及電晶體之集極電極618、基極電極619、和射極電 極620。藉由如上所記載之分割型受光元件，將可以獲得一 特性良好的電路内建型元件。 另外，本第五實施例所揭電路内建型受光元件中之分判 型受光元件之分割部結構，雖為第二實施例所記載者，； 亦可以使用其它實施例中所記載者。而且，雖係使用刪 型電晶體，但用PNP型電晶體或兩方之構造亦都可。 此外，電晶體之構造不限定於本第五實施例所記載者， 可以使用各式各樣者。 (第六實施例） 圖16顯示一使用本發明第六實施例所揭分割型受光元件 之光碟裝置的光拾取部構造的概略圖。 586241 A7 ______B7 五、發明説明（22 ) ' ~ -^ 如圖16所示，由半導體雷射7〇〇所射出之光，透過追跡光 束（tracking心^⑴產生用繞射格子7〇丨，而被分成三個光束 ，亦即二個追跡用副光束以及信號讀出用主光束。而且， 政些光以0次光穿過雷射照像（h〇l〇gram)元件7〇2，在校準鏡 703被變換成平行光之後，為接物鏡7〇4所集束於光碟盤面 705上。此一被集束之光會因為光碟盤面7〇5上所形成之坑 洞，而使其光強度受到調變並反射，再於穿過接物鏡 與杈準叙703之後，為雷射照像元件7〇2所繞射，而以其一 次光成分入射至一由5個分割受光部D1〜D5所組成之分割 型受光元件706。然後，再對這5個分割受光部m〜D5之輸 出進订加減運算，即可得到一信號讀出用與追跡用的信號 。又亦可以使用一含有該分割型受光元件之電路内建型 受光元件來取代分割型受光元件。 對於這種具有此類光拾取部之光碟裝置而言，藉由使用 本發明所揭之分割型受光元件，將可以獲得一對應於短波 長之高速高密度光碟裝置。 又，亦可不限於一具有上述第六實施例中所記載之受光 面的分割型受光元件，只要是一具有至少複數個光所要照 射之PN接合者，即可適應本發明所揭之分割型受光元件之 構造，或使用該元件之電路内建型受光元件。 又，亦不限於上述第六實施例所揭之光學系統，在由各 種光學系統以及使用該系統之光拾取部所組成之光碟裝置 上，都可應用本發明之分割型受光元件以及電路内建型受 光元件。 ____ -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2i〇X297公釐）
(第七實施例） 圖Π為一顯示本發明之第一實施例所揭分割型受光元件 平面構U的平面圖，圖18為一沿圖又乂⑴截 取之載面圖。X，在本第七實施例所揭分割型受光元件中 ’自金屬配線製程以後所形成之構造（例如多層配線、中間 層等）都予以省略。
裝 如圖17、圖18所示，在硼（B)濃度1 X 1015 cm·3之P型半導 體，板，_如石夕基板)上，形成一厚度i _之侧濃度為i χ 1〇 Cm的第一 Ρ型半導體層80卜在上述第一 ρ型半導體層 8〇丨\上，形成一例如厚度14〜16 _之硼濃度} χ 1〇ιΜ χ cm、左右的第二Ρ型半導體層802。再於如此所形成之 第一ρ型半導體層8〇2表面，形成陽極接點用第三ρ型半導體 層807。在該第二ρ型半導體層8〇2之表面上，形成有一用以 分隔元件用之LOCOS區域803。 訂
線 ^ 4第一 1型半導體層8〇2表面，形成有例如砷濃度為1 X 1〇19〜1 X l〇2Gcm-3 ,接合深度為0.1〜〇·8 μΐΉ左右，且相互 間隔定間隔，作為第二導電型第一擴散層的Ν型擴散層 805、806，且在各個該Ν型擴散層8〇5、8〇6上，分別設有 電流取出用陰極電極813、814。接著，在該等_擴散層 80 5、806間之區域’形成有用以防止茂漏之作為第一導電 型第一擴散層的Ρ型洩漏防止層8 。 。進步，在核第二Ρ型半導體層802上之至少光所照射之 區域上形成有一作為抗反射層之介電層（氧化矽層）8〇9 ' "電層（氮化矽層）8 1 〇、介電層（例如氧化矽層）8丨丨、介電層
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(例如氮化矽層）8 12之四層結構。然後，在於該第三p型半 導體層807上面，形成陽極電極808。 在這樣之構造下，即使第二P型半導體層8〇2所露出於表 面之部分，因例如由表面注入四層介電層（8〇9〜812)中之 電荷所致電場，而產生反轉，由於有p型洩漏防止層8〇4， 各N型擴散層805、806之間，亦不會因關聯而產生洩漏， 而能確實地作為一分割型受光元件。
以下，更詳細地記載將該抗反射層作成氧化層與氮化層 四層以上結構下所得之效果α 曰 裝 在圖7中，所顯示的是相對於一由氧化矽層與氮化矽層所 組成之雙層抗反射層厚度下的反射率依賴性計算結果，由 圖7可知，若氧化矽層愈薄而氮化矽層愈厚的話，將可以降 低雙層抗反射層之反射率。例如，當氧化矽層為丨0 ，而 氮化矽層為40 nm時，將可以將反射率減低至2 5%。
線 又，在圖8中，顯示的是一洩漏電流相對於洩漏防止層之 表面濃度與氧化矽層厚度之關係。如同由圖8所明瞭者，隨 著薄化氧化矽層厚度，若要防止半導體表面之反轉，將必 須提高洩漏防止層之表面濃度。 進步，從圖12中可知有一問題在於當洩漏防止層之寬 度没在一分割部之串擾特性受到要求之情況時，若提高洩 漏防止層之濃度，將無法獲得洩漏防止層之靈敏度。 相對於此，當在第二p型半導體層8〇2上，依序形成2〇 nm 左右之第一層氧化矽層、3〇 〇〇1左右之第二層氮化矽層、第 二層氧化矽層、以及50 nm左右之第四層氮化矽層時，其相
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對於四層抗反射層中之第三層氧化矽層的反射率計算社果 (波長400 nm)顯示於圖19中。藉由將第三層之氧化^作 成66 _左右，將可以增厚第一層之氧化石夕層，並能將^射 率減低至2.1 %。 結果，即使在一將分割部作成其串擾特性受到要求之寬 度下，由於可以降低反射率，並降低洩漏防止層之表面濃 度’因而可以保持良好之靈敏度。
裝 又，在本第七實施例中，雖以四層來形成抗反射層，但 以多數層以上之抗反射層來構成亦可以得到同樣之效果， 例如，藉由將第一層之氧化矽層作成2〇 nm，第二層之氮化 矽層作成30 run,第3層之氧化矽層作成66nm，第四層之氮 化矽層作成50 nm，第五層之氧化矽層作成7〇 nm，將可以 使反射率低至1.8%。 訂
線 又第一層之氧化石夕層厚度不限於20 nm，各式各樣之值 都可，在此場合下，藉由適當調整該構成抗反射層之其它 厚度’即可抑制反射率。 (第八實施例） 其次，就本發明之第八實施例所揭分割型受光元件作說 明。又，在本第八實施例中，相對於圖丨7、丨8之構造，係 V黾型相反之元件結構，亦即n型改成p型，p型改成n型 。因此’陽極電極與陰極電極以及導電型將相反，但在本 第八實施例中，仍引用圖1 7、1 8，且使用相同之參考符號 作說明。 在磷濃度1 X 10l5cm_32N型半導體基板8〇〇(例如矽基板） -28- A7
上’形成-厚度1 μηι之碟濃度為〗χ的第一 n型半 導體層謝。在上述第—N型半導體層⑷上，形成-例如 厚度14〜16_之鱗濃度1 X ίο% X 1〇'5cm-3左右的第二 N型半導體層802。再於如，y_ % r丄、 丹於女此所形成之第二N型半導體層802 表面’形成一陽極接點用夕％ — \T…， 按^用之弟二Ν型半導體層807。該第二 Ν型半導體層8〇2之表面上，报士、 衣回上形成有一用以分隔元件用之 L Ο C 〇 S 區：t或 8 0 3。 ；· 裝 ，該第二N型半導體層8〇2表自，形成有例如韻度^ χ 1 ^ 10 Cm、接合深度為〇·1〜0.8 μιη左右，且相互 門^疋間’作為第二導電型第_擴散層的？型擴散層 6且在各個该Ρ型擴散層8 0 5、8 0 6上，分別設有電 机取出用陽極電極813、814。接著，在該等ρ型擴散層_ ，806間之區域，形成有防止洩漏之利用磷而成之作為第一 V電型第二擴散層的Ν型洩漏防止層8〇4。
線 。進乂在邊第型半導體層802上之至少光所照射之 品或 死"成有一作為抗反射層之介電層（例如氧化矽層） 人二包層（例如氮化矽層）8丨〇、介電層（例如氧化矽層）8 η 一，|私層（例如氮化石夕層）812之四層結構。然後，在於該第 一 Ν聖半導體層8〇7上面，形成陰極電極808。 在這樣之構造下，即使第二Ν型半導體層8〇2所露出於表 面之部分，Μ & 2 ^ W马抗反射層之介電層所產生之電荷而產生 由於有Ν型洩漏防止層804，各Ρ型擴散層8〇5、806 之間亦不會有關聯，而能確實地作為一分割型受光元件。 在本第八貫施例中，雖就四層結構之抗反射層作說 本紙張尺度適用中國國·?^^·2-ΐ0Χ297涵 586241 A7 B7
明，然不限於此，多數層以上之抗反射層亦可。 又’亦可用砷等來作為N型。 又，本發明所揭之分割型受光元件㊉了對於短波長之光 具有良好特性外，對於紅、紅外線等波長之光（吸收传數較 小、在元件之較深區域生成光載子）亦具有相當之靈敏产， 因而亦可適用於多波長用讀出\寫入用光碟裝置。 又 又’在本發明所揭分割型受光元件中， 層上之至少光所入射區域上的：形成於半導體 透光性之樹脂層。 ’亦可設置一具有 【圖式符號說明】 100···ρ型半導體基板 101···第一 Ρ型半導體層 102···第二Ρ型半導體層 103···第三ρ型半導體層 104...LOCOS 區立或 105，106，1〇7，1〇8··.Ν型擴散層 1 0 9…Ρ型洩漏防止層 1 1 〇，1 1 1，1 1 2，1 1 3…陰極電極 1 14…陽極電極 1 1 5··.介電層 1 16···空乏層 200···Ρ型半導體基板 201…第一 Ρ型半導體層 202···第二Ρ型半導體層 -30- 586241 A7 B7 五、發明説明（28 ) 203.· 第三P型半導體層 204·· L〇C〇S區域* 205， 2 0 6…N型擴散層 207·· P型、;戈漏防止層 208， 209···陰極電極 210·· 陽極電極 211·· 介電層（氧化層） 212·. 介電層（氮化層） 213·· 空乏層 302.· •P型半導體層 305， 306···Ν型擴散層 307.· •Ρ型洩漏防止層 311·. •介電層（氧化層） 3 12.· •介電層（氮化層） 400.· •Ρ型半導體基板 401·. •第一 Ρ型半導體層 402·· •第二Ρ型半導體層 403·. •第三Ρ型半導體層 404·· •LOCOS區立或 405， 406···Ν型擴散層 407·· • Ρ型洩漏防止層 411.· •介電層（氧化層） 412·. •介電層（氮化層） 413.· •Ρ型半導體層 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐） 586241 A7 B7 五 、發明説明（29 ) 600···Ρ型半導體基板 601···第一 Ρ型半導體層 602…第二Ρ型半導體層 603-.LOCOS 區立或 604···介電層（氧化層） 605，606···Ν型擴散層 6 0 7 · · · Ρ型汽漏防止層 608，609···第三Ρ型半導體層 610···介電層（氮化層） 611···第四Ρ型半導體層 612···Ν型井構造 6 1 3…集極 614···集極接點 6 1 5…基極 6 1 6…射極 6 1 7…陽極電極 6 1 8…集極電極 6 1 9…基極電極 620.··射極電極 700···半導體雷射 701···繞射格柵 702···雷射照像元件 703···校準鏡 704···接物鏡 -32-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 586241 A7 B7 五、發明説明（30 ) 705··· 光碟 7 06··· 分割型受光元件 800··· P型半導體基板 801.·· 第一P型半導體層 802··. 第二P型半導體層 803··· LOCOS區域 804··. P型洩漏防止層 805， 806···Ν型擴散層 807·· 第三Ρ型半導體層 808·. 陽極電極 809， 810，81 1，812···介電層 813， 8 1 4…陰極電極 900.·· >ρ型半導體層 901， 902···Ν型半導體層 903··· •氧化層 904.· • Ν型反轉層 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐）

Claims (1)

  1. A8 B8 C8 D8 09上收5〇號專利申請案 換本(92 年 11 月) 申請專利範圍 •種分割型受光元件，具特徵在於包含有： 複數個第二導電型擴散層，其相互間隔一特定距離形 成於第一導電型半導體層上； 洩漏防止層，形成於該第一導電型半導體層上之至少 上述複數個第二導電型擴散層之間，用以防止該等複數 個第二導電型擴散層間之洩漏；以及 "電貝膜，形成於一包含該等複數個第二導電型擴散 層與該洩漏防止層之該第一導電型半導體層上之至少 光所要入射之區域上。 2·如申請專利範圍第1項之分割型受光元件，其中： 在該等複數個第二導電型擴散層與該第一導電型汽 漏防止層之間，會露出該第一導電型半導體層。 3·如申請專利範圍第丨項之分割型受光元件，其中： 當該介電質膜之膜厚為dl [nm]，而該洩漏防止層之表 面濃度為Cl [cm·3]時，將該介電質膜之膜厚以與該汽漏 防止層之表面濃度C 1設定成滿足下述條件： d 1 X Vi! - 1 X 1 〇10 〇 4. 如申請專利範圍第1項之分割型受光元件，其中： 當該洩漏防止層之寬度為W1 [cm]，該洩漏防止層之表 面濃度為Cl [cm·3]時，設定該洩漏防止層之寬度Wl與表 面濃度C1，使其當 Wl < 4 X 1(T5 cm時，C1 $ 2.0 X 1()i9 , 而在W1 ^ 4 X 1 (Γ5 c m時，則滿足 Cl S 1 ·0 X l〇2G X Exp (-4 X 1〇4 X W1)之條件。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公釐） 586241 A8 B8 C8
    5. —種分割型受光元件，包含有： 複數個第二導電型第一擴散層’其相互間隔一特定距 離形成於第一導電型半導體層上； 複數個第—導電型第二擴散層’其形成於該第一導電 型半導體層上之至少該等複數個第二導電型第一擴散 層之間；以及 η電負膜，形成於一包含該等複數個第二導電型第一 擴散層與該第一導電型第二擴散層之該第一導電型半 導體層上之至少光所要入射之區域上， 且該等複數個第二導電型第一擴散層與第一導電型 第二擴散層之層厚與短波長之光的吸收長度相同，或較 厚。 6. 如申請專利範圍第5項之分割型受光元件，其中： 在泫等複數個第二導電型第一擴散層與該第一導電 型第二擴散層之間，會露出該第一導電型半導體層。 7·如申請專利範圍第5項之分割型受光元件，其中： 當該介電質膜之膜厚為d2 [nm]，而該第一導電型第二 擴散層之表面濃度為C2 [cm·3]時，將該介電質膜之膜厚 d2與該第一導電型第二擴散層之表面濃度C2設定成滿 足下述條件： d2 X 1 X ι〇ι〇。 8.如申請專利範圍第5項之分割型受光元件，其特徵在於： 當該第一導電型第二擴散層之寬度為W2 [cm]，該第 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（21〇 X 297公釐） 586241 ~、申請專利範圍 十導電型第二擴散層之表面濃度為C2 [cm_3]時，設定該 第f擴散層之寬度W2與表面濃度C2 ,使其當W2<4 X 10·5 cm時，C2S2.0 X ίο。， 而在W2 - 4 X 1〇·5 cm時，則滿足 C2S 1.〇 X 1〇2〇 χ Εχρ χ ι〇4 X w2)之條件。 9·如申請專利範圍第1項之分割型受光元件，農中· :介電質膜係由一由至少三層以上之氧化層與氮化 層乂互層積而成之構造所構成。 1〇.:種Γ路内建型受光元件，由如申請專利範圍第1項所 a之为割型受光it件、以及—用以處理該分割型受光元 =輸出之信號的信號處理電路，形成於同一半導體基 11· 一種光碟裝置’其特徵在於包含如申 之分割型受光元件。 乾園第1項 12· -種光碟裝置，其特徵在於包含如申請專利範圍第1〇項 之電路内建型受光元件。 -3 本紙張尺度適用中國國家標準…^^) A4規格(210X 297公釐）
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